CN1381041A - 用于发送在窄带中已编码信号的发送机、用于在接收端扩展已编码信号的频带的接收机、相应的发送和接收方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种发送机和接收机,用于在接收端扩展信号的频谱带,所发送的信号已经在窄带中被编码。本发明包括用于根据表示原始信号的窄带信号预测宽带信号的装置、用于通过将预测与原始信号相比较以估计预测错误的装置,以及用于发送预测错误与窄带中编码的信号,以用于在接收端重建宽带信号的装置。应用:数字电信、移动电话。

Description

用于发送在窄带中已编码信号 的发送机、用于在接收端扩展已编码信号 的频带的接收机、相应的发送和接收方法及系统

本发明涉及语音信号的发送和接收，具体而言是涉及其中发送信号的频谱宽度有限的电信系统。

本发明找到了特别是在移动无线电话系统中用于提高接收端语音信号质量的大量应用。

这些系统通常包括源的编码，用于减少要发送信息的量，从而提高传输信道的容量。作为在电话传输中的语音编码的这种源编码通常与要发送的消息的频谱的减小有关。频谱的减小通常伴随着接收端信号音频质量的降低。为了解决这个问题，已经提出了称作频谱扩展的各种方法，用于在接收端扩展所接收信号的频带。

美国专利5,581,652中描述了上述这些方法中的一种。它涉及从具有更窄频谱的频带中接收的语音信号重建宽带语音信号的方法。该方法包括使用一对相关的语音字典。第一字典用于在具有比传输前的原始信号的频带窄的频谱带的第一序列矢量码的帮助下来分析所接收的语音信号。第二字典允许通过为其分配更大频带中的第二序列矢量码并对应于在窄带中分析的码来扩展所接收信号的频谱带。

这些方法允许利用所接收窄带信号中的已发送单独信息来在后重建宽带信号。

本发明的一个目的是在不显著减少发送数据量的前提下改进这些方法的性能。为此，本发明提供一种发送机、接收机、系统、发送方法和接收方法，其中，以其发送为目的，原始信号首先在窄带中被编码，随后根据表示该信号的窄带信号实现宽带信号的预测，然后通过将所获得的预测信号与原始信号相比较来计算一个预测错误，以便以在接收端重建宽带信号为目的而发送所获得的该预测错误和宽带信号。

参考下文描述的实施例，利用非限制性的示例来阐明本发明的这些以及其它方面。

在附图中：

图1是表示根据本发明的发送机的主电路图。

图2是表示根据本发明的接收机的主电路图。

图3是表示根据本发明的系统的电路图。

图4是表示根据本发明的发送方法的流程图。

图5是表示根据本发明的接收方法的流程图。

图1和图2分别示出了根据本发明的发送机和接收机的实施例。它们被分别提供发送和接收称作原始信号的具有称作原始频带的指定频谱带的语音信号。

图1所示的发送机包括：

·一个语音编码块COD，用于实现原始语音信号OS的窄带中的编

  码，并以其发送为目的而获得在比原始频带窄的称作窄带的频

  谱带中被编码的语音信号Narrow_S，

·预测装置PRED_TX，用于根据窄带信号(可能已编码和随后解

  码)来预测表示原始信号的宽带信号Pred_tx_S，

·错误估计装置EST，用于估计在所预测宽带信号Pred_tx_S和

  原始语音信号OS之间的预测错误Pred_err，

·发送装置TX，用于发送所述已窄带编码的语音信号Narrow_S

  以及预测错误Pred_err。

图2所示的接收机包括：

·接收块RX，用于接收已窄带编码的语音信号Narrow_S以及所

  发送的预测错误Pred_err，

·语音解码块DECOD，用于对所接收的窄带语音信号Narrow_S解

  码，

·预测块PRED_RX，用于根据在窄带Narrow_S中接收的信号预测

  具有比该窄带宽的频谱带的信号Pred_rx_S，

·校正块CORR，用于在所接收预测错误Pred_err的帮助下校正

所预测的信号Pred_rx_S，

·语音合成块SYNT，用于根据所校正的宽带信号合成具有比所述

  窄带宽的频谱带的宽带语音信号Wide_S。

所预测的宽带信号Pred_tx_S、原始信号OS、在窄带Narrow_S中接收的信号、所预测的信号Pred_rx_S或所校正的宽带信号也被认为是所考虑信号的特性并允许它们合成的语音参数。这些参数可以是例如LPC类型(线性预测编码)的线性预测参数或LSF类型(线性频谱频率)的频谱封装参数或允许信号重建的任何其它参数。

发送块TX和接收块RX包括用于按照有效的电信标准提供的信道的分别的编解码以在传输期间保护数据。语音编码器COD之前是传统类型的滤波和抽样装置(未示出)，如用于将原始信号转换成为数字信号OS的ITU-T标准和具体是G.711和G.712所建议的。发送和接收端的预测装置PRED_TX和PRED_RX最好是包括类似程序的块。它们可以包括用于使用例如目前称作“代码簿映射”的技术来预测LS类型的频谱封装参数的装置。该技术允许使用语音字典根据具有窄频谱带的信号的封装参数对表示相同信号的更宽频谱带中的封装参数解封装。

窄带Narrow_S中的预测错误Pred_err和已编码信号最好是在相同的语音帧中发送。随后根据作为为整个系统搜索的传输错误的鲁棒性的一个功能并还依赖于所使用信道的编码的预定划分将数据在帧中划分。在接收端，根据发送端选择的划分将数据恢复并分开。

根据本发明的一个优选实施例，预测装置PRED_TX包括：

·线性预测分析块LP_TX，用于分析和提取原始语音信号的LSF

  封装参数以及在窄带中已编码语音信号的LSF参数，

·编程预测块MAP_TX，用于根据窄带已编码信号的LSF参数来预

  测宽带信号的LSF宽带参数。预测程序可以被定义来例如执行

  代码簿映射类型的已知方法。

根据该实施例，错误估计装置EST可以包括一个比较器COMP，用于将根据窄带已编码信号预测的LSF宽带参数与原始信号的那些参数比较，以便获得随后在其发送前被量化的预测错误。

在接收端，预测装置PRED_TX也可以包括：

预测分析块LP_RX，用于在解码之后分析所接收的窄带信号，以便从已解码信号中提取LSF参数，

预测块MAP_RX，用于根据窄带中所接收的信号的LSF参数来预测宽带信号的LSF参数。

校正装置CORR可以被编程来利用所接收的已量化预测错误校正所预测的LSF宽带参数。

在接收和发送端，可以利用一个数字信号处理器DSP来实现本发明的所有算法。

图3表示根据本发明的系统的一个实施例，其主要包括无线电话31、无线基站32和空中传输信道33、表示无线基站32和无线电话31之间的递减无线传输的组件。无线基站32包括如图1所示类型的发送机并且无线电话31包括如图2所示类型的接收机。在无线电话和无线基站之间的递增传输的情况下，无线电话31包括如图1所示的发送机，并且无线基站包括如图2所示的接收机。接收机还可以出现在另一个用作无线电话31发送的消息的目的地的无线电话(未示出)。这种系统允许在接收端扩展在比原始信号的频带窄的频带中发送的已编码语音信号。在将语音信号恢复给用户之前实现的所述频谱扩展提高了接收信号的质量。这种系统在可用频谱有限的移动无线电话领域中特别有利。本发明在其中由系统的所有用户共享频带的所有多址接入电信系统中也是有利的。

图3中系统的一个优点是它允许在不显著降低通过传输信道发送的数据质量的前提下改进所接收信号的质量。利用实际的例子，对于根据大约13k比特/秒的全速率编码的GSM(全球移动通信系统)类型的系统，本发明提供例如对于大多数当前应用可忽略的大约13.1k比特/秒或稍大一些(大约14-16k比特/秒)的速率。速率的这一非常小的增加是由于位于发送机处的发送装置TX除了发送根据传统的语音编码方法编码的有用的窄带信号之外，还发送由发送机估计的预测错误Pred_err。

图4表示根据本发明的可以由图1所示的发送机根据发送机的存储器中存储的恰当程序执行的发送方法的实施例的简化流程图。该发送方法包括：

·一个语音编码步骤COD_S，用于实现原始语音信号的窄带中的编

  码并用于以其发送为目的，获得在比原始频带窄的称作窄带的

  频谱带中编码的语音信号，

·一个预测步骤PRED_TX_S，用于预测表示窄带(可能已编码和

  随后解码)中原始信号的宽带信号，

·一个错误估计步骤EST_ERR，用于估计所预测宽带信号和原始

  语音信号之间的预测错误，

·一个发送步骤TX_S，用于发送在窄带中编码的所述语音信号以

  及预测错误。

根据本发明的一个优选实施例，其中不同信号由它们的特性语音参数表示，预测步骤PRED_TX_S包括下列子步骤：

·线性预测分析的第一子步骤，用于从原始语音信号中分析和提

  取LSP封装参数，

·线性预测分析的第二子步骤，用于从在窄带中编码的语音信号

  中分析和提取LSF封装参数LSF，

·一个子步骤，用于根据窄带信号的LSF参数，例如使用代码簿

映射类型的已知方法来预测宽带信号的LSF宽带参数。

错误估计步骤EST_ERR可以包括步骤：将所预测的LSF宽带参数和原始信号的那些参数相比较以获得随后在其发送之前被量化的预测错误。

图5表示与图3的发送方法相适合的由图2所示的接收机执行的根据本发明的接收方法的一个实施例的简化流程图。在接收端扩展频带的方法包括：

·一个接收步骤RX_S，用于接收在窄带中编码的语音信号以及所

  发送的预测错误，

·一个解码步骤DECOD_S，用于对所接收的窄带语音信号解码，

·一个预测步骤PRED_RX_S，用于根据在窄带中接收的信号来预

  测具有比该窄带宽的频谱带的称作宽带信号的一个信号，

·一个校正步骤CORR_S，用于利用所预测的预测错误校正所预测

  的宽带信号，

·一个语音合成步骤SYNT_S，用于根据被校正的宽带信号合成具

  有比窄带宽的频谱带的一个语音信号。

根据本发明的一个优选实施例，其中不同信号由它们各自的语音参数来识别，在接收方法中执行的预测步骤PRED_RX_S包括下列子步骤：

·一个子步骤，用于所接收的窄带信号在解码之后的预测分析，

  以从已解码信号中提取LSF参数，

·一个预测子步骤，用于根据在窄带中提取的LSF参数来预测所

  接收信号的LSF宽带参数。

校正步骤CORR_S包括步骤：利用所接收的已量化预测错误校正LSF宽带参数。

Claims (10)

1.一种用于发送具有称作原始频带的指定频谱带的原始语音信号的发送机，该发送机包括：

·一个语音编码块，用于实现原始语音信号的窄带中的编码，并

  以其发送为目的而获得在比原始频带窄的称作窄带的频谱带中

  被编码的语音信号，

·预测块，用于根据窄带信号来预测具有比窄带宽的频谱带并表

  示原始信号的称作宽带信号的信号，

·错误估计块，用于估计在所预测宽带信号和原始信号之间的预

  测错误，

·发送块，用于发送所述已在窄带中编码的语音信号以及预测错

  误。

2.一种用于接收语音信号的接收机，该接收机包括：

·接收块，用于接收已在窄带中编码的语音信号以及一个预测错

  误，

·语音解码块，用于对所接收的窄带语音信号解码，

·预测块，用于根据在窄带中接收的信号预测具有比该窄带宽的

  频谱带的称作宽带信号的信号，

·校正块，用于利用所接收预测错误校正所预测的宽带信号，

·语音合成块，用于根据所校正的宽带信号合成具有比窄带宽的

  频谱带的语音信号。

3.一种发送具有称作原始频带的指定频谱带的原始语音信号的方法，该方法包括：

·一个语音编码步骤，用于实现原始语音信号在窄带中的编码并

  用于以其发送为目的，获得在比原始频带窄的称作窄带的频谱

  带中编码的语音信号，

·一个预测步骤，用于预测表示原始信号的宽带信号，

·一个错误估计步骤，用于估计所预测宽带信号和原始语音信号

  之间的预测错误，

·一个发送步骤，用于发送在窄带中编码的所述语音信号以及预

  测错误。

4.一种用于如权利要求1所述的发送机的计算机程序产品，该产品包括软件代码部分，其一旦被加载到发送机中就使得其能够执行如权利要求3所述的方法的步骤。

5.一种适合于利用由权利要求3所述的发送方法发送的语音信号而在接收端扩展频带的方法，该方法包括：

·一个接收步骤，用于接收在窄带中编码的语音信号以及一个预

  测错误，

·一个解码步骤，用于对所接收的窄带语音信号解码，

·一个预测步骤，用于根据在窄带中接收的信号来预测具有比该

  窄带宽的频谱带的称作宽带信号的一个信号，

·一个校正步骤，用于利用所接收的预测错误校正所预测的宽带

  信号，

·一个语音合成步骤，用于根据被校正的宽带信号合成具有比窄

  带宽的频谱带的一个语音信号。

6.一种用于如权利要求2所述的接收机的计算机程序产品，该产品包括软件代码部分，其一旦被加载到接收机中就使得其能够执行如权利要求5所述的方法的步骤。

7.一种用于发送预定给一个数字电信系统的已编码语音信号的电话，其特征在于它包括如权利要求1所述的发送机。

8.一种用于从数字电信系统中接收已编码语音信号的电话，其特征在于它包括如权利要求2所述的接收机。

9.一种用于发送和接收语音信号的数字电信系统，其特征在于它包括如权利要求1所述的至少一个发送机和如权利要求2所述的至少一个接收机。

10.一种具有称作原始频带的指定频谱带的语音信号，该语音信号由[权利要求1]的发送机发送。

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