CN1748251A - 用于恢复丢失的频率分量的设备 - Google Patents

Abstract

一种频带恢复设备，恢复在由于声音信号的频带受限而丢失的频带中的频率分量。所述设备包括峰值限制放大器，用于放大输入的窄带信号同时防止产生的放大信号超过最大幅度。峰值限制检测器检测放大的信号输出的电平。放大控制器根据所放大信号的电平增加峰值限制放大器的放大系数和/或放大量。频带恢复电路根据从峰值限制放大器输出的放大信号和输入的窄带信号，产生包括处于丢失频带中的频率分量的频带恢复的信号。

Description

用于恢复丢失的频率分量的设备

技术领域

本发明涉及一种频带恢复设备和一种使用这种频带恢复设备的电话机。更具体地，本发明涉及一种用于恢复例如在由于在电话线路上传输的频带限制而丢失的频带中的语音信号的频率分量的频带恢复设备，以及一种使用这种频带恢复设备的电话机。

背景技术

当表示语音的语音信号例如经电话线路传送时，语音信号处在有限的频带中。结果，最初处于由界限排除的频带中的频率分量被抑制以及因此丢失，降低了语音信号的质量。

由于上述原因，例如公开号为No.2002-82685的日本专利，公开了一种用于产生将处于所丢失频带中的虚拟的频率分量的语音频带扩展设备，以及一种用于实践这种语音频带扩展设备的设备。所述语音频带扩展设备以四倍于上限频率分量的抽样频率抽样输入语音信号，以将所述语音信号转换为数字语音信号频率抽样。所述设备然后使用所述抽样频率的折叠或平移，以把处于数字语音信号的低频带中的语音信号分量分别对称地折叠或平移到高频率侧。所述设备由此扩展了输入语音信号的频带。

然而，如上所述的语音频带扩展设备把低频带的语音信号分量折叠或平移到高频侧以虚拟地扩展所述频带，所述设备不能基于所述语音信号本身的数据恢复所述频带。更具体地，为了恢复处于所丢失频带中的语音信号分量，所述设备简单地使在每隔一个取样点上的输入语音信号为零、或者使所述语音信号每隔一个抽样数据的反转符号，以实现所述折叠或者平移以虚拟地扩展所述频带。

发明内容

本发明的目的是提供一种能够基于输入的语音信号再现处于所丢失频带中的频率分量的频带恢复设备，以及使用这种频带恢复设备的电话机。

按照本发明，频带恢复设备恢复处于由于声音信号的频带受限而丢失的频带中的频率分量。所述设备包括峰值限制放大器，用于放大输入的窄带信号，同时在防止产生的放大信号超过最大幅度。峰值限制检测器检测放大的信号输出的电平。放大控制器按照放大的信号的电平增加峰值限制放大器的放大系数和放大量的至少其中一个。频带恢复电路根据从峰值限制放大器输出的放大信号和输入的窄带信号，恢复包括处于丢失频带中的频率分量的频带恢复的信号。

还公开了一种包括上述频带恢复设备的电话机。

附图说明

本发明的目的和特征将从以下联系附图的详细说明中变得更明显，其中：

图1是示出了按照本发明的频带恢复设备的第一实施例的示意性方框图；

图2是示出了在第一实施例中出现的信号Snarrow的频率特性的曲线图；

图3是示出了来源于信号Snarrow的信号Sx的频率特性的曲线图；

图4是示出了按照本发明的频带恢复设备的第二实施例的示意性方框图；

图5是第二实施例所特有的信号Sx的频率特性的曲线图；

图6是示出了按照本发明的频带恢复设备的第三实施例的示意性方框图；

图7是第三实施例所特有的信号Sx的频率特性的曲线图；

图8至17示出了按照本发明的频带恢复设备的直到第十三实施例的示意性方框图；

图18示出了在第十三实施例中出现的特定信号Snarrow的波形；和

图19至23是示出了按照本发明的频带恢复设备的直到第十八实施例的示意性方框图。

具体实施方式

参照附图的图1，按照本发明的频带恢复设备的第一实施例通常是由如图所示互相连接的ADC(模数转换器)1、峰值限制放大器3、峰值限制检测器6、衰减器5、放大控制器4、加法器7和DAC(数模转换器)2构成。

模拟语音信号S是从频带恢复设备之外输入到模数转换器1，例如从电话线路上的电话总局。所述模数转换器1例如用比所述语音信号S的上限频率高的抽样频率抽样所述模拟语音信号S，以把所述模拟信号S转换为数字信号Snarrow(narrow：窄)。由此产生的数字信号Snarrow从模数转换器1馈送到峰值限制放大器3和加法器7。

在说明性的实施例中，模拟语音信号S在其输入到频带恢复设备之前频带受限。例如，通常当从未示出的电话用户机(未示出)来的语音信号S限制在从340Hz到4000Hz的频带范围中。在说明性的实施例中，模数转换器1以16kHz的抽样频率执行模数转换，其是语音信号S的上限频率，即4000Hz的四倍，尽管这种抽样频率不是限制性的。

峰值限制放大器3放大幅度，也就是从模数转换器1输入的数字信号Snarrow的信号值。当因此放大的任何信号值大于预选的最大值时，峰值限制放大器3把所述信号值降低为最大值。更具体地，峰值限制放大器3通过放大控制器4控制的数量来放大所述信号Snarrow，以输出信号Sx。信号Sx从放大器3传送到峰值限制检测器6和衰减器5。

在说明性的实施例中，放大量是指以dBm、dBW、dBmV或类似绝对单位测量的信号电平。另一方面，放大系数是指从设备输出的信号与输入到该设备的信号的比例，并且以dB、％或类似相对单位测量。虽然所述说明性的实施例使用放大量，本发明用放大系数也是可实行的。

峰值限制检测器6确定在该处输入的所述信号Sx的信号值或数字信号数据是否与最大值一致。如果所述信号值不与最大值一致，检测器6就给放大控制器4传送请求信号，请求其增加峰值限制放大器3的放大量。例如，检测器6请求放大控制器4增加放大量，直到其达到最大值。在检测最大值之后，检测器6停止输出上述请求信号。基本上，峰值限制检测器6不请求放大控制器4减少放大量。

在说明性的实施例中，模数转换器1假定是十六比特的模数转换器。峰值限制检测器6因此确定在该处输入的数字信号数据是否是+32767或-32768，尽管这种数值仅是说明性的。

峰值限制放大器3的初始放大量使得信号Sx在电平上与信号Snarrow相同。每次峰值限制检测器6传送请求信号到放大控制器4时，放大控制器4从初始量增加峰值限制放大器3的放大量。例如，放大控制器4按照从峰值限制检测器6的请求而增加放大量，直到信号值达到最大值，以及在检测器6已经检测到最大值之后，保持此时的放大量。

衰减器5衰减从峰值限制放大器3输入的信号Sx。更具体地，衰减器5在每个预选的时段，相对于例如那些信号的最大值或平均值，比较从模数转换器输入的信号Snarrow与信号Sx，所述时段例如为每秒、每帧(例如，十毫秒)、或每五万个采样。衰减器5调整信号Sx的幅度，以使信号Snarrow和Sx由加法器7以3∶1的比例相加。这样由衰减器5调整的信号Sx输入到加法器7。

加法器7把从衰减器5输入的信号Sx添加到从模数转换器1输入的信号Snarrow，并且把产生的和信号馈送到数模转换器2。注意的是本发明不局限于所述增加或混合比是3∶1的情形。

在接收到从加法器7输出的数字和信号时，数模转换器2把和信号转换为模拟信号Swide(wide：宽)，以及把所述模拟信号Swide馈送到例如包括在未示出的电话机中的听筒。

将在以下详细描述所述说明性的实施例如何通过把信号Snarrow加到所放大的信号Sx，恢复包括在原始语音信号中的由于频带受限而丢失的频带的频率分量。

图2绘制了从模数转换器1输出的语音信号Snarrow的特定频率特性。在图2中，纵坐标和横坐标分别表示语音信号Snarrow和频率的相对强度。如所示，输入到峰值限制放大器3的语音信号Snarrow已经在频带中受限了。如果所述信号Snarrow不由放大器3放大，所述信号Snarrow将经由频率特性不变的加法器7输出到例如未示出的电话机的听筒。

相反，由峰值限制放大器3放大到最大值的信号Sx，也包含由于频带受限而丢失的频带的频率分量。图3绘制了从峰值限制放大器3输出的信号Sx的频率特性；纵坐标和横坐标分别表示语音信号Snarrow的相对强度和频率。所述信号Sx包含所丢失的频率分量的原因是，所述信号Snarrow的几乎所有的幅度受限制在最大值中，因此具有类似于矩形波的“截顶”波形。

更具体地，如现有技术中已知的，矩形波具有第一固有频率和是固有频率整数倍的频率分量。因此，通过把信号Snarrow放大到最大值，有可能把信号Snarrow形成类似于矩形波的波形。这就是为什么所放大的信号Sx具有对应于初始语音信号的固有频率的频率分量和是整数倍的频率分量。

另一方面，特别包括在语音信号中的元音凑巧包含第一固有频率或周期以及是其整倍数的频率分量。按照这样，所述说明性的实施例通过使用特别在图3中示出的、已放大到最大值的信号Sx的频率分量中的4000Hz到8000Hz的频率分量，补偿了在信号Snarrow中丢失的频率分量。

衰减器5衰减从峰值限制放大器3输入的信号Sx，以使原始信号不受过多影响。在这时，还照原样衰减具有受限顶端的波形。

受到衰减器5影响的衰减量仅仅是预先设置的。在说明性的实施例中，衰减量使得在施加到加法器7的一个输入端的信号Snarrow和所衰减的信号Sx之间的功率比如前所述是3∶1，但不仅限于此。

如上所述，在说明性实施例中，峰值限制放大器3放大窄带数字信号Snarrow的信号值，而在任何信号值超过最大值时，限制该信号值到最大值。放大控制器4按照峰值限制检测器6的输出控制峰值限制放大器3的放大量，以使最大值必定出现在信号中。而且，衰减器5调整经控制放大的信号与初始波形的混合比，由此控制音高(pitch)。通过如此限制语音波形的顶端，所述说明性的实施例恢复了在语音信号的初始频率分量之中的、从所述语音波形本身丢失的频带的频率分量。

而且，使用由所述说明性实施例恢复的语音信号的电话机，可以提供具有高语音信号质量的通信。

以下将参照图4描述按照本发明的频带恢复设备的第二实施例。如所示，除了BPF(带通滤波器)20代替了图1的衰减器5，第二实施例类似于第一实施例。在附图中，类似的结构元件由相同的标号标注，为了避免冗余而不进行其详细说明。关于图4的以下说明将集中在带通滤波器20的功能上。

带通滤波器20滤出比例如4000Hz低的频率分量。更具体地，带通滤波器20滤出在从峰值限制放大器3输入的信号Sx的频率分量之中的、比4000Hz低的频率分量，同时把4000Hz以及比其高的频率分量Sbpf传送到加法器7。

以下将说明所述说明性实施例特有的带通滤波器20的重要性。从峰值限制放大器3输出的信号Sx具有从0Hz到8000Hz范围的如语音信号分量的频率分量，如参照图3说明的。然而，实际上用于频带恢复的所述信号Sx的频率分量处于从4000Hz到8000Hz范围的频带。按照这样，代替先前实施例的衰减器5的带通滤波器20，同时执行信号Sx的衰减和消除不必要的频带。

操作中，从峰值限制放大器3输出的信号Sx输入到带通滤波器20。带通滤波器20滤出低于4000Hz的频率分量，以及把所产生的信号Sbpf传送到加法器7。图5绘制了信号Sbpf的频率特性；纵坐标和横坐标分别表示语音信号的相对强度和频率。

带通滤波器20形成输入信号Sx的频谱分布。通过比较信号Snarrow的幅度与信号Sbpf的幅度，带通滤波器20还调整信号幅度，以使原始信号Snarrow对输出信号Sbpf的比例是3∶1，但不限于此。

加法器7把从带通滤波器20输出的信号Sbpf添加到信号Snarrow，由此恢复其频率分量处于从0Hz到8000Hz频带范围中的信号。这个数字信号是从加法器7馈送到数模转换器2。数模转换器2把数字信号转换到模拟信号，如先前的实施例。

如上所述，由于带通滤波器20代替了衰减器5，所述说明性实施例通过仅使用对恢复所必需的频率分量来恢复所述频带，同时使不应被增强的其它频率分量保持原样。所述说明性实施例因此比先前实施例更多地改善了声音信号的质量。

图6示出了按照本发明的频带恢复设备的第三实施例。如所示，除了特性校正滤波器30代替了图4的带通滤波器20外，第三实施例类似于第二实施例。关于图6的以下说明将集中在特性校正滤波器30的功能上。

所述特性校正滤波器30滤出在所述输入信号Sx的频率分量之中的、低于4000Hz的频率分量，如同图4的带通滤波器20。滤波器30实现频率整形，以使衰减量随着频率的增加而增加。图7绘制了由滤波器30如此处理的信号Scf的特定频率特性；纵坐标和横坐标分别表示增益水平和频率。举例来说，增益的单位是dB或％。

操作中，所述滤波器30滤出在所述输入信号Sx的频率分量之中的、低于4000Hz的频率分量，同时随着频率的增加而增加衰减量。更具体地，滤波器30调整信号Sx的频率分布。通过比较信号Snarrow的幅度与信号Sx的幅度，滤波器30还调整信号Sx的幅度，以使原始信号Snarrow对信号Sx的比例是3∶1。从滤波器30输出的信号Scf输入到加法器7。

加法器7把信号Scf加到原始信号Snarrow，由此恢复具有从0Hz到8000Hz频带范围的信号。所产生的和信号馈送到数模转换器2。数模转换器2把数字和信号转换为模拟信号Swide。

本来，由于频率变得更高，人的有声语音(voiced-sound)分量更减低。因此，为了实现比图4的带通滤波器20更自然的声音信号，所述说明性实施例利用了滤波器30。

参照图8，将说明按照本发明的频带恢复设备的第四实施例。除以下外，第四实施例与第一实施例相同。如所示，限幅器40和限幅控制器41分别代替了图1的峰值限制放大器3和放大控制器4。此外，峰值限制检测器42代替了图1的峰值限制检测器7。而且，图1的衰减器5是图8的电路所没有的。

相当于所谓限幅电路的限幅器40，通过使用由限幅控制器41控制的限幅值限制从模数转换器1输出的信号Snarrow的幅度。所述限幅值是指这样的限制值，也就是最初表示最大幅度、以及然后为了检测信号Sx的最大值而由限幅控制器41减少。

预先配有预选的幅度限定值的峰值限制检测器42，例如在每秒、每帧或每五万个采样的每预选时段，确定从限幅器40输出的信号Sx的例如为最大值或平均值的幅度是否与所述幅度限定值一致。如果在任何预选时段期间最大幅度不到所述幅度限定值，那么峰值限制检测器42降低所述幅度限定值直到其检测到最大值。在检测到最大值时，检测器42把表示所述检测的信号421馈送到限幅控制器41。

限幅控制器41控制分配给限幅器40的限幅值。更具体地，当从峰值限制检测器42输入的信号421指示所述信号Sx的幅度已经达到所述幅度限定值时，限幅控制器41降低限幅器40的限幅值到例如所述幅度限定值的60％到70％。在限幅器40限制幅度的同时，其把表示限制操作的信号401发送到峰值限制检测器42，以使检测器42去中断对所述最大值的检测。

以下将描述说明性实施例的操作。模数转换器1以和第一实施例中完全相同的方式操作。从模数转换器1个输出的信号Snarrow输入到限幅器40。

限幅器40使用由限幅控制器41设置的限幅值去限制所述信号Snarrow的幅度。更具体地，将从模数转换器1输出的+32767和-32768的数字最大幅度分别作为正和负最大幅度而最初设置在限幅器40中的。限幅器40因此在操作的最初阶段不限制所述信号Snarrow的幅度。

比较所述信号Snarrow与限幅值，只有当所述信号Snarrow大于所述限幅值时，所述限幅器40输出所述限幅值以代替所述信号Snarrow作为所述信号Sx。限幅器40把表示所述限制操作的信号401传送到峰值限制检测器42。当所述信号Snarrow小于所述限幅值时，所述限幅器40简单地输出信号Snarrow作为信号Sx。

在接收到从限幅器40来的信号Sx时，只有当不限制幅度时，峰值限制检测器42确定所述信号Sxis的幅度是否与最大值一致。如果所述信号Sx的幅度与最大值一致，那么检测器42把表示所述一致的信号421和幅度限定值传送到限幅控制器41。

限幅控制器41按照信号421和幅度限定值对限幅器40设置限幅值，然后把所述限幅值馈送到限幅器40。因此，限幅器40必定按照所述限幅值限制所述信号Snarrow的幅度，产生在所述信号Snarrow中丢失的语音信号的频率分量。数模转换器2以和第一实施例中完全相同的方式操作。

在图1中示出的衰减器5当然可以连接在加法器7和限幅器40之间，尽管未在图8中示出。

如上所述，在所述说明性实施例中，限幅器40限制语音信号的幅度以产生高频分量。限幅控制器41按照所述峰值限制检测器41响应于最大值的输出控制限幅器40的限幅值，以使所述语音信号的幅度必定是受限的。由于这样配置，所述说明性实施例不但通过如第一实施例一样恢复语音信号丢失的高频分量提高了声音信号质量，而且因为缺少第一实施例的衰减器5而减小了电路规模。

图9示出了按照本发明的频带恢复设备的第五实施例。如所示，除了带通滤波器20连接在限幅器40和加法器7之间外，第五实施例和第四实施例类似。带通滤波器20用和第二实施例的带通滤波器20一样的方法操作。

如上所述，由于带通滤波器20增加到了第四实施例，所述说明性实施例通过仅使用对恢复所必需的频率分量来恢复所述频带，同时使不应增强的其它频率分量保持原样。所述说明性实施例因此比第四实施例更多地改善了声音信号质量。

图10示出了按照本发明的频带恢复设备的第六实施例。如所示，除了特性校正滤波器30代替了带通滤波器20外，第六实施例与第五实施例类似。所述特性校正滤波器30用和第三实施例的特性校正滤波器30一样的方法操作。

将看到的是，使用特性校正滤波器30代替了带通滤波器20，所述说明性实施例允许语音信号比第五实施例听起来更自然。

以下将参照图11描述按照本发明的频带恢复设备的第七实施例。如所示，除了有声语音检测器71连接到模数转换器1输出端以及放大控制器70代替了放大控制器4之外，第七实施例类似于第一实施例。

在说明性实施例中，所述有声语音检测器71确定从模数转换器1输出的信号Snarrow是否包括有声语音信号，以及在检测到有声语音信号时把检测结果传送到放大控制器70。在响应中，只要有声语音检测器71检测到有声语音信号，放大控制器70就增加峰值限制放大器3的放大量。放大控制器70连续地增加放大量，直到其接收到峰值限制检测器6的表示最大值的输出。

以下将更具体地描述所述说明性实施例的操作。有声语音检测器71用以后具体描述的方法确定从模数转换器1输出的信号Snarrow是否包括有声语音信号。如果信号Snarrow包括有声语音信号，那么有声语音检测器71把有声语音信号的检测报告给放大控制器70。在响应中，只要有声语音检测器71检测到有声语音信号，放大控制器70就增加峰值限制放大器3的放大量并且连续地增加它。随后，一旦峰值限制检测器6连续地检测到最大值，放大控制器70就停止增加放大量。

峰值限制放大器3和峰值限制检测器6用和第一实施例中一样的方法操作。

在说明性实施例的频带恢复将更好地在有声语音信号的持续时间期间继续的方面，有声语音检测器71是重要的。这是因为所述说明性实施例对于有声语音信号是特别有效的，如上所述。更具体地，在有声语音信号的持续时间期间恢复语音信号更优于仅恢复部分语音信号的频带。

以下将详细描述有声语音检测器71如何检测语音信号。有声语音检测器71计算信号Snarrow的两个不同类型的平均值Lng_S_narrow和Srt_S_narrow，其彼此在时间常数方面不同。这些平均值可以写成：

Lng_S_narrow(k)＝δ1·Lng_S_narrow(k-1)

+(1.0-δ1)|Snarrow(k)|……(1)

Srt_S_narrow(k)＝δ2·Srt_S_narrow(k-1)

+(1.0-δ2)|Snarrow(k)|……(2)

其中k表示对应于模拟信号抽样时间的顺次整数，δx(＝1，2)表示平均值，也就是大致的信号电平，的平滑性的常数，并处于1≥δx≥0的范围中。常数δx越大，平均值越平滑。对于小的常数δx，有可能对应信号的急速变化。在所述说明性实施例中，δ1和δ2分别选择为0.99和0.5。

所述说明性实施例把平均值Lng_S_narrow(k)和Srt_S_narrow分别视为噪声门限电平(floor level)和信号电平，以及当保持以下关系式时确定存在有声语音信号：

Srt_S_narrow(k)＞Lng_S_narrow(k)+6dB  ……(3)

应当注意到包括在所述关系式(3)中的6dB的阈值不是限制性的，仅仅是说明性的。

如上所述，由于有声语音检测器71增加到了第一实施例的电路，所述说明性实施例使放大控制器70按照是否存在有声语音信号来控制放大量，由此连续地产生在有声语音信号的持续期间的频带恢复的信号。所述说明性实施例因此提高了在对话的整个语音部分上的声音信号质量。

图12示出了按照本发明的频带恢复设备的第八实施例。如所示，除了带通滤波器20代替了衰减器5外，第八实施例类似第七实施例。另外，带通滤波器20用和第二实施例的带通滤波器20一样的方法操作。

由于带通滤波器20代替了衰减器5，所述说明性实施例通过仅使用对恢复所必需的频率分量来恢复所丢失的频带，同时使不应增强的其它频率分量保持原样。所述说明性实施例因此比第七实施例更多地改善了声音信号质量。

图13示出了按照本发明的频带恢复设备的第九实施例。如所示，除了特性校正滤波器30代替了衰减器20外，第九实施例类似第八实施例。所述特性校正滤波器30用和第三实施例的特性校正滤波器30一样的方法操作。

可见使用特性校正滤波器30代替了带通滤波器20，所述说明性实施例允许语音信号比第八实施例听起来更自然。

图14示出了按照本发明的频带恢复设备的第十实施例。如所示，除了有声语音检测器71连接到模数转换器1输出端以及限幅控制器100代替了限幅控制器41之外，第十实施例类似于第四实施例。有声语音检测器71以和第七实施例中完全相同的方式操作。

在所述说明性实施例中，当有声语音检测器71的输出指示检测到有声语音时，限幅控制器100在有声语音信号的持续期间降低限幅值，直到已经连续地检测到最大值，由此限制所述信号的顶端。

由于在第七实施例的关系式中的同样理由，所述有声语音检测器71是重要的。

如上所述，由于有声语音检测器71增加到了第四实施例的电路，所述说明性实施例使得限幅控制器100去控制限幅器40的限幅值，以使幅度限制在有声语音信号的持续期间发生，有声语音信号是由有声语音检测器71检测到的。这样在有声语音信号的持续期间顺利地产生了频带恢复的信号，因此在对话的有声部分期间连续地提高了声音信号质量。

图15示出了按照本发明的频带恢复设备的第十一实施例。如所示，除增加了带通滤波器20外，第十一实施例类似于第十实施例。带通滤波器20用和第二实施例中描述的完全一样的方法操作。

由于带通滤波器20增加到了第十实施例，所述说明性实施例通过仅使用对恢复所必需的频率分量来恢复所述频带，同时使不应增强的其它频率分量保持原样。所述说明性实施例因此比第十实施例更多地提高了声音信号质量。

图16示出了按照本发明的频带恢复设备的第十二实施例。如所示，除了特性校正滤波器30代替了带通滤波器20外，第十二实施类似于第十一实施例。特性校正滤波器30用和第三实施例中描述的完全一样的方法操作。

特性校正滤波器30用和第三实施例中描述的完全一样的方法操作。可见，所述说明性实施例使用特性校正滤波器30产生比第十一实施例更自然的语音信号。

以下将参照图17说明按照本发明的频带恢复设备的第十三实施例。如所示，除了语音检测器130代替了有声语音检测器71、增加了移频器131以及放大控制器132代替了放大控制器70之外，第十三实施例类似于第七实施例。

语音检测器130检测在从模数转换器1输出的信号Snarrow中出现的有声语音和无声语音(unvoiced sound)信号，以及把表示检测的信号传送到放大控制器132和移频器131。以后将详细描述语音检测器130如何检测有声语音和无声语音信号。

当语音检测器130的输出指示检测到无声语音信号时，移频器131把从模数转换器1输出的信号Snarrow的频率向要恢复的频带平移。然而，当语音检测器130的输出指示检测到有声语音信号时，移频器131不平移所述频率。

在接收到表示检测到无声语音信号的语音检测器130的输出时，放大控制器132控制峰值限制放大器3放大量为一倍。另一方面，当语音检测器130的输出指示检测到有声语音信号时，放大控制器132如第七实施例的放大控制器70一样，在有声语音信号的持续时间上增加放大量，并且连续地增加它，直到最大值检测器6检测到最大值。

操作中，语音检测器130接收其频带限制在例如从0Hz到4000Hz的范围内的信号Snarrow。语音检测器130首先用和第七实施例的有声语音检测器71一样的方法检测有声语音信号，以及用以下过程检测无声语音信号。

图18绘制输入到语音检测器130的以及表示日文语音“∫o：”的信号Snarrow的特定波形。在图18中，纵坐标和横坐标分别表示语音信号的强度的数字值中和对应于模拟信号抽样时间的顺次整数。如所示，在时间部分51中没有信号，无声语音“∫”和有声语音“o：”分别出现于时间部分52和53中。无声语音“∫”的幅度小，但是波形变化跨越水平轴，也就是幅度0。为了检测无声语音信号，语音检测器130确定信号Snarrow的数字采样与水平轴或幅度0相交多少次。

更具体地，语音检测器130计算所述信号Snarrow的采样序列Snarrow(k)和其前面的采样序列(Snarrow)(k-1)的乘积cross_S_narrow(k)：

cross_Snarrow(k)＝Snarrow(k)×Snarrow(k-1)……(4)

随后，当所述乘积cross_Snarrow(k)的符号是负号或负的、也就是当数据采样与水平轴或零点相交时，语音检测器130给计数器c_consonant增加1。

语音检测器130随着过去的1600个采样Snarrow(k-1599)至Snarrow(k)来重复所述表达式(4)，并且如果多于四百个采样与水平轴相交、就确定存在无声语音信号：

c_consonant＞400   ……(5)

虽然关系式(5)的过去的采样的数量和阈值分别假定为1600和400，这种数值自然仅仅是说明性的。同时，无声语音信号可以通过除了如上所述使用零交叉点的数量的任何适当方法来检测。

语音检测器130最后基于有声语音和无声语音信号的检测结果来确定语音信号的类型，如下：

(1)如果没有检测到有声语音信号也没有检测到无声语音信号，那么就没有语音信号；

(2)如果没有检测到有声语音信号，但是检测到无声语音信号，那么存在无声语音信号；

(3)如果检测到有声语音信号，但没有检测到无声语音信号，那么存在有声语音信号；或者

(4)如果检测到有声语音信号和无声语音信号两者，那么存在语音信号。

虽然所述说明性实施例使用了上述类别，可以使用任何其它适当的方法，只要其可以正确地检测语音信号同时区分有声语音信号和无声语音信号。

有声/无声语音信号的检测结果从语音检测器130馈送到放大控制器132和移频器131。放大控制器132和移频器131按照以下将说明的检测结果操作。

当语音检测器130的输出表示判定(1)的结果时，也就是当没有检测到语音信号时，放大控制器132控制峰值限制放大器3的放大量为一倍。

此外，当语音检测器230的输出表示判定(2)的结果时，也就是当检测到无声语音信号时，放大控制器232控制峰值限制放大器3的放大量为一倍。移频器131还把输入信号Snarrow的frequency向着要恢复的频带平移。更具体地，在所述说明性实施例中，移频器131把频率范围从0Hz至4000Hz的信号Snarrow与4000Hz的正弦波相乘，由此输出处于4000Hz至8000Hz的频率范围中的信号Supper(upper：上)。当然，可以使用任何其它适当的方法，只要其把所述频率分量向着所要恢复的频带平移。

由此频率平移的所述信号Supper由加法器133加到信号Sx，然后输入到衰减器5。衰减器5产生的输出还加到原始信号Snarrow，然后作为信号Swide经由数模转换器2输出。

另一方面，当语音检测器130的输出表示判定(3)或(4)的结果时，也就是当检测到有声语音信号时，移频器131不操作。在这种情况下，语音检测器130用和第七实施例的有声语音检测器71一样的方法操作。并且，放大控制器132用和第七实施例的放大控制器70一样的方法操作。

如上所述，第十三实施例不仅恢复表示有声语音信号的频率分量，而且恢复表示无声语音信号的频率分量，由此比第七实施例更多地提高了声音信号质量。

因为人的语音信号自然包括有声语音和无声语音信号二者，为了提高声音信号质量，将更好地恢复表示它们两者的频率分量。另一方面，无声语音信号不具有由在第一实施例中说明的第一固有频率和其整数倍的频率组成的波形。于是即使当通过向上平移所述信号Snarrow，把0Hz至4000Hz的信号Snarrow加到所述4000Hz至8000Hz的信号Supper，所产生的0Hz至8000Hz的信号不会不自然地发声。这就是为什么第十三实施例也恢复表示无声语音信号的频率分量。

如上所述，在说明性实施例中，当语音信号是无声语音的时，移频器131平移所述无声语音信号的频率，由此恢复频带。这对于也恢复表示无声语音信号的频带是成功的，由此更进一步提高声音信号质量。虽然所述说明性实施例处理有声语音信号和无声语音信号二者，如果期望的话，其可以仅用移频器131处理无声语音信号。

图19示出了按照本发明的频带恢复设备的第十四实施例。如所示，除了带通滤波器20代替了衰减器5外，第十四实施例类似于第十三实施例。带通滤波器20用和第二实施例中描述的完全一样的方法操作，将不具体地说明。

由于带通滤波器20增加到了第十三实施例，所述说明性实施例通过仅使用对恢复所必需的频率分量来恢复所述频带，同时使不应增强的其它频率分量保持原样。所述说明性实施例因此比第十三实施例更多地提高了声音信号质量。

图20示出了按照本发明的频带恢复设备的第十五实施例。如所示，除了特性校正滤波器30代替了带通滤波器20外，第十五实施类似于第十四实施例。特性校正滤波器30用和第三实施例中描述的完全一样的方法操作，将不具体地说明。

可见，所述说明性实施例使用特性校正滤波器30产生比第十四实施例更自然的语音信号。

以下将参照图21描述按照本发明的频带恢复设备的第十六实施例。如所示，除了语音检测器130代替了有声语音检测器71、限幅控制器161代替了限幅控制器100、以及具有移频器130之外，第十六实施例类似于第十实施例。

语音检测器13和移频器131用和第十三实施例中一样的方法操作。以下说明集中在限幅控制器161的操作上。

限幅控制器161按照表示有声/无声语音信号的判定的语音检测器130的输出来控制限幅器40的限幅值。如果语音检测器130的输出指示不存在声音信号，那么限幅控制器161固定限幅器40的限幅值。另一方面，如果语音检测器130的输出指示存在无声语音信号，那么限幅控制器161最大化限幅器40的限幅值，也就是尽可能不限制所述限幅值，由此避免出现顶端不受限制的波形。

当语音检测器130的输出指示存在有声语音信号时，移频器131不操作。在这种情况下，语音检测器130和限幅控制器161分别用和第十实施例的有声语音检测器71和限幅控制器100一样的方法操作。

如上所述，在说明性实施例中，当语音信号是无声语音时，移频器131恢复所述无声语音信号的频带，由此更进一步提高声音信号质量。另外，因为其不需要衰减器5，所述说明性实施例比第十三实施例减小了频带恢复设备的规模。

图22示出了按照本发明的频带恢复设备的第十七实施例。如所示，除增加了带通滤波器20外，第十七实施例类似于第十六实施例。带通滤波器20用和第二实施例中一样的方法操作。

由于带通滤波器20增加到了第十六实施例，所述说明性实施例通过仅使用对恢复所必需的频率分量来恢复所丢失的频带，同时使不应增强的其它频率分量保持原样。所述说明性实施例因此比第十六实施例更多地提高了声音信号质量。

图23示出了按照本发明的频带恢复设备的第十八实施例。如所示，除了特性校正滤波器30代替了带通滤波器20外，第十八实施类似于第十七实施例。特性校正滤波器30用和第三实施例中描述的完全一样的方法操作，将不具体地说明。

可见，所述说明性实施例使用特性校正滤波器30产生比第十四实施例更自然的语音信号。

在所示出和说明的实施例中，为了恢复丢失的频带，处理语音信号以产生具有受限顶端的信号，也就是具有类似矩形波形的信号，该信号由等同于所述语音信号第一基本频率的第一频率和是其整数倍的频率构成。可选地，所述语音信号的最大值和/或最小值可以被线性地插值，由此产生三角波。而且，可以仅仅所述语音信号的最大值或最小值用来线性地插值在水平轴和下一个最大值或下一个最小值之间的部分，由此产生锯齿波。

应当注意到，所述说明性实施例不仅适用于如所示和说明的具有限制频带的语音信号，而且适用于例如声音信号或音乐信号。

总之，可见，本发明提供了一种能够基于输入的语音信号再现处于被排除的频带中的丢失的频率分量的频带恢复设备。

在这里通过全部引用结合了于2003年2月14日申请的日本专利申请No.2003-36607的整个公开文本，包括所述公开的说明书、权利要求、附图和摘要。

虽然已经参照特定说明性实施例描述了本发明，但是其不受所述实施例的限制。应当理解，所属领域技术人员可以在不脱离本发明的范围和精神下改变或修改所述实施例。

Claims (16)

1.一种频带恢复设备，用于恢复处于由于声音信号的频带限制而丢失的频带中的频率分量，包括：

峰值限制放大器，其被配置为放大输入的窄带信号，同时防止产生的放大信号超过最大幅度；

峰值限制检测器，其被配置为检测从所述峰值限制放大器输出的所述放大信号的电平；

放大控制器，其被配置为根据从所述峰值限制检测器输出的所述放大信号的电平，增加至少所述峰值限制放大器的放大系数和放大量的其中任意一个；以及

频带恢复电路，其被配置为根据从所述峰值限制放大器输出的所述放大信号和所述输入的窄带信号，产生包括处于所述丢失频带中的频率分量的频带恢复信号。

2.按照权利要求1的设备，还包括被配置为基于所述输入的窄带信号至少检测有声语音信号的语音检测器，

其中当所述语音检测器至少检测到有声语音信号时，所述放大控制器增加至少所述放大系数和所述放大量的其中任意一个。

3.按照权利要求2的设备，还包括被配置为把所述输入的窄带信号的频率分量向着所要恢复的频带平移的移频器，

其中所述语音检测器基于所述输入的窄带信号至少检测无声语音信号，以及

其中只有当所述语音检测器检测到无声语音信号时，所述移频器才把所述输入的窄带信号的频率分量向着所要恢复的频带平移。

4.按照权利要求1的设备，还包括被配置为把所述输入的窄带信号的频率分量向着所要恢复的频带平移的移频器，以及被配置为基于所述输入的窄带信号至少检测无声语音信号的语音检测器；

其中只有当所述语音检测器检测到无声语音信号时，所述移频器才把所述输入的窄带信号的频率分量向着所要恢复的频带平移。

5.按照权利要求1的设备，其中所述频带恢复电路包括被配置为调整从所述峰值限制放大器输出的所述放大信号的幅度以输出调整的信号的幅度调整部件，以及被配置为以预选比例结合所述调整的信号和所述输入的窄带信号以由此产生所述频带恢复信号的信号产生部件。

6.按照权利要求5的设备，其中所述幅度调整部件包括被配置为仅使恢复所必需的频带的频率分量通过的带通滤波器。

7.按照权利要求5的设备，其中所述幅度调整部件包括特性校正滤波器，该滤波器被配置为使恢复所必需的频带的频率分量通过的同时，根据所述频带调整所述频率分量的幅度。

8.一种电话机，包括用于恢复处于由于声音信号的频带限制而丢失的频带中的频率分量的频带恢复设备，其中所述频带恢复设备包括：

峰值限制放大器，其被配置为放大输入的窄带信号，同时防止产生的放大信号超过最大幅度；

峰值限制检测器，其被配置为检测从所述峰值限制放大器输出的所述放大信号的电平；

放大控制器，其被配置为根据从所述峰值限制检测器输出的所述放大信号的电平，增加至少所述峰值限制放大器的放大系数和放大量的其中任意一个；以及

频带恢复电路，其被配置为根据从所述峰值限制放大器输出的所述放大信号和所述输入的窄带信号，产生包括处于所述丢失频带中的频率分量的频带恢复信号。

9.一种频带恢复设备，用于恢复处于由于声音信号的频带限制而丢失的频带中的频率分量，包括：

限幅器，其被配置为限制输入的窄带信号的信号值的上限；

检测器，其被配置为检测所述输入的窄带信号的信号值的电平；

限幅控制器，其被配置为根据所述检测器的输出减少所述上限；以及

频带恢复电路，其被配置为根据从所述限幅器输出的信号和所述输入的窄带信号，产生包括处于所述丢失频带中的频率分量的频带恢复的信号。

10.按照权利要求9的设备，还包括语音检测器，其被配置为基于所述输入的窄带信号至少检测有声语音信号，

其中当所述语音检测器至少检测到有声语音信号时，所述限幅控制器降低所述上限。

11.按照权利要求10的设备，还包括被配置为把所述输入的窄带信号的频率分量向着所要恢复的频带平移的移频器，

其中所述语音检测器基于所述输入的窄带信号至少检测无声语音信号，以及

其中只有当所述语音检测器检测到无声语音信号时，所述移频器才把所述输入的窄带信号的频率分量向着所要恢复的频带平移。

12.按照权利要求9的设备，还包括被配置为把所述输入的窄带信号的频率分量向着所要恢复的频带平移的移频器，以及被配置为基于所述输入的窄带信号至少检测无声语音信号的语音检测器；

其中只有当所述语音检测器检测到无声语音信号时，所述移频器才把所述输入的窄带信号的频率分量向着所要恢复的频带平移。

13.按照权利要求9的设备，其中所述频带恢复电路包括被配置为调整从所述限幅器输出的所述放大信号的幅度以输出调整的信号的幅度调整部件，以及被配置为以预选比例结合所述调整的信号和所述输入的窄带信号以由此产生所述频带恢复信号的信号产生部件。

14.按照权利要求13的设备，其中所述幅度调整部件包括被配置为仅使恢复所必需的频带的频率分量通过的带通滤波器。

15.按照权利要求13的设备，其中所述幅度调整部件包括特性校正滤波器，该滤波器被配置为使恢复所必需的频带的频率分量通过，同时根据所述频带调整所述频率分量的幅度。

16.一种电话机，包括用于恢复处于由于声音信号的频带限制而丢失的频带中的频率分量的频带恢复设备，其中频带恢复设备包括：

限幅器，其被配置为限制所述输入的窄带信号的信号值的上限；

检测器，其被配置为检测所述输入的窄带信号的信号值的电平；

限幅控制器，其被配置为根据所述检测器的输出减少所述上限；以及

频带恢复电路，其被配置为根据从所述限幅器输出的信号和所述输入的窄带信号，产生包括处于所述丢失频带中的频率分量的频带恢复的信号。

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