DE10102173A1

DE10102173A1 - Method for converting speech signals of different bandwidth encoded parametrically into speech signals uses encoded speech signals with a first bandwidth or a second narrow bandwidth and a broadband decoder.

Info

Publication number: DE10102173A1
Application number: DE2001102173
Authority: DE
Inventors: Tim Fingscheidt; Imre Varga
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2001-01-18
Filing date: 2001-01-18
Publication date: 2002-07-25
Also published as: WO2002058055A1

Abstract

Encoded speech signals (css) have a first broad bandwidth (16kHz) or a second narrow bandwidth (8kHz). The encoded speech signals are decoded to match their bandwidth into speech signals (16kHz-ss) of broad bandwidth by means of a broadband decoder (WBQDC) or into speech signals (8kHz-ss) of narrow bandwidth by means of a narrow band decoder (NBQDC). During decoding parameters are determined for specifying the speech signals. An Independent claim is also included for a system for converting speech signals of different bandwidth encoded parametrically into speech signals.

Description

Die Erfindung betrifft Verfahren und Anordnungen zum Umsetzen von parametrisch codierten Sprachsignalen verschiedener Band breite in Sprachsignale. Unter "codiertes Sprachsignal" ver steht man im Rahmen der vorliegenden Anmeldung Sprachsignale, die sprachcodiert sind, wohingegen man unter "Sprachsignal" ein nicht sprachcodiertes Signal versteht.The invention relates to methods and arrangements for implementation of parametrically coded speech signals from different bands wide in speech signals. Under "coded speech signal" ver one stands within the scope of the present application speech signals, which are speech coded, whereas under "speech signal" understands a signal that is not speech-coded.

Quellensignale bzw. Quelleninformationen wie Sprach-, Ton-, Bild- und Videosignale beinhalten fast immer statistische Re dundanz, also redundante Informationen. Durch eine Quellenco dierung kann diese Redundanz stark verringert werden, so daß eine effiziente Übertragung bzw. Speicherung des Quellensig nals ermöglicht wird. Diese Redundanzreduktion beseitigt vor der Übertragung redundante Signalinhalte, die auf der Vor kenntnis von z. B. statistischen Parametern des Signalverlaufs beruhen. Nach der Übertragung werden bei der Quellendecodie rung diese Anteile dem Signal wieder zugesetzt, so daß kein oder allenfalls ein geringer Qualitätsverlust entsteht. Die Bitrate der quellencodierten Informationen, welche sich aus sogenannten Nettobits zusammensetzt, wird auch Nettobitrate genannt.Source signals or source information such as voice, sound, Image and video signals almost always include statistical re redundancy, i.e. redundant information. By a Quellenco This redundancy can be greatly reduced so that an efficient transfer or storage of the source sig nals is made possible. This redundancy reduction eliminates the transmission of redundant signal content based on the pre knowledge of z. B. statistical parameters of the signal curve based. After the transfer, the source decode tion added to the signal again, so that no or at most a slight loss of quality arises. The Bit rate of the source-coded information, which results from so-called net bits is also called the net bit rate called.

Bei parametrischen Quellencodierverfahren werden Parameter ermittelt, welche die zu übertragenden Signale möglichst gut beschreiben bzw. bestimmen. Bei der parametrischen Sprach quellencodierung (Sprachcodierung) werden die ermittelten Pa rameter bzw. Koeffizienten auch Sprachkoeffizienten genannt. Ein Beispiel für eine Umsetzung von Sprache in parametrisch codierte Sprachsignale wird im folgenden anhand der GSM (Glo bal System for Mobile Communications)-Fullrate-Codierung be schrieben.With parametric source coding methods, parameters determines which of the signals to be transmitted is as good as possible describe or determine. With the parametric language source coding (speech coding) the determined Pa parameters or coefficients also called speech coefficients. An example of a conversion from language to parametric Coded speech signals are described below using GSM (Glo bal System for Mobile Communications) Full Rate Coding be wrote.

Zuerst liegt Sprache als analoges Signal vor, das zunächst beispielsweise durch eine Pulscodemodulation (PCM) mit 8 kHz abgetastet und quantisiert wird. Bei einer Quantisierung mit 16 Bit beträgt die Datenrate dann 128 kbit/s, wobei das PCM- Signal jedoch viel Redundanz enthält. Zur Sprachcodierung wird nun ein Regular Pulse Excitation-Linear Predictive (RPE-LPC)-Verfahren mit einer Long Term Predictor- Schleife (LTP-Loop) verwendet. Dieses Verfahren zur Sprachco dierung nutzt die Tatsache, daß sich ein Sprachsignal im Ver gleich zur Abtastrate nur sehr langsam ändert und trifft auf grund der Information über vorangegangene Werte eine "Voraus sage" in bezug auf den momentanen Abtastwert. Die Parameter bzw. Koeffizienten der Linearkombination früherer Abtastwerte bilden zusammen mit dem Residuum, der Differenz zwischen den geschätzten und den Augenblickswerten, das Signal. Das Ergeb nis der Sprachcodierung kann beispielsweise folgende Parame ter zur Beschreibung der Sprache enthalten: LPC-Filterkoef fizienten; LTP Delay; LTP Gain; RPE-Grid; RPE Skalierung und RPE Werte.First of all, speech is available as an analog signal for example by pulse code modulation (PCM) at 8 kHz is sampled and quantized. When quantizing with 16 bit the data rate is then 128 kbit / s, whereby the PCM However, the signal contains a lot of redundancy. For speech coding becomes a Regular Pulse Excitation-Linear Predictive (RPE-LPC) method with a long term predictor Loop (LTP loop) used. This procedure for Sprachco dation uses the fact that a speech signal in the ver changes very slowly at the sampling rate and hits based on the information about previous values an "advance say "with respect to the current sample. The parameters or coefficients of the linear combination of previous samples together with the residual, form the difference between the estimated and the instantaneous values, the signal. The result For example, the following coding can be used for speech coding for the description of the language included: LPC filter filter coefficients; LTP delay; LTP gain; RPE grid; RPE scaling and RPE values.

Auf der anderen Seite ist es üblich, den aus der Quellenco dierung hervorgehenden Informationsbits gezielt Redundanz durch Kanalcodierung wieder hinzuzufügen, um die Beeinflus sung der Übertragung durch Kanalstörungen im Empfänger bzw. im Decoder weitgehend erkennen und eventuell auch korrigieren zu können. Dabei wird in der Regel jeweils einer vorgegebenen Anzahl K von Informationsbits oder Nettobits eine vorgegebe nen Anzahl N-K von redundanten Fehlerschutzbits hinzugefügt, wodurch N sogenannte Codebits oder Bruttobits entstehen, welche schließlich über den gestörten Übertragungskanal übertra gen werden. Die Kanalcodierung wird dabei auch oft durch ihre Rate R = K/N beschrieben. Die Bitrate der kanalcodierten Infor mationen, also der Bruttobits, wird auch Bruttobitrate ge nannt. Eine einfache Art der Kanalcodierung besteht darin, die zu übertragenden Informationsbits einfach zu wiederholen. Neuere, an sich ebenfalls bekannte Kanalcodierungsverfahren basieren dagegen auf einer Faltungscodierung.On the other hand, it is common to find the one from the Quellenco resultant information bits targeted redundancy by channel coding to add back the influence solution due to channel interference in the receiver or largely recognize in the decoder and possibly correct it to be able to. As a rule, one is given in each case Number K of information bits or net bits a given added a number N-K of redundant error protection bits, whereby N so-called code bits or gross bits arise, which finally transmitted over the disturbed transmission channel be. The channel coding is often determined by their Rate R = K / N described. The bit rate of the channel-coded information mations, i.e. the gross bits, gross bit rate is also used Nannt. A simple type of channel coding is simply repeat the information bits to be transmitted. Newer channel coding methods which are also known per se are based on convolutional coding.

Es sind Verfahren zur adaptiven Quellen- und/oder Kanalcodie rung samt adaptiver Decodierung, als sogenannte adaptive Mul tiratenencodierung (Adaptive Multirate (AMR) Codecs) vorge schlagen, welche es ermöglichen sollen, Quellensignalen je nach Qualitätsanforderung der Informationsübertragung bzw. je nach Übertragungsbedingungen im Rahmen einer Quellencodierung mehr oder weniger redundante Information zu entziehen und/oder im Rahmen einer Kanalcodierung zum Fehlerschutz mehr oder weniger redundante Information hinzuzufügen. Derartige Multiratencodierverfahren werden dabei auch durch deren zuge hörige Codemodi und Kanalmodi beschrieben. Unterschiedliche Codemodi weisen dabei verschiedene Nettobitraten auf, wohin gegen unterschiedliche Kanalmodi verschiedene Bruttobitraten aufweisen. Innerhalb eines Kanalmodus kann es dabei verschie dene Codemodi geben.They are methods for adaptive source and / or channel coding tion including adaptive decoding, as so-called adaptive mul tirate coding (Adaptive Multirate (AMR) Codecs) featured suggest which should enable source signals ever according to the quality requirements of the information transfer or according to transmission conditions in the context of source coding withdraw more or less redundant information and / or more in the context of channel coding for error protection or add less redundant information. such Multi-rate coding methods are also associated with them appropriate code modes and channel modes are described. different Code modes have different net bit rates wherever different gross bit rates against different channel modes exhibit. It can be different within a channel mode give them code modes.

Beispielsweise kann ein derartiges Multiratencodierverfahren unter guten Kanalbedindungen und/oder in hoch ausgelasteten Funkzellen im Half Rate(HR)-Kanalmodus arbeiten. Es soll un ter schlechten Kanalbedingungen und/oder in niedrig ausgelas teten Funkzellen dynamisch in den Full Rate (FR)-Kanalmodus gewechselt werden und umgekehrt. Die Bruttobitrate nach der Kanalcodierung ist dabei beispielsweise innerhalb eines Ka nalmodus konstant; sie beträgt beispielsweise im Full Rate (FR)-Kanalmodus 22,8 Kbit/sek. und im Half Rate(HR)- Kanalmodus 11,4 Kbit/sek. Da die Bruttobitrate bei variabler Nettobitrate innerhalb eines Kanalmodus nach der Kanalcodie rung einheitlich sein soll, wird die Kanalcodierung entspre chend angepaßt und den Informationsbits bei der Kanalcodie rung eine entsprechend angepaßte variable Anzahl von Fehler schutzbits hinzugefügt.For example, such a multi-rate coding method under good channel conditions and / or in busy conditions Radio cells operate in half rate (HR) channel mode. It should be un bad channel conditions and / or in low emissions radio cells dynamically into full rate (FR) channel mode be changed and vice versa. The gross bit rate after the Channel coding is, for example, within a Ka channel mode constant; for example, it is at full rate (FR) channel mode 22.8 Kbit / sec. and in half rate (HR) - Channel mode 11.4 Kbit / sec. Since the gross bit rate is variable Net bit rate within a channel mode according to the channel code channel coding will be the same adapted accordingly and the information bits in the channel code a correspondingly adjusted variable number of errors protection bits added.

Verschiedene Sprachcodierverfahren sind auch durch ihre un terschiedlichen Bandbreiten gekennzeichnet. So gibt es bei spielsweise Narrowband (Schmalband)-Coder, welche Sprachsig nale, die zwischen 300 und 3400 Hz liegen, in codierte Sprachsignale umsetzen und Wideband (Breitband)-Coder, welche Sprachsignale, die zwischen 50 und 7000 Hz liegen, in codier te Sprachsignale umsetzen. Die Sprachsignale, die dem Schmal band-Coder zugeführt werden, werden dabei mit einer geringe ren Abtastrate abgetastet als die Sprachsignale, die dem Breitband-Coder zugeführt werden. Dafür ist die Nettobitrate des Schmalband-Coders in der Regel niedriger als die Netto bitrate des Breitband-Coders.Different speech coding methods are also due to their un different bandwidths. So there is for example, narrowband (narrowband) coders, which are linguistic nale, which are between 300 and 3400 Hz, in coded Implement voice signals and wideband (broadband) encoders, which Speech signals that are between 50 and 7000 Hz in coded implement voice signals. The speech signals that the narrow band encoders are fed with a low ren sampling rate sampled as the speech signals that the Broadband encoders can be supplied. That is the net bitrate of the narrowband coder is usually lower than the net Bit rate of the broadband coder.

Werden die codierten Sprachsignale verschiedener Bandbreite innerhalb des gleichen Kanalmodus übertragen, so ermöglicht dies die Anwendung verschiedener Raten bei der Kanalcodie rung, was zu unterschiedlichem Fehlerschutz führt. So ist es bei Anwendung des gleichen Kanalmodus möglich, bei schlechten Übertragungsbedingungen über den Übertragungskanal den schmalbandigen codierten Sprachsignalen im Zuge der Kanalco dierung mehr redundante Fehlerschutzbits hinzuzufügen als den breitbandigen codierten Sprachsignalen. Daher bietet sich die Übertragung von Sprachsignalen über einen Übertragungskanal mit variierenden Übertragungsbedingungen an, bei der abhängig von den Übertragungsbedingungen die Sprachcodierung zwischen einer breitbandigen und einer schmalbandigen Sprachcodierung umgeschaltet wird und die Kanalcodierung, insbesondere die Rate der Kanalcodierung daran angepaßt wird. Empfangsseitig erfolgt eine an die Codierung angepaßte Decodierung der co dierten Sprachsignale. Nachteilig daran ist, daß ein empfan gender Teilnehmer insbesondere das plötzliche Umschalten von Breitband-Codierung auf Schmalband-Codierung und den damit verbundenen Qualitätsverlust als äußerst störend empfindet.Are the coded speech signals of different bandwidth transmitted within the same channel mode, so enabled this is the application of different rates in the channel code tion, which leads to different error protection. That's the way it is possible when using the same channel mode, with bad ones Transmission conditions over the transmission channel narrow-band coded speech signals in the course of the Kanalco add more redundant error protection bits than that broadband coded speech signals. Therefore the Transmission of voice signals over a transmission channel with varying transmission conditions, depending on of the transmission conditions the speech coding between a broadband and a narrowband speech coding is switched and the channel coding, especially the Rate of the channel coding is adapted to it. At the receiving end there is a decoding of the co dated speech signals. The disadvantage of this is that one received gender participant in particular the sudden switching of Broadband coding on narrowband coding and so on associated loss of quality as extremely disruptive.

Ein alternativ denkbares Szenario ist eine Handover- Situation: Ausgangspunkt der Betrachtungen ist eine funktio nierende breitbandige Gesprächsverbindung. Wenn nun für einen der Gesprächsteilnehmer eine Übergabe (Handover) an eine an dere Basisstation durchgeführt wird, kann der Fall eintreten, daß die übernehmende Basistation zu einem Netz(teil) gehört, welcher den breitbandigen Sprachservice nicht unterstützt. Aus diesem Grunde wird dann auf die schmalbandige Codierung und Decodierung zurückgeschaltet. Auch in diesem Szenario wird der empfangende Teilnehmer insbesondere das plötzliche Umschalten von Breitband-Codierung auf Schmalband-Codierung und den damit verbundenen Qualitätsverlust als äußerst stö rend empfinden.An alternative conceivable scenario is a handover Situation: The starting point of the considerations is a function nating broadband call connection. If now for one the call participant hands over to someone the base station is carried out, the case may occur that the receiving base station belongs to a network (part), which does not support the broadband voice service. For this reason, narrow-band coding is used and decoding switched back. Even in this scenario the receiving participant becomes particularly sudden Switch from broadband coding to narrowband coding and the associated loss of quality as extremely disruptive feeling.

Der Erfindung liegt nun das Problem zugrunde, ein Verfahren und eine Anordnung zum Umsetzen von parametrisch codierten Sprachsignalen verschiedener Bandbreite in Sprachsignale an zugeben, das es ermöglicht, diesen plötzlichen Qualitätsver lust mit wenig Aufwand zu vermeiden.The invention is based on the problem of a method and an arrangement for converting parametrically coded Speech signals of different bandwidth in speech signals admit that this sudden quality ver avoid lust with little effort.

Dieses Problem wird durch die Merkmale der unabhängigen Pa tentansprüche gelöst. Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen. This problem is compounded by the characteristics of the independent Pa claims resolved. Developments of the invention result themselves from the dependent claims.

Erfindungsgemäß werden demnach parametrisch codierte Sprach signale verschiedener Bandbreite entsprechend ihrer Bandbrei te mittels eines Breitbanddecoders oder eines Schmalbanddeco ders in Sprachsignale entsprechender Bandbreite decodiert, wobei die Bandbreite von durch den Schmalbanddecoder deco dierten Sprachsignalen künstlich verbreitert wird, wozu zu mindest ein im Rahmen der Decodierung ermittelter Parameter herangezogen wird.According to the invention, accordingly, parametrically coded speech signals of different bandwidths according to their bandwidth using a broadband decoder or a narrowband decoder which is decoded into speech signals with a corresponding bandwidth, the bandwidth of deco by the narrowband decoder dated speech signals is artificially broadened, for what at least one parameter determined during the decoding is used.

Dadurch wird erreicht, daß der empfangende Teilnehmer das plötzliche Umschalten von Breitband-Codierung auf Schmalband- Codierung - beispielsweise aufgrund von Verschlechterungen der Übertragungsbedingungen oder aufgrund eines Handovers in eine Zelle ohne breitbandigen Sprachservice - und den damit verbundenen Qualitätsverlust nicht so deutlich wahrnimmt. Statt dessen hört der empfangende Teilnehmer ein künstlich verbreitertes Sprachsignal, das zwar nicht die Qualität eines durch einen Breitbanddecoder decodierten Sprachsignals auf weist, aber einem derartigen Signal was den Höreindruck be trifft doch erheblich näher kommt als ein durch einen Schmal banddecoder decodiertes Sprachsignal. Die plötzliche und für den Teilnehmer überraschende starke Verschlechterung der Qua lität der decodierten Sprache wird dadurch vermieden. Durch die zweite Verwendung eines bereits im Rahmen der Decodierung ermittelten und verwendeten Parameters zur künstlichen Ver breiterung des schmalbandigen Sprachsignals kann die künstli che Verbreiterung mit einem gegenüber dem Stand der Technik reduzierten Aufwand durchgeführt werden.This ensures that the receiving participant sudden switching from broadband coding to narrowband Coding - for example due to deterioration the transfer conditions or due to a handover in a cell without broadband voice service - and with that perceives associated loss of quality so clearly. Instead, the receiving participant hears an artificial one widened speech signal, which is not the quality of a speech signal decoded by a broadband decoder points, but such a signal what the auditory impression hits much closer than a narrow one band decoder decoded speech signal. The sudden and for the participant's surprising worsening of the Qua This avoids the decoded language. By the second use of one already in the context of decoding determined and used parameters for artificial ver broadening of the narrowband speech signal can the artificial che widening with a compared to the prior art reduced effort.

Zur Lösung der Aufgabe ist ferner eine Anordnung zum Umsetzen von parametrisch codierten Sprachsignalen verschiedener Band breite in Sprachsignale angegeben, welche insbesondere zur Durchführung der erfindungsgemäßen Verfahren oder einer ihrer Weiterbildungen eingerichtet sind.To achieve the object, there is also an arrangement for implementation of parametrically coded speech signals from different bands width indicated in speech signals, which in particular for Implementation of the method according to the invention or one of its Training courses are set up.

Die Erfindung wird im Folgenden anhand bevorzugter Ausfüh rungsbeispiele näher beschrieben, zu deren Erläuterung nach stehend aufgelistete Figuren dienen:The invention is described below on the basis of a preferred embodiment Rungsbeispiele described in more detail for their explanation Figures listed standing serve:

Fig. 1 vereinfachtes Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Umsetzen von parametrisch codierten Sprachsignalen verschie dener Bandbreite in Sprachsignale; Fig. 1 simplified flow diagram of a method for converting parametrically coded voice signals various bandwidth into voice signals;

Fig. 2 Prinzipschaltbild einer Anordnung zum Umsetzen von parametrisch codierten Sprachsignalen verschiedener Bandbrei te in Sprachsignale. Fig. 2 Schematic diagram of an arrangement for converting parametrically coded speech signals of different Bandbrei te into speech signals.

Fig. 1 zeigt ein Verfahren zum Umsetzen von parametrisch co dierten Sprachsignalen verschiedener Bandbreite in Sprachsig nale anhand eines vereinfachten Schemas einer Nachrichten übertragungskette. Fig. 1 shows a method for converting parametrically coded voice signals of different bandwidth into voice signals using a simplified scheme of a message transmission chain.

In einer Signalquelle Q, wie einem Mikrofon, werden analoge Sprachsignale erzeugt, die im Falle einer Breitband-Codierung einem 16 kHz-A/D-Wandler und im Falle einer Schmalband- Codierung einem 8 kHz-A/D-Wandler zugeführt werden. Die durch eine entsprechende Abtastung und Quantisierung erzeugten di gitalen Sprachsignale breiter Bandbreite 16 kHz-ss bzw. schma ler Bandbreite 8 kHz-ss werden entsprechend ihrer Bandbreite zur parametrischen Quellencodierung (Sprachcodierung) entwe der einem Breitbandcoder (Breitband-Encoder) WBQC oder einem Schmalbandcoder (Schmalband-Encoder) NBQC zugeführt und in Parameter zur Beschreibung der Sprachsignale codiert. Die derart codierten Sprachsignale breiter Bandbreite 16 kHz-css bzw. schmaler Bandbreite 8 kHz-css, die entsprechende unter schiedliche Nettobitraten aufweisen, können durch eine nicht dargestellte Kanalcodierung in eine einheitliche Bruttobitra te umgesetzt werden.In a signal source Q, such as a microphone, analog signals Speech signals generated in the case of broadband coding a 16 kHz A / D converter and in the case of a narrowband Coding an 8 kHz A / D converter. By a corresponding sampling and quantization generated di gital speech signals of broad bandwidth 16 kHz-ss or schma Bandwidth 8 kHz-ss are according to their bandwidth for parametric source coding (speech coding) that of a broadband encoder (broadband encoder) WBQC or one Narrow band encoder (narrow band encoder) fed to NBQC and in Coded parameters for the description of the speech signals. The 16 kHz-css wide bandwidth speech signals coded in this way or narrow bandwidth 8 kHz-css, the corresponding under have different net bit rates, can not by a channel coding shown in a uniform GrossBitra be implemented.

Diese derart kanalcodierten Bitfolgen oder Codebits werden in einem nicht dargestellten Modulator weiterverarbeitet und an schließend über eine Übertragungsstrecke CH übertragen. Bei der Übertragung treten Störungen, wie beispielsweise Fading, oder Rauschen auf.These bit sequences or code bits, which are coded in this way, are in processed and on a modulator, not shown finally transmitted over a transmission link CH. at Interference such as fading occurs during transmission or noise.

Die Übertragungsstrecke CH liegt zwischen dem Sender und ei nem Empfänger. Der Empfänger enthält gegebenenfalls eine nicht dargestellte Antenne zum Empfang der über die Übertra gungsstrecke CH übertragenen Signale, eine Abtasteinrichtung, einen Demodulator zum Demodulieren der Signale und einen Ent zerrer zum Eliminieren der Intersymbolstörungen. Diese Ein richtungen wurden ebenfalls aus Vereinfachungsgründen in Fig. 1 nicht dargestellt. Auch ein mögliches Interleaving und Deinterleaving ist nicht dargestellt. Ein Entzerrer gibt Emp fangswerte einer Empfangsfolge aus. In einem Kanaldecoder wird schließlich die Kanalcodierung rückgängig gemacht.The transmission path CH lies between the transmitter and a receiver. The receiver optionally contains an antenna, not shown, for receiving the signals transmitted via the transmission path CH, a scanning device, a demodulator for demodulating the signals and an equalizer for eliminating the intersymbol interference. These directions were also not shown in Fig. 1 for simplicity. Possible interleaving and deinterleaving is also not shown. An equalizer outputs reception values of a reception sequence. In a channel decoder, the channel coding is finally undone.

Nach der Kanaldecodierung liegen empfangsseitig wieder co dierte Sprachsignale breiter Bandbreite 16 kHz-css bzw. schma ler Bandbreite 8 kHz-css vor, die zur Quellendecodierung (Sprachdecodierung) entsprechend ihrer Bandbreite entweder einem Breitbanddecoder WBQC oder einem Schmalbanddecoder NBQC zugeführt werden, wobei zur Sprachdecodierung die Parameter par zur Beschreibung der Sprache ermittelt und verwendet wer den. Paramter par, die in einem späteren Schritt zur künstli chen Bandbreiten-Verbreiterung verwendet werden, werden au ßerdem in einer Speichereinrichtung zwischengespeichert. Die aus der Breitbanddecodierung hervorgehenden Sprachsignale 16 kHz-ss werden einem breitbandigen D/A Wandler 16 kHz-D/A zu geführt und in breitbandige analoge Sprachsignale umgesetzt.After channel decoding, co dated wide bandwidth speech signals 16 kHz-css or schma Bandwidth 8 kHz-css before that for source decoding (Speech decoding) according to their bandwidth either a broadband decoder WBQC or a narrowband decoder NBQC are supplied, the parameters for speech decoding par for the description of the language determined and used who the. Parameters par, which in a later step to artificial Chen bandwidth broadening are also used also temporarily stored in a storage device. The voice signals resulting from broadband decoding 16 kHz-ss become a broadband D / A converter 16 kHz-D / A guided and converted into broadband analog voice signals.

In Abhängigkeit von der empfangsseitigen Einstellung werden aus der Schmalbanddecodierung hervorgehende Sprachsignale 8 kHz-ss entweder einem schmalbandigen D/A Wandler 8 kHz-D/A zugeführt und in schmalbandige analoge Sprachsignale umge setzt oder einer künstlichen Bandbreiten-Verbreiterung EX un terzogen und die daraus hervorgehenden Sprachsignale 16 kHz- sse mit künstlich verbreiterter Bandbreite einem breitbandi gen D/A Wandler 16 kHz-D/A zugeführt und in breitbandige ana loge Sprachsignale umgesetzt, die schließlich in einer Signalsinke S, wie einem Lautsprecher ausgegeben werden. Zur künstlichen Bandbreiten-Verbreiterung EX werden im Rahmen der Sprachdecodierung ermittelte Parameter par verwendet.Depending on the reception setting Speech signals resulting from the narrowband decoding 8 kHz-ss either a narrowband D / A converter 8 kHz-D / A fed and vice versa in narrowband analog voice signals sets or an artificial bandwidth broadening EX un trained and the resulting speech signals 16 kHz a broadband with artificially widened bandwidth gen D / A converter 16 kHz-D / A supplied and in broadband ana loge speech signals implemented, which finally in a Signal sink S, like a speaker. to artificial bandwidth broadening EX will be part of the Speech decoding parameters used par used.

Verfahren zur künstlichen Bandbreiten-Verbreiterung als sol che sind bekannt. In "Wideband Extension of Telephone Speech Using a Hidden Markov Model", Peter Jax and Peter Vary, IEEE Speech Coding Workshop, September 2000, Wisconsin, USA, wird beispielsweise das schmalbandig decodierte Sprachsignal (8 kHz Abtastrate) mittels einer Interpolation auf 16 kHz Ab tastrate gebracht. Für dieses nach wie vor schmalbandige Sig nal werden Parameter (Koeffizienten) berechnet, die die spektrale Einhüllende des Signals beschreiben: Dies können Filterkoeffizienten sein (LPC-Koeffizienten), oder LSF- Koeffizienten (line spectral frequencies), oder jede beliebi ge Beschreibungsform einer spektralen Einhüllenden. Mittels eines Hidden-Markov-Modells (HMMs) kann nun zu dieser schmal bandigen gemessenen Einhüllenden ein breitbandige Einhüllende bestimmt werden. Dies geschieht über ein mit schmal- und breitbandigen Sprachsignalen trainiertes Codebuch. Artificial bandwidth broadening as a sol che are known. In "Wideband Extension of Telephone Speech Using a Hidden Markov Model ", Peter Jax and Peter Vary, IEEE Speech Coding Workshop, September 2000, Wisconsin, USA for example the narrowband decoded speech signal (8 kHz Sampling rate) by means of an interpolation to 16 kHz Ab brought tact rate. For this still narrow-band Sig nal parameters (coefficients) are calculated that the Describe the spectral envelope of the signal: This can Be filter coefficients (LPC coefficients), or LSF- Coefficients (line spectral frequencies), or any form of description of a spectral envelope. through a hidden Markov model (HMMs) can now be narrow to this banded measured envelopes a broadband envelope be determined. This is done using a narrow and broadband speech signals trained codebook.

In einem weiteren Schritt werden die gefundenen breitbandigen LPC-Koeffizienten verwendet, um aus dem interpolierten Signal ein Restsignal zu erhalten; dies geschieht durch eine Analy sefilterung. Das Restsignal muß nun auch noch auf die breite Bandbreite erweitert werden; dies läßt sich in einfacher Wei se z. B. durch Nullensetzen jedes zweiten Abtastwertes bewerk stelligen. Dies bewirkt eine gewollte spektrale Rückfaltung im Restsignalbereich. Schließlich wird das so gewonnene Sig nal mit dem inversen Analysefilter gefiltert (Synthesefilte rung) und so das Sprachsignal mit künstlich erweiterter Band breite generiert.In a further step, the broadband found are LPC coefficients used to get out of the interpolated signal to get a residual signal; this is done by an analy sefilterung. The residual signal must now also be broad Bandwidth will be expanded; this can be done in simple white se z. B. by zeroing every other sample digit. This causes a desired spectral refolding in the residual signal range. Finally the Sig nal filtered with the inverse analysis filter (synthesis filter tion) and so the speech signal with artificially expanded band broad generated.

Die Gewinnung der Parameter über die spektrale Einhüllende des Sprachsignals (LPC-Koeffizienten) wird üblicherweise durch relativ rechenzeitaufwendige Korrelationsberechnungen und Rekursionen gelöst. Auf der anderen Seite fallen diese Parameter im Rahmen der schmalbandigen Sprachdecodierung (al so der Vorstufe zur künstlichen Bandbreitenerweiterung) so wieso an. Besonders vorteilhaft ist folglich die Zwischen speicherung der LPC-Koeffizienten aus dem Sprachdecoder und ihre Verwendung im Zuge der künstlichen Bandbreitenerweite rung (Bandbreitenverbreiterung).Obtaining the parameters via the spectral envelope of the speech signal (LPC coefficient) is usually through relatively computationally time-consuming correlation calculations and recursions solved. On the other hand, these fall Parameters in the context of narrowband speech decoding (al so the preliminary stage for artificial bandwidth expansion) so why. The intermediate is consequently particularly advantageous storage of the LPC coefficients from the speech decoder and their use in the course of artificial bandwidth expansion tion (bandwidth broadening).

Je eingesetztem Verfahren zur künstlichen Bandbreitenerweite rung können auch andere im Zuge der Sprachdecodierung anfal lenden Parameter gewinnbringend im Zuge der künstlichen Band breitenerweiterung verwendet werden, wie beispielsweise alle Arten der Darstellung der spektralen Einhüllenden (Autokorre lationswerte, LPC-Koeffizienten, LSFs, Reflektionskoeffizien ten, . . .). Eine voice activity-Information (VAD-Information) aus dem Sprachdecoder könnte beispielsweise unterschiedliche Codebücher im Extender (Bandbreitenerweiterer) auswählen oder in Sprachpausen die künstliche Bandbreitenerweiterung gene rell ausschalten und damit Rechenzeit sparen.Depending on the method used for artificial bandwidth expansion Others can also be involved in the course of speech decoding profitable parameters in the course of the artificial band width extension can be used, such as all Types of representation of the spectral envelope (autocorre lation values, LPC coefficients, SPFs, reflection coefficients ten,. , .). A voice activity information (VAD information) from the speech decoder, for example, could be different Select code books in the extender (bandwidth extender) or the artificial bandwidth expansion during speech pauses Switch off quickly and save computing time.

Der Begriff des Sprachsignals wird im Rahmen dieser Erfindung benutzt sowohl für das Eingangssignal des Sprachcoders (Sprach-Encoders), als auch für das Ausgangssignal des Sprachdecoders. Der Sprachdecoder umfaßt dabei entweder einen Sprachdecoder im engeren Sinne, oder aber einen in weiterem Sinne mit integrierter Comfort-Noise-Generation (CNG), die - im Discontinuous Transmission-Modus (DTX-Modus) betrieben - in Sprachpausen das Hintergrundgeräusch reproduziert. Im Fal le eines Sprachdecoders im engeren Sinne wird die künstliche Bandbreitenerweiterung nur in Phasen der Sprachaktivität durchgeführt, im Falle eines Sprachdecoders im weiteren Sinne wird sie unabhängig von der Sprachaktivität durchgeführt.The term speech signal is used in the context of this invention used both for the input signal of the speech encoder (Voice encoder), as well as for the output signal of the Speech decoder. The speech decoder comprises either one Speech decoder in the narrower sense, or one in a wider one Senses with integrated comfort noise generation (CNG), which - operated in discontinuous transmission mode (DTX mode) - reproduces the background noise during speech pauses. In the fall le of a speech decoder in the narrower sense becomes the artificial one Bandwidth expansion only in phases of speech activity carried out, in the case of a speech decoder in a broader sense it is carried out regardless of language activity.

Im folgenden wird ein beispielhafter Einsatz des eben ge schilderten Verfahrens innerhalb eines Mobilfunksystems er läutert:
Zunächst werden bei guten Übertragungsverhältnissen bevorzugt Sprachsignale sendeseitig einer breitbandigen Sprachcodierung unterzogen und empfangsseitig einer breitbandigen Sprachdeco dierung unterzogen. Verschlechtern sich nun die Übertragungs bedingungen über den Übertragungskanal derart, daß zum Feh lerschutz eine verstärkte Kanalcodierung erforderlich ist, wird automatisch die Übertragung und Codierung von breitban diger Sprachcodierung und breitbandiger Sprachdecodierung auf schmalbandige Sprachcodierung und schmalbandige Sprachdeco dierung umgeschaltet. Um empfangsseitig den Einbruch der Sprachqualität zu reduzieren, wird als Reaktion auf die Um stellung der Übertragung und der Codierung die Bandbreite der decodierten schmalbandigen Sprachsignale künstlich verbrei tert.An example of the use of the method just described within a mobile radio system is explained below:
First, with good transmission conditions, speech signals are preferably subjected to broadband speech coding on the transmission side and subjected to broadband speech decoding on the receiving side. If the transmission conditions over the transmission channel deteriorate in such a way that enhanced channel coding is required for error protection, the transmission and coding of broadband speech coding and broadband speech decoding is automatically switched to narrowband speech coding and narrowband speech decoding. In order to reduce the drop in speech quality at the receiving end, the bandwidth of the decoded narrowband speech signals is artificially widened in response to the transmission and coding.

Alternativ dazu kann die Umstellung von breitbandiger zu schmalbandiger Übertragung bzw. Codierung manuell durch einen der Teilnehmer ausgelöst werden oder durch den Netzbetreiber beispielsweise aufgrund einer Netzüberlast oder eines Hando vers ausgelöst werden.Alternatively, the switch from broadband to narrowband transmission or coding manually by a the subscriber are triggered or by the network operator for example due to a network overload or a hando verse are triggered.

Fig. 2 zeigt eine programmgesteuerte Prozessoreinrichtung PE, wie beispielsweise einen Mikrocontroller, der auch einen Prozessor CPU und eine Speichereinrichtung SPE umfassen kann. Die Prozessoreinrichtung PE, die insbesondere in einer Kommu nikationseinrichtung, wie einer Basisstation, einer zentralen Netzinfrastruktureinrichtung oder einer Mobilstation enthal ten sein kann, ist zur Durchführung der oben erläuterten Ver fahren eingerichtet. Die Prozessoreinrichtung PE kann dabei auch eine Empfangseinrichtung EE und eine Sendeeinrichtung SE ansteuern, den Empfang und das Senden von Signalen, sowie die Codierung zu sendender Signale und die Decodierung der emp fangenen Signale steuern. Fig. 2 shows a program-controlled processor device PE, such as a microcontroller, which may also include a processor CPU and a storage device SPE. The processor device PE, which can in particular be contained in a communication device, such as a base station, a central network infrastructure device or a mobile station, is set up to carry out the methods explained above. The processor device PE can also control a receiving device EE and a transmitting device SE, control the reception and transmission of signals, as well as the coding of signals to be transmitted and the decoding of the received signals.

Je nach Ausführungsvariante können dabei innerhalb oder au ßerhalb der Prozessoreinrichtung PE weitere - der Prozessor einrichtung zugeordnete, zur Prozessoreinrichtung gehörende, durch die Prozessoreinrichtung gesteuerte oder die Prozessor einrichtung steuernde - Komponenten, wie beispielsweise ein digitaler Signalprozessor oder weitere Speichereinrichtungen angeordnet sein, deren prinzipielle Funktion im Zusammenhang mit einer Prozessoreinrichtung zur Steuerung einer Mobilsta tion einem Fachmann hinreichend bekannt ist, und auf welche daher an dieser Stelle nicht näher eingegangen wird. Die un terschiedlichen Komponenten können über ein Bussystem BUS oder Ein-/Ausgabeschnittstellen und gegebenenfalls geeignete Controller mit dem Prozessor CPU Daten austauschen.Depending on the design variant, inside or outside Outside the processor device PE further - the processor device assigned, belonging to the processor device, controlled by the processor device or the processor device-controlling components, such as a digital signal processor or other storage devices be arranged, the basic function of which is related with a processor device for controlling a Mobilsta tion is well known to a person skilled in the art, and to which is therefore not discussed in more detail at this point. The un Different components can be connected via a bus system or Input / output interfaces and, if necessary, suitable ones Exchange controller with processor CPU data.

Je nach Ausführungsvariante kann die Speichereinrichtung SPE, bei der es sich auch um einen oder mehrere flüchtige und/oder nicht flüchtige Speicherbausteine handeln kann, oder Teile der Speichereinrichtung SPE als Teil der Prozessoreinrichtung PE (in Figur dargestellt) realisiert sein oder als externe Speichereinrichtung (in Figur nicht dargestellt) realisiert sein, die außerhalb der Prozessoreinrichtung PE lokalisiert ist und mittels geeigneter Schnittstellen oder eines geeigne ten Bussystems mit der Prozessoreinrichtung PE verbunden ist.Depending on the design variant, the storage device SPE, which is also one or more volatile and / or non-volatile memory chips, or parts the storage device SPE as part of the processor device PE (shown in figure) can be realized or as an external Storage device (not shown in the figure) realized be located outside the processor device PE and by means of suitable interfaces or a suitable one ten bus system is connected to the processor device PE.

In der Speichereinrichtung SPE sind die Programmdaten, wie beispielsweise die Steuerbefehle oder Steuerprozeduren, die zur Steuerung des Ablaufs der oben beschriebenen Verfahren herangezogen werden, gespeichert.The program data, such as for example the control commands or control procedures that to control the execution of the procedures described above be used, saved.

Neben den oben erläuterten Ausführungsvarianten der Erfindung liegt eine Vielzahl weiterer Ausführungsvarianten im Rahmen der Erfindung, welche hier nicht weiter beschrieben werden, aber anhand der erläuterten Ausführungsbeispiele einfach in die Praxis umgesetzt werden können. So können insbesondere die Bezeichnungen "schmalbandig" und "breitbandig" durch eine Vielzahl auch innerhalb eines Verfahrens verschiedener Werte besetzt sein. Der Terminus "breite Bandbreite" in Verbindung mit einer Frequenz (16 kHz) soll sich auf die Abtastrate des entsprechenden Sprachsignals beziehen; das Sprachsignal sel ber kann durchaus nur Energie in einer Bandbreite von etwa 50 Hz bis 7000 Hz aufweisen. In gleicher Weise soll der Terminus "schmale Bandbreite" in Verbindung mit einer Frequenz (8 kHz) sich auf die Abtastrate des entsprechenden Sprachsignals beziehen; das Sprachsignal selber kann durchaus nur Energie in einer Bandbreite von etwa 300 Hz bis 3400 Hz aufweisen.In addition to the embodiment variants of the invention explained above There are a number of other design variants in the frame the invention, which are not further described here, but simply based on the illustrated embodiments in the practice can be implemented. So in particular the terms "narrowband" and "broadband" by a Variety also within a procedure of different values be occupied. The term "broad bandwidth" in connection with a frequency (16 kHz) should affect the sampling rate of the obtain the corresponding speech signal; the speech signal sel Only energy in a bandwidth of around 50 Hz can be used up to 7000 Hz. In the same way, the term "narrow bandwidth" in connection with a frequency (8 kHz) refer to the sampling rate of the corresponding speech signal; the speech signal itself can only be energy in have a bandwidth of about 300 Hz to 3400 Hz.

Claims

1. Method for converting parametrically coded speech signals (css) of different bandwidth into speech signals (ss),
in which the coded speech signals (css) have a first wide bandwidth (16 kHz) or a second narrow bandwidth (8 kHz),
in which the coded speech signals (css) are decoded according to their bandwidth using a broadband decoder (WBQDC) into speech signals (16 kHz-ss) with a wide bandwidth or with a narrowband decoder (NBQDC) into speech signals (8 kHz-ss) with a narrow bandwidth,
in which parameters (par) for describing the speech signals (ss) are determined during the decoding, and
in which the bandwidth of speech signals (8 kHz-ss) narrow band width decoded by the narrowband decoder (NBQDC) is artificially broadened, for which purpose at least one parameter (par) determined during the decoding is used.

2. The method according to claim 1,
in which the coded voice signals are transmitted via a transmission channel,
encoded speech signals are transmitted over a wide bandwidth,
in which encoded wide-band speech signals are decoded into wide-band speech signals using a broadband decoder,
in which, during the transmission of the coded voice signals, a switch is made from the transmission of coded voice signals of wide bandwidth to the transmission of coded voice signals of narrow bandwidth,
in which, in response to switching to the transmission of coded narrow bandwidth speech signals, the coded narrow bandwidth speech signals are decoded into narrow bandwidth speech signals by a narrow band decoder, and
in which the bandwidth of the decoded speech signals of narrow bandwidth is artificially broadened in response to the switching of the transmission.

3. The method according to claim 2, in which the switching of the transmission automatically as Response to a deterioration in the transmission channel follows.

4. The method according to claim 2, in which the switching of the transmission automatically as Response to a handover procedure takes place.

5. The method according to any one of the preceding claims, at which the bandwidth of the decoded speech signals narrow bandwidth artificially to the bandwidth of the speech broadband signals is broadened.

6. arrangement for converting parametrically coded speech signals of different bandwidth into speech signals,
with a receiving device (EE) for receiving para metrically coded voice signals transmitted over a transmission channel, which have a first wide bandwidth or a second narrow bandwidth,
with a processor device (PE), which is set up in such a way that the coded speech signals are decoded in accordance with their bandwidth by means of a broadband decoder into speech signals of wide bandwidth or by means of a narrowband decoder into speech signals of narrow bandwidth,
that parameters for describing the speech signals are determined during the decoding, and
that the bandwidth of narrowband speech signals decoded by the narrowband decoder is artificially expanded, for which purpose at least one parameter determined during the decoding is used.

7. Arrangement according to claim 6,
in which preferably coded voice signals of broad bandwidth are transmitted via the transmission channel (CH), wherein during the transmission of the coded voice signals the transmission of coded voice signals of wide bandwidth is switched to the transmission of coded voice signals of narrow bandwidth
with a processor device (PE) which is set up in such a way that encoded broadband speech signals are preferably decoded into wide bandwidth speech signals by means of a broadband decoder,
that, in response to switching to the transmission of encoded narrow bandwidth speech signals, the narrow bandwidth encoded speech signals are decoded into narrow bandwidth speech signals using a narrowband decoder, and
that in response to the switching of the transmission, the bandwidth of the decoded narrow bandwidth speech signals is artificially broadened.

8. Arrangement according to claim 7, with a processor device (PE), which is turned on is directed that the switching of the transmission automatically in response to a deterioration in the transmission channel he follows.

9. Arrangement according to one of claims 6 to 8, with a processor device (PE), which is turned on is directed to the bandwidth of the decoded speech signals narrow bandwidth artificially to the bandwidth of the speech broadband signals is broadened.