專利名稱：用于提供帶有擴(kuò)展帶寬的聽覺信號(hào)的方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于提供帶有擴(kuò)展帶寬的聽覺信號(hào)，特別是語音 信號(hào)的方法和裝置。
背景技術(shù)：
經(jīng)過模擬或者數(shù)字信號(hào)通路傳輸?shù)穆犛X信號(hào)通常受到信號(hào)通路僅 有有限帶寬的不利影響，以致于所傳輸?shù)穆犛X信號(hào)與原始信號(hào)存在相當(dāng)大的區(qū)別。例如，就傳統(tǒng)的電話連接而言，使用8 kHz的采樣率會(huì) 產(chǎn)生4kHz的最大信號(hào)帶寬。較之于音頻CD的情況，語音和音頻質(zhì)量 明顯下降。此外，許多種傳輸方式會(huì)顯出附加的帶寬限制。在模擬電話連接 的情況下，僅傳輸300Hz和3.4kHz之間的頻率。因而，僅有3.1 kHz 的帶寬是可用的。例如，在語音信號(hào)的情況下，缺少高頻會(huì)導(dǎo)致難于理解。此外， 由于丟失低頻分量，因而通話質(zhì)量降低。一般地，使用寬帶或者寬頻帶數(shù)字編碼和解碼方法(所謂的寬帶 編解碼器)可以增加電話連接的帶寬。然而，在這種情況下，發(fā)射機(jī) 和接收機(jī)都必須支持相對(duì)應(yīng)的編碼和解碼方法，這些方法將需要實(shí)現(xiàn)作為一種可選擇的方式，例如可采用在P. Jax， ￡"/wwcemeWBawdw/cfr/7丄/m"e(i 5) eec/2 5Vg/7a/sv J/gonY/zws 77zeoreft'ca/ Boww(is1, Dissertation, Aachen, Germany, 2002或者E. Larsen, R.M. Aarts， ^"(i/oSflm/wWA五xfera/朋，Wiley， Hoboken， NJ, USA， 2004中所述的用于帶 寬擴(kuò)展的系統(tǒng)。這些系統(tǒng)將僅在接收機(jī)一側(cè)實(shí)現(xiàn)，以便不必改變現(xiàn)存 的電話連接。在這些系統(tǒng)中，帶寬小的輸入信號(hào)的丟失頻率分量被估 計(jì)并被加入到輸入信號(hào)中。在圖8中示出了現(xiàn)有帶寬擴(kuò)展系統(tǒng)的這種狀態(tài)下的結(jié)構(gòu)和對(duì)應(yīng)信 號(hào)流的實(shí)例。通常，丟失頻率分量被逐塊地再合成。在模塊801中，以數(shù)字化形式輸入或者接收的信號(hào)X(n)由分析濾 波器組處理，以便獲得頻譜矢量X(e^,")。這里，變量"代表時(shí)間。 在該圖中，假定通過增大采樣率，已將輸入信號(hào)x(n)轉(zhuǎn)換到所需帶 寬。在這個(gè)轉(zhuǎn)換步驟中，將不會(huì)產(chǎn)生附加的頻率分量，這可以通過例 如使用適當(dāng)?shù)目逛忼X或者抗假像濾波元件來實(shí)現(xiàn)。為了不修正傳輸?shù)男盘?hào)，僅在丟失頻率范圍內(nèi)進(jìn)行帶寬擴(kuò)展。擴(kuò)展涉及低頻(例如，從o 到300 Hz)范圍和/或高頻(例如，3400 Hz到所需采樣率的一半)范 圍，這取決于傳輸方法。在模塊802中，例如，從窄帶信號(hào)提取出窄帶譜包絡(luò)，這種窄帶 信號(hào)受到電話信道的帶寬限制的約束。借助于非線性映射，從窄帶包 絡(luò)估計(jì)出對(duì)應(yīng)的寬帶包絡(luò)。這種影射是基于，例如，碼-表對(duì) (code-book pairs )(請(qǐng)參見J, Epps, W.H. Holmes, J他w T^c/zw々z/e五w/2朋ce膨7^ q/" CWe<i TVamJH^wJ ^S^eec/z, IEEE Workshop on Speech Coding, Conference Proceedings,第174至176頁，1999年6 月)，或基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(請(qǐng)參見J.-M. Valin, R. Lefebvre, 5w^wW決 ^&cte服'ow _Morra>vZ)awJ 6^eec/z 丄ow朋-A她『/cfe6朋(i CW/wg， IEEE Workshop on Speech Coding, Conference Proceedings,第130至 132頁,2000年9月)。在這些方法中，使用需要大量處理器和存儲(chǔ)器資 源的訓(xùn)練方法來產(chǎn)生碼表的條目或者新網(wǎng)絡(luò)的權(quán)重。此外，在模塊803中，從窄帶信號(hào)產(chǎn)生具有扁平譜包絡(luò)的寬波段 或者寬帶激勵(lì)信號(hào)Ue^,n)。該激勵(lì)信號(hào)對(duì)應(yīng)于將緊接在聲帶(vocal chords)之后被記錄的信號(hào)，即，激勵(lì)信號(hào)包含有關(guān)清濁音和音高的信 息，但通常不包括有關(guān)形式和結(jié)構(gòu)或者頻譜形狀的信息(例如參見B. Iser, G. Schmidt, S朋^vv/淑E!xtem7'o" < /S^eec/z, EURASIPNewsletter,巻16，第2號(hào)，第2至24頁，2005年6月)。因此，為了取回完整的信號(hào)(例如語音信號(hào))，激勵(lì)信號(hào)必須用 譜包絡(luò)來加權(quán)。對(duì)于激勵(lì)信號(hào)的產(chǎn)生，例如，可以使用諸如雙向整流 或修整的非線性特性曲線(參見，U. Kornagel, ^erfra/附Je"/"g o/Ae Exc/toriow 5Vg"a/》r /2cwe-^6朋d 5^eec/z五"/z朋c細(xì)e《IWAENC ，01，Conference Proceedings,第215至218頁，2001年9月)。對(duì)于帶寬擴(kuò) 展而言，在模塊804中，使用包絡(luò)對(duì)激勵(lì)信號(hào)U^、^)進(jìn)行頻譜著 色。然后，在模塊806中，使用帶阻濾波器來提取出用于擴(kuò)展的頻譜 范圍，得到信號(hào)頻譜O，")。帶阻濾波器可以在例如200到3700 Hz 的范圍內(nèi)有效。在模塊805中，接收信號(hào)的頻譜X(^^w)通過補(bǔ)償帶通濾波器。然 后，將信號(hào)分量4(e^))和i;^A，w)相加，以獲得帶有擴(kuò)展帶寬的頻 譜;r(e^,w)。在模塊807中，不同的頻譜被再次聚集在綜合濾波器組 中，從而產(chǎn)生具有擴(kuò)展帶寬的輸出信號(hào)Xw)。例如，附加的元件可以存在于本系統(tǒng)中，以進(jìn)行預(yù)加重和/或去加重步驟或者調(diào)整頻譜L(一 ,M)和j;,(^ ,M)的功率。在很多情況下，在子頻帶或者頻域中進(jìn)行信號(hào)處理。在現(xiàn)有技術(shù)的系統(tǒng)中，為樣本值的全部分塊確定諸如基本語音頻 率、平均功率、譜包絡(luò)等信號(hào)參數(shù)。至少對(duì)于一個(gè)分塊而言，這些參 數(shù)保持不變。根據(jù)這些參數(shù)，生成擴(kuò)展信號(hào)和寬帶譜包絡(luò)。在最后的步驟中，合并帶有50%到75%的重疊的后續(xù)分塊，并創(chuàng)建擴(kuò)展頻譜的 輸出信號(hào)。在整個(gè)分塊長度約為20 ms的情況下，這將引起約5到10 ms的典型的分塊偏移。這將導(dǎo)致在劇烈改變語音信號(hào)通道的情況下出現(xiàn)大量的贗像。此 外，由于這種分塊處理，在信號(hào)通路中插入了延遲。尤其對(duì)于免持系 統(tǒng)而言，在發(fā)射機(jī)通路中也表現(xiàn)出信號(hào)處理延遲。在這種情況下，這 些延遲的總和所產(chǎn)生的整個(gè)延遲值大于由ETSI (ETS 300 903 (GSM 03.50)， rraw扁/5vs7'ow P/a朋zV g y4s/ ecte q/"http://ze 5^eec/z >Serw'ce //ze GSM PwW/c丄a"d 7WoW/e A^加orA: (P丄^^) 6^te附，ETSI， France, 1999)或 ITU (ITU-T Recommendation G. 167, Gewera/ C7wrac旨/Woy一 JcowWc ￡c/zo Ow/ra〃era, Helsinki, Finland, 1993)所建議的最大值。 尤其對(duì)于固定電話或免持系統(tǒng)而言，因附加信號(hào)處理而弓i起的最大延 遲應(yīng)為2ms。然而，利用上述現(xiàn)有技術(shù)系統(tǒng)無法實(shí)現(xiàn)這種要求。發(fā)明內(nèi)容因此，本發(fā)明的目的是提供一種用于提供帶有擴(kuò)展帶寬的聽覺信 號(hào)的方法和裝置，其克服了上述缺點(diǎn)，并且尤其減少了信號(hào)延遲。通過根據(jù)權(quán)利要求1的方法和根據(jù)權(quán)利要求25的裝置實(shí)現(xiàn)了這個(gè) 目標(biāo)。相應(yīng)地，本發(fā)明提供一種用于提供帶有擴(kuò)展帶寬的聽覺信號(hào)的方 法，包括提供高頻擴(kuò)展信號(hào)，用于對(duì)在高頻接收到的聽覺信號(hào)進(jìn)行擴(kuò) 展，其中提供高頻擴(kuò)展信號(hào)包括將至少高于預(yù)定頻率下限值和/或低于 預(yù)定頻率上限值的所接收到的聽覺信號(hào)偏移預(yù)定的移頻值，從而獲得 偏移信號(hào)'。因?yàn)槭腔谄扑邮盏降穆犛X信號(hào)來提供擴(kuò)展信號(hào)的，即，通 過提供接收信號(hào)的偏移拷貝來提供擴(kuò)展信號(hào)，所以不需要基于分塊的 信號(hào)處理。因此，相對(duì)于上述基于分塊的信號(hào)處理而言，在信號(hào)處理 期間出現(xiàn)的延遲得以減少。為了獲得高頻擴(kuò)展信號(hào)，可以偏移超過其全波段的所接收到的聽覺信號(hào)?？商娲?，可以僅偏移所接收到的聽覺信號(hào)中的一部分，也就是高于預(yù)定頻率下限值和/或低于預(yù)定頻率上限值的所接收到的聽覺 /士 口在上述描述中，術(shù)語"高頻"并不一定表示預(yù)定的頻率范圍，而是 指所接收到的聽覺信號(hào)在位于較高頻率范圍和/或超過接收到的聽覺信 號(hào)的頻率范圍的頻率上被擴(kuò)展或補(bǔ)償。一般地，所獲得的偏移信號(hào)可作為高頻擴(kuò)展信號(hào)。然而，還可對(duì) 偏移信號(hào)進(jìn)行另外的處理。可以選擇預(yù)定的移頻值，以使偏移信號(hào)覆 蓋適合用于補(bǔ)償所接收到的聽覺信號(hào)的頻率范圍。所接收到的聽覺信號(hào)可以是數(shù)字信號(hào)或者可以被數(shù)字化。在上述方法中，在偏移步驟之前，可以對(duì)所接收到的聽覺信號(hào)進(jìn) 行高通濾波。為了避免對(duì)所接收到的聽覺信號(hào)進(jìn)行偏移所產(chǎn)生的信號(hào)與所接收 到的聽覺信號(hào)重疊，這樣做是非常有用的。通過進(jìn)行這種高通濾波， 只有在所接收到的聽覺信號(hào)超出預(yù)定頻率下限的部分才被偏移，其中預(yù)定頻率下限是高通濾波器的截止頻率；因此，可以避免偏移信號(hào)和 所接收到的聽覺信號(hào)重疊。在上述方法中，在偏移步驟之后，可以接著對(duì)偏移信號(hào)進(jìn)行高通 濾波，從而獲得濾波后的偏移信號(hào)。這種后續(xù)的高通濾波更進(jìn)一步地確保消除了將會(huì)與原始接收到的 聽覺信號(hào)相重疊的偏移信號(hào)的分量。濾波后的偏移信號(hào)可以作為高頻 擴(kuò)展信號(hào)。然而，還可對(duì)濾波后的偏移信號(hào)進(jìn)行另外的處理。用于對(duì)偏移信號(hào)進(jìn)行高通濾波的高通濾波器的截止頻率可以相當(dāng) 于對(duì)所接收到的聽覺信號(hào)進(jìn)行濾波的高通濾波器的截止頻率加上預(yù)定 的移頻值。為了避免偏移信號(hào)和所接收到的聽覺信號(hào)重疊，這是一種 相當(dāng)有利的選擇。在上述方法中，可以使用遞歸濾波器，尤其是Chebyshev和/或 Butterworth濾波器對(duì)所接收到的聽覺信號(hào)進(jìn)行高通濾波，和/或?qū)ζ?信號(hào)進(jìn)行高通濾波。這些IIR濾波器允許高效地實(shí)現(xiàn)高通濾波器。偏移歩驟可以包含對(duì)接收信號(hào)進(jìn)行余弦調(diào)制。這種調(diào)制的結(jié)果是 對(duì)所接收到的聽覺信號(hào)進(jìn)行有效和可靠的偏移。通過所接收到的聽覺信號(hào)與調(diào)制函數(shù)相乘獲得余弦調(diào)制，調(diào)制函 數(shù)即是以移頻和時(shí)間變量的乘積作為自變量的余弦函數(shù)。因?yàn)橛嘞艺{(diào)制使得信號(hào)在正負(fù)頻率方向均發(fā)生偏移，所以在進(jìn)行 余弦調(diào)制之前和之后對(duì)所接收到的聽覺信號(hào)進(jìn)行高通濾波是相當(dāng)有利 的。上述方法可以更進(jìn)一步包括通過提供所接收到的聽覺信號(hào)和高頻 擴(kuò)展信號(hào)的加權(quán)總和，來合并所接收到的聽覺信號(hào)和高頻擴(kuò)展信號(hào)。這樣，最終獲得帶有擴(kuò)展帶寬(尤其對(duì)于高頻而言)的聽覺信號(hào)。 高頻擴(kuò)展信號(hào)可以是例如如上所述的偏移信號(hào)或者濾波后的偏移信號(hào)加權(quán)總和的權(quán)重可以是隨時(shí)間變化的。這樣提高了產(chǎn)生的信號(hào)質(zhì) 量并減少了贗像的出現(xiàn)。高頻擴(kuò)展信號(hào)可以用第一因子加權(quán)，其中第一因子是所接收到的 聽覺信號(hào)的估計(jì)信噪比的函數(shù)。信噪比(SNR)是用于確定所接收到的聽覺信號(hào)是否包括所需信 號(hào)(尤其是語音信號(hào))的合適的變量。這樣，可以通過權(quán)重來實(shí)現(xiàn)衰 減或者放大，其中權(quán)重取決于在所接收到的聽覺信號(hào)中是否存在所需信號(hào)。通過對(duì)所接收到的聽覺信號(hào)的絕對(duì)值的一階IIR平滑，并有可能對(duì)接收到的聽覺信號(hào)進(jìn)行高通濾波，可以基于噪聲電平的絕對(duì)值或者 模的估計(jì)值來估計(jì)信噪比。特別地，第一因子可以是所接收到的聽覺信號(hào)的估計(jì)信噪比的單 調(diào)遞增函數(shù)。這樣，如果所接收到的聽覺信號(hào)表現(xiàn)出小的信噪比，這 種小的信噪比對(duì)應(yīng)于沒有語音分量的信號(hào)部分，那么對(duì)高頻擴(kuò)展信號(hào) 進(jìn)行衰減。如果所接收到的聽覺信號(hào)表現(xiàn)出較大的信噪比，那么高頻 擴(kuò)展信號(hào)的衰減減少，有可能達(dá)到零衰減。高頻擴(kuò)展信號(hào)可以用第二因子加權(quán)，其中第二因子是高頻擴(kuò)展信 號(hào)中估計(jì)的噪聲電平的函數(shù)。這樣，可以根據(jù)高頻率的噪聲電平，對(duì)高頻擴(kuò)展信號(hào)進(jìn)行衰減。 第二因子可以以替代第一因子的方式或者以附加的方式使用。如果這 兩個(gè)因子都使用，優(yōu)選地，將采用第一因子和第二因子的乘積。第二因子可以是高頻擴(kuò)展信號(hào)中估計(jì)的噪聲電平的單調(diào)減函數(shù)。 這樣，如果高頻率的噪聲電平高，那么可以對(duì)高頻擴(kuò)展信號(hào)進(jìn)行更多衰減。在上述方法中，可以根據(jù)相應(yīng)的短時(shí)信號(hào)功率，對(duì)估計(jì)信噪比和/ 或估計(jì)噪聲電平進(jìn)行估計(jì)。對(duì)于這種估計(jì)，這是相當(dāng)有效和可靠的方 法。在上述方法中，高頻擴(kuò)展信號(hào)可以用第三因子加權(quán)，其中根據(jù)所 接收到的聽覺信號(hào)的估計(jì)信號(hào)電平與高頻擴(kuò)展信號(hào)的估計(jì)信號(hào)電平的 比值對(duì)第三因子進(jìn)行控制。這允許更合適地處理信號(hào)功率大部分確實(shí)處于低頻率的情況；在 這種情況下，高頻擴(kuò)展信號(hào)的衰減可以適于產(chǎn)生更自然的擴(kuò)展信號(hào)。第三因子可以是所接收到的聽覺信號(hào)的估計(jì)信號(hào)電平與高頻擴(kuò)展 信號(hào)的估計(jì)信號(hào)電平的比值的單調(diào)遞增函數(shù)。其結(jié)果是如果信號(hào)功率 的大部分處于低頻率，那么對(duì)高頻擴(kuò)展信號(hào)進(jìn)行衰減。關(guān)于第三因子，應(yīng)當(dāng)注意，可以以替代第一因子或者第二因子的 方式或者以附加方式來使用第三因子。特別地，高頻擴(kuò)展信號(hào)的權(quán)重 可以是第一因子、第二因子和/或第三因子的乘積。在上述方法中，通過提供在當(dāng)前時(shí)間和當(dāng)前時(shí)間減去一個(gè)時(shí)間步 長處所接收到的聽覺信號(hào)的加權(quán)總和，可以對(duì)所接收到的聽覺信號(hào)進(jìn) 行加權(quán)。通過考慮當(dāng)前時(shí)間和之前一個(gè)時(shí)間步長二者的所接收到的聽 覺信號(hào)，使得產(chǎn)生的信號(hào)聽起來更為諧調(diào)。時(shí)間步長取決于信號(hào)的采 樣率。特別地，在當(dāng)前時(shí)間和當(dāng)前時(shí)間減一個(gè)時(shí)間步長處的所接收到的 聽覺信號(hào)的加權(quán)總和的權(quán)重可以是所接收到的聽覺信號(hào)的估計(jì)信噪比 和/或高頻擴(kuò)展信號(hào)中估計(jì)噪聲電平的函數(shù)。通過以這種方法修改所接收到的聽覺信號(hào)，在合并所接收到的聽 覺信號(hào)和高頻擴(kuò)展信號(hào)之后，獲得了更自然的擴(kuò)展信號(hào)。特別地，權(quán) 重可以是上述第一和第二因子的函數(shù)或者取決于上述第一和第二因 子。前述方法可以進(jìn)一歩包括提供用于擴(kuò)展處于較低頻率的接收信號(hào) 的低頻擴(kuò)展信號(hào)。通過增加低頻分量，將獲得顯著改進(jìn)的語音質(zhì)量。提供低頻擴(kuò)展信號(hào)可以包括對(duì)所接收到的聽覺信號(hào)施加非線性 (特別是二次)特性曲線。換句話說，例如，施加二次特性曲線則由 所接收到的聽覺信號(hào)和所接收到的聽覺信號(hào)的平方的加權(quán)總和來表 示。通過使用非線性特性曲線，產(chǎn)生諧波，以便可以獲得丟失的頻"非線性特性曲線可以是隨時(shí)間變化的。因此，非線性特性曲線的 參數(shù)是隨時(shí)間變化的。具體地，在二次特性曲線的情況下，權(quán)重或者 因子將是隨時(shí)間變化的。施加非線性特性曲線之后可以對(duì)產(chǎn)生的信號(hào)進(jìn)行帶通濾波。在施 加特性曲線之后對(duì)信號(hào)進(jìn)行帶通濾波允許提供低頻擴(kuò)展信號(hào)，這種低 頻擴(kuò)展信號(hào)中已經(jīng)消除了低于預(yù)定頻率值的分量(諸如基本的語音頻 率)，和/或高于所接收到的聽覺信號(hào)最小頻率的分量，從而避免在產(chǎn) 生的擴(kuò)展信號(hào)中出現(xiàn)干擾。上述方法可以進(jìn)一歩包括通過提供所接收到的聽覺信號(hào)和低頻擴(kuò) 展信號(hào)的加權(quán)總和來合并所接收到的聽覺信號(hào)和低頻擴(kuò)展信號(hào)。低頻擴(kuò)展信號(hào)可用第四因子加權(quán)，其中第四因子是所接收到的聽 覺信號(hào)的估計(jì)信噪比的函數(shù)。特別地，第四因子可以是上述第一因子 的函數(shù)。本發(fā)明更進(jìn)一步地提供一種包括一個(gè)或多個(gè)計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)的計(jì) 算機(jī)程序產(chǎn)品，計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)具有在計(jì)算機(jī)上運(yùn)行時(shí)用于執(zhí)行前述 權(quán)利要求之一的方法的步驟的計(jì)算機(jī)可執(zhí)行指令。此外，本發(fā)明提供一種用于提供帶有擴(kuò)展帶寬的聽覺信號(hào)的裝 置，包括提供用于在高頻對(duì)所接收到的聽覺信號(hào)進(jìn)行擴(kuò)展的高頻擴(kuò)展 信號(hào)的裝置，其中用于提供高頻擴(kuò)展信號(hào)的裝置被配置成將至少高于 預(yù)定頻率下限值和/或低于預(yù)定頻率上限值的所接收到的聽覺信號(hào)偏移 預(yù)定的移頻值，從而獲得偏移信號(hào)。用于提供高頻擴(kuò)展信號(hào)的裝置可以更進(jìn)一步地配置成執(zhí)行上述方 法之一的歩驟。下文將參考附圖和示意性實(shí)例來描述其它方面。


圖1示意性地表示提供帶有擴(kuò)展帶寬的聽覺信號(hào)的方法中的信號(hào) 流的實(shí)例；圖2顯示高通濾波器實(shí)例的頻率響應(yīng)的模；圖3顯示帶通濾波器實(shí)例的頻率響應(yīng)的模；圖4表示語音信號(hào)和相對(duì)應(yīng)的短時(shí)功率估計(jì)值的實(shí)例；圖5顯示接收到的聽覺信號(hào)和對(duì)應(yīng)的衰減因子的實(shí)例；圖6顯示自適應(yīng)高通濾波器實(shí)例的頻率響應(yīng)的模；圖7表示接收到的聽覺信號(hào)和對(duì)應(yīng)的帶有擴(kuò)展帶寬的信號(hào)的實(shí)例；圖8表示現(xiàn)有方法的實(shí)例。
具體實(shí)施方式
圖1表示用于提供帶有擴(kuò)展帶寬的聽覺信號(hào)的方法中的信號(hào)流的 實(shí)例。在所示實(shí)例中，對(duì)高低頻率都進(jìn)行擴(kuò)展。然而， 一般地，提供高頻擴(kuò)展信號(hào)和低頻擴(kuò)展信號(hào)是相互獨(dú)立的。因此，也可以僅提供一 種擴(kuò)展信號(hào)。對(duì)接收到的聽覺信號(hào)x(")執(zhí)行該方法，其中該信號(hào)是數(shù)字信號(hào)或 者數(shù)字化信號(hào)，并且"表示時(shí)間變量。下面將會(huì)更詳細(xì)描述，將所接收到的聽覺信號(hào)x(")通過高通濾波 器101，在模塊102中進(jìn)行頻譜偏移，然后將偏移信號(hào)通過高通濾波 器103，從而獲得高頻擴(kuò)展信號(hào)y一(w)。通過進(jìn)行余弦調(diào)制，在模塊102中進(jìn)行頻譜偏移。在本實(shí)例中， 采用大約1380 Hz的調(diào)制頻率Q。。如果聽覺信號(hào)的采樣頻率是 ,=11,025 Hz，必須存儲(chǔ)的僅是A^。^8個(gè)余弦值。由于余弦調(diào)制在正 負(fù)頻率方向上都進(jìn)行頻移，F(xiàn)r(x(")cos(po"》=會(huì)^T(y ("+。。))十會(huì)X(e，-0。))在模塊101中進(jìn)行高通濾波，以免偏移的頻譜重疊。作為高通濾波器ioi，采用帶有差分方程 ,i 》V.'的遞歸濾波器。FIR和IIR這兩個(gè)部分中的濾波器的階數(shù)可以在從4到7的范圍內(nèi)。特別地，可以采用 =《，=6 這種高通濾波器產(chǎn)生的頻率響應(yīng)的模如圖2所示(實(shí)線)。 例如，如果所接收到的聽覺信號(hào)(輸入信號(hào))僅含有截至4 kHz的信號(hào)分量，那么所產(chǎn)生的信號(hào)x一(w)基本上將僅含有大約2 kHz到4kHz之間的相關(guān)信號(hào)分量。在模塊102中，將這個(gè)信號(hào)乘以余弦函數(shù)xmod(")= 砂(")cos(。。mod(",7V咖d)) 其中mod&,U稱為模編址。如果調(diào)制頻率Q。被選定為1380Hz(參見 上文)并且采樣頻率是11025 Hz，那么僅有^^=8個(gè)余弦值是必需 的。由于余弦調(diào)制還會(huì)導(dǎo)致向低頻的頻移，所以對(duì)調(diào)制信號(hào)x^(")施 加第二高通濾波器103;<formula>formula see original document page 14</formula>)第二高通濾波器的階數(shù)可以但不必須等于第一高通濾波器的情 況。然而，在這種情況下也希望選取高通濾波器已經(jīng)被設(shè)計(jì)成使得轉(zhuǎn)變范圍從大約3400 Hz開始。圖2 (虛線)顯示第二高通濾波器的頻率響應(yīng)的模。也可以采用其它的轉(zhuǎn) 變范圍，特別是取決于所接收到的聽覺信號(hào)的帶寬的轉(zhuǎn)變范圍。在模塊104中，通過對(duì)所接收到的聽覺信號(hào)x(n)施加非線性二次特性曲線，可以獲得低頻擴(kuò)展信號(hào)。在模塊105中，確定這個(gè)非線性特 性曲線的系數(shù)。為此，首先估計(jì)所接收到的聽覺信號(hào)的模的短時(shí)最大 值x,皿(^)。這樣可以遞歸進(jìn)行對(duì)于在該估計(jì)中使用的常數(shù)&t和/r, t.而言，可以采用下列條件0"血<1<、。 常數(shù)K皿可以從以下區(qū)間中選擇0.25 < Xmax < 4 。 舉例來說，可以選擇以下特定值《匪=0.8,S c = 1-05,&c = 0-995 。根據(jù)特定3 二次特性曲線。非線性特性曲線可以是帶有隨時(shí)間變化的系數(shù)的相應(yīng)地采用何種非線性特性曲線，非線性容許產(chǎn)生不存在的頻率 的信號(hào)分量。使用功率特性允許由基頻的倍頻組成的信號(hào)分量僅產(chǎn)生 諧波或者丟失的基波。一般地，系數(shù)不必須是隨時(shí)間變化的。然而，當(dāng)使用隨時(shí)間變化 的系數(shù)時(shí)，可以補(bǔ)償因特性曲線引起的信號(hào)動(dòng)態(tài)的改變。特別地，系數(shù)可以適合于當(dāng)前輸入信號(hào)，以便僅允許從輸入信號(hào)到輸出信號(hào)發(fā)生 小的功率改變。舉例來說，系數(shù)可以挑選如下常數(shù)s的作用是為了避免被零除。其它常數(shù)可以取以下示例值:<formula>formula see original document page 15</formula>
自適應(yīng)二次特性曲線的輸出信號(hào)& (n)包括所期望的低頻信號(hào)分 量。然而，此外，可以存在電話波段的附加分量(諸如300 Hz和3400 Hz之間)以及低于基本語音頻率(諸如低于100Hz)的附加分量。為 了消除這些分量，在模塊106中進(jìn)行帶通濾波。具體地，使用IIR濾波器(諸如， 一階Butterworth濾波器)可以 消除低頻干擾。這種高通濾波器的輸出信號(hào)是(") = ~(" —}) — (")) +("一 D 其中濾波器系數(shù)可以取以下值可以使用更高階的IIR濾波器來消除高頻(諸如電話頻帶)的信號(hào)<formula>formula see original document page 15</formula>舉例來說，可以采用階數(shù)為 -^^4,…,7的Chebyshev低通濾波器。這種高通濾波器和低通濾波器的組合得到了一個(gè)具有例如圖3所 示的頻率響應(yīng)的帶通濾波器。當(dāng)合并所接收到的聽覺信號(hào)和高頻擴(kuò)展信號(hào)和/或低頻擴(kuò)展信號(hào) 時(shí)，可以考慮所接收到的聽覺信號(hào)是否包括所需信號(hào)分量(諸如語音 信號(hào))。此外，也可以考慮所接收到的聽覺信號(hào)中的干擾。有鑒于 此，將所接收到的聽覺信號(hào)、高頻擴(kuò)展信號(hào)和/或低頻擴(kuò)展信號(hào)的加權(quán) 總和作為得到的帶有擴(kuò)展帶寬的輸出信號(hào)。優(yōu)選地，將權(quán)重選擇為隨 時(shí)間變化的。在下文中將討論用于適當(dāng)權(quán)重的實(shí)例。對(duì)于這些示例性權(quán)重，將 使用所接收到的聽覺信號(hào)的短時(shí)功率估計(jì)值和高頻擴(kuò)展信號(hào)的短時(shí)功 率估計(jì)值。為此目的，對(duì)信號(hào)和x一 (")的模進(jìn)行一階IIR平滑 砂(")=A卜一 (")l + (1 _ A )、砂("-1) °時(shí)間常數(shù)A被選為0 < A《1 。特別地，該常數(shù)的值可以取0.01。根據(jù)這些短時(shí)平滑值，噪聲電平的估計(jì)值可以被確定為6(w) = max{6min，min{x(X)，6(w-l)(l + f)}}，在這種情況下，常數(shù)s應(yīng)當(dāng)滿足0 < e《1 。特別地，該常數(shù)可以取值為0.00005。上述等式中的常數(shù)《^將避免估計(jì)值達(dá)到0值并停在該點(diǎn)處。如果 信號(hào)用16位量化，那么它們處于幅度范圍_2'5 "(") < 215對(duì)于該調(diào)制范圍，可以選擇U, =0.01。圖4的上方的圖示出了輸 入信號(hào)(接收到的聽覺信號(hào))的實(shí)例。在下方的圖中，示出了接收信 號(hào)的估計(jì)的短時(shí)功率^和得到的噪聲功率估計(jì)值^ (虛線)。現(xiàn)在可以用通過這種方法估計(jì)的短時(shí)功率來確定用于加權(quán)信號(hào)分 量的不同因子。第一因子^,(")是估計(jì)的信噪比的函數(shù)。在語音通道 的情況下，這個(gè)因子用來衰減高頻擴(kuò)展信號(hào)，即，在信噪比低的情況提供第二基準(zhǔn)電壓AVDD2，而如果選擇信號(hào)SEL不是11則提供第一基準(zhǔn) 電壓AVDD1?，F(xiàn)在將參考圖9和圖10進(jìn)一步詳細(xì)描述圖8中所示的灰度電壓產(chǎn) 生單元801。參考圖9，灰度電壓產(chǎn)生單元801除了包括根據(jù)前一個(gè)示范性實(shí)施 例(圖5)的灰度電壓產(chǎn)生單元800的結(jié)構(gòu)之外，還包括第四選擇單元 831和第五選擇單元841。當(dāng)提供給第二選擇單元811的選擇信號(hào)SEL是11時(shí)，第二選擇單 元811選擇第二基準(zhǔn)電壓AVDD2，否則第二選擇單元811選擇第一原始 正極性灰度電壓0PG1。當(dāng)提供給第三選擇單元821的選擇信號(hào)SEL是11 時(shí)，第三選擇單元821選擇接地電壓(OV)，否則第三選擇單元821選擇 第n原始負(fù)極性灰度電壓ONGn。如果提供給第四選擇單元831的選擇信 號(hào)SEL是OO，第四選擇單元831選擇公共電壓Vcom，否則第四選擇單元 831選擇第n原始正極性灰度電壓0PGn。如果提供給第五選擇單元841 的選擇信號(hào)SEL是00，第五選擇單元841選擇公共電壓Vcom，否則第五 選擇單元841選擇第一原始負(fù)極性灰度電壓0NG1。例如但不局限于此， 第二至第五選擇單元811、 821、 831和841的每一個(gè)均可以是MUX或響 應(yīng)于2比特信號(hào)開關(guān)的開關(guān)元件。圖10是示出了圖9中的根據(jù)本發(fā)明替換示范性實(shí)施例的灰度電壓 產(chǎn)生單元的操作的電壓對(duì)時(shí)間的曲線圖。更具體地，圖io是示出了如下 情況下施加到每一個(gè)像素PX上的圖像數(shù)據(jù)電壓的電平的曲線圖液晶顯 示器ll處于反轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)模式，針對(duì)四個(gè)連續(xù)的幀，圖像信號(hào)DATn對(duì)于前 兩個(gè)連續(xù)的幀處于最高灰度級(jí)，并且然后針對(duì)隨后接下來兩個(gè)連續(xù)的幀 處于最低灰度級(jí)。根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)，在四個(gè)連續(xù)幀的第一幀中，將具有比第一基準(zhǔn)電壓 AVDD1低的電壓電平的第一原始正極性灰度電壓0PG1施加到每一個(gè)像素 PX (圖10中的電平b3)。然而，根據(jù)該替換的示范性實(shí)施例，在第一幀 中，將第二基準(zhǔn)電壓AVDD2施加到每一個(gè)像素PX (圖10中的電平a3)。 另外，根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)，在第二幀中，將具有比接地電壓(0V)高的電壓 電平的第n原始負(fù)極性灰度電壓0NGn施加到每一個(gè)像素PX (圖10中的根據(jù)優(yōu)選實(shí)例，可以采取A血.=0.9999, L = 1.0001 。 通過這種方式，獲得約10dB/s的最大校正。在大部分信號(hào)功率處于低頻的情況下，可采用第三因子g^W來 作用于高頻擴(kuò)展信號(hào)，以對(duì)高頻擴(kuò)展信號(hào)進(jìn)行衰減。這可以通過以下 來實(shí)現(xiàn),、 f/^/,g她,max + (1 一 )g臉("—X(W) < iC協(xié)X^勵(lì)(")，他 t&"'匪+(卜H""-1),在這個(gè)IIR平滑中的衰減值被選為對(duì)于所接收到的聽覺信號(hào)的估計(jì)信號(hào)功率^與高頻功率^^ 的比值而言，采用的閾值為^=15。如上述第一階IIR平滑濾波器的情況，從以下區(qū)間中選出平滑常數(shù)^,/,.0 < & "。特別地，常數(shù)可以取以下值& = 0.0005 。除了對(duì)高頻擴(kuò)展信號(hào)加權(quán)之外，也可以對(duì)所接收到的聽覺信號(hào)的 頻帶中的信號(hào)進(jìn)行加權(quán)或者修改。這樣將產(chǎn)生更諧調(diào)的帶有擴(kuò)展帶寬 的信號(hào)。通過帶有兩個(gè)隨時(shí)間變化的系數(shù)的FIR濾波器，根據(jù)以下關(guān) 系式，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)所接收到的聽覺信號(hào)x(w)的這種修改或者加權(quán)7te/ (") = ^ ("X") + A (")4" - 1) 根據(jù)以下關(guān)系式，濾波器的系數(shù)相互依賴以這種方式，在模塊108中執(zhí)行在時(shí)間"和時(shí)間w-l所接收到的聽 覺信號(hào)的加權(quán)求和。如同用于其它信號(hào)部分的因子的情況那樣，在模 塊107中確定用于該處理的權(quán)重。濾波器108可以表現(xiàn)出小的高通特性曲線，該特性曲線可以通過參數(shù)fl和隨時(shí)間變化的因子A(")而進(jìn)行激活或者使之無效?？梢詮囊?下區(qū)間中挑選參數(shù)"0.2 < a < 0.8小的"值僅在高頻中產(chǎn)生小的增量，而大的o值則產(chǎn)生大的增量。因子 (")可以選為<formula>formula see original document page 19</formula>這樣，僅在語音活動(dòng)期間并且僅對(duì)帶有低噪音電平的所接收到的聽覺信號(hào)激活濾波器108。這種帶有不同因子&(")的參數(shù)"=0.3的濾 波器特性曲線的實(shí)例如圖6中所示。低頻擴(kuò)展信號(hào)也可以使用隨時(shí)間變化的因子g,。w(w)進(jìn)行加權(quán)其中常數(shù)因子是在以下范圍之間作出選擇<formula>formula see original document page 19</formula>舉例來說，因子g,。w,可以取值為2。由所接收到的聽覺信號(hào)進(jìn)行上述處理得到擴(kuò)展帶寬，表現(xiàn)出這種 擴(kuò)展帶寬的輸出信號(hào)是修改后的輸入信號(hào)(修改后的接收到的聽覺信 號(hào))A 、低頻擴(kuò)展信號(hào)^(")和高頻擴(kuò)展信號(hào):^(M)的加權(quán)總和；= + gw(")x。w(") + g,'砂(")^妙(")。 用于高頻擴(kuò)展信號(hào)的整個(gè)因子可以選擇為<formula>formula see original document page 19</formula>舉例來說，g一, =4。圖7示出了上述方法的實(shí)例。在該圖的上方圖中，示出了對(duì)通過 GSM電話接收到的信號(hào)x(w)進(jìn)行的時(shí)頻分析?？梢钥闯?，不存在低于約200 Hz和高于約3700 Hz的頻率分量。一旦執(zhí)行提供高頻擴(kuò)展信號(hào)和低頻擴(kuò)展信號(hào)的上述方法，即可重 構(gòu)丟失的頻率分量。在圖7的下方圖中，示出了對(duì)輸出信號(hào)y(")的時(shí) 頻分析。應(yīng)當(dāng)理解，上述方法和裝置的不同部分和部件可以相互獨(dú)立地實(shí) 現(xiàn)，也可以組合成不同形式。此外，應(yīng)當(dāng)僅將上述實(shí)施例理解為示例 性的實(shí)施例。
權(quán)利要求
1.一種用于提供帶有擴(kuò)展帶寬的聽覺信號(hào)的方法，包括提供高頻擴(kuò)展信號(hào)，所述高頻擴(kuò)展信號(hào)用于在高頻對(duì)所接收到的聽覺信號(hào)進(jìn)行擴(kuò)展，其中提供所述高頻擴(kuò)展信號(hào)包括將至少高于預(yù)定頻率下限值和/或低于預(yù)定頻率上限值的所接收到的聽覺信號(hào)偏移預(yù)定的移頻值，以獲得偏移信號(hào)。
2. 如權(quán)利要求l所述的方法，其中在偏移步驟之前對(duì)所接收到的聽覺信號(hào)進(jìn)行高通濾波。
3. 如權(quán)利要求1或2所述的方法，其中在偏移步驟之后對(duì)偏移信 號(hào)進(jìn)行高通濾波，以獲得濾波后的偏移信號(hào)。
4. 如權(quán)利要求3所述的方法，其中用于對(duì)所述偏移信號(hào)進(jìn)行高通 濾波的高通濾波器的截止頻率對(duì)應(yīng)于對(duì)所接收到的聽覺信號(hào)進(jìn)行濾波 的高通濾波器的截止頻率加上預(yù)定的移頻值。
5. 如權(quán)利要求2-4中任一項(xiàng)所述的方法，其中使用遞歸濾波器， 特別地，使用Chebyshev禾卩/或Butterworth濾波器，對(duì)所接收到的聽覺 信號(hào)進(jìn)行高通濾波和/或?qū)λ銎菩盘?hào)進(jìn)行高通濾波。
6. 如前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其中所述偏移步驟包括 對(duì)所接收到的聽覺信號(hào)進(jìn)行余弦調(diào)制。
7. 如前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，進(jìn)一步包括通過提供所 接收到的聽覺信號(hào)和所述高頻擴(kuò)展信號(hào)的加權(quán)總和，來合并所接收到 的聽覺信號(hào)和所述高頻擴(kuò)展信號(hào)。
8. 如權(quán)利要求7所述的方法，其中所述加權(quán)總和的權(quán)重是隨時(shí)間 變化的。
9. 如權(quán)利要求7或者8所述的方法，其中所述高頻擴(kuò)展信號(hào)用第 一因子來加權(quán)，其中所述第一因子是所接收到的聽覺信號(hào)的估計(jì)信噪 比的函數(shù)。
10. 如權(quán)利要求9所述的方法，其中所述第一因子是所接收到的聽覺信號(hào)的估計(jì)信噪比的單調(diào)遞增函數(shù)。
11. 如權(quán)利要求7-10中任一項(xiàng)所述的方法，其中所述高頻擴(kuò)展信 號(hào)用第二因子來加權(quán)，其中所述第二因子是所述高頻擴(kuò)展信號(hào)中的估 計(jì)噪聲電平的函數(shù)。
12. 如權(quán)利要求11所述的方法，其中所述第二因子是所述高頻擴(kuò) 展信號(hào)中的估計(jì)噪聲電平的單調(diào)減函數(shù)。
13. 如權(quán)利要求7-12中任一項(xiàng)所述的方法，其中基于相應(yīng)的短時(shí) 信號(hào)功率，對(duì)估計(jì)信噪比和/或估計(jì)噪聲電平進(jìn)行估計(jì)。
14. 如權(quán)利要求7-13中任一項(xiàng)所述的方法，其中所述高頻擴(kuò)展信 號(hào)用第三因子來加權(quán)，其中基于所接收到的聽覺信號(hào)的估計(jì)信號(hào)電平 與所述高頻擴(kuò)展信號(hào)的估計(jì)信號(hào)電平的比值，對(duì)所述第三因子進(jìn)行控 制。
15. 如權(quán)利要求14所述的方法，其中所述第三因子是所接收到的 聽覺信號(hào)的估計(jì)信號(hào)電平與所述高頻擴(kuò)展信號(hào)的估計(jì)信號(hào)電平的比值 的單調(diào)遞增函數(shù)。
16. 如權(quán)利要求7-15中任一項(xiàng)所述的方法，其中通過提供在當(dāng)前 時(shí)間和當(dāng)前時(shí)間減去 一 個(gè)時(shí)間步長處所接收到的聽覺信號(hào)的加權(quán)總 和，來對(duì)所接收到的聽覺信號(hào)進(jìn)行加權(quán)。
17. 如權(quán)利要求16所述的方法，其中在當(dāng)前時(shí)間和當(dāng)前時(shí)間減去 一個(gè)時(shí)間步長處所接收到的聽覺信號(hào)的加權(quán)總和的權(quán)重是所接收到的聽覺信號(hào)的估計(jì)信噪比和/或所述高頻擴(kuò)展信號(hào)中的估計(jì)噪聲電平的函 數(shù)。
18. 如前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，進(jìn)一步包括提供低頻擴(kuò) 展信號(hào)，所述低頻擴(kuò)展信號(hào)用于在低頻對(duì)所接收到的信號(hào)進(jìn)行擴(kuò)展。
19. 如權(quán)利要求18所述的方法，其中提供低頻擴(kuò)展信號(hào)包括對(duì)所接收到的聽覺信號(hào)施加非線性的，特別是二次的特性曲線。
20. 如權(quán)利要求19所述的方法，其中所述非線性特性曲線是隨時(shí) 間變化的。
21. 如權(quán)利要求19或20所述的方法，其中在施加非線性特性曲線 之后對(duì)產(chǎn)生的信號(hào)進(jìn)行帶通濾波。
22. 如權(quán)利要求18-21中任一項(xiàng)所述的方法，進(jìn)一步包括通過提供 所接收到的聽覺信號(hào)和所述低頻擴(kuò)展信號(hào)的加權(quán)總和，來合并所接收 到的聽覺信號(hào)和所述低頻擴(kuò)展信號(hào)。
23. 如權(quán)利要求22所述的方法，其中所述低頻擴(kuò)展信號(hào)用第四因 子來加權(quán)，其中所述第四因子是所接收到的聽覺信號(hào)的估計(jì)信噪比的 函數(shù)。
24. —種包括一個(gè)或多個(gè)計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)的計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品，計(jì)算 機(jī)可讀介質(zhì)具有在計(jì)算機(jī)上運(yùn)行時(shí)用于執(zhí)行前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所 述的方法中的步驟的計(jì)算機(jī)可執(zhí)行指令。
25. —種用于提供帶有擴(kuò)展帶寬的聽覺信號(hào)的裝置，包括用于提供 高頻擴(kuò)展信號(hào)的裝置，所述高頻擴(kuò)展信號(hào)用于在高頻對(duì)所接收到的聽 覺信號(hào)進(jìn)行擴(kuò)展，其中所述用于提供高頻擴(kuò)展信號(hào)的裝置被配置成將 至少高于預(yù)定頻率下限值和/或低于預(yù)定頻率上限值的所接收到的聽覺 信號(hào)偏移預(yù)定的移頻值，以獲得偏移信號(hào)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于提供帶有擴(kuò)展帶寬的聽覺信號(hào)的方法和裝置，包括提供高頻擴(kuò)展信號(hào)，高頻擴(kuò)展信號(hào)用于在高頻對(duì)所接收到的聽覺信號(hào)進(jìn)行擴(kuò)展，其中提供高頻擴(kuò)展信號(hào)包括將至少高于預(yù)定頻率下限值和/或低于預(yù)定頻率上限值的所接收到的聽覺信號(hào)偏移預(yù)定的移頻值，以獲得偏移信號(hào)。
文檔編號(hào)G10L21/038GK101226746SQ20081000307
公開日2008年7月23日 申請(qǐng)日期2008年1月18日 優(yōu)先權(quán)日2007年1月18日
發(fā)明者B·伊澤爾, G·尼斯勒, G·施密特 申請(qǐng)人:哈曼貝克自動(dòng)系統(tǒng)股份有限公司