專利名稱：基于窄帶信號(hào)產(chǎn)生寬帶信號(hào)的方法裝置及其技術(shù)設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種基于窄帶諧波輸入信號(hào)產(chǎn)生寬帶信號(hào)的裝置，該裝置包括頻譜擴(kuò)展裝置，用來(lái)在輸入端接收窄帶信號(hào)以便基于包含在所述窄帶信號(hào)中的數(shù)據(jù)產(chǎn)生一個(gè)具有擴(kuò)展頻帶的中間信號(hào)，濾波裝置，用來(lái)濾波具有擴(kuò)展頻帶的所述中間信號(hào)并從中提取未包含在輸入信號(hào)的窄帶中的頻譜部分，以及加法器，用來(lái)將所述濾波裝置的輸出信號(hào)加到所述窄帶輸入信號(hào)上并在輸出端產(chǎn)生所述寬帶信號(hào)。
本發(fā)明也涉及用來(lái)在輸入端接收窄帶諧波信號(hào)以便在揚(yáng)聲器/耳機(jī)的輸出端產(chǎn)生一個(gè)稱之為寬帶信號(hào)的模擬諧波信號(hào)的接收機(jī)，該寬帶信號(hào)包括電話頻帶以外頻率。
本發(fā)明最后涉及基于窄帶諧波信號(hào)產(chǎn)生寬帶信號(hào)的方法，包括如下步驟接收窄帶諧波信號(hào)的步驟，頻譜擴(kuò)展步驟，用來(lái)基于包含在所接收的窄帶信號(hào)中的頻譜數(shù)據(jù)產(chǎn)生一個(gè)具有頻譜擴(kuò)展的中間信號(hào)，濾波步驟，用來(lái)濾波該中間信號(hào)和從中提取未包含在窄帶中的頻譜部分，相加步驟，用來(lái)將在濾波步驟步驟獲得的信號(hào)加到所接收的窄帶信號(hào)上并在輸出端產(chǎn)生寬帶信號(hào)。
本發(fā)明有許多應(yīng)用，特別在應(yīng)用于音響和數(shù)字電話中，用來(lái)加寬諧波信號(hào)的頻帶從而改善用戶的音響的舒適感。
在歐州專利申請(qǐng)EP732 687 A2描述了一種在本文開(kāi)頭部分所述那種類型的應(yīng)用于語(yǔ)音信號(hào)的裝置。它包括一個(gè)頻譜擴(kuò)展裝置，該裝置包括一個(gè)線性預(yù)測(cè)編碼器LPC，用來(lái)進(jìn)行窄帶信號(hào)的LPC分析和從中提取LPC特征，和一個(gè)LP綜合器，用來(lái)根據(jù)由窄帶信號(hào)中提取的LPC特征綜合數(shù)字寬帶語(yǔ)音信號(hào)。
引用的專利只應(yīng)用于語(yǔ)音信號(hào)和帶有某些缺點(diǎn)，諸如，使用高成本的預(yù)測(cè)編碼和LPC綜合電路，這必須有可觀的計(jì)算量和包含復(fù)雜的語(yǔ)音編碼/譯碼裝置。而且，所述方法引入了用來(lái)處理在數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)幀中傳輸?shù)臄?shù)據(jù)消息的延遲。
本發(fā)明的目的是為了描述一種比現(xiàn)有技術(shù)更簡(jiǎn)單而又無(wú)上述缺點(diǎn)的方法，它可應(yīng)用于以窄帶接收的任何諧波信號(hào)，即低和/或高頻受限的頻帶，在接收端擴(kuò)展頻頻帶寬。
為此，本發(fā)明的目的是為了提供一種如開(kāi)頭部分所述的裝置，其特征在于頻譜擴(kuò)展裝置包括一個(gè)用來(lái)將所述窄帶輸入信號(hào)與其自身的函數(shù)相乘的部件。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例，表示為s(t)的所述中間信號(hào)通過(guò)乘積計(jì)算得到s(t)＝e(t)*f(t)其中e(t)為窄帶輸入信號(hào)并包括至少兩個(gè)諧波，f(t)為與e(t)的符號(hào)和幅度有關(guān)的函數(shù)，符號(hào)*表示乘法運(yùn)算。
還提供一種如開(kāi)頭段中所述類型的方法，其特征在于所述頻譜擴(kuò)展步驟包括有關(guān)用來(lái)相乘所述窄帶輸入信號(hào)和自身函數(shù)的步驟。本發(fā)明的這些和其它方面將通過(guò)參閱此后作為非限制的例子的實(shí)施例的描述而明了。
附圖中，

圖1是作為例子的本發(fā)明的裝置的例子的方框圖，圖2示出了以分貝表示的作為頻率函數(shù)的濾波器BPL和BPF1的兩個(gè)特性曲線，圖3是分別在圖1中表示的裝置中的輸入和輸出端的窄帶接收諧波信號(hào)的頻譜表示，以及圖4是本發(fā)明的方法的一個(gè)例子的流程圖。
圖1的裝置主要用于DECT(數(shù)字增強(qiáng)型無(wú)繩電信)型數(shù)字電話接收機(jī)或GSM型(全球移動(dòng)通信)電話接收機(jī)，但也可用于任何能傳送諸如語(yǔ)音信號(hào)或音樂(lè)信號(hào)的諧波信號(hào)的音頻設(shè)備，以便加寬其頻譜來(lái)改善其音質(zhì)。這實(shí)際是一個(gè)通過(guò)返回未包含在其頻帶內(nèi)的“缺乏的”頻譜分量來(lái)改善在音響設(shè)備的輸出端發(fā)送的信號(hào)的主觀質(zhì)量的問(wèn)題。顯然，這些頻譜分量可能因?yàn)閿?shù)字化或?yàn)V波在編碼/解碼操作時(shí)從原始信號(hào)中已經(jīng)被抑制了，而這些操作是為了用一個(gè)比原始信號(hào)頻帶窄的給定的通帶的信道來(lái)傳輸信號(hào)。不過(guò)，該裝置也可用于基于原始信號(hào)產(chǎn)生并不包括在原始信號(hào)中的人為頻譜分量。，根據(jù)圖1作為例子的表示的優(yōu)先實(shí)施例，該裝置接收輸入端的諧波信號(hào)e(t)，其頻譜位于例如包括300Hz到3400Hz之間的電話或窄帶內(nèi)。該裝置通過(guò)數(shù)/模轉(zhuǎn)換器D/A，將其頻譜在50Hz到3400Hz之間的數(shù)字信號(hào)L(t)傳送到輸出端，例如揚(yáng)聲器/耳機(jī)HP上。輸入信號(hào)e(t)，例如是經(jīng)對(duì)在電話頻帶(300Hz-3400Hz)傳輸?shù)?，特別是語(yǔ)音信號(hào)的原始諧波信號(hào)數(shù)字濾波和/或編碼的數(shù)字電話信號(hào)。它至少有兩個(gè)以相應(yīng)于原始語(yǔ)音信號(hào)的依次兩個(gè)諧波ω0和ω1為中心的兩個(gè)諧波。
該裝置包括一個(gè)頻譜擴(kuò)展裝置NLP，它接收輸入信號(hào)e(t)用來(lái)產(chǎn)生一個(gè)包括為包含在電話頻帶內(nèi)的頻譜成分的中間信號(hào)s(t)，一個(gè)濾波器BPF，用來(lái)濾波中間信號(hào)，并從中提取為包含在輸入信號(hào)e(t)中的頻譜分量，一個(gè)加法器，用來(lái)將濾波器BPF的輸出信號(hào)加到輸入信號(hào)e(t)并在輸出端產(chǎn)生其頻譜為濾波器BPF的輸出信號(hào)帶寬和電話帶寬之和的輸出信號(hào)L(t)，一個(gè)濾波器BPF1，用來(lái)在e(t)加到濾波器BPF的輸出信號(hào)之前對(duì)在300Hz-3400Hz之間的電話信號(hào)e(t)進(jìn)行濾波，以避免重疊。因?yàn)樵摓V波是任選的，所以圖中將其加以括號(hào)。
用來(lái)擴(kuò)展頻譜的裝置NLP和濾波器可，例如，用諸如數(shù)字信號(hào)處理器這樣的數(shù)字信號(hào)處理元件實(shí)現(xiàn)。
按照傳統(tǒng)的方法，電話輸入信號(hào)e(t)以8kHz頻率取樣并且其幅度包括在-1和+1之間。
通過(guò)如下定義的乘法運(yùn)算獲得具有大頻寬的中間信號(hào)s(t)s(t)＝e(t)*f(t)其中e(t)是具有至少兩個(gè)諧波的窄帶輸入信號(hào)，符號(hào)*表示乘法，f(t)是輸入信號(hào)e(t)的函數(shù)，用來(lái)在乘法運(yùn)算時(shí)考慮輸入信號(hào)的幅度。
根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)先實(shí)施例，如果e(t)＞o，則函數(shù)f(t)等于一個(gè)正的常數(shù)A，否則，等于e(t)的反向符號(hào)值。常數(shù)A可由用戶根據(jù)對(duì)在揚(yáng)聲器HP的輸出的信號(hào)要求的音響質(zhì)量進(jìn)行調(diào)整。實(shí)際上，A值越高，使用者越會(huì)明顯地感覺(jué)到所綜合和附加的頻率對(duì)原始“窄”帶信號(hào)的影響。至于確定值A(chǔ)的準(zhǔn)則一方面根據(jù)每個(gè)使用者的感覺(jué)的主觀舒適度，另一方面，根據(jù)裝入本裝置的接收機(jī)的音響特性，更具體地說(shuō)，根據(jù)揚(yáng)聲器HP的音響特性。根據(jù)對(duì)DECT型數(shù)字電話所作的主觀測(cè)試表明A值根據(jù)用戶在2和6之間變化。
根據(jù)實(shí)施例的變型，函數(shù)f(t)可用e(t)符號(hào)函數(shù)代替，e(t)絕對(duì)值，或任何其它取決e(t)的任何非線性函數(shù)。
通過(guò)將輸入信號(hào)e(t)與其鏡象相乘獲得的乘積s(t)包括未在窄帶中出現(xiàn)的原始語(yǔ)音信號(hào)的諧波，例如，基波和/或一次諧波的頻率成分。例如，對(duì)于相應(yīng)于男性聲音的語(yǔ)音信號(hào)，在電話頻帶內(nèi)的輸入信號(hào)e(t)一般包含原始語(yǔ)音信號(hào)的二次諧波和三次諧波。因?yàn)榛ê鸵淮沃C波是在(300Hz，3400Hz)頻帶之外，因此它們已經(jīng)在電話信道傳輸過(guò)程中被抑制。以包括原始語(yǔ)音信號(hào)的二次和三次諧波的雖然信號(hào)獲得的乘積s(t)能夠恢復(fù)基頻。實(shí)際上，例如在時(shí)域中用cos(ωot)和cos(ω1t)表示的二次和三次諧波之積，使得它們之差在頻域中出現(xiàn)為相應(yīng)于基頻cos((ω1-ωo)t)的差頻。如果輸入信號(hào)至少包括二次和四次諧波，則乘積s(t)包括原始語(yǔ)音信號(hào)的一次諧波等諧波。用這種方式，通過(guò)恢復(fù)基頻和/或缺乏一次諧波可以加寬由電話信道所接收的信號(hào)的帶寬。
圖2A以舉例表示根據(jù)本發(fā)明的濾波器BPF的特性曲線。它是用一個(gè)單位增益8階帶通濾波器實(shí)現(xiàn)的，在50Hz和250Hz之間截?cái)?，以避免與300Hz附近的電話頻帶相重疊。在圖2B中示出了濾波器BPF1的特性曲線。該曲線相應(yīng)于一個(gè)具有單位增益在300Hz-3400Hz之間截?cái)嗟?2階帶通濾波器。
圖3A表示了相應(yīng)于原始諧波信號(hào)的輸入信號(hào)e(t)的頻譜，例如在300至3400Hz之間的電話頻帶內(nèi)傳輸?shù)囊魳?lè)或語(yǔ)音信號(hào)的頻譜。它有三個(gè)在260Hz，400Hz和520Hz頻率附近幅度峰值，這些峰值相應(yīng)于原始信號(hào)的一次，二次和三次諧波。圖3B表示了輸出信號(hào)L(t)的頻譜。除了在輸入信號(hào)e(t)觀測(cè)到的峰值外，它還包括在相應(yīng)于原始信號(hào)的基頻的140Hz頻率附近的第四峰值。
圖4示出了基于在窄帶中接收的諧波信號(hào)產(chǎn)生具有擴(kuò)展帶寬的信號(hào)方法。它包括用方框K0-K3表示的如下步驟接收包括至少兩個(gè)在某個(gè)稱之為窄帶的例如電話頻帶(300Hz，3400Hz)的諧波的信號(hào)e(t)的初始步驟K0，計(jì)算在輸入信號(hào)和自身函數(shù)之間的乘積e(t)*f(t)來(lái)擴(kuò)展頻譜的步驟K1，以便獲得包括在輸入信號(hào)的窄帶之外的頻譜成分的中間信號(hào)s(t)，濾波中間信號(hào)s(t)并從中提取未包括在輸入信號(hào)的窄帶中的頻譜的部分的濾波步驟K2，將在前面步驟末尾獲得的信號(hào)加到窄帶輸入信號(hào)e(t)以便在輸出端獲得其頻頻分布在比輸入信號(hào)帶寬寬的稱之為寬帶的頻帶的信號(hào)。
已經(jīng)描述和示出了以舉例為目的用來(lái)基于窄帶信號(hào)產(chǎn)生稱之為寬帶信號(hào)信號(hào)方法，一種用來(lái)實(shí)現(xiàn)該方法的裝置和包括這種這種的接收機(jī)。顯然，還可提供一些實(shí)施例的變例而無(wú)需離開(kāi)本發(fā)明的范圍，特別在僅用作非限制例子中所述的頻帶，函數(shù)f(t)的定義以及所使用的濾波器結(jié)構(gòu)方面。
權(quán)利要求
1.一種用來(lái)基于一個(gè)窄帶諧波輸入信號(hào)產(chǎn)生一個(gè)寬帶諧波的裝置，包括頻譜擴(kuò)展裝置，用來(lái)在輸入端接收窄帶信號(hào)以便基于包含在所述窄帶信號(hào)中的數(shù)據(jù)產(chǎn)生一個(gè)具有擴(kuò)展頻帶的中間信號(hào)，濾波裝置，用來(lái)濾波具有擴(kuò)展頻帶的所述中間信號(hào)并從中提取未包含在輸入信號(hào)的窄帶中的頻譜部分，以及加法器，用來(lái)將所述濾波裝置的輸出信號(hào)加到所述窄帶輸入信號(hào)上并在輸出端產(chǎn)生所述寬帶信號(hào)，其特征在于所述頻頻擴(kuò)展裝置包括一個(gè)用來(lái)將所述窄帶輸入信號(hào)與自身函數(shù)相乘的信號(hào)處理元件。
2.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于所述以s(t)表示的中間信號(hào)由如下定義的乘法運(yùn)算獲得s(t)＝e(t)*f(t)其中e(t)是窄帶輸入信號(hào)并至少包括兩個(gè)諧波，f(t)是一個(gè)由e(t)的符號(hào)和/或幅度確定的函數(shù)，符號(hào)*表示乘法運(yùn)算。
3.如權(quán)利要求2所述的裝置，其特征在于如果e(t)為正，函數(shù)f(t)等于常數(shù)A，否則，等于e(t)的反符號(hào)值。
4.如權(quán)利要求3所述的裝置，其特征在于所述處理元件包括用來(lái)調(diào)節(jié)常數(shù)值的裝置。
5.如權(quán)利要求3所述的裝置，其特征在于函數(shù)f(t)等于e(t)符號(hào)函數(shù)。
6.如權(quán)利要求2所述的裝置，其特征在于函數(shù)f(t)等于絕對(duì)值e(t)的絕對(duì)值函數(shù)。
7.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于窄帶輸入信號(hào)是通過(guò)用窄帶濾波原始信號(hào)獲得的，窄帶輸入信號(hào)至少包括兩個(gè)以ω0和ω1為中心兩個(gè)諧波，該ω0和ω1相應(yīng)于其基頻和/一次諧波在輸入信號(hào)的窄帶之外的所述原始信號(hào)的兩個(gè)諧波，和該信號(hào)處理元件包括用來(lái)計(jì)算這兩個(gè)諧波之積的裝置。
8.如權(quán)利要求1到7之一的裝置，其特征在于所述輸入信號(hào)是一個(gè)語(yǔ)音信號(hào)。
9.如權(quán)利要求1到8之一所述的裝置，其特征在于，所述窄帶信號(hào)是在約300Hz和3400Hz之間的電話頻帶，和所述未包含在窄帶中的一部分頻頻包括在300Hz以下的頻率。
10.如權(quán)利要求1到9之一所述裝置，其特征在于，所述濾波裝置包括截?cái)嘣?0zHz到250Hz之間的帶通濾波器。
11.一種用來(lái)在輸入端接收窄帶諧波信號(hào)的電話接收機(jī)，以便在揚(yáng)聲器/耳機(jī)的輸出端放送包括位于電話頻帶之外的頻率的寬帶語(yǔ)音信號(hào)，其特征在于該接收機(jī)還包括如權(quán)利要求1至8中所述的裝置。
12.一種基于窄帶諧波信號(hào)產(chǎn)生寬帶信號(hào)的方法，包括如下步驟接收所述窄帶諧波的接收步驟，基于包含在接收的窄帶信號(hào)中的頻頻數(shù)據(jù)產(chǎn)生具有一個(gè)擴(kuò)展頻帶的中間信號(hào)的頻頻擴(kuò)展步驟，濾波該中間信號(hào)并從中提取未包含在窄帶中的頻頻部分的濾波步驟，將在濾波步驟末了獲得的信號(hào)加到所接收窄帶信號(hào)上和在輸出端產(chǎn)生一個(gè)寬帶學(xué)的加法步驟，其特征在于所述頻頻擴(kuò)展步驟包括用來(lái)將所述窄帶輸入信號(hào)與其自身函數(shù)相乘的處理信號(hào)的步驟。
全文摘要
本發(fā)明提出了一種用在給定頻帶內(nèi)的諧波信號(hào)改善音響設(shè)備的音響質(zhì)量的方法。該方法包括通過(guò)將基于包含在原始頻帶內(nèi)的數(shù)據(jù)產(chǎn)生的頻頻分量加到諧波信號(hào)的頻帶內(nèi)來(lái)加寬諧波信號(hào)的頻帶。為此,原始諧波信號(hào)被乘一自身函數(shù),以便恢復(fù)缺少的諸如基波或一次諧波頻率的頻率。
文檔編號(hào)G10L21/038GK1254221SQ9912089
公開(kāi)日2000年5月24日 申請(qǐng)日期1999年10月8日 優(yōu)先權(quán)日1998年10月13日
發(fā)明者T·蘭伯特 申請(qǐng)人:皇家菲利浦電子有限公司