一種基于分段擴(kuò)展的寬帶激勵信號合成方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及語音信號處理技術(shù)領(lǐng)域，更具體地，涉及一種基于分段擴(kuò)展的寬帶激 勵信號合成方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 傳統(tǒng)的電話網(wǎng)絡(luò)由于受到其傳輸帶寬的限制，只能窄帶語音通信，雖然窄帶語音 能滿足基本通信要求，但是通信質(zhì)量卻大大降低。由于經(jīng)濟(jì)原因，舊的電話網(wǎng)絡(luò)不可能在短 時間內(nèi)實現(xiàn)真正的寬帶傳輸。人工語音帶寬擴(kuò)展技術(shù)的出現(xiàn)，解決了這一難題，該技術(shù)在電 話網(wǎng)絡(luò)的接收端作一些處理，對接收的窄帶語音信號人工地加入一些缺失頻帶成分，使得 接受端輸出聽覺質(zhì)量較高的寬帶語音信號，語音的線性預(yù)測模型提出后，現(xiàn)在大多數(shù)的人 工語音帶寬擴(kuò)展技術(shù)都是基于該模型（也稱為源-濾波器模型）設(shè)計實現(xiàn)，如圖1所示，該 模型將語音的帶寬擴(kuò)展分為獨(dú)立的兩步進(jìn)行：譜包絡(luò)擴(kuò)展和激勵信號擴(kuò)展。
[0003] 擴(kuò)展后的寬帶激勵信號最終通過合成濾波器（濾波器系數(shù)為譜包絡(luò)擴(kuò)展過程中 計算所得的參數(shù)）合成輸出寬帶語音信號。因此，激勵信號擴(kuò)展是帶寬擴(kuò)展技術(shù)中必不可 少的一個步驟。目前，主要的激勵信號擴(kuò)展算法主要有三種：窄帶激勵譜折疊/譜平移、白 噪聲激勵和諧波激勵。目前這三種方法雖然都比較成熟，但是它們的缺點在于：在合成的激 勵信號中既要保留適當(dāng)?shù)闹C波結(jié)構(gòu)，又不能引入過多的人造諧波，因為過多的人造諧波會 對原有諧波結(jié)構(gòu)造成破壞；算法的運(yùn)算復(fù)雜度不能太高，否則該算法將難以實現(xiàn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明提供一種基于分段擴(kuò)展的寬帶激勵信號合成方法，該方法運(yùn)算復(fù)雜度不高 且易于實現(xiàn)。
[0005] 為了達(dá)到上述技術(shù)效果，本發(fā)明的技術(shù)方案如下：
[0006] -種基于分段擴(kuò)展的寬帶激勵信號合成方法，包括以下步驟：
[0007] Sl :將窄帶語音信號先后經(jīng)過上采樣、分幀預(yù)處理后通過分析濾波器，獲得窄帶激 勵信號un;
[0008] S2 :將窄帶激勵信號1!"通過截止頻率為a 1的低通濾波器，輸出第一頻帶激勵信 號U1，對第一頻帶激勵信號U1進(jìn)行譜平移操作，將譜平移后的信號再通過一個截止頻率為 α 1的高通濾波器，得到第二頻帶激勵信號Uni;
[0009] S3 :設(shè)置一個單位白噪聲發(fā)生器產(chǎn)生白噪聲信號uf，計算第一頻帶激勵信號％的 方差得到增益因子％"，調(diào)整白噪聲信號Uf的能量并乘以增益因子K,,，然后通過一個截止 頻率為α 2的高通濾波器，得到第三頻帶激勵信號uh;
[0010] S4 :將第一頻帶激勵信號U1、第二頻帶激勵信號Uni和第三頻帶激勵信號u h合并得 到寬帶激勵信號u。
[0011] 進(jìn)一步地，所述步驟S3中能量調(diào)整后白噪聲信號Uf的頻帶是無限寬的，通過 一個截止頻率為α 2的高通濾波器來濾除白噪聲α 2以下的頻譜成分，得到頻帶范圍為 6500Hz-8000Hz的第三頻帶激勵信號uh。
[0012] 優(yōu)選地，截止頻率為α 1的取值范圍為：3000-3500HZ。
[0013] 優(yōu)選地，截止頻率為α 2的取值范圍為：6000-6500HZ。
[0014] 進(jìn)一步地，所述步驟S4中第一頻帶激勵信號U1、第二頻帶激勵信號Uni和第三頻帶 激勵信號4都是頻帶有限且各自頻帶成分互不重疊的激勵信號，將三個激勵信號在時域進(jìn) 行相加運(yùn)算，得到一個頻帶完整的寬帶激勵信號u。
[0015] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明技術(shù)方案的有益效果是：
[0016] 本發(fā)明將窄帶激勵譜平移和白噪聲激勵兩種方法結(jié)合起來，將窄帶激勵信號通過 低通濾波器，輸出第一頻帶激勵信號，將第一頻帶激勵信號譜平移和高通濾波后獲得第二 頻帶激勵信號，通過將能量調(diào)整的白噪聲并乘以增益因子后作為第三頻帶激勵信號，最后 將第一頻帶激勵信號、第二頻帶激勵信號和第三頻帶激勵信號合成為完整的寬帶激勵信 號，該方法能較好地保留激勵信號的諧波結(jié)構(gòu)而且不引入過多的人造諧波，算法本身的運(yùn) 算復(fù)雜度不高且易于實現(xiàn)，改善了現(xiàn)有帶寬擴(kuò)展技術(shù)的性能，提高了窄帶語音的通信質(zhì)量。
【附圖說明】
[0017] 圖1為基于源濾波器模型的帶寬擴(kuò)展方法示意圖；
[0018] 圖2為基于分段擴(kuò)展的激勵信號合成方法示意圖；
[0019] 圖3為譜平移方法的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0020] 圖4為寬帶語音、窄帶語音、本發(fā)明合成的語音的波形圖、語譜圖的對比圖。
【具體實施方式】
[0021] 附圖僅用于示例性說明，不能理解為對本專利的限制；
[0022] 為了更好說明本實施例，附圖某些部件會有省略、放大或縮小，并不代表實際產(chǎn)品 的尺寸；
[0023] 對于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說，附圖中某些公知結(jié)構(gòu)及其說明可能省略是可以理解 的。
[0024] 下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明的技術(shù)方案做進(jìn)一步的說明。
[0025] 實施例1
[0026] 如圖2所示，一種基于分段擴(kuò)展的寬帶激勵信號合成方法，包括以下步驟：
[0027] Sl :將窄帶語音信號先后經(jīng)過上采樣、分幀預(yù)處理后通過分析濾波器，獲得窄帶激 勵信號un;
[0028] S2 :將窄帶激勵信號1!"通過截止頻率為α 1的低通濾波器，輸出第一頻帶激勵 信號U1，對第一頻帶激勵信號^進(jìn)行譜平移操作，將譜平移后的信號再通過一個截止頻 率為α 1的高通濾波器，得到第二頻帶激勵信號Uni;其中，截止頻率為α 1的取值范圍為： 3000-3500ΗΖ ；
[0029] S3:設(shè)置一個單位白噪聲發(fā)生器產(chǎn)生白噪聲信號uf，計算第一頻帶激勵信號％的 方差得到增益因子％，調(diào)整白噪聲信號Uf的能量并乘以增益因子八，然后通過一個截止 頻率為α 2的高通濾波器，得到第三頻帶激勵信號uh; α 2的取值范圍為：6000-6500HZ ;
[0030] S4 :將第一頻帶激勵信號U1、第二頻帶激勵信號Uni和第三頻帶激勵信號u h合并得 到寬帶激勵信號U。
[0031 ] 本實施例中，首先窄帶語音信號進(jìn)行上采樣（采樣率為8000Hz)、分幀等預(yù)處理， 對窄帶信號作上采樣處理是為了將增加其信號的頻帶范圍，用于后續(xù)的頻帶成分?jǐn)U展，預(yù) 處理后的窄帶信號通過分析濾波器后得到窄帶激勵信號，該濾波器系數(shù)由語音線性預(yù)測分 析計算所得的參數(shù)決定，窄帶激勵信號作為激勵信號擴(kuò)展的輸入信號，是實現(xiàn)激勵信號擴(kuò) 展的先決條件，窄帶激勵信號經(jīng)過上采樣后，采樣頻率由原來的8000Hz變?yōu)?6000Hz，該信 號通過低通濾波器后得到低頻帶激勵信號，相應(yīng)的低通濾波器的參數(shù)如下：
[0032] 采樣頻率：16000Hz
[0033] 通帶截止頻率：3400Hz通帶衰減：IdB
[0034] 阻帶截止頻率：3450Hz阻帶衰減：60dB
[0035] 得到的第一頻帶激勵信號U1是低頻帶激勵信號，其頻帶范圍為0-3400HZ。
[0036] 由于在獲取窄帶激勵信號之前，窄帶信號經(jīng)過上采樣預(yù)處理，所以窄帶激勵信號 的頻譜中會出現(xiàn)多余的頻帶成分，所以必須通過一個截止頻率為3400Hz的低通濾波器來 濾除窄帶激勵