频带扩展的方法、系统和设备的制作方法

专利名称：频带扩展的方法、系统和设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及信号承载技术领域，具体涉及频带扩展的方法、系统和设备。
背景技术：
现有承载技术中，宽带、超宽带部分资源受限制的情况下，通常只能对宽 带、超宽带部分的频谱包络、时域包络、部分谱系数进行编码，然后在解码端 通过这些参数方法进行频带扩展，重构宽带、超宽带部分的信号。
现有的频带扩展的方法主要以八]^11\￥8+ (Adaptive multi-rate wide band plus自适应多速率宽带编码+)为代表的，利用窄带的激励信号和高带的合成 滤波器生成高带信号，实现频带扩展。。
在对现有技术的研究和实践过程中，本发明的发明人发现，现有技术需要 消耗较多的比特资源来描述高带合成滤波器参数，存在着消耗比特资源多，在 比特资源有限的情况下不适用或重构的效果不好的问题。

发明内容
本发明实施例提供一种频带扩展的方法、系统和设备，解决现有技术存在 的消耗比特资源多的问题。 一种解码方法，包括 获取音调特征参数和原始高带信号； 根据所述音调特征参数生成激励镨；
根据所述激励谱和所述原始高带信号中的轮廓信息生成重构高带信号。 一种编码方法，包括
对超宽带部分的频域信号进行音调特征分析提取音调特征参数；
将所述音调特征参数进行量化编码。
一种频带扩展系统，包括
编码端，用于发送原始高带信号和音调特征参数；
解码端，用于接收编码端发送的音调特征参数和原始高带信号；根据所述音调特征参数生成激励谱；根据所述激励谱和所述原始高带信号中的轮廓信息
生成重构高带信号。
一种解码端，包括
接收单元，用于接收音调特征参数和原始高带信号； 激励谱生成单元，用于根据所述音调特征参数生成激励谱；
高带信号生成单元，用于根据所述激励谱和所述原始高带信号中的轮廓信 息生成重构高带信号。
一种编码端，包括
音调特征参数提取单元，用于对超宽带部分的频域信号进行音调特征分析 提取音调特征参数；
量化单元，用于将所述音调特征参数进行量化编码。
本发明实施例采用在编码端提取原始高带信号的关键特征参数音调特征 参数，用极少的比特资源进行编码传输。在解码端，根据音调特征参数生成激 励谱，并根据原始高带信号的轮廓信息最终生成重构的高带信号，实现频带扩 展。由于在解码端进行高带信号的重构时，基于原始高带信号的细节特征进行 操作，重构的高带信号除了轮廓和原始高带信号接近之外，在细节上有较好的 匹配，通过较少的比特资源消耗就能达到较好的听觉效果。


图1是本发明 一种解码方法的第 一个实施例的流程图； 图2是本发明 一种解码方法的第二个实施例的流程图； 图3是本发明 一种编码方法的 一个实施例的流程图； 图4是本发明 一种频带扩展系统的 一个实施例的结构图； 图5是本发明 一种频带扩展解码端的 一个实施例的结构图； 图6是本发明 一种频带扩展编码端的 一个实施例的结构图。
具体实施例方式
请参阅图1为本发明 一种解码方法的第 一个实施例的信令流程图。 本发明实施例运用在超宽带编解码器中。编码器的输入信号是32kHz采样率，处理帧长为20ms。对输入信号进行分频带、下采样处理后，对应于0 8kHz 频带的信号有320个采样点，对应于8 16kHz频带的信号有320个采样点。其中 0 8kHz频带内的信号由核心编码器处理，核心编码器可以是G,729.1编解码器， 也可以是其它宽带信号编解码器。
对于8 16kHz频带内的时i或4言号{y—/!f(0),y—A/(1)，……，y —/ .(319)}, 经过 MDCT变换后得到了 一组MDCT系数，即该频带对应的频域信号 ，6(0),y—，6(1),……j —譜6(319)},由于超宽带部分仅处理8 14kHz频带内的
信号，所以对频域信号仅处理{;; —，6(0)，y_，6(l)，……J —，6(239)}。在编码端会 将这组频域信号分为N个子带，提取每个子带的频域包络并量化，得到一组量 化后的频i或包络(印ec_ e"v(O),ipec一……，^ec_ e"v(7V -1)},这组包纟备经过编 码传输到解码端。
对于宽带核心编码器G.729.1, 7 8kHz部分信号已不在其处理范围之内， 为了确保在解码端解码信号频谱的连续性，在编码端需要提取7 8kHz部分信 号的特征参数。由于G.729.1编码器对4 8kHz的信号进行了MDCT变换，对应 的频域信号b — w6(0),y —w6(1),……,;;_w6(159)},其中7 8kHz对应的频域信号为 {y —w6(120)，;; — w6(121),……,y —w6(159)}，在编码端将其分为M个子带，提取每个 子带的频域包络并量化，得到 一组量化后的频域包络
{spec — ewv — ejc加(0)，spec — ewv — e,a(l)，......,罕ec — ewv一-1)},这组包络经过编
码传输到解码端。在本实施例中N45, M=3。
本频带扩展方法实施例包括编码方法和解码方法先由编码端提取音调特 征参数，并发送给解码端，由解码端根据音调特征参数和原始高带信号的轮廓 信息重构高带信号。具体包括以下步骤
步骤101:编码端发送提取的音调特征参数到解码端；
对超宽带部分的频域信号(^ec(0),^7ec(1),……,^ec(239)}进行音调特征分析， 提取音调特征参数，并将所述音调特征参数进行量化编码，将编码传输到解码 端。
具体步骤如下la、计算超宽带部分频域信号的自相关函数Cwr["]^ Z ^ec(")x"ec(" + 0,
"e [M/iV,M4JT],在本实施例中MIN=5 MAX=70 。
lb、超宽带部分的音调特征参数为加。=min(。"["D 。
max(Co^T[w])
lc、将音调特征参数to朋量化，得到量化后的音调特征参数to加、将其编
码传输至解码端。
步骤102:解码端解码得到音调特征参数； 解码端对接收到的编码进行解码后得到音调特征参数to"W 。 步骤103:解码端根据音调特征参数生成激励谱； 具体可以包括以下步骤 步骤103A:解码端生成初始激励i普；
具体为解码端根据解码重构的窄带谱和宽带语生成初始激励谱；生成初始
激励谱时可以加入随机噪声得到五=(exc"(O),e;cc"(l),……，ecc"(279)}。
步骤103B:解码端可以对初始激励语进行白化，使初始激励谱的能量分 布均;衡；
解码端提取初始激励谱E的语包络后，对初始激励谱进行白化，。具体步骤 如下
a将初始激励谱分为7个子带，计算每个子带的平均能量，即谱包络，
(i+l)*40
2 exc"(j')2
卢*40
40
b为了使白化后的初始激励谱有更好的连续性，对语包络还可以进行平滑 内插，得到一组归一化因子{风0)，风1), — / (279)}。平滑内插的过程如下
风力=
譜0,_/ = 0，1,..、19 e"v6,7 = 260,261,'"279 ,其中W为
wxewv,. +(1-w)xewv!.+1,_/ = Zx40 —20，…,z'x 40 + 20"' = 1,2,3,4,5个40点对称窗函数。
c对初始激励谱进行白化，白化后的初始激励语为
￡' = {exert '(O), ex"Y '(l), .. exczY '(279)}, 白4匕过禾呈为exc"= exc"(Z) / / (z')。
103C:解码端根据原始频带信号谱对初始激励谱进行音调整形得到激励
谱；需要说明的是如果初始激励谱经过了103B的白化操作，该步骤输入的初 始激励谱是白化后的初始激励谱。 具体步骤如下
a根据公式顺=
i/y — ，62 (0) + _y _ ，Z 2 (1), Z = 0 务_，62(239) + y — ，62(238),f = 239 由E，计算
— ，62 (7) + 一+1) - y 一 ，6(7 +1))2, oAm^e 出初始;敫厉;H普的伪i普5￡ = ^ — exc"(O), _ exc"(l)，……，_ exc"(279)}
b采用如下的方法计算初始激励谱的伪谱SE的音调特征参数T。
240-n
计算伪谱SE频域信号的自相关函数Cwr[ ] = J] ^ec(") x ^ "(w + /),
w e [M/7V,M4X],在本实施例中MIN=5 MAX=70 。
初始激励谱的伪谱SE的音调特征参数r = min(Co"["])。
max(Con-[w])
C计算音调整形因子c^/ x(tow^-71) , rl = l-a, r2 = a/max(^)。在本实 施例中/ = —1.9/0.6。
d利用音调整形因子对初始激励谱进行调整。具体为如果《>0,即 to朋、r,即原始超宽带频谱的音调特性比初始激励谱的音调特性要强，则对 初始激励谱进行锐化调整，即y-E'x(犯xr2 + H),得到音调整形后的激励谱 y =_ exc"(O), y 一 e;x:c"(l)，…y _ exc"(279)}。
如果as(),即to脂sr,即原始超宽带频谱的音调特性比初始激励语的音 调特性要弱，则对初始激励谱自适应的加入噪声，进行平滑调整，调整过程如 下
生成随机噪声Noise= {noise(O), noise( 1 )，……,noise(279)}。计算激励信号和噪声信号的能量，ewwgW = J>JCC"'(0和
根据下式对激励信号进行音调调整，
y=五'x淑酒^!z!x ji5^,得到音调整形后的激励谱
l一r l一77 Vewergy7V'
F = d exc"(0),y —exc"(l)，…y —exr"(279)}。
音调整形后的激励语的音调特性和原始超宽带信号谱的音调特性更加匹配。
步骤104:解码端可以对最终生成的激励谱进行频带调整，以获得频带更 加精确的激励谱； 具体步骤如下
4a 7 — ex加=_ ex加(O)， y 一 ex加(l),…,y — extra(39)} ，
y —ex加(z')" —exc"(279-z〕，对应于7 8kHz的激励信号。
4b 7 —=—，6(0)， y —，6(1),，6(23 9)} ,
y _ ，6(0 = 7—e;cc"(S7Mi r+/),对应于8~ 14kHz的激励信号。其中START为激励
信号起始位置参数，在本实施例中STAI0^30。
步骤105:解码端根据所述激励谱和原始高带信号中的轮廓信息(如频域 包络信息)生成重构高带信号。即对激励谙进行能级匹配调整得到重构高带信 号；具体步骤如下
5a获取激励语的频域包络(本实施例中为频域能量)，即按照和编码端相 同的子带划分，提取激励镨的子带能量，7 8kHz部分的激励谱子带能量为
{exr" — — extra(O), ex"Y — ewergy — ex加(l)，exc" _ ewergy _ ex,ra(2)} ， 8~ 14kHz部
分的; 致励i普子带能量为(exc" —ewergy(0),exc" — eMe/"g);(1),......,exc"_ewergy(14)}。子带
能量的计算过程为e""SV = 2>-" 2,即对每个子带内的频谱系数求平方和。
5b解码得到原始高带信号的频域包络信息{spec _ ewv — exfra(O),印ec _ ewv _ ^spec — e v — extra(2)} 和
(^ec — e"v(0),印ec —ewv(l),……，^ec_e"v(14)}。由于频域包络代表了本子带的平均 能量，所以将频域包络乘以本子带内的频谱系数的个数可以得到原始高带信号 的步贞^或能量 {o^g —ewergy —exfra(0)，ohg —ewergy —exfra(l),on'g —e"ergy —exfn2(2)}禾口
5c可以对激励谱的频域能量和原始高带信号的频域能量，按照原始高带 信号的音调特征参数进行平滑处理，得到平滑后的激励谱的频域能量 {exc" — — extra 一 s附(O), exc" 一 ewergy — extra —exaY — ewergv — extra — sm(2)} 、 {exczY —ewergy — sw(0),exc" —ewergy —sm(l),......,exc" —e"ergy —sm(14)〉禾口/^、 士会南带"fF号
的频域能量
{on'g — — extra — sm(O)，on'g — ewergy — ex加—s附(1), or/g _ ewergy _ _ sm(2)}、
5d根据平滑后的频域能量计算每个子带的能级匹配增益因子
甲={/(0),义(1)广',7(17)}， /(0 =
/ — e"ergy _ ex加— (/) exc" — ewergy — ex加_ s附(z〕
"'=0,1,2
当然，如果没
有进行平滑处理，输入的为5a、 5b中的频域能量。
5e对激励谱进行能级匹配整形对每个子带的激励谱的谱系数乘以本子 带相应的能级匹配增益因子，即7_^(0 = :^_"(0><尤，得到重构的高带激励谱，
包括7~8kHz部分的重构谱{y_re_ex ra(0)，
8~ 14kHz部分的重构谱_ re(O), y _ …，>;—re(239)},即最终的重构高带信号， 完成频带的扩展。
解码端对激励谱进行能级匹配调整，使合成谱的能量包络和原始超宽带谱 相才妄近。
本发明实施例采用在编码端提取原始高带信号的关键特征参数音调特征参数，用极少的比特资源进行编码传输。在解码端，根据音调特征参数生成控 制重构高带信号的激励谱，并根据原始高带信号的轮廓信息(例如频域包络) 最终生成重构的高带信号，实现频带扩展。由于在解码端进行高带信号的重构 时，基于原始高带信号的细节特征即音调特征参数进行操作，重构的高带信号 除了轮廓和原始高带信号接近之外，在细节上有较好的匹配，通过较少的比特 资源消耗就能达到较好的听觉效果。
请参阅图2为本发明一种解码方法的第二个实施例的信令流程图。
本发明实施例运用在超宽带编解码器中。编码器的输入信号是32kHz采样 率，处理帧长为20ms。对输入信号进行分频带、下采样处理后，对应于0 8kHz 频带的信号有320个采样点，对应于8 16kHz频带的信号有320个采样点。其中 0-8kHz频带内的信号由核心编码器处理，核心编码器可以是G,729.1编解码器， 也可以是其它宽带信号编解码器。
对于8 16kHz频带内的时i或4言号{y_/n.(0)，:);_/ '(l),……，y —/ .(319)},经过 MDCT变换后得到了 一组MDCT系数，即该频带对应的频域信号 — ，6(0), y _ ，6(1),……,y _ ，6(319)},由于超宽带部分仅处理8~ 14kHz频带内的 信号，所以对频域信号仅处理— ，6(0)，_k — ，6(1),……,y_，6(239)}。在编码端会 将这组频域信号分为N个子带，提取每个子带的频域包络并量化，得到一组量 化后的频i或包纟各{wee — e"v(O), ^ec _ e"v(l),……，^ec _ e"v(iV -1)}，这纟且包纟各经过编 码传输到解码端。
对于宽带核心编码器G.729.1, 7 8kHz部分信号已不在其处理范围之内， 为了确保在解码端解码信号频谱的连续性，在编码端需要提取7 8kHz部分信 号的特征参数。由于G.729.1编码器对4 8kHz的信号进行了MDCT变换，对应 的频域信号{>^—w6(0),y—w6(1),……,y—4(159)},其中7 8kHz对应的频域信号为 {y_H*(120),:v_w6(121)，……，y_W (159)},在编码端将其分为M个子带，提耳又每个 子带的频域包络并量化，得到 一组量化后的频域包络
{■spec — ewv — ex加(O)，罕ec — ewv一 ex加(l)，......, spec — ewv_ — 1)}， 这组包络经
过编码传输到解码端。在本实施例中N^5, M=3。
本频带扩展方法实施例包括编码方法和解码方法先由编码端提取音调特征参数，并发送给解码端，由解码端根据音调特征参数和原始高带信号的轮廓
信息重构高带信号。具体包括以下步骤
步骤201:编码端发送提取的音调特征参数到解码端；
对超宽带部分的频域信号(^ec(0)， wec(l)，...…,^ec(239)}进行音调特征分析， 提取音调特征参数，并将该参数量化编码，传输到解码端。 具体的提取过程如下 (1 )计算每个子带的音调特征参数
A(l)将频域信号^7ec(0),^ec(1),……,印ec(239"均分为K个子带，在本实施例 中，K=4,第i组频域信号为
& = ^pec(z. x 60 + 0),^pec(/ x 60 +1)，……，5pec(V x 60 + 59)} ， / = 0,1,2， 3 。
B(l)搜索每组频域信号中的最大值^^,max&,并记录最大值所在位置A。
C(l)计算A士丄范围内的频域包络的均值，即
= J] 5pec(/x60 + ))/2x丄+ l ,在本实施侈寸中L^7。
D(l)本子带的音调特征参数为/7"c,^^fl/t,/mefl",.。
(2) 综合提取出表征整个超宽带部分音调特征的G个音调特征参数，在
本实施例中G二2。具体为加",=<[^^。+/7"￡1)/2，/ =(),其中to朋。对应于
L (_/7wc2 + ,c3) / 2, Z = 1
(spec(O),spec(l),……，^ec(119》部分的音调特征， 对应于
(5pec(120), ^ec(121)，……，^ec(239)}部分的音调特征。
(3) 将音调特征参数""A量化，得到量化后的音调特征参数^"《，将 其编码传输至解码端。
编码端对to叫量化时，对其取值范围可以限定在1.125~4.5范围之内。 在编码端提取音调特征参数时，利用到的参数可以有多种来源，具体参数 的计算也可以有多种计算方法。例如A其中超宽带部分的频域信号{"ec(0)， ^ec(l),......, *ec(239)}可以是对原始
频域信号直接取绝对值得到的{|y_，6(0)|,|y — ，Z)(l)|，……,|y_，6(239)|},也可以是 由原始频域信号经过下面的公式(1 )计算得到的伪谱信号何O),s(l),……,s(239)}:
粉
— ，62 (0) + y _ ，Z 2 (1), Z = 0 * —对62 (239) + j _ " (238), / = 239 ( 1 )
_譜Z 2 (7) + (_y — +1) - y _ ，6(7 +1))2, oAerM^e B在步骤(1 )中，均值的计算也可以是根据下式计算得到
59 /
= Z W"(/x 60 +力/60 。
>0 /
在步骤(1)中，子带音调特征参数的计算也可以是根据下式计算得到
59 / 59
yZwc,. = 6o|n，c(z'x 60 + _/) / (S，c()'x60 +力/60)。
V >。 / ■/=。 /
C在步骤(2)中，音调特征参数的综合也可以根据下式计算得到
fmax(y7wCo,y7wq)，/ = 0 她a.=、 。 Lmax(/7wc2,y7wc3)，f = 1
在步骤(2)中，音调特征参数的综合也可以根据下式计算得到
V , x y/wq, / = o
她A
▽ x ， z' = 1
步骤202:解码端解码得到音调特征参数；
解码音调特征参数得到加W 和to"W。如果在编码端对 加a,.量化时,对其取 值范围限定在1.125 4.5范围之内，在解码端可以按下式对其进行非线性的增 强，tow",. = tow《x tora《x7bwa/z々—T7丄r ,在本实施例中7b"a/z'0; — 77丄r = 2.5/22 。 通过对音调特征参数的非线性增强，可以更好的控制超宽带谱的合成。当然也 可以不进行非线性增强。
步骤203:解码端根据音调特征参数生成激励镨；具体可以包括以下步骤 步骤203A:解码端生成初始激励谱；在解码端可以通过多种方式生成激励i普5 = {exc"(0)，exc"(l),……，exc"(7 —1)}， 可以采用例如以下方式得到激励语
对解码端重构的0 4kHz频带内的时域信号做MDCT变换，得到0 4kHz频 带内的频域信号{y_/o(0),y—fo(l),……/o(159)},以及解码得到的4 7kHz频带内 的频i或4言号^ —A(0),y — A(1),,;;_/2(119)} , ^!夸这两部分i普纟且合构成原始^t厉;H普 — /o(0),y_/o(l)，……，y — 59),y_y_A(l)，...…，y —19)}。
由于在解码端需要重构出7 8kHz的频谱，所以在激励谱中需要包含 7 8kHz的激励信息，在本实施例中V=280。
步骤203B由于激励谱本身具有音调特性，为了使激励谱的音调特性和原 始超宽带信号谱的音调特性相匹配，可以对初始激励谱进行音调整形，具体步 骤如下
a根据公式(1)计算出激励谱的伪谱
= — exc"(O), s — exc//(1),......, s — exc/《279)}。
b采用和编码端步骤(l)、 (2)相同的方法分别得到伪谱两个子带的音调 特征参数r。和 ;。
c将激励谱和伪语分为两个子带，
￡0 = (exc"(O)， exc"(l),......,exc"(159)} , A = (exc"(160),ex"Y(161),'
.,節."279)};
腿o = {5 — exc"(O), s — ......, s — 59)}
巧={s —謹Y(160),s —exd"161),……，s —exc"(279)}, 计算伪语的音调能量参数
4 二5^SE; /(^4A; x",),其中=max5E;, ", = j 12() , _ j;
7] /她A — 1
d计算音调整形因子A
c利用音调整形因子对初始激励语进行调整。具体为令rl,;l-a,., r2,. =a,/M4X,.,根据激励谱的音调特性7;和原始超宽带谱的音调特性to"",.之间的关系对激励谱进行调整，^^x^'〃2'+H')A^,',得到音调整形后的
激励语y = {y"} = {y—exc"(0)，y —節',(l),'i —固.,(279)}。
步骤203C:解码端可以对音调整形后的激励谱进行白化，使激励谱的能 量分布均衡，有利于后续的能级匹配调整；
解码端提取音调整形后的激励谱Y的谙包络，对激励语进行白化。具体步 骤如下
a将激励谱分为7个子带，计算每个子带的平均能量，即谱包络，
b为了使白化后的谱有更好的连续性，对镨包络进行平滑内插，得到一组 归 一化因子{风0),风l), 风279)}。平滑内插的过程如下 ' 酵0,7 = 0,1,-.-,19
为一个40点对称窗函数。
c对激励谱进行白化，白化后的激励i普为 7' = {少一exc"'(O),y_exc"'(l),...y_acc"'(279)}' 白化过程为
^ — exc// ，0')=少—exc"(f) / / (z')。
此时，便生成了最终的激励谱。当然也可以不进行白化，直接用音调整形 后的激励语作为最终的激励谦。
步骤204:解码端可以对最终生成的激励谱进行频带调整，以获得频带更 加精确的激励谱；
解码端对激励谱进行频带调整采用下列公式，
风力=
C _/= 260,261,…279 wx7 —層,.+ (l — w)x7 —= z.x 40 —20, .--，"40 +20，z. = 1,2,3,4:
，其中w4a y_exfra = (y — ex加(0),y — e;rfra(l),…,j;一exfra(39" ,
y一e血(/)〃 —固Y'(279-Z)，对应于7 8kHz的激励信号。
4b 7 —譜6, —，6(0)，y — ，6(l),…J —譜6(239)} ,
= —exWG^4i r + /)，对应于8 14kHz的激励信号。其中START为激励 信号起始位置参数，在本实施例中START二30。
步骤205:解码端可以在激励谱中加入噪声谱；
为了使激励谱在谱细节上更接近原始超宽带的频谱，在原始超宽带信号的 音调特征参数的控制下加入噪声谱，得到加噪之后的激励语 y _ ex的—w = {_y _ _ w(0)，_y _ ex加—w(1)，…，_y 一 ex加_ "(39)} , y — swZ — M = {_>; —sw6一w(0),少—sw6 — w(l),…，少—jw6 —"(239)}。 具体过禾呈3口下
5a将原始超宽带信号的音调特征参数映射在0 1的区间范围内， 加^ =加"/(4.5 + 7bwa鄉—77丄rx22)。
5b计算能量增益因子ener,在本实施例中
匿r = 0.25 + ~^——5-^-
6 °
5c 对 7~8kHz 的激励信号加入噪声谱 y _ex加—"(z') = _y_x to fl0 + ewerx0-towaj x woz、e ， 其中noise是 一 个在
±0.5范围之内的随机数，即噪声谱。
5d对8 14kHz的激励信号加入噪声谱
y—，6 — = _y — se6(/) x towa + ewer x to a2 x wc^e , 其中noise是■~~个在 ±0.5范围之内的随机数，即噪声谱；tona为综合音调特征参数，设置如下
towa0,z' = 0,1,…95 ,麵=<| 她ai，hl44,145，…239 。
towa。 x (1 _+ x //, // = z' , w/zera/e 步骤206:解码端根据所述激励谱和原始高带信号中的轮廓信息(如频域包络信息)生成重构高带信号。即解码端对激励谱进行能级匹配调整得到重构 的高带信号。
对激励谱进行能级匹配调整，使合成谱的能量包络和原始超宽带谱相接
近。具体步骤如下
6a获取激励谱的频域包络(本实施例中为频域能量)，即按照和编码端相 同的子带划分，提取激励谱的子带能量，7~8kHz部分的激励谱子带能量为
{exc" _ — ex加(O), exc" — ewergy _ ex/ra(1)， exc" — ewerg^ — ex^ra(2)}
,8 14kHz部分的激励谱子带能量为
{exc"_e"ergy(O)，exc"_,— ewe^gy(14)}。 子带能量的 计算过程为e"wg>; = 2> —w(/)2,即对每个子带内的频谱系数求平方和。
6b解码得到原始高带信号的频域包络信息
(^ec — e"v—ex/ra(0), s/ ec — ewv — — ewv—ex加(2" 和
^/7ec — e"v(0)，印ec —ewv(l)，......，5pec —ewv(14)}。
由于频i或包纟备^表了本子带的
平均能量，所以将频域包络乘以本子带内的频谱系数的个数可以得到原始高带 4"I"号的频^或能量{on'g — ewergy — ex^y7(0), on.g _ _ e^ra(1), on'g — ewergy — exfra(2)}
和— ewergy(O), or/g 一 ......, or/g — ewergy(14)}。
6c可以对激励谱的频域能量和原始高带信号的频域能量，按照原始高带 信号的音调特征参数进行平滑处理，得到平滑后的激励谱的频域能量 {exc" _ — ex加—s/n(0), exc/f — eraergy — ex的_ s附(l), exc" _ ewergy _ exfra _训(2)}、
{ejcc" — ewergy — ，(O), exc" _ _ sm(l),......， _ _篇(14)}
和原始高带信号的频域能量
{on'g — ewergy—ex ra—側(0), or/g _ _ ex加—5tm(1)， ohg — —exfra _ >sm(2) }
、{on'g — — ，(O)，_ _ sm(l),......, on'g — 一 ,(14)}。
具体处理如下
对7 8kHz部分的频i或能量energy —ex/ra —<formula>formula see original document page 19</formula>为每个子带内的频谱系数的个数，在本实施例中为8， 16， 16。
对8 14kHz部分的频域能量<formula>formula see original document page 19</formula>e"e，(/ + 2)
6d根据平滑后的频域能量计算每个子带的能级匹配增益因子
<formula>formula see original document page 19</formula>
没有进行平滑处理，输入的为6a、 6b中的频域能量。
6e对激励谱进行能级匹配整形对每个子带的激励语的谱系数乘以本子 带相应的能级匹配增益因子，即= y—"( Zi ，得到重构的高带激励-潜， 包4舌7 8kHz部分的重构i普e^ra(0)，j; —re—exfra(l),-..,_y_re—Wra(39)}， 8 14kHz部分的重构i普0; —re(0),;; — re(l),…,y —"(239)},即最终的重构高带信号， 完成频带的扩展。
本发明实施例采用在编码端提取原始高带信号的关键特征参数音调特征 参数，用极少的比特资源进行编码传输。在解码端，根据音调特征参数生成控 制重构高带信号的激励谱，并根据原始高带信号的轮廓信息(例如频域包络) 最终生成重构的高带信号，实现频带扩展。由于在解码端进行高带信号的重构 时，基于原始高带信号的细节特征即音调特征参数进行操作，重构的高带信号 除了轮廓和原始高带信号接近之外，在细节上有较好的匹配，通过较少的比特资源消耗就能达到较好的听觉效果。
请参阅图3为本发明 一种编码方法的 一个实施例的结构步骤301:对超宽带部分的频域信号进行音调特征分析提取音调特征参数； 具体步骤如下
301A将频域信号^7ec(0)，^ec(1),……,^ec(239)}均分为K个子带，在本实施
例中K^4，第i组频域信号为
S = (^ec(f x 60 + 0),^ec(Zx 60 +1),……，■specO.x 60 + 59)}，Z = 0,1，2,3 。
301B搜索每个子带频域信号中的最大值^《-max&,并记录最大值所在
位置A。 '
301C计算A土丄范围内的频域包络的均值，即
me朋,.=J] ^ec().x60 +力/2x^ + l ,在本实施例中L二7。
均值的计算也可以是根据下式计算得到mea",. = f>/7ec(/x60 +力/60。 301D本子带的音调特征参数为y/i/c,. = peaV附e"",。
子带音调特征参数的计算也可以是根据下式计算得到
59 / 59
=6o|n，c(/x60 + _/ ) / (Z ，c(z'x 60 +力/60)。
~」=。 / 乂=。 /
301E综合每个子带音调特征参数得到音调特征参数。 提取出表征整个超宽带部分音调特征的G个音调特征参数，在本实施例中
G=2 。具体为論,^(^^)Z2，"G ,其中咖。对应于
L (_/ mc2 + y7MC3) / 2, z. = 1
(印ec(0),5pec(1),……，5pec(119)) 部分的音调特征， 对应于
{^ec(120)， 5pec(121),……，^ec(239)}部分的音调特征。音调特征参数的综合也可以根据下式计算得到= maX(^"e°《"ei)、，/ = 。
L max(//z/c2 ， ,c3 )， z = 1
步骤301还可以采用下列方式完成，
计算超宽带部分频域信号的自相关函数；
240-n
计算超宽带部分频域信号的自相关函数Cwr["] = Z ^ec(")x ^ec(" + '
w e [M/iV, M4Z],在本实施例中MIN=5 MAX=70 。
音调特征参数为,画=min(C群W)。
max(Co r[ra])
步骤302:将所述音调特征参数进行量化编码。
请参阅图4为本发明 一种频带扩展系统的 一 个实施例的结构编码端401,用于发送原始高带信号和音调特征参数； 编码端401对超宽带部分的频域信号^ec(0)，^ec(1)，……，*"(239)}进行音调 特征分析，提取音调特征参数，并将所述音调参数进行量化编码，将编码传输
到解码端。
具体步骤如下
a、 计算超宽带部分频域信号的自相关函数0^["]= Z ^ec(")x^ec(" + 0， "e [M/W,M4X],在本实施例中MIN=5 MAX=70 。
b、 超宽带部分的音调特征参数为加"=min(C—"])。
max(Co/r[w])
c、 将音调特征参数to""量化，得到量化后的音调特征参数to"W,将其编 码传输至解码端。
解码端402,用于接收编码端401发送的音调特征参数和原始高带信号；根 据所述音调特征参数生成激励谱；根据所述激励谱和所述原始高带信号中的轮廓信息生成重构高带信号。
解码端402进一步可以包括
接收单元40201,用于接收编码端401发送的音调特征参数和原始高带信
—弓一
激励谱生成单元40202,用于根据所述音调特征参数生成重构高带信号的 激励i普；
高带信号生成单元40203,用于根据所述激励谱和所述原始高带信号中的 轮廓信息生成重构高带信号；
激励谱生成单元40202进一步可以包括激励镨整形单元40202a,用于生 成初始激励谱，对所述初始激励语进行整形得到音调整形后的激励镨。
激励谱生成单元40202进一步可以包括
白化单元40202b，用于对所述初始激励语或音调整形后的激励谱进行白化 得到白化后的激励谱。
解码端402进一步可以包括
频带调整单元40204,用于对生成的激励谱进行频带调整。
噪声加入单元40205,用于在所述激励谱中加入使激励镨更接近原始高带 信号谱结构的噪声谱。
所述高带信号生成单元40203进一步还可以包括
谱包络提取单元40203a,用于提取激励谱的谱包络；
平滑单元40203b,用于对激励谱的谱包络和原始高带信号解码谱包络进行 平滑内插生成连续的频域包络；
增益因子计算单元40203c,用于根据所述频域包络计算能级匹配的增益因
子；
生成单元40203d,用于根据所述增益因子对激励语进行整形，生成重构的 高带信号。
请参阅图5为本发明一种频带扩展解码端的一个实施列的结构图；包括 接收单元501,用于接收编码端发送的音调特征参数和原始高带信号； 激励语生成单元502,用于根据所述音调特征参数生成重构高带信号的激励语；
高带信号生成单元503，用于根据所述激励谱和所述原始高带信号中的轮
廓信息生成重构高带信号的频域信息。
所述激励谱生成单元502进一步包括
激励谱整形单元502a,用于根据所述普特性对生成的激励谱进行整形。 白化单元502b,用于对生成的激励谱进行白化。 所述解码端还可以包括
频带调整单元504，用于对激励谱进行频带调整。
噪声加入单元505,用于在所述激励谱中加入使激励谱更接近原始高带信 号谦结构的噪声谱。
所述高带信号生成单元403进一步可以包括 谱包络提取单元503a,用于提取激励谱的语包络；
平滑单元503b,用于对激励谱的谱包络和原始高带信号解码谱包络进行平 滑内插生成连续的频域包络；
增益因子计算单元503c,用于根据所述频域包络计算能级匹配的增益因
子；
生成单元503d,用于根据所述增益因子对激励谱进行整形，生成重构的高 带信号。
请参阅图6为本发明 一种频带扩展编码端的一个实施例的结构图；该编码 端可以应用在图4所示的系统中，其包括
音调特征参数提取单元601,用于对超宽带部分的频域信号进行音调特征 分析提取音调特征参数；
具体步骤如下
将频域信号^ ec(0),^ec(1)，……，乎ec(239"均分为K个子带，在本实施例中 K二4,第i组频域信号为
《={，c(/ x 60 + 0),，c(z' x 60 +1)，……，，c(/x 60 + 59)},z' = 0,1， 2,3 。
搜索每个子带频域信号中的最大值= max& ,并记录最大值所在位置计算A士丄范围内的频域包络的均值，即
附ea",. = ^ec0'x60十乂)/2x丄+ l ,在本实施例中L:7。
_丄 /
均值的计算也可以是根据下式计算得到=f>; ec(Zx60 +力,60。 本子带的音调特征参数为y "c,. = pefl^/me,。
子带音调特征参数的计算也可以是根据下式计算得到
59 / 59
y/wc; = 6。m^pec(z'x 60 +力/ d 5pec(z' x 60 + )) /60)。
V /=。 / " /
综合每个子带音调特征参数得到音调特征参数。
提取出表征整个超宽带部分音调特征的G个音调特征参数，在本实施例中
体为，画M(，。 + ，)，"，其中，画。对应于
G=2 。 具
(^ec(0)，^7ec(1),……,^ec(119)} 部分的音调特征， to"a, 对应于 (^pec(120),印ec(121)，……,^ec(239)}部分的音调特征。
音调特征参数的综合也可以根据下式计算得到f画,.=<fmaX(^"e°，^"ei;M' = 。
Lmax(//Mc2,//Kc3),z =1
还可以采用下列方式完成 计算超宽带部分频域信号的自相关函数；
240—
计算超宽带部分频域信号的自相关函数C^r["]^ Z wec(")x^^c(w + /)，
!'=0
"e [M/iV,M4X],在本实施例中MIN=5 MAX=70 。
音调特征参数为to認=min(Corr["])。
max(Co^r[w])量化单元602,用于将所述音调特征参数进行量化编码发送所述音调特征 参数。
其中，音调特征参数提取单元601可以包括
自相关函数单元601a,用于通过计算超宽带部分频域信号的自相关函数得 到音调特征参数。
音调特征参数提取单元601可以包括
计算单元601b,用于计算每个子带频域信号音调特征参数；
提取单元601c,综合提取出表征整个超宽带部分音调特征的音调特征参数。
骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，该程序可以存储于一计算机可读 存储介质中，存储介质可以包括ROM、 RAM、磁盘或光盘等。
以上对本发明实施例所提供的频带扩展方法以及系统和设备进行了详细
施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域 的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式
及应用范围上均会有改 变之处，综上所述，本"^兌明书内容不应理解为对本发明的限制。
权利要求
1、一种解码方法，其特征在于，包括获取音调特征参数和原始高带信号；根据所述音调特征参数生成激励谱；根据所述激励谱和所述原始高带信号中的轮廓信息生成重构高带信号。
2、 根据权利要求l所述的解码方法，其特征在于,所述根据所述音调特征 参数生成激励谱包括生成初始激励语；对所述初始激励谱进行音调整形得到 音调整形后的激励-潜。
3、 根据权利要求2所述的解码方法，其特征在于，所述对所述初始激励谱进行音调整形得到音调整形后的激励谱包括 计算初始激励谱的伪谱； 计算初始激励谱的伪语的音调特征参数；根据所述音调特征参数和所述伪谱的音调特征参数计算音调整形因子； 利用所述音调整形因子对初始激励镨进行调整。
4、 根据权利要求2所述的解码方法，其特征在于，所述根据所述音调特征 参数生成激励谱进一步包括对所述初始激励谱或音调整形后的激励谱进行白 化得到白化后的激励谱。
5、 根据权利要求l、 2或4任一所述的解码方法，其特征在于，所述根据所 述音调特征参数生成激励谱后进一步包括对生成的所述激励谦进行频带调整。
6、 根据权利要求l、 2或4任一所述的解码方法，其特征在于，所述根据所 述音调特征参数生成激励谱后进一步包括在所述激励谱中加入噪声谱。
7、 根据权利要求l、 2或4任一所述的解码方法，其特征在于，所述根据激 励谱和原始高带信号中的轮廓信息生成重构高带信号包括获取所述激励谱的频域包络和原始高带信号的频域包络；根据所述频域包络计算能级匹配的增益因子；根据所述增益因子对所述激励谱进行整形，生成重构的高带信号。
8、 根据权利要求7所述的解码方法，其特征在于，所述获取所述激励语和 原始高带信号的频域包络之后进一步包括对所述激励谱的频域包络和所述原始高带信号的频域包络进行平滑处理， 得到平滑后的激励谙的频域包络和原始高带信号的频域包络。
9、 一种编码方法，其特征在于对超宽带部分的频域信号进行音调特征分析提取音调特征参数；将所述音调特征参数进行量化编码。
10、 根据权利要求9所述的编码方法，其特征在于，所述对超宽带部分的 频域信号进行音调特征分析提取音调特征参数包括通过计算超宽带部分频域 信号的自相关函数得到所述音调特征参数。
11、 根据权利要求9所述的编码方法，其特征在于，所述对超宽带部分的频域信号进行音调特征分析4是取音调特征参数包括 计算每个子带频域信号音调特征参数；综合提取出表征整个超宽带部分音调特征的音调特征参数。
12、 根据权利要求ll所述的编码方法，其特征在于，所述计算子带频域信 号音调特征参数包括将频域信号平均分成多个子带频域信号； 搜索每个子带频域信号的最大值和所在位置； 计算每个子带频域信号最大值设定范围内的频域包络平均值；子带频域信号的音调特征参数为子带频域信号最大值与频域包络平均值 的比值。
13、 一种频带扩展系统，其特征在于，包括 编码端，用于发送原始高带信号和音调特征参数；解码端，用于接收编码端发送的音调特征参数和原始高带信号；根据所述 音调特征参数生成激励谱；根据所述激励谙和所述原始高带信号中的轮廓信息生成重构高带信号。
14、 一种解码端，其特征在于包括接收单元，用于接收音调特征参数和原始高带信号；激励谱生成单元，用于根据所述音调特征参数生成激励谱；高带信号生成单元，用于根据所述激励谱和所述原始高带信号中的轮廓信息生成重构高带信号。
15、 根据权利要求14所述的频带扩展解码端，其特征在于，所述激励谱生 成单元包括激励谱整形单元，用于生成初始激励谱，对所述初始激励谱进行音调整形 得到音调整形后的激励谱。
16、 根据权利要求15所述的频带扩展解码端，其特征在于，所述解激励谱 生成单元包括白化单元，用于对所述初始激励诰或音调整形后的激励谱进行白化得到白 化后的激励谱。
17、 根据权利要求14、 15或16任一所述的频带扩展解码端，其特征在于所 述解码端进一步包括频带调整单元，用于对生成的所述激励谱进行频带调整。
18、 根据权利要求14或16所述的频带扩展解码端，其特征在于，所述解码 端进一步包括噪声加入单元，用于在所述激励谱中加入噪声镨。
19、 一种编码端，其特征在于，包括音调特征参数提取单元，用于对超宽带部分的频域信号进行音调特征分析 提取音调特征参数；量化单元，用于将所述音调特征参数进行量化编码。
20、 根据权利要求19所述的编码端，其特征在于，所述音调特征参数提取 单元包括自相关函数单元，用于通过计算超宽带部分频域信号的自相关函数得到所 述音调特征参数。
21、 根据权利要求19所述的编码端，其特征在于，所述音调特征参数提取 单元包括计算单元，用于计算每个子带频域信号音调特征参数；提取单元，综合提取出表征整个超宽带部分音调特征的音调特征参数。
全文摘要
本发明公开了一种频带扩展方法。本发明实施例还提供相应的系统和设备。获取音调特征参数和原始高带信号；根据所述音调特征参数生成激励谱；根据所述激励谱和所述原始高带信号中的轮廓信息生成重构高带信号。本发明技术方案由于采用在编码端提取原始高带信号的关键特征参数，解码端，根据该音调特征参数进行高带信号的重构；重构的高带信号除了轮廓和原始高带信号接近之外，在细节上有较好的匹配，通过较少的比特资源消耗就能达到较好的听觉效果。
文档编号G10L21/02GK101620854SQ20081013070
公开日2010年1月6日 申请日期2008年6月30日 优先权日2008年6月30日
发明者琦 张, 张德明, 张立斌 申请人:华为技术有限公司