專利名稱：語(yǔ)音頻帶擴(kuò)展裝置和語(yǔ)音頻帶擴(kuò)展方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本文中所討論的實(shí)施方式致力于語(yǔ)音頻帶擴(kuò)展裝置和語(yǔ)音頻帶擴(kuò)展方法。
背景技術(shù)：
為了高效利用通信頻帶，通信工具(如，移動(dòng)電話)通過(guò)去除語(yǔ)音信號(hào)的低音分量和高音分量來(lái)執(zhí)行語(yǔ)音通信。但是，如果去除了語(yǔ)音信號(hào)的低音分量和高音分量，則會(huì)降低聲音質(zhì)量，因此，已經(jīng)提出了改善已降低聲音質(zhì)量的技術(shù)。例如，存在通過(guò)人工生成已丟失的高音分量的語(yǔ)音信號(hào)來(lái)提高聲音質(zhì)量的常規(guī)技術(shù)1。圖沈至圖觀是用于說(shuō)明常規(guī)技術(shù)1的示意圖。圖沈至圖觀中的水平軸代表頻率， 而垂直軸代表音量。如圖沈所示，語(yǔ)音信號(hào)是例如0至6千赫的寬帶信號(hào)。當(dāng)發(fā)送寬帶信號(hào)時(shí)，如果限制頻帶為O至4千赫，則丟失4至6千赫的高音分量。換句話說(shuō)，如圖27所示，所發(fā)送的語(yǔ)音信號(hào)降級(jí)到0至4千赫的窄帶信號(hào)。根據(jù)常規(guī)技術(shù)1，接收窄帶信號(hào)作為輸入信號(hào)，通過(guò)使用丟失頻帶相鄰的2至4千赫的信號(hào)，人工生成用于補(bǔ)償丟失信號(hào)的擴(kuò)展信號(hào)。如圖 28所示，接著，將擴(kuò)展信號(hào)與窄帶信號(hào)相加，使得0至4千赫的頻帶擴(kuò)展到0至6千赫的頻帶，因此，提高了聲音質(zhì)量。由虛線所示的信號(hào)表示擴(kuò)展信號(hào)。而且，當(dāng)輸入信號(hào)包括許多噪聲時(shí)，可使用常規(guī)技術(shù)2，該常規(guī)技術(shù)2在抑制噪聲影響的同時(shí)提高聲音質(zhì)量。圖四至圖32是用于說(shuō)明常規(guī)技術(shù)2的示意圖。根據(jù)圖四至圖32，下面說(shuō)明丟失了 4至6千赫的高音分量并且通過(guò)使用2至4千赫的相鄰頻帶中的信號(hào)，生成擴(kuò)展信號(hào)的情況。圖四和圖31中的水平軸表示頻率，而垂直軸表示音量。圖四和圖31中的陰影部分表示語(yǔ)音信號(hào)中所包括的噪聲電平，并且由虛線所示的信號(hào)表示擴(kuò)展信號(hào)。而且，圖30表示與圖四相對(duì)應(yīng)的信噪比(SNR=Signal noise ratio)的大小，并且圖32表示與圖31相對(duì)應(yīng)的SNR的大小。SNR表示語(yǔ)音大小與噪聲大小的比，并且SNR的值越高，表示語(yǔ)音的大小越高。如圖四至圖30所示，根據(jù)常規(guī)技術(shù)2，當(dāng)相鄰頻帶的SNR較高，噪聲較少時(shí)，通過(guò)使用相鄰頻帶中的信號(hào)來(lái)生成擴(kuò)展信號(hào)，由此提高聲音質(zhì)量。但是，如圖31至圖32所示， 當(dāng)相鄰頻帶的SNR較小，噪聲很多時(shí)，如果通過(guò)使用相鄰頻帶中的信號(hào)生成擴(kuò)展信號(hào)，則包括許多噪聲，因此，不利地降低了聲音質(zhì)量。由此，根據(jù)常規(guī)技術(shù)2，當(dāng)擴(kuò)展信號(hào)包括許多噪聲時(shí)，使整個(gè)擴(kuò)展信號(hào)的電平衰減，由此在抑制噪聲影響的同時(shí)提高了聲音質(zhì)量。下面說(shuō)明根據(jù)常規(guī)技術(shù)2的語(yǔ)音頻帶擴(kuò)展裝置的構(gòu)造的一個(gè)示例。圖33是用于說(shuō)明根據(jù)常規(guī)技術(shù)2的語(yǔ)音頻帶擴(kuò)展裝置的構(gòu)造的一個(gè)示例的示意圖。如圖33所示，語(yǔ)音頻帶擴(kuò)展裝置10包括擴(kuò)展信號(hào)生成單元11、SNR計(jì)算單元12和加權(quán)相加單元13。擴(kuò)展信號(hào)生成單元11通過(guò)使用所輸入的輸入信號(hào)中的相鄰頻帶的信號(hào)來(lái)生成擴(kuò)展信號(hào)。SNR計(jì)算單元12計(jì)算相鄰頻帶的SNR。加權(quán)相加單元13將擴(kuò)展信號(hào)與輸入信號(hào)相加，并且生成由輸入信號(hào)頻帶擴(kuò)展的輸出信號(hào)。而且，當(dāng)相鄰頻帶的SNR低時(shí)，加權(quán)相加單元13使整個(gè)擴(kuò)展信號(hào)的電平衰減，使得擴(kuò)展信號(hào)中包括的噪聲電平下降至預(yù)定值之下，然后將擴(kuò)展信號(hào)與輸入信號(hào)相加。專利文獻(xiàn)1 日本待審專利公報(bào)No.特開(kāi)平8-130494專利文獻(xiàn)2 日本待審專利公報(bào)No.特開(kāi)2008-176328但是，常規(guī)技術(shù)存在的問(wèn)題是當(dāng)輸入信號(hào)中包括許多噪聲時(shí)，即使通過(guò)擴(kuò)展頻帶， 也無(wú)法確保提高聲音質(zhì)量。例如，根據(jù)常規(guī)技術(shù)1，當(dāng)輸入信號(hào)中包括許多噪聲時(shí)，擴(kuò)展信號(hào)也包括許多噪聲，因此，無(wú)法提高聲音質(zhì)量。而且，根據(jù)常規(guī)技術(shù)2，為了抑制噪聲影響，衰減整個(gè)擴(kuò)展信號(hào)的電平，因此，未充分補(bǔ)償丟失信號(hào)的電平，無(wú)法提高聲音質(zhì)量。因此，本發(fā)明實(shí)施方式的一個(gè)方面的目的是提供可以提高聲音質(zhì)量的語(yǔ)音頻帶擴(kuò)展裝置和語(yǔ)音頻帶擴(kuò)展方法。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式的一個(gè)方面，語(yǔ)音頻帶擴(kuò)展裝置包括評(píng)估單元，該評(píng)估單元針對(duì)從外部輸入的輸入信號(hào)中的各個(gè)頻帶評(píng)估噪聲電平和信噪比中的一個(gè)；頻帶選擇單元，該頻帶選擇單元基于所述評(píng)估單元的評(píng)估結(jié)果，從所述輸入信號(hào)中選擇噪聲少的頻帶； 生成單元，該生成單元使用由所述頻帶選擇單元選擇的頻帶的信號(hào)，生成擴(kuò)展輸入信號(hào)的頻帶的擴(kuò)展信號(hào)；以及加法單元，其將由所述生成單元生成的所述擴(kuò)展信號(hào)與所述輸入信號(hào)相加。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式的另一個(gè)方面，一種由計(jì)算機(jī)執(zhí)行的語(yǔ)音頻帶擴(kuò)展方法， 該語(yǔ)音頻帶擴(kuò)展方法包括以下步驟評(píng)估步驟，針對(duì)從外部輸入的輸入信號(hào)中的各個(gè)頻帶， 評(píng)估噪聲電平和信噪比中的一個(gè)；選擇步驟，基于評(píng)估所述噪聲電平的處理的評(píng)估結(jié)果，從所述輸入信號(hào)中選擇包括噪聲少的頻帶；生成步驟，通過(guò)選擇頻帶的處理而選擇的頻帶的信號(hào)，生成擴(kuò)展輸入信號(hào)的頻帶的擴(kuò)展信號(hào)；以及相加步驟，將通過(guò)生成所述擴(kuò)展信號(hào)的處理而生成的所述擴(kuò)展信號(hào)與所述輸入信號(hào)相加。


圖1是示出了根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施方式的語(yǔ)音頻帶擴(kuò)展裝置的構(gòu)造的示意圖；圖2是示出了圖1中所示的信噪比(SNR)計(jì)算處理單元的構(gòu)造的示意圖；圖3是示出了各頻帶的SNR的示意圖(1)；圖4是示出了頻率BIN和應(yīng)用增益大小之間的關(guān)系的示意圖；圖5是用于說(shuō)明由擴(kuò)展信號(hào)生成單元執(zhí)行的擴(kuò)展信號(hào)生成處理的示意圖(1)；圖6是示出了頻率BIN和調(diào)節(jié)增益之間的關(guān)系的示意圖；圖7是用于說(shuō)明由擴(kuò)展信號(hào)生成單元執(zhí)行的電平調(diào)節(jié)處理的示意圖；圖8是示出了由根據(jù)第一實(shí)施方式的語(yǔ)音頻帶擴(kuò)展裝置執(zhí)行的處理過(guò)程的流程圖；圖9是用于說(shuō)明根據(jù)第一實(shí)施方式的語(yǔ)音頻帶擴(kuò)展裝置的效果的示意圖；圖10是用于說(shuō)明根據(jù)第一實(shí)施方式的語(yǔ)音頻帶擴(kuò)展裝置的效果的示意圖；圖11是示出了各頻帶的SNR的示意圖(2)；圖12是示出了根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施方式的語(yǔ)音頻帶擴(kuò)展裝置的構(gòu)造的示意圖13是示出了各頻帶的SNR的示意圖(3)；圖14是示出了由根據(jù)第二實(shí)施方式的語(yǔ)音頻帶擴(kuò)展裝置執(zhí)行的處理過(guò)程的流程圖；圖15是示出了根據(jù)本發(fā)明的第三實(shí)施方式的語(yǔ)音頻帶擴(kuò)展裝置的構(gòu)造的示意圖；圖16是示出了各頻帶的SNR的示意圖⑷；圖17是示出了各頻帶的SNR的示意圖(5)；圖18是用于說(shuō)明由擴(kuò)展信號(hào)生成單元執(zhí)行的擴(kuò)展信號(hào)生成處理的示意圖(2)；圖19是示出了由根據(jù)第三實(shí)施方式的語(yǔ)音頻帶擴(kuò)展裝置執(zhí)行的處理過(guò)程的流程圖；圖20是示出了根據(jù)本發(fā)明的第四實(shí)施方式的語(yǔ)音頻帶擴(kuò)展裝置的構(gòu)造的示意圖；圖21是示出了各頻帶的SNR的示意圖(6)；圖22是示出了各頻帶的SNR的示意圖(7)；圖23是示出了由根據(jù)第四實(shí)施方式的語(yǔ)音頻帶擴(kuò)展裝置執(zhí)行的處理過(guò)程的流程圖；圖M是用于說(shuō)明根據(jù)第四實(shí)施方式的語(yǔ)音頻帶擴(kuò)展裝置的效果的示意圖；圖25是用于說(shuō)明根據(jù)第四實(shí)施方式的語(yǔ)音頻帶擴(kuò)展裝置的效果的示意圖；圖沈是用于說(shuō)明常規(guī)技術(shù)1的示意圖；圖27是用于說(shuō)明常規(guī)技術(shù)1的示意圖；圖觀是用于說(shuō)明常規(guī)技術(shù)1的示意圖；圖四是用于說(shuō)明常規(guī)技術(shù)2的示意圖；圖30是用于說(shuō)明常規(guī)技術(shù)2的示意圖；圖31是用于說(shuō)明常規(guī)技術(shù)2的示意圖；圖32是用于說(shuō)明常規(guī)技術(shù)2的示意圖；以及圖33是用于說(shuō)明根據(jù)常規(guī)技術(shù)2的語(yǔ)音頻帶擴(kuò)展裝置的構(gòu)造的示例的示意圖。
具體實(shí)施例方式將參照

本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式。但是，本發(fā)明不限于這些實(shí)施方式。在處理細(xì)節(jié)不彼此沖突的范圍之內(nèi)，可以適當(dāng)?shù)亟M合各實(shí)施方式。[a]第一實(shí)施方式下面說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施方式的語(yǔ)音頻帶擴(kuò)展裝置的構(gòu)造的示例。圖1是示出了根據(jù)第一實(shí)施方式的語(yǔ)音頻帶擴(kuò)展裝置的構(gòu)造的示意圖。如圖1所示，語(yǔ)音頻帶擴(kuò)展裝置100包括快速傅里葉變換(FFT)單元110、信噪比(SNR)計(jì)算處理單元120、頻帶選擇單元130、擴(kuò)展信號(hào)生成單元140、加法單元150和快速傅里葉逆變換(IFFT)單元160。FFT單元110對(duì)從外面輸入的輸入信號(hào)執(zhí)行傅里葉變換，并且向SNR計(jì)算處理單元120、頻帶選擇單元130和加法單元150輸出傅里葉變換后的輸入信號(hào)。輸入到FFT單元 110的輸入信號(hào)例如是0至4千赫的窄帶信號(hào)。FFT單元110基于下面的表達(dá)式⑴計(jì)算輸入信號(hào)的各幀的頻譜Fin(j)。在表達(dá)式⑴中，η表示幀號(hào)，^表示第η幀中的輸入信號(hào)，N表示FFT分析長(zhǎng)度，并且j表示頻率 BIN。在該情況下，假設(shè)頻率BINO至192分別與0赫茲至6千赫茲的頻率相對(duì)應(yīng)。
權(quán)利要求
1.一種語(yǔ)音頻帶擴(kuò)展裝置，該語(yǔ)音頻帶擴(kuò)展裝置包括評(píng)估單元，該評(píng)估單元針對(duì)從外部輸入的輸入信號(hào)中的各個(gè)頻帶，評(píng)估噪聲電平和信噪比中的一個(gè)；頻帶選擇單元，該頻帶選擇單元基于所述評(píng)估單元的評(píng)估結(jié)果，從所述輸入信號(hào)中選擇噪聲少的頻帶；生成單元，該生成單元使用由所述頻帶選擇單元選擇的頻帶的信號(hào)，生成擴(kuò)展輸入信號(hào)的頻帶的擴(kuò)展信號(hào)；以及加法單元，其將由所述生成單元生成的所述擴(kuò)展信號(hào)與所述輸入信號(hào)相加。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的語(yǔ)音頻帶擴(kuò)展裝置，其中，所述生成單元設(shè)置應(yīng)用增益，該應(yīng)用增益根據(jù)由所述頻帶選擇單元選擇的頻帶的頻率而變化，并且所述生成單元將所設(shè)置的應(yīng)用增益應(yīng)用于由所述頻帶選擇單元選擇的頻帶的信號(hào)，由此生成所述擴(kuò)展信號(hào)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的語(yǔ)音頻帶擴(kuò)展裝置，其中，所述評(píng)估單元針對(duì)待評(píng)估帶寬縮窄后的各子頻帶評(píng)估噪聲電平和信噪比中的一個(gè)， 所述頻帶選擇單元基于所述評(píng)估單元的評(píng)估結(jié)果，從所述輸入信號(hào)選擇噪聲少的子頻帶，并且所述生成單元利用所述頻帶選擇單元選擇的子頻帶的信號(hào)，來(lái)生成所述擴(kuò)展信號(hào)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的語(yǔ)音頻帶擴(kuò)展裝置，其中，該語(yǔ)音頻帶擴(kuò)展裝置還包括存儲(chǔ)器，該存儲(chǔ)器內(nèi)存儲(chǔ)從外部輸入的輸入信號(hào)，其中，當(dāng)所述輸入信號(hào)不包括噪聲少的頻帶時(shí)，所述評(píng)估單元針對(duì)所述存儲(chǔ)器存儲(chǔ)的過(guò)去輸入信號(hào)中的各個(gè)頻帶，評(píng)估噪聲電平和信噪比中的一個(gè)，并且所述頻帶選擇單元基于所述評(píng)估單元的評(píng)估結(jié)果，從所述過(guò)去輸入信號(hào)中選擇噪聲少的頻帶。
5.一種由計(jì)算機(jī)執(zhí)行的語(yǔ)音頻帶擴(kuò)展方法，所述語(yǔ)音頻帶擴(kuò)展方法包括以下步驟評(píng)估步驟，針對(duì)從外部輸入的輸入信號(hào)中的各個(gè)頻帶，評(píng)估噪聲電平和信噪比中的一個(gè)；選擇步驟，基于評(píng)估所述噪聲電平的處理的評(píng)估結(jié)果，從所述輸入信號(hào)中選擇噪聲少的頻帶；生成步驟，使用通過(guò)選擇頻帶的處理而選擇的頻帶的信號(hào)，生成擴(kuò)展輸入信號(hào)中的頻帶的擴(kuò)展信號(hào)；以及相加步驟，將通過(guò)生成所述擴(kuò)展信號(hào)的處理而生成的所述擴(kuò)展信號(hào)與所述輸入信號(hào)相加。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的語(yǔ)音頻帶擴(kuò)展方法，其中，所述生成步驟包括通過(guò)設(shè)置應(yīng)用增益，并且將所設(shè)置的應(yīng)用增益應(yīng)用于在所述選擇步驟中選擇的頻帶的信號(hào)，來(lái)生成所述擴(kuò)展信號(hào)，所述應(yīng)用增益根據(jù)在所述選擇步驟中選擇的頻帶的頻率而變化。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的語(yǔ)音頻帶擴(kuò)展方法，其中，所述評(píng)估步驟包括針對(duì)待評(píng)估帶寬縮窄后的各子頻帶評(píng)估噪聲電平和信噪比中的一個(gè)，所述選擇步驟包括基于所述評(píng)估步驟的評(píng)估結(jié)果，從所述輸入信號(hào)中選擇噪聲少的子頻帶，并且所述生成步驟包括利用在所述選擇步驟中選擇的子頻帶的信號(hào)來(lái)生成所述擴(kuò)展信號(hào)。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的語(yǔ)音頻帶擴(kuò)展方法，其中，當(dāng)所述輸入信號(hào)不包括噪聲少的頻帶時(shí)，所述評(píng)估步驟包括針對(duì)存儲(chǔ)器所存儲(chǔ)的過(guò)去輸入信號(hào)中的各個(gè)頻帶，評(píng)估噪聲電平和信噪比中的一個(gè)，其中，所述存儲(chǔ)器內(nèi)存儲(chǔ)從外部輸入的輸入信號(hào)，并且所述選擇步驟包括基于所述評(píng)估步驟的評(píng)估結(jié)果，從所述過(guò)去輸入信號(hào)中選擇噪聲少的頻帶。
全文摘要
本發(fā)明涉及語(yǔ)音頻帶擴(kuò)展裝置和語(yǔ)音頻帶擴(kuò)展方法。語(yǔ)音頻帶擴(kuò)展裝置包括快速傅里葉變換(FFT)單元、信噪比(SNR)計(jì)算處理單元、頻帶選擇單元、擴(kuò)展信號(hào)生成單元、加法單元和快速傅里葉逆變換(IFFT)單元。FFT單元對(duì)從外部輸入的輸入信號(hào)執(zhí)行傅里葉變換。SNR計(jì)算處理單元計(jì)算輸入信號(hào)中各個(gè)頻帶的SNR。頻帶選擇單元基于各頻帶的SNR選擇其SNR超過(guò)閾值并且是最大SNR的頻帶。擴(kuò)展信號(hào)生成單元基于由頻帶選擇單元獲取的信號(hào)，生成擴(kuò)展信號(hào)。加法單元將擴(kuò)展信號(hào)與輸入信號(hào)相加，并且生成頻帶擴(kuò)展后的信號(hào)。IFFT單元對(duì)頻帶擴(kuò)展后的信號(hào)執(zhí)行快速傅里葉逆變換，并且生成輸出信號(hào)。
文檔編號(hào)G10L21/02GK102419980SQ20111017976
公開(kāi)日2012年4月18日 申請(qǐng)日期2011年6月29日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月27日
發(fā)明者伊藤周作, 外川太郎, 大田恭士, 大谷猛, 鈴木政直 申請(qǐng)人:富士通株式會(huì)社