CN1192355C - 宽带音频传输*** - Google Patents

Abstract

在音频传输***中，输入信号在发射器中分离为两个频谱部分。这些频谱部分分别由被它们各自的编码器进行编码。低频信号部分被常规的窄带编码器编码，高频部分用输出LPC码和信号增益码的编码器编码。在接收器中，通过使用窄带解码器再现低频信号部分，高频信号部分通过将高通滤波器施加到白噪声信号上，将来自发射器的LPC码控制的LPC滤波器施加到该滤波后的白噪声信号上，且用发射器的振幅码控制的放大器调节信号振幅来再现。然后将再现的低频信号和再现的高频信号组合生成包含两个频率范围的再现的输出信号。

Description

宽带音频传输***

技术领域

本发明涉及一种传输***，其包括发射器和接收器；其中发射器包括用于将传输信号分离成带有低频范围的信号和带有高频范围的信号的分离器，和用于从带有低频范围的信号中获得带有低频范围的编码信号的第一编码装置，该第一编码装置设置成用于将带有低频范围的编码信号经第一传输信道发射到接收器；接收器包括用于基于带有低频范围的编码信号构成带有低频范围的再现信号的第一解码器，和用于从带有高频范围的信号中获得带有高频范围的编码信号的第二编码装置，该第二编码设置成用于将带有高频范围的编码信号经第二传输信道从发射器发射到接收器，接收器包括用于通过使用来自噪声信号源的噪声信号，基于带有带有高频范围的编码信号构成带有高频范围的再现信号的第二解码器，和用于将带有低频范围的再现信号和带有高频范围的再现信号组合的组合器。

本发明还涉及用在该类型传输***中的发射器、接收器、编码装置、解码器、编码方法和解码方法。

背景技术

这种传输***从EP0 648 024A1可知。该文献描述用于音频信号的传输***，其中输入信号经过滤波器组分离成频谱部分。每个频谱部分都由自己的编码装置，即子编码器进行编码。在子编码器中确定信号的包络，该包络与多个基准包络进行比较。将与包络最符合的基准包络的标识码发射到接收器。

在接收器中，解码器以标识码为基础再现信号，该信号的包络与接收到的基准包络相符，然后包络乘以来自噪声源的噪声信号，从而得到输入信号的再现后的频谱部分。随后，将这些再现后的频谱部分组合以得到再现的输入信号。

这种传输***的缺点是编码装置需要相当大的计算能力，用于通过发射器中的滤波器组将输入信号分离成频谱部分和在组合器的帮助下将频谱部分在接收器中进行组合。

发明内容

本发明的目的是提供一种如开头段落所述的传输***，其中减小了需要的计算能力。

为实现该目的，根据本发明的传输***，其特征在于，第二编码装置包括用于确定预测系数和用于将预测系数发射到接收器的分析装置，其中第二解码装置设置成利用受预测系数的控制的LPC合成滤波器，在带有高频范围的信号的再现期间，过滤来自噪声源的噪声信号。

输入信号分离成两部分，从而可选择用于其中每一个频率范围的最佳编码。第一编码装置利用公知的编码法，该编码法对带有低频范围的信号在相关的有效位速率是有效的。低通滤波器用于该信号是足够的。第二编码装置利用线性预测编码(LPC)以高效的方式对带有高频范围的信号进行编码。感谢LPC编码法的性能，高通滤波器是足够的并不需要进行下降采样。由于高通滤波器和低通滤波器都几乎不需要计算能力，且省略了下降采样器，整体需要的计算能力降低。

人类的听觉***在高频范围相当不精确，从而在带有高频范围的信号的再现过程中，能够将白噪声当作信号源并随后用LPC合成滤波器过滤该信号源，从而获得信号，对于人类听觉***该信号的频谱足以匹配原始信号。由于避免将高频范围细分成需要单独处理的较小的频率范围，需要的计算能力降低。

根据本发明的传输***的实施例，其特征在于在发射器中的第二编码装置设置成用于生成基于带有高频范围的信号的增益码(amplification code)，和接收器中的第二解码器设置成在带有高频范围的信号的再现过程中利用该增益码。

由于编码装置确定增益码，解码器随后通过增益码放大再现的信号，需要的预测系数减小，使得确定预测系数变得更简单且需要很小的计算能力。

可确定频率范围。

附图说明

参照附图对本发明做进一步描述，其中：

图1表示根据本发明的传输***，

图2表示根据本发明的发射器，和

图3表示根据本发明的接收器。

具体实施方式

图1用图解表示根据本发明的传输***。

输入信号经过发射器1的输入端19进入，分离器7将输入信号分离成带有低频范围的并由第一编码器9处理的信号，和带有高频范围并由第二编码器11处理的信号，第二编码器11采用LPC(线性预测编码)编码器2和信号强度计4。编码器11是确定带有高频范围的信号的预测系数的LPC编码器，编码信号出现在第一编码器9和第二编码器11的输出端，并经传输信道3发射到接收器5。在该接收器5中带有低频范围的编码信号由第一解码器13处理，带有高频范围的编码信号由第二解码器15处理，该第二解码器15由噪声信号源6、LPC合成滤波器8和放大器10构成。带有低频范围的解码信号和带有高频范围的解码信号由组合器17组合成可提供给接收器5的输出端21的输出信号。

图2表示根据本发明的发射器的实施例。输入信号经发射器1的输入端19进入，输入信号分离成两个频谱部分，带有低频范围的信号是采用低通滤波器27对输入信号进行处理的结果，带有高频范围的信号是确定来自低通滤波器27的带有低频范围的信号与由延迟元件25延迟的输入信号之间的差值的结果。差值信号由减法器29确定。低通滤波器27有线性相位特性是很重要的。这可通过例如使用作为低通滤波器的有81长度的有限脉冲响应滤波器来完成，使得滤波处理后的信号延迟40个样本。对于语音可选择的通频带范围在0至3.4kHz之间和阻带为从4至8kHz。延迟元件25用于补偿发生在有限脉冲响应滤波器的延迟，使得在减法器29可得到的信号有正确的相位关系。

然后差值信号施加到测量差值信号的信号强度并相应地产生增益码的信号强度计31。确定带有高频范围的信号的带有从0.5到10ms长度范围的子帧的信号强度。

利用汉明窗h，基于下面公式确定信号强度

$p_i=\frac{1}{80}\underset{n=0}{\overset{79}{\mathrm{\Σ}}}h\[n\]{.s}^2\[n\]$

其中s是5ms子帧且i是在帧中的位置。四个信号强度在一个帧中计算，这样i＝1，2，3，4。

为了实现量化的目的，四个信号强度转换为对数域。

l_i＝10log₁₀p_i  其中i＝1，2，3，4。

第一信号强度l用四位量化，而后三个信号强度l₂到l₄相对于预先量化了的信号强度用三位差动量化。

LI的值可限制到确定的范围，例如，从-10到60dB16位信号的范围并然后用4位量化，构成经量化的信号强度l_i和索引I_Ii。剩下的信号强度差动地量化：

$\mathrm{\Δi}=l_i-{\hat{l}}_{i-1}$

该差动量化Δi可限定到例如-6dBm到+6dBm的范围。代表该差动量化的索引是I_li。确定经量化的信号强度l_i从而能够计算Δ_i+1：

${\hat{l}}_i={\hat{l}}_{i-1}+{\widehat{\mathrm{\Δ}}}_i$

增益码包括索引I_li。

解码器同样的方式确定经量化的信号强度。

差值信号也施加给LPC编码器33，在LPC分析的帮助下确定差值信号的预测码。差值信号中的低频范围不存在，从而不需要信号的下降采样。当带有高频范围的信号由LPC合成滤波器再现时，带有足够低振幅水平的频率特性在低频范围内自己出现。在6级LPC分析的帮助下，可确定带有高频范围的信号的15ms段的6个LPC系数。为确定这6个LPC系数，确定该段的平均值并从该段的样本中减去，此后应用240点汉明窗。随后，Levinson-Durbin递归应用到窗口信号的自相关函数。为了防止强烈的谐振，使用带宽扩展，可用0.98的带宽扩展因子。

在准备矢量量化时6个LPC系数转化为线谱频率(LSF)ω[n](n＝0，1，2…，5)。经量化的LSF以它们相对量化误差的灵敏度为基础。灵敏度根据相邻LSF之间的距离的减小而增大。

通过利用加权函数Φ而应用：

包括1024个预先确定的第6级LSF矢量的单个密码c本用于矢量量化，通过用LBG运算法则训练密码本c获得LSF矢量。

为密码本c的每个元素j评估下列距离函数：

$D_j=\underset{n=0}{\overset{5}{\mathrm{\Σ}}}\mathrm{\Φ}\[n\]\·{(\mathrm{\ω}\[n\]-c_j\[n\])}^2$

选择带有最短距离的密码本元素的索引。该LSF密码本索引送到解码器。

来自低通滤波器27的带有低频范围的信号由下降采样器37进行下降采样并施加给窄带编码器39。该窄带编码器39是所述的对于带有低频范围的信号最优化的常规编码器，例如，ITU G.729或G.728。该窄带编码器39的类型或原理对本发明的实现并不重要。窄带编码器39产生编码信号，与来自信号强度计31的增益码和来自LPC编码器33的编码信号一起，可供给发射器1的输出端23用作进一步的处理。

图3表示根据本发明的接收器的实施例。

经传输信道的输入端48到达的编码信号作用到窄带解码器41和解码器47上，每个解码器处理这些编码信号和要用于它的增益码。

依靠窄带编码器41带有低频范围的再现信号从带有低频范围的编码信号恢复，此后由上升采样器43进行上升采样。为防止高频范围内的不需要的信号，该信号在解码或上升采样期间扩展，在上升采样后，再现的信号由具有可与发射器中的低通滤波器27比较的频率特性的低通滤波器45进行滤波。

带有高频范围的编码信号和增益码由解码器47转化成用于LPC合成滤波器55和用于放大器53的控制信号，通过它再现信号的频率特性和信号强度可以匹配。

噪声源49产生白噪声信号。白噪声信号包括长度上为的80个样本的噪声段，该噪声段由具有均匀随机脉冲分布的随机脉冲发生器产生。该噪声信号由有3500Hz截止频率的6级有限脉冲响应高通滤波器51进行处理，从而出现经滤波的噪声信号，其频率范围可与带有高频范围的信号的频率范围相比拟。

来自高通滤波器51的滤波后的噪声信号的振幅谱通过LPC合成滤波器55与带有高频范围的信号的振幅谱相匹配。通过在接收到的LPC密码本索引的帮助下从密码本中选择正确的LSF并将这些LSF转化为LPC参数，来获得用于设定LPC合成滤波器55所需的LPC参数。

 在通过LPC合成滤波器进行带有高频范围的信号的再现过程中，带有足够低振幅水平的振幅谱将在低频范围内自己出现。

来自LPC合成滤波器55的滤波后的噪声信号由放大器53放大，设定为接收到的增益码中的索引。这实现带有高频范围的再现信号的信号强度与带有高频范围的信号的强度相匹配。信号强度在增益码中由接收到的索引I_li(i＝1，…，4)表示。对索引进行解码并然后从运算法则域转化到线性域： ${\hat{p}}_i={10}^{\frac{\hat{4}}{10}}.$

滤波后的噪声信号细分成5ms子帧。每个子帧s′确定信号强度：

$p_i^{\′}=\frac{1}{80}\underset{n=0}{\overset{79}{\mathrm{\Σ}}}h\[n\]{.s}^{\′2}\[n\]$

其中h是汉明窗。

子帧I的比例因子g_i由下式确定：

$g_i=\sqrt{\frac{{\hat{p}}_i}{p_i^{\′}}}$

对噪声信号段设定比例，也就是说，由因子g_i放大，进行叠加，组合以构成高频的再现信号。

在带有高频范围的信号和低频范围的信号的再现期间，由于不同的信号可能延迟出现，延迟元件59用于延迟来自放大器53的信号。在带有低频范围的信号比带有高频范围的信号经历较少的延迟的情况下，延迟元件59可***到低通滤波器45和组合器57之间。

来自低通滤波器45的带有低频范围的再现信号，和来自延迟元件59的带有高频范围的再现信号由组合器57组合成可提供给接收器的输出端的输出信号。由于带有低频范围的再现信号和带有高频范围的再现信号的频率特性显示出很少的重叠，通过把两个再现信号简单地加起来，可以获得带有完整频率范围的输出信号。

Claims (9)

1.一种传输***，包括发射器和接收器，其中发射器包括分离器，用于将传输信号分离成带有低频范围的信号和带有高频范围的信号，第一编码装置，用于从带有低频范围的信号中获得带有低频范围的编码信号，该第一编码装置设置成经第一传输信道将带有低频范围的编码信号发射到接收器；接收器包括第一解码器，用于基于带有低频范围的编码信号构成带有低频范围的再现信号，和第二编码装置，用于从带有高频范围的信号中获得带有高频范围的编码信号，该第二编码装置设置成经第二传输信道将带有高频范围的编码信号从发射器发射到接收器，接收器包括第二解码器，用于通过使用来自噪声源的噪声信号，基于带有高频范围的编码信号构成带有高频范围的再现信号，和组合器，用于将带有低频范围的再现信号与带有高频范围的再现信号组合；

其特征在于：第二编码装置包括分析装置，用于确定预测系数和用于将预测系数发射到接收器，第二解码器设置成依靠由预测系数控制的LPC合成滤波器，在带有高频范围的信号的再现期间，过滤来自噪声源的噪声信号。

2.如权利要求1所述的传输***，其特征在于：发射器中的第二编码器设置成基于带有高频范围的信号生成增益码，和在接收器中的第二解码器设置成在带有高频范围的信号的再现期间利用这些增益码。

3.如权利要求1或2所述的传输***，其特征在于：接收器仅设置成用于处理带有低频范围的信号。

4.一种发射器，包括分离器，用于将信号分离成带有低频范围的信号和带有高频范围的信号；第一编码装置，用于从带有低频范围的信号中获得带有低频范围的编码信号，该第一编码装置设置成用于发射带有低频范围的编码信号；和第二编码装置，用于从带有高频范围的信号中获得带有高频范围的编码信号，该第二编码装置设置成用于发射带有高频范围的编码信号；

其特征在于：第二编码装置包括分析装置，用于确定和发射预测系数。

5.一种接收器，包括：第一解码器，用于基于带有低频范围的编码信号构成带有低频范围的再现信号；第二解码器，用于利用噪声信号源基于带有高频范围的编码信号构成带有高频范围的再现信号；和组合器，用于将带有低频范围的再现信号与带有高频范围的再现信号组合；

其特征在于：第二解码器设置成在带有高频范围的信号的再现期间，利用由预测系数控制的LPC合成滤波器，过滤来自噪声信号源的噪声信号，预测系数由具有高频范围的编码信号获得。

6.一种编码装置，包括分离器，用于将信号分离成带有低频范围的信号和带有高频范围的信号；和第一编码装置，用于从带有低频范围的信号中获得带有低频范围的编码信号；和第二编码装置，用于从带有高频范围的信号中获得带有高频范围的编码信号；

其特征在于：第二编码装置包括分析装置，用于确定预测系数和用于将预测系数纳入带有高频范围的编码信号中。

7.一种解码装置，包括第一解码器，用于基于带有低频范围的编码信号构成带有低频范围的再现信号；和第二解码器，用于通过使用噪声信号源，基于带有高频范围的编码信号构成带有高频范围的再现信号；和组合器，用于将带有低频范围的再现信号与带有高频范围的再现信号组合；

其特征在于：第二解码器设置成利用由预测系数控制的LPC合成滤波器，在带有高频范围的信号的再现期间，过滤来自噪声源的噪声信号，预测系数由具有高频范围的编码信号获得。

8.一种信号编码方法，其中分离器将信号分离成带有低频范围的信号和带有高频范围的信号，此后第一编码装置从带有低频范围的信号中获得带有低频范围的编码信号，和第二编码装置从带有高频范围的信号中获得带有高频范围的编码信号，

其特征在于：第二编码装置确定预测系数并将预测系数纳入带有高频范围的编码信号中。

9.一种对编码信号进行解码的方法，其中第一解码器从带有低频范围的编码信号中获得带有低频范围的再现信号，和第二解码器通过处理来自噪声信号源的噪声信号，从带有高频范围的编码信号中获得带有高频范围的再现信号，将带有低频范围的再现信号和带有高频范围的再现信号组合为一个新的信号，

其特征在于：第二解码器利用LPC合成滤波器过滤来自噪声信号源的噪声信号，和利用预测系数控制LPC合成滤波器，预测系数由具有高频范围的编码信号获得。

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