[发明专利]一种线性预测编码频带扩展方法、装置和编解码系统

说明书

技术领域

本发明涉及通信领域，尤其涉及一种通信领域中LPC(Linear Prediction Coding，线性预测编码)频带扩展方法、装置和编解码系统。

背景技术

在大多数的通信系统中，如PSTN(Public Switched Telephone Network， 公共交换电话网)与GSM(Global System for Mobile Communications，全球 移动通信系统)系统，传输的都是窄带语音信号，0-4KHz的带宽包含了足 够的信息并且在某种程度上提供了可接受的话音清晰度和语音可理解性，在 带宽资源比较匮乏的时候，传输窄带语音是一种较好的折中办法。但是窄带 语音信号还是存在诸多的问题，由于重要的高频信息的丢失，使提高辅音质 量极其困难，而且人们更倾向于宽带语音，因为宽带语音信号能够提供更好 的自然度，清晰度和可懂度。

虽然宽带语音有诸多的好处，但是短时间内不可能全面部署。这主要是 经济方面的原因。要完成所有设备，协议与整个宽带通信系统的建立还需要 花费很长的时间。

那么，更为经济的另一种办法是对窄带信息进行重建，人工地加入丢失 的宽带信息。这样，原有的通信系统仍然能够使用，只是在信号的接收端将 接收到的窄带信号转换为宽带信号。这意味着抽样频率从8KHz提高到 16HKz并且丢失的语音信号的高频部分会在接收端被重建。某些场合0～ 300HKz的低频部分也会被加上。这个过程就被叫做频带扩展。

语音信号的频带扩展包括一些关键的部分。其中一个重要的部分就是对 LPC(linear prediction coding，线性预测编码)的系数进行扩展，使得原来 窄带的LPC系数变成宽带的LPC系数。也就是从窄带信号的LPC谱包络中 恢复出宽带信号的谱包络。

在现有的LPC频带扩展方法中，主要分成两类。第一类包括矢量量化 法、矩阵变换法、以及一些基于统计模型的方法，该类方法需要事先对模型 进行训练，在解码端进行扩展时，需要额外的信息，例如矢量量化的码本， 矩阵变换所需要的矩阵，以及统计模型的参数等。矢量量化法实际上是对语 音信号进行硬分类的方法，如果分类错误，将导致非常大的失真。另外在扩 展的时候需要进行矢量量化，增加了系统的复杂度，而且进行扩展时的码本 需要额外的存储空间，不能跟现有的系统很好的兼容。第二类是使用在 AMR-WB、AMR-WB+以及G.718中的外插法，这类方法对LPC进行外插扩 展，不需要事先的训练，在扩展时不需要额外的信息。

然而，发明人在实现本发明的过程中，发现上述第二种方法还存在如下 缺陷：

1.需要自相关运算，算法复杂度高。

2.最后一个ISF(Immittance Spectral Frequencies，导谱频率)系数的 处理上存在问题，在扩展的阶数比较大时，LPC谱包络会出现不稳定的震荡 问题。

图1A为直接从ISF系数变换到ISP系数，没有对最后一个ISP系数进 行额外的调整导致的ISP系数变大的示意图，图1B为正常的最后一个ISP 系数示意图。由于在ISP系数向LPC变换的过程中，最后一个ISP系数是一 个能量加权因子，如果这个因子变大的话会使得LPC滤波器不稳定，也就 是LPC滤波器的极点更加接近单位圆，如图1C所示能量加权因子过大造成 的极点接近单位圆的示意图，图1D为正常LPC极点示意图，其中小圆为 LPC极点，小方块为ISP的值。

图2A和图2B分别表示了用现有技术二扩展出来的LPC频谱。图1和 图2分别对应浊音和清音的情况。图中由上到下依次为：原始宽带信号的 LPC频谱包络；此时对应的ISF差值；采用现有技术二扩展后的LPC频谱 包络；采用现有技术二对应的扩展后的ISF差值。从图中可以看出，由于扩 展不当，使得扩展出来的宽带LPC频谱出现尖刺。而且扩展后的ISF差值与 原始的ISF差值相差也比较大。

发明内容

本发明实施例提供一种线性预测编码频带扩展方法、装置和编解码系 统，以解决现有的频带扩展方法中对最后一个ISF系数处理不当，导致在扩 展的阶数比较大时，LPC谱包络出现不稳定的震荡的问题。

本发明实施例的技术方案如下：