Un procedimiento de codificación de una parte (S30) de banda alta de una señal (S10) de habla que tiene una parte (S20) de banda baja y la parte (S30) de banda alta,

comprendiendo dicho procedimiento: calcular una pluralidad de parámetros (S60a) de filtro que caracterizan una envolvente espectral de la parte de banda alta; calcular una señal (S160) extendida espectralmente extendiendo el espectro de una señal (S50, S80) de excitación derivada de la parte de banda baja; sumar la señal (S160) extendida espectralmente con ruido (S170) modulado según una envolvente derivada de la parte (S50, S80) de banda baja, para proporcionar una señal (S120) de excitación de banda alta; y calcular una envolvente (S60b) de ganancia basándose en una relación entre la parte (S30) de banda alta y una señal (S50, S80, S120, S130) basada en la parte de banda baja

CAMPO DE LA INVENCIÓN

La presente invención se refiere a procesamiento de señales.

ANTECEDENTES

Las comunicaciones de voz a través de la red telefónica conmutada pública (PSTN) se han limitado tradicionalmente en ancho de banda al intervalo de frecuencia de 300-3400 kHz. Las nuevas redes para comunicaciones de voz, tales como telefonía celular y voz sobre IP (protocolo de Internet, VoIP), pueden no tener los mismos límites de ancho de banda, y puede ser deseable transmitir y recibir comunicaciones de voz que incluyan un intervalo de frecuencia de banda ancha a través de tales redes. Por ejemplo, puede ser deseable soportar un intervalo de frecuencia de audio que se extiende desde 50 Hz y/o hasta 7 kHz u 8 kHz. También puede ser deseable soportar otras aplicaciones, tales como conferencia de audio o audio/vídeo de alta calidad, que pueden tener contenido de habla de audio en intervalos fuera de los límites de PSTN tradicionales.

La extensión del intervalo soportado por un codificador de habla a frecuencias superiores puede mejorar la inteligibilidad. Por ejemplo, la información que diferencia fricativas tales como ‘s' y ‘f' está en gran parte en las frecuencias altas. La extensión de banda alta también puede mejorar otras cualidades del habla, tal como la presencia. Por ejemplo, incluso una vocal vocalizada puede tener energía espectral muy por encima del límite de PSTN.

Un enfoque con respecto a la codificación de habla de banda ancha implica ajustar a escala una técnica de codificación de habla de banda estrecha (por ejemplo, una configurada para codificar el intervalo de 0-4 kHz) para cubrir el espectro de banda ancha. Por ejemplo, una señal de habla puede muestrearse a una tasa superior para incluir componentes a frecuencias altas, y una técnica de codificación de banda estrecha puede volver a configurarse para usar más coeficientes de filtro para representar esta señal de banda ancha. Las técnicas de codificación de banda estrecha tales como CELP (predicción lineal excitada por libro de códigos) son intensivas desde un punto de vista computacional, sin embargo, y un codificador CELP de banda ancha puede consumir demasiados ciclos de procesamiento para ser práctico para muchas aplicaciones móviles y otras aplicaciones integradas. La codificación de todo el espectro de una señal de banda ancha a una calidad deseada usando una técnica de este tipo también puede conducir a un aumento inaceptablemente grande en el ancho de banda. Además, se requeriría la transcodificación de una señal codificada de este tipo antes incluso de que su parte de banda estrecha pueda transmitirse hacia y/o decodificarse por un sistema que sólo soporta codificación de banda estrecha.

Otro enfoque con respecto a la codificación de habla de banda ancha implica extrapolar la envolvente espectral de banda alta a partir de la envolvente espectral de banda estrecha codificada. Aunque puede implementarse un enfoque de este tipo sin ningún aumento en el ancho de banda y sin necesidad de transcodificación, la envolvente espectral aproximada o estructura formante de la parte de banda alta de una señal de habla generalmente no puede predecirse con precisión a partir de la envolvente espectral de la parte de banda estrecha.

Según el documento EP1498873 A1 se conoce que se genera una señal de excitación extendida espectralmente al volver a muestrear la señal de excitación proporcionada por un codificador de banda baja. Se usa un selector según una indicación de vocalización para proporcionar la excitación extendida espectralmente o bien una excitación aleatoria (ruido) a un filtro de síntesis con el fin de generar una señal de audio de banda alta sintetizada. Además, se determina una señal de ganancia para alinear la energía de la señal de banda alta sintetizada con la de la señal de audio de banda alta original.

Según el documento WO03044777 A1, se conoce un procedimiento para extender el ancho de banda de una señal de audio recibida añadiendo un ruido modulado con la envolvente de la señal de audio recibida plegada espectralmente a la señal plegada espectralmente.

Puede ser deseable implementar la codificación de habla de banda ancha de tal manera que al menos la parte de banda estrecha de la señal codificada puede enviarse a través de un canal de banda estrecha (tal como un canal de PSTN) sin transcodificación u otra modificación significativa. También puede ser deseable la eficacia de la extensión de codificación de banda ancha, por ejemplo, para evitar una reducción significativa en el número de usuarios a los que puede darse servicio en aplicaciones tales como telefonía celular inalámbrica y difusión a través de canales inalámbricos y por cable.

SUMARIO

La presente invención se define por un procedimiento de codificación según la reivindicación 1, un procedimiento de decodificación según la reivindicación 10, un aparato según la reivindicación 13 y un decodificador según la reivindicación 23.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS

La figura 1a muestra un diagrama de bloques de un codificador A100 de habla de banda ancha según una realización.

La figura 1b muestra un diagrama de bloques de una implementación A102 de codificador A100 de habla de banda ancha.

La figura 2a muestra un diagrama de bloques de un decodificador B100 de habla de banda ancha según una realización.

La figura 2b muestra un diagrama de bloques de una implementación B102 de decodificador B100 de habla de banda ancha.

La figura 3a muestra un diagrama de bloques de una implementación A112 de banco A110 de filtros.

La figura 3b muestra un diagrama de bloques de una implementación B122 de banco B120 de filtros.

La figura 4a muestra cobertura de ancho de banda de las bandas alta y baja para un ejemplo de banco A110 de filtros.

La figura 4b muestra cobertura de ancho de banda de las bandas alta y baja para otro ejemplo de banco A110 de filtros.

La figura 4c muestra un diagrama de bloques de una implementación A114 de banco A112 de filtros.

La figura 4d muestra un diagrama de bloques de una implementación B124 de banco B122 de filtros.

La figura 5a muestra un ejemplo de una representación gráfica de logaritmo de amplitud frente a frecuencia para una señal de habla.

La figura 5b muestra un diagrama de bloques de un sistema de codificación de predicción lineal básica.

La figura 6 muestra un diagrama de bloques de una implementación A122 de codificador A120 de banda estrecha.

La figura 7 muestra un diagrama de bloques de una implementación B112 de codificador B110 de banda estrecha.

La figura 8a muestra un ejemplo de una representación gráfica de logaritmo de amplitud frente a frecuencia para una señal residual para habla vocalizada.

La figura 8b muestra un ejemplo de una representación gráfica de logaritmo de amplitud frente a tiempo para una señal residual para habla vocalizada.

La figura 9 muestra un diagrama de bloques de un sistema de codificación de predicción lineal básica que también lleva a cabo predicción a largo plazo.

La figura 10 muestra un diagrama de bloques de una implementación A202 de codificador A200 de banda alta.

La figura 11 muestra un diagrama de bloques de una implementación A302 de generador A300 de excitación de banda alta.

La figura 12 muestra un diagrama de bloques de una implementación A402 de extensor A400 de espectro.

La figura 12a muestra representaciones gráficas de espectros de señal en diversos puntos en un ejemplo de una operación de extensión espectral.

La figura 12b muestra representaciones gráficas de espectros de señal en diversos puntos de otro ejemplo de una operación de extensión espectral.

La figura 13 muestra un diagrama de bloques de una implementación A304 de generador A302 de excitación de banda alta.

La figura 14 muestra un diagrama de bloques de una implementación A306 de generador A302 de excitación de banda alta.

La figura 15 muestra un diagrama de flujo para una tarea T100 de cálculo de envolvente.

La figura 16 muestra un diagrama de bloques de una implementación 492 de combinador 490.

La figura 17 ilustra un enfoque para calcular una medida de periodicidad de señal...

1. Un procedimiento de codificación de una parte (S30) de banda alta de una señal (S10) de habla que tiene una parte (S20) de banda baja y la parte (S30) de banda alta, comprendiendo dicho procedimiento:

calcular una pluralidad de parámetros (S60a) de filtro que caracterizan una envolvente espectral de la parte de banda alta; calcular una señal (S160) extendida espectralmente extendiendo el espectro de una señal (S50, S80) de excitación derivada de la parte de banda baja; sumar la señal (S160) extendida espectralmente con ruido (S170) modulado según una envolvente derivada de la parte (S50, S80) de banda baja, para proporcionar una señal (S120) de excitación de banda alta; y calcular una envolvente (S60b) de ganancia basándose en una relación entre la parte (S30) de banda alta y una señal (S50, S80, S120, S130) basada en la parte de banda baja.

2. El procedimiento según la reivindicación 1, en el que dicho cálculo de una señal (S120, S160) extendida espectralmente comprende extender el espectro (A400, A402) de la señal derivada de la parte (S50, S80) de banda baja aplicando una función (520) no lineal a la señal.

3. El procedimiento según la reivindicación 2, en el que dicho cálculo de una envolvente (S60b) de ganancia se basa en una relación entre la energía de la parte (S30) de banda alta y la energía de la señal basada en la parte (S120, S130) de banda baja.

4. El procedimiento según la reivindicación 1, en el que dicha envolvente (S60b) de ganancia incluye una pluralidad de factores (S60b) de ganancia, correspondiendo cada uno a una diferente en una serie de subtramas consecutivas de una trama de la parte (S30) de banda alta, y en el que dicho cálculo de una envolvente (S60b) de ganancia basándose en una relación entre la parte (S30) de banda alta y una señal basada en la parte (S120, S130) de banda baja incluye calcular cada uno de la pluralidad de factores (S60b) de ganancia basándose en una relación entre (A) la energía de la subtrama respectiva de la parte (S30) de banda alta y (B) la energía de una parte correspondiente en el tiempo de la señal basada en la parte (S120, S130) de banda baja.

5. El procedimiento según la reivindicación 4, en el que dicho cálculo de cada uno de la pluralidad de factores (S60b) de ganancia incluye, para al menos uno de los factores (S60b) de ganancia, calcular una energía de la subtrama respectiva de la parte (S30) de banda alta usando una función ventana que superpone subtramas adyacentes de la parte (S30) de banda alta.

6. El procedimiento según la reivindicación 1, comprendiendo dicho procedimiento generar una señal (S130) de banda alta sintetizada según (A) una señal (S120) de excitación de banda alta basándose en la señal (S160) extendida espectralmente y (B) la pluralidad de parámetros (S60a) de filtro, y en el que la señal basada en la parte (S20, S130) de banda baja es la señal (S130) de banda alta sintetizada.

7. El procedimiento según la reivindicación 6, en el que dicha envolvente (S60b) de ganancia incluye una pluralidad de factores (S60b) de ganancia, correspondiendo cada uno a una diferente en una serie de subtramas consecutivas de una trama de la parte (S130) de banda alta, y en el que dicho cálculo de una envolvente (S60b) de ganancia incluye calcular cada uno de la pluralidad de factores (S60b) de ganancia basándose en una relación entre (A) la energía de la subtrama respectiva de la parte (S30) de banda alta y (B) la energía de una parte correspondiente en el tiempo de la señal (S130) de banda alta sintetizada.

8. El procedimiento según la reivindicación 7, en el que dicho cálculo de cada uno de la pluralidad de factores (S60b) de ganancia incluye, para al menos uno de los factores (S60b) de ganancia, calcular una energía de la subtrama respectiva de la parte (S30) de banda alta usando una función (T215a, T215b) ventana que superpone subtramas adyacentes de la parte (S30) de banda alta.

9. El procedimiento según la reivindicación 8, en el que dicho cálculo de una señal (S120, S160) extendida espectralmente comprende extender el espectro (A400, A402) de la señal derivada de la parte (S50, S80) de banda baja aplicando una función (520) no lineal a la señal.

10. Un procedimiento de decodificación de una parte (S30, S100) de banda alta de una señal (S10, S110) de habla que tiene una parte (S20, S90) de banda baja y la parte (S30, S100) de banda alta, comprendiendo dicho procedimiento:

recibir una pluralidad de parámetros (S60a) de filtro que caracterizan una envolvente espectral de la parte (S30, S100) de banda alta y una pluralidad de factores (S60b) de ganancia que caracterizan una envolvente temporal de la parte (530, S100) de banda alta; calcular una señal (S160) extendida espectralmente extendiendo el espectro de una señal que se basa en una señal (S50, S80) de excitación de banda baja; sumar la señal (S160) extendida espectralmente con ruido (S170) modulado según una envolvente derivada de la parte (S50, S80) de banda baja, para

proporcionar una señal (S120) de excitación de banda alta;

generar una señal (S130) de banda alta sintetizada según (A) la pluralidad de parámetros (S60a) de filtro y (B) dicha señal (S120) de excitación de banda alta; y modificar (590) una envolvente de ganancia de la señal (S130) de banda alta sintetizada según la pluralidad de factores (S60b) de ganancia.

11. El procedimiento según la reivindicación 10, en el que dicho cálculo de una señal (S160) extendida espectralmente comprende extender el espectro (A400, A402) de la señal que se basa en una señal (S50, S80) de excitación de banda baja aplicando una función

(520) no lineal a la señal.

12. El procedimiento según la reivindicación 10, en el que dicha modificación (590) de una envolvente de ganancia incluye modificar, según la pluralidad de factores (S60b) de ganancia, una amplitud a través del tiempo de al menos una entre una señal que se basa en la señal (S50, S80) de excitación de banda baja, la señal (S160) extendida espectralmente, la señal (S120) de excitación de banda alta, y la señal (5130) de banda alta sintetizada.

13. Un aparato (A200, A202) configurado para codificar una parte (S30) de banda alta de una señal (S10) de habla que tiene una parte (S20) de banda baja y la parte (S30) de banda alta, comprendiendo dicho aparato (A200, A202):

un módulo (A210) de análisis configurado para calcular un conjunto de parámetros de filtro que caracterizan una envolvente espectral de la parte (S30) de banda alta; un extensor (A400, A402) de espectro configurado para calcular una señal extendida espectralmente extendiendo el espectro de una señal (S50, S80) de excitación derivada de la parte de banda baja; un combinador (490) configurado para proporcionar una señal (S120) de excitación de banda alta mezclando la señal (S160) extendida espectralmente con ruido (S170) modulado según una envolvente derivada de la parte (S50. S80) de banda baja; y un calculador (A230) de factor de ganancia configurado para calcular una envolvente (S60b) de ganancia basándose en una relación que varía en el tiempo entre la parte (S30) de banda alta y una señal (S50, 580, 5120, 5130) basada en la parte de banda baja.

14. El aparato (A200, A202) según la reivindicación 13, en el que dicho extensor (A400, A402) de espectro está configurado para extender el espectro de la señal derivada de la parte (S50, S80) de banda baja aplicando una función (520) no lineal a la señal.

15. El aparato (A200, A202) según la reivindicación 14, en el que dicho calculador (A230) de factor de ganancia está configurado para calcular la envolvente (S60a) de ganancia basándose en una relación que varía en el tiempo entre la energía de la parte (S30) de banda alta y la energía de la señal basada en la parte (5120, S130) de banda baja.

16. El aparato (A200, A2020) según la reivindicación 13, en el que dicha envolvente (S60b) de ganancia incluye una pluralidad de factores (S60b) de ganancia, correspondiendo cada uno a una diferente en una serie de subtramas consecutivas de una trama de la parte (S30) de banda alta, y en el que dicho calculador (A230) de envolvente de ganancia está configurado para calcular cada uno de la pluralidad de factores (S60b) de ganancia basándose en una relación entre (A) la energía de la subtrama respectiva de la parte (S30) de banda alta y

(B) la energía de una parte correspondiente en el tiempo de la señal basada en la parte (S120, S130) de banda baja.

17. El aparato (A200, A202) según la reivindicación 16, en el que, para al menos uno de la pluralidad de factores (S60b) de ganancia, dicho calculador (A230) de envolvente de ganancia está configurado para calcular una energía de la subtrama respectiva de la parte (S30) de banda alta usando una función (T215a, T215b) ventana que superpone subtramas adyacentes de la parte (S30) de banda alta.

18. El aparato (A200, A202) según la reivindicación 15, comprendiendo dicho aparato

(A200, A202): un generador (A300, A302, A304, A306, A312, A314, A316) de señal de excitación de banda alta configurado para generar una señal (S120) de excitación de banda alta basándose en la señal (S160) extendida espectralmente; y un filtro (A220) de síntesis configurado para generar una señal (S130) de banda alta sintetizada según la señal (S120) de excitación de banda alta y el conjunto de parámetros de filtro, y en el que la señal basada en la parte (S120, S130) de banda baja es la señal (S130) de banda alta sintetizada.

19. El aparato (A200, A202) según la reivindicación 18, en el que dicha envolvente (S60b) de ganancia incluye una pluralidad de factores (S60b) de ganancia, correspondiendo cada uno a una diferente en una serie de subtramas consecutivas de una trama de la parte (S30) de banda alta, y en el que dicho calculador (A230) de envolvente de ganancia está configurado para calcular cada uno de la pluralidad de factores (S60b) de ganancia basándose en una

relación entre (A) la energía de la subtrama respectiva de la parte (S30) de banda alta y

(B) la energía de una parte correspondiente en el tiempo de la señal (S130) de banda alta sintetizada.

20. El aparato (A200, A202) según la reivindicación 19, en el que, para al menos uno de la pluralidad de factores (S60b) de ganancia, dicho calculador (A230) de envolvente de ganancia está configurado para calcular una energía de la subtrama respectiva de la parte (S30) de banda alta usando una función (T215a, T215b) ventana que superpone subtramas adyacentes de la parte (S30) de banda alta.

21. El aparato (A200, A202) según la reivindicación 20, en el que dicho extensor (A400, A402) de espectro está configurado para extender el espectro de la señal derivada de la parte (S50, S80) de banda baja aplicando una función (520) no lineal a la señal.

22. El aparato (A200, A202) según la reivindicación 13, comprendiendo dicho aparato (A200, A202) un teléfono celular.

23. Un decodificador (B202) de habla de banda alta configurado para recibir (A) una pluralidad de parámetros (S60a) de filtro que caracterizan una envolvente espectral de una parte (S30, S100) de banda alta de una señal (S10, S110) de habla y (B) una señal (S50) de excitación de banda baja codificada basada en una parte (S20, S90) de banda baja de la señal (S10, S110) de habla, comprendiendo dicho decodificador (B202):

un extensor (A400, A402) de espectro configurado para calcular una señal (S160) extendida espectralmente extendiendo el espectro de una señal que se basa en la señal (S50) de excitación de banda baja codificada; un combinador (490) configurado para proporcionar una señal (S120) de excitación de banda alta mezclando la señal (S160) extendida espectralmente con ruido (S170) modulado según una envolvente derivada de la parte (S50, S80) de banda baja; un filtro (B204) de síntesis configurado para generar una señal (S130) de banda alta sintetizada según (A) la pluralidad de parámetros (S60a) de filtro y (B) dicha señal (S120) de excitación de banda alta; y un elemento (590) de control de ganancia configurado para modificar una envolvente de ganancia de la señal (S130) de banda alta sintetizada según una pluralidad de factores (S60b) de ganancia que caracterizan una envolvente temporal de la parte (530, S100) de banda alta.

24. El decodificador (B202) según la reivindicación 23, en el que dicho extensor (A400, A402) de espectro está configurado para extender el espectro de la señal que se basa en la señal (S50) de excitación de banda baja codificada aplicando una función (520) no

lineal a la señal.

25. El decodificador (B202) según la reivindicación 23, en el que dicho elemento (590) de control de ganancia está configurado para modificar, según la pluralidad de factores (S60b) de ganancia, una amplitud a través del tiempo de al menos una entre la señal (S50) de excitación de banda baja codificada, la señal (S160) extendida espectralmente, la señal (S120) de excitación de banda alta, y la señal (S130) de banda alta sintetizada.

26. El decodificador (B202) según la reivindicación 23, en el que dicho elemento (590) de control de ganancia comprende al menos uno entre un multiplicador y un amplificador.