BRPI0109043B1 - dispositivo de processamento de voz, e, método para processar a voz codificada digitalmente - Google Patents

Abstract

"dispositivo de processamento de voz, e, método para processar a voz codificada digitalmente." decodificador de voz compreende um decodificador (103) para converter o sinal de voz codificado de predição linear no primeiro fluxo de amostragem possuindo uma primeira taxa de amostragem e representando a primeira banda de freqüência. adicionalmente, este compreende um vocodificador (105) para converter um sinal de entrada em um segundo fluxo de amostragem possuindo a segunda taxa de amostragem e representando a segunda banda de freqüência, e um dispositivo combinador (107) para combinar o primeiro e o segundo fluxos de amostragem na forma processada. este compreende também um dispositivo (301) para gerar o segundo filtro de predição linear, a ser usado pelo vocodificador (105) na segunda banda de freqüência, com base no primeiro filtro de predição linear usado pelo decodificador (103) na primeira banda de freqüência. a extrapolação através de um filtro de resposta de impulso infinito é o método preferível para gerar o segundo filtro de predição linear.

Description

“DISPOSITIVO DE PROCESSAMENTO DE VOZ, E, MÉTODO PARA PROCESSAR A VOZ CODIFICADA DIG1TALMENTE”.

Campo da Invenção À invenção relaciona em geral a tecnologia de decodificaçao da voz codificada digi talmente. Especial mente a invenção relaciona a tecnologia de gerar uni sinal de saída decodificado de batida de frequência larga de um sinal de entrada codificado de banda de frequência estreita.

Descrição da Técnica Anterior Os sistemas de telefonia digitais têm tradicionalmente confiado na codificação de voz padronizada e nos procedimentos de decodificação com taxas de amostragens fixas, para assegurar a compatibilidade entre os pares transmíssor-receptor selecionados arbitrariamente. A evolução da segunda geração das redes celulares digitais e dos seus terminais aperfeiçoados funcional mente tem resultado em uma situação, onde uma compatibilidade um-para-um completa em relação às taxas de amostragem não podem ser garantidas, isto é, o codificador de voz no terminal de transmissão pode usar unia taxa de entrada de amostragem que é diferente da taxa de amostragem de saída do codificador de voz no terminal. Também, a predição linear ou a análise de PL do sinal de voz original pode ser executada em um sinal que lem uma banda de frequência mais estreita do que o sinal de entrada atual por acusa das restrições de complexidade. O decoditleador de voz de um terminal de recepção avançado deve ser capaz de gerar um filtro PL, com uma banda de frequência mais larga que a usada na análise, e produzir um sinal de saída de banda larga dos parâmetros de entrada de banda estreita. A geração de um filtro de PL de banda larga a partir da informação de banda estreita existente também tem uma aplicabilidade mais ampla. A FIGURA 1 ilustra um princípio conhecido para converter um sinal de voz codificado de banda estreita em um fluxo de amostragem decodificado de banda larga, que pode ser usado em síntese de voz com uma taxa de amostragem alta. Na extremidade de transmissão o sinal de voz original tem sido sujeito a filtro passa-baixo (FPB) no bloco 101. O sinal resultante em uma sub-banda de frequência baixa tem sido codificado em uni codificador de banda estreita 102. Na extremidade de recepção, o sinal codificado é alimentado em um decoditleador 103 de banda estreita, a saída do qual é um fluxo de amostragem que representa a sub-banda de frequência baixa com uma taxa de amostragem relativamente baixa. Para aumentar a taxa de amostragem, o sinal é levado ao interpolador de taxa de amostragem 104.

As frequências mais altas que são perdidas do sinal são tomando o filtro PL (não apresentado separadamente) do bloco 103 e usando este para implementar um filtro PL como uma parte do vocodificador 105, o qual usa um sinal de ruído branco como sua entrada. Em outras palavras, a curva de resposta de frequência do filtro PL na sub-banda de frequência baixa é esticada na direção do eixo de frequência para cobrir uma banda de frequência mais larga na geração de uma sub-banda de frequência alta produzida sinteticamente. A potência do ruído branco é ajustada de forma que a potência de saída do vocodificador seja apropriada. A saída do vocodificador 105 é aplicada a um filtro passa-alta (FPA) no bloco 106, para prevenir a sobreposição excessiva com o sinal de voz atual na sub-banda de frequência baixa. As sub-bandas de frequência baixas e altas são combinadas no bloco 107 de soma e a combinação é elevada a um sintetizador de voz (não apresentado) para gerar o sinal de saída acústico final.

Podemos considerar uma situação exemplar onde a taxa de amostragem original do sinal de voz era de 12.8 kHz e a taxa de amostragem à saída do codificador deveria ser de 16kHz. A análise de PL foi executada para as frequências de 0 a 6400 Hz, isto é de zero para a frequência de Nyquist, que é a metade da taxa de amostragem original. Por conseguinte, o decodificador de banda estreita 103 implementa um filtro PL de resposta de frequência, a qual abrange de 0 a 6400 kHz. Para gerar a sub-banda de frequência alta, a resposta de frequência do filtro de PL é esticada no vocodificador 105 para cobrir uma banda de frequência de 0 a 8000 Hz, onde o limite superior é agora a frequência de Nyquist relativa à taxa de amostragem mais alta desejada.

Um certo grau de sobreposição é normalmente desejável, embora não necessário, entre as sub-bandas de frequência baixas e altas; a sobreposição pode ajudar a alcançar uma quantidade de áudio subjetiva ótima. Vamos assumir a uma sobreposição de 10% (isto é, 800 Hz) é apontada. Isto significa que no decodificador 103 de banda estreita, a resposta de frequência total de 0 a 6400 Hz (isto é, 0 - 0.5 Fs com taxa de amostragem de FS=12.8 kHz) do filtro de PL é usada, e no vocodificador 105 efetivamente apenas a resposta de frequência de 5600 a 8000 Hz (isto é, 0.35 Fs - 0.5 Fs com a taxa de amostragem de Fs=16 kHz) do filtro de PL é usada. Aqui “efetivamente” significa que por causa do filtro de passagem alta 106, a extremidade inferior da resposta de frequência não tem um efeito na saída da ramificação do processamento de sinal superior. A resposta de frequência do filtro PL de banda larga na gama de 5600 a 8000 Hz é uma cópia esticada da resposta de frequência do filtro de PL de banda estreita na gama de 4480 a 6400 Hz.

As desvantagens da disposição da técnica anterior se tomam aparentes em uma situação onde a resposta de frequência do filtro de PL de banda estreita tem um cume em sua região superior, perto da frequência de Nyquist original. A FIGURA 2 ilustra tal situação. A curva fina 201 representa a resposta de frequência do filtro de PL de 0 a 8000 Hz que seria usado na análise de um sinal de voz com uma taxa de amostragem de 16 kHz. A curva 202 grossa representa a resposta de frequência combinada que a disposição da FIGURA 1 produziría. As linhas tracejadas 203 e 204 delimitam respectivamente a 4480 Hz e 6400 Hz a parte da resposta de frequência de um filtro de PL de banda estreita, que é copiado e estirado no intervalo de 5600 Hz a 8000 Hz no filtro de PL implementado no vodificador. Um cume de aproximadamente 4400 Hz na resposta de frequência de banda estreita e o contínuo declive deste para o limite superior da banda de frequência ocasiona uma curva de resposta de frequência combinada 202, a qual difere notavelmente da resposta de frequência 201 de um filtro de PL de banda larga ideal.

Várias disposições da técnica anterior são conhecidas para complementar o princípio da FIGURA 1, para superar a desvantagem apresentada acima. A publicação da patente US 5,978,759 descreve um aparelho para ampliar a voz de banda estreita para voz de banda larga, usando um livro de código e uma tabela de pesquisa. Um grupo de características de parâmetros para o filtro PL de banda larga é extraído e levado como uma chave de procura para a tabela de pesquisa, de forma que os parâmetros característicos do filtro de PL de banda larga correspondente podem ser lidos de uma entrada correspondente ou aproximadamente correspondente na tabela de pesquisa. Uma solução semelhante é conhecida do número de publicação patente JP 10124089A. Uma aproximação ligeiramente diferente é conhecida do número de publicação US 5,455,888, onde as frequências mais altas são geradas usando um banco de filtro que, porém, é selecionado usando um tipo de tabela de pesquisa. O número de publicação US 5,581,652 propõem a reconstrução de voz de banda larga da voz de banda estreita usando os livros códigos, de forma que a natureza das formas de onda dos sinais é explorada, Além disso, no número de aplicação de patente internacional publicado W099/49454A1 ê estreito um método onde um sinal de voz é transformado no domínio da frequência, os eutnes característicos do sinal do domínio da frequência são identificados e um grupo de parâmetros do filtro de banda larga é selecionado com base numa tabela conversão. O uso da tabela de pesquisa na busca das características do filtro de banda larga adequado pode ajudar a evitar os desastres do tipo apresentado na FIGURA 2, mas simultaneamente envolve um grau considerável de inflexibilidade. Apenas um número limitado de possíveis filtros de banda larga pode ser implementado ou uma memória muito grande deve ser alocada somente para este propósito. Ao aumentar o número das configurações do filtro de banda larga armazenada para a escolha, também aumenta o tempo que deve ser alocado para procurar e estabelecer o correto dentre eles, o que não é desejável na operação de tempo-real tal como na telefonia de voz.

Resumo da Invenção É um objeto da presente invenção apresentar um decodiftcador de voz e um método para decodificar a voz. onde a expansão de uma banda de frequência é feita de uma. forma flexível, a qual é econômica processual mente e imita bem as características que seriam obtidas original mente usando uma largura de banda mais larga.

Os objetivos da invenção são alcançados pela geração de um filtro PL de banda larga apartir de uma banda estreita, de forma que a extrapolação com base em certas regularidades nos polos do filtro de PL de banda estreita é utilizada.

De acordo com a invenção, o dispositivo dc processamento de voz inclui: - uma entrada para receber um sinal de voz codificado de predição linear representando a primeira banda de frequência; - dispositivo para extrair, do sinal dc voz. codificado dc predição linear a informação descrevendo o primeiro filtro de predição linear associado com a primeira banda de frequência e; - um vocodificador para converter um sinal de entrada em um sinal de saída representando a segunda banda de frequência, é caracterizado pelo fato de que o dispositivo compreendente: - dispositivo para gerar o segundo filtro de predição linear, a ser usado pelo vocodificador na segunda banda de frequência, com base na informação descrevendo o primeiro filtro de predição linear. A invenção também se aplica a um telefone de rádio digital, o qual é caracterizado pelo fato de que inclui ao menos um dispositivo de processamento de voz do tipo mencionado acima.

Adicionalmente, a invenção se aplica a um método de decodificação de voz, o qual inclui os passos de: - extrair do sinal de voz codificado de predição linear, a informação descrevendo o primeiro filtro de predição linear associado com a primeira banda de frequência e; - converter o sinal de entrada no sinal de saída representando a segunda banda de frequência, é caracterizado pelo fato de que compreende ainda os passos de: - gerar o segundo filtro de predição linear, a ser usado na conversão do sinal de entrada para o sinal de saída com base na informação extraída descrevendo o primeiro filtro de predição linear associado com a primeira banda de frequência. Várias formas conhecidas de apresentação existem para os filtros de PL. Especialmente, é conhecida uma representação denominada de domínio da frequência, onde um filtro de PL pode ser representado com um vetor FLE (Frequência de Linha Espectral) ou um vetor FIE (Frequência Imitância Espectral). A representação do domínio da frequência tem a vantagem de ser independente da taxa de amostragem.

De acordo com a invenção, um filtro de PL de banda estreita é dinamicamente usado como base para construir o filtro PL de banda larga por meio da extrapolação. Especialmente, a invenção envolve a conversão do filtro PL de banda estreita em sua representação do domínio da frequência , e formando uma representação do domínio da frequência de um filtro PL de banda larga pela extrapolação do filtro de PL de banda estreita. Um filtro RII (Resposta de Impulso Infinita) de uma ordem alta o suficiente é preferivelmente usado para a extrapolação para levar vantagens da característica de regularidades para o filtro de PL de banda estreita. A ordem do filtro de PL de banda larga é preferivelmente selecionada, de forma que a relação das ordens do filtro PL de banda larga e de banda estreita é essencial mente igual à relação das frequências de amostragem de banda larga e de banda estreita. Um grupo determinado de coeficientes é necessário para o filtro de RII; estes são obtidos preferivelmente pela análise de autoeorrelaçao do vetor de diferença que reflete as diferenças entre os elementos adjacentes na representação vetorial do filtro de PL de banda estreita.

Para assegurar que o filtro de PL de banda larga nio alcance a amplificação excessiva perto da frequência de Nyquist, é vantajoso colocar certas limitações ao último elemento(s) da representação vetorial de filtro de PL de banda larga. Especial mente, a diferença entre o último elemento na representação vetorial e a frequência de Nyquist proporciona à frequência de amostragem» deveria ficar aproximadamente as mesmas. Estas limitações são facilmente definidas através das definições diferenciais, de forma que a diferença entre os elementos adjacentes na representação vetorial é controlada.

Breve Descrição dos Desenhos Âs novas características que são consideradas como característica da invenção são agrupadas em particular nas reivindicações apensas. Porém, a própria invenção será melhor compreendida, ambos como a sua construção e o seu método de operação, junto com os objetos adicionais e suas vantagens» da descrição a seguir das incorporações especificas quando lidas em conjunto com os desenhos apensos, FIGURA I- ilustra um decodificado!’ de voz conhecido; FIGURA 2- apresenta uma resposta de frequência desvantajosa de um filtro PL de banda larga conhecido; FIGURA 3a- ilustra o princípio da invenção; FIGURA 3b- ilustra a aplicação do princípio da FIGURA 3a em um decodificador de voz; FUGURA 4- apresenta um detalhe da disposição da FIGURA 3b; FIGURA 5- apresenta um detalhe da disposição da FIGURA 4; e FIGURA 6- apresenta uma resposta de frequência vantajosa do filtro de PL de acordo com a invenção.

Descrição Detalhada da Invenção As figuras 1 e 2 foram descritas na descrição da técnica anterior, assim a descrição a seguir da invenção e as suas incorporações vantajosas se concentrarão nas FIGURAS 3a a 6. Os mesmos números de referência são usados para as partes semelhantes nos desenhos. A FIGURA 3a ilustra o uso de um sinal de entrada de banda estreita para extrair os parâmetros do filtro de PL de banda estreita no bloco 310 de extração. Os parâmetros do filtro PL de banda estreita são levados ao bloco de extrapolação 301, onde a extrapolação é usada para produzir os parâmetros do filtro de PL de banda larga correspondente. Estes são levados ao vocodificador 105 usando algum sinal de banda larga como sua entrada. O vocodificador 105 gera um filtro PL de banda larga dos parâmetros e os usa para converter o sinal de entrada de banda larga em um sinal de saída de banda larga. Também, o bloco 310 de extração pode dar uma saída, que é uma saída de banda estreita. A FIGURA 3b apresenta como princípio da FIGURA 3 a pode ser aplicado, para um decodificador de voz conhecido. Uma comparação entre a FIGURA 1 e a FIGURA 3b apresenta a adição trazida através da invenção, em um principio conhecido para converter um sinal de voz codificado de banda estreita em um fluxo de amostragem decodificado de banda larga. A invenção não tem efeito na extremidade de transmissão: o sinal de voz original é filtrado no bloco 101 do filtro passa-baixa e o sinal resultante em uma sub-banda de frequência baixa codificada no codificador de banda estreita 102. Também, a ramificação inferior na extremidade de recepção pode ser a mesma: o sinal codificado é alimentado em um decodificador de banda estreita 103, e para aumentar a taxa de amostragem da saída da sub-banda de frequência baixa, o sinal é levado ao interpolador de taxa de amostragem 104. Contudo, o filtro de PL de banda estreita usado no bloco 103 não é levado diretamente ao vocodificador 105, mas ao bloco de extrapolação 301 onde um filtro de PL de banda larga é gerado.

Acurva de resposta de frequência do filtro de PL na sub-banda de frequência baixa não é simplesmente estirada para cobrir uma banda de frequência mais larga; nem as características do filtro PL de banda estreita são usadas como uma chave de busca para qualquer biblioteca dos filtros de PL de banda larga previamente gerada. A extrapolação é executada no bloco 301 gerando um filtro de PL de banda larga não apenas selecionando a associação mais próxima de um grupo de alternativas. É um método verdadeiramente adaptável pela seleção de um algoritmo de extrapolação adequado, que é possível para assegurar uma relação única entre cada entrada do filtro PL de banda estreita e a saída do filtro PL de banda larga correspondente. O método de extrapolação trabalha mesmo quando pouco é conhecido anteriormente sobre os filtros de PL de banda estreita, que serão encontrados como informação de entrada. Esta é uma vantagem clara sobre todas as soluções baseadas nas tabelas de pesquisas, uma vez que tais tabelas apenas podem ser construídas quando esta for mais ou menos conhecida, na qual as categorias do filtro de PL de banda estreita cairão. Adicionalmente, o método de extrapolação de acordo com a invenção requer apenas uma quantidade limitada de memória, porque apenas o próprio algoritmo necessita ser armazenado. O uso do filtro PL de banda larga obtido do bloco 301 na geração de uma sub-banda de frequência alta produzida sinteticamente pode seguir o padrão conhecido tal como da técnica anterior. O ruído branco é alimentado como dados de entrada no vocodificador 105, usando o filtro PL de banda larga produzindo um fluxo de amostragem que representa a sub-banda de frequência alta. A potência do ruído branco é ajustada, de forma que a potência de saída do vocodificador seja apropriada. A saída do vocodificador 105 é filtrada no bloco 106 do filtro passa-alta e, as sub-bandas de frequência baixa e alta são combinadas no bloco 107 de soma. A combinação está pronta para ser levada a um sintetizador de voz (não mostrado) para gerar o sinal de saída acústico final. A FIGURA 4 ilustra um modo exemplar de implementar o bloco de extrapolação 301. O bloco conversão de PL para FLE 401 converte o filtro de PL de banda estreita obtido do decodificador 103 no domínio da frequência. A extrapolação atual é feita no domínio da frequência pelo bloco de extrapolação 402. A saída deste é acoplado o bloco de conversão FLE para o PL 403 que executa a conversão inversa comparada à feita no bloco 401. Adicionalmente o bloco do controlador de ganho 404 é, acoplado entre a saída do bloco 403 e a entrada de controle do vocodificador 105, a tarefa do qual é escalar o ganho do filtro de PL de banda a um nível apropriado. A FIGURA 5 ilustra um modo exemplar de implementar o extrapolador 402. A entrada deste é acoplado à saída do bloco conversão de PL para FLE 401, assim a representação vetorial fn do filtro de PL de banda estreita é obtida como uma entrada ao extrapolador 402. Para executar a extrapolação, um filtro de extrapolação é gerado pela análise do vetor fn em um bloco gerador de filtro 501. O filtro também pode ser descrito como um vetor que aqui é denotado como o vetor b. Ao usar o filtro gerado no bloco 501, a representação vetorial fn do filtro de PL de banda estreita é convertida a uma representação vetorial fw do filtro de PL de banda larga no bloco 502. Finalmente para assegurar que o filtro de PL de banda larga não inclua uma amplificação excessiva próximo da frequência de Nyquist relativa à taxa de amostragem mais alta, a representação vetorial fw do filtro de PL de banda larga é sujeitada a certas funções de limitação no bloco 503 antes de passar para o bloco de conversão de FLE para o PL 403.

Proveremos uma análise detalhada das operações executadas nos vários blocos funcionais introduzidos nas FIGURAS 4 e 5 acima. É tomado como um fato que o decodificador 103 implementa e utiliza um filtro PL no curso de decodificação do sinal de voz de banda estreita. Este filtro PL é designado como o filtro de PL de banda estreita, e é caracterizado através de que um grupo de coeficientes do filtro PL. É igualmente um fato que, praticamente todos os decodificadores de voz de qualidade alta (codificadores) usam certos vetores conhecidos como os vetores FLE ou FIE para quantizar os coeficientes do filtro PL, assim funcionalmente a conversão PL para FLE mostra no bloco 401 na FIGURA 4 pode até mesmo ser uma parte do decodificador 103. Ao longo desta descrição, nós falaremos sobre os vetores FLE por motivo de consistência, mas é direto para a uma pessoa qualificada na técnica aplicar a descrição ao uso dos vetores de FIE.

Os vetores de FLE podem ser representados em ambos domínios de co-seno, onde o vetor é denominado de vetor PLE (Par de Linha Especial), ou no domínio de frequência. A representação do domínio do co-seno (o vetor PLE) é dependente da taxa de amostragem, mas a representação do domínio de frequência não é, assim se, por exemplo, o decodificador 103 é algum tipo de um decodificador de voz acionário, que só oferece um vetor PLE como uma informação de entrada para o bloco de extrapolação 301, é preferível converter o vetor PLE primeiro em um vetor FLE. A conversão é feita facilmente de acordo com a fórmula conhecida: (1) onde a subscrição n geralmente denota “banda estreita", í'n (í) é o elemento de i-ésimo elemento do vetor de FLE qn (i) é o elemento i-ésimo do vetor de PLE de banda estreita, f,.„ é a mesma taxa de amostragem da banda estreita e n„ é a ordem do filtro de PL de banda estreita. Seguindo a definição dos vetores PLE e de FLE. n„ também é o número de elementos nos vetores de PLE de banda estreita e FLE.

Na incorporação apresentada nas FIGURAS 3b, 4 e 5, a extrapolação atual acontece no bloco 502 usando uma ordem L-ésimo de extrapolação do filtro gerada no bloco 501. Para o momento assumimos que o bloco 501 proporciona para o bloco 502 um vetor de filtro b; nós retomaremos depois à geração do vetor dc filtro. Uma fórmula vantajosa para gerar vetor fw FLE de banda larga é: (2) onde a subscrição w gera!mente denota “ banda larga”, fvv (i) é o eleemnto de i-ésimo elemento do vetor de FLE, k é um índice de soma, L é a ordem do filtro de extrapolação e b((i-l)4c) é o «i-l)4c)-ésimo elemento do vetor de filtro de extrapolação. Em outras palavras, tantos elementos quanto existirem no vetor de FLE de banda estreita é exatamente o mesmo no começo do vetor de FLE de banda larga, O resto dos elementos no vetor de FLE de banda larga é calculado de forma que cada elemento novo é uma soma ponderada dos elementos L prévios no vetor de FLE de banda larga. Os pesos são os elementos do vetor do filtro de extrapolação em uma ordem convolutional, de forma que calculando fw (i), o elemento f„ (ϊ-L) que é o elemento prévio mais distante contribuindo para a soma é ponderado com b(L-l) e o elemento fw (i-1) o qual é o elemento prévio mais próximo contribuindo para a soma é ponderado com b(0). A fórmula de extrapolação (2) não limita o valor de nUl isto é a ordem do filtro de PL de banda larga, Para preservar a precisão da extrapolação, é vantajoso selecionar o valor de nw de forma que: (3) Significando que as ordens dos filtros de PL são escaladas de acordo com as magnifudes relativas das frequências de amostragem. A exigência de que o filtro de banda larga não deveria produzir uma amplificação excessiva nas frequências próximas da frequência de Nyquist 0.5 f„,w pode ser formulada com a ajuda da diferença entre o último elemento de cada vetor do filtro PL e a frequência de Nyquist correspondente, onde a diferença é escalada com a frequência de amostragem, de acordo com a fórmula: (4) As limitações (3) e (4) determinadas acima para o filtro PL de banda larga restringe a seleção de nw e a definição do filtro de extrapolação. Exatamente como as restrições são implementadas é uma questão de experimentação de uma rotina de trabalho. Uma aproximação vantajosa é definir um vetor de diferença D de forma que: (5) E para limitar o vetor de diferença de alguma maneira, por exemplo, requerendo que nenhum elemento D(k) no vetor de diferença D possa ser maior que um valor limite predeterminado, ou que a soma dos elementos quadrados (DCk))a do vetor de diferença D não possa ser maior que uni valor limite predeterminado. Um filtro de PL tem tipicamente características de filtro passa-baixá ou passa-alia, e não características de filtro passa-faixa ou rejeita-faixa. O valor limite predeterminado pode ter uma relação para este fato, de tal modo que se o filtro de PL tenha as características do filtro passa-baixa, o valor limite é aumentado. Por outro lado. se o filtro de PL banda estreita tem características de filtro passa-alta. o valor limite é diminuído. Outras limitações aplicáveis que recorrem ao vetor de diferença D são facilmente projetadas por uma pessoa qualificada na arte. A seguir descreveremos alguns modos vantajosos de gerar o vetor de filtro b. Os locais dos polos do filtro PL tendem a ter alguma correlação entre si. de forma que o vetor da diferença D dos elementos os quais descrevem a diferença entre os elementos de vetor adjacentes inclui uma certa regularidade. Podemos calcular a função de auto-correi ação: (6) ¢7) e acha seu máximo, isto é o valor do índice k que produz o grau mais alto da auto-correlaçio. Podemos denotar este valor do índice k corno m. Um modo vantajoso de definir o vetor do filtro b é então: (8) Deste modo o vetor filtro b segue a regularidade do filtro PL de banda estreita. Até mesmo os elementos novos do filtro PL de banda larga extrapolado herdam esta característica pelo uso do filtro b no procedimento de extrapolação. É naturalmente possível que a função de autocorrelação (6) não tenha um máximo claro. Levando em conta estes casos podemos definir que o vetor do filtro de extrapolação b tem que modelar todas as regul and ades no filtro PL de banda estreita de acordo com a importância deles, A autocorrelação pode ser usada como um veículo de tal definição, por exemplo, de acordo com a fórmula abaixo: (9) À definição mais geral (9) converge para a definição acima determinada mais simples (8) se existir um cume máximo claro na função de autocorrelação, A representação vetorial FLE do filtro de PL de banda larga está pronto para se convertido no filtro PL atual de banda larga, que pode ser usado para processar os sinais que têm uma taxa de amostragem f%.w. Para estes casos onde a representação vetorial PLE do filtro de PL de banda é preferível, uma conversão FLE para PLE pode ser executada de acordo com a fórmula: (10) Deveria ser observado que o domínio do eo-seno no qual a conversão(IO) é executada tem frequência de Nyquist de 0.5 FMV, enquanto o domínio do eo-seno do qual a conversão de banda estreita 91) foi feita para a frequência de Nyquist I O ganho global do filtro PL de banda larga obtido deve ser ajustado de certo modo conhecido tal como das soluções da técnica anterior. O ajuste o ganho pode ocorrer no bloco de extrapolação 301 corno apresentado no sub-bloco 404 na FIGURA 4, ou pode ser uma parte do vocodíficador 105. Corno uma diferença para a solução cia técnica anterior da FIGURA I, que pode ser observado que o ganho global do filtro de PL de banda larga gerado de acordo com a invenção pode ser permitido ser maior que o ganho do filtro PL de banda larga da técnica anterior, porque grandes divergências da resposta de frequência ideal, como apresentadas na FIGURA 2, não são prováveis de ocorrer e não necessita ser consideradas. A FIGURA 6 ilustra unia resposta típica de frequência 601 que podería ser obtida com um filtro de PL de banda larga gerado pela extrapolação de acordo com a invenção. A resposta da frequência 601 segue a curva 201 ideal bem perto, representando a resposta de frequência do filtro PL de 0 a 8000 Hz. que seria usado na analise de um sinal de voz com uma taxa de amostragem 16 kHz. A aproximação de extrapolação tende a modelar as tendências de escalas maiores do espectro de amplitude com bastante precisão e localizar os cumes corretamente na resposta de frequência. Uma vantagem significante da invenção em relação a disposição da técnica anterior ilustrada nas FIGURAS I e 2 é que a resposta de frequência do filtro de PL de banda larga ê continuo, isto é, não tem nenhuma mudança instantânea na magnitude como de 5600 Hz na resposta de frequência do filtro de PL de banda larga da técnica anterior. O decodificador de voz apenas não é bastante para traduzir o espírito da invenção nas vantagens concebíveis para o usuário humano. A FIGURA 7 ilustra um telefone de rádio digital onde uma antena 701 é acoplada a um filtro duplex 702, o qual é acoplado a ambos o bloco receptor 703 e o bloco transmissor 704 para receber e transmitir a voz codificada digitalmente sobre a interface de rádio. O bloco receptor 703 e o bloco transmissor 704 são ambos acoplados ao bloco controlador 707 para respectivamente carregar a informação de controle recebida e a informação de controle a ser transmitida. Adicionalmente, o bloco receptor 703 e o bloco transmissor 704 são acoplados ao bloco de banda base 705, que inclui a frequência de banda base que funciona respectivamente para processar a voz recebida e a voz a ser transmitida. O bloco de banda base 705 e o bloco do controlador 707 são tipicamente acoplados a interface do usuário 706 consistindo em um microfone, um alto-falante, um teclado complementar e um visor (não especificamente apresentado na FIGURA 7).

Uma parte do bloco de banda base 705 é apresentada em maiores detalhes na FIGURA 7. A última parte do bloco receptor 703 é um decodificador de canal à saída do qual consiste dos quadros de canal de voz decodificados que necessitam serem sujeitados a decodificação e síntese de voz. Os quadros de voz obtidos do decodificador de canal são temporariamente armazenados na memória de quadro 710 e lidos desta para o decodificador de voz atual 711. O ultimo implementa um algoritmo de decodificação de voz lido da memória 712. De acordo com a invenção, quando o decodificador de voz 711 acha que a taxa de amostragem de um sinal de voz entrante deveria ser elevada, este emprega o método do filtro de PL de extrapolação descrito acima para produzir o filtro de PL requerido na geração da sub-banda de frequência alta produzida sinteticamente. O bloco de banda base 705 é tipicamente um ASIC (Circuito Integrado de Aplicação Específica) relativamente grande. O uso da invenção ajuda a reduzir a complicação e o consumo de energia do ASIC, porque apenas uma quantidade limitada de memória e um número fracionário de acessos de memória são necessários para o uso do decodificador de voz, especialmente quando comparado ás soluções da técnica anterior, onde amplas tabelas de pesquisas foram usadas para armazenar uma variedade de filtros de PL de banda larga pré-calculados. A invenção não impõe exigências excessivas ao desempenho do ASIC, porque os cálculos descritos acima relativamente fáceis de executar.

REIVINDICAÇÕES

Claims (16)

1. Dispositivo de processamento de voz compreendendo: - uma entrada para receber um sinal de voz codificado de predição linear representando uma primeira banda de frequência; - dispositivo (103, 310) para extrair, do sinal de voz codificado de predição linear, a informação que descreve o primeiro filtro de predição linear associado com a primeira banda de frequência; e - um vocodificador (105) para converter um sinal de entrada em um sinal de saída representando uma segunda banda de frequência, CARACTERIZADO pelo fato de que o dispositivo compreende: - um dispositivo (301) para gerar um segundo filtro de predição linear a ser usado pelo vocodificador (105) na segunda banda de frequência, com base na informação descrita no primeiro filtro de predição linear pela extrapolação de uma representação vetorial do primeiro filtro de predição linear.

2. Dispositivo de processamento de voz de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que o dispositivo (301) compreende: - dispositivo (401) para converter a informação descrevendo o primeiro filtro de predição linear em uma primeira representação paramétrica no domínio da frequência; - dispositivo (402) para extrapolar a dita primeira representação paramétrica em uma segunda representação paramétrica no domínio da frequência; e - dispositivo (403) para converter a dita segunda representação paramétrica no segundo filtro de predição linear.

3. Dispositivo de processamento de voz de acordo com a reivindicação 2, CARACTERIZADO pelo fato de que o dispositivo (402) para extrapolar a primeira representação paramétrica na segunda representação paramétrica no domínio da frequência compreende um filtro de resposta de impulso infinito (502).

4. Dispositivo de processamento de voz de acordo com a reivindicação 3, CARACTERIZADO pelo fato de que o dispositivo (501) deriva a representação vetorial do filtro de resposta de impulso da primeira representação paramétrica.

5. Dispositivo de processamento de voz de acordo com a reivindicação 2, CARACTERIZADO pelo fato de que compreende os dispositivos (404, 503) para limitar a segunda representação paramétrica.

6. Dispositivo de processamento de voz de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que: - o dispositivo (103, 310) para extrair do sinal de voz codificado de predição linear a informação descrevendo o primeiro filtro de predição linear associado com a primeira banda de frequência compreende um decodificador (103) para converter o sinal de voz codificado de predição linear em um primeiro fluxo de amostragem possuindo uma primeira taxa de amostragem e representando a primeira banda de frequência; - o vocodificador (105) para converter o sinal de entrada em um sinal de saída representando uma segunda banda de frequência converte o sinal de entrada no segundo fluxo de amostragem possuindo a segunda taxa de amostragem e representando a segunda banda de frequência; - o dispositivo (301) para gerar um segundo filtro de predição linear, a ser usado pelo vocodificador (105) na segunda banda de frequência, com base na informação descrita no primeiro filtro de predição linear pela extrapolação de uma representação vetorial do primeiro filtro de predição linear gera o segundo filtro de predição linear com base no primeiro filtro de predição linear usado pelo decodificador (103) na primeira banda de frequência; e sendo que compreende adicionalmente: - um dispositivo de combinação (107) para combinar o primeiro e o segundo fluxos de amostragem na forma processada.

7. Dispositivo de processamento de voz de acordo com a reivindicação 6, CARACTERIZADO pelo fato de que compreende: - um interpolador (104) de taxa de amostragem acoplado entre o decodificador (103) e o dispositivo combinador (107); e - um filtro passa alta (106) acoplado entre o vocodificador (105) e o dispositivo combinador (107).

8. Método para processar digitalmente a voz codificada, compreendendo as etapas de: - extrair (103) do sinal de voz codificado de predição linear, a informação descrevendo o primeiro filtro de predição linear associado com uma primeira banda de frequência e; - converter (105) o sinal de entrada no sinal de saída representando uma segunda banda de frequência, CARACTERIZADO pelo fato de que compreende ainda as etapas de: - gerar (301) um segundo filtro de predição linear, a ser usado na conversão do sinal de entrada para o sinal de saída com base na informação extraída descrevendo o primeiro filtro de predição linear, associado com a primeira banda de frequência pela extrapolação de uma representação de vetor do primeiro filtro de predição linear.

9. Método de acordo com a reivindicação 8, CARACTERIZADO pelo fato de que compreende : - a etapa extrair (103) o sinal de voz de codificação de predição linear, a informação descrevendo o primeiro filtro de predição linear associado com a primeira banda de frequência compreendendo converter (103) em um decodificador o sinal de voz codificado de predição linear em um primeiro fluxo de amostragem possuindo uma primeira taxa de amostragem e representando a primeira banda de frequência; - a etapa converter (105) o sinal de entrada ao sinal de saída que representa a segunda banda de frequência compreendendo a conversão (105) em um vocodificador, o sinal de entrada em um segundo fluxo de amostragem possuindo uma segunda taxa de amostragem e representando a segunda banda de frequência, - a etapa gerar (301) o segundo filtro de predição linear compreendo gerar o segundo filtro de predição linear a ser usado pelo vocodificador na segunda banda de frequência, com base no primeiro filtro de predição linear usado pelo decodificador na primeira banda de frequência, e sendo que o método compreende ainda: - a etapa combinar (107) o primeiro e o segundo fluxos de amostragem na forma processada.

10. Método de acordo com a reivindicação 9, CARACTERIZADO pelo fato de que a etapa de gerar (301) compreende as etapas de: - converter (401) o primeiro filtro de predição linear em uma primeira representação paramétrica no domínio da frequência; - extrapolar (402) a dita primeira representação paramétrica em uma segunda representação paramétrica no domínio da frequência, e - converter (403) a dita segunda representação paramétrica no segundo filtro de predição linear.

11, Método de acordo com a reivindicação 9, CARACTERIZADO pelo fato de que a etapa de extrapolação (402) da primeira representação paramétrica em uma segunda representação paramétrica no domínio da frequência compreende a sub-etapa de filtrar (502) a dita primeira representação paramétrica com um filtro de resposta de impulso infinito.

12, Método de acordo com a reivindicação 11, CARACTERIZADO pelo fato de que a etapa de extrapolação (402) da primeira representação paramétrica em uma segunda representação paramétrica compreende ainda a etapa de calcular (501) uma representação vetorial para um filtro de resposta de impulso infinito a partir de uma regularidade observada na primeira representação paramétrica do primeiro filtro de predição linear, um filtro PL de banda estreita.

13. Método de acordo com a reivindicação 12, CARACTERIZADO pelo fato de que a etapa de extrapolação (402) da primeira representação paramétrica em uma segunda representação paramétrica no domínio da frequência compreende a sub-etapa de determinar (502) os valores da segunda representação paramétrica como: em que; fw (i) é o i-ésimo elemento da segunda representação paramétrica, k c o índícc do somatório, L é a ordem do filtro de resposta de impulso infinito, e b((i-l)-k) é o elemento ((i-l)-k) i-ésimo elemento da representação vetorial para o filtro de resposta de impulso infinito.

14. Método de acordo com a reivindicação 13, CARACTERIZADO pelo fato dc que compreende a sub-eiapa de calcular (501) a representação vctorial para o filtro de resposta de impulso infinito de forma que: e m é o valor do índice k, o qual produz o valor máximo da função de auto- correlação: em que: fn (i) é o í-ésimo elemento da primeira representação paramêtriea, e nn c o número de elementos na primeira representação paramêtriea,

15, Método de acordo com. a reivindicação 13, C AR .AC TERIZA D O pelo fato de que compreende a sub-etapa de calcular (501) a representação vetorial para o filtro de resposta dc impulso infinito de tal forma que: em que: fn é o i-ésimo elemento da primeira representação paramétrica, e nn é o número de elementos na primeira representação paramétrica,

16. Método de acordo cora a reivindicação 13, CARACTERIZADO pelo fato de que compreende a etapa de limitar (503) a representação do segundo vetor para. preencher as condições: em que: IV é o número de elementos na segunda representação paramétrica, η,, é o número de elementos na primeira representação paramétrica, fs,w é a segunda frequência de amostragem, fs n é a primeira frequência de amostragem, fn (i) é o i-ésimo elemento da primeira representação paramétrica e fw(i) é o i-ésimo elemento de segunda representação paramétrica.