[发明专利]一种基于自适应带宽判断的带宽扩展方法及系统

权利要求书

1.一种基于自适应带宽判断的带宽扩展方法，所述方法包括：

步骤1)根据设置的语音信号的输入采样率和输出采样率，对输入语音信号x(n)进行采样率转换，输出信号y(n)，其采样率为输出采样率；

步骤2)计算信号y(n)的帧能量值，依次对信号y(n)进行低通、带通和高通滤波处理，计算处理后信号与信号y(n)的帧能量值的比值，将比值与相应阈值进行比较，从而判定信号的有效频带宽度是否存在，并根据判定结果进一步判定是否需要对信号y(n)进行带宽扩展，如果需要，转入步骤3)，否则，直接将输入信号y(n)进行输出；

步骤3)对信号y(n)的进行带宽扩展，然后输出；

所述步骤1)具体为：

设输入采样率为SR_in，输出采样率为SR_out；

当满足SR_out＝SR_in条件时，输出信号y(n)为输入语音信号x(n)；

当满足SR_out＝2*SR_in条件时，对输入语音信号x(n)进行上二采样和低通滤波处理，得到采样率加倍而带宽不变的信号y(n)；

所述步骤2)具体包括：

步骤2-1)计算信号y(n)的帧能量值E；

步骤2-2)将信号y(n)采用截止频率为F_L的低通滤波器进行处理，得到滤波后的信号，计算该信号y(n)的帧能量值E_LW，然后，计算能量比例R_L＝E_LW/E，将R_L与第一阈值R₁进行比较，若大于第一阈值R₁，则判定该带宽成分存在，然后，转入步骤2-3)；否则，直接将信号y(n)进行输出；其中，F_L表示较低带宽频率值；

步骤2-3)将信号y(n)采用上下截止频率分别为F_L和F_H的带通滤波器进行处理，得到滤波后的信号，计算该信号的帧能量值E_BW，然后计算能量比例R_B＝E_BW/E，将R_B与第二阈值R₂进行比较，若大于第二阈值R₂，则判定该带宽成分存在，然后转入步骤2-4)；否则，转入步骤3)，进行当前采样率下F_L～F_H的带宽扩展；其中，F_H表示较高带宽频率值；

步骤2-4)将信号y(n)采用截止频率为F_H，F_HF_MAX的高通滤波器进行处理，得到滤波后的信号；计算该信号的帧能量值E_HW，然后计算能量比例R_H＝E_HW/E，将R_H与第三阈值R₃进行比较，若大于第三阈值R₃，则判定该带宽成分存在，直接将信号y(n)进行输出；否则，转入步骤3)，进行当前采样率下F_H～F_MAX的带宽扩展处理；F_MAX表示在某一固定采样率下语音信号所能达到的最大带宽频率值；

所述步骤3)之前还包括：

根据不同采样率和带宽的训练样本数据，采用线性预测分析、高斯混合模型、隐马尔可夫模型或深度神经网络，训练出固定采样率下针对带宽F_L～F_H范围进行扩展的中频带宽扩展模型和固定采样率下针对带宽F_H～F_MAX范围进行扩展的高频带宽扩展模型；所述步骤3)具体包括：

若y(n)已包含0～F_L带宽成分但不包含F_L～F_H带宽成分，采用中频带宽扩展模型进行扩展；

若y(n)已包含0～F_L带宽成分和F_L～F_H带宽成分但不包含F_H～F_MAX带宽成分，则采用高频带宽扩展模型进行扩展；

最后，将带宽扩展后的信号进行输出。