對音頻信號進行代碼變換的方法、碼變換器、網元、無線通信網和通信系統的製作方法
2023-05-13 23:43:36
專利名稱：對音頻信號進行代碼變換的方法、碼變換器、網元、無線通信網和通信系統的製作方法
技術領域：
本發明與對通信系統內需通過通信網發送給一個接收單元的音頻信號進行代碼變換(transcoding)的方法有關。本發明同樣也與碼變換器有關、與包括碼變換器的網元有關和與包括帶有碼變換器的網元的無線通信網和通信系統有關。
背景技術：
在傳統的電信系統中，發送語音信號所用的帶寬通常被限制在300至3400Hz的頻率範圍內，採樣率為8kHz。這個限制適合採用在ITU-T G.711規範內規定的64kbit/s編碼的普通PCM(脈衝編碼調製)語音，以及適合在電信系統內使用的大多數低比特率語音編碼方法。
用這樣窄的頻率範圍傳輸語音降低了語音出現在接收端時的自然性和明了性。因此，引進了寬帶語音，為接收端的用戶提供較好的語音質量。寬帶語音編解碼器(壓縮器/解壓縮器)例如在ITU-T G.722中標準化，將帶寬擴展到高達8kHz，而採樣頻率為16kHz。然而，當前的寬帶語言傳輸需要例如ISDN(綜合業務數字網)的比特透明的端到端連接。只有在兩個寬帶終端之間的免匯接操作(TFO)或免碼變換器操作(TrFO)的連接允許完全運用寬帶終端能力。此外，要求在傳輸端雙方配備有同樣的寬帶編解碼器的專用終端。這些限制至今還限制著寬帶語音的應用。
將來，隨著即將出現的在各個3GPP規範中標準化的自適應多速率寬帶(AMR-WB)語音編解碼器將用於2G(第二代)和3G(第三代)網絡，寬帶語音的重要性日益增加。但是AMR WB也要求終端具有比特透明的免匯接操作和AMR-WB能力。
迄今為止，大多數終端仍然還使用窄帶語言傳輸，而每個在一方是寬帶終端與另一方是窄帶終端之間的連接都是窄帶連接。為了在一個有AMR-WB能力的終端與一個象PSTN(公用電話交換網)或PLMN(公共陸地移動網)終端那樣的傳統的窄帶(NB)終端之間建立呼叫，需要協商編碼方法，從而AMR-WB終端應該用窄帶編解碼器，或者需要在網絡內將AMR-WB語音幀代碼變換成窄帶語音和將窄帶語音代碼變換成AMR-WB語音幀。在這兩種情況下，接收AMR-WB終端的用戶將感受到窄帶語音。因此，AMR-WB對AMR-WB的呼叫與窄帶對AMR-WB呼叫之間將有令人煩惱的質量差異。這還降低了採用寬帶終端所獲得的效益，直到這樣的終端成為廣泛可用。
寬帶終端的用戶接入窄帶業務，例如廣播、語音郵件系統、交互語音接口和窄帶音頻流應用，也會遇到同樣的問題。在需為寬帶和窄帶兩種終端提供基於語音的網絡業務的情況下，存儲兩種終端的語音樣本所需的存儲容量是傳統的窄帶情況的三倍。
傳輸寬帶音頻信號的另一個問題是寬帶終端所用的擴展了的音頻帶寬需要更大的傳輸容量。具體地說，傳輸容量要求為相當的語音編碼方案的兩倍。此外，在無線通信網內採用寬帶語言傳輸是困難的，因為缺乏為電信網設立的寬帶編解碼器。
發明內容
本發明的一個目的是改進在能處理寬帶音頻信號的單元與能處理窄帶音頻信號的單元或網絡組成部分之間的互操作性。
本發明的另一個目的是可在將窄帶音頻信號發送給一個能處理寬帶音頻信號的接收單元時獲得較好的音頻質量。
在一個方面，本發明提出了一種在一個通信系統內對一個要通過一個通信網發送給一個接收單元的音頻信號進行代碼變換的方法。所提出的方法包括在通信網的一個網元內接收一個音頻信號的第一步驟。在本方法的第二步驟，在這個網元內確定是否需要對接收到的音頻信號進行代碼變換。這個決定是根據接收到的信號的類型和根據接收單元的能力和/或將網元與接收單元互連的互連網絡的能力作出的。然後，在接收到的音頻信號是一個窄帶音頻信號的情況下和在確定需要對接收到的信號進行窄帶-寬帶代碼變換的情況下，在這個網元內將接收到的窄帶音頻信號變換成一個寬帶音頻信號。最後，將所產生的寬帶音頻信號轉發給接收單元。
另一方面，本發明提出了一種用於一個通信網的網元的碼變換器，這種碼變換器包括將一個接收到的窄帶音頻信號變換成一個寬帶音頻信號的變換裝置。實際上是否執行代碼變換取決於一個來自所述網元內的是否需要對一個接收到的信號進行窄帶-寬帶代碼變換的指示。這個指示甚至可以在碼變換器本身內產生。
此外，本發明提出了一種用於一個通信網的網元，這種網元除了所提出的碼變換器之外還包括根據接收到的音頻信號的類型和根據接收終揣的能力和/或將這網元與一個接收單元互連的互連網絡的能力確定是否需要對接收到的音頻信號進行代碼變換的處理裝置。此外，這種網元還包括將音頻信號轉發給一個接收單元的裝置。同樣還提出了一種具有這樣一個網元的無線通信網。
最後，提出了一種通信系統，這種通信系統包括一個具有所提出的網元的通信網以及至少一個能處理窄帶音頻信號的單元和至少另一個能處理寬帶音頻信號的單元。這兩個單元可以經所述通信網互連。能發送窄帶音頻信號的裝置特別可以是一個為接收終端提供服務的伺服器或者是另一個終端，例如移動終端。所提出的另一種通信網包括至少兩個能處理寬帶音頻信號的單元，它們可以經一個包括所提出的網元的無線通信網互連。
本發明出於在一個通信系統的網元內可以有益地實現將一個窄帶音頻信號代碼變換成一個寬帶音頻信號的思想。通過將由代碼變換和決定是否需要代碼變換所引起的所有負荷歸入一個通信系統的網元內，可以改進能處理寬帶音頻信號的單元和能處理窄帶音頻信號的單元或網絡組成部分的互操作性。
本發明的一個優點是可以避免在呼叫建立或轉發期間為代碼變換發送額外信令。終端及其他單元從而可以更為簡單，因為它們不需要知道許多不同的編碼解碼情況和對它們進行代碼變換。因此，按照本發明，在通信中可以使用任何終端或其他單元而不需要有額外的功能。此外，終端通常也只有有限的可用容量，因此將所需的處理容量配置在網絡內就更為方便。
從各從屬權利要求項中可以看到本發明的一些優選實施例。
可取的是，代碼變換包括根據接收到的窄帶音頻信號產生一個至少部分仿真的寬帶音頻信號。這樣，在將一個窄帶音頻信號變換成一個寬帶音頻信號時可以仿真地添加在窄帶音頻信號內缺失的頻段。提供給接收單元的寬帶音頻信號因此是至少部分仿真的，但是由於它是根據接收到的窄帶信號產生的，因此可以接近原來的音頻信號。所以，本發明可以為寬帶終端用戶提供高質量的音頻信號，特別是高質量的語音。
由於接收到的窄帶音頻信號通常是以編碼形式發送的，因此有益的是首先將編碼的信號解碼成一個線性窄帶音頻信號，然後予以變換。變換成一個線性寬帶音頻信號後，就可以對這信號再進行編碼，轉發給接收單元。
可以用不同的方式根據接收到的窄帶信號產生至少部分仿真的寬帶信號。特別是可以根據對接收到的窄帶信號的統計估計，例如使用窄帶和寬帶信號的專用碼本和將窄帶碼本值映射為寬帶碼本值，建成一個頻譜整形濾波器。或者，也可以採用其他的統計映射方法。仿真的寬帶信號還可以基於對窄帶音頻信號高採樣(up-sample)再予以頻率整形，或者基於窄帶音頻信號的頻譜摺疊情況。
可取的是，本發明的碼變換器除了將一個接收到的窄帶音頻信號變換成一個寬帶音頻信號的變換裝置之外還包括將一個接收到的寬帶音頻信號變換成一個窄帶音頻信號的裝置。於是，每當需將一個音頻信號從一個寬帶單元發送給一個窄帶單元時，在確定必需執行寬帶-窄帶的代碼變換的情況下，能應用後一個裝置。這保證了這個碼變換器可以雙向使用，從而改進了在不同的單元之間的互操作性。因此，在呼叫建立或呼叫轉移期間不需要商定有關單元內的公共窄帶編碼解碼。這也使得在不能找到一個公共的窄帶編碼解碼方式的情況下也可以通話。本發明的方法因此可以擴展到包括雙向代碼變換。
按照本發明，所用的接收單元因此可以具體是一個寬帶終端、窄帶終端或基於語音的網絡業務設備。
有益的是，首先也是將一個接收到的寬帶音頻信號解碼成一個線性寬帶音頻信號，再變換成一個線性窄帶音頻信號。然後，將這個線性窄帶音頻信號編碼後轉發給接收窄帶單元。變換可以包括對線性寬帶音頻信號進行低通濾波和對經低通濾波的寬帶音頻信號進行低採樣(down-sample)，以獲得一個無混疊畸變的窄帶音頻信號。
或者，也可以將編碼的寬帶語音直接在語音參數域內變換成一個編碼的窄帶音頻信號，即不需在碼變換器內進行解碼和編碼。然而，這要求窄帶和寬帶編解碼器同屬一個技術系列，例如為AMR窄帶編解碼器和AMR寬帶編解碼器。採用參數域變換，需要在編解碼器內變換一些參數，例如頻譜和激勵參數。其他參數，例如音調和增益參數，不需要調整或者只要作微小的調整。這種方法同樣可以用於窄帶-寬帶變換和寬帶-窄帶變換。在參數域內的窄帶-寬帶變換可以包括但不是必需包括仿真帶寬擴展。
本發明特別適合於以下四種不同的情況。
在第一種情況下，一個PSTN(公共電話交換網)窄帶終端經一個通信網與一個寬帶終端連接。寬帶終端具體地說可以是一個移動寬帶終端，而在這樣情況下通信網由一個互連網絡再加一個寬帶終端與之連接的無線通信網形成。如果PSTN終端經通信網發送一個要發給寬帶終端的窄帶音頻信號，這個窄帶音頻信號就在一個通信網的網元內變換成一個至少部分仿真的寬帶音頻信號。在寬帶終端是一個移動終端的情況下，這個網元最好是寬帶終端所連接的無線通信網的一個網元。
此外，在其他三種情況下，代碼變換將有益地在一個無線通信網(例如，GSM(全球數字移動通信)或UNTS(通用移動電信系統)網))的網元內執行。
在第二種情況下，音頻信號需從一個窄帶終端發送給一個寬帶終端。通過在信號從窄帶終端發送給寬帶終端所經過的通信網的一個網元內提供仿真帶寬擴展，寬帶終端的用戶可以立即運用終端的寬帶能力。因此，寬帶與窄帶終端之間的互操作性得到了改善。對於窄帶終端需用作接收單元的情況，網元還應包括將寬帶音頻信號變換成窄帶音頻信號的裝置。代碼變換在任何一個方向上最好在接近寬帶終端處執行，以免要在整個傳輸路徑上傳輸寬帶信號。
在第三種情況下，音頻信號需在一個作為接收單元的寬帶終端與一個基於語音的網絡業務設備之間發送。如果在通信網的一個用來向作為接收單元的寬帶終端發送音頻信號的網元內配置有仿真帶寬擴展功能，在網絡業務設備內就只需要存儲窄帶語音樣本。此外，寬帶終端因此可以接入現有的基於窄帶語音的網絡業務設備，而不會使用戶感覺到語音質量有顯著降低。與第二種情況相應，對於在連接期間業務設備專用作或也用作接收單元的情況，網元還應包括將寬帶音頻信號變換成窄帶音頻信號的裝置。代碼變換在任何一個方向上最好也是在接近寬帶終端處執行，以免要在整個傳輸路徑上傳輸寬帶信號。
在音頻信號需在兩個寬帶終端之間發送的第四種情況下，可取的是至少在互連網絡的一部分內將音頻信號作為窄帶信號發送。通過在相應寬帶終端所連接的每個無線通信網的一個網元內綜合運用帶寬縮減(例如低通濾波)和仿真帶寬擴展，可以在傳輸路徑的開始處將寬帶音頻信號變換成窄帶音頻信號而在傳輸路徑的末尾處再變換回寬帶音頻信號。因此，運營方能以不大的傳輸容量特別是可以用現有的中繼網(trunking network)發送寬帶語音而不會使寬帶終端的用戶感到語音質量有明顯的降低。
本發明的網元可以是任何可以接入電路交換網的業務信道或者可以接入分組網的用戶平面的網元。如果它是一個無線通信網的網元，它可以例如是一個GSM BSS(基站子系統)、RAN(無線電接入網)或核心網的網元。這網元還應該具有足夠的信號處理容量來按照本發明執行代碼變換。因此，按照本發明設計的網元可以具體是(但不僅僅是)一個2G網絡的代碼變換單元、3G網絡的代碼變換單元、使分組和電路交換網之間的用戶數據可以互相配合的媒體網關、全IP(網際網路協議)網絡內的多資源功能、任何網絡內的廣播設備、交互語音接口裝置或分組網內的成流伺服器。
下面將結合附圖對本發明進行詳細說明，在這些附圖中圖1為本發明的通信系統的一個實施例的原理方框圖；圖2為例示按照本發明設計的窄帶-寬帶變換的第一實施例的方框圖；以及圖3為例示按照本發明設計的窄帶-寬帶變換的第二實施例的方框圖。
具體實施例方式
圖1原理性地示出了按照本發明設計的通信系統的一個實施例的一些所選的組成部分。
在這個系統中，通信網在它的網元中的一個網元內包括一個碼變換器1。這個網可以是電路交換或分組交換網，但只示出了碼變換器1。系統還包括寬帶終端2和窄帶終端3。有碼變換器1的網元可以接入分別在終端2、3與網絡之間建立的供上行鏈路和下行鏈路傳輸的業務信道11、12、21和22。
寬帶終端2包括寬帶編碼器13和寬帶解碼器24。窄帶終端3包括相應的窄帶編碼器23和窄帶解碼器14。碼變換器1一方面包括一個寬帶解碼器15，通過寬帶-窄帶變換器16與窄帶編碼器17連接。另一方面，碼變換器1包括一個窄帶解碼器25，通過窄帶-寬帶變換器26與寬帶編碼器27連接。
所示通信系統的這個部分的工作原理如下。
在第一種情況下，需將語音從寬帶終端2發送給窄帶終端3。寬帶終端2在集成的寬帶編碼器13內對語音編碼，得到一個編碼的寬帶信號。這個編碼的信號通過為寬帶終端2與網絡之間的上行鏈路傳輸建立的物理信道11發送給碼變換器1。
在碼變換器1內，接收到的寬帶信號首先由寬帶解碼器1 5解碼，得到一個線性寬帶信號。這個線性寬帶信號然後由寬帶-窄帶變換器16變換成一個線性窄帶信號。碼變換器1內執行的最後一個步驟是窄帶編碼器17對所得到的線性窄帶信號進行編碼。
編碼的窄帶信號由網絡通過在網絡與窄帶終端3之間建立的下行鏈路信道12發送給窄帶終端3。窄帶終端3就用它的窄帶解碼器14對接收到的窄帶信號解碼後，提供給用戶。
在第二種情況下，需將語音在相反方向上發送，即從窄帶終端3發送給寬帶終端2。在這種情況下，窄帶終端3用集成的窄帶編碼器23對需發送的語音編碼。所得到的信號通過在窄帶編碼器23與網絡之間建立的上行鏈路信道21發送給具有碼變換器1的網元。
在這個網元內，碼變換器1的窄帶解碼器25將接收到的信號解碼成一個線性窄帶信號。然後，碼變換器1的窄帶-寬帶變換器26將這個線性窄帶信號變換成一個線性寬帶信號。這個變換包括根據線性窄帶信號產生一個仿真的線性寬帶信號。這個線性寬帶信號再由碼變換器1的寬帶編碼器27編碼後，通過在網絡與寬帶終端2之間建立的下行鏈路信道22轉發給寬帶終端2。
在寬帶終端2內，寬帶解碼器24將接收到的信號解碼成線性寬帶信號後，提供給用戶。
因此，所示的這個系統可以在寬帶終端2與窄帶終端3之間雙向傳輸語音信號。
下面將結合圖2和3說明在窄帶-線性變換期間所選的產生仿真的寬帶信號的一些可能情況。
圖2為圖1的窄帶-寬帶變換器26的第一實施例的原理方框圖。這個實施例的變換器26包括用於進行高採樣裝置31和進行頻率整形的裝置32。
在第一實施例中，線性窄帶信號不需低通濾波由高採樣裝置31高採樣。這導致在寬帶信號的較高頻帶上混疊有窄帶信號的一些頻率分量，即窄帶信號的頻域鏡像。然而，這個混疊的寬帶信號含有過度的失真，會使接收的寬帶終端2的用戶感到很不舒服。因此，在頻率整形裝置32內根據窄帶信號動態地衰減混疊的分量。應指出的是，特別是對於混疊有濁音音素的分量需要比對於混疊有清音音素的分量更大的衰減。
將線性窄帶信號變換成線性寬帶信號的另一種可能情況示於圖3，圖中以原理方框圖的形式例示了圖1的窄帶-寬帶變換器26的第二窄帶-寬帶變換器26的第二實施例包括一個具有對接收到的信號進行高採樣和低通濾波的裝置33、34的第一處理分支。一個第二處理分支包括窄帶分析裝置35和高頻段信號產生裝置36。這兩個處理分支的輸出端與加法裝置37連接，由它形成圖1的窄帶-寬帶變換器26的輸出。
在變換器26的第一處理分支內，線性窄帶信號由相應的裝置33、34高採樣後予以低通濾波，得到一個無畸變的低頻段的線性寬帶信號。
在變換器26的第二處理分支內，用接收到的窄帶信號的頻率分量的頻譜特性統計地恢復寬帶信號的高頻段。
第二處理分支內的窄帶分析裝置35首先對接收到的窄帶信號進行頻譜分析。高頻段信號產生裝置36可以接入窄帶語音頻譜參數的一個存儲碼本和一個相應的高頻段寬帶語音頻譜參數的存儲碼本。高頻段信號產生裝置36因此能執行窄帶與寬帶碼本值之間的映射，其中所需的窄帶碼本值通過對窄帶信號的頻譜分析得出。這映射因此適合於根據接收到的窄帶信號預測寬帶語音的高頻段頻譜。具體地說，通過用一個由確定的寬帶碼本值規定的頻譜整形濾波器對高頻段激勵信號進行整形來產生高頻段信號。高頻段激勵信號可以是一個本地產生的噪聲或脈衝激勵，象在一個基於線性預測編碼(LPC)的語音編解碼器內的那樣。或者，高頻段激勵信號也可以是窄帶信號的一個鏡像，象在第一實施例中的那樣，或者是經頻率整形的鏡像。
為了最終得到完整的寬帶信號，加法裝置37將第二處理分支輸出的仿真產生的高頻段信號疊加到第一處理分支輸出的低頻段信號上。
圖1的寬帶-窄帶變換器16內的寬帶-窄帶變換可以通過例如對線性寬帶信號進行低通濾波後再對經低通濾波的寬帶信號進行低採樣來實現。結果得到一個無混疊畸變的窄帶信號。
在兩個方向上，同樣可以用其他適當的方法實現代碼變換，只要窄帶信號到寬帶信號的代碼變換可以產生一個頻率範圍比原來的窄帶信號寬的至少部分仿真的寬帶信號。
下面將結合圖4、5和6介紹可以有益地採用本發明的三種不同的情況。在這些圖中相應的組成部分標以同樣的標號。
圖4為一個通信系統的原理方框圖，例示了在一個寬帶終端與一個窄帶終端之間發送音頻信號的第一種情況。這個系統基本上與圖1的系統相應，只是更為詳細地示出了網絡部分。在圖4中，寬帶終端40可以接入一個第一UTRAN-RAN(無線電接入網)或GSM-BSS(基站系統)41。第一RAN或BSS 41經具有第一網元42的第一核心網、互連網絡43和具有第二網元44的第二核心網與第二RAN或BSS 45連接。窄帶終端46可以接入第二RAN或BSS 45。所示的網元42、44兩個都是3G媒體網關MGW或2G碼變換器TC，在核心網內用來執行不同語音編碼方案之間的代碼變換。第一網元42包括對接收到的窄帶音頻信號進行仿真帶寬擴展的裝置47和對接收到的寬帶音頻信號進行帶寬縮減的裝置48。寬帶終端40與窄帶終端46之間的傳輸如圖內箭頭所示。
圖4的寬帶終端40發送的一個要發給窄帶終端46的寬帶音頻信號由第一RAN或BSS 41接收後轉發給所連接的核心網的所示網元42。在網元42內，寬帶音頻信號受到帶寬縮減處理，得到一個窄帶音頻信號。帶寬縮減由帶寬縮減裝置48例如如上所述用低通濾波實現。這個窄帶音頻信號於是經互連網絡43、第二核心網的第二網元44和第二RAN或BSS 45發送給窄帶終端46。窄帶終端46能將接收到的窄帶音頻信號提供給用戶。
在相反方向上，圖4的窄帶終端46發送的一個要發給寬帶終端40的窄帶音頻信號由第二RAN或ESS 45接收後轉發給所連接的核心網的所示網元44。這個窄帶音頻信號於是經互連網絡43發送給第一核心網的網元42。在網元42內，由帶寬擴展裝置47根據接收到的窄帶音頻信號例如按照結合圖1至3所說明的方法中的一種方法產生一個仿真的寬帶音頻信號。所產生的寬帶音頻信號然後經第一RAN或BSS 41轉發給寬帶終端40。寬帶終端40能將接收到的音頻信號提供給用戶而不會使用戶感到語音質量比接收原來寬帶語音的差。
圖5例示了在一些終端與一個基於語音的網絡業務設備之間發送音頻信號的第二種情況。圖中示出了一個與圖4的系統相應的通信系統，只是終端40、46還可以經相應的RAN或BSS 41、45、具有網元42或44的相應核心網和互連網絡43接入基於語音的網絡業務設備50。基於語音的網絡業務設備50隻存儲窄帶語音樣本，設計成只用來處理窄帶音頻信號。
在基於語音的網絡業務設備50與窄帶終端46之間的傳輸在任何一個方向上都可以經互連網絡43、第二核心網的第二網元44和第二RAN或BSS 45進行，而無需根據本發明的碼變換。
基於語音的網絡業務設備50與寬帶終端40之間的傳輸如圖內箭頭所示。這傳輸經互連網絡43、第一核心網的第一網元42和第一RAN或BSS 41或以相反的順序進行。然而，在這種情況下，來自寬帶終端40的寬帶音頻信號由第一網元42的相應裝置48縮減帶寬，形成一個窄帶音頻信號，而來自基於語音的網絡業務設備50的窄帶音頻信號由第一網元的相應裝置47擴展為仿真的寬帶音頻信號。因此，這處理就與在圖4的情況下的處理類似。
在第一核心網絡的網元42內是需要進行帶寬縮減或仿真帶寬擴展還是需要進行這兩種處理取決於相應的應用。
在圖5的情況下，也可以是一個PSTN窄帶終端而不是基於語音的網絡業務設備50與互連網絡43連接。為了能按照本發明在這樣一個PSTN窄帶終端與所示寬帶終端40之間進行通信，可以採用與結合圖5對涉及基於語音的網絡業務設備50的通信所說明的處理相應的處理。
在所介紹的最後一種情況下，信號在兩個寬帶終端之間發送。因此，圖6示出了一個也基本上與圖4的系統一致的通信系統，只是在這個通信系統內兩個終端40、60都是寬帶終端。第一寬帶終端40如圖4中那樣與第一RAN或BSS 41連接，而第二寬帶終端60如圖4中的窄帶終端那樣與第二RAN或BSS 45連接。圖6這個系統的互連網絡43假設為一個專為發送窄帶信號設計的中繼網。在圖6的系統中，第二網元44也包括對接收到的窄帶音頻信號進行仿真帶寬擴展的裝置61而對接收到的寬帶音頻信號進行帶寬縮減的裝置62。
在圖6的系統中，不是由於發送和接收音頻信號所用的單元的類型不同而必需進行代碼變換，因為所涉及的兩個單元40、60都是寬帶終端。而是用代碼變換實現通過中繼網路43的低容量傳輸。
因此，每當第一寬帶終端40發送一個要發給第二寬帶終端60的寬帶音頻信號時，這個音頻信號經第一RAN或BSS 41轉發給第一網元42，在那裡受到第一次處理。具體地說，第一網元42的帶寬縮減裝置48根據接收到的寬帶音頻信號產生一個可由所用的互連網絡43發送的窄帶音頻信號。互連網絡43將窄帶音頻信號轉發給第二核心網的第二網元44。第二網元44的仿真帶寬擴展裝置61將接收到的窄帶音頻信號再仿真地變換成一個寬帶音頻信號。這個寬帶音頻信號經第二RAN或BSS 45轉發給第二寬帶終端60。對於帶寬縮減和擴展來說，例如可以採用結合圖1至3所說明的這些方法，正如在圖4和5所例示的情況。通過這樣處置，第二寬帶終端60可以得到經中繼網絡43的寬帶語音而不會使用戶感到語音質量有顯著的降低。
在相反方向上，處理完全相同，由第二網元44的相應裝置62對所發送的寬帶音頻信號執行帶寬縮減處理，而由第一網元42的相應裝置47產生仿真寬帶音頻信號。
在以上所說明的本發明的實施例中所用的產生仿真帶寬的方法需理解為一些示範性的方法。可以用任何其他適合的方法代替。
權利要求
1.一種在一個通信系統內對一個要經一個通信網發送給一個接收單元(2，40)的音頻信號進行代碼變換的方法，所述方法包括；在所述通信網的一個網元(42)內接收一個音頻信號；在所述網元(42)內根據接收到的信號的類型和根據所述接收單元(2，40)的能力和/或根據一個將所述網元(42)與所述接收單元(2，40)互連的互連網絡(43)的能力確定是否需要對接收到的音頻信號進行代碼變換；在所述接收到的音頻信號是一個窄帶音頻信號的情況下和在確定需要對接收到的信號進行窄帶-寬帶代碼變換的情況下，在所述網元(1，42)內將所述接收到的窄帶音頻信號變換成一個寬帶音頻信號，並將所產生的寬帶音頻信號轉發給接收單元(2，40)。
2.按照權利要求1所述的方法，其中所述接收單元是一個寬帶終端(2，40，60)、窄帶終端(3，46)或基於語音的網絡業務設備(50)。
3.按照權利要求1或2所述的方法，其中在所述網元(1，42)內通過根據接收到的窄帶音頻信號產生一個至少部分仿真的寬帶音頻信號，將接收到的窄帶音頻信號變換成一個寬帶音頻信號。
4.按照權利要求1或2所述的方法，其中所述接收到的音頻信號是一個編碼的音頻信號，一個接收到的窄帶音頻信號經解碼後再變換成一個寬帶音頻信號，並且所產生的寬帶音頻信號經編碼後再轉發給接收單元(2，40)。
5.按照權利要求1至4之一所述的方法，其中變換接收到的窄帶信號包括對接收到的窄帶音頻信號進行高採樣和以適合平滑高採樣產生的失真的方式對經高採樣的信號進行頻率整形。
6.按照權利要求1至4之一所述的方法，其中變換接收到的窄帶音頻信號包括對接收到的窄帶音頻信號進行高採樣和對經高採樣的信號進行低通濾波，從而得到一個低頻段信號；根據對接收到的窄帶音頻信號的統計估計產生一個仿真的高頻段信號；以及將所得到的低頻段信號與所產生的高頻段信號合併成一個寬帶音頻信號。
7.按照權利要求6所述的方法，其中所述仿真的高頻段信號是通過對接收到的窄帶音頻信號進行頻譜分析和將得到的窄帶碼本值映射為寬帶碼本值產生的，寬帶碼本值形成一個用來對高頻段激勵信號整形的頻譜整形濾波器。
8.按照權利要求1至3之一所述的方法，其中所述接收到的音頻信號是一個編碼的音頻信號，一個接收到的窄帶音頻信號不經解碼在語音參數域內變換成一個編碼的寬帶音頻信號。
9.按照以上權利要求之一所述的方法，所述方法還包括在所述接收到的音頻信號是一個寬帶音頻信號的情況下和在確定需要對接收到的信號執行寬帶-窄帶代碼變換的情況下，將所述接收到的寬帶音頻信號變換成一個窄帶音頻信號和將所產生的窄帶音頻信號發送給接收單元(3)。
10.按照權利要求9所述的方法，其中所述接收到的音頻信號是一個編碼的音頻信號，一個接收到的寬帶音頻信號經解碼後再變換成一個窄帶音頻信號，並且所產生的窄帶音頻信號經編碼後再轉發給接收單元(3)。
11.按照權利要求9所述的方法，其中所述接收到的音頻信號是一個編碼的音頻信號，一個接收到的寬帶音頻信號不經解碼在語音參數域內變換成一個編碼的窄帶音頻信號。
12.按照以上權利要求之一所述的方法，其中所述網元是一個無線通信網的網元。
13.按照以上權利要求之一所述的方法，其中一個接收單元能處理寬帶音頻信號，一個窄帶音頻信號由一個能處理窄帶音頻信號的公用電話交換網(PSTN)終端發送並要發給所述接收單元，所述窄帶音頻信號經所述通信網發送給所述接收單元，並且所述窄帶音頻信號在所述通信網的一個網元內變換成一個至少部分仿真的寬帶音頻信號後再傳輸給所述接收單元。
14.按照以上權利要求之一所述的方法，其中一個接收單元(40)能處理寬帶音頻信號，所述通信網包括一個所述接收單元(40)與之連接的無線通信網(41，42)，一個窄帶音頻信號由一個能處理窄帶音頻信號的單元(46，50)發送並要發給所述接收單元(40)，所述窄帶音頻信號經所述無線通信網發送給所述接收單元(40)，並且所述窄帶音頻信號在所述無線通信網的一個網元(42)內變換成一個至少部分仿真的寬帶音頻信號後傳輸給所述接收單元(40)。
15.按照以上權利要求之一所述的方法，其中一個接收單元(46，50)能處理窄帶音頻信號，一個寬帶音頻信號由一個能處理寬帶音頻信號的發送單元(40)發送並要發給所述接收單元(46，50)，所述通信網包括一個所述發送單元(40)與之連接的無線通信網(41，42)，所述寬帶音頻信號要經所述無線通信網發送給所述接收單元(41，42)，並且所述寬帶音頻信號在所述無線通信網的一個網元(42)內變換成一個窄帶音頻信號後傳輸給所述接收單元(46，50)。
16.按照以上權利要求之一所述的方法，其中一個接收單元(40)能處理寬帶音頻信號，所述通信網包括一個所述接收單元(40)與之連接的第一無線通信網(41，42)，一個寬帶音頻信號由一個能處理寬帶音頻信號的發送單元(60)發送並要發給所述接收單元(40)，所述通信網包括另一個所述發送單元(60)與之連接的無線通信網(44，45)，所述第一和所述另一個無線通信網由一個能發送窄帶音頻信號的互連網絡(43)互連，所述發送單元(60)發送的所述寬帶音頻信號在所述另一個無線通信網的一個網元(44)內變換成一個窄帶音頻信號後經所述互連網絡(43)傳輸給所述第一無線通信網，並且所述窄帶信號在所述第一無線通信網的一個網元(42)內變換成一個至少部分仿真的寬帶音頻信號後傳輸給所述接收單元(40)。
17.一種用於一個通信網的網元的碼變換器(1)，所述碼變換器(1)包括在所述碼變換器(1)從所述網元內接收到一個需要對一個接收到的信號執行窄帶-寬帶代碼變換的指示的情況下，將一個接收到的窄帶音頻信號變換成一個寬帶音頻信號的裝置(26)。
18.按照權利要求17所述的碼變換器(1)，其中所述將接收到的窄帶音頻信號變換成寬帶音頻信號的裝置(26)是通過根據接收到的窄帶音頻信號產生一個至少部分仿真的寬帶音頻信號將所述接收到的窄帶音頻信號變換成一個寬帶音頻信號的裝置。
19.按照權利要求17或18所述的碼變換器(1)，所述碼變換器(1)還包括在一個接收到的窄帶音頻信號被所述變換裝置(26)變換前對該接收到的窄帶音頻信號進行解碼的解碼裝置(25)，和將所產生的寬帶音頻信號編碼成一個編碼的寬帶音頻信號的編碼裝置(27)。
20.按照權利要求17至19之一所述的碼變換器(1)，其中所述變換裝置(26)包括對一個接收到的窄帶音頻信號進行高採樣的裝置(31)，和以適合平滑高採樣所引起的失真的方式對所述高採樣的信號進行頻率整形的裝置(32)。
21.按照權利要求17至19之一所述的碼變換器(1)，其中所述變換裝置(26)包括對一個接收到的窄帶音頻信號進行高採樣和對高採樣的信號進行低通濾波從而得到一個低頻段信號的裝置(33，34)；根據對接收到的窄帶音頻信號的統計估計產生一個仿真的高頻段信號的裝置(35，36)；以及將所得到的低頻段信號與所產生的高頻段信號合併成一個寬帶音頻信號的裝置(37)。
22.按照權利要求21所述的碼變換器(1)，其中所述產生仿真的高頻段信號的裝置(35，36)包括一個分析接收到的窄帶信號的頻譜分析儀(35)，和用一個對高頻段激勵進行整形的濾波器對分析出的這些信號進行頻譜整形的裝置(36)，所述濾波器是通過將根據頻譜分析得到的窄帶碼本值映射為寬帶碼本值建成的。
23.按照權利要求17或18所述的碼變換器，其中所述將接收到的窄帶音頻信號變換成寬帶音頻信號的裝置是在參數域內將一個接收到的編碼的窄帶信號變換成一個編碼的寬帶信號的裝置。
24.按照權利要求17至23之一所述的碼變換器(1)，所述碼變換器(1)還包括在所述碼變換器(1)從所述網元內接收到需要對一個接收到的信號執行寬帶-窄帶的代碼變換的信息的情況下，將所述接收到的寬帶音頻信號變換成一個窄帶音頻信號。
25.按照權利要求24所述的碼變換器(1)，所述碼變換器(1)還包括用於在一個接收到的寬帶音頻信號被所述變換裝置(16)變換前對該寬帶音頻信號進行解碼的解碼裝置(15)，和將所產生的窄帶音頻信號編碼成一個編碼的窄帶音頻信號的編碼裝置(17)。
26.按照權利要求24所述的碼變換器，其中所述將接收到的寬帶音頻信號變換成窄帶音頻信號的裝置設計成在參數域內將一個接收到的編碼的寬帶信號變換成一個編碼的窄帶信號。
27.一種用於一個通信網的網元，所述網元包括接收要發給一個接收單元(2，3)的音頻信號的裝置；根據接收到的音頻信號的類型和根據接收單元(2，3)的能力或一個將所述網元與所述接收單元(2，3)互連的互連網絡的能力，確定是否需要對接收到的音頻信號執行代碼變換的處理裝置；按照權利要求17至26中任一項所述的對接收到的音頻信號執行代碼變換的碼變換器(1)；以及將音頻信號轉發給接收單元(2，3)的裝置。
28.一種無線通信網，所述無線通信網包括一個按照權利要求27所述的網元。
29.一種通信系統，所述通信系統包括一個能處理窄帶音頻信號的第一單元(3，46，50)、一個能處理寬帶音頻信號的第二單元(2，40)和一個具有一個按照權利要求27所述的網元(42)的通信網(41-45)，所述第一單元(3，46，50)是通過所述通信網與所述第二單元(2，40)可互連的。
30.按照權利要求29所述的通信系統，其中所述能處理窄帶音頻信號的第一單元是一個能處理窄帶音頻信號的公用電話交換網(PSTN)終端。
31.按照權利要求29所述的通信系統，其中所述能處理窄帶音頻信號的第一單元是一個接入一個第一無線通信網(44，45)的窄帶終端，所述能處理寬帶音頻信號的第二單元(40)是一個接入一個第二無線通信網(41，42)的寬帶終端，所述第一單元(46)經所述第一無線通信網(44，45)、一個互連網絡(43)和所述第二無線通信網(41，42)與所述第二單元(40)互連，並且所述網元(42)是所述第二無線通信網(41，42)的一部分。
32.按照權利要求29所述的通信系統，其中所述能處理窄帶音頻信號的第一單元(50)是一個與一個互連網絡(43)連接的基於窄帶語音的網絡業務設備，所述能處理寬帶音頻信號的第二單元(40)是一個接入一個無線通信網(41，42)的寬帶終端，所述第一單元(50)經所述互連網絡(43)和所述無線通信網(41，42)與所述第二單元(40)互連，並且所述網元(42)是所述無線通信網(41，42)的一部分。
33.一種通信系統，所述通信系統包括一個能發送寬帶音頻信號的第一單元(40)、一個能接收和處理寬帶音頻信號的第二單元(60)和一個包括至少一個第一無線通信網(41，42)、一個能處理窄帶音頻信號的互連網絡(43)和一個第二無線通信網(44，45)的通信網，其中所述第一單元(40)是經所述第一無線通信網(41，42)、所述互連網絡(43)和所述第二無線通信網(44，45)與所述第二單元(60)可互連的，每個所述無線通信網包括一個按照權利要求27所述的網元(42，44)。
全文摘要
本發明與在一個通信系統對音頻信號進行代碼變換的方法有關。為了改進在能處理寬帶音頻信號的單元(2，40)與能處理窄帶音頻信號的單元(3，46)或網絡組成部分(50)之間的互操作性，提出首先在發送所述音頻信號所經過的通信網的一個網元(42)內接收音頻信號。然後，在所述網元(42)內確定是否需要對接收到的音頻信號進行代碼變換。在需要對接收到的信號進行窄帶－寬帶代碼變換的情況下，在網元(1，42)內將接收到的窄帶音頻信號代碼變換成一個寬帶音頻信號。再將所產生的寬帶音頻信號轉發給接收終揣(2，40)。本發明同樣還涉及到相應的通信系統及其組成部分。
文檔編號G10L21/038GK1552164SQ01823420
公開日2004年12月1日 申請日期2001年6月26日 優先權日2001年6月26日
發明者奧利·克爾拉, 奧利 克爾拉, 萊帕納奧, 翰瑞克·萊帕納奧, 蒂姆·黑曼恩, 黑曼恩 申請人:諾基亞公司