电子通信设备语音信号处理系统、方法和电子通信设备与流程

本发明涉及通信技术领域，尤其涉及一种电子通信设备语音信号处理系统、方法和电子通信设备。

背景技术：

在传统的通信领域，传输的语音信号的频率范围为300Hz至3400Hz，设定带宽为3KHz左右。实际上，自然的语音信号频谱为100Hz至7000Hz。所以，在实际通信时，信道会自动过滤掉高于或低于其频率上限或下限的语音信号。当高于或低于其频率上限或下限的语音信号被过滤掉后，通信信道中的语音信号自然会出现一定程度的失真。

为了优化语音信号的传输效果，现有技术中通常通过对接收端的信号进行处理，实现对通信信号中语音信号失真的补偿。比如，发明专利(公开号105408975)《进行语音信号的频带扩展的装置及方法》中公开的技术内容，是将输入信号中具有高次谐波的输入信号，以低比特率地形式进行扩频，以获得更好的声音质量。

因此，现有技术中缺少一种在信号发送端对语音信号进行补偿，并进一步提高通话质量的方法。

技术实现要素：

本发明旨在提供一种在信号发送端对语音信号进行补偿以提高通话质量的方法。

本发明提供一种电子通信设备语音信号处理系统，包括：

语音信号采集单元，用于采集信源的语音信号并转化为设定信号；

语音信号处理单元，用于根据信道带宽下限阈值对设定信号进行分组并对所述设定信号中至少两组具有不同带宽的语音信号进行处理，生成带宽阈值较低一组语音信号的谐波信号，并将谐波信号与带宽阈值较高的一组的语音信号叠加生成二次设定信号；

语音信号拾取单元，用于拾取所述二次设定信号并通过信道输出。

进一步的，所述信号处理单元包括：

第一滤波单元，用于根据信道带宽下限阈值提取设定信号中的第一语音信号和第二语音信号，其中第一语音信号带宽的上限阈值等于信道下限阈值，第二语音信号带宽的下限阈值等于第一语音信号带宽的上限阈值；

谐波生成单元，用于根据第一语音信号的基频分量生成谐波信号；

第二滤波单元，用于对谐波信号进行滤波处理；

第一加法器，用于叠加所述第二语音信号和所述第二滤波单元输出的第一语音信号并生成二次设定信号。

优选的，所述第一滤波单元包括用于提取第一语音信号的带通滤波器和用于提取第二语音信号的高通滤波器。

进一步的，所述谐波生成单元包括：

频率调节模块，用于根据第一语音信号的基频分量生成多个谐波分量信号并输出。

优选的，所述频率调节模块为乘法器。

进一步的，所述谐波生成单元还包括：

第二加法器，用于叠加所述第一语音信号的基频分量和多个谐波分量并输出谐波信号；

幅值调节模块，用于使得所述谐波信号的幅值等于小于设定阈值。

更进一步的，当所述谐波信号的幅值大于设定阈值时，所述幅值调节模块使得所述谐波信号的幅值成比例减小。

在本发明中，通过设置在移动通信电子设备发送端的语音信号处理单元根据信道带宽下限阈值将传输的语音信号分为两组，生成以被信道滤除的一组语音信号为基频信号的谐波信号，并将谐波信号和语音信号中带宽阈值高于信道带宽下限阈值的一组叠加，在发送端得到具有完整语音信号的语音信息并通过语音信号拾取单元和信道输出，由于语音信号的带宽得到了扩展，所以在发送端即提高了传输语音信号的质量。

本发明同时还公开了一种电子通信设备语音信号处理方法，包括以下步骤：

从信源中采集语音信号并转化为设定信号；

根据信道带宽下限阈值对设定信号进行分组并对所述设定信号中至少两组具有不同带宽的语音信号进行处理，生成带宽阈值较低一组语音信号的谐波信号，并将谐波信号与带宽阈值较高的一组的语音信号叠加生成二次设定信号；

拾取所述二次设定信号并通过信道输出。

进一步的，还包括以下步骤：

根据信道带宽下限阈值提取设定信号中的第一语音信号和第二语音信号，其中第一语音信号带宽的上限阈值等于信道下限阈值，第二语音信号带宽的下限阈值等于第一语音信号带宽的上限阈值；

根据第一语音信号的基频分量生成谐波信号；

对谐波信号进行滤波处理；

叠加所述第二语音信号和所述第二滤波单元输出的第一语音信号并生成二次设定信号。

本发明所提供的电子设备语音信号处理方法在信号发送端对信号进行补偿，稳定的实现了音质的提升，不受接收端补偿算法影响，相对于现有技术来说，音质提升效果更好。

本发明进一步公开了一种电子通信设备，包括电子设备语音信号处理系统，所述信号处理系统包括：

语音信号采集单元，用于采集信源的语音信号并转化为设定信号；

语音信号处理单元，用于根据信道带宽下限阈值对设定信号进行分组并对所述设定信号中至少两组具有不同带宽的语音信号进行处理，生成带宽阈值较低一组语音信号的谐波信号，并将谐波信号与带宽阈值较高的一组的语音信号叠加生成二次设定信号；

语音信号拾取单元，用于拾取所述二次设定信号并通过信道输出。

本发明所提供的电子设备具有通信音质好的优点。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明所提出的电子通信设备语音信号处理系统的结构示意框图；

图2为图1所示电子通信设备语音信号处理系统一种具体实施例的结构示意框图；

图3为图2中谐波生成单元一种具体实施例的结构示意框图；

图4为图2中谐波生成单元另一种具体实施例的结构示意框图。

具体实施方式

本发明提供了一种电子通信设备语音信号处理系统，目的在于在电子通信设备的发送端对语音信号中由于信道带宽滤除的语音信号进行补偿。根据心理声学，虽然由于语音信号中的基频成分丢失，但是如果语音信号中含有基频信号的谐波成分，人耳还是可以根据谐波成分分辨出语音信号中的基频成分。本发明所提出的电子通信设备语音信号处理系统也正是利用这种原理，在电子通信设备，尤其是移动通信设备，如手机、智能手表等发送端对语音信号进行补偿，从而对低于300Hz以下的语音信号进行处理，提高通话质量。具体如图1所示，电子通信设备语音信号处理系统由语音信号采集单元1、语音信号处理单元2和语音信号拾取单元3组成。语音信号采集单元1实际上是一个音频信号采集单元，将语音信号转化为电信号并输出。在语音信号采集单元1之后连接语音信号处理单元2，由语音信号转化成的电信号可以看作是语音信号处理单元2的输入设定信号。语音信号处理单元2可以至少实现三个功能，其一在于，根据信道带宽下限阈值对设定信号进行分组，也就是说，将设定信号分为高于信道带宽下限阈值的一组和低于信道带宽下限阈值的一组。其二在于，生成基于低于信道带宽下限的一组语音信号的基频成分的谐波信号。其三在于，将谐波信号和高于信道带宽下限阈值的一组语音信号进行叠加。

在现有技术中的电子通信设备中，设定信号会由控制芯片直接通过信道进行传输，并在接收端进行信号补偿，补偿效果因算法的不同存在差异，很难控制。为了避免这种情况，在本发明中，低于信道带宽下限阈值的一组信号由语音信号处理单元2直接进行处理，生成谐波信号，并进一步将生成的谐波信号与高于信道带宽下限阈值的一组信号叠加生成二次设定信号。语音信号处理系统中的语音信号拾取单元3拾取第二设定信号，此时的第二设定信号中已经包括滤除掉的语音信号中的谐波分量，因此根据心理声学，在接收端人耳肯定能分别出谐波分量的基频部分，信源信号质量大幅度提高，语音通话的质量也随之提高，避免出现声音失真的现象。

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

图2具体地示出了图1所示电子通信设备语音信号处理系统中各个单元的功能示意框图，尤其具体体现了语音信号处理单元2中各个单元的信号传递和处理流程。具体来说，传递至语音信号处理单元2的设定信号首先经过滤波处理。传统的语音通信频率的带宽范围为300Hz至3400Hz，所以第一滤波单元21根据其下限值300Hz提取设定信号中的第一语音信号和第二语音信号。其中第一语音信号带宽的上限阈值等于信道的下限阈值，也就是300Hz，而第二语音信号带宽的下限阈值等于第一语音信号的上限阈值，也就是传统通信中通过信道传输的频率高于300Hz的语音信号。滤波处理后的语音信号满足其本身的波形和频率特性。第一滤波单元21具体来说优选包括一个带通滤波器21-1(150Hz至300Hz)和一个高通滤波器21-2(300Hz)，通过带通滤波器21-1可以得到传统通信设备发送端被滤除掉的部分语音信号的基频分量，类似的通过高通滤波器21-2可以得到传统通信设备发送端正常传输的语音信号，即第二语音信号。

语音信号处理单元2进一步包括谐波生成单元22，以生成频率为基频分量整数倍的谐波信号。图3为谐波生成单元一种实施例的结构示意图，也是本发明中可以采用的谐波生成单元22一种最简单的实现形式。在这种实施方式中，谐波生成单元22至少包括频率调节模块22-1，频率调节模块由乘法器实现，具有至少两路信号输入通道22-2，每一路信号输入通道22-2均输入经过带通滤波器21-1滤波生成的第一语音信号中的基频分量，定义为X＝Ae^-j2πft，基频为f,这样经过乘法器后输出的信号为X_out＝A²e^-j2π2ft,则得到了频率为2f的第一语音信号基频分量的2次谐波分量。以同样的方式，通过调整谐波生成单元信号输入通道的个数，就可以得到频率为3f，4f的第一语音信号基频分量的3次谐波分量、4次谐波分量等等。将理想的谐波分量通过加法器叠加，则可以得到根据第一语音信号的基频分量生成的谐波信号。

如图2所示，在语音信号处理单元2的谐波生成单元22-1的下游还设置有第二滤波单元23，第二滤波单元23优选为高通滤波器，设定值优选为信道带宽的下限阈值，在本实施例中为300Hz，以通过第二滤波单元23将谐波信号进一步过滤满足信道传输的频率特性。

从第二滤波单元23输入的谐波信号和第二语音信号在第一加法器24中进行叠加，生成语音信号拾取单元3接收的二次设定信号。

语音信号拾取单元3接收二次设定信号后通过信道传输，实现扩频语音通信。语音信号拾取单元3可以是控制芯片的一部分，也可以是电子通信设备中独立的可以实现该功能的芯片或集成电路。

在本实施例中，设置在移动通信电子设备发送端的语音信号处理单元根据信道带宽下限阈值将传输的语音信号分为两组，生成以被信道滤除的一组语音信号为基频信号的谐波信号，并将谐波信号和语音信号中带宽阈值高于信道带宽下限阈值的一组叠加，在发送端得到具有完整语音信号的语音信息并通过语音信号拾取单元和信道输出，由于语音信号的带宽得到了扩展，所以在发送端即提高了传输语音信号的质量。

如图4所示为本发明语音信号处理单元中所采用的谐波生成单元22第二种具体的实施方式。其中，谐波生成单元22包括频率调节模块22-1，频率调节模块22-1同样由乘法器实现。频率调节模块22-1具有至少一路信号输入通道22-2。其中输入第一语音信号中的基频分量，记作X＝Ae^-j2πft。谐波生成单元22中还包括第二加法器22-4，第二加法器22-4具有至少两路信号输入通道，其中一路输入的信号为频率调节模块22-1输出的语音信号，另一路为第一语音信号中的基频分量，第二加法器22-4叠加后的信号作为反馈信号再次回到频率调节模块22-1的一路信号输入通道22-5，与频率调节模块22-1信号输入通道22-2中的基频分量在乘法器中相乘后输出，形成频率为2f的2次谐波分量，2次谐波分量再次在第二加法器22-4中和第一语音信号中的基频分量进行叠加，并作为反馈信号再次回到频率调节模块22-1。通过此方式得到频率为理想倍数的谐波分量。从原理上说，叠加至第二语音信号中的谐波分量越丰富，语音信号的质量越高，对语音信号音色的还原度也越好。

在图4所公开的谐波生成单元中，不断累积相乘的信号的幅值也在不断增大，这使得原本被滤除的部分语音信号的强度也逐步被提升。但是幅值，准确的说，幅值的绝对值一直上升也会出现语音信号的失真。因此，在第二加法器22-4输出端和频率调节模块22-1的反馈回路上设置有幅值调节模块22-6，幅值调节模块22-6使得第二加法器22-4输出反馈回频率调节模块的信号先与一个大于0小于1的系数相乘，然后再反馈回频率调节模块22-1，从而使得谐波信号的幅值不会超过设定阈值，避免出现语音信号失真的现象。幅值减小的部分在第二加法器22-4叠加时会得到补偿，有效地避免了无谓的衰减。

本发明同时公开的还有一种电子通信设备语音信号处理方法，具体包括以下步骤：

首先，采集信源的语音信号并转化为设定信号。

其次，根据信道带宽下限阈值对设定信号进行分组并对设定信号中至少两组具有不同带宽的语音信号进行处理，生成带宽阈值较低一组语音信号的谐波信号，并将谐波信号与带宽阈值较高的一组的语音信号叠加生成二次设定信号。

第三，拾取二次设定信号并通过信道输出。

设定信号转化为具有谐波分量的二次设定信号的具体步骤如下：

首先，第一滤波单元根据信道带宽下限阈值提取设定信号中的第一语音信号和第二语音信号，其中第一语音信号带宽的上限阈值等于信道下限阈值，第二语音信号带宽的下限阈值等于第一语音信号带宽的上限阈值，优选的，第一语音信号的带宽为(150Hz至300HHz)，第二语音信号的带宽为(大于300Hz)。

其次，根据第一语音信号的基频分量生成谐波信号。第一语音信号生成谐波信号的方法可以参见上述第一实施例和第二实施例中对于谐波生成单元的具体描述和图3、图4所示，在此不再赘述。

第三，对生成的谐波信号进行滤波处理。

第四，叠加第二语音信号和第二滤波单元输出的第一语音信号并生成二次设定信号。

采用本发明所公开的电子通信设备语音信号处理方法，在发送端得到具有完整语音信号的语音信息并通过语音信号拾取单元和信道输出，由于语音信号的带宽得到了扩展，所以在发送端即提高了传输语音信号的质量，

同时，本发明还公开了一种电子通信设备，该电子通信设备可以是手机、移动终端、智能手表等具有通信功能的移动式或固定式设备。在此对电子通信设备的结构、材质、外形不做限定。电子通信设备中具有如第一实施例和第二实施例所公开的电子通信设备语音信号处理系统。所述信号处理系统的具体技术内容请参见第一实施例、第二实施例的详细描述和说明书附图1至4的详细描绘，再次不再赘述。具有信号处理系统的电子设备可以实现同样的技术效果。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。