專利名稱：音頻編碼的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總體上涉及音頻編碼，更具體地涉及編碼一組具有相關(guān)分量的音頻信號(hào)。
國際申請(qǐng)WO99/04505描述了一種只對(duì)在感覺上有關(guān)聯(lián)的大量噪聲源(諸如位于特定頻率范圍內(nèi)噪聲的全部聲音能量)進(jìn)行編碼的方法，通過這種編碼方法可以丟棄在感覺上無關(guān)的音頻信息，從而獲得較大比例的信號(hào)壓縮。在本方法中，以頻帶為基礎(chǔ)檢測輸入信號(hào)中類似于噪聲的分量。用參數(shù)表示類似于噪聲的分量，并且只發(fā)送替換后的頻譜系數(shù)的全部能量。在解碼器中，對(duì)于替換后的頻譜系數(shù)通過插入具有希望功率的隨機(jī)噪聲源來重構(gòu)編碼的音頻聲道。
在多音頻聲道在實(shí)際中表現(xiàn)出一定程度的互相關(guān)聯(lián)的情況下，這種直接的替換會(huì)使得產(chǎn)生的聽覺不自然。這種不自然的感覺應(yīng)歸因于人耳能夠辨別出來自不同方向的音頻信號(hào)之間的相關(guān)性這一事實(shí)。信號(hào)之間的相關(guān)性決定了該“立體聲聲象”，即聲音源的空間感覺。如果雙聲道揚(yáng)聲器配置的左聲道和右聲道信號(hào)完全相關(guān)，那么人的聽覺系統(tǒng)將把它感知為位于揚(yáng)聲器之間的一個(gè)聲源。如果信號(hào)不相關(guān)，它將被感知為位于左揚(yáng)聲器以及右揚(yáng)聲器的兩個(gè)獨(dú)立聲音源。部分相關(guān)的信號(hào)將通常被感知為揚(yáng)聲器之間的寬廣音源。負(fù)相關(guān)甚至能夠?qū)е侣曇粼幢桓兄獮槲挥趽P(yáng)聲器基座的外部。所以，如果失去了左右揚(yáng)聲器的聲音相關(guān)性，那么想要的立體聲效果也就消失了，并且聽者所感覺到的聲音也不太自然。
換言之，如果多音頻聲道產(chǎn)生的聲音反映的是通過所述聲道記錄的單獨(dú)音頻源，那么利用非相關(guān)噪聲源來重構(gòu)所述音頻源就會(huì)顯得不自然。
在上述的申請(qǐng)中，試圖通過編碼一個(gè)比特值來補(bǔ)償上述影響，在激活狀態(tài)，觸發(fā)一合成器以使左右聲道使用相同的噪聲源。在通常的非激活狀態(tài)，左右聲道從獨(dú)立的噪聲源合成。
盡管與固有使用非相關(guān)噪聲源的音頻聲道合成相比這種配置提供了改進(jìn)，但是合成的聲音仍不太自然，這是因?yàn)閷?shí)際上沒有使用在編碼音頻聲道中描述聲道之間相關(guān)程度的信息。所以，當(dāng)使用已知的方法時(shí)僅能部分地重構(gòu)原始聲音，并且耳朵仍舊感覺缺乏自然的聽覺。
本發(fā)明的目的是提供改進(jìn)的音頻編碼，其中利用在聲道之間保留的相關(guān)度，使得在感覺上接近原始狀態(tài)地重構(gòu)多音頻聲道中分量成為可能。為了該目的，本發(fā)明提供了一種如獨(dú)立權(quán)利要求中所定義的編碼方法、解碼方法、編碼器、解碼器、數(shù)據(jù)載體和信號(hào)。在從屬權(quán)利要求中定義了有利的實(shí)施例。
根據(jù)本發(fā)明的第一方面，為了編碼具有相關(guān)分量的一組音頻信號(hào)，根據(jù)所述音頻信號(hào)之間的相關(guān)性確定源的組合，當(dāng)在所述組合中的源相互不相關(guān)或基本上不相關(guān)時(shí)，源的所述組合以保留相關(guān)性的方式合成所述分量。所述組合代表了各個(gè)源、以及為了合成分量應(yīng)該如何組合這些源。在編碼器和解碼器中都可以執(zhí)行這種合成。
根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，音頻信號(hào)中的分量由這樣的源組成，所述的源用于合成在所述音頻信號(hào)中至少一個(gè)頻帶內(nèi)的、在感覺上有關(guān)聯(lián)并保留了相互關(guān)系的噪聲分量。這些合成源可以相互不相關(guān)。所以，這些源可以由獨(dú)立的發(fā)生器容易地進(jìn)行重構(gòu)。
在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，本發(fā)明還包括這一步驟通過為源確定一組用于合成所述源的參數(shù)和一組用于產(chǎn)生所述源的組合的變換參數(shù)，從而對(duì)源進(jìn)行編碼。
而且，本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例包括發(fā)送一組用于合成各個(gè)源的所述參數(shù)、并發(fā)送一組用于形成所述多個(gè)源的所述變換參數(shù)的步驟。更具體而言，所述合成參數(shù)和所述變換參數(shù)是通過正交化/去相關(guān)所述音頻聲道組的相關(guān)矩陣而確定的。對(duì)于音頻聲道之間的隨時(shí)間變化的互相關(guān)，所述去相關(guān)可以是在逐幀的基礎(chǔ)上執(zhí)行的。幀的大小可以取決于時(shí)間幀，在整個(gè)所述的時(shí)間幀中，正交聲道相關(guān)被認(rèn)為是常量。去相關(guān)為本領(lǐng)域中的公知常識(shí)，例如參見J.Edward Jackson，JohnWiley&Sons公司基本分量用戶手冊(A User’Guide to PrincipalComponents John Wiley&Sons，Inc)，1991年，第1-25頁。
本發(fā)明可優(yōu)選地應(yīng)用于將該音頻信號(hào)組分割為一組選擇頻帶的情況，其中至少一個(gè)頻帶包括類似于噪聲的信號(hào)。所述音頻信號(hào)中的非噪聲分量可以通過正弦編碼被編碼。
可以對(duì)被編碼并發(fā)送的音頻信號(hào)進(jìn)行解碼，還可以合成相應(yīng)的多聲道的、保留了相關(guān)性的音頻信號(hào)。
編碼器和解碼器可以是在物理上不同的信號(hào)處理設(shè)備，或呈現(xiàn)為單個(gè)信號(hào)處理設(shè)備中的一個(gè)或多個(gè)單元。發(fā)送可以為無線發(fā)送，或通過互聯(lián)網(wǎng)發(fā)送，實(shí)際上，可以為任何類型的發(fā)送。還可以通過物理數(shù)據(jù)載體，諸如磁盤或CD-rom等等執(zhí)行該發(fā)送。
根據(jù)附圖本發(fā)明的其它目的和特征將變得顯而易見，其中
圖1示意性示例了根據(jù)本發(fā)明執(zhí)行編碼方法的編碼設(shè)備；圖2示意性示例了根據(jù)本發(fā)明執(zhí)行編碼方法的解碼設(shè)備。
圖1示出了編碼四聲道音頻信號(hào)的編碼器1。該音頻聲道由四個(gè)復(fù)合箭頭2表示，每個(gè)復(fù)合箭頭2表示四個(gè)聲道中的一個(gè)音頻聲道。對(duì)于本發(fā)明，聲道的實(shí)際數(shù)量是無關(guān)緊要的，很明顯，這是因?yàn)橹灰嬖谝粋€(gè)以上的聲道，本發(fā)明的方法就能夠應(yīng)用于任何音頻系統(tǒng)中。音頻聲道2包括音頻信號(hào)，該信號(hào)位于包括噪聲分量的至少一個(gè)頻帶中。在實(shí)際的實(shí)施例中，包含可聽頻率分量的音頻信號(hào)通常被分到幾個(gè)(通常為對(duì)數(shù)比例的)頻帶中，但也可以直接在全帶寬音頻信號(hào)上執(zhí)行根據(jù)本發(fā)明的方法。本發(fā)明的方法可以應(yīng)用于每個(gè)頻帶或特定數(shù)量個(gè)頻帶(特別是在人耳對(duì)相關(guān)信號(hào)敏感的有關(guān)頻帶中)。
在濾波級(jí)3對(duì)多聲道信號(hào)2進(jìn)行濾波。濾波器3將該音頻信號(hào)分離為噪聲部分4和非噪聲部分5。信號(hào)2的非噪聲部分5被指向正弦編碼電路6。該電路6產(chǎn)生表示所述音頻信號(hào)2的非噪聲音頻信息的、經(jīng)壓縮的編碼數(shù)據(jù)7。
噪聲部分4被指向以按照本發(fā)明的保留相關(guān)性的方式對(duì)噪聲進(jìn)行編碼的電路8。在所述電路8中，確定所述音頻信號(hào)之間的相關(guān)性并識(shí)別噪聲源的組合，以便去掉在所述組合中各個(gè)噪聲源之間的相關(guān)性，從而使噪聲源的所述組合以保留相關(guān)性的方式合成所述噪聲分量。
通過測量音頻聲道2的自相關(guān)系數(shù)和互相關(guān)系數(shù)來確定所述音頻信號(hào)之間的相關(guān)性。這種相關(guān)信息可以表示為相關(guān)矩陣，該相關(guān)矩陣表示自相關(guān)系數(shù)和互相關(guān)系數(shù)。在該矩陣中，系數(shù)<S(i)S(i)>表示聲道i的自相關(guān)；系數(shù)<S(i)S(j)>表示聲道i和聲道j之間的互相關(guān)；i和j為一些表示所述多聲道系統(tǒng)的一個(gè)特定聲道的整數(shù)。
根據(jù)該相關(guān)矩陣計(jì)算一組變換參數(shù)9。該變換參數(shù)9被饋送到發(fā)射機(jī)10。變換參數(shù)9與合成噪聲源的有關(guān)參數(shù)相關(guān)。這些變換參數(shù)可以包括源的自相關(guān)，所述的自相關(guān)對(duì)應(yīng)于每個(gè)不相關(guān)噪聲信號(hào)的能量，并包括表示所述噪聲源之間特定聯(lián)系的互相關(guān)。解碼器接收這些參數(shù)9，用于對(duì)一組產(chǎn)生的噪聲源執(zhí)行逆變換，這將參考圖2進(jìn)一步說明。
然后變換參數(shù)9與正弦編碼的非噪聲信號(hào)7組合，并作為編碼信號(hào)11通過發(fā)射機(jī)10發(fā)送。發(fā)送可以為無線發(fā)送，或通過互聯(lián)網(wǎng)發(fā)送，實(shí)際上可以為任何類型的發(fā)送。還可以通過物理數(shù)據(jù)載體(諸如磁盤或CD-rom)等執(zhí)行發(fā)送。
在圖2中，通過將信號(hào)11解碼為一組音頻信號(hào)21的解碼器12大致示出了圖1方案的逆方案。信號(hào)11包括根據(jù)本發(fā)明的方法用于形成多個(gè)噪聲源的一組變換參數(shù)。
在第一分離級(jí)13，從信號(hào)11中提取變換參數(shù)9和編碼的非噪聲信號(hào)7。非噪聲信號(hào)7被饋送到正弦解碼器14，并輸出音頻聲道21的非噪聲分量51。
饋送變換參數(shù)9到包括一組獨(dú)立(隨機(jī))噪聲發(fā)生器16的噪聲源發(fā)生級(jí)15。變換參數(shù)9指示每個(gè)噪聲發(fā)生器16(包括可能為零的電平)的噪聲電平；另外指示其它的參數(shù)，例如，可以為噪聲源規(guī)定一種包絡(luò)形式。噪聲發(fā)生器16產(chǎn)生根據(jù)該組變換參數(shù)9而形成的、互不相關(guān)的噪聲源的組合，借此合成對(duì)于音頻信號(hào)21的、在感覺上有關(guān)聯(lián)并保留了相關(guān)性的噪聲分量141。在組合級(jí)17，合并保留了相關(guān)性的噪聲分量41和非噪聲部分51并輸出音頻聲道21，這些音頻聲道為圖1的音頻聲道2的在感覺上有關(guān)聯(lián)的重構(gòu)。
本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員很清楚，本發(fā)明并不限制于參考附圖所描述的這些實(shí)施例，而是可以包括各種類型的變型。例如，盡管在所述的實(shí)施例中利用的是正弦編碼來對(duì)信號(hào)的非噪聲分量進(jìn)行編碼，但是也可以應(yīng)用其它類型的編碼方法，諸如波形編碼或霍夫曼編碼。而且，包括非噪聲分量的音頻聲道作為整體可以根據(jù)上述變換參數(shù)進(jìn)行變換。此外，可以使用不同參數(shù)等來應(yīng)用其它類型的噪聲編碼。本方法可以應(yīng)用于多聲道音頻系統(tǒng)的音頻聲道的單獨(dú)相關(guān)頻帶。該方法還可以應(yīng)用于多聲道音頻系統(tǒng)的所選擇數(shù)量的聲道中。這些變型和其它變型被認(rèn)為包含在由附屬權(quán)利要求書保護(hù)保護(hù)的范圍內(nèi)。
附圖標(biāo)記1、編碼器
2、復(fù)合箭頭3、濾波級(jí)4、噪聲部分5、非噪聲部分6、正弦編碼電路7、編碼數(shù)據(jù)8、噪聲編碼電路9、變換參數(shù)10、發(fā)射機(jī)11、編碼信號(hào)12、解碼器13、分離級(jí)14、正弦解碼器15、噪聲源發(fā)生級(jí)16、噪聲發(fā)生器17、組合級(jí)
權(quán)利要求
1.一種用于編碼一組具有相關(guān)分量的音頻信號(hào)的方法，該方法包括以下步驟-根據(jù)所述音頻信號(hào)之間的相關(guān)性來確定所述源的組合，在所述的組合中的源互不相關(guān)或基本不相關(guān)，使得源的所述組合以保留相關(guān)性的方式來合成所述分量。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，還包括步驟-將該組音頻信號(hào)編碼為編碼信號(hào)，其中該編碼信號(hào)包括一組用于產(chǎn)生源的所述組合的變換參數(shù)，和-發(fā)送該編碼信號(hào)。
3.根據(jù)上述權(quán)利要求的任一項(xiàng)所述的方法，其中在逐幀的基礎(chǔ)上確定所述源。
4.根據(jù)上述權(quán)利要求的任一項(xiàng)所述的方法，其中通過正弦編碼對(duì)所述音頻信號(hào)中的非噪聲分量進(jìn)行編碼。
5.根據(jù)上述權(quán)利要求的任一項(xiàng)所述的方法，其中通過對(duì)該組音頻信號(hào)的相關(guān)矩陣執(zhí)行去相關(guān)來確定所述變換參數(shù)。
6.根據(jù)上述權(quán)利要求的任一項(xiàng)所述的方法，其中該組音頻信號(hào)被分到一組選擇的頻帶中，其中所述頻帶中的至少一個(gè)頻帶包括類似于噪聲的信號(hào)。
7.一種用于合成一組具有相關(guān)分量的音頻信號(hào)的方法，該方法包括以下步驟-接收編碼信號(hào)，該編碼信號(hào)包括一組用于產(chǎn)生源的組合的變換參數(shù)，在所述組合中的源互不相關(guān)或基本上不相關(guān)，使得源的所述組合以保留相關(guān)性的方式合成所述分量；-響應(yīng)于所述編碼信號(hào)，產(chǎn)生一組合成源；以及-通過將每個(gè)音頻信號(hào)形成多個(gè)所述分量來產(chǎn)生該組音頻信號(hào)。
8.一種用于編碼一組具有相關(guān)分量的音頻信號(hào)的編碼器，該設(shè)備包括根據(jù)所述音頻信號(hào)之間的相關(guān)性來確定源的組合，在所述的組合中的源互不相關(guān)或基本不相關(guān)，使得源的所述組合以保留相關(guān)性的方式來合成所述分量。
9.一種用于編碼音頻聲道的編碼器，該編碼器包括-用于在所述音頻聲道的至少一個(gè)頻帶中檢測在一組音頻信號(hào)中的每個(gè)音頻信號(hào)之間的互相關(guān)和自相關(guān)的裝置；和-用于根據(jù)所述音頻信號(hào)之間的相關(guān)性確定源的組合的處理裝置，在所述組合中的源互不相關(guān)或基本不相關(guān)，使得源的所述組合以保留相關(guān)性的方式合成所述分量。
10.一種根據(jù)權(quán)利要求9或10所述的編碼器，還包括-用于將該組音頻信號(hào)編碼為編碼信號(hào)的裝置，其中該編碼信號(hào)包括一組用于產(chǎn)生源的所述組合的變換參數(shù)，和-用于發(fā)送該編碼信號(hào)的發(fā)送裝置。
11.一種用于合成一組音頻信號(hào)的解碼器，該解碼器包括-用于接收編碼信號(hào)的接收裝置，該編碼信號(hào)包括一組用于產(chǎn)生源的組合的變換參數(shù)，在所述組合中的源互不相關(guān)或基本不相關(guān)，使得源的所述組合以保留相關(guān)性的方式合成所述分量；-一組響應(yīng)于該編碼信號(hào)而產(chǎn)生源的發(fā)生器；以及-合成裝置，該合成裝置響應(yīng)于該組變換參數(shù)為每個(gè)音頻信號(hào)形成多個(gè)所述分量，從而合成所述音頻信號(hào)。
12.一種包括編碼信號(hào)的數(shù)據(jù)載體，包括一組用于形成多個(gè)源的變換參數(shù)，在所述組合中的源互不相關(guān)或基本不相關(guān)，使得源的所述組合以保留相關(guān)性的方式合成所述分量。
13.一種包括一組用于形成多個(gè)源的變換參數(shù)的編碼信號(hào)，在所述組合中的源互不相關(guān)或基本不相關(guān)，使得源的所述組合以保留相關(guān)性的方式合成所述分量。
全文摘要
利用多聲道音頻編碼系統(tǒng)中的源對(duì)一組具有相關(guān)分量的音頻信號(hào)進(jìn)行編碼的方法。該方法包括根據(jù)所述音頻信號(hào)之間的相關(guān)性來確定所述源的組合的步驟，在所述的組合中的源基本不相關(guān)，使得源的所述組合以保留相關(guān)性的方式合成所述分量。該方法還包括通過為每個(gè)源確定一組用于合成所述源的參數(shù)和一組用于產(chǎn)生源的所述組合的變換參數(shù)來對(duì)這些源進(jìn)行編碼的步驟。
文檔編號(hào)G10L19/012GK1589466SQ02823224
公開日2005年3月2日 申請(qǐng)日期2002年11月22日 優(yōu)先權(quán)日2001年11月23日
發(fā)明者L·M·范德克霍夫, A·W·J·奧門 申請(qǐng)人:皇家飛利浦電子股份有限公司