專利名稱：用于音頻信號(hào)帶寬擴(kuò)展的設(shè)備和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及音頻信號(hào)處理，具體地，涉及在可用數(shù)據(jù)速率相當(dāng)小的情況下的音頻
信號(hào)處理。
背景技術(shù)：
為了音頻信號(hào)的有效存儲(chǔ)和傳送，用于數(shù)據(jù)減少的音頻信號(hào)的聽覺適配編碼已經(jīng) 在許多領(lǐng)域得到接受。編碼算法尤其以“MP3”或“MP4”而為人所知。尤其在實(shí)現(xiàn)最低比特 速率時(shí)，為此而使用的編碼導(dǎo)致了音頻質(zhì)量的下降，這種下降通常主要是由要傳送的音頻 信號(hào)帶寬的編碼器側(cè)限制而導(dǎo)致的。從WO 9857436已知，在這種情況下，在編碼器側(cè)對音頻信號(hào)進(jìn)行頻帶限制，并通 過高質(zhì)量音頻編碼器來僅對音頻信號(hào)的較低頻帶進(jìn)行編碼。然而，僅非常粗略地使用用于 重現(xiàn)較高頻帶的頻譜包絡(luò)的參數(shù)集合來表征較高頻帶。然后，在解碼器側(cè)對較高頻帶進(jìn)行 合成。出于這種原因，提出了一種調(diào)和置換(harmonic transposition)，其中將解碼的音頻 信號(hào)的較低頻帶提供給濾波器組。較低頻帶的濾波器組通道與較高頻帶的濾波器組通道連 接，或“拼接(patch)”，并對每個(gè)拼接的帶通信號(hào)進(jìn)行包絡(luò)調(diào)整。這里，屬于特定解析濾波 器組的合成濾波器組接收較低頻帶中的音頻信號(hào)的帶通信號(hào)和被調(diào)和拼接在較高頻帶中 的較低頻帶的包絡(luò)調(diào)整后的帶通信號(hào)。合成濾波器組的輸出信號(hào)是關(guān)于其帶寬擴(kuò)展的音頻 信號(hào)，將該音頻信號(hào)以非常低的數(shù)據(jù)速率從編碼器側(cè)發(fā)送至解碼器側(cè)。特別地，在濾波器組 域中的濾波器組計(jì)算和拼接的計(jì)算代價(jià)可能較高。取而代之地，用于頻帶受限音頻信號(hào)的帶寬擴(kuò)展的復(fù)雜度降低的方法使用一種拷 貝函數(shù)，該拷貝函數(shù)將低頻信號(hào)部分(LF)拷貝至高頻范圍(HF)，以近似得到由于頻帶限制 而丟失的信息。在以下文獻(xiàn)中描述了這樣的方法M.Dietz，L.Liljeryd，K. Kjorling and 0.Kunz, " Spectral Band Replication, a novel approach in audio coding, " in 112th AES Convention, Munich, May 2002 ；S. Meltzer, R. Bohm and F. Henn, “ SBR enhanced audio codecs for digital broadcasting such as " Digital Radio Mondiale" (DRM), “ 112th AES Convention, Munich, May 2002 ；T.Ziegler, A. Ehret, P.Ekstrand and M. Lutzky, " Enhancing mp3with SBR :Features and Capabilities of the new mp3PR0 Algorithm, “ in 112th AES Convention, Munich, May 2002 MU 標(biāo)準(zhǔn) IS0/IEC 14496-3 :2001/FPDAM 1，“ Bandwidth Extension, “ IS0/IEC, 2002, or "Speech bandwidth extension method and apparatus" , Vasu Iyengar et al.
利 Nr. 5，455，888。在這些方法中，不執(zhí)行調(diào)和置換，而是將較低頻帶的連續(xù)的帶通信號(hào)引入較高頻 帶的連續(xù)的濾波器組通道。由此，實(shí)現(xiàn)了音頻信號(hào)的較高頻帶的粗略近似。然后，在另一步 驟中，通過使用從原始信號(hào)中得到的控制信息來進(jìn)行后處理，使該信號(hào)的粗略近似近似于 原始信號(hào)。這里，例如，如也在MPEG-4標(biāo)準(zhǔn)中描述的，縮放因子用于適配頻譜包絡(luò)、反濾波 和添加噪聲毯(noise carpet)以適配音調(diào)(tonality)，以及使用正弦信號(hào)部分來進(jìn)行補(bǔ)充。除此之外，也存在其他方法，如 E. Larsen, R. M. Aarts, and Μ. Danessis, "Efficient high-frequency bandwidth extension of music and speech，，, In AES 112th Convention, Munich, Germany, May 2002中描述的所謂“盲帶寬擴(kuò)展”，其中不使用與原始 HF范圍相關(guān)的信息。此外，也存在所謂的“人工帶寬擴(kuò)展”方法，在K. Kayhko5A Robust Wideband Enhancement for Narrowband Speech Signal ；Research Report，Helsinki University of Technology, Laboratory of Acoustics and Audio signal Processing， 2001中描述了該方法。在 J. Makinen et al. :AMR-WB+ :a new audio coding standard for 3rdgeneration mobile audio services Broadcasts，IEEE，ICASSP' 05 中，描述了一禾中帶 寬擴(kuò)展方法，其中通過鏡像(例如通過上采樣)來替代根據(jù)SBR技術(shù)使用連續(xù)帶通信號(hào)的 上拷貝(up-copying)來進(jìn)行的帶寬擴(kuò)展的拷貝操作。在以下文獻(xiàn)中描述了用于帶寬擴(kuò)展的其他技術(shù)。R. M. Aarts，E. Larsen，and 0. Ouweltjes,"A unified approach to low—and high frequency bandwidth extension", AES 115th Convention, New York, USA, October 2003 ；E.Larsen and R.M. Aarts, "Audio Bandwidth Extension-Application to psychoacoustics, Signal Processing and Loudspeaker Design，，，John Wiley&Sons, Ltd. , 2004 ；E. Larsen, R. M. Aarts, and M. Danessis,"Efficient high-frequency bandwidth extension of music and speech", AES 112th Convention,Munich,May 2002 ;J. Makhoul,"Spectral Analysis of Speech by Linear Prediction，，，IEEE Transactions on Audio and Electroacoustics, AU-21 (3), June 1973 ；美國專利申請 08/951，029 ；美國專利 No. 6，895，375。調(diào)和帶寬擴(kuò)展的已知方法表現(xiàn)出較高復(fù)雜度。另一方面，復(fù)雜度降低的帶寬擴(kuò)展 方法表現(xiàn)出質(zhì)量損失。尤其在低比特率并結(jié)合LF范圍的低帶寬的情況下，可能出現(xiàn)如粗糙 和被感知為不愉悅的音色之類的偽像。其原因在于，近似的HF部分是基于拷貝操作，該操 作未注意到音調(diào)信號(hào)部分互相之間的調(diào)和關(guān)系。這適用于LF和HF之間的調(diào)和關(guān)系，也適 用于HF部分自身之內(nèi)的調(diào)和關(guān)系。例如，使用SBR，在LF范圍和產(chǎn)生的HF范圍之間的邊界 上，例如，如圖4a中所示，由于從LF范圍拷貝至HF范圍的音調(diào)部分現(xiàn)在可能在整體信號(hào)中 遇到在頻譜上緊密相鄰的LF范圍的音調(diào)部分，因此時(shí)而會(huì)出現(xiàn)粗糙的聲音印象。因此，在 圖4a中，示意了具有在401、402、403和404處的峰值的原始信號(hào)，而示意的測試信號(hào)具有 在405、406、407和408處的峰值。通過將音調(diào)部分從LF范圍拷貝至HF范圍(其中，在圖 4a中，邊界在4250Hz處)，測試信號(hào)中的兩個(gè)左側(cè)峰值的距離小于調(diào)和光柵的基頻，這導(dǎo)致 了粗糙感。如在 Zwicker，E. and H. Fasti (1999), Psychoacousti cs :Facts and models. Berlin-Springerverlag中所述，由于音調(diào)補(bǔ)償?shù)念l率組的寬度隨著中心頻率的增大而增 大，這里，將位于不同頻率組中的LF范圍內(nèi)的正弦部分拷貝至HF范圍，可能使其位于相同 的頻率組中，這也導(dǎo)致了粗糙的聽覺印象，從圖4b中可以看到這一點(diǎn)。這里，具體示出了， 將LF范圍拷貝至HF范圍導(dǎo)致測試信號(hào)中具有比原始信號(hào)更密的音調(diào)結(jié)構(gòu)。如在410處具 體示出的，原始信號(hào)相對均勻地分布在較高頻率范圍中的頻譜上。相反，在該較高范圍中， 測試信號(hào)411相對不均勻地分別在頻譜上，因此顯然比原始信號(hào)410具有更多音調(diào)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是實(shí)現(xiàn)具有高質(zhì)量的帶寬擴(kuò)展，同時(shí)實(shí)現(xiàn)具有較低復(fù)雜度的信號(hào)處 理，然而，其可以很小的延遲和很小的代價(jià)來實(shí)現(xiàn)，因此，也可以在處理器速度和所需存儲(chǔ) 器方面具有降低的硬件要求的處理器來實(shí)現(xiàn)。這個(gè)目的是通過根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于帶寬擴(kuò)展的設(shè)備或根據(jù)權(quán)利要求13 所述的用于帶寬擴(kuò)展的方法、或根據(jù)權(quán)利要求14所述的計(jì)算機(jī)程序來實(shí)現(xiàn)的。本發(fā)明的用于帶寬擴(kuò)展的概念基于時(shí)間信號(hào)擴(kuò)展，用于使用大于1的擴(kuò)展因子 產(chǎn)生所述音頻信號(hào)的、作為在時(shí)間上擴(kuò)展的時(shí)間信號(hào)的版本；隨后對該時(shí)間信號(hào)進(jìn)行抽取 以獲得置換的信號(hào)；然后，例如使用簡單的帶通濾波器對該置換的信號(hào)進(jìn)行濾波，以提取高 頻信號(hào)部分(可能僅在其幅度上仍分別被畸變或改變)，從而獲得原始高頻部分的良好近 似?？蛇x地，可以在執(zhí)行信號(hào)擴(kuò)展之前進(jìn)行帶通濾波，使得在擴(kuò)展后的擴(kuò)展信號(hào)中僅存在期 望的頻率范圍，從而可以省略擴(kuò)展之后的帶通濾波。一方面，使用調(diào)和帶寬擴(kuò)展，基于使用用于對時(shí)間信號(hào)進(jìn)行擴(kuò)展的信號(hào)擴(kuò)展器來 進(jìn)行的頻譜擴(kuò)展和調(diào)和延拓，可以防止由拷貝或鏡像操作或兩者而導(dǎo)致的問題。另一方面， 使用簡單的處理器，可以比完整的解析/合成濾波器組更簡單地執(zhí)行時(shí)間擴(kuò)展和隨后的抽 取，例如，完整的解析/合成濾波器組使用調(diào)和置換，其中必須做出額外的判決即應(yīng)當(dāng)如 何進(jìn)行濾波器組域中的拼接。優(yōu)選地，對于信號(hào)擴(kuò)展，使用相位聲碼器，其實(shí)現(xiàn)需要很小的代價(jià)。為了獲得具有 大于2的因子的帶寬擴(kuò)展，也可以并行使用若干相位聲碼器，這樣做是有利的，尤其對于在 實(shí)時(shí)應(yīng)用中必須較低的帶寬擴(kuò)展的延遲?？蛇x地，可以使用用于信號(hào)擴(kuò)展的其他方法，例如 PSOLA方法(音高同步疊加)。在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例中，首先，在相位聲碼器的幫助下，在具有最大頻率LFmax 的時(shí)間方向上擴(kuò)展LF音頻信號(hào)，即擴(kuò)展至信號(hào)的常規(guī)持續(xù)時(shí)間的整數(shù)倍。基于此，在下游 抽取器中，使用時(shí)間擴(kuò)展因子來進(jìn)行信號(hào)的抽取，其總的效果導(dǎo)致了頻譜的擴(kuò)展。這與音 頻信號(hào)的置換相對應(yīng)。最后，將所產(chǎn)生的信號(hào)帶通濾波至(擴(kuò)展因子-1) ^LFmax至擴(kuò)展因 子.LFmax的范圍?？蛇x地，可以對通過擴(kuò)展和抽取產(chǎn)生的各個(gè)高頻信號(hào)進(jìn)行帶通濾波，使其 最終加性地覆蓋在整個(gè)高頻范圍上(即從LFmax至k*LFmax)。對于仍期望諧波的更高頻譜密 度的情況，這是明智的。在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例中，對若干不同的擴(kuò)展因子并行地執(zhí)行調(diào)和帶寬擴(kuò)展的方 法。作為并行處理的一種替代選擇，也可以是使用單個(gè)相位聲碼器，該相位聲碼器串行操 作，其中對中間結(jié)果進(jìn)行緩存。因此，可以實(shí)現(xiàn)任何帶寬擴(kuò)展的截止頻率?？蛇x地，也可以 在頻率方向上直接執(zhí)行信號(hào)的擴(kuò)展，即具體地，通過與相位聲碼器的功能原理相對應(yīng)的對 偶操作來執(zhí)行擴(kuò)展。有利地，在本發(fā)明的實(shí)施例中，不需要在調(diào)和性或基頻方面對信號(hào)進(jìn)行解析。


以下，參照附圖，更詳細(xì)地解釋本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，附圖中圖1示出了本發(fā)明的用于音頻信號(hào)的帶寬擴(kuò)展的概念的框圖2a示出了根據(jù)本發(fā)明的一方面的用于音頻信號(hào)的帶寬擴(kuò)展的設(shè)備的框圖；圖2b示出了具有瞬變檢測器的圖2a的概念的改進(jìn)；圖3示出了在本發(fā)明的帶寬擴(kuò)展時(shí)，使用在特定點(diǎn)處的頻譜的信號(hào)處理的示意 圖；圖4a示出了原始信號(hào)和提供粗糙聲音印象的測試信號(hào)之間的比較；圖4b示出了原始信號(hào)與也導(dǎo)致粗糙聽覺印象的測試信號(hào)的比較；圖5a示出了相位聲碼器的濾波器組實(shí)現(xiàn)方式的示意圖；圖5b示出了圖5a中的濾波器的詳細(xì)圖示；圖5c示出了圖5a的濾波器通道中的幅度信號(hào)和頻率信號(hào)的操作的示意圖；圖6示出了相位聲碼器的變換實(shí)現(xiàn)方式的示意圖；圖7a示出了在帶寬擴(kuò)展環(huán)境中編碼器側(cè)的示意圖；以及圖7b示出了在音頻信號(hào)的帶寬擴(kuò)展環(huán)境中解碼器側(cè)的示意圖。
具體實(shí)施例方式圖1分別示出了用于音頻信號(hào)的帶寬擴(kuò)展的設(shè)備或方法的示意圖。僅以示例方式 將圖1描述為設(shè)備，但是圖1同時(shí)也可以被認(rèn)為是用于帶寬擴(kuò)展的方法的流程圖。這里，在 輸入100，將音頻信號(hào)饋送入該設(shè)備。將音頻信號(hào)提供給信號(hào)擴(kuò)展器102，信號(hào)擴(kuò)展器102 被實(shí)現(xiàn)為用于使用大于1的擴(kuò)展因子產(chǎn)生所述音頻信號(hào)的、作為在時(shí)間上擴(kuò)展的時(shí)間信號(hào) 的版本。在圖1所示的實(shí)施例中，經(jīng)由擴(kuò)展因子輸入104來提供該擴(kuò)展因子。在信號(hào)擴(kuò)展 器102的輸出103處出現(xiàn)的擴(kuò)展的音頻時(shí)間信號(hào)被提供給抽取器105，抽取器105被實(shí)現(xiàn) 為使用與擴(kuò)展因子104匹配的抽取因子來對時(shí)間擴(kuò)展的音頻時(shí)間信號(hào)103進(jìn)行抽取。在 圖1中使用擴(kuò)展因子輸入104以示意圖方式示出了這一點(diǎn)，使用虛線來繪出擴(kuò)展因子輸入 104，并將其引至抽取器105。在一個(gè)實(shí)施例中，信號(hào)擴(kuò)展器中的擴(kuò)展因子等于抽取因子的 倒數(shù)。例如，如果在信號(hào)擴(kuò)展器102中應(yīng)用的擴(kuò)展因子為2. 0，則執(zhí)行抽取因子為0. 5的抽 取。然而，如果將抽取描述為執(zhí)行以2為因子的抽取，即每個(gè)第二采樣值被去除，那么在該 圖示中，抽取因子與擴(kuò)展因子相同。也可以根據(jù)實(shí)現(xiàn)方式來使用擴(kuò)展因子和抽取因子之間 的可選比值，例如整數(shù)比值或有理數(shù)比值。然而，當(dāng)擴(kuò)展因子分別等于抽取因子，或等于抽 取因子的倒數(shù)時(shí)，實(shí)現(xiàn)最大調(diào)和帶寬擴(kuò)展。在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例中，例如，抽取器105被實(shí)現(xiàn)為去除每個(gè)第二采樣(擴(kuò)展因 子等于2)，使得產(chǎn)生抽取的音頻信號(hào)具有與原始音頻信號(hào)100相同的時(shí)間長度。例如，也可 以使用例如形成加權(quán)的平均值或分別考慮到過去或未來的趨勢的其他抽取算法，然而，可 以以非常小的代價(jià)，通過采樣的去除來實(shí)現(xiàn)簡單的抽取。將抽取器105產(chǎn)生的抽取的時(shí)間 信號(hào)106提供給濾波器107，其中濾波器107被實(shí)現(xiàn)為從抽取的音頻信號(hào)106中提取帶通 信號(hào)，該帶通信號(hào)包含該設(shè)備的輸入處的音頻信號(hào)100中未包含的頻率范圍。在該實(shí)現(xiàn)中， 濾波器107可以被實(shí)現(xiàn)為數(shù)字帶通濾波器，例如FIR或IIR濾波器，或也可以被實(shí)現(xiàn)為模擬 帶通濾波器，但是數(shù)字實(shí)現(xiàn)是優(yōu)選的。此外，濾波器107被實(shí)現(xiàn)為使其提取操作102和105 產(chǎn)生的較高頻譜范圍，然而，其中，無論如何，對音頻信號(hào)100所涵蓋的底部頻譜范圍進(jìn)行 盡可能多的抑制。然而，在該實(shí)現(xiàn)中，濾波器107也可以被實(shí)現(xiàn)為使其也提取具有原始信號(hào) 100中包含的帶通信號(hào)的頻率的信號(hào)部分，其中，所提取的帶通信號(hào)包含原始音頻信號(hào)100中未包含的至少一個(gè)頻帶。將濾波器107輸出的帶通信號(hào)108提供給畸變器109，畸變器109被實(shí)現(xiàn)為對帶通 信號(hào)進(jìn)行畸變，使得該帶通信號(hào)包括預(yù)定包絡(luò)。可以用于進(jìn)行畸變的包絡(luò)信息可以從外部 輸入，或甚至可以來自編碼器或也可以從內(nèi)部產(chǎn)生，例如通過音頻信號(hào)100的盲外插來產(chǎn) 生，或基于解碼器側(cè)存儲(chǔ)的、使用音頻信號(hào)100的包絡(luò)作為索引的表來產(chǎn)生。最后，將畸變 器109輸出的畸變的帶通信號(hào)110提供給組合器111，組合器111被實(shí)現(xiàn)為將畸變的帶通信 號(hào)110與根據(jù)實(shí)現(xiàn)方式也被畸變的原始音頻信號(hào)100組合(在圖1中未示出延遲級)，以在 輸出112處產(chǎn)生帶寬擴(kuò)展的音頻信號(hào)。在可選實(shí)現(xiàn)方式中，畸變器109和組合器111的順序與圖1所示的圖示相反。這 里，將濾波器輸出信號(hào)，即帶通信號(hào)108直接與音頻信號(hào)100進(jìn)行組合，僅在進(jìn)行組合之后 才由畸變器109對從組合器111輸出的組合信號(hào)的較高頻帶進(jìn)行畸變。在這種實(shí)現(xiàn)方式中， 畸變器操作為用于對組合進(jìn)行進(jìn)行畸變的畸變器，使得組合信號(hào)包括預(yù)定包絡(luò)。因此，在該 實(shí)施例中，組合器被實(shí)現(xiàn)為使其將帶通信號(hào)108與音頻信號(hào)100進(jìn)行組合，以獲得帶寬擴(kuò)展 的音頻信號(hào)。在該實(shí)施例中，僅在組合之后才進(jìn)行畸變，優(yōu)選地，將畸變器109實(shí)現(xiàn)為使得 其分別不影響音頻信號(hào)100或音頻信號(hào)100提供的組合信號(hào)的帶寬，這是由于使用高質(zhì)量 編碼器對音頻信號(hào)的較低頻帶進(jìn)行編碼，而且該較低頻帶在解碼器側(cè)位于較高頻帶的合成 中，可以說，對所有內(nèi)容的度量不應(yīng)受到帶寬擴(kuò)展的干擾。在示意本發(fā)明的詳細(xì)實(shí)施例之前，參照圖7a和7b來示意一種帶寬擴(kuò)展的情形， 其中可以有利的實(shí)現(xiàn)本發(fā)明。在輸入700處，將音頻信號(hào)饋送入低通/高通組合。該低通 /高通組合一方面包括低通(LP)，用于產(chǎn)生在圖7a中的703處所示的音頻信號(hào)700的低 通濾波版本。使用音頻編碼器704對該低通濾波的音頻信號(hào)進(jìn)行編碼。例如，該音頻編碼 器是MP3編碼器(MPEG1層3)或AAC編碼器(也稱為MP4編碼器，在MPEG4標(biāo)準(zhǔn)中對其進(jìn) 行了描述)。在編碼器704中，可以使用提供頻帶受限的音頻信號(hào)703的透明(或有利地， 在心理聲學(xué)上透明)表示的可選的音頻編碼器，以分別產(chǎn)生完整編碼的、或心理聲學(xué)編碼 的，以及優(yōu)選地，在心理聲學(xué)上透明編碼的音頻信號(hào)705。濾波器702的高通部分(標(biāo)記為 “HP”)在輸出706處輸出音頻信號(hào)的較高頻帶。將音頻信號(hào)的高通部分，即較高頻帶或HF 頻帶(也標(biāo)記為HF部分)提供給參數(shù)計(jì)算器707，參數(shù)計(jì)算器707被實(shí)現(xiàn)為計(jì)算不同參數(shù)。 例如，這些參數(shù)是以相對粗糙的分辨率來表示的較高頻帶706的頻譜包絡(luò)，例如，分別使用 每個(gè)心理聲學(xué)頻率組或Bark尺度上的每個(gè)Bark頻帶的縮放因子來進(jìn)行表示。參數(shù)計(jì)算器 707可以計(jì)算的另一參數(shù)是較高頻帶中的噪聲毯，該噪聲毯的每頻帶能量可以優(yōu)選地與該 頻帶中的包絡(luò)的能量相關(guān)。參數(shù)計(jì)算器707可以計(jì)算的其他參數(shù)包括較高頻帶中的每個(gè) 部分頻帶的音調(diào)度量，該音調(diào)度量指示了頻帶中的頻譜能量是如何分布的，即頻帶中的頻 譜能量是否相對均勻地分布，則其中在該頻帶中存在非音調(diào)信號(hào)，或該頻帶中的能量是否 相對強(qiáng)地集中在頻帶中的特定位置，則其中對于該頻帶更可能存在音調(diào)信號(hào)。其他參數(shù)在 于對在較高頻帶中在高度和頻率上相對強(qiáng)地凸起的峰值進(jìn)行顯式編碼，作為帶寬擴(kuò)展的 概念，在沒有這樣的對較高頻帶中的顯著的正弦部分進(jìn)行顯式編碼的情況下的重構(gòu)將只能 非常初步地將其恢復(fù)，或完全不能恢復(fù)。在任何情況下，參數(shù)計(jì)算器707被實(shí)現(xiàn)為僅產(chǎn)生用于較高頻帶的參數(shù)708，可以對 該參數(shù)708進(jìn)行與編碼器704中執(zhí)行的用于量化的頻譜值的步驟類似的熵減少步驟，例如差分編碼、預(yù)測或霍夫曼編碼等。然后，將參數(shù)表示708和音頻信號(hào)705提供給下游的格式 器709，格式器709被實(shí)現(xiàn)為提供輸出側(cè)數(shù)據(jù)流710，典型地，該數(shù)據(jù)流是根據(jù)特定格式(如 在MEG4標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)范化的格式)的數(shù)據(jù)流。以下參照圖7b來示意尤其適于本發(fā)明的解碼器側(cè)。數(shù)據(jù)流710進(jìn)入數(shù)據(jù)流解釋 器711，數(shù)據(jù)流解釋器711被實(shí)現(xiàn)為將參數(shù)部分708與音頻信號(hào)部分705分離。使用參數(shù)解 碼器712來對參數(shù)部分708進(jìn)行解碼，以獲得解碼的參數(shù)713。與此并行地，使用音頻解碼 器714來對音頻信號(hào)部分705進(jìn)行解碼，以獲得在圖1中的100處所示的音頻信號(hào)。根據(jù)該實(shí)現(xiàn)方式，可以經(jīng)由第一輸出715輸出音頻信號(hào)100。然后，可以在輸出715 處獲得具有小帶寬從而也具有低質(zhì)量的音頻信號(hào)。然而，為了提高質(zhì)量，執(zhí)行本發(fā)明的帶寬 擴(kuò)展720 (例如，如圖1所示地來執(zhí)行)，以在輸出側(cè)獲得音頻信號(hào)112，音頻信號(hào)112分別 具有擴(kuò)展的或高的帶寬以及高的質(zhì)量。以下參照圖2a，示意圖1中的帶寬擴(kuò)展實(shí)現(xiàn)方式的優(yōu)選實(shí)現(xiàn)方式，優(yōu)選地，其可以 用于圖7b中的模塊712中。圖2a首先包括標(biāo)記為“音頻信號(hào)和參數(shù)”的模塊，該模塊可以 與圖7b中的模塊711、712和714相對應(yīng)，并使用200來標(biāo)記該模塊。模塊200在輸出側(cè)提 供輸出信號(hào)100以及解碼的參數(shù)713，該參數(shù)可以用于不同的畸變，例如用于音調(diào)校正109a 和包絡(luò)調(diào)整109b。將音調(diào)校正109a和包絡(luò)調(diào)整109b分別產(chǎn)生或校正的信號(hào)提供給組合器 111，以在輸出側(cè)獲得具有擴(kuò)展帶寬的音頻信號(hào)112。優(yōu)選地，使用相位聲碼器202a來實(shí)現(xiàn)圖1中的信號(hào)擴(kuò)展器102。優(yōu)選地，使用簡 單的采樣率轉(zhuǎn)換器205a來實(shí)現(xiàn)圖1中的抽取器105。優(yōu)選地，使用簡單的帶通濾波器107a 來實(shí)現(xiàn)用于帶通信號(hào)的提取的濾波器107。特別地，相位聲碼器202a和采樣率抽取器205a 可以以擴(kuò)展因子=2來操作。優(yōu)選地，提供了由相位聲碼器202a、抽取器205a和帶通濾波器207b組成的另一種 “系列”，以在濾波器207b的輸出處提取另一帶通信號(hào)，該帶通信號(hào)包括帶通濾波器207a的 上截止頻率與音頻信號(hào)100的最大頻率的3倍之間的頻率范圍。此外，提供了 k相位聲碼器202c，用于實(shí)現(xiàn)因子為k的音頻信號(hào)擴(kuò)展，其中k優(yōu)選 地是大于1的整數(shù)。抽取器205連接至相位聲碼器202c的下游，以k為因子來進(jìn)行抽取。 最后，將抽取的信號(hào)提供給帶通濾波器207c，帶通濾波器207c被實(shí)現(xiàn)為其下截止頻率等于 相鄰支路的上截止頻率，其上截止頻率與音頻信號(hào)100的最大頻率的k倍相對應(yīng)。組合器 209對所有帶通信號(hào)進(jìn)行組合，其中，例如，組合器209可以被實(shí)現(xiàn)為加法器?？蛇x地，組合 器209也可以被實(shí)現(xiàn)為加權(quán)加法器，根據(jù)該實(shí)現(xiàn)方式，獨(dú)立于元件109a、109b進(jìn)行的下游畸 變，該加權(quán)加法器對較高頻帶的衰減比對較低頻帶的衰減更強(qiáng)。此外，圖2a所示的系統(tǒng)包 括延遲級211，延遲級211確保在組合器111中進(jìn)行同步的組合，該組合例如可以是逐采樣 相加。圖3示出了在圖1或圖2a所示的處理中可能出現(xiàn)的不同頻譜的示意圖。圖3的部 分圖像⑴示出了例如在圖1中的100處或在圖7a中的703處出現(xiàn)的頻帶受限的音頻信 號(hào)。優(yōu)選地，使用信號(hào)擴(kuò)展器102將該信號(hào)擴(kuò)展至信號(hào)的原始持續(xù)時(shí)間的整數(shù)倍，隨后以整 數(shù)因子對其進(jìn)行抽取，這導(dǎo)致了如圖3中的部分圖像(2)所示的總的頻譜擴(kuò)展。在圖3中 示意了由包括通帶300的帶通濾波器所提取的HF部分。在第三部分圖像(3)中，圖3示出 了變型，其中在帶通信號(hào)的畸變之前，已經(jīng)將該帶通信號(hào)與原始音頻信號(hào)100進(jìn)行組合。因此，產(chǎn)生了具有未畸變的帶通信號(hào)的組合頻譜，其中，如部分圖像(4)所示，然后，進(jìn)行較高 頻帶的畸變，但是，如果可能，對較低頻帶不做修改，以獲得具有擴(kuò)展帶寬的音頻信號(hào)112。部分圖像(1)中的LF信號(hào)具有最大頻率LFmax。相位聲碼器202a執(zhí)行音頻信號(hào)的 置換，使得置換后的音頻信號(hào)的最大頻率為2LFmax?，F(xiàn)在，部分圖像(2)中的所產(chǎn)生的信號(hào) 被帶通濾波至LFmax至2LFmax的范圍。一般而言，當(dāng)使用k(k > 1)來表示擴(kuò)展因子時(shí)，帶通 濾波器包括(k-1) ^Fmax至k*LFmax的通帶。對不同的擴(kuò)展因子重復(fù)圖3所示的過程，直到 實(shí)現(xiàn)期望的最高頻率k · LFmax，其中k =最大擴(kuò)展因子kmax。以下，參照圖5和6來示意根據(jù)本發(fā)明的相位聲碼器202a、202b、202c的優(yōu)選實(shí)現(xiàn)方式。圖5a示出了相位聲碼器的濾波器組實(shí)現(xiàn)方式，其中，在輸入500處饋送入音頻信 號(hào)，并在輸出510處獲得音頻信號(hào)。具體地，圖5a所示的示意性濾波器組的每個(gè)通道包括 帶通濾波器501和下游振蕩器502。組合器(例如被實(shí)現(xiàn)為加法器并在503處示出)將來 自每個(gè)通道的所有振蕩器的輸出信號(hào)進(jìn)行組合，以獲得輸出信號(hào)。每個(gè)濾波器501被實(shí)現(xiàn) 為使得其一方面提供幅度信號(hào)，另一方面提供頻率信號(hào)。該幅度信號(hào)和頻率信號(hào)是示出濾 波器501中的幅度隨時(shí)間進(jìn)展的時(shí)間信號(hào)，而頻率信號(hào)則表示由濾波器510濾波的信號(hào)的 頻率進(jìn)展。圖5b中示出了濾波器501的示意設(shè)置?？梢匀鐖D5b中所示來對圖5a中的每個(gè)濾 波器501進(jìn)行設(shè)置，然而，其中，只有提供給兩個(gè)輸入混頻器551和加法器552的頻率在 每個(gè)通道中互不相同。低通553對混頻器輸出信號(hào)均進(jìn)行低通濾波，其中，低通信號(hào)與其由 本地振蕩器頻率(L0頻率)所產(chǎn)生時(shí)不同，其相位相差90°。的上方的低通濾波器553提 供了正交信號(hào)554，而下方的低通濾波器553提供了同相信號(hào)555。將這兩個(gè)信號(hào)，即I和 Q提供給坐標(biāo)變換器556，坐標(biāo)變換器556從矩形表示產(chǎn)生幅度相位表示。在輸出557處分 別輸出圖5a中的基于時(shí)間的幅度信號(hào)或相位信號(hào)。將相位信號(hào)提供給相位展開器(phase ■wrapper) 558。在元件558的輸出處，不再存在始終在0和360°之間的相位值，而存在線 性增大的相位值。將該“展開”的相位值提供給相位/頻率轉(zhuǎn)換器559，相位/頻率轉(zhuǎn)換器 559例如被實(shí)現(xiàn)為簡單的相位差形成器，用于從當(dāng)前時(shí)間點(diǎn)的相位減去前一時(shí)間點(diǎn)的相位， 以獲得當(dāng)前時(shí)間點(diǎn)的頻率值。將該頻率值與濾波器通道i的常數(shù)頻率值A(chǔ)相加，以在輸出 560處獲得時(shí)變的頻率值。輸出560處的頻率值具有直接分量=和交變分量=頻率偏差， 該頻率偏差是濾波器通道中的信號(hào)的當(dāng)前頻率與平均頻率^的偏差。因此，如圖5a和5b所示，相位聲碼器實(shí)現(xiàn)了頻譜信息與時(shí)間信息的分離。頻譜信 息在專用通道中，或在為每個(gè)通道提供頻率的直接部分的頻率&中，而時(shí)間信息分別被包 含在頻率偏差或基于時(shí)間的幅度中。圖5c示出了根據(jù)本發(fā)明的被執(zhí)行用于帶寬增大的操作，具體地，在相位聲碼器 202a中，更具體地，在圖5a中以虛線繪制的所示電路的位置處執(zhí)行該操作。為了進(jìn)行時(shí)間縮放，例如，可以對每個(gè)通道中的幅度信號(hào)A(t)或每個(gè)信號(hào)中的信 號(hào)頻率f(t)分別進(jìn)行抽取或插值。為了進(jìn)行對本發(fā)明有用的置換，執(zhí)行插值，即信號(hào)A(t) 和f(t)的時(shí)間延伸或擴(kuò)展，以獲得擴(kuò)展的信號(hào)A’ (t)和f’⑴，其中，如圖1所示，由擴(kuò)展 因子104來控制該插值。通過相位變化(即在加法器552進(jìn)行與常數(shù)頻率的相加之前的 值)的插值，未改變圖5a中的每個(gè)單獨(dú)的振蕩器502的頻率。然而，總體音頻信號(hào)的時(shí)間變化放緩(即通過因子2實(shí)現(xiàn))。其結(jié)果是具有原始音高(即原始基波及其諧波)的時(shí)間 擴(kuò)展的音調(diào)。通過執(zhí)行圖5c所示的信號(hào)處理，其中在圖5中的每個(gè)濾波器頻帶通道中執(zhí)行這 種處理，然后在圖1的抽取器105或圖5a的抽取器205a中分別對產(chǎn)生的時(shí)間信號(hào)進(jìn)行抽 取，，將音頻信號(hào)收縮至其原始的持續(xù)時(shí)間，同時(shí)將所有頻率增大為兩倍。這導(dǎo)致了因子為 2的音高置換，然而，其中，所獲得的音頻信號(hào)具有與原始音頻信號(hào)相同的長度，即相同的采 樣數(shù)目。作為圖5a所示的濾波器組實(shí)現(xiàn)方式的一種替代選擇，也可以使用相位聲碼器的 變換實(shí)現(xiàn)方式。這里，將音頻信號(hào)100作為時(shí)間采樣序列饋送入FFT處理器，或者更一般地， 饋送入短時(shí)傅立葉變換處理器600。在圖6中示意性地實(shí)現(xiàn)了 FFT處理器600，用于執(zhí)行音 頻信號(hào)的時(shí)間加窗，以便接著通過FFT來計(jì)算幅度譜和相位譜，其中，這種計(jì)算是對與音頻 信號(hào)的塊相關(guān)的連續(xù)頻譜來執(zhí)行的，這些連續(xù)頻譜的交疊較強(qiáng)。在一種極端情況下，對于每個(gè)新的音頻信號(hào)采樣，可以計(jì)算新的頻譜，其中，例如， 也可以僅對每二十分之一的新采樣來計(jì)算新的頻譜。優(yōu)選地，由控制器602給出兩個(gè)頻譜 之間的采樣距離a。該控制器602還被實(shí)現(xiàn)為向IFFT處理器604進(jìn)行饋送，而該IFFT處理 器604被實(shí)現(xiàn)為在交疊操作中操作。具體地，IFFT處理器604被實(shí)現(xiàn)為使得其基于幅度譜 和相位譜，對每個(gè)頻譜執(zhí)行一次IFFT來執(zhí)行反短時(shí)傅立葉變換，以便接著執(zhí)行疊加操作， 通過該疊加操作來產(chǎn)生時(shí)間范圍。該疊加操作消除了解析窗的效果。通過使IFFT處理器604處理的兩個(gè)頻譜之間的距離b大于在FFT頻譜的產(chǎn)生時(shí) 這兩個(gè)頻譜之間的距離a，實(shí)現(xiàn)了時(shí)間信號(hào)的擴(kuò)展。其基本思想是通過簡單地使逆FFT的間 隔大于解析FFT的間隔來擴(kuò)展音頻信號(hào)。由此，在合成的音頻信號(hào)中出現(xiàn)的頻譜變化比原 始音頻信號(hào)中更慢。然而，在沒有模塊606中的相位重新縮放的情況下，這將導(dǎo)致頻率偽像。例如，當(dāng) 考慮單個(gè)頻率箱(對其實(shí)現(xiàn)了相差45°的連續(xù)相位值)時(shí)，這意味著在該濾波器組內(nèi)的信 號(hào)在相位上以1/8圓周的速率增大，即每個(gè)時(shí)間間隔增大45°，其中，這里的時(shí)間間隔是連 續(xù)FFT之間的時(shí)間間隔?，F(xiàn)在，如果逆FFT要互相間隔更遠(yuǎn)，則這意味著在更長的時(shí)間間隔 上出現(xiàn)45°的相位增大。這意味著，無意中減小了該信號(hào)部分的頻率。為了消除該偽像頻 率減小，使用與在時(shí)間上對音頻信號(hào)進(jìn)行擴(kuò)展所使用的完全相同的因子來對相位進(jìn)行重新 縮放。因此，以因子b/a來增大每個(gè)FFT頻譜值的相位，以消除無意的頻率減小。盡管在圖5c所示的實(shí)施例中，對圖5a中的濾波器組實(shí)現(xiàn)方式中的一個(gè)信號(hào)振蕩 器實(shí)現(xiàn)了通過幅度/頻率控制信號(hào)的插值來進(jìn)行的擴(kuò)展，但是，在圖6中，通過使兩個(gè)IFFT 頻譜之間的距離大于兩個(gè)FFT頻譜之間的距離，即b大于a來實(shí)現(xiàn)擴(kuò)展，然而，其中，為了防 止偽像，根據(jù)b/a來執(zhí)行相位的重新縮放。關(guān)于相位聲碼器的詳細(xì)描述，參照以下文獻(xiàn)“The phase Vocoder :A tutorial " , Mark Dolson, Computer Music Journal, vol.10, no.4, pp. 14—27,1986 ；或"New phase Vocoder techniques for pitch-shifting, harmonizing and other exotic effects" , L. Laroche und M. Dolson, Proceedings 1999 IEEE Workshop on applications of signal processing to audio and acoustics, New Paltz, New York, October 17—20,1999, pages 91 to 94; “ Newapproached to transient processing interphase vocoder" , A. Robel, Proceeding of the 6th international conference on digital audio effects(DAFx-03), London, UK,September 8-11，2003，pages DAFx-Ito DAFx-6 ； “ Phase-locked Vocoder" ，Meller Puckette, Proceedings 1995, IEEE AS SP, Conference on applications of signal processing to audio and acoustics ；或美國專利申請?zhí)?6，549，884。圖2b示出了圖2a所示的系統(tǒng)的改進(jìn)，其中使用了瞬變檢測器250，瞬變檢測器 250被實(shí)現(xiàn)為確定音頻信號(hào)的當(dāng)前時(shí)間操作是否包含瞬變部分。瞬變部分在于以下事實(shí) 音頻信號(hào)總的變化很大，即例如，音頻信號(hào)的能量從一個(gè)時(shí)間部分至下一時(shí)間部分變化 (即增大或減小)的程度大于50%。然而，該50%的閾值僅是示例，該閾值也可以是更小或 更大的值。可選地，對于瞬變檢測，也可以考慮能量分布的改變，例如從話音至咝咝聲的轉(zhuǎn) 換。如果確定了音頻信號(hào)中的瞬變部分，則如260處所示，不進(jìn)行調(diào)和置換，而對于瞬 變時(shí)間范圍，執(zhí)行切換至非調(diào)和拷貝操作或非調(diào)和鏡像或其他一些帶寬擴(kuò)展算法。然后，如 果再次檢測到音頻信號(hào)不再是瞬變，則如圖1中的元件102、105所示，再次執(zhí)行調(diào)和置換。 在圖2b的270處示出了這一點(diǎn)。將模塊270和260的輸出信號(hào)提供給組合器280，由于音頻信號(hào)的時(shí)間部分可能是 瞬變的或非瞬變的，因此模塊270和260的輸出信號(hào)的到達(dá)在時(shí)間上具有偏移，組合器280 被實(shí)現(xiàn)為提供時(shí)間上的帶通信號(hào)，例如，可以將該信號(hào)提供給圖2a中的模塊109a中的音調(diào) 校正?？蛇x地，例如，也可以在加法器111之后執(zhí)行模塊280的組合。然而，這可能意味著， 對于音頻信號(hào)的整個(gè)變換塊假定了瞬變特性，或者，如果濾波器組實(shí)現(xiàn)方式也基于塊來操 作，則對整個(gè)這樣的塊，分別執(zhí)行對于瞬變或非瞬變的判決。由于如圖2a中所示并在圖5和6中更詳細(xì)解釋的相位聲碼器202a、202b、202c 在瞬變信號(hào)部分的處理中產(chǎn)生比非瞬變信號(hào)部分的處理中所產(chǎn)生的更多的偽像，因此，如 圖2b中的260處所示，執(zhí)行向非調(diào)和拷貝操作或鏡像的切換?？蛇x地，例如在以上引用的 Laroche的專業(yè)出版物中或在美國專利號(hào)6，549，884中所描述的，也可執(zhí)行將相位重新設(shè) 置為瞬變。如在模塊109a、109b中已經(jīng)示出的，在產(chǎn)生頻譜的HF部分之后，執(zhí)行頻譜形成和 向噪聲的原始度量的調(diào)整。例如，在縮放因子、dB(A)加權(quán)縮放因子或線性預(yù)測的幫助下， 可以進(jìn)行頻譜形成，其中，線性預(yù)測的優(yōu)點(diǎn)在于，不需要時(shí)間/頻率轉(zhuǎn)換和后續(xù)的頻率/時(shí) 間轉(zhuǎn)換。至此，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于，通過使用相位聲碼器，進(jìn)一步擴(kuò)展了具有增大的頻率的 頻譜，而且，該頻譜通過整數(shù)擴(kuò)展而始終正確地調(diào)和銜接。因此，排除了在LF范圍的截止頻 率處的粗糙感的產(chǎn)生，并防止了由頻譜的HF部分的過度密集的占用而導(dǎo)致的干擾。此外， 可以使用有效的相位聲碼器實(shí)現(xiàn)方式，而且可以在不需要濾波器組拼接操作的情況下而實(shí) 現(xiàn)?？蛇x地，也可以使用其他信號(hào)擴(kuò)展方法，例如PSOLA方法(音高同步疊加)。音高 同步疊加，簡稱為PS0LA，是一種合成方法，其中話音信號(hào)的記錄位于數(shù)據(jù)庫中。只要它們是 周期信號(hào)，就向其提供關(guān)于基頻(音高)的信息，并標(biāo)記出每個(gè)周期的起始處。在合成中， 使用特定環(huán)境，通過窗函數(shù)來截?cái)噙@些周期，并在合適的位置將其添加至要合成的信號(hào)根據(jù)期望的基頻是高于還是低于數(shù)據(jù)庫條目的基頻，相應(yīng)地，比在原始信號(hào)中更密集或更不 密集的方式對其進(jìn)行組合。為了調(diào)整可聽信號(hào)的持續(xù)時(shí)間，可以省略周期，或以雙倍方式輸 出周期。這種方法也稱為TD-PS0LA，其中TD代表時(shí)域，并強(qiáng)調(diào)該方法在時(shí)域中操作。另一 種發(fā)展是多頻帶重新合成疊加方法，簡稱為MBR0LA。這里，通過預(yù)處理使數(shù)據(jù)庫中的片段具 有均勻的基頻，并對諧波的相位位置進(jìn)行規(guī)范化。由此，在從一個(gè)片段至下一片段的轉(zhuǎn)變的 合成中，產(chǎn)生較少的感知干擾，而且所實(shí)現(xiàn)的話音質(zhì)量更高。在另一種可選方式中，在擴(kuò)展之前，已經(jīng)對音頻信號(hào)進(jìn)行了帶通濾波，使得擴(kuò)展和 抽取之后的信號(hào)已經(jīng)包含期望的部分，可以省略隨后的帶通濾波。在這種情況下，帶通濾波 器被設(shè)置為使得在帶通濾波器的輸出信號(hào)中仍然包括音頻信號(hào)中在帶寬擴(kuò)展之后可能已 被濾除的部分。因此，帶通濾波器包含在擴(kuò)展和抽取之后的音頻信號(hào)106中不包含的頻率 范圍。具有該頻率范圍的信號(hào)是形成合成的高頻信號(hào)的期望信號(hào)。在本實(shí)施例中，畸變器 109不對帶通信號(hào)進(jìn)行畸變，而對從帶通濾波后的音頻信號(hào)導(dǎo)出的擴(kuò)展和抽取后的信號(hào)進(jìn) 行畸變。還要注意，在原始信號(hào)的頻率范圍中，擴(kuò)展信號(hào)也可能是有幫助的，例如通過將原 始信號(hào)與擴(kuò)展信號(hào)混合，因此，不需要“嚴(yán)格”的通帶。然后，擴(kuò)展信號(hào)在其與原始信號(hào)在頻 率上交疊的頻帶中，可以很好地與原始信號(hào)混合，以修正原始信號(hào)在該交疊范圍中的特性。還要注意，畸變109和濾波107的功能可以在單個(gè)濾波器模塊中實(shí)現(xiàn)，或可以在兩 個(gè)級聯(lián)的分離的濾波器中實(shí)現(xiàn)。由于畸變是根據(jù)信號(hào)來進(jìn)行的，因此，該濾波器模塊的幅度 特性將是可變的。然而，其頻率特性與信號(hào)無關(guān)。根據(jù)圖1所示的實(shí)現(xiàn)方式，可以首先對整體音頻信號(hào)進(jìn)行擴(kuò)展、抽取，然后進(jìn)行濾 波，其中，濾波與元件107、109的操作相對應(yīng)。因此，在濾波之后或在濾波的同時(shí)執(zhí)行畸變， 其中，出于這種目的，采取數(shù)字濾波器形式的組合的濾波器/畸變器模塊是合適的?？蛇x 地，這里，當(dāng)使用兩個(gè)不同的濾波器元件時(shí)，可以在(帶通)濾波(107)之前進(jìn)行畸變。再一次，可選地，可以在擴(kuò)展之前進(jìn)行帶通濾波，使得在抽取之后僅進(jìn)行畸變 (109)。為了實(shí)現(xiàn)這種功能，這里，兩個(gè)不同的元件是優(yōu)選的。再一次，可選地，在上述所有變型中，也可以在合成信號(hào)與原始音頻信號(hào)的組合之 后進(jìn)行畸變，例如，可以使用在原始濾波器的頻率范圍中對要濾波的信號(hào)沒有作用或僅有 非常小作用的濾波器，然而，該濾波器在擴(kuò)展的頻率范圍中產(chǎn)生期望的包絡(luò)。在這種情況 下，優(yōu)選地，仍使用兩個(gè)不同元件用于提取和畸變。本發(fā)明的概念適于全帶寬不可用的所有音頻應(yīng)用。在例如通過數(shù)字無線電、因特 網(wǎng)流以及在音頻通信應(yīng)用中對音頻內(nèi)容進(jìn)行傳播時(shí)，可使用本發(fā)明的概念。根據(jù)環(huán)境，本發(fā)明的方法可以以硬件或軟件形式被實(shí)現(xiàn)用于分析信息信號(hào)。該實(shí) 現(xiàn)可以在數(shù)字存儲(chǔ)介質(zhì)上執(zhí)行，尤其是其上存儲(chǔ)有電子可讀控制信號(hào)的軟盤或CD，所述控 制信號(hào)可以與可編程計(jì)算機(jī)系統(tǒng)協(xié)作，以執(zhí)行本方法。一般地，因此，本發(fā)明在于具有程序 代碼的計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品，所述程序代碼存儲(chǔ)在機(jī)器可讀載體上，當(dāng)計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品在計(jì)算 機(jī)上執(zhí)行時(shí)，所述程序代碼執(zhí)行本方法。換言之，因此，本發(fā)明可以被實(shí)現(xiàn)為具有程序代碼 的計(jì)算機(jī)程序，當(dāng)計(jì)算機(jī)程序在計(jì)算機(jī)上執(zhí)行時(shí)，所述程序代碼執(zhí)行本方法。
權(quán)利要求
一種用于音頻信號(hào)的帶寬擴(kuò)展的設(shè)備，包括信號(hào)擴(kuò)展器(102)，用于使用大于1的擴(kuò)展因子產(chǎn)生所述音頻信號(hào)的、作為在時(shí)間上擴(kuò)展的時(shí)間信號(hào)的版本；抽取器(105)，用于使用與所述擴(kuò)展因子相匹配的抽取因子來對所述音頻信號(hào)的時(shí)間擴(kuò)展的版本(103)進(jìn)行抽??；濾波器(107、109)，用于從所抽取的音頻信號(hào)(106)中提取包含所述音頻信號(hào)(100)中未包含的頻率范圍的畸變信號(hào)，或在信號(hào)擴(kuò)展器(102)進(jìn)行擴(kuò)展之前從所述音頻信號(hào)中提取信號(hào)，所述信號(hào)包含擴(kuò)展和抽取之后的音頻信號(hào)(106)中未包含的頻率范圍，其中所述畸變信號(hào)(108)被畸變?yōu)槭沟盟龌冃盘?hào)(108)、所抽取的音頻信號(hào)或組合信號(hào)包括預(yù)定包絡(luò)，以及組合器(111)，用于將畸變信號(hào)或未畸變信號(hào)與所述音頻信號(hào)(100)進(jìn)行組合，以獲得帶寬擴(kuò)展的音頻信號(hào)(112)。
2.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中，所述信號(hào)擴(kuò)展器被實(shí)現(xiàn)為使用大于1的整數(shù)擴(kuò)展因子，所述抽取器(105)被實(shí)現(xiàn)為使用等于擴(kuò)展因子或擴(kuò)展因子的倒數(shù)的抽取因子；以及 所述濾波器(107)被實(shí)現(xiàn)為提取帶通信號(hào)，使得所述帶通信號(hào)包括由所述信號(hào)擴(kuò)展器 和所述抽取器通過擴(kuò)展和抽取而重新產(chǎn)生的頻率范圍。
3.如權(quán)利要求1或2所述的設(shè)備，其中，所述信號(hào)擴(kuò)展器(102)被實(shí)現(xiàn)為對所述音頻信 號(hào)(100)進(jìn)行擴(kuò)展，使得所述音頻信號(hào)的音高不改變。
4.如前述權(quán)利要求之一所述的設(shè)備，其中，所述信號(hào)擴(kuò)展器(102)被實(shí)現(xiàn)為對所述音 頻信號(hào)進(jìn)行擴(kuò)展，使得所述音頻信號(hào)的持續(xù)時(shí)間增加，并使得擴(kuò)展的音頻信號(hào)的帶寬等于 所述音頻信號(hào)的帶寬。
5.如前述權(quán)利要求之一所述的設(shè)備，其中，所述信號(hào)擴(kuò)展器(102)包括相位聲碼器 (202a、202b、202c)。
6.如權(quán)利要求5所述的設(shè)備，其中，以濾波器組或傅立葉變換器的實(shí)現(xiàn)方式來實(shí)現(xiàn)所 述相位聲碼器。
7.如前述權(quán)利要求之一所述的設(shè)備，其中，所述信號(hào)擴(kuò)展器(102)被實(shí)現(xiàn)為以2為因子 來擴(kuò)展信號(hào)，以獲得第一擴(kuò)展信號(hào)，還存在另一信號(hào)擴(kuò)展器(202b)，被實(shí)現(xiàn)為以3為因子來擴(kuò)展信號(hào)，以獲得第二擴(kuò)展信號(hào)，所述抽取器(105)被實(shí)現(xiàn)為以2為因子來對第一擴(kuò)展信號(hào)進(jìn)行抽取， 還存在另一抽取器(205b)，被實(shí)現(xiàn)為以3為因子來對第二擴(kuò)展信號(hào)進(jìn)行抽取， 所述濾波器(107)被實(shí)現(xiàn)為濾除第一抽取器輸出的信號(hào)中新產(chǎn)生的頻帶，或在擴(kuò)展之 前執(zhí)行濾波，還存在第二帶通濾波器(207b)，用于從第二抽取信號(hào)中提取相對于第一抽取信號(hào)而言 新的頻帶，或在擴(kuò)展之前執(zhí)行濾波，以及存在另一組合器(209)，用于將所提取的信號(hào)相加，或?qū)⒒兒蟮乃崛〉男盘?hào)相加。
8.如權(quán)利要求7所述的設(shè)備，其中，還存在由另一相位聲碼器(202c)、下游抽取器 (205c)和下游帶通濾波器(207c)組成的另一組，這一組被設(shè)置為擴(kuò)展因子(k)，以產(chǎn)生向2加法器(209)提供的另一帶通信號(hào)。
9.如前述權(quán)利要求之一所述的設(shè)備，其中，所述信號(hào)擴(kuò)展器(102)被實(shí)現(xiàn)為輸出時(shí)間信號(hào)作為采樣序列，所述采樣序列具有所述 音頻信號(hào)(100)的完整帶寬，以及所述抽取器(105)被實(shí)現(xiàn)為獲得所述采樣序列作為輸入信號(hào)，并對所述輸入信號(hào)進(jìn)行 抽取。
10.如前述權(quán)利要求之一所述的設(shè)備，其中，畸變器(109)被實(shí)現(xiàn)為基于傳送的參數(shù) (173)來執(zhí)行畸變。
11.如前述權(quán)利要求之一所述的設(shè)備，還包括瞬變檢測器(250)，被實(shí)現(xiàn)為，當(dāng)檢測到音頻信號(hào)中的瞬變部分時(shí)，控制信號(hào)擴(kuò)展器 (102)或抽取器(105)執(zhí)行(260)用于產(chǎn)生較高頻譜部分的替代方式。
12.如前述權(quán)利要求之一所述的設(shè)備，還包括音調(diào)/噪聲校正模塊(109a)，被實(shí)現(xiàn)為對帶通信號(hào)或畸變的帶通信號(hào)的音調(diào)或噪聲進(jìn) 行處理。
13.如前述權(quán)利要求之一所述的設(shè)備，其中，所述信號(hào)擴(kuò)展器(102)包括多個(gè)濾波器通 道，其中，每個(gè)濾波器通道包括用于產(chǎn)生時(shí)變幅度信號(hào)(557)和時(shí)變頻率信號(hào)(560)的濾波 器和能夠由這些時(shí)變信號(hào)來控制的振蕩器(502)，其中，每個(gè)濾波器通道包括用于對時(shí)變幅 度信號(hào)(A(t))進(jìn)行插值以獲得插值的時(shí)變幅度信號(hào)(A’ (t))的插值器，或包括用于使用擴(kuò) 展因子(104)對頻率信號(hào)進(jìn)行插值以獲得插值的頻率信號(hào)的插值器，以及每個(gè)濾波器通道的振蕩器(502)被實(shí)現(xiàn)為由插值的幅度信號(hào)或由插值的頻率信號(hào)來 控制。
14.如權(quán)利要求1至12之一所述的設(shè)備，其中，所述信號(hào)擴(kuò)展器(102)包括FFT處理器(600)，用于產(chǎn)生所述音頻信號(hào)的時(shí)間采樣交疊塊的連續(xù)頻譜，其中，所述 交疊塊以第一時(shí)間距離(a)彼此分隔；IFFT處理器，用于將連續(xù)頻譜從頻率范圍變換至?xí)r間范圍，以產(chǎn)生以第二時(shí)間距離 (b)彼此分隔的時(shí)間采樣交疊塊，所述第二時(shí)間距離(b)大于所述第一時(shí)間距離(a)；以及相位重新縮放器(606)，用于根據(jù)所述第一時(shí)間距離(a)與所述第二時(shí)間距離(b)的比 值，對所產(chǎn)生的FFT頻譜序列的頻譜值的相位進(jìn)行重新縮放。
15.一種用于音頻信號(hào)的帶寬擴(kuò)展的方法，包括使用大于1的擴(kuò)展因子產(chǎn)生(102)所述音頻信號(hào)的、作為在時(shí)間上擴(kuò)展的時(shí)間信號(hào)的 版本；使用與所述擴(kuò)展因子相匹配的抽取因子來對所述音頻信號(hào)的時(shí)間擴(kuò)展的版本(103) 進(jìn)行抽取(105)；從所抽取的音頻信號(hào)(106)中提取(107、109)包含所述音頻信號(hào)(100)中未包含的頻 率范圍的畸變信號(hào)，或進(jìn)行擴(kuò)展(102)之前，從所述音頻信號(hào)中提取信號(hào)，所述信號(hào)包含擴(kuò) 展和抽取之后的音頻信號(hào)(106)中未包含的頻率范圍，其中，所述畸變信號(hào)被畸變?yōu)槭沟?所提取的信號(hào)(108)、所抽取的音頻信號(hào)或組合信號(hào)包括預(yù)定包絡(luò)，以及將畸變信號(hào)或未畸變信號(hào)與所述音頻信號(hào)(100)進(jìn)行組合(111)，以獲得帶寬擴(kuò)展的 音頻信號(hào)(112)。
16. 一種具有程序代碼的計(jì)算機(jī)程序，當(dāng)所述計(jì)算機(jī)程序在計(jì)算機(jī)上執(zhí)行時(shí)，所述程序 代碼用于執(zhí)行根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法。
全文摘要
為了對音頻信號(hào)進(jìn)行帶寬擴(kuò)展，在信號(hào)擴(kuò)展器中，使用大于1的擴(kuò)展因子在時(shí)間上對音頻信號(hào)進(jìn)行擴(kuò)展。然后，將在時(shí)間上擴(kuò)展的音頻信號(hào)提供給抽取器，以使用與擴(kuò)展因子相匹配的抽取因子來對時(shí)間擴(kuò)展的版本進(jìn)行抽取。對所述抽取操作所產(chǎn)生的頻帶進(jìn)行提取和畸變，并最終與所述音頻信號(hào)進(jìn)行組合，以獲得帶寬擴(kuò)展的音頻信號(hào)。以濾波器組實(shí)現(xiàn)方式或變換實(shí)現(xiàn)方式來實(shí)現(xiàn)的相位聲碼器可以用于信號(hào)擴(kuò)展。
文檔編號(hào)G10L21/02GK101933087SQ200980103756
公開日2010年12月29日 申請日期2009年1月20日 優(yōu)先權(quán)日2008年1月31日
發(fā)明者弗雷德里克·納格爾, 薩沙·迪施, 馬克斯·諾伊恩多夫 申請人:弗勞恩霍夫應(yīng)用研究促進(jìn)協(xié)會(huì)