專利名稱：用于生成帶寬擴展信號的裝置與方法
技術領域：
根據(jù)本發(fā)明的實施例涉及音頻信號處理，且特別地涉及一種用于從輸入信號生成 帶寬擴展信號的裝置與方法、一種用于基于輸入信號和音頻信號提供帶寬減小信號的裝置 與方法。
背景技術：
音頻信號的自適應感知編碼提供了實際數(shù)據(jù)速率的減小用于有效儲存與傳輸，在 許多領域自適應感知編碼已獲得廣泛的接受。已知許多編碼算法，例如MPEG 1/2第3層 (“MP3”)或MPEG 4 AAC(高級音頻編碼)。然而，為此使用的編碼，特別是當以最低比特率 操作時，可導致主觀音頻質(zhì)量降低，而這通常主要由編碼器側(cè)引起的要被傳送的音頻信號 帶寬限制導致。從WO 98 57436可知道在這種情況下，音頻信號在編碼器側(cè)受到頻帶限制，并且 利用高質(zhì)量音頻編碼器(“核心編碼器”)只能對音頻信號的較低頻帶進行編碼。然而，較 高頻帶僅被非常粗糙地表示，即由再現(xiàn)較高頻帶的頻譜包絡的一組參數(shù)表示。接著在解碼 器側(cè)，合成較高頻帶。為此目的，提出了諧波變換，其中，將已解碼的音頻信號的較低頻帶提 供給濾波器組。將較低頻帶的濾波器組通道連接到較高頻帶的濾波器組通道，或者將較低 頻帶的濾波器組通道“修補”，并每個修補的帶通信號接受包絡調(diào)節(jié)。屬于特定分析濾波器 組的合成濾波器組接收較低頻帶中的音頻信號的帶通信號和經(jīng)調(diào)諧地修補成較高頻帶的 較低頻帶的包絡調(diào)整帶通信號。合成濾波器組的輸出信號是相對于其原始帶寬的被擴展的 音頻信號，由運行在非常低數(shù)據(jù)速率操作的核心編碼器將該音頻信號從編碼器側(cè)傳送到解 碼器側(cè)。特別地，濾波器組域中的濾波器組計算與修補可帶來高計算的好處。由用于帶寬受限音頻信號的帶寬擴展的復雜性減小方法替代使用使低頻信號 部分(LF)成為高頻范圍(HF)的復制功能，以接近由頻帶限制產(chǎn)生的信息丟失。這些 方法在下面進行了描述2002年5月在慕尼黑召開的第112屆AES會議(112th AES convention, Munich)發(fā)表的 M.Dietz， L. Liljeryd, K. Kjerling及 0. Kunz 的"Spectral Band Replication, a novel approach in audio coding" ；2002 ^ 5 ^ : / !! JFW 第 112 屆 AES 會議發(fā)表的 S.Mel tzer,R. Behm 及 F. Henn 的 “ SBR enhanced audio codecs for digital broadcasting such as "Digital Radio Mondiale" (DRM) " ；2002 ^Ξ 5
慕尼黑召開的第112屆AES會議發(fā)表的T. Ziegler，A. Ehret, P. Ekstrand及M. Lutzky的 "Enhancing mp3 with SBR :Features and Capabilities of the new mp3PR0 Algorithm，，; 國際標準 IS0/IEC 14496-3 :2001/FPDAM U"Bandwidth Extension”，IS0/IEC 2002 或 Vasu Iyengar ^AW^H^^1J Nr. 5, 455, 888"Speech bandwidth extension method and apparatus”。在這些方法中，均未執(zhí)行諧波變換，但是較低頻帶的連續(xù)帶通信號被引入到較高 頻帶的連續(xù)濾波器組通道中。通過這種方法，實現(xiàn)了音頻信號的較高頻帶的粗略近似。在 另一步驟中，通過使用從原始信號獲得的控制信息進行后處理，這種信號的粗略近似則與原始的相似。在這里，例如縮放因子用于調(diào)節(jié)頻譜包絡、反向濾波和噪聲基準的增加，該噪 聲基準用于調(diào)節(jié)音調(diào)和丟失諧波的正弦信號部分的補充，如同樣在MPEG-4高效高級音頻 編碼(HE-AAC)標準中所描述的。除此之外，其它方法使用用于帶寬擴展的相位聲碼器。當將相位聲碼器用于頻譜 擴展時，頻率線彼此進一步遠離。若例如通過量化使頻譜中存在間隙，則同樣甚至通過擴展 會增加間隙。在能量調(diào)節(jié)中，與原始信號中的各條線相比較，頻譜中的剩余線接收過多的能量。圖13顯示使用相位聲碼器的帶寬擴展1300的示意說明。在這個例子中，兩個補 丁 1312、1314被加入到信號的低頻帶1302中。該信號的上截止頻率1320也被稱為分頻器 (Xover)頻率(交越頻率)，是鄰近補丁 1312的低端頻率，而Xover頻率的兩倍是鄰近補丁 1312的上截止頻率和下一補丁 1314的下截止頻率。相位聲碼器使信號的低頻帶1302中的 頻率線的頻率加倍，以獲得鄰近補丁 1312，并使信號的低頻帶1302中的頻率線的頻率增至 三倍，以獲得下一補丁 1314。因此，鄰近補丁 1312的頻譜密度只是信號的低頻帶1302的頻 譜密度的一半，且下一補丁 1314的頻譜密度只是信號的低頻帶1302的頻譜密度的三分之
ο通過使頻帶(補丁)中的能量只集中到少數(shù)幾條頻率線，導致其不同原始的音色 的實質(zhì)改變。以前較多頻帶(頻率線)中的能量被總計到較少的剩余頻帶。下面提出了相位聲碼器的一些例子及其應用ICASSP，09的Frederik Nagel 禾口 Sascha Disch 的"A Harmonic Bandwidth Extension Method for Audio Codecs，，與 1995的Mohonk的Μ. Puckette的鎖相聲音合成機，IEEE ASSP音頻和聲音的信號處理應 用會議，Rdbel, Α.的相位聲音合成機中的瞬態(tài)檢測和保存；網(wǎng)址為citeseer. ist. psu. edu/679246. html,Laroche L.的Dolson Μ.的改進的相位聲音合成機的音頻的時標調(diào)整， IEEE Trans.語音及音頻處理，第7卷，第3號，第323-332頁及美國專利6549884。在WO 00/45379中顯示了一種用于填充間隙的方法。其包含一種用于使用高頻重 構的源編碼系統(tǒng)增強的方法與裝置。該申請旨在通過自適應噪聲基準相加來解決所重建的 高頻帶中的不足的噪聲成分的問題。加入的噪聲可填充間隙，但是可能不能充分地增加音 頻質(zhì)量或主觀質(zhì)量。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供音頻信號帶寬擴展的概念，這增加了帶寬擴展信號的主觀 質(zhì)量。這個目的由通過根據(jù)權利要求1和11所述的裝置、根據(jù)權利要求14所述的音頻信 號和權利要求15和16所述的方法實現(xiàn)。本發(fā)明的實施例提供了一種用于從輸入信號生成帶寬擴展信號的裝置。該輸入信 號的第一頻帶由第一分辨率數(shù)據(jù)表示，第二頻帶由第二分辨率數(shù)據(jù)表示，該第二分辨率低 于第一分辨率。該裝置包含補丁生成器及組合器。該補丁生成器被配置為根據(jù)第一補丁算 法從輸入信號的第一頻帶生成第一補丁，并被配置為根據(jù)第二補丁算法從輸入信號的第一 頻帶生成第二補丁。根據(jù)第二補丁算法生成的第二補丁的頻譜密度比根據(jù)第一補丁算法生 成的第一補丁的頻譜密度更高。該組合器被配置為組合該第一補丁、第二補丁和輸入信號 的第一頻帶，以獲得帶寬擴展信號。用于生成帶寬擴展信號的裝置被配置為根據(jù)第一補丁算法和根據(jù)第二補丁算法縮放輸入信號，或縮放第一補丁及第二補丁，以便帶寬擴展信號 滿足頻譜包絡準則。根據(jù)本發(fā)明的實施例基于這樣的中心思想，該中心思想是指將具有低頻譜密度的 補丁(這是指，例如與輸入信號的低頻帶相比較，該補丁包含間隙)與具有高頻譜密度的 補丁(這是指，例如與輸入信號的低頻帶相比較，該補丁只包含較少或不包含間隙)組合， 用于擴展輸入信號的頻帶。由于兩個補丁是基于輸入信號生成，因此輸入信號的低頻帶的 高頻率帶寬擴展可提供原始音頻信號的良好近似。此外，由于原始音頻信號的頻譜包絡應 被認為用于重建輸入信號的高頻帶，因此第一與第二補丁可在生成之前(通過縮放輸入信 號)或之后被縮放，以滿足頻譜包絡準則。以此方式，可顯著地增加帶寬擴展信號的主觀質(zhì) 量或音頻質(zhì)量。在根據(jù)本發(fā)明的一些實施例中，第一補丁算法是諧波補丁算法。換言之，第一補丁 被生成，以便第一補丁包含為輸入信號的第一頻帶的頻率的整數(shù)倍的頻率。此外，第二補丁 算法可以是混合補丁算法。這意味著例如可生成第二補丁，以便第二補丁包含為輸入信號 的第一頻帶的頻率的整數(shù)倍的頻率，和不為輸入信號的第一頻帶的頻率的整數(shù)倍的頻率。 因此，第二補丁的頻譜密度比第一補丁的頻譜密度更高。通過組合第一補丁與第二補丁，第 一補丁的丟失頻率線可由第二補丁的頻率線填充。以此方式，根據(jù)第一補丁算法的諧波帶 寬擴展中的間隙可由第二補丁填充，并且可顯著提高帶寬擴展信號的音頻質(zhì)量。根據(jù)本發(fā)明的一些實施例涉及用于基于輸入信號提供帶寬減小信號的裝置。該裝 置包含頻譜包絡數(shù)據(jù)確定器、補丁縮放控制數(shù)據(jù)生成器和輸出接口。該頻譜包絡數(shù)據(jù)確定 器被配置為基于輸入信號的高頻帶確定頻譜包絡數(shù)據(jù)。該補丁縮放控制數(shù)據(jù)生成器被配 置為生成補丁縮放控制數(shù)據(jù)，用于在解碼器側(cè)縮放帶寬減小信號或者用于通過解碼器縮放 第一補丁及第二補丁，以便由該解碼器生成的帶寬擴展信號滿足頻譜包絡準則。該頻譜包 絡準則系基于頻譜包絡數(shù)據(jù)。第一補丁根據(jù)第一補丁算法從帶寬減小信號的低頻帶生成， 并且第二補丁根據(jù)第二補丁算法從帶寬減小信號的低頻帶生成。根據(jù)第二補丁算法生成的 第二補丁的頻譜密度比根據(jù)第一補丁算法生成的第一補丁的頻譜密度更高。輸出接口被配 置為組合輸入信號的低頻帶、頻譜包絡數(shù)據(jù)和補丁縮放控制數(shù)據(jù)，以獲得帶寬減小信號。此 外，輸出接口被配置為提供用于傳輸或儲存的帶寬減小信號。根據(jù)本發(fā)明的一些其它實施例涉及包含第一頻帶及第二頻帶的音頻信號。第一頻 帶由第一分辨率數(shù)據(jù)表示，第二頻帶由第二分辨率數(shù)據(jù)表示。第二分辨率低于第一分辨率。 第二分辨率數(shù)據(jù)為基于第二頻帶的頻譜包絡數(shù)據(jù)和第二頻帶的補丁縮放控制數(shù)據(jù)，該補丁 縮放控制數(shù)據(jù)用于在解碼器側(cè)縮放音頻信號或通過解碼器縮放第一補丁和第二補丁，以便 由該解碼器生成的帶寬擴展信號滿足頻譜包絡準則。該頻譜包絡準則是基于頻譜包絡數(shù) 據(jù)。第一補丁根據(jù)第一補丁算法由音頻信號的第一頻帶生成，并且第二補丁根據(jù)第二補丁 算法由音頻信號的第一頻帶生成。根據(jù)第二補丁算法生成的第二補丁的頻譜密度比根據(jù)第 一補丁算法生成的第一補丁的頻譜密度更高。


根據(jù)本發(fā)明的實施例隨后將參考附圖詳細說明，其中圖1是用于從輸入信號生成帶寬擴展信號的裝置的框圖加是生成的第一補丁的示意圖；圖2b是生成的第一和第二補丁的示意圖；圖3a是用于從輸入信號生成帶寬擴展信號的裝置的框圖；圖北是限幅正弦輸入信號的示意圖；圖3c是經(jīng)半波整流的正弦輸入信號的示意圖；圖3d是經(jīng)限幅和全波整流正弦輸入信號的示意圖；圖4是用于從輸入信號生成帶寬擴展信號的裝置的框圖；圖fe是相位聲碼器的濾波器組實現(xiàn)的示意圖；圖恥是圖fe的濾波器的詳細說明；圖5c是用于處理圖fe的濾波器聲道中的幅度信號與頻率信號的示意圖；圖6是相位聲碼器的轉(zhuǎn)換實現(xiàn)的示意圖；圖7是用于從輸入信號生成帶寬擴展信號的裝置的框圖；圖8是用于從輸入信號生成帶寬擴展信號的裝置的框圖；圖9是用于從輸入信號生成帶寬擴展信號的裝置的框圖；圖10是用于基于輸入信號提供帶寬減小信號的裝置的框圖；圖11是用于從輸入信號生成帶寬擴展信號的方法的流程圖；圖12是用于基于輸入信號提供帶寬減小信號的方法的流程圖；和圖13是已知的帶寬擴展算法的示意圖。
具體實施例方式在下文中，相同標號被部分用于具有相同或類似功能特性的物體和功能單元，并 且關于附圖的描述也將應用到其它附圖，以減小實施例的重復描述。圖1顯示了根據(jù)本發(fā)明實施例的用于從輸入信號102生成帶寬擴展信號122的裝 置100的框圖。輸入信號102的第一頻帶由第一分辨率數(shù)據(jù)表示，并且第二頻帶由第二分 辨率數(shù)據(jù)表示，第二分辨率低于第一分辨率。該裝置100包含連接到組合器120的補丁生 成器110。該補丁生成器120根據(jù)第一補丁算法從輸入信號102的第一頻帶生成第一補丁 112，和根據(jù)第二補丁算法從輸入信號102的第一頻帶生成第二補丁 114。根據(jù)第二補丁算 法生成的第二補丁 114的頻譜密度比根據(jù)第一補丁算法生成的第一補丁 112的頻譜密度更 高。該組合器120組合第一補丁 112、第二補丁 114和輸入信號102的第一頻帶，以獲得帶 寬擴展信號122。此外，用于生成帶寬擴展信號122的裝置100根據(jù)第一補丁算法和根據(jù)第 二補丁算法縮放輸入信號102或縮放第一補丁 112和第二補丁 114，以便帶寬擴展信號122 滿足頻譜包絡準則。頻譜密度是指例如頻帶中的不同頻率或頻率線的密度。例如，從OHz到IOkHz的 頻帶(包含具有頻率4kHz及8kHz的頻率部分)比包含具有頻率2kHz、4kHz、6kHz、8kHz及 IOkHz的頻率部分的相同頻帶具有較低頻譜密度。因為第一補丁 112的頻譜密度比第二補 丁 114的頻譜密度更低，因此與第二補丁 114相比較，第一補丁 112包含間隙。因此，第二補 丁 114可用來填充這些間隙。因為兩個補丁是基于輸入信號102的第一頻帶，因此兩個補 丁都與對應于輸入信號102的原始信號的特性有關。因此，帶寬擴展信號122可以是原始 信號的良好近似，且通過使用所描述的思想，可顯著地提高帶寬擴展信號122的主觀質(zhì)量或音頻質(zhì)量。以此方式，較多的能量可分布在其余的線之間，并例如可避免不自然的聲音。例如，第一補丁算法可以是諧波補丁算法。因此，補丁生成器110可生成第一補丁 112，該第一補丁 112只包含是輸入信號102的第一頻帶中的頻率的整數(shù)倍的頻率。諧波帶 寬擴展可提供原始信號的音調(diào)結(jié)構的良好近似，但是這一補丁算法將在諧波頻率之間留下 間隙。這些間隙可由第二補丁填充。例如，第二補丁算法可以是混合補丁算法，這意味著補 丁生成器110可生成第二補丁 114，該第二補丁 114包含是輸入信號102的第一頻帶中的 頻率的整數(shù)倍的頻率(諧波頻率)和不是輸入信號102的第一頻帶中的頻率的整數(shù)倍的頻 率(非諧波頻率)。非諧波頻率可用于填充第一補丁 112中的間隙。組合全部的第二補丁 114(包括諧波頻率)與第一補丁 112也是可能的。在這個例子中，通過合適地縮放第一補 丁 112與/或第二補丁 114，由于組合第一補丁 112與第二補丁 114的諧波頻率部分生成的 諧波頻率的放大是可以考慮的。第一補丁 112和第二補丁 114包含至少部分相同的頻率范圍。例如，第一補丁 112 包含從4kHz到8kHz的頻帶，并且第二補丁 114包含從6kHz到IOkHz的頻帶。在根據(jù)本 發(fā)明的一些實施例中，第一補丁的下截止頻率等于第二補丁的下截止頻率，且第一補丁 112 的上截止頻率等于第二補丁 114的上截止頻率。例如，兩個補丁都包含從4kHz到SkHz的頻帶。圖加和圖2b顯示根據(jù)第一補丁算法212的第一補丁 112和根據(jù)第二補丁算法 214的第二補丁 114的例子。為了更好的顯示，圖加只顯示了第一補丁 112，和圖2b顯示 了第一補丁 112和相應的第二補丁 114。圖加顯示了輸入信號102的第一頻帶202和根據(jù) 第一補丁算法212生成的兩個第一補丁 112的例子200。在這個例子中，補丁包含與輸入信 號102的第一頻帶202相同的帶寬。帶寬也可以是不同的。輸入信號102的第一頻帶202 的上截止頻率220由“Xover”頻率(交越頻率)表示。在圖加中所示的例子中，補丁在等 于交越頻率Xover 220的多倍的頻率處開始。第一補丁 112中的頻率線是輸入信號102的 第一頻帶202中的頻率線的整數(shù)倍，并且可例如由相位聲碼器生成。與輸入信號102的第 一頻帶202相比較，這些第一補丁 112包含關于丟失頻率線的間隙。圖2b另外顯示了兩個相對應第二補丁 114的例子250。這些補丁根據(jù)第二補丁算 法214生成，且包含諧波及非諧波頻率。非諧波頻率線可用來填充第一補丁 112中的間隙。 第二補丁 114中的頻率線可例如由非線性失真生成。以此方式，間隙可不能被任意地填充，例如用噪聲填充所述間隙?；谳斎胄盘柕?第一頻帶中的第一分辨率數(shù)據(jù)，并且因此基于原始信號來填充間隙。例如，該輸入信號102的第一頻帶可代表以高分辨率編碼的原始音頻信號的低頻 帶。例如，輸入信號102的第二頻帶可代表原始音頻信號的高頻帶，并且可由如同例如頻譜 包絡數(shù)據(jù)、噪聲數(shù)據(jù)與/或具有低分辨率的丟失諧波數(shù)據(jù)的一個或多個參數(shù)來對其進行量 化。原始音頻信號可以是例如音頻信號，該音頻信號在處理或編碼之前由麥克風記錄。根據(jù)第一補丁算法和根據(jù)第二補丁算法縮放輸入信號是指例如將輸入信號在第 一補丁被生成之前根據(jù)第一補丁算法縮放一次，然后基于所縮放的輸入信號生成該第一補 丁，并且將輸入信號在第二補丁被生成之前根據(jù)第二補丁算法縮放一次，然后基于該所縮 放的輸入信號生成該第二補丁，以便在將第一補丁、第二補丁與輸入信號的第一頻帶組合 之后，帶寬擴展信號滿足頻譜包絡準則?？蛇x擇地，第一補丁與第二補丁在其生成以后被縮放，以便帶寬擴展信號也滿足頻譜包絡準則。同樣地與第一補丁和第二補丁的縮放相結(jié)合， 根據(jù)第一補丁算法和根據(jù)第二補丁算法縮放輸入信號是可能的。組合器120可以例如是加法器，且?guī)挃U展信號122可以是第一補丁 112、第二補 丁 114與輸入信號102的第一頻帶的加權和。滿足頻譜包絡準則意味著例如帶寬擴展信號的頻譜包絡是基于輸入信號所包含 的頻譜包絡數(shù)據(jù)?？捎删幋a器生成頻譜包絡數(shù)據(jù)且頻譜包絡數(shù)據(jù)可代表原始信號的第二頻 帶。以此方式，帶寬擴展信號的頻譜包絡可以是原始信號的頻譜包絡的良好近似。裝置100還可包含用于解碼輸入信號102的第一頻帶的核心解碼器。補丁生成器110與組合器120可以是例如專門設計的硬件或處理器或微控制器的 一部分，或可以是被配置為在計算機或微控制器上執(zhí)行的計算機程序。裝置100可以是解 碼器或音頻解碼器的一部分。圖3a顯示根據(jù)本發(fā)明的實施例的用于從輸入信號102生成帶寬擴展信號122的 裝置300的框圖。在這個例子中，補丁生成器110包含用于生成第一補丁的相位聲碼器310 和用于生成第二補丁 114的限幅器320。相位聲碼器310與限幅器320連接到組合器120。 相位聲碼器310可擴展輸入音頻信號102的第一頻帶，以生成包含諧波頻率的第一補丁 112。在非線性處理步驟中，限幅器320可限幅輸入信號102，以生成包含諧波與非諧波頻率 的第二補丁 114。作為限幅器320的替代，還可以使用半波整流器、全波整流器、混頻器或在 特性曲線的二次區(qū)域中的二極管由非線性處理步驟生成基于輸入信號102的非諧波頻率。圖3b、圖3c及圖3d顯示了用以生成非諧波頻率的限幅和/或整流輸入信號102 的實例。圖北顯示了限幅正弦輸入信號102的示意圖350。通過限制信號的幅度，導致采 用信號斜率的突變形式的不連續(xù)點380，并生成具有較高頻率的諧波與非諧波部分?？蛇x地，圖3c顯示也生成不連續(xù)點380的經(jīng)半波整流的正弦輸入信號102的示意 圖 360。此外，限幅與整流的組合是可能的。圖3d顯示了生成不同不連續(xù)點380的經(jīng)限幅 及全波整流正弦輸入信號102的示意說明370。通過限幅與/或整流或應用生成不連續(xù)點380的非線性處理的其它方法，可生成 具有不同頻率的寬帶譜。因此，根據(jù)這種補丁算法生成的補丁可包含高頻譜密度。圖4顯示了根據(jù)本發(fā)明的實施例的用于從輸入信號102生成帶寬擴展信號122的 裝置400的框圖。該裝置400類似于圖3a所示的裝置，但是額外地包含頻譜線選擇器410。 將該相位聲碼器310與限幅器320連接到頻譜線選擇器410，并且間將該頻譜線選擇器410 連接到組合器120。該頻譜線選擇器410可選擇第二補丁 114中的多個頻率線，以獲得可與 第一補丁互補的經(jīng)修改的第二補丁 414。如果第一補丁 112中的相對應頻率線丟失，則可以 選擇第二補丁 114中的頻率線。換言之，頻譜線選擇器410選擇第二補丁 114中的頻率線， 用于填充第一補丁 112中的間隙，且可忽視已由第一補丁 112包含的第二補丁 114中的頻 率。以此方式，經(jīng)修改的第二補丁 414可在已由第一補丁 112包含的頻率處包含間隙。在這個例子中，組合器120包含第一補丁 112、經(jīng)修改的第二補丁 414和輸入信號 102的第一頻帶。頻譜線選擇器410可以是例如補丁生成器110的一部分(如在圖4中所示)或獨
立單元。
在下文中，參考圖5和圖6，根據(jù)本發(fā)明顯示了相位聲碼器310的可能實現(xiàn)方式。 圖fe顯示了相位聲碼器的濾波器組實現(xiàn)方式，其中，音頻信號被饋送給輸入端500并在輸 出端510獲得。特別地，在圖fe中所示的示例濾波器組的每一通道包括帶通濾波器501和 下游振蕩器502。來自每個通道的所有振蕩器的輸出信號通過組合器來組合，該組合器例 如實現(xiàn)為加法器，并在503指示，以獲得輸出信號。每個濾波器501被實施，以便一方面提 供幅度信號，另一方面提供頻率信號。該幅度信號與頻率信號是說明濾波器501中的幅度 隨著時間發(fā)展的時間信號，而頻率信號代表由濾波器501中濾波的信號頻率的發(fā)展。在第 5b圖中顯示了濾波器501的示意設置。圖如中的每個濾波器501可如圖恥所示設置，然 而，其中只有提供給兩個輸入混頻器551和加法器552的頻率&在聲道之間不同?；祛l器 551的混頻器輸出信號都由低通濾波器553進行低通濾波，其中低通信號是不同的，因為 它們由失相90°的本地振蕩器頻率(L0頻率)生成。較高的低通濾波器553提供了正交 信號554，而較低的濾波器553提供同相的信號555。這兩個信號(即Q及I)被提供給從 直角表示生成幅度相位表示的坐標轉(zhuǎn)換器556。隨時間的逝去分別在輸出端557輸出圖fe 的幅度信號或幅度信號。將相位信號提供給相位解開器(imwrapper)558。在元件558的輸 出處，不再存在通常在0與360°之間的相位值，而存在線性增加的相位值。將這種“解開 的”相位值提供給相位/頻率轉(zhuǎn)換器陽9，該相位/頻率轉(zhuǎn)換器559可實現(xiàn)為例如簡單的相 位差計算器，該相位差計算器從在目前時間點的相位減去先前時間點的相位，以獲得目前 時間點的頻率值，或該相位/頻率轉(zhuǎn)換器559可實現(xiàn)為用于獲得相位變異量的近似的任何 其它裝置。這個頻率值被加到濾波器通道i中的恒定頻率值以在輸出端560處獲得時 變頻率。在輸出端560處的頻率值具有直流分量=A及交流分量=濾波器聲道中的信號 的目前頻率偏移平均頻率A的頻率偏移。因此，如在圖fe和圖恥所示，相位聲碼器實現(xiàn)頻譜信息與時間信息的分離。頻譜 信息包含在特定聲道或頻率^中，其提供用于每個聲道的頻率的直流部分，而時間信息分 別包含在隨著時間流逝的在頻率偏移或幅度變化。圖5c顯示根據(jù)本發(fā)明的處理，該處理被執(zhí)行用于生成第一補丁，特別地使用相位 聲碼器310來生成第一補丁，且較詳細地將第一補丁插入在第fe圖中所示電路的虛線位置。對于時間縮放，例如每個聲道中的幅度信號A (t)或每個聲道中的信號f (t)的頻 率可被降頻或內(nèi)插。為了轉(zhuǎn)換的目的，因為其對本發(fā)明有用，執(zhí)行內(nèi)插(即信號A(t)與f(t) 的時間延伸或擴展)，以獲得擴展信號A' (t)及f' (t)，其中該內(nèi)插受擴展因子598控制。 例如，可選擇擴展因子，以便相位聲碼器生成諧波頻率。通過相位變化的內(nèi)插，即由加法器 552加入恒定頻率之前的值，第fe圖中的每個振蕩器502的頻率沒有被改變。然而，將總的 音頻信號的時間改變減慢，即通過因子2。結(jié)果是具有原始補丁的時間擴展音調(diào)，即具有其 諧波的原始基本波。通過執(zhí)行在圖5c所示的信號處理，可將音頻信號縮小回到其原始期間，例如通過 以因子2的降頻，而所有頻率同時被加倍。這導致因子2音調(diào)轉(zhuǎn)置，然而，其中獲得音頻信 號，該音頻信號與原始音頻信號具有相同的長度(即相同的樣本數(shù)目)。作為在圖fe中所示濾波器組實施的替換，相位聲碼器的轉(zhuǎn)換實現(xiàn)也可如在圖6所 描述那樣使用。在這里，音頻信號698被饋給FFT處理器，或更普遍地，將其作為時間樣本序列反饋給短時傅利葉轉(zhuǎn)換(STFT)處理器600。FFT處理器600被實施以執(zhí)行音頻信號的 時間窗口，用以然后通過后續(xù)的FFT計算幅度頻譜和相位頻譜，其中，為連續(xù)頻譜執(zhí)行這種 計算，這涉及強烈重迭的音頻信號塊。在極端情況下，針對每個新音頻信號樣本，可計算新頻譜，其中，也可只針對每個 第二十個新樣本計算新頻譜。優(yōu)選地由控制器602給出在兩個頻譜之間的樣本的距離‘a(chǎn)’。 控制器602還被執(zhí)行以饋給IFFT處理器604，該IFFT處理器604被實施以在重迭-相加操 作中操作。特別地，執(zhí)行IFFT處理器604，以便通過基于幅度頻譜與相位頻譜對每個頻譜執(zhí) 行一次IFFT，它執(zhí)行逆向短時傅立葉轉(zhuǎn)換以獲得生成的時間信號。重迭相加操作被配置以 消除由分析窗口引起的阻塞效應。通過兩個頻譜之間的距離‘b’實現(xiàn)時間信號的時間擴展，如它們由IFFT處理器 604處理，其比用于FFT頻譜生成的頻譜之間的距離‘a(chǎn)’更大。基本思想是通過比分析FFT 間隔更遠的逆FFT采樣來擴展音頻信號。因此，所合成音頻信號中的頻譜改變較原始音頻 信號中的較緩慢地發(fā)生。然而，若在方框606中沒有相位重新縮放，這將導致頻率假象(artifact)。例如當 考慮其中45°的連續(xù)相位值被實施的一個單頻率窗口時，這意味著這個濾波器頻帶中的信 號的相位以1/8周期的速率增加，即每個時間區(qū)間45 °，其中該時間間隙是連續(xù)FFT之間的 時間間隔。如果現(xiàn)在該逆FFT彼此間隔得更遠，這意味著在更長時間間隔出現(xiàn)45°相位增 加。這意味著這個信號部分的頻率被無意修改。為了消除這種假象，相位由完全相同的因 子重新縮放，其中音頻信號通過該因子在時間上被擴展。每個FFT頻譜值的相位因此被增 加因子b/a倍，以便消除無意頻率修改。盡管在圖5c中所示的實施例中，對于在圖fe的濾波器組實現(xiàn)的一個信號振蕩器 而言，實現(xiàn)了通過振幅/頻率控制信號的內(nèi)插擴展，但是通過大于兩個FFT頻譜之間距離的 兩個IFFT頻譜之間的距離(即‘b’大于‘a(chǎn)’)來實現(xiàn)圖6中的擴展，然而，其中為了預防假 象，根據(jù)比例‘b/a’執(zhí)行相位重新縮放。例如距離‘b’可被選擇，以便相位聲碼器生成諧波頻率。圖7顯示了根據(jù)本發(fā)明實施例的用于從輸入信號102生成帶寬擴展信號122的 裝置700的框圖。裝置700類似于在圖1中所示的裝置，但是包含功率控制器710、第一功 率調(diào)整裝置720和第二功率調(diào)整裝置730。將該功率控制器710連接到第一功率調(diào)整裝置 720和第二功率調(diào)整裝置730。將第一功率調(diào)整裝置720和第二功率調(diào)整裝置730連接到 補丁生成器110。該功率控制器710可基于輸入信號所包含的頻譜包絡數(shù)據(jù)并基于輸入信 號所包含的補丁縮放，控制根據(jù)第一與第二補丁算法的輸入信號的縮放?？蛇x地，代替輸入 信號中包含的補丁縮放控制數(shù)據(jù)，可使用至少一個所儲存的補丁縮放控制參數(shù)。補丁縮放 控制參數(shù)可被補丁縮放控制參數(shù)存儲器儲存，該補丁縮放控制參數(shù)存儲器可以是功率控制 器710的一部分或一個獨立單元。第一功率調(diào)整裝置720可根據(jù)第一補丁算法縮放輸入信 號102，而第二功率調(diào)整裝置730可根據(jù)第二補丁算法縮放輸入信號102。換言之，可預處 理輸入信號102，以便可生成第一與第二補丁，以便帶寬擴展信號滿足頻譜包絡準則。為此， 頻譜包絡數(shù)據(jù)可定義帶寬擴展信號122的頻譜包絡，且補丁縮放控制數(shù)據(jù)或補丁縮放控制 參數(shù)可設定第一補丁 112與第二補丁 114之間的比例，或可設定第一補丁 112和/或第二 補丁 114的絕對值。如圖7所示，第一功率調(diào)整裝置720與第二功率調(diào)整裝置730可以是功率控制器710的一部分或者一個獨立單元。亦如在第7圖中所示，功率控制器710可以 是補丁生成器110的一部分或者一個獨立單元。功率調(diào)整裝置720、730可以是例如受功率 控制器710控制的放大器或濾波器。可選地，在補丁生成以后完成縮放。合適地，圖8顯示了根據(jù)本發(fā)明的實施例的用 于從輸入信號102生成帶寬擴展信號122的裝置800的框圖。該裝置800類似于在圖7中 所示的裝置，但是功率調(diào)整裝置720、730被布置在補丁生成器110與組合器120之間。在 這個例子中，將補丁生成器110連接到第一功率調(diào)整裝置720，并且連接到第二功率調(diào)整裝 置730。將第一功率調(diào)整裝置720與第二功率調(diào)整裝置730連接到組合器120。以此方式， 可根據(jù)第一補丁算法由第一功率調(diào)整裝置720來縮放第一補丁 112，而可根據(jù)第二補丁算 法由第二功率調(diào)整裝置730來縮放第二補丁 114。功率控制器710基于如前所述的頻譜包 絡數(shù)據(jù)和補丁縮放控制數(shù)據(jù)或補丁縮放控制參數(shù)，再次控制該功率調(diào)整裝置?？蛇x地，同樣地只縮放或功率調(diào)整兩個補丁中的一個，接著在組合所組合補丁與 輸入信號102的第一頻帶之前通過組合器120組合補丁和縮放所組合補丁是可能的。換言 之，第一個補丁可被縮放，以在兩個補丁之間實現(xiàn)預定義比率(例如基于補丁縮放控制數(shù) 據(jù))，然后將所組合補丁縮放(例如基于頻譜包絡數(shù)據(jù))，以滿足頻譜包絡準則。補丁縮放控制數(shù)據(jù)可包含例如用于功率分布縮放的簡單因子或多個參數(shù)。補丁縮 放控制數(shù)據(jù)可指示例如在全部第二頻帶或全部高頻帶上的第一補丁與第二補丁之間的功 率比率，或在全部第二頻帶或全部高頻帶上的第一補丁和/或第二補丁的功率的絕對值， 并且可由至少一個參數(shù)表示。可選地，針對共同構成第二頻帶或高頻帶的多個子頻帶中的 每一子頻帶，補丁縮放數(shù)據(jù)包含因子，例如類似于頻譜帶寬復制應用中的每個子頻帶的頻 譜包絡數(shù)據(jù)?？蛇x地，補丁縮放數(shù)據(jù)也可指示濾波器的轉(zhuǎn)換函數(shù)。例如，用于縮放第一補丁 的濾波器的轉(zhuǎn)換函數(shù)中的參數(shù)和/或用于縮放第二補丁的濾波器的轉(zhuǎn)換函數(shù)中的參數(shù)可 包含在輸入信號中。以此方式，該參數(shù)可代表頻率函數(shù)。另一可選方案可以是代表第一補 丁和第二補丁的微分函數(shù)的補丁縮放控制參數(shù)。根據(jù)這個實施例，輸入信號的縮放或第一 補丁與第二補丁的縮放可基于包含至少一個參數(shù)的補丁縮放控制數(shù)據(jù)。圖9顯示了根據(jù)本發(fā)明實施例的用于從輸入信號102生成帶寬擴展信號122的 裝置900的框圖。該裝置900類似于在第8圖中所示的裝置，但是另外地包含噪聲加法器 910、丟失諧波加法器920、噪聲功率調(diào)整裝置940和丟失諧波功率調(diào)整裝置950。將噪聲加 法器910連接到噪聲功率調(diào)整裝置940，將噪聲功率調(diào)整裝置940連接到組合器120。將丟 失諧波加法器920連接到丟失諧波功率調(diào)整裝置950，將丟失諧波功率調(diào)整裝置950連接到 組合器120。此外，將功率控制器710連接到噪聲功率調(diào)整裝置940和丟失諧波功率調(diào)整裝 置950。噪聲加法器910可基于輸入信號102所包含的噪聲數(shù)據(jù)生成噪聲補丁 912。噪聲補丁 912可通過噪聲功率調(diào)整裝置940來縮放。功率控制器710可基于輸入 信號102所包含的頻譜包絡數(shù)據(jù)和/或噪聲縮放數(shù)據(jù)控制噪聲功率調(diào)整裝置940。以此方 式，可近似原始信號的噪聲，以提高帶寬擴展信號的音頻質(zhì)量。丟失諧波加法器920可基于輸入信號所包含的丟失諧波數(shù)據(jù)生成丟失諧波補丁 922。該丟失諧波補丁 922可包含諧波頻率，該諧波頻率可只在原始信號的高頻帶中發(fā)生， 因此如果只是關于輸入信號102的第一頻帶的原始信號的低頻帶的信息是可用的，則不能 被再現(xiàn)。丟失諧波數(shù)據(jù)可提供有關這些丟失諧波的信息?？赏ㄟ^丟失諧波功率調(diào)整裝置950來縮放丟失諧波補丁 922。功率控制器710可基于頻譜包絡數(shù)據(jù)或基于輸入信號102所包 含的丟失諧波縮放數(shù)據(jù)，控制丟失諧波功率調(diào)整裝置950。組合器120可組合第一補丁 112、第二補丁 114、輸入信號102的第一頻帶、噪聲補 丁 912和丟失諧波補丁 922，以獲得帶寬擴展信號122。功率控制器710與功率調(diào)整裝置組 合，可基于頻譜包絡數(shù)據(jù)縮放第一補丁 112、第二補丁 114、噪聲補丁 912和丟失諧波補丁 922，以便滿足頻譜包絡準則。圖10顯示根據(jù)本發(fā)明的實施例的用于基于輸入信號1002提供帶寬減小信號1032 的裝置1000的框圖。該裝置1000包含頻譜包絡數(shù)據(jù)確定器1010、補丁縮放控制數(shù)據(jù)生成 器1020和輸出接口 1030。將頻譜包絡數(shù)據(jù)確定器1010和補丁縮放控制數(shù)據(jù)生成器1020 連接到輸出接口 1030。頻譜包絡數(shù)據(jù)確定器1010可基于輸入信號1002的高頻帶確定頻譜 包絡數(shù)據(jù)1012。補丁縮放控制數(shù)據(jù)生成器1020可生成補丁縮放控制數(shù)據(jù)1022，該補丁縮 放控制數(shù)據(jù)1022用于在解碼器側(cè)縮放帶寬減小信號1032或用于通過解碼器縮放第一補丁 和第二補丁，以便由該解碼器生成的帶寬擴展信號滿足頻譜包絡準則。該頻譜包絡準則基 于頻譜包絡數(shù)據(jù)。根據(jù)第一補丁算法從帶寬減小信號1032的第一頻帶生成第一補丁，而根 據(jù)第二補丁算法從帶寬減小信號1032的第一頻帶生成第二補丁。與根據(jù)第一補丁算法生 成的第一補丁的頻譜密度相比，根據(jù)第二補丁算法生成的第二補丁的頻譜密度更高。輸出 接口 1030組合輸入信號1002的低頻帶、頻譜包絡數(shù)據(jù)1012和補丁縮放控制數(shù)據(jù)1022，以 獲得帶寬減小信號1032。此外，輸出接口 1030提供帶寬減小信號1032，用于傳輸或儲存。裝置1000也可包含用于編碼輸入信號的低頻帶的核心編碼器。核心編碼器可以 是例如微分編碼器、熵編碼器或感知音頻編碼器。裝置1000可以是被配置為為上述解碼器提供信號的編碼器的一部分。補丁縮放 控制數(shù)據(jù)1022可包含例如用于功率分布縮放的簡單因子或多個參數(shù)。補丁縮放控制數(shù)據(jù) 可指示例如在全部高頻帶上的第一補丁與第二補丁之間的功率比，或在全部高頻帶上的第 一補丁和/或第二補丁的功率的絕對值，并且可由至少一個參數(shù)表示?？蛇x地，補丁縮放數(shù) 據(jù)包含針對一起構成該高頻帶的多個子頻帶中的每個子頻帶所確定的因子，例如類似于頻 譜帶寬復制應用中的每個子頻帶的頻譜包絡數(shù)據(jù)?？蛇x地，補丁縮放數(shù)據(jù)也可指示濾波器 的轉(zhuǎn)換函數(shù)。例如，可確定用于縮放第一補丁的濾波器的轉(zhuǎn)換函數(shù)中的參數(shù)和/或用于縮 放第二補丁的濾波器的轉(zhuǎn)換函數(shù)中的參數(shù)，用于生成補丁縮放控制數(shù)據(jù)。以此方式，可基于 頻率函數(shù)生成該參數(shù)。另一備選方案可以是生成代表第一補丁與第二補丁的微分函數(shù)的補 丁縮放控制參數(shù)?？赏ㄟ^分析輸入信號1002和基于對輸入信號1002的分析選擇儲存在補丁縮放控 制參數(shù)內(nèi)存中的補丁縮放控制參數(shù)來生成補丁縮放控制數(shù)據(jù)1022，以獲得補丁縮放控制數(shù) 據(jù) 1022?？蛇x地，通過分析合成方法可實現(xiàn)補丁縮放控制數(shù)據(jù)1022的生成。為此，補丁縮 放控制數(shù)據(jù)生成器1020可額外地包含補丁生成器(如針對解碼器的描述)和比較器。該 補丁生成器可根據(jù)第一補丁算法從輸入信號1002的低頻帶生成第一補丁，并且根據(jù)第二 補丁算法從輸入信號1002的低頻帶生成第二補丁。根據(jù)第二補丁算法生成的第二補丁的 頻譜密度比根據(jù)第一補丁算法生成的第一補丁的頻譜密度更高。該比較器可比較第一補 丁、第二補丁和輸入信號的高頻帶，以獲得補丁縮放控制數(shù)據(jù)1022。換言之，前述概念也被應用到裝置1000。以此方式，裝置1000可通過比較補丁或組合補丁與輸入信號來提取補丁 縮放控制數(shù)據(jù)1022，其中該輸入信號可以是例如原始音頻信號。此外，裝置1000也可包含 如前所述的頻譜線選擇器、功率控制器、噪聲加法器和/或丟失諧波加法器。以此方式，噪 聲數(shù)據(jù)、噪聲補丁縮放控制數(shù)據(jù)、丟失諧波數(shù)據(jù)與/或丟失諧波補丁縮放控制數(shù)據(jù)也可通 過分析合成方法來提取。根據(jù)本發(fā)明的一些實施例與包含第一頻帶和第二頻帶的音頻信號有關。第一頻帶 由第一分辨率數(shù)據(jù)表示，并且第二頻帶由第二分辨率數(shù)據(jù)表示，其中第二分辨率低于第一 分辨率。第二分辨率數(shù)據(jù)基于第二頻帶的頻譜包絡數(shù)據(jù)和第二頻帶的補丁縮放控制數(shù)據(jù)， 該補丁縮放控制數(shù)據(jù)用于在解碼器端縮放音頻信號或用于通過解碼器縮放第一補丁和第 二補丁，以便通過該解碼器生成的帶寬擴展信號滿足頻譜包絡準則。該頻譜包絡準則基于 頻譜包絡數(shù)據(jù)。根據(jù)第一補丁算法從音頻信號的第一頻帶生成第一補丁，和根據(jù)第二補丁 算法從音頻信號的第一頻帶生成第二補丁。根據(jù)第二補丁算法生成的第二補丁的頻譜密度 比根據(jù)第一補丁算法生成的第一補丁的頻譜密度更高。音頻信號例如可以是基于原始音頻信號的帶寬減小信號。音頻信號的第一頻帶可 表示在高分辨率下編碼的原始音頻信號的低頻帶。音頻信號的第二頻帶可表示原始音頻信 號的高頻帶，且可通過至少兩個參數(shù)來量化由頻譜包絡數(shù)據(jù)表示的頻譜包絡參數(shù)和由補 丁縮放控制數(shù)據(jù)表示的補丁縮放控制參數(shù)?；谶@種音頻信號，根據(jù)上述概念的解碼器可 生成帶寬擴展信號，該帶寬擴展信號提供原始音頻信號的良好近似且與已知概念相比較具 有改進的音頻質(zhì)量。圖11顯示根據(jù)本發(fā)明的實施例的用于從輸入信號生成帶寬擴展信號的方法1100 的流程圖。該輸入信號的第一頻帶由第一分辨率數(shù)據(jù)表示，并且第二頻帶由第二分辨率數(shù) 據(jù)表示，該第二分辨率低于該第一分辨率。該方法1100包含以下步驟生成1110第一補 丁、生成1120第二補丁、縮放1130輸入信號或縮放1130第一補丁及第二補丁，和組合1140 第一補丁、第二補丁與輸入信號的第一頻帶，以獲得帶寬擴展信號。根據(jù)第一補丁算法從輸 入信號的第一頻帶生成1110第一補丁，并且根據(jù)第二補丁算法從輸入信號的第一頻帶生 成1120第二補丁。根據(jù)第二補丁算法生成1120的第二補丁的頻譜密度比根據(jù)第一補丁算 法生成1110的第一補丁的頻譜密度更高?？筛鶕?jù)第一補丁算法和根據(jù)第二補丁算法來縮 放1130輸入信號，或可縮放1130第一補丁及第二補丁，以便帶寬擴展信號滿足頻譜包絡準 則。此外，方法1100可通過根據(jù)上述概念的步驟來擴展。例如，方法1100可實現(xiàn)為用 于在計算機或微控制器上執(zhí)行的計算機程序。圖12顯示根據(jù)本發(fā)明的實施例的用于基于輸入信號提供帶寬減小信號的方法 1200的流程圖。該方法1200包含以下步驟基于輸入信號的高頻帶確定1210頻譜包絡數(shù) 據(jù)、生成1220補丁縮放控制數(shù)據(jù)、組合1230輸入信號的低頻帶、頻譜包絡數(shù)據(jù)與補丁縮放 控制數(shù)據(jù)，以獲得帶寬減小信號，并提供1240帶寬減小信號用于傳輸或儲存。生成1220補 丁縮放控制數(shù)據(jù)，其用于在解碼器側(cè)縮放帶寬減小信號或用于通過解碼器縮放第一補丁及 第二補丁，以便通過該解碼器生成的帶寬擴展信號滿足頻譜包絡準則。該頻譜包絡準則基 于該頻譜包絡數(shù)據(jù)。根據(jù)第一補丁算法從帶寬減小信號的低頻帶生成第一補丁，及根據(jù)第 二補丁算法從帶寬減小信號的低頻帶生成第二補丁。根據(jù)第二補丁算法生成的第二補丁的頻譜密度比根據(jù)第一補丁算法生成的第一補丁的頻譜密度更高。此外，方法1200可通過根據(jù)上述概念的步驟來擴展。方法1200可例如被實現(xiàn)為 用于在計算機或微控制器上執(zhí)行的計算機程序。根據(jù)本發(fā)明的一些實施例涉及裝置，該裝置用于使用用于帶寬擴展的相位聲碼器 與用于更密集的頻譜的非線性失真或噪聲填充相組合來生成帶寬擴展信號。當應用帶寬擴 展的相位聲碼器時，頻率線彼此更加遠離。若例如通過量化使頻譜中存在間隙，則通過擴展 均勻增加間隙。在能量調(diào)節(jié)中，頻譜中的剩余線接收太多的能量。這通過用噪聲或另外的 諧波填充間隙來避免，該噪聲或另外的諧波可能由信號的非線性失真獲得。這樣，可將更多 的能量分布在剩余線之間。由于使頻帶中的能量只集中到少數(shù)幾條頻率線，可生成非自然 或金屬般的聲音。以前較多頻帶中的能量被加到剩余的頻帶。如果頻譜中不存在間隙，但是至少存在噪聲，則一部分能量保持在噪聲基準中。通 過應用非線性失真，一方面利用失真所生成的噪聲可再次增加頻譜密度，另一方面利用由 合適選擇將失真的信號部分所引入的另外的諧波部分可再次增加頻譜密度，。帶寬擴展信號則可以是例如經(jīng)濾波的失真信號與在相位聲碼器幫助下生成的信 號的加權和。換言之，帶寬擴展信號可以是第一補丁、第二補丁與輸入信號的第一頻帶的加 權和。根據(jù)本發(fā)明的一些實施例涉及適用于不利用全頻段的所有音頻應用的概念。例 如，對于使用數(shù)字無線電服務、因特網(wǎng)流或其它音頻通信應用的音頻內(nèi)容的廣播而言，可以 使用所描述的概念。雖然本發(fā)明已依據(jù)一些實施例進行了描述，但是存在落入本發(fā)明范圍內(nèi)的改變、 變更和等效物。也應注意的是存在實施本發(fā)明的方法與組成的許多備選方法。因此，期望 的是下述所附權利要求被理解為包括落入本發(fā)明的精神與范圍內(nèi)的所有這些改變、變更 和等效物。特別地，應指出的是依據(jù)情況，本發(fā)明方案也可采用軟件實現(xiàn)。實施可以是在數(shù) 字儲存媒體上，特別地是具有電子可讀控制信號的軟式磁盤或CD，其中該電子可讀控制信 號可與可編程的計算機系統(tǒng)協(xié)同工作，從而執(zhí)行相應的方法。一般而言，本發(fā)明因此也存在 于計算機程序產(chǎn)品中，該計算機程序產(chǎn)品具有儲存在機器可讀載體上的程序代碼，當該計 算機程序產(chǎn)品在計算機上執(zhí)行時，該程序代碼用于執(zhí)行本發(fā)明方法。換言之，本發(fā)明因此也 可被實現(xiàn)為具有程序代碼的計算機程序，當該計算機程序產(chǎn)品在計算機上被執(zhí)行時，該程 序代碼用于執(zhí)行本方法。
權利要求
1.一種用于從輸入信號(102)生成帶寬擴展信號(122)的裝置(100 ；300 ；400 ；700 ； 800 ;900)，其中，所述輸入信號的第一頻帶由第一分辨率數(shù)據(jù)表示，且所述輸入信號的第二 頻帶由第二分辨率數(shù)據(jù)表示，所述第二分辨率低于所述第一分辨率，所述裝置包括補丁生成器(110)，所述補丁生成器(110)被配置為根據(jù)第一補丁算法從所述輸入信 號(10 的所述第一頻帶生成第一補丁(112)，并被配置為根據(jù)第二補丁算法從所述輸入 信號(10 的所述第一頻帶生成第二補丁(114)，其中，根據(jù)所述第二補丁算法生成的所述 第二補丁(114)的頻譜密度比根據(jù)所述第一補丁算法生成的所述第一補丁(11 的頻譜密 度高；和組合器(120)，所述組合器(120)被配置為組合所述第一補丁(112)、所述第二補丁 (114)和所述輸入信號(10 的所述第一頻帶，以獲得所述帶寬擴展信號(122)，其中，用于 生成帶寬擴展信號的所述裝置被配置為根據(jù)所述第一補丁算法且根據(jù)所述第二補丁算法 縮放所述輸入信號(102)，或縮放所述第一補丁(11 和所述第二補丁(114)，以便所述帶 寬擴展信號滿足(12 頻譜包絡準則。
2.根據(jù)權利要求1所述的裝置，其中，所述第一補丁算法為諧波補丁算法，并且所述補 丁生成器(110)被配置為生成所述第一補丁(11 ，以便只有所述輸入信號(10 的所述第 一頻帶的頻率的整數(shù)倍的頻率由所述第一補丁(11 包含。
3.根據(jù)權利要求1或2所述的裝置，其中，所述第二補丁算法為混合補丁算法，并且 所述補丁生成器(110)被配置為生成所述第二補丁(114)，以便所述第二補丁(114)包含 所述輸入信號(10 的所述第一頻帶的頻率的整數(shù)倍的頻率，并且包含不是所述輸入信號 (102)的所述第一頻帶的頻率的整數(shù)倍的頻率。
4.根據(jù)權利要求1至3任一項所述的裝置，其中，所述第一補丁(11 的下截止頻率等 于所述第二補丁(114)的下截止頻率，并且其中所述第一補丁(112)的上截止頻率等于所 述第二補丁(114)的上截止頻率。
5.根據(jù)權利要求1至4任一項所述的裝置，包括相位聲碼器(310)，所述相位聲碼器 (310)被配置為根據(jù)所述第一補丁算法生成所述第一補丁(112)。
6.根據(jù)權利要求1至5任一項所述的裝置，包括限幅器(320)，所述限幅器(320)被配 置為根據(jù)所述第二補丁算法通過限幅所述輸入信號(10 的所述第一頻帶生成所述第二 補丁(114)。
7.根據(jù)權利要求1至6任一項所述的裝置，包括頻譜線選擇器010)，所述頻譜線選 擇器(410)被配置為選擇所述第二補丁(114)的多個頻率線，以獲得經(jīng)修改的第二補丁 014)，其中如果所述第一補丁(112)的對應頻率線丟失，則選擇頻率線，其中所述組合器 (120)被配置為組合所述第一補丁(112)、所述經(jīng)修改的第二補丁(414)和所述輸入信號 (102)的所述第一頻帶。
8.根據(jù)權利要求1至7任一項所述的裝置，包括功率控制器(710)，所述功率控制器 (710)被配置為根據(jù)所述第一和第二補丁算法控制所述輸入信號(10 的所述縮放，或被 配置為控制所述第一補丁(11 和所述第二補丁(114)的所述縮放，其中，所述功率控制器 (710)基于所述輸入信號(10 所包含的頻譜包絡數(shù)據(jù)和基于至少一個所儲存的補丁縮放 控制參數(shù)或所述輸入信號(10 所包含的補丁縮放控制數(shù)據(jù)來控制所述縮放。
9.根據(jù)權利要求8所述的裝置，包括第一功率調(diào)整裝置(720)，所述第一功率調(diào)整裝置(720)被配置為根據(jù)所述第一補丁算法縮放所述輸入信號(102)，或被配置為縮放所述第 一補丁(112)，還包括第二功率調(diào)整裝置(730)，所述第二功率調(diào)整裝置(730)被配置為根 據(jù)所述第二補丁算法縮放所述輸入信號(102)，或被配置為縮放所述第二補丁(114)，其中 所述功率控制器(710)被配置為控制所述第一功率調(diào)整裝置(720)和所述第二功率調(diào)整裝 置(730)。
10.根據(jù)權利要求8或9所述的裝置，包括噪聲加法器(910)和丟失諧波加法器(920)， 其中所述噪聲加法器(910)被配置為基于所述輸入信號所包含的噪聲數(shù)據(jù)生成噪聲補丁 (912)，其中所述丟失諧波加法器(920)被配置為基于所述輸入信號(10 所包含的丟失諧 波數(shù)據(jù)生成丟失諧波補丁(922)，其中所述功率控制器(710)被配置為基于所述頻譜包絡 數(shù)據(jù)控制所述噪聲補丁(91 和所述丟失諧波補丁 ￠2 的縮放，且其中所述組合器(120) 被配置為組合所述第一補丁(112)、所述第二補丁(114)、所述輸入信號(10 的所述第一 頻帶、所述噪聲補丁(91 和所述丟失諧波補丁(922)，以獲得所述帶寬擴展信號(122)，其 中所述功率控制器(710)基于所述頻譜包絡數(shù)據(jù)控制所述第一補丁(112)、所述第二補丁 (114)、所述噪聲補丁(91 及所述丟失諧波補丁(922)的所述縮放，以便所述頻譜包絡準 則得到滿足。
11.一種用于基于輸入信號(1002)提供帶寬減小信號(1032)的裝置(1000)，包括頻譜包絡數(shù)據(jù)確定器(1010)，所述頻譜包絡數(shù)據(jù)確定器(1010)被配置為基于所述輸入信號(100 的高頻帶確定頻譜包絡數(shù)據(jù)(1012)；補丁縮放控制數(shù)據(jù)生成器(1020)，所述補丁縮放控制數(shù)據(jù)生成器(1020)被配置為生 成補丁縮放控制數(shù)據(jù)(1022)，所述補丁縮放控制數(shù)據(jù)(102 用于在解碼器側(cè)縮放所述帶 寬減小信號(103 或用于通過所述解碼器縮放第一補丁和第二補丁，以便由所述解碼器 生成的帶寬擴展信號滿足頻譜包絡準則，其中所述頻譜包絡準則基于所述頻譜包絡數(shù)據(jù) (1012)，其中所述第一補丁根據(jù)第一補丁算法從所述帶寬減小信號(103 的第一頻帶生 成，并且所述第二補丁根據(jù)第二補丁算法從所述帶寬減小信號(103 的所述第一頻帶生 成，其中根據(jù)所述第二補丁算法生成的所述第二補丁的頻譜密度比根據(jù)所述第一補丁算法 生成的所述第一補丁的頻譜密度更高；輸出接口(1030)，所述輸出接口(1030)被配置為組合所述輸入信號(100 的低頻 帶、所述頻譜包絡數(shù)據(jù)(101 與所述補丁縮放控制數(shù)據(jù)(1022)，以獲得所述帶寬減小信 號(1032)，并且所述輸出接口(1030)被配置為提供用于傳輸或儲存的所述帶寬減小信號 (1032)。
12.根據(jù)權利要求11所述的裝置，其中所述補丁縮放控制數(shù)據(jù)生成器包括所述補丁生成器，所述補丁生成器被配置為根據(jù)第一補丁算法從所述輸入信號(1002) 的所述低頻帶生成第一補丁，且被配置為根據(jù)第二補丁算法從所述輸入信號(100 的所 述低頻帶生成第二補丁，其中根據(jù)所述第二補丁算法生成的所述第二補丁的頻譜密度比根 據(jù)所述第一補丁算法生成的所述第一補丁的所述頻譜密度更高；和比較器，所述比較器被配置為比較所述第一補丁、所述第二補丁與所述輸入信號 (1002)的所述高頻帶，以獲得所述補丁縮放控制數(shù)據(jù)(1022)。
13.根據(jù)權利要求11所述的裝置，包括補丁縮放控制參數(shù)存儲器，所述補丁縮放控制 參數(shù)存儲器被配置為儲存和提供多個補丁縮放控制參數(shù)，其中所述補丁縮放控制數(shù)據(jù)生成器(1020)被配置為分析所述輸入信號(100 且被配置為基于以對所述輸入信號(1002) 的所述分析為基礎選擇的所儲存的補丁縮放控制參數(shù)生成所述補丁縮放控制數(shù)據(jù)(1022)。
14.一種音頻信號，包括由第一分辨率數(shù)據(jù)表示的第一頻帶；和由第二分辨率數(shù)據(jù)表示的第二頻帶，其中所述第二分辨率低于所述第一分辨率，其中 所述第二分辨率數(shù)據(jù)基于所述第二頻帶的頻譜包絡數(shù)據(jù)，并且基于所述第二頻帶的補丁縮 放控制數(shù)據(jù)，所述補丁縮放控制數(shù)據(jù)用于在解碼器側(cè)縮放所述音頻信號或用于通過所述解 碼器縮放第一補丁和第二補丁，以便由所述解碼器所生成的帶寬擴展信號滿足頻譜包絡準 則，其中所述頻譜包絡準則基于所述頻譜包絡數(shù)據(jù)，其中所述第一補丁根據(jù)第一補丁算法 從所述音頻信號的所述第一頻帶生成，且所述第二補丁根據(jù)第二補丁算法從所述音頻信號 的所述第一頻帶生成，其中根據(jù)所述第二補丁算法生成的所述第二補丁的頻譜密度比根據(jù) 所述第一補丁算法生成的所述第一補丁的頻譜密度更高。
15.一種用于從輸入信號生成帶寬擴展信號的方法(1100)，其中所述輸入信號的第一 頻帶由第一分辨率數(shù)據(jù)表示，及第二頻帶由第二分辨率數(shù)據(jù)表示，所述第二分辨率低于所 述第一分辨率，所述方法包括根據(jù)第一補丁算法從所述輸入信號的所述第一頻帶生成(1110)第一補丁 ；根據(jù)第二補丁算法從所述輸入信號的所述第一頻帶生成(1120)第二補丁，其中根據(jù) 所述第二補丁算法生成的所述第二補丁的頻譜密度比根據(jù)所述第一補丁算法生成的所述 第一補丁的頻譜密度更高；根據(jù)所述第一補丁算法及根據(jù)所述第二補丁算法縮放(1130)所述輸入信號，或縮放 (1130)所述第一補丁及所述第二補丁，以便所述帶寬擴展信號滿足所述頻譜包絡準則；和組合(1140)所述第一補丁、所述第二補丁與所述輸入信號的所述第一頻帶，以獲得所 述帶寬擴展信號。
16.一種用于基于輸入信號提供帶寬減小信號的方法(1200)，包括基于所述輸入信號的高頻帶確定(1210)頻譜包絡數(shù)據(jù)；生成(1220)補丁縮放控制數(shù)據(jù)，所述補丁縮放控制數(shù)據(jù)用于在解碼器側(cè)縮放所述帶 寬減小信號或用于通過所述解碼器縮放第一補丁及第二補丁，以便由所述解碼器所生成的 帶寬擴展信號滿足頻譜包絡準則，其中所述頻譜包絡準則基于所述頻譜包絡數(shù)據(jù)，其中所 述第一補丁根據(jù)第一補丁算法從所述帶寬減小信號的第一頻帶生成，和第二補丁根據(jù)第二 補丁算法從所述帶寬減小信號的所述第一頻帶生成，其中根據(jù)所述第二補丁算法生成的所 述第二補丁的頻譜密度較根據(jù)所述第一補丁算法生成的所述第一補丁的頻譜密度更高；組合(1230)所述輸入信號的低頻帶、所述頻譜包絡數(shù)據(jù)與所述補丁縮放控制數(shù)據(jù)，以 獲得所述帶寬減小信號；和提供(IMO)所述帶寬減小信號用于傳輸或儲存。
17.一種具有程序代碼的計算機程序，當所述計算機程序在計算機或微控制器上執(zhí)行 時，所述程序代碼用于執(zhí)行根據(jù)權利要求15或16所述的方法。
全文摘要
一種用于從輸入信號生成帶寬擴展信號的裝置，包括補丁生成器和組合器。該輸入信號的第一頻帶由第一分辨率數(shù)據(jù)表示，第二頻帶由第二分辨率數(shù)據(jù)表示，其中第二分辨率比第一分辨率更低。該補丁生成器根據(jù)第一補丁算法從輸入信號的第一頻帶生成第一補丁，并且根據(jù)第二補丁算法從輸入信號的第一頻帶生成第二補丁。根據(jù)第二補丁算法生成的第二補丁的頻譜密度比根據(jù)第一補丁算法生成的第一補丁的頻譜密度更高。該組合器組合第一補丁、第二補丁和輸入信號的第一頻帶，以獲得帶寬擴展信號。用于生成帶寬擴展信號的裝置根據(jù)第一補丁算法和根據(jù)第二補丁算法縮放輸入信號，或縮放第一補丁及第二補丁，從而使帶寬擴展信號滿足頻譜包絡準則。
文檔編號G10L21/038GK102105931SQ200980127093
公開日2011年6月22日 申請日期2009年6月25日 優(yōu)先權日2008年7月11日
發(fā)明者烏爾里克·克雷默, 尼古拉斯·里特爾博謝, 弗雷德里克·納格爾, 斯特凡·拜爾, 薩沙·迪施, 馬克·蓋爾, 馬克斯·諾伊恩多夫, 馬庫斯·洛瓦塞 申請人:弗朗霍夫應用科學研究促進協(xié)會