組合換位濾波器組的過采樣的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及組合換位濾波器組的過采樣。描述了一種用于產(chǎn)生音頻信號(hào)的高頻分量的系統(tǒng)，其包括：分析濾波器組，具有頻率分辨率Δf和持續(xù)時(shí)間DA的分析窗，分析濾波器組從所述音頻信號(hào)提供多個(gè)分析子帶信號(hào)；非線性處理單元，基于所述多個(gè)分析子帶信號(hào)中的至少一些來確定合成子帶信號(hào)，其中通過換位階T使所述多個(gè)分析子帶信號(hào)中的所述至少一些相移；以及具有頻率分辨率QΔf的合成濾波器組，所述合成濾波器組從所述合成子帶信號(hào)產(chǎn)生所述高頻分量；其中基于所述合成濾波器組的所述頻率分辨率QΔf確定所述分析濾波器組的所述頻率分辨率Δf與所述持續(xù)時(shí)間DA的乘積的值。
【專利說明】組合換位濾波器組的過采樣
[0001]本分案申請是基于申請?zhí)枮?01080043407.2 (國際申請?zhí)枮镻CT/EP2010/057156),申請日為2010年5月25日，發(fā)明名稱為“組合換位濾波器組的過采樣”的中國專利申請的分案申請。
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0002]本發(fā)明涉及音頻信號(hào)的編碼,尤其涉及包括頻域諧波換位器(transposer)的高頻重建方法。
【背景技術(shù)】
[0003]HFR技術(shù)(例如譜帶復(fù)制(SBR)技術(shù))使得能夠顯著提高傳統(tǒng)感知音頻編解碼器的編碼效率。與MPEG-4高級音頻編碼(AAC)組合，HFR技術(shù)形成非常高效的音頻編解碼器，其已用在XM衛(wèi)星無線電系統(tǒng)和全球數(shù)字無線電系統(tǒng)(Digital RadioMondiale)中，而且還在3GPP、DVD論壇和其他組織中得到標(biāo)準(zhǔn)化。AAC與SBR的組合被稱作aacPlus。它是MPEG-4標(biāo)準(zhǔn)的一部分，其中其被稱作高效AAC規(guī)格(HE-ACC)。通常，HFR技術(shù)可被以后向兼容以及前向兼容的方式與任何感知音頻編解碼器組合，因此提供了升級已建立的廣播系統(tǒng)(類似于Eureka DAB系統(tǒng)中使用的MPEG層-2)的可能性。HFR換位方法也可以與語音編解碼器組合以允許超低比特率的寬帶語音。
[0004]HFR背后的基本理念是觀測到信號(hào)的高頻率范圍的特性與同一信號(hào)的低頻率范圍的特性之間通常存在強(qiáng)相關(guān)性。因此，通過從低頻率范圍至高頻率范圍的信號(hào)換位可以實(shí)現(xiàn)對于信號(hào)的原始輸入高頻率范圍的表示的良好近似。
[0005]在通過引用并入的W098/57436中，此換位概念建立作為從音頻信號(hào)的較低頻帶重建高頻帶的方法。通過在音頻編碼和/或語音編碼中使用此概念，可以獲得比特率的顯著節(jié)省。下文中，將參考音頻編碼，但應(yīng)當(dāng)注意，所描述的方法和系統(tǒng)同樣可應(yīng)用于語音編碼和統(tǒng)一的語音和音頻編碼(USAC)中。
[0006]在基于HFR的音頻編碼系統(tǒng)中，低帶寬信號(hào)被提供給用于編碼的核心波形編碼器，使用附加輔助信息和該低帶寬信號(hào)的換位在解碼器側(cè)再生較高頻率，該附加輔助信息通常以非常低的比特率被編碼并且描述目標(biāo)譜形狀。對于經(jīng)核心編碼的信號(hào)的帶寬窄的低比特率，再現(xiàn)或合成具有感知愉悅特性的高頻帶(即音頻信號(hào)的高頻率范圍)變得愈加重要。
[0007]諧波HFR方法存在的潛在問題中的一個(gè)是，為了獲得穩(wěn)定聲音的高質(zhì)量換位的預(yù)期的高頻分辨率和系統(tǒng)對于瞬態(tài)聲音或震音的時(shí)間響應(yīng)的相反的約束。換句話說，雖然使用高頻率分辨率對穩(wěn)定信號(hào)的換位有利，但是這樣的高頻分辨率通常需要大的窗尺寸，而這在處理信號(hào)的瞬態(tài)部分時(shí)是有害的。處理該問題的一個(gè)方法可根據(jù)輸入信號(hào)特性例如通過使用窗切換來自適應(yīng)地改變換位器的窗。典型地，將對信號(hào)的穩(wěn)定部分使用長窗以便實(shí)現(xiàn)高頻率分辨率，而對于信號(hào)的瞬態(tài)部分使用短窗以便實(shí)現(xiàn)換位器良好的瞬態(tài)響應(yīng)、即良好的時(shí)間分辨率。但是，該方法具有的缺點(diǎn)在于，不得不將信號(hào)分析措施諸如瞬態(tài)檢測或類似措施并入換位系統(tǒng)中。這樣的信號(hào)分析措施常常涉及觸發(fā)信號(hào)處理的切換的判定步驟，例如對瞬態(tài)的存在的判定。此外，這樣的措施通常影響系統(tǒng)的可靠性，以及當(dāng)切換信號(hào)處理時(shí)，例如當(dāng)在窗尺寸之間切換時(shí)，這樣的措施可能引入信號(hào)偽像。
[0008]為了實(shí)現(xiàn)改進(jìn)的音頻質(zhì)量以及為了合成高頻帶信號(hào)的所需帶寬，諧波HFR方法通常采用若干換位階(transposition order)。為了實(shí)施具有不同的換位階的多個(gè)換位,現(xiàn)有技術(shù)的解決方案在分析級中或在合成級中或在這兩個(gè)級中需要多個(gè)濾波器組。通常，針對各不同的換位階需要不同的濾波器組。此外，在核心波形編碼器以低于最終輸出信號(hào)的采樣率的采樣率運(yùn)行的情況下，通常還需要將核心信號(hào)轉(zhuǎn)化為輸出信號(hào)的采樣率，且通常通過添加又一個(gè)濾波器組實(shí)現(xiàn)核心信號(hào)的此上取樣。總而言的，計(jì)算的復(fù)雜度隨不同換位階的增加而顯著增大。
[0009]本發(fā)明解決了上述的與諧波換位的瞬態(tài)性能有關(guān)的以及與計(jì)算復(fù)雜度相關(guān)的問題。因此，以低的追加的復(fù)雜度實(shí)現(xiàn)改進(jìn)的諧波換位。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010]根據(jù)一個(gè)方面，描述了一種被配置用于從信號(hào)的低頻分量產(chǎn)生該信號(hào)的高頻分量的系統(tǒng)。該系統(tǒng)可包括分析濾波器組，該分析濾波器組包括具有頻率分辨率的分析變換單元。該分析變換單元可以被配置用于執(zhí)行例如傅里葉(Fourier)變換、快速傅里葉變換、離散傅里葉變換或小波變換。分析濾波器組還可以包括分析窗，該分析窗具有持續(xù)時(shí)間Daο分析窗可以具有例如高斯(Gaussian)窗；余弦窗；漢明(Hamming)窗；漢寧(Hann)窗；矩形窗；巴特利特(Bartlett)窗；或勃勒克曼(Blackman)窗的形狀。分析濾波器組可以被配置用于從信號(hào)的低頻分量提供一組分析子帶信號(hào)。
[0011]該系統(tǒng)可包括非線性處理單元，該非線性處理單元被配置用于基于該組分析子帶信號(hào)的一部分來確定一組合成子帶信號(hào)，其中通過換位階T使該組分析子帶信號(hào)的該部分相移。具體地說，子帶信號(hào)可以包括復(fù)數(shù)值，并且相移可包括將復(fù)數(shù)子帶值的相位乘以階T。
[0012]該系統(tǒng)可包括合成濾波器組，該合成濾波器組包括具有頻率分辨率Q Af的合成變換單元。合成變換單元可以被配置用于執(zhí)行與分析變換單元所執(zhí)行的變換對應(yīng)的逆變換。此外，合成濾波器組可以包括具有持續(xù)時(shí)間Ds且具有上文列舉的形狀中的任何一個(gè)的合成窗。Q為頻率分辨率因子，Q > I且小于換位階T。在特定實(shí)施方案中，頻率分辨率因子選為Q>1。合成濾波器組可以被配置用于從該組合成子帶信號(hào)產(chǎn)生信號(hào)的高頻分量。
[0013]通常，基于頻率分辨率因子Q選擇分析濾波器組的頻率分辨率Λ f與持續(xù)時(shí)間Da
的乘積的值。特別地，乘積AfDA可與成比例。在一個(gè)實(shí)施方案中,乘積AfDA的值小
于或等于A。此外，乘積Δ fDA可大于& ο分析濾波器組的乘積Λ fDA的值可等于合成
濾波器組的乘積Q Δ fDs的值。通過根據(jù)上述規(guī)則中的任何一個(gè)選擇分析和/或合成濾波器組，可減小或完全去除信號(hào)瞬態(tài)上的由諧波換位所導(dǎo)致的假象，同時(shí)允許諧波換位器的計(jì)算復(fù)雜度降低。
[0014]系統(tǒng)還可以包括第二非線性處理單元，該第二非線性處理單元被配置用于使用第二換位階1~2從該組分析子帶信號(hào)確定第二組合成子帶信號(hào)；其中基于該組分析子帶信號(hào)的一部分確定第二組合成子帶信號(hào)以及其中通過第二換位Mt2使該組分析子帶信號(hào)的該部分相移。換位階τ與第二換位階T2可以不同。系統(tǒng)還可以包括組合單元，該組合單元被配置用于組合該組合成子帶信號(hào)與該第二組合成子帶信號(hào)；從而產(chǎn)生組合的一組合成子帶信號(hào)作為到合成濾波器組的輸入。組合單元可被配置用于將來自該組合成子帶信號(hào)與該第二組合成子帶信號(hào)的對應(yīng)子帶信號(hào)進(jìn)行相加和/或平均。換句話說，組合單元可被配置用于疊加對應(yīng)于交疊頻率范圍的該組合成子帶信號(hào)和該第二組合成子帶信號(hào)的合成子帶信號(hào)。
[0015]在一個(gè)實(shí)施方案中，分析濾波器組可以具有Ka個(gè)分析子帶，KA>1，其中k為分析子帶指數(shù)，k=0,...，Ka-1。合成濾波器組可以具有Ns個(gè)合成子帶，Ns>0,其中η為合成子帶指數(shù)，n=0，...，NS-1。在此情況下，非線性處理單元可以被配置用于從該組分析子帶信號(hào)的第k個(gè)分析子帶信號(hào)與第k+Ι個(gè)分析子帶信號(hào)確定該組合成子帶信號(hào)的第η個(gè)合成子帶信號(hào)。特別地，非線性處理單元可以被配置用于確定第η個(gè)合成子帶信號(hào)的相位為第k個(gè)分析子帶信號(hào)的經(jīng)移位的相位與第k+Ι個(gè)分析子帶信號(hào)的經(jīng)移位的相位之和。此外，非線性處理單元可以被配置用于確定第η個(gè)合成子帶信號(hào)的量值為第k個(gè)分析子帶信號(hào)的經(jīng)取冪的量值與第k+Ι個(gè)分析子帶信號(hào)的經(jīng)取冪(exponentiate)的量值的乘積。
[0016]對于具有合成子帶指數(shù)η的合成子帶作貢獻(xiàn)(contribution)的分析子帶信號(hào)的
分析子帶指數(shù)k可以由對表達(dá)式.《截取(truncate)而取得的整數(shù)給出；其中余數(shù)r可由
〃-k給出。在此情況下，非線性處理單元可以被配置用于確定第η個(gè)合成子帶信號(hào)的相
位為第k個(gè)分析子帶信號(hào)的相位乘以T (Ι-r)與第k+Ι個(gè)分析子帶信號(hào)的相位乘以T(r)之和，即通過執(zhí)行相位的線性內(nèi)插來進(jìn)行確定。此外，非線性處理單元可以被配置用于確定第η個(gè)合成子帶信號(hào)的量值為第k個(gè)分析子帶信號(hào)的量值的(Ι-r)次冪與第k+Ι個(gè)分析子帶信號(hào)的量值的r次冪的乘積，即通過確定量值的幾何平均數(shù)進(jìn)行確定。
[0017]分析濾波器組與合`成濾波器組可偶堆疊，使得分析子帶的中心頻率由kAf給出并且合成子帶的中心頻率由nQAf給出。在一個(gè)替代實(shí)施方案中，分析濾波器組與合成濾
波器組可以奇堆疊，使得分析子帶的中心頻率由(々+|)Δ/'給出并且合成子帶的中心頻率由
(" + &(_)△/‘給出；并且換位階T與分辨率因子Q之間的差值為偶數(shù)。
[0018]低頻分量的采樣率可為fA。分析變換單元可執(zhí)行離散M點(diǎn)變換。分析窗可以具有La個(gè)樣本的長度，和/或分析窗可以通過Λ sA個(gè)樣本的分析躍距尺寸沿著低頻分量移位。
在此情況下，分析窗的頻率分辨率可由Δ/.= L給出，持續(xù)時(shí)間可由巧=I給出，和/或分
' MJa
析濾波器組的物理時(shí)間步幅可由~A =$給出。


JA
[0019]高頻分量的采樣率可以為fs=QfA。合成變換單元可執(zhí)行離散M點(diǎn)變換，特別地，其可執(zhí)行分析變換單元的對應(yīng)逆變換。合成窗可以具有Ls個(gè)樣本的長度，和/或合成窗可以通過Λ Ss個(gè)樣本的合成躍距尺寸沿著高頻分量移位。在此情況下，合成窗的頻率分辨率可由
【權(quán)利要求】
1.一種用于產(chǎn)生音頻信號(hào)的高頻分量的系統(tǒng)，包括: -分析濾波器組(501)，具有Af的頻率分辨率以及持續(xù)時(shí)間Da的分析窗(611)，所述分析濾波器組(501)從所述音頻信號(hào)提供多個(gè)分析子帶信號(hào)； -非線性處理單元(502、650)，基于所述多個(gè)分析子帶信號(hào)中的至少一些來確定合成子帶信號(hào)，其中通過換位階T使所述多個(gè)分析子帶信號(hào)中的所述至少一些相移；以及 -具有頻率分辨率Q Δ f的合成濾波器組(504 )，所述合成濾波器組(504 )從所述合成子帶信號(hào)產(chǎn)生所述高頻分量； 其中基于所述合成濾波器組(504)的所述頻率分辨率Q Af確定所述分析濾波器組的所述頻率分辨率△ f與所述持續(xù)時(shí)間Da的乘積的值。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中
3.根據(jù)前述任一權(quán)利要求所述的系統(tǒng)，其中非線性處理單元(502，650)根據(jù)兩個(gè)連續(xù)的分析子帶信號(hào)來確定合成子帶信號(hào)。
4.根據(jù)前述任一權(quán)利要求所述的系統(tǒng)，其中乘積Af.Da的值滿足
5.根據(jù)前述任一權(quán)利要求所述的系統(tǒng)，其中所述系統(tǒng)僅僅包括單個(gè)分析濾波器組(501)和用于產(chǎn)生高頻分量的單個(gè)合成濾波器組(504 )。
6.根據(jù)前述任一權(quán)利要求所述的系統(tǒng)，其中分析濾波器組(501)的乘積AfDA的值等于所述合成濾波器組(504)的乘積QA fDs的值，其中合成濾波器組具有持續(xù)時(shí)間Ds的合成窗。
7.根據(jù)前述任一權(quán)利要求所述的系統(tǒng)，其中: -所述分析濾波器組包括分析變換單元(601 )，所述分析變換單元(601)用于執(zhí)行傅立葉變換、快速傅立葉變換、離散傅立葉變換、小波變換中的一個(gè)；并且 -所述合成濾波器組包括用于執(zhí)行相應(yīng)的逆變換的合成變換單元(602 )。
8.根據(jù)前述任一權(quán)利要求所述的系統(tǒng)，其中所述分析窗(611)和/或合成窗(612)是下列中的一個(gè): -高斯窗； -余弦窗； -漢明窗； -漢寧窗； -矩形窗； -巴特利特窗； -勃勒克曼窗。
9.根據(jù)前述任一權(quán)利要求所述的系統(tǒng)，進(jìn)一步包括: -第二非線性處理單元(502)，其被配置用于使用第二換位階T2從一組分析子帶信號(hào)確定第二組合成子帶信號(hào)；其中所述第二組合成子帶信號(hào)基于通過所述第二換位階T2相移的所述一組分析子帶信號(hào)的一部分確定；其中所述換位階T和所述第二換位階T2不同；和-組合單元(503)，其被配置用于組合所述一組合成子帶信號(hào)與所述第二組合成子帶信號(hào)；從而產(chǎn)生組合的一組合成子帶信號(hào)作為所述合成濾波器組(602)的輸入。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的系統(tǒng)，其中: -所述組合單元(503)被配置用于疊加對應(yīng)于交疊頻率范圍的所述一組合成子帶信號(hào)的合成子帶信號(hào)與所述第二組合成子帶信號(hào)的合成子帶信號(hào)。
11.根據(jù)前述任一權(quán)利要求所述的系統(tǒng)，其中: -所述分析濾波器組(501)具有數(shù)量為Ka個(gè)的分析子帶，KA>1，其中k是分析子帶指數(shù)，k=0,..., Ka-1 ;并且 -所述合成濾波器組(504)具有數(shù)量為Ns個(gè)的合成子帶，Ns>0，其中η是合成子帶指數(shù)，n=0，...，Ns-10
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的系統(tǒng)，其中所述非線性處理單元(502、650)被配置用于從所述一組分析子帶信號(hào)的第k個(gè)分析子帶信號(hào)與第k+Ι個(gè)分析子帶信號(hào)確定所述一組合成子帶信號(hào)的第η個(gè)合成子帶信號(hào)。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的系統(tǒng)，其中所述非線性處理單元(502、650)被配置用于: -確定所述第η個(gè)合成子帶信號(hào)的相位為所述第k個(gè)分析子帶信號(hào)的經(jīng)移位的相位與所述第k+Ι個(gè)分析子帶信號(hào)的 經(jīng)移位的相位之和；和/或 -確定所述第η個(gè)合成子帶信號(hào)的量值為所述第k個(gè)分析子帶信號(hào)的經(jīng)取冪的量值與所述第k+Ι個(gè)分析子帶信號(hào)的經(jīng)取冪的量值的乘積。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的系統(tǒng)，其中: -對具有合成子帶指數(shù)η的合成子帶作出貢獻(xiàn)的分析子帶信號(hào)的分析子帶指數(shù)k由對表達(dá)式進(jìn)行截取而取得的整數(shù)給出；其中余數(shù)r由給出。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的系統(tǒng)，其中所述非線性處理單元(502、650)被配置用于: -確定所述第η個(gè)合成子帶信號(hào)的相位為所述第k個(gè)分析子帶信號(hào)的相位乘以T( 1-r)與所述第k+Ι個(gè)分析子帶信號(hào)的相位乘以T Cr)之和；和/或 -確定所述第η個(gè)合成子帶信號(hào)的量值為所述第k個(gè)分析子帶信號(hào)的量值的(Ι-r)次冪與所述第k+Ι個(gè)分析子帶信號(hào)的量值的r次冪的乘積。
16.根據(jù)前述任一權(quán)利要求所述的系統(tǒng)，其中: -所述分析濾波器組(501)與所述合成濾波器組(504)偶堆疊，使得分析子帶的中心頻率由kAf給出并且合成子帶的中心頻率由nQAf給出。
17.根據(jù)權(quán)利要求1至15中任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)，其中: -所述分析濾波器組(501)與所述合成濾波器組(504)奇堆疊，使得分析子帶的中心頻率由^+|)Δ/給出并且合成子帶的中心頻率由(《+1)04/*給出；并且 -所述換位階T與所述分辨率因子Q之間的差值為偶數(shù)。
18.根據(jù)權(quán)利要求1至17中任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)，其中: -所述音頻信號(hào)的采樣率為fA; -所述分析變換單兀(601)是尚散M點(diǎn)變換；所述分析窗(611)具有La個(gè)樣本的長度；并且所述分析窗(611)沿著所述音頻信號(hào)移位AsaA樣本的分析躍距尺寸；-所述分析濾波器組(501)的頻率分辨率為
19.一種產(chǎn)生音頻信號(hào)的高頻分量的方法，所述方法包括: -對音頻信號(hào)應(yīng)用分析濾波器組(501)，所述分析濾波器組(501)具有Λ f的頻率分辨率和持續(xù)時(shí)間Da的分析窗(611)； -基于至少兩個(gè)分析子帶信號(hào)來確定合成子帶信號(hào)，其中通過換位階T使所述分析子帶信號(hào)相移；以及 -對合成子帶信號(hào)應(yīng)用合成濾波器組(504)，所述合成濾波器組(504)具有Q Δ f的頻率分辨率和持續(xù)時(shí)間Ds的合成窗(612)； 其中基于所述合成濾波器組(504)的頻率分辨率來確定所述分析濾波器組的所述頻率分辨率Af與所述持續(xù)時(shí)間Da的乘積的值。
20.一種用于設(shè)計(jì)用于產(chǎn)生音頻信號(hào)的高頻分量的諧波換位器的方法，所述方法包括: -提供分析濾波器組(501 )，所述分析濾波器組(501)具有Λ f的頻率分辨率和持續(xù)時(shí)間Da的分析窗(611); -提供非線性處理單元(502、650)，所述非線性處理單元(502、650)用于基于至少兩個(gè)分析子帶信號(hào)來確定合成子帶信號(hào)，其中通過換位階T使所述分析子帶信號(hào)相移； -提供合成濾波器組(504)，所述合成濾波器組(504)具有Q Δ f的頻率分辨率和持續(xù)時(shí)間Ds的合成窗(612);以及 -基于所述合成濾波器組(504)的頻率分辨率選擇所述分析濾波器組的所述頻率分辨率Λ f與所述持續(xù)時(shí)間Da的乘積的值。
【文檔編號(hào)】G10L21/02GK103559890SQ201310423105
【公開日】2014年2月5日 申請日期:2010年5月25日 優(yōu)先權(quán)日:2009年10月21日
【發(fā)明者】L·威勒姆斯, P·埃斯特蘭德 申請人:杜比國際公司