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)時間DA的分析窗，分析濾波器組從所述音頻信號提供多個分析子帶信號；非線性處理單元，基于所述多個分析子帶信號中的至少一些來確定合成子帶信號，其中通過換位階T使所述多個分析子帶信號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的高頻率范圍的特性與同一信號的低頻率范圍的特性之間通常存在強相關(guān)性。因此，通過從低頻率范圍至高頻率范圍的信號換位可以實現(xiàn)對于信號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，而這在處理信號的瞬態(tài)部分時是有害的。處理該問題的一個方法可根據(jù)輸入信號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，將對信號的穩(wěn)定部分使用長窗以便實現(xiàn)高頻率分辨率，而對于信號的瞬態(tài)部分使用短窗以便實現(xiàn)換位器良好的瞬態(tài)響應(yīng)、即良好的時間分辨率。但是，該方法具有的缺點在于，不得不將信號分析措施諸如瞬態(tài)檢測或類似措施并入換位系統(tǒng)中。這樣的信號分析措施常常涉及觸發(fā)信號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)切換信號處理時，例如當(dāng)在窗尺寸之間切換時，這樣的措施可能引入信號偽像。
[0008]為了實現(xiàn)改進(jìn)的音頻質(zhì)量以及為了合成高頻帶信號的所需帶寬，諧波HFR方法通常采用若干換位階(transposition order)。為了實施具有不同的換位階的多個換位,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級中需要多個濾波器組。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的采樣率的采樣率運行的情況下，通常還需要將核心信號轉(zhuǎn)化為輸出信號的采樣率，且通常通過添加又一個濾波器組實現(xiàn)核心信號的此上取樣?？偠缘模嬎愕膹?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)的以及與計算復(fù)雜度相關(guān)的問題。因此，以低的追加的復(fù)雜度實現(xiàn)改進(jìn)的諧波換位。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010]根據(jù)一個方面，描述了一種被配置用于從信號的低頻分量產(chǎn)生該信號的高頻分量的系統(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的低頻分量提供一組分析子帶信號。
[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的一部分來確定一組合成子帶信號，其中通過換位階T使該組分析子帶信號的該部分相移。具體地說，子帶信號可以包括復(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)時間Ds且具有上文列舉的形狀中的任何一個的合成窗。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產(chǎn)生信號的高頻分量。
[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)時間Da
的乘積的值。特別地，乘積AfDA可與成比例。在一個實施方案中,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)則中的任何一個選擇分析和/或合成濾波器組，可減小或完全去除信號瞬態(tài)上的由諧波換位所導(dǎo)致的假象，同時允許諧波換位器的計算復(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確定第二組合成子帶信號；其中基于該組分析子帶信號的一部分確定第二組合成子帶信號以及其中通過第二換位Mt2使該組分析子帶信號的該部分相移。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與該第二組合成子帶信號；從而產(chǎn)生組合的一組合成子帶信號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與該第二組合成子帶信號的對應(yīng)子帶信號進(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和該第二組合成子帶信號的合成子帶信號。
[0015]在一個實施方案中，分析濾波器組可以具有Ka個分析子帶，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的第k個分析子帶信號與第k+Ι個分析子帶信號確定該組合成子帶信號的第η個合成子帶信號。特別地，非線性處理單元可以被配置用于確定第η個合成子帶信號的相位為第k個分析子帶信號的經(jīng)移位的相位與第k+Ι個分析子帶信號的經(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個合成子帶信號的量值為第k個分析子帶信號的經(jīng)取冪的量值與第k+Ι個分析子帶信號的經(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個合成子帶信號的相
位為第k個分析子帶信號的相位乘以T (Ι-r)與第k+Ι個分析子帶信號的相位乘以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個合成子帶信號的量值為第k個分析子帶信號的量值的(Ι-r)次冪與第k+Ι個分析子帶信號的量值的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。在一個替代實施方案中，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點變換。分析窗可以具有La個樣本的長度，和/或分析窗可以通過Λ sA個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)時間可由巧=I給出，和/或分
' MJa
析濾波器組的物理時間步幅可由~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個樣本的長度，和/或合成窗可以通過Λ Ss個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)時間Da的分析窗(611)，所述分析濾波器組(501)從所述音頻信號提供多個分析子帶信號； -非線性處理單元(502、650)，基于所述多個分析子帶信號中的至少一些來確定合成子帶信號，其中通過換位階T使所述多個分析子帶信號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)兩個連續(xù)的分析子帶信號來確定合成子帶信號。
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)僅僅包括單個分析濾波器組(501)和用于產(chǎn)生高頻分量的單個合成濾波器組(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；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: -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確定第二組合成子帶信號；其中所述第二組合成子帶信號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與所述第二組合成子帶信號；從而產(chǎn)生組合的一組合成子帶信號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的合成子帶信號與所述第二組合成子帶信號的合成子帶信號。
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的第k個分析子帶信號與第k+Ι個分析子帶信號確定所述一組合成子帶信號的第η個合成子帶信號。
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個合成子帶信號的相位為所述第k個分析子帶信號的經(jīng)移位的相位與所述第k+Ι個分析子帶信號的 經(jīng)移位的相位之和；和/或 -確定所述第η個合成子帶信號的量值為所述第k個分析子帶信號的經(jīng)取冪的量值與所述第k+Ι個分析子帶信號的經(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個合成子帶信號的相位為所述第k個分析子帶信號的相位乘以T( 1-r)與所述第k+Ι個分析子帶信號的相位乘以T Cr)之和；和/或 -確定所述第η個合成子帶信號的量值為所述第k個分析子帶信號的量值的(Ι-r)次冪與所述第k+Ι個分析子帶信號的量值的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中任一項所述的系統(tǒng)，其中: -所述音頻信號的采樣率為fA; -所述分析變換單兀(601)是尚散M點變換；所述分析窗(611)具有La個樣本的長度；并且所述分析窗(611)沿著所述音頻信號移位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)生音頻信號的高頻分量的方法，所述方法包括: -對音頻信號應(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)時間Da的分析窗(611)； -基于至少兩個分析子帶信號來確定合成子帶信號，其中通過換位階T使所述分析子帶信號相移；以及 -對合成子帶信號應(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)時間Da的乘積的值。
20.一種用于設(shè)計用于產(chǎn)生音頻信號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)用于基于至少兩個分析子帶信號來確定合成子帶信號，其中通過換位階T使所述分析子帶信號相移； -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)時間Da的乘積的值。
【文檔編號】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