子带处理单元以及生成合成子带信号的方法技术

本文档涉及子带处理单元以及生成合成子带信号的方法。子带处理单元包括第一块提取器、第二块提取器、非线性帧处理单元和重叠及相加单元。第一块提取器被配置为重复地根据多个第一分析样本得出L个第一输入样本的帧；帧长度L大于1；以及在得出L个第一输入样本的接下来的帧之前，对多个第一分析样本应用p个样本的块跳跃大小；由此生成L个第一输入样本的一系列帧。第二块提取器被配置为通过对多个第二分析样本应用块跳跃大小p来得出第二输入样本的一系列帧；其中，每个第二输入样本对应于第一输入样本的帧。

【技术实现步骤摘要】
子带处理单元以及生成合成子带信号的方法本申请是申请日为2011年1月5日、申请号为“201180006569.3”、专利技术名称为“改进的基于子带块的谐波换位”的专利技术专利申请的分案申请。
本文档涉及使用谐波换位(harmonictransposition)方法用于高频重建(HFR)的音频源编码系统，以及谐波失真的产生向所处理的信号添加亮度的数字效果处理器(例如激励器)，以及用所维护的频谱内容延长信号持续时间的时间拉伸器。
技术介绍
在WO98/57436中，作为根据音频信号的低频带重建高频带的方法，建立了换位的概念。在音频编码中使用该概念，可以获得比特率的实质性节省。在基于HFR的音频编码系统中，向核心波形编码器呈现低带宽信号，在解码器侧使用换位和描述目标频谱形状的非常低的比特率的附加侧信息来重新生成较高的频率。对于核心编码信号的带宽窄的低比特率，重建具有在感知上舒适的特性的高带变得越来越重要。在WO98/57436中定义的谐波换位在具有低交叉频率的情形下对于合成音乐材料表现良好。通过引用将文档WO98/57436合并于此。谐波换位的原理是，将频率为ω的正弦波映射到频率为的正弦波，其中，是定义换位的阶次的整数。与此对比，基于单边带调制(SSB)的HFR将频率为ω的正弦波映射为频率为ω+Δω的正弦波，其中，Δω是固定频移。给定具有低带宽的核心信号，一般会由于SSB换位产生不协调的振铃假象(ringingartifact)。由于这些假象，基于谐波换位的HFR通常优于基于SSB的HFR。为了达到提高的音频质量，高质量的基于谐波换位的HFR方法一般利用使用精细频率分辨率和高度过采样的复调制滤波器组，以达到所需的音频质量。通常利用精细频率分辨率来避免由于对可以被视为多个正弦波之和的不同子带信号的非线性处置或者处理而出现的不希望的互调制失真。使用足够窄的子带，即使用足够高的频率分辨率，高质量的基于谐波换位的HFR方法的目的在于在每个子带中最多具有一个正弦波。其结果是，可以避免由非线性处理导致的互调制失真。另一方面，为了避免可能由滤波器组和非线性处理导致的混杂(alias)类型的失真，时间上的高度过采样可能是有利的。另外，为了避免由于对子带信号的非线性处理而导致的瞬态信号的前回声，可能需要频率上的一定程度的过采样。此外，基于谐波换位的HFR方法通常利用基于两个滤波器组块的处理。基于谐波换位的HFR的第一部分一般利用使用高频率分辨率以及使用时间和/或频率过采样的分析/合成滤波器组，以根据低频信号分量生成高频信号分量。基于谐波换位的HFR的第二部分一般利用使用相对粗频率分辨率的滤波器，例如QMF滤波器组，以生成具有希望的谱形状的高频分量，该滤波器组用来对高频分量应用谱边信息或者HFR信息，即进行所谓的HFR处理。滤波器组的第二部分还用来将低频信号分量与修正后的高频信号分量合成，以提供经解码的音频信号。作为使用两个滤波器组块的序列以及使用利用高频率分辨率以及时间和/或频率过采样的分析/合成滤波器组的结果，基于谐波换位的HFR的计算复杂度可能相对高。因此，需要提供具有降低的计算复杂度的基于谐波换位的HFR方法，其同时针对各种类型的音频信号(例如瞬态和稳态音频信号)提供良好的音频质量。
技术实现思路
根据一方面，可以使用所谓的基于子带块的谐波换位来抑制由于对子带信号的非线性处理而导致的互调制产物。即，通过对谐波换位器的子带信号进行基于块的非线性处理，可以抑制或者减少子带内的互调制产物。其结果是，可以应用利用使用相对粗的频率分辨率和/或相对低程度的过采样的分析/合成滤波器组的谐波换位。作为示例，可以应用QMF滤波器组。基于子带块的谐波换位系统的基于块的非线性处理包括对复子带样本的时间块的处理。对复子带样本的块的处理可以包括对复子带样本的共同相位修正和几个经修正的样本的叠加，以形成输出子带样本。该基于块的处理具有抑制或减少否则将针对包含几个正弦波的输入子带信号产生的互调制产物的净效果。鉴于可以将使用相对粗的频率分辨率的分析/合成滤波器组用于基于子带块的谐波换位这一事实，并且鉴于可能需要降低程度的过采样这一事实，与高质量谐波换位，即具有精细频率分辨率并且使用基于样本的处理的谐波换位相比，根据基于块的子带处理的谐波换位具有降低的计算复杂度。同时，实验显示，对于许多类型的音频信号，在使用基于子带块的谐波换位时达到的音频质量与使用基于样本的谐波换位时几乎相同。尽管如此，已观察到与使用高质量的基于样本的谐波换位，即，使用精细频率分辨率的谐波换位而实现的音频质量相比，针对瞬态音频信号获得的音频质量通常降低。已认识到瞬态信号的质量降低可能是由于由块处理导致的时间拖尾(timesmearing)。除了上面提到的质量问题之外，基于子带块的谐波换位的复杂度也高于最简单的基于SSB的HFR方法的复杂度。这是因为一般的HFR应用中通常需要几个具有不同的换位阶次的信号，以合成所需的带宽。一般来说，基于块的谐波换位的每个换位阶次需要不同的分析和合成滤波器组框架。鉴于上述分析，特别需要在保持平稳信号的质量的同时，提高用于瞬态信号和浊音信号的基于子带块的谐波换位的质量。如下面所概述的，通过非线性块处理的固定修正或信号自适应修正来获得质量提高。此外，需要进一步降低基于子带块的谐波换位的复杂度。如下面所概述的，可以通过在单分析和合成滤波器组对的框架中有效地实现几个阶次的基于子带块的换位来实现计算复杂度的降低。其结果是，一个单分析/合成滤波器组，例如QMF滤波器组可以用于几个阶次的谐波换位。另外，可以针对谐波换位(即基于谐波换位的HFR的第一部分)和HFR处理(即基于谐波换位的HFR的第二部分)应用同一分析/合成滤波器组对，从而整个基于谐波换位的HFR可以依赖于一个单分析/合成滤波器组。换句话说，可以在输入侧仅使用一个单分析滤波器组以生成多个分析子带信号，随后将该多个分析子带信号提交到谐波换位处理和HFR处理。最后，可以仅使用一个单合成滤波器组在输出侧生成解码信号。根据一方面，描述了一种被配置为根据输入信号生成时间拉伸和/或频率换位信号的系统。该系统可以包括：分析滤波器组，被配置为根据输入信号提供分析子带信号。分析子带可以与输入信号的频带相关联。分析子带信号可以包括多个复值分析样本，每个复值分析样本具有相位和幅值。分析滤波器组是正交镜像滤波器组、加窗离散傅立叶变换或者小波变换之一。特别地，分析滤波器组是64点正交镜像滤波器组。这样，分析滤波器组可以具有粗频率分辨率。分析滤波器组可以对输入信号应用分析时间跨步ΔtA，和/或分析滤波器组可以具有分析频率间隔ΔfA，使得与分析子带信号相关联的频带具有标称宽度ΔfA，和/或分析滤波器组可以具有数量N个分析子带，其中N>1，其中，n是分析子带索引，其中，n＝0，...，N-1。注意，由于相邻频带的重叠，分析子带信号的实际谱宽度可能大于ΔfA。然而，相邻分析子带之间的频率间隔一般由分析频率间隔ΔfA给定。该系统可以包括：子带处理单元，被配置为使用子带换位因数Q和子带拉伸因数S根据分析子带信号确定合成子带信号。Q或者S中的至少一个可以大于1。子带处理单元可以包括：块提取器，被配置为从多个复值分析样本得出L个输入样本的帧本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种子带处理单元(102)，被配置为根据第一分析子带信号和第二分析子带信号确定合成子带信号；其中，所述第一分析子带信号和所述第二分析子带信号各自包括不同时刻的多个复值分析样本，分别称为第一分析样本和第二分析样本，每个分析样本具有相位和幅值；其中，所述第一分析子带信号和所述第二分析子带信号与输入音频信号的相应频带相关联；其中，所述子带处理单元(102)包括：第一块提取器(301‑1)，被配置为重复地根据所述多个第一分析样本得出L个第一输入样本的帧；帧长度L大于1；以及在得出L个第一输入样本的接下来的帧之前，对所述多个第一分析样本应用p个样本的块跳跃大小；由此生成L个第一输入样本的一系列帧；第二块提取器(301‑2)，被配置为通过对所述多个第二分析样本应用所述块跳跃大小p来得出第二输入样本的一系列帧；其中，每个第二输入样本对应于第一输入样本的帧；非线性帧处理单元(302)，被配置为通过针对所述帧的每个经处理样本进行以下确定来根据第一输入样本的帧以及根据相应第二输入样本确定经处理样本的帧：通过将相应第一输入样本的相位进行偏移来确定所述经处理样本的相位；以及基于所述相应第一输入样本的幅值和所述相应第二输入样本的幅值来确定所述经处理样本的幅值；以及重叠及相加单元(204)，被配置为通过将经处理样本的一系列帧的样本进行重叠及相加来确定所述合成子带信号；其中，所述分析子带信号与关于所述输入音频信号被时间拉伸和/或频率换位的信号的频带相关联。...

【技术特征摘要】
2010.01.19 US 61/296,241;2010.05.05 US 61/331,5451.一种子带处理单元，被配置为根据第一分析子带信号和第二分析子带信号确定合成子带信号；其中，所述第一分析子带信号和所述第二分析子带信号各自包括不同时刻的多个复值分析样本，分别称为第一分析样本和第二分析样本，每个分析样本具有相位和幅值；其中，所述第一分析子带信号和所述第二分析子带信号与输入音频信号的相应频带相关联；其中，所述子带处理单元包括：第一块提取器，被配置为重复地根据所述多个第一分析样本得出L个第一输入样本的帧；帧长度L大于1；以及在得出L个第一输入样本的接下来的帧之前，对所述多个第一分析样本应用p个样本的块跳跃大小；由此生成L个第一输入样本的一系列帧；第二块提取器，被配置为通过对所述多个第二分析样本应用所述块跳跃大小p来得出第二输入样本的一系列帧；其中，每个第二输入样本对应于第一输入样本的帧；非线性帧处理单元，被配置为通过针对所述帧的每个经处理样本进行以下确定来根据第一输入样本的帧以及根据相应第二输入样本确定经处理样本的帧：通过将相应第一输入样本的相位进行偏移来确定所述经处理样本的相位；以及基于所述相应第一输入样本的幅值和所述相应第二输入样本的幅值来确定所述经处理样本的幅值；以及重叠及相加单元，被配置为通过将经处理样本的一系列帧的样本进行重叠及相加来确定所述合成子带信号；其中，所述分析子带信号与关于所述输入音频信号被时间拉伸和/或频率换位的信号的频带相关联。2.根据权利要求1所述的子带处理单元，其中，所述第一块提取器被配置为以子带换位因数Q对所述多个复值第一分析样本进行下采样。3.根据前述权利要求中的任一项所述的子带处理单元，其中，所述第一块提取器被配置为对两个或更多个复值第一分析样本进行插值以得出第一输入样本。4.根据权利要求1或2所述的子带处理单元，其中，所述非线性帧处理单元被配置为将所述经处理样本的幅值确定为所述相应第一输入样本的幅值与所述相应第二输入样本的幅值的平均值。5.根据权利要求4所述的子带处理单元，其中，所述非线性帧处理单元被配置为将所述经处理样本的幅值确定为所述相应第一输入样本的幅值与所述相应第二输入样本的幅值的几何平均值。6.根据权利要求5所述的子带处理单元，其中，所述几何平均值被确定为所述相应第一输入样本提高到(1-ρ)次方的幅值乘以所述相应第二输入样本提高到ρ次方的幅值，其中，几何幅值加权参数ρ∈(0，1]。7.根据权利要求6所述的子带处理单元，其中，所述几何幅值加权参数ρ是子带换位因数Q和子带拉伸因数S的函数。8.根据权利要求7所述的子带...

【专利技术属性】
技术研发人员：拉尔斯·维尔默斯，
申请(专利权)人：杜比国际公司，
类型：发明
国别省市：荷兰;NL