编码设备、解码设备及其方法技术

一种编码设备（２００）包括：时间特性提取单元（２０３），基于时域中的一个音频输入信号的特性为一部分频谱指定一个频带；时间变换单元（２０４），根据频率一时间变换将指定频带中的一个信号变换成一个信号；以及，编码数据流产生单元（２０５），对由时间变换单元（２０４）获得的信号和至少一部分频谱进行编码，并从编码信号和编码频谱产生一个输出编码数据流。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及采用一个诸如正交变换的方法通过用一个较少量的编码数据流对通过将时域中的音频信号、例如声音和音乐信号变换成频域内的信号所获得的信号进行编码来压缩数据的编码方法，以及用于在接收到编码数据流时扩展数据并获得音频信号的解码方法。
技术介绍
目前已经开发出了几种对音频信号进行编码和解码的方法。特别地，近来，在ISO/IEC中被在国际上标准化的IS13818-7被公知并被高度评价为是一个具有高效率的再现高质量声音的编码方法。这个编码方法被称为高级音频编码(AAC)。近年来，AAC被采用在被称为MPEG4的标准中，并且已经开发出一个具有添加到IS13818-7的一些扩展功能的被称为MPEG-4 AAC的系统。在MPEG-4AAC的介绍部分描述了编码过程的一个例子。下面是参考图1对于一个采用常规编码方法的音频编码设备的解释。图1是显示一个常规编码设备100的结构的方框图。编码设备100包括时间—频率变换单元101、频谱放大单元102、频谱量化单元103、霍夫曼编码单元104和编码数据流传输单元105。以预定时间间隔将一个通过以预定频率对一个模拟音频信号采样而获得的在时间轴上的数字音频信号分成各个预定数目的样本，并通过时间—频率变换单元101变换成频率轴上的数据，然后作为到编码设备100的输入信号送给频谱放大单元102。频谱放大单元102以一个特定增益放大在各个预定波带中包括的频谱。频谱量化单元103用一个预定的变换表达式对放大的频谱进行量化。在AAC方法的情况下，量化是通过将以浮点表示的频谱数据舍入成一个整数值来进行的。霍夫曼编码单元104根据霍夫曼编码对其一组特定条中的量化的频谱数据进行编码，并根据霍夫曼编码对频谱放大单元102中的各个预定频带中的增益以及指定用于量化的变换表达式的数据进行编码，然后将其代码发送到编码数据流传输单元105。将霍夫曼编码的数据流从编码数据流传输单元105通过一个传输信道或一个记录介质传输到一个解码设备，并由解码设备重构为时间轴上的音频信号。常规的编码设备的操作即如上所述。然而，在常规的编码设备100中，压缩数据量的能力取决于霍夫曼编码单元104或类似单元的性能，因此在以高压缩率、即以少量数据进行编码时，需要充分提高频谱放大单元102中的增益，并对由频谱量化单元103获得的量化的频谱流编码，以使其是霍夫曼编码单元104中的一个较少量的数据。依据这个方法，如果编码是为了使数据量更少而进行的，则用于再现的声音和音乐的频率带宽实际上变得很窄。因此，不能否定，声音和音乐对于人的听觉来说将是沙哑的。其结果是，不可能保持声音质量。这是一个问题。并且，在常规的编码设备100内，在时间—频率变换单元101中以每个预定间隔(样本数)将在时间轴上表示的输入信号变换成频率轴上表示的频谱。因此，在这个后一阶段用于编码的量化的信号是频率轴上的频谱。对一个量化过程来说，通过例如将频谱数据中的小数点值舍入成一个整数值的处理而具有一些量化误差是不可避免的。与在频率轴上容易估计在信号中产生的量化误差这个事实相反的是，在时间轴上则是困难的。由于这一点，不容易通过估计在时间轴上反映的量化误差来提高编码设备的时间分辨能力。并且，如果可分配给编码的数据量足够多，则有可能提高频率分辨能力和时间分辨能力。但如果分配用于编码的数据量较小，则在这两方面提高都是非常困难的。考虑到上述问题，本专利技术的目的在于提供一种能够以高级别的时间分辨能力以高压缩比对一个音频信号编码的编码设备，以及一种能够对宽频带上的频谱数据解码的解码设备。
技术实现思路
依据本专利技术的编码设备是一个对通过依据时间—频率变换来变换一个输入初始信号而获得的在频域中的信号进行编码、并产生一个输出信号的编码设备，包括第一频带指定单元，可用于基于输入初始信号的特性为一部分频谱指定一个频带；时间变换单元，可用于根据频率—时间变换将指定频带中的一个信号变换成一个信号；以及，编码单元，可用于对由时间变换单元获得的信号和至少一部分频谱进行编码，并从编码信号和编码频谱产生一个输出信号。并且，本专利技术的解码设备是一个对通过对一个输入初始信号编码而获得的编码数据流进行解码、并输出一个频谱的解码设备，包括解码单元，可用于提取在输入编码数据流中包含的编码数据流的一部分，并对提取出的编码数据流解码；频率变换单元，可用于将通过对提取出的编码数据流解码而获得的信号变换成一个频谱；以及，合成单元，可用于在频率轴上合成通过对从输入编码数据流的其他部分提取出的编码数据流解码而获得的一个频谱和由频率变换单元获得的频谱。如上所述，依据本专利技术的编码设备和解码设备，通过在时域中的编码之外还增加时域中的编码，变得能够以较高的编码效率选择一个域中的编码并减少所输出的编码数据流的比特量。此外，通过增加时域中的编码，变得容易提高时间分辨能力以及频率分辨能力。并且，依据本专利技术的编码设备和解码设备可以以低比特率提供一个宽频带的编码音频数据流。对于较低频率区域中的一个分量，其频率的微观结构通过采用一个诸如霍夫曼编码的压缩技术来编码。对于较高频率区域中的一个分量，只对通过用较低频率区域中的频谱替代较高频率区域中的频谱而再现的主要数据进行编码，而不对其微观结构编码，以使得由高频中的分量的编码所使用的数据量可以最少。依据本专利技术的解码设备，由于高频区域中的分量是通过在再现音频信号时在解码过程中处理较低频率区域中的频谱的再现而产生的，所以可以容易地由低比特率来实现，并且可以在比由常规解码设备以同一比率再现的更宽的频带中再现声音。附图说明图1是显示常规编码设备的结构的方框图。图2是显示依据本专利技术的第一实施例的解码设备的结构的方框图。图3是显示由图2所示的时间—频率变换单元进行的时间—频率变换的一个例子的示意图。图4A是显示输入到时间—频率变换单元中的时域中的一个音频信号的示意图。在该示意图中，假定根据频率变换在某一时刻要变换一个在等效于第N帧的一部分中的信号。图4B是显示对图4A所示的第N帧中的音频信号在某一时刻执行时间—频率变换而获得的一个频谱。图5A是显示与图4A在同一时间轴上的音频信号的第N帧是如何被分成用于其第一半的子帧1和用于其第二半的子帧2的示意图。图5B是显示通过将图5A所示的子帧1中的时域中的音频信号变换成频域中的一个信号而获得的频谱的示意图。图5C是显示通过将图5A所示的子帧2中的时域中的音频信号变换成频域中的一个信号而获得的频谱的示意图。图6A是显示与图4A相同的时域中的音频信号(第N帧)是如何被分成(M+1)段子帧的示意图。图6B是显示通过将一帧中的音频输入信号分成(M+1)段子帧并由每个子帧执行时间—频率变换而获得的频谱的示意图。图7A是显示通过对一帧中的音频信号在某一时刻执行时间—频率变换而获得的频谱上的频带BandA中包含的样本的示意图。图7B是显示通过将一帧中的音频输入信号分成(M+1)段并由每个子帧对其执行时间—频率变换而获得的频谱上的频带BandB中包含的样本的示意图。图8A是显示通过对一帧中的音频信号在某一时刻执行时间—频率变换而获得的频谱上的频带BandC中的样本的示意图。图8B是显示通过将一帧中的音频输入信号分成(M+1)段子帧并由每个子帧对其执行时间—频率变换而获得的频谱上的频带B本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种对通过根据时间－频率变换来变换一个输入初始信号而获得的频域中的一个信号进行编码并产生一个输出信号的编码设备，包括：第一频带指定单元，可用于基于输入初始信号的特性为一部分频谱指定一个频带；时间变换单元，可用于根据频率－时间 变换将指定频带中的一个信号变换成一个信号；以及，编码单元，可用于对由时间变换单元获得的信号和至少一部分频谱进行编码，并从编码信号和编码频谱产生一个输出信号。

【技术特征摘要】
JP 2002-4-11 2002-1087031.一种对通过根据时间—频率变换来变换一个输入初始信号而获得的频域中的一个信号进行编码并产生一个输出信号的编码设备，包括第一频带指定单元，可用于基于输入初始信号的特性为一部分频谱指定一个频带；时间变换单元，可用于根据频率—时间变换将指定频带中的一个信号变换成一个信号；以及，编码单元，可用于对由时间变换单元获得的信号和至少一部分频谱进行编码，并从编码信号和编码频谱产生一个输出信号。2.依据权利要求1的编码设备，其中，时间变换单元根据频率—时间变换将指定频带中的信号变换成一个指示一个在与频谱相同的时间上的频率分量的时间改变的信号。3.依据权利要求2的编码设备，其中，编码设备进一步包括时域近似单元，可用于指定频谱的两个或多个频带，并采用一个指示在一个指定频带中包含的频率分量的时间改变的信号来近似一个指示在另一个指定频带中的频率分量的时间改变的信号，以及编码单元对用于由时域近似单元指定的频带的近似的信号进行编码。4.依据权利要求3的编码设备，其中，时域近似单元产生指定在频谱中用于近似的频带和被近似的频带的数据。5.依据权利要求4的编码设备，其中，时域近似单元进一步产生指示用于被近似的信号的近似的信号的增益的数据。6.依据权利要求5的编码设备，其中，编码单元不对被近似的信号进行编码，而是对由时域近似单元产生的指定用于近似的频带的数据和指示增益的数据进行编码。7.依据权利要求1的编码设备，其中，第一频带指定单元为一个在输入初始信号的平均能量上具有一个大的改变的部分指定一个频带。8.依据权利要求1的编码设备，其中，编码设备进一步包括第二频带指定单元，可用于基于频谱特性为一部分频谱指定一个频带，以及时间变换单元根据频率—时间变换将指定频带的一个信号变换成一个信号。9.依据权利要求8的编码设备，其中，编码设备进一步包括频域近似单元，可用于指定在频谱中包含的两个或多个频带，并采用指定频带中的一个的频谱来近似另一个频带的频谱，以及编码单元对用于由频域近似单元指定的频带的近似的频谱进行编码。10.依据权利要求9的编码设备，其中，频域近似单元产生指定在频谱中用于近似的频带和被近似的频带的数据。11.依据权利要求10的编码设备，其中，频域近似单元进一步产生指示用于被近似的频谱的近似的频谱的增益的数据。12.依据权利要求11的编码设备，其中，编码单元不对被近似的频谱进行编码，而是对由频域近似单元产生的指定用于近似的频带的数据和指示增益的数据进行编码。13.依据权利要求8的编码设备，其中，第二频带指定单元指定一个在频谱中具有广泛散布的频谱系数的频带。14.一种对通过对一个输入初始信号编码而获得的编码数据流进行解码、并输出一个频谱的解码设备，包括解码单元，可用于提取在输入编码数据流中包含的编码数据流的一部分，并对提取出的编码数据流解码；频率变换单元，可用于将通过对提取出的编码数据流解码而获得的信号变换成一个频谱以及，合成单元，可用于在频率轴上合成通过对从输入编码数据流的其他部分提取出的编码数据流解码而获得的一个频谱和由频率变换单元获得的频谱。15.依据权利要求14的解码设备，其中，由频率变换单元获得的频谱和通过对从编码数据流的其他部分提取出的编码数据流解码而获得的频谱是指示对于相同输入初始信号的在同一时间的一个信号的频谱。16.依据权利要求15的解码设备，其中，解码设备进一步包括时间近似单元，可用于用一个从其他频带中的编...

【专利技术属性】
技术研发人员：津岛峰生，则松武志，田中也，
申请(专利权)人：松下电器产业株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]