子带域中改进的频谱平移/折叠的方法和设备技术

本发明专利技术涉及一种利用频率平移或折叠或二者组合改进高频重建（ＨＦＲ）技术的新方法和设备。本发明专利技术可应用于音频信源编码系统，和大大减小计算的复杂性。这是借助于子带域中的频率平移或折叠实现的，最好是，它与相同域中的频谱包络调整相结合。还提出不和谐防护频带滤波的概念。本发明专利技术提供一种可应用于语音和自然音频编码的低复杂性，中级质量ＨＦＲ方法。（*该技术在2021年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种改进高频重建(HFR)技术的新方法和设备，可应用于音频信源编码系统。利用这种新方法可以大大减小计算复杂性。这是借助于子带域中频率平移和折叠而实现的，最好是，它与频谱包络调整过程相结合。通过不和谐防护带滤波的概念，本专利技术还改进感觉音频质量。本专利技术给出低复杂性，中等质量HFR方法并且涉及PCT专利频谱带复制(SBR)[WO 98/57436]。
技术介绍
某个频率之上的原始音频信息被高斯噪声或人为低频带信息所代替的方案统称为高频重建(HFR)方法。除了噪声插入或诸如整流的非线性之外，现有技术的HFR方法一般利用所谓的拷贝技术，用于产生高频带信号。这些技术主要采用宽带线性频率偏移，即，平移，或频率倒置线性偏移，即，折叠。现有技术的HFR方法主要是为了改进语音编解码器的性能。然而，利用感觉准确的方法，高频带再生中的最近发展已使HFR方法成功地应用于自然音频编解码器，编码音乐或其他复杂的节目材料，PCT专利[WO 98/57436]。在某些条件下，简单的拷贝技术在编码复杂节目材料时也是适用的。这些技术在中级质量应用中已产生合理的结果，特别是用于编解码器装置，其中对于整个系统的计算复杂性有严格的约束。人类话音和大多数乐器产生准稳定的音调信号，这些信号从振荡系统发出。根据傅里叶理论，任何周期性信号可以表示成频率为f，2f，3f，4f，5f等的正弦波之和，其中f是基频。这些频率形成一个调和级数。音调亲合性是指感觉音调或谐波之间的关系。在自然声音再现中，这种音调亲合性是受不同类型话音或所用乐器的控制和确定。总的HFR技术思想是根据现有低频带建立的信息代替原始高频信息，和随后给这个信息加上频谱包络调整。现有技术HFR方法建立高频带信号，其中音调亲合性往往是不可控制和受损的。这些方法产生非谐波频率分量，它给复杂节目材料造成感觉的假象。这种假象在编码文献中称之为“刺耳”发声，听众的感觉到的是声音失真。与和谐(悦耳)相反，感觉的不和谐(刺耳)出现在相邻音调或泛音发生干扰的时候。各种研究人员解释了不和谐理论，其中包括Plomp和Levelt[“Tonal Consonance and Critical Bandwidth”R.Plomp，W.J.M.Levelt，JASA，Vol.38，1965]，该理论指出，若频率之差约在两个泛音所在临界频带带宽的5至50％以内，则认为这两个泛音是不和谐的。频率变换到临界频带所用的标度称之为Bark标度。一个Bark相当于一个临界频带的频率距离。例如，以下的函数关系式可用于频率(f)到Bark标度(z)的转换z(f)=26.811+1960f-0.53---[Bark]---(1)]]>Plomp指出，若两个泛音的频率之差约小于所在临界频带的5％，或相当地，若两个泛音的频率间隔小于0.05Bark，则人类听觉系统不能辨别这两个泛音。另一方面，若两个泛音的频率间隔大于0.5Bark，则感觉到这两个泛音为分开的音调。不和谐理论部分地解释为什么现有技术的方法给出不满意的结果。一组和谐泛音的频率上移可能变成不和谐泛音。此外，在平移频带样本与低频带之间的交叉区，泛音能够发生干扰，按照不和谐规则，因为这些泛音可能不在可接受的偏差范围内。
技术实现思路
本专利技术提供一种改进信源编码系统中平移或折叠技术的新方法和设备。其目的包括大大减小计算复杂性和减小感觉假象。本专利技术展示一种分抽样数字滤波器组作为频率平移或折叠装置的新实施方案，还提供低频带与平移或折叠频带之间改进的交叉准确度。此外，本专利技术指出避免感觉不和谐的交叉区得益于被滤波。滤波区称之为不和谐的防护带，利用分抽样滤波器组，本专利技术能够以不复杂和准确的方式减小不和谐泛音。新滤波器组基的平移或折叠过程可以有利地与频谱包络调整过程相结合。于是，用于包络调整的滤波器组也可用于频率平移或折叠过程，所以，不需要使用分开的滤波器组或频谱包络调整过程。本专利技术以低计算代价提供唯一和灵活的滤波器组基设计，因此，建立一种非常有效的平移/折叠/包络调整系统。此外，本专利技术有利地与PCT专利[SE00/00159]中描述的自适应噪声背景相加方法进行组合。这个组合可以改进困难节目材料条件下的感觉质量。我们提出的子带域基平移或折叠技术包括以下步骤-通过数字滤波器组的分析部分，滤波低频带信号以得到一组子带信号；-在数字滤波器组的合成部分，从相邻的低频带频道到相邻的高频带频道修补一些子带信号；-按照所需的频谱包络，调整修补的子带信号；和-通过数字滤波器组的合成部分，滤波调整的子带信号，以非常有效的方法得到包络调整和频率平移或折叠的信号。本专利技术引人注目的应用涉及改进各种类型的中级质量编解码器的应用，例如，MPEG 2 Layer III，MPEG 2/4 AAC，Dolby AC-3，NTTTwin VQ，AT&T/Lucent PAC，等等，其中这些编解码器用在低比特率。本专利技术在各种语音编解码器中也是非常有用的，例如，G.729MPEG-4 CELP和`HVXC等，可以改进感觉质量。上述的编解码器在多媒体，电话工业，互联网以及专业多媒体应用中得到广泛的使用。附图说明参照附图，借助于几个具体例子描述本专利技术，这些例子不限制本专利技术的范围或精神，其中图1表示按照本专利技术在编码系统中结合滤波器组基的平移或折叠；图2表示最大抽取滤波器组的基本结构； 图3表示按照本专利技术的频谱平移；图4表示按照本专利技术的频谱折叠；和图5表示按照本专利技术利用防护频带的频谱平移。具体实施例方式数字滤波器组基的平移和折叠现在描述新滤波器组基的平移或折叠技术。利用滤波器组的分析部分，把所考虑的信号分解成一系列子带信号。通过分析和合成子带频道的重新连接，于是，这些子带信号被修补以实现频谱平移或折叠或二者的组合。图2表示最大抽取滤波器组分析/合成系统的基本结构。分析滤波器组201把输入信号分割成几个子带信号。合成滤波器组202组合子带样本以重建原始信号。利用最大抽取滤波器组的实施方案可以大大减小计算成本，应当理解，实现本专利技术可以利用几种类型的滤波器组或变换，包括余弦或复指数调制的滤波器组，子波变换的滤波器组解释，其他非相等带宽滤波器组或变换，以及多维滤波器组或变换。在以下典型而非限制性的描述中，我们假设，L频道滤波器组把输入信号x(n)分割成L个子带信号。利用抽样频率fS，输入信号的频带限制到频率fC。最大抽取滤波器组的分析滤波器(图2)标记为Hk(z)203，其中k＝0，1，…，L-1。在传输通过抽取器204之后，子带信号vk(n)被最大地抽取，每个信号的抽样频率为fS/L。在内插205和滤波206之后，具有合成滤波器Fk(z)的合成部分重新组合子带信号以产生 此外，本专利技术还完成 的频谱重建，给出增强的信号y(n)。重建范围起始频道标记为M，它是由以下的公式确定M=floor{fCfS2L}-----(2)]]>源区频道的数目标记为S(1≤S≤M)。按照本专利技术，通过 的平移并结合包络调整，利用修补子带信号完成频谱重建，νM+k(n)＝eM+k(n)νM-S-P+k(n) (3)其中k∈，(-1)S+P＝1，即，S+P是偶数，P是整数偏移(0≤P≤M-S)和eM+k(n)是包络校正。按照本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种增强高频重建技术的方法，组合频率平移或折叠与频谱包络调整，其特征是： －通过数字滤波器组的分析部分，滤波低频带信号以得到一组子带信号； －在数字滤波器组的合成部分中，从所述滤波器组的相邻频道到相邻频道修补一些所述子带信号，其中从频率指数为ｋ的频道到频率指数为ｊ≠ｋ的频道，修补每个所述子带信号； －按照所需的频谱包络，调整所述修补的子带信号；和 －通过数字滤波器组的所述合成部分，滤波所述调整的子带信号；从而得到包络调整和频率平移或折叠的信号。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】SE 2000-5-23 0001926-51.一种增强高频重建技术的方法，组合频率平移或折叠与频谱包络调整，其特征是-通过数字滤波器组的分析部分，滤波低频带信号以得到一组子带信号；-在数字滤波器组的合成部分中，从所述滤波器组的相邻频道到相邻频道修补一些所述子带信号，其中从频率指数为k的频道到频率指数为j≠k的频道，修补每个所述子带信号；-按照所需的频谱包络，调整所述修补的子带信号；和-通过数字滤波器组的所述合成部分，滤波所述调整的子带信号；从而得到包络调整和频率平移或折叠的信号。2.按照权利要求1的方法，其特征是，所述数字滤波器组是借助于低通原型滤波器的余弦或正弦调制得到的。3.按照权利要求1的方法，其特征是，所述数字滤波器组是借助于低通原型滤波器的复指数调制得到的。4.按照权利要求2-3的方法，其特征是，所述低通原型滤波器设计成这样，使所述数字滤波器组频道的过渡带仅与相邻频道的通...

【专利技术属性】
技术研发人员：拉斯古斯塔夫里尔耶尔德，珀埃克斯特兰德，弗雷德里克汉，克里斯托佛克迂尔灵，
申请(专利权)人：编码技术股份公司，
类型：发明
国别省市：SE[瑞典]