音频解码设备和方法技术

一种音频解码设备，使用产生多个高频子带信号的带宽扩展器，从划分为多个子带的低频子带信号解码高频分量信号，并传输高频编码的信息。设备装置有混叠现象检测器和混叠现象去除器。混叠现象检测器检测在由带宽扩展器产生的多个高频子带信号中出现混叠信号分量的程度。混叠现象去除器调整通常产生高频子带信号的增益，抑止在高频子带信号中的混叠信号分量。因此，即使当为了降低运算数量使用实数值子带信号时，可以抑止混叠现象的出现，并降低产生的声音质量的退化。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及使用少量的附加信息，从窄带音频信号产生宽带音频信号的音频带宽扩展系统的音频解码设备和解码方法，并涉及用很少计算能得到解码高音频质量的技术。
技术介绍
带宽划分编码是编码低比特率音频信号而同时获得高质量的回放信号通常的方法。使用频带划分滤波器把输入音频信号划分为多个频带(子带)，或用傅立叶变换或其它时间频率变换算法变换输入信号为频域信号，然后，将信号划分为频域的多个子带，并分配合适的代码位给各带宽部分。使用带宽划分编码能从低比特率数据获得高质量的回放信号的原因是在编码处理中基于人类的听觉特性处理信号。在近似10KHz或更高频率人类的听觉灵敏度通常下降，低音电平变得难于听见。此外，称为“频率屏蔽”的现象是众所周知的。由于频率屏蔽，当在特定频带有高电平声音时，在附近频带的低电平声音成为难于听见的。由于此听觉特性对回放质量没有实质性的影响，分配比特和编码信号是难于感觉的，因此编码此信号是无意义的。相反，取分配给此听觉无意义的代码位并重分配此代码位给听觉敏感的子带，可更详细的编码听觉敏感的信号，因此有效地改善回放信号的质量。此用带宽划分的编码例子是国际标准的MPEG-4 AAC(ISO/IEC14496-3)，这使得能在近似96Kbps比特率上高质量的编码16KHz或更宽带宽的立体声信号。如果比特率是低的，例如，近似48Kbps，只是10KHz或更低的带宽可以高质量编码，产生压抑的声音。一种补偿此带宽限制产生的声音质量退化的方法称为SBR(谱带复制)，并在欧洲电信标准学会(ETSI)出版的数字无线电世界范围的(DRM)系统规范中描述。类似的技术也在AES(音频工程协会)会议论文5553，5559，5560(112届会议，2002年五月10-13，Munich，Germany)中公开。SBR寻找由音频编码处理，如AAC或同等的频带限制处理所损失的高频带信号(涉及高频分量)的补偿。在低于SBR补偿的频带(也称为低频分量)的频带中的信号必须由其它装置传输。基于由其它装置传输的低频分量产生伪高频分量的信息包含在SBR-编码的数据中，由伪高频分量加到低频分量上可补偿由于带宽限制的声音的退化。图7是根据现有技术的SBR带宽扩展的解码器的原理图。输入比特流106被1分离为低频分量信息107，高频分量信息108，和加信息109。例如，低频分量信息107是用MPEG-4 AAC或其它编码方法编码的信息，并解码产生表示低频分量的时间信号。由分析滤波器组103划分此表示低频分量的时间信号为多个子带。分析滤波器组103通常是使用复数值系数的滤波器组，划分的子带信号表示为低复数值信号。由复制表示低频分量的低频子带信号到高频子带中，带宽扩展器104补偿由于带宽限制的高频分量损失。输入到带宽扩展器104的高频分量信息108包含偿频高频子带的增益信息，因此调整各个产生的高频子带的增益。带宽扩展器104产生的高频子带信号随低频子带信号输入到带宽合成的合成滤波器组105，并产生输出信号110。因为输入到合成滤波器组105的子带信号通常是复数值信号，使用复数值系数滤波器组为合成滤波器组105。如上面配置的带宽扩展的解码器在解码处理中要求许多操作，因为包括分析滤波器组和合成滤波器组的两个滤波器组执行复数值计算。因此，当用集成电路实现解码器时，存在的问题是功耗增加和用给定的电源容量可能的回放时间减小。实际上从合成滤波器组输出的解码的信号是实数值信号，因此为了降低执行解码的运算数量，合成滤波器组可以配置为实数值滤波器组。然而，因为只执行实数值运算的合成滤波器组(实数值系数合成滤波器组)的特性不同于如在现有技术中的执行复数值运算的合成滤波器组(复数值系数合成滤波器组)的特性，复数值合成滤波器组不能简单的由实数值合成滤波器组替代。图8A到图8E显示复数值系数合成滤波器组和实数值系数合成滤波器组的特性。任何给定频率的音调信号有如在图8A中显示的单线谱。当包含此音调信号201的输入信号由分析滤波器组分离为多个子带时，表示音调信号201的线谱包含在单个特定子带信号中，理想的，例如，包含在子带m中的信号只表示频带从mπ/M到(m+1)π/M的信号。然而，用现行的分析滤波器组，从相邻子带到给定子带的信号包含在根据频带划分滤波器的频率特性的给定子带中。图8B显示用作分析滤波器组的复数值系数滤波器组的例子。在此例子中，音调信号201作为复数值信号，包含在如图中由实线显示的子带m信号203和如由虚线显示的子带m-1信号204中。注意，包含在两个子带中的音调信号占有频率轴上同样位置。高频子带信号产生过程复制两个子带信号到高频子带中，并调整各子带的增益，但如果各子带增益不同，音调信号201在各子带也有不同的幅度。在合成滤波后，音调信号幅度的变化保留为信号误差，但因为音调信号的两个子带在频率轴上占有同样位置，此信号误差的影响只表现为用复数值系数滤波器组作为合成滤波器组的常规方法的音调信号201的幅度变化。因此，此误差对输出信号质量有小的影响。然而，当使用实数值系数滤波器组作为合成滤波器组时，由复数值系数分析滤波器组输出的复数值子带信号首先必须转换为实数值子带信号。例如，这可以由旋转复数值子带信号的实数值轴和虚数值轴π/4做到，这是从DFT导出DCT同样的运作。包含在子带中的信号的形状随此变换处理改变为实数值子带信号。图8C显示由虚线表示的(m-1)子带信号的变化。作为变换为实数值子带信号的结果，包含在子带(m-1)中的信号的谱是对子带边界202的轴对称的。因此，包含在原来复数值子带信号中的音调信号201的称为“镜像频率信号”的信号出现在与子带边界202的轴对称的位置。在子带m的信号也出现类似的镜像频率分量205，至于子带(m-1)和子带m的增益没有变化，在合成滤波处理中这些镜像频率分量互相抵消，在输出信号中不出现。然而，如在图8D中所示，当在高频子带信号产生过程中各子带中有增益差206时，镜像频率分量205在输出信号中不完全抵消并出现为误差信号，称为混叠现象。如在图8E中所示，此混叠分量207出现在信号通常不应该在的位置(即，对原始音调信号跨过子带边界202的对称位置上)，因此对输出信号的声音质量有大的影响。特别是，当音调信号接近于频带划分滤波器的衰减是不足的子带边界时，产生的混叠分量的幅度增加，因此，引起输出信号的声音质量的严重退化。
技术实现思路
因此，本专利技术致力于解决当前技术的这些问题，提供使用实数值系数合成滤波器组减少解码处理中执行的运算数量的技术，抑止混叠现象，改善输出信号的声音质量。本专利技术的音频解码设备是从包含窄带音频信号的编码信息的比特流中解码宽带音频信号的设备。在本专利技术的第一方面中，设备包括比特流多路分解器，用于从比特流中多路分解编码信息；解码器，用于从多路分解的编码信息中解码窄带音频信号；分析滤波器组，用于划分解码的窄带音频信号为多个第一子带信号；带宽扩展器，用于从至少一个第一子带信号产生多个第二子带信号，各第二子带信号有比第一子带信号的频带更高频带；混叠现象去除器，为了抑止在第二子带信号中产生的混叠信号分量，调整第二子带信号的增益；实数值计算合成滤波器组，用于合成第一子带信号和第二子带信号获得宽带音频信号。在本专利技术的第二方面中，设备包括本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种音频解码设备，用于从包含窄带音频信号的编码信息的比特流解码宽带音频信号，包括：比特流多路分解器，用于从比特流中多路分解编码的信息；解码器，用于从多路分解的编码信息解码窄带音频信号；分析滤波器组，用于划分解码的窄带 音频信号为多个第一子带信号；带宽扩展器，从至少一个第一子带信号产生多个第二子带信号，各第二子带信号有比第一子带信号的频带更高的频带；混叠现象去除器，为了抑止出现在第二子带信号中的混叠信号分量，调整第二子带信号的增益； 实数值计算合成滤波器组，合成第一子带信号和第二子带信号，获得宽带音频信号。

【技术特征摘要】
JP 2002-9-19 273557/2002;JP 2002-9-27 283722/2002;1.一种音频解码设备，用于从包含窄带音频信号的编码信息的比特流解码宽带音频信号，包括比特流多路分解器，用于从比特流中多路分解编码的信息；解码器，用于从多路分解的编码信息解码窄带音频信号；分析滤波器组，用于划分解码的窄带音频信号为多个第一子带信号；带宽扩展器，从至少一个第一子带信号产生多个第二子带信号，各第二子带信号有比第一子带信号的频带更高的频带；混叠现象去除器，为了抑止出现在第二子带信号中的混叠信号分量，调整第二子带信号的增益；实数值计算合成滤波器组，合成第一子带信号和第二子带信号，获得宽带音频信号。2.一种音频解码设备，用于从包含窄带音频信号的编码信息的比特流解码宽带音频信号，包括比特流多路分解器，用于从比特流中多路分解编码的信息；解码器，用于从多路分解的编码信息解码窄带音频信号；分析滤波器组，用于划分解码的窄带音频信号为多个第一子带信号；带宽扩展器，从至少一个第一子带信号产生多个第二子带信号，各第二子带信号有比第一子带信号的频带更高的频带；混叠现象检测器，检测由带宽扩展器产生的多个第二子带信号中出现的混叠信号分量的程度；混叠现象去除器，基于检测的出现混叠信号分量的程度，调整第二子带信号的增益，抑止混叠信号分量；实数值计算合成滤波器组，合成第一子带信号和第二子带信号，获得宽带音频信号。3.根据权利要求2所述的音频解码设备，其特征在于混叠信号分量包含至少在由执行复数值计算的合成滤波器组合成后抑止的分量。4.根据权利要求2所述的音频解码设备，其特征在于第一子带信号是低频子带信号，第二子带信号是高频子带信号。5.根据权利要求4所述的音频解码设备，其特征在于混叠现象检测器使用表示第一子带信号的频率分布的斜率的参数，检测出现混叠信号分量的程度。6.根据权利要求5所述的音频解码设备，其特征在于混叠现象检测器评估表示两个相邻子带的频率分布的斜率的参数，并检测在两个子带中出现混叠信号分量的程度。7.根据权利要求5所述的音频解码设备，其特征在于混叠现象检测器评估表示三个相邻子带的频率分布的斜率的参数，并检测在三个子带中出现混叠信号分量的程度。8.根据权利要求5所述的音频解码设备，其特征在于表示频率分布的斜率的参数是反射系数。9.根据权利要求2所述的音频解码设备，其特征在于比特流包含窄带音频信号的编码信息和使得窄带到宽带的附加信息；附加信息，包含描述比第一子带信号的频带更高频带的信号特性的高频分量信息；比特流多路分解器，还从比特流多路分解附加信息；带宽扩展器，从至少一个第一子带信号和在附加信息中的高频分量信息产生比第一子带信号的频带更高的频带中的多个第二子带信号。10.根据权利要求9所述的音频解码设备，其特征在于高频分量信息包含比第一子带信号的频带更高的频带的增益信息；带宽扩展器，基于增益信息从第一子带信号产生第二子带信号；混叠现象去除器，为了抑止混叠信号分量，基于检测的出现混叠信号分量的程度和增益信息，调整第二子带信号的增益。11.根据权利要求9所述的音频解码设备，其特征在于高频分量信息包含在比第一子带信号的频带更高的频带中的信号的能量信息；带宽扩展器，基于从能量信息计算的增益信息，从第一子带信号产生第二子带信号；混叠现象去除器，为了抑止混叠信号分量，基于检测的出现混叠信号分量的程度和增益信息，调整第二子带信号的增益。12.根据权利要求11所述的音频解码设备，其特征在于混叠现象去除器调整第二子带信号的增益，使得有调整的增益的多个第二子带信号的总能量等于相应的第二子带信号的能量信息提供的总能量。13.根据权利要求11所述的音频解码设备，其特征在于带宽扩展器把附加信号加到产生的第二子带信号；能量信息包含第二子带信号的能量R及能量R与附加信号的能量之间的比率Q；带宽扩展器，计算第一子带信号的能量E，基于能量R，能量E和由能量比率Q表示的附加信号的能量，计算相应的第二子带信号的增益g。14.根据权利要求13所述的...

【专利技术属性】
技术研发人员：田中直也，嶋田修，津岛峰生，则松武志，张国成，柯金汉，梁世丰，野村俊之，高见泽雄一郎，芹泽昌宏，
申请(专利权)人：松下电器产业株式会社，日本电气株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]