音频编解码器制造技术

本发明专利技术公开了一种音频编码器和音频解码器。该编码器主要由时频分析单元、感知模型单元、感知参数编码和解码单元、频域感知滤波单元、残差分析与编码单元及合路单元电连接组成；该解码器主要由分路单元、感知参数编解码单元、残差解码与合成单元、频域感知逆滤波器单元和时频合成单元电连接组成。所述的音频编解码器在频域对音频信号进行压缩编码，其中残差分析与编码单元利用高频残差信号与低频残差信号之间的相关性，对高频残差信号进行参数编码；所述的残差解码与合成单元利用高频残差参数对高频残差进行复制和重构。本发明专利技术消除了频域残差信号中的多余度，提高了音频编码的压缩比、信道利用率和音频传输质量，用于多媒体通信和消费类电子设备。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及通信
，具体涉及一种编解码器，用于多媒体通信和消费类电 子设备。
技术介绍
在多媒体通信领域，包括语音在内的音频、尤其是宽带音频已逐渐成为主要通信 业务之一。但是音频信号频带较宽、编码数据量较大，这给音频信号的实时传输和有 效存储带来很大的困难。虽然MP3、 AAC、 EAAC和EAAC+等音频编码器已经能够较好地 对音频信号进行压縮编码、满足了一定应用的要求，但还无法完全胜任移动多媒体通 信业务的低速率高质量要求，所以有必要研究效率更高和质量更好的音频编解码器。 与本专利技术相关的现有技术有下两种，下面分别给以简单介绍现有技术一EAAC和EAAC+音频编码器。这两种音频编码器是在AAC音频编码器基础上发展起 来的，其主要特点是采用频带复制技术。 一般地说，任何信号是由若干个基频及合它 们的各次谐波所组成，这为用低频信号复制和重构高频信号提供了可能。频带复制是 目前效果比较好的一种高频重建技术，它把低频子带的波形选择性地复制到高频段子 带中去，再利用提取的能量和谐波调整参数对复制的高频段进行整形，从而达到高频 重建的目的，并以此为基础重建时域信号。频带复制是建立在现有的核心音频编解码 器之上的高频重构方法，它通过核心编解码器得到音频的低频成分并以此复制程高频 成分，再添加一些补偿的音调信号，然后进行高频频谱调整完成高频重构。现有技术一存在如此下缺点音频信号具有频带宽、信号内容丰富、动态范围大、 频谱谐波丰富等特点，而且在不同的频段都会出现共振峰；在通常情况下，音频信号 频谱的低频部分与高频部分可能没有相似的共振峰特性、也没有类似的频谱细节和谐 波效应。所以频带复制技术在许多情况下虽然能够大体上重构高频信号分量，但高频 的细节信息难以较好的重构，从而影响了重构音频信号的质量，因此，￡八八(]和￡八八0+ 音频编码器的音频压縮比和音频编码质量仍有待提高。现有技术二Vorbis是一种通用的音频编解码器。这种音频编解码器算法的基本思想是在 编码端，对时域音频信号进行变换到频域信号，然后用心理声学模型所确定的感知滤 波器对频域信号进行滤波处理，得到频域残差信号；编码器传送的是感知滤波器参数 和频域残差信号的编码。在解码端，解码器利用收到的感知滤波器参数和频域残差信 号的编码，通过解码恢复感知滤波器参数和频域残差信号；然后感知滤波器参数和频 域残差信号重构频域信号，再将频域信号变换到时域重构时域音频信号。现有技术二存在的缺点是Vorbis音频编码器分析得到的频域残差信号是经过感知滤波处理的白化信号，所以从整个频域上看，频域残差的高频段信号与低频段信号通常具有很强的相似性和相关性。但Vorbis音频编码器并没有考虑这些特性，而是直接对频域残差信号进行编码，所以未能达到最佳的编码效率。
技术实现思路
本专利技术目的在于克服上述已有技术的不足，提供一种压縮比高的音频编解码器， 以提高对信道利用率、减少带宽需求、提高音频传输质量。为实现上述目的，本专利技术的编码器包括时频分析单元、感知模型单元、感知参数编码单元、感知参数解码单元、频域感知滤波单元及合路单元，感知参数编码单元 输出的感知参数编码分为两路传输， 一路通过感知参数解码单元进入频域感知滤波单 元，另一路直接进入合路单元，其特征在于频域感知滤波单元的输出端连接有残差分 析与编码单元，该残差分析与编码单元输出低频残差信号编码和高频残差参数编码， 同时进入合路单元，与感知参数编码合并，输出编码比特流。所述的残差分析与编码单元，包括残差信号高低频段分割单元，用于将频域残差信号划分为低频残差信号和高频残差信号两部分；低频残差信号编码单元，用于对低频残差信号直接进行压縮编码，得 到低频残差信号编码；低频残差信号解码单元，用于完成对低频残差信号编码数据在 编码端的本地解码，得到解码重构的低频残差信号；高频残差信号分析单元，用于根 据高频残差信号与本地解码得到的低频残差信号的相关性或相似性，分析和估算用于 在解码端复制和重构高频残差信号的高频残差参数；高频残差参数编码器单元，用于 对高频残差参数进行编码，得到高频残差参数编码；该残差信号高低频段分割单元输 出的低频残差信号和高频残差信号分别传输到低频残差信号编码单元和高频残差信 号分析单元，分别输出低频残差信号编码和高频残差参数。为实现上述目的，本专利技术的解码器包括分路单元、感知参数解码单元、频域感知逆滤波器单元和时频合成单元，分路单元输出的感知参数编码通过感知参数解码单 元输出感知参数，并进入频域感知逆滤波器单元以确定滤波器特性，其特征在于分路 单元输出的低频残差信号编码和高频残差参数编码同时通过残差解码与合成单元，输 出重构频域残差信号进入频域感知逆滤波器单元进行逆滤波，输出重构频域信号，再 通过时频合成单元输出重构时域信号。所述的残差解码与合成单元，包括低频残差信号解码器单元，用于对接收到的 低频残差信号编码进行解码，得到重构的低频残差信号，同时输出到高频残差信号重 构单元和残差信号高低频段重组单元；高频残差参数解码器单元，用于对接收到的高 频残差参数编码进行解码，得到重构的高频残差参数，输出到高频残差信号重构单元； 高频残差信号重构单元，用于利用重构的低频残差信号，并根据解码得到的高频残差 参数进行高频残差的复制和重构，得到重构高频残差信号，输出到残差信号高低频段 重组单元；残差信号高低频段重组单元，用于将解码器将解码得到的低频残差信号和 重构的高频残差进行组合，得到重构频域残差信号。本专利技术由于在编码器中采用了残差分析与编码单元，它将频域残差分解为高频 残差信号和低频残差信号，并采用对低频残差进行直接编码、对高频残差进行参数编 码的形式；同时由于在解码器中采用了残差解码与合成单元，它利用解码得到的低频 残差信号和高频残差参数复制和重构高频残差信号，继而重构频域残差信号；因此， 本专利技术消除了频域残差信号中的多余度、有效地压缩了音频信号中的多余度、进一步 提高了音频编码的编码效率，以此为基础的音频编解码器能够对包括语音信号在内的 音频信号进行高效高质量的压縮和编码。附图说明图1是本专利技术的音频编码器结构示意图； 图2是本专利技术的残差分析及编码器单元组成示意图3是本专利技术的音频解码器结构示意图4是本专利技术的解码器及残差合成单元组成示意图。具体实施例方式参见图l，本专利技术的音频编码器包括时频分析单元101、感知模型单元102、感知参数编码器单元103、感知参数解码器单元104、频域感知滤波器单元105、残差分 析与编码单元106、合路单元107，其中时频分析单元IOI，接收输入到编码器的原始音频信号，它包括语音信号、音频 信号或任何人耳可以听到的各种声音信号的混合声音；音频信号的频率范围主要在0Hz到20kHz之间，音频信号的采样频率为96kHz、 48kHz、 44. lkHz、 32kHz、 22. 05kHz、 16kHz、 11.025kHz和8kH。时域音频信号的编码通常是以音频帧为单位的，常用音频 帧的大小按照实际应用一般在50毫秒之内。时频分析单元IOI，对输入的时频信号进行时频分析并将其变换成频域信号，时 域分析采用但不限于修正离散余弦变换、修正重叠变换和快速傅里叶变换方法进行变 换。感知模型单元102，根本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种音频编码器，包括：时频分析单元（１０１）、感知模型单元（１０２）、感知参数编码单元（１０３）、感知参数解码单元（１０４）、频域感知滤波单元（１０５）及合路单元（１０７），感知参数编码单元（１０３）输出的感知参数编码分为两路传输，一路通过感知参数解码单元（１０４）进入频域感知滤波单元（１０５），另一路直接进入合路单元（１０７），其特征在于，频域感知滤波单元（１０５）的输出端连接有残差分析与编码单元（１０６），该残差分析与编码单元（１０６）输出低频残差信号编码和高频残差参数编码，同时进入合路单元（１０７），并与感知参数编码合并，输出编码比特流。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：马鸿飞，宋少鹏，李倩，柳巍，郝晓锋，彭凯，李双阳，张圣钦，
申请(专利权)人：西安电子科技大学，
类型：发明
国别省市：87[中国|西安]