[发明专利]带宽扩展编码器、带宽扩展解码器和相位声码器

说明书

技术领域

本发明涉及音频信号处理，具体地，涉及带宽扩展编码器、用于编码音频信号的方法、带宽扩展解码器、用于解码编码的音频信号的方法、相位声码器和音频信号。

此外，本发明的实施方式涉及用于独立于带宽扩展进行纯时间延长的相位声码器的应用。

背景技术

音频信号的存储或传输通常受比特率的严格限制。这些限制条件通常是由于编码器/解码器(编解码器)根据存储或传输信号所需的信息率来有效压缩音频信号的原因。在过去，当只有很低的比特率可利用时，编码器不得不迅速地降低音频带宽。现代的音频编解码器能够通过使用带宽扩展(BWE)法编码宽带信号，如M.Dietz、L.Liljeryd、K.和O.Kunz在2002年5月于慕尼黑举办的第112届AES大会上提出的“Spectral Band Replication，a novel approach in audio coding(频带复制，一种新的音频编码方法)”；S.Meltzer、R.和F.Henn在2002年5月于慕尼黑举办的第112届AES大会上提出的“SBR enhanced audio codecs for digital broadcasting such as“Digital Radio Mondiale”(DRM)(用于例如数字无线广播(DRM)等数字广播的SBR增强型音频编解码器)”以及T.Ziegler、A.Ehret、P. Ekstrand和M.Lutzky在2002年5月于慕尼黑举办的第112届AES大会上提出的“Enhancing mp3 with SBR：Features and Capabilities of the new mp3PRO Algorithm(通过SBR增强mp3：新的mp3PRO算法的特性和性能)”；国际标准ISO/IEC 14496-3：2001/FPDAM1：“带宽扩展”，ISO/IEC，2002；Vasu Iyengar等人在美国专利5,455,888中提出的“语音带宽扩展方法和装置”；E.Larsen、R.M.Aarts和M.Danessis提出的“音乐和语音的高效高频带宽扩展”中记载的。R.M.Aarts、E.Larsen和O.Ouweltjes在2002年5月于慕尼黑举办的第112届AES大会上提出的“低频和高频带宽扩展的统一方法”。K.在2003年10月于美国纽约举办的第115届AES大会上提出的“窄带语音信号的鲁棒性宽带增强”。赫尔辛基理工大学声学和音频信号处理实验室的E.Larsen和R.M.Aarts在2001年的研究报告提出的“音频宽带扩展——在心理声学、信号处理和扬声器设计的应用”。John Wiley & Sons公司的E.Larsen、R.M.Aarts和M.Danessis在2004年提出的“音乐和语音的高效高频带宽扩展”。J.Makhoul在2002年5月于慕尼黑举办的第112届AES大会上提出的“通过线性预测分析语音频谱”。Ohmori等人在1973年6月的IEEE音频和电子声学学报AU-21(3)提出的美国专利申请08/951,029“音频扩带扩展系统和方法”。Malah，D和Cox，R.V.提出的美国专利申请6895375中的“窄带语音宽带扩展的系统”以及Frederik Nagel和Sascha Disch在2009年4月于台湾台北举办的IEE CNF关于声学、语音和信号处理的ICASSP国际会议上提出的“音频编解码器的谐波宽带扩展方法”。

这些算法依赖于高频(HF)内容的参数表示。通过变换到HF频谱区(修补)并应用参数驱动的后处理从解码的信号的低频(LF)部分生成该表示。

在现有技术中，已知的带宽扩展方法例如有频带复制(SBR)或谐波带宽扩展(HBE)。在下文中，将简要地说明这两种BWE方法。一方面，如在M.Dietz、L.Liljeryd、K.和O.Kunz于2002年5月在慕尼黑举办的第112届AES大会上提出的“频带复制：一种新的音频编码方法”中所记载的，频带复制(SBR)采用正交镜像滤波器组(QMF)来生成HF信息。采用所谓的“修补”算法，较低的QMF带信号拷贝到较高的QMF带内，从而将LF部分的信息复制到HF部分中。然后，所生成的HF部分适于借助于调整频谱包络和音调的参数来与原始HF部分严密地匹配。

另一方面，谐波带宽扩展(HBE)是基于相位声码器的另一种带宽扩展方案。相对于需要非谐波频谱位移的SBR，HBE能够使频谱谐波延续。其可用于替代或改进的SBR修补算法。