[发明专利]使用制导带宽扩展和盲带宽扩展生成宽带信号的装置、方法和计算机程序

说明书

技术领域

本发明涉及音频处理，特别涉及针对组合的盲带宽和制导带宽扩展的装置、方法和计算机程序。

背景技术

音频信号的储存或传输往往受制于比特率的苛刻约束。过去，在只有极小比特率可用时，编码器被迫大大减小传输的音频带宽。如今，现代音频解码器可以使用带宽扩展(BWE)方法编码宽带信号。这些算法依赖于高频(HF)内容-的参数表示，高频内容是通过变换到HF频谱范围(“修补”)并应用一个参数驱动的后处理从解码信号的波形编码低频(LF)部分产生的。

后处理包括以原始信号能量分布为目标的能级调整(也称频谱整形)，还包括借助波带选择性反向滤波(减小音调)的在HF带变换中的感知音调的调整、增加合成背景噪声(减小音调)或增加个别正弦曲线(增大音调)。

BWE利用LF与HF之间的关系，目的在于生成与原始HF内容尽可能相似的HF信息。这种BWE把该频率扩展到某最高频率Fmax。因此最高频率的确定取决于质量与比特率的折中。

美国专利号6,680,972B1披露了使用频段复制的信源编码增强方法。在编码器内或之前减小带宽，接着在解码器上完成频段复制。这是通过使用变换方法并结合频谱调整实现的。得到指定感知质量下的减小比特率，或指定比特率下提高的感知质量。

相关技术包含在MPEG-4标准(ISO/IEC14496-3:2005(E))中。特别是，该标准4.6.18小节包含频段复制(SBR)工具。此工具扩展带宽有限的解码音频信号的音频带宽。此过程以复制原先截短的谐波序列为基础，该原先截短是为了减少来自有效带宽有限信号的数据率并控制从编码器得到的数据。音色分量与类噪声分量之间的比率由自适应反向滤波以及增加噪声和正弦波维持。来自编码器的控制数据包含调节修补信号频谱的频谱调节数据，另外，设置音色分量与类噪声分量之间比率用的反向滤波数据要加到该修补信号上，有关遗漏谐波的信息要在生成宽带信号的SBR操作中加到该修补信号上。

这一标准化的程序仅执行制导带宽扩展，因为宽带信号要产生的最高频率也用属于低波段高分辨率信号的参数反映。这样，为了通过产生带宽更高的信号来提高音频信号的质量，还需要能额外增强传输数据的比特率的其他参数。另一方面，当出于传输信道容量的考虑而需要减小比特率时，可能会削减针对编码器上复制信号的最高或部分最高频段的参数。这会自动造成音频质量的下降，因为SBR解码器只能生成某频率(即某频段以下)以下的高频部分，该频段的参数包含在输入数据或位流中。因此，减小比特率将导致音频质量下降，换句话说，提高音频质量将导致比特率增大。

发明内容

本发明的宗旨是提出改进的、兼顾高品质和低比特率的带宽扩展概念。

这个目标是通过根据权利要求1的生成宽带信号的装置、根据权利要求14的生成宽带信号的方法或根据权利要求15的计算机程序实现的。

本发明的依据是，为了提高音频质量和/或减小比特率，将制导带宽扩展操作与盲导带宽扩展操作结合。盲带宽扩展操作是不传递其任何参数的带宽扩展操作。换句话说，盲带宽扩展操作将产生属于高于最大频率的信号频谱分量，其带宽扩展参数已经在位流中传递了。使用窄带输入信号和一组已经传递的参数生成扩展到第一频率以下的第一个频率分量以及执行制导带宽扩展操作的处理器也适合执行盲带宽扩展操作，这种操作使用低频带信号或第一个频率分量和第二组参数生成扩展到高于第一频率的第二频率以下的第二个频率分量。第二个参数不从带宽扩展解码器中传递，但由根据第一组参数生成第二组参数或仅根据带宽扩展解码器侧的第一个频率分量生成第二组参数的参数发生器产生。换句话说，盲带宽扩展操作的操作方式可能与制导带宽扩展操作的方式相似。但不同的是，带宽扩展操作使用的任何参数都是在解码器侧产生的并从编码器传递至解码器。而对于盲带宽扩展操作来说，任何参数都不在编码器侧产生，也不从编码器向解码器传递任何参数，但仅在解码器侧使用解码器上可以获得的信息产生，而不使用关于原始信号对应频率分量的任何信息。在解码器侧并非可以获得有关对应于盲带宽扩展操作生成的频率分量的原始音频信号的所有信息，因为针对第一个频率分量的窄带信号和已传递的参数都不包含有关第二个频率分量的任何信息。该信息仅在解码器侧上产生，未使用任何传递参数，也就是所谓的“盲”方式。

现有发明的一个优势是它通过制导带宽扩展(gBWE)与盲带宽扩展(bBWE)的结合进一步提高了带宽扩展信号的感知质量。现有发明依赖于利用高频分量与甚高频分量之间的关系，其中高频分量对应于上述现代带宽扩展方法中使用的传递参数所涵盖的频率带宽。