專(zhuān)利名稱(chēng)：音頻信號(hào)傳輸系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種傳輸系統(tǒng)，它包括具有用來(lái)對(duì)音頻信號(hào)編碼的編碼器的發(fā)射器，而該編碼器又包括用來(lái)確定至少一種周期性分量的頻率的裝置，所述發(fā)射器還包括用來(lái)向接收器發(fā)送表示至少一種周期分量的所述頻率的信號(hào)的發(fā)射裝置，所述接收器包括用于從發(fā)射器接收表示所述頻率的信號(hào)的接收裝置和用于根據(jù)至少一種周期性分量的所述頻率導(dǎo)出重構(gòu)的音頻信號(hào)的解碼器。
本發(fā)明還涉及發(fā)射器、接收器，編碼器、解碼器、記錄系統(tǒng)、再現(xiàn)系統(tǒng)、編碼和解碼方法、包括執(zhí)行所述方法的計(jì)算機(jī)程序的有形媒體、一種信號(hào)和一種承載信號(hào)的記錄媒體。
從美國(guó)專(zhuān)利NO.4,937,873可了解根據(jù)本序言的傳輸系統(tǒng)。
這些傳輸系統(tǒng)和音頻編碼器用于如下的應(yīng)用中音頻信號(hào)需要經(jīng)傳輸能力有限的傳輸媒體進(jìn)行傳輸或需要存儲(chǔ)在有限存儲(chǔ)容量的存儲(chǔ)媒體中。
這些應(yīng)用的示例有通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)傳輸音頻信號(hào)；從移動(dòng)電話向移動(dòng)臺(tái)傳輸音頻信號(hào)，反之亦然；在CD-ROM、固態(tài)存儲(chǔ)器或硬盤(pán)驅(qū)動(dòng)器上存儲(chǔ)音頻信號(hào)。
對(duì)音頻編碼器嘗試了各種不同操作原理，以實(shí)現(xiàn)適度位速率下的良好音頻質(zhì)量。在這些操作方法之一中，要傳輸?shù)囊纛l信號(hào)被分為多個(gè)10-20ms長(zhǎng)度的片斷。在每一個(gè)所述片斷中，該音頻由多個(gè)用其振幅和頻率定義的正弦波來(lái)表示。這些正弦波的振幅和頻率在該編碼器中被確定。
發(fā)射裝置將這些振幅和頻率的表示方法發(fā)送給接收器。發(fā)射器所執(zhí)行的操作可以包括信道編碼、交錯(cuò)和調(diào)制。
接收裝置從傳輸信道接收表示音頻信號(hào)的信號(hào)，然后執(zhí)行類(lèi)似解調(diào)、去交錯(cuò)和信道解碼的操作。解碼器從接收器獲取該音頻信號(hào)的表示，然后通過(guò)產(chǎn)生由編碼信號(hào)描述的多個(gè)正弦波并將其組合成重構(gòu)的音頻信號(hào)來(lái)從所述音頻的表示導(dǎo)出重構(gòu)音頻信號(hào)。
雖然現(xiàn)有技術(shù)系統(tǒng)提供良好的編碼質(zhì)量，但是重構(gòu)音頻信號(hào)和原始音頻信號(hào)之間仍存在可聽(tīng)辨的差異。
本發(fā)明的目的在于提供一種根據(jù)序言的傳輸系統(tǒng)，其中重構(gòu)的音頻信號(hào)的質(zhì)量被進(jìn)一步地提高。
為了實(shí)現(xiàn)所述目的，根據(jù)本發(fā)明的傳輸系統(tǒng)具有如下特征其編碼器還包括頻率變化確定裝置，用于確定所述至少一種周期性分量經(jīng)歷預(yù)先確定的時(shí)間量的頻率變化。
通過(guò)確定所述至少一種周期性分量的頻率變化，還可以以?xún)煞N途徑提高重構(gòu)音頻信號(hào)的質(zhì)量，第一種途徑是將該頻率變化發(fā)送給接收器，該接收器可以使用所述頻率變化來(lái)導(dǎo)出重構(gòu)音頻信號(hào)。第二種途徑是使用頻率變化來(lái)獲取音頻信號(hào)頻率的更精確的值。例如，它可以是語(yǔ)音信號(hào)中的音調(diào)，或音頻信號(hào)中任意的周期性分量。利用經(jīng)歷預(yù)定時(shí)間量的頻率變化，可以更精確地確定對(duì)應(yīng)于所述基頻的平均頻率值。
本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例具有如下特征安排所述發(fā)射裝置將表示所述頻率變化的另一種信號(hào)發(fā)送到接收器；安排所述接收器接收所述另一種信號(hào)；以及安排所述解碼器根據(jù)所述頻率的所述變化導(dǎo)出所述重構(gòu)音頻信號(hào)。
通過(guò)用發(fā)送到接收器的附加信號(hào)表示頻率變化，可以實(shí)現(xiàn)利用在一個(gè)合成時(shí)間間隔內(nèi)頻率(輕微)變化的正弦波來(lái)產(chǎn)生重構(gòu)音頻信號(hào)。這更加符合實(shí)際音頻信號(hào)的屬性，從而提高了重構(gòu)音頻信號(hào)的質(zhì)量。
本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例具有如下特征其編碼器包括時(shí)間變換裝置，用于獲取時(shí)間變換的輸入信號(hào)；其中安排時(shí)間變換裝置以這樣的方式在預(yù)定時(shí)間量的前部分對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行時(shí)間壓縮、并且在預(yù)定時(shí)間量的后部分對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行時(shí)間擴(kuò)展，使得時(shí)間變換后的輸入信號(hào)的頻率變化比輸入信號(hào)的小。
利用時(shí)間變換(也稱(chēng)時(shí)間變形(time warping))來(lái)獲取時(shí)間變換的音頻信號(hào)已經(jīng)被證明是一種用來(lái)處理需要編碼信號(hào)的頻率變化的有效方式。利用適當(dāng)?shù)臅r(shí)間變換，有可能將頻率變化的信號(hào)變換為具有基本上恒定的頻率的時(shí)間變換信號(hào)。
它的一個(gè)示例是一種其線性頻率掃描在片斷開(kāi)始部分以低頻率起始而在片斷結(jié)束部分以高頻率結(jié)束的音頻信號(hào)。通過(guò)在片斷前部分對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行時(shí)間壓縮，時(shí)間變換信號(hào)的頻率將比原始輸入信號(hào)的頻率高。通過(guò)在片斷后部分對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行時(shí)間擴(kuò)展，時(shí)間變換的輸入信號(hào)的頻率將比原始輸入信號(hào)的頻率低。
這樣就獲得一種時(shí)間變換后的輸入信號(hào)，其在片斷開(kāi)始部分的頻率增高而在片斷結(jié)束部分的頻率降低。如果時(shí)間變換的選擇適當(dāng)?shù)脑?，就有可能獲得降低了頻率變化的變換后的輸入信號(hào)。
本發(fā)明的又一個(gè)實(shí)施例具有如下特征安排所述時(shí)間變換確定裝置導(dǎo)出多個(gè)時(shí)間變換的輸入信號(hào)，后者各自對(duì)應(yīng)于不同的時(shí)間變換，以及所述編碼器包括確定裝置，用于選擇時(shí)間變換，后者對(duì)應(yīng)于經(jīng)歷所述預(yù)定時(shí)間量后頻率變化最小的時(shí)間變換的輸入信號(hào)。
確定最適當(dāng)?shù)臅r(shí)間變換的方式是嘗試多種不同的時(shí)間變換，然后選擇使變換后的音頻信號(hào)的頻率變化最小的那一種。
本發(fā)明的又一個(gè)實(shí)施例具有如下特征安排所述時(shí)間變換確定裝置通過(guò)選擇具有其自相關(guān)函數(shù)的最高峰值的時(shí)間變換輸入信號(hào)來(lái)選擇經(jīng)歷所述預(yù)定時(shí)間量后頻率變化最小的時(shí)間變換輸入信號(hào)。
確定頻率變化最小的時(shí)間變換信號(hào)的有效方式是計(jì)算不同時(shí)間變換輸入信號(hào)的自相關(guān)函數(shù)。具有其自相關(guān)函數(shù)的最高峰值的時(shí)間變換音頻信號(hào)具有最小的頻率變化?；蛘?，也可以計(jì)算時(shí)間變換輸入信號(hào)的快速傅里卟變換(FFT)。產(chǎn)生FFT域中最高峰值的時(shí)間變換音頻信號(hào)具有最恒定的頻率。
根據(jù)本發(fā)明的傳輸系統(tǒng)的又一個(gè)實(shí)施例具有如下特征所述時(shí)間變換定義為實(shí)際時(shí)間和變換后的時(shí)間之間的二次關(guān)系。
實(shí)際時(shí)間和變換后的時(shí)間之間的二次關(guān)系可以很容易地計(jì)算，并可以實(shí)現(xiàn)時(shí)間片斷前部分的時(shí)間壓縮和時(shí)間片斷后部分的時(shí)間擴(kuò)展。
根據(jù)本發(fā)明的傳輸系統(tǒng)的又一個(gè)實(shí)施例具有如下特征實(shí)際時(shí)間t和變換后的時(shí)間τ之間的二次關(guān)系是由表達(dá)式τ(t)=aT·t2+(1-a)·t]]>；0≤t≤T來(lái)定義的，其中a是定義時(shí)間變換的參數(shù)，T是信號(hào)片斷的持續(xù)時(shí)間。
上述二次時(shí)間變換只有一個(gè)參數(shù)，且仍可以在一個(gè)信號(hào)片斷期間獲得時(shí)間壓縮和時(shí)間擴(kuò)展。只有一個(gè)參數(shù)的優(yōu)點(diǎn)在于減少了將優(yōu)化的時(shí)間變換發(fā)送到發(fā)射器所需的位數(shù)。另外，可以指出，這種時(shí)間變換函數(shù)可以完全消除輸入信號(hào)的線性頻率變化。
下面將參照附圖解釋本發(fā)明。


圖1顯示根據(jù)本發(fā)明的用于發(fā)送音頻信號(hào)的傳輸系統(tǒng)。
圖2顯示對(duì)于若干參數(shù)值a的時(shí)間變換函數(shù)的曲線圖。
圖3顯示根據(jù)圖1的傳輸系統(tǒng)所用的變換確定裝置8的實(shí)施例。
圖4顯示通過(guò)根據(jù)圖1的時(shí)間變形器(warper)6涉及時(shí)間變換的離散時(shí)間信號(hào)的圖形。
圖5顯示通過(guò)根據(jù)圖1的時(shí)間去變形器(de-warper)26涉及反向時(shí)間變換的離散時(shí)間信號(hào)的圖形。
在根據(jù)圖1的傳輸系統(tǒng)中，待發(fā)送的音頻信號(hào)加到發(fā)射器2所包括的音頻編碼器4的輸入端中。在音頻編碼器4中，輸入音頻信號(hào)加到頻率變化確定裝置8的輸入端和時(shí)間變換裝置(此處為時(shí)間變形器6)的輸入端。
頻率變化確定裝置8的攜帶輸出信號(hào)a的第一個(gè)輸出信號(hào)連接到時(shí)間變形器6的控制輸入端。輸出信號(hào)a表示輸入信號(hào)的周期性分量的頻率變化。時(shí)間變形器6對(duì)其輸入信號(hào)執(zhí)行由參數(shù)a定義的時(shí)間變換。這樣選擇參數(shù)a，使得時(shí)間變形器6的輸出信號(hào)中周期性分量的頻率最小。
在頻率變化確定裝置8的第二個(gè)輸出處，存在一個(gè)表示音頻信號(hào)中周期性分量的平均頻率的信號(hào)PITCH。在語(yǔ)音編碼中，信號(hào)PITCH表示語(yǔ)音信號(hào)的音調(diào)。
時(shí)間變形器6的輸出端連接到分析器10的輸入端，分析器10被安排來(lái)確定表示時(shí)間變形器6的輸出信號(hào)的參數(shù)。一種可能性是，分析器10是一個(gè)線性預(yù)測(cè)分析器，它確定輸入信號(hào)的多個(gè)線性預(yù)測(cè)編碼器(LPC)系數(shù)。另外一種可能是，分析器10直接確定存在于時(shí)間變形器6的輸出信號(hào)中的多個(gè)正弦波分量的振幅和頻率。
信號(hào)a、信號(hào)PITCH和分析器10的表示音頻信號(hào)的其他屬性的輸出信號(hào)(LPC系數(shù)或正弦波的振幅和頻率)加到復(fù)用器12的各對(duì)應(yīng)輸入端。復(fù)用器12的輸出端連接到發(fā)射裝置14的輸入端，該發(fā)射裝置將復(fù)用器14的輸出信號(hào)發(fā)送到接收器16。
發(fā)射裝置14執(zhí)行類(lèi)似于對(duì)準(zhǔn)備通過(guò)RF載波發(fā)送的信號(hào)進(jìn)行信道編碼、交錯(cuò)和調(diào)制的操作。在本發(fā)明用于將編碼的音頻信號(hào)記錄在如硬盤(pán)或光盤(pán)(CD,DVD)這樣的記錄媒體上的情況下，就可以免去調(diào)制這個(gè)步驟。在此情況下，調(diào)制碼常常被用于對(duì)要寫(xiě)在記錄媒體上的信號(hào)的頻譜進(jìn)行整形。
在接收器16中，從發(fā)射器2接收來(lái)的信號(hào)首先由接收裝置18進(jìn)行處理。接收裝置18被安排用于執(zhí)行解調(diào)、去交錯(cuò)和信道解碼。接收裝置18的輸出信號(hào)連接到解碼器20的輸入端。在解碼器20中，接收裝置18的輸出信號(hào)連接到分接器22的輸入端。
分接器在它的各輸出端提供了輸出信號(hào)a、PITCH和LPC。信號(hào)PITCH和LPC用在合成器24中，該合成器從這些參數(shù)中導(dǎo)出重構(gòu)的音頻信號(hào)。根據(jù)音調(diào)信號(hào)和多個(gè)LPC參數(shù)導(dǎo)出重構(gòu)的音頻信號(hào)的這種合成器的操作在國(guó)際專(zhuān)利申請(qǐng)WO99/03095-Al中有詳細(xì)的介紹。
合成器24的輸出端連接到反向時(shí)間變換裝置(此處為去變形器26)的輸入端。去變形器26將被時(shí)間變形器6從輸入信號(hào)中除去的頻率變化重新引入。在去變形器26的輸出端可以得到重構(gòu)的音頻信號(hào)。
如下所示為時(shí)間變形器6中使用的適當(dāng)?shù)臅r(shí)間變換函數(shù)τ(t)=aT·t2+(1-a)·t;0≤t≤T]]>(1)在(1)中，a是變形參數(shù)，T是語(yǔ)音片斷的持續(xù)時(shí)間，t表示實(shí)際的時(shí)間，τ是變換后的時(shí)間。變形參數(shù)a的值具有一定的范圍，以確保變形函數(shù)始終隨時(shí)間t遞增。得出｜a｜≤1(2)這樣選擇變形函數(shù)，使得變形后的音頻片斷的總持續(xù)時(shí)間等于原始音頻片斷的持續(xù)時(shí)間。變形后的片斷的起始值和結(jié)束值等于原始音頻片斷的起始值和結(jié)束值。
可以通過(guò)求(1)對(duì)t的微分來(lái)確定是否發(fā)生時(shí)間壓縮或時(shí)間擴(kuò)展。其結(jié)果為dτdt=2atT+(1-a)]]>(3)當(dāng)dτ/dt小于1時(shí)發(fā)生時(shí)間壓縮而當(dāng)dτ/dt大于1時(shí)發(fā)生時(shí)間擴(kuò)展。從(3)可得到，當(dāng)a＞0時(shí)，t＜T/2發(fā)生時(shí)間壓縮而t＞T/2發(fā)生時(shí)間擴(kuò)展。當(dāng)a＜0時(shí)，t＞T/2發(fā)生時(shí)間壓縮而t＜T/2發(fā)生時(shí)間擴(kuò)展。
根據(jù)(1)的時(shí)間變形函數(shù)的反函數(shù)是根據(jù)如下表達(dá)式定義的 (4)圖2示出對(duì)于不同的a值作為t/T的函數(shù)的τ/T。如果a=0，則τ等于t而不發(fā)生時(shí)間變形。
下面對(duì)由(1)定義的時(shí)間變形操作進(jìn)行分析。如果信號(hào)s(t)是一個(gè)隨時(shí)間周期變化的信號(hào)，如語(yǔ)音，則它可以寫(xiě)成如下形式s(t)=Σk{xkcoskΦ(t)+yksinkΦ(t)]]>(5)在(5)中k是諧波序數(shù)，xk和yk是振幅因子，Φ(t)是一個(gè)相位角。對(duì)于時(shí)間變換信號(hào)，s＇(τ)可以寫(xiě)成s′(τ)=Σk{xkcoskψ(τ)+yksinkψ(τ)]]>(6)當(dāng)(5)和(6)表示同一個(gè)物理信號(hào)時(shí)，Φ(t)等于Ψ(τ)。s(t)的第k次諧波的瞬時(shí)角頻率ωk(t)由如下表達(dá)式給出ωk(t)=kdΦ(t)dt]]>(7)s＇(τ)的第k次諧波的瞬時(shí)角頻率Ω(τ)由如下表達(dá)式給出Ωk(τ)=kdψ(τ)dτ]]>(8)因?yàn)棣?t)=Ψ(τ)，所以它們對(duì)時(shí)間t的導(dǎo)數(shù)值也相等。使用鏈?zhǔn)椒▌t，則可以寫(xiě)成dΦ(t)dt=dψ(τ)dτ=dψ(τ)dτdτdt]]>(9)Ωk(τ)和ωk(t)之間的關(guān)系可以利用(9)來(lái)找出Ωk(τ)=ωkdτdt]]>(10)時(shí)間變形器的另一個(gè)重要屬性是，變形后的信號(hào)的第k次諧波的平均頻率等于原始信號(hào)的第k次諧波的平均頻率。這個(gè)結(jié)果很容易從如下表達(dá)式得出Ω-k=1T∫0TΩk(τ)dτ=1T∫0Tωk(t)dτdtdτ=∫0Tωk(t)dt=ω-k]]>(11)下面將說(shuō)明上述時(shí)間變形函數(shù)可以從輸入信號(hào)中除去線性頻率的變化。
將(3)代入(10)得出Ωk(τ)=ωk(t)1-a+2aTt]]>(12)假定輸入信號(hào)具有其角頻率ω(t)隨時(shí)間線性變化的正弦輸入信號(hào)。此信號(hào)的角頻率可以寫(xiě)成ω(t)=α+βtT]]>(13)將(13)代入(12)得出Ω(τ)=α+βtT1-a+2aTt]]>(14)如果Ω(τ)應(yīng)該是常數(shù)，則下列算式成立α1-a^=β2a^⇒a^=ββ+2α]]>(15)將(15)代入(14)得出Ω^=Ω(τ)|a=a^=α+β2]]>(16)它對(duì)應(yīng)于一個(gè)常數(shù)，該常數(shù)等于在具有持續(xù)時(shí)間T的片斷內(nèi)角頻率ω(t)的平均值。
在根據(jù)圖3的頻率變化確定裝置8中，音頻信號(hào)首先加到加權(quán)濾波器30。加權(quán)過(guò)濾器30是一個(gè)自適應(yīng)LPC反向?yàn)V波器。加權(quán)過(guò)濾器30的輸出信號(hào)是LPC殘數(shù)。使用預(yù)測(cè)殘數(shù)替代輸入信號(hào)具有確定基頻(音調(diào))的頻率所受到的共振峰交互影響最小的優(yōu)點(diǎn)。
加權(quán)過(guò)濾器30的輸出端連接到低通濾波器32的輸入端。此低通濾波器有大約1100 Hz的截止頻率。該低通濾波器32的輸出端連接到多個(gè)時(shí)間變形器34、42和50的輸入端。安排時(shí)間變形器34,42和50來(lái)執(zhí)行根據(jù)(1)的時(shí)間變換，但是，它們的參數(shù)a的值都不同。
時(shí)間變形器34、42和50的輸出端連接到相關(guān)器37、41和51的輸入端，相關(guān)器37、41和51分別確定一個(gè)測(cè)度，該測(cè)度為對(duì)應(yīng)的時(shí)間變形器的輸出信號(hào)的自相關(guān)函數(shù)的近似值。
相關(guān)器37、41和51利用這樣的屬性可以通過(guò)從所分析的信號(hào)的功率譜計(jì)算反向FFT來(lái)確定自相關(guān)函數(shù)。也可以使用快速傅立葉變換的絕對(duì)值作為功率譜的近似值。提供了64 msec比較長(zhǎng)持續(xù)時(shí)間的分析窗口，以便處理很長(zhǎng)的音調(diào)周期(長(zhǎng)達(dá)25 msec)，這種情況可能發(fā)生在某些男性語(yǔ)音中。由于時(shí)間變形操作，使得選擇這種長(zhǎng)分析窗口成為可能，因?yàn)樵摬僮魈峁┮环N更穩(wěn)定的時(shí)間變換后的信號(hào)。
在傅立葉變換器36、44和52中對(duì)相關(guān)器37、41和51的輸入信號(hào)進(jìn)行傅立葉變換。這些傅立葉變換確定了其輸入信號(hào)的FFT的絕對(duì)值。接著，通過(guò)借助快速傅立葉逆變換器38、46和54計(jì)算振幅譜的逆FFT來(lái)確定被稱(chēng)為“零相位函數(shù)”的快速傅立葉變換器36、44和52的輸出信號(hào)zi(n)。
在規(guī)范器40、48和56中將零相位函數(shù)zi(n)相對(duì)于其值z(mì)i(0)歸一化。
規(guī)范器40、48和56的輸出端連接到選擇裝置58的輸入端，該選擇裝置選擇對(duì)應(yīng)于具有關(guān)于非零值n的最高峰值的零相位函數(shù)的時(shí)間變形參數(shù)a作為最優(yōu)化值。其依據(jù)是，優(yōu)化變形后的信號(hào)顯示最穩(wěn)定的頻率Ωk(τ)。因此，該信號(hào)具有其自相關(guān)函數(shù)的最大峰值。
迄今以連續(xù)時(shí)間操作的形式描述了時(shí)間變形器和去變形器。在實(shí)際實(shí)現(xiàn)過(guò)程中，這些操作應(yīng)該是在離散時(shí)間系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)的。如果具有持續(xù)時(shí)間T的輸入信號(hào)片斷由N個(gè)樣值來(lái)表示，則變形的片斷也具有持續(xù)時(shí)間T，且也應(yīng)該由N個(gè)樣值表示。但是，時(shí)間變形后的信號(hào)的取樣時(shí)刻并不對(duì)應(yīng)于原始輸入信號(hào)的取樣時(shí)刻。這一點(diǎn)反映在圖5的時(shí)間變形器和圖6的時(shí)間去變形器上。
在圖5中，圖形60對(duì)應(yīng)于輸入信號(hào)，而圖形62對(duì)應(yīng)于變形后的輸出信號(hào)。如圖4中箭頭64所示，圖形62中的取樣時(shí)刻j=2對(duì)應(yīng)于圖形60中取樣時(shí)刻i=2和i=3之間的時(shí)間。這種情況對(duì)應(yīng)于時(shí)間壓縮。如圖4中箭頭66所示，圖形62中的取樣時(shí)刻j=N-1對(duì)應(yīng)于圖形60中取樣時(shí)刻N(yùn)-2和N-1之間的時(shí)間。這種情況對(duì)應(yīng)于時(shí)間擴(kuò)展。
對(duì)于此問(wèn)題，需要為每個(gè)τj的當(dāng)前值計(jì)算樣值，具體由如下表達(dá)式給出τj=j·TN;l≤j≤N]]>(17)利用(4)從τj，計(jì)算出對(duì)應(yīng)的t值。從該t值，確定取樣網(wǎng)格上的最接近值。根據(jù)如下表達(dá)式得出兩個(gè)i值 (18)在(18)中， 表示比其自變量小的最接近整數(shù)； 表示比其自變量大的最接近整數(shù)。最后，根據(jù)如下表達(dá)式，計(jì)算出τj的一個(gè)線性?xún)?nèi)插樣值s(τj)=s(i1)·(N·tT-i1)+s(i2)·(1-N·tT+i1)]]>(19)顯然，除了線性?xún)?nèi)插外，還有其他類(lèi)型的內(nèi)插也可以使用，如平方內(nèi)插和立方內(nèi)插。
圖5中的圖形68顯示的是變形后的時(shí)標(biāo)；而圖形74顯示的是對(duì)應(yīng)的未變形的時(shí)標(biāo)。
可以按照?qǐng)D5中所示的類(lèi)似方式進(jìn)行反向變形。首先通過(guò)如下計(jì)算得出需要確定所對(duì)應(yīng)的樣值的ti值ti=i·TN;1≤i≤N]]>(20)然后利用表達(dá)式(1)計(jì)算出箭頭72和74所指示的給定ti值所對(duì)應(yīng)的τ值。從該t值確定取樣網(wǎng)格上的最接近值。根據(jù)如下表達(dá)式得出兩個(gè)j值 (21)最后，根據(jù)如下表達(dá)式計(jì)算出ti的線性?xún)?nèi)插樣值s(ti)=s(j1)·(N·τT-j1)+s(j2)·(1-N·τT+j1)]]>(22)顯然，可以利用專(zhuān)用的硬件或運(yùn)行于可編程處理器上的程序來(lái)實(shí)現(xiàn)本發(fā)明。也可以設(shè)想使用這些實(shí)現(xiàn)方式的組合。
權(quán)利要求
1．一種傳輸系統(tǒng)，它包括具有用來(lái)對(duì)音頻信號(hào)編碼的編碼器的發(fā)射器；而所述編碼器又包括用來(lái)確定至少一種周期性分量的頻率的頻率確定裝置，所述發(fā)射器還包括用來(lái)向接收器發(fā)送表示所述頻率的信號(hào)的發(fā)射裝置；所述接收器包括用于從發(fā)射器接收表示所述頻率的信號(hào)的接收裝置；以及一個(gè)解碼器，用于根據(jù)所述頻率導(dǎo)出重構(gòu)的音頻信號(hào)，其特征在于所述編碼器還包括用于確定經(jīng)歷預(yù)定時(shí)間量后所述音頻信號(hào)的所述至少一種周期性分量的頻率變化的頻率變化確定裝置。
2．根據(jù)權(quán)利要求1的傳輸系統(tǒng)，其特征在于安排所述發(fā)射裝置將表示所述頻率變化的另一種信號(hào)發(fā)送到所述接收器；安排所述接收器接收所述另一種信號(hào)；以及安排所述解碼器根據(jù)所述頻率變化導(dǎo)出所述重構(gòu)的音頻信號(hào)。
3．根據(jù)權(quán)利要求1或2的傳輸系統(tǒng)，其特征在于所述編碼器包括利用所述頻率變化確定所述音頻信號(hào)的基頻的裝置。
4．根據(jù)權(quán)利要求1、2或3地傳輸系統(tǒng)，其特征在于所述編碼器包括時(shí)間變換裝置，用于獲取時(shí)間變換的音頻信號(hào)；其中安排所述時(shí)間變換裝置以這樣的方式在預(yù)定時(shí)間量的前部分對(duì)所述音頻信號(hào)進(jìn)行時(shí)間壓縮，并且在所述預(yù)定時(shí)間量的后部分對(duì)所述音頻信號(hào)進(jìn)行時(shí)間擴(kuò)展，使得時(shí)間變換后的音頻信號(hào)的頻率變化比所述音頻信號(hào)的小。
5．根據(jù)權(quán)利要求1、2、3或4的傳輸系統(tǒng)，其特征在于所述頻率變化確定裝置包括時(shí)間變換確定裝置，用于導(dǎo)出多個(gè)時(shí)間變換的音頻信號(hào)，它們各自對(duì)應(yīng)于不同的時(shí)間變換；所述時(shí)間變換確定裝置包括選擇裝置，用來(lái)選擇對(duì)應(yīng)于經(jīng)歷所述預(yù)定時(shí)間量后具有最小頻率變化的所述時(shí)間變換音頻信號(hào)的所述時(shí)間變換。
6．根據(jù)權(quán)利要求5的傳輸系統(tǒng)，其特征在于安排所述時(shí)間變換確定裝置通過(guò)選擇具有其自相關(guān)函數(shù)的最高峰值的時(shí)間變換音頻信號(hào)來(lái)選擇經(jīng)歷所述預(yù)定時(shí)間量后具有最小頻率變化的所述時(shí)間變換音頻信號(hào)。
7．根據(jù)權(quán)利要求4到6中的一個(gè)的傳輸系統(tǒng)，其特征在于所述時(shí)間變換定義為實(shí)際時(shí)間和變換的時(shí)間之間的二次關(guān)系。
8．根據(jù)權(quán)利要求7的傳輸系統(tǒng)，其特征在于所述實(shí)際時(shí)間t和所述變換后的時(shí)間τ之間的關(guān)系式由表達(dá)式τ(t)=aT·t2+(1-a)·t;0≤t≤T]]>來(lái)定義，其中a是定義所述時(shí)間變換的參數(shù)，T是信號(hào)片斷的持續(xù)時(shí)間。
9．一種具有用來(lái)對(duì)音頻信號(hào)編碼的編碼器的發(fā)射器，所述編碼器又包括用來(lái)確定至少一種周期性分量的頻率的頻率確定裝置，所述發(fā)射器還包括用來(lái)發(fā)射表示所述頻率的信號(hào)的發(fā)射裝置，其特征在于所述編碼器還包括用于確定經(jīng)歷預(yù)定時(shí)間量后所述音頻信號(hào)的所述至少一種周期性分量的頻率變化的頻率變化確定裝置。
10．根據(jù)權(quán)利要求9的發(fā)射器，其特征在于安排所述發(fā)射裝置發(fā)送表示所述頻率變化的另一種信號(hào)。
11．根據(jù)權(quán)利要求9或10的發(fā)射器，其特征在于所述編碼器包括利用經(jīng)歷預(yù)定時(shí)間量后所述基頻的所述變化來(lái)確定所述音頻信號(hào)中的基頻的裝置。
12．根據(jù)權(quán)利要求9、10或11的發(fā)射器，其特征在于所述編碼器包括時(shí)間變換裝置，用于獲取時(shí)間變換的音頻信號(hào)；其中安排所述時(shí)間變換裝置以這樣的方式在預(yù)定時(shí)間量的前部分對(duì)所述音頻信號(hào)進(jìn)行時(shí)間壓縮，并且在所述預(yù)定時(shí)間量的后部分對(duì)所述音頻信號(hào)進(jìn)行時(shí)間擴(kuò)展，使得時(shí)間變換后的音頻信號(hào)的頻率變化比所述音頻信號(hào)的小。
13．一種接收器，它包括接收裝置，用于接收編碼的音頻信號(hào)，所述編碼的音頻信號(hào)通過(guò)音頻信號(hào)的至少一種周期性分量的至少一種頻率來(lái)表示音頻信號(hào)；以及解碼器，用于根據(jù)所述頻率導(dǎo)出重構(gòu)的音頻信號(hào)，其特征在于安排所述接收器接收另一種信號(hào)，后者表示經(jīng)歷預(yù)定時(shí)間量后所述音頻信號(hào)的所述至少一種周期性分量的頻率變化；以及安排所述解碼器根據(jù)所述頻率變化導(dǎo)出所述重構(gòu)的音頻信號(hào)。
14．根據(jù)權(quán)利要求13的接收器，其特征在于所述解碼器包括時(shí)間變換裝置，用于通過(guò)對(duì)解碼的信號(hào)進(jìn)行時(shí)間變換來(lái)獲取重構(gòu)的音頻信號(hào)；其中，安排所述時(shí)間變換裝置在所述預(yù)定時(shí)間量的前部分對(duì)所述解碼信號(hào)進(jìn)行時(shí)間擴(kuò)展，而在所述預(yù)定時(shí)間量的后部分對(duì)所述解碼信號(hào)進(jìn)行時(shí)間壓縮，使得所述時(shí)間變換后的解碼信號(hào)的頻率變化大于所述解碼信號(hào)的頻率變化。
15．一種用于對(duì)音頻信號(hào)編碼的編碼器，所述編碼器包括用于確定所述音頻信號(hào)的至少一種周期性分量的頻率并且用于導(dǎo)出表示所述頻率的信號(hào)的裝置，其特征在于所述編碼器還包括用于確定表示經(jīng)歷預(yù)定時(shí)間量后所述至少一種周期性分量的頻率變化的信號(hào)的頻率變化確定裝置。
16．根據(jù)權(quán)利要求15的編碼器，其特征在于所述編碼器包括時(shí)間變換裝置，用于獲取時(shí)間變換的音頻信號(hào)；其中，安排所述時(shí)間變換裝置在所述預(yù)定時(shí)間量的前部分對(duì)所述音頻信號(hào)進(jìn)行時(shí)間壓縮，而在所述預(yù)定時(shí)間量的后部分對(duì)所述音頻信號(hào)進(jìn)行時(shí)間擴(kuò)展，使得所述時(shí)間變換后的音頻信號(hào)的頻率變化比所述音頻信號(hào)的小。
17．一種用于從通過(guò)音頻信號(hào)的至少一種周期性分量的至少一種頻率來(lái)表示所述音頻信號(hào)的編碼的音頻信號(hào)中導(dǎo)出重構(gòu)的音頻信號(hào)的解碼器，和一種用于根據(jù)所述頻率導(dǎo)出重構(gòu)的音頻信號(hào)的解碼器，其特征在于還安排所述解碼器根據(jù)表示經(jīng)歷預(yù)定時(shí)間量后所述至少一種周期性分量的頻率變化的另一種信號(hào)導(dǎo)出所述重構(gòu)的音頻信號(hào)。
18．根據(jù)權(quán)利要求17的解碼器，其特征在于所述解碼器包括時(shí)間變換裝置，用于通過(guò)對(duì)解碼的信號(hào)進(jìn)行時(shí)間變換來(lái)獲取重構(gòu)的音頻信號(hào)；其中，安排所述時(shí)間變換裝置在所述預(yù)定時(shí)間量的前部分對(duì)所述解碼信號(hào)進(jìn)行時(shí)間擴(kuò)展，而在所述預(yù)定時(shí)間量的后部分對(duì)所述解碼信號(hào)進(jìn)行時(shí)間壓縮，使得所述重構(gòu)的音頻信號(hào)的頻率變化大于所述解碼信號(hào)的頻率變化。
19．一種用于對(duì)音頻信號(hào)編碼的方法，它包括以下步驟確定至少一種周期性分量的頻率；以及導(dǎo)出表示所述音頻信號(hào)的至少一種周期性分量的所述頻率的信號(hào)，其特征在于還包括以下步驟確定表示經(jīng)歷預(yù)定時(shí)間量后所述頻信號(hào)的所述至少一種周期性分量的頻率變化的信號(hào)。
20．根據(jù)權(quán)利要求19的方法，其特征在于所述方法包括導(dǎo)出時(shí)間變換的音頻信號(hào)，所述方法還包括在所述預(yù)定時(shí)間量的前部分對(duì)所述音頻信號(hào)進(jìn)行時(shí)間壓縮，而在所述預(yù)定時(shí)間量的后部分對(duì)所述音頻信號(hào)進(jìn)行時(shí)間擴(kuò)展，使得所述時(shí)間變換后的音頻信號(hào)的頻率變化比所述音頻信號(hào)的小。
21．一種用于從通過(guò)音頻信號(hào)的至少一種周期性分量的至少一種頻率表示所述音頻信號(hào)的編碼的音頻信號(hào)中導(dǎo)出重構(gòu)的音頻信號(hào)的方法，和一種用于根據(jù)所述頻率導(dǎo)出重構(gòu)的音頻信號(hào)的解碼器，其特征在于所述方法包括還根據(jù)表示經(jīng)歷預(yù)定時(shí)間量后所述至少一種周期性分量的頻率變化的另一種信號(hào)導(dǎo)出所述重構(gòu)的音頻信號(hào)。
22．根據(jù)權(quán)利要求21的方法，其特征在于所述方法包括通過(guò)對(duì)解碼的信號(hào)進(jìn)行時(shí)間變換來(lái)導(dǎo)出重構(gòu)的音頻信號(hào)；其中時(shí)間變換包括，在所述預(yù)定時(shí)間量的前部分對(duì)所述解碼信號(hào)進(jìn)行時(shí)間擴(kuò)展，而在所述預(yù)定時(shí)間量的后部分對(duì)所述解碼信號(hào)進(jìn)行時(shí)間壓縮，使得所述時(shí)間變換后的解碼信號(hào)的頻率變化大于所述解碼信號(hào)的頻率變化。
23．一種攜帶用于執(zhí)行根據(jù)權(quán)利要求19到22中一個(gè)權(quán)利要求的方法的計(jì)算機(jī)程序的存儲(chǔ)媒體。
24．一種攜帶用于執(zhí)行根據(jù)權(quán)利要求19到22中的一個(gè)權(quán)利要求的方法的計(jì)算機(jī)程序的信號(hào)。
25．一種通過(guò)音頻信號(hào)的至少一種周期性分量的至少一種頻率來(lái)表示所述音頻信號(hào)的編碼的音頻信號(hào)，其特征在于所述編碼的音頻信號(hào)包括表示經(jīng)歷預(yù)定時(shí)間量后所述至少一種周期性分量的頻率變化的另一種信號(hào)。
26．一種攜帶根據(jù)權(quán)利要求23的編碼的音頻信號(hào)的存儲(chǔ)媒體。
全文摘要
在若干類(lèi)型的音頻編碼中，確定一種或一種以上周期性分量的頻率并將其用于編碼處理。待確定的周期性分量的頻率不總是恒定的，而是在分析的時(shí)間間隔內(nèi)可能略有變化。為了校正所述頻率變化，根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)包括頻率變化確定裝置(8)，后者確定在分析時(shí)段內(nèi)周期分量的頻率變化。可以把這種頻率變化發(fā)送到解碼器，以便提高重構(gòu)音頻信號(hào)的精度。也有可能僅僅把頻率變化用于獲得更準(zhǔn)確的音調(diào)值。最好利用進(jìn)行時(shí)間變換的時(shí)間變形器(6)來(lái)確定所述頻率變化，以便獲得具有最小頻率變化的時(shí)間變換后的音頻信號(hào)。
文檔編號(hào)G10L25/90GK1318188SQ00801464
公開(kāi)日2001年10月17日 申請(qǐng)日期2000年5月8日 優(yōu)先權(quán)日1999年5月26日
發(fā)明者R·J·斯勒伊特, A·J·E·M·杰森 申請(qǐng)人:皇家菲利浦電子有限公司