對(duì)信號(hào)進(jìn)行編碼的方法和裝置制造方法
【專(zhuān)利摘要】這里提供了一種用于對(duì)信號(hào)進(jìn)行編碼的方法和裝置。在操作期間，要編碼的寬帶信號(hào)進(jìn)入濾波器組。從濾波器組輸出高頻帶信號(hào)和低頻帶信號(hào)。單獨(dú)編碼每個(gè)信號(hào)。在高頻帶信號(hào)的產(chǎn)生期間，在預(yù)處理之后并且在抽取之前實(shí)現(xiàn)下混頻操作。下混頻操作極大地減少系統(tǒng)復(fù)雜度。事實(shí)上，將觀察到，現(xiàn)有技術(shù)實(shí)現(xiàn)中的最高采樣速率是64kHz，而上述系統(tǒng)中的采樣速率保持在32kHz或以下。這表示隨著處理塊的數(shù)目的減少，顯著地省略了復(fù)雜性。
【專(zhuān)利說(shuō)明】對(duì)信號(hào)進(jìn)行編碼的方法和裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明通常涉及編碼信號(hào)，并且具體地，涉及用于對(duì)語(yǔ)音信號(hào)進(jìn)行編碼的方法和裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]當(dāng)前的語(yǔ)音編碼器被設(shè)計(jì)用于持續(xù)增長(zhǎng)的寬帶。由語(yǔ)音編碼器支持的范圍擴(kuò)展為更高的頻率可以改善清晰度。例如，區(qū)分諸如“s”和“f”的摩擦音的信息主要處于高頻率。高頻帶擴(kuò)展還可以改善語(yǔ)音的其他質(zhì)量，諸如存在感(presence)。例如,池音元音甚至可以具有遠(yuǎn)高于PSTN限制的頻譜能量。
[0003]一種用于寬帶語(yǔ)音編碼的方法涉及為了覆蓋寬帶頻譜而縮放窄帶語(yǔ)音編碼的技術(shù)。例如，可以以更高速率來(lái)對(duì)語(yǔ)音信號(hào)進(jìn)行采樣，以包括高頻率處的分量，并且可以將窄帶編碼技術(shù)重新配置成使用更多的濾波器系數(shù)來(lái)表示該寬帶信號(hào)。諸如CELP(碼本激勵(lì)線性預(yù)測(cè))的窄帶編碼技術(shù)是計(jì)算密集型的，然而，寬帶CELP編碼器可能消耗過(guò)多處理周期來(lái)實(shí)踐用于很多的移動(dòng)和其他嵌入式應(yīng)用。使用這樣的技術(shù)來(lái)將寬帶信號(hào)的整個(gè)頻譜編碼成期望質(zhì)量還可能導(dǎo)致寬帶的不可接受得大的增加。此外，即使在編碼的信號(hào)的窄帶部分可以被傳送到僅支持窄帶編碼的系統(tǒng)和/或由該系統(tǒng)解碼之前，可能也需要這樣的編碼信號(hào)的轉(zhuǎn)碼。
[0004]為了解決該問(wèn)題，已經(jīng)提出了使編碼器將寬帶語(yǔ)音信號(hào)劃分成低頻帶信號(hào)或窄帶信號(hào)和高頻帶信號(hào)，然后對(duì)每個(gè)信號(hào)單獨(dú)編碼。在標(biāo)題為SYSTEMS, METHODS, AND APPARATUSFOR GAIN CODING的美國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)公開(kāi)2008/0126086中描述了這樣的編碼器，并且通過(guò)引用合并于此。
[0005]圖1示出了現(xiàn)有技術(shù)寬帶語(yǔ)音編碼器100的框圖。濾波器組101被配置成對(duì)寬帶語(yǔ)音信號(hào)進(jìn)行濾波，以產(chǎn)生較低帶寬的低頻帶信號(hào)和高頻帶信號(hào)。窄帶編碼器102被配置成對(duì)低頻帶信號(hào)進(jìn)行編碼，以產(chǎn)生窄帶濾波器參數(shù)和窄帶殘差信號(hào)。窄帶編碼器102通常被配置成產(chǎn)生作為碼本索引或者其他量化形式的窄帶濾波器參數(shù)和編碼的窄帶激勵(lì)信號(hào)。高頻帶編碼器103被配置成根據(jù)編碼的窄帶激勵(lì)信號(hào)中的信息來(lái)對(duì)高頻帶信號(hào)進(jìn)行編碼以產(chǎn)生高頻帶編碼參數(shù)。高頻帶編碼器103通常被配置成產(chǎn)生作為碼本索引或其他量化形式的高頻帶編碼參數(shù)。寬帶語(yǔ)音編碼器100的一個(gè)具體示例被配置成，以大約8.55kbps(每秒千比特)的速率來(lái)對(duì)寬帶語(yǔ)音信號(hào)進(jìn)行編碼，其中大約7.55kbps用于窄帶濾波器參數(shù)和編碼的窄帶激勵(lì)信號(hào)，并且大約Ikbps用于高頻帶編碼參數(shù)。
[0006]在典型的實(shí)現(xiàn)中，濾波器組101包括低通濾波器和高通濾波器。圖2和圖3示出了在兩個(gè)不同實(shí)現(xiàn)示例中的寬帶語(yǔ)音信號(hào)、低頻帶信號(hào)和高頻帶信號(hào)的相對(duì)寬帶。在這兩個(gè)具體示例中，寬帶語(yǔ)音信號(hào)具有32kHz的采樣速率(表示O至16kHz的范圍內(nèi)的頻率分量)，并且低頻帶信號(hào)具有16kHz的采樣速率(表示O至8kHz的范圍內(nèi)的頻率分量)。
[0007]在圖2的示例中，在兩個(gè)子帶之間不存在明顯重疊?？梢允褂镁哂?_16kHz的通帶的高通濾波器來(lái)獲得在該示例中示出的高頻帶信號(hào)。在這種情形下，可以期望通過(guò)用采樣因子2對(duì)濾波信號(hào)進(jìn)行下采樣來(lái)將采樣速率減少到16kHz。可以期望顯著地減少對(duì)信號(hào)的進(jìn)一步處理操作的計(jì)算復(fù)雜度的這樣的操作涉及將通帶能量向下移動(dòng)到O至SkHz的范圍，以防止?目息丟失。
[0008]在圖3的替代示例中，上子帶和下子帶具有明顯重疊，使得通過(guò)兩個(gè)子帶信號(hào)來(lái)描述7至SkHz的區(qū)域?？梢云谕@種重疊考慮到在低頻帶和高頻帶參數(shù)的解碼之后上子帶和下子帶的重新組合期間的非理想濾波。
[0009]考慮根據(jù)在32kHz的采樣速率的情況下的圖2的實(shí)現(xiàn)并且在具有表示從O至
6.4kHz的信號(hào)的12.8kHz采樣低頻帶分量的超寬帶信號(hào)(50Hz - 14.0kHz)的情況下，嚴(yán)格采樣的SkHz帶寬信號(hào)可以適用于再生高頻帶分量。
[0010]圖4示出了使用插值、重新采樣、抽取和其他操作來(lái)執(zhí)行高通濾波和下采樣操作的功能對(duì)等的濾波器組101的現(xiàn)有技術(shù)實(shí)現(xiàn)的框圖。在圖4中，低通濾波器401和下采樣器402用于生成低頻帶語(yǔ)音信號(hào)，而插值器403、重新采樣器404、抽取器405、頻譜反相電路406、抽取器407和頻譜整形電路408用于生成高頻帶語(yǔ)音信號(hào)。
[0011]這種實(shí)現(xiàn)可能更容易設(shè)計(jì)和/或可以允許邏輯和/或代碼的功能塊的再利用。例如，相同的功能塊可以用于執(zhí)行如圖4中所示的以2/5至12.SkHz (402)進(jìn)行的抽取和以5/11至16kHz (407)進(jìn)行的抽取的操作?？梢酝ㄟ^(guò)使該信號(hào)乘以函數(shù)或序列(_1)來(lái)實(shí)現(xiàn)頻譜反相操作，其值在+1和-1之間交替。頻譜整形操作可以被實(shí)現(xiàn)為低通濾波器，該低通濾波器配置成對(duì)該信號(hào)進(jìn)行整形以獲得期望的全通濾波器響應(yīng)。
[0012]應(yīng)該注意的是，作為頻譜反相操作的結(jié)果，高頻帶信號(hào)的頻譜被反相?？梢韵鄳?yīng)地配置編碼器和相應(yīng)解碼器 中的后續(xù)操作。例如，本文中描述的高頻帶激勵(lì)生成器可以被配置成產(chǎn)生還具有頻譜反相形式的高頻帶激勵(lì)信號(hào)。
[0013]可以發(fā)現(xiàn)上述實(shí)現(xiàn)中的最高采樣速率是64kHz，并且獲取高頻帶語(yǔ)音信號(hào)的嚴(yán)格采樣版本所需要的處理步驟的數(shù)目是6，指示在可以開(kāi)始編碼之前復(fù)雜度的相對(duì)高的程度。此外，由于需要實(shí)現(xiàn)高頻帶語(yǔ)音信號(hào)的嚴(yán)格采樣版本，即，與要編碼的帶的上頻率的正好兩倍相對(duì)應(yīng)的采樣速率，所以該方法的靈敏性受限制。在該情況下，需要的采樣速率是用于以
14.4kHz的上頻率對(duì)高頻帶進(jìn)行編碼的28.8kHz。因此，存在對(duì)于減少上述編碼的復(fù)雜度并且提高對(duì)不同高頻帶配置進(jìn)行配置的靈活性的用于編碼信號(hào)的方法和裝置需要。
【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0014]圖1是現(xiàn)有技術(shù)的編碼器的框圖。
[0015]圖2示出寬帶語(yǔ)音及其低頻帶和高頻帶分量。
[0016]圖3示出寬帶語(yǔ)音及其低頻帶和高頻帶分量。
[0017]圖4是用于圖1的編碼器的現(xiàn)有技術(shù)濾波器組的框圖。
[0018]圖5是濾波器組的框圖。
[0019]圖6是圖5的下混頻器的框圖。
[0020]圖7示出利用圖5的濾波器組進(jìn)行的濾波。
[0021]圖8是現(xiàn)有技術(shù)解碼器的框圖。
[0022]圖9是解碼器的框圖。
[0023]圖10示出利用圖9的解碼器進(jìn)行的解碼。[0024]圖11是示出編碼器的操作的流程圖。
[0025]圖12是示出濾波器組的操作的流程圖。
[0026]圖13是示出下混頻器的操作的流程圖。
[0027]圖14是示出圖9的高頻帶濾波器的操作的流程圖。
[0028]圖15是濾波器組的替代框圖。
[0029]圖16示出利用圖15的濾波器組進(jìn)行的濾波。
[0030]本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解附圖中的元件是出于簡(jiǎn)明而示出，并且不一定依比例繪制。例如，附圖中一些元件的尺寸和/或相對(duì)位置可能相對(duì)于其他元件而被夸大，以有助于促進(jìn)本發(fā)明的各種實(shí)施例的理解。而且，在商業(yè)上可行的實(shí)施例中有用或者必要的常見(jiàn)且易于理解的元件通常沒(méi)有描述，以便于促進(jìn)對(duì)本發(fā)明的各種實(shí)施例的不受阻礙的視圖。進(jìn)一步將理解，可以以具體發(fā)生順序來(lái)描述或描繪特定動(dòng)作和/或步驟，而本領(lǐng)域的技術(shù)人員將理解，實(shí)際上不需要對(duì)于順序的這樣的規(guī)定。本領(lǐng)域的技術(shù)人員將進(jìn)一步理解，諸如“電路”的特定實(shí)現(xiàn)實(shí)施例可以等同地經(jīng)由執(zhí)行存儲(chǔ)在非易失性計(jì)算機(jī)刻度存儲(chǔ)器中的軟件指令的通用計(jì)算裝置(例如，CPU)或?qū)Ｓ锰幚硌b置(例如，DSP)來(lái)實(shí)現(xiàn)。還將理解的是，本文中所用的術(shù)語(yǔ)和表達(dá)具有常規(guī)技術(shù)含義，這與上文闡述的本領(lǐng)域技術(shù)人員所用的此類(lèi)術(shù)語(yǔ)和表達(dá)一致，除非其中不同的特定含義在本文中的其他方面已經(jīng)闡明。
【具體實(shí)施方式】
[0031]為了滿足上述需要，本文提供了一種用于對(duì)信號(hào)進(jìn)行編碼的方法和裝置。在操作期間，要編碼的寬帶信號(hào)進(jìn)入濾波器組。從該濾波器組輸出高頻帶信號(hào)和低頻帶信號(hào)。每個(gè)信號(hào)被單獨(dú)編碼。在高頻帶信號(hào)的產(chǎn)生期間，在頻譜反相之后并且在抽取之前實(shí)現(xiàn)下混頻操作。下混頻操作很大程度上降低系統(tǒng)復(fù)雜性。事實(shí)上，可以發(fā)現(xiàn)在現(xiàn)有技術(shù)實(shí)現(xiàn)中的最高采樣速率是64kHz，而在上述系統(tǒng)中的采樣速率保持在32kHz或以下。這表示隨著處理塊的數(shù)目的減少，顯著地省略了復(fù)雜度。
[0032]本發(fā)明包括一種用于對(duì)信號(hào)進(jìn)行編碼的方法。該方法包括下述步驟:在濾波器組處接收寬帶信號(hào)；對(duì)寬帶信號(hào)進(jìn)行濾波以產(chǎn)生低頻帶信號(hào)和高頻帶信號(hào)；利用窄帶編碼器來(lái)對(duì)低頻帶信號(hào)進(jìn)行編碼；以及利用高頻帶編碼器對(duì)高頻帶信號(hào)進(jìn)行編碼。對(duì)寬帶信號(hào)進(jìn)行濾波以產(chǎn)生高頻帶信號(hào)的步驟包括下述步驟:使寬帶信號(hào)頻譜反相以產(chǎn)生頻譜反相信號(hào)；以及對(duì)頻譜反相的信號(hào)進(jìn)行下混頻，以產(chǎn)生下混頻信號(hào)。
[0033]本發(fā)明還包括一種用于對(duì)信號(hào)進(jìn)行解碼的方法。該方法包括下述步驟:利用窄帶解碼器來(lái)對(duì)第一信號(hào)進(jìn)行解碼，以產(chǎn)生低頻帶信號(hào)；利用高頻帶解碼器來(lái)對(duì)第二信號(hào)進(jìn)行解碼，以產(chǎn)生高頻帶信號(hào)；以及將低頻帶信號(hào)和高頻帶信號(hào)進(jìn)行組合。組合低頻帶信號(hào)和高頻帶信號(hào)的步驟包括下述步驟:使高頻帶信號(hào)頻譜反相；對(duì)頻譜反相信號(hào)進(jìn)行下混頻；以及使下混頻信號(hào)與窄帶語(yǔ)音信號(hào)相加。
[0034]本發(fā)明還包括一種裝置，該裝置包括:濾波器組，接收寬帶信號(hào)并且輸出低頻帶信號(hào)和高頻帶信號(hào)；窄帶編碼器，對(duì)低頻帶信號(hào)進(jìn)行編碼；以及高頻帶編碼器，對(duì)高頻帶信號(hào)進(jìn)行編碼。濾波器組包括頻譜反相電路，對(duì)寬帶信號(hào)進(jìn)行頻譜反相以產(chǎn)生頻譜反相信號(hào)；下混頻電路，對(duì)頻譜反相信號(hào)進(jìn)行下混頻以產(chǎn)生下混頻信號(hào)。
[0035]本發(fā)明還包括一種裝置，該裝置包括:第一解碼器，對(duì)第一信號(hào)進(jìn)行解碼以產(chǎn)生低頻帶信號(hào)；第二解碼器，對(duì)第二信號(hào)進(jìn)行解碼以產(chǎn)生高頻帶信號(hào)；頻譜反相電路，對(duì)高頻帶信號(hào)進(jìn)行頻譜反相以產(chǎn)生頻譜反相信號(hào)；下混頻電路，對(duì)頻譜反相信號(hào)進(jìn)行下混頻以產(chǎn)生下混頻信號(hào)；以及加法器，使下混頻信號(hào)與窄帶語(yǔ)音信號(hào)相加。
[0036]現(xiàn)在轉(zhuǎn)到附圖，其中相同的附圖標(biāo)記表示相同組件，圖5是濾波器組的框圖。明顯的是，圖5的濾波器包括下混頻電路501。在進(jìn)行下混頻的下混頻之前的預(yù)處理通過(guò)頻譜反相電路406來(lái)進(jìn)行。下混頻電路501用于對(duì)從頻譜反相電路406輸出的預(yù)處理的(即，頻譜反相)信號(hào)進(jìn)行下混頻。更具體地，在下混頻期間，以預(yù)定量使信號(hào)在頻率上移位。圖6中示出了下混頻器501的更詳細(xì)的框圖。
[0037]如圖6中所示，下混頻器501包括希爾伯特變換電路601、混頻器602和603、正弦/余弦生成器604以及求和電路605。通過(guò)將32kHz的預(yù)處理的輸入信號(hào)表示為正好20個(gè)采樣周期的正弦波來(lái)實(shí)現(xiàn)例如1600Hz信號(hào)的下混頻。為了實(shí)現(xiàn)1600Hz頻譜下混頻處理，有必要推導(dǎo)出頻譜反相輸入信號(hào)的正交分量。這可以經(jīng)由電路601來(lái)實(shí)現(xiàn)，其中是對(duì)于所有頻率相位響應(yīng)都等于η /2移位的全通濾波器的希爾伯特變換器被應(yīng)用于輸入信號(hào)，以?xún)H得到虛部輸出(Im)。實(shí)際上，更易于得到在所有頻率上具有彼此相位相差π /2的輸出的全通濾波器對(duì)。一種這樣的濾波器對(duì)是:
[0038]
【權(quán)利要求】
1.一種用于對(duì)信號(hào)進(jìn)行編碼的方法，所述方法包括下述步驟: 在濾波器組處接收寬帶信號(hào)； 對(duì)所述寬帶信號(hào)進(jìn)行濾波，以產(chǎn)生低頻帶信號(hào)和高頻帶信號(hào)； 利用第一編碼器來(lái)對(duì)所述低頻帶信號(hào)進(jìn)行編碼； 利用第二編碼器來(lái)對(duì)所述高頻帶信號(hào)進(jìn)行編碼；其中 對(duì)所述寬帶信號(hào)進(jìn)行濾波以產(chǎn)生所述高頻帶信號(hào)的所述步驟包括下述步驟:執(zhí)行下混頻操作，作為對(duì)所述寬帶信號(hào)進(jìn)行濾波的一部分。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，進(jìn)一步包括下述步驟:對(duì)所述寬帶信號(hào)進(jìn)行預(yù)處理以產(chǎn)生預(yù)處理信號(hào)；并且其中，下混頻的所述步驟包括下述步驟:對(duì)所述預(yù)處理信號(hào)進(jìn)行下混頻以產(chǎn)生下混頻信號(hào)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，執(zhí)行下混頻操作的所述步驟包括下述步驟:執(zhí)行希爾伯特變換。
4.一種用于對(duì)信號(hào)進(jìn)行解碼的方法，所述方法包括下述步驟: 利用第一解碼器對(duì)第一信號(hào)進(jìn)行解碼，以產(chǎn)生低頻帶信號(hào)； 利用第二解碼器對(duì)第二信號(hào)進(jìn)行解碼，以產(chǎn)生高頻帶信號(hào)；以及 對(duì)所述低頻帶和所述高頻帶信號(hào)進(jìn)行濾波，以通過(guò)執(zhí)行下混頻操作來(lái)產(chǎn)生寬帶信號(hào)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其中，對(duì)所述低頻帶和所述高頻帶信號(hào)進(jìn)行濾波的所述步驟包括下述步驟: 對(duì)所述高頻帶信號(hào)進(jìn)行預(yù)處理，以產(chǎn)生預(yù)處理信號(hào)； 對(duì)所述預(yù)處理信號(hào)進(jìn)行下混頻，以產(chǎn)生下混頻信號(hào)；以及 將所述下混頻信號(hào)與低頻帶信號(hào)相加。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其中，所述下混頻操作包括希爾伯特變換操作。
7.一種裝置，包括: 濾波器組，所述濾波器組接收寬帶信號(hào)并且輸出低頻帶信號(hào)和高頻帶信號(hào)； 第一編碼器，所述第一編碼器對(duì)所述低頻帶信號(hào)進(jìn)行編碼； 第二編碼器，所述第二編碼器對(duì)所述高頻帶信號(hào)進(jìn)行編碼；以及 其中，所述濾波器組包括: 下混頻電路，所述下混頻電路對(duì)信號(hào)進(jìn)行下混頻以產(chǎn)生下混頻信號(hào)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的裝置，其中，所述濾波器組包括: 預(yù)處理電路，所述預(yù)處理電路使所述寬帶信號(hào)頻譜反相以產(chǎn)生頻譜反相信號(hào)，或者對(duì)所述寬帶信號(hào)進(jìn)行高通濾波以產(chǎn)生高通濾波信號(hào)；以及 所述下混頻電路，所述下混頻電路對(duì)預(yù)處理后的信號(hào)進(jìn)行下混頻以產(chǎn)生下混頻信號(hào)。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的裝置，其中，所述下混頻電路包括希爾伯特變換電路。
10.一種裝置，包括: 第一解碼器，所述第一解碼器對(duì)第一信號(hào)進(jìn)行解碼以產(chǎn)生低頻帶信號(hào)； 第二解碼器，所述第二解碼器對(duì)第二信號(hào)進(jìn)行解碼以產(chǎn)生高頻帶信號(hào)； 下混頻器，所述下混頻器對(duì)信號(hào)進(jìn)行下混頻以產(chǎn)生下混頻信號(hào)；以及 加法器，所述加法器使所述下混頻信號(hào)與所述低頻帶信號(hào)相加。
【文檔編號(hào)】G10L19/02GK103608860SQ201280028814
【公開(kāi)日】2014年2月26日 申請(qǐng)日期:2012年6月5日 優(yōu)先權(quán)日:2011年6月10日
【發(fā)明者】喬納森·A·吉布斯 申請(qǐng)人:摩托羅拉移動(dòng)有限責(zé)任公司