改進(jìn)的諧波轉(zhuǎn)置的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及在時(shí)間上和/或頻率上對(duì)信號(hào)進(jìn)行轉(zhuǎn)置，尤其涉及音頻信號(hào)的編碼。更具體地，本發(fā)明涉及包括頻域諧波轉(zhuǎn)置器的高頻重建(HFR)方法。描述了用于使用轉(zhuǎn)置因子T從輸入信號(hào)生成轉(zhuǎn)置的輸出信號(hào)的方法和系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括：長(zhǎng)度La的分析窗，其提取輸入信號(hào)的幀；以及M階的分析變換單元，其將樣本變換成M個(gè)復(fù)數(shù)系數(shù)。M是轉(zhuǎn)置因子T的函數(shù)。該系統(tǒng)還包括：非線性處理單元，其通過使用轉(zhuǎn)置因子T來改變復(fù)數(shù)系數(shù)的相位；M階的合成變換單元，其將改變的系數(shù)變換成M個(gè)改變的樣本；以及長(zhǎng)度Ls的合成窗，其生成輸出信號(hào)的幀。
【專利說明】改進(jìn)的諧波轉(zhuǎn)置[0001]本發(fā)明申請(qǐng)是 申請(qǐng)日期:為2010年3月12日、申請(qǐng)?zhí)枮椤?01080005580.3”、發(fā)明名稱為“改進(jìn)的諧波轉(zhuǎn)置”的發(fā)明專利申請(qǐng)的分案申請(qǐng)?！炯夹g(shù)領(lǐng)域】[0002]本發(fā)明涉及在頻率上對(duì)信號(hào)進(jìn)行轉(zhuǎn)置和/或在時(shí)間上對(duì)信號(hào)進(jìn)行擴(kuò)展/壓縮，并 且尤其涉及音頻信號(hào)的編碼。換言之，本發(fā)明涉及時(shí)標(biāo)修改和/或頻標(biāo)修改。更具體地，本 發(fā)明涉及包括頻域諧波轉(zhuǎn)置器(transposer)的高頻重建(HFR)方法?！颈尘凹夹g(shù)】[0003]HFR技術(shù)(例如譜帶復(fù)制(SBR)技術(shù))使得顯著改進(jìn)傳統(tǒng)感知音頻編解碼器的編 碼效率。與MPEG-4高級(jí)音頻編碼(AAC)組合，它形成非常有效的音頻編解碼器，已將其用在 XM衛(wèi)星無線電系統(tǒng)和全球數(shù)字無線電系統(tǒng)(Digital Radio Mondiale)中，而且還在3GPP、 DVD論壇等中將其標(biāo)準(zhǔn)化。AAC和SBR的組合被稱為aacPlus。這是MPEG-4標(biāo)準(zhǔn)的一部分， 其中，它被稱作高效AAC規(guī)格(High Efficiency AAC Profile, HE-AAC)。通常，HFR技術(shù)可 以通過后向和前向兼容的方式與任何感知音頻編解碼器組合，因此提供使已經(jīng)建立的廣播 系統(tǒng)(類似于Eureka DAB系統(tǒng)中使用的MPEG層_2)升級(jí)的可能性。HFR轉(zhuǎn)置方法也可以 與語音編解碼器組合以允許超低比特率的寬帶語音。[0004]HRF之后的基本構(gòu)思是觀測(cè)到通常存在信號(hào)的高頻率范圍的特性與同一信號(hào)的低 頻率范圍的特性之間的強(qiáng)相關(guān)性。因此，通過從低頻率范圍到高頻率范圍的信號(hào)轉(zhuǎn)置可以 實(shí)現(xiàn)對(duì)于信號(hào)的原始輸入高頻率范圍的表示的良好近似。[0005]在通過引用而合并的W098/57436中建立了這種轉(zhuǎn)置的構(gòu)思，以作為用于從音頻 信號(hào)的較低頻帶重建高頻帶的方法。通過在音頻編碼和/或語音編碼中使用該構(gòu)思可以獲 得比特率的大量節(jié)省。下文中，將提到音頻編碼，但應(yīng)注意描述的方法和系統(tǒng)同樣可應(yīng)用于 語音編碼并且可應(yīng)用在統(tǒng)一的語音和音頻編碼(USAC)中。[0006]在基于HFR的音頻編碼系統(tǒng)中，低帶寬信號(hào)被提供給用于編碼的核心波形編碼 器，使用通常以非常低的比特率被編碼的并且描述目標(biāo)譜形狀的附加邊信息和低帶寬信號(hào) 的轉(zhuǎn)置在解碼器側(cè)再生較高頻率。對(duì)于低比特率，其中核心編碼的信號(hào)的帶寬窄，再現(xiàn)或合 成具有感知愉悅特性的高帶(即音頻信號(hào)的高頻率范圍)變得愈加重要。[0007]在現(xiàn)有技術(shù)中，存在一些使用例如諧波轉(zhuǎn)置、或時(shí)間擴(kuò)展的高頻重建的方法。一種 方法基于在以足夠高的頻率解析度執(zhí)行頻率分析的原則下運(yùn)行的相位音碼器。在重合成信 號(hào)之前在頻域中執(zhí)行信號(hào)修改。信號(hào)修改可為時(shí)間擴(kuò)展操作或轉(zhuǎn)置操作。[0008]這些方法存在的潛在問題之一是，為了獲得穩(wěn)態(tài)聲音的高質(zhì)量轉(zhuǎn)置、和瞬變聲音 或沖擊聲音的系統(tǒng)時(shí)間響應(yīng)而對(duì)預(yù)期的高頻解析度進(jìn)行相反的約束。換言之，盡管使用高 頻解析度對(duì)穩(wěn)態(tài)信號(hào)有利，但是這樣的高頻解析度通常要求大的窗尺寸，而當(dāng)處理信號(hào)的 瞬變部分時(shí)，大的窗尺寸是有害的。處理該問題的一個(gè)方法可根據(jù)輸入信號(hào)特性、例如通過 使用窗切換來自適應(yīng)地改變轉(zhuǎn)置器的窗。通常，為了實(shí)現(xiàn)高頻解析度將對(duì)信號(hào)的穩(wěn)態(tài)部分使用長(zhǎng)窗，而為了實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)置器的良好的瞬變響應(yīng)、即良好的時(shí)間解析度將對(duì)信號(hào)的瞬變部 分使用短窗。但是，該方法具有的缺點(diǎn)在于，不得不將諸如瞬變檢測(cè)等信號(hào)分析措施合并到 轉(zhuǎn)置系統(tǒng)中。這樣的信號(hào)分析措施經(jīng)常涉及觸發(fā)信號(hào)處理的切換的判定步驟，例如對(duì)瞬變 的存在的判定。另外，這樣的措施通常影響系統(tǒng)的可靠性，以及當(dāng)切換信號(hào)處理時(shí)，例如當(dāng) 在窗尺寸之間切換時(shí)，這樣的措施可引入信號(hào)偽像。[0009]本發(fā)明解決有關(guān)諧波轉(zhuǎn)置的瞬變性能的前述問題，而不需要窗切換。另外，以低的 附加復(fù)雜度實(shí)現(xiàn)了改進(jìn)的諧波轉(zhuǎn)置。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0010]本發(fā)明涉及諧波轉(zhuǎn)置的改進(jìn)的瞬變性能的問題，還涉及匹配的、對(duì)諧波轉(zhuǎn)置的已 知方法的改進(jìn)。另外，本發(fā)明概述了如何在保留所提出的改進(jìn)的同時(shí)可將附加的復(fù)雜度保持在最小。[0011]其中，本發(fā)明可包括以下方面中的至少一個(gè):[0012]-通過這樣的因子在頻率中進(jìn)行過采樣:該因子是轉(zhuǎn)置器的操作點(diǎn)的轉(zhuǎn)置因子 的函數(shù)；[0013]-對(duì)分析窗和合成窗的組合進(jìn)行適當(dāng)選擇；以及[0014]-對(duì)于組合不同的轉(zhuǎn)置的信號(hào)的情況，確保不同的轉(zhuǎn)置的信號(hào)的時(shí)間對(duì)齊。[0015]根據(jù)本發(fā)明的方面，描述了一種用于使用轉(zhuǎn)置因子T從輸入信號(hào)生成轉(zhuǎn)置的輸出 信號(hào)的系統(tǒng)。轉(zhuǎn)置的輸出信號(hào)可為輸入信號(hào)的時(shí)間擴(kuò)展的版本和/或頻移的版本。相對(duì)于 輸入信號(hào)，可通過轉(zhuǎn)置因子T在時(shí)間上擴(kuò)展轉(zhuǎn)置的輸出信號(hào)。可替選地，可通過轉(zhuǎn)置因子T 將轉(zhuǎn)置的輸出信號(hào)的頻率分量向上移位。[0016]該系統(tǒng)可包括長(zhǎng)度L的分析窗,其提取輸入信號(hào)的L個(gè)樣本。通常,輸入信號(hào)的L 個(gè)樣本是時(shí)域中的輸入信號(hào)的樣本，例如音頻信號(hào)的樣本。所提取的L個(gè)樣本被稱為輸入 信號(hào)的幀。系統(tǒng)還包括M=F*L階的分析變換單元，其利用作為頻率過采樣因子的F將L個(gè) 時(shí)域樣本變換成M個(gè)復(fù)數(shù)系數(shù)。M個(gè)復(fù)數(shù)系數(shù)通常是頻域中的系數(shù)。分析變換可為傅立葉 變換、快速傅立葉變換、離散傅立葉變換、小波變換或(可能調(diào)制的)濾波器組的分析階段。 過采樣因子F基于轉(zhuǎn)置因子T或是轉(zhuǎn)置因子T的函數(shù)。[0017]過采樣操作也可被稱為通過附加的(F_1)*L個(gè)零對(duì)分析窗進(jìn)行零填充(zero padding)。過采樣操作還可被視為通過因子F來選擇大于分析窗的尺寸的分析變換的尺寸 M0[0018]該系統(tǒng)還可包括非線性處理單元，其通過使用轉(zhuǎn)置因子T來改變復(fù)數(shù)系數(shù)的相 位。相位的改變可包括將復(fù)數(shù)系數(shù)的相位乘以轉(zhuǎn)置因子T。另外，該系統(tǒng)可包括:M階的合 成變換單元，其將改變的系數(shù)變換成M個(gè)改變的樣本；以及長(zhǎng)度L的合成窗，其生成輸出信 號(hào)。合成變換可為逆傅立葉變換、逆快速傅立葉變換、逆離散傅立葉變換、逆小波變換、或 (可能)調(diào)制的濾波器組的合成階段。通常，例如為了當(dāng)轉(zhuǎn)置因子T=I時(shí)實(shí)現(xiàn)輸入信號(hào)的完 美重建，分析變換和合成彼此相關(guān)。[0019]根據(jù)本發(fā)明的另一方面，過采樣因子F與轉(zhuǎn)置因子T成比例。特別地，過采樣因子 F可大于或等于(T+l)/2。過采樣因子F的該選擇確保合成窗拒絕可由轉(zhuǎn)置引起的、不期望 的信號(hào)偽像，例如前回聲和后回聲。[0020]應(yīng)當(dāng)注意，更一般而言，分析窗的長(zhǎng)度可為L(zhǎng)a，而合成窗的長(zhǎng)度可為L(zhǎng)s。還是在這樣的情況下，可有利的是，基于轉(zhuǎn)置階T、即根據(jù)轉(zhuǎn)置階T來選擇變換單元的階M。另外，可有利的是，將M選擇成大于分析窗和合成窗的平均長(zhǎng)度，即大于(La+Ls)/2。在實(shí)施例中,變換單元的階M與平均窗長(zhǎng)度之間的差與(T-1)成比例。在另一實(shí)施例中，將M選擇成大于或等于(TLa+Ls)/2。應(yīng)當(dāng)注意，分析窗和合成窗的長(zhǎng)度相等、即La=Ls=L的情況是以上一般情況的特殊情況。對(duì)于一般情況，過采樣因子F可為:
【權(quán)利要求】
1.一種用于使用轉(zhuǎn)置因子T執(zhí)行輸入信號(hào)(312)的諧波轉(zhuǎn)置的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括: -分析階段(601，602，603)，用于提取所述輸入信號(hào)(312)的L個(gè)時(shí)域樣本的幀，以及用于將所述L個(gè)時(shí)域樣本變換成M個(gè)復(fù)數(shù)頻域系數(shù)；-非線性處理單元(604)，用于使用所述轉(zhuǎn)置因子T來改變所述復(fù)數(shù)頻域系數(shù)；-合成變換單元(605)，用于將所改變的頻域系數(shù)變換成M個(gè)改變的時(shí)域樣本；以及 -合成窗單兀(606),用于從所述M個(gè)改變的時(shí)域樣本提取L個(gè)時(shí)域輸出樣本；其中，M=F*L，F(xiàn)是基于所述轉(zhuǎn)置因子T的頻域過采樣因子。
2.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，所述過采樣因子F大于或等于(T+l)/2。
3.如任一在前權(quán)利要求所述的系統(tǒng)，其中，所述非線性處理單元(604)被配置成使用所述轉(zhuǎn)置因子T來改變所述復(fù)數(shù)頻域系數(shù)的相位。
4.如權(quán)利要求3所述的系統(tǒng)，其中，所述相位的改變包括將所述相位乘以所述轉(zhuǎn)置因子To
5.如任一在前權(quán)利要求所述的系統(tǒng)，其中，所述分析階段(601，602，603)包括分析窗單元(602)，其用于將分析窗(311)應(yīng)用于所述輸入信號(hào)(312)，其中，所述分析窗(311)具有通過附加的(F-1) *L個(gè)零進(jìn)行零填充的長(zhǎng)度L。
6.如權(quán)利要求5所述的系統(tǒng),其中，所述合成窗單兀(606)應(yīng)用合成窗(321),并且其中所述分析窗(311)和所述合成窗(321)具有相等的長(zhǎng)度。
7.如權(quán)利要求1至5中任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)，其中，所述分析階段(601，602,603)包括大小為M的分析變換單元(603)，其用于將所述L個(gè)時(shí)域樣本變換成M個(gè)復(fù)數(shù)頻域系數(shù)。
8.如任一在前權(quán)利要求所述的系統(tǒng)，還包括:-分析步幅單元(601)，其沿所述輸入信號(hào)以Sa個(gè)樣本的分析步幅將分析窗移位，從而生成所述輸入信號(hào)的幀的序列；-合成步幅單元(607)，其以Ss個(gè)樣本的合成步幅將L個(gè)時(shí)域輸出樣本的相繼幀移位；以及-交疊相加單元(608)，其將L 個(gè)時(shí)域輸出樣本的相繼的移位幀交疊和相加，從而生成輸出信號(hào)。
9.如權(quán)利要求8所述的系統(tǒng)，還包括收縮單元(609)，其通過轉(zhuǎn)置階T來增加所述輸出信號(hào)的采樣率；由此產(chǎn)生轉(zhuǎn)置的輸出信號(hào)。
10.如權(quán)利要求9所述的系統(tǒng)，其中-所述合成步幅是所述分析步幅的T倍；以及-通過所述轉(zhuǎn)置因子T進(jìn)行變調(diào)，所述轉(zhuǎn)置的輸出信號(hào)對(duì)應(yīng)于所述輸入信號(hào)。
11.一種用于通過轉(zhuǎn)置因子T對(duì)輸入信號(hào)(312)進(jìn)行轉(zhuǎn)置的方法，所述方法包括:-提取所述輸入信號(hào)(312)的L個(gè)時(shí)域樣本的幀；-將所述L個(gè)時(shí)域樣本變換成M個(gè)復(fù)數(shù)頻域系數(shù)；-使用所述轉(zhuǎn)置因子T來改變所述復(fù)數(shù)頻域系數(shù)；-將所改變的頻域系數(shù)變換成M個(gè)改變的時(shí)域樣本；以及 -從所述M個(gè)改變的時(shí)域樣本提取L個(gè)時(shí)域輸出樣本；其中，M=F*L，F(xiàn)是基于所述轉(zhuǎn)置因子T的頻域過采樣因子。
12.如權(quán)利要求11所述的方法，其中，將所述L個(gè)時(shí)域樣本變換成M個(gè)復(fù)數(shù)頻域系數(shù)包括執(zhí)行傅立葉變換、快速傅立葉變換、離散傅立葉變換、小波變換之一。
13.如權(quán)利要求11至12中任一項(xiàng)所述的方法，其中，所述過采樣因子F大于或等于 (T+l)/2。
14.如權(quán)利要求11至13中任一項(xiàng)所述的方法，其中，所述輸入信號(hào)(312)包括音頻信號(hào)的低頻分量。
15.一種包括軟件程序的存儲(chǔ)介質(zhì)，所述軟件程序用于在處理器上執(zhí)行，以及當(dāng)在計(jì)算裝置上被執(zhí)行時(shí)用于執(zhí)行權(quán)利要求11至14中任一項(xiàng)所述的方法的步 驟。
【文檔編號(hào)】G10L21/038GK103559891SQ201310475634
【公開日】2014年2月5日 申請(qǐng)日期:2010年3月12日 優(yōu)先權(quán)日:2009年9月18日
【發(fā)明者】佩爾·?？怂固靥m德, 拉爾斯·法爾克·維爾默斯 申請(qǐng)人:杜比國(guó)際公司