叉積增強(qiáng)的基于子帶塊的諧波換位的制作方法
【專利說明】
[0001] 本申請(qǐng)是申請(qǐng)日為2011年9月5日、申請(qǐng)?zhí)枮?201180044307. 6"、發(fā)明名稱為"叉 積增強(qiáng)的基于子帶塊的諧波換位"的發(fā)明專利申請(qǐng)的分案申請(qǐng)。
技術(shù)領(lǐng)域
[0002] 本發(fā)明涉及使用用于高頻重建（HFR)的諧波換位方法的音頻源編碼系統(tǒng)，數(shù)字效 果處理器如生成諧波失真以向所處理的信號(hào)添加亮度的激勵(lì)器，以及用所維護(hù)的頻譜內(nèi)容 來延長(zhǎng)信號(hào)持續(xù)時(shí)間的時(shí)間拉伸器。
【背景技術(shù)】
[0003] 在W098/57436中，將換位的概念建立為根據(jù)音頻信號(hào)的較低頻帶重建高頻帶的 方法。通過在音頻編碼中使用該概念，可以獲得比特率的實(shí)質(zhì)性節(jié)省。在基于HFR的音頻 編碼系統(tǒng)中，向核心波形編碼器呈現(xiàn)低帶寬信號(hào)，并且在解碼器側(cè)使用換位和描述目標(biāo)頻 譜形狀的非常低的比特率的附加側(cè)信息來重新生成較高的頻率。對(duì)于核心編碼信號(hào)的帶寬 窄的低比特率，重建具有感知上舒適的特性的高帶變得越來越重要。在W098/57436中定義 的諧波換位在具有低交叉頻率的情形下對(duì)于合成音樂材料表現(xiàn)很好。諧波換位的原則是， 將頻率為《的正弦波映射到頻率為gpfis?的正弦波，其中是定義換位的階次的整 數(shù)。與此相反，基于單邊帶調(diào)制（SSB)的HFR將頻率為《的正弦波映射到頻率為《 + A ? 的正弦波，其中是固定頻移。給定具有低帶寬的核心信號(hào)，由于SSB換位會(huì)產(chǎn)生不協(xié) 調(diào)的振鈴假聲（ringing artifact)。
[0004] 為了達(dá)到可能的最優(yōu)音頻質(zhì)量，目前發(fā)展水平的高質(zhì)量的諧波HFR方法使用非常 精細(xì)頻率分辨率和高度過采樣的復(fù)調(diào)制濾波器組來達(dá)到所需的音頻質(zhì)量。需要精細(xì)分辨率 以避免由正弦波之和的非線性處理而引起的不希望的互調(diào)制失真。使用足夠窄的子帶，高 質(zhì)量的方法的目的在于在每個(gè)子帶中最多具有一個(gè)正弦波。為了避免混雜類失真（alias type distortion)，需要時(shí)間上的高度過采樣，而為了避免瞬態(tài)信號(hào)的前回聲，需要頻率上 的一定程度的過采樣。明顯的缺點(diǎn)是計(jì)算復(fù)雜度變得非常高。
[0005] 對(duì)于具有顯著的周期性結(jié)構(gòu)的信號(hào)，與諧波換位器相關(guān)聯(lián)的另一常見的缺點(diǎn)變得 明顯。這些信號(hào)為頻率為fi，2Q，3Q的諧波相關(guān)的正弦波的疊加，其中Q為基頻。根據(jù) 階次的諧波換位，在1的情況下，具有頻率
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種被配置成根據(jù)輸入信號(hào)生成時(shí)間拉伸信號(hào)和/或頻率換位信號(hào)的系統(tǒng)，所述系 統(tǒng)包括： 分析濾波器組（101)，被配置成根據(jù)所述輸入信號(hào)得到數(shù)量Y多1個(gè)分析子帶信號(hào)，其 中，每個(gè)分析子帶信號(hào)包括多個(gè)復(fù)值分析樣本，每個(gè)復(fù)值分析樣本具有相位和幅值； 子帶處理單元（102)，被配置成使用子帶換位因數(shù)Q和子帶拉伸因數(shù)S根據(jù)所述Y個(gè) 分析子帶信號(hào)來生成合成子帶信號(hào)，Q和S中的至少一個(gè)大于1，其中，所述子帶處理單元 (102)包括： 塊提取器（201)，被配置成針對(duì)所述Y個(gè)分析子帶中的每個(gè)分析子帶執(zhí)行以下操作： i) 形成從所述分析子帶信號(hào)中的所述多個(gè)復(fù)值分析樣本提取的L個(gè)輸入樣本的幀，幀 長(zhǎng)度L>1 ;以及 ii) 在形成后續(xù)的L個(gè)輸入樣本的幀之前，對(duì)所述多個(gè)分析樣本應(yīng)用h個(gè)樣本的塊跳躍 大?。? 非線性幀處理單元（202)，被配置成基于由所述塊提取器形成的輸入樣本的Y個(gè)相應(yīng) 幀，通過確定所述幀的每個(gè)經(jīng)處理的樣本的相位和幅值來生成經(jīng)處理的樣本的幀，其中，對(duì) 于至少一個(gè)經(jīng)處理的樣本： i) 所述經(jīng)處理的樣本的相位基于輸入樣本的所述Y個(gè)幀中的相應(yīng)輸入樣本的各自的 相位；以及 ii) 所述經(jīng)處理的樣本的幅值基于輸入樣本的所述Y個(gè)幀中的相應(yīng)輸入樣本的幅值； 加窗單元（203)，被配置成對(duì)所述經(jīng)處理的樣本的幀應(yīng)用有限長(zhǎng)度窗口函數(shù)，所述窗口 函數(shù)包括多個(gè)窗口樣本，其中多個(gè)窗口函數(shù)的重疊及相加的窗口樣本當(dāng)由復(fù)權(quán)重加權(quán)并且 以Sh跳躍大小偏移時(shí)形成實(shí)質(zhì)上恒定的序列；以及 重疊及相加單元（204)，被配置成通過將加窗的經(jīng)處理的樣本的一系列幀的樣本進(jìn)行 重疊及相加來確定所述合成子帶信號(hào)； 以及 合成濾波器組（103)，被配置成至少根據(jù)由所述子帶處理單元輸出的所述合成子帶信 號(hào)來生成所述時(shí)間拉伸信號(hào)和/或頻率換位信號(hào)， 其中，所述系統(tǒng)至少對(duì)于Y = 2可操作。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中， 所述分析濾波器組（101)是正交鏡像濾波器組、加窗離散傅立葉變換或者小波變換之 一；并且 所述合成濾波器組（103)是相應(yīng)的逆濾波器組或變換。
3. 根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)，其中， 所述分析濾波器組（101)對(duì)所述輸入信號(hào)應(yīng)用分析時(shí)間跨步AtA; 所述分析濾波器組具有分析頻率間隔Δ?·Α; 所述分析濾波器組具有數(shù)量N個(gè)分析子帶，其中，Ν>1，并且η是分析子帶索引，其中η =0, · · ·，Ν-1 ; 所述N個(gè)分析子帶中的分析子帶與所述輸入信號(hào)的頻帶相關(guān)聯(lián)； 所述合成濾波器組（103)對(duì)所述合成子帶信號(hào)應(yīng)用合成時(shí)間跨步Ats; 所述合成濾波器組具有合成頻率間隔Afs; 所述合成濾波器組具有數(shù)量M個(gè)合成子帶，其中M>1，并且m是合成子帶索引，其中 m=0, · · ·，M-1 ;并且 所述M個(gè)合成子帶中的合成子帶與所述時(shí)間拉伸信號(hào)和/或頻率換位信號(hào)的頻帶相關(guān) 聯(lián)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的系統(tǒng)，其中，所述子帶處理單元（102)針對(duì)Y = 2被配置，并 且還包括被配置成生成交叉處理控制數(shù)據(jù)（403)的交叉處理控制單元（404)，所述交叉處 理控制數(shù)據(jù)（403)定義與所述分析子帶信號(hào)相關(guān)聯(lián)的子帶索引ηι、η2和所述合成子帶索引 m，所述子帶索引通過作為下式的近似整數(shù)解而相關(guān)，
其中，Dtl為所述輸入信號(hào)的基頻， σ = 0 或 1/2，
是換位因數(shù)，并且 r為滿足I 的整數(shù)。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的系統(tǒng)，其中，所述交叉處理控制單元（404)被配置成生成處理 控制數(shù)據(jù)使得所述子帶索引ηι、η2基于r的值，所述r的值使得通過從所述分析子帶信號(hào)中 提取分析樣本而形成的兩個(gè)幀的子帶幅值的最小值最大化。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的系統(tǒng)，其中，每個(gè)L個(gè)輸入樣本的幀的所述子帶幅值為中心樣 本或近中心樣本的幅值。
7. 根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)，其中，所述塊提取器（201)被配置成通 過對(duì)分析子帶信號(hào)中的所述復(fù)值分析樣本進(jìn)行下采樣來得到輸入樣本的至少一個(gè)幀。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的系統(tǒng)，其針對(duì)Y = 2來配置，并且所述塊提取器被配置成通 過分別由滿足
且滿足D1S 0, D 2>0或D1X), D2S 0的下采樣因數(shù)D種D 2 對(duì)第一分析子帶信號(hào)和第二分析子帶信號(hào)中的所述復(fù)值分析樣本進(jìn)行下采樣來得到輸入 樣本的第一幀和第二幀， 并且其中，所述非線性幀處理單元（202)被配置成使用輸入樣本的第一幀和第二幀中 的相應(yīng)輸入樣本的各自的相位的非負(fù)整數(shù)系數(shù)InT2，基于線性組合來確定所述經(jīng)處理的樣 本的相位。
9. 根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)，其中，連續(xù)的復(fù)權(quán)重僅相差固定的相位 旋轉(zhuǎn)，諸如與所述輸入信號(hào)的基頻成比例的相位旋轉(zhuǎn)。
10. 根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)，其中，所述重疊及相加單元（204)對(duì)經(jīng) 處理的樣本的連續(xù)的幀應(yīng)用跳躍大小，所述跳躍大小等于所述塊跳躍大小h乘以所述子帶 拉伸因數(shù)S。
11. 根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)，其針對(duì)Y = 2來配置，其中，所述幀處理 單元（202)被配置成：將所述經(jīng)處理的樣本的幅值確定為輸入樣本的第一幀中的相應(yīng)輸入 樣本的幅值和輸入樣本的第二幀中的相應(yīng)輸入樣本的幅值的平均值，以及/或者基于輸入 樣本的第一幀和第二幀中的相應(yīng)輸入樣本的各自相位的使用非負(fù)整數(shù)系數(shù)T1, 1~2的線性組 合來確定所述經(jīng)處理的樣本的相位。
12. 根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)，還包括： 多個(gè)子帶處理單元（401，402 ;503 ;602-2,602-3,602-4)，每個(gè)子帶處理單元被配置成 使用所述子帶換位因數(shù)Q和/或所述子帶拉伸因數(shù)S的不同值來確定中間合成子帶信號(hào)； 以及 合并單元（405 ;603)，其被布置在所述多個(gè)子帶處理單元的下游和所述合成濾波器組 (103)的上游，所述合并單元（405 ;603)被配置成將相應(yīng)中間合成子帶信號(hào)合并以確定所 述合成子帶信號(hào)。
13. 根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)，其中： 所述分析濾波器組（101)被配置成根據(jù)所述輸入信號(hào)形成YXZ個(gè)分析子帶信號(hào)； 所述子帶處理單元（102)被配置成應(yīng)用一個(gè)合成子帶信號(hào)所基于的每組Y個(gè)分析子帶 信號(hào)的一對(duì)S和Q值，根據(jù)所述YXZ個(gè)分析子帶信號(hào)來生成Z個(gè)合成子帶信號(hào)；并且 所述合成濾波器組（103)被配置成根據(jù)所述Z個(gè)合成子帶信號(hào)來生成Z個(gè)時(shí)間拉伸信 號(hào)和/或頻率換位信號(hào)。
14. 一種用于根據(jù)輸入信號(hào)來生成時(shí)間拉伸信號(hào)和/或頻率換位信號(hào)的方法，所述方 法包括： 根據(jù)所述輸入信號(hào)得到數(shù)量Y多2個(gè)分析子帶信號(hào)，其中，每個(gè)分析子帶信號(hào)包括多個(gè) 復(fù)值分析樣本，每個(gè)復(fù)值分析樣本具有相位和幅值； 針對(duì)所述Y個(gè)分析子帶中的每個(gè)： 形成從分析子帶信號(hào)中的所述多個(gè)復(fù)值分析樣本提取的L個(gè)輸入樣本的幀，幀長(zhǎng)度 L>1 ;以及 在形成后續(xù)的L個(gè)輸入樣本的幀之前，對(duì)所述多個(gè)分析樣本應(yīng)用h個(gè)樣本的塊跳躍大 小； 基于這樣形成的輸入樣本的Y個(gè)相應(yīng)幀，通過確定所述幀的每個(gè)經(jīng)處理的樣本的相位 和幅值來生成經(jīng)處理的樣本的幀，其中，對(duì)于至少一個(gè)經(jīng)處理的樣本： i) 所述經(jīng)處理的樣本的相位基于輸入樣本的所述Y個(gè)幀中的相應(yīng)輸入樣本的各自的 相位；并且 ii) 所述經(jīng)處理的樣本的幅值基于輸入樣本的所述Y個(gè)幀中的相應(yīng)輸入樣本的幅值； 通過對(duì)經(jīng)處理的樣本的每個(gè)幀應(yīng)用有限長(zhǎng)度窗口函數(shù)然后將所述系列的樣本進(jìn)行重 疊及相加來確定合成子帶信號(hào)，其中，所述窗口函數(shù)包括多個(gè)窗口樣本，并且其中多個(gè)窗口 函數(shù)的重疊及相加的窗口樣本當(dāng)由復(fù)權(quán)重加權(quán)并且以Sh跳躍大小偏移時(shí)形成實(shí)質(zhì)上恒定 的序列；以及 至少根據(jù)所述合成子帶信號(hào)來生成所述時(shí)間拉伸信號(hào)和/或頻率換位信號(hào)。
【專利摘要】本發(fā)明提供一種叉積增強(qiáng)高頻重建(HFR)的高效實(shí)現(xiàn)，其中，基于Ω和Ω+Ω0處的現(xiàn)有分量生成頻率QΩ+rΩ0處的新分量。本發(fā)明提供一種基于塊的諧波換位，其中，使用公共相位修正來處理復(fù)子帶樣本的時(shí)間塊。若干經(jīng)修正的樣本的疊加具有限制不期望的互調(diào)制乘積的凈效應(yīng)，因此使得能夠使用粗頻率分辨率和/或較低程度的過采樣。在一種實(shí)施方式中，本發(fā)明還包括適合于與基于塊的叉積增強(qiáng)HFR使用的窗口函數(shù)。本發(fā)明的硬件實(shí)施方式可以包括分析濾波器組(101)、可由控制數(shù)據(jù)(104)配置的子帶處理單元(102)和合成濾波器組(103)。
【IPC分類】G10L21-038, G10L21-02, G10L21-04
【公開號(hào)】CN104851429
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510245547
【發(fā)明人】拉爾斯·維爾默斯
【申請(qǐng)人】杜比國(guó)際公司
【公開日】2015年8月19日
【申請(qǐng)日】2011年9月5日
【公告號(hào)】CA2808353A1, CN103262164A, CN103262164B, EP2617035A1, US20130182870, WO2012034890A1