使用復值濾波器組的音頻信號的編碼和解碼的制作方法

專利名稱：使用復值濾波器組的音頻信號的編碼和解碼的制作方法
技術領域：
本發明涉及音頻信號的編碼和/或解碼，特別涉及音頻信號的波形編碼/解碼。
背景技術：
在過去幾十年，隨著數字信號表示和通信逐漸替代了模擬表示和通信，各種源信 號的數字編碼逐漸變得重要。例如，移動電話系統是基于數字語音編碼，諸如用于移動通信 的全球系統。而且，媒體內容、諸如視頻和音樂的發布也逐漸基于數字內容編碼。傳統地，音頻編碼主要使用波形編碼，其中下層波形已經被數字化并被高效編碼。 例如，典型的波形編碼器包括將該信號轉換到頻率子帶域的濾波器組。基于偽聲學模型，應 用掩蔽閾值，并且將所得到的子帶值高效地量化和編碼，例如使用哈夫曼編碼。波形編碼器的范例包括所熟知的MPEG-I Layer3 (通常稱之為MP3)或AAC (高級 音頻編碼)編碼方案。近些年，已經提出了許多編碼技術，其并不直接對該下層波形進行編碼，而是其特 征在于通過多個參數的編碼信號。例如，對于語音編碼，該編碼器和解碼器可以是基于人類 語音聲道的模型，并且可以對用于該模型的各種參數和激勵信號進行編碼來代替編碼該波 形。這些技術通常稱之為參數編碼技術。而且，可以結合波形編碼和參數編碼來提供特別高效和高質量的編碼。在這些系 統中，這些參數可以參照一部分已經被波形編碼的信號來描述該信號的另一部分。例如，已 經提出其中將低頻進行波形編碼并且通過一個描述相對于低頻的高頻屬性的參數擴展對 高頻進行編碼的編碼技術。作為另一范例，已經提出了多信道信號編碼，其中例如對單一 信號進行波形編碼，并且參數擴展包括指示在該共同信號上各個信道是如何變化的參數數 據。參數擴展編碼技術的范例包括頻譜帶復制(SBR)、參數立體聲(PS)和空間音頻編 碼(SAC)技術。當前，該SAC技術被開發用來高效地編碼多信道音頻信號。該技術部分地基于該 PS編碼技術。類似于該PS范例，SAC是基于注釋，其中由M個信道組成的多信道信號可以 通過由N個信道組成的信號和少量表示該空間線索的參數高效地表示，并且N<M。典型的應 用包括作為波形編碼的單一或立體聲信號加上空間參數編碼的常規5. 1信號表示。該空間 參數可以內嵌于該核心單一或立體聲比特流的輔助數據部分中，以形成后向兼容擴展。類似于該SBR和PS技術，為了從時域表示轉換到頻域表示(或相反)，SAC使用復數 (偽)正交鏡像濾波器(QMF)組。這些濾波器組的特征就是以因子2高效地過采樣這些復值 子帶域信號。這樣就進行這些復值子帶域信號的后處理操作不會引入折疊失真。參數擴展的另一個共同特征就是在典型的情況下，這些技術都不會獲得透明的 音頻質量級，即會引入一些質量降低。為了將諸如SBR、PS和SAC的參數擴展向透明音頻質量擴展，最好使用波形編碼器 對該復子帶域信號的某些部分，例如對某一數量的頻帶進行編碼。
一種直接的方式包括將該復子帶域的這些部分轉換回到該時域的第一轉換。然后 可以將現有的波形編碼器(例如AAC)應用于所得到的該時域信號。然而，這種方式具有許 多缺點。具體地，由于使用不同的轉換在該頻域和時域之間反復轉換，所得到的編碼器和 解碼器復雜度較高，并且具有較高的計算負荷。例如，如果參數擴展會使用對QMF合成之后 所獲得的時域信號進行編碼，那么對應的解碼器將包括完整的波形解碼器(例如AAC微分 解碼器)，并且另外包括分析QMF組。這樣由于計算復雜度而比較昂貴。而且，有利的是在所使用的參數擴展與通過該參數擴展對該信號元素進行的波形 編碼之間具有相關性。例如，一種系統可以包括例如AAC和SBR (HE-AAC)或者AAC和SAC編碼。如果該 系統允許通過波形編碼增強SBR或SAC擴展，那么邏輯上也可以使用AAC，以對在QMF合成 之后所獲得的時域信號進行編碼。然而，使用該相同擴展的另一系統，例如MPEG-I Layer II和SBR的組合優選地將會使用另一波形編碼系統MPEG-1 Layer II。相應地，將該波形 編碼增強與該參數擴展工具耦合、而不是與核心編碼器耦合將會有利。因此，一種改進的系統將會是有利的，并且特別是一種能夠增加靈活性、減少復雜 度、減少計算負荷、在所應用的編碼的不同元素之間具有簡化的交互操作、改進(例如可標 定的)音頻質量和/或改進性能的編碼和/或解碼系統將會是有利的。

發明內容
相應地，本發明在尋找以單獨或任何組合能優選減輕、減緩或消除一個或多個上 述缺陷。根據本發明的一方面，提供一種用于通過波形解碼產生時域音頻信號的解碼器， 該解碼器包括用于接收編碼數據流的裝置；用于通過解碼該編碼數據流的數據值產生第 一子帶信號的裝置，該第一子帶信號對應于該時域音頻信號的臨界采樣的子帶域信號表 示；用于通過子帶處理從該第一子帶信號產生第二子帶信號的轉換裝置，該第二子帶信號 對應于該時域音頻信號的非臨界采樣的復子帶域信號表示；以及用于從該第二子帶信號產 生該時域音頻信號的合成濾波器組。本發明可以得到改進的解碼器。可以獲得減少復雜度的解碼器和/或可以減少該 計算資源要求。特別地，合成濾波器組可以用于對用于該時域音頻信號的參數擴展進行解 碼和用于波形解碼。可以獲得波形解碼和參數解碼之間的通用性。特別地，該合成濾波器 組可以是類似于在參數擴展編碼技術、諸如在SBR、PS和SAC中典型地用于參數解碼的QMF 濾波器組。該轉換處理器設置為通過子帶處理產生該第二子帶信號，而不需要將該第一子帶 信號轉換回到時域的任何轉換。該解碼器可以進一步包括用于在該合成濾波器組的合成操作之前對該第二子帶 信號執行非折疊(non-alias)信號處理的裝置。根據本發明的可選特征，該第一子帶信號的每一子帶包括多個子子帶 (sub-subband)，并且該轉換裝置包括用于從該第一子帶信號的子子帶產生第二子帶信號 的子帶。
這樣可以提供高效轉換第一子帶信號的裝置。該特征可以提供用于補償該合成濾 波器組的子帶濾波器的頻率響應的高效和/或低復雜度裝置。根據本發明的可選特征，該第二子帶信號的每一子帶包括折疊帶和非折疊帶，并 且其中該轉換裝置包括用于將第一子帶信號分的子子帶割成第二子帶信號的第一子帶帶 的折疊子子帶和第二子帶信號的第二子帶的非折疊子帶的分割裝置，該折疊子帶和該非折 疊子帶在該時域信號中具有對應的頻率間隔。這樣可以提供轉換該第一子帶信號的高效裝置。特別地，其可以允許從單個信號 分量產生源自時域音頻信號中的相同頻率的不同子帶中的信號分量。根據本發明的可選特征，該分割裝置包括蝶形結構。這樣可以得到特別高效的實施和/或高性能。該碟形結構可以使用一個零值輸入 和一個子子帶數據值輸入來產生對應于第二子帶的不同子帶的兩個輸出值。根據本發明的另一方面，提供一種用于編碼時域音頻信號的編碼器，該編碼器包 括用于接收時域音頻信號的裝置；用于從時域音頻信號產生第一子帶信號的第一濾波器 組，第一子帶信號對應于時域信號的非臨界采樣的復子帶域表示；用于通過子帶處理從第 一子帶信號產生第二子帶信號的轉換裝置，該第二子帶信號對應于時域音頻信號的臨界采 樣的子帶域表示；以及用于通過編碼第二子帶信號的數據值產生波形編碼數據流的裝置。本發明可以得到改進的編碼器。可以獲得減少復雜度的編碼器和/或可以減少計 算資源需要。可以獲得波形編碼和參數編碼之間的通用性。特別地，該第一濾波器組可以 是QMF濾波器組，其典型地用于在參數擴展編碼技術、諸如在SBR、PS和SAC中進行參數編 碼。可以得到改進的解碼音頻質量。例如，該時域音頻信號可以是來自參數編碼的殘 留信號。該波形編碼信號可以提供增加透明度的信息。該轉換處理器設置為通過子帶處理產生第二子帶信號，而不需要將第一子帶信號 轉換回到時域的任何轉換。根據本發明的可選特征，該編碼器進一步包括用于使用第一子帶信號對時域音頻 信號進行參數編碼的裝置。本發明可以使用參數和波形編碼得到下層信號的高效和/或高質量的編碼。在參 數和波形編碼之間可以共用功能。該參數編碼可以是參數擴展編碼，諸如SBR、PS或SAC編 碼。該編碼器特別地可以提供參數擴展編碼的某些或全部子帶的波形編碼。根據本發明的可選特征，該轉換裝置包括用于為第一子帶信號的每一子帶產生多 個子子帶的第二濾波器組。這樣可以提供高效轉換第一子帶信號的裝置。該特征可以提供用于補償第一子帶 的子帶濾波器的頻率響應的高效和/或低復雜度裝置。根據本發明的可選特征，該第二濾波器組是被奇數堆疊的(oddly stacked)。這樣可以提高性能，并得到復子帶域中正和負頻之間的改進分離。根據本發明的可選特征，每一子帶包括對于該子帶的折疊帶的某些折疊子子帶的 和對應于該子帶的非折疊帶的某些非折疊子子帶，并且其中該轉換裝置包括用于將第一子 帶帶的折疊子子帶與第二子帶的非折疊子子帶組合的組合裝置，該折疊子子帶與該非折疊 子子帶在時域信號中具有對應的頻率間隔。
這樣可以提供高效轉換第一子帶信號的裝置。特別地，其可以允許將源自時域音 頻信號中相同頻率的不同子帶中的信號分量組合成單個信號分量。這樣可以得到數據速率 的降低。根據本發明的可選特征，組合裝置設置用來減少折疊帶中的能量。這樣可以改進性能和/或得到數據速率降低。特別地，折疊帶中的能量可以減少， 并且可以忽略該折疊帶。特別地，組合裝置可以進一步包括用于通過第二子帶的折疊子帶對第一子帶帶的 非折疊子子帶進行補償的裝置。特別地，該組合裝置可以包括用于從第一子帶的非折疊子 子帶減去第二子帶的折疊子帶的系數的裝置。根據本發明的可選特征，該組合裝置包括用于產生第一子帶中的第一折疊子子帶 和第二子帶中的第一非折疊子子帶的非折疊和信號的裝置。這樣可以得到特別高效的實施和/或高性能。根據本發明的可選特征，該組合裝置包括用于產生非折疊和信號的碟形結構。這樣可以得到特別高效的實施和/或高性能。該碟形結構特別可以是其中只產生 一個輸出值的半碟形結構。根據本發明的可選特征，該碟形結構的至少一個系數取決于該第一濾波器組的一 個濾波器的頻率響應。這樣可以得到高效的實施和/或高性能。根據本發明的可選特征，該轉換裝置設置為不包括編碼數據流中折疊帶的數據值。這樣對于給定數據速率，可以得到高的編碼音頻質量。根據本發明的可選特征，該編碼器進一步包括用于在將第一子帶信號轉換為第二 信號之前對其執行非折疊信號處理的裝置。這樣可以提高性能。本發明可以得到高效實施的波形編碼器，其具有臨界采樣的 輸出信號，同時允許對各個子帶執行信號處理，而不會引入折疊誤差。根據本發明的可選特征，該編碼器進一步包括用于在將第一子帶信號轉換為第二 信號之前對其進行相位補償的裝置。這樣可以提高性能和/或提供高效的實施。根據本發明的可選特征，該第一濾波器組是QMF濾波器組。本發明可以得到高效波形編碼，其使用在諸如SBR、PS、SAC的許多參數編碼中所 使用的QMF濾波器。于是，可以獲得波形和參數編碼技術的改進的兼容性和/或改進的功 能性共享和/或改進的交互操作性。根據本發明的另一方面，提供一種通過波形解碼產生時域音頻信號的方法，該方 法包括接收編碼數據流；通過解碼該編碼數據流的數據值產生第一子帶信號，該第一子 帶信號對應于該時域音頻信號的臨界采樣的子帶域信號表示；通過子帶處理從該第一子帶 信號產生第二子帶信號，該第二子帶信號對應于該時域音頻信號的非臨界采樣的復子帶域 表示；以及合成濾波器組從該第二子帶信號產生該時域音頻信號。根據本發明的另一方面，提供一種編碼時域音頻信號的方法，該方法包括接收該 時域音頻信號；第一濾波器組從該時域音頻信號產生第一子帶信號，該第一子帶信號對應于該時域信號的非臨界采樣的復子帶域表示；通過子帶處理從該第一子帶信號產生第二子 帶信號，該第二子帶信號對應于該時域音頻信號的臨界采樣的子帶域表示；以及通過編碼 該第二子帶信號的數據值產生波形編碼數據流。根據本發明的另一方面，提供一種用于接收音頻信號的接收機，該接收機包括用 于接收編碼數據流的裝置；用于通過解碼該編碼數據流的數據值產生第一子帶信號的裝 置，該第一子帶信號對應于該時域音頻信號的臨界采樣的子帶域信號表示；用于通過子帶 處理從該第一子帶信號產生第二子帶信號的轉換裝置，該第二子帶信號對應于該時域音頻 信號的非臨界采樣的復子帶域表示；以及用于從該第二子帶信號產生該時域音頻信號的合 成濾波器組。根據本發明的另一方面，提供一種用于發送編碼音頻信號的發送機，該發送機包 括用于接收時域音頻信號的裝置；用于從該時域音頻信號產生第一子帶信號的第一濾波 器組，該第一子帶信號對應于該時域信號的非臨界采樣的復子帶域表示；用于通過子帶處 理從該第一子帶信號產生第二子帶信號的轉換裝置，該第二子帶信號對應于該時域音頻信 號的臨界采樣的子帶域表示；用于通過編碼該第二子帶信號的數據值產生波形編碼數據流 的裝置；以及用于發送該波形編碼數據流的裝置。根據本發明的另一方面，提供一種用于傳輸時域音頻信號的傳輸系統，該傳輸系 統包括發送機，其包括用于接收該時域音頻信號的裝置；用于從該時域音頻信號產生第 一子帶信號的第一濾波器組，該第一子帶信號對應于該時域信號的非臨界采樣的復子帶域 表示；用于通過子帶處理從該第一子帶信號產生第二子帶信號的轉換裝置，該第二子帶信 號對應于該時域音頻信號的臨界采樣的子帶域表示；用于通過編碼該第二子帶信號的數據 值產生波形編碼數據流的裝置；以及用于發射該波形編碼數據流的裝置；和接收機，其包 括用于接收編碼數據流的裝置；用于通過解碼該編碼數據流的數據值產生第三子帶信號 的裝置，該第三子帶信號對應于該時域音頻信號的臨界采樣的子帶域信號表示；用于通過 子帶處理從該第三子帶信號產生第四子帶信號的轉換裝置，該第四子帶信號對應于該時域 音頻信號的非臨界采樣的復子帶域表示；以及用于從該第四子帶信號產生該時域音頻信號 的合成濾波器組。根據本發明的另一方面，提供一種接收音頻信號的方法，該方法包括接收編碼數 據流；通過解碼該編碼數據流的數據值產生第一子帶信號，該第一子帶信號對應于該時域 音頻信號的臨界采樣的子帶域信號表示；通過子帶處理從該第一子帶信號產生第二子帶信 號，該第二子帶信號對應于該時域音頻信號的非臨界采樣的復子帶域表示；以及合成濾波 器組從該第二子帶信號產生該時域音頻信號。根據本發明的另一方面，提供一種傳輸編碼音頻信號的方法，該方法包括接收該 時域音頻信號；第一濾波器組從該時域音頻信號產生第一子帶信號，該第一子帶信號對應 于該時域信號的非臨界采樣的復子帶域表示；通過子帶處理從該第一子帶信號產生第二子 帶信號，該第二子帶信號對應于該時域音頻信號的臨界采樣的子帶域表示；通過編碼該第 二子帶信號的數據值產生波形編碼數據流；以及傳輸該波形編碼數據流。根據本發明的另一方面，提供一種傳輸和接收時域音頻信號的方法，該方法包括 一個發送機接收該時域音頻信號；第一濾波器組從該時域音頻信號產生第一子帶信號， 該第一子帶信號對應于該時域信號的非臨界采樣的復子帶域表示；通過子帶處理從該第一子帶信號產生第二子帶信號，該第二子帶信號對應于該時域音頻信號的臨界采樣的子帶域 表示；通過編碼該第二子帶信號的數據值產生波形編碼數據流；以及傳輸該波形編碼數據 流；和一個接收機接收該波形編碼數據流；通過解碼該編碼數據流的數據值產生第三子 帶信號，該第三子帶信號對應于該時域音頻信號的臨界采樣的子帶域信號表示；通過子帶 處理從該第三子帶信號產生第四子帶信號，該第四子帶信號對應于該時域音頻信號的非臨 界采樣的復子帶域表示；以及合成濾波器組從該第四子帶信號產生該時域音頻信號。根據本發明的另一方面，提供一種用于執行任何上述方法的計算機程序產品。將要參照此后所描述的實施例對本發明的這些和其它方面、特征以及優點進行清 楚的說明。


將要參照附圖，僅僅通過舉例的形式描述本發明的實施例，其中
圖1所述為根據本發明的某些實施例用于通信音頻信號的傳輸系統100 ；
圖2所述為根據本發明某些實施例的編碼器；
圖3所述為根據本發明某些實施例的編碼器的某些元件的范例；
圖4所述為根據本發明某些實施例的解碼器；
圖5所述為根據本發明某些實施例的編碼器；
圖6所述為分析和合成濾波器組的范例；
圖7所述為QMF濾波器組頻譜的范例；
圖8所述為降采樣QMF子帶濾波器譜的范例；
圖9所述為QMF子帶譜的范例；
圖10所述為子帶濾波器組的頻譜的范例；
圖11所述為碟形轉換結構的范例。
具體實施例方式圖1所述為根據本發明的某些實施例用于通信音頻信號的傳輸系統100。該傳輸 系統100包括通過具體可以為互聯網的網絡105與接收機103耦合的發送機101。在該具體范例中，該發送機101是信號記錄裝置，并且該接收機是信號播放裝置 103，但要理解的是，在其它實施例中，發送機和接收機可以在其它應用中使用并用于其它 目的。例如，該發送機101和/或該接收機103可以是代碼轉換功能的一部分，并且例如可 以提供與其它信號源或目的地的交互。在其中支持信號記錄功能的具體范例中，該發送機101包括數字轉換器107，其接 收模擬信號，并通過采樣和模擬數字轉換將其轉換為數字PCM信號。發送機101與圖1的編碼器109耦合，其根據編碼算法對PCM信號進行編碼。編 碼器100與網絡發送機111耦合，其接收編碼信號并與互聯網105接口。網絡發送機可以 通過互聯網105向接收機103傳輸編碼信號。接收機103包括網絡接收機113，其與互聯網105接口并被設置為從發送機101接
收編碼信號。網絡接收機111與解碼器115耦合。解碼器115接收編碼信號并根據解碼算法對其進行解碼。在其中支持信號播放功能的具體范例中，接收機103進一步包括信號播放器107， 其從解碼器115接收解碼音頻信號并將其提供給用戶。具體地，按照用于輸出解碼音頻信 號的需要，該信號播放器113可以包括數字模擬轉換器、放大器和揚聲器。圖2更加詳細的描述了圖1的編碼器109。編碼器109包括接收機201，其接收所 要編碼的時域音頻信號。可以從任何外部或內部源接收該音頻信號，諸如從本地信號存儲 接收。接收機與第一濾波器組203耦合，其產生包括多個不同子帶的子帶信號。具體地， 第一濾波器組203可以是諸如在SBR、PS和SAC參數編碼中所熟知的QMF濾波器組。于是第 一濾波器組203產生第一子帶信號，其對應于時域信號的非臨界采樣的復子帶域表示。在 該具體范例中，第一子帶信號具有的過采樣因子為2，如用于復調制QMF濾波器所熟知的。由于通過因子2過采樣每一 QMF頻帶，所以可以對單個子帶執行許多信號處理操 作，而不會引入任何折疊失真。例如，每一單個子帶例如可以被標定和/或可以增加或減少 其它子帶等。于是在某些實施例中，該編碼器109進一步包括用于對QMF子帶執行非折疊 信號處理的裝置。第一子帶信號對應于通常通過諸如SBR、PS和SAC的參數擴展編碼器所產生的子 帶信號。于是，可以使用第一子帶信號來產生用于時域信號的參數擴展編碼。另外，相同的 子帶信號在圖2的編碼器109中也用于時域信號的波形編碼。于是，編碼器109可以使用 相同的濾波器組203用于信號的參數和波形編碼。第一子帶信號的復值子帶域表示的波形編碼中的主要困難在于其沒有形成緊湊 表示，即其以因子2被過采樣。編碼器109直接將復值子帶域表示轉換成為非常類似于當直 接對原始時域信號應用修改的離散余弦變換(MDCT)時已經得到的表示的表示(例如參見 H. Malvarj “Signal Processing with Lapped Transforms”， Artech House, Boston, London, 1992，其是關于MDCT的描述)。這個MDCT類似的表示是被臨界采樣。這樣，該信 號適合于已知的感知音頻編碼技術，可以應用其以對所得到的表示進行高效編碼，產生高 效波形編碼。特別地，該編碼器109包括轉換處理器205，其通過對第一子帶信號的各個子帶應 用復變換，從第一子帶信號產生第二子帶信號。該第二子帶信號對應于時域音頻信號的臨 界采樣的子帶域表示。 于是在編碼器109中，轉換處理器205將與當前典型的參數擴展編碼器兼容的QMF 濾波器組輸出轉換為臨界采樣的MDCT類似的子帶，其近似對應于典型地在常規波形編碼 器中所產生的子帶信號。于是，不是使用QMF和MDCT轉換，在子帶域中直接處理第一子帶信號，以產生可以 當作常規波形編碼器的MDCT信號對待的第二子帶信號。于是，可以應用用于編碼子帶信號 的已知技術，并可以從參數擴展編碼得到例如殘余信號的高效波形編碼，而不需要轉換到 時域，于是可以不需要QMF合成濾波器。在范例中，編碼器109包括與轉換處理器205耦合的編碼處理器207。編碼處理器 207從轉換處理器205接收第二臨界采樣的MDCT類似的子帶信號，并使用常規波形編碼技 術，包括量化、標定因子、哈夫曼編碼等對其進行編碼。將所得到的編碼數據嵌入編碼數據流中。該數據流可以進一步包括其它編碼數據，諸如參數編碼數據。如在下面將要詳細描述，轉換處理器205利用第一濾波器組203的基本(或原型) 濾波器的信息來組合來自非折疊帶(或通帶)中不同子帶的信號分量，并用來刪除來自折疊 帶(或阻帶)的信號分量。相應地，可以忽略每一子帶的折疊帶頻率成分，得到沒有過采樣的 臨界采樣信號。具體地，如下所述，轉換處理器205包括第二濾波器，其產生QMF濾波器組的每一 子帶的多個子子帶。于是，這些子帶被進一步分為子子帶。由于QMF濾波器之間的交疊，時 域信號的給定信號分量(也就是特定頻率的正弦)可以得到兩個不同QMF子帶中的信號分 量。第二濾波器組會進一步劃分這些子帶，以使得在第一 QMF子帶的一個子子帶和第二 QMF 子帶的一個子子帶中表示信號分量。將這兩個子子帶信號的數據值饋送到組合器，其組合 這兩個信號，以產生單個信號分量。然后通過編碼處理器207編碼單個信號分量。圖3所述為轉換處理器205的某些元件的范例。特別地，圖3描述了用于第一 QMF 子帶的第一轉換濾波器組301和用于第二 QMF子帶的第二轉換濾波器組303。然后將來自 對應于相同頻率的子子帶的信號饋送到組合器305，其產生用于子子帶的單個輸出數據值。要理解的是，解碼器115可以執行編碼器109的逆操作。圖4更加詳細地描述了 解碼器115。該解碼器包括接收機401，其從該網絡接收機113接收由編碼器109編碼的信號。 將編碼信號傳送到解碼處理器403，其對編碼處理器207的波形編碼進行解碼，從而重新創 建臨界采樣子帶信號。將該信號饋送到解碼轉換處理器405，其通過執行轉換處理器205的 逆操作重新創建非臨界采樣子帶信號。然后將非臨界采樣信號饋送到QMF合成濾波器407， 其產生原始時域音頻編碼信號的解碼版本。特別地，解碼轉換處理器405包括分割器，諸如逆碟形結構，其重新產生子子帶中 的信號分量，包括折疊和非折疊帶中的信號頻帶。然后將子子帶信號饋送到合成濾波器組， 其對應于編碼器109的轉換濾波器組301、303。這些濾波器組的輸出對應于非臨界采樣子 帶信號。下面將更加詳細地描述本發明的具體實施例。這些實施例的描述將參照圖5的編 碼器結構500進行。該編碼器結構500具體地可以在圖1的編碼器109中實施。 編碼器結構500包括64個頻帶分析QMF濾波器組501。 QMF分析子帶濾波器可以描述如下。給定一個實值線性相位原型濾波器ρ (ν)，M頻 帶復調制分析濾波器組可以通過分析濾波器被定義
子帶指數k = 0，l，…M — 1。相位參數θ對后面的分析很重要。典型的選擇是(N + Μ)/2，其中N是原型濾波器階數。給定實值離散時間信號X(V)，通過使用hk(ν)濾波(卷積)x(v)得到子帶信號 Vk(η)，并然后如圖6左邊所述以因子M降采樣該結果，其描述了編碼器109和解碼器115的 QMF分析和合成濾波器組的操作。假定合成操作包括使用因子M上采樣QMF子帶信號，隨后使用類似于等式(1) 類型的復調制濾波器進行濾波，將結果相加，并最后取實數部分的兩倍，如圖6的右邊所述。在這種情況下，通過實值線性相位原型濾波器P(V)的適當設計，可以得到實值輸入 信號 X (V)的近乎完美重建，如 P· Ekstrand, "Bandwidth extension of audio signals by spectral band replication", Proc, 1st IEEE Benelux Workshop on Model based Processing and Coding of Audio(MPCA-2002)，pp. 53-58，Leuven, Belgium, November 15 2002中所示。在下面，
權利要求
1.一種用于通過波形解碼產生時域音頻信號的解碼器，該解碼器包括 用于接收編碼數據流的裝置(401)；用于通過解碼該編碼數據流的數據值產生第一子帶信號的裝置(403)，該第一子帶信 號對應于時域音頻信號的臨界采樣的子帶域信號表示；用于通過子帶處理從第一子帶信號產生第二子帶信號的轉換裝置(405)，該第二子帶 信號對應于時域音頻信號的非臨界采樣的復子帶域表示；以及用于從第二子帶信號產生時域音頻信號的合成濾波器組(407)， 其中第一子帶信號包括多個子子帶，并且轉換裝置(405)包括第二合成濾波器組，用于 從第一子帶信號的子子帶產生第二子帶信號的子帶，以及其中第二子帶信號的每一子帶包括折疊帶和非折疊帶，并且其中轉換裝置(405)包括 用于將第一子帶信號的子子帶分割成第二子帶信號的第一子帶帶的折疊子子帶和第二子 帶信號的第二子帶的非折疊子帶的分割裝置，該折疊子帶和該非折疊子帶在時域信號中具 有對應的頻率間隔。
2.根據權利要求1的解碼器，其中分割裝置包括碟形結構。
3.一種用于編碼時域音頻信號的編碼器，該編碼器包括 用于接收時域音頻信號的裝置(201)；用于從時域音頻信號產生第一子帶信號的第一濾波器組(203)，該第一子帶信號對應 于時域信號的非臨界采樣的復子帶域表示；用于通過子帶處理從第一子帶信號產生第二子帶信號的轉換裝置(205)，該第二子帶 信號對應于時域音頻信號的臨界采樣的子帶域表示；以及用于通過編碼第二子帶信號的數據值產生波形編碼數據流的裝置(207 )， 其中轉換裝置包括用于為第一子帶信號的每一子帶產生多個子子帶的第二濾波器組 (301,303),其中第二濾波器組(301，303)是奇數堆疊的，其中每一子帶包括對應于子帶的折疊帶的一些折疊子子帶和對應于子帶的非折疊帶 的一些非折疊子子帶，并且其中轉換裝置(205)包括用于將第一子帶帶的折疊子子帶與第 二子帶的非折疊子子帶組合的組合裝置(305)，該折疊子子帶與該非折疊子子帶在時域信 號中具有對應的頻率間隔。
4.根據權利要求3的編碼器，進一步包括用于使用第一子帶信號對時域音頻信號進 行參數編碼的裝置。
5.根據權利要求3的編碼器，其中組合裝置(305)用來減少在折疊帶中的能量。
6.根據權利要求3的編碼器，其中組合裝置(305)包括用于產生第一子帶中的第一折 疊子子帶和第二子帶中的第一非折疊子子帶的非折疊和信號的裝置。
7.根據權利要求6的編碼器，其中組合裝置(305)包括用于產生非折疊和信號的碟形 結構。
8.根據權利要求7的編碼器，其中碟形結構的至少一個系數取決于第一濾波器組 (203)的一個濾波器的頻率響應。
9.根據權利要求3的編碼器，其中轉換裝置(205)被設置為不將折疊帶的數據值包括 在編碼數據流中。
10.根據權利要求3的編碼器，進一步包括用于在將第一子帶信號轉換為第二信號之 前對其執行非折疊信號處理的裝置。
11.根據權利要求3的編碼器，進一步包括用于在將第一子帶信號轉換為第二信號之 前對其執行相位補償的裝置(511)。
12.根據權利要求3的編碼器，其中第一濾波器組(230)為QMF濾波器組。
13.—種通過波形解碼來產生時域音頻信號的方法，該方法包括 接收編碼數據流；通過解碼該編碼數據流的數據值產生第一子帶信號，該第一子帶信號對應于時域音頻 信號的臨界采樣的子帶域信號表示；通過子帶處理從第一子帶信號產生第二子帶信號，該第二子帶信號對應于時域音頻信 號的非臨界采樣的復子帶域表示；以及合成濾波器組從第二子帶信號產生時域音頻信號，其中第一子帶信號包括多個子子帶，并且產生第二子帶信號的步驟包括使用第二合成 濾波器組來從第一子帶信號的子子帶產生第二子帶的子帶，以及其中第二子帶信號的每一子帶包括折疊帶和非折疊帶，并且其中產生第二子帶信號的 步驟還包括將第一子帶信號的子子帶分割成第二子帶信號的第一子帶帶的折疊子子帶和 第二子帶信號的第二子帶的非折疊子帶，該折疊子帶和該非折疊子帶在時域信號中具有對 應的頻率間隔。
14.一種編碼時域音頻信號的方法，該方法包括 接收時域音頻信號；第一濾波器組從該時域音頻信號產生第一子帶信號，該第一子帶信號對應于時域信號 的非臨界采樣的復子帶域表示；通過子帶處理從第一子帶信號產生第二子帶信號，該第二子帶信號對應于時域音頻信 號的臨界采樣的子帶域表示；以及通過編碼第二子帶信號的數據值來產生波形編碼數據流，其中產生第二子帶信號的步驟包括使用第二濾波器組(301，303)為第一子帶信號的每 一子帶產生多個子子帶，其中第二濾波器組(301，303)是奇數堆疊的，其中每一子帶包括對應于子帶的折疊帶的一些折疊子子帶和對應于子帶的非折疊帶 的一些非折疊子子帶，并且其中產生第二子帶信號的步驟包括組合第一子帶帶的折疊子子 帶與第二子帶的非折疊子子帶，該折疊子子帶與該非折疊子子帶在時域信號中具有對應的 頻率間隔。
15.—種用于接收音頻信號的接收機，該接收機包括 用于接收編碼數據流的裝置(401)；用于通過解碼該編碼數據流的數據值產生第一子帶信號的裝置(403)，該第一子帶信 號對應于時域音頻信號的臨界采樣的子帶域信號表示；用于通過子帶處理從第一子帶信號產生第二子帶信號的轉換裝置(405)，該第二子帶 信號對應于時域音頻信號的非臨界采樣的復子帶域表示；以及用于從第二子帶信號產生時域音頻信號的合成濾波器組(407)，其中第一子帶信號包括多個子子帶，并且轉換裝置(405)包括第二合成濾波器組，用于 從第一子帶信號的子子帶產生第二子帶信號的子帶，以及其中第二子帶信號的每一子帶包括折疊帶和非折疊帶，并且其中轉換裝置(405)包括 用于將第一子帶信號的子子帶分割成第二子帶信號的第一子帶帶的折疊子子帶和第二子 帶信號的第二子帶的非折疊子帶的分割裝置，該折疊子帶和該非折疊子帶在時域信號中具 有對應的頻率間隔。
16.一種用于傳輸編碼音頻信號的發送機，該發送機包括 用于接收時域音頻信號的裝置(201)；用于從時域音頻信號產生第一子帶信號的第一濾波器組(203)，該第一子帶信號對應 于時域信號的非臨界采樣的復子帶域表示；用于通過子帶處理從第一子帶信號產生第二子帶信號的轉換裝置(205)，該第二子帶 信號對應于時域音頻信號的臨界采樣的子帶域表示；用于通過編碼第二子帶信號的數據值來產生波形編碼數據流的裝置(207 )；以及 用于發送波形編碼數據流的裝置，其中轉換裝置包括用于為第一子帶信號的每一子帶產生多個子子帶的第二濾波器組 (301,303),其中第二濾波器組(301，303)是奇數堆疊的，以及其中每一子帶包括對應于子帶的折疊帶的一些折疊子子帶和對應于子帶的非折疊帶 的一些非折疊子子帶，并且其中轉換裝置(205)包括用于將第一子帶帶的折疊子子帶與第 二子帶的非折疊子子帶組合的組合裝置(305)，該折疊子子帶與該非折疊子子帶在時域信 號中具有對應的頻率間隔。
17.一種用于傳輸時域音頻信號的傳輸系統，該傳輸系統包括 發送機，其包括用于接收時域音頻信號的裝置(201)；用于從時域音頻信號產生第一子帶信號的第一濾波器組(203)，該第一子帶信號對應 于時域信號的非臨界采樣的復子帶域表示；用于通過子帶處理從第一子帶信號產生第二子帶信號的轉換裝置(205)，該第二子帶 信號對應于時域音頻信號的臨界采樣的子帶域表示；用于通過編碼第二子帶信號的數據值產生波形編碼數據流的裝置(207 )；以及 用于發送波形編碼數據流的裝置，其中轉換裝置包括用于為第一子帶信號的每一子帶產生多個子子帶的第二濾波器組 (301,303),其中第二濾波器組(301，303)是奇數堆疊的，以及其中每一子帶包括對應于子帶的折疊帶的一些折疊子子帶和對應于子帶的非折疊帶 的一些非折疊子子帶，并且其中轉換裝置(205)包括用于將第一子帶帶的折疊子子帶與第 二子帶的非折疊子子帶組合的組合裝置(305)，該折疊子子帶與該非折疊子子帶在時域信 號中具有對應的頻率間隔； 禾口接收機，其包括用于接收波形編碼數據流的裝置(401)；用于通過解碼該編碼數據流的數據值產生第三子帶信號的裝置(403)，該第三子帶信 號對應于時域音頻信號的臨界采樣的子帶域信號表示；用于通過子帶處理從第三子帶信號產生第四子帶信號的轉換裝置(405)，該第四子帶 信號對應于時域音頻信號的非臨界采樣的復子帶域表示；以及用于從第四子帶信號產生時域音頻信號的合成濾波器組(407)， 其中第三子帶信號包括多個子子帶，并且轉換裝置(405)包括第二合成濾波器組，用于 從第一子帶信號的子子帶產生第四子帶信號的子帶，以及其中第四子帶信號的每一子帶包括折疊帶和非折疊帶，并且其中轉換裝置(405)包括 用于將第三子帶信號的子子帶分割成第四子帶信號的第一子帶帶的折疊子子帶和第四子 帶信號的第二子帶的非折疊子帶的分割裝置，該折疊子帶和該非折疊子帶在時域信號中具 有對應的頻率間隔。
18.一種接收音頻信號的方法，該方法包括 接收編碼數據流；通過解碼該編碼數據流的數據值產生第一子帶信號，該第一子帶信號對應于時域音頻 信號的臨界采樣的子帶域信號表示；通過子帶處理從第一子帶信號產生第二子帶信號，該第二子帶信號對應于時域音頻信 號的非臨界采樣的復子帶域表示；以及合成濾波器組從第二子帶信號產生時域音頻信號，其中第一子帶信號包括多個子子帶，并且產生第二子帶信號的步驟包括使用第二合成 濾波器組從第一子帶信號的子子帶產生第二子帶信號的子帶，以及其中第二子帶信號的每一子帶包括折疊帶和非折疊帶，并且其中產生第二子帶信號的 步驟包括將第一子帶信號的子子帶分割成第二子帶信號的第一子帶帶的折疊子子帶和第 二子帶信號的第二子帶的非折疊子帶，該折疊子帶和該非折疊子帶在時域信號中具有對應 的頻率間隔。
19.一種發送編碼音頻信號的方法，該方法包括 接收時域音頻信號；第一濾波器組從時域音頻信號產生第一子帶信號，該第一子帶信號對應于時域信號的 非臨界采樣的復子帶域表示；通過子帶處理從第一子帶信號產生第二子帶信號，該第二子帶信號對應于時域音頻信 號的臨界采樣的子帶域表示；通過編碼第二子帶信號的數據值產生波形編碼數據流；以及 發送該波形編碼數據流，其中產生第二子帶信號的步驟包括使用第二濾波器組(301，303)為第一子帶信號的每 一子帶產生多個子子帶，其中第二濾波器組(301，303)是奇數堆疊的，以及其中每一子帶包括對應于子帶的折疊帶的一些折疊子子帶和對應于子帶的非折疊帶 的一些非折疊子子帶，并且其中產生第二子帶信號的步驟包括組合第一子帶帶的折疊子子 帶與第二子帶的非折疊子子帶，該折疊子子帶與該非折疊子子帶在時域信號中具有對應的頻率間隔。
20.一種發送和接收時域音頻信號的方法，該方法包括 一個發送機接收時域音頻信號；第一濾波器組從時域音頻信號產生第一子帶信號，該第一子帶信號對應于時域信號的 非臨界采樣的復子帶域表示；通過子帶處理從第一子帶信號產生第二子帶信號，該第二子帶信號對應于時域音頻信 號的臨界采樣的子帶域表示；通過編碼第二子帶信號的數據值產生波形編碼數據流；以及 發送該波形編碼數據流，其中轉換步驟包括使用第二濾波器組(301，303)為第一子帶信號的每一子帶產生多個 子子帶，其中第二濾波器組(301，303)是奇數堆疊的，以及其中每一子帶包括對應于子帶的折疊帶的一些折疊子子帶和對應于子帶的非折疊帶 的一些非折疊子子帶，并且其中產生第二子帶信號的步驟包括組合第一子帶帶的折疊子子 帶與第二子帶的非折疊子子帶，該折疊子子帶與該非折疊子子帶在時域信號中具有對應的 頻率間隔； 禾口一個接收機 接收波形編碼數據流；通過解碼該編碼數據流的數據值產生第三子帶信號，該第三子帶信號對應于時域音頻 信號的臨界采樣的子帶域信號表示；通過子帶處理從第三子帶信號產生第四子帶信號，該第四子帶信號對應于時域音頻信 號的非臨界采樣的復子帶域表示；以及合成濾波器組從第四子帶信號產生時域音頻信號，其中第三子帶信號包括多個子子帶，并且產生第三子帶信號的步驟包括使用第二合成 濾波器組從第一子帶信號的子子帶產生第二子帶的子帶，以及其中第四子帶信號的每一子帶包括折疊帶和非折疊帶，并且其中產生第四子帶信號的 步驟包括將第一子帶信號的子子帶分割成第二子帶信號的第一子帶帶的折疊子子帶和第 二子帶信號的第二子帶的非折疊子帶，該折疊子帶和該非折疊子帶在時域信號中具有對應 的頻率間隔。
21.一種包括根據權利要求1的解碼器的音頻播放裝置。
22.一種包括根據權利要求3的編碼器的音頻記錄裝置。
全文摘要
一種編碼器(109)，包括接收時域音頻信號的接收機(201)。第一濾波器組(203)從時域音頻信號產生第一子帶信號，其中該第一子帶信號對應于時域信號的非臨界采樣的復子帶域表示；轉換裝置(205)通過子帶處理從第一子帶信號產生第二子帶信號，該第二子帶信號對應于時域音頻信號的臨界采樣的子帶域表示；編碼處理器(207)然后通過編碼第二子帶信號的數據值產生波形編碼數據流。轉換裝置(205)通過直接子帶轉換產生第二子帶信號，而不需要轉換回到時域。本發明能夠具有低復雜度地對典型地在參數編碼中產生的過采樣子帶信號進行波形編碼。解碼器執行相反的操作。
文檔編號G10L19/02GK102148035SQ201110040478
公開日2011年8月10日 申請日期2005年10月31日 優先權日2004年11月2日
發明者G. P. 舒伊杰斯 E., F. 威勒摩斯 L. 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司, 編碼技術股份有限公司