帶寬擴展編碼和解碼中高頻生成的方法和裝置的制造方法
【技術領域】
[0001] 本發明設及數字音頻編解碼技術，更具體地說，設及一種帶寬擴展編碼和解碼中 高頻生成的方法和裝置。
【背景技術】
[0002] 傳統的感覺音頻編碼技術值RA、AAC和MP3等）的立體聲典型工作碼率是96~ 128化PS，且在64化ps/立體聲W下時編碼質量存在明顯的主觀感覺失真。調頻廣播應用的 典型編碼碼率為48化PS~64化ps/立體聲，運時傳統感覺音頻編碼技術的主觀聲音質量已 不能滿足調頻廣播要求。
[0003] 為此，提出了數字音頻信號的帶寬擴展度an抓i化hExtension,簡稱BWE)編碼技 術。目前的帶寬擴展編碼技術有很多，性能也參差不齊。已經公開且用于國際標準中帶寬 擴展編碼技術主要由如下兩種編碼算法：
[0004] 第一種帶寬擴展編碼技術是IS0/IEC14496-3MPEG-4中描述的頻譜帶復制 (SpectralBandwi化hReplication,簡稱SBR)編碼。圖1不出了SBR編碼的具體原理 框圖。SBR是頻域處理的算法，其編碼原理為：每帖信號通過64子帶的正交鏡像濾波器組 (Qua化atureMirrorFilter,簡稱QMF)獲得64個均勻的子頻帶，每個子頻帶包含32個樣 點，根據當前信號的瞬態特性劃分一個合理的時頻柵格，每個柵格計算一個能量信息并進 行huffman編碼。該算法同時包括音調性檢查并傳輸個別的單個正弦信號參數信息。圖2 示出了SBR解碼的具體原理框圖。SBR解碼原理為：經過核屯、解碼器（AAC)輸出的解碼pcm 通過32子帶的QMF獲得32個均勻的子頻帶，每個子頻帶包含32個樣點，根據SBR解復用 輸出的控制參數進行高頻生成，然后根據控制參數W及包絡數據對高頻進行調整，然后將 低頻32子帶QMF的輸出W及經調整后高頻子帶QMF的輸出一起進入到64帶QMF合成，最 后輸出全頻帶pcm音頻信號。
[000引 SBR中用低頻子帶k生成高頻子帶m的簡要示意圖如圖5所示。在SBR中，低頻子 帶k生成高頻子帶m的公式為：
[0006] X虹][η] =X比][η]+bw(k) ·a〇 ·X比][n-1] + 〇3w(k)) 2 ·曰1·X比][n-2] (1)
[0007] 其中：a。和曰1是預測系數；bw似為彎曲因子，范圍是0~0.98,具體值由控制參數 決定，其含義是當高頻的音調性強時，bw(k)偏向于0;當高頻的音調性弱、甚至是類噪時， bw化）偏向于0. 98。
[000引從上述公式（1)可W看到：
[000引當bw似=0時，高頻子帶m就是由低頻子帶k直接拷貝生成；
[0010] 當bw似=0. 98時，高頻子帶m就是由低頻子帶k的預測殘差生成。
[0011] 因此，SBR技術在高頻生成時的主要問題是，SBR的高頻細節就是低頻拷貝或者低 頻殘差拷貝獲得，運種技術在音頻信號的低頻和高頻差別很大時，會出現較大的問題，因為 SBR高頻的細節恢復比較粗糖，所W在整個高頻部分的還原上難W獲得較高的質量。
[0012] 第二種帶寬擴展編碼技術是在3GPPAMR-WB+編碼方法中包含的一種簡單的帶寬 擴展技術。它是一種時域處理的算法，主要編碼原理是：將輸入信號分為同樣帶寬的低頻和 高頻兩部分時域信號，低頻（L巧部分通過LPC分析濾波處理得到低頻信號的殘差信號，然 后經過高頻LPC合成濾波來模擬高頻細節信號；然后通過與實際Sw(η)的實際高頻信號比 較，得到高頻包絡（能量）的增益矢量（每子帖一個增益值），最后通過低頻高頻和低頻連 接點的增益的一致性進一步修正增益矢量，然后編碼此增益矢量。因此傳輸給解碼端的包 括校正的增益矢量和高頻LPC系數。AMR-WB+的高頻解碼過程基本是編碼的反過程。
[0013]AMR-WB+中高頻生成方法的簡要示意圖如圖4所示。圖中Fs是指經過重采樣后的 信號采樣率。AMR-WB+中高頻生成的簡要過程為：經過重采樣后頻率為Fs的信號經過低通 濾波2倍下采樣后得到采樣率為Fs/2的低頻信號；該低頻信號經過預測后得到低頻殘差信 號；將該殘差信號的譜反轉后激勵高頻的預測濾波器，生成高頻信號。
[0014]AMR-WB+的帶寬擴展技術在高頻生成的起始頻帶固定，只能是Fs/4,降低了帶寬 擴展技術的靈活性。對于大多數信號來說，越靠近低頻，音調性越強，越靠近高頻，音調性越 弱，甚至是類噪性的，可是通過圖4可W看出，帶寬擴展中最高頻的信號部分是由核屯、編碼 器中最低頻的信號部分生成，所W對于大部分信號，運種拷貝使得經AMR-WB+的帶寬擴展 后的信號的高頻部分有強烈的音調性，使主觀質量大大降低。
【發明內容】
[0015] 本發明要解決的技術問題在于，針對現有技術的上述缺陷，提供一種帶寬擴展編 碼和解碼中高頻生成的方法和裝置，W改善音頻信號高頻部分的聲音質量。
[0016] 本發明解決其技術問題所采用的技術方案是：提出一種帶寬擴展編碼中高頻生成 的方法，包括如下步驟：
[0017]S1、對輸入單聲道音頻信號進行復正交分析濾波，輸出多個等帶寬的子帶信號；
[0018]S2、對濾波輸出的每個子帶信號進行復數線性預測分析濾波，得到各子帶的殘差 信號，求得預測系數，并依次完成所有高頻子帶殘差信號與低頻子帶殘差信號的對應關系， 將子帶殘差拷貝參數編碼輸出給解碼端；
[0019]S3、量化編碼預測系數并輸出給解碼端。
[0020] 根據本發明的一個實施例中，所述步驟S2中依次完成所有高頻子帶殘差信號與 低頻子帶殘差信號的對應關系，將子帶殘差拷貝參數編碼輸出給解碼端，進一步包括：
[0021] 分析每個高頻子帶的殘差信號，從低頻子帶殘差信號中選擇最佳的一個低頻子 帶，并將W此得到的所有低頻子帶的子帶號編碼輸出。
[0022] 根據本發明的一個實施例中，所述步驟S2中依次完成所有高頻子帶殘差信號與 低頻子帶殘差信號的對應關系，將子帶殘差拷貝參數編碼輸出給解碼端，進一步包括：
[0023] 對連續一組高頻子帶殘差信號，從低頻子帶殘差信號中選擇最佳的一組連續的 低頻子帶，并將W此得到的多組低頻子帶的起始和終止子帶號編碼輸出。
[0024] 根據本發明的一個實施例中，所述步驟S2進一步包括：
[00巧]S21、對高頻子帶信號使用哈明窗進行重疊加窗處理；
[0026]S22、對重疊加窗處理后的高頻子帶信號進行線性預測濾波，得到高頻子帶殘差信 號；
[0027]S23、在使得殘差信號的均方誤差最小的準則下，通過萊文森-杜賓算法求解預測 系數。
[0028] 本發明為解決其技術問題還提出一種帶寬擴展解碼中高頻生成的方法，包括如下 步驟：
[0029]S1、對解碼得到的低頻信號進行復正交濾波器組分析濾波，獲得低頻子帶信號；
[0030] S2、對低頻子帶信號進行復線性預測分析濾波，獲得低頻子帶殘差信號；
[0031] S3、解碼并逆量化預測系數；
[0032]S4、利用解碼得到的子帶殘差拷貝參數，將低頻子帶殘差信號復制到高頻子帶殘 差信號，然后依據預測系數進行高頻子帶的線性預測合成濾波，得到高頻子帶細節信號；
[0033]S5、通過高頻包絡調整高頻子帶細節信號，輸出高頻子帶信號。
[0034] 本發明為解決其技術問題還提出一種帶寬擴展編碼中高頻生成的裝置，包括：
[0035]復正交濾波分析模塊，用于對輸入單聲道音頻信號進行復正交分析濾波，輸出多 個等帶寬的子帶信號；
[0036] 復線性預測分析模塊，用于對濾波輸出的每個子帶信號進行復數線性預測分析濾 波，得到各子帶的殘差信號，求得預測系數，并依次完成所有高頻子帶殘差信號與低頻子帶 殘差信號的對應關系，將子帶殘差拷貝參數編碼輸出給解碼端；
[0037] 量化編碼模塊，用于量化編碼預測