使用確定性及類噪聲信息編碼音頻信號及解碼音頻信號的概念的制作方法
【技術領域】
[0001] 本發明設及用于編碼音頻信號(特別是語音相關音頻信號）的編碼器。本發明也設 及用于解碼經編碼的音頻信號的解碼器及方法。本發明還設及經編碼的音頻信號及低比特 率下的高級語音無聲編碼。
【背景技術】
[0002] 在低比特率下，語音編碼可從對無聲帖的特殊處置收益，W便維持語音質量同時 減少比特率。無聲帖可感知地模型化為在頻域和時域上都被整形的隨機激勵。由于波形和 激勵看起來和聽起來幾乎與高斯白噪聲相同，因此可由經合成地產生的白噪聲松弛并替換 其波形編碼。接著，編碼將由編碼信號的時域形狀及頻域形狀組成。
[0003] 圖16展示參數無聲編碼方案的示意性方塊圖。合成濾波器1202用于模型化聲道且 由LPC(線性預測編碼)參數參數化。可通過對LPC系數進行加權從包括濾波函數A(Z)的獲得 的LPC濾波器獲得感知加權濾波器。感知濾波器fw(n)通常具有如下形式的傳遞函數：
[0004]
[0005] 其中W小于1。根據如下方程計算增益參數gnW獲得與感知域中的原始能量匹配的 經合成的能量：
[0006]
[0007] 其中sw(n)及nw(n)分別為感知濾波器fw(n)所濾波的輸入信號和所產生的噪聲。 針對具有大小Ls的每個子帖，計算增益gn。例如，可將音頻信號劃分成長度為20ms的帖。可 將每個帖再劃分成子帖，例如再劃分成各個長度為5ms的四個子帖。
[000引碼激勵線性預測(CELP)編碼方案廣泛用于語音通信且為編碼語音的極有效方式。 相比參數編碼，該編碼方案給予較自然的語音質量但其也要求較高速率。C^P通過輸送將 音頻信號合成為線性預測濾波器，其稱為LPC合成濾波器，該LPC合成濾波器可包括兩個激 勵的和的形式1/A(z)。一個激勵來自稱為自適應碼本的經解碼的過去。另一貢獻來自由固 定碼所填入的革新碼本。然而，在低比特率下，革新碼本未經充分填入W用于有效地模型化 無聲的語音或類噪聲激勵的精細結構。因此，感知質量降低，尤其是接著聽起來清脆且不自 然的無聲帖。
[0009] 為降低低比特率下的編碼偽影，已提出了不同解決方案。在G.718[l]及[2]中，通 過增強對應于當前帖的共振峰的頻譜區而自適應地且頻譜上整形革新碼本的碼。可直接從 編碼器側及解碼器側兩處已可用的系數的LPC系數扣除共振峰位置及形狀。根據如下方程 通過進行簡單濾波而進行碼c(n)的共振峰增強：
[0010] c(n)*fe(n)
[OCm]其中*表示卷積運算符，其中fe(n)為傳遞函數的濾波器的脈沖響應：
[0012]
[0013] 其中Wl及w2為大致強調傳遞函數Ffe(Z)的共振峰結構的兩個加權常數。所得的經 整形的碼繼承語音信號的特性，且經合成的信號聽起來較清晰。
[0014] 在CELP中，將頻譜傾斜添加至革新碼本的解碼器也是常見的。通過用W下濾波器 對碼進行濾波而進行此操作：
[001 引 Ft(Z) = I-Pz-I
[0016] 因子0通常與先前帖的濁音度相關且視情況而定（即，其發生變化）。可從自適應碼 本的能量貢獻估計濁音度。如果先前帖是有聲的，則預測當前帖也將是有聲的且碼應在低 頻率中具有較多能量(即，應展示負向傾斜）。相反地，對于無聲帖所添加的頻譜傾斜將是正 向的且朝向高頻率將分布較多能量。
[0017] 使用頻譜整形W對解碼器的輸出進行語音增強及噪聲減少為慣例。作為后濾波的 所謂的共振峰增強由從解碼器的LPC參數獲得系數的自適應后濾波組成。后濾波器看起來 類似于如上文所述的一個(fe(n))，用于整形某些CELP編碼器中的革新激勵。然而，在那種 情況下，后濾波僅應用于解碼器程序的結束處而非編碼器側處。
[0018] 在現有CELP((ELP=(碼)-本激勵線性預測）中，由LP(線性預測）合成濾波器模型 化頻率形狀，同時可由發送至每個子帖的激勵增益近似時域形狀，但長期預測化TP)和革新 碼本通常并不適于模型化無聲帖的類噪聲激勵。CELP需要相對高的比特率W達到無聲語音 的良好質量。
[0019] 有聲或無聲特性化相關于將語音分段成部分并將其中的每個相關聯至語音的不 同源模型。源模型在用于CELP語音編碼方案時依賴于用于模擬從聲口出來的氣流的自適應 諧波激勵和用于模型化由所產生的氣流所激勵的聲道的諧振濾波器。此模型可為類音素聲 樂提供良好結果，但尤其當聲帶并未振動(例如，無聲音素"S"或T'）時，其可導致不正確地 模型化并非由聲口所產生的語音部分。
[0020] 另一方面，參數語音編碼器也被稱為聲碼器，并針對無聲帖采用單一源模型。其可 到達極低的比特率同時實現并不與由CELP編碼方案在高得多的速率下所遞送的質量一樣 自然的所謂的合成質量。
[0021] 因此，需要增強音頻信號。
【發明內容】
[0022] 本發明的目標為在低比特率下增加聲音質量和/或為實現良好聲音質量而減少比 特率。
[0023] 通過根據獨立權利求的編碼器、解碼器、經編碼的音頻信號及方法實現此目標。
[0024] 發明人發現，在第一方面，可通過確定語音相關的整形信息，使得可從語音相關的 整形信息獲得用于放大信號的增益參數信息而增加(增強）與音頻信號的無聲帖相關的經 解碼的音頻信號的質量。此外，語音相關的整形信息可用于頻譜上整形經解碼的信號。因此 可處理包括較高語音重要性的頻率區（例如，低于4曲Z的低頻率)使得其包括較少誤差。
[0025] 發明人進一步發現，在第二方面，通過從用于經合成的信號的帖或子帖（部分）的 確定性碼本產生第一激勵信號，且通過從用于經合成的信號的帖或子帖的類噪聲信號產生 第二激勵信號，并通過組合第一激勵信號和第二激勵信號W產生經組合的激勵信號，可增 加 (增強)經合成的信號的聲音質量。尤其對于包括具有背景噪聲的語音信號的音頻信號的 部分，可通過添加類噪聲信號改良聲音質量。可在編碼器處確定用于可選地放大第一激勵 信號的增益參數，且可將與該參數相關的信息和經編碼的音頻信號一起傳輸。
[0026] 可選地或另外，可至少部分利用所合成的音頻信號的增強W減少用于編碼音頻信 號的比特率。
[0027] 根據第一方面的編碼器包括用于從音頻信號的帖獲得預測系數和殘差信號的分 析器。編碼器進一步包括用于從預測系數計算語音相關的頻譜整形信息的共振峰信息計算 器。編碼器進一步包括用于從無聲殘差信號和頻譜整形信息計算增益參數的增益參數計算 器，W及用于基于與有聲信號帖相關的信息、增益參數或經量化的增益參數和預測系數形 成輸出信號的比特流形成器。
[0028] 進一步，第一方面的實施例提供一種經編碼的音頻信號，包括用于音頻信號的有 聲帖和無聲帖的預測系數信息、與有聲信號帖相關的進一步信息和用于無聲帖的增益參數 (或經量化的增益參數）。此情況允許有效地傳輸語音相關信息W使能經編碼的音頻信號的 解碼，W獲得具有高音頻質量的經合成的(復原)信號。
[0029] 進一步，第一方面的實施例提供一種用于解碼包括預測系數的所接收的信號的解 碼器。解碼器包括共振峰信息計算器、噪聲產生器、整形器及合成器。共振峰信息計算器用 于從預測系數計算語音相關的頻譜整形信息。噪聲產生器用于產生解碼類噪聲信號。整形 器用于使用頻譜整形信息整形解碼類噪聲信號（或其放大表示）的頻譜W獲得經整形的解 碼類噪聲信號。合成器用于從經放大整形的編碼類噪聲信號和預測系數合成經合成的信 號。
[0030] 進一步，第一方面的實施例設及一種用于編碼音頻信號的方法、一種用于解碼所 接收的音頻信號的方法及一種計算機程序。
[0031] 第二方面的實施例提供一種用于編碼音頻信號的編碼器。編碼器包括用于從音頻 信號的無聲帖獲得預測系數和殘差信號的分析器。編碼器進一步包括用于針對無聲帖計算 用于定義與確定性碼本相關的第一激勵信號的第一增益參數信息和用于定義與類噪聲信 號相關的第二激勵信號的第二增益參數信息的增益參數計算器。編碼器進一步包括用于基 于與有聲信號帖相關的信息、第一增益參數信息和第二增益參數信息形成輸出信號的比特 流形成器。
[0032] 進一步，第二方面的實施例提供一種用于解碼包括與預測系數相關的信息的所接 收的音頻信號的解碼器。解碼器包括用于從用于經合成的信號的部分的確定性碼本產生第 一激勵信號的第一信號產生器。解碼器進一步包括用于從用于經合成的信號的部分的類噪 聲信號產生第二激勵信號的第二信號產生器。解碼器進一步包括組合器和合成器，其中組 合器用于組合第一激勵信號和第二激勵信號W產生用于經合成的信號的部分的經組合的 激勵信號。合成器用于從經組合的激勵信號和預測系數合成經合成的信號的部分。
[0033] 進一步，第二方面的實施例提供一種經編碼的音頻信號，包括與預測系數相關的 信息、與確定性碼本相關的信息、與第一增益參數和第二增益參數相關的信息、W及與有聲 信號帖和無聲信號帖相關的信息。
[0034] 進一步，第二方面的實施例提供用于分別編碼和解碼音頻信號、所接收的音頻信 號的方法W及一種計算機程序。
【附圖說明】
[0035] 隨后，關于附圖描述本發明的較佳實施例，其中：
[0036] 圖1展示根據第一方面的實施例的用于編碼音頻信號的編碼器的示意性方塊圖；
[0037] 圖2展示根據第一方面的實施例的用于解碼所接收的輸入信號的解碼器的示意性 方塊圖；
[0038] 圖3展示根據第一方面的實施例的用于編碼音頻信號的又一編碼器的示意性方塊 圖；
[0039] 圖4展示根據第一方面的實施例的當相比于圖3時包括變化的增益參數計算器的 編碼器的示意性方塊圖；
[0040] 圖5展示根據第二方面的實施例的用于計算第一增益參數信息且用于整形碼激勵 信號的增益參數計算器的示意性方塊圖；
[0041] 圖6展示根據第二方面的實施例的用于編碼音頻信號且包括圖5中所描述的增益 參數計算器的編碼器的示意性方塊圖；
[0042] 圖7展示根據第二方面的實施例的當相比于圖5時包括用于整形類噪聲信號的又 一整形器的增益參數計算器的示意性方塊圖；
[0043] 圖8展示根據第二方面的實施例的用于CELP的無聲編碼方案的示意性方塊圖；
[0044] 圖9展示根據第一方面的實施例的參數無聲編碼的示意性方塊圖；
[0045] 圖10展示根據第二方面的實施例的用于解碼經編碼的音頻信號的解碼器的示意 性方塊圖；
[0046] 圖Ila展示根據第一方面的實施例的當相比于圖2中所展示的整形器時實施可選 結構的整形器的示意性方塊圖；
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