信号处理装置和信号处理方法、编码器和编码方法、解码器和解码方法、以及程序的制作方法

专利名称：信号处理装置和信号处理方法、编码器和编码方法、解码器和解码方法、以及程序的制作方法
技术领域：
本发明涉及信号处理装置和信号处理方法、编码器和编码方法、解码器和解码方法、以及程序，并且更具体地涉及用于通过频带的扩展以重现具有改善的音质的音乐信号的信号处理装置和信号处理方法、编码器和编码方法、解码器和解码方法、以及程序。
背景技术：
近来，用于通过互联网来分发音乐数据的音乐分发服务已经有所增加。音乐分发服务分发通过对音乐信号进行编码而获得的编码数据，作为音乐数据。作为音乐信号的编码方法，以下编码方法已被广泛使用所述方法抑制编码数据文件大小以减小比特率，从而节省下载时间。
音乐信号的这种编码方法大体上分为诸如MP3 (MPEG (运动图片专家组)音频层3)(国际标准IS0/IEC 11172-3)的编码方法、以及诸如HE-AAC (高效MPEG4AAC)(国际标准IS0/IEC 14496-3)的编码方法。MP3所代表的编码方法消除了音乐信号中的人类几乎感觉不到的具有大约15kHz或大于15kHz的高频带(在下文中称为高带)的信号分量，并且对其余的低频带(在下文中称为低带)的信号分量进行编码。因此，该编码方法被称为高带消除编码方法。这种高带消除编码方法能够抑制编码数据的文件大小。然而，由于人类可以轻微地感知高带中的声音，因此，如果根据通过对编码数据进行解码而获得的解码音乐信号产生声音并输出声音，则会遭受音质的损失，由此,损失了原始声音的真实感并且出现诸如声音模糊的音质退化。与此不同，HE-AAC所代表的编码方法从高带的信号分量提取特定信息，并且结合低带的信号分量对该信息进行编码。以下将该编码方法称为高带特征编码方法。由于高带特征编码方法仅对高带的信号分量的特征信息进行编码，作为关于高带的信号分量的信息，所以抑制了音质的退化并且可以提高编码效率。在对高带特征编码方法所编码的数据进行解码时，对特征信息和低带的信号分量进行解码，并且根据被解码后的特征信息和低带的信号分量产生高带的信号分量。因此，将以下技术称为带扩展技术其通过根据低带的信号分量产生高带的信号分量来扩展高带的信号分量的频带。作为带扩展方法的应用示例，在对高带消除编码方法所编码的数据进行解码后，进行后处理。在后处理中，编码时的高带信号分量损失是从解码的低带信号分量生成的，从而扩展了低带的信号分量的频带(参见专利文献I)。现有技术的频带扩展方法以下将称为专利文献I的带扩展方法。在专利文献I的带扩展方法中，装置通过将解码后的低带的信号分量设置为输入信号来根据输入信号的功率谱估计高带的功率谱(下文中，适当地称为高带的频率包络)，并且根据低带的信号分量产生具有高带的频率包络的高带的信号分量。图I示出了作为输入信号的解码后的低带的功率谱和估计的高带的频率包络的示例。在图I中，竖直轴示出了作为对数的功率，并且水平轴示出了频率。装置根据关于输入信号的编码系统的种类以及信息(诸如采样速率、比特率等)(下文中称为边信息)确定高带的信号分量的低带中的频带(下文中称为扩展起始带)。接着，装置将作为低带的信号分量的输入信号分割为多个子带信号。装置获得分割后的多个子带信号，即，获得了在比扩展起始带低的低带侧(在下文中简称为低带侧)的多个子带信号的每个功率的时间方向上的各个组(在下文中称为组功率)的平均。如图I中示出的，根据这些装置，假定低带侧的多个子带的信号的各个组功率的平均是功率，并且使得扩展起始带的较低端的频率为频率的点是起始点。装置估计通过起始点的预定斜率的基本直线作为高于扩展起始带的高带(在下文中，简称为高带侧)的频率包络。此外，可以由用户调整起始点的功率方向上的位置。装置根据低带侧的子带的多个信号来产生高带侧的子带的多个信号中的每个，作为估计的高带侧的频率包络。装置将高带侧的子带的多个产生的信号彼此相加成高带的信号分量，并且将低带的信号分量彼此相加以输出相加的信号分量。因此，扩展频带后的音乐信号接近于原始音乐信号。然而，可以产生更好质量的音乐信号。 专利文献I中公开的带扩展方法具有以下优点在对关于各种高带消除编码方法的编码数据以及各种比特率的编码数据进行解码之后，针对音乐信号可以扩展频带。引用文献列表专利文献专利文献I :日本专利申请公开第2008-139844号

发明内容
因此，可以改进专利文献I中公开的带扩展方法，在于估计的高带侧的频率包络是预定斜率的基本直线，即，频率包络的形状是固定的。换言之，音乐信号的功率谱具有各种形状，并且音乐信号具有许多以下情况专利文献I中所公开的带扩展方法所估计的高带侧的频率包络显著地偏离。图2示出了在用力击打一次鼓时具有时间上快速变化的攻击型音乐信号(attackmusic signal)的原始功率谱的示例。此外，图2还示出了通过用专利文献I中公开的带扩展方法将攻击型相对音乐信号的低带侧的信号分量设置为输入信号来根据输入信号估计的高带侧的频率包络。如图2中所示出的，攻击型音乐信号的原始高带侧的功率谱具有基本上平坦的形状。与此不同，估计的高带侧的频率包络具有预定的负斜率，并且即使该频率被调节为具有接近原始功率谱的功率，该功率与原始功率谱之间的差也随着频率变高而变大。因此，在专利文献I中公开的带扩展方法中，估计的高带侧的频率包络不能够以高精确度再现原始高带侧的频率包络。因此，如果扩展频带后的来自音乐信号的声音被再现和输出，则声音的清晰度在听觉上低于原始声音。此外，在如上所述的HE-AAC等高带特征编码方法中，高带侧的频率包络用作编码的高带信号分量的特征信息。然而，需要在解码侧以高精确度再现原始高带侧的频率包络。本发明是考虑了这样的情况而做出的，并且通过扩展频带来提供具有更好音质的音乐信号。问题的解决方案根据本发明的第一方面的一种信号处理装置，包括解复用单元，将输入编码数据解复用为低带编码数据和如下数据该数据包括关于包括多个帧的待处理区间中的、包含其中选择与产生高带信号时使用的系数相同的系数的帧的区间的信息，以及用于获得在区间的帧中所选择的系数的系数信息；低带解码单元，对低带编码数据进行解码以产生低带信号；选择单元，基于数据从多个系数中选择待处理的帧的系数；高带子带功率计算单元，基于构成待处理的帧的低带信号的每个子带的低带子带信号以及所选择的系数，来计算构成待处理的帧的高带信号的每个子带的高带子带信号的高带子带功率；以及高带信号产生单元，基于高带子带功率和低带子带信号来产生待处理的帧的高带信号。待处理区间可以被分割成区间，使得其中选择不同系数的、彼此相邻的帧的位置被设置成区间的边界位置，并且表示区间中的每个区间的长度的信息被设置成关于区间的信息。
待处理区间可以被分割成具有相同长度的若干区间，使得区间的长度最长，并且表示长度的信息以及表示所选择的系数是否在区间的每个边界位置之前或之后变化的信息被设置成关于区间的信息。当在连续的若干区间中选择相同的系数时，数据可以包括用于获得在若干连续的区间中选择的系数的一条系数信息。可以通过在第一方式和第二方式之间的具有较少数据量的方式来针对每个待处理区间产生数据，其中，在第一方式中，待处理区间被分割成区间，使得其中选择不同系数的、彼此相邻的帧的位置被设置成区间的边界位置，并且表示区间中的每个区间的长度的信息被设置成关于区间的信息，其中，在第二方式中，待处理区间被分割成具有相同长度的若干区间，使得区间的长度最长，并且表示长度的信息以及表示所选择的系数是否在区间的边界位置之前或之后变化的信息被设置成关于区间的信息，以及其中，数据可以进一步包括表示数据是通过第一方式获得还是通过第二方式获得的信息。数据可以进一步包括表示待处理区间中的初始帧的系数是否与初始帧的紧前面的帧的系数相同的再利用信息，以及当数据包括表示系数相同的再利用信息时，数据可以不包括待处理区间的初始区间的系数信息。当指定其中系数信息被再利用的模式时，数据可以包括再利用信息，并且当指定其中系数信息的再利用被禁止的模式时，数据可以不包括再利用信息。根据本发明的第一方面的信号处理方法或程序包括如下步骤将输入编码数据解复用为低带编码数据和如下数据该数据包括关于包括多个帧的待处理帧中的、包含其中选择与产生高带信号时使用的系数相同的系数的帧的区间的信息，以及用于获得在区间的帧中所选择的系数的系数信息；对低带编码数据进行解码以产生低带信号；基于数据从多个系数中选择待处理的帧的系数；基于构成待处理的帧的低带信号的每个子带的低带子带信号以及所选择的系数，来计算构成待处理的帧的高带信号的每个子带的高带子带信号的高带子带功率；以及基于高带子带功率和低带子带信号来产生待处理的帧的高带信号。在本发明的第一方面中，输入编码数据被解复用为低带编码数据和如下数据该数据包括关于包括多个帧的待处理帧中的、包含其中选择与产生高带信号时使用的系数相同的系数的帧的区间的信息，以及用于获得在区间的帧中所选择的系数的系数信息，低带编码数据被解码以产生低带信号，基于数据从多个系数中选择待处理的帧的系数，基于构成待处理的帧的低带信号的每个子带的低带子带信号以及所选择的系数，来计算构成待处理的帧的高带信号的每个子带的高带子带信号的高带子带功率，并且基于高带子带功率和低带子带信号来产生待处理的帧的高带信号。根据本发明的第二方面的一种信号处理装置，包括子带分割单元，产生在输入信号的低带侧的多个子带的低带子带信号，以及在输入信号的高带侧的多个子带的高带子带信号；伪高带子带功率计算单元，基于低带子带信号和预定系数来计算作为高带子带信号的功率的估计值的伪高带子带功率；选择单元，通过将高带子带信号的高带子带功率与伪高带子带功率相比较，来选择用于输入信号的各个帧的多个系数中的任何系数；以及产生单元，产生如下数据该数据包括关于具有输入数据的多个帧的待处理区间中的、具有其中选择相同的系数的帧的区间的信息，以及用于获得在区间的帧中所选择的系数的系数信肩、O
产生单元可以将待处理区间分割成区间，使得其中选择不同系数的、彼此相邻的帧的位置被设置成区间的边界位置，并且将表示区间中的每个区间的长度的信息设置成关于区间的信息。产生单元可以将待处理区间分割成具有相同长度的若干区间，使得区间的长度最长，并且表示长度的信息以及表示所选择的系数是否在区间的边界位置之前或之后变化的信息被设置成关于区间的信息。当在若干连续的区间中选择相同的系数时，产生单元可以产生包括用于获得在若干连续的区间中选择的系数的一条系数信息的数据。产生单元可以使用在第一方式和第二方式之间的具有较少数据量的方式针对每个待处理区间产生数据，其中，在第一方式中，待处理区间被分割成区间，使得其中选择不同系数的、彼此相邻的帧的位置被设置成区间的边界位置，并且表示区间中的每个区间的长度的信息被设置成关于区间的信息，并且其中，在第二方式中，待处理区间被分割成具有相同长度的若干区间，使得区间的长度最长，并且表示长度的信息以及表示所选择的系数是否在区间的边界位置之前或之后变化的信息被设置成关于区间的信息。数据可以进一步包括表示数据是通过第一方式获得还是通过第二方式获得的信肩、O产生单元产生包括表示待处理区间中的初始帧的系数是否与初始帧的紧前面的帧的系数相同的再利用信息的数据，以及当数据中包括表示系数相同的再利用信息时，产生其中不包括待处理区间的初始区间的系数信息的数据。当指定其中系数信息被再利用的模式时，产生单元产生包括再利用信息的数据，并且当指定其中系数信息的再利用被禁止的模式时，产生单元产生其中不包括再利用信息的数据。根据本发明的第二方面的信号处理方法或程序包括如下步骤产生在输入信号的低带侧的多个子带的低带子带信号和在输入信号的高带侧的多个子带的高带子带信号；基于低带子带信号和预定系数来计算作为高带子带信号的功率的估计值的伪高带子带功率；通过将高带子带信号的高带子带功率与伪高带子带功率相比较，来选择用于输入信号的各个帧的多个系数中的任何系数；以及产生如下数据该数据包括关于具有输入数据的多个帧的待处理区间中的、具有其中选择相同的系数的帧的区间的信息，以及用于获得在区间的帧中所选择的系数的系数信息。在本发明的第二方面中，提供在输入信号的低带侧的多个子带的低带子带信号和在输入信号的高带侧的多个子带的高带子带信号，基于低带子带信号和预定系数来计算作为高带子带信号的功率的估计值的伪高带子带功率，通过将高带子带信号的高带子带功率与伪高带子带功率相比较，来选择用于输入信号的各个帧的多个系数中的任何系数，以及产生如下数据该数据包括关于具有输入数据的多个帧的待处理区间中的、具有其中选择相同的系数的帧的区间的信息，以及用于获得在区间的帧中所选择的系数的系数信息。根据本发明的第三方面的一种解码器包括解复用单元，将输入编码数据解复用为低带编码数据和如下数据该数据包括关于包括多个帧的待处理区间中的、包含其中选择与产生高带信号时使用的系数相同的系数的帧的区间的信息，以及用于获得在区间的帧中所选择的系数的系数信息；低带解码单元，对低带编码数据进行解码以产生低带信号；选择单元，基于数据从多个系数中选择待处理的帧的系数；高带子带功率计算单元，基于构 成待处理的帧的低带信号的每个子带的低带子带信号以及所选择的系数，来计算构成待处理的帧的高带信号的每个子带的高带子带信号的高带子带功率；高带信号产生单元，基于高带子带功率和低带子带信号来产生待处理的帧的高带信号；以及合成单元，将低带信号与高带信号进行合成以产生输出信号。本发明的第三方面的解码方法包括如下步骤将输入编码数据解复用为低带编码数据和如下数据该数据包括关于包括多个帧的待处理区间中的、包含其中选择与产生高带信号时使用的系数相同的系数的帧的区间的信息，以及用于获得在区间的帧中所选择的系数的系数信息，对低带编码数据进行解码以产生低带信号，基于数据从多个系数中选择待处理的帧的系数，基于构成待处理的帧的低带信号的每个子带的低带子带信号以及所选择的系数，来计算构成待处理的帧的高带信号的每个子带的高带子带信号的高带子带功率，基于高带子带功率和低带子带信号来产生待处理的帧的高带信号，并且将低带信号与高带信号进行合成以产生输出信号。在本发明的第三方面中，输入编码数据被解复用为低带编码数据和如下数据该数据包括关于包括多个帧的待处理区间中的、包含其中选择与产生高带信号时使用的系数相同的系数的帧的区间的信息，以及用于获得在区间的帧中所选择的系数的系数信息，对低带编码数据进行解码以产生低带信号，基于数据从多个系数中选择待处理的帧的系数，基于构成待处理的帧的低带信号的每个子带的低带子带信号以及所选择的系数，来计算构成待处理的帧的高带信号的每个子带的高带子带信号的高带子带功率，基于高带子带功率和低带子带信号来产生待处理的帧的高带信号，并且将低带信号与高带信号进行合成以产生输出信号。根据本发明的第四方面的一种编码器包括子带分割单元，产生在输入信号的低带侧的多个子带的低带子带信号，以及在输入信号的高带侧的多个子带的高带子带信号；伪高带子带功率计算单元，基于低带子带信号和预定系数来计算作为高带子带信号的功率的估计值的伪高带子带功率；选择单元，通过将高带子带信号的高带子带功率与伪高带子带功率相比较，来选择用于输入信号的各个帧的多个系数中的任何系数；高带编码单元，通过对关于包括输入数据的多个帧的待处理区间中的、具有其中选择相同的系数的帧的区间的信息以及用于获得在区间的帧中所选择的系数的系数信息进行编码，来产生高带编码数据；低带编码单元，对输入信号的低带信号进行编码并且产生低带编码数据；以及复用单元，通过对低带编码数据和高带编码数据进行复用来产生输出代码串。本发明的第四方面的编码方法包括产生在输入信号的低带侧的多个子带的低带子带信号，以及在输入信号的高带侧的多个子带的高带子带信号，基于低带子带信号和预定系数来计算作为高带子带信号的功率的估计值的伪高带子带功率，通过将高带子带信号的高带子带功率与伪高带子带功率相比较，来选择用于输入信号的各个帧的多个系数中的任何系数，通过对关于包括输入数据的多个帧的待处理区间中的、具有其中选择相同的系数的帧的区间的信息以及用于获得在区间的帧中所选择的系数的系数信息进行编码，来产生高带编码数据，对输入信号的低带信号进行编码并且产生低带编码数据，并且通过对低带编码数据和高带编码数据进行复用来产生输出代码串。在本发明的第四方面中，提供在输入信号的低带侧的多个子带的低带子带信号，以及在输入信号的高带侧的多个子带的高带子带信号，基于低带子带信号和预定系数来计 算作为高带子带信号的功率的估计值的伪高带子带功率，通过将高带子带信号的高带子带功率与伪高带子带功率相比较，来选择用于输入信号的各个帧的多个系数中的任何系数，通过对关于包括输入数据的多个帧的待处理区间中的、具有其中选择相同的系数的帧的区间的信息以及用于获得在区间的帧中所选择的系数的系数信息进行编码，来产生高带编码数据，对输入信号的低带信号进行编码并且产生低带编码数据，并且通过对低带编码数据和高带编码数据进行复用来产生输出代码串。发明效果根据第一至第四实施例，可以通过频带的扩展以重现具有改善的音质的音乐信号。


图I是示出了对输入信号进行解码后的低带的功率谱以及估计的高带的频率包络的示例的视图。图2是示出了根据时间的快速变化的攻击型音乐信号的原始功率谱的示例的视图。图3是示出了本发明的第一实施例的频带扩展装置的功能配置示例的框图。图4是示出了通过图3中的频带扩展装置进行的频带扩展处理的示例的流程图。图5是示出了输入至图3中的频带扩展装置的信号的功率谱的布置以及带通滤波器的频率轴上的布置的视图。图6是示出了图示声音区间的频率特性以及估计的高带的功率谱的示例的视图。图7是示出了输入至图3中的频带扩展装置的信号的功率谱的示例的视图。图8是示出了在对图7中输入信号的同态滤波后的功率矢量的示例的视图。图9是示出了系数学习装置的功能配置示例的框图，该系数学习装置用于进行图3中的频带扩展装置的高带信号产生电路中使用的系数的学习。图10是描述了由图9中的系数学习装置进行的系数学习处理的示例的流程图。
图11是示出了本发明的第二实施例的编码器的功能配置示例的框图。图12是描述了由图11中的编码器进行的编码处理的示例的流程图。图13是示出了本发明的第二实施例的解码器的功能配置示例的框图。图14是描述了由图13中的解码器进行的解码处理的示例的流程图。图15是示出了系数学习装置的功能配置示例的框图，该系数学习装置用于进行图11中的编码器的高带编码电路中使用的代表矢量的学习以及进行图13中的解码器的高带解码电路中使用的已解码高带子带功率估计系数的学习。图16是描述了由图15中的系数学习装置进行的系数学习处理的示例的流程图。图17是示出了图11中的编码器输出的编码串的示例的视图。 图18是示出了编码器的功能配置示例的框图。图19是描述编码处理的流程图。图20是示出了解码器的功能配置示例的框图。图21是描述解码处理的流程图。图22是描述编码处理的流程图。图23是描述解码处理的流程图。图24是描述编码处理的流程图。图25是描述编码处理的流程图。图26是描述编码处理的流程图。图27是描述编码处理的流程图。图28是示出了系数学习装置的配置示例的视图。图29是描述系数学习处理的流程图。图30是描述系数索引串的编码量缩减的视图。图31是描述系数索引串的编码量缩减的视图。图32是描述系数索引串的编码量缩减的视图。图33是示出了编码器的功能配置示例的框图。图34是描述编码处理的流程图。图35是示出了解码器的功能配置示例的框图。图36是描述解码处理的流程图。图37是描述系数索引串的编码量缩减的视图。图38是示出了解码器的功能配置示例的框图。图39是描述编码处理的流程图。图40是示出了解码器的功能配置示例的框图。图41是描述编码处理的流程图。图42是示出了编码器的功能配置示例的框图。图43是描述编码处理的流程图。图44是示出了解码器的功能配置示例的框图。图45是描述解码处理的流程图。图46是描述系数索引串的循环的视图。图47是描述编码处理的流程图。
图48是描述解码处理的流程图。图49是描述编码处理的流程图。图50是描述解码处理的流程图。图51是示出了通过程序执行应用本发明的处理的计算机的硬件的配置示例的框图。
具体实施例方式将参照附图描述本发明的实施例。此外，关于实施例的描述按以下顺序进行。I.第一实施例(当本发明应用于频带扩展装置时)2.第二实施例(当本发明应用于编码器和解码器时) 3.第三实施例(当系数索引包括在高带编码数据中时)4.第四实施例(当系数索引与伪高带子带功率之间的差包括在高带编码数据中时)5.第五实施例(当使用估计值来选择系数索引时)6.第六实施例(当系数的一部分是公用时)7.第七实施例(当通过可变长度方法在时间方向上缩减系数索引串的编码量时)8.第八实施例(当通过固定长度方法在时间方向上缩减系数索引串的编码量时)9.第九实施例(当选择可变长度方法或固定长度方法中的任一方法时)10.第十实施例(当通过可变长度方法执行信息的循环时)11.第十一实施例(当通过固定长度方法执行信息的循环时)〈I.第一实施例〉在第一实施例中，关于通过对用高带消除编码方法得到的编码数据进行解码而获得的解码后的低带的信号分量，执行扩展频带的处理(在下文中称为频带扩展处理)。[频带扩展装置的功能配置示例]图3示出了根据本发明的频带扩展装置的功能配置示例。频带扩展装置10通过将解码后的低带的信号分量设置为输入信号而关于输入信号进行频带扩展处理，并且输出由该结果获得的频带扩展处理后的信号作为输出信号。频带扩展装置10包括低通滤波器11、延迟电路12、带通滤波器13、特征量计算电路14、高带子带功率估计电路15、高带信号产生电路16、高通滤波器17和信号加法器18。低通滤波器11通过预定截止频率对输入信号进行滤波并且向延迟电路12提供低带信号分量(其是低带的信号分量)作为滤波后的信号。由于当将来自低通滤波器11的低带信号分量与稍后将描述的高带信号分量彼此相加时使延迟电路12同步，所以其将低带信号分量仅延迟了特定时间，并且该低带信号分量被提供至信号加法器18。带通滤波器13包括具有彼此不同的通带的带通滤波器13-1到13-N。带通滤波器13-i (I ( i SN)使输入信号的预定通带的信号通过，并且将通过的信号作为多个子带信号中的一个提供给特征量计算电路14和高带信号产生电路16。特征量计算电路14通过使用输入信号和来自带通滤波器13的多个子带信号中的至少任意一个来计算一个或更多个特征量，并且将计算的特征量提供给高带子带功率估计电路15。在本文中，特征量是表示作为信号的输入信号的特征的信息。高带子带功率估计电路15基于来自特征量计算电路14的一个或更多个特征量来计算作为每个高带子带的高带子带信号的功率的、高带子带功率的估计值，并且将计算的估计值提供给高带信号产生电路16。高带信号产生电路16基于来自带通滤波器13的多个子带信号和来自高带子带功率估计电路15的多个高带子带功率的估计值，来产生作为高带的信号分量的高带信号分量，并且将产生的高带信号分量提供给高通滤波器17。高通滤波器17使用与低通滤波器11中的截止频率对应的截止频率对来自高带信号产生电路16的高带信号分量进行滤波，并且将经滤波的高带信号分量提供给信号加法器18。
信号加法器18将来自延迟电路12的低带信号分量与来自高通滤波器17的高带信号分量相加，并且输出相加的分量作为输出信号。此外，在图3中的配置中，为了获得子带信号，应用了带通滤波器13，但不限于此。例如，可以应用专利文献I中公开的带分割滤波器。此外，同样地，在图3中的配置中，应用了信号加法器18以合成子带信号，但是不限于此。例如，可以应用专利文献I中公开的带合成滤波器。[频带扩展装置的频带扩展处理]接下来，参照图4中的流程图，将描述由图3中的频带扩展装置进行的频带扩展处理。在步骤SI中，低通滤波器11通过预定截止频率对输入信号进行滤波，并且将低带信号分量作为滤波后的信号提供给延迟电路12。低通滤波器11可以设置任选频率作为截止频率。然而，在本发明的实施例中，作为下述的扩展起始带，低通滤波器可以通过设置预定频率而被设置为对应于扩展起始带的低端的频率。因此，低通滤波器11将作为比扩展起始带更低的带的信号分量的低带信号分量提供给延迟电路12，作为滤波后的信号。此外，低通滤波器11可以响应于编码参数(如高带消除编码方法或输入信号的比特率等)将最优频率设置为截止频率。作为编码参数，例如，可以使用专利文献I中公开的带扩展方法中采用的边信息。在步骤S2中，延迟电路12将来自低通滤波器11的低带信号分量仅延迟了特定延长时间，并且将延迟的低带信号分量提供给信号加法器18。在步骤S3中，带通滤波器13 (带通滤波器13-1至13_N)将输入信号分割成多个子带信号并且将分割后的多个子带信号中的每个提供给特征量计算电路14和高带信号产生电路16。此外，下面将描述由带通滤波器13进行的输入信号的分割处理。在步骤S4中，特征量计算电路14通过输入信号和来自带通滤波器13的多个子带信号中的至少一个来计算一个或更多个特征量，并且将计算的特征量提供给高带子带功率估计电路15。此外，下面将详细描述由特征量计算电路14进行的对特征量的计算处理。在步骤S5中，高带子带功率估计电路15基于一个或更多个特征量来计算多个高带子带功率的估计值，并且将计算的估计值从特征量计算电路14提供给高带信号产生电路16。此外，下面将详细地描述由高带子带功率估计电路15进行的对高带子带功率的估计值的计算处理。在步骤S6中，高带信号产生电路16基于来自带通滤波器13的多个子带信号和来自高带子带功率估计电路15的多个高带子带功率的估计值来产生高带信号分量，并且将产生的高带信号分量提供给高通滤波器17。在该情况下，高带信号分量是比扩展起始带更高的带的信号分量。此外，下面将详细描述由高带信号产生电路16进行的高带信号分量的
产生处理。在步骤S7中，高通滤波器17通过对来自高带信号产生电路16的高带信号分量进行滤波来去除高带信号分量中包括的低带中的诸如假频(alias)分量的噪声，并且将该高带信号分量提供给信号加法器18。在步骤S8中，信号加法器18将来自延迟电路12的低带信号分量和来自高通滤波器17的高带信号分量彼此相加，并且将相加后的分量作为输出信号输出。
根据上述处理，可以关于解码后的低带的信号分量来扩展频带。接下来，将描述针对图4中的流程图的步骤S3到S6的每个处理的说明。[由带通滤波器进行的处理的描述]首先，将描述图4的流程图中的步骤S3中由带通滤波器13进行的处理。此外，为了便于说明，如下所述，假设带通滤波器13的数目N为N=4。例如，假定通过将输入信号的奈奎斯特(Nyquist)频率分成16个部分而获得的16个子带中的一个子带是扩展起始带，并且16个子带中的比扩展起始带更低的带的4个子带中的每个是带通滤波器13-1至13-4的每个通带。图5示出了关于对于带通滤波器13-1至13-4的每个通带的每个频率轴的布置。如图5中示出的,如果假定从比扩展起始带更低的带的频带(子带)的高带开始的第一子带的索引是Sb，第二子带的索引是sb-Ι，并且第I子带的索引是sb-(I-l)，带通滤波器13-1到13-4中的每个指定低于扩展起始带的低带的子带中的索引为sb至sb-3的每个子带作为通带。在本实施例中，带通滤波器13-1至13-4的每个通带是通过将输入信号的奈奎斯特频率分割成16个部分而获得的16个子带的4个预定子带，但是不限于此，并且可以是通过将输入信号的奈奎斯特频率分割成256个部分而获得的256个子带中的4个预定子带。此外，带通滤波器13-1至13-4的每个带宽可以彼此不同。[由特征量计算电路进行的处理的描述]接下来，将描述图4中的流程图的步骤S4中由特征量计算电路14进行的处理。特征量计算电路14通过使用输入信号和来自带通滤波器13的多个子带信号中的至少一个来计算所使用的一个或更多个特征量，以使得高带子带功率估计电路15计算高带子带功率的估计值。更详细地，特征量计算电路14针对来自带通滤波器13的4个子带信号的每个子带计算子带信号的功率(在下文中称为低带子带功率)作为特征量，并且将计算的子带信号的功率提供给高带子带功率估计电路15。换言之，特征量计算电路14通过使用以下公式(I)、根据从带通滤波器13提供的4个子带信号X (ib, η)来计算预定时间巾贞J中的低带子带功率power (ib, J)。本文中，ib是子带的索引，η被表示为离散时间的索引。此外，一个帧的样本的数量被表示为FSIZE，并且功率被表示为分贝。[公式I]
f/(J+1)FSI2E-1Ipower =10lof10^( Σ x( ib, n)2 ι/FSIZE f
Iv n=細 EE/J
Csb-3<ib<sb)
IF Ir H ( I )
因此，将由特征量计算电路14获得的低带子带功率p0wer(ib，J)作为特征量提供给高带子带功率估计电路15。[由高带子带功率估计电路进行的处理的描述]接下来，将描述图4中的流程图的步骤S5的由高带子带功率估计电路15进行的处理。高带子带功率估计电路15基于从特征量计算电路14提供的4个子带功率，来计算将在索引为sb+Ι的子带(扩展起始带)之后被扩展的带(频率扩展带)的子带功率(高带子带功率)的估计值。即，如果高带子带功率估计电路15认为频率扩展带的最大带的子带的索引为eb，则关于索引从sb+Ι到eb的子带来估计(eb-sb)个子带功率。在频率扩展带中，使用从特征量计算电路14提供的4个子带功率power(ib, j),通过以下公式(2)表示索引为ib的子带功率的估计值powerest (ib, J)。[公式2]
/ b \ Powereet (ib, J) = { Σ IAib(kb)power (kb, J)} ι+·Β|b
\ - 3J
(J*FSIZE.<n<(J+1)FSIZE-1, sb+1<ib<eb)
.■ · (2)本文中，在公式⑵中，系数Aib(kb)以及Bib是对于各个子带ib具有不同值的系数。系数Aib (kb)以及Bib是这样的系数其被适当地设置以获得关于各个输入信号的适当值。此外，系数Aib(kb)以及Bib还通过改变子带Sb而改变为最优值。下面将描述Aib(kb)以及Bib的推导。在公式(2)中，高带子带功率的估计值是使用来自带通滤波器13的多个子带信号中的每个的功率、通过基本线性组合来计算的，但是不限于此，例如，可以使用时间帧J之前和之后的帧的多个低带子带功率的线性组合来计算，并且可以使用非线性函数来计算。如上所述，将由高带子带功率估计电路15计算的高带子带功率的估计值提供给将要描述的高带信号产生电路16。[由高带信号产生电路进行的处理的描述]接下来，将对图4中的流程图的步骤S6中由高带信号产生电路16进行的处理进行描述。高带信号产生电路16根据从带通滤波器13提供的多个子带信号，基于上述公式(I)来计算每个子带的低带子带功率power (ib，J)。高带信号产生电路16使用所计算的多个低带子带功率power (ib, J)以及由高带子带功率估计电路15基于上述公式(2)计算的高带子带功率的估计值Powerest (ib, J),通过下述公式(3)来获得增益量G (ib, J)。[公式3]
权利要求
1.一种信号处理装置，包括 解复用单元，将输入编码数据解复用为低带编码数据和如下数据所述数据包括 关于包括多个帧的待处理区间中的、包含其中选择与产生高带信号时使用的系数相同的系数的帧的区间的信息，以及用于获得在所述区间的帧中所选择的系数的系数信息； 低带解码单元，对所述低带编码数据进行解码以产生低带信号； 选择单元，基于所述数据从多个所述系数中选择待处理的帧的系数； 高带子带功率计算单元，基于构成所述待处理的帧的所述低带信号的每个子带的低带子带信号以及所选择的系数，来计算构成所述待处理的帧的所述高带信号的每个子带的高带子带信号的高带子带功率；以及 高带信号产生单元，基于所述高带子带功率和所述低带子带信号来产生所述待处理的帧的所述高带信号。
2.根据权利要求I所述的信号处理装置， 其中，所述待处理区间被分割成所述区间，使得其中选择不同系数的、彼此相邻的帧的位置被设置成所述区间的边界位置，并且表示所述区间中的每个区间的长度的信息被设置成关于所述区间的信息。
3.根据权利要求I所述的信号处理装置， 其中，所述待处理区间被分割成具有相同长度的若干区间，使得所述区间的长度最长，并且表示所述长度的信息以及表示所选择的系数是否在所述区间的每个边界位置之前或之后变化的信息被设置成关于所述区间的信息。
4.根据权利要求3所述的信号处理装置， 其中，当在连续的若干区间中选择相同的系数时，所述数据包括用于获得在所述若干连续的区间中选择的所述系数的一条系数信息。
5.根据权利要求I所述的信号处理装置， 其中，通过在第一方式和第二方式之间的具有较少数据量的方式来针对每个待处理区间产生所述数据， 其中，在所述第一方式中，所述待处理区间被分割成所述区间，使得其中选择不同系数的、彼此相邻的帧的位置被设置成所述区间的边界位置，并且表示所述区间中的每个区间的长度的信息被设置成关于所述区间的信息， 其中，在所述第二方式中，所述待处理区间被分割成具有相同长度的若干区间，使得所述区间的长度最长，并且表示所述长度的信息以及表示所选择的系数是否在所述区间的边界位置之前或之后变化的信息被设置成关于所述区间的信息，以及 其中，所述数据进一步包括表示所述数据是通过所述第一方式获得还是通过所述第二方式获得的息。
6.根据权利要求I所述的信号处理装置， 其中，所述数据进一步包括表示所述待处理区间中的初始帧的系数是否与所述初始帧的紧前面的帧的系数相同的再利用信息，以及 当所述数据包括表示所述系数相同的再利用信息时，所述数据不包括所述待处理区间的所述初始区间的系数信息。
7.根据权利要求6所述的信号处理装置，其中，当指定其中所述系数信息被再利用的模式时，所述数据包括所述再利用信息，并且当指定其中所述系数信息的再利用被禁止的模式时，所述数据不包括所述再利用信息。
8.一种用于信号处理装置的信号处理方法，所述信号处理装置包括 解复用单元，将输入编码数据解复用为低带编码数据和如下数据所述数据包括关于包括多个帧的待处理区间中的、包含其中选择与产生高带信号时使用的系数相同的系数的帧的区间的信息，以及用于获得在所述区间的帧中所选择的系数的系数信息； 低带解码单元，对所述低带编码数据进行解码以产生低带信号； 选择单元，基于所述数据从多个所述系数中选择待处理的帧的系数； 高带子带功率计算单元，基于构成所述待处理的帧的所述低带信号的每个子带的低带子带信号以及所选择的系数，来计算构成所述待处理的帧的所述高带信号的每个子带的高带子带信号的高带子带功率；以及 高带信号产生单元，基于所述高带子带功率和所述低带子带信号来产生所述待处理的帧的所述高带信号， 所述信号处理方法包括如下步骤 通过所述解复用单元将所述编码数据解复用为所述数据和所述低带编码数据； 通过所述低带解码单元对所述低带编码数据进行解码； 通过所述选择单元选择所述待处理的帧的所述系数； 通过所述高带子带功率计算单元计算所述高带子带功率；以及 通过所述高带信号产生单元产生所述高带信号。
9.一种使计算机执行包括如下步骤的处理的程序 将输入编码数据解复用为低带编码数据和如下数据所述数据包括关于包括多个帧的待处理帧中的、包含其中选择与产生高带信号时使用的系数相同的系数的帧的区间的信息，以及用于获得在所述区间的帧中所选择的系数的系数信息； 对所述低带编码数据进行解码以产生低带信号； 基于所述数据从多个所述系数中选择待处理的帧的系数； 基于构成所述待处理的帧的所述低带信号的每个子带的低带子带信号以及所选择的系数，来计算构成所述待处理的帧的所述高带信号的每个子带的高带子带信号的高带子带功率；以及 基于所述高带子带功率和所述低带子带信号来产生所述待处理的帧的所述高带信号。
10.一种信号处理装置，包括 子带分割单元，产生在输入信号的低带侧的多个子带的低带子带信号，以及在所述输入信号的高带侧的多个子带的高带子带信号； 伪高带子带功率计算单元，基于所述低带子带信号和预定系数来计算作为所述高带子带信号的功率的估计值的伪高带子带功率； 选择单元，通过将所述高带子带信号的所述高带子带功率与所述伪高带子带功率相比较，来选择用于所述输入信号的各个帧的多个所述系数中的任何系数；以及 产生单元，产生如下数据所述数据包括关于具有所述输入数据的多个帧的待处理区间中的、具有其中选择相同的系数的帧的区间的信息，以及用于获得在所述区间的帧中所选择的系数的系数信息。
11.根据权利要求10所述的信号处理装置， 其中，所述产生单元将所述待处理区间分割成所述区间，使得其中选择不同系数的、彼此相邻的帧的位置被设置成所述区间的边界位置，并且将表示所述区间中的每个所述区间的长度的信息设置成关于所述区间的信息。
12.根据权利要求10所述的信号处理装置， 其中，所述产生单元将所述待处理区间分割成具有相同长度的若干区间，使得所述区间的长度最长，并且表示所述长度的信息以及表示所选择的系数是否在所述区间的边界位置之前或之后变化的信息被设置成关于所述区间的信息。
13.根据权利要求12所述的信号处理装置， 其中，当在所述若干连续的区间中选择相同的系数时，所述产生单元产生包括用于获得在所述若干连续的区间中选择的所述系数的一条系数信息的所述数据。
14.根据权利要求10所述的信号处理装置， 其中，所述产生单元使用在第一方式和第二方式之间的具有较少数据量的方式针对每个待处理区间产生所述数据， 其中，在所述第一方式中，所述待处理区间被分割成所述区间，使得其中选择不同系数的、彼此相邻的帧的位置被设置成所述区间的边界位置，并且表示所述区间中的每个区间的长度的信息被设置成关于所述区间的信息， 其中，在所述第二方式中，所述待处理区间被分割成具有相同长度的若干区间，使得所述区间的长度最长，并且表示所述长度的信息以及表示所选择的系数是否在所述区间的边界位置之前或之后变化的信息被设置成关于所述区间的信息。
15.根据权利要求14所述的信号处理装置， 其中，所述数据进一步包括表示所述数据是通过所述第一方式获得还是通过所述第二方式获得的息。
16.根据权利要求10所述的信号处理装置， 其中，所述产生单元产生包括表示所述待处理区间中的初始巾贞的系数是否与所述初始帧的紧前面的帧的系数相同的再利用信息的所述数据，以及 当所述数据中包括表示所述系数相同的再利用信息时，产生其中不包括所述待处理区间的初始区间的系数信息的数据。
17.根据权利要求16所述的信号处理装置， 其中，当指定其中所述系数信息被再利用的模式时，所述产生单元产生包括所述再利用信息的所述数据，并且当指定其中所述系数信息的再利用被禁止的模式时，所述产生单元产生其中不包括所述再利用信息的所述数据。
18.一种用于信号处理装置的信号处理方法，所述信号处理装置包括 子带分割单元，产生在输入信号的低带侧的多个子带的低带子带信号，以及在所述输入信号的高带侧的多个子带的高带子带信号； 伪高带子带功率计算单元，基于所述低带子带信号和预定系数来计算作为所述高带子带信号的功率的估计值的伪高带子带功率； 选择单元，通过将所述高带子带信号的所述高带子带功率与所述伪高带子带功率相比较，来选择用于所述输入信号的各个帧的多个所述系数中的任何系数；以及产生单元，产生如下数据所述数据包括关于具有所述输入数据的多个帧的待处理区间中的、具有其中选择相同的系数的帧的区间的信息，以及用于获得在所述区间的帧中所选择的系数的系数信息， 所述信号处理方法包括如下步骤 通过所述子带分割单元产生所述低带子带信号和所述高带子带信号； 通过所述伪高带子带功率计算单元计算所述伪高带子带功率； 通过所述选择单元选择多个所述系数中的任何系数；以及 通过所述产生单元产生所述数据。
19.一种使计算机执行包括如下步骤的处理的程序 产生在输入信号的低带侧的多个子带的低带子带信号和在所述输入信号的高带侧的多个子带的高带子带信号； 基于所述低带子带信号和预定系数来计算作为所述高带子带信号的功率的估计值的伪高带子带功率； 通过将所述高带子带信号的所述高带子带功率与所述伪高带子带功率相比较，来选择用于所述输入信号的各个帧的多个所述系数中的任何系数；以及 产生如下数据所述数据包括关于具有所述输入数据的多个帧的待处理区间中的、具有其中选择相同的系数的帧的区间的信息，以及用于获得在所述区间的帧中所选择的系数的系数信息。
20.一种解码器，包括 解复用单元，将输入编码数据解复用为低带编码数据和如下数据所述数据包括关于包括多个帧的待处理区间中的、包含其中选择与产生高带信号时使用的系数相同的系数的帧的区间的信息，以及用于获得在所述区间的帧中所选择的系数的系数信息； 低带解码单元，对所述低带编码数据进行解码以产生低带信号； 选择单元，基于所述数据从多个所述系数中选择待处理的帧的系数； 高带子带功率计算单元，基于构成所述待处理的帧的所述低带信号的每个子带的低带子带信号以及所选择的系数，来计算构成所述待处理的帧的所述高带信号的每个子带的高带子带信号的高带子带功率； 高带信号产生单元，基于所述高带子带功率和所述低带子带信号来产生所述待处理的帧的所述高带信号；以及 合成单元，将所述低带信号与所述高带信号进行合成以产生输出信号。
21.一种用于解码器的解码方法，所述解码器包括 解复用单元，将输入编码数据解复用为低带编码数据和如下数据所述数据包括 关于包括多个帧的待处理区间中的、包含其中选择与产生高带信号时使用的系数相同的系数的帧的区间的信息，以及用于获得在所述区间的帧中所选择的系数的系数信息； 低带解码单元，对所述低带编码数据进行解码以产生低带信号； 选择单元，基于所述数据从多个所述系数中选择待处理的帧的系数； 高带子带功率计算单元，基于构成所述待处理的帧的所述低带信号的每个子带的低带子带信号以及所选择的系数，来计算构成所述待处理的帧的所述高带信号的每个子带的高带子带信号的高带子带功率；高带信号产生单元，基于所述高带子带功率和所述低带子带信号来产生所述待处理的帧的所述高带信号；以及 合成单元，将所述低带信号与所述高带信号进行合成以产生输出信号， 所述解码方法包括如下步骤 通过所述解复用单元将所述编码数据解复用为所述数据和所述低带编码数据； 通过所述低带解码单元对所述低带编码数据进行解码； 通过所述选择单元选择所述待处理的帧的所述系数； 通过所述高带子带功率计算单元计算所述高带子带功率； 通过所述高带信号产生单元产生所述高带信号；以及 通过所述合成单元产生所述输出信号。
22.—种编码器,包括 子带分割单元，产生在输入信号的低带侧的多个子带的低带子带信号，以及在所述输入信号的高带侧的多个子带的高带子带信号； 伪高带子带功率计算单元，基于所述低带子带信号和预定系数来计算作为所述高带子带信号的功率的估计值的伪高带子带功率； 选择单元，通过将所述高带子带信号的所述高带子带功率与所述伪高带子带功率相比较，来选择用于所述输入信号的各个帧的多个所述系数中的任何系数； 高带编码单元，通过对关于包括所述输入数据的多个帧的待处理区间中的、具有其中选择相同的系数的帧的区间的信息以及用于获得在所述区间的帧中所选择的系数的系数信息进行编码，来产生高带编码数据； 低带编码单元，对所述输入信号的低带信号进行编码并且产生低带编码数据；以及 复用单元，通过对所述低带编码数据和所述高带编码数据进行复用来产生输出代码串O
23.一种用于编码器的编码方法，所述编码器包括 子带分割单元，产生在输入信号的低带侧的多个子带的低带子带信号，以及在所述输入信号的高带侧的多个子带的高带子带信号； 伪高带子带功率计算单元，基于所述低带子带信号和预定系数来计算作为所述高带子带信号的功率的估计值的伪高带子带功率； 选择单元，通过将所述高带子带信号的所述高带子带功率与所述伪高带子带功率相比较，来选择用于所述输入信号的各个帧的多个所述系数中的任何系数； 高带编码单元，通过对关于包括所述输入数据的多个帧的待处理区间中的、具有其中选择相同的系数的帧的区间的信息以及用于获得在所述区间的帧中所选择的系数的系数信息进行编码，来产生高带编码数据； 低带编码单元，对所述输入信号的低带信号进行编码并且产生低带编码数据；以及 复用单元，通过对所述低带编码数据和所述高带编码数据进行复用来产生输出代码串， 所述编码方法包括如下步骤 通过所述子带分割单元产生所述低带子带信号和所述高带子带信号； 通过所述伪高带子带功率计算单元计算所述伪高带子带功率；通过所述选择单元选择多个所述系数中的任何系数；通过所述高带编码单元产生所述高带编码数据； 通过所述低带编码单元产生所述低带编码数据；以及通过所述复用单元产生所述输出代码串。
全文摘要
本发明涉及能够通过频带的放大再现具有较高音质的音乐信号的信号处理设备及方法、编码设备及方法、解码设备及方法、以及程序。编码设备的目标处理区间是包括帧(16个)的区间，并且编码设备针对每个目标处理区间输出用于获得输入信号的高带分量的高带编码数据以及其中输入信号中的低带信号已被编码的低带编码数据。此时针对每个帧选择用于估计高带分量的系数，并且将目标处理区间分成如下的连续帧区间，这些帧区间包括具有相同的所选择的系数的连续帧。生成了表示每个连续帧区间的长度的信息，表示目标处理区间中包括的连续帧区间的数目的信息，以及包括表示针对每个连续帧区间选择的系数的系数索引的高带编码数据。该方法可以应用于编码设备。
文档编号G10L21/02GK102834864SQ201180018948
公开日2012年12月19日 申请日期2011年4月11日 优先权日2010年4月13日
发明者山本优树, 知念彻, 本间弘幸, 光藤祐基 申请人:索尼公司