用带宽扩展进行编码和/或解码的方法、介质和设备的制作方法

专利名称：用带宽扩展进行编码和/或解码的方法、介质和设备的制作方法
技术领域：
本发明的一个或多个实施例涉及一种对诸如语音信号或音乐信号的音频信号进行编码和/或解码的方法、介质和设备，更为具体地，涉及一种对与音频信号中的高频区域相应的信号进行编码和/或解码的方法、介质和设备。
背景技术：
通常，音频信号的高频区域典型地具有比相应的低频区域低的人类察觉的识别重要性。因此，当例如由于允许的有效位有限而强调编码效率时，高频和低频的编码可能有目的地导致分配给与低频区域相应的信号的位的数量比分配给与高频区域相应的信号的位的数量多，即，编码的重点可集中在低频区域。类似地，随着高频区域位的减少，得到的编码的信号的传输可具有比分配给高频区域和低频区域的位的数量相同的编码的信号低的比特率。
因此，本发明人已发现，当对相应于高频区域的信号进行编码时，即使在人类可识别的高频区域也存在使用少的或尽可能少的位数提供最佳的或提高的声音质量的方法、介质和设备的需求。

发明内容
技术方案
本发明的 一个或多个实施例提供了 一种用低频信号的激励信号对高频信号进行编码和/或解码的方法、介质和设备。
在下面的描述中将部分地阐明本发明另外的方面和/或优点，通过描述，其会部分地变得更加清楚，或者通过实施本发明可以了解。
根据本发明的一方面，提供了一种带宽扩展编码方法，所述方法包括从低频信号移除包络以从低频信号提取激励信号并将激励信号变换为频域，其中，低频信号属于频率比预定频率低的频率区域；通过处理激励信号的频谱来产生属于频率比预定频率高的区域的频谱；以及，将产生的频谱和与频根据本发明的另一方面，提供了一种带宽扩展解码方法，所述方法包括
从低频信号移除包络以提取激励信号，并将激励信号变换到频域，其中，低
频信号属于频率比预定频率低的频率区域；通过处理激励信号的频谱来产生属于频率比预定频率高的区域的频谱；以及，对增益值进行解码，并将增益值应用于产生的频语。
根据本发明的另一方面，提供了一种带宽扩展编码设备，所述设备包括激励信号提取器，从低频信号移除包络以提取激励信号，并将激励信号变换到频域，其中，低频信号属于频率比预定频率低的频率区域；频谱产生器，通过处理激励信号的频语来产生属于频率比预定频率高的频率区域的频镨；以及，增益值计算器，将产生的频语和与频率比预定频率高的区域相应的高频信号的频谱相比较，并计算增益值。
根据本发明的另一方面，提供了一种带宽扩展解码设备，所述设备包括激励信号提取器，从低频信号移除包络以提取激励信号，并将激励信号变换到频域，其中，低频信号属于频率比预定频率低的频率区域；频谱产生器，通过处理变换的激励信号的频谱来产生属于频率比预定频率高的频率区域的频语；以及，频谱施加单元，对增益值进行解码，并将解码的增益值应用于产生的频谱。
根据本发明的另 一 方面，提供了 一种记录有用于执行方法的程序的计算机可读记录介质，所述方法包括从低频信号移除包络以提取激励信号，并将激励信号变换到频域，其中，低频信号属于频率比预定频率低的频率区域；通过处理激励信号的频镨来产生属于频率比预定频率高的区域的频谱；以及，
并计算增益值。
根据本发明的另 一方面，提供了 一种记录有用于执行方法的程序的计算机可读记录介质，所述方法包括从低频信号移除包络以提取激励信号，并将激励信号变换到频域，其中，低频信号属于频率比预定频率低的频率区域；通过处理激励信号的频谱来产生属于频率比预定频率高的区域的频谱；以及，对增益值进行解码，并将增益值应有了产生的频谱。


通过下面结合附图对实施例进行的描述，本发明的这些和/或其他方面和优点将会变得清楚和更易于理解，其中
图1示出根据本发明的实施例的带宽扩展编码设备；
图2示出根据本发明的实施例的带宽扩展编码方法；
图3示出根据本发明的实施例的带宽扩展解码设备；
图4示出根据本发明的实施例的带宽扩展解码方法；
图5示出根据本发明的实施例的当对用于四个子频带的增益值进行平滑 时(例如，根据图3和图4中示出的带宽扩展解码)获得的曲线；
图6示出根据本发明的实施例的(例如，根据图3和图4中示出的带宽 扩展解码)执行重叠的情况。
具体实施例方式
现在对本发明实施例进行详细的描述，其示例表示在附图中，其中，相 同的标号始终表示相同部件。在这方面，本发明的实施例可按多种不同的形 式实现，并不应该解释为限于在此阐述的实施例。因此，通过参照附图，仅 描述下述的实施例以解释本发明的各方面。
图I示出根据本发明的实施例的带宽扩展编码设备。在此，术语"设备" 应理解为与术语"系统"同义，并不限于单个公开或在所有实施例中的单个
相关公开中实施的所有描述的元件，而是，才艮据实施例，可开放地通过不同 的元件(例如，各个设备/系统可以是单个处理元件或通过分布的网络可被实 现)在不同的公开(enclosure)和/或位置可一起实施或独立实施设备，附加 和可选实施例是同样可用。
参考图1,例如，带宽扩展编码设备可包括区域划分单元100、激励信 号提取器105、第一变换单元110、频谱产生器115、第二变换单元120、增 益值计算器125、第一音调计算器i28、第二音调计算器130、音调比较器135、 增益值减小单元140、增益值量化器145、音调量化器150和复用器155。
例如，区域划分单元100可(例如，通过输入端IN)接收信号，并基于 预定频率将所述信号划分为高频信号和低频信号。在实施例中，低频信号属 于其频率比第一预定频率低的频率区域，高频信号属于其频率比第二预定频
率高的频率区域。在一个实施例中，虽然第一预定频率和第二预定频率可同 样可被设置为不同值，但是第一预定频率和第二预定频率可优选设置为相同值。激励信号提取器105可从(例如，从区域划分单元100获得的)低频信
号移除包络，因此，从低频信号提取"激励信号"。例如，激励信号提取器
105可通过执行线性预测编码(LPC)分析来从低频信号移除包络，从而从低 频信号提取激励信号。基于音频样本可近似为在音频样本中的先前样本的线 性组合的假设，可将术语"激励信号"理解为输入信号的预测分析的结果。 例如，音频信号的LPC分析可基于先前样本的线性组合来尝试预测值，其误 差为预测的值与实际当前值之差。这里，然后可改变在LPC分析中用于预测 所述值的线性预测系数以最小化该误差或选择性地产生该误差。近而最终的 误差可被输出为"激励信号"。通过获知线性预测系数，可基于激励信号的输 入运行逆预测滤波器由解码器产生原始音频信号。
因此，从而，第一变换单元110可将从低频信号得到的激励信号从时域 变换到频域。例如，第一变换单元110可以对激励信号执行快速傅里叶变换 (FFT)将激励信号从时域变换到频域，其中，FFT可以是例如288点FFT、 576点FFT或1152点FFT中的任意一个的包括32个样本重叠的288点FFT。 在一个实施例中，如果使用重叠的变换技术被用作对低频信号进行编码，则 第一变换单元110可优选使用设置窗和执行重叠的技术，从而解码器可完整 地恢复低频信号。但是，第一变换单元110可使用用于将激励信号从时域变 换到频域的除FFT以外的不同的变换技术。例如，第一变换单元110可使用 诸如正交镜像滤波器组(Quadrature Mirror Filterbank, QMF )的变换技术， 在QMF中对多个预定频带中的每个通过时域来表示预定信号。
频谱产生器115可通过处理低频区域的提取的激励信号的频谱在高频区 域(例如，频率比第二预定频率高的区域)中产生频谱。例如，频谱产生器 115可通过这种方式在高频区域中产生频谱，即，将提取的激励信号的频谱 缀入到高频区域，或将提取的激励信号的频谱关于示例预定频率进行对称地 折叠，该预定频率用于设置低频区域与高频区域之间的分离。
第二变换单元120可将从区域划分单元110获得的高频信号从时域变换 到频域。例如，第二变换单元120通过对高频信号执行FFT将高频信号从时 域变换到频域，其中，FFT可以是例如288点FFT、 576点FFT或1152点FFT 中的任意一个的包括32个样本重叠的288点FFT。另外，在一个实施例中， 如果使用重叠的变换技术被用作对高频信号进行编码，则第二变换单元120 可优选使用例如设置窗和执行重叠的技术，从而解码器可完整地恢复低频信
9号。但是，还要注意的是，第二变换单元120可使用除FFT以外的不同的变 换技术将激励信号从时域变换到频域。仅作为示例，第二变换单元120可使 用诸如QMF的变换技术，在该QMF中对多个预定频带中的每个通过时域来 表示预定信号。
为了荻得增益值，增益值计算器125还可以计算由第二变换单元120变 换的高频信号的频谱和由频语产生器115产生的用于高频区域的频语内每个 预定频带的能量比。
第一音调计算器128可以按预定频带为单位计算由频谱产生器115产生 的用于高频区域的频谱的音调。例如，第一音调计算器]28可使用谙平面方 法(Spectral Flatness Measure, SFM )值来计算所述频语的音调。在实施例中， 音调成为通过从1减去相应的SFM值而获得的值。
第二音调计算器130可以按预定频带为单位计算由第二频谱产生器120 产生的高频信号的频语的音调。
因此，音调比较器135可将由第一音调计算器128计算的音调与由第二 音调计算器计算的音调相比较。
然后，增益值减小单元140可以用第二音调计算器130计算的音调相对 于第一音调计算器128计算的音调的能量比来减小增益值计算器125计算的 增益值，该增益值用于音调比较器135确定的第二音调计算器130计算的音 调比第一音调计算器128计算的音调大的频带。增益值减小单元40减小用 于预定频带的增益值的原因是使由解码器产生的高频信号的噪声的量例如与 目标高频信号的噪声的量相似。
从而，增益值减小单元140可使用例如下述的式1和式2来减小增益值。
式1:
在此，在该示例中，7b聽/z'(y f/5j表示第二音调计算器130计算的音 调，7b"a/〖(y "5^表示第一音调计算器128计算的音调，SFM^K8j表示用 于由第二变换单元120变换的高频信号的频谱的SFM值，Sf7kf J表示用 于由频傳产生器115变换的频语的SFM值。
式2:在此，仍旧在该示例中，ga/"'表示由增益减小单元140减小的预定频带
的增益值，sca/e表示由第二音调计算器130计算的音调相对于由第一音调计 算器128根据式1计算的音调的比率，gflz'"表示由增益值计算器125计算的 预定频带的增益值。
增益值量化器145还可对增益值减小的频带的增益值进行量化，所述增 益值由增益值减小单元140减小。
在此，在实施例中，增益值量化器145对增益值计算器125计算的增益 值进行量化，该增益值用于音调比较器135确定的由第二音调计算器130计 算的音调比第一音调计算器128计算的音调小的频带，即，用于没有通过增 益值减小单元140减小的频带。
音调量化器150可对用于由第二音调计算器130计算的高频信号的频谱 的每个频带的音调进行量化。
例如，复用器155可随后将由增益值量化器145量化的增益值与由音调 量化器150量化的音调进行复用，产生比特流，并通过输出端OUT输出比特
、、六
图2示出根据本发明的实施例的带宽扩展编码方法。
首先，在操作200,输入信号可基于预定频率被划分为低频信号和高频 信号。在此，低频信号可设置为属于频率低于第一预定频率的频率区域，高 频信号可设置为属于频率高于第二预定频率的频率区域。根据实施例，第一 预定频率和第二预定频率可优选设置为相同值，即，预定频率；但是，在不 同实施例中，第一频率和第二频率还可设置为不同值。
然后，在操作205,可从低频信号中移除包络，从而从低频信号提取激 励信号。可通过对低频信号执行LPC分析从低频信号移除包络，从而可从低 频信号提取激励信号。
然后，在操作210,可将低频信号的激励信号可从时域变换到频域。例 如，在操作210,可使用快速傅里叶变换(FFT),其中，FFT可以是例如288 点FFT、576点FFT或1152点FFT中的任意一个的包4舌32个样本重叠的288 点FFT。在实施例中，如果使用重叠的变换技术被用作对低频信号进行编码， 则可使用使解码器可完整地恢复低频信号的设置窗和执行重叠的技术。但是， 在操作210,还可使用除FFT之外的不同的变换技术将时域变换到频域。例 如，在操作210，变换技术可以是QMF,在QMF中对多个预定频带中的每个表示时域。
然后，在操作215,通过处理激励信号的频谱，可产生用于频率比预定
第二频率高的高频区域的频谱。例如，在操作215,可通过这种方式产生频 谱，即，将从低频信号提取的提取的激励信号的频谱缀入到高频区域，或将 提取的激励信号的频语关于预定频率进行对称地折叠。
然后，在操作220,可将操作200中获得的高频信号从时域变换到频域。 例如，在操作220中用于将高频信号变换到频域的的技术可以是FFT，其中， FFT可以是288点FFT、 576点FFT、或1152点FFT中的任意一个的包括32 个样本重叠的288点FFT。在实施例中，如果使用重叠的变换技术被用于对 高频信号进行编码，则当在操作220执行重叠时可使用使解码器可完整地恢 复高频信号的设置窗和执行重叠的技术。但是，在操作220,还可使用除FFT 之外的不同的变换技术将时域变换到频域。例如，在操作220，变换技术可 以是QMF技术，在QMF中对多个预定频带中的每个通过时域来表示预定信
然后，在操作223,可按预定频带为单位计算用于变换的高频信号的频 谱(例如，在操作220产生)的音调。为了计算音调，如上所提到的，可利 用SFM。在实施例中，在用SFM计算音调的情况下，例如，音调可以是通 过从1减去相应的SFM值而获得的值。
在操作225，通过对每个预定频带计算在操作220中变换的高频信号的 频谱相对于在操作215中产生的频谱的能量比，可计算相应的增益值。
另外，在操作228,可按预定频带为单位计算在操作215中产生的频语 的音调。
在操作235,还可将在操作228中计算的音调与在操作223中计算的用 于高频信号的音调相比较。
因此，在实施例中，在操作223中计算的高频信号的音调比操作228中 计算的音调大的频带的情况下，在操作240,可根据在操作223中计算的音 调相对于在操作228中计算的音调的比率来减小操作225中计算的增益值。 在此，为了使由解码器产生的高频信号的噪声的量与目标高频信号的噪声的 量(例如)相似，可在操作240减小用于预定频带的增益值。
在操作240，例如，可使用下述的式3和式4可减小增益值。
式3:<formula>formula see original document page 13</formula>(Z5)
在此，7b a/々J表示在操作223计算的音调，化朋// "5^表示 在操作228计算的音调，SF7kf ^/S 表示用于高频信号的频谱的SFM值， 5"FM广/^,表示用于在操作215中的频谱的SFM值。
式4:
在此，&">2'表示在操作240中减小的预定频带的增益值，"a/e表示由第 一音调计算器128根据式3在操作223计算的音调相对于在操作228中计算 的音调的比率，g"/"表示通过操作225计算的预定频带的增益值。
其后，在操作245,可对增益值减小的频带计算在操作240减小的增益值。
在操作223中计算的高频信号的音调比操作228中计算的音调大的频带 的情况下，可以对在操作225中计算的增益值进行量化。
在操作250,还可对在操作223中计算的用于高频信号的频谱的每个频 带的音调进行量化。
因此，在操作255,可通过将在操作245中量化的增益值与在操作250 中量化的音调进行复用，还可产生合成比特流。
图3是根据本发明实施例的带宽扩展解码器。例如，参考图3,带宽扩 展解码器可包括解复用器300、激励信号提取器305、转换器310、频谱折叠 单元315、增益值解码器320、增益平滑单元325、增益值应用单元330、音 调计算器335、音调解码器338、音调比较器340、噪声计算器345、噪声加 法器350、逆变换单元355和区域合成器360。
例如，解复用器300可通过其输入端从编码器接收比特流，并对比特流 进行解复用。在此，解复用器300可对比特流进行解复用，以分离分别包括 的频率比示例预定频率高的区域中的每个频带的增益值、用于频率比预定频 率高的区域的每个频带的音调以及由编码器编码的低频信号。在此，在实施 例中，低频信号可属于频率比第一预定频率低的区域，从而相应的高频信号 可以是频率比第二预定频率高的区域。在所述实施例中，第一预定频率可优 选等于第二预定频率；但是，还可将第一预定频率和第二预定频率设置为不同值。激励信号提取器305可以接收解复用的低频信号，对低频信号进行解码，
从解码的低频信号移除包络，并从低频信号提取激励信号。在那时，激励信
号提取器305可通过对解码的低频信号执行LPC分析以从低频信号移除包络 来提取激励信号。因此，激励信号提取器305可通过使用被解码器使用的以 提取激励信号的技术来提取激励信号。在此，激励信号提取器305还可将解 码的低频信号输出到区域合成器360,并将提取的激励信号输出到变换单元 310。
变换单元310可将提取的低频信号的激励信号从时域变换到频域。例如， 变换单元310可通过对激励信号执行FFT来将激励信号变换到频域，其中， FFT可以是例如288点FFT、 576点FFT或1152点FFT中的任意一个包括 32个样本重叠的288点FFT。在实施例中，如果使用重叠的变换技术被用作 对低频信号进行编码，则变换单元310可优选使用设置窗和执行重叠的技术， 从而解码器可完整地恢复低频信号。但是，变换单元310可使用除FFT之外 的不同的变换技术将时域变换到频域的。例如，在实施例中，变换单元可使
示预定信号。
频谱产生器315可通过处理由变换单元310变换的激励信号的频谱来产 生高频区域的频谱、比预定频率或上述第二预定频率高的频率的频谙。例如， 频谱产生器315可通过这种方式产生高频区域的频谱，即，将提取的(例如， 由变换单元310变换的)激励信号的频谱缀入到高频区域，或将提取的激励 信号的频谱关于预定频率进行对称地折叠。
增益值解码器320可从复用器300接收编码的增益值，并对从复用器300 接收的编码的增益值进行解码。
为了防止在频带之间增益值急剧地变化，增益值平滑单元325还可对增 益值进行平滑。在此，增益值平滑单元325可通过沿每个频带的中心在频带 之间根据频率点索引执行插值来调整增益值。
例如，图5中示出增益值平滑单元325对用于四个频带的增益值进行平 滑的实施例。图5中示出的数据点表示用于四个频带的增益值，图5中示出 的线表示平滑的增益值。但是，在实施例中，增益值平滑单元325可不包括 在带宽扩展解码设备中。
增益值应用单元330可将(例如，由增益值平滑单元315平滑的)平滑的增益值应用到由频谱产生器315产生的频谱。
音调计算器335还可计算由增益值应用单元330应用了增益值的频谱的 音调。
音调解码器338可从解复用器300接收高频区域的每个频带的音调并对 音调进行解码，例如，该高频区域相应于频率比上述的由编码器编码的第二 频率高的区域。
音调比较器340可将用于(例如，由音调计算器335计算的)每个频带 的音调与用于由音调解码器338解码的每个频带的音调相比较。
在实施例中，噪声计算器345还可对由音调计算器335计算的音调比由 音调解码器338解码的音调大的频带计算音调的噪声的量，所述噪声使得用 于高频信号的频谱的音调与由音调解码器338解码的音调相似。例如，噪声 计算器345使用下述式5、式6和式7来计算噪声的量。
式5: 乂 iSFM (Cwr) [/」 式6:
W = a/1-化《
式7:
spec[ /] = sc"/e^ [/] x spec〖)]+ w/e丄。,w [。x /簡'se[)]
在此，/表示频带索引，y表示频语线索引。
然后，逆变换单元353可对音调计算器335计算的音调比由音调解码器 解码的音调大的频带将例如已由噪声加法器250增加了噪声的量的频谱从频 域逆变换到时域。例如，逆变换单元353可以是快速傅里叶逆变换(IFFT), 其中,例如，IFFT可以是例如288点IFFT、 576点IFFT或1152点IFFT中 的任意一个的包括32个样本重叠的288点IFFT。在实施例中，如果使用重 叠的变换技术被用于对低频信号进行编码，则逆变换单元353可优选地使用 设置窗和执行重叠的技术，从而解码器可完整地恢复低频信号。但是，所述 逆变换单元353可使用将频域变换到时域的除IFFT之外的不同的变换技术。 仅作为示例，逆变换单元353可使用诸如QMF的变换4支术。
在此，逆变换单元353可因此执行如图6示出的重叠。例如，如果使用 重叠的变换技术^C用作对低频信号进行编码，则逆变换单元353可优选使用设置窗和执行重叠的技术，从而解码器可完整地恢复低频信号。
另外，逆变换单元353可对由音调计算器335计算的音调比由音调解码 器338解码的音调小的频带将增益值应用单元330已应用了增益值的频谱从 频域逆变换到时域。
号提取器305解码的的低频信号，并在频率比示例预定频率高的区域中定位 由逆变换单元353逆变换的高频信号，然后将低频信号与高频信号合成，并 通过输出端OUT输出合成的结果。
图4示出根据本发明的实施例的带宽扩展解码方法。
例如，可从解码器接收比特流，然后在操作400对比特流进行解复用。 在此，比特流可包括用于频率比预定频率高的区域中的每个频带的增益值、 用于频率比预定频率高的区域中的每个频带的音调和由编码器编码的低频信 号。在此，在示例性实施例中，低频信号属于频率比第一预定频率低的区域， 从而相应的高频信号可以是频率比第二预定频率高的区域。在所述实施例中， 第一预定频率可优选为等于第二预定频率；但是，第一预定频率和第二预定 频率可以设置为不同值。
然后，在操作405，可以对编码的低频信号进行解码，从解码的低频信 号移除包络，从低频信号提取激励信号。在那时，例如，可通过对低频信号 执行LPC分析以从低频信号移除包络，来从低频信号提取激励信号。在操作 405,可优选通过与编码器执行的产生编码的低频信号以提取相应的激励信号 的技术相同的技术来提取激励信号。
在操作410,可将提取的低频信号的激励信号从时域变换到频域。例如， 在操作410，可使用FFT,其中，FFT可以是例如288点FFT、 576点FFT、 或1152点FFT中的任意一个的包括32个样本重叠的288点FFT。在实施例 中，如果使用重叠的变换技术被用于对低频信号进行编码，则可使用使解码 器完整地恢复低频信号的设置窗和执行重叠的技术。但是，在操作410,可 使用除FFT之外的不同的变换技术将时域变换到频域。例如，在操作410, 可通过诸如QMF的变换技术来执行变换，该QMF中对多个预定频带中的每 个通过时域来表示预定信号。
因此，在操作415,可通过处理激励信号的频谱，在频率比上述预定频 率(例如，第二预定频率)高的高频区域中产生频谱。例如，在操作415，可通过这些方式产生高频区域的频谱，即，将在操作410变换的激励信号的 频谱缀入到高频区域，或将激励信号的频谱关于预定频率进行对称地折叠到 高频区域。
然后，在操作420,可对由编码器编码的增益值进行解码。 为了防止增益值在频带之间急剧变化，在操作425,还可对增益值进行
平滑。在此，例如，可沿着每个频带的中心在频带之间通过根据频率点索引
执行插值来调节增益值。
例如，图5中已示出了操作425的对四个频带平滑增益值的实施例。图
5中示出的数据点表示用于四个频带的增益值，图5中示出的线表示通过平
滑增益值所获得的增益值。但是，如上所述，在实施例中，在带宽扩展解码
技术中可不包括所述操作425。
在操作430，平滑的增益值可被应用于在操作415产生的频谱。
另外，在操作435,可计算已在操作430中应用了增益值的频谱的音调。
在操作438,因此，可对如编码器编码的用于高频区域的每个频带的音
调进行解码，该高频区域的频率比预定频率高或比上述第二预定频率高。
在操作440，还可将在操作435中计算的用于每个频带的音调与在操作
438中解码的用于每个频带的音调相比较。
在操作435中计算的音调比操作438中解码的音调大的频带的情况下，
在操作445,计算使高频信号的频谱的音调与在操作438中解码的音调相似
的噪声的量。例如，在操作445，可通过使用下述的式8、式9和式10来计
算噪声的量。 式8:
r。""％ (C"r) [/.] V 6"尸A/ (Cw/')[,] 式9: _
式10:
s/ ec= sc"/e,』[,']x spec[./] + sc"/e,力,、,['.]x ".。/犯[)] 在此，/表示频带索引，乂表示频语线索引。
在操作450,在操作445中计算的噪声的量可被应用于在操作430中应 用了增益值的频语。
17在操作453，可对操作435中计算的音调比操作438中解码的音调大的 频带将已在操作450中增加了噪声的量的频谱从频域变换到时域。例如，在 操作453,可通过IFFT执行变换，其中，IFFT可以是例如288点IFFT、 576 点IFFT或1152点IFFT中的任意一个的包括32个样本的重叠的288点IFFT。 在实施例中，如果使用重叠的变换技术被用作对低频信号进行编码，则可使 用使解码器可完整地恢复低频信号的设置窗和执行重叠的技术。但是，在操 作453,还可使用除IFFT之外的不同的变换技术将频域变换到时域。例如， 在操作453，可通过诸如QMF的变换技术来执行变换。
在操作453,在实施例中，可以如图6中所示的4丸行重叠。例如，如果 使用重叠的变换技术被用于对低频信号进行编码，则可使用使解码器可完整 地恢复低频信号的设置窗和执行重叠的技术。
另外，在操作453,对在操作435中计算的音调比操作438中解码的音 调低的频带，可将在操作430中应用了增益值的频谱从频域逆变换到时域。
另外，在操作455，通过在频率比上述预定频率低的区域中定位(例如， 操作405中解码)解码的低频信号和在频率比所述预定频率高的区域中定位 (例如，操作453中逆变换的)高频信号，可将低频信号与高频信号进行复 用，以输出结合的低频信号和高频信号。
除上述的实施例之外，还可通过在记录介质(例如，计算机可读介质) 中/上可读代码/指令来实现本发明的实施例以实现控制至少一个处理元件的 计算机上述任意实施例。介质可相应于任意允许储存和/或传输计算机可读代 码的介质/媒体。
可以以多种方式在介质上记录/传递计算机可读^C码，所述介质的示例包 括诸如磁存储媒体(例如，ROM、软盘、硬盘等)和光记录媒体(例如， CD-ROM或DVD)的记录媒体，诸如运载或包括载波的媒体的传输媒体，如 因特网元件。因此，根据本发明的实施例的介质可以是限定的和可测量的包 括或运载信号或信息的结构，例如，运载比特流的装置。媒体还可以是分布 的网络，从而以分布式方式对计算机可读代码进行存储/传递和执行。另外， 仅作为示例，处理元件可包括处理器或计算机处理器，处理元件可被分布于 和/或包括在单一元件中。
根据本发明的一个或多个实施例的带宽扩展编码和/或解码方法、介质和 设备中，可以通过处理从低频信号提取的激励信号来对高频信号进行编码和/
18或解码。因此，当使用少量的位对音频信号进行编码和/或解码时，没有使与 高频区域相应的信号的声音质量恶化，所以可最大化编码效率。
虽然参照本发明的不同实施例具体示出和描述了本发明的各方面，但应 该理解，这些示例性实施例仅应理解为描述性而不是限制性的目的。任一个 实施例中的一个方面的能力或功能的任何缩小或扩大不应理解为在不同的实 施例中相似特征的扩大或缩小，即，每个实施例中的特4正或方面的描述应典 型地理解为在对其余实施例中的其他相似特征或方面可用。
因此，虽然已示出和描述了一些实施例，但本领域技术人员应该理解， 在不脱离由权利要求及其等同物限定其范围的本发明的原理和精神的情况 下，可以对这些实施例进行修改。
权利要求
1、一种带宽扩展编码方法，包括从低频信号移除包络以从低频信号提取激励信号，并将激励信号变换到频域，其中，低频信号属于频率比预定频率低的频率区域；通过处理激励信号的频谱来产生属于频率比预定频率高的区域的频谱；和将产生的频谱和与频率比预定频率高的区域相应的高频信号的频谱相比较，并计算增益值。
2、 如权利要求l所述的方法，还包括计算产生的频谱的音调和高频信号的频语的音调，并将产生的频谱的音 调与高频信号的频谱的音调相比较；和根据比较的结果调节增益值。
3、 如权利要求1所述的方法，其中，将激励信号变换到频域的步骤包括 通过对低频信号执行线性预测编码分析以从低频信号移除包络来从低频信号 提取激励信号。
4、 如权利要求1所述的方法，其中，产生位于频率比预定频率高的区域 的频语的步骤包括通过将低频信号折叠到频率比预定频率高的区域或将低 频信号对称地缀入到频率比预定频率高的区域来产生频谱。
5、 如权利要求1或2所述的方法，还包括对高频信号的频谱的增益值 或音调进行编码。
6、 如权利要求l所述的方法，其中，计算增益值的步骤包括计算用于 高频信号的频谱的能量值相对于用于产生的频谱的能量值的比率，从而计算 增益值。
7、 一种带宽扩展解码方法，包括从低频信号移除包络以提取激励信号，并将激励信号变换到频域，其中， 低频信号属于频率比预定频率低的低频区域；通过处理激励信号的频谱来产生属于频率比预定频率高的区域的频谱；和对增益值进行解码，并将增益值应用于产生的频谱。
8、 如权利要求7所述的方法，还包括对增益值进行平滑。
9、 如权利要求7或8所述的方法，还包括对与频率比预定频率高的区域相应的高频信号的音调进行解码； 计算应用了增益值的频谱的音调；将高频信号的音调与频谱的音调相比较，根据比较结果计算将被添加到 应用了增益值的频谱的噪声的量，并将噪声的量添加到应用了增益值的频谱。
10、 如权利要求7所述的方法，其中，变换激励信号的步骤包括通过 对低频信号执行线性预测编码分析以从低频信号移除包络来从低频信号提取 激励信号。
11、 如权利要求7所述的方法，其中，产生位于频率比预定频率高的区 域的频谱的步骤包括通过将低频信号折叠到频率比预定频率高的区域或将 低频信号对称地缀入到频率比预定频率高的区域来产生频谱。
12、 如权利要求7所述的方法，还包括对低频信号进行解码。
13、 如权利要求12所述的方法，还包括 将应用了增益值的频谱逆变换到时域；和 使解码的低频信号与逆变换的频语同步。
14、 一种带宽扩展编码设备，包括激励信号提取器，从低频信号移除包络以提取激励信号，并将激励信号 变换到频域，其中，低频信号属于频率比预定频率低的频率区域；频谱产生器，通过处理激励信号的频谱来产生属于频率比预定频率高的 频率区域的频谱；和增益值计算器，将产生的频谱和与频率比预定频率高的区域相应的高频 信号的频谱相比较，并计算增益值。
15、 如权利要求14所述的带宽扩展编码设备，还包括 音调比较器，计算产生的频谱的音调和高频信号的频谱的音调，并将产生的频谱的音调与高频信号的频语的音调相比较；和 增益值调节单元，根据比较的结果调节增益值。
16、 如权利要求14所述的带宽扩展编码设备，其中，激励信号提取器通 过对低频信号执行线性预测编码分析以从低频信号移除包络来从低频信号提 取激励信号。
17、 如权利要求14所述的设备，其中，频语产生器通过将低频信号折叠区域来产生频语。
18、 如权利要求14或15所述的设备，还包括编码器，对高频信号的 频谙的增益值或音调进行编码。
19、 如权利要求14所述的设备，其中，增益值计算器计算用于高频信号 的频语的能量值相对于用于产生的频谱的能量值的比率，并计算增益值。
20、 一种带宽扩展解码设备，包括激励信号提取器，从低频信号移除包络以提取激励信号，并将激励信号 变换到频域，其中，低频信号属于频率比预定频率低的频率区域；频谱产生器，通过处理变换的激励信号的频谱来产生属于频率比预定频 率高的频率区域的频谱；和频谱应用单元，对增益值进行解码，并将解码的增益值应用于产生的频谱。
21、 如权利要求20所述的设备，还包括增益值平滑单元，对增益值进 行平滑。
22、 如权利要求20或21所述的设备，还包括音调解码单元，对与频率比预定频率高的区域相应的高频信号的音调进 行解码；音调计算单元，计算应用了增益值的频谱的音调；噪声计算单元，将解码的音调与计算的音调相比较，计算将被添加到应 用了增益值的频语的噪声的量；和噪声添加单元，将噪声的量添加到应用了增益值的频谱。
23、 如权利要求20所述的设备，其中，激励信号提取单元通过对低频信 号执行线性预测编码以从低频信号移除包络来从低频信号提取激励信号。
24、 如权利要求20所述的设备，其中，频谱产生单元通过将低频信号折 叠到频率比预定频率高的区域或将低频信号对称地缀入到频率比预定频率高 的区域来产生频谱。
25、 如权利要求20所述的设备，还包括低频信号解码单元，对低频信 号进行解码。
26、 如权利要求20所述的设备，还包括 逆变换单元，将应用了增益值的频语逆变换到时域；和 区域合成单元，将解码的低频信号与逆变换的频语进行合成。
27、 一种记录有用于^l行方法的程序的计算^t几可读记录介质，所述方法包括从低频信号移除包络以提取激励信号，并将激励信号变换到频域，其中，低频信号属于其频率比预定频率低的频率区域；通过处理激励信号的频谱来产生属于频率比预定频率高的区域的频谱；和将产生的频谱和与频率比预定频率高的区域相应的高频信号的频谱相比较，并计算增益值。
28、 一种记录有用于执行方法的程序的计算机可读记录介质，所述方法包括从低频信号移除包络以提取激励信号，并将激励信号变换到频域，其中，低频信号属于频率比预定频率低的频率区域；通过处理激励信号的频谱来产生属于频率比预定频率高的区域的频谱；和对增益值进行解码，并将增益值应用于产生的频谱。
全文摘要
一种对音频信号进行解码/编码的方法、介质和设备。通过使用从低频信号提取的激励信号对高频信号进行编码和/或解码，由于当使用低的位数和比特率对音频信号进行编码或解码时没有使相应于高频区域的信号的声音质量恶化，所以可最大化编码效率。
文档编号G10L19/00GK101568959SQ200780048069
公开日2009年10月28日 申请日期2007年11月8日 优先权日2006年11月17日
发明者吴殷美, 朱基岘, 磊 苗 申请人:三星电子株式会社