专利名称：编码装置、解码装置及其方法
技术领域：
本发明涉及对信号进行编码并传输的通信系统所使用的编码装置、解码装置及其方法。
背景技术：
通过以因特网通信为代表的分组通信系统、或移动通信系统等传输语音/音乐信号时，为了提高语音/音乐信号的传输效率，常使用压缩/编码技术。另外，近年来，单纯地以低比特率对语音/音乐信号进行编码，另一方面，对于将更宽频带的语音/音乐进行编码的技术的需求正在高涨。对于这种需求，已经开发了在不大幅度地增加编码后的信息量而对宽频带的语音 /音乐信号进行编码的各种技术。例如，在专利文献1中公开了下述技术，即，生成将一定时间的输入音响信号进行转换所得的频谱数据中的、频率的高频部的特征作为辅助信息，并将它与低频部的编码信息一起输出。现有技术文献专利文献专利文献1 特开2003-255973号公报专利文献2 国际公开第2007/052088号
发明内容
发明要解决的问题然而，在上述专利文献1公开的频带扩展技术中，预先固定地决定输入信号的低频部以及使用辅助信息生成的高频部。因此，对于例如输入信号的高频部的频谱数据微小的情况、或者相反地高频部的频谱数据具有非常高的能量的情况、或者高频部的频谱数据为复杂的形状的情况等，都使用同一编码方法，从而存在编码效率不高的问题。特别是在以低比特率对辅助信息进行编码时，使用计算出的辅助信息生成的解码语音的质量不充分， 根据情况也有可能产生异常噪声。本发明的目的是提供对于宽频带信号(7kHz频带)或超宽频带信号(14kHz频带) 等的信号，能够根据低频部的频谱数据而将高频部的频谱数据高效率地编码，改善解码信号质量的编码装置、解码装置及其方法。解决问题的方案本发明的编码装置的一种形态是，使用低频侧的频谱进行频带扩展而生成高频侧的频谱，所述编码装置采用的结构包括频带设定单元，输入频域的输入信号并基于所述频域的输入信号的特性，或者输入所述频域的输入信号及编码参数并基于所述编码参数或/ 和所述频域的输入信号的特性，生成用于决定通过所述频带扩展而设定的高频侧的第1频带的频带设定信息；以及高频编码单元，将基于所述频带设定信息决定的所述第1频带的所述输入信号进行编码而生成高频部编码信息。
本发明的解码装置的一种形态是，接收在编码装置中生成的编码信息并进行解码，所述编码装置使用频域的输入信号的低频侧的频谱进行频带扩展而生成高频侧的频谱，所述解码装置采用的结构包括接收单元，接收编码信息，所述编码信息包含对所述频域的高频侧即第1频带的输入信号进行编码而生成的高频部编码信息、对所述频域的低频侧的第2频带的所述输入信号进行编码而生成的低频部编码信息、以及基于所述频域的输入信号的特性或/和所述编码信息所包含的编码参数而设定的所述第1频带的频带设定信息；低频解码单元，使用所述低频部编码信息，生成所述第2频带的低频解码信号；以及高频解码单元，使用所述高频部编码信息及所述频带设定信息，生成所述第1频带的高频解码信号，并使用所述低频解码信号和所述高频解码信号而生成所述频域的解码信号。本发明的编码方法的一种形态是，使用低频侧的频谱进行频带扩展而生成高频侧的频谱，所述编码方法包括频带设定步骤，输入频域的输入信号并基于所述频域的输入信号的特性，或者输入所述频域的输入信号及编码参数并基于所述编码参数或/和所述频域的输入信号的特性，生成用于决定通过所述频带扩展设定的高频侧的第1频带的频带设定信息；以及高频编码步骤，将基于所述频带设定信息决定的所述第1频带的所述输入信号进行编码而生成高频部编码信息。本发明的解码方法的一种形态是，接收在编码装置中生成的编码信息并进行解码，所述编码装置使用频域的输入信号的低频侧的频谱进行频带扩展而生成高频侧的频谱，所述解码方法包括接收步骤，接收编码信息，所述编码信息包含对所述频域的高频侧即第1频带的输入信号进行编码而生成的高频部编码信息、对所述频域的低频侧的第2频带的所述输入信号进行编码而生成的低频部编码信息、以及基于所述频域的输入信号的特性或/和所述编码信息所包含的编码参数而设定的所述第1频带的频带设定信息；低频解码步骤，使用所述低频部编码信息，生成所述第2频带的低频解码信号；以及高频解码步骤，使用所述高频部编码信息及所述频带设定信息，生成所述第1频带的高频解码信号，并使用所述低频解码信号和所述高频解码信号生成所述频域的解码信号。发明的效果根据本发明，能够将宽频带信号或超宽频带信号等的高频部的频谱数据高效率地编码，能够改善解码信号的质量。
图1是表示本发明实施方式1的具有编码装置和解码装置的通信系统的结构的方框图。图2是表示图1所示的编码装置的内部的主要结构的方框图。图3是表示图2所示的编码单元的内部的主要结构的方框图。图4是表示图3所示的低频编码单元的内部的主要结构的方框图。图5是表示图3所示的高频编码单元的内部的主要结构的方框图。图6是用于说明图5所示的滤波单元中的滤波处理的细节的图。图7是表示在图5所示的搜索单元中对于子带搜索最佳基音(pitch)系数Tp’ 的处理的步骤的流程图。图8是表示图1所示的解码装置的内部的主要结构的方框图。
图9是表示图8所示的解码单元的内部的主要结构的方框图。图10是表示图9所示的低频解码单元的内部的主要结构的方框图。图11是表示图9所示的高频解码单元的内部的主要结构的方框图。图12是表示本发明的实施方式2的编码装置的内部的主要结构的方框图。图13是表示图12所示的第2层编码单元的内部的主要结构的方框图。图14是表示图13所示的低频编码单元的内部的主要结构的方框图。图15是表示图13所示的高频编码单元的内部的主要结构的方框图。图16是表示本发明的实施方式2的解码装置的内部的主要结构的方框图。图17是表示图16所示的第2层解码单元的内部的主要结构的方框图。图18是表示图17所示的高频解码单元的内部的主要结构的方框图。图19是表示本发明实施方式3的编码装置的内部的主要结构的方框图。图20是表示图19所示的第2层编码单元的内部的主要结构的方框图。图21是表示图20所示的高频编码单元的内部的主要结构的方框图。图22是表示本发明实施方式3的解码装置的内部的主要结构的方框图。图23是表示图22所示的第2层解码单元的内部的主要结构的方框图。图M是表示本发明实施方式4的编码装置的内部的主要结构的方框图。图25是表示图M所示的第2层编码单元的内部的主要结构的方框图。图沈是表示图25所示的频带扩展编码单元的内部的主要结构的方框图。图27是表示图25所示的残差频谱编码单元的内部的主要结构的方框图。图观的(a) (c)是示意地表示各层中编码/解码的频谱的频带和信息量(编码比特率)之间的对应关系的图。图四是表示本发明实施方式4的解码装置的内部的主要结构的方框图。图30是表示图四所示的第2层解码单元的内部的主要结构的方框图。图31是表示图30所示的残差频谱解码单元的内部的主要结构的方框图。图32是表示图30所示的频带扩展解码单元的内部的主要结构的方框图。图33的(a) (c)是示意地表示各层中编码/解码的频谱的频带和信息量(编码比特率)之间的另外的对应关系的图。标号说明101、111、121、131 编码装置102传输路径103、113、123、133 解码装置201、802、1005、1404、1406、2405、2804、2806 正交变换处理单元202 编码单元301、1101、1801 频带设定单元302、1102 低频编码单元303、1103、1802 高频编码单元902、1502 低频解码单元903、1503、2002 高频解码单元304、404、507、1104、1204、1307、1803、2503、2704 复用单元
401、2701 编码对象频谱计算单元402,1202,2702 形状编码单元403、506、1203、1306、2703 增益编码单元501、1301、1311、2601 频带分割单元502、922、1302、1602、3102 滤波状态设定单元503、923、1303、1603、3103 滤波单元505、1305 搜索单元504、1304基音系数设定单元801 解码单元901、911、921、1501、1601、2001、2901、3001、3101 分离单元1504频谱合成单元912,3002 形状解码单元913、924、1604、3003、3104 增益解码单元925,1605,3105 频谱调整单元1001,2401 下采样处理单元1002,2402 第1层编码单元1003、1402、2403、2802 第 1 层解码单元1004、1403、2404、2803 上采样处理单元1006,1701,2406 第 2 层编码单元1007,2407编码信息合并单元201差分频谱计算单元1401、2801 编码信息分离单元1405,1901,2805 第 2 层解码单元2501 频带扩展编码单元2502残差频谱编码单元2602,3106 相加频谱计算单元2902残差频谱解码单元2903频带扩展解码单元
具体实施例方式以下，参照附图详细地说明本发明的实施方式。并且，作为本发明的编码装置及解码装置，以语音编码装置及语音解码装置为例进行说明。(实施方式1)图1是表示本发明实施方式1的具有编码装置及解码装置的通信系统的结构的方框图。在图1中，通信系统具有编码装置101和解码装置103，分别处于可经由传输路径102 进行通信的状态。并且，编码装置101及解码装置103通常都被安装在基站装置或通信终端装置等中来使用。编码装置101以N样本为单位划分输入信号(N为自然数)，将N样本作为1帧，对每帧进行编码。这里，将作为编码对象的输入信号表示为l(n = 0.....Ν-1)。η表示以N样本为单位划分的输入信号中的第n+l的信号要素。编码装置101经由传输路径102向解码装置103发送编码后的输入信息(以下称为“编码信息”)。解码装置103接收经由传输路径102从编码装置101发送的编码信息，对其进行解码，得到输出信号。图2是表示图1所示的编码装置101的内部主要结构的方框图。编码装置101主要由正交变换处理单元201及编码单元202构成。正交变换处理单元201的内部具有缓冲器bufln(n = 0.....N_l)，对输入信号^cn
进行改进离散余弦变换(MDCT =Modified Discrete Cosine Transform)。接下来，说明正交变换处理单元201中的正交变换处理的计算步骤和向内部缓冲器的数据输出。首先，正交变换处理单元201通过下式(1)将缓冲器bufln的初始值初始化为“0”。bufln = 0(n = 0, ...，N_1) …(1)接着，正交变换处理单元201根据下式(2)，对输入信号1进行改进离散余弦变换 (MDCT)，求输入信号的MDCT系数(以下，称为“输入频谱”)X (k)。Xm = -Vx-COS -Δ-(^: = 0, ··· ,iv-i) ... (2 )
N L ^N 」 、,其中，k表示1帧中的各样本的索引。正交变换处理单元201根据下式(3)求将输入信号与缓存器bufln结合所得的向量即I’。
\buf\n (n = 0,---iV-l)…χ '= J “ ；\. 3接着，正交变换处理单元201通过式(4)对缓冲器buf In进行更新。bufIn = xn(n = 0, ...N_l) . . . (4)另外，正交变换处理单元201将输入频谱X(k)输出到编码单元202。从正交变换处理单元201、输入频谱X(k)被输入到编码单元202。编码单元202 将输入频谱X(k)进行编码，并生成编码信息。接着，编码单元202经由传输路径102将生成的编码信息发送到解码装置103。图3是表示图2所示的编码单元202的内部的主要结构的方框图。使用图3，说明编码单元202中的处理的细节。编码单元202主要由频带设定单元301、低频编码单元 302、高频编码单元(频带扩展单元)303以及复用单元304构成。各单元进行以下的动作。输入频谱X(k)从正交变换处理单元201被输入到频带设定单元301。频带设定单元301对输入频谱X (k)的频谱特性进行分析，根据分析结果，设定在低频编码单元302及高频编码单元(频带扩展单元)303中分别作为编码对象的频带。接着，频带设定单元301 将表示所设定的频带的频带设定信息输出到低频编码单元302、高频编码单元303以及复用单元304。接着，说明频带设定单元301中的、频带设定信息的计算方法。频带设定单元301首先对于输入频谱X(k)，根据式(5-1)算出频带为THta以下的局部能量(低频能量)Ε_，根据式(5-2)算出频带为THmgh以上的局部能量(高频能量) EmghO这里，假设THta及THmgh是预先决定的阈值，存在ΤΗ_< THlligh的关系。另外，式(5_2) 中，Fmax是最大频带值(最大的频率值)。
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权利要求
1.编码装置，使用低频侧的频谱进行频带扩展而生成高频侧的频谱，所述编码装置包括频带设定单元，输入频域的输入信号并基于所述频域的输入信号的特性，或者输入所述频域的输入信号及编码参数并基于所述编码参数或/和所述频域的输入信号的特性，生成用于决定通过所述频带扩展所设定的高频侧的第1频带的频带设定信息；以及高频编码单元，将基于所述频带设定信息决定的所述第1频带的所述输入信号进行编码而生成高频部编码信息。
2.如权利要求1所述的编码装置，所述频带设定单元生成通过将所述频域分割为所述第1频带和低频侧的第2频带而决定所述第1频带和所述第2频带的所述频带设定信息。
3.如权利要求2所述的编码装置，还包括低频编码单元，将基于所述频带设定信息决定的所述第2频带的所述输入信号进行编码而生成低频部编码信息。
4.如权利要求2所述的编码装置，还包括固定频带编码单元，将所述第2频带的低频部分中预先固定的频带的所述输入信号进行编码而生成固定频带编码信息。
5.如权利要求4所述的编码装置，还包括低频编码单元，将所述第2频带的所述输入信号和所述固定了的频带的所述输入信号之间的差分进行编码而生成低频部编码信息。
6.如权利要求1所述的编码装置，所述频带设定单元将所述输入信号的频域中的、低频侧的任意的第3频带的所述输入信号的能量和高于所述第3频带的高频侧的任意的第四频带的所述输入信号的能量进行比较，基于比较结果，生成决定所述第1频带的所述频带设定信息。
7.如权利要求6所述的编码装置，所述频带设定单元在所述第3频带的能量相对大于所述第四频带的能量的情况下，将所述第1频带设定得窄，在所述第3频带的能量不是相对大于所述第四频带的能量的情况下，将所述第1频带设定得宽。
8.如权利要求2所述的编码装置，所述频带设定单元将所述输入信号的频域中的、低频侧的任意的第3频带的所述输入信号的能量和高于所述第3频带的高频侧的任意的第四频带的所述输入信号的能量进行比较，基于比较结果，生成决定所述第1频带和所述第2频带的所述频带设定信息。
9.如权利要求8所述的编码装置，所述频带设定单元在所述第3频带的能量相对大于所述第四频带的能量的情况下，将所述第2频带设定得宽而将所述第1频带设定得窄，在所述第3频带的能量不是相对大于所述第四频带的能量的情况下，将所述第2频带设定得窄而将所述第1频带设定得宽。
10.如权利要求1所述的编码装置，还包括判定单元，计算所述输入信息的谐波，所述频带设定单元基于所述谐波，生成所述频带设定信息。
11.如权利要求1所述的编码装置，所述频带设定单元每数个帧地生成所述频带设定信息。
12.如权利要求1所述的编码装置，所述频带设定单元基于先前的处理帧中的所述频带设定信息，生成当前帧的所述频带设定信息。
13.如权利要求1所述的编码装置，所述编码参数是编码比特率。
14.如权利要求5所述的编码装置，所述频带设定单元输入所述频域的输入信号以及作为所述编码参数的编码比特率，并基于所述编码比特率而生成所述频带设定信息，所述低频编码单元进行与多个编码比特率对应的多速率编码。
15.如权利要求1所述的编码装置，所述频带设定单元输入所述频域的输入信号以及作为所述编码参数的编码率，并且所述编码比特率相对地越高，将所述第1频带设定得越窄。
16.如权利要求2所述的编码装置，所述频带设定单元输入所述频域的输入信号以及作为所述编码参数的编码比特率，所述编码比特率相对地越高，将所述第2频带设定得越宽，并且分割所述频域。
17.解码装置，接收在编码装置中生成的编码信息并进行解码，所述编码装置使用频域的输入信号的低频侧的频谱进行频带扩展而生成高频侧的频谱，该解码装置包括接收单元，接收编码信息，所述编码信息包含对所述频域的高频侧即第1频带的输入信号进行编码而生成的高频部编码信息、对所述频域的低频侧的第2频带的所述输入信号进行编码而生成的低频部编码信息、以及基于所述频域的输入信号的特性或/和所述编码信息所包含的编码参数而设定的所述第1频带的频带设定信息；低频解码单元，使用所述低频部编码信息，生成所述第2频带的低频解码信号；以及高频解码单元，使用所述高频部编码信息和所述频带设定信息，生成所述第1频带的高频解码信号，并使用所述低频解码信号和所述高频解码信号而生成所述频域的解码信号。
18.如权利要求17所述的解码装置，所述编码参数是编码比特率。
19.通信终端装置，具有权利要求1所述的编码装置。
20.基站装置，具有权利要求1所述的编码装置。
21.通信终端装置，具有权利要求17所述的解码装置。
22.基站装置，具有权利要求17所述的解码装置。
23.编码方法，用于使用低频侧的频谱进行频带扩展而生成高频侧的频谱，所述编码方法包括频带设定步骤，输入频域的输入信号而基于所述频域的输入信号的特性，或者输入所述频域的输入信号及编码参数而基于所述编码参数或/和所述频域的输入信号的特性，生成用于决定通过所述频带扩展设定的高频侧的第1频带的频带设定信息；以及高频编码步骤，将基于所述频带设定信息决定的所述第1频带的所述输入信号进行编码而生成高频部编码信息。
24.解码方法，用于接收在编码装置中生成的编码信息并进行解码，所述编码装置使用频域的输入信号的低频侧的频谱进行频带扩展而生成高频侧的频谱， 所述解码方法包括接收步骤，接收编码信息，所述编码信息包含对所述频域的高频侧即第1频带的输入信号进行编码而生成的高频部编码信息、对所述频域的低频侧的第2频带的所述输入信号进行编码而生成的低频部编码信息、以及基于所述频域的输入信号的特性或/和所述编码信息所包含的编码参数而设定的所述第1频带的频带设定信息；低频解码步骤，使用所述低频部编码信息，生成所述第2频带的低频解码信号；以及高频解码步骤，使用所述高频部编码信息及所述频带设定信息，生成所述第1频带的高频解码信号，并使用所述低频解码信号和所述高频解码信号生成所述频域的解码信号。
全文摘要
公开了对于宽频带信号或超宽频带信号等的信号，基于低频部的频谱数据而将高频部的频谱数据高效率地编码，改善解码信号的质量的编码装置。该编码装置使用低频侧的频谱进行频带扩展而生成高频侧的频谱，该编码装置包括频带设定单元(301)，输入频域的输入信号(输入频谱)，基于输入信号的特性，生成用于将输入信号的频带分割而设定低频侧的第1频带部和高频侧的第2频带部的频带设定信息；低频编码单元(302)，基于频带设定信息，对第1频带部的输入信号进行编码而生成低频部编码信息；以及高频编码单元(303)，基于频带设定信息，对第2频带部的输入信号进行编码而生成高频部编码信息。
文档编号G10L21/02GK102598123SQ20108004675
公开日2012年7月18日 申请日期2010年10月22日 优先权日2009年10月23日
发明者山梨智史 申请人:松下电器产业株式会社