专利名称：编码装置、解码装置、编码方法及解码方法
技术领域：
本发明涉及对语音信号、音频信号等进行编码/解码的编码装置、解码装置、编码方法及解码方法。
背景技术：
为有效利用移动通信系统的电波资源等，需要用低比特率来压缩语音信号。另一方面用户却希望提高通话语音的质量及实现较高临场感的通话服务。为实现该目的，除需提高语音信号的质量以外，还需对语音以外的频带更宽的音频信号等信号进行高质量的编码。对于这样互相矛盾的需求，将多个编码技术结合起来的提案比较具有前景。具体来说，采用将第一编码单元和第二编码单元分层组合的结构，所述第一编码单元，以适合语音信号的模式用低比特率对输入信号进行编码，所述第二编码单元，以适合语音以外的信号的模式对输入信号与第一层解码信号的残差信号进行编码。具有这种分层结构的编码方式，由于通过编码单元得到的比特流具有扩展性(通过比特流的一部分信息也能够得出解码信号)，因此被称为扩展性编码。扩展性编码基于其特性，可以灵活地对应比特率不同的网络之间的通信。可以说该特征适用于通过IP协议将多种网络合并的将来的网络环境。以往的扩展性编码例如有非专利文献1记载的扩展性编码。该文献中，记述了关于使用基于MPEG-4 (Moving Picture Experts Group phase-4，流动图像专家组)的标准化技术来构成扩展性编码的方法。具体来说，在第一层单元(基本层单元)中，使用CELP(Code Excited Linear Prediction，码本激励线性预测)对语音信号即原信号进行编码，在第二层单元(扩展层单元)，使用诸如AAC (Advanced Audio Coder，高级音频编码器)或者 TwinVQ (Transform Domain Weighted Interleave Vector Quantization,传输域力口权交织向量量化)的变换编码来对残差信号进行编码。在此，残差信号为从原信号中减去对第一层单元中得到的编码代码进行解码的结果(第一层解码信号)而得到的信号。非专利文献三木弼一编著、“MPEG-4 ^全 ”、初版、(株)工業調查会、1998年9 月 30 日、P. 126-12
发明内容
发明需要解决的问题然而，上述以往的技术中，第二层单元中的变换编码是针对从原信号中减去第一层解码信号所得的残差信号来进行的。因此，包含在原信号中的一部分主要信息，由于通过第一层单元而可能被去除。这种情况下，残差信号的特性就变成接近噪音序列的特性。由此，在第二层单元使用诸如AAC或TwinVQ的被设计成有效地对音乐信号进行编码的变换编
4码时，要通过对具有上述特性的残差信号进行编码来达到提高解码信号的质量的目的，就需要分配较多的比特。其结果是具有比特率变大的问题。本发明鉴于上述问题，其目的在于提供一种即使在第二层单元或更高的层单元中进行低比特率的编码也能够得到高质量的解码信号的编码装置、解码装置、编码方法及解码方法。解决该问题的方案本发明的编码装置为根据原信号生成低频带的编码信息及高频带的编码信息的编码装置，其采用具有第一频谱计算单元，根据所述低频带的编码信息的解码信号，计算低频带的第一频谱；第二频谱计算单元，根据所述原信号，计算第二频谱；第一参数计算单元，计算表示所述第一频谱与所述第二频谱的高频带部分的类似程度的第一参数；第二参数计算单元，计算表示所述第一频谱与所述第二频谱的高频带部分的变动分量的第二参数；以及编码单元，将算出的第一参数和第二参数作为所述高频带的编码信息来进行编码的结构。本发明的编码装置为根据原信号生成低频带的编码信息及高频带的编码信息的编码装置，其采用具有第一频谱计算单元，根据所述低频带的编码信息的解码信号，计算低频带的第一频谱；第二频谱计算单元，根据所述原信号，计算第二频谱；参数计算单元， 计算表示所述第一频谱与所述第二频谱的高频带部分的类似程度的参数；参数编码单元， 将算出的参数作为所述高频带的编码信息来进行编码；以及残差分量编码单元，对所述第一频谱和所述第二频谱的低频带部分的残差分量进行编码，其中，所述参数计算单元，使用由所述残差分量编码单元编码的残差分量提高所述第一频谱的质量后，计算所述参数的结构。本发明的解码装置采用具有频谱获取单元，获取对应于低频带的第一频谱；参数获取单元，分别获取作为高频带的编码信息被编码的第一参数，该第一参数表示所述第一频谱与对应于原信号的第二频谱的高频带部分的类似程度，和作为高频带的编码信息被编码的第二参数，该第二参数表示所述第一频谱与所述第二频谱的高频带部分的变动分量；以及解码单元，使用获取的第一参数和第二参数对所述第二频谱进行解码的结构。本发明的编码方法为根据原信号生成低频带的编码信息及高频带的编码信息的编码方法，其具有第一频谱计算步骤，根据所述低频带的编码信息的解码信号，计算低频带的第一频谱；第二频谱计算步骤，根据所述原信号，计算第二频谱；第一参数计算步骤， 计算表示所述第一频谱与所述第二频谱的高频带部分的类似程度的第一参数；第二参数计算步骤，计算表示所述第一频谱与所述第二频谱的高频带部分的变动分量的第二参数；以及编码步骤，将算出的第一参数和第二参数作为所述高频带的编码信息来进行编码。本发明的解码方法具有频谱获取步骤，获取对应与低频带的第一频谱；参数获取步骤，分别获取作为高频带的编码信息被编码的第一参数，该第一参数表示所述第一频谱与对应于原信号的第二频谱的高频带部分的类似程度，和作为高频带的编码信息被编码的第二参数，该第二参数表示所述第一频谱与所述第二频谱的高频带部分的变动分量；以及解码步骤，使用获取的第一参数和第二参数对所述第二频谱进行解码。本发明的编码装置为根据原信号生成低频带的编码信息及高频带的编码信息的编码装置，其采用具有第一频谱计算单元，根据所述低频带的编码信息的解码信号，计算低频带的第一频谱；第二频谱计算单元，根据所述原信号，计算第二频谱；估计单元，使用所述第一频谱，估计所述第二频谱的高频带部分；参数编码单元，在所述第一频谱中，对于与所述第二频谱的高频带部分所包含的频谱最类似的部分的参数进行编码；以及第一误差分量编码单元，对所述第二频谱的高频带部分与以所述参数表示的估计频谱之间的第一误差分量进行编码的结构。本发明的编码装置为根据原信号生成低频带的编码信息及高频带的编码信息的编码装置，其采用具有第一频谱计算单元，根据所述低频带的编码信息的解码信号，计算低频带的第一频谱；第二频谱计算单元，根据所述原信号，计算第二频谱；估计单元，使用所述第一频谱，估计所述第二频谱的高频带部分；参数编码单元，在所述第一频谱中，对于与表示所述第二频谱的高频带部分所包含的频谱最类似的部分的参数进行编码；以及第二误差分量编码单元，对所述第一频谱与所述第二频谱的低频带部分之间的第二误差分量进行编码，所述参数编码单元在使用由所述第二误差分量编码单元编码的所述第二误差分量提高了所述第一频谱的质量后，对所述参数进行编码的结构。本发明的解码装置采用具有编码信息获取单元，获取低频带的编码信息以及高频带的编码信息；频谱计算单元，根据所述低频带的编码信息的解码信号，计算低频带的第一频谱；参数获取单元，分别获取作为高频带的编码信息被编码的第一参数和作为高频带的编码信息被编码的第二参数，该第一参数利用所述第一频谱求取，并且该第一参数表示与对应于原信号的第二频谱的高频带部分最类似的估计频谱，该第二参数表示所述估计频谱与所述高频带部分之间的误差分量；以及解码单元，使用获取的所述第一参数和所述第二参数对所述第二频谱进行解码的结构。本发明的编码方法为根据原信号生成低频带的编码信息及高频带的编码信息的编码方法，其具有以下步骤根据所述低频带的编码信息的解码信号，计算低频带的第一频谱；根据所述原信号，计算第二频谱；使用所述第一频谱，估计所述第二频谱的高频带部分；在所述第一频谱中，对于表示与所述第二频谱的高频带部分所包含的频谱最类似的部分的参数进行编码；以及对所述第二频谱的高频带部分与以所述参数表示的估计频谱之间的第一误差分量进行编码。本发明的解码方法具有以下步骤获取低频带的编码信息以及高频带的编码信息；根据所述低频带的编码信息的解码信号，计算低频带的第一频谱；分别获取作为高频带的编码信息被编码的第一参数和作为高频带的编码信息被编码的第二参数，该第一参数利用所述第一频谱求取，并且该第一参数表示与对应于原信号的第二频谱的高频带部分最类似的估计频谱，该第二参数表示所述估计频谱与所述高频带部分之间的误差分量；以及使用获取的所述第一参数和所述第二参数对所述第二频谱进行解码。发明的有益效果根据本发明，即使在第二层单元或更高的层单元中进行低比特率的编码也能够得到高质量的解码信号。
图1是示意本发明的实施方式1涉及的编码装置的结构的方框图；图2是示意本发明的实施方式1涉及的第二层编码单元的结构的方框图3是示意本发明的实施方式1涉及的扩展频带编码单元的结构的方框图；图4是示意本发明的实施方式1涉及的扩展频带编码单元的滤波单元处理的生成频谱缓存的模式图；图5是示意本发明的实施方式1涉及的编码装置的复用单元输出的比特流的内容的模式图；图6是示意本发明的实施方式1涉及的解码装置的结构的方框图；图7是示意本发明的实施方式1涉及的第二层解码单元的结构的方框8是示意本发明的实施方式1涉及的扩展频带解码单元的结构的方框图；图9是示意本发明的实施方式2涉及的第二层编码单元的结构的方框图；图10是示意本发明的实施方式2涉及的第一频谱编码单元的结构的方框图；图11是示意本发明的实施方式2涉及的第二层解码单元的结构的方框图；图12是示意本发明的实施方式2涉及的第一频谱解码单元的结构的方框图；图13是示意本发明的实施方式2涉及的扩展频带编码单元的结构的方框图；图14是示意本发明的实施方式2涉及的扩展频带解码单元的结构的方框图；图15是示意本发明的实施方式3涉及的第二层编码单元的结构的方框图；图16是示意本发明的实施方式3涉及的第二频谱编码单元的结构的方框图；图17是示意本发明的实施方式3涉及的第二频谱编码单元的结构的变形例的方框图；图18是示意本发明的实施方式3涉及的第二层解码单元的结构的方框图；图19是示意本发明的实施方式3涉及的第二频谱解码单元的结构的变形例的方框图；图20是示意本发明的实施方式3涉及的第二层编码单元的结构的变形例的方框图；以及图21是示意本发明的实施方式3涉及的第二层解码单元的结构的变形例的方框图。
具体实施例方式本发明涉及适用于扩展性编码的较高层的变换编码，特别是该变换编码中频谱的有效编码方法。其主要特征之一为，使用具有将通过对第一层解码信号进行频率分析而得到的频谱(第一层解码频谱)作为内部状态(滤波器状态)的滤波器进行滤波处理，并将该输出信号当作原频谱的高频域部分的估计值。在此，原频谱是指，对经过延迟调整的原信号进行频率分析而得到的频谱。接着，对生成与原频谱的高频域部分最为类似的输出信号时的滤波信息进行编码，再传送给解码单元。由于只对滤波信息进行编码，而能够达到低比特率化的目的。在本发明的某一实施方式中，使用记录有多个频谱残差候选的频谱残差形状码本，向所述滤波器提供频谱残差并进行滤波处理。另外，在其它的实施方式中，在将第一层解码频谱存储在滤波器的内部状态之前，对第一层解码频谱的误差分量进行编码，在提高了第一层解码频谱的质量之后，通过滤波处理进行原频谱的高频域部分的估计。再者，在其它的实施方式中，在对第一层解码频谱的误差分量进行编码时，编码第一层解码频谱的误差分量以使第一层解码频谱的编码性能和使用了第一层解码频谱的高频域频谱的估计性能都提高。下面，针对本发明的实施方式参照附图进行详细说明。另外，在各实施方式中，进行具有由多个层构成的分层结构的扩展性编码。另外，在各实施方式中作为一个示例，(1) 假设扩展性编码的分层结构为，第一层(基本层或低层)和比第一层高的第二层(扩展层或高层)的两层结构，(2)在第二层的编码中，在频率区域进行编码(变换编码)，(3)第二层的编码使用MDCT (Modified Discrete Cosine Transform，修正的离散余弦变换)变换方式，(4)在第二层的编码中，将全频带分割成多个子带的情况下，以Bark定标等间隔地分割全频带，让各个子带与各个临界频带对应，(5)假设第一层的输入信号的采样率(Fl)与第二层的输入信号的采样率(F2)之间的关系为F2大于等于Fl (Fl ( F2)。(实施方式1)图1是示意形成例如语音编码装置等的编码装置100的结构的方框图。编码装置 100具有下采样单元101、第一层编码单元102、第一层解码单元103、复用单元104、第二层编码单元105及延迟单元106。图1中，采样率为F2的语音信号或音频信号(原信号)被提供给下采样单元101， 在下采样单元101中进行采样变换处理，生成采样率为Fl的信号，并提供给第一层编码单元102。第一层编码单元102，将对采样率为Fl的信号进行编码而得到的编码代码输出给第一层解码单元103及复用单元104。第一层解码单元103，根据从第一层编码单元102输出的编码代码生成第一层解码信号，并输出给第二层编码单元105。延迟单元106，对原信号赋予预定长度的延迟，并输出给第二层编码单元105。该延迟用于调整由下采样单元101、第一层编码单元102及第一层解码单元103产生的时间延迟的。第二层编码单元105，用从第一层解码单元103输出的第一层解码信号，对从延迟单元106输出的原信号进行编码。接着，将通过该编码单元得到的编码代码输出给复用单元 104。复用单元104，将从第一层编码单元102输出的编码代码与从第二层编码单元105 输出的编码代码复用，作为比特流输出。接下来，对第二层编码单元105进行更详细的说明。第二层编码单元105的结构如图2所示。第二层编码单元105具有频域变换单元201，扩展频带编码单元202，频域变换单元203及听觉掩蔽计算单元204。在图2中，频域变换单元201，对从第一层解码单元103输出的第一层解码信号通过MDCT变换进行频率分析，计算MDCT系数(第一层解码频谱)。接着，将第一层解码频谱输出给扩展频带编码单元202。频域变换单元203，对从延迟单元106输出的原信号通过MDCT变换进行频率分析， 计算MDCT系数(原频谱)。接着，将原频谱输出给扩展频带编码单元202。听觉掩蔽计算单元204，用从延迟单元106输出的原信号，计算每个频带的听觉掩蔽，并将该听觉掩蔽通知给扩展频带编码单元202。
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在此，人的听觉特性具有当听见某个信号时，与该信号的频率接近的声音即使传入耳朵中也很难听见该声音的特性，这种特性被称为听觉掩蔽特性。上述听觉掩蔽用于实现有效的频谱编码。该频谱编码中，利用人的听觉掩蔽特性将听觉上容许的量化失真定量化，并适用对应于该容许量化失真的编码方法。扩展频带编码单元202，如图3所示具有振幅调整单元301、滤波器状态设定单元 302、滤波单元303、延迟量(Lag)设定单元304、频谱残差形状码本305、搜索单元306、频谱残差增益码本307、乘法器308、扩展频谱解码单元309及定标因子(scale factor)编码单元 310。振幅调整单元301，被提供来自频域变换单元201的第一层解码频谱{Sl(k)； 0 ^ k < Nn}、来自频域变换单元203的原频谱{S2 (k) ；0彡k < Nw}。在此，假设第一层解码频谱的频谱点数为Nn，原频谱的频谱点数为Nw，且Nn < Nw。振幅调整单元301，进行振幅调整以使第一层解码频谱{Si (k) ；0彡k < Nn}的最大振幅频谱与最小振幅频谱的比(动态范围)，接近原频谱的高频域部分{S2(k) ；Nn ^k <Nw}的动态范围。具体来说，如式(1)所示，求振幅频谱的幂次。Sl' (k) = sign(Sl(k)) · |Sl(k) I γ ...(1)在此，signO为颠倒正号/负号的函数，Y表示0彡γ彡1范围内的实数。振幅调整单元301，从事先准备好的多个候选中选择，振幅调整后的第一层解码频谱的动态范围最接近原频谱的高频域部分{S2(k) ；Nn ^ k < Nw}的动态范围时的Y (振幅调整系数)， 并将其编码代码输出给复用单元104。滤波器状态设定单元302，将振幅调整后的第一层解码频谱{S1' (k) ；O^k <Nn}设成后述的音调滤波器的内部状态。具体来说，将振幅调整后的第一层解码频谱 {S1' (k) ；0<k<Nn}代入生成频谱缓存{S(k) ；0<k<Nn}，并输出给滤波单元303。 在此，生成频谱缓存S (k)为在0彡k彡Nw范围内定义的排列变量。通过后述的滤波处理生成(Nw-Nn)点的原频谱的估计值(以下称为“估计原频谱”候选。延迟量设定单元304，按照来自搜索单元306的指示，在事先设定的搜索范围 TMIN TMAX中，渐进地让延迟量T 一点点地变化，同时顺次地输出给滤波单元303。频谱残差形状码本305，存储多个频谱残差形状向量的候选。另外，按照搜索单元 306的指示，从所有的候选中或事先限定的候选中，顺次地输出频谱残差形状向量。同样的，频谱残差增益码本307，存储多个频谱残差增益的候选。另外，按照搜索单元306的指示，从所有的候选中或事先限定的候选中，顺次地输出频谱残差增益。乘法器308，将频谱残差形状码本305输出的频谱残差形状向量与频谱残差增益码本307输出的频谱残差增益相乘，并对频谱残差形状向量进行增益调整。接着，将增益调整后的频谱残差形状向量输出给滤波单元303。滤波单元303，使用由滤波器状态设定单元302设定的音调滤波器的内部状态、由延迟量设定单元304输出的延迟量T及增益调整后的频谱残差形状向量来进行滤波处理， 并计算估计原频谱。在此，音调滤波器的传递函数由式(2)表示。另外，该滤波处理由式 (3)表示。
权利要求
1.一种编码装置，根据原信号生成低频带的编码信息及高频带的编码信息，该编码装置具有第一频谱计算单元，根据所述低频带的编码信息的解码信号，计算低频带的第一频谱；第二频谱计算单元，根据所述原信号，计算第二频谱； 估计单元，使用所述第一频谱，估计所述第二频谱的高频带部分； 参数编码单元，在所述第一频谱中，对于与所述第二频谱的高频带部分所包含的频谱最类似的部分的参数进行编码；以及第一误差分量编码单元，对所述第二频谱的高频带部分与以所述参数表示的估计频谱之间的第一误差分量进行编码。
2.根据权利要求1所述的编码装置，其中，所述参数编码单元对于表示与所述第二频谱的高频带部分最类似的所述第一频谱的副频带的参数进行编码，表示所述副频带的参数在预先决定的范围中一点点地变化而决定。
3.根据权利要求1所述的编码装置，其中，所述第一频谱计算单元调整所述解码信号的频谱的动态范围以生成所述第一频谱。
4.根据权利要求1所述的编码装置，还具有第二误差分量编码单元，对所述第一频谱与所述第二频谱的低频带部分之间的第二误差分量进行编码，所述参数编码单元以及所述第一误差分量编码单元在使用由所述第二误差分量编码单元编码的所述第二误差分量提高了所述第一频谱的质量后，对所述参数以及所述第一误差分量进行编码。
5.根据权利要求4所述的编码装置，其中，所述第二误差分量编码单元提高所述第一频谱的低频带部分的质量和解码频谱的高频带部分的质量的双方，所述解码频谱是根据由所述参数编码单元编码的参数及第一误差分量得到的。
6.根据权利要求1所述的编码装置，还具有构成单元，构成按所述参数、以及所述第一误差分量的顺序被配置的比特流。
7.一种编码装置，根据原信号生成低频带的编码信息及高频带的编码信息，该编码装置具有第一频谱计算单元，根据所述低频带的编码信息的解码信号，计算低频带的第一频谱；第二频谱计算单元，根据所述原信号，计算第二频谱； 估计单元，使用所述第一频谱，估计所述第二频谱的高频带部分； 参数编码单元，在所述第一频谱中，对于表示与所述第二频谱的高频带部分所包含的频谱最类似的部分的参数进行编码；以及第二误差分量编码单元，对所述第一频谱与所述第二频谱的低频带部分之间的第二误差分量进行编码，所述参数编码单元在使用由所述第二误差分量编码单元编码的所述第二误差分量提高了所述第一频谱的质量后，对所述参数进行编码。
8.一种解码装置，具有编码信息获取单元，获取低频带的编码信息以及高频带的编码信息； 频谱计算单元，根据所述低频带的编码信息的解码信号，计算低频带的第一频谱； 参数获取单元，分别获取作为高频带的编码信息被编码的第一参数和作为高频带的编码信息被编码的第二参数，该第一参数利用所述第一频谱求取，并且该第一参数表示与对应于原信号的第二频谱的高频带部分最类似的估计频谱，该第二参数表示所述估计频谱与所述高频带部分之间的误差分量；以及解码单元，使用获取的所述第一参数和所述第二参数对所述第二频谱进行解码。
9.根据权利要求8所述的解码装置，其中，所述频谱计算单元调整所述解码信号的频谱的动态范围以生成所述第一频谱。
10.一种编码方法，根据原信号生成低频带的编码信息及高频带的编码信息，该编码方法具有以下步骤根据所述低频带的编码信息的解码信号，计算低频带的第一频谱；根据所述原信号，计算第二频谱；使用所述第一频谱，估计所述第二频谱的高频带部分；在所述第一频谱中，对于表示与所述第二频谱的高频带部分所包含的频谱最类似的部分的参数进行编码；以及对所述第二频谱的高频带部分与以所述参数表示的估计频谱之间的第一误差分量进行编码。
11.一种解码方法，具有以下步骤获取低频带的编码信息以及高频带的编码信息； 根据所述低频带的编码信息的解码信号，计算低频带的第一频谱； 分别获取作为高频带的编码信息被编码的第一参数和作为高频带的编码信息被编码的第二参数，该第一参数利用所述第一频谱求取，并且该第一参数表示与对应于原信号的第二频谱的高频带部分最类似的估计频谱，该第二参数表示所述估计频谱与所述高频带部分之间的误差分量；以及使用获取的所述第一参数和所述第二参数对所述第二频谱进行解码。
全文摘要
公开了编码装置、解码装置、编码方法及解码方法。本发明的编码装置，根据原信号生成低频带的编码信息及高频带的编码信息，该编码装置具有第一频谱计算单元，根据所述低频带的编码信息的解码信号，计算低频带的第一频谱；第二频谱计算单元，根据所述原信号，计算第二频谱；估计单元，使用所述第一频谱，估计所述第二频谱的高频带部分；参数编码单元，在所述第一频谱中，对于与所述第二频谱的高频带部分所包含的频谱最类似的部分的参数进行编码；以及第一误差分量编码单元，对所述第二频谱的高频带部分与以所述参数表示的估计频谱之间的第一误差分量进行编码。
文档编号G10L21/02GK102184734SQ201110150380
公开日2011年9月14日 申请日期2005年11月2日 优先权日2004年11月5日
发明者吉田幸司, 押切正浩, 江原宏幸 申请人:松下电器产业株式会社