专利名称：使用带宽扩展技术对信号编码和解码的方法和设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于对诸如语音信号或音乐信号的音频信号编码或解码的方法和设备，更具体地说，涉及一种对音频信号中与高频相应的信号编码或解码的方法和设备。
背景技术：
通常，对于人类，将与高频带相应的信号识别为声音没有将与低频带相应的信号识别为声音重要。因此，为了增加音频信号编码的效率，将许多比特分配给与低频带相应的信号，而将较少的比特分配给与高频带相应的信号。因此，需要一种即使通过使用少量比特对与高频带相应的信号编码也最大地改善人类感知的声音的质量的方法和设备。
发明内容
本发明提供一种通过使用时域或频域中编码的低频信号的激励信号或者通过使用低频信号的激励频谱来对高频信号编码或解码的方法和设备。根据本发明的一方面，提供一种带宽扩展编码方法，包括操作如果将在时域对低频信号编码，则从与小于预定频率的频带相应的低频信号提取激励信号，并且将激励信号从时域变换到频域；如果将在频域对低频信号编码，则从低频信号提取激励频谱；通过使用变换的激励信号的频谱或提取的激励频谱，在大于预定频率的频带中产生频谱；以及通过使用产生的频谱和与大于预定频率的频带相应的高频信号的频谱来计算增益。根据本发明的另一方面，提供一种带宽扩展编码方法，包括操作对与小于预定频率的频带相应的低频信号提取激励频谱；通过使用提取的激励频谱在大于预定频率的频带中产生频谱；以及通过使用产生的频谱和与大于预定频率的频带相应的高频信号的频谱来计算增益。根据本发明的另一方面，提供一种带宽扩展解码方法，包括操作如果已经在时域对低频信号编码，则对与小于预定频率的频带相应的低频信号的激励信号解码，并将激励信号从时域变换到频域；如果已经在频域对低频信号编码，则对低频信号的激励频谱解码； 通过使用变换的激励信号的频谱或解码的激励频谱在大于预定频率的频带中产生频谱；以及对增益解码，并将解码的增益应用于产生的频谱。根据本发明的另一方面，提供一种带宽扩展编码设备，包括时域编码单元，如果将在时域对低频信号编码，则从与小于预定频率的频带相应的低频信号提取激励信号，并且将激励信号从时域变换到频域；频域编码单元，如果将在频域对低频信号编码，则从低频信号提取激励频谱；频谱产生单元，通过使用变换的激励信号的频谱或提取的激励频谱，在大于预定频率的频带中产生频谱；以及增益计算单元，通过使用产生的频谱和与大于预定频率的频带相应的高频信号的频谱来计算增益。根据本发明的另一方面，提供一种带宽扩展编码设备，包括频谱提取单元，对与小于预定频率的频带相应的低频信号提取激励频谱；频谱产生单元，通过使用提取的激励频谱在大于预定频率的频带中产生频谱；以及增益计算单元，通过使用产生的频谱和与大于预定频率的频带相应的高频信号的频谱来计算增益。根据本发明的另一方面，提供一种带宽扩展解码设备，包括时域解码单元，如果已经在时域对低频信号编码，则对与小于预定频率的频带相应的低频信号的激励信号解码，并将激励信号从时域变换到频域；频域解码单元，如果已经在频域对低频信号编码，则对低频信号的激励频谱解码；频谱产生单元，通过使用变换的激励信号的频谱或解码的激励频谱在大于预定频率的频带中产生频谱；以及增益应用单元，对增益解码，并将解码的增益应用于产生的频谱。根据本发明的另一方面，提供一种记录有用于带宽扩展编码方法的计算机程序的计算机可读记录介质，所述方法包括操作如果将在时域对低频信号编码，则从与小于预定频率的频带相应的低频信号提取激励信号，并且将激励信号从时域变换到频域；如果将在频域对低频信号编码，则从低频信号提取激励频谱；通过使用变换的激励信号的频谱或提取的激励频谱，在大于预定频率的频带中产生频谱；以及通过使用产生的频谱和与大于预定频率的频带相应的高频信号的频谱来计算增益。根据本发明的另一方面，提供一种记录有用于带宽扩展编码方法的计算机程序的计算机可读记录介质，所述方法包括操作对与小于预定频率的频带相应的低频信号提取激励频谱；通过使用提取的激励频谱在大于预定频率的频带中产生频谱；以及通过使用产生的频谱和与大于预定频率的频带相应的高频信号的频谱来计算增益。根据本发明的另一方面，提供一种记录有用于带宽扩展解码方法的计算机程序的计算机可读记录介质，所述方法包括操作如果已经在时域对低频信号编码，则对与小于预定频率的频带相应的低频信号的激励信号解码，并将激励信号从时域变换到频域；如果已经在频域对低频信号编码，则对低频信号的激励频谱解码；通过使用变换的激励信号的频谱或解码的激励频谱在大于预定频率的频带中产生频谱；以及对增益解码，并将解码的增益应用于产生的频谱。
通过参照附图对本发明的示例性实施例进行的详细描述，本发明的上述和其它特点和优点将会变得更加清楚，其中图1是根据本发明的实施例的带宽扩展编码方法的流程图；图2是根据本发明的实施例的带宽扩展编码设备的框图；图3是根据本发明的实施例的带宽扩展解码方法的流程图；图4是根据本发明的实施例的带宽扩展解码设备的框图；图5是显示根据本发明的实施例的在图2和图4中示出的带宽扩展编码和解码设备中执行的折叠模式的图表；以及图6是显示根据本发明的另一实施例的在图2和图4中示出的带宽扩展编码和解码设备中执行的折叠模式的图表。
具体实施例方式现将参照附图来更加全面地描述本发明，在附图中显示本发明的示例性实施例。图1是根据本发明的实施例的带宽扩展编码方法的流程图。首先，在操作100，基于预定频率将输入信号划分成低频信号和高频信号。所述低频信号表示与小于第一频率的频带相应的信号，所述高频信号表示与大于第二频率的频带相应的信号。优选地，将第一频率和第二频率设置为相等，但是也可以设置为不同。在操作110，根据预定准则确定将在时域还是在频域对在操作100获得的低频信号编码。当在操作110确定将在时域对在操作100获得的低频信号编码时，在操作120，在时域对低频信号编码。在操作120在时域对低频信号编码的模式的示例包括码激励线性预测(CELP)模式和代数码激励线性预测(ACELP)模式。在操作120，在正在时域对低频信号编码的同时，从低频信号提取已经去除包络的激励信号。在实施例中，根据线性预测编码(LPC)分析通过从低频信号去除包络来提取激励信号。在操作125，将激励信号从时域变换到频域，从而产生低频信号的激励信号的频谱。在操作125将激励信号从时域变换到频域的模式的示例包括快速傅立叶变换(FFT)、修改的离散余弦变换(MDCT)等。另一方面，当在操作110确定在频域对在操作100获得的低频信号编码时，在操作 130，在频域对低频信号编码。在操作130在频域对低频信号编码的模式的示例包括变换编码激励(TCX)模式。在操作130，在频域对在操作100获得的低频信号编码的同时，从低频信号提取已经去除包络的激励频谱。在根据TCX执行编码的同时，可根据两个实施例在操作130执行激励频谱的提取。 在一个实施例中，可在TCX期间使用加权的语音域的频谱来提取激励频谱。在另一实施例中，可在TCX期间通过不执行一些分量而从低频信号中去除感知的加权来产生激励频谱。还可使用FFT或MDCT来实现操作130。在这种情况下，使用与ACELP编码模式下的激励信号频谱相同的激励信号频谱来恢复高频频谱。在操作135，通过使用在操作125产生的激励信号的频谱或在操作130提取的激励频谱，在大于预定频率的高频带产生激励频谱。在操作135，可通过将在操作125产生的激励信号的频谱或在操作130提取的激励频谱修补(patch)到高频带，或者可通过在高频带上折叠产生的激励信号的频谱或提取的激励频谱，来产生激励频谱，从而对于预定频率，在操作125产生的激励信号的频谱或在操作130提取的激励频谱与所述产生的频谱对称。在操作140，将在操作100获得的高频信号从时域变换到频域，从而产生高频频谱。在操作140变换高频信号的模式的示例包括FFT、MDCT等。在操作150，使用在操作135产生的激励频谱和在操作140产生的高频频谱来计算增益。当解码器通过使用低频信号的解码的激励信号的频谱来恢复高频频谱时，使用在操作150计算的增益。换句话说，当解码器通过使用低频信号的激励信号的频谱产生高频频谱时，该增益用于控制高频频谱的包络。
在操作150，根据等式1，可通过计算在操作135产生的激励频谱的每个频带的能量值与在操作140产生的高频频谱的每个频带的能量值的比率，来获得增益。
权利要求
1.一种带宽扩展解码方法，包括如果与低于预定频率的频带对应的低频信号已经在时域中被编码，则在时域中对该低频信号进行解码，以从解码的低频信号中产生激励信号；如果低频信号已经在频域中被编码，则在频域中对该低频信号进行解码，并将在频域中解码的低频信号变换为时域，以从变换后的低频信号产生激励信号； 将产生的激励信号变换到频域；通过使用变换后的激励信号在高于预定频率的频带中产生频谱；对增益解码，并将解码的增益应用到在高于所述预定频率的频带中产生的频谱。
2.如权利要求1所述的带宽扩展解码方法，其中，在时域中对低频信号进行解码的步骤包括通过码激励线性预测CELP或代数码激励线性预测ACELP来对低频信号进行解码。
3.如权利要求1所述的带宽扩展解码方法，其中，在频域中对低频信号进行解码的步骤包括通过变换编码激励TCX来对低频信号进行解码。
4.如权利要求1所述的带宽扩展解码方法，还包括 将已经应用了增益的频谱从频域变换到时域；将解码的低频信号与变换后的已经应用了增益的频谱进行合成。
5.如权利要求1所述的带宽扩展解码方法，还包括将感知噪声添加到在高于所述预定频率的频带中产生的频谱或已经应用了增益的频■i並曰O
6.如权利要求1所述的带宽扩展解码方法，其中，在高于所述预定频率的频带中产生频谱的步骤包括将解码的低频信号的激励信号修补到高于所述预定频率的频带。
7.如权利要求1所述的带宽扩展解码方法，其中，在高于所述预定频率的频带中产生频谱的步骤包括在高于所述预定频率的频带上折叠解码的低频信号的激励信号。
8.一种带宽扩展解码设备，包括时域解码单元，如果与低于预定频率的频带对应的低频信号已经在时域中被编码，则在时域中对该低频信号进行解码，以从解码的低频信号中产生激励信号，并将产生的激励信号变换到频域；频域解码单元，如果低频信号已经在频域中被编码，则在频域中对该低频信号进行解码，并将在频域中解码的低频信号变换为时域，以从变换后的低频信号产生激励信号，并将产生的激励信号变换到频域；频谱产生单元，通过使用变换后的激励信号在高于预定频率的频带中产生频谱； 增益应用单元，对增益解码，并将解码的增益应用到在高于所述预定频率的频带中产生的频谱。
9.如权利要求8所述的带宽扩展解码设备，其中，时域解码单元通过码激励线性预测 CELP或代数码激励线性预测ACELP来对低频信号进行解码。
10.如权利要求8所述的带宽扩展解码设备，其中，频域解码单元根据变换编码激励 TCX来对低频信号进行解码。
11.如权利要求8所述的带宽扩展解码设备，还包括 逆变换单元，将已经应用了增益的频谱从频域变换到时域；频带合成单元，将解码的低频信号与逆变换单元变换后的频谱进行合成。
12.如权利要求8所述的带宽扩展解码设备，还包括噪声添加单元，将感知噪声添加到在高于所述预定频率的频带中产生的频谱或已经应用了增益的频谱。
13.如权利要求8所述的带宽扩展解码设备，其中，频谱产生单元通过将解码的低频信号的激励信号修补到高于所述预定频率的频带来在高于所述预定频率的频带中产生频谱。
14.如权利要求8所述的带宽扩展解码设备，其中，频谱产生单元通过在高于所述预定频率的频带上折叠解码的低频信号的激励信号来在高于所述预定频率的频带中产生频谱。
全文摘要
提供一种执行带宽扩展编码和解码的方法和设备，其中，使用时域或频域中编码的低频信号的激励信号或者使用低频信号的激励频谱对高频信号编码或解码。因此，尽管使用少量比特对音频信号编码或解码，但是没有降低与高频带中的信号相应的声音的质量。因此，可以最大化编码效率。
文档编号G10L21/02GK102456349SQ201210011549
公开日2012年5月16日 申请日期2007年6月4日 优先权日2006年6月3日
发明者吴殷美, 孙昌用, 朱基岘, 苗磊, 金重会 申请人:三星电子株式会社