对信号进行编码的方法和装置制造方法
【专利摘要】这里提供了一种用于对信号进行编码的方法和装置。在操作期间，要编码的宽带信号进入滤波器组。从滤波器组输出高频带信号和低频带信号。单独编码每个信号。在高频带信号的产生期间，在预处理之后并且在抽取之前实现下混频操作。下混频操作极大地减少系统复杂度。事实上，将观察到，现有技术实现中的最高采样速率是64kHz，而上述系统中的采样速率保持在32kHz或以下。这表示随着处理块的数目的减少，显著地省略了复杂性。
【专利说明】对信号进行编码的方法和装置
【技术领域】
[0001]本发明通常涉及编码信号，并且具体地，涉及用于对语音信号进行编码的方法和装置。
【背景技术】
[0002]当前的语音编码器被设计用于持续增长的宽带。由语音编码器支持的范围扩展为更高的频率可以改善清晰度。例如，区分诸如“s”和“f”的摩擦音的信息主要处于高频率。高频带扩展还可以改善语音的其他质量，诸如存在感(presence)。例如,池音元音甚至可以具有远高于PSTN限制的频谱能量。
[0003]一种用于宽带语音编码的方法涉及为了覆盖宽带频谱而缩放窄带语音编码的技术。例如，可以以更高速率来对语音信号进行采样，以包括高频率处的分量，并且可以将窄带编码技术重新配置成使用更多的滤波器系数来表示该宽带信号。诸如CELP(码本激励线性预测)的窄带编码技术是计算密集型的，然而，宽带CELP编码器可能消耗过多处理周期来实践用于很多的移动和其他嵌入式应用。使用这样的技术来将宽带信号的整个频谱编码成期望质量还可能导致宽带的不可接受得大的增加。此外，即使在编码的信号的窄带部分可以被传送到仅支持窄带编码的系统和/或由该系统解码之前，可能也需要这样的编码信号的转码。
[0004]为了解决该问题，已经提出了使编码器将宽带语音信号划分成低频带信号或窄带信号和高频带信号，然后对每个信号单独编码。在标题为SYSTEMS, METHODS, AND APPARATUSFOR GAIN CODING的美国专利申请公开2008/0126086中描述了这样的编码器，并且通过引用合并于此。
[0005]图1示出了现有技术宽带语音编码器100的框图。滤波器组101被配置成对宽带语音信号进行滤波，以产生较低带宽的低频带信号和高频带信号。窄带编码器102被配置成对低频带信号进行编码，以产生窄带滤波器参数和窄带残差信号。窄带编码器102通常被配置成产生作为码本索引或者其他量化形式的窄带滤波器参数和编码的窄带激励信号。高频带编码器103被配置成根据编码的窄带激励信号中的信息来对高频带信号进行编码以产生高频带编码参数。高频带编码器103通常被配置成产生作为码本索引或其他量化形式的高频带编码参数。宽带语音编码器100的一个具体示例被配置成，以大约8.55kbps(每秒千比特)的速率来对宽带语音信号进行编码，其中大约7.55kbps用于窄带滤波器参数和编码的窄带激励信号，并且大约Ikbps用于高频带编码参数。
[0006]在典型的实现中，滤波器组101包括低通滤波器和高通滤波器。图2和图3示出了在两个不同实现示例中的宽带语音信号、低频带信号和高频带信号的相对宽带。在这两个具体示例中，宽带语音信号具有32kHz的采样速率(表示O至16kHz的范围内的频率分量)，并且低频带信号具有16kHz的采样速率(表示O至8kHz的范围内的频率分量)。
[0007]在图2的示例中，在两个子带之间不存在明显重叠。可以使用具有8_16kHz的通带的高通滤波器来获得在该示例中示出的高频带信号。在这种情形下，可以期望通过用采样因子2对滤波信号进行下采样来将采样速率减少到16kHz。可以期望显著地减少对信号的进一步处理操作的计算复杂度的这样的操作涉及将通带能量向下移动到O至SkHz的范围，以防止?目息丢失。
[0008]在图3的替代示例中，上子带和下子带具有明显重叠，使得通过两个子带信号来描述7至SkHz的区域。可以期望这种重叠考虑到在低频带和高频带参数的解码之后上子带和下子带的重新组合期间的非理想滤波。
[0009]考虑根据在32kHz的采样速率的情况下的图2的实现并且在具有表示从O至
6.4kHz的信号的12.8kHz采样低频带分量的超宽带信号(50Hz - 14.0kHz)的情况下，严格采样的SkHz带宽信号可以适用于再生高频带分量。
[0010]图4示出了使用插值、重新采样、抽取和其他操作来执行高通滤波和下采样操作的功能对等的滤波器组101的现有技术实现的框图。在图4中，低通滤波器401和下采样器402用于生成低频带语音信号，而插值器403、重新采样器404、抽取器405、频谱反相电路406、抽取器407和频谱整形电路408用于生成高频带语音信号。
[0011]这种实现可能更容易设计和/或可以允许逻辑和/或代码的功能块的再利用。例如，相同的功能块可以用于执行如图4中所示的以2/5至12.SkHz (402)进行的抽取和以5/11至16kHz (407)进行的抽取的操作。可以通过使该信号乘以函数或序列(_1)来实现频谱反相操作，其值在+1和-1之间交替。频谱整形操作可以被实现为低通滤波器，该低通滤波器配置成对该信号进行整形以获得期望的全通滤波器响应。
[0012]应该注意的是，作为频谱反相操作的结果，高频带信号的频谱被反相。可以相应地配置编码器和相应解码器 中的后续操作。例如，本文中描述的高频带激励生成器可以被配置成产生还具有频谱反相形式的高频带激励信号。
[0013]可以发现上述实现中的最高采样速率是64kHz，并且获取高频带语音信号的严格采样版本所需要的处理步骤的数目是6，指示在可以开始编码之前复杂度的相对高的程度。此外，由于需要实现高频带语音信号的严格采样版本，即，与要编码的带的上频率的正好两倍相对应的采样速率，所以该方法的灵敏性受限制。在该情况下，需要的采样速率是用于以
14.4kHz的上频率对高频带进行编码的28.8kHz。因此，存在对于减少上述编码的复杂度并且提高对不同高频带配置进行配置的灵活性的用于编码信号的方法和装置需要。
【专利附图】
【附图说明】
[0014]图1是现有技术的编码器的框图。
[0015]图2示出宽带语音及其低频带和高频带分量。
[0016]图3示出宽带语音及其低频带和高频带分量。
[0017]图4是用于图1的编码器的现有技术滤波器组的框图。
[0018]图5是滤波器组的框图。
[0019]图6是图5的下混频器的框图。
[0020]图7示出利用图5的滤波器组进行的滤波。
[0021]图8是现有技术解码器的框图。
[0022]图9是解码器的框图。
[0023]图10示出利用图9的解码器进行的解码。[0024]图11是示出编码器的操作的流程图。
[0025]图12是示出滤波器组的操作的流程图。
[0026]图13是示出下混频器的操作的流程图。
[0027]图14是示出图9的高频带滤波器的操作的流程图。
[0028]图15是滤波器组的替代框图。
[0029]图16示出利用图15的滤波器组进行的滤波。
[0030]本领域技术人员将理解附图中的元件是出于简明而示出，并且不一定依比例绘制。例如，附图中一些元件的尺寸和/或相对位置可能相对于其他元件而被夸大，以有助于促进本发明的各种实施例的理解。而且，在商业上可行的实施例中有用或者必要的常见且易于理解的元件通常没有描述，以便于促进对本发明的各种实施例的不受阻碍的视图。进一步将理解，可以以具体发生顺序来描述或描绘特定动作和/或步骤，而本领域的技术人员将理解，实际上不需要对于顺序的这样的规定。本领域的技术人员将进一步理解，诸如“电路”的特定实现实施例可以等同地经由执行存储在非易失性计算机刻度存储器中的软件指令的通用计算装置(例如，CPU)或专用处理装置(例如，DSP)来实现。还将理解的是，本文中所用的术语和表达具有常规技术含义，这与上文阐述的本领域技术人员所用的此类术语和表达一致，除非其中不同的特定含义在本文中的其他方面已经阐明。
【具体实施方式】
[0031]为了满足上述需要，本文提供了一种用于对信号进行编码的方法和装置。在操作期间，要编码的宽带信号进入滤波器组。从该滤波器组输出高频带信号和低频带信号。每个信号被单独编码。在高频带信号的产生期间，在频谱反相之后并且在抽取之前实现下混频操作。下混频操作很大程度上降低系统复杂性。事实上，可以发现在现有技术实现中的最高采样速率是64kHz，而在上述系统中的采样速率保持在32kHz或以下。这表示随着处理块的数目的减少，显著地省略了复杂度。
[0032]本发明包括一种用于对信号进行编码的方法。该方法包括下述步骤:在滤波器组处接收宽带信号；对宽带信号进行滤波以产生低频带信号和高频带信号；利用窄带编码器来对低频带信号进行编码；以及利用高频带编码器对高频带信号进行编码。对宽带信号进行滤波以产生高频带信号的步骤包括下述步骤:使宽带信号频谱反相以产生频谱反相信号；以及对频谱反相的信号进行下混频，以产生下混频信号。
[0033]本发明还包括一种用于对信号进行解码的方法。该方法包括下述步骤:利用窄带解码器来对第一信号进行解码，以产生低频带信号；利用高频带解码器来对第二信号进行解码，以产生高频带信号；以及将低频带信号和高频带信号进行组合。组合低频带信号和高频带信号的步骤包括下述步骤:使高频带信号频谱反相；对频谱反相信号进行下混频；以及使下混频信号与窄带语音信号相加。
[0034]本发明还包括一种装置，该装置包括:滤波器组，接收宽带信号并且输出低频带信号和高频带信号；窄带编码器，对低频带信号进行编码；以及高频带编码器，对高频带信号进行编码。滤波器组包括频谱反相电路，对宽带信号进行频谱反相以产生频谱反相信号；下混频电路，对频谱反相信号进行下混频以产生下混频信号。
[0035]本发明还包括一种装置，该装置包括:第一解码器，对第一信号进行解码以产生低频带信号；第二解码器，对第二信号进行解码以产生高频带信号；频谱反相电路，对高频带信号进行频谱反相以产生频谱反相信号；下混频电路，对频谱反相信号进行下混频以产生下混频信号；以及加法器，使下混频信号与窄带语音信号相加。
[0036]现在转到附图，其中相同的附图标记表示相同组件，图5是滤波器组的框图。明显的是，图5的滤波器包括下混频电路501。在进行下混频的下混频之前的预处理通过频谱反相电路406来进行。下混频电路501用于对从频谱反相电路406输出的预处理的(即，频谱反相)信号进行下混频。更具体地，在下混频期间，以预定量使信号在频率上移位。图6中示出了下混频器501的更详细的框图。
[0037]如图6中所示，下混频器501包括希尔伯特变换电路601、混频器602和603、正弦/余弦生成器604以及求和电路605。通过将32kHz的预处理的输入信号表示为正好20个采样周期的正弦波来实现例如1600Hz信号的下混频。为了实现1600Hz频谱下混频处理，有必要推导出频谱反相输入信号的正交分量。这可以经由电路601来实现，其中是对于所有频率相位响应都等于η /2移位的全通滤波器的希尔伯特变换器被应用于输入信号，以仅得到虚部输出(Im)。实际上，更易于得到在所有频率上具有彼此相位相差π /2的输出的全通滤波器对。一种这样的滤波器对是:
[0038]
【权利要求】
1.一种用于对信号进行编码的方法，所述方法包括下述步骤: 在滤波器组处接收宽带信号； 对所述宽带信号进行滤波，以产生低频带信号和高频带信号； 利用第一编码器来对所述低频带信号进行编码； 利用第二编码器来对所述高频带信号进行编码；其中 对所述宽带信号进行滤波以产生所述高频带信号的所述步骤包括下述步骤:执行下混频操作，作为对所述宽带信号进行滤波的一部分。
2.根据权利要求1所述的方法，进一步包括下述步骤:对所述宽带信号进行预处理以产生预处理信号；并且其中，下混频的所述步骤包括下述步骤:对所述预处理信号进行下混频以产生下混频信号。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，执行下混频操作的所述步骤包括下述步骤:执行希尔伯特变换。
4.一种用于对信号进行解码的方法，所述方法包括下述步骤: 利用第一解码器对第一信号进行解码，以产生低频带信号； 利用第二解码器对第二信号进行解码，以产生高频带信号；以及 对所述低频带和所述高频带信号进行滤波，以通过执行下混频操作来产生宽带信号。
5.根据权利要求4所述的方法，其中，对所述低频带和所述高频带信号进行滤波的所述步骤包括下述步骤: 对所述高频带信号进行预处理，以产生预处理信号； 对所述预处理信号进行下混频，以产生下混频信号；以及 将所述下混频信号与低频带信号相加。
6.根据权利要求4所述的方法，其中，所述下混频操作包括希尔伯特变换操作。
7.一种装置，包括: 滤波器组，所述滤波器组接收宽带信号并且输出低频带信号和高频带信号； 第一编码器，所述第一编码器对所述低频带信号进行编码； 第二编码器，所述第二编码器对所述高频带信号进行编码；以及 其中，所述滤波器组包括: 下混频电路，所述下混频电路对信号进行下混频以产生下混频信号。
8.根据权利要求7所述的装置，其中，所述滤波器组包括: 预处理电路，所述预处理电路使所述宽带信号频谱反相以产生频谱反相信号，或者对所述宽带信号进行高通滤波以产生高通滤波信号；以及 所述下混频电路，所述下混频电路对预处理后的信号进行下混频以产生下混频信号。
9.根据权利要求8所述的装置，其中，所述下混频电路包括希尔伯特变换电路。
10.一种装置，包括: 第一解码器，所述第一解码器对第一信号进行解码以产生低频带信号； 第二解码器，所述第二解码器对第二信号进行解码以产生高频带信号； 下混频器，所述下混频器对信号进行下混频以产生下混频信号；以及 加法器，所述加法器使所述下混频信号与所述低频带信号相加。
【文档编号】G10L19/02GK103608860SQ201280028814
【公开日】2014年2月26日 申请日期:2012年6月5日 优先权日:2011年6月10日
【发明者】乔纳森·A·吉布斯 申请人:摩托罗拉移动有限责任公司