专利名称：音频信号高频参数编解码装置的制作方法
技术领域：
本发明属于音频技术领域，特别是涉及音频信号高频参数编解码装置。
背景技术：
对人类听觉系统的研究表明，人耳对于低频信号敏感度较高，所能容忍的量化误差较小，而对于高频信号的敏感度则较低，可容忍的量化误差较大。该特性被广泛的应用于音频压缩技术中。在有限码率的情况下，音频编码器会将可用比特分配给低频部分而忽略高频部分，由于音频信号中的高频成分代表了声音的细腻度，失掉高频成分会使声音听起来沉闷、不明亮，因而音频信号中的高频成分是人们追求的高品质音频必不可少的重要成分。然而因为不同类型信号的高频部分的特征不同，所以运用到的编解码技术也有所区别。若输入信号带宽大于核心层编码的频带范围，信号频率高于核心层编码范围的高频信号无法通过核心层进行编码。为了能高效重建高频信号，有必要研究高频参数编解码技术。
发明内容
本发明目的在于针对现有不同类型信号的高频信号，提供特定需求下的音频信号高频参数编解码装置，使得数字音频编解码时能够利用多种模式恢复无法通过核心层编码的高频信号，从而能高效重建高频信号。本发明提供的技术方案为一种音频信号高频参数编码装置，包含以下部分:分频模块，用于将输入的原始宽带信号分频成低频时域信号和高频时域信号；低频编码模块，用于根据分配模块得到的低频时域信号进行编码，输出低频参数和低频激励时域信号，其中低频参数输出到码流；时频变换模块，用于对高频时域信号作时频变换，得到高频频域信号；将低频激励时域信号作时频变换，得到低频激励频域信号；将白噪声时域信号作时频变换，得到白噪声频域信号；高频激励模块，用于根据预设的重建模式和激励模式索引之间的四种映射关系分别得到四种重建高频激励频域信号和相对应的激励模式索引，包括将时频变换模块所得低频激励频域信号的整体或部分折叠到高频得到一种重建高频激励频域信号，相应激励模式索引为Itl ;将时频变换模块所得低频激励频域信号的整体或部分搬移到高频得到一种重建高频激励频域信号，相应激励模式索引为I1 ;以将时频变换模块所得白噪声频域信号作为一种重建高频激励频域信号，相应激励模式索引为I2;以模式选择模块所得前一帧的最优重构高频频域信号作为当前帧的一种重建高频激励频域信号，相应激励模式索引为I3;增益计算模块，用于根据高频激励模块所得四种重建高频激励频域信号以及时频变换模块所得高频频域信号，分别均匀或非均匀地划分成η个子带计算得到四组高频增益因子，η为预设值；增益因子量化模块，用于根据增益计算模块所得四组高频增益因子，得到四组量化后高频增益因子和四个增益索引；
高频信号重构模块，用于根据增益因子量化模块所得量化后高频增益因子和高频激励模块所得四种重建高频激励频域信号，得到四种重构高频频域信号；信噪比计算模块，用于根据时频变换模块所得高频频域信号和高频信号重构模块所得四种重构高频频域信号，得到四个信噪比值；模式选择模块，用于根据信噪比计算模块所得四个信噪比值和高频信号重构模块所得四种重构高频频域信号，由信噪比值中最大值所对应的增益索引和高频激励模块所得对应的激励模式索引，得到最优增益索引、最优激励模式索引和最优重构高频频域信号；参数编码模块，用于根据模式选择模块得到的最优增益索引和最优激励模式索引进行编码，并输入到码流。本发明还相应提供了一种音频信号高频参数解码装置，包含以下部分:参数分配模块，用于在码流中分离出最优增益索引和最优激励模式索引；低频解码模块，用于将码流中得到的低频参数进行低频解码，得到重建低频激励时域信号；解码时频变换模块，用于将低频解码模块所得重建低频激励时域信号作时频变换，得到重建低频激励频域信号；将白噪声时域信号作时频变换，得到白噪声频域信号；高频激励重建模块，用于根据参数分配模块所得最优激励模式索引，并根据激励模式索引和重建模式之间的四种映射关系得到对应的重建高频激励频域信号，包括若激励模式索引为Itl,将解码时频变换模块所得重建低频激励频域信号折叠到高频得到重建高频激励频域信号；若激励模式索引为I1，将解码时频变换模块所得重建低频激励频域信号搬移到高频得到重建高频激励频域信号；若激励模式索引为12，以解码时频变换模块所得白噪声频域信号作为重建高频激励频域信号；若激励模式索引为13，以高频频域信号重建模块所得前一帧的最优重建高频频域信号作为当前帧的重建高频激励频域信号；能量因子计算模块，用于根据参数分配模块所得最优增益索引得到能量因子；高频频域信号重建模块，用于根据高频激励重建模块所得重建高频激励频域信号和能量因子计算模块所得能量因子，合成得到重建高频频域信号，该重建高频频域信号作为当前帧的最优重建高频频域信号；逆时频变换模块，用于根据高频激励重建模块所重建高频频域信号作逆时频变换得到重建高频时域信号。本发明提供了一种在特定需求下的音频信号高频参数编解码方案，包括编码端装置和解码端装置。在编码端计算四种重构高频频域信号和高频频域信号信噪比值，取其中的最大值所对应的最优增益索引和对应最优激励模式索引放入码流中；解码端装置能够通提取最优增益索引和最优激励模式索引，并根据最优激励模式索引所对应的重建高频激励频域信号和由最优增益索引所得能量因子得到重建高频频域信号，再作逆时频变换得到重建高频时域信号。本发明利用高频信号独有的特征，通过比较多种重建模式生成的高频信号和高频信号的相关性，并选择相关性最大的方式得到高质量的重建高频时域信号。
图1为本发明实施例编码装置的结构框图；图2为本发明实施例解码装置的结构框图。
具体实施例方式参见图1，本发明实施例提供的高频参数编解码技术方案包括一种音频信号高频参数编码装置，包含以下部分:分频模块，用于将输入的原始宽带信号分频成低频时域信号和高频时域信号；低频编码模块，用于根据分配模块得到的低频时域信号进行编码，输出低频参数和低频激励时域信号，其中低频参数输出到码流；具体实施时，低频编码模块可以采用任何现有低频编码器技术实现，与本发明设计的高频编码部分结合使用；根据具体使用的低频编码器技术，输出的低频激励时域信号为以下四种之一，1、未量化的低频时域信号，即低频编码模块将分频模块所得的低频时域信号直接作为低频激励时域信号输出；2、任意低频编码器实现的低频编码模块输出时域信号，即将分频模块所得的低频时域信号经低频编码模块编码后所得结果作为低频激励时域信号输出，包括下面三种情况之一:2.1重建低频时域信号；2.2未量化低频残差时域信号；2.3量化后低频残差时域信号；时频变换模块，用于对高频时域信号作时频变换，得到高频频域信号；将低频激励时域信号作时频变换，得到低频激励频域信号；将白噪声时域信号作时频变换，得到白噪声频域信号；高频激励模块，用于根据预设的重建模式和激励模式索引之间的四种映射关系分别得到四种重建高频激励频域信号和相对应的激励模式索引:将时频变换模块所得低频激励频域信号的整体或部分折叠到高频得到一种重建高频激励频域信号，相应激励模式索引为Itl ;将时频变换模块所得低频激励频域信号的整体或部分搬移到高频得到一种重建高频激励频域信号，相应激励模式索引为I1;以将时频变换模块所得白噪声频域信号作为一种重建高频激励频域信号，相应激励模式索引为I2 ;以模式选择模块所得前一帧的最优重构高频频域信号作为当前帧的一种重建高频激励频域信号，相应激励模式索引为13，(第一帧信号不采用该重建模式)；增益计算模块，用于根据高频激励模块所得四种重建高频激励频域信号以及时频变换模块所得高频频域信号，分别均匀或非均匀地划分成η个子带计算得到四组高频增益因子，η为预设值，实施时可由本领域技术人员根据具体情况预先指定；增益因子量化模块，用于根据增益计算模块所得四组高频增益因子，得到四组量化后高频增益因子和四个增益索引；高频信号重构模块，用于根据增益因子量化模块所得量化后高频增益因子和高频激励模块所得四种重建高频激励频域信号，得到四种重构高频频域信号；信噪比计算模块，用于根据时频变换模块所得高频频域信号和高频信号重构模块所得四种重构高频频域信号，得到四个信噪比值；模式选择模块，用于根据信噪比计算模块所得四个信噪比值和高频信号重构模块所得四种重构高频频域信号，由信噪比值中最大值所对应的增益索引和高频激励模块所得对应的激励模式索引，得到最优增益索引、最优激励模式索引和最优重构高频频域信号，其中当前帧的最优重构高频频域信号将作为高频激励模块得到下一帧的一种重建高频激励频域信号的依据；参数编码模块，用于根据模式选择模块得到的最优增益索引和最优激励模式索引进行编码，并输入到码流。其中，分频模块输出的高频时域信号输入到时频变换模块，低频时域信号输入到低频编码模块；低频编码模块输出低频参数到码流；低频编码模块输出的低频激励时域信号可以是低频时域信号，或是低频编码模块编码后重建的低频时域信号，或是未量化低频残差时域信号，或是量化后低频残差时域信号，以及白噪声时域信号输入到时频变换模块；时频变换模块输出的低频激励频域信号，白噪声频域信号及模式选择模块输出的前一帧的最优重构高频频域信号输入到高频激励模块；时频变换模块输出的高频频域信号和高频激励模块输出的四种重建高频激励频域信号输入到增益计算模块；增益计算模块输出的四组高频增益因子输入到增益因子量化模块；增益因子量化模块输出四组量化后高频增益因子和四个增益索引，其中四组量化后高频增益因子和高频激励模块输出的四种重建高频激励频域信号输入到高频信号重构模块；高频信号重构模块输出的四种重构高频频域信号和时频变换模块输出的高频频域信号输入到信噪比计算模块；信噪比计算模块输出的四个信噪比值和高频信号重构模块所得四种重构高频频域信号、高频激励模块所得四种激励模式索弓1、增益因子量化模块所得增益索引输入到模式选择模块；模式选择模块输出最大信噪比值对应的最优增益索引和对应的最优激励模式索引及最优重构高频频域信号，模式选择模块输出的最优增益索引和最优激励模式索引输入到参数编码模块，参数编码模块对最优增益索引和最优激励模式索引进行编码并输入到码流以供传输。如表I表I重建模式和激励模式索引对应关系
权利要求
1.一种音频信号高频参数编码装置，其特征是:包含以下部分， 分频模块，用于将输入的原始宽带信号分频成低频时域信号和高频时域信号； 低频编码模块，用于根据分配模块得到的低频时域信号进行编码，输出低频参数和低频激励时域信号，其中低频参数输出到码流； 时频变换模块，用于对高频时域信号作时频变换，得到高频频域信号；将低频激励时域信号作时频变换，得到低频激励频域信号；将白噪声时域信号作时频变换，得到白噪声频域信号; 高频激励模块，用于根据预设的重建模式和激励模式索引之间的四种映射关系分别得到四种重建高频激励频域信号和相对应的激励模式索引，包括将时频变换模块所得低频激励频域信号的整体或部分折叠到高频得到一种重建高频激励频域信号，相应激励模式索引为Itl;将时频变换模块所得低频激励频域信号的整体或部分搬移到高频得到一种重建高频激励频域信号，相应激励模式索引为I1;以将时频变换模块所得白噪声频域信号作为一种重建高频激励频域信号，相应激励模式索引为I2;以模式选择模块所得前一帧的最优重构高频频域信号作为当前帧的一种重建高频激励频域信号，相应激励模式索引为I3; 增益计算模块，用于根据高频激励模块所得四种重建高频激励频域信号以及时频变换模块所得高频频域信号，分别均匀或非均匀地划分成η个子带计算得到四组高频增益因子，η为预设值； 增益因子量化模块，用于根据增益计算模块所得四组高频增益因子，得到四组量化后高频增益因子和四个 增益索引； 高频信号重构模块，用于根据增益因子量化模块所得量化后高频增益因子和高频激励模块所得四种重建高频激励频域信号，得到四种重构高频频域信号； 信噪比计算模块，用于根据时频变换模块所得高频频域信号和高频信号重构模块所得四种重构高频频域信号，得到四个信噪比值； 模式选择模块，用于根据信噪比计算模块所得四个信噪比值和高频信号重构模块所得四种重构高频频域信号，由信噪比值中最大值所对应的增益索引和高频激励模块所得对应的激励模式索引，得到最优增益索引、最优激励模式索引和最优重构高频频域信号； 参数编码模块，用于根据模式选择模块得到的最优增益索引和最优激励模式索引进行编码，并输入到码流。
2.一种音频信号高频参数解码装置，其特征是:包含以下部分， 参数分配模块，用于在码流中分离出最优增益索引和最优激励模式索引； 低频解码模块，用于将码流中得到的低频参数进行低频解码，得到重建低频激励时域信号; 解码时频变换模块，用于将低频解码模块所得重建低频激励时域信号作时频变换，得到重建低频激励频域信号；将白噪声时域信号作时频变换，得到白噪声频域信号； 高频激励重建模块，用于根据参数分配模块所得最优激励模式索引，并根据激励模式索引和重建模式之间的四种映射关系得到对应的重建高频激励频域信号，包括若激励模式索引为Ici,将解码时频变换模块所得重建低频激励频域信号折叠到高频得到重建高频激励频域信号；若激励模式索引为I1，将解码时频变换模块所得重建低频激励频域信号搬移到高频得到重建高频激励频域信号；若激励模式索引为12，以解码时频变换模块所得白噪声频域信号作为重建高频激励频域信号；若激励模式索引为13，以高频频域信号重建模块所得前一帧的最优重建高频频域信号作为当前帧的重建高频激励频域信号； 能量因子计算模块，用于根据参数分配模块所得最优增益索引得到能量因子； 高频频域信号重建模块，用于根据高频激励重建模块所得重建高频激励频域信号和能量因子计算模块所得能量因子，合成得到重建高频频域信号，该重建高频频域信号作为当前帧的最优重建高频频域信号； 逆时频变换模块，用于根据高频激励重建模块所重建高频频域信号作逆时频变换得到重建高频时域 信号。
全文摘要
本发明提供了音频信号高频参数编解码装置，利用多种模式恢复无法通过核心层编码的高频信号，从而能高效重建高频信号，以提高输出音频信号质量。音频信号高频参数编码装置包括分频模块、低频编码模块、时频变换模块、高频激励模块、增益计算模块、增益因子量化模块、高频信号重构模块、信噪比计算模块、模式选择模块、参数编码模块；音频信号高频参数解码装置包括参数分配模块、低频解码模块、解码时频变换模块、高频激励重建模块、能量因子计算模块、高频频域信号重建模块和逆时频变换模块。
文档编号G10L19/16GK103165134SQ20131011275
公开日2013年6月19日 申请日期2013年4月2日 优先权日2013年4月2日
发明者胡瑞敏, 杭波, 李登实, 李馨, 涂卫平, 王晓晨, 李彩荣 申请人:武汉大学