用以再现音频信号的装置及方法、用以产生编码的音频信号的装置及方法、计算机程序及 ...的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明关于一种用以再现音频信号的装置、方法及计算机程序，且具体而言，关于 一种用以在可利用的数据速率降低的情形中再现音频信号的装置、方法及计算机程序。此 夕卜，本发明关于一种用以产生编码的音频信号的装置、方法及计算机程序以及对应的编码 音频信号。
【背景技术】
[0002] 用以有效率地储存及传输这些数据速率有所降低的信号的感知适应性音频信号 编码在许多领域已获接受。编码算法是已知的，详言之为MPEG 1/2、层3"MP3"、MPEG2/4高 级音频编码（AAC)或MPEG-H统一语音及音频编码（USAC)。基础编码技术，尤其当达到最低 位速率时，导致音频质量降低。损伤通常主要由待传输的音频信号带宽的编码器侧限制所 导致。
[0003] 在此情形中，习知的目前技术现况为：使音频信号在编码器侧经受频带限制，以及 藉由高质量音频编码器来仅编码音频信号的下频带（lower band)。然而，上频带（upper band)仅由一组参数非常粗略地表征，这组参数例如传达上频带的频谱包络。在译码器侧， 接着可藉由以下操作来合成上频带：将经译码的下频带信号修补至另外为空的上频带中， 以及执行后续的参数控制式调整。
[0004] 用于有限频宽音频信号的频宽扩展的标准方法使用将低频信号部分（LF)复制至 高频率范围（HF)中的功能，以便估计由于频带限制引起的信息丢失。原则上，此复制功能 在技术上等效于藉由单边带（SSB)调制在时域中计算的频谱频移，但在计算上要简单得多。 这些方法，例如频谱带复制（SBR)，描述于以下文献中：M. Dietz, L. Liljeryd, K. KjdHing 及 0· Kunz，"Spectral Band Replication, a novel approach in audio coding''，第 112 届 AES 大会，慕尼黑，2002 年 5 月；S.Meltzer，R. B0hm 及F.Henn，"SBR enhanced audio codecs for digital broadcasting such as"Digital Radio Mondiale"(DRM)"，第112届 AES 大会，慕尼黑，2002 年 5 月；T. Ziegler, A. Ehret, P. Ekstrand 及 M. Lutzky，"Enhancing mp3with SBR:Features and Capabilities of the new mp3PR0 Algorithm''，第 112 届 AES大会，慕尼黑，2002 年 5月；国际标准 IS0/IEC 14496-3:2001/FPDAM l，"Bandwidth Extension"，IS0/IEC，2002 年，或 Vasu Iyengar 等人的美国专利 Nr. 5, 455, 888 "Speech bandwidth extension method and apparatus''。
[0005] 在这些方法中，不进行谐波变换，但下频带的连续带通信号被引入至上频带的连 续滤波器组通道中。藉此实现音频信号的上频带的粗略估计。接着在另一步骤中，藉由后 处理使用自原始信号获得的控制信息来使该信号的此粗略估计接近于原始信号。此处，例 如，比例因子用来调整频谱包络、逆滤波及添加噪声基底来调适音调及由正弦信号部分的 补充，如在MPEG4标准中也进行了描述。
[0006] 自以下文献中描述的谐波频宽扩展技术已知，在合成上频带时，不期望的听 觉粗糖度可能被引入信号中：Nagel，F. ;Disch，S. A Harmonic Bandwidth Extension Method for Audio Codecs， IEEE Int.Conf.on Acoustics,Speech and Signal Processing (ICASSP), 2009 ；Nagel,F. ；Disch,S. ；Rettelbach, N. A Phase Vocoder Driven Bandwidth Extension Method with Novel Transient Handling for Audio Codecs，第126 届 AES 大会，2009 年；Zhong, H. ;Villemoes，L. ;Ekstrand，P.等人的 QMF Based Harmonic Spectral Band Replication，第 131 届音频工程协会大会，2011 年；Villemoes, L.; Ekstrand, P. ；Hedelin, P. Methods for enhanced harmonic transposition, IEEE 的信号 处理的音频及声学应用研讨会（WASPAA)，2011年。该粗糙度的一个原因（许多原因中的一 个）是补丁（patch)的频谱未对准及/或在下频带与第一补丁之间或在连续补丁之间的过 渡区域中的失谐效果。谐波频宽扩展技术经设计来改良这两个方面，但以计算复杂度为代 价。
[0007] 在滤波器组域中，尤其在谐波频宽扩展中，滤波器组计算及修补实际上可变成很 高的计算工作量。在WO 98/57436中描述高级修补技术，该技术在某种有限程度上，藉由在 不同频谱补丁之间引入所谓的保护频带及藉由进行修改后的向上复制修补以减少频谱未 对准，来避免失谐影响，同时使计算复杂度保持适度。
[0008] 除此之外，存在另外的方法，诸如所谓的"盲目频宽扩展"，其描述于E. Larsen，R. Μ· Aarts 及 Μ· Danessis，"Efficient high frequency bandwidth extension of music and speech"，第112届AES大会，德国，慕尼黑，2002年5月，其中不使用关于原始HF范围 的信息。此外，还存在所谓的"人工频宽扩展"方法，该方法描述于K. Kiiyhkd，A Robust Wideband Enhancement for Narrowband Speech Signal;赫尔辛基技术大学，声学及音频 信号处理实验室，2001年的研宄报告。
[0009] 在 J. M这kinen 等人的：AMR-WB+:a new audio coding standard for 3rd generation mobile audio services Broadcasts，IEEE，ICASSP'05 中，描述一种用于频宽 扩展的方法，其中利用根据SBR技术的连续带通信号的向上复制的频宽扩展的复制操作由 镜像操作，例如，由向上取样所取代。
[0010] 用于频宽扩展的另外的技术描述于以下文献中：R. M. Aarts，E. Larsen及 0· Ouweltjes,A unified approach to low and high frequency bandwidth extension''， 第 115 届 AES 大会，美国，纽约，2003 年 10 月；E. Larsen 及 R. M. Aarts，"Audio Bandwidth Extension Application to psychoacoustics,Signal Processing and Loudspeaker Design"，John Wiley & Sons 公司，2004 年；E. Larsen，R.M. Aarts 及 M.Danessis， "Efficient high frequency bandwidth extension of music and speech''， 第 112 届 AES 大会，慕尼黑，2002 年 5 月；J.Makhoul，"Spectral Analysis of Speech by Linear Prediction"，IEEE音频及电声学学报，AU 21 (3)，1973年6月；美国专利申请号 08/951，029 ;美国专利第 6, 895, 375 号。
[0011] 谐波频宽扩展的已知方法表现出高复杂度。另一方面，复杂度有所降低的频宽扩 展的方法展示出质量损失。尤其在低位速率的情况下，且结合LF范围的低频宽，可能发生 噪声，诸如粗糙度及感觉不好的音色。其原因主要系如下事实：所估计的HF部分是基于频 谱的LF部分的一个或多个直接复制或镜像操作。
【发明内容】
[0012] 本发明的一目标在于提供一种用于以改良的方式再现音频信号的装置及方法。此 夕卜，本发明的一目标在于提供一种用于产生编码的音频信号的装置及方法，该编码音频信 号可以改良的方式再现。本发明的另一目标在于提供对应的计算机程序及对应的编码音频 信号。
[0013] 此目标是藉由以下各者来实现的：如权利要求1所述的用以再现音频信号的装 置，如权利要求13的用以再现音频信号的方法，如权利要求12的用以产生编码音频信号的 装置，如权利要求13的用以产生编码音频信号的方法，如权利要求14的计算机程序及如权 利要求15的编码音频信号。
[0014] 本发明的实施例提供一种用以基于第一数据及第二数据再现一音频信号的装置， 该第一数据表示音频信号在第一频带中的第一部分的编码版本，该第二数据表示关于音频 信号在第二频带中的第二部分的边信息，其中第二频带包含高于第一频带的频率，该装置 包含：
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