叉积增强的基于子带块的谐波换位的制作方法
【专利说明】
[0001] 本申请是申请日为2011年9月5日、申请号为"201180044307. 6"、发明名称为"叉 积增强的基于子带块的谐波换位"的发明专利申请的分案申请。
技术领域
[0002] 本发明涉及使用用于高频重建（HFR)的谐波换位方法的音频源编码系统，数字效 果处理器如生成谐波失真以向所处理的信号添加亮度的激励器，以及用所维护的频谱内容 来延长信号持续时间的时间拉伸器。
【背景技术】
[0003] 在W098/57436中，将换位的概念建立为根据音频信号的较低频带重建高频带的 方法。通过在音频编码中使用该概念，可以获得比特率的实质性节省。在基于HFR的音频 编码系统中，向核心波形编码器呈现低带宽信号，并且在解码器侧使用换位和描述目标频 谱形状的非常低的比特率的附加侧信息来重新生成较高的频率。对于核心编码信号的带宽 窄的低比特率，重建具有感知上舒适的特性的高带变得越来越重要。在W098/57436中定义 的谐波换位在具有低交叉频率的情形下对于合成音乐材料表现很好。谐波换位的原则是， 将频率为《的正弦波映射到频率为gpfis?的正弦波，其中是定义换位的阶次的整 数。与此相反，基于单边带调制（SSB)的HFR将频率为《的正弦波映射到频率为《 + A ? 的正弦波，其中是固定频移。给定具有低带宽的核心信号，由于SSB换位会产生不协 调的振铃假声（ringing artifact)。
[0004] 为了达到可能的最优音频质量，目前发展水平的高质量的谐波HFR方法使用非常 精细频率分辨率和高度过采样的复调制滤波器组来达到所需的音频质量。需要精细分辨率 以避免由正弦波之和的非线性处理而引起的不希望的互调制失真。使用足够窄的子带，高 质量的方法的目的在于在每个子带中最多具有一个正弦波。为了避免混杂类失真（alias type distortion)，需要时间上的高度过采样，而为了避免瞬态信号的前回声，需要频率上 的一定程度的过采样。明显的缺点是计算复杂度变得非常高。
[0005] 对于具有显著的周期性结构的信号，与谐波换位器相关联的另一常见的缺点变得 明显。这些信号为频率为fi，2Q，3Q的谐波相关的正弦波的叠加，其中Q为基频。根据 阶次的谐波换位，在1的情况下，具有频率
【主权项】
1. 一种被配置成根据输入信号生成时间拉伸信号和/或频率换位信号的系统，所述系 统包括： 分析滤波器组（101)，被配置成根据所述输入信号得到数量Y多1个分析子带信号，其 中，每个分析子带信号包括多个复值分析样本，每个复值分析样本具有相位和幅值； 子带处理单元（102)，被配置成使用子带换位因数Q和子带拉伸因数S根据所述Y个 分析子带信号来生成合成子带信号，Q和S中的至少一个大于1，其中，所述子带处理单元 (102)包括： 块提取器（201)，被配置成针对所述Y个分析子带中的每个分析子带执行以下操作： i) 形成从所述分析子带信号中的所述多个复值分析样本提取的L个输入样本的帧，帧 长度L>1 ;以及 ii) 在形成后续的L个输入样本的帧之前，对所述多个分析样本应用h个样本的块跳跃 大小； 非线性帧处理单元（202)，被配置成基于由所述块提取器形成的输入样本的Y个相应 帧，通过确定所述帧的每个经处理的样本的相位和幅值来生成经处理的样本的帧，其中，对 于至少一个经处理的样本： i) 所述经处理的样本的相位基于输入样本的所述Y个帧中的相应输入样本的各自的 相位；以及 ii) 所述经处理的样本的幅值基于输入样本的所述Y个帧中的相应输入样本的幅值； 加窗单元（203)，被配置成对所述经处理的样本的帧应用有限长度窗口函数，所述窗口 函数包括多个窗口样本，其中多个窗口函数的重叠及相加的窗口样本当由复权重加权并且 以Sh跳跃大小偏移时形成实质上恒定的序列；以及 重叠及相加单元（204)，被配置成通过将加窗的经处理的样本的一系列帧的样本进行 重叠及相加来确定所述合成子带信号； 以及 合成滤波器组（103)，被配置成至少根据由所述子带处理单元输出的所述合成子带信 号来生成所述时间拉伸信号和/或频率换位信号， 其中，所述系统至少对于Y = 2可操作。
2. 根据权利要求1所述的系统，其中， 所述分析滤波器组（101)是正交镜像滤波器组、加窗离散傅立叶变换或者小波变换之 一；并且 所述合成滤波器组（103)是相应的逆滤波器组或变换。
3. 根据前述权利要求中的任一项所述的系统，其中， 所述分析滤波器组（101)对所述输入信号应用分析时间跨步AtA; 所述分析滤波器组具有分析频率间隔Δ?·Α; 所述分析滤波器组具有数量N个分析子带，其中，Ν>1，并且η是分析子带索引，其中η =0, · · ·，Ν-1 ; 所述N个分析子带中的分析子带与所述输入信号的频带相关联； 所述合成滤波器组（103)对所述合成子带信号应用合成时间跨步Ats; 所述合成滤波器组具有合成频率间隔Afs; 所述合成滤波器组具有数量M个合成子带，其中M>1，并且m是合成子带索引，其中 m=0, · · ·，M-1 ;并且 所述M个合成子带中的合成子带与所述时间拉伸信号和/或频率换位信号的频带相关 联。
4. 根据权利要求3所述的系统，其中，所述子带处理单元（102)针对Y = 2被配置，并 且还包括被配置成生成交叉处理控制数据（403)的交叉处理控制单元（404)，所述交叉处 理控制数据（403)定义与所述分析子带信号相关联的子带索引ηι、η2和所述合成子带索引 m，所述子带索引通过作为下式的近似整数解而相关，
其中，Dtl为所述输入信号的基频， σ = 0 或 1/2，
是换位因数，并且 r为满足I 的整数。
5. 根据权利要求4所述的系统，其中，所述交叉处理控制单元（404)被配置成生成处理 控制数据使得所述子带索引ηι、η2基于r的值，所述r的值使得通过从所述分析子带信号中 提取分析样本而形成的两个帧的子带幅值的最小值最大化。
6. 根据权利要求5所述的系统，其中，每个L个输入样本的帧的所述子带幅值为中心样 本或近中心样本的幅值。
7. 根据前述权利要求中的任一项所述的系统，其中，所述块提取器（201)被配置成通 过对分析子带信号中的所述复值分析样本进行下采样来得到输入样本的至少一个帧。
8. 根据权利要求7所述的系统，其针对Y = 2来配置，并且所述块提取器被配置成通 过分别由满足
且满足D1S 0, D 2>0或D1X), D2S 0的下采样因数D种D 2 对第一分析子带信号和第二分析子带信号中的所述复值分析样本进行下采样来得到输入 样本的第一帧和第二帧， 并且其中，所述非线性帧处理单元（202)被配置成使用输入样本的第一帧和第二帧中 的相应输入样本的各自的相位的非负整数系数InT2，基于线性组合来确定所述经处理的样 本的相位。
9. 根据前述权利要求中的任一项所述的系统，其中，连续的复权重仅相差固定的相位 旋转，诸如与所述输入信号的基频成比例的相位旋转。
10. 根据前述权利要求中的任一项所述的系统，其中，所述重叠及相加单元（204)对经 处理的样本的连续的帧应用跳跃大小，所述跳跃大小等于所述块跳跃大小h乘以所述子带 拉伸因数S。
11. 根据前述权利要求中的任一项所述的系统，其针对Y = 2来配置，其中，所述帧处理 单元（202)被配置成：将所述经处理的样本的幅值确定为输入样本的第一帧中的相应输入 样本的幅值和输入样本的第二帧中的相应输入样本的幅值的平均值，以及/或者基于输入 样本的第一帧和第二帧中的相应输入样本的各自相位的使用非负整数系数T1, 1~2的线性组 合来确定所述经处理的样本的相位。
12. 根据前述权利要求中的任一项所述的系统，还包括： 多个子带处理单元（401，402 ;503 ;602-2,602-3,602-4)，每个子带处理单元被配置成 使用所述子带换位因数Q和/或所述子带拉伸因数S的不同值来确定中间合成子带信号； 以及 合并单元（405 ;603)，其被布置在所述多个子带处理单元的下游和所述合成滤波器组 (103)的上游，所述合并单元（405 ;603)被配置成将相应中间合成子带信号合并以确定所 述合成子带信号。
13. 根据前述权利要求中的任一项所述的系统，其中： 所述分析滤波器组（101)被配置成根据所述输入信号形成YXZ个分析子带信号； 所述子带处理单元（102)被配置成应用一个合成子带信号所基于的每组Y个分析子带 信号的一对S和Q值，根据所述YXZ个分析子带信号来生成Z个合成子带信号；并且 所述合成滤波器组（103)被配置成根据所述Z个合成子带信号来生成Z个时间拉伸信 号和/或频率换位信号。
14. 一种用于根据输入信号来生成时间拉伸信号和/或频率换位信号的方法，所述方 法包括： 根据所述输入信号得到数量Y多2个分析子带信号，其中，每个分析子带信号包括多个 复值分析样本，每个复值分析样本具有相位和幅值； 针对所述Y个分析子带中的每个： 形成从分析子带信号中的所述多个复值分析样本提取的L个输入样本的帧，帧长度 L>1 ;以及 在形成后续的L个输入样本的帧之前，对所述多个分析样本应用h个样本的块跳跃大 小； 基于这样形成的输入样本的Y个相应帧，通过确定所述帧的每个经处理的样本的相位 和幅值来生成经处理的样本的帧，其中，对于至少一个经处理的样本： i) 所述经处理的样本的相位基于输入样本的所述Y个帧中的相应输入样本的各自的 相位；并且 ii) 所述经处理的样本的幅值基于输入样本的所述Y个帧中的相应输入样本的幅值； 通过对经处理的样本的每个帧应用有限长度窗口函数然后将所述系列的样本进行重 叠及相加来确定合成子带信号，其中，所述窗口函数包括多个窗口样本，并且其中多个窗口 函数的重叠及相加的窗口样本当由复权重加权并且以Sh跳跃大小偏移时形成实质上恒定 的序列；以及 至少根据所述合成子带信号来生成所述时间拉伸信号和/或频率换位信号。
【专利摘要】本发明提供一种叉积增强高频重建(HFR)的高效实现，其中，基于Ω和Ω+Ω0处的现有分量生成频率QΩ+rΩ0处的新分量。本发明提供一种基于块的谐波换位，其中，使用公共相位修正来处理复子带样本的时间块。若干经修正的样本的叠加具有限制不期望的互调制乘积的净效应，因此使得能够使用粗频率分辨率和/或较低程度的过采样。在一种实施方式中，本发明还包括适合于与基于块的叉积增强HFR使用的窗口函数。本发明的硬件实施方式可以包括分析滤波器组(101)、可由控制数据(104)配置的子带处理单元(102)和合成滤波器组(103)。
【IPC分类】G10L21-038, G10L21-02, G10L21-04
【公开号】CN104851429
【申请号】CN201510245547
【发明人】拉尔斯·维尔默斯
【申请人】杜比国际公司
【公开日】2015年8月19日
【申请日】2011年9月5日
【公告号】CA2808353A1, CN103262164A, CN103262164B, EP2617035A1, US20130182870, WO2012034890A1