专利名称：信号编码设备和方法、信号译码设备和方法、程序及介质的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种信号编码设备和信号编码方法、信号译码设备和信号译码方法、程序以及记录介质，其适合应用于将在编码方频带受限的时间序列信号在译码方扩展为更宽的频带。
背景技术：
近些年，已经有可能通过利用人的听觉结构对声音信号进行高效编码，以大约为原始CD的1/10的数据量压缩相应于CD(致密盘)的声音质量。现在通过使用该技术生产的产品在市场上普遍。实际上进行在更小的记录介质中记录或通过网络传输。
在这种高效率的压缩中，分别应用独立的格式。可能在编码方在该格式范围内以任何自由度控制声音质量和比特率。例如，小型盘(小型盘；MD)(索尼公司的注册商标)包括两种模式作为长时间记录模式，如对其应用相同的高效压缩技术的LP2和LP4。LP4被压缩到相对LP2的压缩大小的一半。因此，LP4具有恶化的声音质量，但是LP4的记录时间是LP2的两倍。
然而，通过以一定的比特率和声音质量为目标设计和标准化高效压缩技术。因此，当保持标准(格式)并且降低比特率时，声音质量急剧恶化。通常，提供这样的方法通过在编码方修改高效编码算法并限制高频信号分配，剩余比特到低频信号，以便解决该问题。
可以引用“Information technology-Coding of audio-visual objects-Part 3Audio(ISO/IEC 14496-32001)”作为相关技术。
发明内容
如上所述，当高频信号被限制从而用未改变的格式保持声音质量并降低比特率时，高频信号可以在译码方再现。例如，提供在接收方日本专利未审查公开No.2-311006中公开的这样一种技术加倍44.1kHz采样的PCM(脉冲编码调制)信号的再现带宽，以及日本专利未审查公开No.9-55778中公开的扩展电话频带的技术。
这种技术具有如下优势可以通过只修改译码方而不改变格式来解决问题。但是，因为只扩展接收信号的频带是必要的，所以声音质量未显示引人注目的效果。高频听觉失真在耳中回响而不管取决于输入声音源的低频和高频。
可以通过对信息编码来扩展频带，从而在编码方通过扩展格式以及在译码方通过使用扩展频带的信息来扩展频带。例如，提供一种通过使用美国专利No.5068899中公开的LPC(线性预测编码)滤波器来扩展频带的技术，并且提供一种通过使用美国专利No.5127054中公开的子带滤波器组和非线性设备来扩展频带的技术。
当使用这种技术时，关于声音信号可以得到改进的效果。但是，因为听觉失真在耳中回响，所以关于音频信号不能得到好的质量。相反，通过使用另一种技术相对于音频信号在某种程度上可以得到好的质量。例如，相对于某种程度上ISO标准HE-AAC(ISO/IEC 14496-32001)的音频信号，在某种程度上可以得到好的质量。
图10显示了信号译码设备的配置的例子，该设备按HE-AAC执行频带扩展操作。在图10中显示的信号译码设备100中，解复用电路101将从信号编码设备输出的压缩数据分为低频信息和高频信息，并且分别提供低频信息和高频信息给低频信息译码电路102和频带扩展电路104。
低频信息译码电路102对低频信息译码，产生低频时间序列信号并提供低频时间序列信号给子带分割滤波器组103。
子带分割滤波器组103分割低频时间序列信号为多个频带(子带)，产生低频子带信号并提供给高频扩展电路104和子带合成滤波器组105。
频带扩展电路104通过使用高频信息产生高频子带信号并扩展频带。更具体来说，高频信息包括高频子带信号的增益值，并且频带扩展电路104通过使用高频信息控制从低频子带信号产生的高频子带信号的增益。然后，频带扩展电路104提供产生的高频子带信号给子带合成滤波器组105。
子带合成滤波器组105合成低频子带信号和高频子带信号，并且产生时间序列信号作为输出信号。
上述高频信息是高频子带信号的增益值。增益值按信号编码设备中的子带信号的每个短时间部分(sector)(子帧)采集。此外，在频率方向或时间方向采集增益值的差分值，以改善编码效率。因此，可以按帧选择两个方向中的任何一个。例如，当选择频率方向作为帧中差分值采集方向时，在邻近低频的低频侧从高频采集具有子带增益值的差分值。作为结果，因为在相对于在高频子带信号中具有最低频率的第一高频子带的相邻低频侧不提供子带，所以增益值是绝对值，但是增益值是第二高频子带之后的差分值。相反，当选择时间方向作为差分值采集方向时，每个子带的增益值是与前面时间部分的增益值的差分值。因此，可选的初始时间部分的增益值是与前面的帧的最后时间部分的差分值。
在信号编码设备中，通过使用该方法，考虑时间频率信号的偏差选择差分值采集方向。当采集差分值时，可以通过使用可变长编码降低代码量以减小增益值的偏差。
但是，当选择频率方向作为差分值采集值时，高频子带信号中具有最低频率的第一高频子带的增益值是绝对值。因此，帧的代码量增大。当选择时间方向作为差分值采集方向时，难于处理压缩数据(比特流)的编辑操作或传输线上信息的丢失。
在上面的情况下，希望本发明提供一种信号编码设备和信号编码方法，它们能够有效地发送包括在高频信号的特征信息中的高频信号的增益信息；一种信号译码设备和信号译码方法，它们对从信号编码设备输出的压缩数据译码；以及一种在计算机中执行信号编码处理和信号译码的程序和其中记录该程序的计算机可读记录介质。
根据本发明的第一个实施例，用于对输入时间序列信号编码的信号编码设备包括分割装置，用于分割时间序列信号为多个子带，从而产生包括多个低频子带的低频子带信号和包括多个高频子带的高频子带信号；低频编码装置，用于量化和编码低频子带信号，以产生低频编码数据；高频增益信息产生装置，用于通过从低频子带信号产生新的高频子带信号，并且以预定的时间间隔比较新的高频子带信号的增益和每个子带的高频子带信号的增益，产生高频增益信息；低频参考值信息产生装置，用于至少基于低频子带信号产生低频参考值信息；高频增益差分信息产生装置，用于通过采集以预定时间间隔在每个子带中产生的高频增益信息和在对应于相邻低频子带的时间位置的高频增益信息之间的差分值，并且采集高频子带信号中最低频率子带的高频增益信息和低频参考值信息之间的差分值，产生高频增益差分信息；高频增益差分信息编码装置，用于量化和编码高频增益差分信息，以产生高频增益差分信息编码数据；以及复用装置，用于至少复用低频编码数据和高频增益差分信息编码数据，从而输出复用的数据作为压缩数据。
根据本发明的第二个实施例，编码输入时间序列信号的信号编码方法包括如下步骤分割时间序列信号为多个子带，并且产生包括多个低频子带的低频子带信号和包括多个高频子带的高频子带信号；量化和编码低频子带信号以产生低频编码数据；通过从低频子带信号产生新的高频子带信号，并且按预定的时间间隔比较新的高频子带信号的增益和每个子带的高频子带信号的增益，产生高频增益信息；至少基于低频子带信号产生低频参考值信息；通过采集以预定时间间隔在每个子带中产生的高频增益信息和在对应于相邻低频子带的时间位置的高频增益信息之间的差分值，并且采集高频子带信号中最低频率子带的高频增益信息和低频参考值信息之间的差分值，产生高频增益差分信息；量化和编码高频增益差分信息，以产生高频增益差分信息编码数据；以及至少复用低频编码数据和高频增益差分信息编码数据，从而输出复用的数据作为压缩数据。
根据本发明的第三个实施例，用于对输入的压缩数据译码的信号译码设备包括解复用装置，用于对压缩数据解复用，以产生低频编码数据和高频增益差分编码数据；低频译码装置，用于对低频编码数据译码和去量化，以产生低频子带信号；低频参考值信息产生装置，用于至少基于低频子带信号产生低频参考值信息；高频增益差分信息产生装置，用于通过对高频增益差分信息编码数据译码和去量化，在预定时间间隔产生每个子带的高频增益差分信息；高频增益信息产生装置，用于基于在对应于相邻低频子带的时间位置的高频增益差分信息，产生高频增益信息，并且基于高频子带信号的最低频率子带中的低频参考值信息，产生高频增益信息；高频产生装置，用于从低频子带信号产生高频子带信号，并且基于高频增益信息控制高频子带信号的增益；以及合成装置，用于合成低频子带信号和具有受控增益的高频子带信号，从而输出合成的信号作为时间序列信号。
根据本发明的第四个实施例，对输入的压缩数据译码的信号译码方法包括如下步骤对压缩数据解复用，以产生低频编码数据和高频增益差分编码数据；对低频编码数据译码和去量化，以产生低频子带信号；至少基于低频子带信号产生低频参考值信息；通过对高频增益差分信息编码数据译码和去量化，在预定时间间隔产生每个子带的高频增益差分信息；基于在对应于相邻低频子带的时间位置的高频增益差分信息产生高频增益信息，并且基于高频子带信号中最低频率子带的低频参考值信息产生高频增益信息；从低频子带信号产生高频子带信号，并且基于高频增益信息控制高频子带信号的增益；以及合成低频子带信号和具有受控增益的高频子带信号，从而输出合成的信号作为时间序列信号。
根据本发明的第五个实施例，一种程序在计算机中执行上述信号编码处理或信号译码处理。根据本发明的第六个实施例，其中记录程序的记录介质在计算机中是可读的。
根据本发明的实施例，当采集在预定时间的每个子带产生的高频增益信息、和在对应于相邻低频子带的时间位置的高频增益信息之间的差分值时，采集高频子带信号中最低频率子带的高频增益信息、和基于低频子带信号产生的低频参考值信息之间的差分值。因此，高频增益信息的代码量降低，由此改善编码效率。
图1是根据本发明实施例的信号编码设备的示意图。
图2是显示通过使用频率混叠(frequency alias)方法的频带扩展的图。
图3显示了在信号编码设备的分组信息产生电路中对高频子带信号增益信息分组的例子。
图4显示了采集从信号编码设备的参考值信息产生电路产生的低频参考值信息、以及高频子带信号增益差分信息产生电路中的差分的方法的例子。
图5显示了信号编码设备中高频增益差分信息产生电路中的高频增益偏置信息的例子。
图6A和6B显示了高频增益信息和每个子帧的信号以及一部分子带信号丢失时帧的每个子带的功率谱。
图7显示了采集在信号编码设备的低频参考值信息产生电路中产生的低频参考值信息、以及高频增益差分信息产生电路中的差分值的方法的另一个例子。
图8是根据本发明实施例的信号译码设备的配置的示意图。
图9显示了在信号译码设备的高频产生电路中平滑的例子。
图10显示了按HE-AAC执行频带扩展的单个译码设备的配置的例子。
具体实施例方式
以下将参照附图详细说明本发明的实施例。
首先，图1是根据本发明实施例的信号编码设备的示意图。如图1中所示，本发明的这个实施例中的信号编码设备10包括子带分割滤波器组11、低频编码电路12、高频增益信息产生电路13、平滑方法选择信息产生电路14、分组信息产生电路15、低频参考值信息产生电路16、高频增益差分信息产生电路17、量化步长信息产生电路18、高频增益差分信息编码电路19和复用电路20。
子带分割滤波器组11将输入时间序列信号分割为多个子带，并且提供包括多个低频子带的低频子带信号给低频编码电路12、高频增益信息产生电路13和低频参考值信息产生电路16。另外，子带分割滤波器组11提供包括多个高频子带的高频子带信号给高频增益信息产生电路13。
这里，子带信号以x(k，n)(k＝0，1，2，…N-1)表示。k表示子带索引，而N表示分割的子带数目。另外，n表示时间索引。当k＝0的子带是最低频率子带而k＝N-1的子带是最高频率子带时，在子带分割滤波器组11中，k＝0，1，2，…N/2-1的全部子带信号是低频子带信号，而k＝N/2，N/2+1，N/2+2，…N-1的全部子带信号是高频子带信号。
在这个实施例中，在低频侧和高频侧的子带的数目都是N/2，但是可以可选地设置低频子带数和高频子带数的比，而且两个子带数不必相同。
低频编码电路12量化和编码低频子带信号，并且提供低频编码数据给复用电路20。
高频增益信息产生电路13由相对于高频子带信号的短时间部分(子帧)计算平均增益值并产生高频增益信息。高频增益信息产生电路13提供产生的高频增益信息给平滑方法选择信息产生电路14、分组信息产生电路15和低频参考值信息产生电路16。
以下，将讨论通过使用高频增益信息产生电路13产生高频增益信息的方法。
这里，在这个实施例中，例如，在译码方扩展频带通过使用美国专利No.5,068,899中公开的频率混叠方法执行。在该频率混叠方法中，在译码方低频子带信号在频率上反转以产生高频子带信号。即，当在译码方的低频子带信号是x′(k，n)(k＝0，1，2，…N/2-1)，并且从低频子带信号产生的高频子带信号是xa(i，n)(i＝N-k-1)时，x′(k，n)和xa(i，n)具有等式(1)中显示的关系。
xa(i，n)＝x′(k，n)(i＝N-k-1，k＝0，1，2，…N/2-1)…(1)等式(1)中显示的低频子带信号x′(k，n)包括在编码方由低频编码电路12导致的、相对于原始低频子带信号x(k，n)的量化误差。
图2是显示通过使用频率混叠方法的频带扩展的图。如图2中所示，如果使用频率混叠方法，那么子带信号在第N/2个子带反转。因此，例如，k＝0的低频子带信号变为i＝N-1的高频子带信号，而k＝2的低频子带信号变为i＝N-3的高频子带信号。
在译码器，高频子带信号xa(i，n)从低频子带信号x′(k，n)(k＝0，1，2，…N/2-1)产生。在编码器的原始高频子带信号x(k，n)(k＝N/2，N/2+1，…N-1)和根据上述等式(1)产生的xa(i，n)在每个子带中具有不同增益。
因此，在译码器，有必要按照下面显示的等式(2)和(3)控制具有扩展的频带的高频子带信号xa(i，n)的增益。
xag(i，n)＝g(i)*xa(i，n)(i＝N/2，N/2+1，N/2+2，…N-1)…(2)g(i)=sqrt(eh(i)*B/Σn=bb+Bxa(i,n)^2),(i=N-k-1,k=0,1,2,...N/2-1)...(3)]]>在等式(3)中，B表示采样周期，而g(i)表示从采样b的采样周期B的子帧中的增益控制值。另外，eh(i)表示从采样b的采样周期B的子帧中的高频增益信息。eh(i)在编码器计算并且根据发送给译码器的信息获得。上述高频增益信息产生电路13根据下面显示的等式(4)从高频子带信号产生高频增益信息eh(i)，并且提供产生的高频增益信息eh(i)给平滑方法选择信息产生电路14、分组信息产生电路15和低频参考值信息产生电路16。
eh(i)=1/BΣn=bb+Bx(i,n)^2,(i=N-k-1,k=0,1,2,...N/2-1)...(4)]]>但是，因为高频增益信息在从信号编码设备10的复用电路20输出的压缩数据的低频编码数据中占大的比率，所以重要的是最小化声音质量的恶化并减少信息量。
因此，在这个实施例的信号编码设备10中，通过使用如下所述的方法(a)到(c)减少高频增益信息量。
(a)在分组信息产生电路15中，当根据等式(3)获得高频增益信息时，采样周期B是可变的。
(b)在高频增益差分信息产生电路17中，在低频到高频的频率方向，具体来说，在与相对于按每个子带并且按每个子帧采集的高频增益信息的邻近低频子带相应的时间位置，采集带有高频增益信息的差分值。不提供高频子带信号中与最低频率子带相邻的低频子带，但是在低频参考值信息产生电路16中采集带有从低频子带信号采集的低频参考值的差分值，从而阻止绝对值产生。
(c)在高频增益差分信息编码电路19中，高频增益信息的差分值按量化步长信息产生电路18中产生的量化步长值量化，并且量化的差分值通过使用固定长度码或可变长度码编码。
回过来参照图1，平滑方法选择信息产生电路14根据高频增益信息产生平滑方法选择信息，并且提供产生的平滑方法选择信息给复用电路20。所述平滑不在编码器执行，而在译码器根据平滑方法选择信息执行。平滑方法选择信息包括关于平滑还是不平滑的信息。另外，平滑方法选择信息还包括执行平滑时使用的平滑函数(例如，正弦波函数或线性函数)的信息。例如，当在译码器扩展频带的高频子带信号中的不连续点增多时，通过使用正弦波执行时间方向的平滑，即，可以按帧自适应地选择平滑方法。
分组信息产生电路15确定采样周期，在该采样周期中采集上述高频增益信息。更具体来说，分组信息产生电路15按高频增益信息随时间的变化，将稳定部分分组，并且再次计算每个组的高频增益信息。在此确定的分组信息是高频增益分组信息，并且由每个组计算的高频增益信息是高频分组增益信息。分组信息产生电路15提供高频分组增益信息给高频增益差分信息产生电路17，并且提供高频增益分组信息给低频参考值信息产生电路16和复用电路20。
图3显示在分组信息产生电路15中对高频增益信息分组的例子。另外，图3显示分析子带信号时一帧的每个子帧和每个子带中的高频增益信息。纵轴的每个频带表示子带。在图3中，在低频侧的四个子带构成低频子带31，而在高频侧的五个子带构成高频子带32。但是，这个例子可能不被应用。在下文中，高频子带31的最低频率子带称为第一高频子带。当频率增大时，高频子带称为第二高频子带和第三高频子带。水平轴的每个时间部分表示子帧。在图3中，子帧按两个子帧、三个子帧和三个子帧分组。这些组分别称为第一组33、第二组34和第三组35。
在分组信息产生电路15中，第一高频子带中第一子帧的高频增益信息36和第二子帧的高频增益信息37被分组并重新计算。因此，被分组并重新计算的高频增益信息变为一个高频分组增益信息38。类似地，第二高频子带中第一子帧的高频增益信息39和第二子帧的高频增益信息40被分组并重新计算。因此，被分组并重新计算的高频增益信息变为一个高频分组增益信息41。
如上所述，这种分组通常考虑高频子带信号的时间稳定性来执行。例如，相对于等式(4)中获得的eh(i)，获得每个子帧的全部高频子带的平均值。然后，当子帧之间的差在阈值内时，执行分组。
在图3中，根据相同的高频增益分组信息，执行对第一高频子带和第二高频子带中的高频增益信息的分组。但是，不同的高频增益分组信息可以由多个子带使用。
在上述的例子中，高频增益分组信息只从高频增益信息确定。但是，通过使用低频子带信号，例如通过增加等式(3)中显示的增益控制数量，可以确定高频增益分组信息。
返回参照图1，低频参考值信息产生电路16根据高频增益信息、高频增益分组信息和低频子带信号，产生低频参考值信息。然后，在低频参考值信息产生电路16中，可以如下所述那样自适应地选择产生低频参考值信息的方法。低频参考值信息产生电路16提供低频参考值信息给高频增益差分信息产生电路17，并且提供表示产生选择的低频参考值信息的方法的低频参考值选择信息给复用电路20。
高频增益差分信息产生电路17在高频分组增益信息的频率方向采集差分值，并且产生高频增益差分信息。然后，高频增益差分信息产生电路17采集相对于第一高频子带中的高频分组增益信息具有低频参考值的差分值。如果必要，高频增益差分信息产生电路17产生高频增益偏置信息。高频增益差分信息产生电路17提供高频增益差分信息给量化步长信息产生电路18和高频增益差分信息编码电路19。另外，高频增益差分信息产生电路17提供高频增益偏置信息给复用电路20。
下面将说明低频参考值信息产生电路16和高频增益差分信息产生电路17中的详细处理。
量化步长信息产生电路18根据高频增益差分信息产生量化步长信息，并且提供产生的量化步长信息给高频增益差分信息编码电路19和复用电路20。
高频增益差分信息编码电路19根据量化步长信息量化和编码高频增益差分信息，并且产生高频增益差分信息编码数据。高频增益差分信息编码电路19提供高频增益差分信息编码数据给复用电路20。
复用电路20复用低频编码数据、低频参考值选择信息、高频增益分组信息、平滑方法选择信息、量化步长信息和高频增益差分信息编码数据。另外，如果必要，复用电路20复用高频增益偏置信息，并且产生和输出压缩的数据。
这里，将具体说明上述低频参考值信息产生电路16和高频增益差分信息产生电路17中的处理。
图4显示了采集由低频参考值信息产生电路16产生的低频参考值信息、以及高频增益差分信息产生电路17中的差分值的方法的例子。另外，图4显示了一帧的每个子帧中和每个子带中的高频分组增益信息。类似于图3，在图4中，在低频侧的四个子带构成低频子带31，而在高频侧的五个子带构成高频子带32。类似于图3，所述信息分别按第一组33、第二组34和第三组35分组。
如上所述，在低频参考值信息产生电路16中，可以选择产生低频参考值信息的方法。图4显示了计算每个组的低频参考值信息的例子。即，在第一组33中，从包括四个子带和两个子帧的低频子带信号计算低频参考值信息42。类似地，在第二组34中计算低频参考值信息43，而在第三组35中计算低频参考值信息44。低频参考值信息可以根据例如下面显示的等式(5)计算。
lowabs=1/(sb-1)*(1/C)Σi=0sb-1Σn=bb+Cx(i,n)^2...(5)]]>等式(5)中显示的lowabs表示低频参考值。sb表示第一高频子带，而sb-1表示低频子带信号中的最高频率子带。C表示由高频增益分组信息确定的时间周期，例如，对应于第一组33中的两个子帧的时间周期。
计算每个组的低频参考值信息的方法不限于上面显示的等式(5)，并且在编码器和译码器都可以使用相同的计算方法。例如，如等式(6)中所示，低频参考值信息可以从低频子带信号中的最高频率子带sb-1计算。
lowabs=(1/C)Σn=bb+Cx(sb-1,n)^2...(6)]]>因为等式(6)所示计算方法中子带sb-1和子带sb之间增益值的相对性比较高，所以该计算方法适合获得高频增益差分信息产生电路17中的差分值。但是，因为编码器的低频参考值信息和译码器的低频参考值信息由于低频子带信号的量化误差的影响而可以不同，所以该计算方法适合在对低频子带信号编码时分配足够数量的比特。
在上面显示的等式(5)的计算方法中，因为由量化误差的影响导致的低频参考值的变化与等式(6)中的情况相比降低，但是音频信号一般来说功率与低频子带一样大，所以子带sb中的高频增益差分信息增加。在这种情况下，当通过计算差分值时对所有组共同的高频增益偏置信息采集差分时，改善了编码效率。高频增益偏置信息将在高频增益差分信息产生电路17中具体说明。
高频增益差分信息产生电路17按每组产生高频增益差分信息。
在图4中，首先，从第一组33的低频参考值信息42减去第一高频子带的第一组中的高频增益信息38，并且变为高频增益差分信息。类似地，在第二组34和第三组35中计算高频增益差分信息。
这里，当根据上面所示的等式(5)计算低频参考值信息时，第一高频子带中的高频增益差分信息可能增加。因此，最好通过对每个组共同的高频增益偏置信息采集差分值以便改善编码效率。如图5的例子中所示，高频增益偏置信息可以以比特表格表示。例如，当第一组33到第三组35的差分值分别是-20dB、-16dB和-18dB时，平均值是-18dB。因此，通过使用具有最接近平均值的值的ID＝4的高频增益偏置信息，第一高频子带中高频分组增益信息的差分值分别表示为-2dB、+2dB和0dB。选择的高频偏置信息被发送到复用电路20，并且用于产生译码器的高频分组增益信息。
在图4中，从第一高频子带的第一组中的高频分组增益信息38减去第二高频子带的第一组中的高频增益差分信息41，并且变为高频增益差分信息。如上所述，高频增益差分信息产生电路17计算每个组和每个子带的高频增益差分信息。
但是，采集每个组的差分值的方法在降低信息量上有优势，但是该方法也有如下缺点在编码器和译码器端对低频参考值信息的变化不擅长。例如，由于量化误差的影响可能丢失一部分子带信号，该量化误差在编码和译码低频子带信号期间引起或依赖于给定比特率的上限。在这种情况下，低频参考值信息按每个组变化。
如上所述，图6A显示部分子带信号丢失时一帧的每个子帧和每个子带的高频增益信息。另外，图6B显示对应于图6A的信号的功率谱。在图6A中，低频侧的四个子带构成低频子带51，以及高频侧的五个子带构成高频子带52。在图6A中，信息按三个子帧、一个子帧和四个子帧分组。在下文中，图6A中显示的组分别称为第一组53、第二组54和第三组55。
当给定的比特数降低并且判定图6B中显示的频带57在听觉上不重要时，对应于频带57的子带56可以丢失。在这种情况下，当按组计算低频参考值时，在只包括一个子帧的第二组54中低频参考值的变化增大。即，子带56的影响程度依每个组显著不同。
有必要通过在编码器端计算在低频子带信号的编码和译码期间的变化程度，补偿每个组的高频增益信息，以便阻止低频参考值的变化。在这种情况下，编码器包括低频子带信号编码设备。这在信号编码设备的操作速度或功耗方面不是优选的。
因此，低频参考值信息产生电路16可以在全部子带信号中计算一个低频参考值而不使用高频增益分组信息。
图7显示了在整个低频子带信号中计算一个低频参考值信息的情况下，一帧的每个子帧和每个子带的高频增益信息。在图7中，类似于图3，在低频侧的四个子带构成低频子带31，以及在高频侧的五个子带构成高频子带32。类似于图3，信息按第一组33、第二组34和第三组35分组。
在图7中，低频参考值信息产生电路16从整个低频子带信号计算低频参考值信息45。另外，在高频增益差分信息产生电路17中，从低频参考值信息45减去第一高频子带的第一组中的高频分组增益信息38，并且变为高频增益差分信息。类似地，通过在第二组34和第三组35中使用相同的低频参考值信息45，计算高频增益差分信息。
如上所述，在整个低频子带信号中计算一个低频参考值信息的方法中，每个组中低频参考值的变化甚至在图6中说明的情况下变得相同。因此，保持了组之间高频子带信号的增益的相对关系。
但是，从降低高频增益信息量的角度来看，这种方法不是很好。例如，当输入信号具有脉冲形式时，第一组33和第三组35可能具有小增益，并且第二组34可能具有大增益。但是，在这种情况下，低频参考值信息45和第一高频子带中的每个组之间的差分值是很大的值，如例如-20dB、+10dB和-20dB。在使用可变长度码编码的情况下，码的长度显著增大。
在通过使用高频增益分组信息按每组计算低频参考值信息的方法中，不使用高频增益分组信息。在整个低频子带信号中计算一个低频参考值信息而不使用高频增益分组信息的方法优点和缺点都有。
低频参考值信息产生电路16根据输入信号的性质，即是计算每个组的低频参考值信息还是在整个低频子带信号中计算一个低频参考值信息，自适应地选择产生低频参考值信息的方法。更具体来说，参考值信息产生电路16考虑到低频子带信号的量化误差、特定高频子带信号或全部高频子带随时间的变化、以及两种方法的代码数量的差别，自适应地选择产生低频参考值信息的方法。
更具体来说，在考虑低频子带信号的量化误差选择产生低频参考值的方法的情况下，可以从每个低频子带信号的比特分配数量估计量化误差。因此，当判定在如图6中所示的特定子带中功率变化相当大时，确定低频参考值选择信息，以从如图7中所示的整个低频子带信号计算低频参考值信息。相反，当每个子带的功率变化在阈值范围内时，确定低频参考值选择信息，以便如图4中所示在低频子带信号中按每个组计算低频参考值信息。
在考虑特定高频子带信号或整个高频子带信号的随时间的变化、选择产生低频参考值的方法的情况下，例如，当随时间的变化增大时，按每个组计算低频参考值信息。相反，当随时间的变化降低时，在整个低频子带信号中计算一个低频参考值信息。这种方法非常适合小尺寸电路的信号编码设备。
在具有大尺寸电路的信号编码设备中，图4和图7中显示的两种产生方法都执行。因此，可以选择一种具有较小的高频子带信号增益差分信息编码数据的最终代码量的方法。
可以通过综合地判断如下的两种方法确定低频参考值选择信息在一种方法中考虑低频子带信号的量化误差、或特定高频子带信号或整个高频子带信号的随时间的变化，在另一种方法中考虑特定高频子带信号和整个高频子带信号的代码数量的差别。
在计算低频参考值信息的方法中，可以考虑希望的声音质量、信号编码设备的电路尺寸等选择最佳的方法。
接下来，图8是根据本发明的这个实施例的信号译码设备的示意图。如图8中所示，该实施例的信号译码设备60包括解复用电路61、低频译码电路62、低频参考值信息产生电路63、高频增益差分信息产生电路64、高频分组增益信息产生电路65、高频产生电路66和子带合成滤波器组67。
解复用电路61解复用输入的压缩数据，并且提供低频编码数据给低频译码电路62。解复用电路61提供高频增益差分信息编码数据和量化步长信息给高频增益差分信息产生电路64，并且提供平滑方法选择信息给高频产生电路66。解复用电路61提供高频增益分组信息给低频参考值信息产生电路63和高频产生电路66，并且提供低频参考值选择信息给低频参考值信息产生电路63。当压缩的数据包括高频增益偏置信息时，解复用电路61提供该信息给高频分组增益信息产生电路65。
低频译码电路62译码和去量化低频编码数据，并且提供低频子带信号给低频参考值信息产生电路63、高频产生电路66和子带合成滤波器组67，该低频子带信号是多个低频子带的信号。
低频参考值信息产生电路63根据低频子带信号、高频增益分组信息和低频参考值选择信息，产生类似于编码器的低频参考值信息，并且提供产生的低频参考值信息给高频分组增益信息产生电路65。
高频增益差分信息产生电路64根据量化步长信息，译码和去量化高频增益差分信息编码数据，并且产生高频增益差分信息。高频增益差分信息产生电路64提供产生的高频增益差分信息给高频分组增益信息产生电路65。
高频分组增益信息产生电路65根据高频增益差分信息和低频参考值信息，以及在必要时的高频增益偏置信息，产生高频增益信息。高频分组增益信息产生电路65提供产生的高频增益信息给高频产生电路66。
高频产生电路66根据低频子带信号、高频增益信息、平滑方法选择信息和高频增益分组信息，产生高频子带信号，并且提供产生的高频子带信号给子带合成滤波器组67。更具体来说，高频产生电路66以与上述图2和等式(1)到(3)中说明的相同方法产生高频子带信号。
但是，当由平滑方法选择信息指定时间轴的平滑方法时，高频产生电路66根据平滑方法选择信息平滑高频增益信息。例如，当由正弦波函数执行的平滑被指定时，如图9中所示那样执行平滑。在图9中，当高频子带中的第一子帧和第二子帧的增益控制值分别是g(0)和g(1)时，根据下面所示等式(7)到(9)获得平滑函数gsm(n)。
gsm(n)＝gsm_a*cos(n)+gsm_b …(7)gsm_a＝(g(0)-g(1))/2…(8)gsm_b＝(g(0)+g(1))/2…(9)高频产生电路66根据下面显示的等式(10)而不是等式(2)，通过使用如上所述获得的平滑函数gsm(n)，产生高频子带信号。
xag(n)＝gsm(n)*xa(n)…(10)通过这种方法，类似地对所有子帧和子带执行时间轴上的平滑。
返回参照图8，子带合成滤波器组67合成低频子带信号和高频子带信号，并且输出获得的时间序列信号。
如上所述，在根据本发明的这个实施例的信号编码设备10和信号译码设备60中，可能最小化采集高频增益信息的差分值的缺点，并且改善编码效率。特别地，在根据本发明的这个实施例的信号编码设备10和信号译码设备60中，因为采集了高频子带信号中的最低频率子带中的高频增益信息和低频参考值信息之间的差分值，所以在帧中不产生绝对值。而且，高频子带信号的增益一般从根据低频子带信号产生的低频参考值信息采集，高频子带信号和低频子带信号的随时间的变化的平衡优良。因此，具有很少冲突的时间序列信号可以在子带被合成之后产生。
本发明的实施例不只限于上述实施例，而是本发明的实施例可以在不与本发明的宗旨相抵触的范围内做各种改变。
例如，在上述实施例中，描述了通过使用频率混叠方法从低频子带信号产生高频子带信号的方法。但是，从低频子带信号产生高频子带信号的方法不限于频率混叠方法。因此，例如，可以使用美国专利No.466730中说明的频移方法作为从低频子带信号产生高频子带信号的方法。
通过使用硬件配置说明上述实施例，但是实施例不限于硬件配置。通过用CPU(中央处理单元)执行计算机程序可以执行光学处理。在这种情况下，可以提供存储在记录介质中的计算机程序。另外，计算机程序可以通过包括因特网的传输介质提供。
本领域的技术人员应该理解到，各种修改、组合、子组合和替代可以依赖于设计要求和其它因素发生，只要它们在权利要求或其等价物的范围内。
相关申请的交叉引用本发明包含与2005年12月26日在日本专利局提交的日本专利申请JP2005-372518有关的主题，其全部内容通过引用在此合并。
权利要求
1.一种用于编码输入时间序列信号的信号编码设备，包含分割装置，用于分割时间序列信号为多个子带，从而产生包括多个低频子带的低频子带信号和包括多个高频子带的高频子带信号；低频编码装置，用于量化和编码低频子带信号以产生低频编码数据；高频增益信息产生装置，用于通过从低频子带信号产生新的高频子带信号，并且以预定的时间间隔比较新的高频子带信号的增益和每个子带的高频子带信号的增益，从而产生高频增益信息；低频参考值信息产生装置，用于至少基于低频子带信号产生低频参考值信息；高频增益差分信息产生装置，用于通过采集每个子带中以预定的时间间隔产生的高频增益信息和在对应于相邻低频子带的时间位置的高频增益信息之间的差分值，并且采集高频子带信号中最低频子带的高频增益信息和低频参考值信息之间的差分值，来产生高频增益差分信息；高频增益差分信息编码装置，用于量化和编码高频增益差分信息，以产生高频增益差分信息编码数据；以及复用装置，用于至少复用低频编码数据和高频增益差分信息编码数据，以输出复用的数据作为压缩数据。
2.根据权利要求1所述的信号编码设备，还包含分组信息产生装置，用于通过在时间方向上，按多个分组将每个子带中以预定的时间间隔产生的高频增益信息分组，产生每个组的高频分组增益信息，并且产生关于分组方法的高频增益分组信息，其中高频增益差分信息产生装置通过在对应于相邻低频子带的时间位置采集具有高频分组增益信息的差分值，产生高频增益差分信息，并且所述复用装置还复用所述高频增益分组信息。
3.根据权利要求2所述的信号编码设备，其中低频参考值信息产生装置，通过自适应地选择用于从整个低频子带信号产生低频参考值信息的方法、和用于基于高频增益分组信息从低频子带信号按组产生低频参考值信息的方法中的一个，来产生有关选择的利用低频参考值信息的产生方法的低频参考值信息，并且复用装置还复用低频参考值选择信息。
4.根据权利要求3所述的信号编码设备，其中低频参考值信息产生装置，基于低频子带信号的量化误差，选择用于从整个低频子带信号产生低频参考值信息的方法、和用于从低频子带信号按组产生低频参考值信息的方法中的一个。
5.根据权利要求3所述的信号编码设备，其中低频参考值信息产生装置，选择用于从整个低频子带信号产生低频参考值信息的方法、和用于从低频子带信号按组产生低频参考值信息的方法之一，以减少高频增益差分信息的代码量。
6.根据权利要求1所述的信号编码设备，还包含量化步长信息产生装置，用于在基于高频增益差分信息量化高频增益差分信息时，产生量化步长信息，其中复用装置还复用量化步长信息。
7.根据权利要求1所述的信号编码设备，还包含平滑方法选择信息产生装置，用于产生关于下述方法的平滑方法选择信息用于基于所述高频增益信息平滑在时间方向上在译码方产生的高频子带信号，其中复用装置进而复用平滑方法选择信息。
8.一种编码输入时间序列信号的信号编码方法，该方法包含以下步骤分割时间序列信号为多个子带，并且产生包括多个低频子带的低频子带信号和包括多个高频子带的高频子带信号；量化和编码低频子带信号以产生低频编码数据；通过从低频子带信号产生新的高频子带信号，并且以预定的时间间隔比较新的高频子带信号的增益和每个子带的高频子带信号的增益，从而产生高频增益信息；至少基于低频子带信号产生低频参考值信息；通过采集每个子带中以预定的时间间隔产生的高频增益信息和在对应于相邻低频子带的时间位置的高频增益信息之间的差分值，并且采集高频子带信号中最低频子带的高频增益信息和低频参考值信息之间的差分值，来产生高频增益差分信息；量化和编码高频增益差分信息，以产生高频增益差分信息编码数据；以及至少复用低频编码数据和高频增益差分信息编码数据，以输出复用的数据作为压缩数据。
9.一种用于在计算机中执行对输入时间序列信号编码的信号编码处理的程序，该程序包含以下步骤分割时间序列信号为多个子带，并且产生包括多个低频子带的低频子带信号和包括多个高频子带的高频子带信号；量化和编码低频子带信号，以产生低频编码数据；通过从低频子带信号产生新的高频子带信号，并且以预定的时间间隔比较新的高频子带信号的增益和每个子带的高频子带信号的增益，从而产生高频增益信息；至少基于低频子带信号产生低频参考值信息；通过采集每个子带中以预定的时间间隔产生的高频增益信息和在对应于相邻低频子带的时间位置的高频增益信息之间的差分值，并且采集高频子带信号中最低频子带的高频增益信息和低频参考值信息之间的差分值，产生高频增益差分信息；量化和编码高频增益差分信息，以产生高频增益差分信息编码数据；以及至少复用低频编码数据和高频增益差分信息编码数据，以输出复用的数据作为压缩数据。
10.一种计算机可读记录介质，在该记录介质中记录了用于在计算机中执行对输入时间序列信号编码的信号编码处理的程序，该处理包含以下步骤分割时间序列信号为多个子带，并且产生包括多个低频子带的低频子带信号和包括多个高频子带的高频子带信号；量化和编码低频子带信号，以产生低频编码数据；通过从低频子带信号产生新的高频子带信号，并且以预定的时间间隔比较新的高频子带信号的增益和每个子带的高频子带信号的增益，从而产生高频增益信息；至少基于低频子带信号，产生低频参考值信息；通过采集每个子带中以预定的时间间隔产生的高频增益信息和在对应于相邻低频子带的时间位置的高频增益信息之间的差分值，并且采集高频子带信号中最低频子带的高频增益信息和低频参考值信息之间的差分值，产生高频增益差分信息；量化和编码高频增益差分信息，以产生高频增益差分信息编码数据；以及至少复用低频编码数据和高频增益差分信息编码数据，以输出复用的数据作为压缩数据。
11.一种用于对输入的压缩数据译码的信号译码设备，该设备包含解复用装置，用于解复用压缩数据，以产生低频编码数据和高频增益差分编码数据；低频译码装置，用于译码和去量化低频编码数据，以产生低频子带信号；低频参考值信息产生装置，用于至少基于低频子带信号产生低频参考值信息；高频增益差分信息产生装置，用于通过译码和去量化高频增益差分信息编码数据，以预定的时间间隔产生每个子带的高频增益差分信息；高频增益信息产生装置，用于基于在对应于相邻低频子带的时间位置的高频增益差分信息，产生高频增益信息，并且基于高频子带信号中的最低频子带的低频参考值信息，产生高频增益信息；高频产生装置，用于从低频子带信号产生高频子带信号，并且基于高频增益信息，控制高频子带信号的增益；以及合成装置，用于合成低频子带信号和具有受控增益的高频子带信号，以输出合成信号作为时间序列信号。
12.根据权利要求11所述的信号译码设备，其中压缩数据包括高频分组增益信息，其有关在编码方在时间方向上将高频增益信息分为多个组、并且产生每个组的高频分组增益信息时的分组方法；以及其中高频增益差分信息产生装置，通过译码和去量化高频增益差分信息编码数据，按子带和按组产生高频增益差分信息；高频增益信息产生装置，基于在对应于相邻低频子带的时间位置的高频增益差分信息，产生高频增益信息，并且基于高频子带信号中最低频子带的低频参考值信息，产生高频增益信息；并且高频产生装置从低频子带信号产生高频子带信号，并基于高频增益信息控制高频子带信号的增益。
13.根据权利要求12所述的信号译码设备，其中压缩数据包括关于产生低频参考值选择信息的方法的低频参考值选择信息；并且其中低频参考值信息产生装置，选择以下方法中的一个用于基于低频参考值选择信息从整个低频子带信号产生低频参考值信息的方法和用于基于高频增益分组信息从低频子带信号产生每个组的低频参考值信息的方法。
14.根据权利要求11所述的信号编码设备，其中压缩数据包括关于在时间方向上平滑高频子带信号的方法的平滑方法选择信息；并且其中高频产生装置，基于高频增益信息和平滑方法选择信息，控制从低频子带信号产生的高频子带信号的增益。
15.一种对输入压缩数据译码的信号译码方法，该方法包括以下步骤解复用压缩数据以产生低频编码数据和高频增益差分编码数据；译码和去量化低频编码数据以产生低频子带信号；至少基于低频子带信号产生低频参考值信息；通过译码和去量化高频增益差分信息编码数据，以预定的时间间隔产生每个子带的高频增益差分信息；基于在对应于相邻低频子带的时间位置的高频增益差分信息，产生高频增益信息，并且基于高频子带信号中的最低频子带的低频参考值信息，产生高频增益信息；从低频子带信号产生高频子带信号，并且基于高频增益信息控制高频子带信号的增益；以及合成低频子带信号和具有受控增益的高频子带信号，以输出合成信号作为时间序列信号。
16.一种用于在计算机中执行对输入的压缩数据译码的信号译码处理的程序，该处理包含以下步骤解复用压缩数据，以产生低频编码数据和高频增益差分编码数据；译码和去量化低频编码数据，以产生低频子带信号；至少基于低频子带信号产生低频参考值信息；通过译码和去量化高频增益差分信息编码数据，以预定的时间间隔产生每个子带的高频增益差分信息；基于在对应于相邻低频子带的时间位置的高频增益差分信息，产生高频增益信息，并且基于高频子带信号中的最低频子带的低频参考值信息，产生高频增益信息；从低频子带信号产生高频子带信号，并且基于高频增益信息控制高频子带信号的增益；以及合成低频子带信号和具有受控增益的高频子带信号，以输出合成信号作为时间序列信号。
17.一种计算机可读记录介质，在该记录介质中记录用于在计算机中执行对输入压缩数据译码的信号译码处理的程序，该处理包含以下步骤解复用压缩数据，以产生低频编码数据和高频增益差分编码数据；译码和去量化低频编码数据，以产生低频子带信号；至少基于低频子带信号产生低频参考值信息；通过译码和去量化高频增益差分信息编码数据，以预定的时间间隔产生每个子带的高频增益差分信息；基于在对应于相邻低频子带的时间位置的高频增益差分信息，产生高频增益信息，并且基于高频子带信号中的最低频子带的低频参考值信息，产生高频增益信息；从低频子带信号产生高频子带信号，并且基于高频增益信息控制高频子带信号的增益；以及合成低频子带信号和具有受控增益的高频子带信号，以输出合成信号作为时间序列信号。
18.一种用于编码输入时间序列信号的信号编码设备，包含分割部件，用于分割时间序列信号为多个子带，从而产生包括多个低频子带的低频子带信号和包括多个高频子带的高频子带信号；低频编码部件，用于量化和编码低频子带信号以产生低频编码数据；高频增益信息产生部件，用于通过从低频子带信号产生新的高频子带信号，并且以预定的时间间隔比较新的高频子带信号的增益和每个子带的高频子带信号的增益，从而产生高频增益信息；低频参考值信息产生部件，用于至少基于低频子带信号产生低频参考值信息；高频增益差分信息产生部件，用于通过采集以预定的时间间隔在每个子带中产生的高频增益信息和在对应于相邻低频子带的时间位置的高频增益信息之间的差分值，并且采集高频子带信号中最低频子带的高频增益信息和低频参考值信息之间的差分值，产生高频增益差分信息；高频增益差分信息编码部件，用于量化和编码高频增益差分信息，以产生高频增益差分信息编码数据；以及复用部件，至少复用低频编码数据和高频增益差分信息编码数据，以输出复用的数据作为压缩数据。
19.一种用于对输入压缩数据译码的信号译码设备，该设备包含解复用部件，用于解复用压缩数据，以产生低频编码数据和高频增益差分编码数据；低频译码部件，用于译码和去量化低频编码数据，以产生低频子带信号；低频参考值信息产生部件，用于至少基于低频子带信号，产生低频参考值信息；高频增益差分信息产生部件，用于通过译码和去量化高频增益差分信息编码数据，以预定的时间间隔产生每个子带的高频增益差分信息；高频增益信息产生部件，用于基于在对应于相邻低频子带的时间位置的高频增益差分信息，产生高频增益信息，并且基于高频子带信号中的最低频子带的低频参考值信息，产生高频增益信息；高频产生部件，用于从低频子带信号产生高频子带信号，并且基于高频增益信息控制高频子带信号的增益；以及合成部件，用于合成低频子带信号和具有受控增益的高频子带信号，以输出合成信号作为时间序列信号。
全文摘要
本发明提供了一种用于编码输入的时间序列信号的信号编码设备，包括分割装置；低频编码装置；高频增益信息产生装置；低频参考值信息产生装置；高频增益差分信息产生装置；高频增益差分信息编码装置；以及复用装置。
文档编号G11B20/14GK1992533SQ20061017272
公开日2007年7月4日 申请日期2006年12月26日 优先权日2005年12月26日
发明者本间弘幸, 知念彻 申请人:索尼株式会社