專利名稱：音頻編解碼方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及音頻編解碼技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于高頻殘差重構(gòu)的信號(hào)重構(gòu)方 法，用于多媒體通信和消費(fèi)類電子領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
在多媒體通信領(lǐng)域，包括語音在內(nèi)的音頻、尤其是寬帶音頻已逐漸成為主要通信 業(yè)務(wù)之一。但是音頻信號(hào)頻帶較寬、編碼數(shù)據(jù)量較大，這給音頻信號(hào)的實(shí)時(shí)傳輸和有效 存儲(chǔ)帶來很大的困難。雖然MP3、 AAC、 EAAC和EAAC+等音頻編碼算法己經(jīng)能夠較好地音 頻信號(hào)進(jìn)行壓縮編碼，滿足了一定應(yīng)用的要求，但還無法較好地勝任目前正在發(fā)展的移 動(dòng)多媒體通信和各種移動(dòng)平臺(tái)等業(yè)務(wù)。所以有必要研究效率更高和質(zhì)量更好的音頻編碼 算法。近年來，在音頻壓縮編碼的研究領(lǐng)域，音頻信號(hào)高頻成分的處理、壓縮和重構(gòu)成 為相關(guān)研究的關(guān)鍵技術(shù)之一，如何利用低頻頻段的信號(hào)來重建高頻信號(hào)是重要的研究內(nèi) 容。
現(xiàn)有技術(shù)利用頻域低頻進(jìn)行頻域高頻重建的方法主要有兩種，簡單介紹如下 現(xiàn)有技術(shù)1
把音頻或語音的低頻信號(hào)通過一個(gè)數(shù)字濾波組處理，得到一組低頻子帶信號(hào)；再把 該組低頻子帶作為一個(gè)整塊信號(hào)來進(jìn)行高頻信號(hào)的復(fù)制。整個(gè)高頻頻段信號(hào)的復(fù)制方法 是將高頻信號(hào)按照頻率由低到高劃分成若干頻段，每段與上述整塊低頻信號(hào)的帶寬大致 相同；然后將整塊低頻子帶組連續(xù)復(fù)制到高頻頻段的每一段。這樣，整塊低頻子帶組會(huì) 被周期性地在高頻頻段使用若干次，直到整個(gè)需要恢復(fù)的高頻頻段都被復(fù)制完成為止。 具體方式有兩種 一是把整塊低頻子帶組平移到對(duì)應(yīng)的高頻頻段，二是把整塊低頻子帶 組先折疊，即顛倒了子帶排列順序，再把整塊低頻子帶組平移到對(duì)應(yīng)的高頻頻段；在復(fù) 制過程中，這兩種方式可能會(huì)交叉使用。這樣，整塊低頻子帶組會(huì)被周期性地使用，直 到整個(gè)需要恢復(fù)的高頻頻段都被復(fù)制完成為止。
現(xiàn)有技術(shù)2
把低頻信號(hào)通過低通濾波器組處理，得到一組低頻子帶信號(hào)。這里不再像現(xiàn)有技術(shù) l那樣，把選取的低頻子帶組作為一個(gè)整體，整段地連續(xù)復(fù)制需要恢復(fù)的高頻部分,而是 利用低頻子帶組中的子帶，分別對(duì)應(yīng)地恢復(fù)一些離散分布的高頻子帶。如果在高頻部分有非常豐富的諧波分量，則其諧波分量的頻率可能就是其相應(yīng)基頻的整數(shù)倍。在此思想 的指導(dǎo)下，現(xiàn)有技術(shù)2提出，如果高頻部分某些子帶的子帶序號(hào)是2、 3、 4、 5等自然 數(shù)的整數(shù)倍，即某些高頻子帶和低頻子帶之間存在倍數(shù)的對(duì)應(yīng)關(guān)系，這些子帶很可能存 在豐富的諧波成分，需要重點(diǎn)恢復(fù)。這樣，用連續(xù)的低頻子帶組恢復(fù)離散分布的高頻子 帶的過程就完成了。最后，對(duì)于該方法遺漏的高頻子帶，還要選取波形與之相近的低頻 子帶，對(duì)遺漏的高頻子帶進(jìn)行恢復(fù)，從而完成所有高頻子帶的復(fù)制。
上述兩種現(xiàn)有技術(shù)中無論按現(xiàn)有技術(shù)1把低頻子帶作為一個(gè)整塊進(jìn)行周期性地平移 復(fù)制或折疊復(fù)制，還是按現(xiàn)有技術(shù)2進(jìn)行倍頻復(fù)制，都是機(jī)械性地恢復(fù)諧波，沒有考慮 音頻語音信號(hào)的多樣性和變化性，另外復(fù)制時(shí)候是按照子帶序號(hào)依次提取復(fù)制，由于低 頻子帶和高頻子帶的波形本來就不同，所以被復(fù)制的高頻子帶和原始的高頻子帶相比， 將存在較大波形差別或峰值差異，因此重建的高頻信號(hào)準(zhǔn)確性不是太高，影響重構(gòu)音頻 信號(hào)的質(zhì)量。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的之一是提供一種基于頻域?yàn)V波和高頻殘差重構(gòu)的音頻編解碼方法，目 的之二是提供一種基于時(shí)域?yàn)V波和高頻殘差重構(gòu)的音頻編解碼方法，以避免上述已有技 術(shù)的不足，提高重建高頻殘差信號(hào)的準(zhǔn)確性和音頻編解碼的壓縮比，保證重構(gòu)音頻信號(hào) 質(zhì)量<=
本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實(shí)現(xiàn)的 技術(shù)方案一-
基于頻域?yàn)V波和高頻殘差重構(gòu)的音頻編解碼方法，包括如下步驟
1) 在編碼端，音頻原始時(shí)域信號(hào)經(jīng)過時(shí)頻變換處理，得到原始頻域信號(hào)；
2) 原始頻域信號(hào)經(jīng)過頻域感知濾波處理，得到原始頻域殘差信號(hào)；
3) 原始頻域殘差信號(hào)經(jīng)過頻域殘差分析和編碼處理，得到低頻殘差信號(hào)編碼和高 頻殘差參數(shù)編碼，并輸出到傳輸信道或存儲(chǔ)介質(zhì)。
4) 在解碼端，接收來自輸出到傳輸信道或存儲(chǔ)介質(zhì)的低頻殘差信號(hào)編碼和高頻殘 差參數(shù)編碼，并對(duì)其進(jìn)行頻域殘差解碼和重構(gòu)處理，得到重構(gòu)頻域殘差信號(hào)；
5) 重構(gòu)頻域殘差信號(hào)經(jīng)過頻域感知逆濾波處理，得到重構(gòu)頻域信號(hào)；
6) 對(duì)重構(gòu)頻域信號(hào)進(jìn)行時(shí)頻反變換處理，得到音頻重構(gòu)時(shí)域信號(hào)。 技術(shù)方案二
基于時(shí)域?yàn)V波和高頻殘差重構(gòu)的音頻編解碼方法，包括如下步驟
Tl)在編碼端，音頻原始時(shí)域信號(hào)經(jīng)過時(shí)域感知濾波處理，得到原始時(shí)域殘差信號(hào)；T2)原始時(shí)域殘差信號(hào)經(jīng)過時(shí)頻變換處理，得到原始頻域殘差信號(hào)； T3)原始頻域殘差信號(hào)經(jīng)過頻域殘差分析和編碼處理，得到低頻殘差信號(hào)編碼和高 頻殘差參數(shù)編碼，并輸出到傳輸信道或存儲(chǔ)介質(zhì)。
T4)在解碼端，接收來自輸出到傳輸信道或存儲(chǔ)介質(zhì)的低頻殘差信號(hào)編碼和高頻殘 差參數(shù)編碼，并對(duì)其進(jìn)行頻域殘差解碼和重構(gòu)處理，得到重構(gòu)頻域殘差信號(hào)； T5)對(duì)重構(gòu)頻域殘差信號(hào)進(jìn)行時(shí)頻逆變換處理，得到重構(gòu)時(shí)域殘差信號(hào)；
T6)將重構(gòu)時(shí)域殘差信號(hào)進(jìn)行時(shí)域逆濾波處理，得到音頻重構(gòu)時(shí)域信號(hào)。
上述兩種方案的音頻編解碼方法，其中所述的頻域殘差分析和編碼處理，包括如下
步驟
(Al)按照等帶寬頻帶、或臨界頻帶、或頻程頻帶頻的帶劃分方法，先對(duì)原始頻域
殘差信號(hào)進(jìn)行頻帶劃分，然后根據(jù)音頻編碼器設(shè)定的編碼速率選擇一個(gè)頻帶劃分端點(diǎn)， 將原始頻域殘差信號(hào)分割成原始低頻殘差信號(hào)和原始高頻殘差信號(hào)兩部分，使這兩部分
各具有若干個(gè)頻帶；
(A2)對(duì)原始低頻殘差信號(hào)進(jìn)行編碼，得到低頻殘差信號(hào)編碼輸出；再對(duì)低頻殘差 信號(hào)編碼在編碼端進(jìn)行本地解碼，得到解碼低頻殘差信號(hào)；
(A3)根據(jù)解碼低頻殘差信號(hào)與原始高頻殘差信號(hào)的相似性或相關(guān)性，對(duì)高頻殘差
參數(shù)進(jìn)行分析，即選擇一個(gè)頻帶匹配策略對(duì)解碼低頻殘差信號(hào)和原始高頻殘差信號(hào)進(jìn)行 頻帶匹配，并計(jì)算最佳匹配的高頻殘差參數(shù)，得到包括頻帶劃分方法、最佳匹配頻帶頻
率位置、能量匹配因子、聲道耦合參數(shù)和幀間擴(kuò)展參數(shù)在內(nèi)的原始高頻殘差參數(shù)； (A4)對(duì)原始高頻殘差參數(shù)進(jìn)行編碼，得到高頻殘差參數(shù)編碼輸出。 上述兩種方案的音頻編解碼方法，其中所述的頻域殘差解碼和重構(gòu)處理，包括如下 步驟
(Cl)對(duì)接收到的低頻殘差信號(hào)編碼進(jìn)行解碼，得到解碼低頻殘差信號(hào)； (C2)對(duì)接收到的高頻殘差參數(shù)編碼進(jìn)行解碼，得到解碼高頻殘差參數(shù)； (C3)利用解碼低頻殘差信號(hào)、解碼高頻殘差參數(shù)中的最佳匹配頻帶頻率位置和能 量匹配因子，重構(gòu)高頻殘差信號(hào)頻帶i^(《Q，/);
(C4)利用解碼高頻殘差參數(shù)中的頻帶劃分方法、聲道耦合參數(shù)和幀間擴(kuò)展參數(shù)， 將得到的重構(gòu)高頻殘差信號(hào)頻帶進(jìn)行組合，得到重構(gòu)高頻殘差信號(hào)；
(C5)利用解碼高頻殘差參數(shù)中的頻域殘差高低頻段分界頻率，將解碼低頻殘差信 號(hào)與重構(gòu)高頻殘差信號(hào)進(jìn)行組合，得到重構(gòu)頻域殘差信號(hào)。
上述兩種方案的音頻編解碼方法，其中所述的頻帶匹配策略包括高頻殘差信號(hào)頻帶在低頻殘差信號(hào)區(qū)域進(jìn)行匹配、高頻殘差信號(hào)頻帶在低頻殘差信號(hào)區(qū)域及其擴(kuò)展區(qū)域 進(jìn)行匹配、通過聲道耦合進(jìn)行高頻殘差信號(hào)匹配和通過幀間擴(kuò)展進(jìn)行高頻殘差信號(hào)匹 配。
本發(fā)明由于充分考慮了頻域殘差信號(hào)頻譜的白化特性和高頻殘差信號(hào)和低頻殘差 信號(hào)之間的相關(guān)性和相似性，通過選擇高頻殘差信號(hào)和低頻殘差信號(hào)的匹配策略，估算 高頻殘差信號(hào)的重構(gòu)參數(shù)，并用高頻殘差參數(shù)準(zhǔn)確的重構(gòu)高頻殘差信號(hào)，并以此為基礎(chǔ)， 實(shí)現(xiàn)音頻信號(hào)的高效編碼和解碼，因而提高了音頻信源編碼的壓縮比或編碼效率，節(jié)省 了傳輸音頻信號(hào)所需傳輸帶寬和節(jié)省存儲(chǔ)音頻信號(hào)所需存儲(chǔ)容量，同時(shí)提高了音頻壓縮 編碼質(zhì)量。


圖1基于頻域?yàn)V波的音頻編解碼方法流程圖； 圖2基于時(shí)域?yàn)V波的音頻編解碼方法流程圖； 圖3頻域殘差信號(hào)分析和編碼方法流程圖； 圖4頻域殘差信號(hào)解碼和重構(gòu)方法流程圖； 圖5高低頻頻域殘差信號(hào)及高頻殘差信號(hào)重構(gòu)示意圖； 圖6高頻殘差信號(hào)頻帶在低頻殘差信號(hào)區(qū)域進(jìn)行匹配策略示意圖； 圖7高頻殘差信號(hào)頻帶在低頻殘差信號(hào)區(qū)域及其擴(kuò)展區(qū)域進(jìn)行匹配策略示意圖； 圖8通過聲道耦合進(jìn)行高頻殘差信號(hào)匹配策略示意圖； 圖9通過幀間擴(kuò)展進(jìn)行高頻殘差信號(hào)匹配策略示意圖。
具體實(shí)施方式
實(shí)施例一
本實(shí)施例提供一種音頻編解碼的方法，該方法是基于頻域?yàn)V波和高頻殘差重構(gòu)的音 頻編碼方法。高頻殘差信號(hào)是頻域殘差信號(hào)的高頻部分，高頻殘差信號(hào)的分析和重構(gòu)是 為了有效的壓縮頻域殘差信號(hào)的數(shù)據(jù)量，提高音頻信號(hào)編碼和傳輸效率。高頻殘差信號(hào) 的分析和重構(gòu)是按照一定的規(guī)則將頻域殘差信號(hào)分成低頻殘差信號(hào)和高頻殘差信號(hào)兩 部分，利用高頻殘差信號(hào)與低頻殘差信號(hào)的相關(guān)性或相似性，提取高頻殘差重構(gòu)所需要 的參數(shù)，丟棄高頻殘差信號(hào)，然后用高頻殘差參數(shù)來重構(gòu)高頻殘差信號(hào)，從而重構(gòu)整個(gè) 頻域殘差信號(hào)。
參照?qǐng)D1,本實(shí)施例的音頻編解碼步驟如下
步驟IOI，在編碼端，音頻原始時(shí)域信號(hào)經(jīng)過時(shí)頻變換處理，得到原始頻域信號(hào)。 音頻原始時(shí)域信號(hào)是包括語音信號(hào)、音頻信號(hào)或任何人耳可以聽到的各種聲音信號(hào)的混合聲音;音頻信號(hào)的頻率范圍主要在0Hz到20kHz之間，音頻信號(hào)的釆樣頻率為 96kHz、 48kHz、 44. lkHz、 32kHz、 22. 05kHz、 16kHz、 11. 025kHz和8kH;音頻信號(hào)的編 碼通常是以音頻幀為單位，常用音頻幀的大小按照實(shí)際應(yīng)用一般在50毫秒之內(nèi)。時(shí)域 變換采用但不限于修正離散余弦變換、修正重疊變換和快速傅里葉變換方法進(jìn)行變換。 步驟102，原始頻域信號(hào)經(jīng)過頻域感知濾波處理，得到原始頻域殘差信號(hào)。 頻域感知濾波器是反映人耳聽覺特性的頻域?yàn)V波器，它對(duì)來步驟101的頻域信號(hào)進(jìn) 行頻域?yàn)V波，得到在感知意義上白化了的頻域殘差信號(hào)，如果用/^(/)表示頻域感知濾
波器的傳輸函數(shù)，用M(/)表示由感知參數(shù)表征的感知曲線，則M/CO可以表示為 1(/) = ^77，其中/表示頻率，單位為Hz。 步驟103，頻域殘差分析和編碼。
參見3所示，頻域殘差分析和編碼的具體步驟包括
步驟301，頻帶劃分和高低頻殘差信號(hào)分割，即按照等帶寬頻帶、或臨界頻帶、或 頻程頻帶等方法，先對(duì)原始頻域殘差信號(hào)進(jìn)行頻帶劃分，然后根據(jù)音頻編碼器的編碼速 率選擇其中一個(gè)劃分頻帶的端點(diǎn)將原始頻域殘差信號(hào)分割成原始低頻殘差信號(hào)和原始 高頻殘差信號(hào)兩部分，使這兩部分各具有若干個(gè)頻帶。
如圖5所示，完整的頻域殘差信號(hào)用i 表示，為了有效地對(duì)頻域殘差信號(hào)進(jìn)行分析、 編碼和重構(gòu)，將頻域殘差信號(hào)按照等帶寬頻帶、或臨界頻帶、或頻程頻帶等方法進(jìn)行頻 帶劃分，把具有一定屬性，如聽覺特性的相鄰頻率分量劃分到相同的頻帶中去。設(shè)/c,、
,,和>,分別為第/個(gè)頻帶的中心頻率、低端邊界頻率和高端邊界頻率，6,為頻帶帶寬，
選擇某個(gè)頻帶的低端邊界頻率或高端邊界頻率為分界頻率 > ，將頻域殘差信號(hào)在
頻域內(nèi)分割成低頻殘差信號(hào)&和高頻殘差信號(hào)^兩部分,在0到/Z)之間就具有連續(xù)M
個(gè)低頻殘差信號(hào)頻帶，在A與々之間就具有連續(xù)A^個(gè)高頻殘差信號(hào)頻帶，高于頻率/z
的高頻殘差信號(hào)頻帶中的信號(hào)為零。設(shè)/表示頻率，單位為Hz、 /s表示采樣頻率，歸
一化頻率用/ = //々表示；如果用辦表示時(shí)域音頻信號(hào)的帶寬，則》=々/々=0.5。
步驟302，對(duì)原始低頻殘差信號(hào)進(jìn)行編碼，得到低頻殘差信號(hào)編碼輸出。原始低頻 殘差信號(hào)的編碼，采用各種有失真的編碼方法，如線性或非線性標(biāo)量量化編碼、矢量量化編碼，或者同時(shí)采用各種無失真的編碼方法，如Huffman編碼和算術(shù)編碼；
步驟303，對(duì)低頻殘差信號(hào)編碼在編碼端進(jìn)行本地解碼，得到解碼低頻殘差信號(hào)和 低頻殘差信號(hào)的編碼；
步驟304，根據(jù)解碼低頻殘差信號(hào)和原始高頻殘差信號(hào)的相似性或相關(guān)性，對(duì)高頻 殘差參數(shù)進(jìn)行分析，即選擇一個(gè)頻帶匹配策略對(duì)解碼低頻殘差信號(hào)與原始高頻殘差信號(hào) 進(jìn)行頻帶匹配，并計(jì)算最佳匹配的高頻殘差參數(shù)，得到原始高頻殘差參數(shù)。
如圖5所示，頻帶匹配就是在低頻殘差信號(hào)內(nèi)尋找與高頻殘差頻帶特性最接近的頻 帶，目的是在解碼端高質(zhì)量地重構(gòu)高頻殘差信號(hào)。頻帶匹配采用不同的頻帶匹配策略， 所謂頻帶匹配策略是指如何在低頻殘差信號(hào)^中選擇一段頻域殘差信號(hào)，并用它來重 構(gòu)高頻殘差信號(hào)i^中具有相同頻帶寬度的高頻殘差信號(hào)的方法。在圖5中，因?yàn)轭l率/z
以上的殘差信號(hào)已經(jīng)歸零，所以沒有必要再對(duì)這部分殘差進(jìn)行重構(gòu)。 所述頻帶匹配策略包括但不限于以下幾種 (Pl)高頻殘差信號(hào)頻帶在低頻殘差信號(hào)區(qū)域進(jìn)行匹配
如圖6所示，將處于/d與/z之間的M/個(gè)高頻殘差頻帶分別獨(dú)立地在處于0到 >之
間的低頻殘差信號(hào)區(qū)域A進(jìn)行匹配，尋找誤差最小或相關(guān)性最大的最佳匹配頻帶。這 時(shí)，頻帶劃分方法、最佳匹配頻帶頻率位置和能量匹配因子等即為高頻殘差重構(gòu)參數(shù)。 (P2)高頻殘差信號(hào)頻帶在低頻殘差信號(hào)區(qū)域及其擴(kuò)展區(qū)域進(jìn)行匹配 如圖7所示，采用上述頻帶匹配策略(Pl)，先將處于/o與/z之間的頻率最低的
高頻殘差信號(hào)頻帶i w在處于0到>之間的低頻殘差信號(hào)區(qū)域仏進(jìn)行匹配，尋找誤差最
小或相關(guān)性最大的最佳匹配頻帶，并用此最佳匹配頻帶來重構(gòu)頻率最低的高頻殘差信號(hào) 頻帶i w ;再將這個(gè)重構(gòu)的頻率最低的高頻殘差信號(hào)頻帶i /n加入原來的低頻殘差信號(hào) A，形成一個(gè)新組成的低頻殘差信號(hào)及"=^ +及沼；然后，以這個(gè)新組成的低頻殘差信 號(hào)為基礎(chǔ)，采用上述頻帶匹配策略(Pl)，繼續(xù)重構(gòu)更高頻率的高頻殘差信號(hào)頻帶；依 此類推，直至完成全部/o到/z之間的所有高頻殘差信號(hào)頻帶的匹配和重構(gòu)。這時(shí)，頻
帶劃分方法、最佳匹配頻帶頻率位置、能量匹配因子和低頻殘差區(qū)域擴(kuò)展參數(shù)即為高頻 殘差重構(gòu)參數(shù)。
(P3)通過聲道耦合進(jìn)行高頻殘差信號(hào)匹配 如圖8所示，設(shè)音頻信源是具有C (C22)個(gè)主聲道的多聲道音頻信源，比如5.1 聲道音頻就有5個(gè)主聲道和一個(gè)低重音效聲道，這時(shí)存在C個(gè)聲道的低頻殘差信號(hào)。因?yàn)楦髀暤赖囊纛l信號(hào)具有較大相關(guān)性，所以各聲道的頻域殘差信號(hào)也具有較大相關(guān)性， 因此任何一個(gè)聲道不僅能夠利用其所在聲道的低頻殘差信號(hào)進(jìn)行高頻殘差信號(hào)重構(gòu)，而 且還能夠利用其它聲道的低頻殘差信號(hào)進(jìn)行高頻殘差信號(hào)重構(gòu)；這樣可以得到更多的匹 配選擇，提高高頻殘差信號(hào)重構(gòu)質(zhì)量。以第l聲道為例給以說明，首先可以采用上述頻 帶匹配策略(Pl)和(P2)，利用所在聲道的處在0到/d之間的低頻殘差信號(hào)i i匹配和
重構(gòu)處于/o與/z之間的高頻殘差信號(hào)。除此之外，還可以利用其它聲道的處在0到/d之
間的低頻殘差信號(hào)仏匹配和重構(gòu)第1聲道內(nèi)處于 >與/z之間的高頻殘差信號(hào)。與第1
聲道一樣，所有c個(gè)聲道的頻域殘差信號(hào)多可以采用相同的方法進(jìn)行處理。
(P4)通過幀間擴(kuò)展進(jìn)行高頻殘差信號(hào)匹配 上述頻帶匹配策略(Pl)、 (P2)和(P3)所描述的高頻殘差信號(hào)的匹配策略是利用 當(dāng)前幀的低頻殘差信號(hào)重構(gòu)當(dāng)前幀的高頻殘差信號(hào)。因?yàn)橄噜弾纛l信號(hào)之間通常存在 很大的相關(guān)性，所以相鄰幀的殘差也具有較大的相關(guān)性。因此，當(dāng)前音頻幀的高頻殘差 信號(hào)，不僅可以用當(dāng)前幀的低頻殘差信號(hào)進(jìn)行重構(gòu)，也可以用當(dāng)前幀之前若干幀的包括 重構(gòu)低頻殘差信號(hào)和重構(gòu)高頻殘差信號(hào)的重構(gòu)殘差信號(hào)進(jìn)行重構(gòu)。如圖9所示，采用上 述頻帶匹配策略(Pl)、 (P2)和(P3)的方法利用第y幀的低頻殘差信號(hào)對(duì)第y'幀的高
頻殘差信號(hào)進(jìn)行重構(gòu)，或采用上述頻帶匹配策略(Pl)、 (P2)和(P3)的方法利用第
幀的低頻殘差信號(hào)對(duì)第y幀的高頻殘差信號(hào)進(jìn)行重構(gòu)，還可以采用上述頻帶匹配策略
(Pl)、 (P2)和(P3)的方法利用第J-l幀的重構(gòu)高頻殘差信號(hào)對(duì)第y幀的高頻殘差信
號(hào)進(jìn)行重構(gòu)。此外，這些方法還可以擴(kuò)展到第y'-2幀、第_/-3幀去。
上述各種頻帶匹配策略都需要在低頻殘差信號(hào)和高頻殘差信號(hào)之間尋找最佳匹配 頻帶，這里所說的最佳，可以用誤差或失真最小來表達(dá)，也可以用相關(guān)性最大來表示。 具體計(jì)算最佳匹配的高頻殘差參數(shù)的步驟包括
(Bl)計(jì)算歸一化低頻殘差頻帶信號(hào)^(;7，/)和歸一化高頻殘差頻帶信號(hào)^/(A/): 設(shè)進(jìn)行匹配的高頻殘差信號(hào)和低頻殘差信號(hào)的頻帶寬度為Z個(gè)頻點(diǎn)、化(p,/)， / = 0,1,..丄-1為低頻殘差信號(hào)頻帶、iM仏/)， / = 0,1,..丄-l為高頻殘差信號(hào)頻帶，其中戶 和《分別表示&(p，/)和i /^，/)所在頻帶的起始位置，； e
、《e[>,/z]，計(jì)算A(;7,/)和L(/7，/)，其中，^(/ ,/)表示i i(A/)， / = 0,1,..丄-1被其自身絕對(duì)值的最大值 尥max(;7)進(jìn)行歸一化得到的歸一化低頻殘差信號(hào)、^(p，/)表示勐(;7,/) ， / = 0,1，..丄-1被
其自身絕對(duì)值的最大值i H:nax(《)進(jìn)行歸一化得到的歸一化高頻殘差信號(hào)。
(B2)計(jì)算匹配失真測(cè)度dO, )或匹配相關(guān)函數(shù)rO,《)，如果用失真最小來進(jìn)行匹
配分析，則匹配的失真測(cè)度表示為
<formula>formula see original document page 12</formula> ( 1 )
其中w(A《)是頻率影響因子，w(l^/(仏/)l)是殘差幅度影響因子。如果<;^) = 1.0， w(|;L(《，/)|) = 1.0，那么式(14)可以簡化為
<formula>formula see original document page 12</formula>( 2 )
如果用相關(guān)性最大進(jìn)行匹配分析，歸一化低頻殘差信號(hào)l(/7,/)和歸一化高頻殘差信 號(hào)的相關(guān)函數(shù)表示為
<formula>formula see original document page 12</formula> ( 3 )
同樣，W(/7,《)表示頻率影響因子，W(l^/(g，/)l)表示殘差幅度影響因子。如果 WO，？) = 1.0， W(|^r,/)|) = 1.0，那么式(16)可以簡化為
<formula>formula see original document page 12</formula>
(B3)確定最佳頻帶匹配位置p。和《。，該最佳匹配就是失真測(cè)度d(p，《)的最小值或 相關(guān)函數(shù)r(A《)的最大值所對(duì)應(yīng)的和《的最佳值p。和《。，它們確定了高頻殘差與低頻
殘差所匹配的頻帶。
(B4)利用如下公式計(jì)算最佳能量匹配因子
<formula>formula see original document page 12</formula>(5)
這樣，步驟304所得到的頻帶劃分結(jié)果、最佳匹配頻帶頻率位置、頻域殘差高低頻段分界頻率/D、能量匹配因子、聲道耦合參數(shù)和幀間擴(kuò)展參數(shù)，就是原始高頻殘差參數(shù)。 步驟305，高頻殘差參數(shù)編碼。
對(duì)步驟304產(chǎn)生的原始高頻殘差參數(shù)進(jìn)行編碼，得到高頻殘差信號(hào)編碼輸出。原始 高頻殘差參數(shù)的編碼，采用各種有失真的編碼方法，如線性或非線性標(biāo)量量化編碼、矢 量量化編碼，或者同時(shí)采用各種無失真的編碼方法，如Huffman編碼和算術(shù)編碼。
步驟104，頻域殘差解碼和重構(gòu)。
在解碼端，接收到的低頻殘差信號(hào)編碼和高頻殘差參數(shù)編碼經(jīng)過頻域殘差解碼和重
構(gòu)處理，得到重構(gòu)頻域殘差信號(hào)，如圖4所示。具體步驟包括
步驟401，對(duì)接收到的低頻殘差信號(hào)編碼進(jìn)行解碼，得到解碼低頻殘差信號(hào)。 步驟402，對(duì)接收到的高頻殘差參數(shù)編碼進(jìn)行解碼，得到解碼高頻殘差參數(shù)，該解
碼高頻殘差參數(shù)包括頻帶劃分結(jié)果、頻域殘差高低頻段分界頻率/D 、最佳匹配頻帶頻率
位置、能量匹配因子、聲道耦合參數(shù)和幀間擴(kuò)展參數(shù)。 步驟403，高頻殘差信號(hào)重構(gòu)。
根據(jù)解碼高頻殘差參數(shù)，利用解碼低頻殘差信號(hào)復(fù)制和重構(gòu)高頻殘差信號(hào)，具體步 驟包括
(Dl)根據(jù)步驟401和402得到的解碼低頻殘差信號(hào)、最佳匹配頻帶頻率位置和能 量匹配因子，用下式進(jìn)行高頻殘差信號(hào)復(fù)制和能量匹配
^(《o，/) = Gfl(>, —， / = 0,1"丄一1 (6)
得到重構(gòu)高頻殘差信號(hào)頻帶i^(《。，/);
(D2)根據(jù)步驟401和402得到的頻帶劃分結(jié)果、聲道耦合參數(shù)和幀間擴(kuò)展參數(shù)， 將所有重構(gòu)高頻殘差信號(hào)頻帶進(jìn)行組合，得到重構(gòu)高頻殘差信號(hào)。
步驟404，根據(jù)解碼得到的頻域殘差高低頻段分界頻率/b，將解碼低頻殘差信號(hào)與
重構(gòu)高頻殘差信號(hào)進(jìn)行組合，得到重構(gòu)頻域殘差信號(hào)。
步驟105，重構(gòu)頻域殘差信號(hào)經(jīng)過頻域逆濾波處理，得到重構(gòu)頻域信號(hào)；如果用
// (/)表示頻域感知逆濾波器，則表示為// (/) = = M(/)，其中/表示頻
率，單位為Hz。
步驟106，對(duì)重構(gòu)頻域信號(hào)進(jìn)行時(shí)頻反變換處理，得到音頻重構(gòu)時(shí)域信號(hào)。與時(shí)頻 變換相對(duì)應(yīng)，時(shí)域反變換采用反向修正離散余弦變換、反向修正重疊反變換或反向快速傅里葉變換方法。 實(shí)施例二
本實(shí)施例提供一種基于時(shí)域?yàn)V波和高頻殘差重構(gòu)的音頻編解碼方法。 參見圖2，該方法步驟如下
步驟201，在編碼端，音頻原始時(shí)域信號(hào)經(jīng)過時(shí)域感知濾波處理，得到原始時(shí)域殘 差信號(hào)。其中，時(shí)域感知濾波器是反映人耳聽覺特性的時(shí)域?yàn)V波器，它對(duì)音頻原始時(shí)域 信號(hào)進(jìn)行時(shí)域?yàn)V波，得到在感知意義上白化了的時(shí)域殘差信號(hào)；時(shí)域感知濾波器的傳輸 函數(shù)用//m(力表示，時(shí)域感知濾波器采用但不限于線性預(yù)測(cè)濾波器。
步驟202，原始時(shí)域殘差信號(hào)經(jīng)過時(shí)頻變換處理，得到原始頻域殘差信號(hào)，其中， 時(shí)域變換采用但不限于修正離散余弦變換、修正重疊變換和快速傅里葉變換方法進(jìn)行變 換。
步驟203，頻域殘差分析和編碼。
參見3所示，頻域殘差分析和編碼的具體步驟包括
步驟301，頻帶劃分和高低頻殘差信號(hào)分割，即按照等帶寬頻帶、或臨界頻帶、或
頻程頻帶等方法，先對(duì)原始頻域殘差信號(hào)進(jìn)行頻帶劃分，然后根據(jù)音頻編碼器的編碼速 率選擇其中一個(gè)劃分頻帶的端點(diǎn)將原始頻域殘差信號(hào)分割成原始低頻殘差信號(hào)和原始 高頻殘差信號(hào)兩部分，使這兩部分各具有若干個(gè)頻帶。
如圖5所示，完整的頻域殘差信號(hào)用i 表示，為了有效地對(duì)頻域殘差信號(hào)進(jìn)行分析、
編碼和重構(gòu)，將頻域殘差信號(hào)按照等帶寬頻帶、或臨界頻帶、或頻程頻帶等方法進(jìn)行頻
帶劃分，把具有一定屬性，如聽覺特性的相鄰頻率分量劃分到相同的頻帶中去。設(shè)/c,、
/"和// 分別為第/個(gè)頻帶的中心頻率、低端邊界頻率和高端邊界頻率，6,為頻帶帶寬， 選擇某個(gè)頻帶的低端邊界頻率A或高端邊界頻率為分界頻率> ，將頻域殘差信號(hào)在
頻域內(nèi)分割成低頻殘差信號(hào)1和高頻殘差信號(hào)i h兩部分，在0到之間就具有連續(xù) 個(gè)低頻殘差信號(hào)頻帶，在/z)與/z之間就具有連續(xù)i^個(gè)高頻殘差信號(hào)頻帶，高于頻率/z 的高頻殘差信號(hào)頻帶中的信號(hào)為零。設(shè)/表示頻率，單位為Hz、 /s表示采樣頻率，歸 一化頻率用/ = //>表示；如果用/s表示時(shí)域音頻信號(hào)的帶寬，則》=>/々=0.5。
步驟302，對(duì)原始低頻殘差信號(hào)進(jìn)行編碼，得到低頻殘差信號(hào)編碼輸出。原始低頻 殘差信號(hào)的編碼，采用各種有失真的編碼方法，如線性或非線性標(biāo)量量化編碼、矢量量化編碼，或者同時(shí)采用各種無失真的編碼方法，如Huffman編碼和算術(shù)編碼；
步驟303，對(duì)低頻殘差信號(hào)編碼在編碼端進(jìn)行本地解碼，得到解碼低頻殘差信號(hào)和 低頻殘差信號(hào)的編碼；
步驟304，根據(jù)解碼低頻殘差信號(hào)和原始高頻殘差信號(hào)的相似性或相關(guān)性，對(duì)高頻 殘差參數(shù)進(jìn)行分析，即選擇一個(gè)頻帶匹配策略對(duì)解碼低頻殘差信號(hào)與原始高頻殘差信號(hào) 進(jìn)行頻帶匹配，并計(jì)算最佳匹配的高頻殘差參數(shù)，得到原始高頻殘差參數(shù)。
如圖5所示，頻帶匹配就是在低頻殘差信號(hào)內(nèi)尋找與高頻殘差頻帶特性最接近的頻 帶，目的是在解碼端高質(zhì)量地重構(gòu)高頻殘差信號(hào)。頻帶匹配采用不同的頻帶匹配策略， 所謂頻帶匹配策略是指如何在低頻殘差信號(hào)^中選擇一段頻域殘差信號(hào)，并用它來重 構(gòu)高頻殘差信號(hào)i //中具有相同頻帶寬度的高頻殘差信號(hào)的方法。在圖5中，因?yàn)轭l率
以上的殘差信號(hào)己經(jīng)歸零，所以沒有必要再對(duì)這部分殘差進(jìn)行重構(gòu)。 所述頻帶匹配策略包括但不限于以下幾種 (Pl)高頻殘差信號(hào)頻帶在低頻殘差信號(hào)區(qū)域進(jìn)行匹配
如圖6所示，將處于/D與々之間的7Vw個(gè)高頻殘差頻帶分別獨(dú)立地在處于0到 >之
間的低頻殘差信號(hào)區(qū)域i i進(jìn)行匹配，尋找誤差最小或相關(guān)性最大的最佳匹配頻帶。這 時(shí)，頻帶劃分方法、最佳匹配頻帶頻率位置和能量匹配因子等即為高頻殘差重構(gòu)參數(shù)。 (P2)高頻殘差信號(hào)頻帶在低頻殘差信號(hào)區(qū)域及其擴(kuò)展區(qū)域進(jìn)行匹配 如圖7所示，采用上述頻帶匹配策略(Pl)，先將處于/o與々之間的頻率最低的
高頻殘差信號(hào)頻帶及/n在處于0到 > 之間的低頻殘差信號(hào)區(qū)域&進(jìn)行匹配，尋找誤差最
小或相關(guān)性最大的最佳匹配頻帶，并用此最佳匹配頻帶來重構(gòu)頻率最低的高頻殘差信號(hào) 頻帶及m;再將這個(gè)重構(gòu)的頻率最低的高頻殘差信號(hào)頻帶i /n加入原來的低頻殘差信號(hào) &，形成一個(gè)新組成的低頻殘差信號(hào)^Fi^ + i /n;然后，以這個(gè)新組成的低頻殘差信 號(hào)為基礎(chǔ)，采用上述頻帶匹配策略(Pl)，繼續(xù)重構(gòu)更高頻率的高頻殘差信號(hào)頻帶；依 此類推，直至完成全部/o到/z之間的所有高頻殘差信號(hào)頻帶的匹配和重構(gòu)。這時(shí)，頻
帶劃分方法、最佳匹配頻帶頻率位置、能量匹配因子和低頻殘差區(qū)域擴(kuò)展參數(shù)即為高頻 殘差重構(gòu)參數(shù)。
(P3)通過聲道耦合進(jìn)行高頻殘差信號(hào)匹配 如圖8所示，設(shè)音頻信源是具有C (C22)個(gè)主聲道的多聲道音頻信源，比如5.1 聲道音頻就有5個(gè)主聲道和一個(gè)低重音效聲道，這時(shí)存在C個(gè)聲道的低頻殘差信號(hào)。因?yàn)楦髀暤赖囊纛l信號(hào)具有較大相關(guān)性，所以各聲道的頻域殘差信號(hào)也具有較大相關(guān)性， 因此任何一個(gè)聲道不僅能夠利用其所在聲道的低頻殘差信號(hào)進(jìn)行高頻殘差信號(hào)重構(gòu)，而 且還能夠利用其它聲道的低頻殘差信號(hào)進(jìn)行高頻殘差信號(hào)重構(gòu)；這樣可以得到更多的匹 配選擇，提高高頻殘差信號(hào)重構(gòu)質(zhì)量。以第l聲道為例給以說明，首先可以采用上述頻 帶匹配策略(Pl)和(P2)，利用所在聲道的處在0到/o之間的低頻殘差信號(hào)&匹配和
重構(gòu)處于/D與/z之間的高頻殘差信號(hào)。除此之外，還可以利用其它聲道的處在0到>之
間的低頻殘差信號(hào)A匹配和重構(gòu)第1聲道內(nèi)處于/d與々之間的高頻殘差信號(hào)。與第1
聲道一樣，所有c個(gè)聲道的頻域殘差信號(hào)多可以采用相同的方法進(jìn)行處理。
(P4)通過幀間擴(kuò)展進(jìn)行高頻殘差信號(hào)匹配 上述頻帶匹配策略(Pl)、 (P2)和(P3)所描述的高頻殘差信號(hào)的匹配策略是利用 當(dāng)前幀的低頻殘差信號(hào)重構(gòu)當(dāng)前幀的高頻殘差信號(hào)。因?yàn)橄噜弾纛l信號(hào)之間通常存在 很大的相關(guān)性，所以相鄰幀的殘差也具有較大的相關(guān)性。因此，當(dāng)前音頻幀的高頻殘差 信號(hào)，不僅可以用當(dāng)前幀的低頻殘差信號(hào)進(jìn)行重構(gòu)，也可以用當(dāng)前幀之前若干幀的包括 重構(gòu)低頻殘差信號(hào)和重構(gòu)高頻殘差信號(hào)的重構(gòu)殘差信號(hào)進(jìn)行重構(gòu)。如圖9所示，采用上 述頻帶匹配策略(Pl)、 (P2)和(P3)的方法利用第y幀的低頻殘差信號(hào)對(duì)第j'幀的高
頻殘差信號(hào)進(jìn)行重構(gòu)，或釆用上述頻帶匹配策略(Pl)、 (P2)和(P3)的方法利用第/-1 幀的低頻殘差信號(hào)對(duì)第_/幀的高頻殘差信號(hào)進(jìn)行重構(gòu)，還可以采用上述頻帶匹配策略 (Pl)、 (P2)和(P3)的方法利用第y-l幀的重構(gòu)高頻殘差信號(hào)對(duì)第y幀的高頻殘差信 號(hào)進(jìn)行重構(gòu)。此外，這些方法還可以擴(kuò)展到第7-2幀、第/-3幀去。
上述各種頻帶匹配策略都需要在低頻殘差信號(hào)和高頻殘差信號(hào)之間尋找最佳匹配 頻帶，這里所說的最佳，可以用誤差或失真最小來表達(dá)，也可以用相關(guān)性最大來表示。 具體計(jì)算最佳匹配的高頻殘差參數(shù)的步驟包括
(Bl)計(jì)算歸一化低頻殘差頻帶信號(hào)^(^/)和歸一化高頻殘差頻帶信號(hào)^/(p，/): 設(shè)進(jìn)行匹配的高頻殘差信號(hào)和低頻殘差信號(hào)的頻帶寬度為i個(gè)頻點(diǎn)、 / = 0,1，...￡-l為低頻殘差信號(hào)頻帶、h(仏/), / = 0,1，..丄-l為高頻殘差信號(hào)頻帶，其中p 和《分別表示i i(A/)和i /^,/)所在頻帶的起始位置，；^
、 ？0,/z]，計(jì)算i i(/7,/)和^Kp，/)，其中，A(p，/)表示^(A/)， / = 0,1,..丄-1被其自身絕對(duì)值的最大值
J imaxO)進(jìn)行歸一化得到的歸一化低頻殘差信號(hào)、^/(; ,/)表示i^0,/) ， / = 0,1,..丄-1被 其自身絕對(duì)值的最大值i^max(《)進(jìn)行歸一化得到的歸一化高頻殘差信號(hào)。
(b2)計(jì)算匹配失真測(cè)度^Q ,《)或匹配相關(guān)函數(shù)KA《)，如果用失真最小來進(jìn)行匹
配分析，則匹配的失真測(cè)度表示為
/=丄_1 八 八
，《)=vKm)- Z w(i鮑/)i).(/ 々，/)-:^,/》2 (i)
/=0
其中w(p,g)是頻率影響因子，w(l^/(仏/)l)是殘差幅度影響因子。如果wO,^^1.0，
w(|^/(《,/)|) = 1.0，那么式(14)可以簡化為
，《)=S /) -/))2 ( 2 )
/-0
如果用相關(guān)性最大進(jìn)行匹配分析，歸一化低頻殘差信號(hào)^o ，/)和歸一化高頻殘差信
號(hào)》h(p,/)的相關(guān)函數(shù)表示為
r(a g) = w(a《)■ 'S w(| L(仏/) I) (3i(p, /). h(《，/》 (3 )
同樣，wO,《)表示頻率影響因子，w(l^f(仏/)l)表示殘差幅度影響因子。如果 w(m) = 1.0， w(|",/)|) = 1.0，那么式(16)可以簡化為
KA《)=2]仏O， O及h(q， /) (4 )
/=o
(b3)確定最佳頻帶匹配位置p。和^，該最佳匹配就是失真測(cè)度d(/7,《)的最小值或
相關(guān)函數(shù)KP,《)的最大值所對(duì)應(yīng)的P和《的最佳值戶和《。，它們確定了高頻殘差與低頻
殘差所匹配的頻帶。
(b4)利用如下公式計(jì)算最佳能量匹配因子
GwO,—= ^-^ (5)
這樣，步驟304所得到的頻帶劃分結(jié)果、最佳匹配頻帶頻率位置、頻域殘差高低頻段分界頻率/d、能量匹配因子、聲道耦合參數(shù)和幀間擴(kuò)展參數(shù)，就是原始高頻殘差參數(shù)。 步驟305，高頻殘差參數(shù)編碼。
對(duì)步驟304產(chǎn)生的原始高頻殘差參數(shù)進(jìn)行編碼，得到高頻殘差信號(hào)編碼輸出。原始 高頻殘差參數(shù)的編碼，采用各種有失真的編碼方法，如線性或非線性標(biāo)量量化編碼、矢 量量化編碼，或者同時(shí)釆用各種無失真的編碼方法，如Huffman編碼和算術(shù)編碼。
步驟204，頻域殘差解碼和重構(gòu)。
在解碼端，接收到的低頻殘差信號(hào)編碼和高頻殘差參數(shù)編碼經(jīng)過頻域殘差解碼和重
構(gòu)處理，得到重構(gòu)頻域殘差信號(hào)，如圖4所示。具體步驟包括
步驟401，對(duì)接收到的低頻殘差信號(hào)編碼進(jìn)行解碼，得到解碼低頻殘差信號(hào)。 步驟402，對(duì)接收到的高頻殘差參數(shù)編碼進(jìn)行解碼，得到解碼高頻殘差參數(shù)，該解
碼高頻殘差參數(shù)包括頻帶劃分結(jié)果、頻域殘差高低頻段分界頻率>、最佳匹配頻帶頻率
位置、能量匹配因子、聲道耦合參數(shù)和幀間擴(kuò)展參數(shù)。 步驟403，高頻殘差信號(hào)重構(gòu)。
根據(jù)解碼高頻殘差參數(shù)，利用解碼低頻殘差信號(hào)復(fù)制和重構(gòu)高頻殘差信號(hào)，具體步 驟包括
(Dl)根據(jù)步驟401和402得到的解碼低頻殘差信號(hào)、最佳匹配頻帶頻率位置和能 量匹配因子，用下式進(jìn)行高頻殘差信號(hào)復(fù)制和能量匹配
i /K《0,/) = G (/70，^))-Wi(po，/)，/ = 0，1,—丄一1 (6)
得到重構(gòu)高頻殘差信號(hào)頻帶及h(W,/);
(D2)根據(jù)步驟401和402得到的頻帶劃分結(jié)果、聲道耦合參數(shù)和幀間擴(kuò)展參數(shù)， 將所有重構(gòu)高頻殘差信號(hào)頻帶進(jìn)行組合，得到重構(gòu)高頻殘差信號(hào)。
步驟404，根據(jù)解碼得到的頻域殘差高低頻段分界頻率>，將解碼低頻殘差信號(hào)與
重構(gòu)高頻殘差信號(hào)進(jìn)行組合，得到重構(gòu)頻域殘差信號(hào)。
步驟205，重構(gòu)頻域殘差信號(hào)經(jīng)過時(shí)頻反變換處理，得到重構(gòu)時(shí)域殘差信號(hào)；與時(shí) 頻變換相對(duì)應(yīng)，時(shí)域反變換采用反向修正離散余弦變換、反向修正重疊反變換或反向快 速傅里葉變換方法。
步驟206，對(duì)重構(gòu)時(shí)域殘差信號(hào)進(jìn)行時(shí)域感知逆濾波處理，得到音頻重構(gòu)時(shí)域信號(hào) 輸出；如果用壓(z)表示時(shí)域感知逆濾波器，則壓(/)可以表示為払(力=^^。本發(fā)明上述實(shí)施例提供的音頻編碼方法和解碼方法，能夠?qū)ΠㄕZ音信號(hào)在內(nèi)的音 頻信號(hào)進(jìn)行高效高質(zhì)量的壓縮編碼，提高音頻傳效率。
以上實(shí)施例只是用于幫助理解本發(fā)明的方法及其核心思想；同時(shí)，對(duì)于本領(lǐng)域的 一般技術(shù)人員，依據(jù)本發(fā)明的思想，在具體實(shí)施方式
及應(yīng)用范圍上均會(huì)有改變之處，綜 上所述，本說明書內(nèi)容不應(yīng)理解為對(duì)本發(fā)明的限制。
權(quán)利要求
1. 一種基于頻域?yàn)V波和高頻殘差重構(gòu)的音頻編解碼方法，包括如下步驟1)在編碼端，音頻原始時(shí)域信號(hào)經(jīng)過時(shí)頻變換處理，得到原始頻域信號(hào)；2)原始頻域信號(hào)經(jīng)過頻域感知濾波處理，得到原始頻域殘差信號(hào)；3)原始頻域殘差信號(hào)經(jīng)過頻域殘差分析和編碼處理，得到低頻殘差信號(hào)編碼和高頻殘差參數(shù)編碼，并輸出到傳輸信道或存儲(chǔ)介質(zhì)。4)在解碼端，接收來自輸出到傳輸信道或存儲(chǔ)介質(zhì)的低頻殘差信號(hào)編碼和高頻殘差參數(shù)編碼，并對(duì)其進(jìn)行頻域殘差解碼和重構(gòu)處理，得到重構(gòu)頻域殘差信號(hào)；5)重構(gòu)頻域殘差信號(hào)經(jīng)過頻域感知逆濾波處理，得到重構(gòu)頻域信號(hào)；6)對(duì)重構(gòu)頻域信號(hào)進(jìn)行時(shí)頻反變換處理，得到音頻重構(gòu)時(shí)域信號(hào)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的音頻信號(hào)編解碼方法，其中步驟3)所述的頻域殘差 分析和編碼處理，包括如下步驟(Al)按照等帶寬頻帶、或臨界頻帶、或頻程頻帶的頻帶劃分方法，先對(duì)原始 頻域殘差信號(hào)進(jìn)行頻帶劃分，然后根據(jù)音頻編碼器設(shè)定的編碼速率選擇一個(gè)頻帶劃 分端點(diǎn)，將原始頻域殘差信號(hào)分割成原始低頻殘差信號(hào)和原始高頻殘差信號(hào)兩部分， 使這兩部分各具有若干個(gè)頻帶；(A2)對(duì)原始低頻殘差信號(hào)進(jìn)行編碼，得到低頻殘差信號(hào)編碼輸出；再對(duì)低頻 殘差信號(hào)編碼在編碼端進(jìn)行本地解碼，得到解碼低頻殘差信號(hào)；(A3)根據(jù)解碼低頻殘差信號(hào)與原始高頻殘差信號(hào)的相似性或相關(guān)性，對(duì)高頻 殘差參數(shù)進(jìn)行分析，即選擇一個(gè)頻帶匹配策略對(duì)解碼低頻殘差信號(hào)和原始高頻殘差 信號(hào)進(jìn)行頻帶匹配，并計(jì)算最佳匹配的高頻殘差參數(shù)，得到包括頻帶劃分結(jié)果、頻 域殘差高低頻段分界頻率、最佳匹配頻帶頻率位置、能量匹配因子、聲道耦合參數(shù) 和幀間擴(kuò)展參數(shù)在內(nèi)的原始高頻殘差參數(shù)；(A4)對(duì)原始高頻殘差參數(shù)進(jìn)行編碼，得到高頻殘差參數(shù)編碼輸出。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的音頻信號(hào)編解碼方法，其中步驟(A3)所述的頻帶 匹配策略包括高頻殘差信號(hào)頻帶在低頻殘差信號(hào)區(qū)域進(jìn)行匹配、高頻殘差信號(hào)頻 帶在低頻殘差信號(hào)區(qū)域及其擴(kuò)展區(qū)域進(jìn)行匹配、通過聲道耦合進(jìn)行高頻殘差信號(hào)匹 配和通過幀間擴(kuò)展進(jìn)行高頻殘差信號(hào)匹配。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的音頻信號(hào)編解碼方法，其中所述的高頻殘差信號(hào)頻帶在低頻殘差信號(hào)區(qū)域進(jìn)行匹配，是用各個(gè)高頻殘差信號(hào)頻帶在低頻殘差信號(hào)區(qū)域 進(jìn)行匹配，尋找誤差最小或相關(guān)性最大的最佳匹配頻帶。
5. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的音頻信號(hào)編解碼方法，其中所述的高頻殘差信號(hào)頻 帶在低頻殘差信號(hào)區(qū)域及其擴(kuò)展區(qū)域進(jìn)行匹配，是先將頻率最低的高頻殘差信號(hào)頻 帶在低頻殘差信號(hào)區(qū)域進(jìn)行匹配，尋找誤差最小或相關(guān)性最大的最佳匹配頻帶，并 用此最佳匹配頻帶重構(gòu)頻率最低的高頻殘差信號(hào)頻帶；再將這個(gè)重構(gòu)的頻率最低的 高頻殘差信號(hào)頻帶加入原來的低頻殘差信號(hào)，形成一個(gè)新組成的低頻殘差信號(hào)；然 后以這個(gè)新組成的低頻殘差信號(hào)為基礎(chǔ)，對(duì)更高頻率的高頻殘差信號(hào)頻帶進(jìn)行匹配， 直至完成所有高頻殘差信號(hào)頻帶的匹配。
6. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的音頻信號(hào)編解碼方法，其中所述的通過聲道耦合進(jìn) 行高頻殘差信號(hào)匹配，是指多聲道音頻信號(hào)情況下，任意一個(gè)聲道的高頻殘差信號(hào) 頻帶采用高頻殘差信號(hào)頻帶在低頻殘差信號(hào)區(qū)域進(jìn)行匹配或高頻殘差信號(hào)頻帶在低 頻殘差信號(hào)區(qū)域及其擴(kuò)展區(qū)域進(jìn)行匹配，利用所在聲道的低頻殘差信號(hào)對(duì)所在聲道 的高頻殘差信號(hào)進(jìn)行匹配，并采用高頻殘差信號(hào)頻帶在低頻殘差信號(hào)區(qū)域進(jìn)行匹配 或高頻殘差信號(hào)頻帶在低頻殘差信號(hào)區(qū)域及其擴(kuò)展區(qū)域進(jìn)行匹配，利用其它聲道的 低頻殘差信號(hào)對(duì)所在聲道的高頻殘差信號(hào)進(jìn)行匹配。
7. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的音頻信號(hào)編解碼方法，其中所述的通過幀間擴(kuò)展進(jìn) 行高頻殘差信號(hào)匹配，是指當(dāng)前幀的高頻殘差信號(hào)頻帶采用高頻殘差信號(hào)頻帶在低 頻殘差信號(hào)區(qū)域進(jìn)行匹配、高頻殘差信號(hào)頻帶在低頻殘差信號(hào)區(qū)域及其擴(kuò)展區(qū)域進(jìn) 行匹配或通過聲道耦合進(jìn)行高頻殘差信號(hào)匹配，利用當(dāng)前幀的低頻殘差信號(hào)對(duì)當(dāng)前 幀的高頻殘差信號(hào)進(jìn)行匹配，并采用高頻殘差信號(hào)頻帶在低頻殘差信號(hào)區(qū)域進(jìn)行匹 配、高頻殘差信號(hào)頻帶在低頻殘差信號(hào)區(qū)域及其擴(kuò)展區(qū)域進(jìn)行匹配或通過聲道耦合 進(jìn)行高頻殘差信號(hào)匹配，利用前一幀或前若干幀的重構(gòu)頻域殘差信號(hào)，包括重構(gòu)低 頻殘差信號(hào)和重構(gòu)高頻殘差信號(hào)，對(duì)當(dāng)前幀的高頻殘差信號(hào)進(jìn)行匹配。
8. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的音頻信號(hào)編解碼方法，其中步驟(A3)所述的計(jì)算 最佳匹配的高頻殘差參數(shù)，包括如下步驟-(Bl)在pe
、《e[A/z]范圍，計(jì)算歸一化低頻殘差頻帶信號(hào)^(AO和歸一化高頻殘差頻帶信號(hào)》h(/ ，/)，其中，/7和9分別表示和所在頻 帶的起始位置， >為低頻殘差信號(hào)和高頻殘差信號(hào)分界頻率，/為頻帶內(nèi)頻點(diǎn)指針。 (B2)在戶e
、 ^[>,別范圍，計(jì)算匹配失真測(cè)度c/(/^)或匹配相關(guān)函(B3)在;^
、《e[/z),/z]范圍，將失真測(cè)度d(;7,^)的最小值或相關(guān)函數(shù) r(p,9)的最大值所對(duì)應(yīng)的p和g的取值/7。和《。為最佳頻帶匹配位置； (B4)計(jì)算最佳能量匹配因子C^07。,^)。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的音頻信號(hào)編解碼方法，其中步驟4)所述的頻域殘差 解碼和重構(gòu)處理，包括如下步驟(Cl)對(duì)接收到的低頻殘差信號(hào)編碼進(jìn)行解碼，得到解碼低頻殘差信號(hào)； (C2)對(duì)接收到的高頻殘差參數(shù)編碼進(jìn)行解碼，得到解碼高頻殘差參數(shù)；(C3)利用解碼低頻殘差信號(hào)、解碼高頻殘差參數(shù)中的最佳匹配頻帶頻率位置和能量匹配因子，重構(gòu)高頻殘差信號(hào)頻帶i /z(《。,/);(C4)利用解碼高頻殘差參數(shù)中的頻帶劃分方法、聲道耦合參數(shù)和幀間擴(kuò)展參數(shù)，將得到的重構(gòu)高頻殘差信號(hào)頻帶進(jìn)行組合，得到重構(gòu)高頻殘差信號(hào)；(C5)利用解碼高頻殘差參數(shù)中的頻域殘差高低頻段分界頻率，將解碼低頻殘 差信號(hào)與重構(gòu)高頻殘差信號(hào)進(jìn)行組合，得到重構(gòu)頻域殘差信號(hào)。
10. —種基于時(shí)域?yàn)V波和高頻殘差重構(gòu)的音頻編解碼方法，包括如下步驟Tl)在編碼端，音頻原始時(shí)域信號(hào)經(jīng)過時(shí)域感知濾波處理，得到原始時(shí)域殘差 信號(hào)；T2)原始時(shí)域殘差信號(hào)經(jīng)過時(shí)頻變換處理，得到原始頻域殘差信號(hào)；T3)原始頻域殘差信號(hào)經(jīng)過頻域殘差分析和編碼處理，得到低頻殘差信號(hào)編碼和高頻殘差參數(shù)編碼，并輸出到傳輸信道或存儲(chǔ)介質(zhì)。T4)在解碼端，接收來自輸出到傳輸信道或存儲(chǔ)介質(zhì)的低頻殘差信號(hào)編碼和高頻殘差參數(shù)編碼，并對(duì)其進(jìn)行頻域殘差解碼和重構(gòu)處理，得到重構(gòu)頻域殘差信號(hào)； T5)對(duì)重構(gòu)頻域殘差信號(hào)進(jìn)行時(shí)頻逆變換處理，得到重構(gòu)時(shí)域殘差信號(hào)； T6)將重構(gòu)時(shí)域殘差信號(hào)進(jìn)行時(shí)域逆濾波處理，得到音頻重構(gòu)時(shí)域信號(hào)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種音頻編解碼方法，主要解決目前音頻編碼方法壓縮比低、重構(gòu)音頻質(zhì)量差的問題。采用時(shí)頻變換與頻域?yàn)V波方法或時(shí)域?yàn)V波與時(shí)頻變換方法，分析音頻信號(hào)，得到頻域殘差信號(hào)；將頻域殘差信號(hào)分割成低頻和高頻殘差信號(hào)，分別對(duì)低頻殘差信號(hào)進(jìn)行直接編碼和對(duì)高頻殘差進(jìn)行參數(shù)編碼；然后用解碼低頻殘差信號(hào)和解碼高頻殘差重構(gòu)高頻殘差信號(hào)；再將解碼低頻殘差信號(hào)與重構(gòu)高頻殘差信號(hào)重組得到重構(gòu)頻域殘差信號(hào)；最后采用頻域逆濾波與時(shí)頻反變換的方法或時(shí)頻反變換與時(shí)域逆濾波的方法，得到重構(gòu)音頻信號(hào)。本發(fā)明消除了頻域殘差信號(hào)中的多余度，提高了音頻編碼的壓縮比、信道利用率和音頻傳輸質(zhì)量，用于多媒體通信和消費(fèi)類電子設(shè)備。
文檔編號(hào)G10L19/00GK101436407SQ200810232760
公開日2009年5月20日 申請(qǐng)日期2008年12月22日 優(yōu)先權(quán)日2008年12月22日
發(fā)明者吳禮仲, 徐雅俊, 靜 熊, 郭小川, 馬鴻飛 申請(qǐng)人:西安電子科技大學(xué)