專利名稱：選擇性低音后置濾波器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明主要涉及數(shù)字音頻編碼，更準(zhǔn)確地說，涉及對于包含具有不同特性的分量的音頻信號的編碼技術(shù)。
背景技術(shù)：
對于包含說話或者歌聲的音頻信號的普遍類別的編碼方法包括與不同的編碼方法在時(shí)間上交替應(yīng)用的代碼激勵(lì)線性預(yù)測(CELP)，這些不同的編碼方法包括特別適于音樂的頻域編碼方法或者用于解釋音頻信號的連續(xù)時(shí)間段之間的特性變化的具有普通性質(zhì)的方法。例如，如附圖2的上部所示，簡化運(yùn)動(dòng)圖片專家組(MPEG)聯(lián)合語音和音頻編碼(USAC ；參見標(biāo)準(zhǔn)IS0/IEC23003-3)解碼器在至少三種解碼方法:高級音頻編碼(AAC ;參見標(biāo)準(zhǔn)IS0/IEC 13818-7)、代數(shù)CELP(ACELP)和變換編碼激勵(lì)(TCX)中可操作。CELP的各種實(shí)施例被適配于人的語音器官的屬性，并且盡可能地被適配于人的聽覺。如在該應(yīng)用中所使用的，CELP是指所有可能的實(shí)施例和變化，包括、但不限于ACELP、寬帶和窄帶CELP、SB-CELP (子帶CELP)、低速率和高速率CELP、RCELP (松弛CELP)、LD-CELP (低延遲 low-delay CELP)、CS-CELP (共軛結(jié)構(gòu) CELP)、CS-ACELP (共軛結(jié)構(gòu)ACELP)、PS1-CELP (音高同步革新CELP)以及VSELP (矢量和激勵(lì)線性預(yù)測)。R.Schroeder 和 S.Atal 在 Proceedings of the IEEE InternationalConference onAcoustics, Speech, and Signal Processing (ICASSP), vol.10, pp.937-940,1985 中討論了 CELP 的原理，并且在 Chen and Gersho, IEEETransactions on Speech and AudioProcessing, vol.3，n0.1, 1995中引用的參考文獻(xiàn)25-29中描述了某些它的應(yīng)用。如在前者的論文中進(jìn)一步詳細(xì)描述的，CELP解碼器(或者類似地，CELP語音合成器)可以包括恢復(fù)編碼語音信號的周期分量的音高預(yù)測器和用來添加革新序列(innovation)的脈沖代碼本。音高預(yù)測器依次可以包括通過頻譜包絡(luò)成形來恢復(fù)音高的長延遲預(yù)測器和恢復(fù)共振峰的短延遲預(yù)測器。在該情境中，通常將音高理解為由聲帶生成并且通過聲道的共振部分進(jìn)一步進(jìn)行了潤色的有聲調(diào)聲音分量的基頻。該頻率將與其諧波一起對說話或者歌唱進(jìn)行主導(dǎo)。通常來說，CELP方法最適合于對良好限定了音高頻率并且音高頻率相對容易確定的獨(dú)唱或者一個(gè)聲部的歌唱進(jìn)行處理。為了提高CELP編碼語音的感知質(zhì)量，共同的作法是將其與后置濾波(或者音高增強(qiáng)(另一術(shù)語))組合。美國專利第4 969 192號和Chen和Gersho的論文的第II部分公開了這種后置濾波器的理想屬性，即其抑制處于檢測到的語音音高(長期部分；參見第IV部分)的諧波之間的噪聲分量的能力。相信該噪聲的重要部分來源于頻譜包絡(luò)成形。簡單的后置濾波器的長期部分可以被設(shè)計(jì)為具有下面的傳遞函數(shù):HE(Z)=1+α[(ZT+Z-T)/2-1]
其中，T是按照樣本數(shù)量估計(jì)的音高周期，α是后置濾波器的增益，如

圖1和2所示。以與梳狀濾波器類似的方式，這種濾波器對位于音高頻率的諧波之間的中途的頻率1/(2T)、3/(2T)、5/(2T)、…以及相鄰的頻率進(jìn)行衰減。衰減取決于增益α的值。稍微復(fù)雜一些的后置濾波器僅對最容易感知噪音的低頻應(yīng)用該衰減一因此有常用術(shù)語低音后置濾波器。這可以通過將上述傳遞函數(shù)He和低通濾波器Huj進(jìn)行級聯(lián)來表示。因此，通過下式在變換域中給出由后置濾波器提供的后置處理后的解碼Se:Se (ζ) -S (ζ) - a S (z) Plt (z) Hlp (ζ),其中，
權(quán)利要求
1.一種諧波間噪聲衰減后置濾波器(440 ；550 ；740 ；1040 ;1140)，被適配為接收包括初級音頻信號的輸入信號，并且優(yōu)選通過對位于頻譜谷中的噪聲進(jìn)行衰減來提供輸出音頻信號， 所述后置濾波器的特征在于控制部，所述控制部用于根據(jù)后置濾波信號的值選擇性地以下列模式之一操作所述后置濾波器: i)濾波模式，其中，所述控制部對所述初級音頻信號進(jìn)行濾波以獲得濾波信號，并且提供所述濾波信號作為輸出音頻信號；以及 )旁路模式，其中，所述控制部提供所述初級音頻信號作為輸出音頻信號。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的后置濾波器，其中，所述后置濾波信號被包括在所述輸入信號中。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的后置濾波器，還包括決定模塊(I120)，所述決定模塊被適配為估計(jì)所述初級音頻信號的音高頻率，并且對下列標(biāo)準(zhǔn)中的至少一個(gè)進(jìn)行評價(jià): a)所述音高頻率以下的頻譜分量的功率是否超過預(yù)定閾值； b)所述音高頻率以下的頻譜分量是否是有聲調(diào)的； c)所述音高頻率的諧波之間的頻譜分量的功率是否超過預(yù)定閾值；以及 d)所述音高頻率的諧波之間的頻譜分量是否是有聲調(diào)的； 并且所述決定模塊被適配為響應(yīng)于肯定確定，做出生成否定后置濾波信號的決定，所述否定后置濾波信號使所述后置濾波器禁用。
4.一種解碼器系統(tǒng)(400 ；500 ；700 ;1000)，用于將比特流信號解碼為音頻時(shí)間信號，所述解碼器系統(tǒng)包括: 解碼部(410 ;511、512、513 ;711、712、713 ;1011、1013)，用于將比特流信號解碼為初級音頻時(shí)間信號；以及 根據(jù)權(quán)利要求1至3中的任一項(xiàng)所述的諧波間噪聲衰減后置濾波器。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的解碼器系統(tǒng)， 其中，所述后置濾波器具有確定諧波間衰減的可變增益，并且所述控制部包括增益控制器，所述增益控制器可操作用于將所述增益的絕對值設(shè)置為預(yù)定閾值以下，由此禁用所述后置濾波器。
6.根據(jù)權(quán)利要求4或5所述的解碼器系統(tǒng)， 其中，所述后置濾波器被適配為僅對處于預(yù)定截止頻率以下的這種頻譜分量進(jìn)行衰減。
7.根據(jù)權(quán)利要求4至6中的任一項(xiàng)所述的解碼器系統(tǒng)， 所述解碼部還包括代碼激勵(lì)線性預(yù)測CELP解碼模塊(511 ；711 ；1011)和變換編碼激勵(lì)TCX解碼模塊(512 ;712)，用于將比特流信號解碼為音頻時(shí)間信號， 所述控制部被適配為至少以下列模式操作所述解碼器系統(tǒng): a)啟用所述TCX模塊，并且禁用所述后置濾波器； b)啟用所述CELP模塊和所述后置濾波器；以及 c)啟用所述CELP模塊，并且禁用所述后置濾波器，其中，所述初級音頻時(shí)間信號和所述音頻時(shí)間信號一致。
8.根據(jù)權(quán)利要求6或7所述的解碼器系統(tǒng)，所述解碼部還包括高級音頻編碼AAC解碼模塊(513 ;713)，所述AAC解碼模塊用于將比特流信號解碼為音頻時(shí)間信號， 所述控制部被適配為還以下列模式操作所述解碼器: d)啟用所述AAC模塊，并且禁用所述后置濾波器。
9.根據(jù)權(quán)利要求4至8中的任一項(xiàng)所述的解碼器系統(tǒng)， 其中，所述比特流信號是運(yùn)動(dòng)圖片專家組MPEG比特流，并且所述比特流信號被分割為時(shí)間幀，并且所述控制部被適配為禁用整個(gè)時(shí)間幀或者整個(gè)時(shí)間幀中的一個(gè)序列；以及所述控制部還被適配為針對每個(gè)時(shí)間幀，接收與該時(shí)間幀相關(guān)聯(lián)的數(shù)據(jù)字段，并且所述控制部響應(yīng)于所述數(shù)據(jù)字段的值可操作用于使所述后置濾波器禁用。
10.根據(jù)權(quán)利要求4至9中的任一項(xiàng)所述的解碼器系統(tǒng)(400；500 ；700 ; 1000)，其中: 所述解碼部被適配為生成表示激勵(lì)的中間解碼信號，并且向控制部提供該信號；以及 所述控制部被適配為作為所述中間解碼信號和經(jīng)過了后置濾波時(shí)的所述中間解碼信號之間的差來計(jì)算近似差信號，所述近似差信號近似于所述后置濾波器要從所述解碼信號中去除的信號分量，并且所述控制部被適配為對下列標(biāo)準(zhǔn)中的至少一個(gè)進(jìn)行評價(jià): a)所述近似差信號的功率是否超過預(yù)定閾值； b)所述近似差信號的特性是否是有 聲調(diào)的； c)所述近似差信號的幅頻譜和所述音頻時(shí)間信號的幅頻譜之間的差是否關(guān)于頻率不均勻地分布； d)所述近似差信號的幅頻譜是否局限于預(yù)定相關(guān)包絡(luò)內(nèi)的頻率間隔；以及 e)所述近似差信號的幅頻譜是否局限于通過由以預(yù)定比例因子縮減的其中的最大信號分量的幅值、對所述音頻時(shí)間信號的幅頻譜進(jìn)行閾值計(jì)算而獲得的相關(guān)包絡(luò)內(nèi)的頻率間隔; 并且所述控制部被適配為響應(yīng)于肯定確定，做出生成使所述后置濾波器禁用的否定后置濾波信號的決定，由此輸出所述初級音頻時(shí)間信號作為所述音頻時(shí)間信號。
11.一種將比特流信號解碼為音頻時(shí)間信號的的方法，包括如下步驟: 將比特流信號解碼為初級音頻時(shí)間信號；以及 通過對諧波間噪聲進(jìn)行衰減來對所述初級音頻時(shí)間信號進(jìn)行后置濾波，由此獲得音頻時(shí)間信號， 所述方法的特征在于，響應(yīng)于后置濾波信號，選擇性地省略所述后置濾波步驟。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法， 其中，后置濾波的所述省略包括下列之一: 衰減的全省略， 衰減的部分省略， 逐步增加衰減，以及 逐步減小衰減。
13.一種用于將音頻時(shí)間信號編碼為比特流信號的編碼器系統(tǒng)(800)，所述編碼器系統(tǒng)包括編碼部(810)，所述編碼部用于將音頻時(shí)間信號編碼為比特流信號， 所述編碼器系統(tǒng)的特征在于決定部(820)，所述決定部被適配為決定是否要在對所述比特流信號進(jìn)行解碼時(shí)禁用后置濾波，所述后置濾波包括對諧波間噪聲的衰減，并且所述決定部被適配為在所述比特流信號中對該決定進(jìn)行編碼作為后置濾波信息。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的編碼器系統(tǒng)， 所述決定部被適配為: 檢測具有主導(dǎo)基頻的信號分量以及處于所述基頻以下和任選地其諧波之間的信號分量的共同存在；以及 響應(yīng)于此做出禁用的決定。
15.根據(jù)權(quán)利要求13或14所述的編碼器系統(tǒng)，還包括代碼激勵(lì)線性預(yù)測CELP編碼模塊，所述CELP編碼模塊被適配為估計(jì)所述音頻時(shí)間信號中的音高頻率， 其中，所述決定部被適配為檢測處于所估計(jì)出的音高頻率以下的頻譜分量，并且響應(yīng)于此做出禁用的決定。
16.根據(jù)權(quán)利要求13至15中的任一項(xiàng)所述的編碼器系統(tǒng)， 所述決定部被適配為 計(jì)算經(jīng)過了 CELP編碼時(shí)的所述音頻時(shí)間信號的預(yù)測功率和經(jīng)過了 CELP編碼和后置濾波時(shí)的所述音頻時(shí)間信號的預(yù)測功率之間的差，以及響應(yīng)于所述差超過預(yù)定閾值的，做出禁用的決定。
17.根據(jù)權(quán)利要求13至16中的任一項(xiàng)所述的編碼器系統(tǒng)， 所述編碼部還包括變換編碼激勵(lì)TCX編碼模塊， 其中，所述決定部被適配 為優(yōu)選地基于速率失真最優(yōu)化來選擇下列編碼模式之一: a)TCX編碼； b)具有后置濾波的CELP編碼； c)沒有后置濾波的CELP編碼， 所述編碼器系統(tǒng)還包括編碼選擇器(814)，被適配為選擇下列超級模式之一: i)高級音頻編碼AAC編碼，其中，所述決定部被禁用；以及 ii)TCX/CELP編碼，其中，所述決定部被啟用以選擇編碼模式a)、b)和c)中的一個(gè)。
18.根據(jù)權(quán)利要求13至17中的任一項(xiàng)所述的編碼器系統(tǒng)， 其中，所述決定部被適配為: 根據(jù)所述音頻時(shí)間信號得出近似差信號，所述近似差信號近似于所述后置濾波器要從將來的解碼信號中去除的信號分量； 對下列標(biāo)準(zhǔn)中的至少一個(gè)進(jìn)行評價(jià): a)所述近似差信號的功率是否超過預(yù)定閾值； b)所述近似差信號的特性是否是有聲調(diào)的； c)所述近似差信號的幅頻譜和所述音頻時(shí)間信號的幅頻譜之間的差，是否關(guān)于頻率不均勻地分布； d)所述近似差信號的幅頻譜是否局限于預(yù)定相關(guān)包絡(luò)內(nèi)的頻率間隔；以及 e)所述近似差信號的幅頻譜是否局限于通過由以預(yù)定比例因子縮減的其中的最大信號分量的幅值、對所述音頻時(shí)間信號的幅頻譜進(jìn)行閾值計(jì)算而獲得的相關(guān)包絡(luò)內(nèi)的頻率間隔; 以及響應(yīng)于肯定確定，做出禁用所述后置濾波器的決定。
19.一種將音頻時(shí)間信號編碼為比特流信號的方法，所述方法包括將音頻時(shí)間信號編碼為比特流信號的步驟， 所述方法的特征在于另一步驟，該另一步驟決定是否要在對所述比特流信號進(jìn)行解碼時(shí)并且在在所述比特流信號中對該決定進(jìn)行編碼作為后置濾波信息時(shí)禁用后置濾波，所述后置濾波包括對諧波間噪聲的衰減。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的方法，其中，決定要禁用后置濾波的步驟的結(jié)果從下列中選出: 無衰減， 全衰減， 部分衰減， 逐步增大衰減，以及 逐步減小衰減。
21.一種計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品，其包括數(shù)據(jù)載體，所述數(shù)據(jù)載體存儲(chǔ)用于執(zhí)行根據(jù)權(quán)利要求,11、12、19和20中的任 一 項(xiàng)所述的方法的指令。
全文摘要
在一個(gè)方面，本發(fā)明提供一種音頻編碼方法，其特征在于，做出關(guān)于對獲得的比特流進(jìn)行解碼的設(shè)備是否應(yīng)當(dāng)應(yīng)用包括對諧波間噪聲的衰減的后置濾波的決定。因此，與關(guān)于最合適的編碼方法的決定分開地進(jìn)行是否使用后置濾波器的決定，所述決定被編碼在比特流中。在另一方面，提供一種音頻解碼方法，該方法具有解碼步驟，之后有后置濾波步驟，該后置濾波步驟包括諧波間噪聲衰減，該方法的特征在于根據(jù)在比特流信號中編碼的后置濾波信息禁用后置濾波器的步驟。該方法借助于其僅依據(jù)后置濾波信息使后置濾波器失效的能力，因此不依賴于諸如當(dāng)前編碼模式的因素，而非常適合于對混合來源音頻信號。
文檔編號G10L19/10GK103098129SQ201180033082
公開日2013年5月8日 申請日期2011年6月23日 優(yōu)先權(quán)日2010年7月2日
發(fā)明者巴爾巴拉·雷施, 克里斯托弗·薛林, 拉爾斯·維爾默斯 申請人:杜比國際公司