音頻信號編碼和解碼方法、音頻信號編碼和解碼裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明實(shí)施例提供了一種音頻信號編碼和解碼方法、音頻信號編碼和解碼裝置、發(fā)射機(jī)、接收機(jī)和通信系統(tǒng)，其能夠提高編碼和/或解碼性能。該音頻信號編碼方法包括：將待編碼的時(shí)域信號劃分為低頻帶信號和高頻帶信號；對低頻帶信號進(jìn)行編碼而獲得低頻編碼參數(shù)；根據(jù)低頻編碼參數(shù)來計(jì)算濁音度因子，并根據(jù)低頻編碼參數(shù)來預(yù)測高頻帶激勵(lì)信號，所述濁音度因子用于表示所述高頻帶信號表現(xiàn)為濁音特性的程度；利用所述濁音度因子對所述高頻帶激勵(lì)信號和隨機(jī)噪聲進(jìn)行加權(quán)而獲得合成激勵(lì)信號；基于所述合成激勵(lì)信號和所述高頻帶信號來獲得高頻編碼參數(shù)。在本發(fā)明的各個(gè)實(shí)施例的技術(shù)方案，可以提高編碼或解碼效果。
【專利說明】音頻信號編碼和解碼方法、音頻信號編碼和解碼裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明實(shí)施例涉及領(lǐng)域通信【技術(shù)領(lǐng)域】，并且更具體地，涉及一種音頻信號編碼方法、音頻信號解碼方法、音頻信號編碼裝置、音頻信號解碼裝置、發(fā)射機(jī)、接收機(jī)和通信系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著通信技術(shù)的不斷進(jìn)步，用戶對話音質(zhì)量的需求越來越高。通常，通過提高話音質(zhì)量的帶寬來提高話音質(zhì)量。如果采用傳統(tǒng)的編碼方式來對帶寬已增加的信息進(jìn)行編碼，則會大大提高碼率，并因此拘囿于當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)帶寬的限制條件而難以實(shí)現(xiàn)。因此，要在碼率不變或者碼率變化不大的情況下對帶寬更寬的信號進(jìn)行編碼，針對這個(gè)課題提出的解決方案就是采用頻帶擴(kuò)展技術(shù)。所述頻帶擴(kuò)展技術(shù)可以在時(shí)域或者頻域完成，本發(fā)明是在時(shí)域完成頻帶擴(kuò)展。
[0003]在時(shí)域進(jìn)行頻帶擴(kuò)展的基本原理為對低頻帶信號和高頻帶信號采取兩種不同的處理方法完成。對于原始信號中的低頻帶信號，在編碼端中根據(jù)需要利用各種編碼器進(jìn)行編碼；在解碼端中利用與編碼端的編碼器對應(yīng)的解碼器來解碼并恢復(fù)低頻帶信號。對于高頻帶信號，在編碼端中，利用用于低頻帶信號的編碼器獲得的低頻編碼參數(shù)來預(yù)測高頻帶激勵(lì)信號，并對原始信號的高頻帶信號進(jìn)行例如線性預(yù)測編碼(LPC，linear PrencdictiveCoding)分析得到高頻帶LPC系數(shù)，所述高頻帶激勵(lì)信號通過根據(jù)LPC系數(shù)確定的合成濾波器而得到預(yù)測的高頻帶信號，然后比較預(yù)測的高頻帶信號和原始信號中的高頻帶信號而獲得高頻帶增益調(diào)整參數(shù)，所述高頻帶增益參數(shù)、LPC系數(shù)被傳送到解碼端來恢復(fù)高頻帶信號；在解碼端，利用在低頻帶信號的解碼時(shí)提取的低頻編碼參數(shù)來恢復(fù)所述高頻帶激勵(lì)信號，利用LPC系數(shù)生成合成濾波器，所述高頻帶激勵(lì)信號通過合成濾波器恢復(fù)所預(yù)測的高頻帶信號，其經(jīng)過高頻帶增益調(diào)整參數(shù)調(diào)整而獲得最終的高頻帶信號，合并高頻帶信號和低頻帶信號得到最終的輸出信號。
[0004]上述的在時(shí)域進(jìn)行頻帶擴(kuò)展的技術(shù)中，在一定速率條件下恢復(fù)出了高頻帶信號，但是性能指標(biāo)還不夠完善。通過對比恢復(fù)的輸出信號的頻譜與原始信號的頻譜可以看出，對于一般周期的濁音而言在恢復(fù)的高頻帶信號中經(jīng)常有太強(qiáng)的諧波成分，然而真實(shí)的語音信號中的高頻帶信號的諧波性卻沒那么強(qiáng)，該差異導(dǎo)致所恢復(fù)的信號聽起來有明顯的機(jī)械聲。
[0005]本發(fā)明實(shí)施例旨在改進(jìn)上述的在時(shí)域進(jìn)行頻帶擴(kuò)展的技術(shù)，以減小甚或消除所恢復(fù)的信號中的機(jī)械聲。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明實(shí)施例提供一種音頻信號編碼方法、音頻信號解碼方法、音頻信號編碼裝置、音頻信號解碼裝置、發(fā)射機(jī)、接收機(jī)和通信系統(tǒng)，其能夠減小甚或消除所恢復(fù)的信號中的機(jī)械聲，從而提高編碼和解碼性能。[0007]第一方面，提供了音頻信號編碼方法，包括:將待編碼的時(shí)域信號劃分為低頻帶信號和高頻帶信號；對低頻帶信號進(jìn)行編碼而獲得低頻編碼參數(shù)；根據(jù)低頻編碼參數(shù)來計(jì)算濁音度因子，并根據(jù)低頻編碼參數(shù)來預(yù)測高頻帶激勵(lì)信號，所述濁音度因子用于表示所述高頻帶信號表現(xiàn)為濁音特性的程度；利用所述濁音度因子對所述高頻帶激勵(lì)信號和隨機(jī)噪聲進(jìn)行加權(quán)而獲得合成激勵(lì)信號；基于所述合成激勵(lì)信號和所述高頻帶信號來獲得高頻編碼參數(shù)。
[0008]結(jié)合第一方面，在第一方面的一種實(shí)現(xiàn)方式中，所述利用濁音度因子對所述高頻帶激勵(lì)信號和隨機(jī)噪聲進(jìn)行加權(quán)而獲得合成激勵(lì)信號可包括:利用預(yù)加重因子對所述隨機(jī)噪聲進(jìn)行用于提升其高頻部分的預(yù)加重操作而獲得預(yù)加重噪聲；利用濁音度因子對所述高頻帶激勵(lì)信號和所述預(yù)加重噪聲進(jìn)行加權(quán)而生成預(yù)加重激勵(lì)信號；利用去加重因子對所述預(yù)加重激勵(lì)信號進(jìn)行用于壓低其高頻部分的去加重操作而獲得所述合成激勵(lì)信號。[0009]結(jié)合第一方面及其上述實(shí)現(xiàn)方式，在第一方面的另一實(shí)現(xiàn)方式中，所述去加重因子可基于所述預(yù)加重因子以及所述預(yù)加重噪聲在所述預(yù)加重激勵(lì)信號中的比例來確定。
[0010]結(jié)合第一方面及其上述實(shí)現(xiàn)方式，在第一方面的另一實(shí)現(xiàn)方式中，所述低頻編碼參數(shù)可包括基音周期，所述利用濁音度因子對所預(yù)測的高頻帶激勵(lì)信號和隨機(jī)噪聲進(jìn)行加權(quán)而獲得合成激勵(lì)信號可包括:利用所述基音周期來修正所述濁音度因子；利用修正后的濁音度因子來對所述高頻帶激勵(lì)信號和隨機(jī)噪聲進(jìn)行加權(quán)而獲得合成激勵(lì)信號。
[0011]結(jié)合第一方面及其上述實(shí)現(xiàn)方式，在第一方面的另一實(shí)現(xiàn)方式中，所述低頻編碼參數(shù)可包括代數(shù)碼書、代數(shù)碼書增益、自適應(yīng)碼書、自適應(yīng)碼書增益和基音周期，所述根據(jù)低頻編碼參數(shù)來預(yù)測高頻帶激勵(lì)信號可包括:利用所述基音周期來修正所述濁音度因子；利用修正后的濁音度因子來對所述代數(shù)碼書和隨機(jī)噪聲進(jìn)行加權(quán)而得到加權(quán)結(jié)果，將所述加權(quán)結(jié)果與代數(shù)碼書增益的乘積加上所述自適應(yīng)碼書與自適應(yīng)碼書增益的乘積而預(yù)測到所述高頻帶激勵(lì)信號。
[0012]結(jié)合第一方面及其上述實(shí)現(xiàn)方式，在第一方面的另一實(shí)現(xiàn)方式中，所述利用所述基音周期來修正所述濁音度因子可根據(jù)下面的公式來進(jìn)行:
【權(quán)利要求】
1.一種音頻信號編碼方法，其特征在于，包括: 將待編碼的時(shí)域信號劃分為低頻帶信號和高頻帶信號； 對低頻帶信號進(jìn)行編碼而獲得低頻編碼參數(shù)； 根據(jù)低頻編碼參數(shù)來計(jì)算濁音度因子，并根據(jù)低頻編碼參數(shù)來預(yù)測高頻帶激勵(lì)信號，所述濁音度因子用于表示所述高頻帶信號表現(xiàn)為濁音特性的程度； 利用所述濁音度因子對所述高頻帶激勵(lì)信號和隨機(jī)噪聲進(jìn)行加權(quán)而獲得合成激勵(lì)信號; 基于所述合成激勵(lì)信號和所述高頻帶信號來獲得高頻編碼參數(shù)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于，所述利用濁音度因子對所述高頻帶激勵(lì)信號和隨機(jī)噪聲進(jìn)行加權(quán)而獲得合成激勵(lì)信號包括: 利用預(yù)加重因子對所述隨機(jī)噪聲進(jìn)行用于提升其高頻部分的預(yù)加重操作而獲得預(yù)加重噪聲； 利用濁音度因子對所述高頻帶激勵(lì)信號和所述預(yù)加重噪聲進(jìn)行加權(quán)而生成預(yù)加重激勵(lì)信號； 利用去加重因子對所述 預(yù)加重激勵(lì)信號進(jìn)行用于壓低其高頻部分的去加重操作而獲得所述合成激勵(lì)信號。
3.根據(jù)權(quán)利要求2的方法，其特征在于，所述去加重因子是基于所述預(yù)加重因子以及所述預(yù)加重噪聲在所述預(yù)加重激勵(lì)信號中的比例來確定的。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于，所述低頻編碼參數(shù)包括基音周期，所述利用濁音度因子對所預(yù)測的高頻帶激勵(lì)信號和隨機(jī)噪聲進(jìn)行加權(quán)而獲得合成激勵(lì)信號包括: 利用所述基音周期來修正所述濁音度因子； 利用修正后的濁音度因子來對所述高頻帶激勵(lì)信號和隨機(jī)噪聲進(jìn)行加權(quán)而獲得合成激勵(lì)信號。
5.根據(jù)權(quán)利要求1一 4中任一項(xiàng)的方法，其特征在于，所述低頻編碼參數(shù)包括代數(shù)碼書、代數(shù)碼書增益、自適應(yīng)碼書、自適應(yīng)碼書增益和基音周期，所述根據(jù)低頻編碼參數(shù)來預(yù)測高頻帶激勵(lì)信號包括: 利用所述基音周期來修正所述濁音度因子； 利用修正后的濁音度因子來對所述代數(shù)碼書和隨機(jī)噪聲進(jìn)行加權(quán)而得到加權(quán)結(jié)果，將所述加權(quán)結(jié)果與代數(shù)碼書增益的乘積加上所述自適應(yīng)碼書與自適應(yīng)碼書增益的乘積而預(yù)測到所述高頻帶激勵(lì)信號。
6.根據(jù)權(quán)利要求4或5的方法，其特征在于，所述利用所述基音周期來修正所述濁音度因子是根據(jù)下面的公式來進(jìn)行的:
voice—fac—A=voice—fac氺 Y
\-a \ *Τ0 + /?Ι7 0 < threshold_min
a2 * IX) + hiIhreshoId _ min < 7? < ih/vshold _max
I? 0 > threshold _ max 其中，voice—fac 是池音度因子，TO 是基音周期，al、a2、bl>0，b2 ^ 0，threshold—min和threshold—max分別是預(yù)先設(shè)置的基音周期的最小值和最大值，voice—fac—A是修正后的濁音度因子。
7.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于，所述音頻信號編碼方法還包括: 根據(jù)所述低頻編碼參數(shù)和高頻編碼參數(shù)來生成編碼比特流，以發(fā)送給解碼端。
8.一種音頻信號解碼方法，其特征在于，包括: 從已編碼信息中區(qū)分出低頻編碼參數(shù)和高頻編碼參數(shù)； 對所述低頻編碼參數(shù)進(jìn)行解碼而獲得低頻帶信號； 根據(jù)低頻編碼參數(shù)來計(jì)算濁音度因子，并根據(jù)低頻編碼參數(shù)來預(yù)測高頻帶激勵(lì)信號，所述濁音度因子用于表示高頻帶信號表現(xiàn)為濁音特性的程度； 利用所述濁音度因子對所述高頻帶激勵(lì)信號和隨機(jī)噪聲進(jìn)行加權(quán)而獲得合成激勵(lì)信號; 基于所述合成激勵(lì)信號和高頻編碼參數(shù)來獲得高頻帶信號； 合并所述低頻帶信號和所述高頻帶信號而得到最終的解碼信號。
9.根據(jù)權(quán)利要求8的方法，其特征在于，所述利用濁音度因子對所述高頻帶激勵(lì)信號和隨機(jī)噪聲進(jìn)行加權(quán)而獲得合成激勵(lì)信號包括: 利用預(yù)加重因子對所述隨機(jī)噪聲進(jìn)行用于提升其高頻部分的預(yù)加重操作而獲得預(yù)加重噪聲； 利用濁音度因子對所述高頻帶激勵(lì)信號和所述預(yù)加重噪聲進(jìn)行加權(quán)而生成預(yù)加重激勵(lì)信號； 利用去加重因子對所述預(yù)加重激勵(lì)信號進(jìn)行用于壓低其高頻部分的去加重操作而獲得所述合成激勵(lì)信號。
10.根據(jù)權(quán)利要求9的方法，其特征在于，所述去加重因子是基于所述預(yù)加重因子以及所述預(yù)加重噪聲在所述預(yù)加重激勵(lì)信號中的比例來確定的。
11.根據(jù)權(quán)利要求8的方法，其特征在于，所述低頻編碼參數(shù)包括基音周期，所述利用濁音度因子對所預(yù)測的高頻帶激勵(lì)信號和隨機(jī)噪聲進(jìn)行加權(quán)而獲得合成激勵(lì)信號包括: 利用所述基音周期來修正所述濁音度因子； 利用修正后的濁音度因子來對所述高頻帶激勵(lì)信號和隨機(jī)噪聲進(jìn)行加權(quán)而獲得合成激勵(lì)信號。
12.根據(jù)權(quán)利要求8— 10中任一項(xiàng)的方法，其特征在于，所述低頻編碼參數(shù)包括代數(shù)碼書、代數(shù)碼書增益、自適應(yīng)碼書、自適應(yīng)碼書增益和基音周期，所述根據(jù)低頻編碼參數(shù)來預(yù)測高頻帶激勵(lì)信號包括: 利用所述基音周期來修正所述濁音度因子； 利用修正后的濁音度因子來對所述代數(shù)碼書和隨機(jī)噪聲進(jìn)行加權(quán)而得到加權(quán)結(jié)果，將所述加權(quán)結(jié)果與代數(shù)碼書增益的乘積加上所述自適應(yīng)碼書與自適應(yīng)碼書增益的乘積而預(yù)測到所述高頻帶激勵(lì)信號。
13.根據(jù)權(quán)利要求11或12的方法，其特征在于，所述利用所述基音周期來修正所述濁音度因子是根據(jù)下面的公式來進(jìn)行的:
voice—fac—A=voice—fac氺 Y
14.一種音頻信號編碼裝置，其特征在于，包括: 劃分單元，用于將待編碼的時(shí)域信號劃分為低頻帶信號和高頻帶信號； 低頻編碼單元，用于對低頻帶信號進(jìn)行編碼而獲得低頻編碼參數(shù)； 計(jì)算單元，用于根據(jù)低頻編碼參數(shù)來計(jì)算濁音度因子，所述濁音度因子用于表示高頻帶信號表現(xiàn)為濁音特性的程度； 預(yù)測單元，用于根據(jù)低頻編碼參數(shù)來預(yù)測高頻帶激勵(lì)信號； 合成單元，用于利用所述濁音度因子對所述高頻帶激勵(lì)信號和隨機(jī)噪聲進(jìn)行加權(quán)而獲得合成激勵(lì)信號； 高頻編碼單元，用于基于所述合成激勵(lì)信號和所述高頻帶信號來獲得高頻編碼參數(shù)。
15.根據(jù)權(quán)利要求14的裝置，其特征在于，所述合成單元包括: 預(yù)加重部件，用于利用預(yù)加重因子對所述隨機(jī)噪聲進(jìn)行用于提升其高頻部分的預(yù)加重操作而獲得預(yù)加重噪聲； 加權(quán)部件，用于利用濁音度因子對所述高頻帶激勵(lì)信號和所述預(yù)加重噪聲進(jìn)行加權(quán)而生成預(yù)加重激勵(lì)信號； 去加重部件，用于利用去加重因子對所述預(yù)加重激勵(lì)信號進(jìn)行用于壓低其高頻部分的去加重操作而獲得所述合成激勵(lì)信號。
16.根據(jù)權(quán)利要求15的裝置，其特征在于，所述去加重因子是基于所述預(yù)加重因子以及所述預(yù)加重噪聲在所述預(yù)加重激勵(lì)信號中的比例來確定的。
17.根據(jù)權(quán)利要求14的裝置，其特征在于，所述低頻編碼參數(shù)包括基音周期，所述合成單元包括: 第一修正部件，用于利用所述基音周期來修正所述濁音度因子； 加權(quán)部件，用于利用修正后的濁音度因子來對所述高頻帶激勵(lì)信號和隨機(jī)噪聲進(jìn)行加權(quán)而獲得合成激勵(lì)信號。
18.根據(jù)權(quán)利要求14- 16中任一項(xiàng)的裝置，其特征在于，所述低頻編碼參數(shù)包括代數(shù)碼書、代數(shù)碼書增益、自適應(yīng)碼書、自適應(yīng)碼書增益和基音周期，所述預(yù)測單元包括: 第二修正部件，用于利用所述基音周期來修正所述濁音度因子； 預(yù)測部件，用于利用修正后的濁音度因子來對所述代數(shù)碼書和隨機(jī)噪聲進(jìn)行加權(quán)而得到加權(quán)結(jié)果，將所述加權(quán)結(jié)果與代數(shù)碼書增益的乘積加上所述自適應(yīng)碼書與自適應(yīng)碼書增益的乘積而預(yù)測到所述高頻帶激勵(lì)信號。
19.根據(jù)權(quán)利要求17或18的裝置，其特征在于，所述第一修正部件和第二修正部件中的至少一個(gè)根據(jù)下面的公式來修正所述濁音度因子:
voice—fac—A=voice—fac氺 Y
20.根據(jù)權(quán)利要求14的裝置，其特征在于，所述音頻信號編碼裝置還包括: 比特流生成單元，用于根據(jù)所述低頻編碼參數(shù)和高頻編碼參數(shù)來生成編碼比特流，以發(fā)送給解碼端。
21.一種音頻信號解碼裝置，其特征在于，包括: 區(qū)分單元，用于從已編碼信息中區(qū)分出低頻編碼參數(shù)和高頻編碼參數(shù)； 低頻解碼單元，用于對所述低頻編碼參數(shù)進(jìn)行解碼而獲得低頻帶信號； 計(jì)算單元，用于根據(jù)低頻編碼參數(shù)來計(jì)算濁音度因子，所述濁音度因子用于表示高頻帶信號表現(xiàn)為濁音特性的程度； 預(yù)測單元，用于根據(jù)低頻編碼參數(shù)來預(yù)測高頻帶激勵(lì)信號； 合成單元，用于利用所述濁音度因子對所述高頻帶激勵(lì)信號和隨機(jī)噪聲進(jìn)行加權(quán)而獲得合成激勵(lì)信號； 高頻解碼單元，用于基于所述合成激勵(lì)信號和高頻編碼參數(shù)來獲得高頻帶信號； 合并單元，用于合并所述低頻帶信號和所述高頻帶信號而得到最終的解碼信號。
22.根據(jù)權(quán)利要求21的裝置，其特征在于，所述合成單元包括: 預(yù)加重部件，用于利用預(yù)加重因子對所述隨機(jī)噪聲進(jìn)行用于提升其高頻部分的預(yù)加重操作而獲得預(yù)加重噪聲； 加權(quán)部件，用于利用濁音度因子對所述高頻帶激勵(lì)信號和所述預(yù)加重噪聲進(jìn)行加權(quán)而生成預(yù)加重激勵(lì)信號； 去加重部件，用于利用去加重因子對所述預(yù)加重激勵(lì)信號進(jìn)行用于壓低其高頻部分的去加重操作而獲得所述合成激勵(lì)信號。
23.根據(jù)權(quán)利要求21的裝置，其特征在于，所述去加重因子是基于所述預(yù)加重因子以及所述預(yù)加重噪聲在所述預(yù)加重激勵(lì)信號中的比例來確定的。
24.根據(jù)權(quán)利要求21的裝置，其特征在于，所述低頻編碼參數(shù)包括基音周期，所述合成單元包括: 第一修正部件，用于利用所述基音周期來修正所述濁音度因子； 加權(quán)部件，用于利用修正后的濁音度因子來對所述高頻帶激勵(lì)信號和隨機(jī)噪聲進(jìn)行加權(quán)而獲得合成激勵(lì)信號。
25.根據(jù)權(quán)利要求21- 23中任一項(xiàng)的裝置，其特征在于，所述低頻編碼參數(shù)包括代數(shù)碼書、代數(shù)碼書增益、自適應(yīng)碼書、自適應(yīng)碼書增益和基音周期，所述預(yù)測單元包括: 第二修正部件，用于利用所述基音周期來修正所述濁音度因子； 預(yù)測部件，用于利用修正后的濁音度因子來對所述代數(shù)碼書和隨機(jī)噪聲進(jìn)行加權(quán)而得到加權(quán)結(jié)果，將所述加權(quán)結(jié)果與代數(shù)碼書增益的乘積加上所述自適應(yīng)碼書與自適應(yīng)碼書增益的乘積而預(yù)測到所述高頻帶激勵(lì)信號。
26.根據(jù)權(quán)利要求24或25的裝置，其特征在于，所述第一修正部件和第二修正部件中的至少一個(gè)根據(jù)下面的公式來修正所述濁音度因子:
27.一種發(fā)射機(jī)，其特征在于，包括: 如權(quán)利要求14所述的音頻信號編碼裝置；以及 發(fā)射單元，用于為所述編碼裝置產(chǎn)生的高頻編碼參數(shù)和低頻編碼參數(shù)分配比特以生成比特流，并發(fā)射該比特流。
28.一種接收機(jī)，其特征在于，包括: 接收單元，用于接收比特流，并從所述比特流中提取已編碼信息；以及 如權(quán)利要求21所述的音頻信號解碼裝置。
29.—種通信系統(tǒng)，其特征在于，包括如權(quán)利要求27所述的發(fā)射機(jī)或如權(quán)利要求28所述的接收機(jī)。
【文檔編號】G10L19/008GK103928029SQ201310010936
【公開日】2014年7月16日 申請日期:2013年1月11日 優(yōu)先權(quán)日:2013年1月11日
【發(fā)明者】劉澤新, 王賓, 苗磊 申請人:華為技術(shù)有限公司