編碼裝置、解碼裝置、編碼方法、解碼方法及程序的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明的編碼裝置包括：生成將包含語音或音頻的輸入信號的規(guī)定頻率以下的低頻信號的信號編碼所得的第1編碼信號和低頻解碼信號的第1編碼單元；基于所述低頻解碼信號，將比所述低頻信號高頻的信號編碼而生成高頻編碼信號的第2編碼單元；以及將所述第1編碼信號和所述高頻編碼信號進行復用而輸出編碼信號的第1復用單元。所述第2編碼單元計算所述高頻信號的噪聲分量即高頻噪聲分量和由所述低頻解碼信號生成的高頻解碼信號之中的高頻非音調信號的能量比率，作為高頻編碼信號輸出。
【專利說明】
編碼裝置、解碼裝置、編碼方法、解碼方法及程序
技術領域
[0001] 本發(fā)明涉及將語音信號和音頻信號（以下，設為語音信號等。）編碼的裝置、解碼的 裝置。
【背景技術】
[0002] 將語音信號等以低比特率壓縮的語音編碼技術，是實現(xiàn)移動通信中的電波等的有 效利用的重要技術。而且，近年來對通話語音的質量提高的期待不斷高漲，一直期望實現(xiàn)現(xiàn) 場感強的通話服務。為了實現(xiàn)這樣的通話服務，將頻帶寬的語音信號等以高比特率編碼即 可?？墒?，該方法與電波和頻帶的有效利用矛盾。
[0003] 作為將頻帶寬的信號以低比特率高質量地編碼的方法，有將輸入信號的頻譜分割 為低頻部分和高頻部分的2個頻譜，通過高頻頻譜復制低頻頻譜并與其置換、即將高頻頻譜 用低頻頻譜替代，使整體的比特率降低的技術(專利文獻1)。該技術在低頻頻譜的編碼上分 配很多比特而高質量地編碼，另一方面，將高頻頻譜復制編碼后的低頻頻譜作為基本的處 理，以較少的比特分配進行編碼。
[0004] 在直接采用專利文獻1的技術的情況下，因低頻頻譜中出現(xiàn)的峰值性強的信號被 直接復制到高頻中，產(chǎn)生如鐘聲響起那樣可聽見的噪聲，主觀性的質量下降。因此，有將適 當?shù)卣{整了低頻頻譜的動態(tài)范圍所得的頻譜作為高頻頻譜的技術(專利文獻2)。
[0005] 現(xiàn)有技術文獻
[0006] 專利文獻
[0007] 專利文獻1:特表2001-521648號公報 [0008] 專利文獻2:國際公開第2005/111568號

【發(fā)明內容】

[0009] 根據(jù)專利文獻2的技術，動態(tài)范圍考慮構成低頻頻譜的全體要素而確定。可是，語 音信號等的頻譜由峰值性較強的分量、即振幅較大的分量(音調分量)和峰值性較弱的分 量、即振幅較小的分量(非音調分量)構成，根據(jù)專利文獻2的技術，由于成為組合了兩者的 整體下的評價，所以未必可得到最好的結果。
[0010] 本發(fā)明的一方式，通過使整體的比特率降低，并且將音調分量和非音調分量分離、 獨立而用于編碼，提供能夠編碼、解碼更加高質量的語音信號等的裝置。
[0011] 本發(fā)明的編碼裝置包括:第1編碼單元，生成將語音或音頻輸入信號的規(guī)定頻率以 下的低頻信號編碼而生成第1編碼信號、和將第1編碼信號解碼的低頻解碼信號;第2編碼單 元，基于低頻解碼信號，將比低頻信號高頻的信號編碼而生成高頻編碼信號；以及第1復用 單元，將第1編碼信號和高頻編碼信號進行復用而輸出編碼信號，第2編碼單元采用以下結 構:計算高頻信號的噪聲分量即高頻噪聲分量和由低頻解碼信號生成的高頻解碼信號的高 頻非音調分量的能量比率，作為高頻編碼信號輸出。
[0012] 再有，這些概括性的并且具體的方式，可以通過系統(tǒng)、方法、集成電路、計算機程 序、或記錄介質來實現(xiàn)，也可以通過系統(tǒng)、方法、集成電路、計算機程序和記錄介質的任意的 組合來實現(xiàn)。
[0013] 根據(jù)本發(fā)明的一方式的編碼裝置和解碼裝置，能夠編碼、解碼更加高質量的語音 信號等。
【附圖說明】
[0014] 圖1是本發(fā)明的編碼裝置的整體結構圖。
[0015] 圖2是本發(fā)明的實施方式1中的編碼裝置的第2層編碼單元的結構圖。
[0016] 圖3是本發(fā)明的實施方式2中的編碼裝置的第2層編碼單元的結構圖。
[0017] 圖4是本發(fā)明的實施方式中的另一編碼裝置的整體結構圖。
[0018] 圖5是本發(fā)明的解碼裝置的整體結構圖。
[0019] 圖6是本發(fā)明的實施方式3中的解碼裝置的第2層解碼單元的結構圖。
[0020] 圖7是本發(fā)明的實施方式4中的解碼裝置的第2層解碼單元的結構圖。
[0021] 圖8是本發(fā)明的實施方式中的另一解碼裝置的整體結構圖。
[0022] 圖9是本發(fā)明的實施方式中的另一編碼裝置的整體結構圖。
[0023] 圖10是本發(fā)明的實施方式中的另一解碼裝置的整體結構圖。
【具體實施方式】
[0024] 以下，參照【附圖說明】本發(fā)明的實施方式的結構和動作。再有，本發(fā)明的對編碼裝置 輸入的輸入信號、和從解碼裝置輸出的輸出信號，除了僅指狹義的語音信號的情況，還包含 頻帶更寬的音頻信號的情況，而且，也包含這些信號混合的情況。
[0025] (實施方式1)
[0026]圖1是表示實施方式1的語音信號等的編碼裝置的結構的框圖。這里，作為例子說 明編碼信號具有多個層組成的層結構的情況，即進行分層編碼(可擴展編碼）的情況。作為 包含分層編碼以外的例子，在后述的圖4中說明。圖1所示的編碼裝置100由下采樣單元101、 第1層編碼單元102、復用單元103、第1層解碼單元104、延遲單元105、第2層編碼單元106構 成。此外，在復用單元103中連接著未圖示的天線。
[0027] 下采樣單元101從輸入信號生成采樣率低的信號，作為規(guī)定的頻率以下的低頻信 號輸出到第1層編碼單元102。
[0028] 第1層編碼單元102是構成第1編碼單元的要素的一方式，將低頻信號編碼。作為編 碼的例子，可列舉CELP編碼和變換編碼。編碼的低頻信號，作為用作第1編碼信號的低頻編 碼信號被輸出到第1層解碼單元104和復用單元103。
[0029] 第1層解碼單元104是共同構成第1編碼單元的要素的一方式，將低頻編碼信號解 碼，生成低頻解碼信號。然后，第1層解碼單元104將低頻解碼信號S1輸出到第2層編碼單元 106〇
[0030]另一方面，延遲單元105使輸入信號延遲規(guī)定的時間。該延遲時間用于校正在下采 樣單元101、第1層編碼單元102、和第1層解碼單元104中產(chǎn)生的時間延遲。延遲單元105將延 遲的輸入信號S2輸出到第2層編碼單元106。
[0031]第2層編碼單元106是第2編碼單元的一方式，基于由第1層解碼單元104生成的低 頻解碼信號SI，將輸入信號S2之中規(guī)定的頻率以上的高頻信號編碼而生成高頻編碼信號。 第2層編碼單元中輸入的低頻解碼信號S1、輸入信號S2被施加 MDCT等的變頻后輸入。然后， 第2層編碼單元106將高頻編碼信號輸出到復用單元103。第2層編碼單元106的細節(jié)，將后 述。
[0032]復用單元103將低頻編碼信號和高頻編碼信號進行復用而生成編碼信號，將它通 過未圖示的天線發(fā)送到解碼裝置。
[0033]圖2是表示本實施方式中的第2層編碼單元106的結構的框圖。第2層編碼單元106 由噪聲加法運算單元201、分離單元202、頻帶擴展單元203、噪聲分量能量計算單元204(第1 計算單元）、增益計算單元205(第2計算單元）、能量計算單元206、復用單元207、頻帶擴展單 元208構成。
[0034]噪聲加法運算單元201對從第1層解碼單元104輸入的低頻解碼信號S1，相加噪聲 信號。再有，噪聲信號是指具有隨機的性質的信號，例如是信號強度的振幅相對時間軸或頻 率軸不規(guī)則地上下變動的信號。噪聲信號的生成，可以每次基于隨機數(shù)生成，也可以將預先 生成的噪聲信號（例如，白噪聲、高斯噪聲、粉紅噪聲等)保存在存儲器等的存儲裝置中，調 用該噪聲信號并輸出。此外，噪聲信號不限于一個，也可以根據(jù)規(guī)定的條件，從多個噪聲信 號之中選擇一個并輸出。
[0035]將輸入信號編碼時，若可分配的比特數(shù)少，則僅有小部分的頻率分量能量化，有主 觀質量劣化的問題，但通過在噪聲加法運算單元201中相加噪聲，將未被量化就為零的分量 用噪聲信號填充，能夠期待緩和劣化的效果。
[0036]再有，噪聲加法運算單元201是任意的結構。然后，噪聲加法運算單元201將相加了 噪聲信號的低頻解碼信號輸出到分離單元202。
[0037]分離單元202將相加了噪聲信號的低頻解碼信號分離為非音調分量即低頻非音調 信號和音調分量即低頻音調信號。這里，音調分量是指振幅比規(guī)定的閾值大的分量、或用脈 沖量化器量化過的分量。此外，非音調分量是指具有規(guī)定的閾值以下的振幅的分量、或未用 脈沖量化器量化而為零的分量。
[0038]在使用規(guī)定的閾值區(qū)分音調分量和非音調分量的情況下，對于構成低頻解碼信號 的分量，以振幅是否比規(guī)定的閾值大來分離。在以是否用脈沖量化器進行了量化來區(qū)分音 調分量和非音調分量的情況下，由于相當于規(guī)定的閾值為零的情況，所以通過從噪聲加法 運算單元201中相加了噪聲的低頻解碼信號中減去低頻解碼信號S1，能夠生成低頻音調信 號。
[0039]然后，分離單元202將低頻非音調信號輸出到頻帶擴展單元203,將低頻音調信號 輸出到頻帶擴展單元208。
[0040] 頻帶擴展單元208將輸入信號S2的高頻信號作為目標，搜索使用于頻帶擴展所生 成的低頻音調信號之間的相關為最大的低頻音調信號的特定的頻帶。搜索也可以通過從預 先準備的特定的候選位置之中選擇使所述相關最大的候選來進行。用于頻帶擴展所生成的 低頻音調信號，可以直接使用由分離單元202分離出的(量化過的）低頻音調信號，也可以使 用進行了平滑或歸一化的音調信號。
[0041] 然后，頻帶擴展單元208將表示搜索出的特定的頻帶的位置的信息、即確定用于擴 展頻帶的生成的低頻頻譜的位置(頻率）的信息、也就是滯后信息輸出到復用單元207和頻 帶擴展單元203。再有，滯后信息不必與所有的擴展頻帶對應的滯后信息齊備，也可以僅傳 送與一部分擴展頻帶對應的滯后信息。例如，也可以對于通過頻帶擴展而生成的子帶之中 的一部分，將滯后信息編碼，剩余的部分不編碼，將在解碼裝置側使用滯后信息生成的頻譜 折疊地生成。
[0042]此外，頻帶擴展單元208通過從輸入信號S2的高頻信號之中選擇振幅大的信號，僅 使用該選擇出的分量進行所述相關的計算，削減相關運算的計算量，同時將選擇的分量的 頻率位置信息作為高頻音調分量頻率位置信息輸出到噪聲分量能量計算單元204(第1計算 單元）。
[0043]頻帶擴展單元203以用滯后信息確定的特定的頻帶的位置為基準，截取低頻非音 調信號作為高頻非音調信號，將該高頻非音調信號輸出到增益計算單元205。
[0044]噪聲分量能量計算單元204使用高頻音調分量頻率位置信息，計算輸入信號S2的 高頻信號的噪聲分量即高頻噪聲分量的能量，輸出到增益計算單元205。具體地說，通過從 輸入信號S2的高頻部分整體的能量中減去高頻部分之中高頻音調分量頻率位置的分量的 能量，求不是高頻音調分量的分量能量，將它作為高頻噪聲分量能量輸出到增益計算單元 205〇
[0045]增益計算單元205計算從頻帶擴展單元203輸出的高頻非音調信號的能量，計算該 能量和從噪聲分量能量計算單元204輸出的高頻噪聲分量的能量之間的比率，將它作為比 例因子輸出到復用單元207。
[0046]能量計算單元206計算輸入信號S2的每個子帶的能量。例如，能夠計算將輸入信號 S2分割為子帶的情況下的、子帶內的頻譜的平方和。例如，能夠按下式定義。
[0048]其中，X是MDCT系數(shù)，b是子帶的號，Epsilon是用于標量量化的常數(shù)。
[0049]然后，能量計算單元206將表示求得的量化頻帶能量的大小的指標作為量化頻帶 能量輸出到復用單元207。
[0050] 復用單元207將滯后信息、比例因子和量化頻帶能量編碼，將它進行復用。然后，將 通過復用得到的信號作為高頻編碼信號輸出。再有，復用單元207和復用單元103可以單獨 地設置，也可以作為一體設置。
[0051] 這樣，在本實施方式中，在增益計算單元205(第2計算單元）中，求輸入信號的高頻 信號之中的高頻非音調（噪聲)分量的能量和由低頻解碼信號生成的高頻解碼信號之中的 高頻非音調（噪聲）信號的能量的比率，所以具有能夠更準確地再現(xiàn)解碼信號中的非音調 (噪聲)分量的能量的效果。
[0052] 即，能夠更準確地再現(xiàn)比音調分量小、容易出現(xiàn)誤差的非音調分量的能量，解碼信 號中的非音調分量的能量穩(wěn)定。此外，使用頻帶能量和非音調分量的能量計算的音調分量 的能量也能夠更準確地再現(xiàn)。然后，能夠以較少的比特數(shù)編碼高頻編碼信號。
[0053](實施方式2)
[0054]接著，使用圖3說明本發(fā)明的實施方式2中的編碼裝置的結構。再有，與實施方式1 同樣，本實施方式中的編碼裝置1〇〇整體的結構具有圖1的結構。
[0055] 圖3是表示本實施方式中的第2層編碼單元106的結構的框圖。與實施方式1的第2 層編碼單元106的不同在于，噪聲加法運算單元和分離單元的位置關系相反，并具有分離單 元302、噪聲加法運算單元301。
[0056] 分離單元302將低頻解碼信號分離為非音調分量即低頻非音調信號和音調分量即 低頻音調信號。與實施方式1中說明的同樣，分離方法將規(guī)定的閾值為基準，按振幅的大小 進行分離。也可以將閾值設定為零。
[0057]噪聲加法運算單元301對從分離單元302輸出的低頻非音調信號，相加噪聲信號。 為了對已經(jīng)具有振幅的分量不相加噪聲信號，也可以參照低頻解碼信號S1。
[0058] 再有，對實施方式1、2說明了使用分層編碼的例子，但實施方式1、2也能夠適用于 采用了分層編碼以外的情況。圖4和圖9是其另一編碼裝置110、610的例子。首先說明圖4的 編碼裝置110。
[0059] 圖4所示的編碼裝置110由時間-變頻單元111、第1編碼單元112、復用單元113、頻 帶能量歸一化單元114、第2編碼單元115構成。
[0060] 時間-變頻單元111對輸入信號使用MDCT等進行變頻。
[0061]頻帶能量歸一化單元114對施加了變頻的輸入信號即輸入頻譜，對每個規(guī)定的頻 帶進行頻帶能量的計算、量化和編碼，將頻帶能量編碼信號輸出到復用單元113。此外，頻帶 能量歸一化單元114使用量化的頻帶能量，計算對第1編碼單元和第2編碼單元分配的比特 分配信息B1和B2,分別輸出到第1編碼單元112和第2編碼單元115。此外，頻帶能量歸一化單 元114進而以量化的頻帶能量進行各頻帶的輸入頻譜的歸一化，將歸一化輸入頻譜S2輸出 到第1編碼單兀112和第2編碼單兀115。
[0062] 第1編碼單元112基于輸入的比特分配信息B1，對包含規(guī)定的頻率以下的低頻信號 的歸一化輸入頻譜S2,進行第1編碼。然后，第1編碼單元112將編碼的結果生成的第1編碼信 號輸出到復用單元113。此外，第1編碼單元112將編碼的過程中得到的低頻解碼信號S1輸出 到第2編碼單元115。
[0063] 第2編碼單元115對歸一化輸入頻譜S2之中第1編碼單元112無法編碼的每個部分， 進行第2編碼。第2編碼單元115可采用圖2、圖3中說明的第2層編碼單元106的結構。
[0064] 接著，說明圖9的編碼裝置610。圖9所示的編碼裝置610由時間-變頻單元611、第1 編碼單元612、復用單元613、第2編碼單元614構成。
[0065]時間-變頻單元611對輸入信號使用MDCT等進行變頻。
[0066] 第1編碼單元612對施加了頻率變化的輸入信號即輸入頻譜，對每個規(guī)定的頻帶進 行頻帶能量的計算和量化，將頻帶能量編碼信號輸出到復用單元613。此外，第1編碼單元 612使用量化的頻帶能量，計算對第1編碼信號和第2編碼信號分配的比特分配信息，基于比 特分配信息，對包含規(guī)定的頻率以下的低頻信號的歸一化輸入頻譜S2,進行第1編碼。然后， 第1編碼單元612將第1編碼信號輸出到復用單元613,同時將第1編碼信號的解碼信號之中 的、低頻分量即低頻解碼信號輸出到第2編碼單元614。這里，也可以對于將輸入信號以量化 頻帶能量進行了歸一化的信號進行第1編碼。該情況下，第1編碼信號的解碼信號為以量化 頻帶能量進行了解歸一化的信號。此外，第1編碼單元612將分配給第2編碼信號的比特分配 信息和高頻的量化頻帶能量信息輸出到第2編碼單元614。
[0067] 第2編碼單元614對輸入頻譜S2之中第1編碼單元612無法編碼的每個部分，進行第 2編碼。第2編碼單元614可采用在圖2、3中說明的第2層編碼單元106的結構。再有，在圖2、圖 3中沒有明確記載，但比特分配信息被輸入到將滯后信息編碼的頻帶擴展單元208、和將比 例因子編碼的增益計算單元。此外，在圖2、圖3中，示出了使用輸入信號計算頻帶能量并進 行量化的能量計算單元206,而在圖9中，由于在第1編碼單元612中進行該處理，所以不是必 要的。
[0068](實施方式3)
[0069]圖5是表示實施方式3的語音信號解碼裝置的結構的框圖。這里，編碼信號是從具 有多個層組成的層結構的編碼裝置發(fā)送的信號，作為例子說明將該編碼信號解碼的解碼裝 置。再有，對于沒有層結構的例子，用圖8說明。
[0070] 圖5所示的解碼裝置400由分離單元401、第1層解碼單元402、第2層解碼單元403構 成。此外，在分離單元401上，連接著未圖示的天線。
[0071] 分離單元401將通過未圖示的天線輸入的編碼信號分離為用于第1編碼信號的低 頻編碼信號和高頻編碼信號。分離單元401將低頻編碼信號輸出到第1層解碼單元402,將高 頻編碼信號輸出到第2層解碼單元403。
[0072] 第1層解碼單元402是第1解碼單元的一方式，將低頻編碼信號解碼，生成低頻解碼 信號S1。作為第1層解碼單元402的解碼的例子，可列舉CELP解碼。第1層解碼單元402將低頻 解碼信號輸出到第2層解碼單元403。
[0073] 第2層解碼單元403是第2解碼單元的一方式，將高頻編碼信號解碼，使用低頻解碼 信號生成寬帶解碼信號并輸出。第2層解碼單元403的細節(jié)，將后述。
[0074] 然后，低頻解碼信號、和/或寬帶解碼信號通過未圖示的放大器和揚聲器被再生。 [0075]圖6是表示本實施方式中的第2層解碼單元403的結構的框圖。第2層解碼單元403 由解碼和分離單元501、噪聲加法運算單元502、分離單元503、頻帶擴展單元504、縮放單元 505、結合單元506、加法運算單元507、頻帶擴展單元508、結合單元509、音調信號能量估計 單元510、縮放單元511構成。
[0076]解碼和分離單元501將高頻編碼信號解碼，分離為量化頻帶能量A、比例因子B、和 滯后信息C。再有，分離單元401與解碼和分離單元501可以單獨地設置，也可以作為一體設 置。
[0077]噪聲加法運算單元502對從第1層解碼單元402輸入的低頻解碼信號S1相加噪聲信 號。噪聲信號使用與編碼裝置1 〇〇的噪聲加法運算單元201中相加的噪聲信號相同的噪聲信 號。然后，噪聲加法運算單元502將相加了噪聲信號的低頻解碼信號輸出到分離單元503。
[0078] 分離單元503從相加了噪聲信號的低頻解碼信號中，分離非音調分量和音調分量， 分別作為低頻非音調信號和低頻音調信號輸出。分離為低頻非音調信號和低頻音調信號的 方法，與編碼裝置100的分離單元202中說明的方法是同樣的。
[0079] 頻帶擴展單元504使用滯后信息C，將特定的頻帶的低頻非音調信號復制為高頻而 生成高頻非音調信號。
[0080] 縮放單元505通過對頻帶擴展單元504中生成的高頻非音調信號乘以比例因子B， 調整高頻非音調信號的振幅。
[0081] 然后，在結合單元506中，將低頻非音調信號和由縮放單元505調整了振幅的高頻 非音調信號相結合，生成寬帶非音調信號。
[0082] 另一方面，分離單元503中分離出的低頻音調信號被輸入到頻帶擴展單元508。然 后，與頻帶擴展單元504相同，頻帶擴展單元508使用滯后信息C，將特定的頻帶的低頻音調 信號復制為高頻而生成高頻音調信號。
[0083] 音調信號能量估計單元510計算調整了從縮放單元505輸入的振幅的高頻非音調 信號的能量，同時將從量化頻帶能量A的值減去高頻非音調信號的能量來求高頻音調信號 的能量。然后，將高頻非音調信號的能量和高頻音調信號的能量之比輸出到縮放單元511。
[0084] 縮放單元511通過將高頻音調信號乘以高頻非音調信號的能量和高頻音調信號的 能量之比，調整尚頻首調?目號的振幅。
[0085] 然后，由結合單元509將低頻音調信號和調整了振幅的高頻音調信號相結合，生成 寬帶音調信號。
[0086] 最后，由加法運算單元507將寬帶非音調信號和寬帶音調信號相加，生成、輸出寬 帶解碼信號。
[0087] 這樣，在本實施方式中，具有使用低頻量化頻譜，以較少的比特生成非音調分量， 以比例因子調整以具有適當?shù)哪芰浚褂迷撜{整過的非音調分量的能量，調整高頻音調信 號的能量的結構，所以用較少的信息量編碼、傳輸、解碼音樂信號等，能夠適當?shù)卦佻F(xiàn)高頻 的非音調分量的能量。此外，通過使用量化頻帶能量信息和非音調分量的能量信息來確定 音調分量的能量，合適的音調分量的能量也能夠再現(xiàn)。
[0088](實施方式4)
[0089] 接著，使用圖7說明本發(fā)明的實施方式4中的解碼裝置的結構。再有，與實施方式1 同樣，本實施方式中的解碼裝置400整體的結構具有圖4的結構。
[0090] 圖7是表示本實施方式中的第2層解碼單元403的結構的框圖。與實施方式1和實施 方式2之間的關系同樣，與實施方式3的第2層解碼單元403的不同在于，噪聲加法運算單元 和分離單元的位置關系相反，具有分離單元603、噪聲加法運算單元602。再有，在圖7中，解 碼和分離單元501省略記載。
[0091] 分離單元603將低頻解碼信號分離為非音調分量即低頻非音調信號和音調分量即 低頻音調信號。
[0092]噪聲加法運算單元602對于從分離單元603輸出的低頻非音調信號，相加噪聲信 號。
[0093]再有，對于實施方式3、4說明了使用分層編碼的例子，但實施方式3、4也能夠適用 于采用了分層編碼以外的情況。圖8和圖10是其另一解碼裝置410、620的例子。首先，說明圖 8所示的解碼裝置410。
[0094] 圖8所示的解碼裝置410由分離單元411、第1解碼單元412、第2解碼單元413、頻率-時間轉換單元414、頻帶能量解歸一化單元415、合成單元116構成。
[0095]分離單元411將通過未圖示的天線輸入的編碼信號分離為第1編碼信號、高頻編碼 信號和頻帶能量編碼信號。分離單元411將第1編碼信號輸出到第1解碼單元412,將高頻編 碼信號輸出到第2解碼單元413,將頻帶能量編碼信號輸出到頻帶能量解歸一化單元415。 [0096]頻帶能量解量化單元415將頻帶能量編碼信號解碼，生成量化頻帶能量。頻帶能量 解量化單元415基于量化頻帶能量，計算對第1解碼單元和第2解碼單元的比特分配信息Β1 和Β2,并分別輸出。此外，頻帶能量解量化單元415將生成的量化頻帶能量乘以從合成單元 416輸入的歸一化寬帶解碼信號，進行解歸一化，生成最終的寬帶解碼信號，輸出到頻率-時 間轉換單元414。
[0097]第1解碼單元412根據(jù)比特分配信息B1，將第1編碼信號解碼，生成低頻解碼信號S1 和高頻解碼信號。第1解碼單元412將低頻解碼信號輸出到第2解碼單元413,將高頻解碼信 號輸出到合成單元416。
[0098]第2解碼單元413根據(jù)比特分配信息B2,將高頻編碼信號解碼，使用低頻解碼信號 生成寬帶解碼信號并輸出。第2解碼單元413可采用與圖6、圖7中說明的第2層解碼單元403 相同的結構。
[0099]合成單元416將由第1解碼單元解碼的高頻解碼信號加入到從第2解碼單元輸入的 寬帶解碼信號中，生成歸一化寬帶解碼信號，輸出到頻帶能量解歸一化單元415。
[0100]然后，從頻帶能量解歸一化單元415輸出的寬帶解碼信號由頻率-時間轉換單元 414轉換為時域的信號，通過未圖不的放大器和揚聲器被再生。
[0101]接著，說明圖1〇所示的解碼裝置620。圖10是其另一解碼裝置620的例子。圖10所示 的解碼裝置620由第1解碼單元621、第2解碼單元622、合成單元623,頻率-時間轉換單元624 構成。
[0102] 第1解碼單元621輸入通過未圖示的天線輸入的編碼信號(包含第1編碼信號、高頻 編碼信號和頻帶能量編碼信號），首先將頻帶能量分離、解碼。將解碼的頻帶能量的高頻部 分作為高頻頻帶能量(A)輸出到第2解碼單元622。接著，第1解碼單元621基于解碼的頻帶能 量計算比特分配信息，將第1編碼信號分離、解碼。該解碼處理也可以包含采用了所述解碼 的頻帶能量的解歸一化處理。將解碼的第1解碼信號的低頻部分作為低頻解碼信號輸出到 第2解碼單元621。接著，第1解碼單元621基于所述比特分配信息，將高頻編碼信號分離、解 碼。解碼的高頻解碼信號包含比例因子(B)和滯后信息(C)，將它們輸出到第2解碼單元622。 此外，第1解碼單元621將所述第1解碼信號的高頻部分作為高頻解碼信號輸出到合成單元 623。也有高頻解碼信號為零的情況。
[0103] 第2解碼單元622使用從第1解碼單元621輸入的、低頻解碼信號、解碼的量化頻帶 能量、比例因子、滯后信息生成寬帶解碼信號并輸出。第2解碼單元622也可以采用與圖6、圖 7中說明的第2層解碼單元403相同的結構。
[0104]合成單元623將由第1解碼單元621解碼的高頻解碼信號加入到從第2解碼單元622 輸入的寬帶解碼信號中，生成寬帶解碼信號，由頻率-時間轉換單元624轉換為時域的信號， 通過未圖示的放大器和揚聲器被再生。
[0105](總結）
[0106] 以上，用實施方式1到4說明了本發(fā)明的編碼裝置和解碼裝置。本發(fā)明的編碼裝置 和解碼裝置既可以是主板和半導體元件為代表的半成品和部件級別的形式，也可以是包含 終端裝置和基站裝置的完成品級別的形式的概念。在本發(fā)明的解碼裝置和編碼裝置為半成 品和部件級別的形式的情況下，通過與天線、DA/AD轉換器、放大器、揚聲器、和話筒等組合 成為完成品級別的形式。
[0107] 再有，從圖1到圖10的框圖表示專用地設計的硬件的結構和動作(方法），同時也包 含通過在通用的硬件中安裝執(zhí)行本發(fā)明的動作（方法）的程序，由處理器執(zhí)行來實現(xiàn)的情 況。作為通用的硬件的電子計算機，例如可列舉個人計算機、智能手機等的各種移動信息終 端、和移動電話等。
[0108] 此外，專用地設計的硬件不限于移動電話和固定電話等的完成品級別（消費電 子），也包含主板和半導體元件等半成品和部件級別。
[0109] 再有，作為在基站中使用本發(fā)明的情況的例子，可列舉在基站中進行變更語音編 碼方式的編碼轉換的情況。再有，基站是包含在通信線路的中途存在的各種節(jié)點的概念。 [0110] 工業(yè)實用性
[0111] 本發(fā)明的編碼裝置和解碼裝置可應用于與語音信號和音頻信號的紀錄、傳輸、再 生有關的設備。
[0112] 標號說明
[0113] 100，110,610 編碼裝置
[0114] 101下采樣單元
[0115] 102第1層編碼單元
[0116] 103，113,613 復用單元
[0117] 104第1層解碼單元
[0118] 105延遲單元
[0119] 106第2層編碼單元
[0120] 201，301噪聲加法運算單元
[0121] 202,302 分離單元
[0122] 203頻帶擴展單元
[0123] 204噪聲分量能量計算單元(第1計算單元）
[0124] 205增益計算單元(第2計算單元）
[0125] 206能量計算單元
[0126] 207復用單元
[0127] 208頻帶擴展單元
[0128] 400,410,620 解碼裝置
[0129] 401，411 分離單元
[0130] 402第1層解碼單元
[0131] 403第2層解碼單元
[0132] 501解碼和分離單元
[0133] 502,602噪聲加法運算單元
[0134] 503,603 分離單元
[0135] 504頻帶擴展單元
[0136] 505縮放單元
[0137] 506結合單元
[0138] 507加法運算單元
[0139] 508頻帶擴展單元
[0140] 509結合單元
[0141] 510音調信號能量估計單元
[0142] 511 縮放單元（scaling unit)
[0143] 112,612第1編碼單元
[0144] 115,614第2編碼單元
[0145] 412,621第1解碼單元
[0146] 413,622第2解碼單元
【主權項】
1. 編碼裝置，包括： 第1編碼單元，將語音或音頻輸入信號的規(guī)定頻率以下的低頻信號編碼而生成第1編碼 信號，將所述第1編碼信號解碼而生成低頻解碼信號； 第2編碼單元，基于所述低頻解碼信號，將比所述低頻信號高頻的信號編碼而生成高頻 編碼信號；以及 第1復用單元，將所述第1編碼信號和所述高頻編碼信號進行復用而輸出編碼信號， 所述第2編碼單元 計算所述高頻信號的噪聲分量即高頻噪聲分量和由所述低頻解碼信號生成的高頻解 碼信號的高頻非音調分量的能量比率，作為高頻編碼信號輸出。2. 如權利要求1所述的編碼裝置，還包括： 能量計算單元，計算所述語音或音頻輸入信號的能量并作為量化頻帶能量輸出， 所述第1復用單元將所述量化頻帶能量、所述第1編碼信號和所述高頻編碼信號復用并 輸出。3. 如權利要求2所述的編碼裝置， 所述第2編碼單元包括： 分離單元，將所述低頻解碼信號分離為所述低頻解碼信號的非音調分量即低頻非音調 信號和所述低頻解碼信號的音調分量即低頻音調信號； 第1頻帶擴展單元，將使所述高頻信號和所述低頻音調信號之間的相關為最大的特定 的頻帶的位置信息作為滯后信息輸出； 第2頻帶擴展單元，將與所述滯后信息對應的所述低頻非音調信號作為高頻非音調信 號輸出； 第1計算單元，從與所述滯后信息對應的所述高頻信號，計算噪聲分量即高頻噪聲分量 的能量； 第2計算單元，從所述高頻噪聲分量和所述高頻非音調信號的能量比率計算所述比率， 作為比例因子輸出；以及 第2復用單元，將所述滯后信息和所述比例因子進行復用并作為高頻編碼信號輸出。4. 如權利要求3所述的編碼裝置， 所述第2編碼單元還包括： 噪聲加法運算單元，在所述低頻解碼信號中相加噪聲信號。5. 如權利要求3所述的編碼裝置， 所述第2編碼單元還包括： 噪聲加法運算單元，在所述分離單元輸出的所述低頻非音調信號中相加噪聲信號。6. 解碼裝置，其是被輸入了在編碼裝置中將語音或音頻輸入信號的規(guī)定頻率以下的低 頻信號編碼所得的第1編碼信號、和將比所述低頻信號高頻的信號編碼所得的高頻編碼信 號的解碼裝置，包括： 分離單元，分離為所述第1編碼信號和所述高頻編碼信號； 第1解碼單元，將所述第1編碼信號解碼而生成低頻解碼信號；以及 第2解碼單元，將所述高頻編碼信號解碼，使用所述低頻解碼信號生成寬帶解碼信號， 所述高頻編碼信號包含噪聲分量即高頻噪聲分量和由所述低頻解碼信號生成的高頻 解碼信號的高頻非音調分量的能量比率， 所述第2解碼單元 參照解碼的所述比率，調整所述低頻解碼信號的非音調分量即低頻非音調信號的振 幅。7. 解碼裝置，其是被輸入了在編碼裝置中將語音或音頻輸入信號的規(guī)定頻率以下的低 頻信號編碼所得的第1編碼信號、將比所述低頻信號高頻的信號編碼所得的高頻編碼信號、 以及頻帶能量編碼信號的解碼裝置，包括： 第1解碼單元，將所述第1編碼信號解碼而生成低頻解碼信號； 第2解碼單元，將所述高頻編碼信號解碼，使用所述低頻解碼信號生成寬帶解碼信號； 以及 第3解碼單元，將所述頻帶能量編碼信號解碼而生成量化頻帶能量， 所述第2解碼單元包括： 分離單元，將所述低頻解碼信號分離為所述低頻解碼信號的非音調分量即低頻非音調 信號和所述低頻解碼信號的音調分量即低頻音調信號； 第1頻帶擴展單元，使用將所述高頻編碼信號解碼所得的滯后信息，將所述低頻非音調 信號復制為高頻而生成高頻非音調信號； 第1縮放單元，使用將所述高頻編碼信號解碼所得的比例因子來調整所述高頻非音調 信號的振幅； 音調信號能量估計單元，從所述高頻非音調信號的能量和所述量化頻帶能量，估計高 頻音調信號的能量； 第1結合單元，將所述低頻非音調信號和所述高頻非音調信號相結合而生成寬帶非音 調信號； 第2頻帶擴展單元，使用所述滯后信息，將所述低頻音調信號復制為高頻而生成高頻音 調信號； 第2縮放單元，基于所述高頻音調信號的能量，調整所述高頻音調信號的振幅； 第2結合單元，將所述低頻音調信號和調整了振幅的所述高頻音調信號相結合而生成 寬帶音調信號；以及 加法運算單元，將所述寬帶非音調信號和所述寬帶音調信號進行加法運算而生成寬帶 解碼信號， 所述滯后信息是使高頻信號和低頻音調信號之間的相關為最大的特定的頻帶的位置 信息， 所述比例因子是對應于所述滯后信息的高頻信號的噪聲分量即高頻噪聲分量和高頻 非音調信號的能量比率。8. 如權利要求6所述的解碼裝置， 所述第2解碼單元還包括： 噪聲加法運算單元，在所述低頻解碼信號中相加噪聲信號。9. 如權利要求6所述的解碼裝置， 所述第2解碼單元還包括： 噪聲加法運算單元，在從所述分離單元輸出的所述低頻非音調信號中相加噪聲信號。10. 終端裝置，具有權利要求1所述的編碼裝置。11. 終端裝置，具有權利要求6所述的解碼裝置。12. 編碼方法，包括以下步驟： 將語音或音頻輸入信號的規(guī)定頻率以下的低頻信號編碼而生成第1編碼信號； 將所述第1編碼信號解碼而生成低頻解碼信號； 基于所述低頻解碼信號，將比所述低頻信號高頻的信號編碼而生成高頻編碼信號； 計算所述高頻信號的噪聲分量即高頻噪聲分量和由所述低頻解碼信號生成的高頻解 碼信號的高頻非音調分量的能量比率； 將所述第1編碼信號和包含所述比率的高頻編碼信號進行復用并輸出編碼信號。13. 如權利要求12所述的編碼方法，還包括以下步驟： 計算所述語音或音頻輸入信號的能量并作為量化頻帶能量輸出； 將所述低頻解碼信號分離為所述低頻解碼信號的非音調分量即低頻非音調信號和所 述低頻解碼信號的音調分量即低頻音調信號； 將使所述高頻信號和所述低頻音調信號之間的相關為最大的特定的頻帶的位置信息 作為滯后信息輸出； 將與所述滯后信息對應的所述低頻非音調信號作為高頻非音調信號輸出； 從與所述滯后信息對應的所述高頻信號，計算噪聲分量即高頻噪聲分量的能量； 計算所述高頻噪聲分量和所述高頻非音調信號的能量比率并作為比例因子輸出。14. 解碼方法，包括以下步驟： 對于在編碼裝置中將語音或音頻輸入信號的規(guī)定頻率以下的低頻信號編碼所得的第1 編碼信號、和將比所述低頻信號高頻的信號編碼所得的高頻編碼信號， 分離為所述第1編碼信號和所述高頻編碼信號， 將所述第1編碼信號進行解碼而生成低頻解碼信號；以及 將所述高頻編碼信號進行解碼，使用所述低頻解碼信號生成寬帶解碼信號， 所述高頻編碼信號包含噪聲分量即高頻噪聲分量和由所述低頻解碼信號生成的高頻 解碼信號的高頻非音調分量的能量比率， 生成解碼的所述比率，參照所述比率，調整所述低頻解碼信號的非音調分量即低頻非 音調信號的振幅。15. 解碼方法，包括以下步驟： 對于在編碼裝置中將語音或音頻輸入信號的規(guī)定頻率以下的低頻信號進行了編碼的 第1編碼信號、將比所述低頻信號高頻的信號進行了編碼的高頻編碼信號、以及頻帶能量編 碼信號， 將所述第1編碼信號解碼而生成低頻解碼信號； 將所述高頻編碼信號解碼，使用所述低頻解碼信號生成寬帶解碼信號； 將所述頻帶能量編碼信號解碼而生成量化頻帶能量； 將所述低頻解碼信號分離為所述低頻解碼信號的非音調分量即低頻非音調信號和所 述低頻解碼信號的音調分量即低頻音調信號； 使用將所述高頻編碼信號解碼所得的滯后信息，將所述低頻非音調信號復制為高頻而 生成高頻非音調信號； 使用將所述高頻編碼信號解碼所得的比例因子，調整所述高頻非音調信號的振幅； 從所述高頻非音調信號的能量和所述量化頻帶能量，估計高頻音調信號的能量； 將所述低頻非音調信號和所述高頻非音調信號相結合而生成寬帶非音調信號； 使用所述滯后信息，將所述低頻音調信號復制為高頻而生成高頻音調信號； 基于所述尚頻首調?目號的能量，調整所述尚頻首調?目號的振幅； 將所述低頻音調信號和調整了振幅的所述高頻音調信號相結合而生成寬帶音調信號； 以及 將所述寬帶非音調信號和所述寬帶音調信號進行加法運算而生成寬帶解碼信號， 所述滯后信息是使高頻信號和低頻音調信號之間的相關為最大的特定的頻帶的位置 信息， 所述比例因子是對應于所述滯后信息的高頻信號的噪聲分量即高頻噪聲分量和高頻 非音調信號的能量比率。16. 程序，使處理器執(zhí)行以下處理： 將語音或音頻的輸入信號的規(guī)定頻率以下的低頻信號編碼而生成第1編碼信號的處 理； 將所述第1編碼信號解碼而生成低頻解碼信號的處理； 基于所述低頻解碼信號，將比所述低頻信號高頻的信號編碼而生成高頻編碼信號的處 理； 計算所述高頻信號的噪聲分量即高頻噪聲分量和由所述低頻解碼信號生成的高頻解 碼信號的高頻非音調分量的能量比率的處理；以及 將所述第1編碼信號和包含所述比率的高頻編碼信號進行復用并輸出編碼信號的處 理。17. 程序，使處理器執(zhí)行以下處理： 對于在編碼裝置中將語音或音頻的輸入信號的規(guī)定頻率以下的低頻信號編碼所得的 第1編碼信號、和將比所述低頻信號高頻的信號編碼所得的高頻編碼信號， 分離為所述第1編碼信號和所述高頻編碼信號的處理； 將所述第1編碼信號解碼而生成低頻解碼信號的處理； 將所述高頻編碼信號解碼，使用所述低頻解碼信號生成寬帶解碼信號的處理； 所述高頻編碼信號包含噪聲分量即高頻噪聲分量和由所述低頻解碼信號生成的高頻 解碼信號的高頻非音調分量的能量比率， 生成解碼的所述比率，參照所述比率來調整所述低頻解碼信號的非音調分量即低頻非 音調信號的振幅的處理。
【文檔編號】H03M7/30GK105874534SQ201580003573
【公開日】2016年8月17日
【申請日】2015年3月23日
【發(fā)明人】S.納吉塞蒂, Z.X.劉, 江原宏幸
【申請人】松下電器（美國）知識產(chǎn)權公司