專利名稱：基于celp的語(yǔ)音編碼器中的音頻信號(hào)帶寬擴(kuò)展的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本公開(kāi)總的來(lái)說(shuō)涉及音頻信號(hào)處理，更具體地，涉及基于碼激勵(lì)線性預(yù)測(cè)(CELP)的語(yǔ)音編碼器中的音頻信號(hào)帶寬擴(kuò)展及對(duì)應(yīng)方法。
背景技術(shù)：
一些嵌入式語(yǔ)音編碼器，諸如ITU-T G.718和G.729.1兼容語(yǔ)音編碼器，具有核心碼激勵(lì)線性預(yù)測(cè)(CELP)語(yǔ)音編解碼器，以低于輸入和輸出語(yǔ)音帶寬的帶寬進(jìn)行操作。例如，G.718兼容編碼器使用基于以12.8kHz采樣率操作的自適應(yīng)多速率寬帶(AMR-WB)架構(gòu)的核心CELP。這樣帶來(lái)6.4kHz的標(biāo)·稱CELP編碼帶寬。因此，必須分別解決對(duì)于寬帶信號(hào)的從6.4kHz到7kHz的帶寬以及對(duì)于超寬帶信號(hào)的從6.4kHz到14kHz的帶寬的編碼。一種解決超過(guò)CELP核心截止頻率的帶的編碼的方法是計(jì)算原始信號(hào)的譜與CELP核心的譜之間的差，并且在譜域?qū)υ摬罘中盘?hào)進(jìn)行編碼，通常采用改進(jìn)離散余弦變換(MDCT)。此方法具有這樣的缺點(diǎn):必須在編碼器對(duì)CELP編碼的信號(hào)進(jìn)行解碼，然后加窗并分析，以得出差分信號(hào)，如在ITU-T推薦G.729.1，修改6(ITU-T RecommendationG.729.1, Amendment6)以及 ITU-T 推薦 G.718 主體和修改 2(ITU_T RecommendationG.718Main Body and Amendment2)中更加全面描述的。然而,這通常導(dǎo)致長(zhǎng)的算法延遲,原因是CELP編碼延遲，隨后是MDC·T分析延遲。在上述示例中，算法延遲是對(duì)于CELP部分大約26-30ms加上對(duì)于譜MDCT部分的大約10_20ms。圖1A示出現(xiàn)有技術(shù)的編碼器，并且圖1B示出現(xiàn)有技術(shù)的解碼器，這兩個(gè)都具有與MDCT核心和CELP核心相關(guān)聯(lián)的對(duì)應(yīng)延遲。因此，通常需要對(duì)擴(kuò)展超出核心CELP編解碼器的帶寬的音頻信號(hào)帶進(jìn)行編碼的替換方法，以減小算法延遲。受讓給摩托羅拉公司的美國(guó)專利N0.5，127，054描述了通過(guò)非線性處理已知的語(yǔ)音帶然后對(duì)處理的信號(hào)進(jìn)行帶通濾波來(lái)重新產(chǎn)生子帶編碼語(yǔ)音信號(hào)的缺失的帶，以得到期望的信號(hào)。摩托羅拉專利處理語(yǔ)音信號(hào)，因此需要連續(xù)的濾波和處理。摩托羅拉專利還對(duì)所有子帶采用共同的編碼方法。通常已知通過(guò)在譜域中從編碼區(qū)轉(zhuǎn)置和轉(zhuǎn)移分量來(lái)對(duì)缺失帶的精細(xì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行編碼和再現(xiàn)，且有時(shí)被稱為譜帶復(fù)制(SBR)。為了在語(yǔ)音編解碼器在除了輸入和輸出音頻帶寬之外的帶寬操作的情況下采用SBR處理，按照ITU-T推薦G.729.1，修改6(ITU_TRecommendation G.729.1, Amendment6)以及 ITU-T 推薦 G.718 主體和修改 2(ITU_TRecommendation G.718Main Body and Amendment〗)，需要分析解碼的語(yǔ)音,這樣導(dǎo)致相對(duì)長(zhǎng)的算法延遲。
仔細(xì)考慮下面的詳細(xì)描述以及附圖之后，本發(fā)明的各個(gè)方面、特征和優(yōu)點(diǎn)對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將變得更加明顯。為了簡(jiǎn)明和清楚，沒(méi)有必要按照比例繪制附圖。


圖1A是現(xiàn)有技術(shù)寬帶音頻信號(hào)編碼器的示意性框圖。圖1B是現(xiàn)有技術(shù)寬帶音頻信號(hào)解碼器的示意性框圖。圖2是對(duì)音頻信號(hào)進(jìn)行解碼的處理示圖。圖3是音頻信號(hào)解碼器的示意性框圖。圖4是解碼器中帶通濾波器組的示意性框圖。圖5是編碼器中帶通濾波器組的示意性框圖。圖6是互補(bǔ)濾波器組的示意性框圖。圖7是替換的互補(bǔ)濾波器組的示意性框圖。圖8A是第一譜成形處理的示意圖。圖8B是與圖8A中的處理等同的第二譜成形處理的示意圖。
具體實(shí)施例方式根據(jù)本公開(kāi)的一個(gè)方面，在包括基于碼激勵(lì)線性預(yù)測(cè)(CELP)的解碼器元件的音頻解碼器中對(duì)音頻信號(hào)進(jìn)行解碼，該音頻信號(hào)的帶寬擴(kuò)展超出CELP激勵(lì)信號(hào)的音頻帶寬。這種解碼器可以用于其中存在窄帶或?qū)拵дZ(yǔ)音信號(hào)的寬帶或超寬帶帶寬擴(kuò)展的應(yīng)用。更一般地，這種解碼器可以用于其中待處理的信號(hào)的帶寬大于基本解碼器元件的帶寬的任何應(yīng)用。在圖2的示圖200中總體地示出此處理。在210，獲得或產(chǎn)生第二激勵(lì)信號(hào)，第二激勵(lì)信號(hào)的音頻帶寬擴(kuò)展超出CELP激勵(lì)信號(hào)的音頻帶寬。在此，認(rèn)為CELP激勵(lì)信號(hào)是第一激勵(lì)信號(hào)，其中，“第一”和“第二”修飾語(yǔ)是將不同激勵(lì)信號(hào)進(jìn)行區(qū)分的標(biāo)記。在更加具體的實(shí)施中，如下所述，從上采樣CELP激勵(lì)信號(hào)獲得第二激勵(lì)信號(hào)，其中上采樣CELP激勵(lì)信號(hào)基于CELP激勵(lì)信號(hào)，即，第一激勵(lì)信號(hào)。在圖3的示意性框圖300中，通過(guò)利用上采樣實(shí)體304將來(lái)自固定碼本302的固定碼本分量，例如，固定碼本向量，上采樣到更高的采樣率，來(lái)獲得上采樣固定碼本信號(hào)c’(η)。通過(guò)采樣倍數(shù)或因子L表示上采樣因子。上述上采樣CELP激勵(lì)信號(hào)與圖3中的上采樣固定碼本信號(hào)c’(η)對(duì)應(yīng)。通常，上采樣激勵(lì)信號(hào)基于上采樣固定碼本信號(hào)和上采樣基音周期值。在一個(gè)實(shí)施中，上采樣基音周期值是上采樣自適應(yīng)碼本輸出的特性。根據(jù)此實(shí)施，在圖3中，基于上采樣固定碼本信號(hào)c’ (η)和來(lái)自以上采樣率操作的第二自適應(yīng)碼本305的輸出V’(η)，來(lái)獲得上采樣激勵(lì)信號(hào)u’(η)。在圖3中，“上采樣自適應(yīng)碼本”305對(duì)應(yīng)于第二自適應(yīng)碼本。基于構(gòu)成自適應(yīng)碼本的存儲(chǔ)的上采樣激勵(lì)信號(hào)u’ (η)的先前值和上采樣基音周期值Tu，來(lái)獲得自適應(yīng)碼本輸出信號(hào)V’(η)。因此，上采樣基音周期值Tu和上采樣激勵(lì)信號(hào)u’ (η)被輸入到上采樣自適應(yīng)碼本305。直接從基于CELP的解碼器元件獲得的兩個(gè)增益參數(shù)g。和gp用于縮放。參數(shù)g?？s放固定碼本信號(hào)c’(η)且也被稱為固定碼本增益。參數(shù)gp縮放自適應(yīng)碼本信號(hào)V’ (η)且被成為基音增益。在一個(gè)實(shí)施例中，如圖3所示，上采樣基音周期值Tu基于采樣倍數(shù)L與基于CELP的解碼器元件的基音周期T的乘積?；贑ELP的解碼器通常使用分?jǐn)?shù)表示的基音周期值，典型地有1/4、1/3或1/2采樣分辨率。在采樣倍數(shù)L和分辨率數(shù)值上不相關(guān)的情況下，例如，1/4采樣分辨率并且L=5，則用于上采樣自適應(yīng)碼本的各個(gè)基音值在與L相乘之后將具有非整數(shù)值。為了確保基于CELP的解碼器元件的自適應(yīng)碼本與上采樣自適應(yīng)碼本彼此保持同步，也可以以分?jǐn)?shù)采樣分辨率實(shí)施上采樣自適應(yīng)碼本。然而，與使用整數(shù)采樣分辨率相t匕，在實(shí)施自適應(yīng)碼本中需要額外的復(fù)雜度。為了在上采樣自適應(yīng)碼本中利用整數(shù)采樣分辨率，當(dāng)設(shè)置下一上采樣基音周期值時(shí)，通過(guò)從先前上采樣基音周期值累積近似誤差并對(duì)其進(jìn)行校正，可以最小化對(duì)準(zhǔn)誤差。在圖3中，通過(guò)將由g?？s放的上采樣固定碼本信號(hào)c’ (η)與由gp縮放的上采樣自適應(yīng)慢信號(hào)V’ (η)進(jìn)行組合，獲得上采樣激勵(lì)信號(hào)u’(η)。此上采樣激勵(lì)信號(hào)u’ (η)也被反饋到上采樣自適應(yīng)碼本305，以在后續(xù)子幀中使用，如上所述。在替換實(shí)施中，上采樣基音周期值是上采樣長(zhǎng)期預(yù)測(cè)器濾波器的特性。根據(jù)此替換實(shí)施，通過(guò)使上采樣固定碼本信號(hào)c’ (η)經(jīng)過(guò)上采樣長(zhǎng)期預(yù)測(cè)器濾波器，來(lái)獲得上采樣激勵(lì)信號(hào)u’(η)。在上采樣固定碼本信號(hào)c’ (η)被施加到上采樣長(zhǎng)期預(yù)測(cè)器濾波器之前，可以縮放上采樣固定碼本信號(hào)c’(η)，或者可以對(duì)上采樣長(zhǎng)期預(yù)測(cè)器濾波器的輸出施加縮放。上采樣長(zhǎng)期預(yù)測(cè)器濾波器Lu(Z)特征在于上采樣基音周期Tu和可以與％不同的增益參數(shù)G，且具有與下述等式形式類似的ζ域變換函數(shù)。
權(quán)利要求
1.一種用于在音頻解碼器中對(duì)信號(hào)進(jìn)行解碼的方法，所述音頻解碼器具有基于CELP的解碼器元件，所述基于CELP的解碼器元件包括固定碼本分量、至少一個(gè)基音周期值和第一解碼器輸出，所述信號(hào)的音頻帶寬擴(kuò)展超出所述基于CELP的解碼器元件的音頻帶寬，所述方法包括: 通過(guò)將固定碼本分量上采樣到更高采樣率來(lái)獲得上采樣固定碼本信號(hào)； 基于所述上采樣固定碼本信號(hào)和上采樣基音周期值來(lái)獲得上采樣激勵(lì)信號(hào)； 基于所述上采樣激勵(lì)信號(hào)和所述基于CELP的解碼器元件的輸出信號(hào)來(lái)獲得組合輸出信號(hào)， 其中，所述組合輸出信號(hào)包括擴(kuò)展超出所述基于CELP的解碼器元件音頻帶寬的音頻帶寬部分。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，還包括: 通過(guò)將非線性操作應(yīng)用于所述上采樣激勵(lì)信號(hào)來(lái)獲得帶寬擴(kuò)展信號(hào)， 通過(guò)將到所述基于CELP的解碼器元件的所述帶寬擴(kuò)展信號(hào)與所述基于CELP的解碼器元件的所述輸出信號(hào)進(jìn)行組合，來(lái)獲得所述組合輸出信號(hào)。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，基于所述上采樣固定碼本信號(hào)和上采樣自適應(yīng)碼本值來(lái)獲得所述上采樣激勵(lì)信號(hào)，其中，所述上采樣自適應(yīng)碼本值基于所述上采樣基音周期值。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，通過(guò)使用上采樣長(zhǎng)期預(yù)測(cè)器濾波器對(duì)所述上采樣固定碼本信號(hào)進(jìn)行濾波，來(lái)獲得所述上采樣激勵(lì)信號(hào)，其中，所述上采樣長(zhǎng)期預(yù)測(cè)器濾波器特征在于所述上采樣基音周期值。
5.如權(quán)利要求1所述的方法，通過(guò)將所述上采樣固定碼本信號(hào)與所述上采樣自適應(yīng)碼本組合且將結(jié)果反饋回到所述上采樣自適應(yīng)碼本，來(lái)獲得所述上采樣激勵(lì)信號(hào)。
6.如權(quán)利要求1所述的方法，通過(guò)使所述上采樣固定碼本信號(hào)經(jīng)過(guò)上采樣長(zhǎng)期預(yù)測(cè)器濾波器，來(lái)獲得所述上采樣激勵(lì)信號(hào)。
7.如權(quán)利要求1所述的方法，還包括:通過(guò)將非線性算子應(yīng)用于所述上采樣固定碼本，來(lái)將所述上采樣固定碼本信號(hào)的音頻帶寬擴(kuò)展超出所述基于CELP的解碼器元件的音頻帶寬。
8.如權(quán)利要求1所述的方法，通過(guò)將非線性算子應(yīng)用于所述上采樣激勵(lì)信號(hào)，來(lái)將所述上采樣激勵(lì)信號(hào)的音頻帶寬擴(kuò)展超出所述基于CELP的解碼器元件的音頻帶寬。
9.如權(quán)利要求3所述的方法，還包括:通過(guò)將基于CELP的解碼器元件的分?jǐn)?shù)基音周期與上采樣因子相乘，來(lái)得到所述上采樣基音周期。
10.如權(quán)利要求9所述的方法，還包括:通過(guò)將所述基于CELP的解碼器元件的所述分?jǐn)?shù)基音周期與所述上采樣因子相乘且對(duì)結(jié)果進(jìn)行舍入，來(lái)得到整數(shù)上采樣基音周期。
11.如權(quán)利要求10所述的方法，通過(guò)將所述基于CELP的解碼器元件的所述分?jǐn)?shù)基音周期與上采樣因子相乘、加上從先前整數(shù)舍入積累的誤差，且對(duì)結(jié)果進(jìn)行舍入，來(lái)得到整數(shù)上采樣基音周期。
全文摘要
一種用于在具有基于CELP的解碼器元件的音頻解碼器中對(duì)信號(hào)進(jìn)行解碼的方法，基于CELP的解碼器元件包括固定碼本分量、至少一個(gè)基音周期值和第一解碼器輸出，其中，音頻信號(hào)的帶寬擴(kuò)展超出基于CELP的解碼器元件的帶寬。該方法包括通過(guò)將固定碼本分量上采樣到更高采樣率獲得上采樣固定碼本信號(hào)，基于上采樣固定碼本信號(hào)和上采樣基音周期值獲得上采樣激勵(lì)信號(hào)，并且基于上采樣激勵(lì)信號(hào)和基于CELP的解碼器元件的輸出信號(hào)獲得組合輸出信號(hào)，其中，組合輸出信號(hào)包括擴(kuò)展超出基于CELP的解碼器元件的帶寬的帶寬部分。
文檔編號(hào)G10L21/02GK103155034SQ201180049792
公開(kāi)日2013年6月12日 申請(qǐng)日期2011年10月5日 優(yōu)先權(quán)日2010年10月15日
發(fā)明者喬納森·A·吉布斯, 詹姆斯·P·阿什利, 烏達(dá)·米塔爾 申請(qǐng)人:摩托羅拉移動(dòng)有限責(zé)任公司