對信號進(jìn)行編碼的方法和裝置制造方法
【專利摘要】這里提供了一種用于對信號進(jìn)行編碼的方法和裝置。在操作期間，要編碼的寬帶信號進(jìn)入濾波器組。從濾波器組輸出高頻帶信號和低頻帶信號。單獨編碼每個信號。在高頻帶信號的產(chǎn)生期間，在預(yù)處理之后并且在抽取之前實現(xiàn)下混頻操作。下混頻操作極大地減少系統(tǒng)復(fù)雜度。事實上，將觀察到，現(xiàn)有技術(shù)實現(xiàn)中的最高采樣速率是64kHz，而上述系統(tǒng)中的采樣速率保持在32kHz或以下。這表示隨著處理塊的數(shù)目的減少，顯著地省略了復(fù)雜性。
【專利說明】對信號進(jìn)行編碼的方法和裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明通常涉及編碼信號，并且具體地，涉及用于對語音信號進(jìn)行編碼的方法和裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]當(dāng)前的語音編碼器被設(shè)計用于持續(xù)增長的寬帶。由語音編碼器支持的范圍擴(kuò)展為更高的頻率可以改善清晰度。例如，區(qū)分諸如“s”和“f”的摩擦音的信息主要處于高頻率。高頻帶擴(kuò)展還可以改善語音的其他質(zhì)量，諸如存在感(presence)。例如,池音元音甚至可以具有遠(yuǎn)高于PSTN限制的頻譜能量。
[0003]一種用于寬帶語音編碼的方法涉及為了覆蓋寬帶頻譜而縮放窄帶語音編碼的技術(shù)。例如，可以以更高速率來對語音信號進(jìn)行采樣，以包括高頻率處的分量，并且可以將窄帶編碼技術(shù)重新配置成使用更多的濾波器系數(shù)來表示該寬帶信號。諸如CELP(碼本激勵線性預(yù)測)的窄帶編碼技術(shù)是計算密集型的，然而，寬帶CELP編碼器可能消耗過多處理周期來實踐用于很多的移動和其他嵌入式應(yīng)用。使用這樣的技術(shù)來將寬帶信號的整個頻譜編碼成期望質(zhì)量還可能導(dǎo)致寬帶的不可接受得大的增加。此外，即使在編碼的信號的窄帶部分可以被傳送到僅支持窄帶編碼的系統(tǒng)和/或由該系統(tǒng)解碼之前，可能也需要這樣的編碼信號的轉(zhuǎn)碼。
[0004]為了解決該問題，已經(jīng)提出了使編碼器將寬帶語音信號劃分成低頻帶信號或窄帶信號和高頻帶信號，然后對每個信號單獨編碼。在標(biāo)題為SYSTEMS, METHODS, AND APPARATUSFOR GAIN CODING的美國專利申請公開2008/0126086中描述了這樣的編碼器，并且通過引用合并于此。
[0005]圖1示出了現(xiàn)有技術(shù)寬帶語音編碼器100的框圖。濾波器組101被配置成對寬帶語音信號進(jìn)行濾波，以產(chǎn)生較低帶寬的低頻帶信號和高頻帶信號。窄帶編碼器102被配置成對低頻帶信號進(jìn)行編碼，以產(chǎn)生窄帶濾波器參數(shù)和窄帶殘差信號。窄帶編碼器102通常被配置成產(chǎn)生作為碼本索引或者其他量化形式的窄帶濾波器參數(shù)和編碼的窄帶激勵信號。高頻帶編碼器103被配置成根據(jù)編碼的窄帶激勵信號中的信息來對高頻帶信號進(jìn)行編碼以產(chǎn)生高頻帶編碼參數(shù)。高頻帶編碼器103通常被配置成產(chǎn)生作為碼本索引或其他量化形式的高頻帶編碼參數(shù)。寬帶語音編碼器100的一個具體示例被配置成，以大約8.55kbps(每秒千比特)的速率來對寬帶語音信號進(jìn)行編碼，其中大約7.55kbps用于窄帶濾波器參數(shù)和編碼的窄帶激勵信號，并且大約Ikbps用于高頻帶編碼參數(shù)。
[0006]在典型的實現(xiàn)中，濾波器組101包括低通濾波器和高通濾波器。圖2和圖3示出了在兩個不同實現(xiàn)示例中的寬帶語音信號、低頻帶信號和高頻帶信號的相對寬帶。在這兩個具體示例中，寬帶語音信號具有32kHz的采樣速率(表示O至16kHz的范圍內(nèi)的頻率分量)，并且低頻帶信號具有16kHz的采樣速率(表示O至8kHz的范圍內(nèi)的頻率分量)。
[0007]在圖2的示例中，在兩個子帶之間不存在明顯重疊?？梢允褂镁哂?_16kHz的通帶的高通濾波器來獲得在該示例中示出的高頻帶信號。在這種情形下，可以期望通過用采樣因子2對濾波信號進(jìn)行下采樣來將采樣速率減少到16kHz?？梢云谕@著地減少對信號的進(jìn)一步處理操作的計算復(fù)雜度的這樣的操作涉及將通帶能量向下移動到O至SkHz的范圍，以防止?目息丟失。
[0008]在圖3的替代示例中，上子帶和下子帶具有明顯重疊，使得通過兩個子帶信號來描述7至SkHz的區(qū)域?？梢云谕@種重疊考慮到在低頻帶和高頻帶參數(shù)的解碼之后上子帶和下子帶的重新組合期間的非理想濾波。
[0009]考慮根據(jù)在32kHz的采樣速率的情況下的圖2的實現(xiàn)并且在具有表示從O至
6.4kHz的信號的12.8kHz采樣低頻帶分量的超寬帶信號(50Hz - 14.0kHz)的情況下，嚴(yán)格采樣的SkHz帶寬信號可以適用于再生高頻帶分量。
[0010]圖4示出了使用插值、重新采樣、抽取和其他操作來執(zhí)行高通濾波和下采樣操作的功能對等的濾波器組101的現(xiàn)有技術(shù)實現(xiàn)的框圖。在圖4中，低通濾波器401和下采樣器402用于生成低頻帶語音信號，而插值器403、重新采樣器404、抽取器405、頻譜反相電路406、抽取器407和頻譜整形電路408用于生成高頻帶語音信號。
[0011]這種實現(xiàn)可能更容易設(shè)計和/或可以允許邏輯和/或代碼的功能塊的再利用。例如，相同的功能塊可以用于執(zhí)行如圖4中所示的以2/5至12.SkHz (402)進(jìn)行的抽取和以5/11至16kHz (407)進(jìn)行的抽取的操作?？梢酝ㄟ^使該信號乘以函數(shù)或序列(_1)來實現(xiàn)頻譜反相操作，其值在+1和-1之間交替。頻譜整形操作可以被實現(xiàn)為低通濾波器，該低通濾波器配置成對該信號進(jìn)行整形以獲得期望的全通濾波器響應(yīng)。
[0012]應(yīng)該注意的是，作為頻譜反相操作的結(jié)果，高頻帶信號的頻譜被反相。可以相應(yīng)地配置編碼器和相應(yīng)解碼器 中的后續(xù)操作。例如，本文中描述的高頻帶激勵生成器可以被配置成產(chǎn)生還具有頻譜反相形式的高頻帶激勵信號。
[0013]可以發(fā)現(xiàn)上述實現(xiàn)中的最高采樣速率是64kHz，并且獲取高頻帶語音信號的嚴(yán)格采樣版本所需要的處理步驟的數(shù)目是6，指示在可以開始編碼之前復(fù)雜度的相對高的程度。此外，由于需要實現(xiàn)高頻帶語音信號的嚴(yán)格采樣版本，即，與要編碼的帶的上頻率的正好兩倍相對應(yīng)的采樣速率，所以該方法的靈敏性受限制。在該情況下，需要的采樣速率是用于以
14.4kHz的上頻率對高頻帶進(jìn)行編碼的28.8kHz。因此，存在對于減少上述編碼的復(fù)雜度并且提高對不同高頻帶配置進(jìn)行配置的靈活性的用于編碼信號的方法和裝置需要。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0014]圖1是現(xiàn)有技術(shù)的編碼器的框圖。
[0015]圖2示出寬帶語音及其低頻帶和高頻帶分量。
[0016]圖3示出寬帶語音及其低頻帶和高頻帶分量。
[0017]圖4是用于圖1的編碼器的現(xiàn)有技術(shù)濾波器組的框圖。
[0018]圖5是濾波器組的框圖。
[0019]圖6是圖5的下混頻器的框圖。
[0020]圖7示出利用圖5的濾波器組進(jìn)行的濾波。
[0021]圖8是現(xiàn)有技術(shù)解碼器的框圖。
[0022]圖9是解碼器的框圖。
[0023]圖10示出利用圖9的解碼器進(jìn)行的解碼。[0024]圖11是示出編碼器的操作的流程圖。
[0025]圖12是示出濾波器組的操作的流程圖。
[0026]圖13是示出下混頻器的操作的流程圖。
[0027]圖14是示出圖9的高頻帶濾波器的操作的流程圖。
[0028]圖15是濾波器組的替代框圖。
[0029]圖16示出利用圖15的濾波器組進(jìn)行的濾波。
[0030]本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解附圖中的元件是出于簡明而示出，并且不一定依比例繪制。例如，附圖中一些元件的尺寸和/或相對位置可能相對于其他元件而被夸大，以有助于促進(jìn)本發(fā)明的各種實施例的理解。而且，在商業(yè)上可行的實施例中有用或者必要的常見且易于理解的元件通常沒有描述，以便于促進(jìn)對本發(fā)明的各種實施例的不受阻礙的視圖。進(jìn)一步將理解，可以以具體發(fā)生順序來描述或描繪特定動作和/或步驟，而本領(lǐng)域的技術(shù)人員將理解，實際上不需要對于順序的這樣的規(guī)定。本領(lǐng)域的技術(shù)人員將進(jìn)一步理解，諸如“電路”的特定實現(xiàn)實施例可以等同地經(jīng)由執(zhí)行存儲在非易失性計算機(jī)刻度存儲器中的軟件指令的通用計算裝置(例如，CPU)或?qū)Ｓ锰幚硌b置(例如，DSP)來實現(xiàn)。還將理解的是，本文中所用的術(shù)語和表達(dá)具有常規(guī)技術(shù)含義，這與上文闡述的本領(lǐng)域技術(shù)人員所用的此類術(shù)語和表達(dá)一致，除非其中不同的特定含義在本文中的其他方面已經(jīng)闡明。
【具體實施方式】
[0031]為了滿足上述需要，本文提供了一種用于對信號進(jìn)行編碼的方法和裝置。在操作期間，要編碼的寬帶信號進(jìn)入濾波器組。從該濾波器組輸出高頻帶信號和低頻帶信號。每個信號被單獨編碼。在高頻帶信號的產(chǎn)生期間，在頻譜反相之后并且在抽取之前實現(xiàn)下混頻操作。下混頻操作很大程度上降低系統(tǒng)復(fù)雜性。事實上，可以發(fā)現(xiàn)在現(xiàn)有技術(shù)實現(xiàn)中的最高采樣速率是64kHz，而在上述系統(tǒng)中的采樣速率保持在32kHz或以下。這表示隨著處理塊的數(shù)目的減少，顯著地省略了復(fù)雜度。
[0032]本發(fā)明包括一種用于對信號進(jìn)行編碼的方法。該方法包括下述步驟:在濾波器組處接收寬帶信號；對寬帶信號進(jìn)行濾波以產(chǎn)生低頻帶信號和高頻帶信號；利用窄帶編碼器來對低頻帶信號進(jìn)行編碼；以及利用高頻帶編碼器對高頻帶信號進(jìn)行編碼。對寬帶信號進(jìn)行濾波以產(chǎn)生高頻帶信號的步驟包括下述步驟:使寬帶信號頻譜反相以產(chǎn)生頻譜反相信號；以及對頻譜反相的信號進(jìn)行下混頻，以產(chǎn)生下混頻信號。
[0033]本發(fā)明還包括一種用于對信號進(jìn)行解碼的方法。該方法包括下述步驟:利用窄帶解碼器來對第一信號進(jìn)行解碼，以產(chǎn)生低頻帶信號；利用高頻帶解碼器來對第二信號進(jìn)行解碼，以產(chǎn)生高頻帶信號；以及將低頻帶信號和高頻帶信號進(jìn)行組合。組合低頻帶信號和高頻帶信號的步驟包括下述步驟:使高頻帶信號頻譜反相；對頻譜反相信號進(jìn)行下混頻；以及使下混頻信號與窄帶語音信號相加。
[0034]本發(fā)明還包括一種裝置，該裝置包括:濾波器組，接收寬帶信號并且輸出低頻帶信號和高頻帶信號；窄帶編碼器，對低頻帶信號進(jìn)行編碼；以及高頻帶編碼器，對高頻帶信號進(jìn)行編碼。濾波器組包括頻譜反相電路，對寬帶信號進(jìn)行頻譜反相以產(chǎn)生頻譜反相信號；下混頻電路，對頻譜反相信號進(jìn)行下混頻以產(chǎn)生下混頻信號。
[0035]本發(fā)明還包括一種裝置，該裝置包括:第一解碼器，對第一信號進(jìn)行解碼以產(chǎn)生低頻帶信號；第二解碼器，對第二信號進(jìn)行解碼以產(chǎn)生高頻帶信號；頻譜反相電路，對高頻帶信號進(jìn)行頻譜反相以產(chǎn)生頻譜反相信號；下混頻電路，對頻譜反相信號進(jìn)行下混頻以產(chǎn)生下混頻信號；以及加法器，使下混頻信號與窄帶語音信號相加。
[0036]現(xiàn)在轉(zhuǎn)到附圖，其中相同的附圖標(biāo)記表示相同組件，圖5是濾波器組的框圖。明顯的是，圖5的濾波器包括下混頻電路501。在進(jìn)行下混頻的下混頻之前的預(yù)處理通過頻譜反相電路406來進(jìn)行。下混頻電路501用于對從頻譜反相電路406輸出的預(yù)處理的(即，頻譜反相)信號進(jìn)行下混頻。更具體地，在下混頻期間，以預(yù)定量使信號在頻率上移位。圖6中示出了下混頻器501的更詳細(xì)的框圖。
[0037]如圖6中所示，下混頻器501包括希爾伯特變換電路601、混頻器602和603、正弦/余弦生成器604以及求和電路605。通過將32kHz的預(yù)處理的輸入信號表示為正好20個采樣周期的正弦波來實現(xiàn)例如1600Hz信號的下混頻。為了實現(xiàn)1600Hz頻譜下混頻處理，有必要推導(dǎo)出頻譜反相輸入信號的正交分量。這可以經(jīng)由電路601來實現(xiàn)，其中是對于所有頻率相位響應(yīng)都等于η /2移位的全通濾波器的希爾伯特變換器被應(yīng)用于輸入信號，以僅得到虛部輸出(Im)。實際上，更易于得到在所有頻率上具有彼此相位相差π /2的輸出的全通濾波器對。一種這樣的濾波器對是:
[0038]
【權(quán)利要求】
1.一種用于對信號進(jìn)行編碼的方法，所述方法包括下述步驟: 在濾波器組處接收寬帶信號； 對所述寬帶信號進(jìn)行濾波，以產(chǎn)生低頻帶信號和高頻帶信號； 利用第一編碼器來對所述低頻帶信號進(jìn)行編碼； 利用第二編碼器來對所述高頻帶信號進(jìn)行編碼；其中 對所述寬帶信號進(jìn)行濾波以產(chǎn)生所述高頻帶信號的所述步驟包括下述步驟:執(zhí)行下混頻操作，作為對所述寬帶信號進(jìn)行濾波的一部分。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，進(jìn)一步包括下述步驟:對所述寬帶信號進(jìn)行預(yù)處理以產(chǎn)生預(yù)處理信號；并且其中，下混頻的所述步驟包括下述步驟:對所述預(yù)處理信號進(jìn)行下混頻以產(chǎn)生下混頻信號。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，執(zhí)行下混頻操作的所述步驟包括下述步驟:執(zhí)行希爾伯特變換。
4.一種用于對信號進(jìn)行解碼的方法，所述方法包括下述步驟: 利用第一解碼器對第一信號進(jìn)行解碼，以產(chǎn)生低頻帶信號； 利用第二解碼器對第二信號進(jìn)行解碼，以產(chǎn)生高頻帶信號；以及 對所述低頻帶和所述高頻帶信號進(jìn)行濾波，以通過執(zhí)行下混頻操作來產(chǎn)生寬帶信號。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其中，對所述低頻帶和所述高頻帶信號進(jìn)行濾波的所述步驟包括下述步驟: 對所述高頻帶信號進(jìn)行預(yù)處理，以產(chǎn)生預(yù)處理信號； 對所述預(yù)處理信號進(jìn)行下混頻，以產(chǎn)生下混頻信號；以及 將所述下混頻信號與低頻帶信號相加。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其中，所述下混頻操作包括希爾伯特變換操作。
7.一種裝置，包括: 濾波器組，所述濾波器組接收寬帶信號并且輸出低頻帶信號和高頻帶信號； 第一編碼器，所述第一編碼器對所述低頻帶信號進(jìn)行編碼； 第二編碼器，所述第二編碼器對所述高頻帶信號進(jìn)行編碼；以及 其中，所述濾波器組包括: 下混頻電路，所述下混頻電路對信號進(jìn)行下混頻以產(chǎn)生下混頻信號。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的裝置，其中，所述濾波器組包括: 預(yù)處理電路，所述預(yù)處理電路使所述寬帶信號頻譜反相以產(chǎn)生頻譜反相信號，或者對所述寬帶信號進(jìn)行高通濾波以產(chǎn)生高通濾波信號；以及 所述下混頻電路，所述下混頻電路對預(yù)處理后的信號進(jìn)行下混頻以產(chǎn)生下混頻信號。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的裝置，其中，所述下混頻電路包括希爾伯特變換電路。
10.一種裝置，包括: 第一解碼器，所述第一解碼器對第一信號進(jìn)行解碼以產(chǎn)生低頻帶信號； 第二解碼器，所述第二解碼器對第二信號進(jìn)行解碼以產(chǎn)生高頻帶信號； 下混頻器，所述下混頻器對信號進(jìn)行下混頻以產(chǎn)生下混頻信號；以及 加法器，所述加法器使所述下混頻信號與所述低頻帶信號相加。
【文檔編號】G10L19/02GK103608860SQ201280028814
【公開日】2014年2月26日 申請日期:2012年6月5日 優(yōu)先權(quán)日:2011年6月10日
【發(fā)明者】喬納森·A·吉布斯 申請人:摩托羅拉移動有限責(zé)任公司