[發(fā)明專(zhuān)利]用于知覺(jué)音頻編碼的信號(hào)處理方法及其柔性濾波器

無(wú)效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 01134558.6
• 申請(qǐng)日: 2001-11-02
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN1357877A
• 公開(kāi)（公告）日: 2002-07-10
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 陳常謙
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 北京阜國(guó)數(shù)字技術(shù)有限公司
• 主分類(lèi)號(hào): G10L19/00
• 分類(lèi)號(hào): G10L19/00;//G10L101023
• 代理公司: 中科專(zhuān)利商標(biāo)代理有限責(zé)任公司
• 代理人: 朱黎光,張占榜

技術(shù)領(lǐng)域：

本發(fā)明涉及信號(hào)處理中數(shù)據(jù)壓縮及信號(hào)處理用濾波器，更詳細(xì)地說(shuō)，它用于音頻信號(hào)的解相關(guān)，從而提供一個(gè)消解冗余度的方法和裝置，除此之外，基于心理聲學(xué)模型，本發(fā)明還可用于分離具有不同重要性的信號(hào)分量。

背景技術(shù)：

通常，知覺(jué)音頻編碼器的第一步操作是把輸入音頻信號(hào)從時(shí)間域映射到頻率域，其基本的思路為：把信號(hào)過(guò)濾成各頻率帶上的成分；一旦輸入信號(hào)在頻域上得以表達(dá)，心理聲學(xué)模型就可以用來(lái)去除枝節(jié)信息；進(jìn)一步，把各頻帶上的成份分組。最后，通過(guò)合理地分配比特?cái)?shù)以表達(dá)各組頻率參數(shù)。由于音頻信號(hào)展現(xiàn)出強(qiáng)烈的準(zhǔn)周期性，這一過(guò)程可大大降低數(shù)據(jù)量、提升編碼效率。

最近的幾年里，一系列可用于信號(hào)成份分離和冗余度提取的時(shí)一頻域映射算法被開(kāi)發(fā)出來(lái)。這些性能各異的方法包括：

(1)Discrete?Fourier?transform(DFT)，

(2)??iscrete?cosine?transform(DCT)，

(3)??uadrature?mirror?filters(QMF)，

(4)??Pseudo?QMF(PQMF)，

(5)??Modified?DCT(MDCT)，

(6)??Wavelet

上述各種變換具有不同的優(yōu)缺點(diǎn)，不同的系統(tǒng)均是根據(jù)需要選用適當(dāng)?shù)淖儞Q作為其濾波器組的基本構(gòu)成。

MPEG-1，2?Layers?I和II采用了PQMF作為濾波器組。該濾波器組的優(yōu)點(diǎn)為：結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單、時(shí)間分辨率很好。其缺點(diǎn)為：鄰近子帶之間存在明顯的頻率重疊；單一頻率信號(hào)的變化可影響與其相鄰的二個(gè)子帶。2000Hz以下的頻帶寬度遠(yuǎn)大于心理聲學(xué)帶寬值，從而無(wú)法實(shí)現(xiàn)比特?cái)?shù)的最優(yōu)分配。實(shí)時(shí)運(yùn)算量偏大。

MPEG-1，2?Layer?III采用了PQMF和MDCT的級(jí)聯(lián)作為其濾波器組。雖然MDCT的引入可提升頻率分辨率從而改進(jìn)編碼效率，PQMF在鄰近子帶之間的頻率重疊仍然會(huì)導(dǎo)致信號(hào)的混迭，頻域量化噪聲在時(shí)間域上的擴(kuò)散比較嚴(yán)重。

MPEG-2，4?AAC采用了MDCT作為濾波器組(穩(wěn)態(tài)信號(hào)：1024-點(diǎn)MDCT，暫態(tài)信號(hào)：128-點(diǎn)MDCT)，該濾波器組使用了二種重疊窗形狀：SINE和KBD。其優(yōu)點(diǎn)為：頻率分辨率很好；其缺點(diǎn)為：時(shí)間分辨率偏低。

MPEG-4?Twin?VQ的濾波器組與MPEG-2，4?AAC相似，除此之外，它采用了線(xiàn)性濾波器以白化頻譜系數(shù)并在量化級(jí)之前執(zhí)行歸一化操作。

AC-3的濾波器組對(duì)穩(wěn)態(tài)信號(hào)使用256-點(diǎn)MDCT，對(duì)暫態(tài)信號(hào)使用128-點(diǎn)MDCT，其塊長(zhǎng)選擇機(jī)制比較簡(jiǎn)單，選擇效果為次最優(yōu)。

ATRAC的濾波器組由前回波增益控制、PQF和MDCT級(jí)聯(lián)而成。它還采用了窗轉(zhuǎn)換機(jī)制以根據(jù)輸入信號(hào)的特性調(diào)整時(shí)頻分辨率。

DTS的濾波器組由512-tap?32子帶PQMF構(gòu)成。為了進(jìn)一步提取冗余度，一個(gè)線(xiàn)性濾波器可被級(jí)聯(lián)在PQMF之后。

上述所有的系統(tǒng)只采用一種變換配置去壓縮表達(dá)一個(gè)輸入信號(hào)幀。當(dāng)一個(gè)信號(hào)幀包含不同暫態(tài)特性的成份時(shí)，單一的變換配置不足以滿(mǎn)足不同信號(hào)子幀對(duì)優(yōu)化壓縮的基本需求。

發(fā)明內(nèi)容：

為了提高音頻編碼的品質(zhì)，必需消除信號(hào)中的不必要信息以及聽(tīng)眾覺(jué)察不到的成份。濾波器組的使用提供了一種去除冗余信息和枝節(jié)數(shù)據(jù)的最佳途徑。根據(jù)其功能，本發(fā)明目的包括：

(1)優(yōu)化分離具有不同知覺(jué)特性的信號(hào)成分。

(2)最小化前回波噪聲和由邊界之不連續(xù)性所導(dǎo)致的聽(tīng)覺(jué)塊毛刺。

(3)在保持音頻信號(hào)品質(zhì)的前提下，最小化數(shù)據(jù)量。

(4)實(shí)現(xiàn)精密抽樣(critically?sampled)和完全重構(gòu)或準(zhǔn)完全重構(gòu)(perfectreconstruction，or?nearly?perfect?reconstruction.)

(5)最小化時(shí)間延遲和運(yùn)算量。

為了實(shí)現(xiàn)上述目標(biāo)，一些參數(shù)和機(jī)制必須被合理地制定。這些參數(shù)和機(jī)制包括：

(a)重疊窗的形狀極其優(yōu)選機(jī)制

(b)重疊窗的長(zhǎng)度極其優(yōu)選機(jī)制

在實(shí)際運(yùn)作中，單一的濾波器組不能夠滿(mǎn)足或基本滿(mǎn)足所有的信號(hào)成份對(duì)上述目標(biāo)的要求。本發(fā)明通過(guò)柔性組合多種濾波器及參數(shù)以?xún)?yōu)化表達(dá)一個(gè)輸入信號(hào)幀所包含的各種成份。