[發明專利]諧波音頻信號的變換編碼/解碼

有效

• 申請號: 201280072072.6
• 申請日: 2012-10-30
• 公開（公告）號: CN104254885B
• 公開（公告）日: 2017-10-13
• 發明（設計）人: 沃洛佳·格蘭恰諾夫;托馬斯·托夫特戈德;塞巴斯蒂安·內斯隆德;哈拉爾德·波布洛斯
• 申請（專利權）人: 瑞典愛立信有限公司
• 主分類號: G10L19/028
• 分類號: G10L19/028;G10L19/038
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司11021
• 代理人: 余婧娜

技術領域

本發明所提出的技術涉及音頻信號(特別是諧波音頻信號)的變換編碼/解碼。

背景技術

變換編碼是用于壓縮和發送音頻信號的主要技術。變換編碼的概念是首先將信號變換到頻域，然后量化并發送變換系數。解碼器使用所接收的變換系數通過應用逆頻率變換來重構信號波形，見圖1。在圖1中，將音頻信號X(n)轉發到頻率變換器10。將所得到的頻率變換Y(k)轉發到變換編碼器12，并將已編碼的變換發送到解碼器，變換解碼器14對該已編碼的變換進行解碼。將已解碼的變換Y(k)轉發到逆頻率變換器16，逆頻率變換器16將其變換為已解碼的音頻信號此方案背后的動機是，因為以下原因，可以更高效地量化頻域系數：

1)變換系數(圖1中的Y(k))比輸入信號采樣(圖1中的X(n))更非相關。

2)頻率變換提供能量壓縮(更多的系數Y(k)接近于零并可以被忽略)，以及

3)變換背后的主觀動機是人的聽覺系統在變換域上工作，在該域上更易于選擇感官上重要的信號成分。

在典型的變換編解碼器中，使用修正離散余弦變換(MDCT)來逐塊地(有50％重合)對信號波形進行變換。在MDCT類型變換編解碼器中，將塊信號波形X(n)變換為MDCT矢量Y(k)。波形塊的長度對應于20-40ms音頻段。如果長度用2L表示，則MDCT變換可以定義為：

其中k＝0，...，L-1。然后，MDCT矢量Y(k)被分為多個頻帶(子矢量)，并且每個頻帶中的能量(或增益)計算為：

其中，m_j是頻帶j中的第一系數，N_j指代對應頻帶中MDCT系數的數量(典型范圍包含8-32個系數)。作為均勻頻帶結構的示例，對所有j設N_j＝8，則G(0)可以是前8個系數的能量，G(1)可以是下8個系數的能量，以此類推。

這些能量值或增益給出已量化的譜包絡的近似，并將量化索引發送給解碼器。通過利用對應包絡增益縮放MDCT子矢量來獲得殘余子矢量或形狀，例如對每個頻帶中的殘余進行縮放以具有單位均方根(RMS)能量。然后，基于對應的包絡增益，利用不同數量的比特來量化殘余子矢量或形狀。最終，在解碼器處，通過利用對應包絡增益縮放殘余子矢量或形狀來重構MDCT矢量，并使用逆MDCT來重構時域音頻幀。

傳統變換編碼概念對非常諧波的音頻信號(例如單一樂器)不太有效。在圖2中示出了這種諧波譜的示例(為了比較，在圖3中示出了不具有過量諧波的典型音頻譜)。原因是，利用譜包絡的歸一化不會導致足夠“平”的殘余矢量，并且殘余編碼方案不會產生可接受質量的音頻信號。這種信號和編碼模型之間的不匹配僅可以以非常高比特率解決，但在大多數情況下，此方案是不合適的。

發明內容

所提出的技術的目的是更合適于諧波音頻信號的變換編碼/解碼方案。

所提出的技術涉及一種對諧波音頻信號的頻率變換系數進行編碼的方法，所述方法包括以下步驟：

對具有超過預定頻率相關閾值的幅度的譜峰進行定位；

對包括已定位的波峰并在已定位的波峰周圍的峰域進行編碼；

對在所述峰域之外并在交越頻率以下的系數的至少一個低頻集合進行編碼，該交越頻率取決于用于對所述峰域進行編碼的比特數；

對所述峰域之外的尚未編碼系數的至少一個高頻集合的噪聲基底增益進行編碼。

所提出的技術還涉及一種用于對諧波音頻信號的頻率變換系數進行編碼的編碼器，所述編碼器包括：

波峰定位器，被配置為：對具有超過預定頻率相關閾值的幅度的譜峰進行定位；

峰域編碼器，被配置為：對包括已定位的波峰和在已定位的波峰周圍的峰域進行編碼；

低頻集合編碼器，被配置為：對在所述峰域之外并在交越頻率以下的系數的至少一個低頻集合進行編碼，所述交越頻率取決于用于對所述峰域進行編碼的比特數；

噪聲基底增益編碼器，被配置為：對所述峰域之外的尚未編碼的系數的至少一個高頻集合的噪聲基底增益進行編碼。

所提出的技術還涉及一種包括這種編碼器的用戶設備(UE)。

所提出的技術涉及一種用于對已編碼的頻率變換諧波音頻信號的頻率變換系數進行重構的方法，所述方法包括以下步驟：

對已編碼的頻率變換諧波音頻信號的譜峰域進行解碼；

對系數的至少一個低頻集合進行解碼；

對所述峰域之外的每個低頻集合的系數進行分配；