音频解码设备以及解码方法技术

最新提供一种用于校正高频分量的目标能量的能量校正器（１０５）和从低频子带信号计算能量校正系数的校正系数计算器（１０６）。这些处理器执行只在实数上执行频带扩展处理时需要的校正目标能量的处理。因此，可以使用需要较少计算量的实数子带组合滤波器和实数频带扩展器，而不是使用复数子带组合滤波器和复数频带扩展器，在保持高音质水平的同时可以减少所需计算量和设备规模。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种用于解码编码音频信号的音频解码设备和解码方法。
技术介绍
MPEG-2 AAC(先进音频编码)是一种ISO/IEC的国际标准处理，其作为一种以低比特率、高音质来编码音频信号的音频编码/解码处理为大家所公知。根据由MPEG-2 AAC代表的常规音频编码/解码处理，将来自时域PCM信号中的多个采样一起放入到一帧中，通过诸如MDCT(改进离散余弦变换)这样的映射变换将该帧变换为频域信号。然后对频域信号进行量化并经过霍夫曼编码，从而产生比特流。考虑到人类的听觉特性，对于量化频域信号而言，要提高频域信号中可感觉到的频率分量的量化精度，而降低频域信号中感觉不到的频率分量的量化精度，从而通过有限量的编码实现高音质水平。例如，根据MPEG-2 AAC的大约为96kbps的比特率可以提供与CD相同的音质水平(对于立体声信号为44.1KHz的采样频率)。如果以例如大约为48kbps的比特率的较低比特率对以采样频率为44.1KHz采样的立体声信号进行编码，那么要进行努力，通过对较少听觉重要性的高频分量不进行编码，即将它们的量化值设为0，使得以有限比特率将主观音质最大化。然而，由于不对高频分量进行编码，因此导致音质水平变差，并且重放的声音一般为含混性质。为了解决在低比特率下音质变差的问题，现在已将注意力放在了频带扩展技术上。根据频带扩展技术，通过诸如MPEG-2 AAC处理等的编码处理将作为辅助信息的少量编码(通常为几kbps)的高频比特流添加到已经以低比特率编码的表示音频信号的低频比特流中，从而产生组合比特流。由音频解码器如同下述那样对组合比特流进行解码音频解码器根据诸如MPEG-2 AAC处理等这样的解码处理解码低频比特流，产生不含高频分量的低频音频信号。根据频带扩展技术，音频解码器然后基于由高频比特流所表示的辅助信息来处理低频音频信号，从而产生高频分量。由此产生的高频分量和通过解码低频比特流所产生的低频音频信号被组合为包含高频分量的已解码音频信号。基于频带扩展技术的一种常规音频解码器的例子之一是下面所示的文献1，5.6节所描述的称为SBR的频带扩展技术和MPEG-2 AAC解码器的结合。附图的图1说明文献1中所描述的基于频带扩展技术的常规音频解码器。文献1“Digital Radio Mondiale(DRM)；System Specification″(ETSI TS 101 980 V1.1.1)，2001年9月出版，页42-57。图1所示的常规音频解码器包括比特流分离器100、低频解码器101、子带分割器402、复数频带扩展器403和复数子带组合器404。比特流分离器分离输入比特流并将分离的比特流输出给低频解码器101和复数频带扩展器403。具体地说，输入比特流包括已多路复用的低频比特流和高频比特流的组合，其中低频比特流表示已通过诸如MPEG-2 AAC处理这样的编码处理所编码的低频信号，而高频比特流包括复数频带扩展器403产生高频信号所需的信息。低频比特流输出到低频解码器101，而高频比特流输出到复数频带扩展器403。低频解码器101将输入低频比特流解码为低频音频信号，并将低频音频信号输出给子带分割器402。低频解码器101根据诸如MPEG-2AAC处理等这样的现有的音频解码处理解码输入低频比特流。子带分割器402具有复数子带分频滤波器，其将输入低频比特流分割为各频带中的多个低频子带信号，并将它们输出到复数频带扩展器403和复数子带组合器404。复数子带分频滤波器可以包括迄今为止本领域已公知的32频带复数QMF(正交镜像滤波器)组。分割为各32个子带的复数低频子带信号被输出到复数频带扩展器403和复数子带组合器404中。32频带复数QMF组根据下列公式处理输入低频比特流Xk(m)=Σn=-∞∞h(mM-n)x(n)WK1-(k+k0)(n+n0),k=0,1,···K1-1---402.1]]>WK1=ej2πK1---402.2]]>其中x(n)表示低频音频信号，Xk(m)表示第k频带低频子带信号，而h(n)表示解析低通滤波器。在这个例子中，K1＝64。复数频带扩展器403根据已输入其的高频比特流和低频子带信号产生表示高频音频信号的高频子带信号，并将所产生的高频子带信号输出给复数子带组合器404。如附图的图2所示，复数频带扩展器403包括复数高频产生器500和复数振幅调节器501。复数频带扩展器403从输入端502接收高频比特流，以及从输入端504接收低频子带信号，并且从输出端503输出高频子带信号。向复数高频产生器500提供低频子带信号和高频比特流，由该产生器500将由高频比特流在低频子带信号中指定的子带中的信号复制到高频子带。当复制该信号时，复数高频产生器500可以执行高频比特流指定的信号处理过程。例如，假定存在频率递增顺序的从子带0到子带63的64个子带，并且将这64个子带中的从子带0到子带19的复数子带信号作为低频子带信号提供给输入端504。再假定高频比特流包含指示要从哪一个低频子带(子带0到子带19)复制信号以便产生子带A(A＞19)的复制信息，并且包含表示要在信号上执行的(从包括滤波处理的多个处理中选择的)信号处理过程的信号处理信息。在复数高频产生器500中，高频子带中的复值信号(称为“复制/已处理子带信号”)与由复制信息指示的低频子带中的复值信号相同。如果信号处理信息指示获得较好音质所需的任一信号处理，那么复数高频产生器500执行由复制/已处理子带信号上的信号处理信息指示的信号处理过程。将这样产生的复制/已处理子带信号输出到复数振幅调节器501。由复数高频产生器500执行的信号处理的一个实例是通常公知用于音频编码领域的线性预测反相滤波器。通常，已知可以通过线性预测输入信号来计算线性预测反相滤波器的滤波系数，并且使用该滤波系数的线性预测反相滤波器操作以便变白输入信号的频谱特性。线性预测反相滤波器用于信号处理的原因是使得高频子带信号的频谱特性比从其中复制它的低频子带信号的频谱特性平滑。音频信号的低频和高频子带信号的频谱特性之间的比较例如显示了高频子带信号的频谱特性通常比低频子带信号的频谱特性平滑。因此，可以通过使用上述平滑技术来实现高质量的频带扩展技术。复数振幅调节器501在输入的复制/已处理子带信号的振幅上执行由高频比特流指定的校正，从而产生高频子带信号。具体地说，复数振幅调节器501在复制/已处理子带信号上执行振幅校正，以便使在编码侧上输入信号的高频分量的信号能量(称为″目标能量″)和由复数频带扩展器403产生的信号的高频信号能量彼此相等。高频比特流包含表示目标能量的信息。所产生的高频子带信号输出到输出端503。例如，由高频比特流描述的目标能量可以认为是以每个子带的帧为单位计算的。或者，鉴于输入信号在时间和频率方向上的特性，可以相对于时间方向以帧分割的时间为单位计算目标能量，以及可以相对于频率方向的由多个子带组成的频带为单位计算目标能量。如果以相对于时间方向以帧分割的时间为单位计算目标能量，那本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种音频解码设备，包括：比特流分离器，用于将比特流分为低频比特流和高频比特流；低频解码器，用于解码所述低频比特流以便产生低频音频信号；子带分割器，用于将所述低频音频信号分割为各频带中的多个复值信号，以产生低频子带信号 ；校正系数提取器，用于根据所述低频子带信号计算能量校正系数；能量校正器，用于使用所述能量校正系数校正由所述高频比特流描述的目标能量，以计算校正后的目标能量；频带扩展器，用于通过以所述校正后的目标能量在振幅中校正通过复 制和处理由所述高频比特流所指示的所述低频子带信号所产生的信号的信号能量，从而产生高频子带信号；以及子带组合器，用于组合所述低频子带信号和所述高频子带信号的实部，以便产生解码音频信号。

【技术特征摘要】
JP 2002-7-19 210945/2002;JP 2002-9-19 273010/20021.一种音频解码设备，包括比特流分离器，用于将比特流分为低频比特流和高频比特流；低频解码器，用于解码所述低频比特流以便产生低频音频信号；子带分割器，用于将所述低频音频信号分割为各频带中的多个复值信号，以产生低频子带信号；校正系数提取器，用于根据所述低频子带信号计算能量校正系数；能量校正器，用于使用所述能量校正系数校正由所述高频比特流描述的目标能量，以计算校正后的目标能量；频带扩展器，用于通过以所述校正后的目标能量在振幅中校正通过复制和处理由所述高频比特流所指示的所述低频子带信号所产生的信号的信号能量，从而产生高频子带信号；以及子带组合器，用于组合所述低频子带信号和所述高频子带信号的实部，以便产生解码音频信号。2.根据权利要求1所述的音频解码设备，其中所述校正系数提取器计算所述低频子带信号的信号相位，并且根据所述信号相位计算能量校正系数。3.根据权利要求1所述的音频解码设备，其中所述校正系数提取器计算所述低频子带信号的实部的能量和所述低频子带信号的信号能量的比率作为能量校正系数。4.根据权利要求1所述的音频解码设备，其中所述校正系数提取器平均所述低频子带信号的采样相位以计算能量校正系数。5.根据权利要求1-4中任一权利要求所述的音频解码设备，其中所述校正系数提取器平滑分别在所述各频带中计算的能量校正系数。6.一种音频解码设备，包括比特流分离器，用于将比特流分为低频比特流和高频比特流；低频解码器，用于解码所述低频比特流以便产生低频音频信号；子带分割器，用于将所述低频音频信号分割为各频带中的多个实值信号，以产生低频子带信号；校正系数产生器，用于产生预定的能量校正系数；能量校正器，用于使用所述能量校正系数校正由所述高频比特流描述的目标能量，以计算校正后的目标能量；频带扩展器，用于通过以所述校正后的目标能量在振幅中校正通过复制和处理由所述高频比特流所指示的所述低频子带信号所产生的信号的信号能量，从而产生高频子带信号；以及子带组合器，用于组合所述低频子带信号和所述高频子带信号，以产生解码音频信号。7.根据权利要求6所述的音频解码设备，其中所述校正系数产生器产生一随机数，并且将该随机数用作所述能量校正系数。8.根据权利要求6所述的音频解码设备，其中所述校正系数产生器分别在各频带中产生预定的能量校正系数。9.一种音频解码方法，包括步骤将比特流分为低频比特流和高频比特流；解码所述低频比特流以产生低频音频信号；将所述低频音频信号分割为各频带中的多个复值信号，以产生低频子带信号；根据所述低频子带信号计算能量校正系数；使用所述能量校正系数校正由所述高频比特流描述的目标能量，以计算校正后的目标能量；通过以所述校正后的目标能量在振幅中校正通过复制和处理由所述高频比特流所指示的所述低频子带信号所产生的信号的信号能量，从而产生高频子带信号；以及组合所述低频子带信号和所述高频子带信号的实部，以便产生解码音频信号。10.根据权利要求9所述的音频解码方法，其中为了计算所述校正后的目标能量，计算所述低频子带信号的信号相位，并且根据所述信号相位计算能量校正系数。11.根据权利要求9所述的音频解码方法，其中为了计算所述校正后的目标能量，计算所述低频子带信号的实部的能量和所述低频子带信号的信号能量的比率作为能量校正系数。12.根据权利要求9所述的音频解码方法，其中为了计算所述校正后的目标能量，平均所述低频子带信号的采样相位，以计算能量校正系数。13.根据权利要求9-12中任一权利要求所述的音频解码方法，其中为了计算所述校正后的目标能量，平滑分别在所述各频带中计算的能量校正系数。14.一种音频解码方法，包括步骤将比特流分为低频比特流和高频比特流；解码所述低频比特流以便产生低频音频信号；将所述低频音频信号分割为各频带中的多个实值信号，以产生低频子带信号；产生预定的能量校正系数；使用所述能量校正系数校正由所述高频比特流描述的目标能量，以计算校正后的目标能量；通过以所述校正后的目标能量在振幅中校正通过复制和处理由所述高频比特流所指示的所述低频子带信号所产生的信号的信号能量，从而产生高频子带信号；以及组合所述低频子带信号和所述高频子带信号，以产生解码音频信号。15.根据权利要求14所述的音频解码方法，其中为了产生所述能量校正系数，产生一随机数并将其用作所述能量校正系数。16.根据权利要求14所述的音频解码方法，其中为了产生所述能量校正系数，在各频带中分别产生预定的能量校正系数。17.一种使计算机能够执行下列处理的程序比特流分离处理，用于将比特流分为低频比特流和高频比特流；低频解码处理，用于解码所述低频比特流以产生低频音频信号；复数子带分频处理，用于将所述低频音频信号分割为各频带中的多个复值信号，以产生低频子带信号；校正系数提取处理，用于根据所述低频子带信号计算能量校正系数；能量校正处理，用于使用所述能量校正系数校正由所述高频比特流描述的目标能量，以计算校正后的目标能量；频带扩展处理，用于通过以所述校正后的目标能量在振幅中校正通过复制和处理由所述高频比特流所指示的所述低频子带信号所产生的信号的信号能量，从而产生高频子带信号；以及子带组合处理，用于组合所述低频子带信号和所述高频子带信号的实部，以产生解码音频信号。18.根据权利要求17所述的程序，其中在所述校正系数提取处理中，计算所述低频子带信号的信号相位，并且根据所述信号相位计算能量校正系数。19.根据权利要求17所述的程序，其中在所述校正系数提取处理中，计算所述低频子带信号的实部的能量和所述低频子带信号的信号能量的比率，作为能量校正系数。20.根据权利要求17所述的程序，其中在所述校正系数提取处理中，平均所述低频子带信号的采样相位，以计算能量校正系数。21.根据权利要求17-20中任一权利要求所述的程序，其中在所述校正系数提取处理中，平滑分别在所述各频带中计算的能量校正系数。22.一种使计算机能够执行下列处理的程序比特流分离处理，用于将比特流分为低频比特流和高频比特流；低频解码处理，用于解码所述低频比特流以产生低频音频信号；复数子带分频处理，用于将所述低频音频信号分割为各频带中的多个实值信号，以产生低频子带信号；校正系数产生处理，用于产生预定的能量校正系数；能量校正处理，用于使用所述能量校正系数校正由所述高频比特流描述的目标能量，以计算校正后的目标能量；频带扩展处理，用于通过以所述校正后的目标能量在振幅中校正通过复制和处理由所述高频比特流所指示的所述低频子带信号所产生的信号的信号能量，从而产生高频子带信号；以及子带组合处理，用于组合所述低频子带信号和所述高频子带信号，以产生解码音频信号。23.根据权利要求22所述的程序，其中在所述校正系数产生处理中，产生一随机数并将其用作所述能量校正系数。24.根据权利要求22所述的程序，其中在所述校正系数产生处理中，分别在各频带中产生预定的能量校正系数。25.一种音频解码设备，包括比特流分离器，用于将比特流分为低频比特流和高频比特流；低频解码器，用于解码所述低频比特流以产生低频音频信号；子带分割器，用于将所述低频音频信号分割为各频带中的多个实值信号，以产生低频子带信号；能量校正器，用于使用预定的能量校正系数校正由所述高频比特流描述的目标能量，以便计算校正后的目标能量；频带扩展器，用于通过以所述校正后的目标能量在振幅中校正通过复制和处理由所述高频比特流所指示的所述低频子带信号所产生的信号的信号能量，从而产生高频子带信号；以及子带组合器，用于组合所述低频子带信号和所述高频子带信号，以产生解码音频信号。26.一种音频解码设备，包括比特流分离器，用于将比特流分为低频比特流和高频比特流；低频解码器，用于解码所述低频比特流以产生低频音频信号；子带分割器，用于将所述低频音频信号分割为各频带中的多个实值信号，以产生低频子带信号；能量校正器，用于输出通过复制和处理所述低频子带信号产生的信号的能量校正系数；频带扩展器，用于通过使用所述能量校正系数在振幅中校正通过复制和处理由所述高频比特流所指示的所述低频子带信号所产生的信号的信号能量来产生高频子带信号；以及子带组合器，用于组合所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：野村俊之，岛田修，高见泽雄一郎，芹泽昌宏，田中直也，津岛峰生，则松武志，张国成，柯金汉，梁世丰，
申请(专利权)人：日本电气株式会社，松下电器产业株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]