專(zhuān)利名稱(chēng)：子帶編碼裝置和子帶編碼方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明主要涉及以寬帶語(yǔ)音信號(hào)為對(duì)象，利用QMF(Quadrature Mirror Filter:正交鏡像濾波器)等的頻帶分割濾波器進(jìn)行編碼的子帶編碼裝置和子帶 編石馬方法。
背景技術(shù)：
考慮移動(dòng)通信系統(tǒng)中電波資源等的有效利用，人們要求以低比特率壓縮 語(yǔ)音信號(hào)。但另一方面，用戶期望提高通話語(yǔ)音的質(zhì)量并實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)感較強(qiáng)的 通話服務(wù)。為了實(shí)現(xiàn)以上要求，使用其頻帶比以往的語(yǔ)音通信中所使用的窄 帶語(yǔ)音(信號(hào)頻帶3.4kHz)更寬的寬帶語(yǔ)音(信號(hào)頻帶7kHz)比較好。
眾所周知，作為對(duì)寬帶信號(hào)進(jìn)行編碼的方法，有一種稱(chēng)為子帶編碼的技 術(shù)。子帶編碼將輸入信號(hào)分割成多個(gè)頻帶，獨(dú)立地對(duì)每個(gè)頻帶進(jìn)行編碼。頻 帶分割后，對(duì)各個(gè)頻帶進(jìn)行下采樣，所以信號(hào)樣本的總數(shù)與頻帶分割之前相 同。對(duì)于頻帶分割，利用QMF(Quadrature Mirror Filter:正交鏡像濾波器)的 情況較多。QMF將信號(hào)的頻帶分割成二分之一，低頻濾波器和高頻濾波器的 混疊失真互相抵消。因此，存在一些的優(yōu)點(diǎn)，例如濾波器的截止特性無(wú)需太 陡峭'。
作為利用QMF的代表性的編碼方式，存在由ITU-T(Intemational Telecommunication Union - Telecommunication Standardization Sector: 國(guó)際電 信聯(lián)盟標(biāo)準(zhǔn)化部門(mén))標(biāo)準(zhǔn)化的G.722。 G722也稱(chēng)為SB-ADPCM(Sub-Band Adaptive Differential Pulse Code Modulation:子帶自適應(yīng)差分脈沖編碼調(diào)制)， 是指利用QMF將采樣頻率16kHz的輸入信號(hào)分割成低頻信號(hào)(采樣頻率8kHz) 和高頻信號(hào)(采樣頻率8kHz)的兩個(gè)頻帶，并利用ADPCM對(duì)各個(gè)頻帶的信號(hào) 進(jìn)行量化。對(duì)低頻信號(hào)的各個(gè)樣本以4~6比特進(jìn)行量化，而對(duì)高頻信號(hào)的各 個(gè)樣本以兩個(gè)比特進(jìn)行量化，所以支持以下的三種比特率，即48kbit/sec(在對(duì) 低頻信號(hào)以4比特/樣本進(jìn)行量化時(shí))、56kbit/sec(在對(duì)低頻信號(hào)以5比特/樣本 進(jìn)行量化時(shí))、以及64kbit/sec(在對(duì)低頻信號(hào)以6比特/樣本進(jìn)行量化時(shí))。例如，存在以下的技術(shù)，即，利用QMF將寬帶信號(hào)分割成低頻信號(hào)和 高頻信號(hào)，分別對(duì)低頻信號(hào)和高頻信號(hào)進(jìn)行CELP(Code Excited Linear Prediction:碼激勵(lì)線性預(yù)測(cè))編碼(例如，參照非專(zhuān)利文獻(xiàn)1)。該技術(shù)以比特 率16kbit/sec(低頻信號(hào)12kbit/sec、高頻信號(hào)4kbit/sec)實(shí)現(xiàn)高語(yǔ)音質(zhì)量的 編碼。另外，低頻信號(hào)和高頻信號(hào)的采樣頻率是輸入信號(hào)的采樣頻率的二分 之一，與對(duì)輸入信號(hào)不進(jìn)行頻帶分割而進(jìn)行編碼的情況相比，需要與信號(hào)長(zhǎng) 度的二次方成比例的運(yùn)算量的處理(例如，巻積處理)的運(yùn)算量變少，能夠?qū)崿F(xiàn) 低運(yùn)算量。
另外，存在通過(guò)利用頻譜的低頻部分高效率地對(duì)頻譜的高頻部分進(jìn)行編 碼，從而實(shí)現(xiàn)低比特率化的技術(shù)(例如，參照非專(zhuān)利文獻(xiàn)2)。片岡等、"G. 7 2 9全構(gòu)成要素i LT用V、^)7亇一 7 7、、/P広帯域音聲符號(hào)化，，信學(xué)論D -11、 2003年3月、Vol. J 86-D-II、No. 3、 pp. 379- 3 87押切等、"匕。:y于:7^VP夕y y夕、l二上3帯域拡張技術(shù) ^用l/、/i7 / 1 0 / 1 5 kH z帯域7亇一，:/^音聲符號(hào)化方式"音講論 集3—11-4、 2004年3月、pp. 327 — 328

發(fā)明內(nèi)容
發(fā)明需要解決的問(wèn)題
利用QMF等的頻帶分割濾波器將輸入信號(hào)分割成多個(gè)頻帶，對(duì)每個(gè)頻 帶進(jìn)行編碼的子帶編碼，具有能夠?qū)崿F(xiàn)低運(yùn)算量的優(yōu)點(diǎn)。然而，例如，在利 用非專(zhuān)利文獻(xiàn)2中所公開(kāi)的技術(shù)，即利用頻譜的低頻部分對(duì)高頻部分進(jìn)行編 碼的技術(shù)適用于子帶編碼時(shí)，出現(xiàn)一問(wèn)題，即有鏡像頻譜產(chǎn)生。利用圖l和 圖2詳細(xì)地說(shuō)明該問(wèn)題。
圖1是表示作為子帶編碼的一例，利用濾波器ll(HO)和濾波器13(Hl)， 將輸入信號(hào)分割成低頻信號(hào)和高頻信號(hào)的頻帶分割單元10的結(jié)構(gòu)的圖。
H0是通帶為從0至Fs/4的范圍的低通濾波器。另夕卜，H1是通帶為從Fl/4 至Fs/2的范圍的高通濾波器。輸入信號(hào)的采樣頻率是Fs。
圖2是用于說(shuō)明在頻帶分割單元10中輸入頻譜如何變化的圖。
頻帶分割單元10輸入如圖2A所示的采樣頻率Fs的頻譜Sl,提供給H0 和Hl。 H0遮斷輸入頻譜Sl的高頻，獲得圖2B所示的頻譜S2。頻譜S2在稀疏單元12每隔一個(gè)樣本^皮稀疏樣本，生成圖2D所示的低頻頻鐠S3。另一 方面，在H1，與H0同樣地遮斷輸入頻譜S1的低頻，獲得圖2C所示的頻語(yǔ) S4。頻語(yǔ)S4在稀疏單元14每隔一個(gè)樣本^皮稀疏樣本，生成圖2E所示的高 頻頻譜S5。此時(shí)，由于在稀疏單元14每隔一個(gè)樣本被稀疏，所以在頻語(yǔ)中 產(chǎn)生混疊，頻譜S5的形狀映現(xiàn)為頻譜S4的鏡像。另外，在稀疏單元12中也 產(chǎn)生同樣的混疊，但由于頻譜S2的高頻部分被遮斷，所以在頻語(yǔ)S3中不產(chǎn) 生混疊。
這樣，在子帶編碼中，即使想利用頻譜的低頻部分對(duì)頻譜的高頻部分進(jìn) 行編碼，也由于高頻部分中出現(xiàn)鏡像頻譜，所以無(wú)法直接成為正確地反映原 信號(hào)的頻譜，降低編碼性能，其結(jié)果，導(dǎo)致解碼信號(hào)的音質(zhì)惡化。
本發(fā)明的目的在于提供，在子帶編碼中，能夠防止編碼性能的降低，提 高解碼信號(hào)的音質(zhì)的子帶編碼裝置和子帶編碼方法。
解決該問(wèn)題的方案
本發(fā)明的子帶編碼裝置所采用的結(jié)構(gòu)包括分割單元，將輸入信號(hào)分割 成多個(gè)子帶信號(hào)；變換單元，對(duì)所述子帶信號(hào)進(jìn)行頻域變換，生成子帶頻譜； 重新排序單元，將所述子帶頻譜的各個(gè)頻率分量的排列順序在頻率軸上重新 排序?yàn)槟嫘颍赡嫘蝾l譜；以及編碼單元，對(duì)所述逆序頻譜進(jìn)4亍編碼。
發(fā)明的有益效果
根據(jù)本發(fā)明，在子帶編碼中，能夠防止編碼性能的降低，提高解碼信號(hào) 的音質(zhì)。


圖l是表示子帶編碼的一例的圖。
圖2是用于說(shuō)明在頻帶分割單元中輸入頻譜如何變化的圖。 圖3是表示實(shí)施方式1的子帶編碼裝置的主要結(jié)構(gòu)的方框圖。 圖4是用于說(shuō)明實(shí)施方式1的子帶頻譜的排序處理的概要的圖。 圖5是表示實(shí)施方式1的高頻編碼單元內(nèi)部的主要結(jié)構(gòu)的方框圖。 圖6是用于具體地i兌明實(shí)施方式1的濾波處理的圖。 圖7是表示實(shí)施方式1的子帶解碼裝置的結(jié)構(gòu)的圖。 圖8是表示實(shí)施方式1的高頻解碼單元內(nèi)部的主要結(jié)構(gòu)的方框圖。 圖9是表示實(shí)施方式1的可擴(kuò)展解碼裝置的結(jié)構(gòu)的方框圖。圖IO是表示實(shí)施方式1的子帶編碼裝置的變化形式(variation)的結(jié)構(gòu) 的方框圖。
圖11是表示實(shí)施方式1的子帶解碼裝置的變化形式的結(jié)構(gòu)的方框圖。 圖12是表示實(shí)施方式1的子帶解碼裝置的進(jìn)一步的變化形式的結(jié)構(gòu)的方 框圖。
圖13是表示實(shí)施方式2的子帶編碼裝置的主要結(jié)構(gòu)的方框圖。
圖14是表示解碼信號(hào)的頻譜的一例的圖。
圖15是用于說(shuō)明實(shí)施方式2的高頻編碼單元的編碼處理的圖。
圖16是表示實(shí)施方式2的子帶解碼裝置的結(jié)構(gòu)的圖。
圖17是表示實(shí)施方式2的可擴(kuò)展解碼裝置的結(jié)構(gòu)的方框圖。
具體實(shí)施例方式
下面，參照附圖詳細(xì)地說(shuō)明本發(fā)明的實(shí)施方式。 (實(shí)施方式1)
圖3是表示本發(fā)明實(shí)施方式1的子帶編碼裝置的主要結(jié)構(gòu)的方框圖。 本實(shí)施方式的子帶編碼裝置具有頻帶分割單元101、頻域變換單元102、 低頻編碼單元103、頻域變換單元104、頻譜重新配置單元105、低頻解碼單 元106、高頻編碼單元107、以及復(fù)用單元108,該子帶編碼裝置被給予采樣 頻率Fs的輸入信號(hào)Sll,輸出將低頻編碼數(shù)據(jù)和高頻編碼數(shù)據(jù)進(jìn)行了復(fù)用的 比特流S20。
本實(shí)施方式的子帶編碼裝置的各個(gè)單元進(jìn)行以下的動(dòng)作。
頻帶分割單元101具有與圖1所示的頻帶分割單元IO相同的結(jié)構(gòu)，將頻 帶0^k〈Fs/2(k:頻率)的輸入信號(hào)Sll的頻帶分割成低頻和高頻的各 個(gè)子帶，生成頻帶0^k < F s / 4的低頻信號(hào)S12和頻帶F s / 4^k < F s / 2的高頻信號(hào)S15。兩個(gè)信號(hào)的采樣頻率是Fs/2。低頻信號(hào)S12被輸出到頻 域變換單元102,而高頻信號(hào)S15被輸出到頻域變換單元104。
頻域變換單元102將低頻信號(hào)S12變換為頻域信號(hào)即低頻頻譜Sl3，并 且輸出到低頻編碼單元103。作為頻域變換，利用MDCT(Modified Discrete Cosine Transform:改進(jìn)離散余弦變換)等技術(shù)。
低頻編碼單元103進(jìn)行低頻頻譜S13的編碼。作為低頻頻譜的編碼，使 用例如AAC(Advanced Audio Coder:高級(jí)音頻編碼)或TwinVQ(TransformDomain Weighted Interleave Vector Quantization: 頻域力口權(quán)交織矢量量化)等變 換編碼。在低頻編碼單元103所獲得的低頻編碼數(shù)據(jù)S14被輸出到復(fù)用單元 108和低頻解碼單元106。
低頻解碼單元106對(duì)低頻編碼數(shù)據(jù)S14進(jìn)行解碼，生成解碼低頻頻語(yǔ) S18，并且輸出到高頻編碼單元107。
頻域變換單元104也與頻域變換單元102同樣地將高頻信號(hào)S15變換為 頻域信號(hào)即高頻頻語(yǔ)S16，并且輸出到頻譜重新配置單元105。
頻譜重新配置單元105對(duì)高頻頻語(yǔ)S16的各個(gè)頻率分量進(jìn)行重新配置(排 序)，以使在頻率軸上的順序?yàn)槟嫘颉＿@里，所謂頻譜的各個(gè)頻率分量，例如， 作為頻率變換使用MDCT時(shí)，是指MDCT系數(shù)，而使用FFT(快速傅立葉變 換)時(shí)，則指FFT系數(shù)。通過(guò)該排序處理，在輸入信號(hào)的頻譜中，映現(xiàn)為鏡像 的高頻頻譜的順序是正確的順序。重新配置后的修正高頻頻譜S17被輸出到 高頻編碼單元107。
通過(guò)利用從低頻解碼單元106輸出的解碼低頻頻譜S18，高頻編碼單元 107對(duì)從頻譜重新配置單元105輸出的修正高頻頻譜S17進(jìn)行編碼，并且將 所獲得的高頻編碼數(shù)據(jù)S19輸出到復(fù)用單元108。
復(fù)用單元108將從低頻編碼單元103輸出的低頻編碼數(shù)據(jù)SM和從高頻
編碼單元107輸出的高頻編碼數(shù)據(jù)si9進(jìn)行復(fù)用，輸出所獲得的比特流s:zo。
圖4是用于說(shuō)明在頻譜重新配置單元105中的頻譜的排序處理的概要的圖。
圖4的上段表示頻譜重新配置單元105所輸入的高頻頻譜S16(的一例)， 而圖4的下段表示從頻譜重新配置單元105輸出的修正高頻頻譜S17。由該 圖可知，在頻譜重新配置單元105中，所輸入的高頻頻譜S16的各個(gè)頻率分 量的順序被排序，使其在頻率軸上成為逆序。
圖5是表示上述的高頻編碼單元107內(nèi)部的主要結(jié)構(gòu)的方框圖。 高頻編碼單元107將修正高頻頻譜S17作為目標(biāo)頻譜，與通過(guò)以下的最 優(yōu)化環(huán)求得的頻率量相應(yīng)地，將解碼低頻頻譜S18移位并進(jìn)行功率調(diào)整，從 而求修正高頻頻譜S17的估計(jì)頻語(yǔ)S31。然后，將表現(xiàn)該估計(jì)頻譜S;31的高 頻編碼數(shù)據(jù)S19輸出到復(fù)用單元108。
具體而言，高頻編碼單元107的各個(gè)單元進(jìn)行以下的動(dòng)作。 內(nèi)部狀態(tài)設(shè)定單元111使用頻帶0^k <F s / 4的解碼低頻頻譜S18,設(shè)定濾波器112中所使用的濾波器的內(nèi)部狀態(tài)。
基音系數(shù)設(shè)定單元114根據(jù)搜尋單元113的控制，使基音系數(shù)T在預(yù)先
規(guī)定的搜尋范圍Tmh Tmax中逐漸變化，依次輸出到濾波器112。
濾波器112基于由內(nèi)部狀態(tài)設(shè)定單元111設(shè)定的濾波器的內(nèi)部狀態(tài)和從 基音系數(shù)設(shè)定單元114輸出的基音系數(shù)T，進(jìn)行解碼低頻頻譜S18的濾波， 計(jì)算修正高頻頻譜S17的估計(jì)頻譜S31。將在后面論述該濾波處理的細(xì)節(jié)。
搜尋單元113計(jì)算表示近似性的參數(shù)即近似度，所述近似性是頻帶F s / 4^k < F s / 2的修正高頻頻譜S17和從濾波器112輸出的估計(jì)頻語(yǔ)S31 之間的近似性。這里，修正高頻頻譜S17表示頻帶F s / 4^k < F s / 2的 信號(hào)，但由于在頻帶分割單元101稀疏了數(shù)據(jù)，所以實(shí)際上映現(xiàn)為頻帶O三 k < F s / 4的信號(hào)。另外，近似度的計(jì)算處理構(gòu)成最優(yōu)化環(huán)，每當(dāng)從基音 系數(shù)設(shè)定單元114提供基音系數(shù)T時(shí)進(jìn)行該處理，并且表示計(jì)算出的近似度 為最大時(shí)的基音系數(shù)，即最優(yōu)基音系數(shù)T， (Tmin~ Tmu的范圍)的索引被輸 出到復(fù)用單元116。另外，搜尋單元113將利用該最優(yōu)基音系數(shù)T，而生成的 估計(jì)頻語(yǔ)S31輸出到增益編碼單元115。
增益編碼單元115基于估計(jì)頻譜S31，計(jì)算修正高頻頻譜S17的增益信
息。具體而言，以每個(gè)子帶的頻譜功率表示增益信息，并且將頻域F s / 4<
k <F s / 2分割成J個(gè)頻譜。另外，在增益編碼單元115的說(shuō)明中所使用
的"子帶，，與上述的"子帶編碼"的子帶不同，是頻帶更窄的子帶。第j子
帶的頻譜功率B(j)由下面的式(1 )表示。式子1
服(.'.) ，" 風(fēng)力=Z綿)2... (1)
其中，BL(j)表示第j子帶的最小頻率，BH(j)表示第j子帶的最大頻率， S2(k)表示修正高頻頻譜S17。將由此求得的修正高頻頻譜的子帶信息視為修
正高頻頻譜的增益信息。
另夕卜，增益編碼單元115根據(jù)式(2)計(jì)算估計(jì)頻譜S31的子帶信息B， (i)。式子2
朋(力 7
則=藝…(2)
"即)其中，S2， (k)表示修正高頻頻譜S17的估計(jì)頻譜S31。
然后，增益編碼單元115根據(jù)下面的式(3)計(jì)算每個(gè)子帶的變動(dòng)量V(j)。式子3
接著，增益編碼單元115對(duì)變動(dòng)量V(j)進(jìn)行編碼而求編碼后的變動(dòng)量Vq 并且將其索引輸出到復(fù)用單元116。
復(fù)用單元116將表示從搜尋單元113輸出的最優(yōu)基音系數(shù)T，的索引和
從增益編碼單元115輸出的變動(dòng)量Vq(j)的索引進(jìn)行復(fù)用，并且將其作為編碼
數(shù)據(jù)S19輸出。
圖6是用于具體地說(shuō)明在濾波器112中的濾波處理的圖。
濾波器112生成修正高頻頻譜S17的估計(jì)頻譜S31(頻帶F s / 4^k <
F s / 2)。這里，假設(shè)全頻帶(0^k < F s / 2)的頻譜表示為S(k),解碼低
頻頻譜S18表示為Sl(k)，修正高頻頻譜S17的估計(jì)頻譜S31表示為S2， (k)。
另外，作為濾波函數(shù)，使用由下面的式(4)表示的函數(shù)。式子4
1-Z Az—
(4)
在該式中，T表示由基音系數(shù)設(shè)定單元114提供的基音系數(shù)，并且假設(shè) M=l。
如圖6所示，S(k)的0^k < F s / 4的頻帶中，作為濾波器的內(nèi)部狀態(tài) 存儲(chǔ)有Sl(k)。另一方面，在S(k)的F s / 4^k < F s / 2的頻帶中，存儲(chǔ) 有通過(guò)以下的步驟求得的S2， (k)。
將由下面的式(5)表示的頻譜代入S2， (k)中。式(5)表示的頻譜是通過(guò)濾 波處理，將比k低T的頻率的頻譜S(k-T),以及以該頻譜為中心的、距離在 i以內(nèi)的附近的頻譜S(k-T-i)與乘以了規(guī)定的加權(quán)系數(shù)(3;的頻譜|3 i及S(k-T-i) 全部相加而得的頻譜。然后，從頻率較低的一方，即從k = F s / 4開(kāi)始， 依次使k在F s / 4^k < F s / 2的范圍變化而進(jìn)行該運(yùn)算，從而計(jì)算在<formula>formula see original document page 10</formula>每當(dāng)從基音系數(shù)設(shè)定單元114提供基音系數(shù)T時(shí)，上述的濾波處理在F s / 4^k < F s / 2的范圍中，構(gòu)成每次將S(k)清除為零之后而進(jìn)行的最優(yōu) 化環(huán)。也就是說(shuō)，每當(dāng)基音系數(shù)T改變時(shí)，計(jì)算S2， (k)，并且輸出到搜尋單 元113。
接著，使用圖7說(shuō)明與上述子帶編碼裝置對(duì)應(yīng)的本實(shí)施方式的子帶解碼 裝置的結(jié)構(gòu)。
分離單元151從比特流分離出低頻編碼數(shù)據(jù)和高頻編碼數(shù)據(jù)，并且將低 頻編碼數(shù)據(jù)輸出到低頻解碼單元152，將高頻編碼數(shù)據(jù)輸出到高頻解碼單元 154。
低頻解碼單元152對(duì)從分離單元151輸出的低頻編碼數(shù)據(jù)進(jìn)行解碼而生 成解碼低頻頻鐠，并且輸出到時(shí)域變換單元153和高頻解碼單元154。
時(shí)域變換單元153將從低頻解碼單元152輸出的解碼低頻頻譜變換為時(shí) 域信號(hào)，并且將所獲得的解碼低頻信號(hào)輸出到頻帶合成單元157。
高頻解碼單元154利用從分離單元151輸出的高頻編碼數(shù)據(jù)和從低頻解 碼單元152輸出的解碼低頻頻譜生成解碼高頻頻鐠，并且輸出到頻譜重新配 置單元155。
頻譜重新配置單元155將從高頻解碼單元154輸出的解碼高頻頻譜的各 個(gè)頻率分量在頻率軸上的順序排序?yàn)槟嫘?，從而將解碼高頻頻譜修正為鏡像， 并且將所獲得的修正解碼高頻頻譜提供給時(shí)域變換單元156。
時(shí)域變換單元156將從頻譜重新配置單元155輸出的修正解碼高頻頻譜 變換為時(shí)域信號(hào)，并且將所獲得的解碼高頻信號(hào)輸出到頻帶合成單元157。
頻帶合成單元157利用從時(shí)域變換單元153輸出的采樣頻率Fs/2的解碼 低頻信號(hào)、以及從時(shí)域變換單元156輸出的采樣頻率Fs/2的解碼高頻信號(hào)， 合成采樣頻率Fs的信號(hào)，并且將其作為解碼信號(hào)輸出。具體而言，頻帶合成 單元157向解碼低頻信號(hào)每隔一個(gè)樣本插入0值的樣本中，接著使該信號(hào)經(jīng) 過(guò)通帶為從0至Fs/4為止的范圍的低通濾波器，從而生成進(jìn)行了上采樣的解 碼低頻信號(hào)。另外，對(duì)于解碼高頻信號(hào)，每隔一個(gè)樣本插入O值的樣本，接著使該信號(hào)經(jīng)過(guò)通帶為從Fs/4至Fs/2為止的范圍的高通濾波器，從而生成進(jìn) 行了上采樣的解碼高頻信號(hào)。然后，頻帶合成單元157將上采樣后的解碼低 頻信號(hào)和上釆樣后的解碼高頻信號(hào)相加，從而生成輸出信號(hào)。
圖8是表示上述的高頻解碼單元154內(nèi)部的主要結(jié)構(gòu)的方框圖。
內(nèi)部狀態(tài)設(shè)定單元162從低頻解碼單元152輸入解碼低頻頻語(yǔ)。內(nèi)部狀 態(tài)設(shè)定單元162利用該解碼低頻頻譜，設(shè)定濾波器163的內(nèi)部狀態(tài)。
另一方面，分離單元161 乂人分離單元151輸入高頻編碼數(shù)據(jù)。分離單元 161將該高頻編碼數(shù)據(jù)分離為關(guān)于濾波系數(shù)的信息(最優(yōu)基音系數(shù)T'的索引) 和關(guān)于增益的信息(變動(dòng)量Vq(j)的索引)，并且將關(guān)于濾波系數(shù)的信息輸出到 濾波器163,同時(shí)將關(guān)于增益的信息輸出到增益解碼單元164。
濾波器163基于由內(nèi)部狀態(tài)設(shè)定單元162設(shè)定的濾波器的內(nèi)部狀態(tài)和從 分離單元161輸出的基音系數(shù)T，，進(jìn)行解碼低頻頻譜的濾波，算出估計(jì)頻譜 的解碼頻譜。濾波器163使用由上述的式(4)表示的濾波函數(shù)。
增益解碼單元164對(duì)從分離單元161輸出的增益信息進(jìn)行解碼，求變動(dòng) 量V(j)的解碼參數(shù)即變動(dòng)量Vq(j)。
頻譜調(diào)整單元165通過(guò)將從濾波器163輸出的解碼頻譜和從增益解碼單
元164輸出的解碼增益參數(shù)相乘，從而對(duì)解碼頻譜的頻帶F s / 4^k < F s
/ 2中的頻譜形狀進(jìn)行調(diào)整，生成形狀調(diào)整后的解碼頻譜。該形狀調(diào)整后的
解碼頻譜作為解碼高頻頻譜被輸出到頻譜重新配置單元155。如果以表達(dá)式
來(lái)說(shuō)明該處理，則通過(guò)將從濾波器163輸出的解碼頻譜S， (k)和從增益解碼
單元164輸出的解碼增益參數(shù)即每個(gè)子帶的變動(dòng)量Vq(j)按下面的式(6)相乘，
求形狀調(diào)整后的解碼頻譜S3(k)。式子6
<formula>formula see original document page 11</formula>…(6)
如上所述，根據(jù)本實(shí)施方式，在頻譜重新配置單元105中，將高頻頻譜 的各個(gè)頻率分量在頻率軸上排序?yàn)槟嫘?，從而?duì)構(gòu)成鏡像的高頻頻譜進(jìn)行修 正。然后，在后續(xù)的高頻編碼單元107中，對(duì)修正后的高頻頻譜進(jìn)行利用了 低頻頻語(yǔ)的高效率的編碼。換句話說(shuō)，在子帶編碼中，使高頻頻譜在頻率軸 上反轉(zhuǎn)為逆序后，對(duì)該高頻頻譜進(jìn)行編碼。由此，能夠防止編碼性能的降低， 提高解碼信號(hào)的音質(zhì)。另外，本實(shí)施方式的子帶編碼裝置也可視為采用可擴(kuò)展編碼裝置的結(jié)構(gòu)。
也就是說(shuō)，在圖3中，在視低頻編碼單元103為相當(dāng)于第一層編碼單元、高 頻編碼單元107相當(dāng)于第二層編碼單元時(shí)，可視為由兩層構(gòu)成的可擴(kuò)展編碼 裝置。此時(shí)，復(fù)用單元108將低頻編碼數(shù)據(jù)S14作為重要度高的第一層的數(shù) 據(jù)，將高頻編碼數(shù)據(jù)S19作為重要度低的第二層的數(shù)據(jù)，生成比特流S20。
圖9是表示與上述的可擴(kuò)展編碼裝置對(duì)應(yīng)的可擴(kuò)展解碼裝置的結(jié)構(gòu)的方 框圖。另外，該可擴(kuò)展解碼裝置具有與圖7所示的子帶解碼裝置相同的基本 結(jié)構(gòu)，對(duì)相同的結(jié)構(gòu)要素賦予相同的標(biāo)號(hào)，并且省略其說(shuō)明。如該圖所示， 進(jìn)一步地有層信息從分離單元151輸出，并且輸入到選擇單元173，所述層 信息表示在所輸入的比特流中包含哪個(gè)層的編碼數(shù)據(jù)。在比特流中包含第二 層編碼數(shù)據(jù)時(shí)，選擇單元173進(jìn)行動(dòng)作，以使時(shí)域變換單元156的輸出直接 輸出到頻帶合成單元157。另一方面，在比特流中不包含第二層編碼數(shù)據(jù)時(shí)， 選擇單元173進(jìn)行動(dòng)作，以使代替信號(hào)輸出到頻帶合成單元157。作為該代 替信號(hào)，使用例如所有的要素為零值的信號(hào)。在比特流中不包含第二層編碼 數(shù)據(jù)時(shí)，解碼信號(hào)僅僅基于低頻信號(hào)生成。另外，作為代替信號(hào)，也可使用 在前面的幀中所使用的解碼高頻信號(hào)。或者，也可將在前面的幀中所使用的 解碼高頻信號(hào)進(jìn)行衰減，使其振幅值變小而得的信號(hào)作為代替信號(hào)來(lái)使用。 通過(guò)采用這樣的結(jié)構(gòu)，即使在比特流中只包含第一層編碼數(shù)據(jù)時(shí)，也能夠生 成解碼信號(hào)。
另外，在本實(shí)施方式的子帶編碼裝置中，也可適用CELP編碼等時(shí)域編 碼的結(jié)構(gòu)，以代替低頻頻譜的頻譜編碼。也就是說(shuō)，在本實(shí)施方式的子帶編 碼裝置中，使用高頻頻譜的頻譜編碼，同時(shí)也并用時(shí)域編碼。圖IO是表示在 這種情況下的本實(shí)施方式的子帶編碼裝置，即本實(shí)施方式的子帶編碼裝置的 變化形式的結(jié)構(gòu)的方框圖。在該結(jié)構(gòu)中，低頻編碼單元103a對(duì)時(shí)域信號(hào)S12 在時(shí)域中進(jìn)行編碼，并且將所獲得的編碼數(shù)據(jù)S31輸出到低頻解碼單元10&。 因此，低頻解碼單元106a通過(guò)編碼數(shù)據(jù)S31的解碼，獲得時(shí)域的解碼信號(hào) S32。然后，時(shí)域的解碼信號(hào)S32通過(guò)設(shè)置在低頻解碼單元106a的后級(jí)的頻 域變換單元102，被變換為頻域的信號(hào)即頻譜S33，并且被輸出到高頻編碼單 元107。至于其他的處理，如已說(shuō)明的那樣。
圖ll是表示與圖IO所示的子帶編碼裝置對(duì)應(yīng)的子帶解碼裝置，即本實(shí) 施方式的子帶解碼裝置的變化形式的結(jié)構(gòu)的方框圖。在該裝置中也同編碼端一樣，頻域變換單元181被設(shè)置在低頻解碼單元152的后級(jí)。另外，當(dāng)然地 不再需要圖7的子帶解碼裝置中所示的時(shí)域變換單元153。
另外，圖12是表示在本實(shí)施方式的低頻信號(hào)的編碼/解碼中，適用時(shí)域 的編碼/解碼，并且假設(shè)為可擴(kuò)展結(jié)構(gòu)時(shí)的解碼端的結(jié)構(gòu)，即本實(shí)施方式的子 帶解碼裝置的進(jìn)一步的變化形式的結(jié)構(gòu)的方框圖?；窘Y(jié)構(gòu)與圖11中所示的 子帶解碼裝置相同。該子帶解碼裝置進(jìn)一步地具備圖9中所示的選擇單元 173。
(實(shí)施方式2)
圖13是表示本發(fā)明實(shí)施方式2的子帶編碼裝置的主要結(jié)構(gòu)的方框圖。
實(shí)施方式1的子帶編碼裝置在輸入信號(hào)的采樣頻率例如為Fs46kHz時(shí)， 在低頻編碼單元103中對(duì)至4kHz為止的頻帶的分量的信號(hào)進(jìn)行編碼。然而， 在固定電話或移動(dòng)電話等通常的語(yǔ)音通信系統(tǒng)中，被設(shè)計(jì)為其頻帶限制到了 3.4kHz的信號(hào)用于通信。也就是說(shuō)，在編碼裝置中，從3.4kHz至4kHz為止 的頻帶的信號(hào)，因?yàn)樵谕ㄐ畔到y(tǒng)端被遮斷，所以無(wú)法使用。在這樣的環(huán)境下， 在編碼裝置中，預(yù)先遮斷3.4 4kHz的頻帶的信號(hào)，設(shè)計(jì)低頻編碼單元，使 其以遮斷后的信號(hào)為對(duì)象進(jìn)行編碼，通過(guò)此方法，能夠進(jìn)一步地實(shí)現(xiàn)高音質(zhì) (但是，此為僅對(duì)低頻信號(hào)進(jìn)行解碼的情況)。
因此，本實(shí)施方式的子帶編碼裝置將低通濾波器201配置在低頻編碼單 元103的前級(jí)中，并且將低頻編碼單元103的輸入信號(hào)作為通過(guò)低通濾波器 201進(jìn)行頻帶限制的低頻信號(hào)。例如，在上述的通信系統(tǒng)的例子中，遮斷頻 率(截止頻率)F1為3.4kHz。
另外，此時(shí)，在利用由實(shí)施方式1中所示的高頻編碼單元107所生成的 編碼數(shù)據(jù)，對(duì)從頻帶0至Fs/2為止的信號(hào)進(jìn)行解碼時(shí)，該解碼信號(hào)的頻譜如 圖14表示。也就是說(shuō)，在從F1至Fs/4為止的頻帶中，在頻譜中產(chǎn)生凹陷(不 存在頻譜的無(wú)頻譜區(qū)間)。如果產(chǎn)生這樣的無(wú)頻譜區(qū)間，則構(gòu)成解碼信號(hào)的音 質(zhì)惡化的原因。
因此，在本實(shí)施方式的子帶編碼裝置中，進(jìn)一步地通過(guò)將頻帶0^k < F s / 4的頻譜另外輸入到高頻編碼單元107，從而在高頻編碼單元107中，
為了與高頻編碼單元107相區(qū)別，將其設(shè)為高頻編碼單元107b)。由此，在高 頻編碼單元107b中，能夠?qū)腇l至Fs/2為止的頻帶的頻譜進(jìn)行編碼，能夠避免如上所述的無(wú)頻語(yǔ)區(qū)間的產(chǎn)生，能夠達(dá)到提高解碼信號(hào)的音質(zhì)的目的。
進(jìn)一步地詳細(xì)說(shuō)明本實(shí)施方式的子帶編碼裝置的結(jié)構(gòu)。另外，該子帶編 碼裝置具有與圖10中所示的實(shí)施方式1的子帶編碼裝置的變化形式相同的基 本結(jié)構(gòu)，對(duì)與圖IO相同的結(jié)構(gòu)要素賦予相同的標(biāo)號(hào)，并且省略其說(shuō)明。
低通濾波器201在由頻帶分割單元101提供的頻帶0^k < F s / 4的 時(shí)域的低頻信號(hào)S12中，遮斷頻帶F 1 ￡ k < F s / 4 ，并且將頻帶0 ^ k < F 1的分量S41輸出到低頻編碼單元103。例如，在頻帶被限制為3.4kHz的 通信系統(tǒng)中，使用遮斷頻率Fl=3.4kHz。
低頻編碼單元103對(duì)從低通濾波器201輸出的頻帶0^k < F 1的時(shí)域信 號(hào)S41進(jìn)行編碼處理，并且將所獲得的編碼數(shù)據(jù)S42輸出到復(fù)用單元108和 低頻解碼單元106。
另一方面，頻域變換單元202對(duì)由頻帶分割單元101提供的時(shí)域的低頻 信號(hào)S12進(jìn)行頻率分析，變換為頻域的信號(hào)即低頻頻譜S43，并且輸出到高 頻編碼單元107b。
高頻編碼單元107b從頻域變換單元102輸入頻帶0^k < F 1的解碼低 頻頻譜S33，從頻域變換單元202輸入頻帶0 ^ k < F s / 4的低頻頻譜S43， 從頻譜重新配置單元105輸入頻帶F s/4^k〈Fs/2的修正高頻頻譜 S17。高頻編碼單元1071 在從頻域變換單元202輸入的頻帶OSk < F s / 4 的低頻頻譜S43中，使用頻帶F 1 ^ k < F s / 4的部分，對(duì)頻帶F 1 ^ k < F s / 2的頻譜進(jìn)行編碼，并且將所獲得的編碼數(shù)據(jù)S44輸出到復(fù)用單元 108。
圖15是用于說(shuō)明高頻編碼單元107b的編碼處理的圖。 高頻編碼單元107b中的濾波器112b所進(jìn)行的濾波處理，基本上與實(shí)施 方式1中所說(shuō)明的濾波器112的濾波處理相同。但是，成為對(duì)象的各個(gè)頻譜 是不同的，具體而言，作為Sl(k)使用頻帶0^k < F 1的解碼低頻頻譜，作 為編碼處理環(huán)的目標(biāo)頻譜使用頻帶F 1^k < F s / 4的低頻頻譜和頻帶F s / 4^k < F s / 2的修正高頻頻譜。因此，估計(jì)頻譜S2' (k)的頻帶為F 1 < F s / 2 。
接著，使用圖16說(shuō)明與上述子帶編碼裝置對(duì)應(yīng)的本實(shí)施方式的子帶解碼 裝置的結(jié)構(gòu)。另外，該子帶解碼裝置具有與圖11中所示的子帶解碼裝置相同 的基本結(jié)構(gòu)，對(duì)與圖11相同的結(jié)構(gòu)要素賦予相同的標(biāo)號(hào)，并且基本上省略其說(shuō)明。
頻域變換單元181對(duì)由低頻解碼單元152提供的解碼低頻信號(hào)進(jìn)行頻率
分析，生成頻帶0^k < F 1的解碼低頻頻譜，并且輸出到高頻解碼單元154。 高頻解碼單元154利用從分離單元151輸出的高頻編碼數(shù)據(jù)和從頻域變
換單元181輸出的解碼低頻頻譜，生成解碼高頻頻譜。通過(guò)該解碼處理，生
成頻帶F 1^k < F s / 2的高頻解碼頻語(yǔ)，并且輸出到分割單元253。
分割單元253將從高頻解碼單元154輸出的解碼高頻頻語(yǔ)分割成F 1 ^
k〈Fs/4和Fs/4^k〈Fs/2的兩個(gè)頻帶，將前者輸出到結(jié)合單元
251, 并將后者輸出到頻譜重新配置單元155。 結(jié)合單元251將從頻率變換單元181輸出的頻帶0^k < F 1的解碼低頻
頻譜和從分割單元253輸出的頻帶F 1^k < F s / 4的解碼高頻頻譜進(jìn)行 結(jié)合，生成頻帶0^k < F s / 4的結(jié)合低頻頻譜，并且輸出到時(shí)域變換單元
252。
時(shí)域變換單元252將結(jié)合低頻頻譜變換為時(shí)域的信號(hào)，并且將其作為解 碼低頻信號(hào)輸出到頻帶合成單元157。
這樣，根據(jù)本實(shí)施方式，在子帶編碼中，采用進(jìn)一步地對(duì)低頻信號(hào)進(jìn)行 頻帶限制而進(jìn)行編碼的結(jié)構(gòu)。并且，對(duì)高頻頻譜進(jìn)行編碼的同時(shí)對(duì)遮斷了頻 帶的低頻頻譜進(jìn)行編碼。由此，能夠防止無(wú)頻譜區(qū)間的產(chǎn)生，能夠改善解碼 信號(hào)的音質(zhì)。
另外，與實(shí)施方式l相同，本實(shí)施方式的子帶編碼裝置也可視為可擴(kuò)展 編碼裝置。
圖17是表示將本實(shí)施方式的子帶編碼裝置視為可擴(kuò)展編碼裝置時(shí)，相對(duì) 應(yīng)的可擴(kuò)展解碼裝置的結(jié)構(gòu)的方框圖。另外，該可擴(kuò)展解碼裝置具有與圖16 中所示的子帶解碼裝置相同的基本結(jié)構(gòu)，對(duì)相同的結(jié)構(gòu)要素賦予相同的標(biāo)號(hào)， 并且省略其說(shuō)明。如該圖所示，層信息從分離單元151輸出到選擇單元261 和選擇單元262，所述層信息表示在輸入到分離層151的比特流中包含哪個(gè) 層的編碼數(shù)據(jù)。在比特流中存在第二層編碼數(shù)據(jù)時(shí)，選擇單元261進(jìn)行動(dòng)作， 以使時(shí)域變換單元252的輸出被輸出到頻帶合成單元157，而選擇單元262 進(jìn)行動(dòng)作，以使時(shí)域變換單元156的輸出被輸出到頻帶合成單元157。在比 特流中不存在第二層編碼數(shù)據(jù)時(shí)，選擇單元261將低頻解碼單元152的輸出 信號(hào)輸出到頻帶合成單元157，而選擇單元262將代替信號(hào)輸出到頻帶合成單元157。對(duì)該代替信號(hào)，使用例如所有的要素為零值的信號(hào)。在比特流中 不包含第二層編碼數(shù)據(jù)時(shí)，解碼信號(hào)僅僅基于低頻信號(hào)生成。另外，作為代 替信號(hào)，也可使用在前面的幀中所使用的解碼高頻信號(hào)?；蛘?，也可將在前 面的幀中所使用的解碼高頻信號(hào)進(jìn)行衰減，使其振幅值變小而得的信號(hào)作為 代替信號(hào)來(lái)使用。通過(guò)采用這樣的結(jié)構(gòu)，即使在比特流中只包含第一層編碼 數(shù)據(jù)時(shí)，也能夠生成解碼信號(hào)。
以上，說(shuō)明了本發(fā)明的各個(gè)實(shí)施方式。
另外，作為頻率變換單元中的頻率變換處理，能夠使用FFT、DFT(Discrete Fourier Transform:離散傅立葉變換)、DCT(Discrete Cosine Transform:離散 余弦變換)、MDCT和濾波器組等。
另外，作為輸入信號(hào)，語(yǔ)音信號(hào)或音頻信號(hào)均可適用。
本發(fā)明的子帶編碼裝置和子帶編碼方法并不限于上述各個(gè)實(shí)施方式，而 可以進(jìn)行各種變更而實(shí)施。例如，也可以適當(dāng)?shù)亟M合并實(shí)施各個(gè)實(shí)施方式。
本發(fā)明的子帶編碼裝置可裝載于移動(dòng)通信系統(tǒng)中的通信終端裝置和基站 裝置，由此能夠提供具有與上述實(shí)施方式相同作用效果的通信終端裝置、基 站裝置以及移動(dòng)通信系統(tǒng)。
另外，這里，雖然以通過(guò)硬件來(lái)構(gòu)成本發(fā)明的情形為例進(jìn)行了說(shuō)明，本 發(fā)明還可以通過(guò)軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)。例如，^f吏用編程語(yǔ)言記述本發(fā)明的子帶編碼方
現(xiàn)與本發(fā)明的子帶編碼裝置相同的功能。
另外，用于上述各個(gè)實(shí)施方式的說(shuō)明中的各功能塊，典型地由集成電路 LSI來(lái)實(shí)現(xiàn)。這些既可以分別實(shí)行單芯片化，也可以包含其中一部分或者是 全部而實(shí)行單芯片化。
另外，雖然此處稱(chēng)為L(zhǎng)SI,但根據(jù)集成度的不同，也可以被稱(chēng)為IC、系 統(tǒng)LSI、超大LSI(SuperLSI)、或特大LSI(Ultra LSI)等。
另外，集成電路化的技術(shù)不只限于LSI，也可以使用專(zhuān)用電路或通用處 理器來(lái)實(shí)現(xiàn)。也可以利用LSI制造后能夠編程的FPGA ( Field Programmable GateArray,現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列)，或可以將LSI內(nèi)部的電路單元的連接或設(shè) 定重新配置的可重配置處理器(Reconfigurable Processor )。
再有，如果隨著半導(dǎo)體技術(shù)的進(jìn)步或者其他技術(shù)的派生，出現(xiàn)了替換LSI 集成電路的技術(shù)，當(dāng)然也可以利用該技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)功能塊的集成化。還存在著適用生物技術(shù)等的可能性。
在2005年11月30日申請(qǐng)的日本專(zhuān)利申請(qǐng)?zhí)卦?005-347342的日本申請(qǐng) 中所包含的說(shuō)明書(shū)、附圖和摘要的公開(kāi)內(nèi)容，都援用于本發(fā)明。 工業(yè)實(shí)用性
本發(fā)明的子帶編碼裝置和子帶編碼方法能夠適用于移動(dòng)通信系統(tǒng)中的通 信終端裝置、基站裝置等用途。
權(quán)利要求
1.一種子帶編碼裝置，包括分割單元，將輸入信號(hào)分割成多個(gè)子帶信號(hào)；變換單元，對(duì)所述子帶信號(hào)進(jìn)行頻域變換，生成子帶頻譜；重新排序單元，將所述子帶頻譜的各個(gè)頻率分量的排列順序在頻率軸上重新排序?yàn)槟嫘颍赡嫘蝾l譜；以及編碼單元，對(duì)所述逆序頻譜進(jìn)行編碼。
2. —種子帶編碼裝置，包括分割單元，將輸入信號(hào)至少分割成低頻子帶信號(hào)和高頻子帶信號(hào)； 第一編碼單元，對(duì)所述低頻子帶信號(hào)進(jìn)行編碼，生成低頻編碼參數(shù)；解碼單元，對(duì)所述低頻編碼參數(shù)進(jìn)行解碼，生成低頻解碼信號(hào)； 變換單元，對(duì)所述高頻子帶信號(hào)進(jìn)行頻域變換，生成高頻子帶頻譜； 重新排序單元，將所述高頻子帶頻鐠的各個(gè)頻率分量的排列順序在頻率軸上重新排序?yàn)槟嫘颍赡嫘蚋哳l頻譜；以及第二編碼單元，利用所述低頻解碼信號(hào)和所述逆序高頻頻譜，對(duì)所述高頻子帶頻譜進(jìn)行編碼。
3. 如權(quán)利要求2所述的子帶編碼裝置，其中，在所述第一編碼單元的前級(jí)，還包括低通濾波器，遮斷所述低頻子帶 信號(hào)的高頻分量，所述第二編碼單元另外輸入所述低頻子帶信號(hào)的頻譜，使用該頻譜、不 包含所述高頻分量的所述低頻解碼信號(hào)、以及所述逆序高頻頻譜，對(duì)所述高 頻子帶頻譜進(jìn)行編碼。
4. 一種通信終端裝置，包括權(quán)利要求1所述的子帶編碼裝置。
5. —種基站裝置，包括權(quán)利要求1所述的子帶編碼裝置。
6. —種子帶編碼方法，包括以下步驟 將輸入信號(hào)分割成多個(gè)子帶信號(hào)； 對(duì)所述子帶信號(hào)進(jìn)行頻域變換，生成子帶頻譜； 將所述子帶頻譜的各個(gè)頻率分量的排列順序在頻率軸上重新排序?yàn)槟嫘颍赡嫘蝾li普；以及對(duì)所述逆序頻i普進(jìn)行編碼。
全文摘要
公開(kāi)了在子帶編碼中，防止編碼性能的降低，提高解碼信號(hào)的音質(zhì)的子帶編碼裝置。在該子帶編碼裝置中、低頻編碼單元(103)進(jìn)行低頻頻譜S13的編碼。低頻解碼單元(106)對(duì)低頻編碼數(shù)據(jù)S14進(jìn)行解碼，將解碼低頻頻譜S18輸出到高頻編碼單元(107)。頻譜重新配置單元(105)對(duì)高頻頻譜S16的各個(gè)頻率分量進(jìn)行重新配置，以使其在頻率軸上的順序?yàn)槟嫘?，并且將重新配置后的修正高頻頻譜S17輸出到高頻編碼單元(107)。通過(guò)利用從低頻解碼單元(106)輸出的解碼低頻頻譜S18，高頻編碼單元(106)對(duì)從頻譜重新配置單元(105)輸出的修正高頻頻譜S17進(jìn)行編碼。
文檔編號(hào)G10L19/02GK101317217SQ20068004469
公開(kāi)日2008年12月3日 申請(qǐng)日期2006年11月29日 優(yōu)先權(quán)日2005年11月30日
發(fā)明者押切正浩 申請(qǐng)人:松下電器產(chǎn)業(yè)株式會(huì)社