處理音頻信號的方法和設備的製作方法

2023-09-23 05:12:20

專利名稱：處理音頻信號的方法和設備的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種用於處理音頻信號的設備及其方法。儘管本發明適合於寬廣範圍 的應用，但特別適合於處理音頻信號的損失信號(loss Signal) 0
背景技術：
通常，掩蔽效應(masking effect)是基於心理聲學原理的。由於在大幅信號 (large-scale signal)附近的小幅信號(smallscale signal)被大幅信號所阻塞，所以掩 蔽效應利用人類聽覺系統不擅長識別兩者的特性。因為使用掩蔽效應，所以在編碼音頻信 號中數據可能會被部分丟失。

發明內容
技術問題然而，現有技術的解碼器不足以補償歸因於掩蔽和量化的損失信號。技術方案據此，本發明針對一種用於處理音頻信號的設備及其方法，其充分地消除了由於 現有技術的局限性和缺點所導致的一個或多個問題。本發明的目的是提供一種用於處理音頻信號的設備及其方法，通過該設備和方法 能夠使用相對小的比特信息來補償在掩蔽和量化過程中丟失的信號。本發明的另一目的是提供一種用於處理音頻信號的設備及其方法，通過該設備和 方法能夠以適當地組合包括頻域上的掩蔽和時域上的掩蔽等的各種方案的方式來執行掩 蔽。本發明的進一步目的是提供一種用於處理音頻信號的設備及其方法，通過該設備 和方法，不論如語音信號、音頻信號等的在特性方面不同的信號，根據它們的特性藉助適當 的方案處理，都能夠使比特率最小化。有益效果相應地，本發明提供了以下效果或優點。首先，本發明能夠藉助解碼處理補償在掩蔽和量化過程中丟失的信號，由此增強
聲音質量。第二，本發明需要相當小的比特信息來補償損失信號，由此顯著地減少了比特數目。第三，本發明通過執行包括頻域上的掩蔽、時域上的掩蔽等的掩蔽方案補償了由 於根據用戶選擇而不管由於掩蔽所導致的比特壓縮被最大化的掩蔽所導致的損失信號，由 此使聲音質量損失最小化。第四，本發明藉助語音解碼方案解碼具有語音信號特性的信號並且藉助音頻解碼 方案解碼具有音頻信號特性的信號，由此使得能夠自適應地選擇解碼方案以便匹配每個信 號特性。


附示了本發明的實施例並且與說明書一起用來解釋本發明的原理，包括附圖 以用來提供對本發明的進一步理解並且被併入並構成此說明書的一部分。在附圖中圖1是根據本發明實施例的損失信號分析器的框圖；圖2是根據本發明實施例的損失信號分析方法的流程圖；圖3是用於解釋比例因子和頻譜數據的圖；圖4是用於解釋比例因子的應用範圍的例子的圖；圖5是在圖1中所示出的掩蔽/量化單元的詳細框圖；圖6是用於解釋根據本發明實施例的掩蔽處理的圖；圖7是根據本發明實施例的應用了損失信號分析器的音頻信號編碼設備的第一 例子的圖；圖8是根據本發明實施例的應用了損失信號分析器的音頻信號編碼設備的第二 例子的圖；圖9是根據本發明實施例的損失信號補償設備的框圖；圖10是根據本發明實施例的損失信號補償方法的流程圖；圖11是用於解釋根據本發明實施例的第一補償數據產生處理的圖；圖12是根據本發明實施例的應用了損失信號補償器的音頻信號解碼設備的第一 例子的圖；和圖13是根據本發明實施例的應用了損失信號補償器的音頻信號解碼設備的第二 例子的圖。
具體實施例方式將在以下描述中闡明本發明的附加特徵和優點，並且根據所述描述而部分地更加 清楚，或者可以通過實施本發明來學習。本發明的目的及其它優點將藉助在所描寫的說明 書及其權利要求以及附圖中特別指出的結構來實現和獲得。為了實現這些及其它優點並且根據本發明的目的，如所實施及大致地描述的，一 種處理音頻信號的方法，包括獲得頻譜數據和損失信號補償參數，基於所述頻譜數據檢測 損失信號，基於所述損失信號補償參數使用隨機信號來產生對應於所述損失信號的第一補 償數據，並且產生對應於所述第一補償數據的比例因子以及通過向所述第一補償數據應用 所述比例因子來產生第二補償數據。優選地，所述損失信號對應於具有等於或小於基準值的頻譜數據的信號。優選地，所述損失信號補償參數包括補償等級(level)信息，並且所述第一補償 數據的等級是基於所述補償等級信息來確定的。優選地，所述比例因子是使用比例因子基準值和比例因子差值來產生的，並且所 述比例因子基準值包括在所述損失信號補償參數中。優選地，所述第二補償數據對應於頻譜係數。為了進一步實現這些及其它優點並且根據本發明的目的，一種用於處理音頻信號的設備，包括去復用器，用於獲得頻譜數據和損失信號補償參數；損失信號檢測單元，用 於基於所述頻譜數據來檢測損失信號；補償數據產生單元，用於基於所述損失信號補償參 數使用隨機信號來產生對應於所述損失信號的第一補償數據；和重定比例單元，用於產生 對應於所述第一補償數據的比例因子，所述重定比例單元通過向所述第一補償數據應用所 述比例因子來產生第二補償數據。為了進一步實現這些及其它優點並且根據本發明的目的，一種處理音頻信號的方 法，包括以通過基於掩蔽閾值應用掩蔽效應來量化輸入信號的頻譜係數的方式來產生比 例因子和頻譜數據，使用所述輸入信號的頻譜係數、所述比例因子和所述頻譜數據來確定 損失信號，並且產生損失信號補償參數以補償所述損失信號。優選地，所述損失信號補償參數包括補償等級信息和比例因子基準值，所述補償 等級信息對應於與所述損失信號的等級有關的信息，並且所述比例因子基準值對應於與所 述損失信號的比例有關的信息。為了進一步實現這些及其它優點並且根據本發明的目的，一種用於處理音頻信號 的設備，包括量化單元，用於以通過基於掩蔽閾值應用掩蔽效應來量化輸入信號的頻譜系 數的方式來產生比例因子和頻譜數據，和損失信號預測單元，用於使用所述輸入信號的頻 譜係數、所述比例因子和所述頻譜數據來確定損失信號，所述損失信號預測單元產生損失 信號補償參數以補償所述損失信號。優選地，所述補償參數包括補償等級信息和比例因子基準值，所述補償等級信息 對應於與所述損失信號的等級有關的信息，並且所述比例因子基準值對應於與所述損失信 號的比例有關的信息。為了進一步實現這些及其它優點並且根據本發明的目的，一種計算機可讀存儲介 質，包括存儲在其中的數字音頻數據，所述數字音頻數據包括頻譜數據、比例因子和損失信 號補償參數，其中所述損失信號補償參數包括作為用於補償歸因於量化的損失信號的信息 的補償等級信息，並且其中所述補償等級信息對應於與損失信號的等級有關的信息。應當理解，以上一般說明和以下詳細描述均是示例性的和解釋性的，並且旨在提 供對所要求保護的本發明的進一步解釋。發明的模式現在詳細地給出本發明的優選實施例的參考，在附圖中圖示了本發明的例子。首先，在本發明中的術語可以被解釋為以下參考。而且，在此說明書中並未公開的 術語可以被解釋為與本發明的技術思想匹配的以下意思和原理。應當理解，『解碼』可以被 解釋為具體情況中的編碼或解碼。在此公開中的『信息』是通常包括值、參數、係數、元素等 的術語，並且其意義偶爾可以被解釋為不同的，本發明並不受此限制。在此公開中，音頻信號從廣義來說在概念上與視頻信號有所區別並且可以被解釋 為在再現中在聽覺上表示的信號。音頻信號從狹義來說在概念上與語音信號有所區別並且 可以被解釋為沒有語音特性或少語音特性的信號。根據本發明的音頻信號處理方法和設備可以變為丟失信號分析設備和方法或損 失信號補償設備和方法，並且可以進一步變為應用了前述設備和方法的音頻信號編碼方法 和設備，或者應用了前述設備和方法的音頻信號解碼方法和設備。在下面描述中，解釋了損 失信號分析/補償設備和方法，然後解釋由音頻信號編碼/解碼設備所執行的音頻信號編
6碼/解碼方法。圖1是根據本發明實施例的音頻信號編碼設備的框圖，並且圖2是根據本發明實 施例的音頻信號編碼方法的流程圖。首先參照圖1，損失信號分析器100包括損失信號預測單元120並且能夠進一步包 括掩蔽/量化單元110。在這種情況下，損失信號預測單元120可以包括損失信號確定單元 122和比例因子解碼單元124。參考圖1和圖2進行以下描述。首先，掩蔽/量化單元110使用心理聲學模型基於頻譜數據來產生掩蔽閾值。掩 蔽/量化單元110通過使用掩蔽閾值量化對應於下降混合(downmix DMX)的頻譜係數來獲 得比例因子和頻譜數據[步驟S110]。在這種情況下，頻譜係數可以包括由MDCT (改進的離 散變換)獲得的MDCT係數，但本發明並不受此限制。掩蔽閾值被提供用來應用掩蔽效應。如在以上描述中所提及，掩蔽效應是基於心理聲學原理的。由於在大幅信號附近 的小幅信號被大幅信號所阻塞，所以掩蔽效應利用人類聽覺系統不擅長識別兩者的特性。例如，最大信號存在於對應於頻帶的中間的數據，並且顯著小於最大信號的若干 信號可以存在於最大信號的附近。在這種情況下，最大信號變為掩蔽音(masker)並且可以 參考掩蔽音可以繪製出掩蔽曲線。由掩蔽曲線所阻塞的小信號變為被掩蔽信號或被掩蔽音 (maskee)。因此，如果排除被掩蔽信號並且剩下其餘的信號作為有效信號，那麼這被稱為掩 蔽。在這種情況下，通過掩蔽效應消除的損失信號原則上被設置為0並且偶爾可能被解碼 器重構。稍後將連同描述根據本發明的損失信號補償方法和設備一起解釋這些。同時，對於根據本發明的掩蔽方案來說，存在各個實施例。稍後將參考圖5和圖6 解釋其細節。為了應用掩蔽效應，如在以上描述中所提及，使用掩蔽閾值。如下解釋使用掩蔽閾 值的處理。首先，每個頻譜係數可以由比例因子頻帶單元來劃分。可以在每個比例因子頻帶 找出能量En。基於心理聲學模型理論的掩蔽方案可應用於所獲得的能量值。可以從作為比 例因子單元的能量值的每個掩蔽音獲得掩蔽曲線。然後，能夠通過連接各個掩蔽曲線來獲 得總掩蔽曲線。最後，通過參照掩蔽曲線，能夠獲得掩蔽閾值Eth，掩蔽閾值Eth是每個比例 因子頻帶的量化基礎。掩蔽/量化單元110通過使用掩蔽閾值執行掩蔽和量化而從頻譜係數獲得比例因 子和頻譜數據。首先，如在公式1中所表達的，可以使用比例因子和頻譜數據來近似地表示 頻譜係數，其中比例因子和頻譜數據是整數。因此，具有兩個整數因子的表達式是量化處理。[公式1] 在公式1中，『X，是頻譜係數，『scalefactor，是比例因子，並且『spectral_data， 是頻譜數據。參照公式1，可以觀察到沒有使用等號。由於比例因子和頻譜數據中的每個僅具有 整數，所以不可能通過這些值的解來完全地表達隨機的X。因此，並未建立相等關係。公式 1的右側可以被表示為公式2中的X'。
[公式2] 圖3是用於解釋根據本發明實施例的量化處理的圖，並且圖4是用於解釋比例因 子的應用範圍的例子的圖。參照圖3，圖示了用於將頻譜係數(例如，a，b，c等)表達為比例因子(例如，A， B，C等)和頻譜數據(例如，a'，b'，C』等)的處理的概念。比例因子(例如，A，B，C等) 是被應用於組(例如，特定頻帶，特定間隔等)的因子。因此，能夠通過共同地使用表示規 定組(例如，比例因子頻帶)的比例因子來變換屬於規定組的係數的大小來提高解碼效率。同時，在量化頻譜係數的過程中可能產生誤差。而且，能夠根據量化把相應的誤差 信號認為是在原始的係數X和值X'之間的差，其被表示為公式3。[公式3]Error = X-X'在公式3中，『X』對應於在公式1中所示出的表達式並且「X' 」對應於在公式2中 所示出的表達式。對應於誤差信號(Error)的能量是量化誤差(EemJ。使用上面獲得的掩蔽閾值(Eth)和量化誤差(Ectm)，發現比例因子和頻譜數據滿 足被表示為公式4的條件。[公式4]Eth > Eerror在公式4中，iEth'指示掩蔽閾值並且『Eem/指示量化誤差。即，如果滿足了以上條件，那麼量化誤差變得小於掩蔽閾值。因此，這意味著根據 量化的噪聲能量被掩蔽效應所阻塞。可以說，由於量化的噪聲可能不被聽者聽到。因此，如果比例因子和頻譜數據產生為滿足該條件繼而被發送，那麼解碼器使用 該比例因子和頻譜數據能夠產生幾乎等於原始音頻信號的信號。如果因為量化解析度比特率缺乏而不足夠而不滿足以上條件，那麼也可能出現聲 音質量降級。特別地，如果存在於整個比例因子頻帶內的所有頻譜數據變為0，那麼可能相 當顯著地感受到聲音質量降級。此外，即便滿足根據心理聲學模型的以上條件，個別人也可 能會感受到聲音質量降級。因此，在其中假定頻譜數據不為0的間隔中被變換為0的信號 等變為從原始信號中丟失的信號。圖4示出了應用了比例因子的目標的各個例子。參照圖4的㈧，當屬於特定幀(frameN)的k頻譜數據存在時，可以觀察到比例因 子(scf)是對應於一個頻譜數據的因子。參照圖4的(B)，可以觀察到在一個幀內存在比例 因子頻帶(sfb)。而且，還可以觀察到應用比例因子的目標包括存在於特定比例因子內的頻 譜數據。參照圖4的(C)，可以觀察到應用比例因子的目標包括存在於特定幀內的所有頻譜 數據。換句話說，可以存在不同比例因子目標。例如，應用比例因子的目標可以包括一個頻 譜數據、存在於一個比例因子頻帶內的若干頻譜數據、存在於一個幀內的若干頻譜數據等。因此，掩蔽/量化單元通過以上述方式應用掩蔽效應來獲得比例因子和頻譜數 據。
現在參照圖1和圖2，損失信號預測單元120的損失信號確定單元122通過分析 原始的下降混合(頻譜係數)和量化的音頻信號(比例因子和頻譜數據)來確定損失信號 [步驟 S120]。特別地，使用比例因子和頻譜數據來重構頻譜係數。然後，從找出重構的係數和原 始的頻譜係數之間的差來獲得如在公式3中所表示的誤差信號(Error)。根據公式4的條 件，確定比例因子和頻譜數據。即，輸出校正的比例因子和校正的頻譜數據。偶爾(例如， 如果比特率低)，可能不滿足公式4的條件。在確認比例因子和頻譜數據之後，確定了相應的損失信號。在這種情況下，根據該 條件，損失信號可以是變得等於或小於基準值的信號。作為選擇，損失信號可以是相對於基 準值隨機設置的信號，而不管是否偏離該條件。在這種情況下，基準值可以是0，但本發明並 不受此限制。如果根據以上方式確定了損失信號，那麼損失信號確定單元122產生對應於損失 信號的補償等級信息。在這種情況下，補償等級信息是對應於損失信號等級的信息。在解 碼器使用補償等級信息來補償損失信號的情況下，可以對如下這樣的損失信號進行補償， 該損失信號具有小於對應於補償等級信息的值的絕對值。比例因子解碼單元124接收比例因子，然後為對應於特定區域的比例因子產生比 例因子基準值和比例因子差值[步驟S140]。在這種情況下，特定區域可以包括對應於其中 存在損失信號的部分區域的區域。例如，屬於特定頻帶的所有信息可以對應於與損失信號 相對應的區域，但本發明並不受此限制。同時，比例因子基準值可以是按照每個幀所確定的值。而且，比例因子差值是從比 例因子減去比例因子基準值所得出的值，並且可以是按照為應用比例因子的每個目標(例 如，幀，比例因子頻帶，樣本等)確定的值，但本發明並不受此限制。在步驟S130中產生的補償等級信息和在步驟S140中產生的比例因子基準值作為 損失信號補償參數被發送到解碼器，並且比例因子差值和頻譜數據作為原始方案被轉送到 解碼器。到現在為止，已經解釋了用於預測損失信號的處理。在下面描述中，如在以上描述 中所提及，參考圖5和圖6詳細解釋根據本發明實施例的掩蔽方案。用於掩蔽方案的各個實施例參照圖5，掩蔽/量化單元110可以包括頻率掩蔽單元112、時間掩蔽單元114、掩 蔽音確定單元116和量化單元118。頻率掩蔽單元112通過在頻域上處理掩蔽來計算掩蔽閾值。時間掩蔽單元114通 過在時域上處理掩蔽來計算掩蔽閾值。掩蔽音確定單元116用於確定頻率或時域上的掩蔽 音。而且，量化單元118使用由頻率掩蔽單元112或時間掩蔽單元114計算的掩蔽閾值來 量化頻譜係數。參照圖6的(A)，可以觀察到存在時域的音頻信號。音頻信號由將特定數目樣本編 組而以幀為單位來處理。而且，在圖6的(B)中示出了對每個幀的數據執行頻率變換的結果。參照圖6的(B)，對應於一個幀的數據被表示為一個條(bar)並且縱軸是頻率軸。 在一個幀內，對應於每個頻帶的數據可以是由頻帶單元完成的頻域上的掩蔽處理的結果。特別地，可以由在圖5中所示出的頻率掩蔽單元112執行頻域上的掩蔽處理。同時，在這種情況下，頻帶可以包括臨界頻帶。而且，臨界頻帶意指在人類聽覺器 官中對於所有頻率區域獨立地接收的刺激的間隔單位。因為特定掩蔽音存在於隨機臨界頻 帶內，所以在該頻帶內可以執行掩蔽處理。此掩蔽處理不會影響鄰近臨界頻帶內的信號。在圖6的(C)中，在每個頻帶存在的數據當中對應於特定頻帶的數據大小被表示 為縱軸以便於觀看數據大小。參照圖6的(C)，橫軸是時間軸並且在縱軸方向上按照每個幀(Flri，Fn, Fn+1)來指 示數據大小。此每幀數據獨立地作為掩蔽音。參考此掩蔽音，可以繪製掩蔽曲線。而且，參 考此掩蔽曲線，可以在時間方向上執行掩蔽處理。在這種情況下，可以由在圖5中所示出的 時間掩蔽單元114執行時域上的掩蔽。在以下描述中，將解釋在圖5中所示出的用於執行相應功能的每個元件的各個方案。1.掩蔽處理方向在圖6的(C)中，只參考掩蔽音示出了右方向。然而，如時間上的正向掩蔽處理， 時間掩蔽單元114還能夠執行時間上的反向掩蔽處理。如果大信號存在於時間軸上的相鄰 將來，那麼當前信號當中的小信號可能不會影響人類的聽覺器官，當前信號在時間上略微 先於大信號。特別地，在小信號被識別之前，它可以被掩藏在相鄰將來的大信號中。當然， 用於在反方向上產生掩蔽效應的時間範圍可以短於在正方向上的時間範圍。2.掩蔽音計算基準在確定掩蔽音中，掩蔽音確定單元116可以確定最大信號作為掩蔽音。而且，掩蔽 音確定單元116還能夠基於屬於相應臨界頻帶的信號來確定掩蔽音的大小。例如，通過找 出跨越臨界頻帶的整個信號的平均值，找出絕對值的平均值或找出能量的平均值，可以確 定掩蔽音的大小。作為選擇，可以使用另一表示值作為掩蔽音。3.掩蔽處理單元在對頻率變換結果執行掩蔽中，頻率掩蔽單元112能夠改變掩蔽處理單元。特別 地，作為頻率變換的結果可以在相同的幀內產生在時間上連續的多個信號。例如，在這種頻 率變換作為小波分組變換(WPT)、頻變調製重疊變換(FV-MLT)等的情況下，可以從一個幀 內的相同頻率區產生在時間上連續的多個信號。在此頻率變換的情況下，由在圖6中所示 出的以幀為單位存在的信號以較小單位存在並且以小單位在信號當中執行掩蔽處理。4.用於執行掩蔽處理的條件在確定掩蔽音中，掩蔽音確定單元116能夠設置掩蔽音的閾值或者能夠確定掩蔽 曲線類型。如果執行頻率變換，那麼通常信號值趨向於朝向高頻率而逐漸地降低。這些小信 號可以在不執行掩蔽處理的情況下在量化處理中變為零。因為信號的大小很小，所以掩蔽 音的大小也很小。因此，因為掩蔽音消除信號並沒有效果，所以掩蔽效應可能變得毫無意 義。因此由於存在掩蔽處理變得毫無意義的情況，所以能夠通過建立掩蔽音的閾值只 有當掩蔽音等於或大於適當大小時才執行掩蔽處理。對於所有頻率範圍，此閾值可以相等。 利用信號大小朝向高頻率而逐漸降低的特性，此閾值可以被設置為朝向高頻率而在大小上
10減小。另外，掩蔽曲線的形狀可以被解釋為根據頻率具有緩慢或快速的傾斜角。此外，由於掩蔽效應在信號大小不均勻的部分(即其中存在瞬態信號)中變得更 加顯著，所以能夠基於是瞬態還是靜態的特性來設置掩蔽音的閾值。而且，基於此特性，也 能夠確定掩蔽音的曲線的類型。5.掩蔽處理的次序如在以上描述中所提及，掩蔽處理可以被分類為由頻率掩蔽單元112在頻域的處 理以及時間掩蔽單元114在時域的處理。在同時使用兩個處理的情況下，可以按以下次序 進行它們i)首先進行頻域上的掩蔽，繼而應用時域上的掩蔽；ii)首先向通過頻率變換的根據時間次序排列的信號應用掩蔽，然後在頻率軸上 進行掩蔽；iii)頻率軸掩蔽原理和時間軸掩蔽原理被同時應用於從頻率變換所獲得的信號， 然後使用從兩種方法獲得的曲線中所獲得的值來應用掩蔽；或者iv)以上三種方法可組合使用。在下面描述中，將參考圖7解釋音頻信號編碼設備和方法的第一例子，其中向該 音頻信號編碼設備和方法應用了參考圖1和圖2描述的根據本發明實施例的損失信號分析
ο參照圖7，音頻信號編碼設備200包括多通道編碼器210、音頻信號編碼器220、語 音信號編碼器230、損失信號分析器240和多路復用器250。多通道編碼器210通過接收多個通道的信號(至少兩個通道的信號，以下命名為 多通道信號)，繼而執行下降混合來產生單聲道或立體聲下降混合信號。而且，多通道編碼 器210產生用於把下降混合信號上升混合到多通道信號中所要求的空間信息。在這種情況 下，空間信息可以包括通道等級差信息、通道間相關性信息、通道預測係數、下降混合增益 fn息等。在這種情況下，由多通道編碼器210產生的下降混合信號可以包括時域信號或執 行頻率變換的頻域的信息。另外，下降混合信號可以包括每個頻帶的頻譜係數，但本發明並 不限於此。當然，如果音頻信號編碼設備200接收單聲道信號，那麼多通道編碼器210並不會 下降混合該單聲道信號，而是該單聲道信號繞過多通道編碼器210。同時，音頻信號編碼設備200可以進一步包括頻帶擴展編碼器(未在附圖中示 出)。頻帶擴展編碼器(未在附圖中示出)排除了下降混合信號的部分頻帶(例如，高頻頻 帶)的頻譜數據並且能夠產生用於重構所排除的數據的頻帶擴展信息。因此，解碼器能夠 只利用其餘頻帶的下降混合和頻帶擴展信息來重構整個頻帶的下降混合。如果下降混合信號具有下降混合信號的特定幀或段很大的音頻特性，那麼音頻信 號編碼器220根據音頻解碼方案編碼下降混合信號。在這種情況下，音頻解碼方案可以遵 循AAC (高級音頻編碼)標準或HE-AAC (高效率高級音頻編碼)標準，但本發明並不受此限 制。同時，音頻信號編碼器可以對應於改進的離散變換(MDCT)編碼器。如果下降混合信號具有下降混合信號的特定幀或段很大的語音特性，那麼語音信號編碼器230根據語音解碼方案編碼下降混合信號。在這種情況下，語音解碼方案可以遵 循AMR_WB(自適應多速率寬帶)標準，但本發明並不受此限制。同時，語音信號編碼器230可以進一步使用線性預測編碼(LPC)方案。在諧波信 號在時間軸上具有高冗餘的情況下，可以根據線性預測獲得建模以從過去的信號預測當前 的信號。在這種情況下，如果採用線性預測解碼方案，那麼能夠提高解碼效率。同時，語音 信號編碼器230也可以對應於時域編碼器。損失信號分析器240接收根據音頻或語音解碼方案解碼的頻譜數據，繼而執行掩 蔽和量化。損失信號分析器240產生損失信號補償參數以補償由掩蔽和量化丟失的信號。 同時，損失信號分析器240能夠為由音頻信號編碼器220解碼的頻譜數據產生損失信號補 償參數。由損失信號分析器240執行的功能和步驟可以與參考圖1和圖2描述的前述損失 信號分析器100的那些完全相同。而且，多路復用器250通過將空間信息、損失信號補償參數、比例因子(或比例因 子差值)、頻譜數據等多路復用到一起來產生音頻信號比特流。圖8是根據本發明實施例應用了損失信號分析器的音頻信號編碼設備的第二例 子的圖。參照圖8，音頻信號編碼設備300包括用戶接口 310和損失信號分析器320，並且 可以進一步包括多路復用器330。用戶接口 310從用戶接收輸入信號，繼而向損失信號分析器320遞送用於損失信 號分析的命令信號。特別地，在用戶選擇損失信號預測模式的情況下，用戶接口 310向損失 信號分析器320遞送用於損失信號分析的命令信號。在用戶選擇低比特率模式的情況下， 音頻信號的一部分可以被強迫設置為0，以匹配低比特率。因此，用戶接口 310能夠向損失 信號分析器320遞送用於損失信號分析的命令信號。作為替代，用戶接口 310能夠照原樣 向損失信號分析器320遞送關於比特率的信息。損失信號分析器320可以與參考圖1和圖2所描述的前述損失信號分析器100類 似地配置。然而，只有當從用戶接口 310接收了用於損失信號分析的命令信號時，損失信號 分析器320才產生損失信號補償參數。在只接收關於比特率的信息而不是用於損失信號分 析的命令信號的情況下，損失信號分析器320能夠基於所接收的關於比特率的信息通過確 定是否產生損失信號補償參數來執行相應的步驟。而且，多路復用器330通過將量化的頻譜數據(包括比例因子)和由損失信號分 析器320產生的損失信號補償參數多路復用到一起來產生比特流。圖9是根據本發明實施例的損失信號補償設備的框圖，並且圖10是根據本發明實 施例的損失信號補償方法的流程圖。參照圖9，根據本發明實施例的損失信號補償設備400包括損失信號檢測單元410 和補償數據產生單元420，並且可以進一步包括比例因子獲得單元430和重定比例單元 440。在下面描述中，參考圖9和圖10解釋在損失信號補償設備400中補償損失的音頻信 號的方法。首先，損失信號檢測單元410基於頻譜數據檢測損失信號。在這種情況下，損失信 號可以對應於具有等於或小於預定值(例如，0)的相應頻譜數據的信號。此信號可以具有 對應於樣本的二進位單位(bin unit)。如在以上描述中所提及，因為在掩蔽和量化的過程中可以等於或小於規定值，所以產生損失信號。如果產生損失信號，特別是如果產生具有被 設置為0的信號的間隔，那麼偶爾產生聲音質量降級。即便掩蔽效應使用通過人類聽覺器 官識別的特性，並不是每個人不都能識別歸因於掩蔽效應的聲音質量降級。另外，如果掩蔽 效應被集中應用於具有相當的信號大小變化的瞬態間隔，那麼可能部分地出現聲音質量降 級。因此，能夠通過把適當的信號填充到損失間隔中來增強聲音質量。補償數據產生單元420使用損失信號補償參數的損失信號補償等級信息，繼而使 用隨機信號產生對應於損失信號的第一補償數據[步驟S220]。在這種情況下，第一補償數 據可以包括具有與補償等級信息相對應的大小的隨機信號。圖11是用於解釋根據本發明實施例的第一補償數據產生處理的圖。在圖11的 (A)中，示出了丟失信號的每頻帶頻譜數據(a'，b'，C』等)。在圖11的(B)中，示出了第 一補償數據的等級範圍。特別地，補償數據產生單元420能夠對應於補償等級信息產生具 有等於或小於特定值(例如，2)的等級的第一補償數據。比例因子獲得單元430使用比例因子基準值和比例因子差值來產生比例因子[步 驟S230]。在這種情況下，比例因子是編碼器用於縮放頻譜係數的信息。而且，損失信號基 準值可以是對應於其中存在損失信號的間隔的部分間隔的值。例如，此值可以對應於所有 樣本被設置為0的頻帶。對於部分間隔來說，可以通過把比例因子基準值與比例因子差值 相組合(例如，把它們相加在一起)來獲得比例因子。對於其餘間隔來說，轉送的比例因子 差值可以照原樣作為比例因子。重定比例單元400通過利用比例因子對第一補償數據或轉送的頻譜數據重定比 例來產生第二補償數據[步驟S240]。特別地，重定比例單元440對其中存在損失信號的區 域的第一補償數據重定比例。而且，重定比例單元440對其餘區域的轉送的頻譜數據重定 比例。第二補償數據可以對應於從頻譜數據和比例因子產生的頻譜係數。此頻譜係數可以 被輸入到稍後解釋的音頻信號解碼器或語音信號解碼器。圖12是根據本發明實施例的應用了損失信號補償器的音頻信號解碼設備的第一 例子的圖。參照圖12，音頻信號解碼設備500包括去復用器510、損失信號補償器520、音頻信 號解碼器530、語音信號解碼器540和多通道解碼器550。去復用器510從音頻信號比特中流提取頻譜數據、損失信號補償參數、空間信息寸。損失信號補償器520經由轉送的頻譜數據和損失信號補償參數使用隨機信號來 產生對應於損失信號的第一補償數據。而且，損失信號補償器520通過向第一補償數據應 用比例因子來產生第二補償數據。損失信號補償器520可以是與參考圖9和圖10描述的 前述損失信號補償設備400起到幾乎相同作用的元件。同時，損失信號補償器520能夠僅 為具有音頻特性的頻譜數據產生損失重構信號。同時，音頻信號解碼設備500可以進一步包括頻帶擴展解碼器(未在附圖中示 出)。頻帶擴展解碼器(未在附圖中示出)使用對應於損失重構信號的全部或部分頻譜數 據來產生另一頻帶(例如，高頻頻帶)的頻譜數據。在這種情況下，從編碼器轉送的頻帶擴 展信息是可用的。如果對應於損失重構信號的頻譜數據(偶爾，包括由頻帶擴展解碼器產生的頻譜
13數據)具有相當大的音頻特性，那麼音頻信號解碼器530根據音頻解碼方案解碼頻譜數據。 在這種情況下，如在以上描述中所提及的，音頻解碼方案可以遵循AAC標準或HE-AAC標準。如果頻譜數據具有相當大的語音特性，那麼語音信號解碼器540根據語音解碼 方案來解碼頻譜數據。在這種情況下，如在以上描述中所提及的，語音解碼方案可以遵循 AMR-WBC標準，但本發明並不限於此。如果經解碼的音頻信號(S卩，經解碼的損失重構信號)是下降混合，那麼多通道解 碼器550使用空間信息來產生多通道信號(包括立體聲信號)的輸出信號。圖13是根據本發明實施例的應用了損失信號補償器的音頻信號解碼設備的第二 例子的圖。參照圖13，音頻信號解碼設備600包括去復用器610、損失信號補償器620和用戶 接口 630。去復用器610接收比特流，繼而從接收的比特流中提取損失信號補償參數、量化 的頻譜數據等。當然，可以進一步提取比例因子(差值)。損失信號補償器620可以是與參考圖9和圖10描述的前述損失信號補償設備400 起到幾乎相同作用的元件。然而，在從去復用器610接收損失信號補償參數的情況下，損失 信號補償器620向用戶接口 630通知損失信號補償參數的接收。如果從用戶接口 630接收 了用於損失信號補償的命令信號，那麼損失信號補償器620起到補償損失信號的作用。在從損失信號補償器620接收關於損失信號補償參數的存在的信息的情況下，用 戶接口 630在顯示器等上顯示接收，以使得用戶能夠知道信息的存在。如果用戶選擇損失信號補償模式，那麼用戶接口 630向損失信號補償器620遞送 用於損失信號補償的命令信號。因此，應用損失信號補償器的音頻信號解碼設備包括上面 解釋的元件並且可以根據用戶做出的選擇補償或不補償損失信號。根據本發明，上述音頻信號處理方法可以在程序記錄介質中被實現為計算機可讀 代碼。計算機可讀介質包括其中存儲可由計算機系統讀取的數據的各種記錄裝置。計算機 可讀介質包括例如R0M、RAM、CD_R0M、磁帶、軟盤、光數據存儲裝置等並且還包括載波形實現 方式(例如，經由網際網路傳輸)。另外，由編碼方法產生的比特流被存儲在計算機可讀記錄 介質中或者可以經由有線/無線通信網絡發送。工業實用性據此，本發明適用於編碼和解碼音頻信號。雖然這裡參考其優選實施例描述並圖示了本發明，對本領域技術人員來說顯然的 是，在不脫離本發明的精神和範圍的情況下可以對其進行各種改變和變化。因此，本發明旨 在覆蓋落入所附權利要求及其等效的本發明的修改和改變。
權利要求
一種處理音頻信號的方法，包括獲得頻譜數據和損失信號補償參數；基於所述頻譜數據來檢測損失信號；基於所述損失信號補償參數使用隨機信號來產生對應於所述損失信號的第一補償數據；並且產生對應於所述第一補償數據的比例因子以及通過向所述第一補償數據應用所述比例因子來產生第二補償數據。
2.如權利要求1所述的方法，其中所述損失信號對應於具有等於或小於基準值的頻譜 數據的信號。
3.如權利要求1所述的方法，其中所述損失信號補償參數包括補償等級信息，並且其 中所述第一補償數據的等級是基於所述補償等級信息來確定的。
4.如權利要求1所述的方法，其中所述比例因子是使用比例因子基準值和比例因子差 值來產生的，並且其中所述比例因子基準值包括在所述損失信號補償參數中。
5.如權利要求1所述的方法，其中所述第二補償數據對應於頻譜係數。
6.一種用於處理音頻信號的設備，包括去復用器，用於獲得頻譜數據和損失信號補償參數；損失信號檢測單元，用於基於所述頻譜數據來檢測損失信號；補償數據產生單元，用於基於所述損失信號補償參數使用隨機信號來產生對應於所述 損失信號的第一補償數據；和重定比例單元，用於產生對應於所述第一補償數據的比例因子，所述重定比例單元通 過向所述第一補償數據應用所述比例因子來產生第二補償數據。
7.如權利要求6所述的設備，其中所述損失信號對應於具有等於或小於基準值的頻譜 數據的信號。
8.如權利要求6所述的設備，其中所述損失信號補償參數包括補償等級信息，並且其 中所述第一補償數據的等級是基於所述補償等級信息來確定的。
9.如權利要求6所述的設備，進一步包括比例因子獲得單元，用於使用比例因子基準 值和比例因子差值來產生所述比例因子，其中所述比例因子基準值包括在所述損失信號補 償參數中。
10.如權利要求1所述的設備，其中所述第二補償數據對應於頻譜係數。
11.一種處理音頻信號的方法，包括基於掩蔽閾值通過應用掩蔽效應以量化輸入信號的頻譜係數的方式來產生比例因子 和頻譜數據；使用所述輸入信號的頻譜係數、所述比例因子和所述頻譜數據來確定損失信號；並且產生損失信號補償參數以補償所述損失信號。
12.如權利要求11所述的方法，其中所述損失信號補償參數包括補償等級信息和比例 因子基準值，其中所述補償等級信息對應於與所述損失信號的等級有關的信息，並且其中 所述比例因子基準值對應於與所述損失信號的比例有關的信息。
13.一種用於處理音頻信號的設備，包括量化單元，用於以通過基於掩蔽閾值應用掩蔽效應來量化輸入信號的頻譜係數的方式來產生比例因子和頻譜數據；和損失信號預測單元，用於使用所述輸入信號的頻譜係數、所述比例因子和所述頻譜數 據來確定損失信號，所述損失信號預測單元產生損失信號補償參數以補償所述損失信號。
14.如權利要求13所述的設備，其中所述補償參數包括補償等級信息和比例因子基準 值，其中所述補償等級信息對應於與所述損失信號的等級有關的信息，並且其中所述比例 因子基準值對應於與所述損失信號的比例有關的信息。
15.一種計算機可讀存儲介質，包括存儲在其中的數字音頻數據， 所述數字音頻數據包括頻譜數據、比例因子和損失信號補償參數，其中作為用於補償歸因於量化的損失信號的信息的所述損失信號補償參數包括補償 等級信息，並且其中所述補償等級信息對應於與所述損失信號的等級有關的信息。
全文摘要
公開了一種處理音頻信號的方法。本發明包括獲得頻譜數據和損失信號補償參數，根據所述頻譜數據來檢測損失信號，基於所述損失信號補償參數使用隨機信號來產生對應於所述損失信號的第一補償數據，並且產生對應於所述第一補償數據的比例因子以及通過向所述第一補償數據應用所述比例因子來產生第二補償數據。
文檔編號G10L19/00GK101933086SQ200880125880
公開日2010年12月29日 申請日期2008年12月31日 優先權日2007年12月31日
發明者尹聖龍, 房熙錫, 李顯國, 林宰顯, 金東秀 申請人:Lg電子株式會社