感覺噪聲替換的製作方法
2023-06-14 11:37:01
專利名稱：感覺噪聲替換的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種在多通道音頻編碼系統中使用合成噪聲源的方法，用於對其中存在相關噪聲分量的一組音頻信號進行編碼。
通過僅對感覺上有關的噪聲源量，例如特定頻率範圍內噪聲的總聲能進行編碼，可以丟棄感覺上無關的音頻信息，以便可以獲得相當大的信號壓縮。國際申請WO99/04505描述了這樣的一種方法。在該方法中，基於頻帶檢測輸入信號的類噪聲分量。對類噪聲分量進行參數化，並且僅發送替換頻譜係數的總功率。在解碼器中，通過插入具有期望替換頻譜係數功率的隨機噪聲源來重構編碼音頻通道。
在多個音頻通道實際上顯現一定程度的互相關的情況下，這種直接替換將導致不自然的聽覺。這種不自然的感覺是由於人耳能夠識別來自不同方向的音頻信號之間的相關這一事實。信號之間的相關確定「立體聲聲象(stero image)」即聲源的空間感覺。如果兩通道揚聲器裝備中的左右信號完全相關，則人類聽覺系統將感覺此為位於揚聲器之間的單個聲源。如果信號不相關，則將感覺到位於左右揚聲器的兩個單獨聲源。部分相關的信號一般將被感覺為揚聲器之間的廣聲源。負相關甚至會導致所感覺的聲源位於揚聲器本部(speakerbase)之外。因此，如果左右揚聲器中聲音的相關丟失，則預期的立體聲效果將消失，並且聽者將感覺到不自然的聽覺。
換句話說，如果從多個音頻通道產生的聲音反映通過所述通道記錄的單個音頻源，則使用不相關噪聲源重構所述音頻源將顯得不自然。
在前述應用中，通過對在有效狀態下觸發合成器對於左右通道使用相同的噪聲源的一位比特值進行編碼來試圖補償上述效應。在通常無效的狀態下，從獨立噪聲源合成左右通道。
雖然與使用內在無關的噪聲源合成音頻通道相比，該措施提供一定的改進，但是合成聲音仍然缺乏自然度，這是因為實際上沒有使用描述通道之間的相關度的編碼音頻通道中的信息。因此，當使用該公知方法時，原始聲音的重構僅是部分可能的，並且耳朵仍然感覺到較不自然的聽覺。
本發明旨在消除上述問題，並且提供一種改進型音頻編碼，其中，通過所保持的通道之間的相關度，在感覺上接近原音地重構多音頻通道中的噪聲分量是可能的。
因此，本發明的方法包括以下步驟根據所述音頻信號之間的關係，確定噪聲源的組合(composition)，該組合為所述組合中的噪聲源是相互不相關的，從而噪聲源的所述組合以保持關係的方式合成所述噪聲分量。
根據本發明方法，從合成存在於音頻信號的至少一個頻帶中的感覺上有關、保持相關的噪聲分量的噪聲源組成存在於音頻信號中的噪聲分量。這些合成噪聲源是相互不相關的。因此，這些噪聲源可以通過獨立噪聲生成器來容易地重構。
雖然該方法可以應用於發送不作編碼的噪聲源，但是在一個優選實施例中，本發明方法還包括以下步驟通過為每個噪聲源確定一組用於合成所述源的噪聲參數和一組用於生成噪聲源的所述組合的變換參數，對噪聲源進行編碼。
而且，本發明的一個優選實施例包括以下步驟發送所述多組用於合成每個噪聲源的噪聲參數，並且發送所述一組用於形成所述多個噪聲源的變換參數。更具體地說，所述噪聲參數和所述變換參數通過正交化所述一組音頻通道的相關矩陣來確定。該正交化可以是逐幀執行的音頻通道之間的時變互相關。幀的大小可以取決於通過其通道間相關可以認為是不變的時間幀。
本發明最好適用於這樣一種情況，其中，該組音頻信號分成選定一組頻帶，其中至少一個頻帶包括類噪聲信號。存在於所述音頻信號中的非噪聲分量可以通過正弦編碼來編碼。
本發明還涉及一種用於對一組音頻通道進行編碼的多通道音頻編碼系統中使用合成噪聲源的編碼方法，該方法包括以下步驟接收多組用於合成多個噪聲源的噪聲參數，並且接收根據本發明方法確定的一組變換參數；響應所述噪聲參數，生成一組合成噪聲源；以及通過根據所述變換參數將每個音頻信號形成為多個噪聲源來生成一組音頻信號。
這樣，可以對編碼和發送的噪聲音頻信號進行解碼，並且可以合成對應的保持多通道相關的音頻信號。
而且，本發明涉及一種音頻編碼器，包括用於在所述音頻信號的至少一個頻帶中檢測一組音頻信號中的每一個之間的自相關和交叉相關的裝置；以及處理裝置，用於根據所述音頻源之間的關係確定噪聲源的組合，該組合為噪聲源是相互不相關的，從而噪聲源的所述組合以保持關係的方式合成所述噪聲分量。
編碼器還可以包括用於將所述多個噪聲源編碼為多組用於合成所述噪聲源中的每一個的噪聲參數的裝置，發送裝置，用於發送所述多組噪聲參數，並且發送所述一組用於形成所述多個噪聲源的變換參數。
同樣，本發明涉及一種音頻解碼器，包括接收裝置，用於接收多組用於合成多個噪聲源的噪聲參數，並且用於接收一組用於形成多個所述噪聲源的變換參數，一組噪聲生成器，用於響應噪聲參數，生成噪聲源；以及合成裝置，用於通過響應該組變換參數為每個音頻信號形成所述一組噪聲源中的多個，合成具有感覺上有關、保持相關的噪聲分量的音頻信號。
編碼器和解碼器可以是物理上不同的信號處理設備，或者可以作為單個信號處理設備中的一個或若干單元存在。傳輸可以是無線傳輸或者通過網際網路的傳輸，實際上它可以是任何類型的傳輸。傳輸還可以通過物理數據載體如磁碟或CD-ROM等來完成。
本發明還涉及一種數據載體，包括一組用於合成噪聲源的噪聲參數，並且包括根據上述方法的一組用於形成多個噪聲源的變換參數。
本發明的另外目的和特性將從附圖中變得清楚，其中
圖1是實現本發明的編碼方法的編碼設備的示意圖。
圖2是實現本發明的編碼方法的解碼設備的示意圖。
圖1示出用於對四通道音頻信號進行編碼的編碼器1。音頻通道以四個複合箭頭代表，每個箭頭2代表四個通道的一個音頻通道。對於本發明，通道的實際數目是無關的，因為顯然本發明方法可以應用於只要存在多於1個通道的任何音頻系統。音頻通道2由在至少一個頻帶中包括噪聲分量的音頻信號組成。在實際實施例中，具有可聽頻率分量的音頻信號通常分成若干(通常是對數成比例的)頻帶，不過本發明的方法也可以直接在全帶寬音頻信號上執行。對於這些頻帶中的每一個或特定個數(尤其是人耳對相關信號敏感的有關頻帶中)，可以應用本發明方法。
多通道信號2在濾波級3中濾波。濾波器3將音頻信號分成噪聲部分4和非噪聲部分5。信號2的非噪聲部分5送往正弦編碼電路6。該電路6生成壓縮編碼數據7，它代表所述音頻信號2的非噪聲音頻信息。
噪聲部分4送往根據本發明以保持相關的方式對噪聲進行編碼的電路8。在所述電路8中，確定所述音頻信號之間的關係，並且識別噪聲源的組合，該組合為所述組合中的噪聲源是相互不相關的，以便噪聲源的所述組合以保持關係的方式合成所述噪聲分量。
所述音頻信號之間的關係通過測量音頻通道2的自相關係數和交叉相關係數來確定。該相關信息可以在表達自相關係數和互相關係數的相關矩陣中表示。在該矩陣中，係數S(i)S(i)表達通道S(i)的自相關；係數S(i)S(j)表達通道S(i)與通道S(j)之間的互相關；i和j是表示所述多通道系統的特定一個通道的某整數。
根據該相關矩陣計算一組變換參數9，變換參數9提供給發送器10。變換參數9涉及用於合成噪聲源的有關參數。這些變換參數可以包括與每個不相關噪聲信號的能量相對應的噪聲源的自相關以及描述所述噪聲源之間的特定關係的互相關。這些參數9要由解碼器接收以對一組所生成的噪聲源執行反變換，後面將參照圖2對此作進一步說明。
然後，將變換參數9與經過正弦編碼的非噪聲信號7進行組合，並且作為編碼信號11由發送器10發送。傳輸可以是無線傳輸或者通過網際網路的傳輸，實際上它可以是任何類型的傳輸。傳輸還可以通過物理數據載體如磁碟或CD-ROM等來完成。
在圖2中，實質上，在用於將信號11解碼成一組音頻信號21的解碼器12中示出了圖1的方案的反面。信號11包括根據本發明方法的用於形成多個噪聲源的一組變換參數。
在第一分裂級13，從信號11中提取變換參數9和編碼非噪聲信號7。非噪聲信號7提供給正弦解碼器14，從而輸出音頻通道21的非噪聲部分51。
變換參數9提供給包括一組獨立(隨機)噪聲生成器16的噪聲源生成級15。變換參數9表示每個噪聲生成器16的噪聲電平(包括可能的零電平)；另外，可以為噪聲源指定其他參數例如包絡形式。噪聲生成器16生成對於每個音頻信號21響應該組變換參數9形成為多個噪聲源的一組相互不相關的噪聲源，從而為音頻信號21合成感覺上有關、保持相關的噪聲分量41。在組合級17中，組合保持相關的噪聲分量41和非噪聲部分51，並且輸出音頻通道21，它們是圖1的音頻通道2的感覺上有關的重構。
本領域的技術人員應該清楚，本發明不限於參照附圖所述的實施例，而是可以包括各種類型的變動。例如，雖然在所述實施例中使用正弦編碼來對信號的非噪聲部分進行編碼，但是也可以應用其他類型的編碼，如波形編碼或霍夫曼編碼。另外，包括非噪聲部分在內的作為一個整體的音頻通道也可以根據上述變換參數來變換。而且，可以使用不同參數等應用其他類型的噪聲編碼。該方法可以應用於多通道音頻系統的音頻通道的單個有關頻帶。該方法也可以應用於多通道音頻系統中選定個數的通道。這些和其他變動都被認為屬於所附權利要求的保護範圍內。
標號1.編碼器2.複合箭頭3.濾波級4.噪聲部分5.非噪聲部分6.正弦編碼電路7.編碼數據8.噪聲編碼電路9.變換參數10.發送器11.編碼信號12.解碼器13.分裂級14.正弦解碼器15.噪聲源生成級16.噪聲生成器17.組合級
權利要求
1.一種在多通道音頻編碼系統中使用合成噪聲源的方法，用於對其中存在相關噪聲分量的一組音頻信號進行編碼，該方法包括以下步驟根據所述音頻信號之間的關係，確定一種噪聲源的組合，該組合為這樣的，即所述組合中的噪聲源互不相關，從而噪聲源的所述組合以保持其相互關係的方式合成所述噪聲分量。
2.根據權利要求1所述的方法，還包括以下步驟通過為每個噪聲源確定一組用於合成所述源的噪聲參數和一組用於生成噪聲源的所述組合的變換參數，對噪聲源進行編碼。
3.根據權利要求1或2所述的方法，還包括以下步驟發送所述用於合成每個噪聲源的噪聲參數組，並且發送所述用於形成所述多個噪聲源的變換參數組。
4.根據前面權利要求中的任一項所述的方法，其中，逐幀地確定互不相關的噪聲源。
5.根據前面權利要求中的任一項所述的方法，其中，存在於所述音頻信號中的非噪聲分量通過正弦編碼方式來編碼。
6.根據前面權利要求中的任一項所述的方法，其中，所述變換參數通過正交化所述音頻通道組的相關矩陣來確定。
7.根據前面權利要求中的任一項所述的方法，其中，所述音頻信號組分成選定的一組頻帶，其中至少一個頻帶包括類噪聲信號。
8.一種在多通道音頻編碼系統中使用合成噪聲源的方法，用於對一組音頻通道進行編碼的，該方法包括以下步驟接收多組用於合成多個噪聲源的噪聲參數，並且接收根據權利要求1所述的方法確定的一組變換參數；響應所述噪聲參數，生成一組合成噪聲源；以及通過根據所述變換參數將每個音頻信號形成為多個噪聲源來生成一組音頻信號。
9.一種編碼器，用於對根據權利要求1至6中的任一項所述的方法編碼的音頻信道進行編碼，該編碼器包括用於在所述音頻信號的至少一個頻帶中檢測一組音頻信號中的每一個之間的自相關和交叉相關的裝置；以及處理裝置，用於根據所述音頻源之間的關係確定噪聲源的組合，該組合為這樣的，即所述組合中的噪聲源互不相關，從而噪聲源的所述組合以保持其相互關係的方式合成所述噪聲分量。
10.如權利要求8所述的編碼器，還包括用於將所述多個噪聲源編碼為多組用於合成所述噪聲源中的每一個的噪聲參數的裝置，發送裝置，用於發送所述多組噪聲參數，並且發送所述一組用於形成所述多個噪聲源的變換參數。
11.一種解碼器，用於接收根據權利要求1至6中的任一項編碼和變換的音頻通道，該解碼器包括接收裝置，用於接收多組用於合成多個噪聲源的噪聲參數，並且用於接收一組用於形成多個所述噪聲源的變換參數，一組噪聲生成器，用於響應噪聲參數，生成噪聲源；以及合成裝置，用於通過響應該組變換參數為每個音頻信號形成所述一組噪聲源中的多個，合成具有感覺上有關、保持相關的噪聲分量的音頻信號。
12.一種數據載體，包括一組用於合成不相關噪聲源的噪聲參數，並且包括根據權利要求1至7中的任一項所述的方法的一組用於形成多個噪聲源的變換參數。
全文摘要
一種用於對其中存在相關噪聲分量的一組音頻信號進行編碼的多通道音頻編碼系統中使用合成噪聲源的方法，該方法包括以下步驟根據所述音頻信號之間的關係，確定噪聲源的組合，該組合為所述組合中的噪聲源是相互不相關的，從而噪聲源的所述組合以保持關係的方式合成所述噪聲分量。該方法還可以包括以下步驟通過為每個噪聲源確定一組用於合成所述源的噪聲參數和一組用於生成噪聲源的所述組合的變換參數，對噪聲源進行編碼。
文檔編號G10L19/012GK1589467SQ02823226
公開日2005年3月2日 申請日期2002年11月4日 優先權日2001年11月23日
發明者L·M·范德克霍夫, A·W·J·奧門 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司