用於部分複數處理的重疊濾波器組中的低延遲實復轉換的製作方法

2023-04-29 12:05:51

用於部分複數處理的重疊濾波器組中的低延遲實復轉換的製作方法
【專利摘要】一種重疊濾波器組的布置包括合成級和分析級。合成級接收被分割為時間塊的第一信號，並基於此輸出將被分析級接收的中間信號，所述中間信號形成用於計算被分割為時間幀的第二信號的基礎。在實施例中，合成級可操作為釋放比其輸出塊早L-1個時間塊的時間塊中的中間信號的近似值，所述近似值基於第一信號的任何可用時間塊而計算，以使得近似值在分析級中對第二信號有貢獻。延遲典型地減少L-1個塊。應用一般地包括音頻信號處理，特別地包括實復轉換。
【專利說明】用於部分複數處理的重疊濾波器組中的低延遲實復轉換
[0001]相關申請的交叉引用
[0002]本申請要求2012年2月24日提交的序號為61/602，848的美國臨時專利申請和2012年4月10日提交的序號為61/622，389的美國臨時專利申請的優先權，所有這些專利申請的全部內容特此弓I用併入這裡。

【技術領域】
[0003]本文中所公開的發明總地涉及數位訊號處理。更確切地說，本發明涉及用於對一個或多個音頻信號的頻域表示進行處理的重疊濾波器組的布置。

【背景技術】
[0004]在數位訊號處理領域中，存在其中兩個濾波器單向地或雙向地合作的許多應用。在單向關係中，一個濾波器可以接收另一個濾波器的輸出，並且對該輸出執行運算。作為一個例子，信號的頻域表示的實虛轉換可以按照先進行頻域到時域合成步驟、再進行時域到頻域分析的方式進行。因為變換濾波器就其本質而言引入了非零延遲，所以兩個或更多個濾波器的布置可能具有相當大的總延遲，這在某些情況下可能造成不便。由於這個原因和其他原因，已經提出了可替代的解決方案，包括在 申請人:的專利US 6，980，933中所描述的實虛轉換。然而，可取的是，除了該方法之外，還提出進一步的替代方案。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0005]現在將參照附圖描述本發明的實施例，其中:
[0006]圖1和圖2是充當音頻處理系統中的合成濾波器的有限脈衝響應(FIR)濾波器的概括框圖；
[0007]圖3a是在不同時刻示出基於輸入信號生成中間信號(y)並且進一步基於該中間信號生成輸出信號的兩個緩衝器的內容的簡化信號圖；
[0008]圖3b示出將與圖3a中所示的處理結合應用的示例分析窗口 ；
[0009]圖4和圖5示出充當音頻處理系統中的分析濾波器的FIR濾波器；
[0010]圖6、圖7和圖8示出在其中可以部署本發明的實施例的音頻處理系統；和
[0011]圖9是根據本發明的實施例的音頻處理方法的流程圖。
[0012]所有圖都是示意性的，並且一般僅示出了闡明本發明所必要的部分，而其他部分則可以省略或者僅僅被建議。除非另有指示，否則相似的標號在不同圖中指示相似的部分。

【具體實施方式】
[0013]1.概沭
[0014]本發明尤其提出了使得能夠對音頻信號的頻域表示中的係數進行高效率的實虛運算的方法和裝置。實虛運算可以通過先進行頻域到時域合成步驟、再進行時域到頻域分析來進行。本發明的示例實施例提供一種用於基於音頻信號的實頻域表示來提供該信號的部分復頻域表示的方法、以及用於執行該方法的音頻處理系統和電腦程式產品，該方法、音頻處理系統和電腦程式產品具有獨立權利要求中所闡述的特徵。
[0015]本發明的第一示例實施例提供一種音頻處理系統，其總體上包括以下組成部分:
[0016]?合成級，
[0017].分析級，通信地連接到合成級的輸出，以及
[0018].處理器。
[0019]處理器和合成級兩者都接收作為輸入的、信號的第一頻域表示的第一子帶範圍。處理器將第一頻域表示和分析級的輸出組合以形成所述信號在第一子帶範圍內的復頻域表示。處理器可以進一步接收作為輸入的、所述信號的第二子帶範圍的頻域表示，由此處理器可以被配置為將所述信號在所述信號的第一子帶範圍內的表示和第二子帶範圍內的表示兩者組合為所述信號的部分復頻域表示。優選地，第二子帶範圍是第一子帶範圍的補集，以使得這兩個範圍取盡所述信號的第一頻域表示。
[0020]分析級的輸出被稱為所述信號的第二頻域表示。每個頻域表示被分割為時間塊(或時隙)，這些時間塊包括N個採樣。每個塊的採樣的數量可以是可變的。然而，優選地，每個塊的採樣的數量是固定的。第一頻域表示被進一步分割為第一頻譜分量，這些第一頻譜分量表示所述信號在第一子帶範圍內的在多維空間的第一子空間中表達的頻譜內容。第二頻域表示被分割為第二頻譜分量，這些第二頻譜分量表示所述信號在第一子帶範圍內的在所述多維空間的第二子空間中表達的頻譜內容，第二子空間包括所述多維空間的不包括在第一子空間中的部分。第一頻域表示和第二頻域表示可以是正弦表示和餘弦表示，或者反過來。
[0021]在這個第一示例實施例中，合成級允許分析級訪問比其輸出時間塊早Cl1 > I個時間塊的時間塊中的中間時域表示的近似值。所述近似值基於第一頻域表示的任何可用時間塊而計算，其他時間塊被用默認時間塊取代，所述默認時間塊諸如為其全部採樣等於零或中性值的時間塊，所述中性值表示無信號能量(無傳感器激發)。如本文中所使用的，在給定時刻，合成級的輸出時間塊是最早時間塊，其中，第一頻域表示的一組時間塊(該組時間塊足以精確地計算同一時間塊(即，該最早時間塊))在合成級的正常操作中將可用。換句話講，假定以正常的或預期的方式接收第一頻域表示的時間塊，將可以在與Cl1個時間塊相應的時間過去之後將所述近似值改善為相同數量(時間塊)的精確值。在所述數據在該時刻可用的情況下，還將可以先驗地計算精確值，而不是改善可用的近似值。顯然，這個示例實施例的變型可以被配置為輸出兩個或更多個近似值，諸如時間塊序列的近似值。
[0022]在這個第一實施例中，進一步，所述近似值對信號的第二頻域表示有貢獻，只要分析級使用該近似值作為用於計算第二頻域表示的一個輸入或多個輸入之一。這意味著，分析級能夠提早至少一個時間塊地計算第二頻域表示的給定時間塊，這縮短了多帶濾波器的通過時間。
[0023]在示例實施例中，合成級是FIR濾波器脈衝響應[% Ii1 h2...hj，其中，每個係數是連續值的N矢量。基於輸入序列[& X1...xn]，FIR濾波器輸出輸出時間塊
Ls-1
yn = YjH1Xi^.。這裡，ο表示逐元素的矩陣乘法(Hadamard積)，並且求和也是逐元素的。N矢量4>由xn的子塊形成。從第一係數塊為非零Iitl關(O, O,, O)的意義上來講，
假定FIR濾波器是非平凡的(non-trivial),使得直到輸入了最年輕的輸入時間塊Xn，才能計算輸出時間塊yn。也就是說，FIR濾波器的階次為Ls。
[0024]在前面的示例實施例的進一步發展中，FIR濾波器包括用於存儲中間時域表示的不同時間塊的近似值的一個或多個輸出緩衝器。每當FIR濾波器接收到信號的第一頻域表示的新的時間塊，就更新緩衝器。更新在於將緩衝器值增加與相關的脈衝響應係數預乘(pre-multiplicat1n)的該新的時間塊。(如本公開中所使用的，預乘不是指值塊和係數塊的預期順序；事實上，逐元素乘法是可換的運算。)因此，與接收相對少量的更新的緩衝器相比，接收相對大量的更新的緩衝器存儲更加可靠的近似值。在最後一次重置(或刷新)之後緩衝器經過了全部數量Ls+Ι次更新之後，它包含有關時間塊的精確值。然而，在這個實施例中，時間塊的近似值在僅Ls+1-di次更新之後被釋放。換句話講，來自其餘的尚不可用的時間幀的貢獻猶如這些幀被設置為零一樣。
[0025]在示例實施例中，FIR濾波器包括用於存儲所接收的第一頻域表示的新近(recent)的時間塊的一個或多個輸入緩衝器。加權求和器負責生成比其正常輸出時間塊早Cl1個時間塊的時間塊的近似值。為此，加權求和器檢索Ls+1-di個緩衝器值，將這些緩衝器值預乘(脈衝響應係數的)相應的係數塊，並且以逐元素的方式對這些結果進行求和。
[0026]在示例實施例中，通過要求近似值的計算包括應用表示總脈衝響應質量的至少50%的脈衝響應係數塊來確保該近似值的計算的準確度。因此，假定為了計算近似值，使用係數卜hp+l hp+2…^ j，那麼，優選地

【權利要求】
1.一種音頻處理系統(600 ;700)，所述音頻處理系統包括用於提供信號的部分復頻域表示的多帶濾波器￠60 ;770)，所述多帶濾波器包括: 合成級￠91 ；710 ；810 ;870)，所述合成級接收信號的第一頻域表示的第一子帶範圍，所述第一頻域表示被分割為時間塊，並且包括第一頻譜分量，所述第一頻譜分量表示所述信號在所述第一子帶範圍內的在多維空間的第一子空間中表達的頻譜內容，並且基於所述第一子帶範圍輸出所述信號的中間時域表示； 分析級￠93 ；720 ；820 ;880)，所述分析級接收所述信號的中間時域表示，並且基於所述中間時域表示輸出所述信號的第二頻域表示，所述第二頻域表示被分割為時間塊，並且包括第二頻譜分量，所述第二頻譜分量表示所述信號在所述第一子帶範圍內的在所述多維空間的第二子空間中表達的頻譜內容，所述第二子空間包括所述多維空間的不包括在所述第一子空間中的部分；和 處理器￠40 ；740 ;860)，所述處理器接收所述信號的第二頻域表示和所述信號的第一頻域表示的第一子帶範圍和第二子帶範圍，並且組合這些子帶範圍以輸出所述信號的部分復頻域表示， 其中: 所述合成級能夠操作為釋放比其輸出塊早Cl1 ^ I個時間塊的時間塊中的所述中間時域表示的近似值，所述近似值是基於第一頻域表示的任何可用時間塊而計算的；並且所述近似值在所述分析級中對所述信號的第二頻域表示的時間塊有貢獻。
2.根據權利要求1所述的音頻處理系統，所述多帶濾波器還包括布置在所述多帶濾波器上遊的變換級￠60 ;701)，所述變換級接收輸入的所述信號的時域表示，並且輸出所述信號的第一頻域表示。
3.根據權利要求2所述的音頻處理系統，其中，所述變換級是包括以下的組中的一個: 實數值QMF分析組； 偽QMF分析組； 離散正弦或餘弦變換；
DCT-1I ；
DCT-1II ； 修正離散正弦或餘弦變換。
4.根據前面的任一權利要求所述的音頻處理系統，其中，所述合成級包括具有脈衝響應[h0 Ii1 h2...hj的第一有限脈衝響應濾波器FIR(100 ;200)，其中，係數塊h0 古(0，0，...，O)。
5.根據權利要求4所述的音頻處理系統，其中: 所述FIR濾波器包括用於存儲所述中間時域表示的近似值的一個或多個輸出緩衝器(101，102，103，104，105)； 所述第一頻域表示的新時間塊的接收觸發所述FIR濾波器將各個輸出緩衝器增加在預乘相應的脈衝響應係數塊之後的所述新的時間塊；並且 所述合成級允許所述分析級訪問所述緩衝器，所述緩衝器存儲比所述輸出塊早Cl1個時間塊的時間塊中的中間時域表示的近似值。
6.根據權利要求5所述的音頻處理系統，其中，如同所述第一頻域表示的任何不可用時間塊為零那樣計算所述中間時域表示的近似值。
7.根據權利要求4所述的音頻處理系統，其中，所述FIR濾波器包括: 一個或多個輸入緩衝器(201，202，203，204)，所述一個或多個輸入緩衝器用於存儲所述第一頻域表示的新近的時間塊；和 加權求和器(221)，所述加權求和器讀出少於Ls+Ι個的輸入緩衝器，應用所述脈衝響應係數塊的子集，並且輸出比所述輸出塊早Cl1個時間塊的時間塊中的中間時域表示的近似值。
8.根據權利要求5至7中的任何一個所述的音頻處理系統，其中，所述近似值的計算包括應用表示總脈衝響應質量的至少50 %的脈衝響應係數塊。
9.根據權利要求5至7中的任何一個所述的音頻處理系統，其中，所述近似值的計算包括應用連續脈衝響應係數塊序列hp+1 hp+2...其中，P彡1，所述序列包括所述脈衝響應的局部絕對極大值。
10.根據前面的任一權利要求所述的音頻處理系統，其中，所述分析級包括具有脈衝響? ? Si … I的第二有限脈衝響應濾波器FIR(400 ;500)，其中，係數塊g0 ^ (0，0，...，O)。
11.根據權利要求10所述的音頻處理系統，其中: 所述第二 FIR濾波器包括用於存儲第二頻域表示的近似值的一個或多個輸出緩衝器；從所述合成級接收所述中間時域表示的新時間塊觸發所述FIR濾波器以將輸出緩衝器的第一子集增加在預乘相應的脈衝響應係數塊之後的所述新時間塊；並且 從所述合成級接收所述中間時域表示的近似值觸發所述FIR濾波器以將輸出緩衝器的第二子集增加在預乘相應的脈衝響應係數塊之後的所述近似值，所述第二子集包括與所述輸出塊相應的輸出緩衝器。
12.根據權利要求10所述的音頻處理系統，其中，所述第二FIR濾波器包括: 一個或多個輸入緩衝器(401，402，403，404)，所述一個或多個輸入緩衝器用於存儲所述中間時域表示的新近的時間塊； 加權求和器，所述加權求和器用於讀出少於LA+1個的輸入緩衝器，應用所述脈衝響應係數塊的子集，加上預乘所述相應的脈衝響應係數塊之後的所述近似值，並將之作為輸出塊輸出。
13.根據權利要求10至12中的任何一個所述的音頻處理系統，其中，所述近似值的計算包括應用表示總脈衝響應質量的至少50%的脈衝響應係數塊。
14.根據權利要求10至12中的任何一個所述的音頻處理系統，其中，所述近似值的計算包括應用連續脈衝響應係數塊序列gp+1 gp+2...gisj，其中P彡1，所述序列包括所述脈衝響應的局部絕對極大值。
15.根據前面的任一權利要求所述的音頻處理系統，還包括第一延遲線出30;730;830 ;890)，所述第一延遲線接收所述信號的第一頻域表示的第二子帶範圍，並且使所述第一頻域表示與所述信號的第二頻域表示同步。
16.根據前面的任一權利要求所述的音頻處理系統，還包括第二延遲線(750)，所述第二延遲線接收所述信號的第一頻域表示的第一子帶範圍，並且使所述第一頻域表示的第一子帶與第二頻域表示同步。
17.根據權利要求15或16所述的音頻處理系統，其中，所述延遲線(730，750)中的至少一個被配置為通過執行以下操作之一來實現同步: a)臨時存儲其接收的信號； b)對其接收的信號進行時間戳記； c)形成數據結構，所述數據結構包括其接收的信號的時間塊、以及所述同步中所包括的另一信號的同步時間塊。
18.根據前面的任一權利要求所述的音頻處理系統，其中，所述第一子帶範圍是相對低的頻率範圍，所述第二子帶範圍是相對高的頻率範圍。
19.根據前面的任一權利要求所述的音頻處理系統，其中，所述系統是音頻編碼器。
20.根據前面的任一權利要求所述的音頻處理系統，其中，所述系統是音頻解碼器。
21.一種用於提供信號的部分復頻域表示的音頻處理方法，包括以下步驟: 接收信號的第一頻域表示的第一子帶範圍，所述第一頻域表示被分割為時間塊，並且包括第一頻譜分量，所述第一頻譜分量表示所述信號在所述第一子帶範圍內的在多維空間的第一子空間中表達的頻譜內容； 基於所述第一子帶範圍產生所述信號的中間時域表示； 基於所述中間時域表示產生所述信號的第二頻域表示，所述第二頻域表示被分割為時間塊，並且包括第二頻譜分量，所述第二頻譜分量表示所述信號在所述第一子帶範圍內的在所述多維空間的第二子空間中表達的頻譜內容，所述第二子空間包括所述多維空間的不包括在所述第一子空間中的部分； 使所述信號的所述第一頻域表示與所述信號的第二頻域表示同步；和 組合所述信號的第二頻域表示和所述信號的第一頻域表示的第一子帶範圍和第二子帶範圍以輸出所述信號的部分復頻域表示， 其中，產生第二頻域表示的步驟包括使用比最早時間塊早Cl1 > I個時間塊的時間塊中的中間時域表示的近似值，在該時間塊中，所述第一頻域表示的足以精確計算同一時間塊的一組時間塊將是可用的，所述近似值是基於所述第一頻域表示的任何可用時間塊而計算的。
22.—種數據載體，所述數據載體包括用於執行權利要求21的方法的計算機可讀指令。
【文檔編號】H03H17/02GK104170253SQ201380010296
【公開日】2014年11月26日 申請日期:2013年2月22日 優先權日:2012年2月24日
【發明者】L·維爾莫斯, H·默德 申請人:杜比國際公司