[发明专利]频谱编码装置、频谱解码装置、声音信号发送装置、声音信号接收装置及其使用方法

说明书

本申请为2004年10月25日提交的、名称为“频谱编码装置和频谱解码装置”的第200480030656.2号发明专利申请的分案申请。 

技术领域

本发明涉及扩展音频信号或者声音信号的频带来提高音质的方法，以及适用该方法的音频信号或者声音信号等的编码方法及解码方法。 

背景技术

用低位速度压缩声音信号或者音频信号的声音编码技术和音频编码技术，在移动通信中的电波等的传输线路容量及记录媒体的有效利用上是很重要的。 

将声音信号编码的声音编码中，存在由ITU-T(International Telecommunication Union Telecommunication Standardization Sector，国际电信联盟电信标准化组)标准化的G726、G729等方式。这些方式中，以窄带信号(300Hz～3.4kHz)为对象，可以用8kbit/s～32kbit/s高质量地进行编码。但是，由于像这样的窄带信号的频带过窄，最大仅为3.4Hz，其质量受到限制从而导致临场感较差。 

另外，在声音编码的领域中，存在把宽带信号(50Hz～7kHz)作为编码对象的方式。作为其代表性的方法，有ITU-T的G722·G722.1和3GPP(The 3rd Generaion Partnership Project，第三代合作项目)的AMR-WB等。这些方式，可以用位速度6.6kbit/s～64kbit/s进行宽带声音信号的编码。编码对象的信号为声音时，虽然宽带信号质量比较高，但是以音频信号为对象时，或者即使是声音信号，要求更高临场 感的质量时，也不是十分有把握。 

一般地，信号的最大频率达到10～15kHz程度时，就可以得到相当于FM收音机的临场感，如果达到20kHz程度，便可得到与CD相当的质量。对于这样的信号，适合由MPEG(Moving Picture Expert Group，运动图像专家组)标准化的3层方式和AAC方式等所代表的音频编码。但是，在进行这些音频编码方式时，由于编码对象的频带变宽，所以位速度也变大。 

在2001-521648号公报中，记载了作为用低位速度高质量地将宽频带信号编码的方法，通过把输入信号划分成低频带部和高频带部，高频带部置换代替低频带部的频谱，来降低全体位速度的技术。关于将这些以往技术适用于原信号时的处理状态，用图1A～D来说明。在这里为了便于说明，将以往技术适用于原信号的情况进行阐述。在图1A～D中，横轴表示频率，纵轴表示对数功率频谱。另外，图1A表示频带被限制在0≤K＜FH的原信号的对数功率频谱，图1B表示把同信号限制在0≤K＜FL时的对数功率频谱(FL＜FH)，图1C表示根据以往技术，使用低频带频谱来置换高频带频谱时的图，图1D表示使置换后的频谱按照频谱外形信息来调整置换频谱的形状时的图。 

如果按照以往技术，为了根据频谱达到0≤K＜FL的信号(图1B)来表示原信号的频谱(图1A)，高频带(该图是FL≤K＜FH)的频谱用低频带(0≤K＜FL)的频谱置换(图1C)。另外，为了简便起见，在这里对假设FL＝FH/2的关系时的情形进行了说明。接着，根据原信号的频谱包络信息，调整高频带的已置换的频谱的振幅值，求出估计原信号频谱的频谱(图1D)。 

发明内容

众所周知，一般声音信号或音频信号的频谱，如图2A所示，具有在某频率的整数倍出现频谱的尖峰的谐波结构。谐波结构在保持质量上是重要的信息，如果谐波结构发生偏移，便知道质量劣化了。图2A表示频谱分析某音频信号时的频谱。如该图所示，能看到原信号中间隔T的谐波结构。在这里把根据以往技术估计原信号的频谱的图， 用图2B表示。比较这2个图，从图2B中可知，置换方的低频带频谱(区域A1)和被置换方的高频带频谱(区域A2)中，虽然保持谐波结构，但是置换方的低频带频谱与被置换方的高频带频谱的连接部(区域A3)，其谐波结构已崩溃。它的起因是以往技术不考虑谐波结构的形状而进行置换的缘故。把估计频谱变换成时间信号试听时，由于这样的谐波结构的混乱，主观上就降低了质量。