[发明专利]音频信号合成器及音频信号编码器

说明书

本发明涉及用于产生合成音频信号的音频信号合成器、音频信号编码器及包含已编码音频信号的数据流。

自然的音频编码及语音编码是音频信号编译码的两个主要类别。自然的音频编码器通常用于在中等比特率下的音乐或任意信号且大体上提供宽音频频宽。语音编码器基本上限于语音再现且可在极低比特率下使用。宽带语音在窄带语音上提供主要的主观质量改良。通过增加该频宽不仅改良了语音的自然性，而且改良了扬声器的辨识及可懂性。因而宽带语音编码在下一代的电话系统中将是一个重要的课题。而且，由于多媒体领域的极大发展，音乐及其它非语音信号通过电话系统的高质量的传输及储存及对于例如无线电/电视(TV)传输或其它广播系统上的传输均为期望的功能。

为了大量地减小比特率，源编码可使用分带感知音频编译码器来执行。此等自然音频编译码在该信号中采用感知不相关及统计冗余。关于所给定的比特率限制，仅单单利用上述是不足的，取样率会被减小。通常也降低合成电平的量，允许偶尔可听见的量化失真，且通过两个或更多个声道的联合立体声编码或参数编码使立体声场退化。此等方法的过多使用导致恼人的感知下降。为了改良编码性能，诸如频谱带复制(SBR)的频带扩展方法作为用以在HFR(高频重建)式编译码中产生高频信号的有效方法。

在复制高频信号过程中，一种特定的转换可施加于例如低频信号，然后将转换的信号接着作为高频信号予以插入。此过程还被称为修补且可使用不同的转换。MPEG-4音频标准对所有音频信号仅使用一种修补算法。因此，其缺乏使修补适应不同的信号或编码方案的灵活性。

另一方面，MPEG-4标准提供对再生高频带的复杂处理，其中采用许多重要的SBR参数。此等重要的SBR参数是频谱包络的数据、用于增加至再生频谱部分的噪声基底的数据、使再生高频之音调适应原始高频之音调的反相滤波工具的信息及额外的频谱带复制处理数据(诸如缺漏谐波的数据)等。在滤波器组域内对由连续带通信号的修补所提供的复制的频谱的既定处理被证实可有效地提供高质量且在关于处理功率、内存需求及功率需求的合理资源下可实施。

另一方面，当发生已修补信号的另一处理时，修补发生在同一滤波器组中，以便在修补操作与该修补操作的结果的另一处理之间具有强烈关系。因而，在此组合的方法中，不同修补算法的实施是有问题的。

WO 98/57436揭露了用于与频谱包络调整相组合的频谱带复制中的变换方法。

WO 02/052545教导了信号可被分类为似脉冲列或非似脉冲列，且基于此分类提供一种自适应切换的变换器。该变换器平行地执行两个修补算法，且混合单元依据该分类(脉冲列或非脉冲列)，组合两个已修补的信号。响应包络及控制数据，在包络调整滤波器组中执行该变换器之间的实际切换或混合包络。另外，对于似脉冲列组信号，该基带信号转换至滤波器组域内，执行频率变换操作且对该频率变换结果的包络进行调整。这是结合修补/进一步处理的方法。对于似非脉冲列信号，提供频域变换器(FD变换器)且该频域变换器的结果接着被转换为该滤波器组域，在此过程中执行该包络调整。因而，一方面具有结合修补/进一步处理的方法，且在另一方面具有位于供该包络调整发生的该滤波器组外的频域变换器的灵活性及实施的可能性均是存在问题的。

本发明的一个目的是提供一种提高质量且允许有效实施的合成器。

此目的通过根据权利要求1的合成器、根据权利要求9的编码器、根据权利要求13的合成音频信号的生成方法以及权利要求14提供的数据流的生成方法来实现。

本发明基于下列发现：一方面修补操作，另一方面对修补操作输出的进一步处理必须完全地在独立域中执行的发现。一方面这对在补丁生成器内优化不同修补算法提供了灵活性，及另一方面对无论采用基础修补算法总是使用同一包络调整提供了灵活性。因而，在频谱域(在其中发生包络调整)之外任何已修补信号允许不同修补算法灵活应用于完全地独立于后续SBR的进一步处理修补的不同的信号部分，且设计者不必考虑来自包络调整的修补算法的细节，并且不必考虑对于特定包络调整的修补算法的细节。相反地，频谱带复制的不同分量，即一方面修补操作及另一方面对于该修补结果的进一步处理可相互独立地予以执行。这意味着在整个频谱带复制中，修补算法分别予以执行，结果是对修补及剩余SBR操作可相互独立地优化，且因而对于未来的修补算法等是灵活的，修补算法可简单地予以应用而不用改变在频谱域中(其中未发生任何修补)所执行的对于修补结果的进一步处理的任何参数。