[发明专利]用以使用补丁边界对准处理输入音频信号的装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及音频源编码系统，该系统利用一用于高频重建（HFR）的谐波移调方法，且涉及数字效果处理器，例如所谓的激励器，其中谐波失真的产生增加了经处理的信号的亮度，并且涉及时间展宽器，其中信号的持续时间被延长同时维持原始的频谱内容。

背景技术

在PCT WO98/57436中，移调的概念被建立作为一种从一音频信号的一低频带再产生一高频带的方法。通过在音频编码中使用该概念可以获得位率的大量节约。在一基于HFR的音频编码系统中，被一核心波形编码器处理一低频带宽信号，且利用对描述解码器侧的目标频谱形状的极低位率进行移调及添加旁侧信息来再生较高频率。对于低位率，在核心编码信号的带宽窄的情况下，再生一具有感知愉悦特性的高频带变得越来越重要。在PCTWO98/57436中定义的谐波移调在具有低交叉频率的情形中对复杂音乐材料执行得很好。谐波移调的原理是一具有频率ω的正弦曲线映射到一具有频率Tω的正弦曲线，其中T＞1是一定义移调阶的整数。与此相比，基于单边带调制（SSB）为的HFR方法将一具有频率ω的正弦曲线映射到一具有频率ω+△ω的频率的正弦曲线，其中△ω是一固定频移。假设一核心信号具有低频带宽，SSB移调可能导致产生一不协和的振铃伪差。

为了达到尽可能好的音频质量，最新的高质量谐波HFR方法使用复杂的调制滤波器组，例如短时间傅立叶变换（STFT），以高频分辨率以及一高度过采样来达到期望的音频质量。需要精细分辨率来避免因非线性处理正弦曲线总和所引起的不想要互调制失真。在足够高频分辨率的情况下，即窄的子频带，高质量方法目的在于使每一子频带中具有一正弦曲线极大点。需要时间上的高度过采样以避免混叠型失真，且需要频率上的一定程度过采样以避免瞬时信号的预回声。明显的不足在于计算的复杂度会变高。

基于子频带区块的谐波移调是用于抑制互调制产物的另一HFR方法，在此情况下，采用一具有较粗频率分辨率及一低程度过采样的滤波器组，例如一多通道QMF组。在该方法中，一复子频带样本的时间区块被一普通整相器处理而数个调整试样的叠加形成一输出子频带样本。这具有抑制互调制产物的净效应，否则在输入子频带信号由数个正弦曲线组成时该互调制产物将会出现。基于以区块为基础的子频带处理的移调在计算复杂度上比高质量移调器低很多且对许多信号取得几乎相同的质量。然而，复杂度仍然远高于普通基于SSB的HFR方法，这是因为在一典型的HFR应用中需要多个分析滤波器组，各个滤波器组处理不同移调阶T的信号，以合成需要的带宽。此外，一通常的方式是使输入信号的采样率适配一具有固定大小的分析滤波器组，尽管滤波器组处理不同移调阶的信号。同时，也属常见的是对输入信号使用带通滤波器以获得经由不同移调阶处理、具有非重叠频谱密度的输出信号。

音频信号的存储或传输时常受到严格的位率限制。在过去，当只有一非常低的位率可利用时，编码器被迫大幅减少传输的音频带宽。现代音频编解码器现在能通过使用带宽扩展（BWE）方法[1-12]编码带宽信号。这些算法依赖高频成分（HF）的一参数表示，该高频成分是通过移调至HF频谱区域中（「修补」）且应用一参数驱动后处理从解码信号的低频部分（LF）生成。LF部分通过任何音频或语音编码器编码。举例而言，在[1-4]中描述的带宽扩展方法依赖单边带调制（SSB），通常也称为「复制」方法，以产生多个HF补丁。

近来，一种使用用于产生不同补丁的相位声码器组[15-17]的新算法已经被提出[13]（参见图20）。此一方法已被开发用来避免听觉粗糙，听觉粗糙通常在经过SSB带宽扩展的信号上观察到。尽管对许多音调信号为有利的，但称作“谐波带宽扩展”(HBE)的该方法容易发生包含在音频信号中的瞬时质量劣化[14]，原因在于在标准相位声码器算法中，不确定子频带之上的垂直一致性被保存，以及此外，必须地对变换（或可替换地，滤波器组）的时间区块进行相位重新计算。因此，对含有瞬时的信号部分需要特殊处理。

然而，因为BWE算法在一编解码器链的解码器侧执行，所以计算的复杂度是一严重问题。最先进的方法，尤其是基于相位声码器的HBE，与基于SSB方法相比，是以一大大增加的计算复杂度为代价之下得到的。

如同以上概略说明，现有的带宽扩展方案对一给定的信号区块仅应用一次修补方法，它是基于SSB的修补[1-4]或基于HBE声码器的修补[15-17]。另外，现代的音频编解码器[19-20]提供基于时间区块在可选择的修补方案之间全局切换修补方法的可能性。