編碼設備和編碼方法技術

本發明專利技術公開了一種編碼設備和編碼方法。該編碼設備包括：子帶劃分裝置，配置成將輸入信號劃分成多個子帶，并生成低頻子帶信號和高頻子帶信號；特征量計算裝置，配置成使用輸入信號和低頻子帶信號中的至少一個來計算特征量；偽高頻子帶功率計算裝置，配置成基于特征量來計算偽高頻子帶功率；偽高頻子帶功率差異計算裝置，配置成根據高頻子帶信號來計算高頻子帶功率，并計算偽高頻子帶功率差異；高頻編碼裝置，配置成對偽高頻子帶功率差異進行編碼，以生成高頻編碼數據；低頻編碼裝置，配置成對低頻信號進行編碼，以生成低頻編碼數據；以及多路復用裝置，配置成對低頻編碼數據和高頻編碼數據進行多路復用，以獲得輸出代碼串。

【技術實現步驟摘要】
編碼設備和編碼方法本申請為2010年9月29日提交的國際申請號為PCT/JP2010/066882、專利技術名稱為“頻帶擴展設備和方法、編碼設備和方法、解碼設備和方法、以及程序”的PCT申請的分案申請，該PCT申請進入中國國家階段日期為2012年4月6日，國家申請號為201080045206.6。
本專利技術涉及頻帶擴展設備和方法、編碼設備和方法、解碼設備和方法、以及程序，具體地涉及其中由于頻帶的擴展而使得音樂信號能夠以較高的音質進行播放的頻帶擴展設備和方法、編碼設備和方法、解碼設備和方法、以及程序。
技術介紹
近年來，通過網絡等來分發音樂數據的音樂分發服務越來越被廣泛地使用。對于這樣的音樂分發服務，通過編碼音樂信號而獲得的編碼數據被作為音樂數據分發。作為音樂信號的編碼方法，抑制編碼數據的文件容量并降低比特率以便于減小降低在下載事件中花費的時間量的編碼方法已成為主流。這樣的音樂信號編碼方法大體上分為：例如MP3(MPEG(運動圖像專家組)音頻層3)(國際標準ISO/IEC11172-3)等的編碼方法；以及例如HE-AAC(高效MPEG4AAC)(國際標準ISO/IEC14496-3)等的編碼方法。在由MP3代表的編碼方法中，刪除了很難被人耳檢測到的、大約15kHz或更高的高頻帶(下文稱為“高頻”)的音樂信號分量，并對剩余的低頻帶(下文稱為“低頻”)的信號分量進行編碼。這種編碼方法在下文中將被稱為高頻刪除編碼方法。關于該高頻刪除編碼方法，可以抑制編碼數據的文件容量。然而，高頻聲音可以盡管極細微地被人檢測到，所以如果根據通過解碼所述編碼數據獲得的解碼后的音樂信號來生成并輸出聲音，會發生音質的劣化，例如丟失原始聲音所具有的真實感或聲音變得低沉。相反地，在由HE-AAC代表的編碼方法中，從高頻信號分量中提取特征信息，并且該特征信息與低頻信號分量一起編碼。這種編碼方法將在下文中稱為高頻特征編碼方法。在高頻特征編碼方法中，只有高頻信號分量的特征信息被編碼為與高頻信號分量相關的信息，由此可以在抑制音質的劣化的同時提高編碼效率。在解碼已使用高頻特征編碼方法進行編碼的編碼數據中，低頻信號分量和特征信息被解碼，并且根據解碼之后的低頻信號分量和特征信息來生成高頻信號分量。從而，通過根據低頻信號分量生成高頻信號分量，這種擴展低頻信號分量的頻帶的技術在下文將被稱為頻帶擴展技術。作為頻帶擴展技術的應用示例，會存在在對使用上述高頻刪除編碼方法的編碼數據進行解碼之后的后處理。在該后處理中，通過從解碼之后的低頻信號分量中生成在編碼中丟失的高頻信號分量來對低頻信號分量的頻帶進行擴展(參見PTL1)。注意，在PTL1中的用于頻帶擴展的方法在下文中將被稱為PTL1帶擴展方法。關于PTL1帶擴展方法，設備根據輸入信號的功率譜來估計高頻功率譜(下文在適用的情況下稱為高頻包絡)，其中使用解碼之后的低頻信號分量作為輸入信號，并根據所述低頻信號分量生成具有所述高頻的頻率包絡的高頻信號分量。圖1示出了作為輸入信號的解碼后的低頻功率譜以及估計的高頻包絡的示例。在圖1中，豎軸表示對數方式的功率，而橫軸表示頻率。設備根據與輸入信號相關的編碼格式的類型以及例如為采樣率、比特率等的信息(下文稱為“邊信息”)來確定高頻信號分量的低頻端的頻段(下文稱為“擴展起始頻段”)。接著，設備將作為低頻信號分量的輸入信號劃分成多個子帶信號。設備求出劃分之后的多個子帶信號，即，從擴展起始頻段開始的、在低頻率側(下文簡稱為“低頻側”)上的多個子帶信號的每一個子帶信號的功率的時間方向的每個組的平均值(下文稱為“組功率”)。如圖1所示，設備使用在低頻側的多個子帶信號的各個組功率的平均值來作為功率，并使用擴展起始頻段的下邊緣上的頻率處的點來作為起點。設備估計以預定的斜率通過起點的線性線來作為從擴展起始頻段開始的在高頻率側(下文稱為高頻側)的頻率包絡。注意，用于起點的功率方向的位置可以由用戶來調節。設備根據在低頻側的多個子帶信號生成在高頻側的多個子帶信號的每一個，以如所估計的那樣變成在高頻側的頻率包絡。設備將添加在高頻側的多個生成的子帶信號，以作為高頻信號分量，并且進一步地添加低頻信號分量并進行輸出。從而，在頻帶擴展之后的音樂信號變得更接近原始音樂信號。因此，可以播放具有較高音質的音樂信號。以上描述的PTL1頻段擴展方法具有如下優點：能夠在解碼音樂信號的編碼數據之后擴展音樂信號的頻帶，其中這樣的編碼數據具有各種高頻刪除編碼方法和各種比特率。引用列表專利文獻PTL1：日本未審查專利申請公報No.2008-139844
技術實現思路
技術問題然而，PTL1頻段擴展方法可以對于如下點進行改進：估計的高頻側頻率包絡是具有預定斜率的線性線，即，對于頻率包絡的形狀是固定的這點。也就是說，音樂信號的功率譜具有各種形狀，并且取決于音樂信號的類型不少情況將會從使用PTL1頻段擴展方法估計的高頻側頻率包絡發生較大的變化。圖2示出了攻擊型的音樂信號(攻擊型音樂信號)的原始功率譜的示例，其伴隨有時間上的突變，例如當大聲擊鼓一次時。注意，圖2還一起示出了作為輸入信號的攻擊性音樂信號的低頻側信號分量以及按照PTL1頻段擴展方法根據該輸入信號估計的高頻側頻率包絡。如圖2中所示，攻擊型音樂信號的原始高頻側功率譜近似平坦。相反地，估計的高頻側頻率包絡具有預定的負斜率，即使在起點處將它調整到更接近原始功率譜的功率，與原始功率譜的差異也會隨著頻率的增加而增加。從而，對于PTL1頻段擴展方法，估計的高頻側頻率包絡不能夠以高的精確度實現原始高頻側頻率包絡。因此，如果聲音從頻帶擴展之后的音樂信號中生成并輸出，則從聽的角度來看，與原始聲音相比，將會丟失聲音的清晰度。另外，對于例如上述HE-ACC等的高頻特征編碼方法，高頻側頻率包絡被用作為待編碼的高頻信號分量的特征信息，但是，需要解碼側以高度精確的方式來再生原始高頻側頻率包絡。本專利技術已將這樣的情況納入考慮，并使得音樂信號能夠由于頻帶的擴展而以高音質播放。問題的解決方案根據本專利技術的第一方面的頻帶擴展設備，包括：信號劃分裝置，所述信號劃分裝置被配置成將輸入信號劃分成多個子帶信號；特征量計算裝置，所述特征量計算裝置被配置成使用所述輸入信號和由所述信號劃分裝置所劃分的多個子帶信號中的至少一個來計算表示所述輸入信號的特征的特征量；高頻子帶功率估計裝置，所述高頻子帶功率估計裝置被配置成基于由所述特征量計算裝置所計算的特征量來計算高頻子帶功率的估計值，所述高頻子帶功率是具有高于所述輸入信號的頻帶的頻帶的子帶信號的功率；以及高頻信號分量生成裝置，所述高頻信號分量生成裝置被配置成基于由所述信號劃分裝置所劃分的多個子帶信號和由所述高頻子帶功率估計裝置所計算的高頻子帶功率的估計值來生成高頻信號分量；從而使用由所述高頻信號分量生成裝置所生成的高頻信號分量來擴展所述輸入信號的頻帶。特征量計算裝置可以計算作為所述多個子帶信號的功率的低頻子帶功率，以作為特征量。特征量計算裝置可以計算作為所述多個子帶信號的功率的低頻子帶功率的時間變化，以作為特征量。特征量計算裝置可以計算所述輸入信號在預定頻帶中的最大功率與最小功率之間的差異，以作為特征量。特征量計算裝置可以計算所述輸入信號在預定頻帶中的功率的最大值與最小值之間的差本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種編碼設備，包括：子帶劃分裝置，所述子帶劃分裝置被配置成將輸入信號劃分成多個子帶，并生成由在低頻側的多個子帶組成的低頻子帶信號和由在高頻側的多個子帶組成的高頻子帶信號；特征量計算裝置，所述特征量計算裝置被配置成使用所述輸入信號和由所述子帶劃分裝置生成的所述低頻子帶信號中的至少一個來計算表示所述輸入信號的特征的特征量；偽高頻子帶功率計算裝置，所述偽高頻子帶功率計算裝置被配置成基于由所述特征量計算裝置所計算的所述特征量來計算作為所述高頻子帶信號的偽功率的偽高頻子帶功率；偽高頻子帶功率差異計算裝置，所述偽高頻子帶功率差異計算裝置被配置成根據由所述子帶劃分裝置所生成的所述高頻子帶信號來計算作為所述高頻子帶信號的功率的高頻子帶功率，并計算偽高頻子帶功率差異，所述偽高頻子帶功率差異是相對于由所述偽高頻子帶功率計算裝置所計算的所述偽高頻子帶功率的差異；高頻編碼裝置，所述高頻編碼裝置被配置成對由所述偽高頻子帶功率差異計算裝置所計算的所述偽高頻子帶功率差異進行編碼，以生成高頻編碼數據；低頻編碼裝置，所述低頻編碼裝置被配置成對作為所述輸入信號的低頻信號的低頻信號進行編碼，以生成低頻編碼數據；以及多路復用裝置，所述多路復用裝置被配置成對由所述低頻編碼裝置生成的所述低頻編碼數據和由所述高頻編碼裝置生成的所述高頻編碼數據進行多路復用，以獲得輸出代碼串。...

【技術特征摘要】
2009.10.07 JP 2009-233814;2010.04.13 JP 2010-092681.一種編碼設備，包括：子帶劃分裝置，所述子帶劃分裝置被配置成將輸入信號劃分成多個子帶，并生成由在低頻側的多個子帶組成的低頻子帶信號和由在高頻側的多個子帶組成的高頻子帶信號；特征量計算裝置，所述特征量計算裝置被配置成使用所述輸入信號和由所述子帶劃分裝置生成的所述低頻子帶信號中的至少一個來計算表示所述輸入信號的特征的特征量；偽高頻子帶功率計算裝置，所述偽高頻子帶功率計算裝置被配置成基于由所述特征量計算裝置所計算的所述特征量來計算作為所述高頻子帶信號的偽功率的偽高頻子帶功率；偽高頻子帶功率差異計算裝置，所述偽高頻子帶功率差異計算裝置被配置成根據由所述子帶劃分裝置所生成的所述高頻子帶信號來計算作為所述高頻子帶信號的功率的高頻子帶功率，并計算偽高頻子帶功率差異，所述偽高頻子帶功率差異是相對于由所述偽高頻子帶功率計算裝置所計算的所述偽高頻子帶功率的差異；高頻編碼裝置，所述高頻編碼裝置被配置成對由所述偽高頻子帶功率差異計算裝置所計算的所述偽高頻子帶功率差異進行編碼，以生成高頻編碼數據；低頻編碼裝置，所述低頻編碼裝置被配置成對作為所述輸入信號的低頻信號的低頻信號進行編碼，以生成低頻編碼數據；以及多路復用裝置，所述多路復用裝置被配置成對由所述低頻編碼裝置生成的所述低頻編碼數據和由所述高頻編碼裝置生成的所述高頻編碼數據進行多路復用，以獲得輸出代碼串；其中，所述偽高頻子帶功率差異計算裝置基于每個子帶的所述偽高頻子帶功率和所述高頻子帶功率來針對用于計算所述偽高頻子帶功率的多個系數中的每一個計算評價值；并且其中，所述高頻編碼裝置生成指示作為最高評價值的所述評價值的系數的索引，以作為所述高頻編碼數據。2.根據權利要求1所述的編碼設備，還包括：低頻解碼裝置，所述低頻解碼裝置被配置成對由所述低頻編碼裝置生成的所述低頻編碼數據進行解碼，以生成低頻信號；其中，所述子帶劃分裝置根據由所述低頻解碼裝置生成的所述低頻信號來生成所述低頻子帶信號。3.根據權利要求1所述的編碼設備，其中，所述高頻編碼裝置計算在所述偽高頻子帶功率差異與在預定的多個偽高頻子帶功率差異空間中的代表向量或代表值之間的相似度，以生成與其相似度是最大值的代表向量或代表值對應的索引，以作為所述高頻編碼數據。4.根據權利要求1所述的編碼設備，其中，所述偽高頻子帶功率差異計算裝置基于每個子帶的所述...

【專利技術屬性】
技術研發人員：山本優樹，知念徹，本間弘幸，光藤祐基，
申請(專利權)人：索尼公司，
類型：發明
國別省市：日本;JP