CN101010985A - 立体声信号生成装置及立体声信号生成方法 - Google Patents

Abstract

一种能够以低的比特率得到再现性好的立体声信号的立体声信号生成装置。在该立体声信号生成装置(90)中，FT部分(901)将时域的单声道信号M’_t变换为频域的单声道信号M’，功率谱运算部分(902)求功率谱P_M’，缩放比计算部分(904a)求对于左声道的缩放比S_L，缩放比计算部分(904b)求对于右声道的缩放比S_R，乘法部分(905a)对频域的单声道信号M’乘以缩放比S_L而生成立体声信号的左声道信号L”，乘法部分(905b)对频域的单声道信号M’乘以缩放比S_R而生成立体声信号的右声道信号R”。

Description

立体声信号生成装置及立体声信号生成方法

技术领域

本发明涉及立体声信号生成装置以及立体声信号生成方法，特别涉及根据单声道信号以及信号参数来生成立体声信号的立体声信号生成装置以及立体声信号生成方法。

背景技术

在大部分的语音编解码器(codec)中，仅对语音的单声道信号进行编码。单声道信号不像立体声这样提供空间信息。这样的单声道编解码器一般被利用于例如由人的发声等单一源生成信号这样的携带电话和远程电信会议设备等通信设备中。以往，由于发送带宽的制约，这样的单声道信号也足够。但是，随着由于技术进步带宽被改善，该制约逐渐不具有重要性。另一方面，语音质量成为应考虑的重要要素，重要的是以尽可能低的比特率来提供高质量的语音。

这里，立体声功能有助于改善感觉的语音质量。作为立体声功能的用途之一，有在同时存在多个讲话者的状况下，能够识别讲话者的位置的高质量的远程电信会议设备。

当前，立体声语音编解码器与立体音频编解码器相比，不很一般化。在音频编码中，能够通过各种方法实现立体音响编码，在音频编码中立体声功能被认为是标准。通过将左右两个声道独立作为双声道进行编码，能够实现立体声效果。此外，也可以利用左右两个声道间的冗余性来作为联合立体声(joint stereo)进行编码，由此能够保持好的质量，同时降低比特率。联合立体声可以使用中侧(MS，Middle Side)立体声和强度(I，Intensity)立体声来进行。通过一并使用这两个方法，能够实现更高的压缩率。

这些音频编码中存在如下的缺点。即，在对左右声道独立进行编码的情况下，由于不能利用声道间的相关冗余性降低比特率，所以浪费带宽。因此，立体声道与单声道相比需要两倍的比特率。

此外，在MS立体声中，利用立体声道间的相关性。在MS立体声中，在为窄带宽发送而以低的比特率进行编码时，容易产生折叠失真，信号的立体成象也受影响。

此外，关于I立体声，人的听觉系统对高频分量进行分解的能力在高频带降低，因此I立体声仅在高频带中有效，在低频带中无效。

此外，大多数语音编解码器被认为是通过使用线性预测法的变形的参数来将人的声道模型化而产生作用的参量编码，联合立体声法也不适于立体声语音编解码器。

这里，类似于音频编解码器的语音编解码方法之一有将立体声语音的各声道独立地编码，由此来实现立体声效果的方法。但是，该编解码方法中存在与仅对单声道源进行编码相比使用两倍的带宽这样的与音频编解码器的缺点相同的缺点。

此外，作为其它的语音编解码方法，有的使用交叉声道(cross channel)预测(例如，参照非专利文献1)。在该方法中，利用立体声信号中存在声道间相关的情况，将立体声声道间的强度差、延迟差以及空间差等冗余性进行模型化。

此外，作为其它的语音编解码方法，有使用参量空间音频的方法(例如，参照专利文献1)。该方法的基本想法是使用参数的集来表现语音信号。表现语音信号的这些参数为了再合成与原音在感觉上类似的信号而在解码侧被使用。在该方法中，在将频带分割为被称作子带(sub band)的多个频带之后，对每个频带计算参数。各子带由几个频率分量或频带系数构成，越高频率的子带，分量数越多。例如，对各子带计算的参数之一是声道间电平差。该参数是左声道(L声道)和右声道(R声道)之间的功率比。该声道间电平差在解码侧被用于修正频带系数。由于对于各子带计算一个声道间电平差，所以同一声道间电平差被对该子带中的全部频带系数应用。这表示对于子带中的全部频带系数应用同一变更系数。

专利文献1：国际公开第03/090208号手册

非专利文献1：Ramprashad，S.A.，”Stereophonic CELP coding using CrossChannel Prediction”，Proc.IEEE Workshop on Speech Coding，Pages：136-138，(17-20 Sept.2000)

发明内容

但是，在使用上述交叉声道预测的语音编解码方法中，在复杂的系统中失去声道间的冗余性，由此，交叉声道预测的效果降低。因此，该方法仅在应用于ADPCM这样的简单的编解码的情况下有效。

此外，在使用上述参量空间音频的语音编解码方法中，对每个子带使用一个声道间电平差的结果，虽然比特率低，但在解码侧，在整个频率分量，电平变更的调整变得非常粗，再现性降低。

本发明的目的在于提供一种能够以低的比特率得到再现性好的立体声信号的立体声信号生成装置以及立体声信号生成方法。

本发明的立体声信号生成装置包括：变换部件，将由立体声信号的左右各声道的信号得到的时域的单声道信号变换为频域的单声道信号；功率计算部件，求所述频域的单声道信号的第一功率谱；缩放比计算部件，根据所述第一功率谱和所述立体声信号的左声道的功率谱的第一差分，求对于所述左声道的第一缩放比，同时根据所述第一功率谱和所述立体声信号的右声道的功率谱的第二差分，求对于所述右声道的第二缩放比；以及乘法部件，对所述频域的单声道信号乘以所述第一缩放比而生成所述立体声信号的左声道信号，同时对所述频域的单声道信号乘以所述第二缩放比而生成所述立体声信号的右声道信号。

根据本发明，能够以低的比特率得到再现性好的立体声信号。

附图说明

图1是本发明的一个实施方式的功率谱曲线图。

图2是上述实施方式的功率谱曲线图。

图3是上述实施方式的功率谱曲线图。

图4是上述实施方式的功率谱曲线图。

图5是上述实施方式的立体声信号的帧的功率谱曲线图(L声道)。

图6是上述实施方式的立体声信号的帧的功率谱曲线图(R声道)。

图7是表示上述实施方式的编码/解码系统的结构的方框图。

图8是表示上述实施方式的LPC分析部分的结构的方框图。

图9是表示上述实施方式的功率谱运算部分的结构的方框图。

图10是表示上述实施方式的立体声信号生成装置的结构的方框图。

图11是表示上述实施方式的立体声信号生成装置的其它结构的方框图。

图12是表示上述实施方式的功率谱运算部分的结构的方框图。

图13是表示上述实施方式的LPC分析部分的其它结构的方框图。

图14是表示上述实施方式的功率谱运算部分的其它结构的方框图。

具体实施方式

在本发明中，使用单声道信号以及来自立体声源的LPC参数的组来生成立体声信号。在本发明中，使用L声道以及R声道的功率谱包络线以及单声道信号，生成L声道以及R声道的立体声信号。功率谱包络线可以认为是对于各声道的能量分散的近似值。因此，能通过除了单声道信号之外还使用L声道以及R声道的近似化了的能量分散来生成L声道以及R声道的信号。单声道信号可以使用标准的语音编码器/解码器或音频编码器/解码器来进行编码以及解码。在本发明中，使用LPC分析的性质来计算谱包络线。信号功率谱P的包络线，如以下的算式(1)所示，通过将全极滤波器的传递函数H(z)绘制曲线而得到。

[式1]

$P=20\log \left(\right|H\left(z\right)\left|\right)=20\log \left(\right|\frac{G}{1-\underset{k=1}{\overset{k=p}{\mathrm{\Σ}}}{a}_k{z}^{-k}}\left|\right)\·\·\·\left(1\right)$

这里，a_k是LPC系数，G是LPC分析滤波器的增益。

图1～图6中表示使用了上式(1)的曲线例子。虚线表示实际的信号功率，实线表示使用上式(1)得到的信号功率的包络线。

图1～图4在滤波器阶数P＝20中，表示不同特性的信号的几个帧的功率谱曲线。由图1～图4可知，包络线在整个频率间，非常忠实地沿着信号功率的上升、下降或其推移线。

此外，图5以及图6表示立体声信号的帧的功率谱曲线。图5表示L声道的包络线，图6表示R声道的包络线。由图5以及图6可知，L声道的包络线和R声道的包络线互相不同。

由此，立体声信号的L声道信号和R声道信号可以基于L声道和R声道的功率谱以及单声道信号来构成。因此，本发明中，能通过除了单声道信号之外仅使用来自立体声源的LPC参数来生成立体声输出信号。单声道信号可以通过标准的编码器来编码。另一方面，由于LPC参数被作为附加信息发送，因此与独立发送编码后的L声道信号和R声道信号的情况相比，LPC参数的发送仅需要相当少的带宽。此外，在本发明中，能通过使用L声道和R声道的功率谱来校正、调整各频率分量或频带系数。由此，对各频率分量都能够进行谱电平的细致的调整而不会给比特率增加负担。

以下，使用附图详细地说明本发明的实施方式。

图7表示本发明的一个实施方式的编码/解码系统的结构。在图7中，编码装置包含缩混(downmix)部分10、编码部分20、LPC分析部分30以及多路复用部分40而构成。此外，解码装置包含分离部分60、解码部分70、功率谱运算部分80以及立体声信号生成装置90而构成。另外，被输入编码装置的L声道信号L和R声道信号R假设已经为数字格式。

在编码装置中，缩混部分10对输入的L信号和R信号进行缩混从而生成时域的单声道信号M。编码部分20将单声道信号M编码后输出到多路复用部分40。另外，编码部分20可以是音频编码器或语音编码器的任何一个。

另一方面，LPC分析部分30通过LPC分析对L信号和R信号进行分析，求对于L声道和R声道各自的LPC参数，并输出到多路复用部分40。

多路复用部分40经由通信路径50将对编码后的单声道数据和LPC参数多路复用后的比特流发送到解码装置。

在解码装置中，分离部分60将接收到的比特流分离为单声道数据和LPC参数。单声道数据被输入解码部分70，LPC参数被输入功率谱运算部分80。

解码部分70对单声道数据进行解码。由此，得到时域的单声道信号M’_t。时域的单声道信号M’_t被输入立体声信号生成装置90，同时从解码装置被输出。

功率谱运算部分80使用输入的LPC参数，求L声道和R声道的功率谱P_L、P_R。这里求出的功率谱的曲线如图5以及图6所示。功率谱P_L、P_R被输入立体声信号生成装置90。

立体声信号生成装置90使用这三个参数、即时域的单声道信号M’_t、功率谱P_L、P_R，生成立体声信号L’、R’并输出。

接着，使用图8说明LPC分析部分30的结构。LPC分析部分30包含用于L声道的LPC分析部分301a以及用于R声道的LPC分析部分301b而构成。

LPC分析部分301a对于L声道信号L的全部输入帧进行LPC分析。通过该LPC分析，作为L声道的LPC参数而得到LPC系数a_L，k以及LPC增益G_L(k＝1，2，…，P：P是LPC滤波器的阶数)。

此外，LPC分析部分301b对于R声道信号R的全部输入帧进行LPC分析。通过该LPC分析，作为R声道的LPC参数而得到LPC系数a_R，k以及LPC增益G_R(k＝1，2，…，P：P是LPC滤波器的阶数)。

L声道的LPC参数以及R声道的LPC参数通过多路复用部分40而与单声道数据多路复用，生成比特流。该比特流经由通信路径50被发送到解码装置。

接着，使用图9说明功率谱运算部分80的结构。功率谱运算部分80包含脉冲响应形成部分801a、801b、FT(频率变换)部分802a、802b、对数运算部分803a、803b而构成。对功率谱运算部分80输入通过比特流被分离部分60分离而得到的各声道的LPC参数(即，LPC系数a_L，k，a_R，k)和LPC增益G_L，G_R。

对于L声道，脉冲响应形成部分801a使用LPC系数a_L，k以及LPC增益G_L来形成脉冲响应h_L(n)后输出到FT部分802a。FT部分802a将脉冲响应h_L(n)变换为频域而得到传递函数H_L(z)。因此，传递函数H_L(z)由以下的式子(2)表示。

[式2]

$H_L\left(z\right)=\frac{G_L}{1-\underset{k=1}{\overset{k=p}{\mathrm{\Σ}}}{a}_{L,k}{z}^{-k}}\·\·\·\left(2\right)$

对数运算部分803a求传递函数响应H_L(z)的对数振幅来绘制曲线。由此，得到L声道信号的近似化了的功率谱P_L的包络线。功率谱P_L由以下的式子(3)表示。

[式3]

P_L＝20log[|H_L(z)|]…(3)

另一方面，对于R声道，脉冲响应形成部分801b使用LPC系数a_R，k以及LPC增益G_R来形成脉冲响应h_R(n)后输出到FT部分802b。FT部分802b将脉冲响应h_R(n)变换为频域而得到传递函数H_R(z)。因此，传递函数H_R(z)由以下的式子(4)表示。

[式4]

$H_R\left(z\right)=\frac{G_R}{1-\underset{k=1}{\overset{k=p}{\mathrm{\Σ}}}{a}_{R,k}{z}^{-k}}\·\·\·\left(4\right)$

对数运算部分803b求传递函数响应H_R(z)的对数振幅来绘制曲线。由此，得到R声道信号的近似化了的功率谱P_R的包络线。功率谱P_R由以下的式子(5)表示。

[式5]

P_R＝20log[|H_R(z)]…(5)

L声道的功率谱P_L以及R声道的功率谱P_R被输入立体声信号生成装置90。此外，对立体声信号生成装置90输入由解码部分70解码后的时域的单声道信号M’_t。

接着，使用图10说明立体声信号生成装置90的结构。对立体声信号生成装置90输入时域的单声道信号M’_t、L声道的功率谱P_L以及R声道的功率谱P_R。

FT(频率变换)部分901使用频率变换函数将时域的单声道信号M’_t变换为频域的单声道信号M’。另外，在以后的说明中，只要不特别明记，所有的信号和运算都在频域中。

在单声道信号M’不是0的情况下，功率谱运算部分902按照以下的式子(6)来求单声道信号M’的功率谱P_M’。另外，在单声道信号M’是0的情况下，功率谱运算部分902将功率谱P_M’设定为0。

[式6]

P_M′＝10log(M′²)＝20log(|M′|)…(6)

在单声道信号M’不是0的情况下，减法部分903a按照以下的式子(7)来求L声道的功率谱P_L和单声道信号的功率谱P_M’的差D_PL。另外，在单声道信号M’是0的情况下，减法部分903a将差分值D_PL设定为0。

[式7]

D_PL＝P_L-P_M’  …(7)

缩放比计算部分904a使用差分值D_PL，按照以下的式子(8)来求对于L声道的缩放比S_L。由此，在单声道信号M’是0的情况下，缩放比S_L被设定为1。

[式8]

$S_L={10}^{\frac{D_{\mathrm{PL}}}{20}}\·\·\·\left(8\right)$

另一方面，在单声道信号M’不是0的情况下，减法部分903b按照以下的式子(9)来求R声道的功率谱P_R和单声道信号的功率谱P_M’的差D_PR。另外，在单声道信号M’是0的情况下，减法部分903a将差分值D_PR设定为0。

[式9]

D_PR＝P_R-P_M’…(9)

缩放比计算部分904b使用差分值D_PR，按照以下的式子(10)来求对于R声道的缩放比S_R。由此，在单声道信号M’是0的情况下，缩放比S_R被设定为1。

[式10]

$S_R={10}^{\frac{D_{\mathrm{PR}}}{20}}\·\·\·\left(10\right)$

乘法部分905a如以下的式子(11)所示这样，将单声道信号M’和对于L声道的缩放比S_L相乘。此外，乘法部分905b如以下的式子(12)所示这样，将单声道信号M’和对于R声道的缩放比S_R相乘。通过它们的相乘，生成立体声信号的L声道信号L”和R声道信号R”。

[式11]

L”＝M’×S_L  …(11)

[式12]

R”＝M’×SR  …(12)

由乘法部分905a得到的L声道信号L”以及由乘法部分905b得到的R声道信号R”虽然信号的大小是正确的，但正负的符号有时不正确。因此，在该阶段，将L声道信号L”以及R声道信号R”作为最终的输出信号时，有时输出再现性差的立体声信号。因此，符号决定部分100进行以下的处理来决定L声道信号L”以及R声道信号R”的正确的符号。

首先，通过加法部分906a以及除法部分907a，按照以下的式子(13)，求和信号M_i。加法部分906a将L声道信号L”和R声道信号R”相加，其相加结果由除法部分907a除以2。

[式13]

$M_i=\frac{L^{\′\′}+R^{\′\′}}{2}\·\·\·\left(13\right)$

此外，通过减法部分906b以及除法部分907b，按照以下的式子(14)，求差信号M_o。减法部分906b求L声道信号L”和R声道信号R”之差，其相减结果由除法部分907b除以2。

[式14]

$M_o=\frac{-L^{\′\′}+R^{\′\′}}{2}\·\·\·\left(14\right)$

接着，绝对值计算部分908a求和信号M_i的绝对值，减法部分910a求由绝对值计算部分909计算的单声道信号M’的绝对值与和信号M_j的绝对值之差，绝对值计算部分911a求由减法部分910a计算出的差分值的绝对值D_Mi。因此，由绝对值计算部分911a计算出的绝对值D_Mi由以下的式子(15)表示。该绝对值D_Mi被输入比较部分915。

[式15]

D_Mi＝||M′|-|M_i||…(15)

同样，绝对值计算部分908b求差信号M_o的绝对值，减法部分910b求由绝对值计算部分909计算的单声道信号M’的绝对值与差信号M_o的绝对值之差，绝对值计算部分911b求由减法部分910b计算出的差分值的绝对值D_Mo。因此，由绝对值计算部分911b计算出的绝对值D_Mo由以下的式子(16)表示。该绝对值D_Mo被输入比较部分915。

[式16]

D_Mo＝||M′|-|M_o||…(16)

另一方面，由判定部分912判定单声道信号M’的正负的符号，判定结果S_M’被输入比较部分915。此外，由判定部分913a判定和信号M_i的正负的符号，判定结果S_Mi被输入比较部分915。此外，由判定部分913b判定差信号M_o的正负的符号，判定结果S_Mo被输入比较部分915。进而，由乘法部分905a得到的L声道信号L”被原样输入比较部分915，同时该L声道信号L”的符号由反转部分914a反转而成为-L”，并被输入比较部分915。此外，由乘法部分905b得到的R声道信号R”被原样输入比较部分915，同时该R声道信号R”的符号由反转部分914b反转而成为-R”，并被输入比较部分915。

比较部分915基于以下的比较来决定L声道信号L”以及R声道信号R”的正确的符号。

在比较部分915中，首先在绝对值D_Mi和绝对值D_Mo之间进行比较。然后，在绝对值D_Mi小于等于绝对值D_Mo的情况下，比较部分915决定最终输出的时域的L声道输出信号L’和时域的R声道输出信号R’为正负其中一个的同一符号。此外，比较部分915为了决定L声道输出信号L’以及R声道输出信号R’的实际的符号而对符号S_M’和符号S_Mi进行比较。然后，在符号S_M’和符号S_Mi相同的情况下，比较部分915将正的L声道信号L”作为L声道输出信号L’，将正的R声道信号R”作为R声道输出信号R’。另一方面，在符号S_M’和符号S_Mi不同的情况下，比较部分915将负的L声道信号L”作为L声道输出信号L’，将负的R声道信号R”作为R声道输出信号R’。该比较部分915中的处理总结如以下的式子(17)和式子(18)。

[式17]

$\left.\begin{array}{c}{L}^{\′}=L^{\′\′}\\ R^{\′}=R^{\′}\end{array}\right\},\mathrm{if}{D}_{\mathrm{Mi}}\≤D_{\mathrm{Mo}}\mathrm{and}{S}_{\mathrm{Mi}}=S_{M^{\′}}\·\·\·\left(17\right)$

[式18]

$\left.\begin{array}{c}{L}^{\′}=-L^{\′\′}\\ R^{\′}=-R^{\′}\end{array}\right\},\mathrm{if}{D}_{\mathrm{Mi}}\≤D_{\mathrm{Mo}}\mathrm{and}{S}_{\mathrm{Mi}}\≠S_{M^{\′}}\·\·\·\left(18\right)$

另一方面，在绝对值D_Mi大于绝对值D_Mo的情况下，比较部分915决定最终输出的时域的L声道输出信号L’和时域的R声道输出信号R’为互相不同的正负其中一个符号。此外，比较部分915为了决定L声道输出信号L’以及R声道输出信号R’的实际的符号而对符号S_M’和符号S_Mo进行比较。然后，在符号S_M’和符号S_Mo相同的情况下，比较部分915将负的L声道信号L”作为L声道输出信号L’，将正的R声道信号R”作为R声道输出信号R’。另一方面，在符号S_M’和符号S_Mo不同的情况下，比较部分915将正的L声道信号L”作为L声道输出信号L’，将负的R声道信号R”作为R声道输出信号R’。该比较部分915中的处理总结如以下的式子(19)和式子(20)。

[式19]

$\left.\begin{array}{c}{L}^{\′}=-L^{\′\′}\\ R^{\′}=R^{\′}\end{array}\right\},\mathrm{if}{D}_{\mathrm{Mi}}>D_{\mathrm{Mo}}\mathrm{and}{S}_{\mathrm{Mo}}=S_{M^{\′}}\·\·\·\left(19\right)$

[式20]

$\left.\begin{array}{c}{L}^{\′}=L^{\′\′}\\ R^{\′}=-R^{\′}\end{array}\right\},\mathrm{if}{D}_{\mathrm{Mi}}>D_{\mathrm{Mo}}\mathrm{and}{S}_{\mathrm{Mo}}\≠S_{M^{\′}}\·\·\·\left(20\right)$

另外，在单声道信号M’为0的情况下，L声道信号和R声道信号两者都为0，或者L声道信号和R声道信号为正负相反。因此，在单声道信号M’为0的情况下，符号决定部分100决定一个声道的信号为与该声道中的前一个信号同一符号，另一个声道的信号相对于该一个声道的信号为相反的符号。由式子表示该符号决定部分100中的处理时，如以下的式子(21)或式子(22)。

[式21]

$\left.\begin{array}{c}{L}^{\′}=\mathrm{sign}\left(L_{-}^{\′}\right)L^{\′\′}\\ R^{\′}=\mathrm{sign}(-L^{\′})R^{\′}\end{array}\right\},\mathrm{if}{M}^{\′}=0\·\·\·\left(21\right)$

[式22]

$\left.\begin{array}{c}{R}^{\′}=\mathrm{sign}\left(R_{-}^{\′}\right)R^{\′\′}\\ L^{\′}=\mathrm{sign}(-R^{\′})L^{\′}\end{array}\right\},\mathrm{if}{M}^{\′}=0\·\·\·\left(22\right)$

此外，在单声道信号M’为0的情况下，符号决定部分100也可以决定一个声道的信号的符号为与该声道中的前一个信号和后一个信号的平均值的符号，另一个声道的信号相对于该一个声道的信号为相反的符号。由式子表示该符号决定部分100中的处理时，如以下的式子(23)或式子(24)。

[式23]

$\left.\begin{array}{c}{L}^{\′}=\mathrm{sign}\left(\frac{L_{-}^{\′}+L_{+}^{\′}}{2}\right)L^{\′\′}\\ R^{\′}=\mathrm{sign}(-L^{\′})R^{\′\′}\end{array}\right\},\mathrm{if}{M}^{\′}=0\·\·\·\left(23\right)$

[式24]

$\left.\begin{array}{c}{R}^{\′}=\mathrm{sign}\left(\frac{R_{-}^{\′}+R_{+}^{\′}}{2}\right)R^{\′\′}\\ L^{\′}=\mathrm{sign}(-R^{\′})L^{\′\′}\end{array}\right\},\mathrm{if}{M}^{\′}=0\·\·\·\left(24\right)$

另外，在上式(21)～(24)中，下标字符“-”以及“+”分别表示当前值的计算基础的前一个以及后一个值。

如以上这样被决定了符号的L声道信号以及R声道信号分别被输出到IFT(逆频率变换)部分916a以及IFT部分916b。然后，IFT部分916a将频域的L声道信号变换为时域而作为最终的L声道输出信号L’输出。此外，IFT部分916b将频域的R声道信号变换为时域后作为最终的R声道输出信号R’输出。

如以上这样，输出立体声信号的精度与单声道信号M’的精度以及L声道和R声道的功率谱P_L、P_R有关。假定单声道信号M’非常接近于原来的单声道信号M时，输出立体声信号的精度依赖于L声道以及R声道的功率谱P_L、P_R与原来的功率谱接近的程度。由于功率谱P_L、P_R由各个声道的LPC参数生成，所以功率谱P_L、P_R对于原来的功率谱的近似程度依赖于LPC分析滤波器的滤波阶数P。因此，越是具有高的滤波阶数P的LPC分析滤波器，则能够越准确地表示谱包络线。

另外，在立体声信号生成装置采用图11所示的结构，即时域的单声道信号M’₁被原样输入功率谱运算部分902的结构的情况下，功率谱运算部分902的结构如图12所示。

在图12中，LPC分析部分9021求时域的单声道信号M’_t的LPC参数即LPC增益和LPC系数。脉冲响应形成部分9022使用该LPC参数形成脉冲响应h_M’(n)。FT(频率变换)部分9023将脉冲响应h_M’(n)变换为频域而得到传递函数H_M’(z)。对数运算部分9024对传递函数H_M’(z)的对数进行运算，通过对运算结果乘以系数20来求功率谱P_M’。因此，由下式(25)表示功率谱P_M’。

[式25]

P_M’＝20log[|H_M′(z)|]…(25)

此外，也可以将本发明应用于使用子带的编码以及解码。该情况下的LPC分析部分30的结构如图13所示，此外，功率谱运算部分80的结构如图14所示。

在图13所示的LPC分析部分30中，SB(子带)分析滤波器302a、302b将输入的L声道信号以及R声道信号分离为1～N的子带。LPC分析部分303a对L声道的各子带1～N进行LPC分析，在各子带得到LPC系数a_L，k以及LPC增益G_L(k＝1，2，…，P：P是LPC滤波器的阶数)，作为L声道的LPC参数。此外，LPC分析部分303b对R声道的各子带1～N进行LPC分析，在各子带得到LPC系数a_R，k以及LPC增益G_R(k＝1，2，…，P：P是LPC滤波器的阶数)，作为R声道的LPC参数。各子带的L声道的LPC参数以及R声道的LPC参数通过多路复用部分40而与单声道数据多路复用，生成比特流。该比特流经由通信路径50被发送到解码装置。

在图14所示的功率谱运算部分80中，脉冲响应形成部分804a使用各子带1～N的LPC系数a_L，k以及LPC增益G_L对每个子带形成脉冲响应h_L(n)后输出到FT部分805a。FT部分805a将子带1～N的脉冲响应h_L(n)变换为频域后得到子带1～N的传递函数H_L(z)。然后，对数运算部分806a求各子带1～N的传递函数响应H_L(z)的对数振幅而得到每个子带的功率谱P_L。

另一方面，对于R声道，脉冲响应形成部分804b使用各子带1～N的LPC系数a_R，k以及LPC增益G_R对每个子带形成脉冲响应h_R(n)后输出到FT部分805b。FT部分805b将子带1～N的脉冲响应h_R(n)变换为频域后得到子带1～N的传递函数H_R(z)。然后，对数运算部分806b求各子带1～N的传递函数响应H_R(z)的对数振幅而得到每个子带的功率谱P_R。

这样，在解码装置中，对于各子带进行与上述同样的处理。在对于全部子带进行了与上述同样的处理之后，子带合成滤波器将全部子带的输出合成后生成最终的输出立体声信号。

接着，以下表示具体的数值例子1～4。另外，在以下的例子中举出的数值全部为频域的数值。

<例子1>

在编码装置中，假设L＝3781，R＝7687，M＝5734。此外，在解码装置中，P_L＝71.82dB，P_R＝77.51dB，M’＝5846，所以设为P_M＝75.3372dB。其结果，关于L声道如表1所示，关于R声道如表2所示。

[表1]

PL	DPL	SL	L”	Mi	DMi	SMi	SM′
								71.82	-3.5172	0.66702	3899.40	5703.48	142.52	+	+

[表2]

PR	DPR	SR	R”	Mo	DMo	SMo	SM′
								77.51	2.1728	1.28422	7507.55	1804.08	4041.93	+	+

在该情况下，由于D_Mi小于或等于D_Mo，而且M’和M_i的两个符号相同，所以L声道输出信号L’以及R声道输出信号R’如下。

L’＝L”＝3899.40

R’＝R”＝7507.55

<例子2>

在编码装置中，假设L＝-3781，R＝-7687，M＝-5734。此外，在解码装置中，P_L＝71.82dB，P_R＝77.51dB，M’＝-5846，所以设为P_M＝75.3372dB。其结果，关于L声道如表3所示，关于R声道如表4所示。

[表3]

PL	DPL	SL	L”	Mi	DMi	SM′	SM′
								71.82	-3.5172	0.66702	-3899.40	-5703.48	142.52	-	-

[表4]

PR	DPR	SR	R”	Mo	DMo	SMo	SM’
								77.51	2.1728	1.28422	-7507.55	-1804.08	4041.93	-	-

在该情况下，由于D_Mi小于或等于D_Mo，而且M’和M_i的两个符号相同，所以L声道输出信号L’以及R声道输出信号R’如下。

L’＝L”＝-3 899.40

R’＝R”＝-7507.55

<例子3>

在编码装置中，假设L＝-3781，R＝7687，M＝1953。此外，在解码装置中，P_L＝71.82dB，P_R＝77.51dB，M’＝1897，所以设为P_M＝65.5613dB。其结果，关于L声道如表5所示，关于R声道如表6所示。

[表5]

PL	DPL	SL	L”	Mi	DMi	SMi	SM’
								71.82	6.2587	2.05557	3899.40	5703.48	3806.48	+	+

[表6]

PR	DPR	SR	R”	Mo	DMo	SMo	SM’
								77.51	11.9487	3.95761	7507.55	1804.08	92.92	+	+

在该情况下，由于D_Mi大于D_Mo，而且M’和M_i的两个符号相同，所以L声道输出信号L’以及R声道输出信号R’如下。

L’＝-L”＝-3899.40

R’＝R”＝7507.55

<例子4>

在编码装置中，假设L＝3781，R＝-7687，M＝-1953。此外，在解码装置中，P_L＝71.82dB，P_R＝77.51dB，M’＝-1897，所以设为P_M＝65.5613dB。其结果，关于L声道如表7所示，关于R声道如表8所示。

[表7]

PL	DPL	SL	L”	Mi	DMi	SMi	SM’
								71.82	6.2587	2.05557	3899.40	5703.48	3806.48	+	-

[表8]

PR	DPR	SR	R”	Mo	DMo	SMo	SM′
								77.51	11.9487	3.95761	7507.55	1804.08	92.92	+	-

在该情况下，由于D_Mi大于D_Mo，而且M’和M_i的符号不同，所以L声道输出信号L’以及R声道输出信号R’如下。

L’＝L”＝3899.40

R’＝-R”＝-7507.55

以上，从<例子1>～<例子4>的结果可知，对输入编码装置的L声道信号L以及R声道信号R的值和最终输出的L声道信号L’以及R声道信号R’的值进行比较时，与单声道信号M以及M’的值无关，在各个声道中得到接近的值。由此，确认了通过本发明能够得到再现性好的立体声信号。

另外，上述各实施方式的说明所使用的各功能块典型地通过集成电路的LSI实现。它们可以单独地单芯片化，也可以包含一部分或全部地单芯片化。

这里，虽称做LSI，但根据集成度的不同，有时也称作IC、系统LSI、超LSI、极大LSI(ultra LSI)。

此外，集成电路化的方法不限定于LSI，可以通过专用电路或通用处理器实现。也可以利用能在LSI制造后编程的FPGA(Field Programable GateArray，现场可编程门阵列)，或将LSI内部的电路单元连接或设定重新配置的可重配置处理器。

进而，如果由半导体技术的进步或派生的其他技术置换LSI的集成电路化的技术出现，当然使用该技术进行功能块的集成化也可以。也有使用生物技术等的可能性。

本说明书基于2004年8月31日申请的特愿2004-252027。其内容全部包含于此。

产业上的可利用性

本发明可利用于数字音频信号以及数字语音信号的发送、分配以及存储介质等。

Claims (16)

1.一种立体声信号生成装置，包括：

变换部件，将由立体声信号的左右各声道的信号得到的时域的单声道信号变换为频域的单声道信号；

功率计算部件，求所述频域的单声道信号的第一功率谱；

缩放比计算部件，根据所述第一功率谱和所述立体声信号的左声道的功率谱的第一差分，求对于所述左声道的第一缩放比，同时根据所述第一功率谱和所述立体声信号的右声道的功率谱的第二差分，求对于所述右声道的第二缩放比；以及

乘法部件，对所述频域的单声道信号乘以所述第一缩放比而生成所述立体声信号的左声道信号，同时对所述频域的单声道信号乘以所述第二缩放比而生成所述立体声信号的右声道信号。

2.如权利要求1所述的立体声信号生成装置，其中，

在所述频域的单声道信号为0的情况下，所述缩放比计算部件将所述第一缩放比以及所述第二缩放比设定为1。

3.如权利要求1所述的立体声信号生成装置，其中，

还具有决定部件，其决定由所述乘法部件生成的所述左声道信号以及所述右声道信号的正负符号。

4.如权利要求3所述的立体声信号生成装置，其中，

在所述左声道信号和所述右声道信号的和信号的绝对值与所述频域的单声道信号的绝对值之差的第一绝对值，小于或等于所述左声道信号和所述右声道信号的差信号的绝对值与所述频域的单声道信号的绝对值之差的第二绝对值的情况下，所述决定部件决定所述左声道信号的符号和所述右声道信号的符号为同一符号。

5.如权利要求3所述的立体声信号生成装置，其中，

在所述左声道信号和所述右声道信号的和信号的绝对值与所述频域的单声道信号的绝对值之差的第一绝对值，大于所述左声道信号和所述右声道信号的差信号的绝对值与所述频域的单声道信号的绝对值之差的第二绝对值的情况下，所述决定部件决定所述左声道信号的符号和所述右声道信号的符号为不同符号。

6.如权利要求3所述的立体声信号生成装置，其中，

在所述频域的单声道信号的符号与所述和信号的符号为同一符号的情况下，所述决定部件将所述左声道信号的符号以及所述右声道信号的符号决定为正的符号。

7.如权利要求3所述的立体声信号生成装置，其中，

在所述频域的单声道信号的符号与所述和信号的符号为不同符号的情况下，所述决定部件将所述左声道信号的符号以及所述右声道信号的符号决定为负的符号。

8.如权利要求3所述的立体声信号生成装置，其中，

在所述频域的单声道信号的符号与所述差信号的符号为同一符号的情况下，所述决定部件将所述左声道信号的符号决定为负的符号，将所述右声道信号的符号决定为正的符号。

9.如权利要求3所述的立体声信号生成装置，其中，

在所述频域的单声道信号的符号与所述差信号的符号为不同符号的情况下，所述决定部件将所述左声道信号的符号决定为正的符号，将所述右声道信号的符号决定为负的符号。

10.如权利要求3所述的立体声信号生成装置，其中，

在所述频域的单声道信号为0的情况下，所述决定部件将所述左声道信号的符号决定为与所述左声道信号的前一个左声道信号的符号相同的符号，同时将所述右声道信号的符号决定为与已决定的所述左声道信号的符号不同的符号。

11.如权利要求3所述的立体声信号生成装置，其中，

在所述频域的单声道信号为0的情况下，所述决定部件将所述右声道信号的符号决定为与所述右声道信号的前一个右声道信号的符号相同的符号，同时将所述左声道信号的符号决定为与已决定的所述右声道信号的符号不同的符号。

12.如权利要求3所述的立体声信号生成装置，其中，

在所述频域的单声道信号为0的情况下，所述决定部件将所述左声道信号的符号决定为与所述左声道信号的前一个以及后一个的两个左声道信号的值的平均值的符号，同时将所述右声道信号的符号决定为与已决定的所述左声道信号的符号不同的符号。

13.如权利要求3所述的立体声信号生成装置，其中，

在所述频域的单声道信号为0的情况下，所述决定部件将所述右声道信号的符号决定为所述右声道信号的前一个以及后一个的两个右声道信号的值的平均值的符号，同时将所述左声道信号的符号决定为与已决定的所述右声道信号的符号不同的符号。

14.一种解码装置，具有如权利要求1所述的立体声信号生成装置。

15.一种编码装置，包括：

缩混部件，对立体声信号的左右各声道的信号进行缩混而得到时域的单声道信号；

编码部件，将所述单声道信号编码而得到单声道数据；

分析部件，对所述左右各声道的信号进行LPC分析而得到所述左右各声道的LPC参数；以及

多路复用部件，将所述单声道数据和所述左右各声道的LPC参数多路复用后发送到解码装置。

16.一种立体声信号生成方法，包括：

变换步骤，将由立体声信号的左右各声道的信号得到的时域的单声道信号变换为频域的单声道信号；

功率计算步骤，求所述频域的单声道信号的第一功率谱；

缩放比计算步骤，根据所述第一功率谱和所述立体声信号的左声道的功率谱的第一差分，求对于所述左声道的第一缩放比，同时根据所述第一功率谱和所述立体声信号的右声道的功率谱的第二差分，求对于所述右声道的第二缩放比；以及

乘法步骤，对所述频域的单声道信号乘以所述第一缩放比而生成所述立体声信号的左声道信号，同时对所述频域的单声道信号乘以所述第二缩放比而生成所述立体声信号的右声道信号。

Images