CN102549658A - 信号处理设备、方法和程序 - Google Patents

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Abstract

描述了一种用于处理编码音频信号的方法、系统和计算机程序产品。在一个示例性实施例中，系统接收编码的低频范围信号和编码的能量信息，该编码的能量信息用于对编码的低频范围信号进行频移。对低频范围信号进行解码，并且对解码信号的能量凹陷进行平滑。对平滑后的低频范围信号进行频移，以生成高频范围信号。然后组合低频范围信号和高频范围信号并输出。

Description

信号处理设备、方法和程序
技术领域
本公开内容涉及一种信号处理设备和方法以及程序。更具体地，实施例涉及一种被配置成使得在对编码音频信号进行解码的情况下获得较高音频质量的音频的信号处理设备和方法以及程序。
背景技术
传统上，HE-AAC(高效MPEG(运动图像专家组)4 AAC(高级音频编码))(国际标准ISO/IEC 14496-3)等公知为音频信号编码技术。利用这样的编码技术，使用称为SBR(频带复制，Spectral Band Replication)的高频带特性编码技术(例如，参见PTL1)。
对于SBR，当对音频信号进行编码时，音频信号的编码低频带分量(下文中指定为低频带信号，即，低频范围信号)与SBR信息一起输出，以生成音频信号的高频带分量(下文中指定为高频带信号，即，高频范围信号)。利用解码设备，对编码低频带信号进行解码，此外，通过解码获得的低频带信号和SBR信息用于生成高频带信号，并且获得包括低频带信号和高频带信号的音频信号。
更具体地，假设图1所示的低频带信号SL1是例如通过解码获得的。这里，在图1中，水平轴表示频率，并且垂直轴表示音频信号的各个频率的能量。另外，图中的垂直虚线表示比例因子(scalefactor)带边界。比例因子带是给定带宽的、以多个捆绑(bundle)子带的带，即，QMF(正交镜像滤波器)分析滤波器的分辨率。
在图1中，包括在低频带信号SL1的图的右侧的七个连续比例因子带的带作为高频带。通过对SBR信息进行解码来获得高频带侧的每个比例因子带的高频带比例因子带能量E11至E17。
另外，使用低频带信号SL1和高频带比例因子带能量，并且生成每个比例因子带的高频带信号。例如，在生成比例因子带Bobj的高频带信号的情况下，来自低频带信号SL1的比例因子带Borg的分量被频移到比例因子带Bobj的带。通过频移而获得的信号被调整增益并且作为高频带信号。此时，进行增益调制，以使得通过频移获得的信号的平均能量变为与比例因子带Bobj中的高频带比例因子带能量E13相同的幅值。
根据这样的处理，图2所示的高频带信号SH1被生成作为比例因子带Bogj分量。这里，在图2中，相同的附图标记给与对应于图1中的情况的部分，并且省略或减少其描述。
以此方式，在音频信号解码侧，低频带信号和SBR信息用于生成不包括在编解码的低频带信号中的高频带分量并且对带进行扩展，从而使得可以回放较高音频质量的音频。
引用列表
专利文献
PTL1：日本未审查专利申请公布(PCT申请的翻译)第2001-521648号。
发明内容
公开了一种用于处理音频信号的计算机实现方法。该方法可包括接收与音频信号对应的编码低频范围信号。该方法还可包括对信号进行解码，以产生具有形状包括能量凹陷的能量谱的解码信号。另外，该方法可包括对解码信号执行滤波处理，该滤波处理将解码信号分离成低频范围带信号。该方法还可包括对解码信号执行平滑处理，该平滑处理对解码信号的能量凹陷进行平滑。该方法还可包括对平滑后的解码信号执行频移，频移从低频范围带信号生成高频范围带信号。另外，该方法可包括组合低频范围带信号和高频范围带信号，以生成输出信号。该方法还可包括输出该输出信号。
还公开了一种用于处理信号的装置。该装置可包括：低频范围解码电路，被配置成接收与音频信号对应的编码低频范围信号，以及对编码信号进行解码以产生具有形状包括能量凹陷的能量谱的解码信号。另外，该装置可包括：滤波处理器，被配置成对解码信号执行滤波处理，该滤波处理将解码信号分离成低频范围带信号。该装置还可包括：高频范围生成电路，被配置成对解码信号执行平滑处理，该平滑处理对能量凹陷进行平滑，并对平滑后的解码信号执行频移，该频移从低频范围带信号生成高频范围带信号。该装置另外可包括：组合电路，被配置成组合低频范围带信号和高频范围带信号以生成输出信号，并且输出该输出信号。
还公开了一种包括指令的有形呈现的计算机可读存储介质，该指令当由处理器执行时，执行用于处理音频信号的方法。该方法可包括接收与音频信号对应的编码低频范围信号。该方法还可包括对信号进行解码以产生具有形状包括能量凹陷的能量谱的解码信号。另外，该方法可包括对解码信号执行滤波处理，该滤波处理将解码信号分离成低频范围带信号。该方法还可包括对解码信号执行平滑处理，该平滑处理对解码信号的能量凹陷进行平滑。该方法还可包括对平滑后的解码信号执行频移，频移从低频范围带信号生成高频范围带信号。另外，该方法可包括组合低频范围带信号和高频范围带信号，以生成输出信号。该方法还可包括输出该输出信号。技术问题
然而，在用于生成高频带信号的低频带信号SL1中存在洞的情况下，即，在存在用于生成高频范围信号的、具有形状包括能量凹陷的能量谱的低频范围信号(如图2中的比例因子带Borg)的情况下，所获得的高频带信号SH1的形状非常可能将变成与原始信号的频率形状大大不同的形状，这成为听觉退化的原因。这里，低频带信号中存在洞的状态指的是如下状态：其中，给定带的能量显著低于相邻带的能量，其中低频带功率谱(各个频率的能量波形)的一部分在图中向下突出。换言之，其指的是如下状态：  其中，带分量的一部分的能量下陷，即，形状包括能量凹陷的能量谱。
在图2的示例中，由于凹陷存在于用于生成高频带信号(即，高频范围信号)的低频带信号(即，低频范围信号)SL1中，因此凹陷还出现在高频带信号SH1中。如果凹陷以此方式存在于用于生成高频带信号的低频带信号中，则不再能够精确地再现高频带分量，并且在通过解码获得的音频信号中会出现听觉退化。
另外，对于SBR，可以进行称为增益限制和内插的处理。在一些情况下，这样的处理会使得凹陷出现在高频带分量中。
这里，增益限制是如下处理：其将包括多个子带的受限带内的增益的峰值抑制到该受限带内的增益的平均值。
例如，假设图3所示的低频带信号SL2是通过对低频带信号进行解码而获得的。这里，在图3中，水平轴表示频率，而垂直轴表示音频信号的各个频率的能量。另外，图中的垂直虚线表示比例因子带边界。
在图3中，包括在低频带信号SL2的图的右侧的七个连续比例因子带的带作为高频带。通过对SBR信息进行解码，获得高频带比例因子带能量E21至E27。
另外，包括从Bobj1至Bobj3的三个比例因子带的带作为受限带。此外，假设使用低频带信号SL2的比例因子带Borg1至Borg3的各个分量，并且生成高频带侧的比例因子带Bobj1至Bobj3的各个高频带信号。
因此，当生成比例因子带Bobj2中的高频带信号SH2时，基本上根据低频带信号SL2的比例因子带Borg2的平均能量与高频带比例因子带能量E22之间的能量差G2来进行增益调整。换言之，通过对低频带信号SL2的比例因子带Borg2的分量进行频移并且将作为结果获得的信号乘以能量差G2来进行增益调整。这作为高频带信号SH2。
然而，对于增益限制，如果能量差G2大于受限带内的比例因子带Bobj1至Bobj3的能量差G1至G3的平均值G，则与频移后的信号相乘的能量差G2将作为平均值G。换言之，将向下抑制比例因子带Bobj2的高频带信号的增益。
在图3的示例中，低频带信号SL2的比例因子带Borg2的能量与相邻的比例因子带Borg1和Borg3的能量相比变小。换言之，在比例因子带Borg2部分出现了凹陷。
相比之下，比例因子带Bobj2(即，低频带分量的施加目的地)的高频带比例因子带能量E22大于比例因子带Bobj1和Bobj3的高频带比例因子带能量。
为此，比例因子带Bobj2的能量差G2变得高于受限带内的能量差的平均值G，并且通过增益限制向下抑制比例因子带Bobj2的高频带信号的增益。
因此，在比例因子带Bobj2中，高频带信号SH2的能量变得显著低于高频带比例因子带能量E22，并且所生成的高频带信号的频率形状变为显著不同于原始信号的频率形状的形状。因此，在通过解码最终获得的音频中发生听觉退化。
另外，内插是对除每个比例因子带之外的每个子带执行频移和增益调整的高频带信号生成技术。
例如，如图4所示，假设使用低频带信号SL3的各个子带Borg1至Borg3，生成高频带侧的子带Bobj1至Bobj3中的各个高频带信号，并且包括子带Bobj1至Bojb3的带作为受限带。
这里，在图4中，水平轴表示频率，并且垂直轴表示音频信号的各个频率的能量。另外，通过对SBR信息进行解码，获得每个比例因子带的高频带比例因子带能量E31至E37。
在图4的示例中，低频带信号SL3中的子带Borg2的能量与相邻子带Borg1和Borg3的能量相比变小，并且在子带Borg2部分中出现了凹陷。为此，并且与图3中的情况类似，低频带信号SL3的子带Borg2的能量与高频带比例因子带能量E33之间的能量差变得高于受限带内的能量差的平均值。因此，通过增益限制向下抑制子带Bobj2中的高频带信号SH3的增益。
结果，在子带Bobj2中，高频带信号SH3的能量变得显著低于高频带比例因子带能量E33，并且所生成的高频带信号的频率形状可变为显著不同于原始信号的频率形状的形状。因此，与图3中的情况类似，在通过解码获得的音频中发生了听觉退化。
如以上，对于SBR，存在如下情况：其中，由于用于生成高频带信号的低频带信号的功率谱的形状(频率形状)，因此在音频信号解码侧无法获得高音频质量的音频。本发明的有益效果
根据实施例的方面，可以在对音频信号进行解码的情况下获得较高音频质量的音频。
附图说明
图1是说明传统SBR的图。
图2是说明传统SBR的图。
图3是说明传统增益限制的图。
图4是说明传统内插的图。
图5是说明应用了实施例的SBR的图。
图6是示出应用了实施例的编码器的实施例的示例性配置的图。
图7是说明编码处理的流程图。
图8是示出应用了实施例的解码器的实施例的示例性配置的图。
图9是说明解码处理的流程图。
图10是说明编码处理的流程图。
图11是说明解码处理的流程图。
图12是说明编码处理的流程图。
图13是说明解码处理的流程图。
图14是示出计算机的示例性配置的框图。
具体实施方式
在下文中，将参照附图描述实施例。
本发明的概况
首先，将参照图5描述通过应用了实施例的SBR对音频信号的带扩展。这里，在图5中，水平轴表示频率，并且垂直轴表示音频信号的各个频率的能量。另外，图中的垂直虚线表示比例因子带边界。
例如，假设在音频信号解码侧，从自编码侧接收的数据获得高频带侧的各个比例因子带Bobj1至Bobj7的低频带信号SL11和高频带比例因子带能量Eobj1至Eobj7。另外，假设使用低频带信号SL11和高频带比例因子带能量Eobj1至Eobj7，并且生成各个比例因子带Bobj1至Bobj7的高频带信号。
现在，考虑低频带信号SL11和比例因子带Borg1分量用于生成高频带侧的比例因子带Bobj3的高频带信号。
在图5的示例中，低频带信号SL11的功率谱在图中在比例因子带Borg1部分显著向下凹陷。换言之，能量与其它带相比变小。为此，如果通过传统SBR生成比例因子带Bobj3中的高频带信号，则凹陷也将出现在所获得的高频带信号中，并且将在音频中发生听觉退化。
因此，在实施例中，首先，对低频带信号SL11的比例因子带Borg1分量进行平坦化处理(即，平滑处理)。因此，获得平坦化的比例因子带Borg1的低频带信号H11。该低频带信号H11的功率谱平滑地耦合到与低频带信号SL11的功率谱中的比例因子带Borg1相邻的带部分。换言之，平坦化(即，平滑)之后的低频带信号SL11变为比例因子带Borg1中没有出现凹陷的信号。
在这样做时，如果进行低频带信号SL11的平坦化，则通过平坦化获得的低频带信号H11被频移到比例因子带Bobj3的带。通过频移所获得的信号被增益调整并且作为高频带信号H12。
此时，低频带信号H11的每个子带中的能量的平均值被计算作为比例因子带Borg1的平均能量Eorg1。然后，根据平均能量Eorg1与高频带比例因子带能量Eobj3的比率来进行频移后的低频带信号H11的增益调整。更具体地，进行增益调整，以使得频移后的低频带信号H11中的各个子带中的能量的平均值变为与高频带比例因子带能量Eobj3几乎相同的幅值。
在图5中，由于使用无凹陷的低频带信号H11并且生成高频带信号H12，因此高频带信号H12中的各个子带的能量已变为与高频带比例因子带能量Eobj3几乎相同的幅值。因此，获得与原始信号中的高频带信号几乎相同的高频带信号。
以此方式，如果平坦化后的低频带信号用于生成高频带信号，则可以以更高的精度生成音频信号的高频带分量，并且可以改进在低频带信号的功率谱中由于凹陷产生的音频信号的传统听觉退化。换言之，可以获得更高音频质量的音频。
另外，由于在低频带信号被平坦化的情况下可以去除功率谱中的凹陷，因此如果平坦化后的低频带信号用于生成高频带信号，则可以防止音频信号的听觉退化，即使在进行增益限制和内插的情况下也是如此。
这里，可配置成使得对用于生成高频带信号的低频带侧的全部带分量进行低频带信号平坦化，或者可配置成使得仅对低频带侧的带分量当中的出现凹陷的带分量进行低频带信号平坦化。另外，在仅对出现凹陷的带分量进行平坦化的情况下，如果子带是作为单位的带，则接受平坦化的带可以是单个子带，或者可以是包括多个子带的任意带宽的带。
此外，在下文中，对于比例因子带或包括多个子带的其它带，构成该带的各个子带中的能量的平均值也将被指定为该带的平均能量。
接下来，将描述应用了实施例的编码器和解码器。这里，在以下，描述以比例因子带为单位进行高频带信号生成的情况作为示例，但是明显的是，也可对包括一个或多个子带的单独带进行高频带信号生成。
第一实施例
<编码器配置>
图6示出了编码器的实施例的示例性配置。
编码器11包括下采样器21、低频带编码电路22(即，低频范围编码电路)、QMF分析滤波处理器23、高频带编码电路24(高频范围编码电路)和多路复用电路25。输入信号(即，音频信号)被供应到编码器11的下采样器21和QMF分析滤波处理器23。
通过对所供应的输入信号进行下采样，下采样器21提取低频带信号(即，输入信号的低频带分量)，并且将其供应到低频带编码电路22。低频带编码电路22根据给定的编码方案对从下采样器21供应的低频带信号进行编码，并且将作为结果获得的低频带编码数据供应到多路复用电路25。例如，AAC方案存在作为对低频带信号进行编码的方法。
QMF分析滤波处理器23使用QMF分析滤波器对所供应的输入信号进行滤波处理，并且将输入信号分离成多个子带。例如，通过滤波处理将输入信号的整个频带分成64个，并且提取这64个带(子带)的分量。QMF分析滤波处理器23将通过滤波处理获得的各个子带的信号供应到高频带编码电路24。
另外，在下文中，输入信号的各个子带的信号也作为指定的子带信号。特别地，将下采样器21提取的低频带信号的带作为低频带，低频带侧的各个子带的子带信号是指定的低频带子带信号，即，低频带范围带信号。另外，将输入信号的全部带当中的、比低频带侧的带的频率高的带作为高频带，高频带侧的子带的子带信号作为指定的高频带子带信号，即，高频范围带信号。
此外，在以下，将继续以具有比低频带高的频率的带作为高频带的描述，但是也可使得低频带和高频带的部分重叠。换言之，可配置成使得包括低频带和高频带相互共享的带。
高频带编码电路24基于从QMF分析滤波处理器23供应的子带信号而生成SBR信息，并且将其供应到多路复用电路25。这里，SBR信息是用于获得输入信号(即，原始信号)的高频带侧的各个比例因子带的高频带比例因子带能量的信息。
多路复用电路25对来自低频带编码电路22的低频带编码数据和来自高频带编码电路24的SBR信息进行多路复用，并且输出通过多路复用而获得的比特流。
编码处理的描述
同时，如果输入信号被输入到编码器11并且指示对输入信号的编码，则编码器11进行编码处理并且进行输入信号的编码。在下文中，将参照图7中的流程图描述编码器11执行的编码处理。
在步骤S11中，下采样器21对所供应的输入信号进行下采样并提取低频带信号，并且将其供应到低频带编码电路22。
在步骤S12中，低频带编码电路22根据例如AAC方案对从下采样器21供应的低频带信号进行编码，并且将作为结果获得的低频带编码数据供应到多路复用电路25。
在步骤S13中，QMF分析滤波处理器23使用QMF分析滤波器对所供应的输入信号进行滤波处理，并且将作为结果获得的各个子带的子带信号供应到高频带编码电路24。
在步骤S14中，高频带编码电路24基于从QMF分析滤波处理器23供应的子带信号，计算高频带侧的每个比例因子带的高频带比例因子带能量Eobj(即，能量信息)。
换言之，高频带编码电路24将包括高频带侧的多个连续子带的带作为比例因子带，并且使用该比例因子带内的各个子带的子带信号来计算每个子带的能量。然后，高频带编码电路24计算比例因子带内的每个子带的能量的平均值，并且将算出的能量的平均值作为该比例因子带的高频带比例因子带能量Eobj。因此，计算高频带比例因子带能量(即，能量信息)，例如，图5中的Eobj1至Eobj7。
在步骤S15中，高频带编码电路24根据给定的编码方案对多个比例因子带的高频带比例因子带能量Eobj(即，能量信息)进行编码，并且生成SBR信息。例如，根据标量量化、差分编码、可变长编码或其它方案对高频带比例因子带能量Eobj进行编码。高频带编码电路24将通过编码获得的SBR信息供应到多路复用电路25。
在步骤S16中，多路复用电路25对来自低频带编码电路22的低频带编码数据和来自高频带编码电路24的SBR信息进行多路复用，并且输出通过多路复用获得的比特流。编码处理结束。
在这样做时，编码器11对输入信号进行编码，并且输出以低频带编码数据和SBR信息多路复用的比特流。因此，在该比特流的接收侧，对低频带编码数据进行解码，以获得低频带信号(即，低频范围信号)，同时，另外，低频带信号和SBR信息用于生成高频带信号(即，高频范围信号)。可以获得包括低频带信号和高频带信号的较宽带的音频信号。
解码器配置
接下来，将描述对从图6中的编码器11输出的比特流进行接收和解码的解码器。例如，解码器被配置成如图8所示。
换言之，解码器51包括解复用电路61、低频带解码电路62(即，低频范围解码电路)、QMF分析滤波处理器63、高频带解码电路64(即，高频范围生成电路)以及QMF合成滤波处理器65(即，组合电路)。
解复用电路61对从编码器11接收的比特流进行解复用，并且提取低频带编码数据和SBR信息。解复用电路61将通过解复用获得的低频带编码数据供应到低频带解码电路62，并且将通过解复用获得的SBR信息供应到高频带解码电路64。
低频带解码电路62利用与编码器11使用的低频带信号编码方案(例如，AAC方案)对应的解码方案，对从解复用电路61供应的低频带编码数据进行解码，并且将作为结果获得的低频带信号(即，低频范围信号)供应到QMF分析滤波处理器63。QMF分析滤波处理器63使用QMF分析滤波器对从低频带解码电路62供应的低频带信号进行滤波处理，并且从低频带信号提取低频带侧的各个子带的子带信号。换言之，进行低频带信号的带分离。QMF分析滤波处理器63将通过滤波处理获得的、低频带侧的各个子带的低频带子带信号(即，低频范围带信号)供应到高频带解码电路64和QMF分析滤波处理器65。
使用从解复用电路61供应的SBR信息和从QMF分析滤波处理器63供应的低频带子带信号(即，低频范围带信号)，高频带解码电路64生成高频带侧的各个比例因子带的高频带信号，并且将它们供应到QMF合成滤波处理器65。
QMF合成滤波处理器65使用QMF合成滤波器根据滤波处理对从QMF分析滤波处理器63供应的低频带子带信号和从高频带解码电路64供应的高频带信号进行合成(即，组合)，并且生成输出信号。该输出信号是包括各个低频带子带分量和高频带子带分量的音频信号，并且从QMF合成滤波处理器65输出到随后的扬声器或其它回放单元。解码处理的描述
如果来自编码器11的比特流被供应到图8所示的解码器51并且指示对比特流的解码，则解码器51进行解码处理并且生成输出信号。在下文中，将参照图9中的流程图描述解码器51执行的解码处理。
在步骤S41中，解复用电路61对从编码器11接收的比特流进行解复用。然后，解复用电路61将通过对比特流进行解复用而获得的低频带编码数据供应到低频带解码电路62，并且另外，将SBR信息供应到高频带解码电路64。
在步骤S42中，低频带解码电路62对从低频带解码电路62供应的低频带编码数据进行解码，并且将作为结果获得的低频带信号(即，低频范围信号)供应到QMF分析滤波处理器63。
在步骤S43中，QMF分析滤波处理器63使用QMF分析滤波器对从低频带解码电路62供应的低频带信号进行滤波处理。然后，QMF分析滤波处理器63将通过滤波处理获得的、低频带侧的各个子带的低频带子带信号(即，低频范围带信号)供应到高频带解码电路64和QMF合成滤波处理器65。
在步骤S44中，高频带解码电路64对从低频带解码电路62供应的SBR信息进行解码。因此，获得高频带侧的各个比例因子带的高频带比例因子带能量Eobj(即，能量信息)。
在步骤S45中，高频带解码电路64对从QMF分析滤波处理器63供应的低频带子带信号进行平坦化处理(即，平滑处理)。
例如，对于高频带侧的特定比例因子带，高频带解码电路64将用于生成比例因子带的高频带信号的、低频带侧的该比例因子带作为用于平坦化处理的目标比例因子带。这里，预先确定用于生成高频带侧的各个比例因子带的高频带信号的低频带侧的比例因子带。
接下来，高频带解码电路64使用平坦化滤波器对构成低频带侧的处理目标比例因子带的各个子带的低频带子带信号进行滤波处理。更具体地，基于构成低频带侧的处理目标比例因子带的各个子带的低频带子带信号，高频带解码电路64计算这些子带的能量，并且计算所算出的各个子带的能量的平均值作为平均能量。高频带解码电路64通过将构成处理目标比例因子带的各个子带的低频带子带信号乘以这些子带的能量与平均能量之间的比率，对各个子带的低频带子带信号进行平坦化。
例如，假设作为处理目标的比例因子带包括三个子带SB1至SB3，并且假设能量E1至E3被获得作为这些子带的能量。在该情况下，子带SB1至SB3的能量E1至E3的平均值被计算作为平均能量EA。
然后，将能量的比率的值(即，EA/E1、EA/E2以及EA/E3)与子带SB1至SB3的各个低频带子带信号相乘。以此方式，乘以能量比率的低频带子带信号成为平坦化的低频带子带信号。
这里，还可配置成使得通过将能量E1至E3的最大值与子带的能量之间的比率乘以该子带的低频带子带信号，对低频带子带信号进行平坦化。可以以任意方式进行各个子带的低频带子带信号的平坦化，只要包括这些子带的比例因子带的功率谱被平坦化即可。
在这样做时，对于此后打算生成的高频带侧的每个比例因子带，用于生成这些比例因子带的、构成低频带侧的比例因子带的各个子带的低频带子带信号被平坦化。
在步骤S46中，对于用于生成高频带侧的比例因子带的、低频带侧的各个比例因子带，高频带解码电路64计算这些比例因子带的平均能量Eorg。
更具体地，高频带解码电路64通过使用构成低频带侧的比例因子带的各个子带的平坦化后的低频带子带信号，计算各个子带的能量，并且另外地计算这些子带能量的平均值作为平均能量Eorg。
在步骤S47中，高频带解码电路64将用于生成高频带侧的比例因子带(即，高频范围带信号)的、低频带侧的各个比例因子带的信号(即，低频范围带信号)频移到打算生成的高频带侧的比例因子带的频带。换言之，构成低频带侧的比例因子带的各个子带的平坦化后的低频带子带信号被频移，以生成高频范围带信号。
在步骤S48中，高频带解码电路64根据高频带比例因子带能量Eobj与平均能量Eorg之间的比率对频移后的低频带子带信号进行增益调整，并且生成高频带侧的比例因子带的高频带子带信号。
例如，假设此后打算生成的高频带的比例因子带是指定的高频带比例因子带，并且用于生成该高频带比例因子带的低频带侧的比例因子带被称为低频带比例因子带。
高频带解码电路64对平坦化后的低频带子带信号进行增益调整，以使得构成低频带比例因子带的各个子带的频移后的低频带子带信号的能量的平均值变为与高频带比例因子带的高频带比例因子带能量几乎相同的幅值。
在这样做时，频移后的和增益调整后的低频带子带信号成为高频带比例因子带的各个子带的高频带子带信号，并且包括高频带侧的比例因子带的各个子带的高频带子带信号的信号成为高频带侧的比例因子带信号(高频带信号)。高频带解码电路64将所生成的高频带侧的各个比例因子带的高频带信号供应到QMF合成滤波处理器65。
在步骤S49中，QMF合成滤波处理器65使用QMF合成滤波器根据滤波处理对从QMF分析滤波处理器63供应的低频带子带信号和从高频带解码电路64供应的高频带信号进行合成(即，组合)，并且生成输出信号。然后，QMF合成滤波处理器65输出所生成的输出信号，并且解码处理结束。
在这样做时，解码器51对低频带子带信号进行平坦化(即，平滑)，并且使用平坦化后的低频带子带信号和SBR信息来生成高频带侧的各个比例因子带的高频带信号。以此方式，通过使用平坦化的低频带子带信号来生成高频带信号，可以容易地获得能够回放较高音频质量的音频的输出信号。
这里，在上述，低频带侧的所有带被描述为被平坦化(即，被平滑)。然而，在解码器51侧，也可仅对低频带当中出现凹陷的带进行平坦化。在这样的情况下，例如，在解码器51中使用低频带信号，并且检测出现凹陷的频带。
第二实施例
<编码处理的描述>
另外，编码器11还可被配置成生成在低频带中出现凹陷的带的位置信息和用于对该带进行平坦化的信息，并且输出包括该信息的SBR信息。在这样的情况下，编码器11进行图10所示的编码处理。
在下文中，对于输出包括出现凹陷的带的位置信息等的SBR信息的情况，将参照图10中的流程图描述编码处理。
这里，由于步骤S71至步骤S73中的处理与图7中的步骤S11至步骤S13的处理类似，因此省略或减少其描述。当进行步骤S73中的处理时，各个子带的子带信号被供应到高频带编码电路24。
在步骤S74中，高频带编码电路24基于从QMF分析滤波处理器23供应的、低频带侧的子带的低频带子带信号，从低频范围带当中检测具有凹陷的带。
更具体地，高频带编码电路24通过例如计算低频带中的各个子带的能量的平均值，计算平均能量EL(即，整个低频带的能量的平均值)。然后，高频带编码电路24从低频带的子带当中检测如下子带：其中，平均能量EL与子带能量之间的差变得等于或大于预定阈值。换言之，检测通过从平均能量EL减去子带的能量而获得的值等于或大于阈值的子带。
此外，高频带编码电路24将包括其差变得等于或大于阈值的上述子带的带(也是包括多个连续子带的带)作为具有凹陷的带(下文中指定为平坦化带)。这里，还可存在如下情况：其中，平坦化带是包括一个子带的带。
在步骤S75中，高频带编码电路24针对每个平坦化带，计算表示平坦化带的位置的平坦化位置信息和用于对该平坦化带进行平坦化的平坦化增益信息。高频带编码电路24将包括每个平坦化带的平坦化位置信息和平坦化增益信息的信息作为平坦化信息。
更具体地，高频带编码电路24将表示作为平坦化带的带的信息作为平坦化位置信息。另外，高频带编码电路24针对构成平坦化带的每个子带，计算平均能量EL与该子带的能量之间的差DE，并且将包括构成平坦化带的每个子带的差ED的信息作为平坦化增益信息。
在步骤S76中，高频带编码电路24基于从QMF分析滤波处理器23供应的子带信号，计算高频带侧的各个比例因子带的高频带比例因子带能量Eobj。这里，在步骤S76中，进行与图7中的步骤S14类似的处理。
在步骤S77中，高频带编码电路24根据诸如标量量化的编码方案，对高频带侧的各个比例因子带的高频带比例因子带能量Eobj和各个平坦化带的平坦化信息进行编码，并且生成SBR信息。高频带编码电路24将所生成的SBR信息供应到多路复用电路25。
此后，进行步骤S78中的处理，并且编码处理结束，但是由于步骤S78中的处理与图7中的步骤S16的处理类似，因此省略或减少其描述。
在这样做时，编码器11从低频带检测平坦化带，并且输出包括用于对各个平坦化带进行平坦化的平坦化信息的SBR信息以及低频带编码数据。因此，在解码器51侧，可以更容易地进行平坦化带的平坦化。
<解码处理的描述>
另外，如果通过参照图10中的流程图描述的编码处理输出的比特流被传送到解码器51，则接收到该比特流的解码器51进行图11所示的解码处理。在下文中，将参照图11中的流程图描述解码器51执行的解码处理。
这里，由于步骤S101至步骤S104中的处理与图9中的步骤S41至步骤S44中的处理类似，因此省略或减少其描述。然而，在步骤S104的处理中，通过对SBR信息的解码获得高频带比例因子带能量Eobj和各个平坦化带的平坦化信息。
在步骤S105中，高频带解码电路64使用平坦化信息对以包括在平坦化信息中的平坦化位置信息表示的平坦化带进行平坦化。换言之，高频带解码电路64通过将子带的差DE与构成由平坦化位置信息表示的平坦化带的该子带的低频带子带信号相加来进行平坦化。这里，平坦化带的各个子带的差DE是包括在平坦化信息中的作为平坦化增益信息的信息。
在这样做时，对低频带侧的子带当中的、构成平坦化带的各个子带的低频带子带信号进行平坦化。此后，使用平坦化的低频带子带信号，并且进行步骤S106至步骤S109中的处理，并且解码处理结束。因此，由于步骤S106至步骤S109中的该处理与图9中的步骤S46至步骤S49中的处理类似，因此省略或减少其描述。
在这样做时，解码器51使用包括在SBR信息中的平坦化信息，进行平坦化带的平坦化，并且生成高频带侧的各个比例因子带的高频带信号。通过以此方式使用平坦化信息来进行平坦化带的平坦化，可以更容易且迅速地生成高频带信号。
第三实施例
<编码处理的描述>
另外，在第二实施例中，平坦化信息被描述为按原样包括在SBR信息中并且被传送到解码器51。然而，还可配置成使得平坦化信息被矢量量化且包括在SBR信息中。
在这样的情况下，编码器11的高频带编码电路24记录位置表，其中，例如，多个平坦化位置信息矢量(即，平滑位置信息)与指定这些平坦化位置信息矢量的位置索引相关联。这里，平坦化信息位置矢量是将一个或多个平坦化带的各个平坦化位置信息作为其元素的矢量，并且是通过按最低平坦化带频率的顺序排列该平坦化位置信息而获得的矢量。
这里，不仅包括相同数量的元素的相互不同的平坦化位置信息矢量、而且包括相互不同数量的元素的多个平坦化位置信息矢量都记录在位置表中。
此外，编码器11的高频带编码电路24记录增益表，其中，多个平坦化增益信息矢量和指定这些平坦化增益信息矢量的增益索引相关联。这里，平坦化增益信息矢量是将一个或多个平坦化带的各个平坦化增益信息作为其元素的矢量，并且是通过按最低平坦化带频率的顺序排列该平坦化增益信息而获得的矢量。
与位置表的情况类似，不仅包括相同数量的元素的多个相互不同的平坦化增益信息矢量、而且包括相互不同数量的元素的多个平坦化增益信息都记录在增益表中。
在位置表和增益表以此方式记录在编码器11中的情况下，编码器11进行图12所示的编码处理。在下文中，将参照图12中的流程图描述编码器11执行的编码处理。
这里，由于步骤S141至步骤S145中的各个处理与图10中的各个步骤S71至步骤S75类似，因此省略或减少其描述。
如果进行步骤S145中的处理，则获得输入信号的低频带中的各个平坦化带的平坦化位置信息和平坦化增益信息。然后，高频带编码电路24按最低频带的顺序排列各个平坦化带的平坦化位置信息，并且将其作为平坦化位置信息矢量，同时，另外，按最低频带的顺序排列各个平坦化带的平坦化增益信息，并且将其作为平坦化增益信息矢量。
在步骤S146中，高频带编码电路24获取与所获得的平坦化位置信息矢量和平坦化增益信息矢量对应的位置索引和增益索引。
换言之，从记录在位置表中的平坦化位置信息矢量当中，高频带编码电路24指定具有到在步骤S145中获得的平坦化位置信息矢量的最短欧几里得距离的平坦化位置信息矢量。然后，高频带编码电路24从位置表中获取与指定的平坦化位置信息矢量相关联的位置索引。
类似地，从记录在增益表中的平坦化增益信息矢量当中，高频带编码电路24指定具有到在步骤S145中获得的平坦化增益信息矢量的最短欧几里得距离的平坦化增益信息矢量。然后，高频带编码电路24从增益表中获取与指定的平坦化增益信息矢量相关联的增益索引。
在这样做时，如果获取到位置索引和增益索引，则随后进行步骤S147中的处理，并且计算高频带侧的各个比例因子带的高频带比例因子带能量Eobj。这里，由于步骤S147中的处理与图10中的步骤S76中的处理类似，因此省略或减少其描述。
在步骤S148中，高频带编码电路24根据诸如标量量化的编码方案，对各个高频带比例因子带能量Eobj以及在步骤S146中获取的位置索引和增益索引进行编码，并且生成SBR信息。高频带编码电路24将所生成的SBR信息供应到多路复用电路25。
此后，进行步骤S149中的处理并且编码处理结束，但是由于步骤S149中的处理与图10中的步骤S78中的处理类似，因此省略或减少其描述。
在这样做时，编码器11从低频带检测平坦化带，并且输出包括位置索引和增益索引的SBR信息，以获得用于对各个平坦化带进行平坦化的平坦化信息以及低频带编码数据。因此，可以减少从编码器11输出的比特流中的信息量。
<解码处理的描述>
另外，在位置索引和增益索引包括在SBR信息中的情况下，位置表和增益表预先记录在解码器51的高频带解码电路64中。
以此方式，在解码器51记录位置表和增益表的情况下，解码器51进行图13所示的解码处理。在下文中，将参照图13中的流程图描述解码器51执行的解码处理。
这里，由于步骤S171至步骤S174中的处理与图11中的步骤S101至步骤S104的处理类似，因此省略或减少其描述。然而，在步骤S174的处理中，通过对SBR信息的解码获得高频带比例因子带能量Eobj以及位置索引和增益索引。
在步骤S175中，高频带解码电路64基于位置索引和增益索引，获取平坦化位置信息矢量和平坦化增益信息矢量。
换言之，高频带解码电路64从所记录的位置表中获取与通过解码而获得的位置索引相关联的平坦化位置信息矢量，并且从增益表获取与通过解码而获得的增益索引相关联的平坦化增益信息矢量。根据以此方式获得的平坦化位置信息矢量和平坦化增益信息矢量，获得各个平坦化带的平坦化信息，即，各个平坦化带的平坦化位置信息和平坦化增益信息。
如果获得了各个平坦化带的平坦化信息，则此后进行步骤S176至步骤S180中的处理，并且解码处理结束，但是由于该处理与图11中的步骤S105至步骤S109中的处理类似，因此省略或减少其描述。
在这样做时，解码器51通过从包括在SBR信息中的位置索引和增益索引获得各个平坦化带的平坦化信息而进行平坦化带的平坦化，并且生成高频带侧的各个比例因子带的高频带信号。通过以此方式从位置索引和增益索引获得平坦化信息，可以减少所接收的比特流中的信息量。
可以通过硬件来执行或者通过软件来执行上述系列处理。在通过软件执行该系列处理的情况下，构成这样软件的程序从程序记录介质安装到内置于专用硬件中的计算机上，或者替选地，安装到例如能够通过安装各种程序而执行各种功能的通用个人计算机上。
图14是示出根据程序执行上述系列处理的计算机的示例性硬件配置的框图。
在计算机中，CPU(中央处理单元)201、ROM(只读存储器)202以及RAM(随机存取存储器)203通过总线204彼此耦合。
另外，输入/输出接口205耦合到总线204。耦合到输入/输出接口205的是输入单元206(包括键盘、鼠标、麦克风等)、输出单元207(包括显示器、扬声器等)、记录单元208(包括硬盘、非易失性存储器等)、通信单元209(包括网络接口等)以及驱动可拆卸介质211(诸如磁盘、光盘、磁光盘或半导体存储器)的驱动器210。
在如上配置的计算机中，由于例如CPU 201经由输入/输出接口205和总线204将记录在记录单元208中的程序加载到RAM 203中并且执行该程序，进行上述系列处理。
计算机(CPU 201)执行的程序例如被记录到可拆卸介质211上，可拆卸介质211是封装介质，包括磁盘(包括软盘)、光盘(CD-ROM(致密盘-只读存储器)、DVD(数字多功能盘)等)、磁光盘或半导体存储器等。替选地，经由有线或无线传输介质(诸如局域网、因特网或数字卫星广播)来提供程序。
另外，可以通过将可拆卸介质211加载到驱动器210中而经由输入/输出接口205将程序安装到记录单元208上。另外，可以经由有线或无线传输介质在接收单元209处接收程序，并且将该程序安装到记录单元208上。否则，程序可以预先安装在ROM 202或记录单元208中。
这里，计算机执行的程序可以是以按照本说明书中描述的顺序的时间序列进行处理的程序，或者是并行地或在需要的定时(诸如当进行调用时)进行处理的程序。
这里，实施例不限于上述实施例，并且在不背离原理实质的范围内可进行各种修改。
附图标记列表
11  编码器
22  低频带编码电路，即，低频范围编码电路
24  高频带编码电路，即，高频范围编码电路
25  多路复用电路
51  解码器
61  解复用电路
63  QMF分析滤波电路
64  高频带解码电路，即，高频范围生成电路
65  QMF合成滤波处理器，即，组合电路

Claims (20)

1.一种用于处理音频信号的计算机实现方法，所述方法包括：
接收与所述音频信号对应的编码低频范围信号；
对所述编码信号进行解码，以产生具有形状包括能量凹陷的能量谱的解码信号；
对所述解码信号执行滤波处理，所述滤波处理将所述解码信号分离成低频范围带信号；
对所述解码信号执行平滑处理，所述平滑处理对所述解码信号的所述能量凹陷进行平滑；
对平滑后的解码信号执行频移，所述频移从所述低频范围带信号生成高频范围带信号；
组合所述低频范围带信号和所述高频范围带信号以生成输出信号；以及
输出所述输出信号。
2.根据权利要求1所述的计算机实现方法，其中，所述编码信号还包括所述低频范围带信号的能量信息。
3.根据权利要求2所述的计算机实现方法，其中，基于所述低频范围带信号的所述能量信息执行所述频移。
4.根据权利要求1所述的计算机实现方法，其中，所述编码信号还包括所述音频信号的高频范围带的频带复制SBR信息。
5.根据权利要求4所述的计算机实现方法，其中，基于所述SBR信息执行所述频移。
6.根据权利要求1所述的计算机实现方法，其中，所述编码信号还包括所述低频范围带信号的平滑位置信息。
7.根据权利要求6所述的计算机实现方法，其中，基于所述低频范围带信号的所述平滑位置信息对所述解码信号执行所述平滑处理。
8.根据权利要求1所述的计算机实现方法，还包括：对频移后的平滑解码带信号执行增益调整。
9.根据权利要求8所述的计算机实现方法，其中，所述编码信号还包括所述低频范围带信号的增益信息。
10.根据权利要求9所述的计算机实现方法，其中，基于所述增益信息对频移后的解码信号执行增益调整。
11.根据权利要求1所述的计算机实现方法，还包括：计算所述低频范围带信号的平均能量。
12.根据权利要求1所述的计算机实现方法，其中，对所述解码信号执行平滑处理还包括：
计算多个低频范围带信号的平均能量；
通过计算所述多个低频范围带信号的平均能量与所选择的低频范围带信号的能量的比率，计算所述低频范围带信号中所选择的一个的比率；以及
通过将所选择的低频范围带信号的能量乘以算出的比率，执行平滑处理。
13.根据权利要求1所述的计算机实现方法，其中，对所述编码信号进行多路复用。
14.根据权利要求14所述的计算机实现方法，还包括：对多路复用后的编码信号进行解复用。
15.根据权利要求1所述的计算机实现方法，其中，使用高级音频编码AAC方案对所述编码信号进行编码。
16.一种用于处理音频信号的装置，所述装置包括：
低频范围解码电路，被配置成接收与所述音频信号对应的编码低频范围信号，以及对所述编码信号解码，以产生具有形状包括能量凹陷的能量谱的解码信号；
滤波处理器，被配置成对所述解码信号执行滤波处理，所述滤波处理将所述解码信号分离成低频范围带信号；
高频范围生成电路，被配置成：
对所述解码信号执行平滑处理，所述平滑处理对所述能量凹陷进行平滑；以及
对平滑后的解码信号执行频移，所述频移从所述低频范围带信号生成高频范围带信号；以及
组合电路，被配置成组合所述低频范围带信号和所述高频范围带信号以生成输出信号，并且输出所述输出信号。
17.一种包括指令的有形呈现的计算机可读存储介质，所述指令当由处理器执行时，执行用于处理音频信号的方法，所述方法包括：
接收与所述音频信号对应的编码低频范围信号；
对所述编码信号进行解码，以产生具有形状包括能量凹陷的能量谱的解码信号；
对所述解码信号执行滤波处理，所述滤波处理将所述解码信号分离成低频范围带信号；
对所述解码信号执行平滑处理，所述平滑处理对所述解码信号的所述能量凹陷进行平滑；
对平滑后的解码信号执行频移，所述频移从所述低频范围带信号生成高频范围带信号；
组合所述低频范围带信号和所述高频范围带信号以生成输出信号；以及
输出所述输出信号。
18.一种用于处理信号的计算机实现方法，所述方法包括：
接收输入信号；
从所述输入信号提取低频范围信号；
对所述低频范围信号执行滤波处理，所述滤波处理将所述信号分离成低频范围带信号；
计算所述低频范围带信号的能量信息；
对所述低频范围信号和所述能量信息进行编码；以及
输出编码的低频范围信号和编码的能量信息。
19.一种用于处理信号的装置，所述装置包括：
下采样器，被配置成接收输入信号并且从所述输入信号提取低频范围信号；
高频范围编码电路，被配置成：
对所述低频范围信号执行滤波处理，所述滤波处理将所述信号分离成低频范围带信号；
计算所述低频范围带信号的能量信息；以及
对所述能量信息进行编码；
低频范围编码电路，被配置成对所述低频范围信号进行编码；以及
多路复用电路，被配置成输出编码的低频范围信号和编码的能量信息。
20.一种包括指令的有形呈现的计算机可读存储介质，所述指令当由处理器执行时，执行用于处理信号的方法，所述方法包括：
接收输入信号；
从所述输入信号提取低频范围信号；
对所述低频范围信号执行滤波处理，所述滤波处理将所述信号分离成低频范围带信号；
计算所述低频范围带信号的能量信息；
对所述低频范围信号和所述能量信息进行编码；以及
输出编码的低频范围信号和编码的能量信息。
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