CN103928031A - 编码方法、解码方法、编码装置和解码装置 - Google Patents

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Abstract

本发明实施例提供了一种编码方法、解码方法、编码装置、解码装置、发射机、接收机和通信系统。所述编码方法包括：将待编码的时域信号划分为低频带信号和高频带信号；对低频带信号进行编码而获得低频编码参数；对所述高频带信号进行编码而获得高频编码参数，并根据所述低频编码参数和所述高频编码参数来获得合成高频带信号；对所述合成高频带信号进行短时后滤波处理而得到短时滤波信号，该短时滤波信号的频谱包络的形状与所述合成高频带信号的频谱包络的形状相比更接近所述高频带信号的频谱包络的形状；基于所述高频带信号和所述短时滤波信号来计算高频增益。在本发明的各个实施例的技术方案，能够改善编码和/或解码效果。

Description

编码方法、解码方法、编码装置和解码装置
技术领域
本发明实施例涉及领域通信技术领域，并且更具体地，涉及一种编码方法、解码方法、编码装置、解码装置、发射机、接收机和通信系统。
背景技术
随着通信技术的不断进步，用户对话音质量的需求越来越高。通常，通过提高话音质量的带宽来提高话音质量。如果采用传统的编码方式来对带宽已增加的信息进行编码，则会大大提高码率，并因此拘囿于当前网络带宽的限制条件而难以实现。因此，要在码率不变或者码率变化不大的情况下对带宽更宽的信号进行编码，针对这个课题提出的解决方案就是采用频带扩展技术。频带扩展技术可以在时域或者频域完成。
在时域进行频带扩展的基本原理为对低频带信号和高频带信号采取两种不同的处理方法完成。对于原始信号中的低频带信号，在编码端中根据需要利用各种编码器进行编码；在解码端中利用与编码端的编码器对应的解码器来解码并恢复低频带信号。对于高频带信号，在编码端中，利用用于低频带信号的编码器获得的低频编码参数来预测高频带激励信号，对原始信号的高频带信号进行处理而得到高频编码参数，基于该高频编码参数和高频带激励信号来获得合成高频带信号，然后通过比较所述合成高频带信号和原始信号中的高频带信号而获得用于调整高频带信号的增益的高频增益，所述高频增益和高频编码参数被传送到解码端来恢复高频带信号；在解码端，利用在低频带信号的解码时提取的低频编码参数来恢复所述高频带激励信号，基于高频带激励信号和通过高频带信号的解码提取的高频编码参数来获得合成高频带信号，然后该合成高频带信号经过高频增益调整而获得最终的高频带信号，合并高频带信号和低频带信号得到最终的输出信号。
上述的在时域进行频带扩展的技术中，在一定速率条件下恢复出了高频带信号，但是性能指标还不够完善。通过对比通过解码恢复的语音信号的频谱与原始语音信号的频谱可知，所恢复的语音信号听起来有沙沙的感觉，声音不够清亮。
发明内容
本发明实施例提供一种编码方法、解码方法、编码装置、解码装置、发射机、接收机和通信系统，其能够提高恢复的信号的清晰度，从而提高编码和解码性能。
第一方面，提供了编码方法，包括：将待编码的时域信号划分为低频带信号和高频带信号；对低频带信号进行编码而获得低频编码参数；对所述高频带信号进行编码而获得高频编码参数，并根据所述低频编码参数和所述高频编码参数来获得合成高频带信号；对所述合成高频带信号进行短时后滤波处理而得到短时滤波信号，该短时滤波信号的频谱包络的形状与所述合成高频带信号的频谱包络的形状相比更接近所述高频带信号的频谱包络的形状；基于所述高频带信号和所述短时滤波信号来计算高频增益。
结合第一方面，在第一方面的一种实现方式中，所述对所述合成高频带信号进行短时后滤波处理可包括：基于所述高频编码参数来设置极零后滤波器的系数；利用所述极零后滤波器对所述合成高频带信号进行滤波处理。
结合第一方面及其上述实现方式，在第一方面的另一实现方式中，所述对所述合成高频带信号进行短时后滤波处理还可包括：在利用所述极零后滤波器对所述合成高频带信号进行滤波处理之后，利用z域传递函数为Ht(z)＝1-μz-1的一阶滤波器对经所述极零后滤波器处理后的合成高频带信号进行滤波处理，其中所述μ为预设常数或者为根据高频编码参数和合成高频带信号进行自适应计算而得到的数值。
结合第一方面及其上述实现方式，在第一方面的另一实现方式中，所述对所述高频带信号进行编码而获得高频编码参数包括利用线性预测编码LPC技术对所述高频带信号进行编码而获得LPC系数作为高频编码参数，所述极零后滤波器的z域传递函数可为如下的公式：
H s ( z ) = 1 - a 1 β z - 1 - a 2 β 2 z - 2 - . . . - a M β M z - M 1 - a 1 γ z - 1 - a 2 γ 2 z - 2 - . . . - a M γ M z - M
其中，所述a1、a2、.....aM为所述LPC系数，M为该LPC系数的阶数，β、γ为预设常数且满足0<β<γ<1。
结合第一方面及其上述实现方式，在第一方面的另一实现方式中，所述编码方法还可以包括：根据所述低频编码参数、所述高频编码参数和所述高频增益来生成编码码流。
第二方面，提供了一种解码方法，包括：从已编码信息中区分出低频编码参数、高频编码参数、和高频增益；对所述低频编码参数进行解码而获得低频带信号；根据所述低频编码参数和所述高频编码参数来获得合成高频带信号；对所述合成高频带信号进行短时后滤波处理而得到短时滤波信号，该短时滤波信号的频谱包络的形状与所述合成高频带信号的频谱包络的形状相比更接近所述高频带信号的频谱包络的形状；利用所述高频增益调整所述短时滤波信号而获得高频带信号；合并所述低频带信号和所述高频带信号而得到最终的解码信号。
结合第二方面，在第二方面的一种实现方式中，所述对所述合成高频带信号进行短时后滤波处理可包括：基于所述高频编码参数来设置极零后滤波器的系数；利用所述极零后滤波器对所述合成高频带信号进行滤波处理。
结合第二方面及其上述实现方式，在第二方面的另一实现方式中，所述对所述合成高频带信号进行短时后滤波处理还可包括：在利用所述极零后滤波器对所述合成高频带信号进行滤波处理之后，利用z域传递函数为Ht(z)＝1-μz-1的一阶滤波器对经所述极零后滤波器处理后的合成高频带信号进行滤波处理，其中所述μ为预设常数、或者为根据高频编码参数和合成高频带信号进行自适应计算而得到的数值。
结合第二方面及其上述实现方式，在第二方面的另一实现方式中，所述高频编码参数可包括利用线性预测编码LPC技术进行编码得到的LPC系数，所述极零后滤波器的z域传递函数为如下的公式：
H s ( z ) = 1 - a 1 &beta; z - 1 - a 2 &beta; 2 z - 2 - . . . - a M &beta; M z - M 1 - a 1 &gamma; z - 1 - a 2 &gamma; 2 z - 2 - . . . - a M &gamma; M z - M
其中，所述a1、a2、......aM为所述LPC系数，M为该LPC系数的阶数，β、γ为预设常数且满足0<β<γ<1。
第三方面，提供了一种编码装置，包括：划分单元，用于将待编码的时域信号划分为低频带信号和高频带信号；低频编码单元，用于对低频带信号进行编码而获得低频编码参数；高频编码单元，用于对所述高频带信号进行编码而获得高频编码参数；合成单元，用于所述低频编码参数和所述高频编码参数来获得合成高频带信号；滤波单元，用于对所述合成高频带信号进行短时后滤波处理而得到短时滤波信号，该短时滤波信号的频谱包络的形状与所述合成高频带信号的频谱包络的形状相比更接近所述高频带信号的频谱包络的形状；计算单元，用于基于所述高频带信号和所述短时滤波信号来计算高频增益。
结合第三方面，在第三方面的一种实现方式中，所述滤波单元可包括：极零后滤波器，用于对所述合成高频带信号进行滤波处理，所述极零后滤波器的系数可基于所述高频编码参数来设置。
结合第三方面及其上述实现方式，在第三方面的另一实现方式中，所述滤波单元还可包括：一阶滤波器，位于所述极零后滤波器之后，其z域传递函数为Ht(z)＝1-μz-1，用于对经所述极零后滤波器处理后的合成高频带信号进行滤波处理，其中，所述μ为预设常数或者为根据高频编码参数和合成高频带信号进行自适应计算而得到的数值。
结合第三方面及其上述实现方式，在第三方面的另一实现方式中，所述高频编码单元可利用线性预测编码LPC技术对所述高频带信号进行编码得到LPC系数作为所述高频编码参数，所述极零后滤波器的z域传递函数可为如下的公式：
H s ( z ) = 1 - a 1 &beta; z - 1 - a 2 &beta; 2 z - 2 - . . . - a M &beta; M z - M 1 - a 1 &gamma; z - 1 - a 2 &gamma; 2 z - 2 - . . . - a M &gamma; M z - M
其中，所述a1、a2、......aM为所述LPC系数，M为该LPC系数的阶数，β、γ为预设常数且满足0<β<γ<1。
结合第三方面及其上述实现方式，在第三方面的另一实现方式中，所述编码装置还可包括：码流生成单元，用于根据所述低频编码参数、所述高频编码参数和所述高频增益来生成编码码流。
第四方面，提供了一种解码装置，包括：区分单元，用于从已编码信息中区分出低频编码参数、高频编码参数、和高频增益；低频解码单元，用于对所述低频编码参数进行解码而获得低频带信号；合成单元，用于所述低频编码参数和所述高频编码参数来获得合成高频带信号；滤波单元，用于对所述合成高频带信号进行短时后滤波处理而得到短时滤波信号，该短时滤波信号的频谱包络的形状与所述合成高频带信号的频谱包络的形状相比更接近所述高频带信号的频谱包络的形状；高频解码单元，用于利用所述高频增益调整所述短时滤波信号而获得高频带信号；合并单元，用于合并所述低频带信号和所述高频带信号而得到最终的解码信号。
结合第四方面，在第四方面的一种实现方式中，所述滤波单元可包括：极零后滤波器，用于对所述合成高频带信号进行滤波处理，其中所述极零后滤波器的系数可基于所述高频编码参数来设置。
结合第四方面及其上述实现方式，在第四方面的另一实现方式中，所述滤波单元还可包括：一阶滤波器，位于所述极零后滤波器之后，其z域传递函数为Ht(z)＝1-μz-1，用于对经所述极零后滤波器处理后的合成高频带信号进行滤波处理，其中，所述μ为预设常数或者为根据高频编码参数和合成高频带信号进行自适应计算而得到的数值。
结合第四方面及其上述实现方式，在第四方面的另一实现方式中，所述高频编码参数可以包括利用线性预测编码LPC技术获得的LPC系数，所述极零后滤波器的z域传递函数为如下的公式：
H s ( z ) = 1 - a 1 &beta; z - 1 - a 2 &beta; 2 z - 2 - . . . - a M &beta; M z - M 1 - a 1 &gamma; z - 1 - a 2 &gamma; 2 z - 2 - . . . - a M &gamma; M z - M
其中，所述a1、a2、......aM为所述LPC系数，M为该LPC系数的阶数，β、γ为预设常数且满足0<β<γ<1。
第五方面，提供了一种发射机，包括：如第三方面所述的编码装置；发射单元，用于为所述编码装置产生的高频编码参数和低频编码参数分配比特以生成比特流，并发射该比特流。
第六方面，提供了一种接收机，包括：接收单元，用于接收比特流，并从所述比特流中提取已编码信息；如第四方面所述的解码装置。
第七方面，提供了一种通信系统，包括第五方面所述的发射机或如第六方面所述的接收机。
在本发明实施例的上述技术方案中，在编码和解码的过程中基于合成高频带信号计算高频增益时，通过对合成高频带信号进行短时后滤波处理而得到短时滤波信号、并基于该短时滤波信号计算高频增益，可以减小甚或消除所恢复的信号中的沙沙声，改善了编码和解码效果。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是示意性图示了根据本发明实施例的编码方法的流程图；
图2是示意性图示了根据本发明实施例的解码方法的流程图；
图3是示意性图示了根据本发明实施例的编码装置的框图；
图4是示意性图示了根据本发明实施例的编码装置中的滤波单元的框图；
图5是示意性图示了根据本发明实施例的解码装置的框图；
图6是示意性图示了根据本发明实施例的发射机的框图；
图7是示意性图示了根据本发明实施例的接收机的框图；
图8是本发明另一实施例的装置的示意框图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明的技术方案，可以应用于各种通信系统，例如：GSM，码分多址（CDMA，Code Division Multiple Access）系统，宽带码分多址（WCDMA，Wideband Code Division Multiple Access Wireless），通用分组无线业务（GPRS，General Packet Radio Service），长期演进（LTE，Long Term Evolution）等。
频带扩展技术可以在时域或者频域完成，本发明是在时域完成频带扩展。
图1是示意性图示了根据本发明实施例的编码方法100的流程图。所述编码方法100包括：将待编码的时域信号划分为低频带信号和高频带信号（110）；对低频带信号进行编码而获得低频编码参数（120）；对所述高频带信号进行编码而获得高频编码参数，并根据所述低频编码参数和所述高频编码参数来获得合成高频带信号（130）；对所述合成高频带信号进行短时后滤波处理而得到短时滤波信号，该短时滤波信号的频谱包络的形状与所述合成高频带信号的频谱包络的形状相比更接近所述高频带信号的频谱包络的形状（140）；基于所述高频带信号和所述短时滤波信号来计算高频增益（150）。
在110中，将待编码的时域信号划分为低频带信号和高频带信号。该划分是为了能够将所述时域信号分为两路进行处理，从而分开地处理所述低频带信号和高频带信号。可以采用现有的或将来出现的任何划分技术来实现该划分。这里的低频带和高频带的含义是相对的，例如可以设定一频率阈值，则低于该频率阈值的频率为低频带，高于该频率阈值的频率为高频带。在实践中，可以根据需要设定所述频率阈值，也可以采取其它方式来区分出信号中的低频带信号成分和高频带信号成分，从而实现划分。
在120中，对低频带信号进行编码而获得低频编码参数。通过所述编码，将低频带信号处理为低频编码参数，从而使得解码端根据所述低频编码参数来恢复所述低频带信号。所述低频编码参数是解码端恢复所述低频带信号所需要的参数。作为示例，可以采用使用代数码本线性预测（ACELP，AlgebraicCode Excited Linear Prediction）算法的编码器（ACELP编码器）来进行编码，此时获得的低频编码参数例如可包括代数码书、代数码书增益、自适应码书、自适应码书增益和基音周期等，并且还可以包括其它参数。所述低频编码参数可被传送到解码端以用于恢复低频带信号。此外，在从编码端向解码端传送代数码书、自适应码书时，可以仅传送代数码书索引和自适应码书索引，解码端根据代数码书索引和自适应码书索引得到对应的代数码书和自适应码书，从而实现恢复。在实践中，可以根据需要采取合适的编码技术来对所述低频带信号进行编码；当编码技术改变时，所述低频编码参数的组成也会改变。在本发明的实施例中，以使用ACELP算法的编码技术为例进行说明。
在130中，对所述高频带信号进行编码而获得高频编码参数，并根据所述低频编码参数和所述高频编码参数来获得合成高频带信号。例如，可以对原始信号的高频带信号进行例如线性预测编码(LPC，linear PrencdictiveCoding)分析得到诸如LPC系数的高频编码参数，利用所述低频编码参数来预测高频带激励信号，并所述高频带激励信号通过根据所述LPC系数确定的合成滤波器而得到所述合成高频带信号。在实践中，根据需要还可以采用其它的技术来根据低频编码参数和高频编码参数获得所述合成高频带信号。
在所述根据低频编码参数和高频编码参数获得所述合成高频带信号的过程中，利用低频编码参数进行预测而得到的高频带激励信号的频谱很平坦，但是真实的高频带激励信号的频谱并不平坦，该差异导致所述合成高频带信号的频谱包络没有跟随原始信号中的高频带信号的频谱包络变化，并进而导致在所恢复的语音信号中有沙沙声。
在140中，对所述合成高频带信号进行短时后滤波处理而得到短时滤波信号，该短时滤波信号的频谱包络的形状与所述合成高频带信号的频谱包络的形状相比更接近所述高频带信号的频谱包络的形状。
作为示例，可以基于所述高频编码参数来形成用于对所述合成高频带信号进行后滤波处理的滤波器，并用该滤波器过滤所述合成高频带信号进行滤波而得到短时滤波信号，该短时滤波信号的频谱包络的形状与所述合成高频带信号的频谱包络的形状相比更接近所述高频带信号的频谱包络的形状。例如，可以基于所述高频编码参数来设置极零后滤波器的系数；利用所述极零后滤波器对所述合成高频带信号进行滤波处理。替换地，可以基于所述高频编码参数来设置全极后滤波器的系数；利用所述全极后滤波器对所述合成高频带信号进行滤波处理。下面以利用线性预测编码LPC技术对高频带信号进行编码的情况为例具体描述如下。
在利用线性预测编码LPC技术对所述高频带信号进行编码的情况中，所述高频编码参数包括LPC系数a1、a2、......aM，M为该LPC系数的阶数，可以基于所述LPC系数来设置系数的传递函数为如下的公式（1）的极零后滤波器：
H s ( z ) = 1 - a 1 &beta; z - 1 - a 2 &beta; 2 z - 2 - . . . - a M &beta; M z - M 1 - a 1 &gamma; z - 1 - a 2 &gamma; 2 z - 2 - . . . - a M &gamma; M z - M              公式（1）
其中，β、γ为预设常数且满足0<β<γ<1。在实践中，可以使β＝0.5，γ=0.8。经过传递函数如公式（1）所示的极零后滤波器处理的合成高频带信号的频谱包络的形状更接近所述高频带信号的频谱包络的形状，从而避免所恢复的信号中的沙沙声，从而改善编码效果。公式（1）所示的传递函数为z域传递函数，但该传递函数还可以是时域或频域等其它的域中的传递函数。
此外，由于经过所述极零点后滤波处理之后的合成高频带信号会有低通效应，所以在利用所述极零后滤波器对所述合成高频带信号进行滤波处理之后，可以利用z域传递函数为如下的公式（2）的一阶滤波器进一步处理：
Ht(z)=1-μz-1                        公式（2）
其中，所述μ为预设常数、或者为根据高频编码参数和合成高频带信号进行自适应计算而得到的数值。作为示例，在利用线性预测编码LPC技术对所述高频带信号进行编码的情况中，该μ可以以所述LPC系数、所述β、γ、以及所述合成高频带信号为函数来计算得到，本领域的技术人员可以采用现有的各种方法来进行该计算，这里不再详述。相对于仅经过所述极零后滤波器的滤波处理得到的短时滤波信号，经过所述极零后滤波器和一阶滤波器二者的滤波处理的短时滤波信号的频谱包络的变化会更接近原始的高频带信号的频谱包络变化，能够进一步改善编码效果。
在利用线性预测编码LPC技术对所述高频带信号进行编码的情况中，如果利用全极后滤波器实现短时后滤波处理，则基于所述高频编码参数设置系数的全极后滤波器的z域传递函数可如下面的公式（3）所示：
H s ( z ) = 1 1 - a 1 &gamma; z - 1 - a 2 &gamma; 2 z - 2 - . . . - a M &gamma; M z - M                   公式（3）
其中，β、γ为预设常数且满足0<β<γ<1，所述a1、a2、.....aM是作为所述高频编码参数的LPC系数，M为该LPC系数的阶数。
在150中，基于所述高频带信号和所述短时滤波信号来计算高频增益。该高频增益用于表示在原始的高频带信号和所述短时滤波信号（即经过短时后滤波处理的合成高频带信号）之间的能量差异。在进行信号解码时，在获得合成高频带信号之后，使用该高频增益即可恢复高频带信号。
在获得了所述高频增益、所述高频编码参数、和所述低频编码参数之后，根据所述低频编码参数、所述高频编码参数和所述高频增益来生成编码码流，从而实现了编码。在本发明实施例的上述编码方法中，通过对合成高频带信号进行短时后滤波处理而得到短时滤波信号、并基于该短时滤波信号计算高频增益，可以减小甚或消除所恢复的信号中的沙沙声，改善了编码效果。
图2是示意性图示了根据本发明实施例的解码方法200的流程图。该解码方法200包括：从已编码信息中区分出低频编码参数、高频编码参数、和高频增益（210）；对所述低频编码参数进行解码而获得低频带信号（220）；根据所述低频编码参数和所述高频编码参数来获得合成高频带信号（230）；对所述合成高频带信号进行短时后滤波处理而得到短时滤波信号，该短时滤波信号的频谱包络的形状与所述合成高频带信号的频谱包络的形状相比更接近所述高频带信号的频谱包络的形状（240）；利用所述高频增益调整所述短时滤波信号而获得高频带信号（250）；合并所述低频带信号和所述高频带信号而得到最终的解码信号（260）。
在210中，从已编码信息中区分出低频编码参数、高频编码参数、和高频增益。所述低频编码参数例如可以包括代数码书、代数码书增益、自适应码书、自适应码书增益和基音周期等以及其它参数，所述高频编码参数例如可以包括LPC系数、以及其它参数。此外，根据编码技术的不同，所述低频编码参数和高频编码参数可以替换地包括其它的参数。
在220中，对所述低频编码参数进行解码而获得低频带信号。具体的解码方式与编码端的编码方式对应。作为示例，在编码端采用使用ACELP算法的ACELP编码器来进行编码时，在220中采用ACELP解码器来获得低频带信号。
在230中，根据所述低频编码参数和所述高频编码参数来获得合成高频带信号。作为示例，利用所述低频编码参数来恢复高频带激励信号，利用高频编码参数中的LPC系数生成合成滤波器，利用该合成滤波器对所述高频带激励信号进行滤波而获得所述合成高频带信号。在实践中，根据需要还可以采用其它的技术来基于低频编码参数和高频编码参数获得所述合成高频带信号。
如前所述，在所述根据低频编码参数和高频编码参数获得所述合成高频带信号的过程中，利用低频编码参数进行预测而得到的高频带激励信号的频谱很平坦，但是真实的高频带激励信号的频谱并不平坦，该差异导致所述合成高频带信号的频谱包络没有跟随原始信号中的高频带信号的频谱包络变化，并进而导致在所恢复的语音信号中有沙沙声。
在240中，对所述合成高频带信号进行短时后滤波处理而得到短时滤波信号，该短时滤波信号的频谱包络的形状与所述合成高频带信号的频谱包络的形状相比更接近所述高频带信号的频谱包络的形状。
作为示例，可以基于所述高频编码参数来形成用于对所述合成高频带信号进行后滤波处理的滤波器，并用该滤波器过滤所述合成高频带信号进行滤波而得到短时滤波信号，该短时滤波信号的频谱包络的形状与所述合成高频带信号相比更接近所述高频带信号的频谱包络的形状。例如，可以基于所述高频编码参数来设置极零后滤波器的系数；利用所述极零后滤波器对所述合成高频带信号进行滤波处理。替换地，可以基于所述高频编码参数来设置全极后滤波器的系数；利用所述全极后滤波器对所述合成高频带信号进行滤波处理。
在利用线性预测编码LPC技术对所述高频带信号进行编码的情况中，所述高频编码参数包括LPC系数a1、a2、......aM，M为该LPC系数的阶数，基于LPC系数设置的极零后滤波器的z域传递函数可以为前面的公式（1），基于LPC系数设置的全极后滤波器的z域传递函数可以为前面的公式（3）。经过所述极零后滤波器（或全极后滤波器）处理的合成高频带信号的频谱包络的形状与没有经过该处理的合成高频带信号的频谱包络的形状相比更接近原始的高频带信号的频谱包络的形状，避免所恢复的信号中的沙沙声，从而改善编码效果。
此外，如前所述，由于经过如公式（1）所示的极零点后滤波处理之后的合成高频带信号会有低通效应，所以在利用所述极零后滤波器对所述合成高频带信号进行滤波处理之后，可以利用z域传递函数为前面的公式（2）的一阶滤波器进一步处理，以进一步改善编码效果。
关于该240的描述，可以参见前面结合图1的140进行的描述。
在250中，利用所述高频增益调整所述短时滤波信号而获得高频带信号。与在编码端中的利用高频带信号和短时滤波信号获得高频增益（图1中的150）对应地，在该250中，利用所述高频增益调整所述短时滤波信号而恢复出高频带信号。
在260中，合并所述低频带信号和所述高频带信号而得到最终的解码信号（260）。该合并方式与图1中的110中的划分方式对应，从而实现解码而得到最终的输出信号。
在本发明实施例的上述解码方法中，通过对合成高频带信号进行短时后滤波处理而得到短时滤波信号、并基于该短时滤波信号计算高频增益，可以减小甚或消除所恢复的信号中的沙沙声，改善了解码效果。
图3是示意性图示了根据本发明实施例的编码装置300的框图。该编码装置300包括：划分单元310，用于将待编码的时域信号划分为低频带信号和高频带信号；低频编码单元，用于对低频带信号进行编码而获得低频编码参数320；高频编码单元330，用于对所述高频带信号进行编码而获得高频编码参数；合成单元340，用于所述低频编码参数和所述高频编码参数来获得合成高频带信号；滤波单元350，用于对所述合成高频带信号进行短时后滤波处理而得到短时滤波信号，该短时滤波信号的频谱包络的形状与所述合成高频带信号的频谱包络的形状相比更接近所述高频带信号的频谱包络的形状；计算单元360，用于基于所述高频带信号和所述短时滤波信号来计算高频增益。
所述划分单元310在接收输入的时域信号之后，将待编码的时域信号划分为两路(低频带信号和高频带信号)进行处理。可以采用现有的或将来出现的任何划分技术来实现该划分。所述低频带和高频带的含义是相对的，例如可以设定一频率阈值，则低于该频率阈值的频率为低频带，高于该频率阈值的频率为高频带。在实践中，可以根据需要设定所述频率阈值，也可以采取其它方式来区分出信号中的低频带信号成分和高频带信号成分，从而实现划分。
所述低频编码单元320可以根据需要采取合适的编码技术来对所述低频带信号进行编码。例如，该低频编码单元320可以使用ACELP编码器来进行编码而获得低频编码参数（例如可包括代数码书、代数码书增益、自适应码书、自适应码书增益和基音周期等）。当所使用的编码技术改变时，所述低频编码参数的组成也会改变。所获得的低频编码参数是恢复所述低频带信号所需要的参数，其被传送到解码器进行低频带信号恢复。
所述高频编码单元330对所述高频带信号进行编码而获得高频编码参数。作为示例，该高频编码单元330可以对原始信号中的高频带信号进行线性预测编码(LPC，linear Prencdictive Coding)分析得到诸如LPC系数的高频编码参数。对所述高频带信号进行编码的编码技术不构成对本发明实施例的限制。
所述合成单元340利用所述低频编码参数来预测高频带激励信号，并使所述高频带激励信号通过根据所述LPC系数确定的合成滤波器而得到所述合成高频带信号。在实践中，根据需要还可以采用其它的技术来根据低频编码参数和高频编码参数获得所述合成高频带信号。该合成单元340利用低频编码参数进行预测而得到的高频带激励信号的频谱很平坦，但是真实的高频带激励信号的频谱并不平坦，该差异导致所述合成高频带信号的频谱包络没有跟随原始信号中的高频带信号的频谱包络变化，并进而导致在所恢复的语音信号中有沙沙声。
所述滤波单元350用于对所述合成高频带信号进行短时后滤波处理而得到短时滤波信号，该短时滤波信号的频谱包络的形状与所述合成高频带信号的频谱包络的形状相比更接近所述高频带信号的频谱包络的形状。下面结合图4描述该滤波单元350。
图4是示意性图示了根据本发明实施例的编码装置300中的滤波单元350的框图。
该滤波单元350可包括极零后滤波器410，用于对所述合成高频带信号进行滤波处理，其中，所述极零后滤波器的系数可基于所述高频编码参数来设置。在所述高频编码单元330利用线性预测编码LPC技术对所述高频带信号进行编码的情况中，所述极零后滤波器410的z域传递函数可如前述的公式（1）所示。该极零后滤波器410处理的合成高频带信号的频谱包络的形状更接近原始的高频带信号的频谱包络的形状，从而避免所恢复的信号中的沙沙声，从而改善编码效果。可选地，该滤波单元350还可以包括一阶滤波器420，其位于所述极零后滤波器之后。该一阶滤波器420的z域传递函数可以如前面的公式（2）所示。相对于仅经过所述极零后滤波器410的滤波处理得到的短时滤波信号，经过所述极零后滤波器410和一阶滤波器420二者的滤波处理的短时滤波信号的频谱包络的变化会更接近原始的高频带信号的频谱包络变化，能够进一步改善编码效果。
作为图4所示的滤波单元350的替换，还可以利用全极后滤波器进行短时后滤波处理，而得到短时滤波信号，该短时滤波信号的频谱包络的形状与所述合成高频带信号的频谱包络的形状相比更接近所述高频带信号的频谱包络的形状。在利用线性预测编码LPC技术对所述高频带信号进行编码的情况中，所述全极后滤波器的z域传递函数可前面的公式（3）所示。
关于该滤波单元350的描述，可以参见前面结合图1的140进行的描述。
所述计算单元360基于由划分单元所提供的高频带信号和从滤波单元350输出的短时滤波信号来计算高频增益。该高频增益与所述低频编码参数和高频编码参数一起构成编码信息，以在解码端用于信号恢复。
此外，所述编码装置300还可包括码流生成单元，该码流生成单元用于根据所述低频编码参数、所述高频编码参数和所述高频增益来生成编码码流。接收到该编码码流的解码端可以基于所述低频编码参数、所述高频编码参数和所述高频增益进行解码。关于图3中所示的编码装置的各个单元所执行的操作，可以参见结合图1的编码方法所进行的描述。
在本发明实施例的上述编码装置300中，通过对合成高频带信号进行短时后滤波处理而得到短时滤波信号、并基于该短时滤波信号计算高频增益，可以减小甚或消除所恢复的信号中的沙沙声，改善了编码效果。
图5是示意性图示了根据本发明实施例的解码装置500的框图。该解码装置500包括：区分单元510，用于从已编码信息中区分出低频编码参数、高频编码参数、和高频增益；低频解码单元520，用于对所述低频编码参数进行解码而获得低频带信号；合成单元530，用于所述低频编码参数和所述高频编码参数来获得合成高频带信号；滤波单元540，用于对所述合成高频带信号进行短时后滤波处理而得到短时滤波信号，该短时滤波信号的频谱包络的形状与所述合成高频带信号的频谱包络的形状相比更接近所述高频带信号的频谱包络的形状；高频解码单元550，用于利用所述高频增益调整所述短时滤波信号而获得高频带信号；合并单元560，用于合并所述低频带信号和所述高频带信号而得到最终的解码信号。
所述区分单元510从已编码信息中区分出低频编码参数、高频编码参数、和高频增益。所述低频编码参数例如可以包括代数码书、代数码书增益、自适应码书、自适应码书增益和基音周期等以及其它参数，所述高频编码参数例如可以包括LPC系数、以及其它参数。此外，根据编码技术的不同，所述低频编码参数和高频编码参数可以替换地包括其它的参数。
所述低频解码单元520采用与编码端的编码方式对应的解码方式，对所述低频编码参数进行解码而获得低频带信号。作为示例，在编码端采用ACELP编码器来进行编码时，该低频解码单元520采用ACELP解码器来获得所述低频带信号。
以采用LPC分析获得LPC系数（即高频编码参数）为例，所述合成单元530利用所述低频编码参数来恢复高频带激励信号，利用LPC系数生成合成滤波器，利用该合成滤波器对所述高频带激励信号进行滤波而获得所述合成高频带信号。在实践中，根据需要还可以采用其它的技术来基于低频编码参数和高频编码参数获得所述合成高频带信号。
所述合成单元530利用低频编码参数进行预测而得到的高频带激励信号的频谱很平坦，但是真实的高频带激励信号的频谱并不平坦，该差异导致所述合成高频带信号的频谱包络没有跟随原始信号中的高频带信号的频谱包络变化，并进而导致在所恢复的语音信号中有沙沙声。
所述滤波单元540结构例如可以如图4所示。替换地，该滤波单元540还可以用全极后滤波器进行短时后滤波处理。在利用线性预测编码LPC技术对所述高频带信号进行编码的情况中，所述全极后滤波器的z域传递函数可前面的公式（3）所示。该滤波单元540与图3中的滤波单元350相同，并因此可以参见前面结合滤波单元350进行的描述。
与在编码装置300中的基于高频带信号和短时滤波信号计算高频增益的操作对应地，该高频解码单元550利用所述高频增益调整所述短时滤波信号而获得高频带信号。
与编码装置300中的划分单元所采取的划分方式对应的合并方式，所述合并单元560合并所述低频带信号和所述高频带信号，从而实现解码而得到最终的输出信号。
在本发明实施例的上述解码装置500中，通过对合成高频带信号进行短时后滤波处理而得到短时滤波信号、并基于该短时滤波信号计算高频增益，可以减小甚或消除所恢复的信号中的沙沙声，改善了解码效果。
图6是示意性图示了根据本发明实施例的发射机600的框图。图6的发射机600可包括如图3所示的编码装置300，因此适当省略重复的描述。此外，发射机600还可以包括发射单元610，用于为所述编码装置300产生的高频编码参数和低频编码参数分配比特以生成比特流，并发射该比特流。
图7是示意性图示了根据本发明实施例的接收机700的框图。图7的接收机700可包括如图5所示的解码装置500，因此适当省略重复的描述。此外，接收机700还可以包括接收单元710，用于接收编码信号供所述解码装置500处理。
在本发明的另一个实施例中，还提供一种通信系统，其可包括结合图6描述的发射机600或结合图7描述的接收机700。
图8是本发明另一实施例的装置的示意框图。图8的装置800可用于实现上述方法实施例中各步骤及方法。装置800可应用于各种通信系统中的基站或者终端。图8的实施例中，装置800包括发射电路802、接收电路803、编码处理器804、解码处理器805、处理单元806、存储器807及天线801。处理单元806控制装置800的操作，处理单元806还可以称为CPU（CentralProcessing Unit，中央处理单元）。存储器807可以包括只读存储器和随机存取存储器，并向处理单元806提供指令和数据。存储器807的一部分还可以包括非易失行随机存取存储器（NVRAM）。具体的应用中，装置800可以嵌入或者本身可以就是例如移动电话之类的无线通信设备，还可以包括容纳发射电路802和接收电路803的载体，以允许装置800和远程位置之间进行数据发射和接收。发射电路802和接收电路803可以耦合到天线801。装置800的各个组件通过总线系统809耦合在一起，其中总线系统809除包括数据总线之外，还包括电源总线、控制总线和状态信号总线。但是为了清楚说明起见，在图中将各种总线都标为总线系统809。装置800还可以包括用于处理信号的处理单元806，此外还包括编码处理器804、解码处理器805。
上述本发明实施例揭示的编码方法可以应用于编码处理器804或由其实现，上述本发明实施例揭示的解码方法可以应用于解码处理器805或由其实现。编码处理器804或解码处理器805可能是一种集成电路芯片，具有信号的处理能力。在实现过程中，上述方法的各步骤可以通过编码处理器804或解码处理器805中的硬件的集成逻辑电路或者软件形式的指令完成。这些指令可以通过处理器806以配合实现及控制。用于执行本发明实施例揭示的方法，上述的解码处理器可以是通用处理器、数字信号处理器（DSP）、专用集成电路（ASIC）、现成可编程门阵列（FPGA）或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件。可以实现或者执行本发明实施例中的公开的各方法、步骤及逻辑框图。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器，解码器等。结合本发明实施例所公开的方法的步骤可以直接体现为硬件解码处理器执行完成，或者用解码处理器中的硬件及软件模块组合执行完成。软件模块可以位于随机存储器，闪存、只读存储器，可编程只读存储器或者电可擦写可编程存储器、寄存器等本领域成熟的存储介质中。该存储介质位于存储器807中，编码处理器804或解码处理器805读取存储器807中的信息，结合其硬件完成上述方法的步骤。例如，存储器807可存储所得到的低频编码参数，供编码处理器804或解码处理器805在编码或解码时使用。
例如，图3的编码装置300可以由编码处理器804实现，图5的解码装置500可以由解码处理器805实现。
另外，例如，图6的发射机610可以由编码处理器804、发射电路802和天线801等实现。图7的接收机710可以由天线801、接收电路803和解码处理器805等实现。但上述例子仅仅是示意性的，并非将本发明实施例限于这样的具体实现形式。
具体地，存储器807存储使得处理器806和/或编码处理器804实现以下操作的指令：将待编码的时域信号划分为低频带信号和高频带信号；对低频带信号进行编码而获得低频编码参数；对所述高频带信号进行编码而获得高频编码参数，并根据所述低频编码参数和所述高频编码参数来获得合成高频带信号；对所述合成高频带信号进行短时后滤波处理而得到短时滤波信号，该短时滤波信号的频谱包络的形状与所述合成高频带信号的频谱包络的形状相比更接近所述高频带信号的频谱包络的形状；基于所述高频带信号和所述短时滤波信号来计算高频增益。存储器807存储使得处理器806或解码处理器805实现以下操作的指令：从已编码信息中区分出低频编码参数、高频编码参数、和高频增益；对所述低频编码参数进行解码而获得低频带信号；根据所述低频编码参数和所述高频编码参数来获得合成高频带信号；对所述合成高频带信号进行短时后滤波处理而得到短时滤波信号，该短时滤波信号的频谱包络的形状与所述合成高频带信号的频谱包络的形状相比更接近所述高频带信号的频谱包络的形状；利用所述高频增益调整所述短时滤波信号而获得高频带信号；合并所述低频带信号和所述高频带信号而得到最终的解码信号。
根据本发明实施例的通信系统或通信装置可包括上述编码装置300、发射机610、解码装置500、接收机710等中的部分或全部。
本领域普通技术人员可以意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、或者计算机软件和电子硬件的结合来实现。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。
所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统、装置和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。
在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的系统、装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。
所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。

Claims (21)

1.一种编码方法，其特征在于，包括：
将待编码的时域信号划分为低频带信号和高频带信号；
对低频带信号进行编码而获得低频编码参数；
对所述高频带信号进行编码而获得高频编码参数，并根据所述低频编码参数和所述高频编码参数来获得合成高频带信号；
对所述合成高频带信号进行短时后滤波处理而得到短时滤波信号，该短时滤波信号的频谱包络的形状与所述合成高频带信号的频谱包络的形状相比更接近所述高频带信号的频谱包络的形状；
基于所述高频带信号和所述短时滤波信号来计算高频增益。
2.根据权利要求1的编码方法，其特征在于，所述对所述合成高频带信号进行短时后滤波处理包括：
基于所述高频编码参数来设置极零后滤波器的系数；
利用所述极零后滤波器对所述合成高频带信号进行滤波处理。
3.根据权利要求2的编码方法，其特征在于，所述对所述合成高频带信号进行短时后滤波处理还包括：
在利用所述极零后滤波器对所述合成高频带信号进行滤波处理之后，利用z域传递函数为Ht(z)＝1-μz-1的一阶滤波器对经所述极零后滤波器处理后的合成高频带信号进行滤波处理，
其中所述μ为预设常数或者为根据高频编码参数和合成高频带信号进行自适应计算而得到的数值。
4.根据权利要求2或3的编码方法，其特征在于，所述对所述高频带信号进行编码而获得高频编码参数包括：利用线性预测编码LPC技术对所述高频带信号进行编码而获得LPC系数作为所述高频编码参数，
所述极零后滤波器的z域传递函数为如下的公式：
H s ( z ) = 1 - a 1 &beta; z - 1 - a 2 &beta; 2 z - 2 - . . . - a M &beta; M z - M 1 - a 1 &gamma; z - 1 - a 2 &gamma; 2 z - 2 - . . . - a M &gamma; M z - M
其中，所述a1、a2、.....aM为所述LPC系数，M为该LPC系数的阶数，β、γ为预设常数且满足0<β<γ<1。
5.根据权利要求1到4中任一项的编码方法，其特征在于，所述编码方法还包括：
根据所述低频编码参数、所述高频编码参数和所述高频增益来生成编码码流。
6.一种解码方法，其特征在于，包括：
从已编码信息中区分出低频编码参数、高频编码参数、和高频增益；
对所述低频编码参数进行解码而获得低频带信号；
根据所述低频编码参数和所述高频编码参数来获得合成高频带信号；
对所述合成高频带信号进行短时后滤波处理而得到短时滤波信号，该短时滤波信号的频谱包络的形状与所述合成高频带信号的频谱包络的形状相比更接近所述高频带信号的频谱包络的形状；
利用所述高频增益调整所述短时滤波信号而获得高频带信号；
合并所述低频带信号和所述高频带信号而得到最终的解码信号。
7.根据权利要求6的解码方法，其特征在于，所述对所述合成高频带信号进行短时后滤波处理包括：
基于所述高频编码参数来设置极零后滤波器的系数；
利用所述极零后滤波器对所述合成高频带信号进行滤波处理。
8.根据权利要求7的解码方法，其特征在于，所述对所述合成高频带信号进行短时后滤波处理还包括：
在利用所述极零后滤波器对所述合成高频带信号进行滤波处理之后，利用z域传递函数为Ht(z)＝1-μz-1的一阶滤波器对经所述极零后滤波器处理后的合成高频带信号进行滤波处理，
其中所述μ为预设常数、或者为根据高频编码参数和合成高频带信号进行自适应计算而得到的数值。
9.根据权利要求7或8的解码方法，其特征在于，所述高频编码参数包括利用线性预测编码LPC技术进行编码得到的LPC系数，所述极零后滤波器的z域传递函数为如下的公式：
H s ( z ) = 1 - a 1 &beta; z - 1 - a 2 &beta; 2 z - 2 - . . . - a M &beta; M z - M 1 - a 1 &gamma; z - 1 - a 2 &gamma; 2 z - 2 - . . . - a M &gamma; M z - M
其中，所述a1、a2、.....aM为所述LPC系数，M为该LPC系数的阶数，β、γ为预设常数且满足0<β<γ<1。
10.一种编码装置，其特征在于，包括：
划分单元，用于将待编码的时域信号划分为低频带信号和高频带信号；
低频编码单元，用于对低频带信号进行编码而获得低频编码参数；
高频编码单元，用于对所述高频带信号进行编码而获得高频编码参数；
合成单元，用于所述低频编码参数和所述高频编码参数来获得合成高频带信号；
滤波单元，用于对所述合成高频带信号进行短时后滤波处理而得到短时滤波信号，该短时滤波信号的频谱包络的形状与所述合成高频带信号的频谱包络的形状相比更接近所述高频带信号的频谱包络的形状；
计算单元，用于基于所述高频带信号和所述短时滤波信号来计算高频增益。
11.根据权利要求10的编码装置，其特征在于，所述滤波单元包括：
极零后滤波器，用于对所述合成高频带信号进行滤波处理，
其中，所述极零后滤波器的系数基于所述高频编码参数来设置。
12.根据权利要求11的编码装置，其特征在于，所述滤波单元还包括：
一阶滤波器，位于所述极零后滤波器之后，其z域传递函数为Ht(z)＝1-μz-1，用于对经所述极零后滤波器处理后的合成高频带信号进行滤波处理，
其中，所述μ为预设常数或者为根据高频编码参数和合成高频带信号进行自适应计算而得到的数值。
13.根据权利要求11或12的编码装置，其特征在于，所述高频编码单元利用线性预测编码LPC技术对所述高频带信号进行编码得到LPC系数作为所述高频编码参数，所述极零后滤波器的z域传递函数为如下的公式：
H s ( z ) = 1 - a 1 &beta; z - 1 - a 2 &beta; 2 z - 2 - . . . - a M &beta; M z - M 1 - a 1 &gamma; z - 1 - a 2 &gamma; 2 z - 2 - . . . - a M &gamma; M z - M
其中，所述a1、a2、......aM为所述LPC系数，M为该LPC系数的阶数，β、γ为预设常数且满足0<β<γ<1。
14.根据权利要求10到13中任一项的编码装置，其特征在于，该编码装置还包括：
码流生成单元，用于根据所述低频编码参数、所述高频编码参数和所述高频增益来生成编码码流。
15.一种解码装置，其特征在于，包括：
区分单元，用于从已编码信息中区分出低频编码参数、高频编码参数、和高频增益；
低频解码单元，用于对所述低频编码参数进行解码而获得低频带信号；
合成单元，用于所述低频编码参数和所述高频编码参数来获得合成高频带信号；
滤波单元，用于对所述合成高频带信号进行短时后滤波处理而得到短时滤波信号，该短时滤波信号的频谱包络的形状与所述合成高频带信号的频谱包络的形状相比更接近所述高频带信号的频谱包络的形状；
高频解码单元，用于利用所述高频增益调整所述短时滤波信号而获得高频带信号；
合并单元，用于合并所述低频带信号和所述高频带信号而得到最终的解码信号。
16.根据权利要求15的解码装置，其特征在于，所述滤波单元包括：
极零后滤波器，用于对所述合成高频带信号进行滤波处理，
其中，所述极零后滤波器的系数基于所述高频编码参数来设置。
17.根据权利要求16的解码装置，其特征在于，所述滤波单元还包括：
一阶滤波器，位于所述极零后滤波器之后，其z域传递函数为Ht(z)=1-μz-1，用于对经所述极零后滤波器处理后的合成高频带信号进行滤波处理，
其中，所述μ为预设常数或者为根据高频编码参数和合成高频带信号进行自适应计算而得到的数值。
18.根据权利要求16或17的解码装置，其特征在于，所述高频编码参数是利用线性预测编码LPC技术获得的LPC系数，所述极零后滤波器的z域传递函数为如下的公式：
H s ( z ) = 1 - a 1 &beta; z - 1 - a 2 &beta; 2 z - 2 - . . . - a M &beta; M z - M 1 - a 1 &gamma; z - 1 - a 2 &gamma; 2 z - 2 - . . . - a M &gamma; M z - M
其中，所述a1、a2、.....aM为所述LPC系数，M为该LPC系数的阶数，β、γ为预设常数且满足0<β<γ<1。
19.一种发射机，其特征在于，包括：
如权利要求10所述的编码装置；
发射单元，用于为所述编码装置产生的高频编码参数和低频编码参数分配比特以生成比特流，并发射该比特流。
20.一种接收机，其特征在于，包括：
接收单元，用于接收比特流，并从所述比特流中提取已编码信息；
如权利要求15所述的解码装置。
21.一种通信系统，其特征在于，包括如权利要求17所述的发射机或如权利要求20所述的接收机。
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