CN1288624C - 感觉噪声替换的方法和装置 - Google Patents
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Abstract
一种用于对其中存在相关噪声分量的一组音频信号进行编码的多通道音频编码系统中使用合成噪声源的方法，该方法包括以下步骤：根据所述音频信号之间的关系，确定噪声源的组合，该组合为所述组合中的噪声源是相互不相关的，从而噪声源的所述组合以保持关系的方式合成所述噪声分量。该方法还可以包括以下步骤：通过为每个噪声源确定一组用于合成所述源的噪声参数和一组用于生成噪声源的所述组合的变换参数，对噪声源进行编码。
Description
本发明涉及一种在多通道音频编码系统中使用合成噪声源的方法，用于对其中存在相关噪声分量的一组音频信号进行编码。
通过仅对感觉上有关的噪声源量，例如特定频率范围内噪声的总声能进行编码，可以丢弃感觉上无关的音频信息，以便可以获得相当大的信号压缩。国际申请WO99/04505描述了这样的一种方法。在该方法中，基于频带检测输入信号的类噪声分量。对类噪声分量进行参数化，并且仅发送替换频谱系数的总功率。在解码器中，通过插入具有期望替换频谱系数功率的随机噪声源来重构编码音频通道。
在多个音频通道实际上显现一定程度的互相关的情况下，这种直接替换将导致不自然的听觉。这种不自然的感觉是由于人耳能够识别来自不同方向的音频信号之间的相关这一事实。信号之间的相关确定“立体声声象(stero image)”即声源的空间感觉。如果两通道扬声器装备中的左右信号完全相关，则人类听觉系统将感觉此为位于扬声器之间的单个声源。如果信号不相关，则将感觉到位于左右扬声器的两个单独声源。部分相关的信号一般将被感觉为扬声器之间的广声源。负相关甚至会导致所感觉的声源位于扬声器本部(speakerbase)之外。因此，如果左右扬声器中声音的相关丢失，则预期的立体声效果将消失，并且听者将感觉到不自然的听觉。
换句话说，如果从多个音频通道产生的声音反映通过所述通道记录的单个音频源，则使用不相关噪声源重构所述音频源将显得不自然。
在前述应用中，通过对在有效状态下触发合成器对于左右通道使用相同的噪声源的一位比特值进行编码来试图补偿上述效应。在通常无效的状态下，从独立噪声源合成左右通道。
虽然与使用内在无关的噪声源合成音频通道相比，该措施提供一定的改进，但是合成声音仍然缺乏自然度，这是因为实际上没有使用描述通道之间的相关度的编码音频通道中的信息。因此，当使用该公知方法时，原始声音的重构仅是部分可能的，并且耳朵仍然感觉到较不自然的听觉。
本发明旨在消除上述问题，并且提供一种改进型音频编码，其中，通过所保持的通道之间的相关度，在感觉上接近原音地重构多音频通道中的噪声分量是可能的。
因此，本发明的方法包括以下步骤：
根据所述音频信号之间的关系，确定噪声源的组合(composition)，该组合为所述组合中的噪声源是相互不相关的，从而噪声源的所述组合以保持关系的方式合成所述噪声分量。
根据本发明方法，从合成存在于音频信号的至少一个频带中的感觉上有关、保持相关的噪声分量的噪声源组成存在于音频信号中的噪声分量。这些合成噪声源是相互不相关的。因此，这些噪声源可以通过独立噪声生成器来容易地重构。
虽然该方法可以应用于发送不作编码的噪声源，但是在一个优选实施例中，本发明方法还包括以下步骤：通过为每个噪声源确定一组用于合成所述源的噪声参数和一组用于生成噪声源的所述组合的变换参数，对噪声源进行编码。
而且，本发明的一个优选实施例包括以下步骤：发送所述多组用于合成每个噪声源的噪声参数，并且发送所述一组用于形成所述多个噪声源的变换参数。更具体地说，所述噪声参数和所述变换参数通过正交化所述一组音频通道的相关矩阵来确定。该正交化可以是逐帧执行的音频通道之间的时变互相关。帧的大小可以取决于通过其通道间相关可以认为是不变的时间帧。
本发明最好适用于这样一种情况，其中，该组音频信号分成选定一组频带，其中至少一个频带包括类噪声信号。存在于所述音频信号中的非噪声分量可以通过正弦编码来编码。
本发明还涉及一种用于对一组音频通道进行编码的多通道音频编码系统中使用合成噪声源的编码方法，该方法包括以下步骤：
接收多组用于合成多个噪声源的噪声参数，并且接收根据本发明方法确定的一组变换参数；
响应所述噪声参数，生成一组合成噪声源；以及
通过根据所述变换参数将每个音频信号形成为多个噪声源来生成一组音频信号。
这样，可以对编码和发送的噪声音频信号进行解码，并且可以合成对应的保持多通道相关的音频信号。
而且，本发明涉及一种音频编码器，包括：
用于在所述音频信号的至少一个频带中检测一组音频信号中的每一个之间的自相关和交叉相关的装置；以及
处理装置，用于根据所述音频源之间的关系确定噪声源的组合，该组合为噪声源是相互不相关的，从而噪声源的所述组合以保持关系的方式合成所述噪声分量。
编码器还可以包括用于将所述多个噪声源编码为多组用于合成所述噪声源中的每一个的噪声参数的装置，
发送装置，用于发送所述多组噪声参数，并且发送所述一组用于形成所述多个噪声源的变换参数。
同样，本发明涉及一种音频解码器，包括：
接收装置，用于接收多组用于合成多个噪声源的噪声参数，并且用于接收一组用于形成多个所述噪声源的变换参数，
一组噪声生成器，用于响应噪声参数，生成噪声源；以及
合成装置，用于通过响应该组变换参数为每个音频信号形成所述一组噪声源中的多个，合成具有感觉上有关、保持相关的噪声分量的音频信号。
编码器和解码器可以是物理上不同的信号处理设备，或者可以作为单个信号处理设备中的一个或若干单元存在。传输可以是无线传输或者通过因特网的传输，实际上它可以是任何类型的传输。传输还可以通过物理数据载体如磁盘或CD-ROM等来完成。
本发明还涉及一种数据载体，包括一组用于合成噪声源的噪声参数，并且包括根据上述方法的一组用于形成多个噪声源的变换参数。
本发明的另外目的和特性将从附图中变得清楚，其中：
图1是实现本发明的编码方法的编码设备的示意图。
图2是实现本发明的编码方法的解码设备的示意图。
图1示出用于对四通道音频信号进行编码的编码器1。音频通道以四个复合箭头代表，每个箭头2代表四个通道的一个音频通道。对于本发明，通道的实际数目是无关的，因为显然本发明方法可以应用于只要存在多于1个通道的任何音频系统。音频通道2由在至少一个频带中包括噪声分量的音频信号组成。在实际实施例中，具有可听频率分量的音频信号通常分成若干(通常是对数成比例的)频带，不过本发明的方法也可以直接在全带宽音频信号上执行。对于这些频带中的每一个或特定个数(尤其是人耳对相关信号敏感的有关频带中)，可以应用本发明方法。
多通道信号2在滤波级3中滤波。滤波器3将音频信号分成噪声部分4和非噪声部分5。信号2的非噪声部分5送往正弦编码电路6。该电路6生成压缩编码数据7，它代表所述音频信号2的非噪声音频信息。
噪声部分4送往根据本发明以保持相关的方式对噪声进行编码的电路8。在所述电路8中，确定所述音频信号之间的关系，并且识别噪声源的组合，该组合为所述组合中的噪声源是相互不相关的，以便噪声源的所述组合以保持关系的方式合成所述噪声分量。
所述音频信号之间的关系通过测量音频通道2的自相关系数和交叉相关系数来确定。该相关信息可以在表达自相关系数和互相关系数的相关矩阵中表示。在该矩阵中，系数<S(i)S(i)>表达通道S(i)的自相关；系数<S(i)S(j)>表达通道S(i)与通道S(j)之间的互相关；i和j是表示所述多通道系统的特定一个通道的某整数。
根据该相关矩阵计算一组变换参数9，变换参数9提供给发送器10。变换参数9涉及用于合成噪声源的有关参数。这些变换参数可以包括与每个不相关噪声信号的能量相对应的噪声源的自相关以及描述所述噪声源之间的特定关系的互相关。这些参数9要由解码器接收以对一组所生成的噪声源执行反变换，后面将参照图2对此作进一步说明。
然后，将变换参数9与经过正弦编码的非噪声信号7进行组合，并且作为编码信号11由发送器10发送。传输可以是无线传输或者通过因特网的传输，实际上它可以是任何类型的传输。传输还可以通过物理数据载体如磁盘或CD-ROM等来完成。
在图2中，实质上，在用于将信号11解码成一组音频信号21的解码器12中示出了图1的方案的反面。信号11包括根据本发明方法的用于形成多个噪声源的一组变换参数。
在第一分裂级13，从信号11中提取变换参数9和编码非噪声信号7。非噪声信号7提供给正弦解码器14，从而输出音频通道21的非噪声部分51。
变换参数9提供给包括一组独立(随机)噪声生成器16的噪声源生成级15。变换参数9表示每个噪声生成器16的噪声电平(包括可能的零电平)；另外，可以为噪声源指定其他参数例如包络形式。噪声生成器16生成对于每个音频信号21响应该组变换参数9形成为多个噪声源的一组相互不相关的噪声源，从而为音频信号21合成感觉上有关、保持相关的噪声分量41。在组合级17中，组合保持相关的噪声分量41和非噪声部分51，并且输出音频通道21，它们是图1的音频通道2的感觉上有关的重构。
本领域的技术人员应该清楚，本发明不限于参照附图所述的实施例，而是可以包括各种类型的变动。例如，虽然在所述实施例中使用正弦编码来对信号的非噪声部分进行编码，但是也可以应用其他类型的编码，如波形编码或霍夫曼编码。另外，包括非噪声部分在内的作为一个整体的音频通道也可以根据上述变换参数来变换。而且，可以使用不同参数等应用其他类型的噪声编码。该方法可以应用于多通道音频系统的音频通道的单个有关频带。该方法也可以应用于多通道音频系统中选定个数的通道。这些和其他变动都被认为属于所附权利要求的保护范围内。
标号：
1.编码器
2.复合箭头
3.滤波级
4.噪声部分
5.非噪声部分
6.正弦编码电路
7.编码数据
8.噪声编码电路
9.变换参数
10.发送器
11.编码信号
12.解码器
13.分裂级
14.正弦解码器
15.噪声源生成级
16.噪声生成器
17.组合级
Claims (11)
1.一种在多通道音频编码系统中使用合成噪声源的方法，用于对其中存在相关噪声分量的一组音频信号进行编码，该方法包括以下步骤：
根据所述音频信号之间的关系，确定一种噪声源的组合，该组合为这样的，即所述组合中的噪声源互不相关，从而噪声源的所述组合以保持关系的方式合成所述噪声分量。
2.根据权利要求1所述的方法，还包括以下步骤：
通过为每个噪声源确定一组用于合成所述源的噪声参数和一组用于生成噪声源的所述组合的变换参数，对噪声源进行编码。
3.根据权利要求1或2所述的方法，还包括以下步骤：
发送所述用于合成每个噪声源的噪声参数组，并且发送所述用于形成所述多个噪声源的变换参数组。
4.根据权利要求1所述的方法，其中，逐帧地确定互不相关的噪声源。
5.根据权利要求1所述的方法，其中，存在于所述音频信号中的非噪声分量通过正弦编码方式来编码。
6.根据权利要求1所述的方法，其中，所述变换参数通过正交化所述音频通道组的相关矩阵来确定。
7.根据权利要求1所述的方法，其中，所述音频信号组分成选定的一组频带，其中至少一个频带包括类噪声信号。
8.一种在多通道音频编码系统中使用合成噪声源的方法，用于对一组在音频通道中包括的信号进行编码，该方法包括以下步骤：
接收多组用于合成多个噪声源的噪声参数，并且接收用于生成所述合成噪声源的组合的一组变换参数；
响应所述噪声参数，生成一组合成噪声源；以及
通过根据所述变换参数将每个音频信号形成为多个噪声源来生成一组音频信号。
9.一种编码器，用于对根据权利要求1至6中的任一项所述的方法编码的在音频通道中包括的信号进行编码，该编码器包括：
用于在所述音频信号的至少一个频带中检测一组音频信号中的每个音频信号之间的自相关和交叉相关的装置；以及
处理装置，用于根据所述音频信号之间的关系确定噪声源的组合，该组合为这样的，即所述组合中的噪声源互不相关，从而噪声源的所述组合以保持关系的方式合成所述噪声分量。
10.如权利要求9所述的编码器，还包括：
用于将所述多个噪声源编码为多组用于合成所述噪声源中的每一个的噪声参数的装置，
发送装置，用于发送所述多组噪声参数，并且用于发送所述一组用于形成所述多个噪声源的变换参数。
11.一种解码器，用于接收根据权利要求1至6中的任一项编码和变换的、在音频通道中包括的信号，该解码器包括：
接收装置，用于接收多组用于合成多个噪声源的噪声参数，并且用于接收一组用于形成多个所述噪声源的变换参数，
一组噪声生成器，用于响应噪声参数，生成噪声源；以及
合成装置，用于通过响应该组变换参数为每个音频信号形成所述一组噪声源中的多个，合成音频信号。
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