CN101317217B - 子带编码装置和子带编码方法 - Google Patents

Abstract

公开了在子带编码中，防止编码性能的降低，提高解码信号的音质的子带编码装置。在该子带编码装置中、低频编码单元(103)进行低频频谱S13的编码。低频解码单元(106)对低频编码数据S14进行解码，将解码低频频谱S18输出到高频编码单元(107)。频谱重新配置单元(105)对高频频谱S16的各个频率分量进行重新配置，以使其在频率轴上的顺序为逆序，并且将重新配置后的修正高频频谱S17输出到高频编码单元(107)。通过利用从低频解码单元(106)输出的解码低频频谱S18，高频编码单元(106)对从频谱重新配置单元(105)输出的修正高频频谱S17进行编码。

Description

子带编码装置和子带编码方法

技术领域

本发明主要涉及以宽带语音信号为对象，利用QMF(Quadrature MirrorFilter：正交镜像滤波器)等的频带分割滤波器进行编码的子带编码装置和子带编码方法。

背景技术

考虑移动通信***中电波资源等的有效利用，人们要求以低比特率压缩语音信号。但另一方面，用户期望提高通话语音的质量并实现现场感较强的通话服务。为了实现以上要求，使用其频带比以往的语音通信中所使用的窄带语音(信号频带：3.4kHz)更宽的宽带语音(信号频带：7kHz)比较好。

众所周知，作为对宽带信号进行编码的方法，有一种称为子带编码的技术。子带编码将输入信号分割成多个频带，独立地对每个频带进行编码。频带分割后，对各个频带进行下采样，所以信号样本的总数与频带分割之前相同。对于频带分割，利用QMF(Quadrature Mirror Filter：正交镜像滤波器)的情况较多。QMF将信号的频带分割成二分之一，低频滤波器和高频滤波器的混叠失真互相抵消。因此，存在一些的优点，例如滤波器的截止特性无需太陡峭。

作为利用QMF的代表性的编码方式，存在由ITU-T(InternationalTelecommunication Union-Telecommunication Standardization Sector：国际电信联盟标准化部门)标准化的G.722。G.722也称为SB-ADPCM(Sub-BandAdaptive Differential Pulse Code Modulation：子带自适应差分脉冲编码调制)，是指利用QMF将采样频率16kHz的输入信号分割成低频信号(采样频率8kHz)和高频信号(采样频率8kHz)的两个频带，并利用ADPCM对各个频带的信号进行量化。对低频信号的各个样本以4～6比特进行量化，而对高频信号的各个样本以两个比特进行量化，所以支持以下的三种比特率，即48kbit/sec(在对低频信号以4比特/样本进行量化时)、56kbit/sec(在对低频信号以5比特/样本进行量化时)、以及64kbit/sec(在对低频信号以6比特/样本进行量化时)。

例如，存在以下的技术，即，利用QMF将宽带信号分割成低频信号和高频信号，分别对低频信号和高频信号进行CELP(Code Excited LinearPrediction：码激励线性预测)编码(例如，参照非专利文献1)。该技术以比特率16kbit/sec(低频信号：12kbit/sec、高频信号：4kbit/sec)实现高语音质量的编码。另外，低频信号和高频信号的采样频率是输入信号的采样频率的二分之一，与对输入信号不进行频带分割而进行编码的情况相比，需要与信号长度的二次方成比例的运算量的处理(例如，卷积处理)的运算量变少，能够实现低运算量。

另外，存在通过利用频谱的低频部分高效率地对频谱的高频部分进行编码，从而实现低比特率化的技术(例如，参照非专利文献2)。

[非专利文献1]片岡等、“G.729を構成要素として用いるスケ一ラブル広帯域音声符号化”信学論D-II、2003年3月、Vol.J86-D-II、No.3、pp.379-387

[非专利文献2]押切等、“ピッチフィルタリングによる帯域拡張技術を用いた7/10/15kHz帯域スケ一ラブル音声符号化方式”音講論集3-11-4、2004年3月、pp.327-328

发明内容

发明需要解决的问题

利用QMF等的频带分割滤波器将输入信号分割成多个频带，对每个频带进行编码的子带编码，具有能够实现低运算量的优点。然而，例如，在利用非专利文献2中所公开的技术，即利用频谱的低频部分对高频部分进行编码的技术适用于子带编码时，出现一问题，即有镜像频谱产生。利用图1和图2详细地说明该问题。

图1是表示作为子带编码的一例，利用滤波器11(H0)和滤波器13(H1)，将输入信号分割成低频信号和高频信号的频带分割单元10的结构的图。

H0是通带为从0至Fs/4的范围的低通滤波器。另外，H1是通带为从F1/4至Fs/2的范围的高通滤波器。输入信号的采样频率是Fs。

图2是用于说明在频带分割单元10中输入频谱如何变化的图。

频带分割单元10输入如图2A所示的采样频率Fs的频谱S1，提供给H0和H1。H0遮断输入频谱S1的高频，获得图2B所示的频谱S2。频谱S2在稀疏单元12每隔一个样本被稀疏样本，生成图2D所示的低频频谱S3。另一方面，在H1，与H0同样地遮断输入频谱S1的低频，获得图2C所示的频谱S4。频谱S4在稀疏单元14每隔一个样本被稀疏样本，生成图2E所示的高频频谱S5。此时，由于在稀疏单元14每隔一个样本被稀疏，所以在频谱中产生混叠，频谱S5的形状映现为频谱S4的镜像。另外，在稀疏单元12中也产生同样的混叠，但由于频谱S2的高频部分被遮断，所以在频谱S3中不产生混叠。

这样，在子带编码中，即使想利用频谱的低频部分对频谱的高频部分进行编码，也由于高频部分中出现镜像频谱，所以无法直接成为正确地反映原信号的频谱，降低编码性能，其结果，导致解码信号的音质恶化。

本发明的目的在于提供，在子带编码中，能够防止编码性能的降低，提高解码信号的音质的子带编码装置和子带编码方法。

解决该问题的方案

本发明的子带编码装置所采用的结构包括：分割单元，将输入信号分割成多个子带信号；变换单元，对所述子带信号进行频域变换，生成子带频谱；重新排序单元，将所述子带频谱的各个频率分量的排列顺序在频率轴上重新排序为逆序，生成逆序频谱；以及编码单元，对所述逆序频谱进行编码。

根据本发明的一个方面，提供了一种音频信号子带编码装置，包括：分割单元，将采样频率Fs的输入音频信号至少分割成低频子带信号和高频子带信号；低通滤波器，遮断所述低频子带信号中遮断频率F1以上的高频分量，生成第一低频子带信号；第一编码单元，对所述低通滤波器所生成的所述第一低频子带信号进行编码，生成第一低频编码参数；解码单元，对所述第一低频编码参数进行解码，生成解码低频频谱；第一变换单元，对所述高频子带信号进行频域变换，生成高频子带频谱；第二变换单元，对所述低频子带信号中F1≤k＜Fs/4的子带信号进行频域变换，生成第二低频子带频谱；重新排序单元，将所述高频子带频谱中Fs/4≤k＜Fs/2的各个频率分量的排列顺序在频率轴上重新排序为逆序，生成逆序高频频谱；以及第二编码单元，将所述逆序高频频谱和所述第二低频子带频谱作为目标频谱，通过将所述解码低频频谱移位相当于根据最优化环求得的频率量并进行功率调整，求所述逆序高频频谱和所述第二低频子带频谱的估计频谱，并对所述逆序高频频谱和所述第二低频子带频谱进行编码，其中，k为频率，F1≤Fs/4。

根据本发明的另一个方面，提供了一种音频信号子带编码方法，包括以下步骤：将采样频率Fs的输入音频信号至少分割成低频子带信号和高频子带信号；遮断所述低频子带信号中遮断频率F1以上的高频分量，生成第一低频子带信号；对所生成的所述第一低频子带信号进行编码，生成第一低频编码参数；对所述第一低频编码参数进行解码，生成解码低频频谱；对所述高频子带信号进行频域变换，生成高频子带频谱；对所述低频子带信号中F1≤k＜Fs/4的子带信号进行频域变换，生成第二低频子带频谱；将所述高频子带频谱中Fs/4≤k＜Fs/2的各个频率分量的排列顺序在频率轴上重新排序为逆序，生成逆序高频频谱；以及将所述逆序高频频谱和所述第二低频子带频谱作为目标频谱，通过将所述解码低频频谱移位相当于根据最优化环求得的频率量并进行功率调整，求所述逆序高频频谱和所述第二低频子带频谱的估计频谱，并对所述逆序高频频谱和所述第二低频子带频谱进行编码，其中，k为频率，F1≤Fs/4。

发明的有益效果

根据本发明，在子带编码中，能够防止编码性能的降低，提高解码信号的音质。

附图说明

图1是表示子带编码的一例的图。

图2是用于说明在频带分割单元中输入频谱如何变化的图。

图3是表示实施方式1的子带编码装置的主要结构的方框图。

图4是用于说明实施方式1的子带频谱的排序处理的概要的图。

图5是表示实施方式1的高频编码单元内部的主要结构的方框图。

图6是用于具体地说明实施方式1的滤波处理的图。

图7是表示实施方式1的子带解码装置的结构的图。

图8是表示实施方式1的高频解码单元内部的主要结构的方框图。

图9是表示实施方式1的可扩展解码装置的结构的方框图。

图10是表示实施方式1的子带编码装置的变化形式(variation)的结构的方框图。

图11是表示实施方式1的子带解码装置的变化形式的结构的方框图。

图12是表示实施方式1的子带解码装置的进一步的变化形式的结构的方框图。

图13是表示实施方式2的子带编码装置的主要结构的方框图。

图14是表示解码信号的频谱的一例的图。

图15是用于说明实施方式2的高频编码单元的编码处理的图。

图16是表示实施方式2的子带解码装置的结构的图。

图17是表示实施方式2的可扩展解码装置的结构的方框图。

具体实施方式

下面，参照附图详细地说明本发明的实施方式。

(实施方式1)

图3是表示本发明实施方式1的子带编码装置的主要结构的方框图。

本实施方式的子带编码装置具有频带分割单元101、频域变换单元102、低频编码单元103、频域变换单元104、频谱重新配置单元105、低频解码单元106、高频编码单元107、以及复用单元108，该子带编码装置被给予采样频率Fs的输入信号S11，输出将低频编码数据和高频编码数据进行了复用的比特流S20。

本实施方式的子带编码装置的各个单元进行以下的动作。

频带分割单元101具有与图1所示的频带分割单元10相同的结构，将频带0≤k＜Fs/2(k：频率)的输入信号S11的频带分割成低频和高频的各个子带，生成频带0≤k＜Fs/4的低频信号S12和频带Fs/4≤k＜Fs/2的高频信号S15。两个信号的采样频率是Fs/2。低频信号S12被输出到频域变换单元102，而高频信号S15被输出到频域变换单元104。

频域变换单元102将低频信号S12变换为频域信号即低频频谱S13，并且输出到低频编码单元103。作为频域变换，利用MDCT(Modified DiscreteCosine Transform：改进离散余弦变换)等技术。

低频编码单元103进行低频频谱S13的编码。作为低频频谱的编码，使用例如AAC(Advanced Audio Coder：高级音频编码)或TwinVQ(TransformDomain Weighted Interleave Vector Quantization：频域加权交织矢量量化)等变换编码。在低频编码单元103所获得的低频编码数据S14被输出到复用单元108和低频解码单元106。

低频解码单元106对低频编码数据S14进行解码，生成解码低频频谱S18，并且输出到高频编码单元107。

频域变换单元104也与频域变换单元102同样地将高频信号S15变换为频域信号即高频频谱S16，并且输出到频谱重新配置单元105。

频谱重新配置单元105对高频频谱S16的各个频率分量进行重新配置(排序)，以使在频率轴上的顺序为逆序。这里，所谓频谱的各个频率分量，例如，作为频率变换使用MDCT时，是指MDCT系数，而使用FFT(快速傅立叶变换)时，则指FFT系数。通过该排序处理，在输入信号的频谱中，映现为镜像的高频频谱的顺序是正确的顺序。重新配置后的修正高频频谱S17被输出到高频编码单元107。

通过利用从低频解码单元106输出的解码低频频谱S18，高频编码单元107对从频谱重新配置单元105输出的修正高频频谱S17进行编码，并且将所获得的高频编码数据S19输出到复用单元108。

复用单元108将从低频编码单元103输出的低频编码数据S14和从高频编码单元107输出的高频编码数据S19进行复用，输出所获得的比特流S20。

图4是用于说明在频谱重新配置单元105中的频谱的排序处理的概要的图。

图4的上段表示频谱重新配置单元105所输入的高频频谱S16(的一例)，而图4的下段表示从频谱重新配置单元105输出的修正高频频谱S17。由该图可知，在频谱重新配置单元105中，所输入的高频频谱S16的各个频率分量的顺序被排序，使其在频率轴上成为逆序。

图5是表示上述的高频编码单元107内部的主要结构的方框图。

高频编码单元107将修正高频频谱S17作为目标频谱，与通过以下的最优化环求得的频率量相应地，将解码低频频谱S18移位并进行功率调整，从而求修正高频频谱S17的估计频谱S31。然后，将表现该估计频谱S31的高频编码数据S19输出到复用单元108。

具体而言，高频编码单元107的各个单元进行以下的动作。

内部状态设定单元111使用频带0≤k＜Fs/4的解码低频频谱S18，设定滤波器112中所使用的滤波器的内部状态。

基音系数设定单元114根据搜寻单元113的控制，使基音系数T在预先规定的搜寻范围T_min～T_max中逐渐变化，依次输出到滤波器112。

滤波器112基于由内部状态设定单元111设定的滤波器的内部状态和从基音系数设定单元114输出的基音系数T，进行解码低频频谱S18的滤波，计算修正高频频谱S17的估计频谱S31。将在后面论述该滤波处理的细节。

搜寻单元113计算表示近似性的参数即近似度，所述近似性是频带Fs/4≤k＜Fs/2的修正高频频谱S17和从滤波器112输出的估计频谱S31之间的近似性。这里，修正高频频谱S17表示频带Fs/4≤k＜Fs/2的信号，但由于在频带分割单元101稀疏了数据，所以实际上映现为频带0≤k＜Fs/4的信号。另外，近似度的计算处理构成最优化环，每当从基音系数设定单元114提供基音系数T时进行该处理，并且表示计算出的近似度为最大时的基音系数，即最优基音系数T’(T_min～T_max的范围)的索引被输出到复用单元116。另外，搜寻单元113将利用该最优基音系数T’而生成的估计频谱S31输出到增益编码单元115。

增益编码单元115基于估计频谱S31，计算修正高频频谱S17的增益信息。具体而言，以每个子带的频谱功率表示增益信息，并且将频域Fs/4≤k＜Fs/2分割成J个频谱。另外，在增益编码单元115的说明中所使用的“子带”与上述的“子带编码”的子带不同，是频带更窄的子带。第j子带的频谱功率B(j)由下面的式(1)表示。

【式子1】

$B\left(j\right)=\underset{k=\mathrm{BL}\left(j\right)}{\overset{\mathrm{BH}\left(j\right)}{\mathrm{\Σ}}}S2{\left(k\right)}^2\·\·\·\left(1\right)$

其中，BL(j)表示第j子带的最小频率，BH(j)表示第j子带的最大频率，S2(k)表示修正高频频谱S17。将由此求得的修正高频频谱的子带信息视为修正高频频谱的增益信息。

另外，增益编码单元115根据式(2)计算估计频谱S31的子带信息B’(j)。

【式子2】

$B^{\′}\left(j\right)=\underset{k=\mathrm{BL}\left(j\right)}{\overset{\mathrm{BH}\left(j\right)}{\mathrm{\Σ}}}{S2}^{\′}{\left(k\right)}^2\·\·\·\left(2\right)$

其中，S2’(k)表示修正高频频谱S17的估计频谱S31。

然后，增益编码单元115根据下面的式(3)计算每个子带的变动量V(j)。

【式子3】

$V\left(j\right)=\sqrt{\frac{B\left(j\right)}{B^{\′}\left(j\right)}}\·\·\·\left(3\right)$

接着，增益编码单元115对变动量V(j)进行编码而求编码后的变动量V_q(j)，并且将其索引输出到复用单元116。

复用单元116将表示从搜寻单元113输出的最优基音系数T’的索引和从增益编码单元115输出的变动量V_q(j)的索引进行复用，并且将其作为编码数据S19输出。

图6是用于具体地说明在滤波器112中的滤波处理的图。

滤波器112生成修正高频频谱S17的估计频谱S31(频带Fs/4≤k＜Fs/2)。这里，假设全频带(0≤k＜Fs/2)的频谱表示为S(k)，解码低频频谱S18表示为S1(k)，修正高频频谱S17的估计频谱S31表示为S2’(k)。

另外，作为滤波函数，使用由下面的式(4)表示的函数。

【式子4】

$P\left(z\right)=\frac{1}{1-\underset{i=-M}{\overset{M}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{\β}}_i{z}^{-T+i}}\·\·\·\left(4\right)$

在该式中，T表示由基音系数设定单元114提供的基音系数，并且假设M＝1。

如图6所示，S(k)的0≤k＜Fs/4的频带中，作为滤波器的内部状态存储有S1(k)。另一方面，在S(k)的Fs/4≤k＜Fs/2的频带中，存储有通过以下的步骤求得的S2’(k)。

将由下面的式(5)表示的频谱代入S2’(k)中。式(5)表示的频谱是通过滤波处理，将比k低T的频率的频谱S(k-T)，以及以该频谱为中心的、距离在i以内的附近的频谱S(k-T-i)与乘以了规定的加权系数β_i的频谱β_i及S(k-T-i)全部相加而得的频谱。然后，从频率较低的一方，即从k＝Fs/4开始，依次使k在Fs/4≤k＜Fs/2的范围变化而进行该运算，从而计算在Fs/4≤k＜Fs/2中的S2’(k)。

【式子5】

${S2}^{\′}\left(k\right)=\underset{k=-1}{\overset{1}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{\β}}_i\·S(k-T-i)\·\·\·\left(5\right)$

每当从基音系数设定单元114提供基音系数T时，上述的滤波处理在Fs/4≤k＜Fs/2的范围中，构成每次将S(k)清除为零之后而进行的最优化环。也就是说，每当基音系数T改变时，计算S2’(k)，并且输出到搜寻单元113。

接着，使用图7说明与上述子带编码装置对应的本实施方式的子带解码装置的结构。

分离单元151从比特流分离出低频编码数据和高频编码数据，并且将低频编码数据输出到低频解码单元152，将高频编码数据输出到高频解码单元154。

低频解码单元152对从分离单元151输出的低频编码数据进行解码而生成解码低频频谱，并且输出到时域变换单元153和高频解码单元154。

时域变换单元153将从低频解码单元152输出的解码低频频谱变换为时域信号，并且将所获得的解码低频信号输出到频带合成单元157。

高频解码单元154利用从分离单元151输出的高频编码数据和从低频解码单元152输出的解码低频频谱生成解码高频频谱，并且输出到频谱重新配置单元155。

频谱重新配置单元155将从高频解码单元154输出的解码高频频谱的各个频率分量在频率轴上的顺序排序为逆序，从而将解码高频频谱修正为镜像，并且将所获得的修正解码高频频谱提供给时域变换单元156。

时域变换单元156将从频谱重新配置单元155输出的修正解码高频频谱变换为时域信号，并且将所获得的解码高频信号输出到频带合成单元157。

频带合成单元157利用从时域变换单元153输出的采样频率Fs/2的解码低频信号、以及从时域变换单元156输出的采样频率Fs/2的解码高频信号，合成采样频率Fs的信号，并且将其作为解码信号输出。具体而言，频带合成单元157向解码低频信号每隔一个样本***0值的样本中，接着使该信号经过通带为从0至Fs/4为止的范围的低通滤波器，从而生成进行了上采样的解码低频信号。另外，对于解码高频信号，每隔一个样本***0值的样本，接着使该信号经过通带为从Fs/4至Fs/2为止的范围的高通滤波器，从而生成进行了上采样的解码高频信号。然后，频带合成单元157将上采样后的解码低频信号和上采样后的解码高频信号相加，从而生成输出信号。

图8是表示上述的高频解码单元154内部的主要结构的方框图。

内部状态设定单元162从低频解码单元152输入解码低频频谱。内部状态设定单元162利用该解码低频频谱，设定滤波器163的内部状态。

另一方面，分离单元161从分离单元151输入高频编码数据。分离单元161将该高频编码数据分离为关于滤波系数的信息(最优基音系数T’的索引)和关于增益的信息(变动量V_q(j)的索引)，并且将关于滤波系数的信息输出到滤波器163，同时将关于增益的信息输出到增益解码单元164。

滤波器163基于由内部状态设定单元162设定的滤波器的内部状态和从分离单元161输出的基音系数T’，进行解码低频频谱的滤波，算出估计频谱的解码频谱。滤波器163使用由上述的式(4)表示的滤波函数。

增益解码单元164对从分离单元161输出的增益信息进行解码，求变动量V(j)的解码参数即变动量V_q(j)。

频谱调整单元165通过将从滤波器163输出的解码频谱和从增益解码单元164输出的解码增益参数相乘，从而对解码频谱的频带Fs/4≤k＜Fs/2中的频谱形状进行调整，生成形状调整后的解码频谱。该形状调整后的解码频谱作为解码高频频谱被输出到频谱重新配置单元155。如果以表达式来说明该处理，则通过将从滤波器163输出的解码频谱S’(k)和从增益解码单元164输出的解码增益参数即每个子带的变动量V_q(j)按下面的式(6)相乘，求形状调整后的解码频谱S3(k)。

【式子6】

S3(k)＝S′(k)·V_q(j)(BL(j)≤k≤BH(j)，forallj)   …(6)

如上所述，根据本实施方式，在频谱重新配置单元105中，将高频频谱的各个频率分量在频率轴上排序为逆序，从而对构成镜像的高频频谱进行修正。然后，在后续的高频编码单元107中，对修正后的高频频谱进行利用了低频频谱的高效率的编码。换句话说，在子带编码中，使高频频谱在频率轴上反转为逆序后，对该高频频谱进行编码。由此，能够防止编码性能的降低，提高解码信号的音质。

另外，本实施方式的子带编码装置也可视为采用可扩展编码装置的结构。也就是说，在图3中，在视低频编码单元103为相当于第一层编码单元、高频编码单元107相当于第二层编码单元时，可视为由两层构成的可扩展编码装置。此时，复用单元108将低频编码数据S14作为重要度高的第一层的数据，将高频编码数据S19作为重要度低的第二层的数据，生成比特流S20。

图9是表示与上述的可扩展编码装置对应的可扩展解码装置的结构的方框图。另外，该可扩展解码装置具有与图7所示的子带解码装置相同的基本结构，对相同的结构要素赋予相同的标号，并且省略其说明。如该图所示，进一步地有层信息从分离单元151输出，并且输入到选择单元173，所述层信息表示在所输入的比特流中包含哪个层的编码数据。在比特流中包含第二层编码数据时，选择单元173进行动作，以使时域变换单元156的输出直接输出到频带合成单元157。另一方面，在比特流中不包含第二层编码数据时，选择单元173进行动作，以使代替信号输出到频带合成单元157。作为该代替信号，使用例如所有的要素为零值的信号。在比特流中不包含第二层编码数据时，解码信号仅仅基于低频信号生成。另外，作为代替信号，也可使用在前面的帧中所使用的解码高频信号。或者，也可将在前面的帧中所使用的解码高频信号进行衰减，使其振幅值变小而得的信号作为代替信号来使用。通过采用这样的结构，即使在比特流中只包含第一层编码数据时，也能够生成解码信号。

另外，在本实施方式的子带编码装置中，也可适用CELP编码等时域编码的结构，以代替低频频谱的频谱编码。也就是说，在本实施方式的子带编码装置中，使用高频频谱的频谱编码，同时也并用时域编码。图10是表示在这种情况下的本实施方式的子带编码装置，即本实施方式的子带编码装置的变化形式的结构的方框图。在该结构中，低频编码单元103a对时域信号S12在时域中进行编码，并且将所获得的编码数据S31输出到低频解码单元106a。因此，低频解码单元106a通过编码数据S31的解码，获得时域的解码信号S32。然后，时域的解码信号S32通过设置在低频解码单元106a的后级的频域变换单元102，被变换为频域的信号即频谱S33，并且被输出到高频编码单元107。至于其他的处理，如已说明的那样。

图11是表示与图10所示的子带编码装置对应的子带解码装置，即本实施方式的子带解码装置的变化形式的结构的方框图。在该装置中也同编码端一样，频域变换单元181被设置在低频解码单元152的后级。另外，当然地不再需要图7的子带解码装置中所示的时域变换单元153。

另外，图12是表示在本实施方式的低频信号的编码/解码中，适用时域的编码/解码，并且假设为可扩展结构时的解码端的结构，即本实施方式的子带解码装置的进一步的变化形式的结构的方框图。基本结构与图11中所示的子带解码装置相同。该子带解码装置进一步地具备图9中所示的选择单元173。

(实施方式2)

图13是表示本发明实施方式2的子带编码装置的主要结构的方框图。

实施方式1的子带编码装置在输入信号的采样频率例如为Fs＝16kHz时，在低频编码单元103中对至4kHz为止的频带的分量的信号进行编码。然而，在固定电话或移动电话等通常的语音通信***中，被设计为其频带限制到了3.4kHz的信号用于通信。也就是说，在编码装置中，从3.4kHz至4kHz为止的频带的信号，因为在通信***端被遮断，所以无法使用。在这样的环境下，在编码装置中，预先遮断3.4～4kHz的频带的信号，设计低频编码单元，使其以遮断后的信号为对象进行编码，通过此方法，能够进一步地实现高音质(但是，此为仅对低频信号进行解码的情况)。

因此，本实施方式的子带编码装置将低通滤波器201配置在低频编码单元103的前级中，并且将低频编码单元103的输入信号作为通过低通滤波器201进行频带限制的低频信号。例如，在上述的通信***的例子中，遮断频率(截止频率)F1为3.4kHz。

另外，此时，在利用由实施方式1中所示的高频编码单元107所生成的编码数据，对从频带0至Fs/2为止的信号进行解码时，该解码信号的频谱如图14表示。也就是说，在从F1至Fs/4为止的频带中，在频谱中产生凹陷(不存在频谱的无频谱区间)。如果产生这样的无频谱区间，则构成解码信号的音质恶化的原因。

因此，在本实施方式的子带编码装置中，进一步地通过将频带0≤k＜Fs/4的频谱另外输入到高频编码单元107，从而在高频编码单元107中，能够将从F1至Fs/2为止的频带频谱作为编码处理环的目标频谱来使用(因此，为了与高频编码单元107相区别，将其设为高频编码单元107b)。由此，在高频编码单元107b中，能够对从F1至Fs/2为止的频带的频谱进行编码，能够避免如上所述的无频谱区间的产生，能够达到提高解码信号的音质的目的。

进一步地详细说明本实施方式的子带编码装置的结构。另外，该子带编码装置具有与图10中所示的实施方式1的子带编码装置的变化形式相同的基本结构，对与图10相同的结构要素赋予相同的标号，并且省略其说明。

低通滤波器201在由频带分割单元101提供的频带0≤k＜Fs/4的时域的低频信号S12中，遮断频带F1≤k＜Fs/4，并且将频带0≤k＜F1的分量S41输出到低频编码单元103。例如，在频带被限制为3.4kHz的通信***中，使用遮断频率F1＝3.4kHz。

低频编码单元103对从低通滤波器201输出的频带0≤k＜F1的时域信号S41进行编码处理，并且将所获得的编码数据S42输出到复用单元108和低频解码单元106。

另一方面，频域变换单元202对由频带分割单元101提供的时域的低频信号S12进行频率分析，变换为频域的信号即低频频谱S43，并且输出到高频编码单元107b。

高频编码单元107b从频域变换单元102输入频带0≤k＜F1的解码低频频谱S33，从频域变换单元202输入频带0≤k＜Fs/4的低频频谱S43，从频谱重新配置单元105输入频带Fs/4≤k＜Fs/2的修正高频频谱S17。高频编码单元107b在从频域变换单元202输入的频带0≤k＜Fs/4的低频频谱S43中，使用频带F1≤k＜Fs/4的部分，对频带F1≤k＜Fs/2的频谱进行编码，并且将所获得的编码数据S44输出到复用单元108。

图15是用于说明高频编码单元107b的编码处理的图。

高频编码单元107b中的滤波器112b所进行的滤波处理，基本上与实施方式1中所说明的滤波器112的滤波处理相同。但是，成为对象的各个频谱是不同的，具体而言，作为S1(k)使用频带0≤k＜F1的解码低频频谱，作为编码处理环的目标频谱使用频带F1≤k＜Fs/4的低频频谱和频带Fs/4≤k＜Fs/2的修正高频频谱。因此，估计频谱S2’(k)的频带为F1≤k＜Fs/2。

接着，使用图16说明与上述子带编码装置对应的本实施方式的子带解码装置的结构。另外，该子带解码装置具有与图11中所示的子带解码装置相同的基本结构，对与图11相同的结构要素赋予相同的标号，并且基本上省略其说明。

频域变换单元181对由低频解码单元152提供的解码低频信号进行频率分析，生成频带0≤k＜F1的解码低频频谱，并且输出到高频解码单元154。

高频解码单元154利用从分离单元151输出的高频编码数据和从频域变换单元181输出的解码低频频谱，生成解码高频频谱。通过该解码处理，生成频带F1≤k＜Fs/2的高频解码频谱，并且输出到分割单元253。

分割单元253将从高频解码单元154输出的解码高频频谱分割成F1≤k＜Fs/4和Fs/4≤k＜Fs/2的两个频带，将前者输出到结合单元251，并将后者输出到频谱重新配置单元155。

结合单元251将从频域变换单元181输出的频带0≤k＜F1的解码低频频谱和从分割单元253输出的频带F1≤k＜Fs/4的解码高频频谱进行结合，生成频带0≤k＜Fs/4的结合低频频谱，并且输出到时域变换单元252。

时域变换单元252将结合低频频谱变换为时域的信号，并且将其作为解码低频信号输出到频带合成单元157。

这样，根据本实施方式，在子带编码中，采用进一步地对低频信号进行频带限制而进行编码的结构。并且，对高频频谱进行编码的同时对遮断了频带的低频频谱进行编码。由此，能够防止无频谱区间的产生，能够改善解码信号的音质。

另外，与实施方式1相同，本实施方式的子带编码装置也可视为可扩展编码装置。

图17是表示将本实施方式的子带编码装置视为可扩展编码装置时，相对应的可扩展解码装置的结构的方框图。另外，该可扩展解码装置具有与图16中所示的子带解码装置相同的基本结构，对相同的结构要素赋予相同的标号，并且省略其说明。如该图所示，层信息从分离单元151输出到选择单元261和选择单元262，所述层信息表示在输入到分离层151的比特流中包含哪个层的编码数据。在比特流中存在第二层编码数据时，选择单元261进行动作，以使时域变换单元252的输出被输出到频带合成单元157，而选择单元262进行动作，以使时域变换单元156的输出被输出到频带合成单元157。在比特流中不存在第二层编码数据时，选择单元261将低频解码单元152的输出信号输出到频带合成单元157，而选择单元262将代替信号输出到频带合成单元157。对该代替信号，使用例如所有的要素为零值的信号。在比特流中不包含第二层编码数据时，解码信号仅仅基于低频信号生成。另外，作为代替信号，也可使用在前面的帧中所使用的解码高频信号。或者，也可将在前面的帧中所使用的解码高频信号进行衰减，使其振幅值变小而得的信号作为代替信号来使用。通过采用这样的结构，即使在比特流中只包含第一层编码数据时，也能够生成解码信号。

以上，说明了本发明的各个实施方式。

另外，作为频率变换单元中的频率变换处理，能够使用FFT、DFT(DiscreteFourier Transform：离散傅立叶变换)、DCT(Discrete Cosine Transform：离散余弦变换)、MDCT和滤波器组等。

另外，作为输入信号，语音信号或音频信号均可适用。

本发明的子带编码装置和子带编码方法并不限于上述各个实施方式，而可以进行各种变更而实施。例如，也可以适当地组合并实施各个实施方式。

本发明的子带编码装置可装载于移动通信***中的通信终端装置和基站装置，由此能够提供具有与上述实施方式相同作用效果的通信终端装置、基站装置以及移动通信***。

另外，这里，虽然以通过硬件来构成本发明的情形为例进行了说明，本发明还可以通过软件来实现。例如，使用编程语言记述本发明的子带编码方法的算法，并将该程序存储于存储器并通过信息处理单元执行，由此能够实现与本发明的子带编码装置相同的功能。

另外，用于上述各个实施方式的说明中的各功能块，典型地由集成电路LSI来实现。这些既可以分别实行单芯片化，也可以包含其中一部分或者是全部而实行单芯片化。

另外，虽然此处称为LSI，但根据集成度的不同，也可以被称为IC、***LSI、超大LSI(Super LSI)、或特大LSI(Ultra LSI)等。

另外，集成电路化的技术不只限于LSI，也可以使用专用电路或通用处理器来实现。也可以利用LSI制造后能够编程的FPGA(Field ProgrammableGate Array，现场可编程门阵列)，或可以将LSI内部的电路单元的连接或设定重新配置的可重配置处理器(Reconfigurable Processor)。

再有，如果随着半导体技术的进步或者其他技术的派生，出现了替换LSI集成电路的技术，当然也可以利用该技术来实现功能块的集成化。还存在着适用生物技术等的可能性。

在2005年11月30日申请的日本专利申请特愿2005-347342的日本申请中所包含的说明书、附图和摘要的公开内容，都援用于本发明。

工业实用性

本发明的子带编码装置和子带编码方法能够适用于移动通信***中的通信终端装置、基站装置等用途。

Claims (4)

1.一种音频信号子带编码装置，包括：

分割单元，将采样频率Fs的输入音频信号至少分割成低频子带信号和高频子带信号；

低通滤波器，遮断所述低频子带信号中遮断频率F1以上的高频分量，生成第一低频子带信号；

第一编码单元，对所述低通滤波器所生成的所述第一低频子带信号进行编码，生成第一低频编码参数；

解码单元，对所述第一低频编码参数进行解码，生成解码低频频谱；

第一变换单元，对所述高频子带信号进行频域变换，生成高频子带频谱；

第二变换单元，对所述低频子带信号中F1≤k＜Fs/4的子带信号进行频域变换，生成第二低频子带频谱；

重新排序单元，将所述高频子带频谱中Fs/4≤k＜Fs/2的各个频率分量的排列顺序在频率轴上重新排序为逆序，生成逆序高频频谱；以及

第二编码单元，将所述逆序高频频谱和所述第二低频子带频谱作为目标频谱，通过将所述解码低频频谱移位相当于根据最优化环求得的频率量并进行功率调整，求所述逆序高频频谱和所述第二低频子带频谱的估计频谱，并对所述逆序高频频谱和所述第二低频子带频谱进行编码，

其中，k为频率，F1≤Fs/4。

2.一种通信终端装置，包括权利要求1所述的音频信号子带编码装置。

3.一种基站装置，包括权利要求1所述的音频信号子带编码装置。

4.一种音频信号子带编码方法，包括以下步骤：

将采样频率Fs的输入音频信号至少分割成低频子带信号和高频子带信号；

遮断所述低频子带信号中遮断频率F1以上的高频分量，生成第一低频子带信号；

对所生成的所述第一低频子带信号进行编码，生成第一低频编码参数；

对所述第一低频编码参数进行解码，生成解码低频频谱；

对所述高频子带信号进行频域变换，生成高频子带频谱；

对所述低频子带信号中F1≤k＜Fs/4的子带信号进行频域变换，生成第二低频子带频谱；

将所述高频子带频谱中Fs/4≤k＜Fs/2的各个频率分量的排列顺序在频率轴上重新排序为逆序，生成逆序高频频谱；以及

将所述逆序高频频谱和所述第二低频子带频谱作为目标频谱，通过将所述解码低频频谱移位相当于根据最优化环求得的频率量并进行功率调整，求所述逆序高频频谱和所述第二低频子带频谱的估计频谱，并对所述逆序高频频谱和所述第二低频子带频谱进行编码，

其中，k为频率，F1≤Fs/4。

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