CN112309408A - 一种扩展lc3音频编解码带宽的方法、装置及存储介质 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种扩展LC3音频编解码带宽的方法、装置及存储介质。该方法主要包括以预定频率为界将音频信号划分为第一低频带信号和第一高频带信号；将第一高频带信号通过变换得到的标准谱系数，利用镜像LC3编码器中的镜像模块将标准谱系数进行镜像操作得到镜像谱系数；利用镜像LC3编码器中的标准LC3编码模块将镜像谱系数编码为高频带码流；利用镜像LC3解码器中的标准LC3解码模块将高频带码流解码为镜像谱系数；利用镜像LC3解码器中的镜像模块将镜像谱系数进行镜像操作得到标准谱系数，利用反变换和滤波器得到第一高频带信号的解码信号；将第一低频带信号的解码信号与第一高频带信号的解码信号进行合成，得到全频带信号。本发明在中高码率时不丢失高频部分，提高了音频的音质。

Description

一种扩展LC3音频编解码带宽的方法、装置及存储介质
技术领域
本发明涉及音频编码技术领域，特别涉及一种扩展LC3音频编解码带宽的方法、装置及存储介质。
背景技术
随着科技的发展，蓝牙技术在电信、计算机、网络与消费性电子产品等领域被广泛应用。
目前主流的蓝牙音频编码器有SBC、AAC-LC、aptX系列、LDAC和LHDC，其中SBC音质一般，AAC-LC音质较好但内存占用较大，且运算复杂度高，aptX系列和LDAC音质都较好，但码率都很高且技术都较为封闭，LHDC音质较好，但码率很高，对蓝牙设计要求很高。
基于以上原因，蓝牙国际联盟联合众多厂商推出了LC3，LC3因为具有较低延迟、较高音质和较高编码增益以及在蓝牙领域无专利费的优点，而受到广大的关注，得到广泛应用。
受限于某些条件，标准规范的LC3编解码器在编码压缩音频时，会丢失一些高频部分，这会损伤音频的音质。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明主要提供一种扩展LC3音频编解码带宽的方法、装置及存储介质。
为了实现上述目的，本发明采用的一个技术方案是：提供一种扩展LC3音频编解码带宽的方法，其包括：以预定频率为界将音频信号划分为第一低频带信号和第一高频带信号；将第一高频带信号进行离散余弦变换得到标准谱系数，利用镜像LC3编码器中的镜像模块将标准谱系数进行镜像操作得到镜像谱系数；利用镜像LC3编码器中的标准LC3编码模块将镜像谱系数编码为高频带码流；利用镜像LC3解码器中的标准LC3解码模块将高频带码流解码为镜像谱系数；利用镜像LC3解码器中的镜像模块将镜像谱系数进行镜像操作得到标准谱系数，利用离散余弦反变换和长期后置滤波器得到第一高频带信号的解码信号；将第一低频带信号的解码信号与第一高频带信号的解码信号进行合成，得到全频带音频信号；其中，在第一高频带信号进行编解码时，第一低频带信号的解码信号由第一低频带信号经标准LC3编解码处理之后得到。
本发明采用的另一个技术方案是：提供一种扩展LC3音频编解码带宽的装置，其包括：用于以预定频率为界将音频信号划分为第一低频带信号和第一高频带信号的模块；用于将第一高频带信号进行离散余弦变换得到标准谱系数，利用镜像LC3编码器中的镜像模块将标准谱系数进行镜像操作得到镜像谱系数的模块；用于所述镜像LC3编码器中的标准LC3编码模块将镜像谱系数编码为高频带码流的模块；用于利用镜像LC3解码器中的标准LC3解码模块将高频带码流解码为镜像谱系数的模块；用于利用镜像LC3解码器中的镜像模块将镜像谱系数进行镜像操作得到标准谱系数，利用离散余弦反变换和长期后置滤波器得到第一高频带信号的解码信号的模块；用于将第一低频带信号的解码信号与第一高频带信号的解码信号进行合成，得到全频带音频信号的模块；其中，第一低频带信号的解码信号由第一低频带信号在第一高频带信号进行编解码时经标准LC3编解码之后得到。
本发明采用的另一个技术方案是：提供一种计算机可读存储介质，其存储有计算机指令，计算机指令***作以执行方案一中的扩展LC3音频编解码带宽的方法。
本发明采用的另一个技术方案是：提供一种计算机设备，其包括处理器和存储器，存储器存储有计算机指令，处理器操作计算机指令以执行方案一中的扩展LC3音频编解码带宽的方法。
本发明的技术方案可以达到的有益效果是：本发明设计了一种扩展LC3音频编解码带宽的方法、装置及存储介质。该方法首先通过利用镜像LC3编码器将高频带信号转换为低频带信号进行编码，然后利用镜像LC3解码器将编码后的低频带信号转换为解码后的高频带信号，最后解码的高频带信号和解码的低频带信号进行解码后进行合成,这样能够保证进行蓝牙信号的中高码率传输时，不会丢失信号的高频成分，提高了音频的音质。
附图说明
图1是本发明一种扩展LC3音频编解码带宽的方法的第一具体实施方式的示意图；
图2是本发明一种扩展LC3音频编解码带宽的装置的第二具体实施方式的示意图；
图3是本发明一种扩展LC3音频编解码带宽的方法在输入24kHz带宽时的实例示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的较佳实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
图1示出了本发明一种扩展LC3音频编解码带宽的方法的第一具体实施方式。
在该具体实施方式中，扩展LC3音频编解码带宽的方法主要包括步骤S101，以预定频率为界将音频信号划分为第一低频带信号和第一高频带信号。
在本发明的一个具体实施例中，步骤S101，还包括第一低频带信号和第一高频带信号通过正交镜像滤波分析器处理得到。
在本发明的一个具体实例中，将输入的音频信号经过正交镜像滤波分析器中的低通滤波器和高通滤波器处理，分别得到两个频带等宽的频带信号。
例如，将带宽为24kHz的音频信号输入到正交镜像滤波分析器中，经过正交镜像滤波分析器处理之后，得到低频带信号(20Hz～12kHz)和高频带信号(12kHz～24kHz)。
该具体实施例，将高频带信号从输入的音频信号中分离出来，为高频带信号在LC3中的传输奠定了基础。
在图1所示的具体实施方式中，扩展LC3音频编解码带宽的方法，还包括步骤S102，将第一高频带信号进行离散余弦变换得到标准谱系数，利用镜像LC3编码器中的镜像模块将标准谱系数进行镜像操作得到镜像谱系数。
在本发明的一个具体实施例中，在镜像LC3编码器中第一高频带信号通过低延迟改进型离散余弦变换模块的变换得到第一高频带信号的标准谱系数，镜像LC3编码器中的镜像模块将标准谱系数通过镜像处理，在不改变第一高频带信号的标准谱系数的幅频特性的条件下，将标准谱系数在镜像轴处进行处理，达到将具有高频特性的标准谱系数的转换为具有低频特性的镜像谱系数。
该具体实施例，将具有高频特性的信号转换为具有低频特性的信号，使镜像LC3编码器能够编码高频带成分的信号、使音频信号的高频带成分在蓝牙编码传输过程中不会丢失、为扩展LC3音频编解码带宽提供基础。
在图1所示的具体实施方式中，扩展LC3音频编解码带宽的方法，还包括步骤S103，利用镜像LC3编码器中的标准LC3编码模块将镜像谱系数编码为高频带码流。
在本发明的一个具体实施例中，镜像LC3编码器中的镜像模块位于镜像LC3编码器的低延迟改进型离散余弦变换模块和变换域噪声整形模块之间。
在现有技术中，在标准的LC3编码器中，输入的音频信号经低延迟改进型离散余弦变换模块进行数据压缩后直接进入变换域噪声整形模块，时域噪声整形模块、量化模块、噪声电平估计模块和算术编码处理模块，得到标准的低频带码流。而在本发明中，在低延迟改进型离散余弦变换模块和变换域噪声整形模块两者之间加入镜像模块。
在镜像LC3编码器中，高频带信号经低延迟改进型离散余弦变换进行时频转换，将转换后的数据进行频谱镜像得到镜像处理后的低频带信号，然后，将镜像处理后的低频带信号按顺序进行变换域噪声整形、时域噪声整形、量化、噪声电平估计和算术编码处理，得到镜像的高频带码流。
例如，如图3，将低频带脉冲编码调制信号(20Hz～12kHz)和高频带脉冲编码调制信号(12kHz～24kHz)分别调用标准LC3编码器和镜像LC3编码器得到低频带码流和高频带码流，图中的奈奎斯特频率即是原始音频有效带宽。
该具体实施例，确保了音频信号在进行信号传输时不会遗漏其高频部分，确保了音频信号的完整性，提高了音频的音质。
在本发明的一个具体实例中，将第一低频带信号和第一高频带信号通过编码处理后，分别得到第一低频带信号的标准码流和第一高频带信号的高频带码流，将以上两种编码信号以蓝牙方式发送出去。
该具体实施例，能够实现短距离无线通信，使数据传输更加便捷。
在图1所示的具体实施方式中，扩展LC3音频编解码带宽的方法，还包括步骤S104，利用镜像LC3解码器中的标准LC3解码模块将高频带码流解码为所述镜像谱系数。
在本发明的一个具体实施例中，镜像LC3解码器接收到来自镜像LC3编码器的编码数据之后，将接收到的第一高频带信号的高频带码流经过算术及残差编码、噪声填充、全局增益、时域噪声整形解码、变换域噪声整形解码等处理，得到第一高频带信号的镜像谱系数。
该具体实施例，是实现在LC3音频传输时，传输中高码率时不会丢失高频成分的基础。
在图1所示的具体实施方式中，扩展LC3音频编解码带宽的方法，还包括步骤S105，利用镜像LC3解码器中的镜像模块将镜像谱系数进行镜像操作得到标准谱系数，利用离散余弦反变换和长期后置滤波器得到第一高频带信号的解码信号。
在本发明的一个具体实施例中，镜像LC3解码器中的镜像模块位于镜像LC3解码器的变换域噪声整形解码模块和低延迟改进型离散余弦反变换模块之间。
在现有技术中，标准的LC3解码器将接收到的低频带解码信号流按顺序经过算术及残差解码模块、噪声填充模块、全局增益模块、时域噪声整形解码模块、变换域噪声整形解码模块和低延迟改进型离散余弦反变换模块处理后，得到低频带解码信号。
镜像LC3解码器将高频带码流按顺序经过算术及残差解码模块、噪声填充模块、全局增益模块、时域噪声整形解码模块和变换域噪声整形解码模块得到镜像谱系数，将镜像谱系数经过镜像模块和低延迟改进型离散余弦反变换模块处理后，得到高频带信号。
例如，蓝牙接收器接收到高频带码流和低频带码流并分别调用标准LC3解码器和镜像LC3解码器生成低频带解码信号(20Hz～12kHz)和高频带解码信号(12kHz～24kHz)。
该具体实施例，将经镜像LC3编码器形成的高频带码流还原为高频带解码信号，保证了音频信号的完整性。
在图1所示的具体实施方式中，扩展LC3音频编解码带宽的方法，还包括步骤S106，将第一低频带信号的解码信号与所述第一高频带信号的解码信号进行合成，得到全频带音频信号；其中，在所述第一高频带信号进行编解码时，所述第一低频带信号的解码信号由所述第一低频带信号经标准LC3编解码处理之后得到。
在本发明的一个具体实施例中，在镜像LC3编码器和镜像LC3编码器解码器在对第一高频带信号进行编解码时，标准的LC3编码器和标准的LC3编码器解码器同时也在对第一低频带信号进行编解码，在第一低频带码流和第一高频带码流完成解码之后，将第一低频带码流的解码信号与所述第一高频带码流的解码信号进行合成。
该具体实施例，在改动较小的条件下，实现了在使用蓝牙信号传输中高码率时，不丢失高频成分，给用户更加良好的体验。
在本发明的一个具体实施例中，步骤S106进一步包括，通过正交镜像合成滤波器，将第一低频带解码信号与第一高频带解码信号进行合成。
在本发明的一个具体实例中，正交镜像合成滤波器将第一低频带解码信号和第一高频带解码信号进行合成，将信号还原为原始带宽的音频信号。
例如，将低频带解码信号(20Hz～12kHz)和高频带解码信号(12kHz～24kHz)经过正交镜像合成滤波器得到带宽为24kHz的音频信号。
该具体实施例，完成了扩展LC3音频编解码带宽，提高了音频的音质，解决了LC3在进行音频编解码时的带宽匹配问题。
在本发明的一个具体实施例中，所述镜像是指将高频谱系数和/或低频谱系数按照只改变其频率特性不改变所述频谱系数其它特性的条件下进行对调，得到对应的镜像低频谱系数和/或镜像高频谱系数。
具体地，给定谱系数X(k)，k＝0.....NF-1，其中NF为LC3标准规定的音频帧的尺寸；其镜像模块Y(k)＝X(NF-1-k)，k＝0.....NF-1。其中，X(k)是编码流程中完成离散余弦变换的音频的频谱系数，k的大小表示频率的高低，即当k在预定的频率界值之下时，X(k)代表的是低频的谱系数；当k在预定的频率界值之上时，X(k)代表的是高频的谱系数。
Y(k)＝X(Nf-1-K)表示将高频谱系数和低频谱系数在不改变所述频谱系数的条件下对调，达到将高频谱系数镜像为低频谱系数，低频谱系数镜像为高频谱系数的目的；
在图1所示的具体实施方式中，首先通过利用镜像LC3编码器将高频带信号转换为低频带编码信号进行编码得到高频带码流，然后利用镜像LC3解码器将高频带码流转换为高频带解码信号，最后高频带解码信号和低频带解码信号进行合成，这样能够在进行蓝牙信号的中高码率传输时不会丢失信号的高频成分，提高了音频的音质。
图2示出了本发明一种扩展LC3音频编解码带宽的装置的具体实施方式。
在该具体实施方式中，扩展LC3音频编解码带宽的装置主要包括：用于以预定频率为界将音频信号划分为第一低频带信号和第一高频带信号的模块201；
用于将所述第一高频带信号进行离散余弦变换得到标准谱系数，利用镜像LC3编码器中的镜像模块将所述标准谱系数进行镜像操作得到镜像谱系数的模块202；
用于利用所述镜像LC3编码器中的标准LC3编码模块将所述镜像谱系数编码为高频带码流的模块203；
用于利用镜像LC3解码器中的标准LC3解码模块将所述高频带码流解码为所述镜像谱系数的模块204；
用于利用所述镜像LC3解码器中的镜像模块将所述镜像谱系数进行镜像操作得到所述标准谱系数，利用离散余弦反变换和长期后置滤波器得到所述第一高频带信号的解码信号的模块205；
用于将第一低频带信号的解码信号与所述第一高频带信号的解码信号进行合成，得到全频带音频信号的模块206；
其中，所述第一低频带信号的解码信号由所述第一低频带信号在所述第一高频带信号进行编解码时经标准LC3编解码之后得到。
本发明提供的扩展LC3音频编解码带宽的装置，可用于执行上述任一实施例描述的扩展LC3音频编解码带宽方法，其实现原理和技术效果类似，在此不再赘述。
在本发明的一个具体实施例中，本发明一种扩展LC3音频编解码带宽的装置中各功能模块可直接在硬件中、在由处理器执行的软件模块中或在两者的组合中。
软件模块可驻留在RAM存储器、快闪存储器、ROM存储器、EPROM存储器、EEPROM存储器、寄存器、硬盘、可装卸盘、CD-ROM或此项技术中已知的任何其它形式的存储介质中。示范性存储介质耦合到处理器，使得处理器可从存储介质读取信息和向存储介质写入信息。
处理器可以是中央处理单元(英文：Central Processing Unit，简称：CPU)，还可以是其他通用处理器、数字信号处理器(英文：Digital Signal Processor，简称：DSP)、专用集成电路(英文：Application Specific Integrated Circuit，简称：ASIC)、现场可编程门阵列(英文：Field Programmable Gate Array，简称：FPGA)或其它可编程逻辑装置、离散门或晶体管逻辑、离散硬件组件或其任何组合等。通用处理器可以是微处理器，但在替代方案中，处理器可以是任何常规处理器、控制器、微控制器或状态机。处理器还可实施为计算装置的组合，例如DSP与微处理器的组合、多个微处理器、结合DSP核心的一个或一个以上微处理器或任何其它此类配置。在替代方案中，存储介质可与处理器成一体式。处理器和存储介质可驻留在ASIC中。ASIC可驻留在用户终端中。在替代方案中，处理器和存储介质可作为离散组件驻留在用户终端中。
在本发明的另一个具体实施方式中，一种计算机可读存储介质，其存储有计算机指令，计算机指令***作以执行方案一中的扩展LC3音频编解码带宽的方法。
在本发明的另一个具体实施方式中，一种计算机设备，其包括处理器和存储器，存储器存储有计算机指令，处理器操作计算机指令以执行方案一中的扩展LC3音频编解码带宽的方法。
在本发明所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的装置和方法，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***，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。
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实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (9)

1.一种扩展LC3音频编解码带宽的方法，其特征在于，包括：
以预定频率为界将音频信号划分为第一低频带信号和第一高频带信号；
将所述第一高频带信号进行离散余弦变换得到标准谱系数，利用镜像LC3编码器中的镜像模块将所述标准谱系数进行镜像操作得到镜像谱系数；
利用所述镜像LC3编码器中的标准LC3编码模块将所述镜像谱系数编码为高频带码流；
利用镜像LC3解码器中的标准LC3解码模块将所述高频带码流解码为所述镜像谱系数；
利用所述镜像LC3解码器中的镜像模块将所述镜像谱系数进行镜像操作得到所述标准谱系数，利用离散余弦反变换和长期后置滤波器得到所述第一高频带信号的解码信号；
将第一低频带信号的解码信号与所述第一高频带信号的解码信号进行合成，得到全频带音频信号；
其中，在所述第一高频带信号进行编解码时，所述第一低频带信号的解码信号由所述第一低频带信号经标准LC3编解码处理之后得到。
2.如权利要求1所述的扩展LC3音频编解码带宽的方法，其特征在于，所述以预定频率为界将音频信号划分为第一低频带信号和第一高频带信号的过程，进一步包括：
通过正交镜像分析滤波器，将所述音频信号划分为所述第一低频带信号和所述第一高频带信号。
3.如权利要求1所述的扩展LC3音频编解码带宽的方法，其特征在于，所述镜像LC3编码器中的镜像模块位于所述镜像LC3编码器的低延迟改进型离散余弦变换模块和变换域噪声整形模块之间。
4.如权利要求1所述的扩展LC3音频编解码带宽的方法，其特征在于，所述将第一低频带信号的解码信号与所述第二高频带信号的解码信号进行合成的过程，进一步包括：
通过正交镜像合成滤波器，将所述第一低频带信号的解码信号与所述第一高频带信号的解码信号进行合成。
5.如权利要求1所述的扩展LC3音频编解码带宽的方法，其特征在于，所述镜像LC3解码器中的镜像模块位于所述镜像LC3解码器的变换域噪声整形解码模块和低延迟改进型离散余弦反变换模块之间。
6.如权利要求1所述的扩展LC3音频编解码带宽的方法，其特征在于，
所述镜像是指将高频谱系数和/或低频谱系数按照只改变其频率特性不改变所述频谱系数其它特性的条件下进行对调，得到对应的镜像低频谱系数和/或镜像高频谱系数。
7.一种扩展LC3音频编解码带宽的装置，其特征在于，包括：
用于以预定频率为界将音频信号划分为第一低频带信号和第一高频带信号的模块；
用于将所述第一高频带信号进行离散余弦变换得到标准谱系数，利用镜像LC3编码器中的镜像模块将所述标准谱系数进行镜像操作得到镜像谱系数的模块；
用于利用所述镜像LC3编码器中的标准LC3编码模块将所述镜像谱系数编码为高频带码流的模块；
用于利用镜像LC3解码器中的标准LC3解码模块将所述高频带码流解码为所述镜像谱系数的模块；
用于利用所述镜像LC3解码器中的镜像模块将所述镜像谱系数进行镜像操作得到所述标准谱系数，利用离散余弦反变换和长期后置滤波器得到所述第一高频带信号的解码信号的模块；
用于将第一低频带信号的解码信号与所述第一高频带信号的解码信号进行合成。得到全频带音频信号的模块；
其中，所述第一低频带信号的解码信号由所述第一低频带信号在所述第一高频带信号进行编解码时经标准LC3编解码之后得到。
8.一种计算机可读存储介质，其存储有计算机指令，其特征在于，所述计算机指令***作以执行权利要求1-7中任一项所述的扩展LC3音频编解码带宽的方法。
9.一种计算机设备，其包括处理器和存储器，所述存储器存储有计算机指令，其特征在于：
所述处理器操作所述计算机指令以执行权利要求1-7任一项所述的扩展LC3音频编解码带宽的方法。
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