一种宽带语音编码器及方法

专利名称：一种宽带语音编码器及方法
技术领域：
本发明涉及宽带语音编码技术，尤其涉及语音编码的宽带扩展技术。
背景技术：
现在的电信网络已经普遍使用了光纤传输，原有的PSTN网络也逐渐被 基于IP的网络代替，宽带语音的应用条件逐渐成熟。然而现有的宽带语音 编码方法存在高延迟、高复杂度等缺点，而窄带声码器由于带宽较窄而具有 较低的音频质量。因此，需要对窄带声码器进行宽带扩展，同时，能使得语 音编码方法保持较低的延迟和计算复杂度。

发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种宽带语音编码器及方法，能够使 得语音编码器在保证编码效率的情况下，具有低延迟、低复杂度的特点。
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种宽带语音编码器，包括分 频模块、低带编码器、低带解码器、差分运算模块、低带增强编码器、高带 增强编码器以及码流复用模块，其中
分频模块，用于从宽带数字语音信号中提取高频分量和低频分量，得到 高子带信号和低子带信号，分别输出给高带增强编码器和低带编码器；
低带编码器，用于对低子带信号进行编码得到低带码流数据，分别输出 给低带解码器和码流复用模块；
低带解码器，用于对低带码流数据进行解码得到低子带语音信号输出给 差分运算模块；
差分运算模块，用于将原始的低子带信号与低子带语音信号相减得到一 个低子带差分信号输出给低带增强编码器；低带增强编码器，用于将低子带差分信号进行编码得到低带增强码流数
据输出给码流复用模块；
高带增强编码器，用于将高子带信号进行编码得到高带增强码流ib悟输 出给码流复用模块；
码流复用模块，用于将低带码流数据、低带增强码流数据以及高带增强 码流教:据进行复用打包处理，得到宽带语音码流数据输出。
进一步地，在分频模块前还连接有预处理模块，用于将宽带数字语音信 号中的信号偏移和0 ~ 50Hz的低频信号分量滤除。
进一步地，该预处理模块由一个高通滤波器构成。
进一步地，分频模块包括一正交镜像滤波器，或者包括高、低通滤波器。
进一步地，低带编码器包括噪声整形模块和窄带编码器，其中，噪声整 形模块用于将低子带信号进行噪声整形处理；窄带编码器用于将经过噪声整 形处理的低子带信号进行编码，得到低带码流数据。
进一步地，低带编码器包括感知加权处理模块和窄带编码器，其中，感 知加权处理模块用于将低子带信号进行感知加权处理；窄带编码器用于将经 过感知加权处理的低子带信号进行编码，得到低带码流数据。
进一步地，窄带编码器由一个A律脉冲编码调制编码器取代。
进一步地，低带增强编码器进一步含有相互连接的低带增强编码模块和 加权矢量量化器，其中低带增强编码模块用于将低子带差分信号进行编码 得到低带增强数据输出，加权矢量量化器用于将低带增强数据进行加权矢量 量化处理，得到低带增强码流数据。
进一步地，加权矢量量化器中进一步含有一有限冲击响应FIR滤波器， 该FIR滤波器用于将低带增强数据进行加权处理。
进一步地，所述高带增强编码器进一步含有相互连接的基于修正的离散 余弦变换MDCT编码器和交织矢量量化器IVQ;其中，该MDCT编码器用 于将高子带信号进行编码得到高带增强数据，该IVQ用于将高带增强数据 进行交织矢量量化处理得到高带增强码流数据。
6为了解决上述技术问题，本发明提供了一种宽带语音编码方法，其特征
在于，所述方法包括步骤
(a) 提取宽带数字语音信号的高频分量和低频分量，即得到高子带信 号和低子带信号；
(b) 将低子带信号进行低带编码得到低带码流数据；将低带码流数据 进行低带增强编码处理，得到低带增强码流数据；将高子带信号进行高带增 强编码处理高带增强码流数据；
(c) 将高带增强码流数据、低带增强码流数据以及低带码流数据进行 复用打包处理后得到宽带语音码流数据输出。
进一步地，在步骤(a)前要通过预处理，将宽带数字语音信号中的直 流偏移和0 ~ 50Hz的^[氐频分量滤除。
进一步地，该预处理通过高通滤波实现。
进一步地，其特征在于，步骤(b)所述低带增强编码处理进一步包括 步骤
(bl)将低带码流数据进行解码，得到低子带语音信号；
(b2 )将原始的低子带信号和低子带语音信号进行差分运算得到低子带 差值信号；
(b3)将低子带差值信号进行低带增强编码，得到低带增强码流数据。
进一步地，步骤(b3 )低带增强编码通过将低子带差分信号进行编码得 到低带增强数据，然后将低带增强数据进行加权矢量量化处理，得到低带增 强码流数据。
进一步地，步骤(b3)加权矢量量化处理，通过有限沖激响应FIR滤波 实现加4又处理。
进一步地，步骤(b)高带增强编码处理进一步包括步骤
将高子带信号进行修正的离散余弦变换编码得到高带增强数据，然后将 高带增强数据进行交织矢量量化处理得到高带增强码流数据。采用本发明提供的宽带语音编码器及其方法，能够^f吏得声码器的带宽扩
展，从而能够适用宽带语音的应用；同时，能够保证较高的编码效率，且具 有低延迟、低复杂度的特点。
图1为本发明的宽带语音编码器的结构框图2为本发明宽带语音编码器一实施例的结构框图。
具体实施例方式
如图l所示，本发明提供的一种宽带语音编码器100，包括预处理模 块101、分频模块102、低带编码器103、低带解码器104、差分运算模块 105、低带增强编码器106、高带增强编码器107以及码流复用模块108,其 中
预处理模块IOI，与分频模块102连接，用于对经采样输入的宽带数字 语音信号进行预处理，滤除其中的信号偏移和0 ~ 50Hz的低频信号分量；
分频模块102，分别与低带编码器103及高带增强编码器107连接，用 于将经过预处理的宽带数字语音信号提取其中的高频分量和低频分量，即获 得高、低子带信号分别输出给高带增强编码器107和低带编码器103;
该分频模块102基于一正交镜像滤波器或者基于高、低通滤波器构成。
低带编码器103，分别与低带解码器104和码流复用模块108连接，用 于对低子带信号进行编码得到低带码流数据，分别输出给低带解码器104和 码流复用模块107;
低带解码器104，与差分运算模块105连接，用于对输入的低带码流数 据进行解码得到低子带语音信号输出给差分运算模块105;
差分运算模块105，分别与分频模块102的输出端和低带增强编码器206 的输入端连接，用于将原始的低子带信号与经低带解码器104解码后的低子 带语音信号相减得到一个低子带差分信号输出给低带增强编码器106;
低带增强编码器106,与码流复用模块108连接，用于将低子带差分信 号进行编码得到低带增强码流数据；


用此低带增强编码器106可以减小低带编解码器引入的量化噪声。
高带增强编码器107,与码流复用模块108连接，用于将高子带信号进 行编码得到高带增强码流数据输出给码流复用模块108;
码流复用模块108,用于将低带码流数据、低带增强码流数据和高带增 加码流数据进行复用打包处理后得到宽带语音码流数据输出。
以下结合具体实施例和附图对本发明上述:R术方案进行详细阐述。
如图2所示，为本发明上述宽带语音编码器的一个实施例的结构框图。 该宽带语音编码器200包括高通滤波器201、 32抽头的正交镜像滤波器 (QMF， Quadrature Mirror Filter) 202、低带编码器203、低带解码器204、 加法器205、低带增强编码器206、高带增强编码器207以及码流复用模块 208，其中
高通滤波器201，与32抽头的QMF202连接，将输入的宽带数字语音 信号中的直流偏移和0 ~ 50Hz的低频分量滤除；
该高通滤波器的传递函数为
其中"取0.97 ~ 0.99之间的一个常数。
32抽头的QMF 202，分别与低带编码器203和高带增强编码器207连 接，将经高通滤波的宽带语音信号分离为高、低子带信号，分别输出给高带 增强编码器207和低带编码器203;
低带编码器203,分别与低带解码器204和码流复用模块208连接，将 低子带信号进行编码得到低带码流数据输出给低带解码器204和码流复用 才莫块208连接；
低带编码器203进一步含有噪声整形模块(或感知加权处理模块)和A 律脉冲编码调制(PCM, Pulse Code Modulation)编码器(或者其它简单的 窄带滤波器)，其中
噪声整形模块，用于对低子带信号进行噪声整形处理(或感知加权处理)，该噪声整形模块的噪声整形函数为xw(w) = ;c(")+aO<"-l)-x("-1》+6; 式中
;^(")为第n个低子带样本信号的噪声整形输出；
x("-l)是第n-l个低子带样本信号的噪声整形输出；
少(w-l)是第n-l个样本经A律PCM编码器编码后的输出；
参数"，6为常数，在本实施例里a取0.8,力取8;
A律PCM编码器，用于对经过噪声整形后的低子带信号进行编码，经 过噪声整形后能够得到更好的低带语音解码质量。
低带解码器204,与一个加法器的负输入端连接，用于对低带码流数据 进行解码得到低子带语音信号^输出给加法器205负输入端；
加法器205,其正输入端与32抽头的QMF202的输出端连接，用于将 原始的低子带信号&与低子带语音信号&进行差分运算得到差值
^ = ^ 一 & ，输出给低带增强编码器206;
低带增强编码器206,与码流复用模块208连接，用于将^信号进行编 码后得到低带增强码流数据输出给码流复用模块208;
低带增强编码器206进一步含有相互连接的低带增强编码模块和加权 矢量量化器，其中
低带增强编码模块将^信号进行编码，通过加权矢量量化器的码本搜 索处理的到低带增强码流数据。加权矢量量化器包括形状码本c和增益码本 g，该加权矢量量化器的目标为使以下距离d最小化，即
其中『，g,.和。.分别是加权系数矩阵；其中，加权部分通过一个有限沖击 响应(FIR, Finite Impulse Response)滤波器实现，该FIR滤波器的传递函 数i^以及加权系数矩阵『如下『=
9
o
、o -"乂
其中々=0.550107。该FIR滤波器是一个二阶的滤波器并且其复杂度很低。 每8个样本点进行一次上述的码本搜索。
高带增强编码器207,与码流复用模块208连接，用于将高子带信号进 行编码得到高带增强码流数据输出给码流复用模块208。
高带增强编码器207进一步由相互连接的基于修正的离散余弦变换 (MDCT。 Modified Discrete Cosine Transform)编码器和交织矢量量化器 (IVQ， Interleave Vector Quantization)组成，其中MDCT编码器对高子 带信号进行MDCT编码处理，再经过IVQ量化器进行交织处理生成高带增 强码流数据。
码流复用模块208，用于将低带码流数据、低带增强码流数据和高带增 加码流数据进行复用处理得到宽带语音码流数据输出。
本发明的一种宽带语音编码方法，包括如下步骤
(a) 提取宽带数字语音信号中的高频分量和低频分量，即分别得到高、 低子带信号；
在步骤(a)前需要通过预处理，将宽带数字语音信号中的直流偏移和 0 ~ 50Hz的低频分量滤除；该预处理通过高通滤波实现。
(b) 将低子带信号进行低带编码得到低带码流数据；将低带码流数据 进行低带增强编码处理，得到低带增强码流数据；将高子带信号进行高带增 强编码处理高带增强码流数据；
上述步骤中的低带增强编码处理是指
将低带码流数据进行解码，得到低子带语音信号；
将原始的低子带信号和低子带语音信号进行差分运算得到差值信号；
将差值信号进行低带增强编码，得到低带增强码流数据。(C)将低带码流数据和高、低带增强码流数据进行复用打包处理后得 到宽带语音码流数据输出。
由上述实施例可以看出，本发明提供的宽带语音编码器及其方法，通过
使得声码器的带宽扩展，从而使其能够适用宽带语音的应用；同时，本发明 具有低延迟、低复杂度的特点。
当然，本发明还可有其他多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的 情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变 形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。
1权利要求
1、一种宽带语音编码器，其特征在于，所述编码器包括分频模块、低带编码器、低带解码器、差分运算模块、低带增强编码器、高带增强编码器以及码流复用模块，其中所述分频模块，用于从宽带数字语音信号中提取高频分量和低频分量，得到高子带信号和低子带信号，分别输出给所述高带增强编码器和所述低带编码器；所述低带编码器，用于对所述低子带信号进行编码得到低带码流数据，分别输出给所述低带解码器和所述码流复用模块；所述低带解码器，用于对所述低带码流数据进行解码得到低子带语音信号输出给所述差分运算模块；所述差分运算模块，用于将原始的低子带信号与所述低子带语音信号相减得到一个低子带差分信号输出给所述低带增强编码器；所述低带增强编码器，用于将所述低子带差分信号进行编码得到低带增强码流数据输出给所述码流复用模块；所述高带增强编码器，用于将所述高子带信号进行编码得到高带增强码流数据输出给所述码流复用模块；所述码流复用模块，用于将所述低带码流数据、所述低带增强码流数据以及所述高带增强码流数据进行复用打包处理，得到宽带语音码流数据输出。
2、 按照权利要求1所述的编码器，其特征在于，在所述分频模块前还 连接有预处理模块,用于将所述宽带数字语音信号中的信号偏移和0 ~ 50Hz 的低频信号分量滤除。
3、 按照权利要求2所述的编码器，其特征在于，所述预处理模块由一 个高通滤波器构成。
4、 按照权利要求1或2所述的编码器，其特征在于，所述分频模块包括一正交镜像滤波器，或者包括高、低通滤波器。
5、 按照权利要求1所述的编码器，其特征在于，所述低带编码器包括噪声整形模块和窄带编码器，其中，所述噪声整形模块用于将所述低子带信号进行噪声整形处理；所述窄带编码器用于将经过噪声整形处理的低子带信号进行编码，得到所述低带码流数据。
6、 按照权利要求1所述的编码器，其特征在于，所述低带编码器包括感知加权处理模块和窄带编码器，其中，所述感知加权处理模块用于将所述低子带信号进行感知加权处理；所述窄带编码器用于将经过感知加权处理的低子带信号进行编码，得到所述低带码流数据。
7、 按照权利要求5或6所述的编码器，其特征在于，所述窄带编码器由一个A律脉沖编码调制编码器取代。
8、 按照权利要求1或2所述的编码器，其特征在于，所述低带增强编码器进一步含有相互连接的低带增强编码模块和加权矢量量化器，其中所述低带增强编码模块用于将所述低子带差分信号进行编码得到低带增强数据输出，所述加权矢量量化器用于将所述低带增强数据进行加权矢量量化处理，得到所述低带增强码流数据。
9、 按照权利要求8所述的编码器，其特征在于，所述加权矢量量化器中进一步含有一有限沖击响应FIR滤波器，所述FIR滤波器用于将所述低带增强数据进行加权处理。
10、 按照权利要求1或2所述的编码器，其特征在于，所述高带增强编码器进一步含有相互连接的基于修正的离散余弦变换MDCT编码器和交织矢量量化器IVQ;其中，所述MDCT编码器用于将所述高子带信号进行编码得到高带增强数据，所述IVQ用于将所述高带增强数据进行交织矢量量化处理得到所述高带增强码流数据。
11、 一种宽带语音编码方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤(a)提取宽带数字语音信号的高频分量和低频分量，即得到高子带信号和低子带信号；(b) 将所述低子带信号进行低带编码得到所述低带码流数据；将所述低带码流数据进行低带增强编码处理，得到低带增强码流数据；将所述高子带信号进行高带增强编码处理高带增强码流数据；(c) 将所述高带增强码流数据、低带增强码流数据以及低带码流数据进行复用打包处理后得到宽带语音码流数据输出。
12、 按照权利要求11所述的方法，其特征在于，在步骤(a)前要通过预处理，将所述宽带数字语音信号中的直流偏移和0~50Hz的低频分量滤除。
13、 按照权利要求12所述的方法，其特征在于，所述预处理通过高通滤波实现。
14、 按照权利要求11至13任一项所述的方法，其特征在于，步骤(b)所述低带增强编码处理进一步包括步骤(bl)将所述低带码流数据进行解码，得到低子带语音信号；(b2)将原始的所述低子带信号和所述低子带语音信号进行差分运算得到低子带差值信号；(b3 )将所述低子带差值信号进行所述低带增强编码，得到所述低带增强码流数据。
15、 按照权利要求14所述的方法，其特征在于，步骤(b3)所述低带增强编码通过将所述低子带差分信号进行编码得到低带增强数据，然后将所述低带增强数据进行加权矢量量化处理，得到所述低带增强码流数据。
16、 按照权利要求15所述的方法，其特征在于，步骤(b3)所述加权矢量量化处理，通过有限沖激响应FIR滤波实现所述加权处理。
17、 按照权利要求14所述的方法，其特征在于，步骤(b)所述高带增强编码处理进一步包括步骤将所述高子带信号进行修正的离散余弦变换编码得到高带增强数据，然后将所述高带增强数据进行交织矢量量化处理得到所述高带增强码流数据。
全文摘要
一种宽带语音编码器，其中分频模块从宽带数字语音信号中提取高、低频分量得到高、低子带信号输出；低带编码器将低子带信号编码成低带码流数据输出；低带解码器将低带码流数据解码成低子带语音信号输出；差分运算模块将原始的低子带信号与低子带语音信号相减得到一个低子带差分信号输出；低带增强编码器将低子带差分信号编码成低带增强码流数据输出；高带增强编码器将高子带信号编码成高带增强码流数据输出；码流复用模块将低带码流数据、低带增强码流数据以及高带增强码流数据进行复用打包处理成宽带语音码流数据输出。本发明通过扩展声码器的带宽而适用宽带语音应用，且具有低延迟、低复杂度的特点。
文档编号G10L19/00GK101488343SQ20081000069
公开日2009年7月22日 申请日期2008年1月14日 优先权日2008年1月14日
发明者钟毅睿, 毅 高 申请人:中兴通讯股份有限公司