使用经缩放的高频带激励对音频信号进行带宽扩展的方法、设备、装置、计算机可读媒体

摘要

本发明涉及一种方法，其包含基于音频信号的低频带激励信号确定第一经建模高频带信号，其中所述音频信号包含高频带部分和低频带部分。所述方法还包含基于所述第一经建模高频带信号的子帧的能量和所述音频信号的所述高频带部分的对应子帧的能量确定缩放因数。所述方法包含：将所述缩放因数应用于经建模高频带激励信号以确定经缩放的高频带激励信号；以及基于所述经缩放的高频带激励信号确定第二经建模高频带信号。所述方法包含基于所述第二经建模高频带信号和所述音频信号的所述高频带部分确定增益参数。

说明书

相关申请案的交叉参考

本申请案要求2013年10月14日申请的名为“SYSTEMSANDMETHODSOF ENERGY-SCALEDSIGNALPROCESSING(能量经缩放的信号处理的系统和方法)”的 美国临时专利申请案第61/890,812号和2014年10月13日申请的名为“SYSTEMSAND METHODSOFENERGY-SCALEDSIGNALPROCESSING(能量经缩放的信号处理的系 统和方法)”的美国非临时专利申请案第14/512,892号的优先权，上述申请案的内容以 全文引用的方式并入。

技术领域

本发明大体上涉及信号处理。

背景技术

技术的进步已经产生了更小且更强大的计算装置。举例来说，当前存在多种便携式 个人计算装置，包含无线计算装置，例如便携式无线电话、个人数字助理(PDA)和寻呼 装置，其体积小、重量轻且易于由用户携带。更具体来说，例如蜂窝电话和因特网协议 (IP)电话等便携式无线电话可经由无线网络传送话音和数据包。此外，许多此类无线电 话包含并入其中的其它类型装置。举例来说，无线电话还可包含数字静态摄像机、数码 摄像机、数字记录器，及音频文件播放器。

在传统电话系统(例如，公共交换电话网络(PSTN))中，信号带宽限于300Hz到3.4 kHz的频率范围。在例如蜂窝电话和因特网话音协议(VoIP)的宽带(WB)应用中，信号带 宽可横跨50Hz到7kHz的频率范围。超宽带(SWB)译码技术支持扩展到16kHz左右的 带宽。将信号带宽从3.4kHz的窄带电话扩展到16kHz的SWB电话可改善可懂度和自 然性。

SWB译码技术通常涉及编码及发射信号的较低频率部分(例如，50Hz到7kHz，也 被称为“低频带”)。举例来说，可使用滤波器参数及/或低频带激励信号表示低频带。 然而，为了改善译码效率，可使用信号建模技术来编码信号的较高频率部分(例如，7kHz 到16kHz，也被称为“高频带”)以预测高频带。在一些实施方案中，可将与高频带相 关联的数据提供到接收器以辅助预测。此数据可被称为“旁侧信息”，且可包含增益信 息、线谱频率(LSF，也被称为线谱对(LSP))等。所述增益信息可包含基于高频带信号和 经建模高频带信号两者的子框架能量确定的增益形状信息。归因于原始高频带信号相对 于经建模高频带信号的差异，所述增益形状信息可具有较宽动态范围(例如，大摆幅)。 较宽动态范围可降低用于编码/发射增益形状信息的编码器的效率。

发明内容

揭示执行音频信号编码的系统和方法。在特定实施例中，将音频信号编码成包含低 频带位流(表示音频信号的低频带部分)和高频带旁侧信息(表示音频信号的高频带部分) 的位流或数据流。可使用音频信号的低频带部分产生高频带旁侧信息。举例来说，可扩 展低频带激励信号以产生高频带激励信号。高频带激励信号可用于产生(例如，合成)第 一经建模高频带信号。高频带信号与经建模高频带信号之间的能量差可用于确定缩放因 数(例如，第一组一或多个缩放因数)。缩放因数(或基于第一组缩放因数确定的第二组缩 放因数)可应用于高频带激励信号以产生(例如，合成)第二经建模高频带信号。第二经建 模高频带信号可用于确定高频带旁侧信息。由于第二经建模高频带信号经缩放以弥补相 对于高频带信号的能量差，因此基于第二经建模高频带信号的高频带旁侧信息可相对于 未经缩放以弥补能量差而确定的高频带旁侧信息具有缩减的动态范围。

在特定实施例中，方法包含基于音频信号的低频带激励信号确定第一经建模高频带 信号。所述音频信号包含高频带部分和低频带部分。所述方法还包含基于所述第一经建 模高频带信号的子帧的能量和所述音频信号的所述高频带部分的对应子帧的能量确定 缩放因数。所述方法包含：将所述缩放因数应用于经建模高频带激励信号以确定经缩放 的高频带激励信号；以及基于所述经缩放的高频带激励信号确定第二经建模高频带信 号。所述方法还包含基于所述第二经建模高频带信号和所述音频信号的所述高频带部分 确定增益信息。

在另一特定实施例中，设备包含第一合成滤波器，其经配置以基于音频信号的低频 带激励信号确定第一经建模高频带信号，其中所述音频信号包含高频带部分和低频带部 分。所述设备还包含缩放模块，其经配置以基于所述第一经建模高频带信号的子帧的能 量和所述音频信号的所述高频带部分的对应子帧的能量确定缩放因数，以及将所述缩放 因数应用于经建模高频带激励信号以确定经缩放的高频带激励信号。所述设备还包含第 二合成滤波器，其经配置以基于经缩放的高频带激励信号确定第二经建模高频带信号。 所述设备还包含增益估计器，其经配置以基于所述第二经建模高频带信号和所述音频信 号的所述高频带部分确定增益信息。

在另一特定实施例中，装置包含用于基于音频信号的低频带激励信号确定第一经建 模高频带信号的装置，其中所述音频信号包含高频带部分和低频带部分。所述装置还包 含用于基于所述第一经建模高频带信号的子帧的能量和所述音频信号的所述高频带部 分的对应子帧的能量确定缩放因数的装置。所述装置还包含用于将所述缩放因数应用于 经建模高频带激励信号以确定经缩放的高频带激励信号的装置。所述装置还包含用于基 于所述经缩放的高频带激励信号确定第二经建模高频带信号的装置。所述装置还包含用 于基于所述第二经建模高频带信号和所述音频信号的所述高频带部分确定增益信息的 装置。

在另一特定实施例中，非暂时性计算机可读媒体包含指令，所述指令在由计算机执 行时引起所述计算机执行包含基于音频信号的低频带激励信号确定第一经建模高频带 信号的操作，其中所述音频信号包含高频带部分和低频带部分。所述操作还包含基于所 述第一经建模高频带信号的子帧的能量和所述音频信号的所述高频带部分的对应子帧 的能量确定缩放因数。所述操作还包含将所述缩放因数应用于经建模高频带激励信号以 确定经缩放的高频带激励信号。所述操作还包含基于所述经缩放的高频带激励信号确定 第二经建模高频带信号。所述操作还包含基于所述第二经建模高频带信号和所述音频信 号的所述高频带部分确定增益参数。

由所揭示实施例中的至少一者提供的特定优势包含通过缩放用于计算增益信息的 经建模高频带激励信号来缩减提供到编码器的增益信息的动态范围。举例来说，可基于 经建模高频带信号的子帧和音频信号的高频带部分的对应子帧的能量来缩放经建模高 频带激励信号。以此方式缩放经建模高频带激励信号可捕获子帧之间的时间特性的变化 且降低增益形状信息对音频信号的高频带部分的时间改变的依赖性。在检视整个申请案 后，本发明的其它方面、优势和特征将变得显而易见，申请案包含以下部分：附图说明、 具体实施方式和权利要求书。

附图说明

图1为说明可操作以基于经缩放的经建模高频带激励信号产生高频带旁侧信息的系 统的特定实施例的图；

图2为说明图1的高频带分析模块的特定实施例的图；

图3为说明对子帧信息进行内插的特定实施例的图；

图4为说明对子帧信息进行内插的另一特定实施例的图；

图5到7一起为说明图1的高频带分析模块的另一特定实施例的图；

图8为说明音频信号处理的方法的特定实施例的流程图；

图9为根据图1到8的系统和方法的可操作以执行信号处理操作的无线装置的框图。

具体实施方式

图1为说明可操作以基于经缩放的经建模高频带激励信号产生高频带旁侧信息的系 统100的特定实施例的图。在特定实施例中，系统100可整合到编码系统或设备中(例如， 无线电话或译码器/解码器(CODEC)中)。

在以下描述中，将由图1的系统100执行的各种功能描述为由某些组件或模块执行。 然而，组件和模块的此划分仅为了说明。在替代实施例中，由特定组件或模块执行的功 能可实际上划分为多个组件或模块。此外，在替代实施例中，图1的两个或两个以上组 件或模块可整合到单个组件或模块中。图1中所说明的每一组件或模块可使用硬件(例 如，现场可编程门阵列(FPGA)装置、专用集成电路(ASIC)、数字信号处理器(DSP)、控 制器等)、软体(例如，可由处理器执行的指令)或其任何组合来实施。

系统100包含经配置以接收音频信号102的分析滤波器组110。举例来说，音频信 号102可由麦克风或其它输入装置提供。在特定实施例中，输入音频信号102可包含语 音。音频信号102可为包含在大约50Hz到大约16kHz的频率范围中的数据的SWB信 号。分析滤波器组110可基于频率将输入音频信号102滤波成多个部分。举例来说，分 析滤波器组110可产生低频带信号122和高频带信号124。低频带信号122和高频带信 号124可具有相等或不相等带宽，且可重叠或不重叠。在替代实施例中，分析滤波器组 110可产生两个以上输出。

在图1的实例中，低频带信号122和高频带信号124占用不重叠频带。举例来说， 低频带信号122和高频带信号124可分别占用50Hz到7kHz和7kHz到16kHz的不重 叠频带。在替代实施例中，低频带信号122和高频带信号124可分别占用50Hz到8kHz 和8kHz到16kHz的不重叠频带。在另一替代实施例中，低频带信号122与高频带信号 124重叠(例如，分别为50Hz到8kHz和7kHz到16kHz)，其可使分析滤波器组110 的低通滤波器和高通滤波器具有光滑滚边，这可简化设计且降低低通滤波器和高通滤波 器的成本。重叠低频带信号122和高频带信号124还可实现接收器处低频带和高频带信 号的平滑掺合，此情形可导致较少可听伪影。

尽管图1的描述涉及SWB信号的处理，但此仅为了说明。在替代实施例中，输入 音频信号102可为具有大约50Hz到大约8kHz的频率范围的WB信号。在此实施例中， 低频带信号122可对应于大约50Hz到大约6.4kHz的频率范围，且高频带信号124可 对应于大约6.4kHz到大约8kHz的频率范围。

系统100可包含经配置以接收低频带信号122的低频带分析模块130(也被称作低频 带编码器)。在特定实施例中，低频带分析模块130可表示代码激励线性预测(CELP)编 码器的实施例。低频带分析模块130可包含线性预测(LP)分析和译码模块132、线性预 测系数(LPC)到线谱对(LSP)变换模块134，以及量化器136。LSP也可被称作线谱频率 (LSF)，且所述两个术语在本文重可以可互换地使用。LP分析和译码模块132可将低频 带信号122的频谱包络编码成一组LPC。可针对音频的每一帧(例如，在16kHz的取样 速率下对应于320个样本的20ms的音频)、音频的每一子帧(例如，5ms的音频)或其任 何组合产生LPC。可由所执行的LP分析的“阶数”确定针对每一帧或子帧所产生的LPC 的数目。在特定实施例中，LP分析和译码模块132可产生对应于十阶LP分析的一组十 一个LPC。

LPC到LSP变换模块134可将由LP分析和译码模块132所产生的一组LPC变换成 对应的一组LSP(例如，使用一对一变换)。替代地，一组LPC可经一对一变换成对应的 一组部分自相关系数、对数面积比率值、导谱对(ISP)或导谱频(ISF)。一组LPC与一组 LSP之间的变换可为可逆的且不存在误差。

量化器136可量化由变换模块134所产生的一组LSP。举例来说，量化器136可包 含或可耦合到包含多个条目(例如，矢量)的多个码本(未图示)。为量化一组LSP，量化器 136可识别“最接近”(例如，基于例如最小平方或均方误差的失真量度)一组LSP的码 本的条目。量化器136可输出对应于码本中所识别条目的位置的一索引值或一系列索引 值。量化器136的输出可表示包含于低频带位流142中的低频带滤波器参数。因此，低 频带位流142可包含表示音频信号102的低频带部分的线性预测代码数据。

低频带分析模块130还可产生低频带激励信号144。举例来说，低频带激励信号144 可为通过量化由低频带分析模块130所执行的LP过程期间所产生的LP残余信号而产生 的经编码信号。LP残余信号可表示预测误差。

系统100可进一步包含高频带分析模块150，其经配置以从分析滤波器组110接收 高频带信号124，且从低频带分析模块130接收低频带激励信号144。高频带分析模块 150可基于高频带信号124和低频带激励信号144产生高频带旁侧信息172。举例来说， 高频带旁侧信息172可包含表示高频带LSP的数据、表示增益信息的数据(例如，至少 基于高频带能量对低频带能量的比率)、表示缩放因数的数据，或其组合。

高频带分析模块150可包含高频带激励产生器152。高频带激励产生器152可通过 将低频带激励信号144的频谱扩展成高频带频率范围(例如，7kHz到16kHz)而产生高 频带激励信号(例如图2的高频带激励信号202)。为了说明，高频带激励产生器152可 对低频带激励信号144应用变换(例如，非线性变换，例如绝对值或平方运算)，且可将 经变换低频带激励信号与噪声信号(例如，根据对应于低频带激励信号144的包络而调制 或整形的白噪声，其模拟低频带信号122的缓慢变化的时间特性)混合来产生高频带激励 信号。举例来说，所述混合可根据以下等式执行：

高频带激励＝(α*经变换低频带激励)+

((1-α)*经调制噪声)

经变换低频带激励信号与经调制噪声混合的比率可影响接收器处的高频带重建质 量。对于浊音语音信号，所述混合可偏向经变换低频带激励(例如，混合因数α可在0.5 到1.0的范围内)。对于非浊音信号，所述混合可偏向经调制噪声(例如，混合因素α可 在0.0到0.5的范围内)。

高频带激励信号可用于确定包含于高频带旁侧信息172中的一或多个高频带增益参 数。在特定实施例中，高频带激励信号和高频带信号124可用于确定缩放信息(例如，缩 放因数)，所述缩放信息应用于高频带激励信号以确定经缩放的高频带激励信号。经缩放 的高频带激励信号可用于确定高频带增益参数。举例来说，如参考图2和5到7进一步 所描述，能量估计器154可确定高频带信号的帧或子帧以及第一经建模高频带信号的对 应帧或子帧的经估计的能量。可通过将无记忆线性预测合成应用于高频带激励信号上而 确定第一经建模高频带信号。缩放模块156可基于高频带信号124的帧或子帧的经估计 的能量和第一经建模高频带信号的对应帧或子帧的经估计的能量确定缩放因数(例如，第 一组缩放因数)。举例来说，每一缩放系数可对应于比率E_i/E_i'，其中E_i为高频带信号的 子帧i的经估计的能量，且E_i'为第一经建模高频带信号的对应子帧i的经估计的能量。 缩放模块156还可在逐子帧基础上将缩放因数(或基于第一组缩放因数确定的第二组缩 放因数，例如，通过平均化第一组缩放因数的若干子帧上的增益)应用于高频带激励信号 以确定经缩放的高频带激励信号。

如所说明，高频带分析模块150还可包含LP分析和译码模块158、LPC到LSP变 换模块160和量化器162。LP分析和译码模块158、变换模块160和量化器162中的每 一者可如上文参考低频带分析模块130的对应组件所描述但以相对缩减的分辨率(例如， 对于每一系数、LSP等使用较少位)起作用。LP分析和译码模块158可产生由变换模块 160变换到LSP并由量化器162基于码本166量化的一组LPC。举例来说，LP分析和 译码模块158、变换模块160和量化器162可使用高频带信号124来确定包含于高频带 旁侧信息172中的高频带滤波器信息(例如，高频带LSP)。在特定实施例中，高频带旁 侧信息172可包含高频带LSP、高频带增益信息、缩放因数，或其组合。如上文所解释， 可基于经缩放的高频带激励信号确定高频带增益信息。

低频带位流142和高频带旁侧信息172可由多路复用器(MUX)180复用以产生输出 数据流或输出位流192。输出位流192可表示对应于输入音频信号102的经编码的音频 信号。举例来说，可(例如，经由有线、无线或光学通道)发射及/或存储输出位流192。 在接收器处，可由分用器(DEMUX)、低频带解码器、高频带解码器和滤波器组执行逆向 操作以产生音频信号(例如，提供到扬声器或其它输出装置的输入音频信号102的经重建 版本)。用于表示低频带位流142的位数目可实质上大于用于表示高频带旁侧信息172 的位数目。因此，输出位流192中的大部分位可表示低频带数据。高频带旁侧信息172 可用于在接收器处根据信号模型从低频带数据重新产生高频带激励信号。举例来说，信 号模型可表示低频带数据(例如，低频带信号122)与高频带数据(例如，高频带信号124) 之间的预期的一组关系或相关。因此，不同信号模型可用于不同种类的音频数据(例如， 语音、音乐等)，且在使用中的特定信号模型在传送经编码音频数据之前可由发射器和接 收器协商(或由业界标准界定)。使用信号模型，发射器处的高频带分析模块150可能够 产生高频带旁侧信息172，使得接收器处的对应高频带分析模块能够使用信号模型从输 出位流192重建高频带信号124。

图2为说明图1的高频带分析模块150的特定实施例的图。高频带分析模块150经 配置以接收高频带激励信号202和音频信号的高频带部分(例如，高频带信号124)，以 及基于高频带激励信号202和高频带信号124产生增益信息，例如增益参数250和帧增 益254。高频带激励信号202可对应于由高频带激励产生器152使用低频带激励信号144 而产生的高频带激励信号。

可使用全极LP合成滤波器206(例如，合成滤波器)而将滤波器参数204应用于高频 带激励信号202以确定第一经建模高频带信号208。滤波器参数204可对应于全极LP 合成滤波器206的反馈记忆。出于确定缩放因数的目的，滤波器参数204可为无记忆的。 具体来说，在执行全极LP合成滤波器206之前，将与第i子帧LP合成滤波器1/A_i(z)相 关联的滤波器记忆或滤波器状态重置为零。

可将第一经建模高频带信号208应用于能量估计器210以确定第一经建模高频带信 号208的每一帧或子帧的子帧能量212。还可将高频带信号124应用于能量估计器222 以确定高频带信号124的每一帧或子帧的能量224。第一经建模高频带信号208的子帧 能量212和高频带信号124的能量224可用于确定缩放因数230。缩放因数230可量化 第一经建模高频带信号208的帧或子帧与高频带信号124的对应帧或子帧之间的能量 差。举例来说，可将缩放因数230确定为高频带信号124的能量224与第一经建模高频 带信号208的经估计的子帧能量212的比率。在特定实施例中，在逐子帧基础上确定缩 放因数230，其中每一帧包含四个子帧。在此实施例中，针对包含第一经建模高频带信 号208的子帧和高频带信号124的对应子帧的每一组子帧确定一个缩放因数。

为确定增益信息，可使用对应缩放因数230补偿(例如，倍增)高频带激励信号202 的每一子帧以产生经缩放的高频带激励信号240。可使用全极滤波器244将滤波器参数 242应用于经缩放的高频带激励信号240以确定第二经建模高频带信号246。滤波器参 数242可对应于线性预测分析和译码模块(例如图1的LP分析和译码模块158)的参数。 出于确定增益信息的目的，滤波器参数242可包含与先前经处理的帧相关联的信息(例 如，滤波器记忆)。

可将第二经建模高频带信号246连同高频带信号124应用于增益形状估计器248以 确定增益参数250。可将增益参数250、第二经建模高频带信号246和高频带信号124 应用于增益帧估计器252以确定帧增益254。增益参数250和帧增益254一起形成增益 信息。增益信息可相对于未应用缩放因数230而确定的增益信息具有缩减的动态范围， 这是由于缩放因数弥补高频带信号124与基于高频带激励信号202确定的第二经建模高 频带信号246之间的一些能量差。

图3为说明对子帧信息进行内插的特定实施例的图。图3的图说明确定用于第N帧 304的子帧信息的特定方法。在一序列帧中，第N帧304在第N-1帧302之前，且在所 述序列帧中，第N帧304在第N+1帧306之后。针对每一帧计算LSP。举例来说，针 对第N-1帧302计算第N-1LSP310，针对第N帧304计算第NLSP312，且针对第N+1 帧306计算第N+1LSP314。LSP可表示图1、2或5到7的高频带信号S_HB124、502 的频谱演进。

可使用以前帧(例如，第N-1帧302)和当前帧(例如，第N帧304)的LSP值通过内插 法来确定用于第N帧304的多个子帧LSP。举例来说，可将加权因数应用于以前LSP(例 如，第N-1LSP310)的值和当前LSP(例如，第NLSP312)的值。在图3中所说明的实例 中，计算用于四个子帧(包含第一子帧320、第二子帧322、第三子帧324和第四子帧326) 的LSP。可使用相等加权或不相等加权计算四个子帧LSP320到326。

子帧LSP(320到326)可用于执行无滤波器记忆更新的LP合成以估计第一经建模高 频带信号208。第一经建模高频带信号208接着用于估计子帧能量E_i'212。能量估计器 154可将用于第一经建模高频带信号208和高频带信号124的子帧能量估计提供到缩放 模块156，其可逐子帧地确定缩放因数230。缩放因数可用于调整高频带激励信号202 的能级以产生经缩放的高频带激励信号240，其可由LP分析和译码模块158使用以产 生第二经建模(或合成)高频带信号246。第二经建模高频带信号246可用于产生增益信 息(例如增益参数250及/或帧增益254)。举例来说，可将第二经建模高频带信号246提 供到增益估计器164，其可确定增益参数250和帧增益254。

图4为说明对子帧信息进行内插的另一特定实施例的图。图4的图说明确定用于第 N帧404的子帧信息的特定方法。在一序列帧中，第N帧404在第N-1帧402之前，且 在所述序列帧中，第N帧404在第N+1帧406之后。针对每一帧计算两个LSP。举例 来说，针对第N-1帧402计算LSP_1408和LSP_2410，针对第N帧404计算LSP_1412 和LSP_2414，且针对第N+1帧406计算LSP_1416和LSP_2418。LSP可表示图1、 2或5到7的高频带信号S_HB124、502的频谱演进。

可使用以前帧(例如，第N-1帧402的LSP_1408及/或LSP_2410)的LSP值中的一 或多者和当前帧(例如，第N帧404)的LSP值中的一或多者通过内插法来确定用于第N 帧404的多个子帧LSP。虽然图4中展示的LSP窗口(例如，用于帧N404的虚线412、 414不对称LSP窗口)出于说明性目的，但有可能调整LP分析窗口以使得帧内或跨越帧 的重叠(向前看)可从帧到帧或子帧到子帧地改善经估计的LSP的频谱演进。举例来说， 可将加权因数应用于以前LSP(例如，LSP_2410)的值和当前帧(例如，LSP_1412及/或 LSP_2414)的LSP值。在图4中所说明的实例中，计算用于四个子帧(包含第一子帧420、 第二子帧422、第三子帧424和第四子帧426)的LSP。可使用相等加权或不相等加权计 算四个子帧LSP420到426。

子帧LSP(420到426)可用于执行无滤波器记忆更新的LP合成以估计第一经建模高 频带信号208。第一经建模高频带信号208接着用于估计子帧能量E_i'212。能量估计器 154可将用于第一经建模高频带信号208和高频带信号124的子帧能量估计提供到缩放 模块156，其可逐子帧地确定缩放因数230。缩放因数可用于调整高频带激励信号202 的能级以产生经缩放的高频带激励信号240，其可由LP分析和译码模块158使用以产 生第二经建模(或合成)高频带信号246。第二经建模高频带信号246可用于产生增益信 息(例如增益参数250及/或帧增益254)。举例来说，可将第二经建模高频带信号246提 供到增益估计器164，其可确定增益参数250和帧增益254。

图5到7为集体地说明高频带分析模块(例如图1的高频带分析模块150)的另一特 定实施例的图。高频带分析模块经配置以在能量估计器504处接收高频带信号502。能 量估计器504可估计高频带信号的每一子帧的能量。可将高频带信号502的每一子帧的 经估计的能量506E_i提供到量化器508，其可产生高频带能量指数510。

还可在开窗模块520处接收高频带信号502。开窗模块520可针对高频带信号502 的每对帧产生线性预测系数(LPC)。举例来说，开窗模块520可产生第一LPC522(例如， LPC_1)。开窗模块520还可产生第二LPC524(例如，LPC_2)。第一LPC522和第二LPC 524可使用LSP变换模块526和528而各自变换成LSP。举例来说，第一LPC522可变 换成第一LSP530(例如，LSP_1)，且第二LPC524可变换成第二LSP532(例如，LSP_2)。 可将第一及第二LSP530、532提供到译码器538，所述译码器可编码LSP530、532以 形成高频带LSP指数540。

可将第一及第二LSP530、532和第三LSP534(例如，LSP_2_old)提供到内插器536。 第三LSP534可对应于先前经处理的帧，例如图3的第N-1帧302(在确定第N帧304 的子帧时)。内插器536可使用第一、第二和第三LSP530、532和534以产生经内插的 子帧LSP542、544、546和548。举例来说，内插器536可将加权应用于LSP530、532 和534以确定子帧LSP542、544、546和548。

可将子帧LSP542、544、546和548提供到LSP到LPC变换模块550以确定子帧 LPC和滤波器参数552、554、556和558。

同样如图5中所说明，可将高频带激励信号560(例如，由图1的高频带激励产生器 152基于低频带激励信号144确定的高频带激励信号)提供到子成帧模块562。子成帧模 块562可将高频带激励信号560解析成子帧570、572、574和576(例如，高频带激励信 号560的每个帧的四个子帧)。

参考图6，可将来自LSP到LPC变换模块550的滤波器参数552、554、556和558 以及高频带激励信号560的子帧570、572、574、576提供到对应全极滤波器612、614、 616、618。全极滤波器612、614、616、618中的每一者可产生高频带激励信号560的 对应子帧570、572、574、576的第一经建模(或合成)高频带信号(HB_i'，其中i为特定子 帧的索引)的子帧622、624、626、628。在特定实施例中，出于确定缩放因数(例如缩放 因数672、674、676和678)的目的，滤波器参数552、554、556和558可为无记忆的。 也就是说，为了产生第一经建模高频带信号的第一子帧622，通过将其滤波器参数552(例 如，滤波器记忆或滤波器状态)重置为零来执行LP合成1/A₁(z)。

可将第一经建模高频带信号的子帧622、624、626、628提供到能量估计器632、634、 636和638。能量估计器632、634、636和638可产生第一经建模高频带信号的子帧622、 624、626、628的能量估计642、644、646、648(E_i'，其中i为特定子帧的索引)。

图5的高频带信号502的能量估计652、654、656和658可与第一经建模高频带信 号的子帧622、624、626、628的能量估计642、644、646、648组合(例如，相除)以形 成缩放因数672、674、676和678。在特定实施例中，每一缩放因数为高频带信号的子 帧的能量E_i对第一经建模高频带信号的对应子帧622、624、626、628的能量E_i'的比率。 举例来说，第一缩放因数672(SF₁)可确定为E₁652除以E₁'642的比率。因此，第一缩 放因数672在数值上表示图5的高频带信号502的第一子帧与基于高频带激励信号560 确定的第一经建模高频带信号的第一子帧622的能量之间的关系。

参考图7，高频带激励信号560的每一子帧570、572、574、576可与对应缩放因数 672、674、676和678组合(例如，相乘)以产生经缩放的高频带激励信号(其中i 为特定子帧的索引)的子帧702、704、706和708。举例来说，高频带激励信号560的第 一子帧570可乘以第一缩放因数672以产生经缩放的高频带激励信号的第一子帧702。

可将经缩放的高频带激励信号的子帧702、704、706和708应用于全极滤波器712、 714、716、718(例如，合成滤波器)以确定第二经建模(或合成)高频带信号的子帧742、 744、746、748。举例来说，可将经缩放的高频带激励信号的第一子帧702连同第一滤 波器参数722应用于第一全极滤波器712以确定第二经建模高频带信号的第一子帧742。 应用于全极滤波器712、714、716、718的滤波器参数722、724、726和728可包含与 先前经处理的帧(或子帧)相关的信息。举例来说，每一全极滤波器712、714、716可输 出提供到全极滤波器714、716、718中的另一者的滤波器状态更新信息732、734、736。 来自全极滤波器718的滤波器状态更新738可用于下一个帧(即，第一子帧)中以更新滤 波器记忆。

第二经建模高频带信号的子帧742、744、746、748可在成帧模块750处组合以产 生第二经建模高频带信号的帧752。可将第二经建模高频带信号的帧752连同高频带信 号502应用于增益形状估计器754以确定增益参数756。可将增益参数756、第二经建 模高频带信号的帧752和高频带信号502应用于增益帧估计器758以确定帧增益760。 增益参数756和帧增益760一起形成增益信息。增益信息可相对于未应用缩放因数672、 674、676、678而确定的增益信息具有缩减的动态范围，这是由于缩放因数672、674、 676、678弥补高频带信号502与使用高频带激励信号560建模的信号之间的一些能量差。

图8为说明指定为800的音频信号处理方法的特定实施例的流程图。方法800可在 高频带分析模块处执行，例如图1的高频带分析模块150。方法800包含在802处基于 音频信号的低频带激励信号确定第一经建模高频带信号。所述音频信号包含高频带部分 和低频带部分。举例来说，第一经建模高频带信号可对应于图2的第一经建模高频带信 号208或对应于图6的第一经建模高频带信号的一组子帧622、624、626、628。可使用 线性预测分析通过将高频带激励信号以及无记忆滤波器参数应用于全极滤波器而确定 第一经建模高频带信号。举例来说，可将高频带激励信号202应用于图2的全极LP合 成滤波器206。在此实例中，应用于全极LP合成滤波器206的滤波器参数204为无记 忆的。也就是说，滤波器参数204涉及正被处理的高频带激励信号202的特定帧或子帧， 且不包含与先前经处理的帧子帧相关的信息。在另一实例中，可将图5和6的高频带激 励信号560的子帧570、572、574、576应用于对应全极滤波器612、614、616、618。 在此实例中，应用于全极滤波器612、614、616、618中的每一者的滤波器参数552、554、 556、558为无记忆的。

方法800还包含在804处基于第一经建模高频带信号的子帧的能量和音频信号的高 频带部分的对应子帧的能量确定缩放因数。举例来说，可通过将高频带信号124的子帧 的经估计的能量224除以第一经建模高频带信号208的对应子帧的经估计的子帧能量 212而确定图2的缩放因数230。在另一实例中，可通过将高频带信号502的子帧的经 估计的能量652、654、656、658除以第一经建模高频带信号的对应子帧622、624、626、 628的经估计的能量642、644、646、648而确定图6的缩放因数672、674、676、678。

方法800包含在806处将缩放因数应用于经建模高频带激励信号以确定经缩放的高 频带激励信号。举例来说，可在逐子帧基础上将图2的缩放因数230应用于高频带激励 信号202以产生经缩放的高频带激励信号。在另一实例中，可将图6的缩放因数672、 674、676、678应用于高频带激励信号560的对应子帧570、572、574、576以产生经缩 放的高频带激励信号的子帧702、704、706、708。在特定实施例中，可在804处确定第 一组一或多个缩放因数，且可在806处将第二组一或多个缩放因数应用于经建模高频带 激励信号。可基于第一组一或多个缩放因数确定第二组一或多个缩放因数。举例来说， 可平均化用于确定第一组一或多个缩放因数的与多个子帧相关联的增益以确定第二组 一或多个缩放因数。在此实例中，相较于第一组一或多个缩放因数包含的缩放因数，第 二组一或多个缩放因数可包含较少缩放因数。

方法800包含在808处基于经缩放的高频带激励信号确定第二经建模高频带信号。 为了说明，可执行经缩放的高频带激励信号的线性预测分析。举例来说，可将图2的经 缩放的高频带激励信号240以及滤波器参数242应用于全极滤波器244以确定第二经建 模(例如，合成)高频带信号246。滤波器参数242可包含记忆(例如，可基于先前经处理 的帧或子帧更新)。在另一实例中，可将图7的经缩放的高频带激励信号的子帧702、704、 706、708以及滤波器参数722、724、726、728应用于全极滤波器712、714、716、718 以确定第二经建模(例如，合成)高频带信号的子帧742、744、746、748。滤波器参数722、 724、726、728可包含记忆(例如，可基于先前经处理的帧或子帧更新)。

方法800包含在810处基于第二经建模高频带信号和音频信号的高频带部分确定增 益参数。举例来说，可将第二经建模高频带信号246和高频带信号124提供到图2的增 益形状估计器248。增益形状估计器248可确定增益参数250。另外，可将第二经建模 高频带信号246、高频带信号124和增益参数250提供到增益帧估计器252，其可确定 帧增益254。在另一实例中，第二经建模高频带信号的子帧742、744、746、748可用于 形成第二经建模高频带信号的帧752。可将第二经建模高频带信号的帧752和高频带信 号502的对应帧提供到图7的增益形状估计器754。增益形状估计器754可确定增益参 数756。另外，可将第二经建模高频带信号的帧752、高频带信号502的对应帧和增益 参数756提供到增益帧估计器758，其可确定帧增益760。帧增益和增益参数可包含于 高频带旁侧信息中，例如图1的高频带旁侧信息172，所述高频带旁侧信息172包含于 用于编码音频信号(例如音频信号102)的位流192中。

因此，图1到8说明包含按以下方式执行音频信号编码的系统和方法的实例：使用 缩放因数弥补音频信号的高频带部分(例如图1的高频带信号124)与基于低频带激励信 号(例如低频带激励信号144)的高频带信号的经建模或合成版本之间的能量差。使用缩 放因数弥补能量差可(例如)通过缩减增益信息的动态范围来改善增益信息的计算。图1 到8的系统和方法可整合到一或多个电子装置中及/或由一或多个电子装置执行，所述一 或多个电子装置例如：移动电话、手持式个人通信系统(PCS)单元、通信装置、音乐播 放器、视频播放器、娱乐单元、机顶盒、导航装置、全球定位系统(GPS)启动装置、PDA、 计算机、便携式数据单元(例如个人数据助理)、固定位置数据单元(例如仪表读取设备) 或执行音频信号编码及/或解码功能的任何其它装置。

参考图9，描绘无线通信装置的特定说明性实施例的方块图，且将其大体上指定为 900。装置900包含耦合到存储器932的至少一处理器。举例来说，在图9中所说明的 实施例中，装置900包含第一处理器910(例如，中央处理单元(CPU))和第二处理器912 (例如，DSP等)。在其它实施例中，装置900可仅包含单个处理器，或可包含两个以上 处理器。存储器932可包含可由处理器910、912中的至少一者执行的指令960以执行 本文中所揭示的方法和过程，例如图8的方法700或参考图1到7描述的过程中的一或 多者。

举例来说，指令960可包含或对应于低频带分析模块976和高频带分析模块978。 在特定实施例中，低频带分析模块976对应于图1的低频带分析模块130，且高频带分 析模块978对应于图1的高频带分析模块150。另外，或在替代方案中，高频带分析模 块978可对应于或包含图2或5到7的组件的组合。

在各种实施例中，低频带分析模块976、高频带分析模块978或这两者可经由专门 硬件(例如，电路)由处理器(例如，处理器912)实施，所述处理器执行存储器980中的指 令960或指令961以执行一或多个任务或其组合。作为一实例，存储器932或存储器980 可包含或对应于存储器装置，例如随机存取存储器(RAM)、磁阻随机存取存储器 (MRAM)、自旋力矩转移MRAM(STT-MRAM)、快闪存储器、只读存储器(ROM)、可编 程只读存储器(PROM)、可擦除可编程只读存储器(EPROM)、电可擦除可编程只读存储 器(EEPROM)、寄存器、硬盘、可装卸式磁盘或压缩光盘只读存储器(CD-ROM)。存储器 装置可包含在由计算机(例如，处理器910及/或处理器912)执行时可引起以下操作的指 令(例如，指令960或指令961)：使得计算机基于第一经建模高频带信号的子帧的能量 和音频信号的高频带部分的对应子帧的能量确定缩放因数；将所述缩放因数应用于经建 模高频带激励信号以确定经缩放的高频带激励信号；基于经缩放的高频带激励信号确定 第二经建模高频带信号；以及基于第二经建模高频带信号和音频信号的高频带部分确定 增益参数。作为一实例，存储器932或存储器980可为非暂时性计算机可读媒体，所述 非暂时性计算机可读媒体包含在由计算机(例如，处理器910及/或处理器912)执行时使 得计算机执行图8的方法800的至少一部分的指令。

图9还展示耦合到处理器910且耦合到显示器928的显示控制器926。如图示， CODEC934可耦合到处理器912，耦合到处理器910或两者。扬声器936和麦克风938 可耦合到CODEC934。举例来说，麦克风938可产生图1的输入音频信号102，且处理 器912可基于输入音频信号102产生输出位流192以供发射到接收器。作为另一实例， 扬声器936可用于输出根据图1的输出位流192重建的信号，其中从发射器接收输出位 流192。图9还指示无线控制器940可耦合到处理器910、耦合到处理器912或两者， 且耦合到天线942。在特定实施例中，CODEC934为模拟音频处理前端组件。举例来说， CODEC934可针对从麦克风938接收的信号和发射到扬声器936的信号执行模拟增益调 整和参数设置。CODEC934还可包含模数(A/D)和数模(D/A)转换器。在特定实例中， CODEC934还包含一或多个调制器和信号处理滤波器。CODEC934可包含存储器以缓 冲从麦克风938接收的输入数据以及缓冲待提供到扬声器936的输出数据。

在特定实施例中，处理器910、处理器912、显示控制器926、存储器932、CODEC 934和无线控制器940包含于系统级封装或系统单芯片装置922中。在特定实施例中， 输入装置930(诸如触摸屏及/或小键盘)及电源944耦合到系统单芯片装置922。此外， 在特定实施例中，如图9中所说明，显示器928、输入装置930、扬声器936、麦克风 938、天线942和电源944在系统单芯片装置922外部。然而，显示器928、输入装置 930、扬声器936、麦克风938、天线942和电源944中的每一者可耦合到系统单芯片装 置922的组件，例如接口或控制器。

结合所描述的实施例，揭示包含用于基于音频信号的低频带激励信号确定第一经建 模高频带信号的装置的设备，其中所述音频信号包含高频带部分和低频带部分。举例来 说，高频带分析模块150(或其组件，例如LP分析和译码模块158)可基于音频信号102 的低频带激励信号144确定第一经建模高频带信号。作为另一实例，第一合成滤波器(例 如图2的全极LP合成滤波器206)可基于高频带激励信号202确定第一经建模高频带信 号208。可由图1的高频带激励产生器152基于音频信号的低频带激励信号144确定高 频带激励信号202。作为又一实例，一组第一合成滤波器，例如图6的全极滤波器612、 614、616、618，可基于高频带激励信号的子帧570、572、574、576确定第一经建模高 频带信号的子帧622、624、626、628。作为又一实例，图9的处理器910、处理器912 或处理器910、912中的一者的组件(例如高频带分析模块978或指令961)可基于低频带 激励信号确定第一经建模高频带信号。

所述设备还包含用于基于第一经建模高频带信号的子帧的能量和音频信号的高频 带部分的对应子帧的能量确定缩放因数的装置。举例来说，图1的能量估计器154和缩 放模块156可确定缩放因数。在另一实例中，可基于图2的经估计的子帧能量212和224 确定缩放因数230。在又一实例中，可分别地基于图6的经估计的能量642、644、646、 648和经估计的能量652、654、656、658确定缩放因数672、674、676、678。作为又 一实例，图9的处理器910、处理器912或处理器910、912中的一者的组件(例如高频 带分析模块978或指令961)可确定缩放因数。

所述设备还包含用于将缩放因数应用于经建模高频带激励信号以确定经缩放的高 频带激励信号的装置。举例来说，图1的缩放模块156可将缩放因数应用于经建模高频 带激励信号以确定经缩放的高频带激励信号。在另一实例中，组合器(例如，乘法器)可 将缩放因数230应用于经建模高频带激励信号202以确定图2的经缩放的高频带激励信 号240。在又一实例中，组合器(例如，乘法器)可将缩放因数672、674、676、678应用 于高频带激励信号的对应子帧570、572、574、576以确定图7的经缩放的高频带激励 信号的子帧702、704、706、708。作为又一实例，图9的处理器910、处理器912或处 理器910、912中的一者的组件(例如高频带分析模块978或指令961)可将缩放因数应用 于经建模高频带激励信号以确定经缩放的高频带激励信号。

所述装置还包含用于基于所述经缩放的高频带激励信号确定第二经建模高频带信 号的装置。举例来说，高频带分析模块150(或其组件，例如LP分析和译码模块158) 可基于经缩放的高频带激励信号确定第二经建模高频带信号。作为另一实例，第二合成 滤波器，例如图2的全极滤波器244，可基于经缩放的高频带激励信号240确定第二经 建模高频带信号246。作为又一实例，一组第二合成滤波器，例如图7的全极滤波器712、 714、716、718，可基于经缩放的高频带激励信号的子帧702、704、706、708确定第二 经建模高频带信号的子帧742、744、746、748。作为又一实例，图9的处理器910、处 理器912或处理器910、912中的一者的组件(例如高频带分析模块978或指令961)可基 于经缩放的高频带激励信号确定第二经建模高频带信号。

所述设备还包含用于基于第二经建模高频带信号和音频信号的高频带部分确定增 益参数的装置。举例来说，图1的增益估计器164可确定增益参数。在另一实例中，增 益形状估计器248、增益帧估计器252或两者可确定增益信息，例如增益参数250和帧 增益254。在又一实例中，增益形状估计器754、增益帧估计器758或两者可确定增益 信息，例如增益参数756和帧增益760。作为又一实例，图9的处理器910、处理器912 或处理器910、912中的一者的组件(例如高频带分析模块978或指令961)可基于第二经 建模高频带信号和音频信号的高频带部分确定增益参数。

所属领域的技术人员将进一步了解，结合本文中所揭示的实施例描述的各种说明性 逻辑块、配置、模块、电路和算法步骤可实施为电子硬件、由例如硬件处理器的处理装 置执行的计算机软件或两者的组合。上文已大体在其功能性方面描述各种说明性组件、 块、配置、模块、电路和步骤。此功能性是实施为硬件还是可执行软件取决于特定应用 和强加于整个系统的设计约束。所属领域的技术人员可针对每一特定应用以变化的方式 实施所描述的功能性，但这些实施决策不应被解释为导致偏离本发明的范围。

结合本文中所揭示的实施例而描述的方法或算法的步骤可直接体现于硬件、由处理 器执行的软件模块或两者的组合中。软件模块可驻留于存储器装置中，例如RAM、 MRAM、STT-MRAM、快闪存储器、ROM、PROM、EPROM、EEPROM、寄存器、硬 盘、可装卸式磁盘或CD-ROM。示例性存储器装置耦合到处理器，使得处理器可从存储 器装置读取信息并将信息写入到存储器装置。在替代方案中，存储器装置可与处理器成 一体式。处理器和存储媒体可驻留于ASIC中。ASIC可驻留在计算装置或用户终端中。 在替代方案中，处理器与存储媒体可作为离散组件驻留在计算装置或用户终端中。

提供对所揭示实施例的先前描述以使所属领域的技术人员能够制作或使用所揭示 的实施例。所属领域的技术人员将容易了解对这些实施例的各种修改，且可在不脱离本 发明的范围的情况下将本文中定义的原理应用于其它实施例。因此，本发明并不希望限 于本文中展示的实施例，而应符合与如通过所附权利要求书定义的原理和新颖特征一致 的可能的最广范围。