專利名稱：可伸縮編碼器中具有噪聲變換的音頻數(shù)字信號的編碼的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及數(shù)字信號的編碼領(lǐng)域。根據(jù)本發(fā)明的編碼特別適于諸如音頻信號(語音、音樂或其他)之類的數(shù)字信號的傳送和/或存儲。本發(fā)明更具體地有關(guān)于ADPCM(代表“自適應(yīng)差分脈沖編碼調(diào)制”)編碼類型的波形編碼，且特別有關(guān)于使得可能利用可伸縮二進(jìn)制串來傳遞量化索引的、利用嵌入碼的 ADPCM類型的編碼。
背景技術(shù)：
諸如，參考圖1和2來描述協(xié)議ITU-T G. 722或ITU-T G. 727所規(guī)定的嵌入碼 ADPCM編碼/解碼的一般原理。因而，圖1表現(xiàn)了 ADPCM類型的嵌入碼編碼器。它包括-預(yù)測模塊110，用于使得可能基于量化誤差信號 ==(其中 v(n')是比例因子(scale factor))的先前
采樣并且基于重構(gòu)信號rB(η‘ )n' = η_1，. . .，η_ΝΡ(其中η是當(dāng)前時刻)來給出信號的預(yù)測
ο-減法模塊120，用于從輸入信號χ(η)中減去其預(yù)測4…)，以獲得表示為e(n)的
預(yù)測誤差信號。-用于誤差信號的量化模塊130QB+K，用于接收誤差信號e(n)作為輸入，從而給出由B+K個比特組成的量化索引IB+K(n)。量化模塊Qm是嵌入碼類型的，即，它包括具有B個比特的核心量化器、和嵌入在該核心量化器上的具有B+k k = 1，. . .，K個比特的量化器。在ITU-T G. 722標(biāo)準(zhǔn)的情況下，通過X. Maitre.編著的用于描述G. 722標(biāo)準(zhǔn)的概述文章"7 kHz audio coding within 64 kbit/s" . IEEE Journal on Selected Areas in Communication, Vol. 6-2, February 1988 的表格 IV 禾口 VI 來定義量化器 QB、QB+1、QM (令 B = 4)的判決等級和重構(gòu)等級。量化模塊(Γκ的輸出端的B+K個比特的量化索引IB+K(n)經(jīng)由傳送信道140而傳送到諸如參考圖2所描述的解碼器。該編碼器同樣包括-模塊150，用于刪除索引嚴(yán)(η)的K個低階比特，從而給出低比特率索引Ib(η)；-逆量化模塊UO(Qb)-1,用于給出B個比特上的量化誤差信號<( )=力(《)ν⑷作為輸出；-用于量化器和逆量化器的適配模塊170(iAdapt，用于針對接下來的時刻而給出也稱為比例因子的等級控制參數(shù)ν (η)；-加法模塊180，用于將預(yù)測與量化誤差信號相加，以給出低比特率重構(gòu)信號rB(n)；-用于預(yù)測模塊的適配模塊190PAdapt，基于B個比特上的量化誤差信號，并且基于通過1+Pz(z)所濾波的信號?？梢杂^察出，在圖1中，附圖標(biāo)記為155的虛線部分表現(xiàn)了包含預(yù)測器165和175 以及逆量化器120的低比特率本地解碼器。因而，此本地解碼器使得可能基于低比特率索引Ib (η)來在170處對逆量化器進(jìn)行適配，并且基于所重構(gòu)的低比特率數(shù)據(jù)來對預(yù)測器165 和175進(jìn)行適配。此部分一致地存在于諸如參考圖2所描述的嵌入碼ADPCM解碼器中。圖2的嵌入碼ADPCM解碼器接收源自于傳送信道140的索引I' Β+Κ(ΙΒ+Κ的可能被二進(jìn)制誤差干擾的版本)作為輸入，并且通過比特率為每個采樣B比特的逆量化模塊 210 (Qb) 1來進(jìn)行逆量化，以獲得信號《…)=y; (η)ν\η)符號“‘”指示在解碼器處接收到
ο
的、由于傳送誤差而導(dǎo)致可能與編碼器所傳送的值不同的值。B個比特的輸出信號r' B(n)將等于該信號的預(yù)測與具有B個比特的逆量化器的輸出之和。解碼器的此部分255與圖1的低比特率本地解碼器155 —致。采用比特率指示符“模式(mode) ”和選擇器220，解碼器可以增強(qiáng)所恢復(fù)的信號。確實，如果“模式”指示出已經(jīng)傳送了 B+1個比特，則該輸出將等于預(yù)測和具有B+1個比特的逆量化器230的輸出A= ^)之和。如果“模式”指示出已經(jīng)傳送了 B+2個比特，則該輸出將等于預(yù)測和具有B+2 個比特的逆量化器240的輸出Aif…>’㈨之和。通過使用ζ變換表示法，針對此循環(huán)結(jié)構(gòu)可以寫出以下表達(dá)式RB+k (z) = X(Z)+QB+k (ζ)其中，通過使用下式來定義具有B+k個比特的量化噪聲QB+k(z)QB+k (z) = EBQ+k (z)-E(Z)ITU-T G. 722標(biāo)準(zhǔn)(在下文中，命名為G. 722)的嵌入碼ADPCM編碼進(jìn)行寬帶中的信號編碼，其被定義有[50-7000HZ]的最小帶寬，并且以16kHz來進(jìn)行采樣。G. 722編碼是通過使用正交鏡像濾波器來對信號進(jìn)行分解所獲得的信號的兩個子波段[50-4000HZ]和 [4000-7000Hz]中每一個的ADPCM編碼。通過6個、5個和4個比特上的嵌入碼ADPCM編碼來對低波段進(jìn)行編碼，而通過每個采樣2比特的ADPCM編碼器來對高波段進(jìn)行編碼。根據(jù)用于對低波段進(jìn)行解碼所使用的比特的數(shù)目，總比特率將為64、56或48比特/秒(bit/s)。此編碼首先使用在ISDN(綜合服務(wù)數(shù)字網(wǎng))中，并然后使用在IP網(wǎng)絡(luò)上的音頻編碼的應(yīng)用中。作為示例，在G. 722標(biāo)準(zhǔn)中，諸如圖3所表現(xiàn)的，按照以下方式來對所述8個比特進(jìn)行分派(apportion)2個比特Ihl和Ih2，用于高波段；6 個比特 Iu IL2 Il3 Il4 Il5 IL6，用于低波段。比特Iw和Iui可以被“竊用(stolen) ”或者利用數(shù)據(jù)來取代，并且它們構(gòu)成低波段增強(qiáng)比特。比特Iu IL2 Il3 Im構(gòu)成低波段核心比特。
因而，根據(jù)G. 722標(biāo)準(zhǔn)所量化的信號的幀由在8個、7個或6個比特上編碼的量化索引組成。在該索引的傳送頻率為8kHz的情況下，該比特率將為64、56或481cbit/S。對于具有許多等級的量化器，量化噪聲的譜將是相對平坦的，如圖4所示。還在圖 4中表現(xiàn)了該信號的譜(這里，話音信號塊)。此譜具有大的動態(tài)振幅(swing)( 40dB)。 可以看出，在低能量地帶中，噪聲非常接近于信號，并因此，不再必須被屏蔽(mask)。于是， 在圖4中，在這些區(qū)域中(尤其是在頻率[2000-2500HZ]的地帶中)，它可能變?yōu)榭陕牭靡姷摹Ｒ虼?，編碼噪聲的整形是必須的。而且，適于嵌入碼編碼的編碼噪聲整形將也是期望的。在協(xié)議ITU-T G. 711.1" Wideband embedded extension for G. 711 pulse code modulation “或"G. 711. 1 :A wideband extension to ITU-T G. 711 " . Y. Hiwasaki, S. Sasaki, H. Ohmuro, T. Mori, J. Seong, M. S. Lee, B. Kovesi, S. Ragot, J. -L. Garcia, C. Marro, L. M. , J. Xu, V. Malenovsky, J. Lapierre, R. Lefebvre. EUSIPC0, Lausanne, 2008 中描述了用于利用嵌入碼的PCM(代表“脈沖編碼調(diào)制”)類型編碼的噪聲整形技術(shù)。因而，此協(xié)議描述了具有用于核心比特率編碼的編碼噪聲的整形的編碼。基于源自于逆核心量化器的過去的解碼信號來計算用于對編碼噪聲進(jìn)行整形的感知濾波器。因此，核心比特率本地解碼器使得可能計算噪聲整形濾波器。因而，在解碼器處，可能基于核心比特率解碼信號來計算此噪聲整形濾波器。在編碼器處使用用于傳遞增強(qiáng)比特的量化器。用于接收核心二進(jìn)制流和增強(qiáng)比特的解碼器基于核心比特率解碼信號、按照與編碼器處相同的方式、來計算用于對編碼噪聲進(jìn)行整形的濾波器，并且將此濾波器應(yīng)用于來自增強(qiáng)比特的逆量化器的輸出信號，所整形的高比特率信號是通過將所濾波的信號與所解碼的核心信號進(jìn)行相加而獲得的。因而，噪聲的整形增強(qiáng)了核心比特率信號的感知質(zhì)量。它在增強(qiáng)比特方面供應(yīng)了質(zhì)量的有限增強(qiáng)。確實，在增強(qiáng)比特的編碼方面不執(zhí)行編碼噪聲的整形，量化器的輸入對于核心量化與對于增強(qiáng)量化是相同的。然后，當(dāng)除了核心比特之外、還對增強(qiáng)比特進(jìn)行解碼時，解碼器必須通過合適適配的濾波來刪除所得到的亂真分量(spurious component)。在解碼器處的濾波器的附加計算增加了解碼器的復(fù)雜性。在已經(jīng)現(xiàn)有的G. 722或G. 727解碼器類型的標(biāo)準(zhǔn)可伸縮解碼器中沒有使用此技術(shù)。因此，存在一種對于無論比特率是多少都增強(qiáng)信號質(zhì)量、同時維持與現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)可伸縮解碼器的兼容性的需求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明旨在增強(qiáng)此情形。為此目的，本發(fā)明提出了一種對數(shù)字音頻信號進(jìn)行分級編碼的方法，該方法針對輸入信號的當(dāng)前幀包括-核心編碼，用于傳遞用于當(dāng)前幀的每個采樣的標(biāo)量量化索引；以及-至少一個增強(qiáng)編碼，傳遞用于增強(qiáng)信號的每個編碼采樣的標(biāo)量量化的索引。該方法使得，該增強(qiáng)編碼包括以下步驟獲得用于確定目標(biāo)信號的用于對編碼噪聲進(jìn)行整形的濾波器，并且通過使標(biāo)量量化的可能值的集合與所述目標(biāo)信號之間的誤差最小化，來確定所述增強(qiáng)信號的標(biāo)量量化的索引。因而，執(zhí)行更高比特率的增強(qiáng)信號的編碼噪聲的整形。形成本發(fā)明主題的基于合成的分析方案使得不必如可能作為現(xiàn)有技術(shù)的編碼噪聲整形解決方案的情況一樣地、在解碼器處執(zhí)行任何補(bǔ)足(complementary)信號處理。因此，在解碼器處接收到的信號將可能通過標(biāo)準(zhǔn)解碼器來解碼，該標(biāo)準(zhǔn)解碼器能夠?qū)诵谋忍芈实暮颓度氡忍芈实男盘栠M(jìn)行解碼，而不需要任何噪聲整形計算或者任何校正項。因此，無論在解碼器處可用的比特率是多少，都增強(qiáng)了解碼信號的質(zhì)量?？梢元毩⒌鼗蛘弑舜私M合地將在下文中提及的各種具體實施例添加到在上文中定義的方法的步驟中。因而，該目標(biāo)信號的確定的實現(xiàn)模式使得，針對當(dāng)前增強(qiáng)編碼級，該方法針對當(dāng)前采樣包括以下步驟-通過組合分級編碼的輸入信號、與部分地基于前一編碼級的編碼并且基于當(dāng)前增強(qiáng)編碼級的重構(gòu)信號的過去采樣所重構(gòu)的信號，來獲得增強(qiáng)編碼誤差信號；-通過所獲得的噪聲整形濾波器來對增強(qiáng)編碼誤差信號進(jìn)行濾波，從而獲得該目標(biāo)信號；-通過將源自于前一級的編碼的重構(gòu)信號與源自于量化步驟的信號相加，來計算用于當(dāng)前采樣的重構(gòu)信號；-基于源自于該量化步驟的信號來對該噪聲整形濾波器的存儲器進(jìn)行適配。這里所描述的操作的安排導(dǎo)致了通過復(fù)雜性被顯著減少的操作進(jìn)行的編碼噪聲的整形。在具體的實施例中，可能標(biāo)量量化值的集合和用于當(dāng)前采樣的誤差信號的量化值是用于表示通過相對于核心比特率量化索引所計算的等級控制參數(shù)來標(biāo)稱的量化重構(gòu)等級的值。因而，所述值適于核心編碼的輸出等級。在具體的實施例中，通過用于表示具有B+k個比特的嵌入式量化器的量化的重構(gòu)等級的值(B表示了核心編碼的比特的數(shù)目)與用于表示具有Β+k-l個比特的嵌入式量化器的量化重構(gòu)等級的值之差，來定義表示出用于增強(qiáng)級k的量化重構(gòu)等級的值，具有B+k個比特的嵌入式量化器的重構(gòu)等級通過將具有Β+k-l個比特的嵌入式量化器的重構(gòu)等級一分為二來定義。而且，將表示出用于增強(qiáng)級k的量化重構(gòu)等級的值存儲在存儲器空間中，并且作為核心比特率量化和增強(qiáng)索引的函數(shù)來對其添加索引。通過從具有Β+k-l個比特的量化器的輸出值中減去具有B+k個比特的量化器的輸出值，不必針對每個采樣時刻來重新計算直接存儲在ROM中的增強(qiáng)量化器的輸出值。而且， 例如將它們兩個兩個地安排在通過前一級的索引可容易地檢索到(indexable)的表格中。在具體的實施例中，標(biāo)量量化的可能值的數(shù)目針對每個采樣而變化。因而，可能作為要編碼的采樣的函數(shù)來對增強(qiáng)比特的數(shù)目進(jìn)行適配。
在另一變化實施例中，給出標(biāo)量量化索引的所述增強(qiáng)信號的編碼采樣的數(shù)目小于該輸入信號的采樣的數(shù)目。例如，當(dāng)針對某些采樣而將所分配的增強(qiáng)比特的數(shù)目設(shè)置為零時，情況可能如此。例如，該核心編碼的可能實現(xiàn)模式是使用標(biāo)量量化和預(yù)測濾波器的ADPCM編碼。例如，該核心編碼的另一可能實現(xiàn)模式是PCM編碼。該核心編碼還可以包括編碼噪聲的整形，例如針對當(dāng)前采樣具有以下步驟-基于過去量化噪聲采樣并且基于預(yù)定噪聲整形濾波器所濾波的量化噪聲的過去采樣，來獲得用于編碼噪聲的預(yù)測信號；-組合核心編碼的輸入信號與編碼噪聲預(yù)測信號，從而獲得要量化的修改后的輸入信號。因而，針對核心編碼進(jìn)行具有較小復(fù)雜性的編碼噪聲的整形。在具體實施例中，通過ARMA濾波器或者一連串ARMA濾波器來定義該噪聲整形濾波器。因而，包括分子中的值和分母中的值的這種類型的加權(quán)函數(shù)具有這樣的優(yōu)點，其通過考慮信號峰值的分母中的值并且通過衰減這些峰值的分子中的值，因而提供了量化噪聲的最優(yōu)整形。ARMA濾波器的級聯(lián)序列允許通過用于對信號的譜的包絡(luò)進(jìn)行建模的分量以及周期性或者準(zhǔn)周期性分量，來對屏蔽濾波器進(jìn)行更好地建模。在具體的實施例中，將該噪聲整形濾波器分解為解耦的譜斜率和共振峰 (formantic)形狀的兩個級聯(lián)的ARMA濾波單元。因而，作為輸入信號的譜特性的函數(shù)來對每個濾波器進(jìn)行適配，并因此，每個濾波器適于呈現(xiàn)出各種類型的譜斜率的信號。有利地，增強(qiáng)編碼所使用的所述噪聲整形濾波器(W(z))還被核心編碼所使用，因而減少了實現(xiàn)的復(fù)雜性。在具體的實施例中，作為所述輸入信號的函數(shù)來計算該噪聲整形濾波器，從而最佳地適于不同的輸入信號。在變型實施例中，基于由核心編碼所本地解碼的信號來計算該噪聲整形濾波器。本發(fā)明還有關(guān)于一種數(shù)字音頻信號的分級編碼器，該分級編碼器針對輸入信號的當(dāng)前幀包括-核心編碼級，傳遞用于當(dāng)前幀的每個采樣的標(biāo)量量化索引；以及-至少一個增強(qiáng)編碼級，傳遞用于增強(qiáng)信號的每個編碼后采樣的標(biāo)量量化的索引。該編碼器使得，該增強(qiáng)編碼級包括用于獲得用于確定目標(biāo)信號的用于對編碼噪聲進(jìn)行整形的濾波器的模塊；以及量化模塊，用于通過使標(biāo)量量化的可能值的集合與所述目標(biāo)信號之間的誤差最小化，來傳遞所述增強(qiáng)信號的標(biāo)量量化的索引。本發(fā)明還有關(guān)于一種計算機(jī)程序，包括代碼指令，用于當(dāng)由處理器來執(zhí)行這些指令時，實現(xiàn)根據(jù)本發(fā)明的編碼方法的步驟。本發(fā)明最終有關(guān)于一種處理器可讀的存儲部件，用于存儲諸如所描述的計算機(jī)程序。


一旦閱讀了單獨借助于非限制性示例并參考附圖而給出的以下描述，本發(fā)明的其他特性和優(yōu)點就將更加清楚明顯，在所述附圖中-圖1圖示了根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的諸如先前所描述的嵌入碼ADPCM類型的編碼器；-圖2圖示了根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的諸如先前所描述的嵌入碼ADPCM類型的解碼器；-圖3圖示了根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的諸如先前所描述的嵌入碼ADPCM類型的編碼器的量化索引的示范幀；-圖4表現(xiàn)了相對于在沒有實現(xiàn)本發(fā)明的編碼器中存在的量化噪聲的譜的信號塊的譜；-圖5表現(xiàn)了根據(jù)本發(fā)明一般實施例的嵌入碼編碼器和編碼方法的框圖；-圖6a和6b表現(xiàn)了根據(jù)本發(fā)明的增強(qiáng)編碼級和增強(qiáng)編碼方法的框圖；-圖7圖示了適于對源自于根據(jù)本發(fā)明的編碼的信號進(jìn)行解碼的解碼器的各種配置；-圖8表現(xiàn)了根據(jù)本發(fā)明的編碼器和根據(jù)本發(fā)明的編碼方法的第一詳細(xì)實施例的框圖；-圖9圖示了用于根據(jù)本發(fā)明的編碼器的核心編碼級的編碼噪聲的示范計算；-圖10圖示了用于計算圖9的編碼噪聲的詳細(xì)功能；-圖11圖示了根據(jù)本發(fā)明的編碼方法的獲得量化重構(gòu)等級的集合的示例；-圖12圖示了根據(jù)本發(fā)明的編碼方法的增強(qiáng)信號的表現(xiàn)；-圖13圖示了用于表現(xiàn)計算用于根據(jù)本發(fā)明的編碼的屏蔽濾波器的第一實施例的步驟的流程圖；-圖14圖示了用于表現(xiàn)計算用于根據(jù)本發(fā)明的編碼的屏蔽濾波器的第二實施例的步驟的流程圖；-圖15表現(xiàn)了根據(jù)本發(fā)明的編碼器和根據(jù)本發(fā)明的編碼方法的第二詳細(xì)實施例的框圖；-圖16表現(xiàn)了根據(jù)本發(fā)明的編碼器和根據(jù)本發(fā)明的編碼方法的第三詳細(xì)實施例的框圖；和-圖17表現(xiàn)了根據(jù)本發(fā)明的編碼器的可能實施例。
具體實施例方式在本文檔的下文中，系統(tǒng)地采用術(shù)語“預(yù)測”來描述僅僅使用過去采樣的計算。參考圖5，現(xiàn)在描述根據(jù)本發(fā)明的嵌入碼編碼器。重要的是，要注意到，利用用于提供每個附加采樣一比特的增強(qiáng)級來執(zhí)行編碼。這里，此約束僅僅用于簡化本發(fā)明的表現(xiàn)。 然而，清楚的是，容易地將在下文中描述的本發(fā)明歸納為其中增強(qiáng)級提供每個采樣多于一比特的情況。此編碼器包括具有B個比特上的量化的核心比特率編碼級500，該核心比特率編碼級500例如是諸如標(biāo)準(zhǔn)化的G. 722或G. 727編碼器之類的ADPCM編碼類型的，或者是諸如G. 711標(biāo)準(zhǔn)化編碼器之類的PCM( “脈沖編碼調(diào)制”)編碼器，其作為塊520的輸出的函數(shù)而修改。附圖標(biāo)記為510的塊表現(xiàn)了此核心編碼級，該核心編碼級具有隨后參考圖8、15或16而更加詳細(xì)描述的編碼噪聲的整形，即核心編碼的噪聲的屏蔽。諸如所表現(xiàn)的本發(fā)明還有關(guān)于其中不執(zhí)行核心部分中的編碼噪聲的屏蔽的情況。 而且，在此文檔中廣義地使用術(shù)語“核心編碼器”。因而，可以將諸如具有56或641cbit/S 的ITU-T G. 722之類的現(xiàn)有多比特率編碼認(rèn)為是“核心編碼器”。極端地，還可能考慮具有 Okbit/s的核心編碼器，即從編碼的第一步驟開始就應(yīng)用用于形成本發(fā)明的主題的增強(qiáng)編碼技術(shù)。在后者情況下，增強(qiáng)編碼成為核心編碼。這里參考圖5所描述的、具有噪聲整形的核心編碼級包括濾波模塊520，該濾波模塊520基于量化噪聲qB(n)和濾波后的量化噪聲來執(zhí)行預(yù)測Pjz)，以提供預(yù)測信號 PfM洲。例如，通過將濾波后噪聲的Km個部分預(yù)測與量化噪聲相加，來獲得濾波后的量化噪聲，諸如隨后參考圖9所描述的。如參考圖1所描述的，在例如ADPCM編碼的情況下，核心編碼級接收信號χ (η)作為輸入，并且提供量化索引Ib (η)、基于Ib (η)所重構(gòu)的信號rB (η)和量化器的比例因子ν (η) 作為輸出。諸如圖5所表現(xiàn)的編碼器還包括幾個增強(qiáng)編碼級。這里，表現(xiàn)了級EAl (530)、級 EAk (540)和級 EAk2(550)。隨后，將參考圖6a和6b來詳述如此表現(xiàn)的增強(qiáng)編碼級。—般地，每個增強(qiáng)編碼級k具有作為輸入的信號χ (η)、最優(yōu)索引Ib+1 (η)、核心編碼的索引ΙΒ (η)和先前增強(qiáng)級的索引J1(Ii)，...，J 或等效地這些索引的集合的級聯(lián)、 在前一步驟中重構(gòu)的信號嚴(yán)-1 (η)、屏蔽濾波器的參數(shù)、以及當(dāng)必要時的自適應(yīng)編碼情況下的比例因子ν(η)。此增強(qiáng)級提供用于此編碼級的增強(qiáng)比特的量化索引Jk(Ii)作為輸出，該量化索引 Jk(H)將在級聯(lián)模塊560中與索引ΙΒ+Η(η)進(jìn)行級聯(lián)。增強(qiáng)級k還提供重構(gòu)信號rB+k(n)作為輸出。應(yīng)該注意到，這里，索引Jk(η)表現(xiàn)了用于索引η的每個采樣的一個比特；然而，在一般的情況下，如果可能的量化值的數(shù)目大于2，則Jk(η)可以表現(xiàn)每個采樣幾比特。所述各級中的一些級對應(yīng)于要傳送的比特J1(Ii), ...，Jkl (η)，所述要傳送的比特 Λ(η),...,Jkl (η)將與索引Ib (η)進(jìn)行級聯(lián)，使得可以通過諸如隨后圖7所表現(xiàn)和描述的標(biāo)準(zhǔn)解碼器來對所得到的索引進(jìn)行解碼。因此，不必改變遠(yuǎn)程解碼器；而且，不需要附加的信息以用于向遠(yuǎn)程解碼器“通知”在編碼器處執(zhí)行的處理。其他比特Jkl+1(n)，...，Jk2 (η)通過增加比特率和屏蔽而對應(yīng)于增強(qiáng)比特，并且它們需要參考圖7所描述的附加的解碼模塊。圖5的編碼器還包括模塊580，該模塊580用于基于輸入信號或基于編碼器的合成濾波器的系數(shù)來計算噪聲整形濾波器或屏蔽濾波器，如稍后參考圖13和14所描述的。要注意，模塊580可以具有本地解碼的信號、而不是原始信號，作為輸入。諸如這里所表現(xiàn)的增強(qiáng)編碼級使得可能提供增強(qiáng)比特，用于供應(yīng)解碼器處信號的增加質(zhì)量，而無論解碼信號的比特率是多少，且無需修改解碼器，并因此無需解碼器處的任何額外復(fù)雜性。因而，現(xiàn)在參考圖6a來描述表現(xiàn)了根據(jù)本發(fā)明一個實施例的增強(qiáng)編碼級k的圖5 的模塊fek。
此編碼級所執(zhí)行的增強(qiáng)編碼包括量化步驟,該量化步驟傳遞索引和量化值作為輸出，該量化值使得可能量化值的集合與通過使用編碼噪聲整形濾波器所確定的目標(biāo)信號之間的誤差最小化。在這里考慮包括嵌入碼量化器的編碼器。第k級使得可能獲得增強(qiáng)比特Jk或者比特組Jkk = 1，. . .，(iK。它包括模塊EAk-I，該模塊EAk-I用于從輸入信號χ(η)中減去用于當(dāng)前幀的每個前一采樣η ‘ = n-1，. . .，n-ND的在第k級處合成的信號rB+k(n)、以及用于采樣η的前一級的信號rB+H (η)，從而給出編碼誤差信號eB+k (η)。替代利用如參考圖4所表現(xiàn)的平坦譜來使將引起量化噪聲的二次誤差準(zhǔn)則最小化，將在量化步驟中使加權(quán)二次誤差準(zhǔn)則最小化，使得譜整形的噪聲不太聽得見。因而，第k級包括濾波模塊EAk-2，該濾波模塊EAk-2用于通過加權(quán)函數(shù)W(ζ)來對誤差信號eB+k(n)進(jìn)行濾波。還可以將此加權(quán)函數(shù)用于核心編碼級中噪聲的整形。這里，噪聲整形濾波器等于譜加權(quán)的反轉(zhuǎn)，即
Γ π um “\ —1—Ρν (Ζ) — 1Η (1)此整形濾波器為ARMA類型(“自回歸移動平均數(shù)”)。其轉(zhuǎn)移函數(shù)包括階&的分子和階Nd的分母。因而，塊EAk-I實質(zhì)上用來定義與Hm(Z)的分母對應(yīng)的、濾波器W(Z)的非遞歸部分的存儲器。雖然為了簡潔的緣故而沒有示出W(Z)的遞歸部分的存儲器的定義， 但是可以根據(jù)O)并且根據(jù)^7 =-1% ( ⑷來推導(dǎo)它。此濾波模塊給出與目標(biāo)信號對應(yīng)的濾波后的信號作為輸出。譜加權(quán)的作用在于對編碼誤差的譜進(jìn)行整形，這是通過使加權(quán)誤差的能量最小化來進(jìn)行的。量化模塊EAk-3執(zhí)行量化步驟，該量化步驟基于量化輸出的可能值來尋求根據(jù)以下等式來使加權(quán)誤差準(zhǔn)則最小化Eb廣=[eBw+k(η)-en^；(η)]2 j = 0,l(2)此等式表現(xiàn)了以下情況，其中針對每個采樣η來計算增強(qiáng)比特。于是，量化器的兩個輸出值是可能的。隨后，我們將看到如何來定義量化步驟的可能輸出值。因而，此模塊EAk-3進(jìn)行增強(qiáng)量化，該增強(qiáng)量化0=具有要與前一級的索引 ΙΒ+Η進(jìn)行級聯(lián)的最優(yōu)比特Jk的值作為第一輸出，并且具有用于最優(yōu)索引Jk的量化器的輸出信號作為第二輸出(w)v(w)，其中v(n)表現(xiàn)了核心編碼所定義的比例因子，從而對量化器的輸出等級進(jìn)行適配。最終地，增強(qiáng)編碼級包括模塊EAk-4，該模塊EAk-4用于將量化誤差信號 S t ( >( )與在前一級處合成的信號1·Β+Η (η)相加，從而給出第k級處的合成信號 rB+k(n)。按照等效的方式，可以通過優(yōu)選地按照有限精度對索引IB+k(n)進(jìn)行解碼(即，通過計算)、并且通過添加預(yù)測<( ),而取代EAk-4來獲得rB+k(n)。在此情況下，適當(dāng)?shù)氖牵诖鎯ζ髦写鎯哂蠦個比特、B+l、...的量化器的量化值^ ，并且
通過=[；來計算增強(qiáng)量化器的值。根據(jù)用于以下采樣時刻的以下關(guān)系，來對具有等于
權(quán)利要求
1.一種對數(shù)字音頻信號進(jìn)行分級編碼的方法，該方法針對輸入信號的當(dāng)前幀包括 -核心編碼，其傳遞用于當(dāng)前幀的每個采樣(x(n))的標(biāo)量量化索引(IB(n))；以及 -至少一個增強(qiáng)編碼，其傳遞用于增強(qiáng)信號的每個編碼后采樣(en^in))的標(biāo)量量化(QL )的索引(Jk(η)),其特征在于，該增強(qiáng)編碼包括以下步驟獲得用于確定目標(biāo)信號的用于對編碼噪聲進(jìn)行整形的濾波器(W(z))，并且其特征在于，通過使標(biāo)量量化的可能值的集合與所述目標(biāo)信號之間的誤差最小化，來確定所述增強(qiáng)信號的標(biāo)量量化(β: )的索引(Jk(η))。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于，所述確定用于當(dāng)前增強(qiáng)編碼級的目標(biāo)信號的步驟針對當(dāng)前采樣包括以下步驟-通過組合分級編碼的輸入信號(χ(η))、與部分地基于前一編碼級并且基于當(dāng)前增強(qiáng)編碼級的重構(gòu)信號的過去采樣所重構(gòu)的信號，來獲得增強(qiáng)編碼誤差信號(eB+k(n))；-通過所獲得的噪聲整形濾波器(W(z))來對增強(qiáng)編碼誤差信號進(jìn)行濾波，從而獲得該目標(biāo)信號(O )；-通過將源自于前一編碼級的編碼的重構(gòu)信號(ι·Β+Η(η))與源自于量化步驟的信號 (enKi^Jk)相加來計算用于當(dāng)前采樣的重構(gòu)信號(rB+k(n))；-基于源自于該量化步驟的信號來對該噪聲整形濾波器的存儲器進(jìn)行適配。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于，可能標(biāo)量量化值的集合和用于當(dāng)前采樣的誤差信號的量化值是用于表示通過相對于核心比特率量化索引所計算的等級控制參數(shù)來標(biāo)稱的量化重構(gòu)等級的值。
4.根據(jù)權(quán)利要求3的方法，其特征在于，通過用于表示具有B+k個比特的嵌入式量化器的量化的重構(gòu)等級的值與用于表示具有Β+k-l個比特的嵌入式量化器的量化重構(gòu)等級的值之間的差來定義表示出用于增強(qiáng)級k的量化重構(gòu)等級的值，其中B表示了核心編碼的比特的數(shù)目，具有B+k個比特的嵌入式量化器的重構(gòu)等級通過將具有Β+k-l個比特的嵌入式量化器的重構(gòu)等級一分為二來定義。
5.根據(jù)權(quán)利要求4的方法，其特征在于，表示用于增強(qiáng)級k的量化重構(gòu)等級的值被存儲在存儲空間中，并且作為核心比特率量化和增強(qiáng)索引的函數(shù)來對其添加索引。
6.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于，可能標(biāo)量量化值的數(shù)目針對每個采樣而變化。
7.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于，給出標(biāo)量量化索引(Jk(η))的所述增強(qiáng)信號的編碼后采樣的數(shù)目小于該輸入信號的采樣的數(shù)目。
8.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于，該核心編碼是使用標(biāo)量量化和預(yù)測濾波器的 ADPCM編碼。
9.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于，該核心編碼是PCM編碼。
10.根據(jù)權(quán)利要求8和9之一的方法，其特征在于，該核心編碼針對當(dāng)前采樣還包括以下步驟-基于過去量化噪聲采樣并且基于預(yù)定噪聲整形濾波器所濾波的量化噪聲的過去采樣，來獲得用于編碼噪聲的預(yù)測信號(P )；-組合核心編碼的輸入信號與編碼噪聲預(yù)測信號，從而獲得要量化的修改后的輸入信號。
11.根據(jù)權(quán)利要求10的方法，其特征在于，增強(qiáng)編碼所使用的所述噪聲整形濾波器 (W(z))還被核心編碼所使用。
12.根據(jù)權(quán)利要求1或10的方法，其特征在于，作為所述輸入信號的函數(shù)來計算該噪聲整形濾波器。
13.根據(jù)權(quán)利要求1或10的方法，其特征在于，基于由核心編碼所本地解碼的信號，來計算該噪聲整形濾波器。
14.一種數(shù)字音頻信號的分級編碼器，該分級編碼器針對輸入信號的當(dāng)前幀包括 -核心編碼級(800、1500、1600)，其傳遞用于當(dāng)前幀的每個采樣的標(biāo)量量化索引(ΙΒ(η))；以及-至少一個增強(qiáng)編碼級(EA-k)，其傳遞用于增強(qiáng)信號的每個編碼后采樣的標(biāo)量量化(QL )的索引(Jk(n))，其特征在于，該增強(qiáng)編碼級包括模塊(850)，用于獲得用于確定目標(biāo)信號的用于對編碼噪聲進(jìn)行整形的濾波器(W(z))；以及量化模塊(EAk-3、EAk-4)，用于通過使標(biāo)量量化的可能值的集合與所述目標(biāo)信號之間的誤差最小化，來傳遞所述增強(qiáng)信號的標(biāo)量量化(0二(η))的索引(Jk(η))。
15.一種計算機(jī)程序，包括代碼指令，所述代碼指令用于當(dāng)由處理器來執(zhí)行這些指令時，實現(xiàn)根據(jù)權(quán)利要求1到13之一的編碼方法的步驟。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于對音頻數(shù)字信號進(jìn)行可伸縮編碼的方法，該方法針對輸入信號的公共部分包括-核心編碼步驟，其產(chǎn)生用于公共部分的每個采樣n的標(biāo)量量化的索引(IB(n))；以及-至少一個增強(qiáng)編碼步驟，其產(chǎn)生用于增強(qiáng)信號的每個編碼后采樣的標(biāo)量量化的索引(Jk(n))。該方法使得，該增強(qiáng)編碼步驟包括以下步驟獲得用于確定目標(biāo)信號的用于對編碼噪聲進(jìn)行變換的濾波器(W(z))，并且使得，通過使可能標(biāo)量量化值的集合與所述目標(biāo)信號之間的誤差最小化，來確定用于所述增強(qiáng)信號的標(biāo)量量化的索引(Jk(n))。根據(jù)本發(fā)明的編碼方法還可以包括用于對核心流進(jìn)行編碼的編碼噪聲的變換。本發(fā)明還涉及一種用于實現(xiàn)諸如所描述的編碼方法的編碼器。
文檔編號G10L19/04GK102282611SQ200980154687
公開日2011年12月14日 申請日期2009年11月17日 優(yōu)先權(quán)日2008年11月18日
發(fā)明者巴拉茲.科維西, 斯蒂芬.拉戈特, 阿蘭.勒古亞德 申請人:法國電信公司