CN100346577C - 信号编码装置和信号解码装置，以及信号编码方法和信号解码方法 - Google Patents
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Abstract
一种能够改善编码效率，提高编码品质的信号编码装置。帧划分器(101)将输入信号划分成长度一定的帧，可变长块划分器(102)用不同划分方式将各个帧划分为长度不同的块的各种可能的组合。比特率可变编码器(104)对各个组合里的各个块使用不同的比特率进行编码，并对得到的各个帧编码序列进行解码。误差功率计算部(105)计算该解码信号与输入信号的差的功率(即误差功率)，块长及比特率选择器(106)选择一个误差功率最小并且平均比特率不大于规定比特率的帧编码序列，编码序列输出部(107)把该帧编码序列的各个块的长度和各个块的比特率的数据附加到该帧编码序列，然后将其输出。
Description
技术领域
本发明涉及将数字信号划分成时间上连续的多个帧(frame)，再将帧划分成块(block)，然后对各个块进行编码的信号编码装置，对上述信号编码装置产生的编码序列进行解码的信号解码装置，以及相应的信号编码方法和信号解码方法。
背景技术
目前已有很多可以高效率地对音频信号进行压缩编码的方法。比如，比特率(bit rate，也称为位速率)可变的编码技术就是其中之一。以下的编码方式都属于比特率可变编码方式。比如，由制定移动电话第三代技术标准的标准化组织“第三代移动通信合作组织”3GPP(3rdGeneration Partnership Project)标准化了的自适应多速率编码方式(AMR：Adaptive Multi-Rate)，由国际电信联盟ITU(InternationalTelecommunication Union)中负责电信标准化的部门ITU-T建议(建议号为“宽带音频编码G.722.2”)标准化的自适应多速率宽带编码方式(AMR-WB：Adaptive Multi-Rate Wide Band)，还有由美国电子工业协会EIA(Electronic Industries Alliance)和美国通信工业协会TIA(Telecommunications Industries Association)标准化了的增强型可变速率编码解码EVRC(Enhanced Variable Rate Codec)。
采用上述比特率可变编码方式的编码器可以根据通信品质的要求和网络的状况，以块为单位改变比特率。所谓块是通过划分作为编码对象的输入数据得到的。
由于人的感知功能上的特性，音频信号的各个帧里有重要的部分和不重要的部分。在考虑了人的感知特性的情况下，采用以上比特率可变的编码方式可以改善编码的品质。
比如，编码器经常被要求对长度一定的帧在规定的比特率以下进行编码。在这种情况下，可以用该规定的比特率对一个帧进行编码，也可以在保证一个帧内的平均比特率(以下称“帧平均比特率”)小于以上规定的比特率的前提下，用可变的比特率对一个帧进行编码。在采用可变比特率的情况下，对一个帧里的重要的部分可以用较高的比特率进行编码，因此减小信号的失真，对不重要的部分可以用较低的比特率进行编码，即忽略因此产生的不易察觉的信号失真。这样，与使用固定比特率进行编码的情形相比，使用可变的比特率进行编码可以提高人感知到的信号品质。
作为一例，日本公开特许公报9-70041公开了一种比特率可变的编码器，该编码器在保证帧平均比特率小于规定的比特率的前提下，为使人感知到的信号品质最佳，以一固定时间间隔为单位(即，以固定长的块为单位)设定比特率，对输入数据进行编码。
在音乐编码领域里，MP3(MPEG-1 Layer3)，或者MPEG-2 AAC(Adv-anced Audio Coding)被广为使用，已成为ISO/IEC的国际标准的编码方式。在MP3或者MPEG-2 AAC编码技术里，比特率可以自适应地以块为单位变更。另外，在时间频率变换编码技术里，作为编码单位的块的长度是可变的，所以可对长度不同的各个块进行编码。在时间频率变换编码技术里，当输入信号的频率特性变化缓慢时，块的长度可以设得较长，然后可以在时间频率变换后进行适当编码；当输入信号的频率特性变化很快时，块的长度可以设得较短，然后在变换到频率域后进行编码。在采用这样的处理后，信号失真可以减小，编码效率可以提高。
可是，日本公开特许公报9-70041公开的比特率可变编码器是适用于视频信号的编码器，在视频信号里，构成各个画面的各个帧之间有时间间隔，因此编码在时间上是离散的。与此不同，音频信号在时间上是连续的，划分音频信号得到的多个帧和多个块在时间上也是连续的，因此编码在时间上是连续的。从改善编码效率和提高编码品质的角度来讲，以上文献里公开的比特率可变编码器不适于音频信号。
发明内容
本发明的目的是提供一种能够改善编码效率并提高编码品质的信号编码装置，和对上述信号编码装置产生的编码序列进行解码的信号解码装置，以及相应的信号编码方法和信号解码方法，依次来解决以上现有技术中存在的问题。
本发明提供一种将数字信号划分成长度一定的多个帧并对该多个帧进行编码的信号编码装置，包括：划分单元，它用多个划分方式将上述各个帧划分成一个或多个块(block)，得到与上述每个帧相对应的多个块组合，该各个块组合包含有多个块；编码单元，它用多个比特率对上述各个块组合里的各个块进行编码、将上述各个块组合里的各个块转换成多个块编码序列，上述各个块组合对应于一个帧编码序列；和块长度及比特率确定单元，它确定与上述各个帧相对应的一个块长度和比特率的组合，该块长度和比特率的组合使相应的帧编码序列品质最优，并使在对上述帧进行编码时的平均比特率不大于规定的比特率。
以上信号编码装置可以进一步包括：编码序列品质评价单元，它计算表征上述帧编码序列的品质的品质参数；和编码序列输出单元，它输出与上述被确定的块长度和比特率的组合对应的帧编码序列。
在以上的信号编码装置中，上述编码序列品质评价单元可以计算与作为编码对象的块相对应的上述块编码序列的品质参数和与上述作为编码对象的块之前的各个块相对应的各个块编码序列的品质参数的累加值；上述块长度及比特率确定单元可以使用上述品质参数的累加值来确定上述块长度和比特率的组合。
在以上的信号编码装置中，上述块长度及比特率确定单元可以使用维特比(Viterbi)算法来确定上述块长度和比特率的组合。
在以上的信号编码装置中，上述品质参数可以包括误差功率，该误差功率是将上述帧编码序列解码后得到的信号的功率和上述数字信号中与该帧编码序列相对应的部分的差的功率。具体说，上述被确定的块长度和比特率的组合使上述误差功率最小。
在以上的信号编码装置中，上述品质参数可以包括将上述帧编码序列解码后得到的信号的信噪比(Signal-to-Noise Ratio)。具体说，上述被确定的块长度和比特率的组合使上述信噪比最大。
在以上的信号编码装置中，对上述品质参数可以施加与人的感知特性相关的加权因子。
在以上的信号编码装置中，上述编码序列输出单元可以将上述被确定的块长度和比特率的数据附加到与上述被确定的块长度和比特率的组合对应的帧编码序列，并输出该帧编码序列。
在以上的信号编码装置中，上述编码序列输出单元可以将上述被确定的块长度和比特率的数据分别附加到与上述被确定的块长度和比特率的组合对应的帧编码序列中的各个相应的块编码序列，并输出该帧编码序列。
另外，本发明提供一种用于对编码序列进行解码的信号解码装置，该编码序列是将数字信号划分成长度一定的多个帧，再将各个帧划分成一个或多个块，然后对各个块进行编码后得到的，该信号解码装置包括：块长度及比特率抽取单元，它抽取上述编码序列中的各个块的长度数据和对上述各个块编码时的比特率数据；和解码单元，它根据上述抽取来的块长度数据和比特率数据对上述编码序列进行解码。
在以上信号解码装置中，上述块长度数据和比特率数据可以被附加在上述编码序列中。
在以上信号解码装置中，上述编码序列包括一个或多个块编码序列，该块编码序列是对上述一个或多个块进行编码后得到的；上述块长度数据和比特率数据被分别附加在相应的上述块编码序列。
另外，本发明提供一种将数字信号划分成长度一定的多个帧并对该多个帧进行编码的信号编码方法，包括如下步骤：第一步骤：用多个划分方式将上述各个帧划分成一个或多个块(block)，得到与上述每个帧相对应的多个块组合，该各个块组合包含有多个块；第二步骤：用不同比特率对上述各个块组合里的各个块进行编码、将上述各个块组合里的各个块转换成多个块编码序列，上述各个块组合对应于一个帧编码序列；和第三步骤：确定与上述各个帧相对应的一个块长度和比特率的组合，该块长度和比特率的组合使相应的帧编码序列品质最优，并使在对上述帧进行编码时的平均比特率不大于规定的比特率。
以上信号编码方法进一步包括以下步骤：在上述第三步骤前，计算表征上述帧编码序列的品质的品质参数；和在上述第三步骤后，输出与上述被确定的块长度和比特率的组合对应的帧编码序列。
另外，本发明提供一种用于对编码序列进行解码的信号解码方法，该编码序列是将数字信号划分成长度一定的多个帧，再将各个帧划分成一个或多个块，然后对各个块进行编码后得到的，该信号解码方法包括以下步骤：抽取上述编码序列中的各个块的长度数据和对上述各个块编码时的比特率数据；和根据上述抽取来的块长度数据和比特率数据对上述编码序列进行解码。
根据以上所述，在本发明的信号编码装置里，不但作为编码单位的块(block)的长度可变，而且对每个块进行编码时的比特率也可变。因此，通过最佳地组合一个帧里的不同块的长度和对各个块进行编码时的不同的比特率，本发明的信号编码装置可以选出一个块长度和比特率的组合使得相应的帧编码序列品质最优，并使帧平均比特率不大于规定的比特率。因此本发明的信号编码装置可以改善编码效率并提高编码品质。
附图说明
通过以下结合附图的详细说明可以对本发明的目的，特征和优点有更清楚的了解。
图1是本发明第一实施例的信号编码装置的构成的示意图。
图2是帧的一个例子的示意图。
图3是块的几个例子的示意图。
图4是划分一个帧而得到的块的各种组合的例子的示意图。
图5是显示帧编码序列的一例的示意图。
图6是显示帧编码序列的另一例的示意图。
图7是本发明第一实施例的信号编码装置的操作流程图。
图8是本发明第二实施例的信号编码装置的构成的示意图。
图9是本发明第二实施例的三维栅格图(trellis diagram)的一个实例。
图10是本发明第二实施例的二维栅格图的一个实例。
图11是本发明第二实施例的信号编码装置的操作流程图。
图12是本发明第三实施例的比特率可变编码部的构成的一个例子的示意图。
图13是本发明第三实施例的二维栅格图的一个实例。
图14是本发明第四实施例的信号解码装置的构成的一个例子的示意图。
图15是本发明第四实施例的信号解码装置的操作流程图。
具体实施方式
以下参照附图对本发明的具体实施例进行详细说明。
第一实施例
图1是本发明第一实施例的信号编码装置的构成的示意图。
图1中的信号编码装置100是由帧划分器101，可变长块划分器102，块长及比特率组合存储器103，比特率可变编码器104，误差功率计算部105，块长及比特率选择器106，以及编码序列输出部107构成的。
帧划分器101将输入信号划分成长度一定的多个帧，比如说，长度为N，然后将这些帧输出到可变长块划分器102。图2是帧的示意图。在图2中，有一个与输入信号的(k-1)N至kN的时间间隔对应的帧k-1，还有一个与输入信号的kN至(k+1)N的时间间隔对应的帧k，两者的长度都是N。以下，假定对帧k-1和帧k编码时的平均比特率(即，帧平均比特率)的规定值是20kbps，而且信号编码装置100在帧平均比特率不大于20kbps的条件下对帧k-1或帧k进行编码。
可变长块划分器102将长度为N的各个帧划分为块。块长及比特率组合存储器103保存在划分一个长度为N的帧时可能得到的不同长度的块的各种组合的数据以及对这些组合里的各个块进行编码时的各种可能的比特率的数据。可变长块划分器102根据保存在块长及比特率组合存储器103里的块长度的数据用多种划分方式将帧划分为长度不同的块的各种可能的组合。
图3是块的示意图。图3(a)显示的块具有和帧同样的长度N，以下称之为L块；图3(b)显示的块的长度是帧的长度N的一半，以下称之为M块；图3(c)显示的块的长度是帧的长度N的四分之一，以下称之为S块。
图4是划分一个长度为N的帧时得到的块的各种组合的示意图。这里假设划分一个帧可得到如图3所示的三种长度的块，即，长度为N的L块，长度为N/2的M块，和长度为N/4的S块。所以划分一个长度为N的帧时，可能得到如图4(a)显示的一个L块，或如图4(b)显示的两个M块，或如图4(c)显示的一个M块和两个S块，或如图4(d)显示的两个S块和一个M块，或如图4(e)显示的四个S块，或如图4(f)显示的一个S块，一个M块，和一个S块。
在进行了以上划分后，可变长块划分器102将得到的各种块的组合输出到比特率可变编码器104。
比特率可变编码器104对各种块的组合里的每个块进行编码。在编码时，根据保存在块长及比特率组合存储器103里的各个可能的比特率的数据(比如，16kbps，20kbps，和24kbps)，比特率可变编码器104在这些比特率下对每个块进行编码，得到与每种组合里的每个块相对应的块编码序列。
在本实施例中，对比特率可变编码器104具体采用哪种编码方式不做限定。如果在比特率可变编码器104采用的编码方式里现在的编码结果不依赖于过去的编码结果，那么，比特率可变编码器104可以不必对每种组合里的每个块都进行编码，而最好是事先用各个比特率对一种长度的块进行编码，然后将得到的块编码序列应用到各种块的组合。比如说，图4(b)所示的组合里的第一个M块和图4(c)所示的组合里的M块的编码结果(即块编码序列)是一致的，对此块编码序列进行解码得到的信号也是一致的。因此，比特率可变编码器104可以事先用各种比特率对该M块进行编码，得到的块编码序列可以应用图4(b)和图4(c)的块的组合里。通过这种处理，编码时的计算量可以被减少。
比特率可变编码器104用各个比特率对各种可能的块的组合里的每个块进行编码，得到与每种组合相对应的各个帧编码序列，并将这些帧编码序列输出到编码序列输出部107。同时，比特率可变编码器104对各个帧编码序列进行解码，并将得到的各个信号(以下称为局部解码信号)输入到误差功率计算部105。
误差功率计算部105计算各个局部解码信号与输入信号中相应的部分的差的功率(以下称之为误差功率)。在计算误差功率时，误差功率计算部105最好引入反映人的感知特性的加权因子。比方说，当音频信号的一个频段的振幅较大时，人感觉不到该频段周围的频段的量子化噪音。所以，在计算误差功率时，误差功率计算部105可以对周围的频段的信号成分加较小的权重因子。误差功率计算部105将计算出的误差功率输出到块长及比特率选择器106。
块长及比特率选择器106从得到的多个帧编码序列中选择一个误差功率最小，并且帧平均比特率不大于规定的比特率(20kbps)的帧编码序列，并把它作为最佳品质的帧编码序列。进一步，块长及比特率选择器106把对应于该帧编码序列的块组合里的各个块的长度和对各个块进行编码时的比特率输出到编码序列输出部107。
编码序列输出部107从比特率可变编码器104输入来的各个帧编码序列中，把与块长及比特率选择器106输入来的块长度和比特率的数据一致的帧编码序列选择出来。并该块的长度和比特率的数据附加到选择出的帧编码序列，然后将该帧编码序列作为编码结果输出。
图5和图6是从编码序列输出部107输出的帧编码序列的例子的示意图。
在图5和图6中，从编码序列输出部107输出的帧编码序列对应的帧被划分为三个块，分别为S块k1，S块k2，和M块k3；对块k1，k2，和k3分别用16kbps，24kbps，和20kbps的比特率进行编码，得到了一个品质最优的帧编码序列。
在图5中，与该帧编码序列里的各个块编码序列相对应的块的长度以及对各个块进行编码时的比特率的数据作为一个整体被附加到帧编码序列的前端。与图5不同，在图6中，各个块的长度以及对各个块进行编码时的比特率的数据被附加到相应的块编码序列的前端。
图7是信号编码装置100的操作流程图。
步骤S101，信号编码装置100将输入信号划分成长度为N的多个帧。
步骤S102，信号编码装置100用不同的划分方法将各个帧划分为长度不同的多个块，得到多个块的组合。
步骤S103，信号编码装置100对得到的各种块的组合里的每个块使用不同的比特率进行编码，得到多个帧编码序列。
步骤S104，信号编码装置100对各个帧编码序列进行解码，得到多个局部解码信号。
步骤S105，信号编码装置100计算各个局部解码信号与输入信号的误差功率。
步骤S106，信号编码装置100从得到的多个帧编码序列中选择一个误差功率最小并且帧平均比特率不大于规定值的帧编码序列。
步骤S107，信号编码装置100把块的长度和比特率的数据附加到选择出来的帧编码序列，然后将该帧编码序列输出。
第二实施例
图8是本发明第二实施例的信号编码装置200的构成的示意图。
图8显示的信号编码装置200是由帧划分器201，块长及比特率栅格图存储器202，可变长块划分器203，比特率可变编码器204，误差功率计算部205，误差功率存储器206，最佳路径选择器207，编码序列存储器208，编码序列输出部209，以及编码器状态存储器210构成的。
在以下的说明中，假定信号编码装置200对长度为N的帧编码时的平均比特率不大于规定值20kbps，另外，划分一个帧可得到如图3所示的三种长度的块，即，长度为N的L块，长度为N/2的M块，和长度为N/4的S块，划分一个长度为N的帧时，可以得到图4所示的各种块的组合。
帧划分器201将输入信号划分成长度一定的多个帧，比如说，长度为N，然后将这些帧输出到可变长块划分器203。
块长及比特率栅格图存储器202保存块的长度和对该块进行编码时的比特率的栅格图(trellis diagram)。该栅格图显示块的长度和比特率的相互关系。
图9显示三维栅格图的一个例子，其三个变量为时间，比特率，和块长度，显示在一定块长和一定时刻的比特率的变化。
图10显示一个二维栅格图的一例子，其两个变量为时间和比特率；该二维栅格图是将图9的三维栅格图在时间和比特率空间投影得到的。以下，为简单起见，图10的二维栅格图主要被用来做各种说明。
图10的二维栅格图起始于时刻kN的状态S0，经过多个编码路径的多个节点，终止于时刻(k+1)N的状态S0。在图10中，一个状态是某个时间的平均比特率来描述的。
可变长块划分器203根据保存在块长及比特率栅格图存储器202里的表达为栅格图形式的块的长度和对该块进行编码时的比特率的组合的信息，将长度为N的帧划分为块。比如说，可变长块划分器203划分出了从时刻kN到时刻kN+N/4的S块。
比特率可变编码器204，从保存在块长及比特率栅格图存储器202里的数据中读出对应于时刻kN+N/4的状态数据，得到kN+N/4时刻的可能的各个比特率，用这些比特率对划分来从时刻kN到时刻kN+N/4的S块进行编码。比如，比特率可变编码器204从图10的时刻kN+N/4的状态的数据中得到的比特率可以是16kbps，20kbps，和24kbps，所以比特率可变编码器204用这三个比特率对从时刻kN到时刻kN+N/4的S块进行编码。
比特率可变编码器204的初始状态被设定为栅格图的起始节点的状态。在以上的例子中，因为时刻kN的状态S0是帧k的栅格图里的起始点，所以对帧k-1的编码结束后的状态被设定为比特率可变编码器204的初始状态。
比特率可变编码器204以16kbps，20kbps，和24kbps的比特率对从时刻kN到时刻kN+N/4的S块进行编码得到三个块编码序列。进一步，比特率可变编码器204对这三个块编码序列进行解码，得到三个局部解码信号，对应于图10的栅格图里从时刻kN到时刻kN+N/4的各个编码路径。
误差功率计算部205计算各个局部解码信号与输入信号中相应的部分的差的功率(即，误差功率)。进一步，误差功率计算部205从误差功率存储器206里读出到时刻kN的状态S0为止的误差功率的累加值。这里，因为时刻kN的状态S0是起始节点，所以到此节点为止的误差功率的累加值是零。然后，误差功率计算部205把读出的误差功率的累加值加到对应于图10的栅格图里从时刻kN到时刻kN+N/4的各个编码路径的各个误差功率上，得到从时刻kN到时刻kN+N/4的各个节点为止的各个新的误差功率累加值。
对于时刻kN+N/4的各个节点，最佳路径选择器207从进入时刻kN+N/4的每一个节点的各个编码路径中选择出一个新误差功率累加值最小的编码路径作为最佳路径。在图10里，因为进入时刻kN+N/4的每一个节点的编码路径各只有一个，所以最佳路径选择器207选择进入时刻kN+N/4的每一个节点的这一个编码路径为最佳路径。
编码序列存储器208保存对应于以上各个最佳路径的各个块编码序列。误差功率存储器206将到时刻kN+N/4的各个节点为止的对应于以上各个最佳路径的新误差功率累加值保存起来。
编码器状态存储器210把沿以时刻kN+N/4的各个节点为终点的以上各个最佳路径的编码处理结束后的状态作为时刻kN+N/4的各个节点的初始状态保存起来。
在图10的栅格图里，到达时刻kN+N/2的各个节点的编码路径中，有从时刻kN开始的对M块进行编码的编码路径，还有从时刻kN+N/4开始的对S块进行编码的编码路径。因此，可变长块划分器203在划分帧k时，即划分出从时刻kN开始的M块，也划分出从时刻kN+N/4开始的S块。
比特率可变编码器204，从保存在块长及比特率栅格图存储器202里的栅格图里的块长度和比特率的组合的数据中读出对应于时刻kN+N/2的状态数据，得到kN+N/2时刻的各个比特率，并以此比特率对以上得到的从时刻kN到时刻kN+N/2的M块和从时刻kN+N/4到时刻kN+N/2的S块进行编码。比如说，比特率可变编码器204从图10显示的二维栅格图中时刻kN+N/2的状态的数据中得到的比特率是16kbps，20kbps，和24kbps，所以比特率可变编码器204用这三个比特率对以上的M块和S块进行编码，各得到三个块编码序列。进一步，比特率可变编码器204对这些块编码序列进行解码，得到对应于图10的栅格图里从时刻kN或kN+N/4到时刻kN+N/2的各个编码路径的局部解码信号。
比如，考虑图10的栅格图里时刻kN+N/2的S-2状态，进入这个状态的节点的路径中，有从时刻kN的S0状态开始的对M块进行编码的编码路径，还有从时刻kN+N/4的S-1状态开始的对S块进行编码的编码路径。所以，比特率可变编码器204按这两个途径对M块和S块进行编码，然后对得到的块编码序列进行解码，得到相应的局部解码信号。在对M块进行编码时的初始状态是时刻kN的S0的状态，在对S块进行编码时的初始状态是时刻kN+N/4的S-1的状态。比特率可变编码器204从编码器状态存储器210读出以上状态。
以后的处理与以上介绍的对从时刻kN到kN+N/4的S块进行编码时一样。下面只做简单说明。
误差功率计算部205计算以上得到的各个局部解码信号与输入信号中相应的部分的误差功率。进一步，误差功率计算部205从误差功率存储器206里读出到时刻kN+N/2的各个路径的起始点的误差功率累加值，并把读出的误差功率累加值加到以上计算出的对应于图10的栅格图里从时刻kN或kN+N/4到时刻kN+N/2的各个编码路径的误差功率上，得到到时刻kN+N/2的各个节点为止的各个新的误差功率累加值。
对于时刻kN+N/2的各个节点，最佳路径选择器207从进入时刻kN+N/2的每一个节点的各个编码路径中，选择出一个新误差功率累加值最小的编码路径作为最佳路径。
编码序列存储器208保存对应于以上各个最佳路径的各个块编码序列。误差功率存储器206将到时刻kN+N/2的各个节点为止的对应于以上各个最佳路径的新误差功率累加值保存起来。
编码器状态存储器210把到时刻kN+N/4的各个节点的按照以上各个最佳路径的编码处理结束后的状态作为时刻kN+N/4的各个节点的初始状态保存起来。
信号编码装置200重复以上的处理，直到图10的栅格图的终止点。经过以上处理，最佳路径选择器207可以得到一个从图10的栅格图的起始点到终止点的最佳编码路径。编码序列存储器208把对应于这个最佳编码路径的帧编码序列保存起来。
编码序列输出部209把保存在编码序列存储器208里的对应于最佳编码路径的帧编码序列的块的长度和比特率的数据附加到该帧编码序列，然后将该帧编码序列作为编码结果输出。
在采用图9的三维栅格图来选择最佳路径时，在对应于各个时刻的平面里，路径的选择是沿着对应于各个状态的直线来进行的。比如，对照根据图10的二维栅格图选择时刻kN+N/2的状态S0的最佳路径的情形，在图9的三维栅格图里，时刻kN+N/2的状态S0的最佳路径的选择是沿着对应于时刻kN+N/2的状态S0的直线来进行的。所以，最佳路径是从进入块长N/4的平面上的状态S0的节点的路径和进入块长N/2的平面上的状态S0的节点的路径中选择出来的。
在以上说明中，在划分帧时对可能得到的块的组合有一定限制。但是本发明同样适用于对可能的块的组合没有任何限制的情形。
图11是信号编码装置200的操作流程图。
步骤S201，信号编码装置200将输入信号划分成长度为N的多个帧。
步骤S202，信号编码装置200根据显示块的长度和对该块进行编码时的比特率的组合的栅格图将各个帧划分为块。
步骤S203，信号编码装置200读出栅格图的某个时刻的状态的数据并确定编码时可能采用的各个比特率，对划分成的每个块，使用不同的比特率进行编码，得到多个块编码序列。
步骤S204，信号编码装置200对各个块编码序列进行解码，得到对应于到达上述某个时刻的各个编码路径的多个局部解码信号。
步骤S205，信号编码装置200计算各个局部解码信号与输入信号的误差功率。
步骤S206，信号编码装置200将得到的误差功率和到上述某时刻的前一时刻为止的误差功率累积值相加，得到到上述某时刻的各个节点为止的新的误差功率累积值。
步骤S207，信号编码装置200从多个块编码序列中选择一个新累加误差功率最小的编码路径作为最佳编码路径。
步骤S208，信号编码装置200保存对应于最佳编码路径的编码序列以及相关节点的状态。
步骤S209，信号编码装置200判断最佳路径的选择是否已到达栅格图的终止点。如果已到达终止点则进入步骤S210，否则重复从S202的步骤。
步骤S210，信号编码装置200把对应于最佳编码路径的帧编码序列的块的长度和比特率的数据附加到该帧编码序列，然后将该帧编码序列输出。
第三实施例
图12是本发明第三实施例的比特率可变编码部的构成的一个例子的示意图。
图12所示的比特率可变编码器301可以用来替代第一实施例的信号编码装置100里的比特率可变编码器104，或者第二实施例的信号编码装置200里的比特率可变编码器204。比特率可变编码器301包括一个时间域比特率可变编码部302和一个频域比特率可变编码部303。就是说，比特率可变编码器301可以使用两种编码方式进行编码，即，时间域编码方式和频域编码方式。所以，把比特率可变编码器301用于第一实施例的信号编码装置100或第二实施例的信号编码装置200，可以优化这些编码装置的编码方式。
当把比特率可变编码器301用于第二实施例的信号编码装置200时，假定信号编码装置200能够以不大于规定值20kbps的平均比特率对对长度为N的帧编码，并且信号编码装置200划分一个帧可得到如图3所示的三种长度的块，即，长度为N的L块，长度为N/2的M块，和长度为N/4的S块，以及图4所示的各种块的组合。进一步，假定时间域比特率可变编码部302只对S块进行编码。在以上条件下，可以得到图13所示的显示时间和比特率的关系的二维栅格图。以下对图13不再做详细说明。
第四实施例
图14是本发明第四实施例的信号解码装置400的构成的一个例子的示意图。
信号解码装置400包括块长度数据提取部401，块长度数据读出部402，比特率数据提取部403，比特率数据读出部404，解码部405，以及解码信号输出部406。
输入到信号解码装置400的编码序列可以是由第一到第三实施例的信号编码装置产生的，比如说，如图5所示的帧编码序列。这些信号编码装置以不大于规定值20kbps的帧平均比特率对长度为N的帧进行编码，另外由这些信号编码装置划分一个帧时可得到如图3所示的三种长度的块，即，长度为N的L块，长度为N/2的M块，和长度为N/4的S块，以及图4所示的各种块的组合。这些信号编码装置可以用16kbps，20kbps，或24kbps的比特率对各个长度的块进行编码。
当图5所示的帧编码序列从信号编码装置输入到信号解码装置400时，块长度数据提取部401从该帧编码序列里提取出附加在其中的与包含在其中的各个块编码序列对应的各个块的长度数据。在图5所示的帧编码序列里，各个块的长度的数据被附加到帧编码序列的前端。块长度数据提取部401将提取出的块长度的数据输出到块长度数据读出部402。块长度数据读出部402从输入的块长度数据中读取与被输入的帧编码序列里的块编码序列对应的各个块的长度，然后将之输出到解码部405。
比特率数据提取部403从被输入的帧编码序列里提取出附加在其中的与包含在该帧编码序列里的各个块编码序列对应的各个块的比特率数据。同样，所以各个块的比特率数据位于帧编码序列的前端。比特率数据提取部403将提取出的比特率数据输出到比特率数据读出部404。比特率数据读出部404从输入的比特率数据中读取与输入的帧编码序列里的各个块编码序列对应的各个块的比特率，然后将之输出到解码部405。
块长度数据提取部401从被输入的帧编码序列里删除长度数据，比特率数据提取部403从被输入的帧编码序列里删除比特率数据，将只包含块编码序列的帧编码序列输出到解码部405。
解码部405根据从块长度数据读出部402输入的各个块的长度以及从比特率数据提取部403输入的各个块的比特率数据设定对各个块编码序列进行解码时的参数，然后进行解码。比如，解码部405可以确定如图5所示的块长度和比特率的组合，即，块k1(S块)以16kbps的比特率编码，块k2(S块)以24kbps的比特率编码，块k3(M块)以20kbps的比特率编码。解码部405根据这些编码条件设定解码参数，进行与编码过程相对应的解码处理。经过解码，解码部405产生了与长度为N的帧相对应的解码信号，并将其输出到解码信号输出部406。
解码部405也可以不产生一个与帧对应的解码信号，而是对各个块编码序列逐个进行解码，顺序地产生与各个块编码序列对应的解码信号，并逐个输出各个解码信号。
解码信号输出部406输出得到的解码信号。
以上只说明了图5所示地帧编码序列被输入到信号解码装置400的情形，信号解码装置400也同样适用于图6所示地帧编码序列被输入地情形。在这种情况下，各个块的长度数据和比特率数据被分别附加在构成输入帧编码序列的各个块编码序列的前端，所以，信号解码装置400从各个块编码序列逐个提取并读出对应的块的长度和比特率数据，并对各个块进行解码。采用这种方式时，即使一部分数据被损坏，块长度和比特率数据不会全部损失，不至于发生无法进行解码的情况。
图15是信号解码装置400的操作流程图。
步骤S401，信号解码装置400从被输入的帧编码序列里提取出附加在其中的各个块的长度的数据，并读取各个块的长度。
步骤S402，信号解码装置400从被输入的帧编码序列里提取出附加在其中的各个块被编码时的比特率的数据，并读取各个块的比特率。
步骤S403，信号解码装置400各个块的长度以及各个块的比特率数据设定对包含在输入的帧编码序列的各个块编码序列进行解码。
步骤S404，信号解码装置400输出得到的解码信号。
根据以上各个实施例，在对帧进行编码时，本发明的信号编码装置可以把划分帧得到的块的长度和对每个块进行编码时的比特率都设成是可变的然后进行编码，得到帧平均比特率不大于规定的比特率并且品质最优的帧编码序列。所以，本发明的信号编码装置可以改善编码效率并提高编码品质。
另外，本发明的信号编码装置，可以将各个块的长度和比特率的数据附加到作为输出对象的帧编码序列里。所以，当帧编码序列被输入到信号解码装置时，该信号解码装置可以根据这些块长度和比特率的数据对帧编码序列进行最适当的解码。
以上只说明了是本发明的优选实施例，本发明并不限于以上的实施例，属于相关技术领域的技术人员可以在不脱离本发明的范围的前提下做种种修改。
在以上的各个实施例里，信号编码装置计算局部解码信号与输入信号的误差功率，并将误差功率最小的帧编码序列选定为品质最优的帧编码序列的例子，本发明同样也适用于其他评价编码序列品质的方法。比如，也可以选择信号噪声比最大的帧编码序列为品质最优的帧编码序列。
以下总结本实施例的效果。如上所述，在本发明的信号编码装置里，作为编码单位的块的长度和对每个块进行编码时的比特率都是可变的，所以通过最佳地组合一个帧里的不同块的长度和对不同的块进行编码时的比特率，本发明的信号编码装置可以选定一个块长度和比特率的组合使得相应的帧编码序列品质最优，并使帧平均比特率不大于规定的比特率。因此本发明的信号编码装置可以改善编码效率，并提高编码品质。
Claims (15)
1.一种将数字信号划分成长度一定的多个帧并对该多个帧进行编码的信号编码装置，包括：
划分单元，它用多个划分方式将上述各个帧划分成一个或多个块，对于每一个帧，得到与该帧相对应的多组块组合，该各组块组合包含有一个或多个块；
编码单元，它用多个比特率对上述各组块组合里的各个块进行编码、将上述各组块组合里的各个块转换成多个块编码序列，上述各组块组合各对应于一个帧编码序列；和
块长度及比特率确定单元，它确定与上述各个帧相对应的块长度和比特率的一个组合，该块长度和比特率的组合使与其相应的帧编码序列品质最优，并使在对上述帧进行编码时的平均比特率不大于规定的比特率。
2.根据权利要求1所述的信号编码装置，进一步包括：
编码序列品质评价单元，它计算表征上述帧编码序列的品质的品质参数；和
编码序列输出单元，它输出与上述被确定的块长度和比特率的组合对应的帧编码序列。
3.根据权利要求2所述的信号编码装置，其中，
上述编码序列品质评价单元计算与作为编码对象的块相对应的上述块编码序列的品质参数和与上述作为编码对象的块之前的各个块相对应的各个块编码序列的品质参数的累加值；
上述块长度及比特率确定单元使用上述品质参数的累加值来确定上述块长度和比特率的组合。
4.根据权利要求2所述的信号编码装置，其中，
上述块长度及比特率确定单元使用维特比算法来确定上述块长度和比特率的组合。
5.根据权利要求2所述的信号编码装置，其中，
上述品质参数包括误差功率，该误差功率是将上述一个帧编码序列解码后得到的信号的功率和上述数字信号中与该帧编码序列相对应的部分的差的功率；
上述被确定的块长度和比特率的组合使上述误差功率最小。
6.根据权利要求2所述的信号编码装置，其中，
上述品质参数包括将上述帧编码序列解码后得到的信号的信噪比；
上述被确定的块长度和比特率的组合使上述信噪比最大。
7.根据权利要求2所述的信号编码装置，其中，
与人的感知特性相关的加权因子被应用于上述品质参数。
8.根据权利要求2所述的信号编码装置，其中，
上述编码序列输出单元将上述被确定的块长度和比特率的数据附加到与上述被确定的块长度和比特率的组合对应的帧编码序列，并输出该帧编码序列。
9.根据权利要求8所述的信号编码装置，其中，
上述编码序列输出单元将上述被确定的块长度和比特率的数据分别附加到与上述被确定的块长度和比特率的组合对应的帧编码序列中的各个相应的块编码序列，并输出该帧编码序列。
10.一种用于对编码序列进行解码的信号解码装置，该编码序列是将数字信号划分成长度一定的多个帧，再将各个帧划分成一个或多个数据块，然后对各个数据块进行编码后得到的，该信号解码装置包括：
块长度及比特率抽取单元，它抽取上述编码序列中的各个块的长度数据和对上述各个块编码时的比特率数据；和
解码单元，它根据上述抽取来的块长度数据和比特率数据对上述编码序列进行解码。
11.根据权利要求10所述的信号解码装置，其中，
上述块长度数据和比特率数据被附加在上述编码序列中。
12.根据权利要求11所述的信号解码装置，其中，
上述编码序列包括一个或多个块编码序列，该块编码序列是对上述一个或多个数据块进行编码后得到的；
上述块长度数据和比特率数据被分别附加在相应的上述块编码序列。
13.一种将数字信号划分成长度一定的多个帧并对该多个帧进行编码的信号编码方法，包括如下步骤：
第一步骤：用多个划分方式将上述各个帧划分成一个或多个块，对于每一个帧，得到与该帧相对应的多组块组合，该各组块组合包含有一个或多个块；
第二步骤：用多个比特率对上述各组块组合里的各个块进行编码、将上述各组块组合里的各个块转换成多个块编码序列，上述各组块组合各对应于一个帧编码序列；和
第三步骤：确定与上述各个帧相对应的块长度和比特率的一个组合，该块长度和比特率的组合使相应的帧编码序列品质最优，并使在对上述帧进行编码时的平均比特率不大于规定的比特率。
14.根据权利要求13所述的信号编码方法，进一步包括以下步骤：
在上述第三步骤前，计算表征上述帧编码序列的品质的品质参数；和
在上述第三步骤后，输出与上述被确定的块长度和比特率的组合对应的帧编码序列。
15.一种用于对编码序列进行解码的信号解码方法，该编码序列是将数字信号划分成长度一定的多个帧，再将各个帧划分成一个或多个数据块，然后对各个数据块进行编码后得到的，该信号解码方法包括以下步骤：
抽取上述编码序列中的各个块的长度数据和对上述各个块编码时的比特率数据；和
根据上述抽取来的块长度数据和比特率数据对上述编码序列进行解码。
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| PB01 | Publication | ||
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Granted publication date: 20071031 Termination date: 20200825 |
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