CN100429645C - 执行修正离散余弦变换的方法、电路、编解码器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及执行长度N的数字输入信号的MDCT，通过产生长度N/2的特定中间信号，可以通过中间信号的数据值与余弦值的仅N²/4数量的乘法，来执行MDCT。

Description

执行修正离散余弦变换的方法、电路、编解码器

技术领域

本发明涉及数字信号处理，更具体地，涉及MDCT的计算。

背景技术

许多音频和视频编解码器使用MDCT，诸如MPEG 1/2层III、ATRAC、AAC等。在所需计算能力以及所需存储空间方面，执行MDCT都是非常昂贵的。这对于客户尤为不利，需要相对昂贵的中央处理单元(CPU)和大存储器等设备来计算所需MDCT。

在现有技术中，已经进行了各种尝试来降低MDCT的计算复杂度。例如，在WO-A-01/59603中和V.Britanak，K.R.Rao“A new fastalgorithm for the unified forward and inverse MDCT/MDSTcomputation”，Signal Processing 82(2002)，433-459中公开了这些方法。

发明内容

可以直接在双环路中或利用FFT计算MDCT。由于利用FFT进行计算涉及信号长度的变换以及一些数据复制，所述信号长度是原始长度N的两倍，因此，对于更短的MDCT块长度，直接在双环路中进行计算(取决于所使用的处理器)更快。尤其是MPEG 1/2层III的MDCT具有“18”的长度，由于“18”不是“2”的幂，不能容易地利用FFT进行计算。

本发明要解决的问题是执行需要降低计算能力和存储器量的MDCT。此问题利用权利要求1所公开的方法得到解决。在权利要求5中公开了实现这样的方法的相应计算机程序产品。在权利要求6中公开了使用此方法的电路，并在权利要求10中公开了相应编解码器。

有利地，本发明有利于减少以因数“2”直接计算MDCT的环路中乘法和加法的数量，以N/2的额外加法为代价，其中，针对输入信号的样本值，使处理或变换块的长度为N。N可以是“2”的幂以外的任何数字，例如，N＝18。本发明能够通过执行仅N²/4次的乘法来计算MDCT，以便对长度N的数字输入信号进行变换。这通过首先根据输入信号产生中间信号来实现。为了中间信号的产生，仅需要加法和减法，这在计算上远不及乘法昂贵。

根据本发明另一实施例，余弦表用于计算MDCT。余弦表仅需要数量为N²/2的余弦值，从而，可以使用相对较小的存储器来实现本发明。本发明对于音频和/或视频编解码器尤为有利，诸如MPEG 1/2层III、ATRAC、AAC等。本发明能够构建音频和/或视频客户设备，诸如MPEG播放器或DVD播放器，使其处理能力和存储需求降低。

原理上，本发明方法适合用于执行长度N的数字输入信号的修正离散余弦变换，所述方法包括以下步骤：

根据所述输入信号产生长度N/2的中间信号；

执行中间信号的数据值与余弦值的数量为N²/4的乘法，以产生已变换输出信号。

原理上，本发明电路执行长度N的数字输入信号的修正离散余弦变换，所述电路包括：

余弦表，具有数量为N²/4的余弦值；

装置，用于根据所述输入信号产生长度N/2的中间信号，以及用于执行所述中间信号的数据值的乘法，以便产生修正离散余弦变换输出信号。

在各自从属权利要求中公开了有利的附加实施例。

附图说明

根据附图，对本发明典型实施例进行描述，其中：

图1是流程图；

图2是根据本发明的电路的优选实现的方框图。

具体实施方式

根据图1的流程图，在步骤100中，提供了数字输入信号。数字输入信号具有等于N的块长度，即，数字输入信号在所有情况下均具有数量为N的数据值。为了对步骤100中所提供的数字输入信号执行MDCT，首先，在步骤102中计算中间信号。中间信号具有长度N/2。下文将详细解释利用N/2加法/减法计算此中间信号的一种方式。在步骤104中，根据已经在步骤102中确定的中间信号计算MDCT。当中间信号具有长度N/2时，需要数量为N²/4的乘法，以便根据中间信号计算MDCT。在步骤106中，输出MDCT变换信号，以便进行进一步处理。

MDCT的直接计算可以如下进行：

for m＝0 to(N/2-1)

s＝0；

for k＝0 to(N-1)

s＝s+x(k)*cos(π/2/N*(2*k+1+N/2)*(2*m+1))；

end

y(m)＝s；

end，

其中，x是长度N的数字输入信号，y是已变换信号，而m是运转指数。

本发明的步骤102的中间信号的计算可以如下进行：

for m＝0 to(N/4-1)

xx(m)＝x(N/4+m)-x(N/4-m-1)；

xx(m+N/4)＝x(N/2+m)+x(N-m-1)；

end，

其中，x是长度N的数字输入信号，xx是中间信号，而m是运转指数。

注意，中间信号的计算并不需要乘法，因此非常快。根据此中间信号xx，MDCT可以如下进行计算：

for m＝0 to(N/2-1)

S＝0；

for k＝0 to(N/2-1)

s＝s+xx(k)*cos(π/2/N*(2*k+1+N)*(2*m+1))；

end

y(m)＝s；

end，

其中，y是已变换信号。

尤其有利的是，MDCT的计算仅需要与余弦值的数量为N²/4的乘法。

图2示出了用于接收输入信号x的电路200的简化方框图。此电路可以实现在单个芯片上。该电路具有处理单元202、程序存储器204和用于存储余弦表208的存储器206。将用于执行中间信号计算(参见图1的步骤102)和用于计算MDCT(参见图1的步骤104)的程序代码存储在程序存储器204中。余弦表208具有N²/2数量的余弦值条目，当执行程序存储器204的程序代码时，为了执行与余弦值的所需乘法以获得MDCT变换输出信号y，由处理单元202使用这些余弦值条目。

Claims (5)

1、一种对长度N的数字输入信号“x”的部分执行修正离散余弦变换(100)的方法，所述方法包括以下步骤：

-根据所述输入信号“x”的当前部分产生长度N/2的中间信号“xx”(102)；

-执行所述中间信号“xx”的所述当前部分的数据值与余弦值的数量为N²/4的乘法(104)，以产生离散余弦变换输出信号“y”的相应部分(106)，

其中，通过执行xx(m)＝x(N/4+m)-x(N/4-m-1)并且执行xx(m+N/4)＝x(N/2+m)+x(N-m-1)，从所述输入信号“x”的所述当前部分的元素来计算所述中间信号“xx”的从指数m＝0到m＝(N/4-1)运转的元素，以及

通过针对运转指数k＝0到k＝(N/2-1)计算求和值s＝s+xx(k)*cos(π/2/N*(2*k+1+N)*(2*m+1))，利用所述余弦值，针对指数m＝0到m＝(N/2-1)从所述中间信号“xx”的数据值计算所述离散余弦变换输出信号“y”的所述相应部分的元素，其中初始求和值“s”为零，并且最终求和值取作所述离散余弦变换输出信号“y”的所述部分的元素“m”。

2、根据权利要求1所述的方法，其特征在于在存储器(206)中，具有数量为N²/4的余弦值的余弦表用于为所述乘法提供余弦值。

3、一种利用根据权利要求1或2所述的方法对长度N的数字输入信号“x”的部分执行修正离散余弦变换(100)的电路，所述电路包括：

-存储余弦表(208)的存储器(206)；

-处理装置(202)，用于产生所述中间信号“xx”，并且利用来自所述余弦表存储器的值产生所述离散余弦变换输出信号“y”的所述相应部分。

4、一种利用根据权利要求3所述的电路的编解码器。

5、一种利用根据权利要求3所述的电路的MPEG 1/2层III、ATRAC或AAC编解码器。

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