CN101615911A - 一种编解码方法和装置 - Google Patents

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Abstract

本发明实施例公开了一种编解码方法和装置。一种编码方法包括：获得输入数据帧的每个样点的取值；根据所述输入数据帧的样点取值分布，确定所述输入数据帧中的脉冲样点和非脉冲样点；若确定为所述输入数据帧中的脉冲样点，则对所述脉冲样点采用第一编码模式进行编码得到第一数据流；若确定为所述输入数据帧中的非脉冲样点，则对所述非脉冲样点采用第二编码模式进行编码得到第二数据流；对所述第一数据流和第二数据流进行复用，得到所述输入数据帧的输出编码数据流。与现有技术相比，以上技术方案可以减少编码整个数据帧所需的比特数，提高对动态范围较大的数据帧的压缩效率。

Description

一种编解码方法和装置
技术领域
本发明涉及通信技术领域，特别是涉及一种编解码方法和装置。
背景技术
无损压缩是利用数据的统计冗余进行压缩，与有损压缩相比，无损压缩能够完全恢复出原始数据而不引起任何失真。我们常用的WinZip、WinRAR等压缩软件所应用的就是无损压缩技术。随着用户对高清媒体需求的不断增长，无损压缩技术开始越来越多地应用于音频、视频编码。
以音频编码为例，现有技术中，一种常用的方案是动态范围编码，即根据音频信号中的每个数据帧(数据块)的最大样点值与最小样点值的差值情况进行编码。其基本过程如下：首先对输入信号进行分析，获得输入信号的所有样点值；针对第n个数据帧framen，计算出其动态范围，即该数据帧中最大样点值与最小样点值的差值，然后根据动态范围，确定对该数据帧的样点进行编码所需的比特数bn。在编码时，对framen中每个样点值与最小值的差值使用bn个比特进行编码，最后将framen各样点的编码值与该数据的最小样点值一同复用作为该数据帧的编码输出。
通过对现有技术的研究，发明人发现现有技术中至少存在如下问题：应用上述的动态范围编码方案，当数据帧的动态范围较小时，能够获得较大的压缩比，但是，如果数据帧的动态范围较大，则对于该帧的每个样点都需要使用较多的比特进行编码，无法实现有效的压缩。
发明内容
本发明实施例提供了一种编解码方法和装置，以提高对动态范围较大的数据帧的压缩效率。
本发明实施例提供一种编码方法，包括：
获得输入数据帧的每个样点的取值；
根据所述输入数据帧的样点取值分布，确定所述输入数据帧中的脉冲样点和非脉冲样点；
若确定为所述输入数据帧中的脉冲样点，则对所述脉冲样点采用第一编码模式进行编码得到第一数据流；
若确定为所述输入数据帧中的非脉冲样点，则对所述非脉冲样点采用第二编码模式进行编码得到第二数据流；
对所述第一数据流和第二数据流进行复用，得到所述输入数据帧的输出编码数据流。
相应地，本发明实施例还提供一种解码方法，包括：
获得数据帧的编码数据流；
采用第一编码模式对所述编码数据流进行解码，得到所述数据帧的脉冲样点信息；采用第二编码模式对所述编码数据流进行解码，得到所述数据帧的非脉冲样点信息；
根据所述脉冲样点信息与非脉冲样点信息，重建所述数据帧。
其中，所述脉冲样点与非脉冲样点，由编码端根据输入数据帧的样点取值分布确定。
本发明实施例提供一种编码装置，包括：
分析单元，用于获得输入数据帧的每个样点的取值；
样点分类单元，用于根据所述输入数据帧的样点取值分布，确定所述输入数据帧中的脉冲样点和非脉冲样点；
第一编码单元，用于对确定的所述输入数据帧中的脉冲样点采用第一编码模式进行编码得到第一数据流；
第二编码单元，用于对确定的所述输入数据帧中的非脉冲样点采用第二编码模式进行编码得到第二数据流；
复用单元，用于对所述第一数据流和第二数据流进行复用，得到所述输入数据帧的输出编码数据流。
相应地，本发明实施例还提供一种解码装置，包括：
输入单元，用于获得数据帧的编码数据流；
第一解码单元，用于采用第一编码模式对所述编码数据流进行解码，得到所述数据帧的脉冲样点信息；
第二解码单元，用于采用第二编码模式对所述编码数据流进行解码，得到所述数据帧的非脉冲样点信息；
重建单元，用于根据所述脉冲样点信息与非脉冲样点信息，重建所述数据帧；
其中，所述脉冲样点与非脉冲样点，由编码端根据输入数据帧的样点取值分布确定。
本发明实施例提供的技术方案中，通过对输入数据帧样点取值的分布情况进行分析，将数据帧中的样点划分为脉冲样点和非脉冲样点两类，然后对这两类样点分别进行编码，最后对两类样点的编码结果进行复用得到该输入数据帧的输出编码数据流的技术手段，减少了编码整个数据帧所需的比特数，提高了对动态范围较大的数据帧的压缩效率。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为实现本发明方法实施例一编码方法的流程图；
图2为实现本发明方法实施例一解码方法的流程图；
图3为实现本发明方法实施例二编码方法的流程图；
图4为实现本发明方法实施例三编码方法的流程图；
图5为实现本发明方法实施例三解码方法的流程图；
图6为本发明实施例一种编码装置的结构示意图；
图7为本发明实施例一种解码装置的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
首先对本发明实施例的一种无损压缩编码方法进行说明，包括以下步骤：
获得输入数据帧的每个样点的取值；
根据所述输入数据帧的样点取值分布，确定所述输入数据帧中的脉冲样点和非脉冲样点；
若确定为所述输入数据帧中的脉冲样点，则对所述脉冲样点采用第一编码模式进行编码得到第一数据流；
若确定为所述输入数据帧中的非脉冲样点，则对所述非脉冲样点采用第二编码模式进行编码得到第二数据流；
对所述第一数据流和第二数据流进行复用，得到所述输入数据帧的输出编码数据流。
现有的动态范围编码方案，是根据每个数据帧的最大样点值和最小样点值的差，来确定对该数据帧的样点进行编码所需的比特数，而并没有对数据帧样点值的具体分布情况加以考虑，导致对于一些动态范围较大的数据帧的编码效率低下。以音频编码为例，在音频信号中，有相当一部分数据帧具有如下特点：数据帧中绝大多数样点都集中于几个取值，只有少数样点的取值不同于其他样点，而这几个少数样点很可能导致该帧的整体动态范围增大，使得对于该帧的每个样点都需要使用较多的比特进行编码，造成码字资源的浪费。
本发明实施例所提供的技术方案中，首先对输入数据帧样点取值的分布情况进行分析，将数据帧中的样点划分为脉冲样点和非脉冲样点两类，然后对这两类样点分别进行编码，最后对两类样点的编码结果进行复用得到该输入数据帧的输出编码数据流。其中，如果输入数据帧中的绝大部分样点是非脉冲样点，那么去掉脉冲样点之后，这些非脉冲的样点的动态范围得到控制，使得编码每个非脉冲样点所需的比特数减小；同时，对于个别可能会导致整个数据帧动态范围增大的脉冲样点，也可以使用较少的比特单独对其进行编码。与现有技术相比，可以减少编码整个数据帧所需的比特数，提高压缩效率。
下面将结合附图，对本发明的实施方案进行详细描述。
实施例一：
图1所示为本发明实施例一种无损压缩编码方法的流程图，包括以下步骤：
S101，获得输入数据帧的每个样点的取值。
本发明实施例所提供的技术方案，是以帧为单位对输入数据进行编码。一个数据帧由若干样点(sample)所组成，每个样点都有各自的取值。本步骤中，编码器在收到一个数据帧后，首先获得每个样点的取值。
S102，根据输入数据帧的样点取值分布，确定所述输入数据帧中的脉冲样点和非脉冲样点。
在音频信号中，有相当一部分数据帧具有如下特点：数据帧中绝大多数样点都集中于几个取值，只有少数样点的取值不同于其他样点，针对这种情况，本发明实施例将一个数据帧中的样点划分为两类，分别做不同的编码处理。其中，在一个数据帧中，少数取值不同于其他样点的样点，称为脉冲样点，其余的样点称为非脉冲样点。
要确定一个数据帧的脉冲样点和非脉冲样点，首先需要确定在该数据帧中哪些取值的出现概率比较高。可以根据样点取值分布的经验数据，预先确定出现概率高的样点取值。例如，ITU-T G.711标准使用A律或mu律对音频进行编码，对于ITU-T G.711标准编码的码流而言，样点取值为正零和负零的概率较高(正零和负零为A律和mu律中所定义)，那么，可以令：
V0＝正零值、V1＝负零值，
然后对输入数据帧中不等于V0且不等于V1的样点进行计数，如果这类样点的个数小于一个预设的阈值K(K为大于1的整数)，则将这类样点确定为脉冲样点，同时将取值等于V0或V1的样点确定为非脉冲样点。其中，为了保证编码效率，K值的选取不能过大，或者，进一步而言，最终可以被确定为脉冲样点的样点，应该在数据帧中不超过一定的比例。有关K值的选取方法，将在后面的实施例中进行详细说明。
此外，也可以根据输入数据帧的样点取值分布，实时地确定V0和V1的值。例如，输入数据帧framen包括10个样点，取值依次为0222300420，则在这个数据帧中，出现概率最高的两个样点分别为0和2，可以令：
V0＝0、V1＝2，
在本例中，取值不等于V0且不等于V1的样点个数为2(即取值为3和取值为4的样点)，如果2小于预设的阈值K，则将取值为3和4的两个样点确定为脉冲样点，将取值等于0和2的样点确定为非脉冲样点。
需要说明的是，在本步骤中，可能存在的一种情况是：不等于V0且不等于V1的样点的个数为0，由于0必定是小于K的，因此，这种情况下，依然将取值等于V0或V1的样点确定为非脉冲样点，并认为所确定的脉冲样点个数为0。
S103，若确定为所述输入数据帧中的脉冲样点，则对所述脉冲样点采用第一编码模式进行编码得到第一数据流；若确定为所述输入数据帧中的非脉冲样点，则对所述非脉冲样点采用第二编码模式进行编码得到第二数据流；
以S102中的framen为例，除去脉冲样点之外，剩余的非脉冲样点序列为02220020，对于非脉冲样点，可以采用第二编码模式，对每个非脉冲样点的幅值进行编码。本实施例中，非脉冲样点共有两种幅值，因此可以使用1个比特对每个非脉冲样点进行编码，即对非脉冲样点采用二值编码。例如，将取值为0的样点编码为0，将取值为2的样点编码为1，则对非脉冲样点编码后的第二数据流为01110010，共8bit。
对于脉冲样点，可以采用第一编码模式，分别对其幅值以及在原数据帧中的相对位置进行编码，下面将分别进行介绍：
1)对脉冲样点幅值的编码。
首先需要计算编码每个脉冲样点幅值所需的比特数a，最简单的方法是找出幅值绝对值最大的脉冲样点，将编码该样点幅值所需的比特数作为编码每个脉冲样点幅值所需的比特数。例如，在framen中，脉冲样点最大幅值为4，使用自然二进制码编码幅值“4”需要3比特，则a＝3。对幅值“3”的编码结果为011、对幅值“4”的编码结果为100，编码两个脉冲样点的幅值共需6比特。
这里，也可以采用类似现有技术中动态范围编码的方法，对脉冲样点进行编码，例如，脉冲样点的最小值为3，最大值为4，编码二者的差值需要1比特，编码两个脉冲样点共需2比特，还需要用额外的2比特来表示最小值“3”，则编码framen中的两个脉冲样点的幅值共需4比特。
当然，还可以对脉冲样点的幅值与某个非脉冲样点的差值进行编码，或者采用其他方法对脉冲样点的幅值进行编码，这里不再一一列举。并且，为了描述方便，以上是以自然二进制编码为例进行说明，本领域技术人员可以理解的是，也可以采用Huffman编码、Rice编码等熵编码方式对脉冲样点的幅值进行编码，本发明实施例对此不进行限定。
2)对脉冲样点位置的编码。
首先计算编码脉冲样点位置所需的比特数b。在framen中，共有10个样点，表示10个位置需要4个比特(3比特最多可以表示8个位置，4比特最多可以表示16个位置)，因此b＝4。其中两个脉冲样点分别位于第5和第8的位置，其相对于第一个样点的位置偏移分别为4和7，使用4比特分别对“4”和“7”进行编码，得到这两个脉冲样点的位置编码分别为“0100”和“0111”。
将上述1)、2)的编码结果进行复用，则对framen中的两个脉冲样点的编码后的第一数据流如下(假设对脉冲样点幅值的编码采用上述第一种方式)：
[011][0100][100][0111]
上面的中括号仅用于描述方便，并不是数据流中的真实内容。其中第一部分[011]表示第一个脉冲样点的幅值，第二部分[0100]表示第一个脉冲样点的相对位置；第三部分[100]表示第二个脉冲样点的幅值，第四部分[0111]表示第二个脉冲样点的相对位置，共14比特。
S104，对所述第一数据流和第二数据流进行复用，得到所述输入数据帧的输出编码数据流。
对S103中所得到的第一数据流和第二数据流进行复用，结果即为framen的输出编码数据流。当然，输出编码数据流中，需要携带有本帧数据的编码模式信息，用于标识本帧数据是采用第一编码模式+第二编码模式的结合模式，供解码端使用。
需要说明的是，对应S102中所述的脉冲样点个数为0的情况，所述第一数据流为空，对第一数据流和第二数据流进行复用后得到的输入数据帧的输出编码数据流即为第二数据流，也即只需对非脉冲样点进行编码，并且直接将对非脉冲样点的编码码流作为数据帧输出编码数据流。在本帧的输出编码数据流中，需要携带有本帧数据的编码模式信息，用于标识本帧数据是采用第二编码模式，供解码端使用。
相应于上述的编码方法，本实施例还提供一种解码方法，参见图2所示，包括以下步骤：
S105，获得数据帧的编码数据流；
S106，采用第一编码模式对所述编码数据流进行解码，得到所述数据帧的脉冲样点信息；采用第二编码模式对所述编码数据流进行解码，得到所述数据帧的非脉冲样点信息；
这里仍以S103中所编码的数据帧为例，首先根据S104中的复用方式，对编码数据流进行解复用，分别得到第一数据流和第二数据流。
对于第二数据流01110010，采用第二编码模式对其进行解码，即：
将第二数据流中的0值解码为0，将第二数据流中的1值解码为2，得到解码后的非脉冲样点序列为02220020。
对于第一数据流01101001000111，采用第一编码模式对其进行解码，根据a＝3、b＝4可知上述第一数据流共包括四部分信息，其中：
第一部分3比特[011]表示第一个脉冲样点的幅值，解码为3；
第二部分4比特[0100]表示第一个脉冲样点的相对位置，解码为4；
第三部分3比特[100]表示第二个脉冲样点的幅值，解码为4；
第四部分4比特[0111]表示第二个脉冲样点的相对位置，解码为7；
S107，根据所述脉冲样点信息与非脉冲样点信息，重建所述数据帧。
在S106中，解码得到8个非脉冲样点，其幅值依次为02220020；两个脉冲样点，幅值分别为3和4，并且相对于帧内第一个样点的位置偏移分别为4和7。也就是说，重建后的数据帧，其第5个样点为脉冲样点，幅值为3、第8个样点为脉冲样点，幅值为4。然后将8个脉冲样点的幅值依次写入重建数据帧的剩余位置，最终即可得到重建的数据帧为0222300420。
需要说明的是，对应S102中所述的脉冲样点个数为0的情况，解码端根据数据帧的编码模式信息，可以获知该帧采用的是第二编码模式。因此，该帧的第一数据流为空，只需采用第二编码模式解出所有非脉冲样点的幅值，即完成了对该数据帧的重建。
应用本实施例所提供的方案，编码framen共需8+14＝22比特(未包含编码模式信息)，如果使用现有技术的动态范围编码方案，framen的动态范围为4，编码每个样点需要3比特，则编码10个样点共需30比特。可见，本实施例所提供的技术方案，有效提高了对动态范围较大的数据帧的压缩效率。将脉冲样点和非脉冲样点分开处理，使得编码每个非脉冲样点所需的比特数显著减小，有效地提高了非脉冲样点的编码效率。
实施例二：
实施例一中所描述的方案，适应于绝大多数样点都集中于几个取值，只有少数样点的取值不同于其他样点的数据帧，然而在实际情况中，待编码数据帧中，还有很多不具备这种特点。对于不具备这种特点的数据帧，可以仍旧采用现有技术中的其他编码方式，参见图3所示，本实施例所提供的方法中，S201、S203、S204分别与实施例中的S101、S103、S104相同。不同之处在于判断步骤S202，如果在S202中无法确定出脉冲样点和非脉冲样点，则执行S205，采用现有技术中的其他编码方式(例如动态范围编码)，得到输入数据帧的输出编码数据流。
优选地，在步骤S201和S202之间，还可以进一步增加一个步骤：判断输入数据帧的样点取值是否为常数，如果是，则直接采用常数编码方式对输入数据帧进行编码，如果否，再进一步执行S202。
对于判断输入数据帧中是否能够确定出脉冲样点和非脉冲样点，涉及到阈值K的选取，在实施例一中曾经提到，为了保证编码效率，K值的选取不能过大，或者，进一步而言，最终可以被确定为脉冲样点的样点，应该在数据帧中不超过一定的比例。
在实际应用中，可以根据经验数据，直接选取一个较小的值作为K值，例如令K＝2、K＝4，等等。或者，也可以下式作为参考，对K值进行估计：
K＜(P-Q)/(a+b)
其中，P为采用其他编码方法编码整个数据帧(共L个样点)所需的比特数，Q为采用二值编码方法编码(L-K)个样点所需的比特数。a为编码一个脉冲幅值所需比特数；b为编码一个脉冲相对位置所需比特数。
举例说明，假设L＝16，采用动态范围编码方式编码每个样点所需比特数为8，则：
P＝16*8＝128bit；
Q＝(16-K)bit；
并且通过预测计算，得到a＝4bit、b＝8bit；
将P、Q、a、b的值代入上述不等式：
K＜(128-(16-K))/12
解得，K＜10.1。
就是说，当L＝16的时候，在一个数据帧中，如果确定了10个脉冲样点，那么采用本发明实施例的编码方案将与采用动态范围编码方案的编码效率基本相同。随着K值的减小，采用本发明实施例编码方案的编码效率将逐渐提高，但是适用范围也逐渐变窄。例如，如果最终选择阈值K＝8，那么，对于K＝9和K＝10的数据帧，将采用其他的编码方式，即执行S205。在实际应用时，可以参考数据帧的具体特点，以及编码器效率、复杂度的需求等因素综合考虑，确定阈值K的取值。
在上述实施例中，为了描述方便，对于非脉冲样点都是采用简单的0/1二值编码方式进行说明，即用0和1分别表示两个非脉冲样点值。本领域技术人员容易想到的是，还可以采用游程二值编码方式对非脉冲样点进行编码。并且，还可以进一步采用Huffman编码、Rice编码等熵编码方式对游程编码信息进行编码。
实施例三：
下面将结合一个具体的应用实例，对本发明所提供的编码方法进行说明。图4所示为一种对G.711码流进行无损压缩编码的方法流程图，包括以下步骤：
S301，获得输入数据帧的每个样点的取值。
编码器在收到一个G.711数据帧后，获得该数据帧中每个样点的取值。
S302，判断输入数据帧的样点取值是否为常数。如果否，则执行S303；如果是，则执行S307。
S303，判断输入数据帧中，取值不为正零或负零的样点数是否小于2，如果是，则执行S304；如果否，则执行S307。
G.711标准使用A律或mu律对音频进行编码，对于G.711标准编码的码流而言，样点取值为正零和负零的概率较高，因此，可以令V0和V1分别为正零值与负零值。其中，G711码流的样点取值范围是0～0xff。A律的正零值用0xd5表示，负零值用0x55表示；mu律的正零值用0xff表示，负零值用0x7f表示。
在本实施例中，阈值K根据经验数据选取为2，即：当数据帧中取值不为正零或负零的样点数小于2时，采用本发明实施例所提供的方案对该数据帧进行编码(执行S304及其后续步骤)；当数据帧中取值不为正零或负零的样点数大于等于2时，采用其他编码模式对该数据帧进行编码(执行S307)。
S304，判断输入数据帧中，取值不为正零或负零的样点数是否等于0，如果是，则执行S305；如果否，则执行S306。
S305，采用二值编码模式得到所述输入数据帧的输出编码数据流。
当输入数据帧中，取值不为正零或负零的样点数等于0时，即输入数据帧中只有正零和负零两种样点取值，此时对该数据帧采用二值编码模式。如果样点值的变化频率较高，可以0/1二值编码方式，即将正零值和负零值分别编码为0和1(或1和0)。如果样点值的变化频率较低，即连续出现正零值或负零值的情况较多时，可以采用游程二值编码的方法，以下将对游程二值编码的方法进行说明。
S305a，分析游程编码信息。
首先比较正零值和负零值的样点数，如果正零值的样点数多则设置参考值more_value＝正零值，less_value＝负零值。如果负零值的样点数多则设置参考值more_value＝负零值，less_value＝正零值；然后分别计算more_value和less_value连续出现的个数作为游程编码信息；例如，使用A律编码的数据帧，帧长L＝40，样点值的顺序为：连续15个正零值，连续5个负零值，连续18个正零值，连续2个负零值，则可以令more_value＝0xd5，less_value＝0x55，游程编码信息可以表示为((0xd5，15)，(0x55，5)，(0xd5，18)，(0x55，2))。
S305b，对游程编码信息进行编码。
对于上述的游程信息，可以直接对more_value的个数和less_value的个数(15，5，18，2)进行编码，也可以将m-1个连续的0与more_value连续出现的个数共同作为游程编码信息，再进行编码(其中，m表示more_value之后连续出现less_value的个数)。例如((0xd5，15)，(0x55，5)，(0xd5，18)，(0x55，2))，可以进一步表示为(15，0，0，0，0，18，0)，其中15表示more_value连续出现的个数，后面的4个0代表more_value之后，连续出现了5个less_value；18表示more_value连续出现的个数，后面1个0代表more_value之后，连续出现了2个less_value。
本实施例采用rice编码方法对游程信息进行编码，首先根据游程编码信息，估计其rice编码的参数值s，然后对其进行基于s参数的编码。例如对于上述游程编码信息(15，0，0，0，0，18，0)，其最终编码结果可以表示为：
rice_encode((15，0，0，0，0，18，0)，s)
对于所估计出的s值，也要进行编码(可以用自然二进制、Huffman等编码方法)，并与游程编码信息的编码结果一同复用作为本数据帧的编码输出数据流。其中，可以预留出一个出现概率较小的s值，用以标记S306中的二值+脉冲编码模式。例如，s＝1的出现概率比较小，则将s＝1预留。如果根据游程编码信息估计出某个数据帧应采用s＝1作为参数，则将用于编码该帧的s值取为1的临近值(例如取s＝0或s＝2)，然后以这个临近值对该帧的游程编码信息进行编码。某些实施方式中，也可以是s＝0的出现概率比较小，并且表示样点值的变化频率较高，则将s＝0预留。如果根据游程编码信息估计出某个数据帧采用s＝0作为参数，则直接用0/1二值编码方式对该帧数据进行编码。下面以s＝0为例进行说明。
当输入数据帧的长度为L时，使用0/1二值编码方式编码整个数据帧(不含脉冲样点)需要L比特，如果通过预测，得到使用游程二值编码方式所用的比特数小于L，则使用游程二值编码方式对输入数据帧进行编码，否则使用0/1二值编码方式。
S306，采用二值+脉冲编码模式得到所述输入数据帧的输出编码数据流。
当输入数据帧中，取值不为正零或负零的样点数等于1时，对该数据帧采用二值+脉冲的编码模式。
其中，对于非脉冲样点，可以采用类似S305中的方式进行编码。而对于脉冲样点，需要分别对其幅值和相对位置进行编码。
在本实施例中，由于仅存在一个脉冲幅值，因此可以首先比较脉冲幅值pulse_value与more_value和less_value的差的绝对值哪个更小，并用1bit来表示比较结果，然后用rice方法来编码较小的差值。
G.711码流的帧长度L包括L＝40、L＝80、L＝160、L＝240、L＝320等情况，当L＝40时需要用6比特来编码相对位置信息，L＝80时需要7比特，L＝160/240时需要8比特，L＝320时用9比特。对于脉冲样点相对位置编码的详细方法，可以参见S103中第2)节所述，这里不再重复说明。
对于采用二值+脉冲编码模式进行编码的数据帧，可以用预留的s值进行标识，如s305b中所述，可以用预留的s＝0来标识该数据帧采用的是二值+脉冲编码模式。
S307，采用其他编码模式得到所述输入数据帧的输出编码数据流。
当输入数据帧的样点取值为常数，或者不属于“多数样点取值为正零或负零，个别样点为其他取值”这种情况时，进一步根据该帧的具体情况，采用其他编码模式(例如预测编码、动态范围编码、常数编码等)得到所述输入数据帧的输出编码数据流，并且在输出编码数据流中，添加用来标识数据帧编码模式的信息。
本领域技术人员易于想到的是，本实施例中所述的rice编码方式，也可以用其他的熵编码方式进行替换，这些并不影响本发明方案的实现。
本实施例提供了一种对于G.711码流的无损压缩编码方法，在该方法中，具体将G.711码流的数据帧划分为4种类别，并分别采用不同的编码模式：
1)对于常数数据帧，使用常数编码模式；
2)对于二值数据帧(正零和负零)，使用二值编码模式；
3)对于具有一个脉冲值的数据帧，使用二值+脉冲编码模式；
4)对于非1)、2)、3)情况的数据帧，使用预测编码、动态范围编码等模式；
其中，上述的二值编码模式及二值+脉冲编码模式，均可以减少输出编码数据的比特数，提高编码效率。
相应于上述的编码方法，本实施例还提供一种解码方法，参见图5所示，包括以下步骤：
S308，获得数据帧的编码数据流；判断数据帧的编码模式；
解码端在接收到一个数据帧的编码数据流之后，首先解出编码数据流中的编码模式信息，以判断本帧所采用的编码模式。其中，二值编码模式和二值+脉冲的编码模式是以s值来区分，如果解出s≠0，说明该数据帧采用的是二值编码模式，执行S309；如果解出s＝0，说明该数据帧采用的是二值+脉冲的编码模式，执行S310。如果解出该数据帧是采用其他的编码模式，则执行S311。
S309，采用二值解码方式重建所述数据帧；
由编码数据流中，解出正零值和负零值的样点序列，作为重建的数据帧。
S310，采用二值解码+脉冲解码方式重建所述数据帧；
由编码数据流中，解出正零值和负零值的样点序列，以及脉冲样点的幅值和相对位置，然后根据脉冲样点的相对位置，将脉冲样点合并到正零值和负零值样点序列中，得到重建的数据帧。
S311，采用其他解码方式重建所述数据帧；
对应S307中所采用的其他编码模式(例如预测编码、动态范围编码、常数编码等)，采用相应的解码方法，得到重建的数据帧。
为了便于描述，本发明实施例均基于数据帧中绝大多数样点都集中于两个取值这种比较典型的情况进行说明，本领域技术人员容易想到的是，当数据帧中绝大多数样点都集中于1个取值，3个取值、4个取值......等情况时，同样可以应用本发明所提供技术方案，即根据数据帧样点的取值分布，将数据帧中的样点划分为脉冲样点和非脉冲样点两类，然后对这两类样点分别进行编码，以提高编码效率，这些也应视为本发明的保护范围。
本领域普通技术人员可以理解：实现上述方法实施例的全部或部分步骤可以通过程序指令相关的硬件来完成，前述的程序可以存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，执行包括上述方法实施例的步骤；而前述的存储介质包括：ROM、RAM、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
实施例四：
相应于上面的方法实施例，本发明实施例还提供一种编码装置，参见图6所示，包括：分析单元410，样点分类单元420，第一编码单元430，第二编码单元440和复用单元450。
分析单元410，用于获得输入数据帧的每个样点的取值；
本发明实施例所提供的技术方案，是以帧为单位对输入数据进行编码。一个数据帧由若干样点(sample)所组成，每个样点都有各自的取值。编码装置在收到一个数据帧后，首先通过分析单元410获得每个样点的取值。
样点分类单元420，用于根据所述输入数据帧的样点取值分布，确定所述输入数据帧中的脉冲样点和非脉冲样点；
在音频信号中，有相当一部分数据帧具有如下特点：数据帧中绝大多数样点都集中于几个取值，只有少数样点的取值不同于其他样点，针对这种情况，本发明实施例将一个数据帧中的样点划分为两类，分别做不同的编码处理。其中，在一个数据帧中，少数取值不同于其他样点的样点，称为脉冲样点，其余的样点称为非脉冲样点。
要确定一个数据帧的脉冲样点和非脉冲样点，首先需要确定在该数据帧中哪些取值的出现概率比较高。可以根据样点取值分布的经验数据，预先确定出现概率高的样点取值。也可以根据输入数据帧的样点取值分布，实时地确定出现概率高的样点取值。
例如，在数据帧中，有两种取值出现的概率比较高，则可以分别令这两个取值为V0和V1。样点分类单元420可以包括：
二值确定子单元，用于确定所述输入数据帧的样点中，出现概率最高的两个样点取值V0和V1；例如，输入数据帧framen包括10个样点，取值依次为0222300420，则在这个数据帧中，出现概率最高的两个样点分别为0和2，可以令：V0＝0、V1＝2。
样点分类子单元，若在所述输入数据帧中，取值不等于V0且不等于V1的样点个数小于预设的阈值，则将所述取值不等于V0且不等于V1的样点确定为脉冲样点、将取值等于V0或V1的样点确定为非脉冲样点。在framen中，取值不等于V0且不等于V1的样点个数为2(即取值为3和取值为4的样点)，如果2小于预设的阈值K，则将取值为3和4的两个样点确定为脉冲样点，将取值等于0和2的样点确定为非脉冲样点。
如果不等于V0且不等于V1的样点的个数为0，由于0必定是小于K的，因此，这种情况下，依然将取值等于V0或V1的样点确定为非脉冲样点，并认为所确定的脉冲样点个数为0。
第一编码单元430，用于对确定的所述输入数据帧中的脉冲样点采用第一编码模式进行编码得到第一数据流；
对于脉冲样点进行编码的具体实现方式为：采用第一编码模式，分别对其幅值以及在原数据帧中的相对位置进行编码。
1)对脉冲样点幅值的编码。
首先需要计算编码每个脉冲样点幅值所需的比特数a，最简单的方法是找出幅值绝对值最大的脉冲样点，将编码该样点幅值所需的比特数作为编码每个脉冲样点幅值所需的比特数。例如，在framen中，脉冲样点最大幅值为4，使用自然二进制码编码幅值“4”需要3比特，则a＝3。对幅值“3”的编码结果为011、对幅值“4”的编码结果为100，编码两个脉冲样点的幅值共需6比特。
这里，也可以采用类似现有技术中动态范围编码的方法，对脉冲样点进行编码，例如，脉冲样点的最小值为3，最大值为4，编码二者的差值需要1比特，编码两个脉冲样点共需2比特，还需要用额外的2比特来表示最小值“3”，则编码framen中的两个脉冲样点的幅值共需4比特。
当然，还可以对脉冲样点的幅值与某个非脉冲样点的差值进行编码，或者采用其他方法对脉冲样点的幅值进行编码，这里不再一一列举。并且，为了描述方便，以上是以自然二进制编码为例进行说明，本领域技术人员可以理解的是，第一编码单元430也可以采用Huffman编码、Rice编码等熵编码方式对脉冲样点的幅值进行编码，本发明实施例对此不进行限定。
2)对脉冲样点位置的编码。
首先计算编码脉冲样点位置所需的比特数b。在framen中，共有10个样点，表示10个位置需要4个比特(3比特最多可以表示8个位置，4比特最多可以表示16个位置)，因此b＝4。其中两个脉冲样点分别位于第5和第8的位置，其相对于第一个样点的位置偏移分别为4和7，使用4比特分别对“4”和“7”进行编码，得到这两个脉冲样点的位置编码分别为“0100”和“0111”。
将上述1)、2)的编码结果进行复用，则对framen中的两个脉冲样点的编码后的第一数据流如下(假设对脉冲样点幅值的编码采用上述第一种方式)：
[011][0100][100][0111]
上面的中括号仅用于描述方便，并不是数据流中的真实内容。其中第一部分[011]表示第一个脉冲样点的幅值，第二部分[0100]表示第一个脉冲样点的相对位置；第三部分[100]表示第二个脉冲样点的幅值，第四部分[0111]表示第二个脉冲样点的相对位置，共14比特。
第二编码单元440，用于对确定的所述输入数据帧中的非脉冲样点采用第二编码模式进行编码得到第二数据流；
对非脉冲样点进行编码的具体实现方式为：采用第二编码模式，对每个非脉冲样点的幅值进行编码。例如，非脉冲样点有两种取值V0和V1，则可以使用1个比特对每个非脉冲样点进行编码，即对非脉冲样点采用二值编码。
复用单元450，用于对所述第一数据流和第二数据流进行复用，得到所述输入数据帧的输出编码数据流。
对上述的第一数据流和第二数据流进行复用，结果即为framen的输出编码数据流。当然，输出编码数据流中，需要携带有本帧数据的编码模式信息，用于标识本帧数据是采用第一编码模式+第二编码模式的结合模式，供解码端使用。
如果样点分类单元420确定出的脉冲样点个数为0，则所述第一数据流为空，对第一数据流和第二数据流进行复用后得到的输入数据帧的输出编码数据流即为第二数据流，在本帧的输出编码数据流中，需要携带有本帧数据的编码模式信息，用于标识本帧数据是采用第二编码模式，供解码端使用。
本实施例还提供一种解码装置，参见图7所示，包括：输入单元460，第一解码单元470，第二解码单元480，重建单元490。
输入单元460，用于获得数据帧的编码数据流；
第一解码单元470，用于采用第一编码模式对所述编码数据流进行解码，得到所述数据帧的脉冲样点信息；
例如，对于编码数据流中的第一数据流01101001000111，采用第二编码模式对其进行解码，根据a＝3、b＝4可知上述第一数据流共包括四部分信息，其中：
第一部分3比特[011]表示第一个脉冲样点的幅值，解码为3；
第二部分4比特[0100]表示第一个脉冲样点的相对位置，解码为4；
第三部分3比特[100]表示第二个脉冲样点的幅值，解码为4；
第四部分4比特[0111]表示第二个脉冲样点的相对位置，解码为7；
第二解码单元480，用于采用第二编码模式对所述编码数据流进行解码，得到所述数据帧的非脉冲样点信息；
例如，对于编码数据流中的第二数据流01110010，采用第二编码模式对其进行解码，即：
将第二数据流中的0值解码为0，将第二数据流中的1值解码为2，得到解码后的非脉冲样点序列为02220020。
重建单元490，用于根据所述脉冲样点信息与非脉冲样点信息，重建所述数据帧。
第一解码单元470，解码得到8个非脉冲样点，其幅值依次为02220020；第二解码单元480，解码得到两个脉冲样点，幅值分别为3和4，并且相对于帧内第一个样点的位置偏移分别为4和7。也就是说，重建后的数据帧，其第5个样点为脉冲样点，幅值为3、第8个样点为脉冲样点，幅值为4。然后将8个脉冲样点的幅值依次写入重建数据帧的剩余位置，最终即可得到重建的数据帧为0222300420。
需要说明的是，如果第一数据流为空，则只需第二解码单元480采用第二编码模式解出所有非脉冲样点的幅值，重建单元490直接利用非脉冲样点的幅值，即可完成对该数据帧的重建。
本实施例所提供的编码装置，将数据帧中的样点划分为脉冲样点和非脉冲样点两类，然后对这两类样点分别进行编码，最后对两类样点的编码结果进行复用得到该输入数据帧的输出编码数据流。去掉脉冲样点之后，非脉冲的样点的动态范围得到控制，使得编码每个非脉冲样点所需的比特数减小，有效提高了非脉冲样点的编码效率；同时，对于个别可能会导致整个数据帧动态范围增大的脉冲样点，也可以使用较少的比特单独对其进行编码。与现有技术相比，可以减少编码整个数据帧所需的比特数，提高压缩效率。
对于装置实施例而言，由于其基本相应于方法实施例，所以描述得比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性劳动的情况下，即可以理解并实施。
以上所述仅是本发明的具体实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (18)

1、一种编码方法，其特征在于，包括：
获得输入数据帧的每个样点的取值；
根据所述输入数据帧的样点取值分布，确定所述输入数据帧中的脉冲样点和非脉冲样点；
若确定为所述输入数据帧中的脉冲样点，则对所述脉冲样点采用第一编码模式进行编码得到第一数据流；
若确定为所述输入数据帧中的非脉冲样点，则对所述非脉冲样点采用第二编码模式进行编码得到第二数据流；
对所述第一数据流和第二数据流进行复用，得到所述输入数据帧的输出编码数据流。
2、根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述输入数据帧的样点取值分布，确定所述输入数据帧中的脉冲样点和非脉冲样点，包括：
确定所述输入数据帧的样点中，出现概率最高的两个样点取值V0和V1；
若在所述输入数据帧中，取值不等于V0且不等于V1的样点个数小于预设的阈值，则将所述取值不等于V0且不等于V1的样点确定为脉冲样点、将取值等于V0或V1的样点确定为非脉冲样点。
3、根据权利要求2所述的方法，其特征在于，如果在所述输入数据帧中，所确定的脉冲样点个数为0，则
所得到的所述输入数据帧的输出编码数据流为第二数据流。
4、根据权利要求2或3所述的方法，其特征在于，所述确定输入数据帧的样点中，出现概率最高的两个样点取值V0和V1，包括：
根据样点取值分布的经验数据，预先确定V0和V1，
或者，
根据所述输入数据帧的样点取值分布，确定所述输入数据帧的V0和V1。
5、根据权利要求1至3任一项所述的方法，其特征在于，所述对脉冲样点采用第一编码模式进行编码，包括：
对所述脉冲样点的幅值、以及所述脉冲样点在所述输入数据帧中的相对位置进行编码。
6、根据权利要求1至3任一项所述的方法，其特征在于，所述对非脉冲样点采用第二编码模式进行编码，包括：
对所述非脉冲样点的幅值进行编码。
7、一种解码方法，其特征在于，包括：
获得数据帧的编码数据流；
采用第一编码模式对所述编码数据流进行解码，得到所述数据帧的脉冲样点信息；采用第二编码模式对所述编码数据流进行解码，得到所述数据帧的非脉冲样点信息；
根据所述脉冲样点信息与非脉冲样点信息，重建所述数据帧；
其中，所述脉冲样点与非脉冲样点，由编码端根据输入数据帧的样点取值分布确定。
8、根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述采用第一编码模式对所述编码数据流进行解码，得到所述数据帧的脉冲样点信息，包括：
采用第一编码模式对所述编码数据流进行解码，得到所述数据帧的脉冲样点幅值、以及所述脉冲样点在所述数据帧中的相对位置。
9、根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述采用第二编码模式对所述编码数据流进行解码，得到所述数据帧的非脉冲样点信息，包括：
采用第二编码模式对所述编码数据流进行解码，得到所述数据帧的非脉冲样点幅值。
10、一种编码装置，其特征在于，包括：
分析单元，用于获得输入数据帧的每个样点的取值；
样点分类单元，用于根据所述输入数据帧的样点取值分布，确定所述输入数据帧中的脉冲样点和非脉冲样点；
第一编码单元，用于对确定的所述输入数据帧中的脉冲样点采用第一编码模式进行编码得到第一数据流；
第二编码单元，用于对确定的所述输入数据帧中的非脉冲样点采用第二编码模式进行编码得到第二数据流；
复用单元，用于对所述第一数据流和第二数据流进行复用，得到所述输入数据帧的输出编码数据流。
11、根据权利要求10所述的装置，其特征在于，所述样点分类单元，包括：
二值确定子单元，用于确定所述输入数据帧的样点中，出现概率最高的两个样点取值V0和V1；
样点分类子单元，若在所述输入数据帧中，取值不等于V0且不等于V1的样点个数小于预设的阈值，则将所述取值不等于V0且不等于V1的样点确定为脉冲样点、将取值等于V0或V1的样点确定为非脉冲样点。
12、根据权利要求11所述的装置，其特征在于，当所述样点分类子单元所确定的脉冲样点个数为0时，
所述复用单元得到的所述输入数据帧的输出编码数据流为第二数据流。
13、根据权利要求11或12所述的装置，其特征在于，
所述二值确定子单元，根据样点取值分布的经验数据，预先确定V0和V1，或者，根据所述输入数据帧的样点取值分布，确定所述输入数据帧的V0和V1。
14、根据权利要求10至12任一项所述的装置，其特征在于，
所述第一编码单元，用于对所述脉冲样点的幅值、以及所述脉冲样点在所述输入数据帧中的相对位置进行编码。
15、根据权利要求10至12任一项所述的装置，其特征在于，
所述第二编码单元，用于对所述非脉冲样点的幅值进行编码。
16、一种解码装置，其特征在于，包括：
输入单元，用于获得数据帧的编码数据流；
第一解码单元，用于采用第一编码模式对所述编码数据流进行解码，得到所述数据帧的脉冲样点信息；
第二解码单元，用于采用第二编码模式对所述编码数据流进行解码，得到所述数据帧的非脉冲样点信息；
重建单元，用于根据所述脉冲样点信息与非脉冲样点信息，重建所述数据帧；
其中，所述脉冲样点与非脉冲样点，由编码端根据输入数据帧的样点取值分布确定。
17、根据权利要求16所述的装置，其特征在于，
所述第一解码单元，用于采用第一编码模式对所述编码数据流进行解码，得到所述数据帧的脉冲样点幅值、以及所述脉冲样点在所述数据帧中的相对位置。
18、根据权利要求16所述的装置，其特征在于，
所述第二解码单元，用于采用第二编码模式对所述编码数据流进行解码，得到所述数据帧的非脉冲样点幅值。
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