CN101771417B - 信号编码、解码方法及装置、系统 - Google Patents

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Abstract

本发明实施例涉及一种信号编码、解码方法及装置、系统，其中方法包括：将核心层信号进行编码，得到核心层信号编码；根据增强层所能使用的比特数和所述核心层信号编码，选择需要进行增强层信号编码的增强样点；获取所述增强样点的增强层信号编码；输出包括所述核心层信号编码以及所述增强层信号编码的码流。本发明实施例根据增强层所能使用的比特数，选择具体需要进行增强层信号编解码的增强样点，对选择的增强样点进行增强层信号编解码，当没有充足的比特数供增强层使用时，能够提高核心层的增强质量。

Description

信号编码、解码方法及装置、系统
技术领域
本发明实施例涉及语音音频编解码领域，尤其涉及一种信号编码、解码方法及装置、系统。 
背景技术
在20世纪80年代，传统语音编解码方法均基于脉冲编码调制(Pulse Code Modulation，以下简称：PCM)技术，例如：G.711即是一种完全基于PCM的语音编解码技术，G.722则是基于自适应差分脉冲编码调制(Adaptive Differential Pulse Code Modulation，以下简称：ADPCM)的语音编解码技术，其中ADPCM为改进的PCM。这种技术通常用于窄带信号或宽带信号，由于人的发音范围也主要集中在窄带或宽带，所以该技术具有较好的语音编解码效果。 
随着网络技术的发展，网络带宽的日益增长，网络传输速率越来越高，人们对通信中语音音频的质量要求也越来越高，宽带、超宽带、甚至于全带和立体声的语音音频信号编解码传输技术已经被越来越多的通信标准组织列入了研究范围。为了避免与传统语音编解码方法不兼容，绝大多数带宽扩展技术标准采取在原有的窄带或宽带单声道编解码器基础上进行扩展的方法，例如国际电信通讯联盟(International Telecommunication Union，以下简称：ITU)的G.711的宽带扩展标准G.711.1以及G.711.1/G.722联合超宽带立体声扩展项目等。这些传统的窄带或宽带编解码方法被称之为其对应的扩展编解码器的核心层(core layer)。 
上述扩展的方法与传统的编解码方法相兼容，但也带来了一些问题，由于核心层一般采用简单的PCM编解码方法，其编解码质量不高，而其对应的 扩展方法为了保证整个宽带信号的质量，必须对核心层的编解码质量作进一步的增强。现有技术中核心层的编解码质量的增强方法一般分为以下两种： 
一种是不增加额外的比特，利用前处理(如噪声整形处理)技术或后处理技术进行核心层增强，其优点是不耗费额外的比特，但其适用范围有一定的局限性，对于大多数传统编解码器，使用该方法的不能得到较好的增强效果； 
另一种是在不改变传统核心层编解码方法的前提下，通过增加充足的标量量化或矢量量化比特，用以提高核心层编码的精度，从而增强核心层质量；该方法的缺点是需要大量额外的比特，如果核心层为基于PCM的标量量化器，则每个样点需要耗费2比特来增强，大大增加了扩展编解码器的负担，很多时候没有充足的比特，无法保证核心层的增强质量。 
发明内容
本发明实施例提供了一种信号编码、解码方法及装置、系统，当没有充足的比特数供增强层使用时，能提高核心层的增强质量。 
本发明实施例提供了一种信号编码方法，包括： 
将核心层信号进行编码，得到核心层信号编码； 
根据增强层所能使用的比特数和所述核心层信号编码，选择需要进行增强层信号编码的增强样点；所述选择增强样点包括：根据所述增强层所能使用的比特数和增强因子的乘积与样点总个数的关系，确定增强样点的个数； 
获取所述增强样点的增强层信号编码； 
输出包括所述核心层信号编码以及所述增强层信号编码的码流。 
本发明实施例提供了一种信号解码方法，包括： 
接收包括核心层信号编码以及增强层信号编码的码流； 
根据增强层所能使用的比特数和接收到的所述码流，选择需要进行增强层信号解码的增强样点；所述选择增强样点包括：根据所述增强层所能使用的比特数和增强因子的乘积与样点总个数的关系，确定增强样点的个数； 
将所述增强样点的所述增强层信号编码进行解码，得到增强层信号； 
根据所述增强层信号和所述码流，获得修正后的核心层信号。 
本发明实施例提供了一种信号编码装置，包括： 
核心层编码模块，用于将核心层信号进行编码，得到核心层信号编码； 
一个以上增强样点选择模块，用于根据增强层所能使用的比特数和所述核心层信号编码，选择需要进行增强层信号编码的增强样点； 
一个以上增强层编码模块，用于获取所述增强样点的增强层信号编码； 
输出模块，用于输出包括所述核心层信号编码以及所述增强层信号编码的码流；其中，所述增强层编码模块包括： 
残差符号获取单元，用于根据所述增强样点的原始信号与所述增强样点的核心层本地解码信号相减的结果得到残差符号； 
增强层编码单元，用于将所述残差符号进行编码，得到所述增强样点的增强层信号编码。 
本发明实施例提供了一种信号解码装置，包括： 
接收模块，用于接收包括核心层信号编码以及增强层信号编码的码流； 
一个以上增强样点选择模块，用于根据增强层所能使用的比特数和接收到的所述码流，选择需要进行增强层信号解码的增强样点； 
一个以上增强层解码模块，用于将所述增强样点的所述增强层信号编码进行解码，得到增强层信号； 
修正模块，用于根据所述增强层信号和所述码流，获得修正后的核心层信号；其中，所述增强层信号为指定残差的符号；所述修正模块包括： 
增强层信号索引获取单元，用于根据所述指定残差的符号和所述核心层信号索引，获得增强层信号索引； 
增强层量化单元，用于根据所述增强层信号索引，查找增强层信号索引对应的量化值； 
第一修正单元，用于将所述增强层信号索引对应的量化值与所述核心层信号预测值相加，得到所述修正后的核心层信号。 
本发明实施例提供了一种信号编解码系统，包括： 
信号编码装置，用于将核心层信号进行编码，得到核心层信号编码；根据增强层所能使用的比特数和所述核心层信号编码，选择需要进行增强层信号编码的增强样点；获取所述增强样点的增强层信号编码；输出包括所述核心层信号编码以及所述增强层信号编码的码流； 
信号解码装置，接收包括核心层信号编码以及增强层信号编码的码流；根据增强层所能使用的比特数和接收到的所述码流，选择需要进行增强层信号解码的增强样点；将所述增强样点的所述增强层信号编码进行解码，得到增强层信号；根据所述增强层信号和所述码流，获得修正后的核心层信号；其中，所述增强层编码模块包括： 
残差符号获取单元，用于根据所述增强样点的原始信号与所述增强样点的核心层本地解码信号相减的结果得到残差符号； 
增强层编码单元，用于将所述残差符号进行编码，得到所述增强样点的增强层信号编码。 
本发明实施例根据增强层所能使用的比特数，选择具体需要进行增强层信号编码的增强样点，对选择的增强样点进行增强层信号编解码，当没有充足的比特数供增强层使用时，能够提高核心层的增强质量。 
附图说明
图1为本发明实施例一信号编码方法的流程图； 
图2为本发明实施例二信号编码方法的流程图； 
图3为本发明实施例二信号编码方法中步骤203的流程图； 
图4为本发明实施例三信号编码方法中步骤203的流程图； 
图5为本发明实施例四信号编码方法中步骤203的流程图； 
图6为本发明实施例四信号编码方法中步骤203的示意图； 
图7为本发明实施例一信号解码方法的流程图； 
图8为本发明实施例二信号解码方法的流程图； 
图9为本发明实施例信号编码装置的结构示意图； 
图10为本发明实施例信号解码装置的结构示意图； 
图11为本发明实施例信号编解码系统的结构示意图。 
具体实施方式
下面通过附图和实施例，对本发明实施例的技术方案做进一步的详细描述。 
如图1所示，为本发明实施例一信号编码方法的流程图，具体包括如下步骤： 
步骤101、将核心层信号进行编码，得到核心层信号编码； 
步骤102、根据增强层所能使用的比特数和核心层信号编码，选择需要进行增强层信号编码的增强样点； 
步骤103、获取增强样点的增强层信号编码； 
步骤104、输出包括核心层信号编码以及增强层信号编码的码流。 
本实施例根据增强层所能使用的比特数，选择具体需要进行增强层信号编码的增强样点，对选择的增强样点进行增强层信号编码，当没有充足的比特数供增强层使用时，能够提高核心层的增强质量。 
如图2所示，为本发明实施例二信号编码方法的流程图，本实施例可以适用于基于PCM编码的扩展编码装置，即核心层信号编码方法可以为PCM编码方法；其核心层可以为采用ADPCM编码的G.722编码器，即核心层信号编码方法可以为ADPCM编码方法；本实施例也可以适用于其他基于PCM或者由PCM演变而来的扩展编码装置，例如以G.711/G.711.1为核心层或者带噪声整形或后处理的G.722/G.711/G.711.1为核心层的扩展编码装置等，即核心层信号编码方法可以为包含噪声整形的PCM/ADPCM编码方法；同时，还可以适用于其他类型的扩展，例如以窄带信号编码为核心层的宽带扩展或全带扩展或立体声扩展等。 
本实施例适用于G.722为核心层的扩展编码装置，其中，核心层信号包 括宽带信号和/或窄带信号。核心层可以以一个帧的样点为单位选取增强样点，也可以将每帧样点分为若干个子帧，以一个子帧的样点为单位选取增强样点；本实施例以一当前帧为例进行介绍。 
本实施例具体包括如下步骤： 
步骤201、将输入信号进行分带处理，得到宽带信号和窄带信号； 
宽带信号频率范围为4000-8000Hz，窄带信号频率范围为50-4000Hz；为了叙述方便，用N表示核心层宽带信号的当前帧样点的总个数，用S(n)表示第n个样点，1≤n≤N。 
步骤202、将宽带信号和窄带信号分别进行编码，得到宽带信号编码和窄带信号编码，即核心层信号编码； 
对于宽带信号，G.722采用ADPCM编码方法，对每个输入样点S(n)依次进行预测编码，得到预测值SH(n)；计算原始残差信号EH(n)，EH(n)＝S(n)-SH(n)；将EH(n)进行PCM编码，得到宽带信号索引IH(n)，具体地说，采用宽带信号量化表，查找该宽带信号量化表中与EH(n)最为接近的量化值，该量化值对应的索引即为该样点的宽带信号索引IH(n)；将EH(n)进行本地解码，得到本地解码后的残差信号DH(n)；将预测值与本地解码后的残差信号相加可以得到本地解码后的宽带信号Sd(n)，Sd(n)＝SH(n)+DH(n)。通过这种编码方法得到宽带信号编码，该宽带信号编码中包括宽带信号索引IH(n)和宽带信号预测值编码SH(n)。 
窄带信号的编码的方法与上述宽带信号的编码方法类似，在此不再赘述。 
对宽带信号和窄带信号进行核心层编码的同时，可以进行增强层信号编码，下述步骤203-204描述了选择增强样点和增强层信号编码的过程，可以在步骤202之后或与步骤202同时执行。 
步骤203、根据增强层所能使用的比特数，选择当前帧需要进行增强层信号编码的增强样点； 
用B表示增强层所能使用的比特数，用α表示增强因子，用N表示当前帧样点的总个数，用n表示样点的标号，0≤n≤N-1，用EN表示当前帧增强 样点的个数；本实施例中，α可以为1。 
根据B和α的乘积与N的关系，确定EN。本实施例可以根据B和α的乘积与N的关系，直接给EN赋值，进而选择EN个增强样点，如B＝19，α＝1，N＝40时，可以直接选择EN＝19个增强样点，也可以通过以下的实施方式选择增强样点。 
如图3所示，为本发明实施例二信号编码方法中步骤203的流程图，该步骤具体包括： 
步骤2031、判断B与α的乘积是否小于N，若是，则执行步骤2032；否则，执行步骤2033； 
步骤2032、确定EN等于B与α的乘积，即EN＝B，执行步骤2034；本实施例中，α为1，B与α的乘积小于N，表明当前没有充足的比特数供增强层使用，因此，需要根据EN和核心层的性质确定增强层当前帧所需增强的具体增强样点； 
步骤2033、确定EN等于N，选择当前帧所用样点为增强样点，结束；本实施例中，α为1，B与α的乘积大于或等于N，表明当前存在充足的比特数供增强层使用，因此，选择当前帧所有样点为增强样点； 
在执行完步骤2032后，可以根据指定信号的大小来确定增强样点，当指定信号的大小满足一定条件时，则将该样点选为增强样点。由于核心层在时域编码，因此指定信号可以为核心层时域PCM本地解码值，具体地，该指定信号可以为核心层本地解码后的残差信号，或者核心层本地解码后的信号(例如核心层本地解码后的宽带信号)，或者核心层本地解码并经过噪声整形后的信号，或者核心层本地解码并经过噪声整形后的残差信号。 
具体地说，选择增强样点包括：获取标号为n的样点的指定信号的滑动平均值；该滑动平均值为标号小于n的样点的指定信号绝对值的平均值；根据滑动平均值，确定标号为n的样点是否为需要进行增强层信号编码的增强样点。 
进一步的，其中确定标号为n的样点是否为需要增强层信号编码的增强 样点包括：若n＝0，则将标号为0的样点选为需要增强层信号编码的增强样点；若n≠0，则判断剩下样点个数加上已选择的增强样点个数是否等于EN；若是，则将剩下样点选为需要增强层信号编码的增强样点，结束；否则，则判断标号为n的样点的指定信号的绝对值是否大于滑动平均值，若是，则将标号为n的样点选为需要增强层信号编码的增强样点，直至增强样点个数等于EN；否则，则标号为n的样点不选为需要增强层信号编码的增强样点。 
采用一种较佳的实施方式描述上述过程，即：在执行完步骤2032后，执行步骤2034-203B，在步骤2034-203B中，以指定信号为核心层本地解码后的残差信号进行说明。 
步骤2034、将n赋值为0，将当前帧的标号为0的样点选为增强样点，即将当前帧的第一个样点选为增强样点；由于还没有滑动平均值，假设每一帧的第一个样点总满足条件； 
步骤2035、判断已选择的增强样点的个数是否等于EN，若是，则结束；否则，执行步骤2036； 
当选择了第一个样点作为增强样点后，本步骤判断已选择的增强样点的个数是否等于EN，也就是说，本步骤判断EN是否等于1，当EN等于1时，将第一个样点选为增强样点后，结束步骤203。 
步骤2036、将n赋值为n+1； 
步骤2037、判断标号为n样点的核心层本地解码后的残差信号绝对值是否大于标号小于n的样点核心层本地解码后的残差信号的滑动平均值，若是，则执行步骤2038；否则，执行步骤2036； 
其中，标号为n样点的核心层本地解码后的残差信号绝对值为abs(DH(n))，标号小于n的样点核心层本地解码后的残差信号的滑动平均值为[abs(DH(0))+abs(DH(1))+......+abs(DH(n-1))]÷n。在实际应用中，为了简化计算复杂度，可以将除法计算转化为乘法计算，例如：用“threshold_avg”表示abs(DH(0))+abs(DH(1))+......+abs(DH(n-1))，本步骤中判断过程即为判断abs(DH(n))×n是否大于“threshold_avg”。 
步骤2038、将标号为n的样点选为增强样点； 
步骤2039、判断已选择的增强样点的个数是否等于EN，若是，则结束；否则，执行步骤203A； 
步骤203A、判断剩下样点的个数加上已选择的增强样点的个数是否等于EN，若是，则执行步骤203B；否则，执行步骤2036； 
其中剩下样点是指其他还未经过步骤2037的样点。 
步骤203B、将剩下样点全部选为增强样点，结束。 
步骤204、将增强样点的指定残差的符号进行编码，得到增强层信号编码； 
本步骤可以通过以下实施方式来实现：根据增强样点的原始信号与增强样点的核心层本地解码信号相减的结果得到残差符号，将该残差符号进行编码，得到增强样点的增强层信号编码；其中原始信号可以为核心层的输入信号或核心层中输入PCM编码的信号，核心层本地解码信号可以为核心层的本地解码信号或核心层中PCM本地解码的信号； 
具体地，可以根据增强样点的原始残差信号EH(n)与核心层本地解码后的残差信号DH(n)相减的结果得到残差符号，将该残差符号进行编码，得到增强样点的增强层信号编码； 
本实施例在增强层中对所选择的增强样点进行残差编码，具体采用编码残差符号的方法。将EH(n)与DH(n)相减，等价于原始宽带信号S(n)与本地解码后的宽带信号Sd(n)相减，根据该相减结果得到残差符号，将该残差符号进行编码。举例来说，判断EH(n)与DH(n)相减是否大于或等于0，若是，得到残差符号为正，在增强层信号编码写入1比特“1”表示残差符号为正；否则，得到残差符号为负，在增强层信号编码写入1比特“0”表示残差符号为负。这种对残差符号进行编码的方法具有复杂度低、效率高等优点。 
步骤205、输出包括核心层信号编码以及增强层信号编码的码流。 
本实施例中上述步骤201-205描述了没有反馈机制的信号编码方法，本实施例还可以进一步应用于带反馈机制的编码装置，具体地说，在步骤205 之前还可以包括：将增强样点的增强层编码进行本地解码；根据本地解码后的增强层信号，对核心层本地解码后的信号Sd(n)进行修正；根据修正后的核心层信号，确定后续样点的宽带信号预测值，从而提高后续样点的预测精度。 
作为一种更优的实施方式，如果B足够大时，可以首先设定增强因子α＝1，将当前帧的所有样点为增强样点；然后再将α调整为其他小于1的值，例如α＝0.475或更小的值，这样余下的比特数(即B-B*α)可以用于进一步增强，进一步提高了信号编解码的精度。 
如果核心层带有缓存或预测机制，即核心层对当前样点编码时需要之前样点的本地解码值时，如本实施例中G.722的核心层对当前样点预测时需要用到之前样点的本地解码值，这种时候可以将增强层信号编码作为缓存值，从而提高核心层后续编码精度。 
本实施例中，根据增强层所能使用的比特数自适应调整核心层增强的方法，当存在充足的比特数供增强层使用，可以选择当前帧所用样点为增强样点，当没有充足的比特数供增强层使用，根据EN和核心层的性质确定增强层当前帧所需增强的具体增强样点，做到了核心层质量和扩展层质量的有效平衡；有效地利用了核心层编码和本地解码的信息得到增强层编码，减少了增强层的比特数消耗；并且，本实施例还可以根据本地解码的增强层信号，对Sd(n)进行修正，进而确定后续样点的宽带信号预测值，提高了后续样点的预测精度。 
如图4所示，为本发明实施例三信号编码方法中步骤203的流程图，实施例三与实施例二的区别在于步骤203，本实施例的步骤203中，在执行完步骤2032后，包括： 
步骤301、计算当前帧所有样点指定信号绝对值的平均值； 
步骤302、从第一个样点开始，顺序选择指定信号绝对值大于该平均值的样点作为增强样点，直至增强样点的个数等于EN。 
如图5所示，为本发明实施例四信号编码方法中步骤203的流程图，如图6所示，为本发明实施例四信号编码方法中步骤203的示意图，实施例四 与实施例二的区别在于步骤203，本实施例的步骤203中，在执行完步骤2032后，包括： 
步骤401、每隔一个样点选择一个样点作为增强样点； 
见图6，在样点D(0)、D(1)、......、D(N-2)、D(N-1)中，每隔一个样点选择一个样点作为增强样点，例如选择D(0)、D(2)、......、D(N-2)。 
步骤402、判断选择的增强样点的个数，若该个数大于EN，执行步骤403；若该个数小于EN，执行步骤404；若该个数等于EN，结束； 
步骤403、从增强样点中的指定样点开始，顺序去除增强样点，直至增强样点的个数等于EN； 
见图6，从指定样点D(4)开始，顺序去除增强样点，如：D(4)和D(6)，直至增强样点的个数等于EN。 
步骤404、从第一个未被选择的样点开始，顺序选择未被选择的样点作为增强样点，直至增强样点的个数等于EN。 
见图6，从第一个未被选择的样点D(1)开始，顺序选择未被选择的样点作为增强样点，如：D(1)、D(3)、D(5)，直至增强样点的个数等于EN。 
如图7所示，为本发明实施例一信号解码方法的流程图，具体包括如下步骤： 
步骤501、接收包括核心层信号编码以及增强层信号编码的码流； 
步骤502、根据增强层所能使用的比特数和接收到的码流，选择需要进行增强层信号解码的增强样点； 
步骤503、将增强样点的增强层信号编码进行解码，得到增强层信号； 
步骤504、根据增强层信号和码流，获得修正后的核心层信号。 
本实施例根据增强层所能使用的比特数，选择具体的需要进行增强层信号解码的增强样点，对选择的增强样点进行增强层信号解码，当没有充足的比特数供增强层使用时，能够提高核心层的增强质量。 
如图8所示，为本发明实施例二信号解码方法的流程图，本实施例可以适用于基于PCM解码的扩展解码装置，即核心层信号解码方法可以为PCM 解码方法；其核心层可以为采用ADPCM解码的G.722解码器，即核心层信号解码方法可以为ADPCM解码方法；本实施例也可以适用于其他基于PCM或者由PCM演变而来的扩展解码装置，例如以G.711/G.711.1为核心层或者带噪声整形或后处理的G.722/G.711/G.711.1为核心层的扩展解码装置等，即核心层信号解码方法可以为包含噪声整形的PCM/ADPCM解码方法；同时，还可以适用于其他类型的扩展，例如以窄带信号解码为核心层的宽带扩展或全带扩展或立体声扩展等。 
本实施例适用于G.722为核心层的扩展解码装置，其中，核心层包括宽带信号和窄带信号。核心层可以以一个帧的样点为单位选取增强样点，也可以将每帧样点分为若干个子帧，以一个子帧的样点为单位选取增强样点；本实施例以一当前帧为例进行介绍。 
本实施例具体包括如下步骤： 
步骤601、接收包括核心层信号编码以及增强层信号编码的码流；核心层信号编码包括宽带信号编码和窄带信号编码； 
步骤602、将窄带信号编码和宽带信号编码分别进行解码，得到窄带信号和宽带信号； 
对于宽带信号编码，G.722采用ADPCM解码方法：将宽带信号预测值编码进行解码得到宽带信号预测值SH(n)(即核心层信号预测值)；对宽带信号索引IH(n)(即核心层信号索引)进行PCM解码，得到核心层解码后的预测残差信号，其值与核心层本地解码后的残差信号DH(n)相同；进而，将宽带信号预测值与核心层解码后的预测残差信号相加，得到核心层解码后的宽带信号Sd(n)，Sd(n)＝SH(n)+DH(n)。 
窄带信号的解码的方法与上述宽带信号的解码方法类似，在此不再赘述。 
对宽带信号和窄带信号进行核心层解码的同时，可以进行增强层信号解码，下述步骤603-604描述了选择增强样点和增强层信号解码的过程，可以在步骤602之后或与步骤602同时执行。 
步骤603、根据增强层所能使用的比特数，选择当前帧需要进行增强层 信号解码的增强样点； 
用B表示增强层所能使用的比特数，用α表示增强因子，用N表示当前帧样点的总个数，用n表示样点的标号，0≤n≤N-1，用EN表示当前帧增强样点的个数；本实施例中，α可以为1。 
根据B和α的乘积与N的关系，确定EN。本实施例可以根据B和α的乘积与N的关系，直接给EN赋值，进而选择EN个增强样点，也可以通过以下的实施方式选择增强样点。 
本实施例中，首先判断B与α的乘积是否小于N，若是，则确定EN等于B与α的乘积，选择EN个当前帧增强样点，表明当前没有充足的比特数供增强层使用，因此，需要根据EN和核心层的性质确定增强层当前帧所需增强的具体增强样点；否则，确定EN等于N，表明当前存在充足的比特数供增强层使用，因此，选择当前帧所用样点为增强样点。 
其中，选择EN个当前帧增强样点可以采用以下三种方式： 
第一种方式：获取标号为n的样点的指定信号的滑动平均值；该滑动平均值为标号小于n的样点的指定信号绝对值的平均值；根据滑动平均值，确定标号为n的样点是否为需要进行增强层信号解码的增强样点。进一步的，其中确定标号为n的样点是否为需要增强层信号解码的增强样点包括：若n＝0，则将标号为0的样点选为需要增强层信号解码的增强样点；若n≠0，则判断剩下样点个数加上已选择的增强样点个数是否等于EN；若是，则将剩下样点选为需要增强层信号解码的增强样点，结束；否则，则判断标号为n的样点的指定信号的绝对值是否大于滑动平均值，若是，则将标号为n的样点选为需要增强层信号解码的增强样点，直至增强样点个数等于EN；否则，则标号为n的样点不选为需要增强层信号解码的增强样点。其中，该指定信号可以为核心层解码后的预测残差信号，或者核心层解码后的信号(例如核心层解码后的宽带信号)，或者核心层解码并经过噪声整形后的信号或核心层解码并经过噪声整形后的残差信号。具体地说，这种方式可以与上述信号编码方法实施例二中所述的选择增强样点的方法相同。 
第二种方式：计算当前帧所有样点指定信号绝对值的平均值；从第一个样点开始，顺序选择指定信号绝对值大于平均值的样点作为增强样点，直至增强样点的个数等于EN。其中，该指定信号可以为核心层解码后的预测残差信号，或者核心层解码后的信号(例如核心层解码后的宽带信号)，或者核心层解码并经过噪声整形后的信号或核心层解码并经过噪声整形后的残差信号。具体地说，这种方式可以与上述信号解码方法实施例三中所述的选择增强样点的方法相同。 
第三种方式：每隔一个样点选择一个样点作为增强样点；当增强样点的个数大于EN时，从增强样点中的指定样点开始，顺序去除增强样点，直至增强样点的个数等于EN；当增强样点的个数小于EN时，从第一个未被选择的样点开始，顺序选择未被选择的样点作为增强样点，直至增强样点的个数等于EN。具体地说，这种方式可以与上述信号解码方法实施例四中所述的选择增强样点的方法相同。 
步骤604、将增强样点的增强层信号编码进行解码，得到增强层信号； 
本实施例中增强层信号为指定残差的符号，举例来说，若增强层信号编码为1比特“1”，则表示指定残差的符号为正；若增强层信号编码为1比特“0”，则表示指定残差的符号为负。 
步骤605、根据指定残差的符号和核心层信号索引，获得增强层信号索引IH_new(n)； 
本实施例中核心层信号索引具体为宽带信号索引IH(n)，该宽带信号索引IH(n)为宽带信号量化表对应的索引，本实施例采用更为细化的增强层信号量化表，并将宽带信号索引IH(n)修正为增强层信号索引IH_new(n)，具体地，可以采用预先设定的算法对宽带信号索引IH(n)进行修正。 
举例来说，可以采用简单的二进制左移方法，当指定残差的符号为正时，将IH(n)的二进制位数左移1位，最后1位设定为“1”，即IH_new(n)＝IH(n)*2+1；当指定残差的符号为负时，将IH(n)的二进制位数左移1位，最后1位设定为“0”，即IH_new(n)＝IH(n)*2。 
步骤606、根据增强层信号索引IH_new(n)，查找增强层信号量化表，得到IH_new(n)对应的量化值； 
步骤607、将IH_new(n)对应的量化值与宽带信号预测值SH(n)(即核心层信号预测值)相加，得到修正后的核心层信号。 
本实施例中，根据增强层所能使用的比特数，选择具体的增强样点，对选择的增强样点进行增强层信号解码，当没有充足的比特数供增强层使用时，也能提高核心层的增强质量；并且，本实施例根据指定残差的符号，对宽带信号索引进行修正，进而得到更为精确的宽带信号。 
本发明实施例三信号解码方法与实施例二的区别在于获取修正后的核心层信号的方法不同，本实施例获取修正后的核心层信号的方法具体包括：根据指定残差的符号，利用预先设定的修正因子，对核心层解码后的预测残差信号进行修正；将修正后的核心层预测残差信号与核心层信号预测值相加，得到修正后的核心层信号。 
举例来说，若在宽带信号量化表中共有4个量化值，该4个量化值对应的宽带信号索引分别为0、1、2、3，为了与修正后的宽带信号的索引的对应关系保持一致，需要预先设定4个修正因子，分别为attenu0、attenu1、attenu2、attenu3，如表1所示，为指定残差的符号、IH(n)、修正因子与修正后的预测残差信号的对照表。 
表1.指定残差的符号、IH(n)、修正因子与修正后的预测残差信号的对照表 
Figure GDA0000090315890000151
如表1所示，当指定残差的符号为正时，对于宽带信号索引为IH(n)＝0的样点来说，采用修正因子attenu0，对解码后的预测残差信号DH(n)进行修正，得到修正后的结果为DH(n)*attenu0四舍五入取整的结果。 
本实施例中，上述4个修正因子可以为不同的值，也可以为相同的值，或者为任意两两相同的值；其中，取整的方法可以为上述四舍五入的方法，也可以为直接取整的方法。 
如图9所示，为本发明实施例信号编码装置的结构示意图，本实施例具体包括：核心层编码模块11、一个以上增强样点选择模块、一个以上增强层编码模块以及输出模块12，图9中仅示出包括一个增强样点选择模块13和一个增强层编码模块14的例子，其中核心层编码模块11将核心层信号进行编码，得到核心层信号编码；增强样点选择模块13根据增强层所能使用的比特数和核心层信号编码，选择需要进行增强层信号编码的增强样点；增强层编码模块14获取增强样点的增强层信号编码；输出模块12，用于输出包括核心层信号编码以及增强层信号编码的码流。 
当本实施例包含多个增强层编码模块时，本实施例为可伸缩的分层结构，其扩展层为多个，每个扩展层包括一个增强层编码模块，每个扩展层都可以分配一定的比特数用于增强宽带核心层的质量，从而实现了嵌入式编码。在多个扩展层中至少一层包含增强样点选择模块，也可以部分或全部扩展层都包含增强样点选择模块。下面以包括两个增强层编码模块(分别为第一增强 层编码模块和第二增强层编码模块)为例进行说明： 
分别给第一增强层编码模块和第二增强层编码模块分配A和B的比特数；增强样点选择模块根据比特数A选择需要第一增强层编码模块进行增强层信号编码的a个增强样点，根据比特数B选择需要第二增强层编码模块进行增强层信号编码的b个增强样点；第一增强层编码模块采用比特数A对a个增强样点的增强层信号进行编码，第二增强层编码模块采用比特数B对b个增强样点的增强层信号进行编码；输出模块将包括核心层信号编码、第一增强层编码模块输出的增强层信号编码以及第二增强层编码模块输出的增强层信号编码的码流进行输出。其中，第一增强层编码模块和第二增强层编码模块可以采用相同的增强层编码方法，也可以采用不同的增强层编码方法。 
上述增强层编码模块14可以具体用于将增强样点的指定残差的符号进行编码，得到所述增强层信号编码。进一步的，若采用编码残差符号的方法，本实施例的增强层编码模块14可以包括：残差符号获取单元15和增强层编码单元16；其中残差符号获取单元15根据增强样点的原始信号与增强样点的核心层本地解码信号相减的结果得到残差符号；增强层编码单元16将残差符号进行编码，得到增强样点的增强层信号编码。 
本实施例若采用反馈机制，还可以包括：本地解码模块17、修正模块18和预测值获取模块19；其中，本地解码模块17将增强样点的增强层信号编码进行本地解码；修正模块18根据本地解码后的增强层信号，对核心层本地解码后的信号进行修正；预测值获取模块19根据修正后的核心层信号，确定后续样点的核心层信号的预测值。 
本实施例根据增强层所能使用的比特数，选择具体需要进行增强层信号编码的增强样点，对选择的增强样点进行增强层信号编码，当没有充足的比特数供增强层使用时，能够提高核心层的增强质量。 
如图10所示，为本发明实施例信号解码装置的结构示意图，本实施例具体包括：接收模块21、一个以上增强样点选择模块、一个以上增强层解码模块以及修正模块22；图10中仅示出包括一个增强样点选择模块23和一个增 强层解码模块24的例子，其中，接收模块21接收包括核心层信号编码以及增强层信号编码的码流；增强样点选择模块23根据增强层所能使用的比特数和接收到的码流，选择需要进行增强层信号解码的增强样点；增强层解码模块24将增强样点的增强层信号编码进行解码，得到增强层信号；修正模块22根据增强层信号和码流，获得修正后的核心层信号。 
本实施例还可以包括核心层解码模块25，该核心层解码模块25将核心层信号编码进行解码，得到核心层信号预测值、核心层信号索引、核心层解码后的预测残差信号以及核心层解码后的信号。 
当本实施例包含多个增强层解码模块时，本实施例为可伸缩的分层结构，其扩展层为多个，每个扩展层包括一个增强层解码模块，每个扩展层都可以分配一定的比特数用于增强宽带核心层的质量，从而实现了嵌入式解码。在多个扩展层中至少一层包含增强样点选择模块，也可以部分或全部扩展层都包含增强样点选择模块。下面以包括两个增强层解码模块(分别为第一增强层解码模块和第二增强层解码模块)为例进行说明： 
分别给第一增强层解码模块和第二增强层解码模块分配A和B的比特数；增强样点选择模块根据比特数A选择需要第一增强层解码模块进行增强层信号解码的a个增强样点，根据比特数B选择需要第二增强层解码模块进行增强层信号解码的b个增强样点；第一增强层解码模块采用比特数A对a个增强样点的增强层信号进行解码，第二增强层解码模块采用比特数B对b个增强样点的增强层信号进行解码；修正模块分别根据第一增强层解码模块输出的增强层信号以及第二增强层解码模块输出的增强层信号，获取修正后的核心层信号。其中，第一增强层解码模块和第二增强层解码模块可以采用相同的增强层解码方法，也可以采用不同的增强层解码方法。 
进一步的，若增强层信号为指定残差的符号，则修正模块22可以包括：增强层信号索引获取单元26、增强层量化单元27以及第一修正单元28，其中增强层信号索引获取单元26根据指定残差的符号和核心层信号索引，获得增强层信号索引；增强层量化单元27根据增强层信号索引，查找增强层信号 索引对应的量化值；第一修正单元28将增强层信号索引对应的量化值与核心层信号预测值相加，得到修正后的核心层信号。修正模块22还可以包括：第二修正单元和核心层信号获取单元；其中第二修正单元根据指定残差的符号，利用预先设定的修正因子，对核心层解码后的预测残差信号进行修正；核心层信号获取单元将修正后的核心层预测残差信号与核心层信号预测值相加，得到修正后的核心层信号。 
本实施例根据增强层所能使用的比特数，选择具体的需要进行增强层信号解码的增强样点，对选择的增强样点进行增强层信号解码，当没有充足的比特数供增强层使用时，能够提高核心层的增强质量。 
如图11所示，为本发明实施例信号编解码系统的结构示意图，本实施例具体包括信号编码装置31和信号解码装置32，其中信号编码装置31将核心层信号进行编码，得到核心层信号编码；根据增强层所能使用的比特数和核心层信号编码，选择需要进行增强层信号编码的增强样点；获取增强样点的增强层信号编码；输出包括核心层信号编码以及增强层信号编码的码流；信号解码装置32接收包括核心层信号编码以及增强层信号编码的码流；根据增强层所能使用的比特数和接收到的码流，选择需要进行增强层信号解码的增强样点；将增强样点的增强层信号编码进行解码，得到增强层信号；根据增强层信号和码流，获得修正后的核心层信号。 
本实施例中信号编码装置31可以为上述本发明实施例信号编码装置所述的任一实施例，信号解码装置32可以为上述本发明实施例信号解码装置所述的任一实施例。 
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。 
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明实施例的技术方案，而 非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明实施例进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例各实施例技术方案的精神和范围。 

Claims (25)

1.一种信号编码方法，其特征在于包括：
将核心层信号进行编码，得到核心层信号编码；
根据增强层所能使用的比特数和所述核心层信号编码，选择需要进行增强层信号编码的增强样点；所述选择增强样点包括：根据所述增强层所能使用的比特数和增强因子的乘积与样点总个数的关系，确定增强样点的个数；
获取所述增强样点的增强层信号编码；
输出包括所述核心层信号编码以及所述增强层信号编码的码流。
2.根据权利要求1所述的信号编码方法，其特征在于：
所述将核心层信号进行编码的方法包括脉冲编码调制PCM编码方法或者自适应差分脉冲编码调制ADPCM编码方法或者包含噪声整形的PCM/ADPCM编码方法。
3.根据权利要求1所述的信号编码方法，其特征在于，用N表示样点的总个数，用EN表示增强样点的个数，用n表示样点的标号，0≤n≤N-1；所述选择需要进行增强层信号编码的增强样点包括：
获取标号为n的样点的指定信号的滑动平均值；所述滑动平均值为标号小于n的样点的指定信号绝对值的平均值；
根据所述滑动平均值，确定标号为n的样点是否为所述需要进行增强层信号编码的增强样点。
4.根据权利要求3所述的信号编码方法，其特征在于，所述根据所述滑动平均值，确定标号为n的样点是否为所述需要增强层信号编码的增强样点包括：
若n＝0，则将标号为0的样点选为所述需要增强层信号编码的增强样点；
若n≠0，则判断剩下样点个数加上已选择的增强样点个数是否等于EN；
若是，则将所述剩下样点选为所述需要增强层信号编码的增强样点，结束；
否则，则判断标号为n的样点的指定信号的绝对值是否大于所述滑动平均值，若是，则将所述标号为n的样点选为所述需要增强层信号编码的增强样点，直至增强样点个数等于EN；否则，则所述标号为n的样点不选为所述需要增强层信号编码的增强样点。
5.根据权利要求1所述的信号编码方法，其特征在于，用EN表示增强样点的个数；所述选择需要进行增强层信号编码的增强样点包括：
计算所有样点指定信号绝对值的平均值；
从第一个样点开始，顺序选择指定信号绝对值大于所述平均值的样点作为所述需要进行增强层信号编码的增强样点，直至增强样点的个数等于EN。
6.根据权利要求3或4或5所述的信号编码方法，其特征在于，所述指定信号为核心层本地解码后的残差信号或核心层本地解码后的信号或核心层本地解码并经过噪声整形后的信号或核心层本地解码并经过噪声整形后的残差信号。
7.根据权利要求1所述的信号编码方法，其特征在于，用EN表示增强样点的个数；所述选择需要进行增强层信号编码的增强样点包括：
每隔一个样点选择一个样点作为需要进行增强层信号编码的增强样点；
当增强样点的个数大于EN时，从增强样点中的指定样点开始，顺序去除增强样点，直至增强样点的个数等于EN；
当增强样点的个数小于EN时，从第一个未被选择的样点开始，顺序选择未被选择的样点作为增强样点，直至增强样点的个数等于EN。
8.根据权利要求1或2所述的信号编码方法，其特征在于，所述获取增强样点的增强层信号编码包括：
将所述增强样点的指定残差的符号进行编码，得到所述增强层信号编码。
9.根据权利要求8所述的信号编码方法，其特征在于，所述将增强样点的指定残差的符号进行编码包括：
根据所述增强样点的原始信号与所述增强样点的核心层本地解码信号相减的结果得到残差符号；所述原始信号为核心层的输入信号或核心层中输入PCM编码的信号；所述核心层本地解码信号为所述核心层的本地解码信号或所述核心层中PCM本地解码的信号；
将所述残差符号进行编码，得到所述增强样点的增强层信号编码。
10.根据权利要求2所述的信号编码方法，其特征在于，在输出码流之前还包括：
将所述增强样点的增强层信号编码进行本地解码；
根据所述本地解码后的增强层信号，对所述核心层本地解码后的信号进行修正；
根据修正后的核心层信号，确定后续样点的核心层信号的预测值。
11.一种信号解码方法，其特征在于包括：
接收包括核心层信号编码以及增强层信号编码的码流；
根据增强层所能使用的比特数和接收到的所述码流，选择需要进行增强层信号解码的增强样点；所述选择增强样点包括：根据所述增强层所能使用的比特数和增强因子的乘积与样点总个数的关系，确定增强样点的个数；
将所述增强样点的所述增强层信号编码进行解码，得到增强层信号；
根据所述增强层信号和所述码流，获得修正后的核心层信号。
12.根据权利要求11所述的信号解码方法，其特征在于还包括：将所述核心层信号编码进行解码，得到核心层信号预测值、核心层信号索引、核心层解码后的预测残差信号以及核心层解码后的信号；
所述将核心层信号进行解码的方法包括脉冲编码调制PCM解码方法或者自适应差分脉冲编码调制ADPCM解码方法或者包含噪声整形的PCM/ADPCM解码方法。
13.根据权利要求11所述的信号解码方法，其特征在于，用N表示样点的总个数，用EN表示增强样点的个数，用n表示样点的标号，0≤n≤N-1；所述选择需要进行增强层信号解码的增强样点包括：
获取标号为n的样点的指定信号的滑动平均值；所述滑动平均值为标号小于n的样点的指定信号绝对值的平均值；
根据所述滑动平均值，确定标号为n的样点是否为所述需要进行增强层信号解码的增强样点。
14.根据权利要求13所述的信号解码方法，其特征在于，所述根据所述滑动平均值，确定标号为n的样点是否为所述需要增强层信号解码的增强样点包括：
若n＝0，则将标号为0的样点选为所述需要增强层信号解码的增强样点；
若n≠0，则判断剩下样点个数加上已选择的增强样点个数是否等于EN；
若是，则将所述剩下样点选为所述需要增强层信号解码的增强样点，结束；
否则，则判断标号为n的样点的指定信号的绝对值是否大于所述滑动平均值，若是，则将所述标号为n的样点选为所述需要增强层信号解码的增强样点，直至增强样点个数等于EN；否则，则所述标号为n的样点不选为所述需要增强层信号解码的增强样点。
15.根据权利要求11所述的信号解码方法，其特征在于，用EN表示增强样点的个数；所述需要进行增强层信号解码的增强样点包括：
计算所有样点指定信号绝对值的平均值；
从第一个样点开始，顺序选择指定信号绝对值大于所述平均值的样点作为所述需要进行增强层信号解码的增强样点，直至增强样点的个数等于EN。
16.根据权利要求13或14或15所述的信号解码方法，其特征在于，所述指定信号为核心层解码后的信号或核心层解码后的预测残差信号或核心层解码并经过噪声整形后的信号或核心层解码并经过噪声整形后的残差信号。
17.根据权利要求11所述的信号解码方法，其特征在于，用EN表示增强样点的个数；所述需要进行增强层信号解码的增强样点包括：
每隔一个样点选择一个样点作为需要进行增强层信号解码的增强样点；
当增强样点的个数大于EN时，从增强样点中的指定样点开始，顺序去除增强样点，直至增强样点的个数等于EN；
当增强样点的个数小于EN时，从第一个未被选择的样点开始，顺序选择未被选择的样点作为增强样点，直至增强样点的个数等于EN。
18.根据权利要求11所述的信号解码方法，其特征在于还包括：将所述核心层信号编码进行解码，得到核心层信号预测值、核心层信号索引、核心层解码后的预测残差信号以及核心层解码后的信号；
所述增强层信号为指定残差的符号；所述根据增强层信号，获得修正后的核心层信号包括：
根据所述指定残差的符号和所述核心层信号索引，获得增强层信号索引；
根据所述增强层信号索引，查找增强层信号索引对应的量化值；
将所述增强层信号索引对应的量化值与所述核心层信号预测值相加，得到所述修正后的核心层信号。
19.根据权利要求11所述的信号解码方法，其特征在于还包括：将所述核心层信号编码进行解码，得到核心层信号预测值、核心层信号索引、核心层解码后的预测残差信号以及核心层解码后的信号；
所述增强层信号为指定残差的符号；所述根据增强层信号，获得修正后的核心层信号包括：
根据所述指定残差的符号，利用预先设定的修正因子，对所述核心层解码后的预测残差信号进行修正；
将修正后的核心层预测残差信号与所述核心层信号预测值相加，得到所述修正后的核心层信号。
20.一种信号编码装置，其特征在于包括：
核心层编码模块，用于将核心层信号进行编码，得到核心层信号编码；
一个以上增强样点选择模块，用于根据增强层所能使用的比特数和所述核心层信号编码，选择需要进行增强层信号编码的增强样点；
一个以上增强层编码模块，用于获取所述增强样点的增强层信号编码；
输出模块，用于输出包括所述核心层信号编码以及所述增强层信号编码的码流；其中，所述增强层编码模块包括：
残差符号获取单元，用于根据所述增强样点的原始信号与所述增强样点的核心层本地解码信号相减的结果得到残差符号；
增强层编码单元，用于将所述残差符号进行编码，得到所述增强样点的增强层信号编码。
21.根据权利要求20所述的信号编码装置，其特征在于，所述增强层编码模块具体用于将所述增强样点的指定残差的符号进行编码，得到所述增强层信号编码。
22.根据权利要求20或21所述的信号编码装置，其特征在于还包括：
本地解码模块，用于将所述增强样点的增强层信号编码进行本地解码；
修正模块，用于根据所述本地解码后的增强层信号，对所述核心层本地解码信号进行修正；
预测值获取模块，根据修正后的核心层信号，确定后续样点的核心层信号的预测值。
23.一种信号解码装置，其特征在于包括：
接收模块，用于接收包括核心层信号编码以及增强层信号编码的码流；
一个以上增强样点选择模块，用于根据增强层所能使用的比特数和接收到的所述码流，选择需要进行增强层信号解码的增强样点；
一个以上增强层解码模块，用于将所述增强样点的所述增强层信号编码进行解码，得到增强层信号；
核心层解码模块，用于将所述核心层信号编码进行解码，得到核心层信号预测值、核心层信号索引、核心层解码后的预测残差信号以及核心层解码后的信号；
修正模块，用于根据所述增强层信号和所述码流，获得修正后的核心层信号；其中，所述增强层信号为指定残差的符号；所述修正模块包括：
增强层信号索引获取单元，用于根据所述指定残差的符号和所述核心层信号索引，获得增强层信号索引；
增强层量化单元，用于根据所述增强层信号索引，查找增强层信号索引对应的量化值；
第一修正单元，用于将所述增强层信号索引对应的量化值与所述核心层信号预测值相加，得到所述修正后的核心层信号。
24.根据权利要求23所述的信号解码装置，其特征在于，所述增强层信号为指定残差的符号；所述修正模块包括：
第二修正单元，用于根据所述指定残差的符号，利用预先设定的修正因子，对核心层解码后的预测残差信号进行修正；
核心层信号获取单元，用于将修正后的核心层预测残差信号与核心层信号预测值相加，得到所述修正后的核心层信号。
25.一种信号编解码系统，其特征在于包括：
信号编码装置，用于将核心层信号进行编码，得到核心层信号编码；根据增强层所能使用的比特数和所述核心层信号编码，选择需要进行增强层信号编码的增强样点；获取所述增强样点的增强层信号编码；输出包括所述核心层信号编码以及所述增强层信号编码的码流；
信号解码装置，接收包括核心层信号编码以及增强层信号编码的码流；根据增强层所能使用的比特数和接收到的所述码流，选择需要进行增强层信号解码的增强样点；将所述增强样点的所述增强层信号编码进行解码，得到增强层信号；根据所述增强层信号和所述码流，获得修正后的核心层信号；
其中，所述信号编码装置包括：
残差符号获取单元，用于根据所述增强样点的原始信号与所述增强样点的核心层本地解码信号相减的结果得到残差符号；
增强层编码单元，用于将所述残差符号进行编码，得到所述增强样点的增强层信号编码。
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