CN103165135A

CN103165135A - 一种数字音频粗分层编码方法和装置

Info

Publication number: CN103165135A
Application number: CN2013100677898A
Authority: CN
Inventors: 闫建新; 王磊
Original assignee: SHENZHEN GUANGSHENG XINYUAN TECHNOLOGY Co Ltd
Current assignee: Guangdong Guangsheng Research And Development Institute Co ltd
Priority date: 2013-03-04
Filing date: 2013-03-04
Publication date: 2013-06-19
Anticipated expiration: 2033-03-04
Also published as: CN103165135B

Abstract

本发明涉及一种数字音频粗分层编码方法和装置。所述方法包括：S1、将数字音频信号分为一基本层和至少一增强层；S2、对所述一基本层和至少一增强层分别进行编码；所述步骤S1进一步包括：S11、对于单声道音频信号，基于频带或残差分层结构将其分为一基本层和至少一增强层；S12、对于立体声音频信号，基于频带、声道、参数立体声编码或残差分层结构将其分为一基本层和至少一增强层；S13、对于多声道音频信号，基于频带、声道、或残差分层结构将其分为一基本层和至少一增强层。本发明避免了精细分层引起的编码效率下降，实现简单，能获取最佳综合声音质量，易于满足信道编码要求，并且不需要精细分层时的各种限制条件，保证更高效率的压缩。

Description

一种数字音频粗分层编码方法和装置

技术领域

本发明涉及音频编解码技术，更具体地说，涉及一种数字音频粗分层编码方法和装置。

背景技术

在分层音频编码上，已经存在通过精细分层方式进行的有损数字音频编码技术及无损音频编码技术。例如，ISO/IEC14496-3MPEG-4BSAC（Bit slicedarithmetic coding）比特片算术编码便提出了精细分层技术。在这种编码算法中，基于对MDCT（Modified Discrete Cosine Transform，修正离散余弦变换）变换后的变换域系数（频谱系数）被量化为整数后，从低频到高频分成多个组，每个组谱系数从高位到低位形成比特片方式进行算术编码，因此可以实现非常精细的分层（或者伸缩）编码。但是为了精细分层，需要考虑限制频谱分区长度等，从而导致降低编码效率。

例如，在AVS（Audio Video coding Standard Workgroup of China）中采用的类似于MPEG-4BSAC的编码方法，其中熵编码算法从算术编码换成了霍夫曼编码，编码原理相同。

在MPEG-4第三部分和MPEG-2第七部分中都提供了可伸缩采样率编码算法AAC-SSR（Advanced Audio Coding-Scalable Sampling Rate），首先是由Sony提出的，编码架构也类似于其独有的ARTAC（Adaptive Transform AcousticCoding）编码。该编码算法首先将输入的数字音频信号通过4带的多相正交滤波器组（PQF，Polyphase Quadrature Filter）分割成四个频带，然后这四个频带分别进行一个256点MDCT（512样点窗长）或八个32点（64样点窗长）MDCT。该编码技术还可通过去除高PQF带的方式降低数据率，提供了一种通过减少频带的方式实现比特流分层，从而获得不同比特率和采样率，例如：

·4个频带：比特率=128kbit/s，采样率=48kHz,f_lowpass=20kHz；

·3个频带：比特率～120kbit/s，采样率=48kHz,f_lowpass=18kHz；

·2个频带：比特率～100kbit/s，采样率=24kHz,f_lowpass=12kHz；

·1个频带：比特率～65kbit/s，采样率=12kHz,f_lowpass=6kHz

这种编码技术的好处是在每个频带内可以独立选择长块或短块MDCT，因此对高频可使用短块编码增强时间分辨率，而对低频使用长块编码获得高频率分辨率。但是由于四个PQF带间存在混迭，因此相邻部分的变换域系数编码效率会下降。

MPEG-4SLS（Scalable Lossless Coding，可伸缩无损编码）有两种分层方式：一种是一个有损音频编码层（如AAC）和无损误差增强层，这样就保证了与原来有损编码的后向兼容；另外一种是没有有损编码层，仅仅无损增强层。在这两种方式中，无损增强层能够实现精细分层，提供低质量、高质量以及无损质量。但是，精细分层的方式存在编码效率低、结构复杂、处理逻辑复杂度高等缺点。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述精细分层的方式存在编码效率低、结构复杂、处理逻辑复杂度高的缺点，提供一种数字音频粗分层编码方法和装置。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提出一种数字音频粗分层编码方法，包括如下步骤：

S1、将数字音频信号分为一基本层和至少一增强层；

S2、对所述一基本层和至少一增强层分别进行编码；

其中，

所述步骤S1进一步包括：

S11、对于单声道音频信号，基于频带或残差分层结构将其分为一基本层和至少一增强层；

S12、对于立体声音频信号，基于频带、声道、参数立体声编码或残差分层结构将其分为一基本层和至少一增强层；

S13、对于多声道音频信号，基于频带、声道、或残差分层结构将其分为一基本层和至少一增强层；

其中，

所述基于频带将数字音频信号分为一基本层和至少一增强层进一步包括：依次从低频到高频将每个频段的音频编码信息放入所述一基本层和至少一增强层；

所述基于声道将数字音频信号分为一基本层和至少一增强层进一步包括：由所述基本层传输至少一声道，由所述至少一增强层传输至少另一声道，且所述基本层传输的声道的数量小于等于所述至少一增强层传输的声道的数量；

所述基于参数立体声将数字音频信号分为一基本层和至少一增强层进一步包括：由所述基本层传输立体声道对缩混的单个声道，由所述至少一增强层传输参数立体声信息；

所述基于残差分层结构将数字音频信号分为一基本层和至少一增强层进一步包括：根据基本层的码率要求对数字音频信号进行编码并将编码后的数据放入基本层；将数字音频信号与基本层解码恢复到的信号进行比较获得第一级残差信号并对所述第一级残差信号进行编码后放入第一级增强层；从上一级残差信号中去除上一级增强层解码恢复到的信号获得下一级残差信号并对所述下一级残差信号进行编码后放入下一级增强层；

其中，所述基于声道将数字音频信号分为一基本层和至少一增强层还进一步包括：在数据帧总字节数一定的前提下，基于基本层强调配置方案、均匀配置方案、近均匀配置方案或受限配置方案对所述一基本层和至少一增强层分别配置字节数；

其中，

所述基本层强调配置方案包括：分配给所述一基本层的字节数大于等于分配给所述至少一增强层的字节数；

所述均匀配置方案包括：对所述一基本层和所述至少一增强层的每个全频带声道分配同样的字节数；

所述近均匀配置方案包括：对所述基本层中每个全频带声道配置的字节数为（数据帧总字节数/基本层包含的全频带声道数），且（数据帧总字节数/2）>（数据帧总字节数/基本层包含的全频带声道数）>（数据帧总字节数/（基本层包含的全频带声道数+增强层包含的全频带声道数））；对增强层中的一声道配置的字节数大于（数据帧总字节数*（1-1/基本层包含的全频带声道数））/增强层包含的全频带声道数，而对增强层中其余至少一声道配置的字节数小于（数据帧总字节数*（1-1/基本层包含的全频带声道数））/增强层包含的全频带声道数；

所述受限配置方案包括：根据每一传输帧中LDPC编码的块大小、信道编码条件、所述基本层的特性和/或所述增强层的特性，对所述基本层和增强层分别配置字节数。

一个实施例中，所述步骤S2进一步包括：对所述一基本层和至少一增强层分别进行DRA编码。

一个实施例中，所述步骤S2还进一步包括：对所述一基本层和至少一增强层中的任意全频带声道进行带宽扩展编码。

一个实施例中，所述步骤S2还进一步包括：对所述一基本层和至少一增强层中的任意声道对进行参数立体声编码。

一个实施例中，所述步骤S1进一步包括：

基于声道将5.1环绕声数字音频信号分为一基本层和一增强层，其中，由所述基本层传输立体声左声道和立体声右声道，由所述增强层传输中央声道、超重低音声道、左环绕声道和右环绕声道；

基于基本层强调配置方案或近均匀配置方案对所述基本层和增强层分别配置字节数；

所述步骤S2进一步包括：

使用带宽扩展编码技术和参数立体声编码技术对所述基本层中的立体声左声道和立体声右声道缩混的单个声道的低频带部分进行DRA编码；

使用带宽扩展编码技术对所述增强层中的中央声道进行DRA编码；

对所述增强层中的超重低音声道进行DRA编码；

使用带宽扩展编码技术和参数立体声编码技术对所述增强层中的左环绕声道和右环绕声道缩混的单个声道的高频部分进行DRA编码。

一个实施例中，所述步骤S1进一步包括：

基于声道将5.1环绕声数字音频信号分为基本层、第一增强层和第二增强层，其中，由所述基本层传输立体声左声道和立体声右声道，由所述第一增强层传输中央声道和超重低音声道，由所述第二增强层传输左环绕声道和右环绕声道；

基于近均匀配置方案对所述基本层和增强层分别配置字节数；

所述步骤S2进一步包括：

使用带宽扩展编码技术对所述第一增强层中的中央声道进行DRA编码；

对所述第一增强层中的超重低音声道进行DRA编码；

使用带宽扩展编码技术和参数立体声编码技术对所述第二增强层中的左环绕声道和右环绕声道缩混的单个声道的高频部分进行DRA编码。

本发明为解决其技术问题还提出一种数字音频粗分层编码装置，包括：

分层模块，用于将数字音频信号分为一基本层和至少一增强层；

编码模块，用于对所述一基本层和至少一增强层分别进行编码；

其中，

所述分层模块基于频带或残差分层结构将单声道音频信号分为一基本层和至少一增强层，基于频带、声道、参数立体声编码或残差分层结构将立体声音频信号分为一基本层和至少一增强层，基于频带、声道、或残差分层结构将多声道音频信号分为一基本层和至少一增强层；

所述分层模块基于频带将数字音频信号分为一基本层和至少一增强层进一步包括：依次从低频到高频将每个频段的音频编码信息放入所述一基本层和至少一增强层；

所述分层模块基于声道将数字音频信号分为一基本层和至少一增强层进一步包括：由所述基本层传输至少一声道，由所述至少一增强层传输至少另一声道，且所述基本层传输的声道的数量小于等于所述至少一增强层传输的声道的数量；

所述分层模块基于参数立体声将数字音频信号分为一基本层和至少一增强层进一步包括：由所述基本层传输立体声道对缩混的单个声道，由所述至少一增强层传输参数立体声信息；

所述分层模块基于残差分层结构将数字音频信号分为一基本层和至少一增强层进一步包括：根据基本层的码率要求对数字音频信号进行编码并将编码后的数据放入基本层；将数字音频信号与基本层解码恢复到的信号进行比较获得第一级残差信号并对所述第一级残差信号进行编码后放入第一级增强层；从上一级残差信号中去除上一级增强层解码恢复到的信号获得下一级残差信号并对所述下一级残差信号进行编码后放入下一级增强层；

其中，所述分层模块基于声道将数字音频信号分为一基本层和至少一增强层还进一步包括：在数据帧总字节数一定的前提下，基于基本层强调配置方案、均匀配置方案、近均匀配置方案或受限配置方案对所述一基本层和至少一增强层分别配置字节数；

其中，

一个实施例中，所述编码模块进一步对所述一基本层和至少一增强层分别进行DRA编码。

一个实施例中，所述编码模块还进一步对所述一基本层和至少一增强层中的任意全频带声道进行带宽扩展编码。

一个实施例中，所述编码模块还进一步对所述一基本层和至少一增强层中的任意声道对进行参数立体声编码。

本发明通过对数字音频信号的粗分层编码，在一定程度上既避免了精细分层引起的编码效率下降，同时又满足一些领域的应用，如数字音频广播等。本发明实现简单，通过灵活控制每层声道的质量，获取最佳综合声音质量，易于满足信道编码要求，并且不需要精细分层时的各种限制条件，保证更高效率的压缩。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：

图1是本发明一实施例的数字音频粗分层编码方法的流程图；

图2是图1中步骤110的具体实施例的流程图；

图3是本发明第一实施例的数字音频粗分层编码结构的示意图；

图4是本发明第二实施例的数字音频粗分层编码结构的示意图；

图5是本发明第三实施例的数字音频粗分层编码结构的示意图；

图6是本发明第四实施例的数字音频粗分层编码结构的示意图；

图7是本发明第五实施例的数字音频粗分层编码结构的示意图；

图8是本发明第六实施例的数字音频粗分层编码结构的示意图；

图9是本发明第七实施例的数字音频粗分层编码结构的示意图；

图10是本发明第八实施例的数字音频粗分层编码结构的示意图；

图11是本发明第九实施例的数字音频粗分层编码结构的示意图；

图12是本发明第十实施例的数字音频粗分层编码结构的示意图；

图13是本发明第十一实施例的数字音频粗分层编码结构的示意图；

图14是本发明第十二实施例的数字音频粗分层编码结构的示意图；

图15是本发明第十三实施例的数字音频粗分层编码结构的示意图；

图16是本发明第十四实施例的数字音频粗分层编码结构的示意图；

图17是本发明第十五实施例的数字音频粗分层编码结构的示意图；

图18是本发明第十六实施例的数字音频粗分层编码结构的示意图；

图19是本发明第十七实施例的数字音频粗分层编码结构的示意图；

图20是本发明第十八实施例的数字音频粗分层编码结构的示意图；

图21是本发明第十九实施例的数字音频粗分层编码结构的示意图；

图22是本发明一实施例的数字音频粗分层编码装置的逻辑框图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

图1示出了根据本发明一实施例的数字音频粗分层编码方法100的流程图。如图1所示，该数字音频粗分层编码方法100包括如下步骤：

步骤110中，将数字音频信号分为一基本层和至少一增强层；

步骤120中，对所述一基本层和至少一增强层分别进行编码。

具体如图2所示，所述步骤110中将数字音频信号分为一基本层和至少一增强层进一步包括：

步骤111，对于单声道音频信号，基于频带或残差分层结构将其分为一基本层和至少一增强层；

步骤112，对于立体声音频信号，基于频带、声道、参数立体声编码或残差分层结构将其分为一基本层和至少一增强层；

步骤113，对于多声道音频信号，基于频带、声道、或残差分层结构将其分为一基本层和至少一增强层。

本发明提出了多种分层结构，包括基于频带的分层结构、基于声道的分层结构、基于参数立体声编码的分层结构和基于残差的分层结构，后续将结合各种具体实施例对以上各种分层结构给出详细介绍。其中：

基于频带的分层结构是指，对输入的数字音频信号，例如单声道、立体声或多声道音频信号，可根据频带划分为多个区间，依次从低频到高频将每个频段的音频编码信息放入一基本层和至少一增强层。

基于声道的分层结构是指，对输入的立体声或多声道音频信号，将至少一个声道放入基本层，将剩余的至少一个声道放入至少一增强层，即由基本层传输至少一声道，由所述至少一增强层传输至少另一声道，且基本层传输的声道的数量小于等于所述至少一增强层传输的声道的数量。

基于参数立体声编码的分层结构是指，由基本层传输立体声道对缩混的单个声道，由所述至少一增强层传输参数立体声信息。

基于残差的分层结构是指，根据基本层的码率要求对输入的数字音频信号进行编码并将编码后的数据放入基本层，将数字音频信号与基本层解码恢复到的信号进行比较获得第一级残差信号并对所述第一级残差信号进行编码后放入第一级增强层，从上一级残差信号中去除上一级增强层解码恢复到的信号获得下一级残差信号并对所述下一级残差信号进行编码后放入下一级增强层。

本发明的数字音频粗分层编码方法100在步骤120中对步骤110分出的基本层和至少一增强层分别进行编码。具体来说，步骤120中可对基本层和增强层分别进行DRA（（Digital Rise Audio））编码，其中DRA核编码算法可按照标准GB/T22726-2008实现。进一步，对于所述基本层和至少一增强层中的任意全频带声道，还可选择使用带宽扩展增强工具进行带宽扩展编码。对与所述基本层和至少一增强层中的任意声道对，还可选择使用参数立体声增强工进行参数立体声编码。后续亦将结合各种具体实施例对此给出详细介绍。

图3示出了本发明第一实施例的数字音频粗分层编码结构，其中，数字音频信号被分成基本层31和增强层32，构成二层结构。

图4示出了本发明第二实施例的数字音频粗分层编码结构，其中，数字音频信号被分层基本层41、第一增强层42、……、第N增强层43，构成多层结构。

根据本发明的不同具体实施例中，本发明对数字音频信号可实现二层、三层或四层及以上分层及编码，但一般不超过四层以简化分层及编码过程。

图5示出了本发明第三实施例的数字音频粗分层编码结构。其中，数字音频信号，例如单声道（M）或立体声（L&R）信号，被基于频带分成基本层51和增强层52。基本层51传输单声道或立体声信号的低频编码部分，增强层52传输单声道或立体声信号的高频编码部分。在该分层方案下，高频部分编码可以采用与低频部分同样的算法，或者采用参数方法如带宽扩展算法。基本层61一般采用正常的编码算法如mp3、AAC或DRA等，增强层52仍可使用正常编码算法、部分参数编码算法如强度立体声、参数编码算法如带宽扩展等。基于频带分层的方案的优点是能够保证低频的质量。

图6示出了本发明第四实施例的数字音频粗分层编码结构。其中，数字音频信号，例如单声道（M）或立体声（L&R）信号，被基于频带分成基本层61、第一增强层62和第二增强层63，依次从低频到高频将每个频段的音频编码信息放入其中，即，基本层61传输单声道或立体声信号的低频编码部分，第一增强层62传输单声道或立体声信号的中频编码部分，第二增强层63传输单声道或立体声信号的高频编码部分。

图7示出了本发明第五实施例的数字音频粗分层编码结构。其中，立体声音频信号被基于声道分为基本层71和增强层72，基本层71传输左声道，增强层72传输右声道。在该分层方案下，带宽扩展算法可选择用于任何单个声道，如左声道和/或右声道，能够改善低码率下的主观声音质量，保证一个宽带的质量。

图8示出了本发明第六实施例的数字音频粗分层编码结构。其中，立体声音频信号被基于声道分为基本层81和增强层82，基本层81传输和声道，增强层82传输差声道。在该分层方案下，带宽扩展算法可选择用于任何单个声道，如和声道和/或差声道，能够改善低码率下的主观声音质量，保证一个宽带的质量。

图9示出了本发明第七实施例的数字音频粗分层编码结构。其中，基于参数立体声编码将立体声音频信号分为基本层91和增强层92，基本层91传输左右声道缩混的单个声道（M），增强层92传输参数立体声信息。在该分层方案下对各层进行编码时，基本层91的低频带部分可选择使用带宽扩展算法传输左右声道缩混后的单个声道。该分层方案及编码方案可在低比特率下得到较高的质量。

图10示出了本发明第八实施例的数字音频粗分层编码结构。其中，基于参数立体声编码将立体声音频信号分为基本层101和增强层102，基本层101传输左右声道缩混的单个声道（M），增强层102传输参数立体声信息。在该分层方案下对各层进行编码时，增强层102也可选择传输带宽扩展算法所编码的缩混声道高频部分。该分层方案及编码方案可在低比特率下得到较高的质量。

图11示出了本发明第九实施例的数字音频粗分层编码结构。其中，基于残差分层结构将单声道或立体声音频信号分为基本层111和增强层112。图11的分层方案中，根据基本层的码率要求对输入的数字音频信号进行编码并将编码后的数据放入基本层111，然后将该数字音频信号与基本层111解码恢复得到的信号进行比较获得残差信号，对此残差信号进行编码后放入增强层112。进一步的实施例中，可以对基本层111或增强层112选择使用带宽扩展增强工具，构建出基本层具有带宽扩展算法时基于残差分层的二层结构或增强层具有带宽扩展算法时基于残差分层的二层结构。采用残差分层结构，对音频信号进行分层的结构简单，编码效率得到提高。

图12示出了本发明第十实施例的数字音频粗分层编码结构，其为基本层121有带宽扩展且增强层122有带宽扩展修正的基于残差分层的二层结构。在图12示出的结构中，根据增强层低频残差对基本层低频编码部分的补充，获得更准确的低频部分，通过增强层带宽扩展修正参数对基本层带宽扩展参数进行调整以便更好地恢复每个声道的高频部分。

图13示出了本发明第十一实施例的数字音频粗分层编码结构。其中，立体声信号被基于残差分层结构分为基本层131和增强层132，基本层131包含编码缩混的声道低频部分编码以及带宽扩展和参数立体声编码信息，增强层132传输低频部分的残差编码。显然，不同的实施例中，还可采用基本层传输缩混的单声道信号的低频部分编码信息、增强层传输低频部分残差编码信息和带宽扩展及参数立体声编码信息的二层结构。

图14示出了本发明第十二实施例的数字音频粗分层编码结构。其中，基于残差分层结构将单声道或立体声音频信号分为基本层141、第一增强层142和第二增强层143。图14的分层方案中，根据基本层的码率要求对输入的数字音频信号进行编码并将编码后的数据放入基本层141，然后将该数字音频信号与基本层141解码恢复得到的信号进行比较获得第一级残差信号，对该第一级残差信号进行编码后放入增强层142，然后从第一增强层142编码所输入的第一级残差信号中去除对第一增强层142解码恢复得到的信号以获得第二级残差信号，对该第二级残差信号进行编码后放入第二增强层143。如前所述，采用残差分层结构，对音频信号进行分层的结构简单，编码效率得到提高。

图15和图16分别示出了本发明第十三和十四实施例的数字音频粗分层编码结构，其中，图15为基于声道的2分层结构，图16为基于声道的3分层结构。对于2分层的多声道分层数据结构，其中基本层151可包含k个全频带声道，增强层152包含m个全频带声道，且k<=m；对于3分层的多声道分层数据结构，其中基本层161包含k个全频带声道，第一增强层162包含m个全频带声道，第二增强层163包含n个全频带声道，且k<(m+n)。

在基于声道进行分层之后，本发明还进一步对各分层的大小（字节数）进行合理配置，以保证获得合理的声音质量和满足具体的应用要求。具体来说，本发明提出了基本层强调配置方案、均匀配置方案、近均匀配置方案和受限配置方案来对基本层和至少一增强层分别配置字节数。

所述基本层强调配置方案是指，分配给所述一基本层的字节数大于等于分配给所述至少一增强层的字节数。此配置的理由是：基本层较为重要，而增强声道对整体声音质量的贡献相对次之。对于2分层的情况，设一个数据帧总字节数为D,当k<m时，则分给基本层和增强层的字节数都为D/2，基本层每个声道的有效字节数为D/2k，增强层每个声道的字节数为D/2m；当k=m时，可分给基本层大于D/2的字节数，比如3D/5，增强层2D/5，这样每个基本层声道相对增强层声道可用更多字节表示，从而获得保证基本层每个声道的声音质量更好。对于3分层情况，设一个音频帧总字节数为D,则分给基本层字节数为D/2，基本层每个声道的有效字节数为D/2k；两个增强层的字节数之和也为D/2，但是第一增强层的每个全频带声道的字节数大于D/2(m+n）,第二增强层的每个全频带声道的字节数小于于D/2(m+n），这样每个基本层声道相对两个增强层声道可用更多字节表示，从而保证基本层每个声道的声音质量更好；同时第一增强层也会比第二增强层得到更高质量的编码。

所述均匀配置方案是指，对所述一基本层和所述至少一增强层的每个全频带声道分配同样的字节数。对于2分层的情况（k:m配置），设一个音频帧的总字节数为D，此时每个全频带声道的字节数为D/(k+m)，这时每个全频带声道用同样字节数表示（编码），因此每个全频带声道具有同样的声音质量。对于3分层的情况（k:m:n配置），设一个音频帧的总字节数为D，此时每个全频带声道的字节数为D/(k+m+n)。

所述近均匀配置方案是指，对所述基本层中每个全频带声道配置的字节数为（数据帧总字节数/基本层包含的全频带声道数），且（数据帧总字节数/2）>（数据帧总字节数/基本层包含的全频带声道数）>（数据帧总字节数/（基本层包含的全频带声道数+增强层包含的全频带声道数））；对增强层中的一声道配置的字节数大于（数据帧总字节数*（1-1/基本层包含的全频带声道数））/增强层包含的全频带声道数，而对增强层中其余至少一声道配置的字节数小于（数据帧总字节数*（1-1/基本层包含的全频带声道数））/增强层包含的全频带声道数。对于2分层的情况（近k:m配置），设一个音频帧的总字节数为D，此时基本层中每个全频带声道的字节数为D/k，且D/2>D/k>D/(k+m)；对于增强层也要根据增强层中各个全频带声道的特性给予适当的分配，例如5.1环绕声时，中央声道应配置多于D（1-1/k）/m字节，而左右环绕声对中的每个声道配置少于D（1-1/k）/m字节。对于3分层的情况（近k:m:n配置），设一个音频帧的总字节数为D，此时基本层中每个全频带声道的字节数为D/k，且D/2>D/k>D/(k+m+n)；对于第一增强层中的全频带声道比第二增强层中的全频带声道给予更多的分配，例如5.1环绕声时，第一增强层传输中央声道和超重低音声道，第二增强层传输左环绕和右环绕声道，此时m=1，n=2。对全频带的中央声道应配置多于D（1-1/k）/3字节，而左右环绕声对中的每个声道配置少于D（1-1/k）/3字节。

所述受限配置方案是指，根据每一传输帧中LDPC编码的块大小、信道编码条件、所述基本层的特性和/或所述增强层的特性，对所述基本层和增强层分别配置字节数。

图17示出了本发明第十五实施例的数字音频粗分层编码结构。本实施例为5.1环绕声，其中5个全频带声道，1个超重低音声道。在基本层171传输立体声左声道（L）和右声道（R）；在增强层172传输其他声道。增强层172中声道的排列顺序为中央声道（C）、超重低音声道（LFE）、左环绕和右环绕声道（LS和RS）。当然，每个全频带声道可选用带宽扩展增强工具（图中用虚线表示）以提高编码效率；此外对每个声道对（L&R和LS&RS）还可进一步选择采用参数立体声编码工具降低信息冗余度，此时相应的声道对应缩混为单声道（M0和M1）进行基本编码。该实施例可采用二分层的基本层强调配置和近k：m配置两种方式来分配基本层171和增强层172的字节数。

图18示出了本发明第十六实施例的数字音频粗分层编码结构。本实施例为5.1环绕声，音频分层结构与上一实施例类似，在基本层181传输立体声左声道（L）和右声道（R），在增强层182传输其他声道。但是，增强层182中声道排列顺序调整为首先编码左环绕和右环绕声道，然后是中央声道和超重低音声道。同样，每个全频带声道可选用带宽扩展增强工具（图中用虚线表示）以提高编码效率；此外对每个声道对（L&R和LS&RS）还可进一步选择采用参数立体声编码工具降低信息冗余度。

图19示出了本发明第十七实施例的数字音频粗分层编码结构。在本实施例中，5.1环绕声被分成三层来编码，其中基本层191编码左右声道（L和R），可选择使用带宽扩展增强工具和参数立体声编码工具，提高编码效率；第一增强层192编码中央声道（C），并可选使用带宽扩展增强工具，然后编码超重低音声道（LFE）；第二增强层193传输左环绕和右环绕声道（LS和RS），可选带宽扩展和参数立体声增强工具。如果选择参数立体声增强工具则立体声对的基本编码应修改成对立体声对缩混后的单声道编码，如L&R缩混为M0，LS&RS缩混为M1。本实施例宜采用近k:m:n配置方式来对基本层191、第一增强层192和第二增强层193分配字节数。

图20示出了本发明第十八实施例的数字音频粗分层编码结构。本实施例为5.1环绕声，音频分层结构与上一实施例类似，但第一增强层和第二增强层互换，即：基本层201编码左右声道（L和R），可选择使用带宽扩展增强工具和参数立体声编码工具，提高编码效率；第一增强层202传输左环绕和右环绕声道（LS和RS），可选带宽扩展和参数立体声增强工具；第二增强层203编码中央声道（C），并可选使用带宽扩展增强工具，然后编码超重低音声道（LFE）。

图21示出了本发明第十九实施例的数字音频粗分层编码结构。本实施例采用环绕声二分层的结构，形成基本层211和增强层212。在基本层211中采用DRA对左声道和右声道组成的立体声对进行立体声编码，并且可选带宽扩展SBR（Spectral Band Replication）技术和参数立体声编码PS（ParametricStereo）技术。当然，如果选择参数立体声编码技术，则DRA编码部分将修改为仅对缩混的单声道进行编码，而如果选择使用SBR技术，则DRA编码部分进一步修改为仅对缩混后的单声道的低频带部分编码。在增强层212中，首先对中央声道C进行DRA编码，可选采用SBR带宽扩展技术，然后对超重低音声道LFE采用DRA编码，最后对左右环绕声道（LS和RS）进行立体声对DRA编码，可选带宽扩展SBR和参数立体声编码PS，提高对环绕声对的编码效率。本实例宜采用的数据结构为近k:m:n配置，或者当应用于数字音频广播时采用受限配置。

基于以上描述，本发明还提出一种数字音频粗分层编码装置。图22示出了根据本发明一实施例的数字音频粗分层编码装置300的逻辑框图。如图22所示，数字音频粗分层编码装置300包括分层模块310和编码模块320。其中，分层模块310用于将数字音频信号分为一基本层和至少一增强层，编码模块320用于对所述一基本层和至少一增强层分别进行编码。

具体来说，分层模块310可基于频带或残差分层结构将单声道音频信号分为一基本层和至少一增强层，基于频带、声道、参数立体声编码或残差分层结构将立体声音频信号分为一基本层和至少一增强层，基于频带、声道、或残差分层结构将多声道音频信号分为一基本层和至少一增强层。

分层模块310可以基于多种分层结构，包括基于频带的分层结构、基于声道的分层结构、基于参数立体声编码的分层结构和基于残差的分层结构，将数字音频信号分层。其中：

关于以上各种分层结构，可以参见前面给出的各种不同实施例及其描述，在此便不再赘述。

一个具体实施例中，分层模块310在基于声道将数字音频信号分为一基本层和至少一增强层时，进一步用于在数据帧总字节数一定的前提下，基于基本层强调配置方案、均匀配置方案、近均匀配置方案或受限配置方案对所述一基本层和至少一增强层分别配置字节数。其中：

基本层强调配置方案是指，分配给所述一基本层的字节数大于等于分配给所述至少一增强层的字节数。

均匀配置方案是指，对所述一基本层和所述至少一增强层的每个全频带声道分配同样的字节数。

近均匀配置方案是指，对所述基本层中每个全频带声道配置的字节数为（数据帧总字节数/基本层包含的全频带声道数），且（数据帧总字节数/2）>（数据帧总字节数/基本层包含的全频带声道数）>（数据帧总字节数/（基本层包含的全频带声道数+增强层包含的全频带声道数））；对增强层中的一声道配置的字节数大于（数据帧总字节数*（1-1/基本层包含的全频带声道数））/增强层包含的全频带声道数，而对增强层中其余至少一声道配置的字节数小于（数据帧总字节数*（1-1/基本层包含的全频带声道数））/增强层包含的全频带声道数。

受限配置方案是指，根据每一传输帧中LDPC编码的块大小、信道编码条件、所述基本层的特性和/或所述增强层的特性，对所述基本层和增强层分别配置字节数。

编码模块320用于对所述一基本层和至少一增强层分别进行编码。一个具体实施例中，编码模块320对所述一基本层和至少一增强层分别进行DRA编码。进一步，编码模块320可选择对所述一基本层和至少一增强层中的任意全频带声道进行带宽扩展编码。进一步，编码模块320还可选择对所述一基本层和至少一增强层中的任意声道对进行参数立体声编码。有关基本层和增强层的各种编码方式，可以参见前面给出的各种不同实施例及其描述，在此便不再赘述。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种数字音频粗分层编码方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1、将数字音频信号分为一基本层和至少一增强层；

S2、对所述一基本层和至少一增强层分别进行编码；

其中，

所述步骤S1进一步包括：

其中，

2.根据权利要求1所述的数字音频粗分层编码方法，其特征在于，所述步骤S2进一步包括：对所述一基本层和至少一增强层分别进行DRA编码。

3.根据权利要求2所述的数字音频粗分层编码方法，其特征在于，所述步骤S2还进一步包括：对所述一基本层和至少一增强层中的任意全频带声道进行带宽扩展编码。

4.根据权利要求3所述的数字音频粗分层编码方法，其特征在于，所述步骤S2还进一步包括：对所述一基本层和至少一增强层中的任意声道对进行参数立体声编码。

5.根据权利要求4所述的数字音频粗分层编码方法，其特征在于，所述步骤S1进一步包括：

所述步骤S2进一步包括：

对所述增强层中的超重低音声道进行DRA编码；

6.根据权利要求4所述的数字音频粗分层编码方法，其特征在于，所述步骤S1进一步包括：

所述步骤S2进一步包括：

对所述第一增强层中的超重低音声道进行DRA编码；

7.一种数字音频粗分层编码装置，其特征在于，包括：

其中，

8.根据权利要求7所述的数字音频粗分层编码装置，其特征在于，所述编码模块进一步对所述一基本层和至少一增强层分别进行DRA编码。

9.根据权利要求8所述的数字音频粗分层编码装置，其特征在于，所述编码模块还进一步对所述一基本层和至少一增强层中的任意全频带声道进行带宽扩展编码。

10.根据权利要求9所述的数字音频粗分层编码装置，其特征在于，所述编码模块还进一步对所述一基本层和至少一增强层中的任意声道对进行参数立体声编码。