CN109360574A - 一种无线蓝牙系统改进的高级音频编码/解码方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种无线蓝牙系统改进的高级音频编码/解码方法包括：主音频设备对接收到的AAC编码的音频信号进行AAC部分解码：将接收到的AAC编码的音频信号进行无噪解码、反量化处理和联合立体声解码，得到解码中间状态的音频信号；从AAC部分解码得到的解码中间状态的音频信号中选取其中一路音频信号进行AAC部分编码：将选取的中间状态的一路音频信号进行量化处理和无噪编码，得到AAC部分编码的音频信号；主音频设备将得到AAC部分编码的音频信号通过蓝牙转发至从音频设备。本发明能够有效减少主音频设备的运算量，降低整个系统的时延。
Description
技术领域
本发明涉及蓝牙耳机技术领域，特别涉及一种无线蓝牙系统改进的高级音频编码/解码方法及系统。
背景技术
随着社会进步和人民生活水平的提高，耳机和音箱已成为人们必不可少的生活用品。传统有线耳机通过导线连接智能设备，这会限制佩戴者的行动，尤其在运动场合十分不便。同时，耳机线的缠绕和拉扯，以及听诊器效应都影响用户体验。普通蓝牙耳机取消了耳机和智能设备之间的连线，但左右耳之间仍然存在连线。真无线立体声(TWS)耳机和无线音箱应运而生，真无线立体声耳机之间或者无线音箱之间通过无线传输，实现正真的无线连接。
现有的TWS耳机(或多箱)常用工作方式是主音频设备(主耳机或主音箱)通过蓝牙1拖2技术同时连接智能设备和从音频设备(从耳机或从音箱)，智能设备把左右声道音频数据同时发送到主音频设备，主音频设备保留其中一路声道的音频数据，把另一声道的音频数据发送到从音频设备，其音频的编码常用方式之一是高级音频编码(AAC，AdvancedAudio Coding)。高级音频编码是一种高效且声音质量没有明显降低的音频编码方式，现有技术中，主音频设备首先对来自智能设备的AAC立体声编码的音频信号进行解码，然后分离出某一声道音频数据，再对此音频数据进行AAC编码，最后通过蓝牙连接传送给从主音频设备。然而现有技术的这个过程加重了主耳机的运算量，增加了整个系统的时延。
因此，为了解决现有技术中的上述技术问题，需要一种无线蓝牙系统改进的高级音频编码/解码方法及系统，来减少主音频设备的运算量，降低整个系统的时延。
发明内容
现有技术中，由于音乐的主要频谱集中在低频段，高频段幅度很小，但决定了音质。如果对整个频段编码，若是为了保护高频就会造成低频段编码过细以致文件巨大；若是保存了低频的主要成分而失去高频成分就会丧失音质。对于无线蓝牙系统，主音频设备(主蓝牙耳机或者主蓝牙音箱)接收到智能设备AAC编码的音频信号，其中包含有左声道和右声道音频，需要将其中一个声道到音频转发至从音频设备(从蓝牙耳机或者从蓝牙音箱)，为了保证转发的音频音质，需要对整个频段进行解码，后选取需要转发的一个声道的音频信号再次进行AAC编码。此过程中主音频设备编码/解码过程具有巨大的运算量。
为了解决现有技术中的问题，本发明的一个方面在于提供一种无线蓝牙系统改进的高级音频编码/解码方法，所述方法包括：
主音频设备接收智能设备发送的AAC编码的音频信号；
主音频设备对接收到的AAC编码的音频信号进行AAC部分解码：将接收到的AAC编码的音频信号进行无噪解码、反量化处理和联合立体声解码，得到解码中间状态的音频信号；
从AAC部分解码得到的解码中间状态的音频信号中选取其中一路音频信号进行AAC部分编码：将选取的中间状态的一路音频信号进行量化处理和无噪编码，得到AAC部分编码的音频信号；
主音频设备将得到AAC部分编码的音频信号通过蓝牙转发至从音频设备。
优选地，所述无噪编码为哈夫曼编码，所述无噪解码为哈夫曼解码。
优选地，所述智能设备对音频信号按照如下方式进行AAC编码：
输入左声道和右声道的音频信号，对输入的信号进行离散余弦变换后，完成频域转换；
经过频域转换后音频信号经过瞬时噪声整形、知觉噪声替换、联合立体声编码、量化处理和无噪声编码后，得到AAC编码的音频信号。
优选地，所述方法还包括，在离散余弦变换前，还包括频段复制编码。
优选地，所述从音频设备接收主音频设备发送的AAC部分编码的音频信号，并进行解码：
将AAC部分编码的音频信号进行无噪解码、反量化处理、知觉噪声替换和瞬时噪声整形后，进行反离散余弦变换，得到输解码后输出的音频信号。
优选地，所述方法还包括：在完成反离散余弦变换后，进行频段复制解码。
本发明的另一个方面在于提供一种无线蓝牙系统改进的高级音频编码/解码系统，所述高级音频编码/解码系统包括：
配置于智能设备内第一编码/解码模块，用于输入不同声道脉冲编码调制的音频信号，以及对输入的音频信号进行AAC编码；
配置于主音频设备的第二编码/解码模块，用于对主音频设备接收到的AAC编码音频信号进行AAC部分解码，
以及对AAC部分解码得到的解码中间状态的音频信号中选取其中一路音频信号进行AAC部分编码；
配置于从音频设备的第三编码解码模块，用于对接收到的主音频设备发送的AAC部分编码的音频信号进行解码。
优选地，所述第二编码/解码模块存储编码/解码指令，并按照如下方法执行：
主音频设备对接收到的AAC编码的音频信号进行AAC部分解码：将接收到的AAC编码的音频信号进行无噪解码、反量化处理和联合立体声解码，得到解码中间状态的音频信号；
从AAC部分解码得到的解码中间状态的音频信号中选取其中一路音频信号进行AAC部分编码：将选取的中间状态的一路音频信号进行量化处理和无噪编码，得到AAC部分编码的音频信号。
优选地，所述第一编码/解码模块存储编码/解码指令，并按照如下方法执行：
输入左声道和右声道的音频信号，对输入的信号进行离散余弦变换后，完成频域转换；
经过频域转换后音频信号经过瞬时噪声整形、知觉噪声替换、联合立体声编码、量化处理和噪声编码后，得到AAC编码的音频信号。
优选地，所述第三编码/解码模块存储编码/解码指令，并按照如下方法执行：
从音频设备接收主音频设备发送的AAC部分编码的音频信号，并进行解码：
将AAC部分编码的音频信号进行无噪解码、反量化处理、知觉噪声替换和瞬时噪声整形后，进行反离散余弦变换，得到解码后输出的音频信号。
本发明提供一种无线蓝牙系统改进的高级音频编码/解码方法及系统，主音频设备转发AAC编码的音频信号时，仅进行部分AAC音频解码，对得到的中间状态的的音频信号中选取其中一路音频信号进行AAC部分编码，跳过AAC编码/解码过程中的离散余弦变换(MDCT)和反离散余弦变化(IMDCT)，大大减少了主音频设备的运算量，降低了整个系统转发音频信号的时延。
应当理解，前述大体的描述和后续详尽的描述均为示例性说明和解释，并不应当用作对本发明所要求保护内容的限制。
附图说明
参考随附的附图，本发明更多的目的、功能和优点将通过本发明实施方式的如下描述得以阐明，其中：
图1示意性示本发明一种无线蓝牙系统改进的高级音频编码/解码系统的结构框图。
图2示出了本发明第一编码/解码模块对音频信号编码的流程图。
图3示出了本发明第二编码/解码模块对音频信号编码/解码的流程示意图。
图4示出了本发明第三编码/解码模块对音频信号解码的流程图。
具体实施方式
通过参考示范性实施例，本发明的目的和功能以及用于实现这些目的和功能的方法将得以阐明。然而，本发明并不受限于以下所公开的示范性实施例；可以通过不同形式来对其加以实现。说明书的实质仅仅是帮助相关领域技术人员综合理解本发明的具体细节。
在下文中，将参考附图描述本发明的实施例，相关技术术语应当是本领域技术人员所熟知的。在附图中，相同的附图标记代表相同或类似的部件，或者相同或类似的步骤，除非另有说明。下面通过具体的实施例对本发明提供的一种无线蓝牙系统改进的高级音频编码/解码方法及系统进行说明，根据本发明的一个实施例，改进的高级音频编码/解码方法及系统应用于无线蓝牙系统(例如无线蓝牙耳机或者无线蓝牙音箱)。
为了使本发明更加得以清晰，实施例中对AAC编码给出简单阐述，现如今常见的AAC规格有三种：LC-AAC(最基本的)，HE-AAC(AACPlus v1)，HE-AAC v2(AACPlus v2)。对于规格HE-AAC v1(又称AACPlusV1，SBR)，具有高效性(HE，High Efficiency)，其用容器的方法实现了AAC(LC)和频段复制(SBR,Spectral Band Replication)技术。
实施例中，以规格HE-AAC(AACPlus v1)的编码/解码为例，进行说明，首先对本发明一种无线蓝牙系统改进的高级音频编码/解码系统进行说明，如图1所示本发明一种无线蓝牙系统改进的高级音频编码/解码系统的结构框图，一种无线蓝牙系统改进的高级音频编码/解码(AAC)系统系统包括：
配置于智能设备(例如手机)100内第一编码/解码模块101，用于输入不同声道脉冲编码调制的音频信号，以及对输入的音频信号进行AAC编码。
配置于主音频设备200的第二编码/解码模块201，用于对主音频设备接收到的AAC编码音频信号进行AAC部分解码，
以及对AAC部分解码得到的解码中间状态的音频信号中选取其中一路音频信号进行AAC部分编码。
配置于从音频设备300的第三编码解码模块301，用于对接收到的主音频设备发送的AAC部分编码的音频信号进行解码。
在智能设备中100配置有第一蓝牙模块102、主音频设备中配置有第二蓝牙模块202、从音频设备300中配置有第三蓝牙模块302。第一蓝牙模块102与第二蓝牙模块202之间通过蓝牙连接，用于发送音频信号；第二蓝牙模块202与第三蓝牙模块302之间通过蓝牙连接，用于发送音频信号。
第一编码/解码模块101内存储编码/解码指令，并按照如下方法执行指令：
输入左声道和右声道的音频信号，对输入的信号进行离散余弦变换后，完成频域转换；
经过频域转换后音频信号经过瞬时噪声整形、知觉噪声替换、联合立体声编码、量化处理和噪声编码后，得到AAC编码的音频信号。
第二编码/解码模块202内存储编码/解码指令，并按照如下方法执行指令：
主音频设备对接收到的AAC编码的音频信号进行AAC部分解码：将接收到的AAC编码的音频信号进行无噪解码、反量化处理和联合立体声解码，得到解码中间状态的音频信号；
从AAC部分解码得到的解码中间状态的音频信号中选取其中一路音频信号进行AAC部分编码：将选取的中间状态的一路音频信号进行量化处理和无噪编码，得到AAC部分编码的音频信号。
第三编码/解码模块302内存储编码/解码指令，并按照如下方法执行指令：
从音频设备接收主音频设备发送的AAC部分编码的音频信号，并进行解码：
将AAC部分编码的音频信号进行无噪解码、反量化处理、知觉噪声替换和瞬时噪声整形后，进行反离散余弦变换，得到输解码后输出的音频信号。
本发明通过改进的高级音频编码/解码系统，对无线蓝牙之间传输的音频信号进行高级音频编码/解码方法。
在智能设备发送音频之前，通过第一编码/解码模块101对左声道和右声道的音频信号进行AAC编码。如图2所示本发明第一编码/解码模块对音频信号编码的流程图，智能设备100对音频信号按照如下方式进行AAC编码：
将左声道、右声道的脉冲编码调制(PCM，pulse code modulation)的音频信号输入第一编码/解码模块101，对输入的信号进行频段复制编码(SBR)、离散余弦变换(MDCT)后，完成频域转换。
经过频域转换后音频信号经过瞬时噪声整形(TNS)、知觉噪声替换(PNS)、联合立体声编码(Joint Stereo)、量化处理(Quantize)和无噪声编码(Noisless Encoding)后，得到AAC编码的音频信号。
智能设备100将得到AAC编码的音频信号，通过第一蓝牙模块102发送至主音频设备的第二蓝牙模块202，主音频设备200对接收到的AAC编码的音频信号进行解码和编码。
如图3所示本发明第二编码/解码模块对音频信号编码/解码的流程示意图，主音频设备接收智能设备发送的AAC编码的音频信号输入到第二编码/解码模块201，第二编码/解码模块201对接收到的AAC编码的音频信号进行AAC部分解码：
将接收到的AAC编码的音频信号进行无噪解码(Noisless Decoding)、反量化处理(Dequantize)和联合立体声解码(Joint Stereo)，得到解码中间状态的音频信号。
从AAC部分解码得到的解码中间状态的音频信号中选取其中一路音频信号(例如右声道的音频信号)进行AAC部分编码：
将选取的中间状态的一路音频信号进行量化处理(Quantize)和无噪编码(Noisless Encoding)，得到AAC部分编码的音频信号。
主音频设备200通过第二蓝牙模块202将得到AAC部分编码的音频信号通过蓝牙转发至从音频设备300的第三蓝牙模块302，从音频设备接收到AAC部分编码的音频信号，由第三编码/解码模块进行解码。
如图4所示本发明第三编码/解码模块对音频信号解码的流程图，从音频设备接收主音频设备发送的AAC部分编码的音频信号，并进行单声道AAC解码：
AAC部分编码的音频信号输入到第三编码/解码模块，将AAC部分编码的音频信号进行无噪解码(Noisless Decoding)、反量化处理(Dequantize)、知觉噪声替换(PNS)和瞬时噪声整形(TNS)后，进行反离散余弦变换(IMDCT)和频段复制解码(SBR)，得到解码后输出的音频信号，即得到右声道的PCM音频信号。
在上述过程中，无噪编码为哈夫曼编码，无噪解码为哈夫曼解码。上述过程中，主音频设备200的第二编码/解码201经过部分解码后，对未选取的一路音频信号(例如选取了右声道的音频信号，未选取左声道的音频信号)继续进行解码，即：
联合立体声解码(Joint Stereo)解码后，继续进行知觉噪声替换(PNS)和瞬时噪声整形(TNS)后，进行反离散余弦变换(IMDCT)和频段复制解码(SBR)，得到解码后输出的音频信号，即得到左声道的PCM音频信号。
以播放源为48k的立体声为例进行测试，采用本发明的编码、解码方法及系统，主音频设备200转发音频信号花费的时间为38M个时钟周期，同样参照的采用传统的对整个频段进行编码/解码的方式进行转发花费的时间为80个时钟周期，采用本发明和传统方式两种编码/解码的方式的主从音频设备的信噪比均为40bd左右。由于从音频设备只进行单声道解码，本发明一种无线蓝牙系统改进的高级音频编码/解码方法及系统，在保证音质的同时，有效的降低了主音频设备的运算量。
本发明提供一种无线蓝牙系统改进的高级音频编码/解码方法及系统，主音频设备转发AAC编码的音频信号时，仅进行部分AAC音频解码，对得到的中间状态的的音频信号中选取其中一路音频信号进行AAC部分编码，跳过AAC编码/解码过程中的离散余弦变换(MDCT)和反离散余弦变化(IMDCT)，大大减少了主音频设备的运算量，降低了整个系统转发音频信号的时延。
结合这里披露的本发明的说明和实践，本发明的其他实施例对于本领域技术人员都是易于想到和理解的。说明和实施例仅被认为是示例性的，本发明的真正范围和主旨均由权利要求所限定。
Claims (10)
1.一种无线蓝牙系统改进的高级音频编码/解码方法，其特征在于，所述方法包括：
主音频设备接收智能设备发送的AAC编码的音频信号；
主音频设备对接收到的AAC编码的音频信号进行AAC部分解码：将接收到的AAC编码的音频信号进行无噪解码、反量化处理和联合立体声解码，得到解码中间状态的音频信号；
从AAC部分解码得到的解码中间状态的音频信号中选取其中一路音频信号进行AAC部分编码：将选取的中间状态的一路音频信号进行量化处理和无噪编码，得到AAC部分编码的音频信号；
主音频设备将得到AAC部分编码的音频信号通过蓝牙转发至从音频设备。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述无噪编码为哈夫曼编码，所述无噪解码为哈夫曼解码。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述智能设备对音频信号按照如下方式进行AAC编码：
输入左声道和右声道的音频信号，对输入的信号进行离散余弦变换后，完成频域转换；
经过频域转换后音频信号经过瞬时噪声整形、知觉噪声替换、联合立体声编码、量化处理和无噪声编码后，得到AAC编码的音频信号。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述方法还包括，在离散余弦变换前，还包括频段复制编码。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述从音频设备接收主音频设备发送的AAC部分编码的音频信号，并进行解码：
将AAC部分编码的音频信号进行无噪解码、反量化处理、知觉噪声替换和瞬时噪声整形后，进行反离散余弦变换，得到输解码后输出的音频信号。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：在完成反离散余弦变换后，进行频段复制解码。
7.一种无线蓝牙系统改进的高级音频编码/解码系统，其特征在于，所述高级音频编码/解码系统包括：
配置于智能设备内第一编码/解码模块，用于输入不同声道脉冲编码调制的音频信号，以及对输入的音频信号进行AAC编码；
配置于主音频设备的第二编码/解码模块，用于对主音频设备接收到的AAC编码音频信号进行AAC部分解码，
以及对AAC部分解码得到的解码中间状态的音频信号中选取其中一路音频信号进行AAC部分编码；
配置于从音频设备的第三编码解码模块，用于对接收到的主音频设备发送的AAC部分编码的音频信号进行解码。
8.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，所述第二编码/解码模块存储编码/解码指令，并按照如下方法执行：
主音频设备对接收到的AAC编码的音频信号进行AAC部分解码：将接收到的AAC编码的音频信号进行无噪解码、反量化处理和联合立体声解码，得到解码中间状态的音频信号；
从AAC部分解码得到的解码中间状态的音频信号中选取其中一路音频信号进行AAC部分编码：将选取的中间状态的一路音频信号进行量化处理和无噪编码，得到AAC部分编码的音频信号。
9.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，所述第一编码/解码模块存储编码/解码指令，并按照如下方法执行：
输入左声道和右声道的音频信号，对输入的信号进行离散余弦变换后，完成频域转换；
经过频域转换后音频信号经过瞬时噪声整形、知觉噪声替换、联合立体声编码、量化处理和噪声编码后，得到AAC编码的音频信号。
10.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，所述第三编码/解码模块存储编码/解码指令，并按照如下方法执行：
从音频设备接收主音频设备发送的AAC部分编码的音频信号，并进行解码：
将AAC部分编码的音频信号进行无噪解码、反量化处理、知觉噪声替换和瞬时噪声整形后，进行反离散余弦变换，得到解码后输出的音频信号。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| CB02 | Change of applicant information |
Address after: 201306 room 904, No. 800, Huanhu West 2nd Road, Lingang New Area, China (Shanghai) pilot Free Trade Zone, Pudong New Area, Shanghai Applicant after: Hengxuan Technology (Shanghai) Co., Ltd Address before: 200135 Shanghai 647 free trade pilot area, 171 Pudong New Area Road, 1 buildings, 6 rooms Applicant before: Heng Xuan Technology (Shanghai) Co., Ltd. |
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| CB02 | Change of applicant information | ||
| GR01 | Patent grant | ||
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