CN1151638A - 给mpeg声频数据分配最佳比特量的快速方法 - Google Patents

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Abstract

一种给MPEG声频数据分配最佳比特量的快速方法，把通过心理声学模型所得到的信号遮掩比除以6，并把所得到的商值的整数部分定义为一个阵列指针，根据所定义的阵列指针快速地获得一个有效比特分配量，把所得到的有效比特分配量与一个固定的比特分配量进行比较。根据比较结果获得一个最佳比特分配量。因此，根据本发明，能够快速地获得给MPEG声频数据的最佳比特分配量，而不必要采用通过心理声学模型所得到的信号遮掩比来进行循环重复。

Description

给电影专家组声频数据分配最佳比特量的快速方法
一般地说，本发明涉及对电影专家组(以下称为MPEG)声频数据的比特量分配，较具体地说，涉及一种给MPEG声频数据分配最佳比特量的快速方法，其中以次频带为单位通过执行最少的运算来确定一个在有限的MPEG声频帧比特范围内的比特分配量，该比特量分配在一个多通道系统中高效率地执行。
通常的MPEG声频数据比特量分配方法含有一个令信号遮掩比(SMR)的增加量或减小量为1的重复循环，并根据其结果值来调整遮掩的大小，这种循环式的重复降低了MEPG声频数据比特分配的速度。
另一方面，日本专利公开平成5-248972号给出了一种高效地执行比特分配的声频信号处理方法。该声频信号处理方法用来把一个声频信号转换成一个频率信号，并对该转换的频率信号执行比特分配以对它编码。使用了一个遮掩阀值来减小由遮掩效应所造成的听觉噪声。该遮掩阀值是根据当前帧和前一帧的信号谱分布来确定的。采用基于听觉特性的遮掩阀值使数据编码能更高效地执行。这种更高效的数据编码造成数据压缩率的增大。然而，上述方法与本发明在实施方面是不同的，并且它与本发明相比效果较差。
因此，本发明是针对上述问题提出的，本发明的一个目的是提供一种给MPEG声频数据分配最佳比特量的快速方法，其中通过一次除法运算即可得到以次频带为单位的比特分配量和遮掩大小，而不必令信号遮掩比增加或减小1。
根据本发明，上述目的和其他目的可以通过提供一种给MPEG声频数据分配最佳比特量的快速方法而达到，该方法包括：第一个步骤，把由心理声学模型得到的信号遮掩比除以6，把所得商值的整数部分定义为一个阵列指针，并根据该所定义的阵列指针快速地获得一个有效的比特分配量；以及第二个步骤，把第一个步骤中得到的有效比特分配量与一个固定的比特分配量进行比较，并根据比较的结果获得一个最佳的比特分配量。
附图的简单说明
本发明的上述目的和其他目的以及特点和优点将通过下面结合附图所作的详细说明而得到更清楚的了解，在附图中：
图1说明根据本发明的快速比特分配操作的流程图；以及
图2是说明根据本发明的最佳比特分配操作的流程图。
在MPEGII中，一个多通道系统根据一个比特串工作。为了在一个有限的帧比特量范围之内给多个通道进行比特分配，必须再对每个通道分配一个最小的和最佳的比特量。比特分配量的最小化意味着不损害声音质量范围内的数据压缩。
根据本发明，最小化的和最佳的比特分配量是通过执行一个除法操作来获得的，实验已经证明，当MPEG声频数据的比特分配量增加或减少1比特时，信噪比(SNR)就增加或减少6dB。本发明的基本原则就是根据上述实验证明而通过把该数字值6作为除数来获得比特分配量。也就是说，把通过心理声学模型所得到的信号遮掩比(SMR)除以6，利用所得的商值而获得近似的比特分配量，因为在MPEG声频数据中不存在准确的6dB变动宽度，所以对每个信号遮掩比都加以权重1.01。例如，对于量化级数为3和5的情形，通过把它们各自的信号遮掩比除以6将得到相同的商值1。在此情形下，尽管商值相同，但比特分配量将是不同的，由于这个原因，对各个信号遮掩比加以权重，使得阵列指针不再相同，这里，各个阵列指针由相对应的商值来定义。
后面的表1示出一个比特分配表或者一个参考表，其中关于比特分配的指针是用上述方法获得的。表1表示出了MPEG层II的一个例子。所定义的阵列指针N是通过把按心理声学模型所得的信号遮掩比除以6而得到的商值。阵列指针N指明一个次频带的比特分配量、一个信噪比(SNR)、一个遮掩噪声比(MNR)、以及一个比特分配指标值。组指针指明MPEG比特分配表中同一分配步骤的各个次频带组。次频带组按照发射率分成4组。
现在，将在上述原则和表1的基础上说明根据本发明的给MPEG声频数据分配最佳的比特量的快速方法。
参考图1，那里示出了说明根据本发明的快速比特分配操作的流程图。为了进行快速比特分配操作，由除法运算得到的商值被定义为一个指明信噪比的阵列指针，从由阵列指针所指明的信噪比中减去信号遮掩比，判断上述差值是负数还是正数。根据判断的结果，确定是否需要在比特分配量上加1个比特。
为了对每个次频带都得到一个比特分配量，本快速比特分配操作总共只需要做三种运算：除法、减法、和条件判断。因此，本快速比特分配操作是简单的。
下面将参考图1更详细地说明本快速比特分配操作。
在第一步骤T1中，通过在借助于心理声学模型所得到的当前信号遮掩比上加以权重1.01，得到一个新的信号遮掩比，也即SMR＝SMR+1.01。在步骤T2中，检验第一步骤T1中所得到的新信号遮掩比是否大于零。如果第二步骤T2的检验发现第一步骤T1所得到的新信号遮掩比小于零，则再检验下一个次频带的值。
如果第二步骤T2的检验发现第一步骤T1所得到的新信号遮掩比大于零，则在第三步骤T3中把它除以6，并把所得商值的整数部分(int)定义为一个阵列指针，然后，在第三步骤T3中通过从由所定义的阵列指针N所指明的信噪比中减去第一步骤T1所得到的新信号遮掩比，获得一个遮掩噪声比，即，MNR＝SNR[N]-SMR。
在第四步骤T4中，检验第三步骤T3所得到的遮掩噪声比是否大于零。如果第四步骤T4的检验发现第三步骤T3得到的遮掩噪声比大于零，则本快速比特分配操作前进到第六步骤T6。
如果第四步骤T4的检验发现第三步骤T3所得到的遮掩噪声比小于零，则在第五步骤T5中通过在第三步骤T3所定义的阵列指针N上加1而获得一个新的阵列指针N，也即，N＝N+1。然后，在第五步骤T5中通过从由所得的新阵列指针N所指明的信号噪声比中减去第一步骤T1所得到的新信号遮掩比，获得一个遮掩噪声比，即，MNR＝SNR[N]-SMR。
在执行了第五步骤T5之后，或者如果第四步骤T4的检验发现第三步骤T3所得到的遮掩噪声比大于零，则在第六步骤T6中把由第三步骤T3所定义的阵列指针N所指明的比特分配量，或者把第五步骤T5所得到的比特分配量确定为有效的比特分配量。
如上所述，本快速比特分配操作不需要循环重复。因此，能够以非常高的速度获得比特分配量。
另一方面，对于待分配的比特量是固定的情形，由图1所示的快速比特分配操作所得到的有效比特分配量必须要处理得最接近于最大分配比特量。下面将参考图2详细地说明这种最佳比特分配操作。
参见图2，那里示出了一个说明根据本发明的最佳比特分配操作的流程图。在第一步骤U1中，检验通过图1所示快速比特分配操作所得到的有效比特分配量是否和固定的比特分配量相同，如果第一步骤U1的检验发现通过图1所示快速比特分配操作所得到的有效比特分配量和固定比特分配量相同，也即，如果该有效比特分配量是最佳的，则最佳比特分配操作结束。
如果第一步骤U1的检验发现，通过图1所示快速比特分配操作所得到的有效比特分配量大于固定比特分配量，则在第二步骤U2中找出一个对应于最大遮掩噪声比的阵列指针。然后在第二步骤U2中通过从找到的阵列指针中减去1而得到一个新阵列指针，即N＝N-1并把由该得到的新阵列指针所指明的比特分配量加到固定比特分配量上，第二步骤U2还从这样得到的比特分配量中减去由上述找到的阵列指针所指明的比特分配量。总之，这里的最佳比特分配量是这样得到的：
BITS＝BITS+bits[N]-bits[N+1]
如果第一步骤U1的检验发现，通过图1所示快速比特分配操作所得到的有效比特分配量小于固定比特分配量，则在第三步骤U3中找出一个对应于最小遮掩噪声比的阵列指针，然后在第三步骤U3中，通过从找到的阵列指针中加上1而得到一个新阵列指针，即N＝N+1并把由该得到的新阵列指针所指明的比特分配量加到固定比特分配量上。第三步骤U3还从这样得到的比特分配量中减去由上述找到的阵列指针所指明的比特分配量。总之，这里的最佳比特分配最是这样得到的。
BITS＝BITS+bits[N]-bits[N-1]
在第四步骤U4中，通过从由对应于在第二或第三步骤U2或U3中所得到的最佳比特分配量的阵列指针所指明的信噪声比中减去通过心理声学模型所得到的信号遮掩比，而得到一个遮掩噪声比，即，MNR＝SNR(N)-SMR。然后在第四步骤U4中，本最佳比特分配操作返回到第一步骤U1以重复执行上述各步骤。
根据上面的说明，很明显地可以看出，根据本发明可以快速地获得给MPEG声频数据的最佳比特分配量，而不需要利用通过心理声学模型所得到的信号遮掩比来进行循环重复。如果有效比特分配量不同于固定比特分配量，则将通过恰当地处理有效比特分配量而使得它最接近于最大可分配的比特量，因此，多通道系统中各通道之间的比特分配边缘变得比较大了，其效果是可以更有效地进行给声频数据的比特分配，再有，本发明可以应用于采用MPEG声频信号压缩算法的编码系统和其他相关系统。
尽管这里所公开的本发明优选实施例是为了说明本发明，但是熟悉本技术领域的人们将可看到，在不偏离所附权利要求中所公开的本发明的范畴和精神的情形下，有可能做出各种修改、增补和更替。
表1
阵列指针(N) 边界值   SNR                  组指针
  组I    组II   组III   组IV
    0   |6|12|18|24|30|36|42|48|54|60|66|72|78|84|90|96|   7.0      60      60      60      60
    1  11.0     108      84      84      84
    2  16.0     144     108     108     576
    3  20.84     144     420     120      ″
    4  25.28     180     144     144      ″
    5  31.59     216     180     180 ″
    6  37.75     252     216     576      ″
    7  43.84     288     252     ″      ″
    8  49.89     324     288     ″      ″
    9  55.93     360     324     ″      ″
    10  61.96     396     360     ″      ″
    11  67.98     432     396     ″      ″
    12  74.01     468     432     ″      ″
    13  80.03     504     468     ″      ″
    14  86.05     540     576     ″      ″
    15  92.01     576     ″     ″      ″
    16  98.01      ″     ″     ″      ″

Claims (4)

1.一种给MPEG声频数据分配最佳比特量的快速方法，它包括下述步骤：
(a)把通过心理声学模型所得到的信号遮掩比除以6，把所得商值的整数部分定义为一个阵列指针，并根据所定义的阵列指针快速地获得一个有效比特分配量；以及
(b)把上述步骤(a)中所得到的有效比特分配量与一个固定的比特分配量进行比较，并根据比较结果获得一个最佳比特分配量。
2.根据权利要求1的给MPEG声频数据分配最佳比特量的快速方法，其中获得有效比特分配量的上述步骤(a)包括给由通过心理声学模型所得到的信号遮掩比加以权利重1.01以获得一个新信号遮掩比的步骤。
3.根据权利要求1的给MPEG声频数据分配最佳比特量的快速方法，其中获得有效比特分配量的上述步骤(a)包括以下步骤：
(a-1)给由通过心理声学模型所得到的信号遮掩比加以权重1.01以获得一个新信号遮掩比；
(a-2)检验在上述步骤(a-1)中所得到的新信号遮掩比是否大于零，并当该在上述步骤(a-1)中所得到的新信号遮掩比小于零时，检验下一个次频带的值；
(a-3)当上述步骤(a-2)的检验发现在上述步骤(a-1)中所得到的新信号遮掩比大于零时，把在上述步骤(a-1)中所得到的新信号遮掩比除以6，把所得到的商值的整数部分定义为阵列指针，并从由所定义的阵列指针的指明的信噪比中减去在上述步骤(a-1)中所得到的新信号遮掩比，以获得一个遮掩噪声比；
(a-4)检验在上述步骤(a-3)中所得到的遮掩噪声比是否大于零；
(a-5)当上述步骤(a-4)的检验发现在上述步骤(a-3)中所得到的遮掩噪声比小于零时，则在上述步骤(a-3)中所定义的阵列指针上加1，以获得一个新阵列指针，并从由所得到的新阵列指针所指明的信噪比中减去在上述步骤(a-1)中所得到的新信号遮掩比，以获得一个遮掩噪声比；以及
(a-6)获得有效比特分配量，它是由在上述步骤(a-3)中所定义的阵列指针所指明的比特分配量，或者是在执行了上述步骤(a-5)之后在上述步骤(a-5)中所得到的指针所指明的比特分配量，或者是当上述步骤(a-4)的检验发现在上述步骤(a-3)中所得到的遮掩噪声比大于零时相应的比特分配量。
4.根据权利要求1的给MPEG声频数据分配最佳比特量的快速方法，其中获得最佳比特分配量的上述步骤(b)包括以下步骤：
(b-1)检验在上述步骤(a)中所得到的有效比特分配量是否与固定比特分配量相同，并且当在上述步骤(a)中所得到的有效比特分配量与固定比特分配量相同时，结束操作；
(b-2)当上述步骤(b-1)的检验发现在上述步骤(a)中所得到的有效比特分配量大于固定比特分配量时，找出一个对应于最大遮掩噪声比的阵列指针，从所找到的阵列指针中减去1，以获得一个新阵列指针，把由所得到的新阵列指针指明的比特分配量加到固定比特分配量上，并从所得到的相加结果比特分配量中减去由所找到的阵列指针所指明的比特分配量，以获得最佳比特分配量；
(b-3)当上述步骤(b-1)的检验发现在上述步骤(a)中所得到的比特分配量小于固定比特分配量时，找出一个对应于最小遮掩噪声比的阵列指针，在所找到的阵列指针上加1，以获得一个新阵列指针，把由所得到的新阵列指针所指明的比特分配量加到固定比特分配量上，并从所得到的相加结果比特分配量中减去由所找到的阵列指针所指明的比特分配量，以获得最佳比特分配量；以及
(b-4)从由一个对应于在上述步骤(b-2)或(b-3)中所得到的最佳比特分配量的阵列指针所指明的信噪比中减去通过心理声学模型所得到的信号遮掩噪声比，以获得一个遮掩噪声比，并返回到上述步骤(b-1)。
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