CN1312663C

CN1312663C - 一种信号编码、解码的方法和装置

Info

Publication number: CN1312663C
Application number: CNB028238265A
Authority: CN
Inventors: E·G·P·舒杰斯; A·W·J·奥门
Original assignee: Koninklijke Philips Electronics NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 2001-11-30
Filing date: 2002-11-13
Publication date: 2007-04-25
Anticipated expiration: 2022-11-13
Also published as: KR20040070195A; AU2002348895A1; ES2280592T3; US7376555B2; BR0206783A; EP1466320A1; DE60218068T2; JP2005510925A; RU2319223C2; WO2003046889A1; DE60218068D1; ATE353465T1; EP1466320B1; CN1596434A; RU2004119838A; US20050021326A1

Abstract

在这里提供的是信号编码，其中提供了涉及信号的第一组时间间隔中的后续时间的第一组值，并且提供了涉及信号的第二时间间隔中的后续时间的第二组值，所述第一时间间隔于第二时间间隔存在重叠，所述重叠包含了第二间隔的至少两个后续时间，其中第二组中涉及重叠的至少两个后续时间的至少一个值是根据第一组中的一个值来进行编码的，所述第一组中的值在时间上比第二组中的任何其他值都更接近第二组的所述至少一个值。

Description

一种信号编码、解码的方法和装置

技术领域

本发明涉及对信号进行编码，尤其是对音频信号进行编码。

背景技术

已知的音频编码方案使用了帧，这些帧包含了一组表示该帧涉及的时间间隔的音频信号(分量)的值。至少某些帧涉及的是时间上具有重叠的时间间隔。为了实现低比特率，举例来说，可以通过使用差分编码技术来利用在连续时刻获取的值之间的冗余度。

发明内容

本发明的一个目的是提供有益的编码。为此目的，本发明提供了如下所述的一种编码方法、一种编码器、一个比特流、一种存储介质、一种解码方法、一种解码器、一个发射机、一个接收机和一个系统。

根据本发明的一个方面，提供了一种编码信号的方法，所述方法包括：在信号的第一时间间隔中提供与后续时间相关的第一组值；在信号的第二时间间隔中提供与后续时间相关的第二组值；所述第一时间间隔与第二时间间隔存在重叠，所述重叠包含了第二间隔的至少两个后续时间，其中在第二组中与重叠中的至少两个后续时间相关的至少一个值是根据第一组中的一个值来进行编码的，所述第一组中的值在时间上比第二组中的任何其他值都更接近第二组的所述至少一个值。

根据本发明的另一个方面，提供了一种用于对信号进行编码的编码器，所述编码器包括：用于在信号的第一时间间隔中提供与后续时间相关的第一组值的装置；用于在信号的第二时间间隔中提供与后续时间相关的第二组值的装置；所述第一时间间隔与第二时间间隔存在重叠，所述重叠包含了第二间隔的至少两个后续时间，所述设备还包括根据第一组中的一个值来对与重叠中的至少两个后续时间相关的第二组中的至少一个值进行编码的装置，其中所述第一组中的值在时间上比第二组中的任何其他值都更接近第二组的所述至少一个值。

根据本发明的另一个方面，提供了一种对表示编码信号的比特流进行解码的方法，所述解码包括：在第一时间间隔中接收与后续时间有关的第一组编码值；在第二时间间隔中接收与后续时间有关的第二组编码信号；所述第一时间间隔与第二时间间隔存在重叠，所述重叠包含了第二间隔的至少两个后续时间，其中第二组中与重叠中的至少两个后续时间相关的至少一个值是根据第一组中的一个值来进行编码的，所述第一组中的值在时间上比第二组中的任何其他值都更接近第二组的所述至少一个值，所述解码还包括：对第一组值进行解码，以便获取第一组解码值，以及对第二组值进行解码，以便获取第二组解码值，其中与重叠中的至少两个后续时间相关的第二组的至少一个值是根据第一组的值来解码的，所述第一组的值在时间上比第二组中的任何其他值都更接近第二组中的所述至少一个值。

根据本发明的另一个方面，提供了一种用于对表示编码信号的比特流进行解码的解码器，所述解码器包括：用于在第一时间间隔中接收与后续时间有关的第一组编码值的装置；用于在第二时间间隔中接收与后续时间有关的第二组编码值的装置；所述第一时间间隔与第二时间间隔存在重叠，所述重叠包含了第二间隔的至少两个后续时间，其中第二组中与重叠中至少两个后续时间相关的至少一个值是根据第一组中的一个值来进行编码的，所述第一组中的值在时间上比第二组中的任何其他值都更接近第二组的所述至少一个值，所述设备还包括：用于解码第一组的值来获取第一组解码值的装置，以及用于解码第二组的值来获取第二组解码值的装置，其中与重叠中的至少两个后续时间相关的第二组的至少一个值是根据第一组的值来解码的，所述第一组的值在时间上比第二组中的任何其他值都更接近第二组中的所述至少一个值。

根据本发明的另一个方面，提供了一种发射机，包括：一个输入单元，用于接收一个信号，一个如上所述的编码器，用于对信号进行编码，以便获取一个经过编码的信号，以及一个输出单元，用于提供一个代表所述经过编码的信号的比特流。

根据本发明的另一个方面，提供了一种接收机，包括：一个输入单元，用于接收一个代表经过编码的信号的比特流；一个如上所述的解码器，用于对经过编码的信号进行解码，以便获取一个经过解码的信号，以及一个提供解码信号的输出单元。

根据本发明的另一个方面，提供了一种系统，其中包含了如上所述的发射机和接收机。

本方法的第一方面提供的是信号编码，所述编码包括：在信号的第一时间间隔中提供涉及后续时间的第一组值，在信号的第二时间间隔中提供涉及后续时间的第二组值，其中第一时间间隔(在时间上)与第二时间间隔存在重叠，所述重叠包含了第二间隔的至少两个后续时间，其中对涉及处于重叠中的至少两个后续时间的第二组的值来说，至少有一个值是根据第一组中的一个值来进行编码的，这个来自第一组的值在时间上比第二组中其他值更接近第二组中的所述至少一个值。通过根据第一组中在时间上比第二组中任何其他值都更接近第二组中至少一个值的值来对第二组中的所述至少一个值进行编码，可以更好地使用这些值中的冗余度。本发明的这个方面基于这样一种理解，那就是在使用重叠的时间间隔的时候，在其他组中有一个值与一个时间相关联，所述时间相比第二组中可用的任何值都更接近将被编码的第二组中的当前值。由于这些值一般在时间上更为接近的时候也会更为相关，因此通常可以使用更好的相关性来对信号进行更有效地编码。

后续时间可以是时刻(或点)或小于所述时间间隔(例如涉及子帧)的时段。在时间上，第二时间间隔通常处于第一时间间隔之后，但也可以在所述第一时间间隔之前。

所述重叠时间不一定相等，相对第一时间间隔的时间而言，第二时间间隔的时间可以具有一个偏移。在所述时间是时刻的情况下，第一时间间隔中的后续时刻之间的时差未必等同于第二时间间隔中的后续时刻之间的时差。此外，如果所述时间是时段，那么在相应的时间间隔内部或是相对于另一个时间间隔而言，这些时段未必具有相同的长度。在优选实施例中，对第一时间间隔或第二时间间隔来说，每一时间间隔中的时间量都是相同的，并且所述时间(实质上)均匀分布在相应的时间间隔上。

这组值可以包含在帧或子帧中。

尽管本发明适用于任何一种使用了涉及重叠时间间隔的帧和任何类型的值的编码方案，但是非常有利的是，本发明适用于一种参量音频编码方案，其中举例来说，所述值可以是音频信号中的噪声分量的增益。

附图说明

本发明的这些和其他方面将从附图中变得清楚并且将会根据附图来说明本发明的这些和其他方面。

在附图中：

图1显示的是一个将涉及重叠时段的帧与常规编码方法结合使用来对有关本发明的见解进行描述的例图；

图2显示的是依照本发明第一实施例实施的编码；

图3显示的依照本发明的第二实施例实施的编码；以及

图4显示的依照本发明一个实施例的系统。

在这些附图中只显示了理解本发明实施例所需要的那些部件。图中的数字表示的是指定的子帧中的值的序号，后续序号则涉及指定子帧所涉及的相应时间间隔中的后续时间。

具体实施方式

在一个优选参量编码方案中，输入信号通常分解成瞬态信号分量、正弦信号分量和噪声分量。现在对WO01/69593-A1加以参考。表示正弦分量的参数通常选作幅度、频率和相位。对瞬态分量来说，这种带有包络描述的参数扩展是瞬态分量的一种有效表示。就噪声而言，对随机噪声发生器进行控制的频谱形状和增益参数代表的是一个有效的参量表示。为了以足够低的比特率来编码这些参数，在这里必须使用处于连续时刻上的这些参数之间的冗余度。举例来说，在正弦分量的情况下，单个分量的振幅和频率参数在时间上是缓慢变化的。因此对振幅和频率中的变化进行编码是非常有益的。根据分析帧，可以对一个用于频率和振幅的单独参数进行编码。

在对噪声进行参数化的情况下，在每一个子帧上都得到了多个增益参数值，其中举例来说，所述参数值数目可以是七个，每一个增益值都表示其涉及的子子帧之中的功率。在一个噪声帧中包含了多个子帧。举例来说，分析帧具有50％的重叠。这一点可以在图1中看出。在实际实施例中，对每个子帧来说，子子帧的时段都具有相同或相似的长度。

由于增益参数的缓慢变化特性，在这里是通过对这些参数进行差分编码来使用冗余度的。为此目的，在这里将估计的增益参数按顺序组织起来。接着则对所述差值进行熵编码。

...g(i-1，7)g(i，1)g(i，2)… g(i，6)g(i，7)g(i+1，1)g(i+1，2)…g(i+1，6)g(i+1，7)…

其中g(a，b)表示子帧a的第b个噪声增益表示电平。最终，这些差分表示电平是使用霍夫曼表而被熵编码的。

根据本发明的实施例，在这个增益参数实例中将估计的参数值组织起来，以便更好地使用所述冗余度。根据常规编码，对比特流语法进行简单改变就可以在编码效率方面带来改进。

方法1

在参量编码实例中，如下组织估计的噪声增益(参见图2)：

…g(i，3)g(i，4)g(i，5)g(i+1，1)g(i，6)g(i+1，2)g(i，7)g(i+1，3) g(i+1，4)g(i+1，5)...

优选地，在这里以差分方式来对由此得到的增益参数序列进行编码。

方法2

对参量编码实例而言，已经证实如下方法更为有效(参见图3)：

步骤A)首先，对第i帧而言，将增益组织成：g(i，3)g(i，4)g(i，5)g(i，6)g(i，7)，然后对其进行编码(优选使用差分方式)。

步骤B)然后则对g(i，5)g(i+1，1)，g(i，6)g(i+1，2)以及g(i，7)g(i+1，3)这些对进行编码(优选使用差分方式)。

方法3

进一步的研究显示，这三个帧间差g(i+1，1)-g(i，5)、g(i+1，2)-g(i，6)以及g(i+1，3)-g(i)具有很大的相似性。因此，更为有效的是对这些差值的均值m进行编码，然后根据这个均值来对差值进行编码。由此意味着将平均差这个附加参数包含在比特流中。

作为不同方法的对比，考虑以下实例：

增益值数值

g(i，5) 12

g(i，6) 16

g(i，7) 8

g(i+1，1) 15

g(i+1，2) 20

g(i+1，3) 13

对如上所述使用了差分编码的不同方法而言，由此将会提供如下序列：

初始方法		方法1		方法2		方法3
初始方法		方法1		方法2		方法3		...+4-8+7+5-7...	...(16-12)(8-16)(15-8)(20-5)(20-13)...	...+3+1+4-12+5...	...(15-12)(16-15)(20-16)(8-20)(13-8)...	...+4-8+3+4+5...	(16-12)(8-16)(15-12)(20-16)(13-8)...	...+4-8+4-101	...(16-12)(8-16)(均值m^*)(15-12-m)(20-16-m)(13-8-m)

*将均值m计算为((15-12)+(20-16)+(13-8)/3＝4。

应该注意的是，即使在方法3中添加了一个附加参数，也可以对最终得到的序列进行更有效的编码。

在噪声帧编码的一个实际实施例中，每一个子帧定义或更新那些在子帧上保持恒定的滤波器参数。若干个后续增益参数值是根据每个子帧给出的，这些参数涉及的是与子帧相关的时间间隔中的后续时间。这些子帧在时间上重叠。而在这里则定义了一个刷新噪声帧，所述帧是从一个包含了刷新滤波器参数的子帧开始的，其中所述刷新过滤器参数是作为绝对滤波器参数来编码的。在其他子帧中，滤波器参数主要是以差分方式编码的。

在一个优选的实际实施例中使用了以下编码策略：对‘刷新帧’的第一子帧来说，第一噪声增益是以绝对方式编码的。而这个子帧的所有后续噪声增益则是以差分方式编码的。对所有其他子帧而言，被编码的是差值g(i+1，1)-g(i，5)而不是差值g(i+1，1)-g(i，5)，由此使用了在相似时间实例分析的噪声增益之间非常明显的冗余度。此外还为g(i+1，2)和g(i+1，3)进行了相同的处理。因此在这里分别对差值g(i+1，2)-g(i，6)、g(i+1，3)-g(i，7)而不是差值g(i+1，2)-g(i+1，1)、g(i+1，3)-g(i+1，2)进行了编码。

在更优选的实施例中使用了以下编码策略：对‘刷新帧’的第一子帧来说，第一噪声增益是以绝对方式编码的。子帧的所有后续噪声增益则以差分方式编码。对任何其他子帧i+1来说，在这里将会计算差值g(i+1，1)-g(i，5)、g(i+1，2)-g(i，6)和g(i+1，3)-g(i，7)以及这些差值的平均值m(i+1)。其中首先将平均值m(i+1)编码到比特流中，随后跟随的是差值g(i+1，1)-g(，5)-m(i+1)、g(i+1，2)-g(i，6)-m(i+1)以及g(i+1，3)-g(i，7)-m(i+1)，它们表示的是相对于均值的差值。最终则将值g(i+1，4)-g(i+1，3)、g(i+1，5)-g(i+1，4)、g(i+1，6)-g(i+1，5)以及g(i+1，7)-g(i+1，6)编码到比特流中。

除了一个刷新噪声帧的第一子帧之外，首先还将重叠差值的平均值m(i+1)插入了代表滤波器的差分参数之后。紧接着在平均值m(i+1)之后，将相对于所述均值m(i+1)的差值插入比特流中。对那些不重叠的增益值来说，这些参数是以差分方式编码的。这个实施例将会产生以下比特流语法：

刷新噪声帧的第一子帧(在上述实施例中为子帧i)

{

刷新滤波器参数

第一绝对增益值(例如g(i，1))

差分编码的其他的增益值(例如g(i，2)…g(i，7))

}

噪声帧的其他子帧(刷新和不刷新)(例如以上实例中的子帧i+1)

{

差分编码的滤波器参数

重叠差值的均值(例如m(i+1))

重叠增益值相对于均值的差值

差分编码的非重叠增益值

}

优选地，平均差分增益系数m(i+1)是通过使用霍夫曼表来编码的。此外较为优选的是，相对于均值m(i+1)的差值是通过使用一个霍夫曼表来编码的。并且优选的是，另一个差分噪声参数也是通过使用一个霍夫曼表来编码的。

在解码器中，涉及重叠的子帧i+1的噪声增益参数值是通过向子帧i的噪声增益参数值中添加均值m(i+1)以及相应的“相对于均值的差值”来获取的，其中所述噪声增益参数值被用作了参考值。举例来说，在上述实例中(参见图3)，g(i+1，3)＝g(i，7)+m(i+1)+[g(i+1，3)-g(i，7)-m(i+1)]。

特别地，对参量编码来说非常重要的语音选录也得益于本发明的实施例。本发明实施例所引起的附加的编码器复杂性则是可以忽略的。

图4显示的根据本发明一个实施例的系统。该系统包括一个用于传送或记录编码信号[S]的设备1。设备1包括用于接收信号S的输入单元10，其中所述信号最好是一个音频信号。输入单元10可以是天线、麦克风、网络连接等等。设备1还包括一个编码器11，所述编码器依照本发明的上述实施例(特别参见图2和3)来对信号S进行编码，以便获取一个编码信号。经过编码的信号提供到一个输出设备12，该设备在具有适于经由传输介质或存储介质传输或存储的比特流[S]中变换所述编码音频信号。所述系统还包括一个接收机或再现设备3，该设备在一个输入单元30中接收编码信号[S]。而所述输入单元30则将编码信号[S]提供到解码器31。解码器31则通过执行一个解码处理来对编码信号进行解码，其中所述解码处理是编码器11中的编码的逆运算。解码器31将解码信号S′提供到一个供应解码信号S′的输出单元32。所述输出单元32可以是一个再现单元，例如再现解码信号S′的扬声器。此外举例来说，所述输出单元32也可以是一个在非本地网络及其他网络上进一步传送所述解码信号S′的发射机。

本发明实施例的应用领域是：因特网下载，因特网无线电广播，固态音频。

应该指出的是，上述实施例是对本发明进行描述而不是限制，本领域技术人员能在不脱离附加权利要求范围的情况下设计出多种替换实施例。在权利要求中，括号中放置的任何参考符号都不应视为是对权利要求进行限制。单词“包含”并不排除存在与权利要求中列举的部件或步骤不同的其他部件或步骤。本发明可以借助包含了若干不同部件的硬件来实现，也可以借助于适当编程的计算机来实现。在一个枚举了若干装置的设备权利要求中，所述若干装置可以由同一硬件实现。仅仅在互不相同的从属权利要求中叙述了某些量度这个事实并不表明不能使用这些量度来使优点突出。某些测量在互不相同的从属权利要求中论述这个事实并不表示不能更有利地使用这些测量的组合。

Claims

1.一种编码信号的方法，所述方法包括：

在信号的第一时间间隔中提供与后续时间相关的第一组值；

在信号的第二时间间隔中提供与后续时间相关的第二组值；

所述第一时间间隔与第二时间间隔存在重叠，所述重叠包含了第二间隔的至少两个后续时间，

其中在第二组中与重叠中的至少两个后续时间相关的至少一个值是根据第一组中的一个值来进行编码的，所述第一组中的值在时间上比第二组中的任何其他值都更接近第二组的所述至少一个值。

2.权利要求1的方法，其中所述重叠包括第一时间间隔的至少两个时间。

3.权利要求1的方法，其中g(i，b)是第一组i中的值并且g(i+1，b)是第二组i+1中的值，其中b表示指定组中的指定值的序号，而后续序号则与后续时间相关，

所述重叠包括第二时间间隔的k个时间，

其中第一组的值g(i，b)和第二组中的值g(i+1，b)是按照以下顺序编码的：

...g(i，n-k)g(i，n-k+1)g(i+1，1)g(i，n-k+2)g(i+1，2)...g(i，n)g(i+1，k)g(i+1，k+1)g(i+1，k+2)...

其中n是第一组中的最大序号。

4.权利要求1的方法，其中g(i，b)是第一组i中的值并且g(i+1，b)是第二组i+1中的值，其中b表示指定组中的指定值的序号，而后续序号则与后续时间相关，

所述重叠包括第二时间间隔的k个时间，

其中所述编码包括：

对序列…g(i，n-k)g(i，n-k+1)g(i，n-k+2)…g(i，n)进行编码

对帧间差值的序列g(i+1，1)-g(i，n-k+1)、g(i+1，2)-g(i，n-k+2)、……、g(i+1，k)-g(i，n)进行编码，其中n是第一组中的最高序号。

5.权利要求4的方法，其中将会确定帧间差值的平均值m(i+1)并且将相应的帧间差值编码成相对于所述均值的差值。

6.权利要求1的方法，其中重叠的第一时间间隔中的时间数量与重叠的第二时间间隔中的时间数量是相等的。

7.权利要求1的方法，其中所述值是相同类型的参数的值。

8.权利要求1的方法，其中所述值包含在相应的帧或于帧中。

9.权利要求1的方法，其中所述编码是一个差分编码。

10.权利要求1的方法，其中所述信号是一个音频信号。

11.权利要求10的方法，其中所述值是音频信号中的噪声分量的增益值。

12.一种用于对信号进行编码的编码器，所述编码器包括：

用于在信号的第一时间间隔中提供与后续时间相关的第一组值的装置；

用于在信号的第二时间间隔中提供与后续时间相关的第二组值的装置；

所述编码器还包括根据第一组中的一个值来对与重叠中的至少两个后续时间相关的第二组中的至少一个值进行编码的装置，其中所述第一组中的值在时间上比第二组中的任何其他值都更接近第二组的所述至少一个值。

13.一种对表示编码信号的比特流进行解码的方法，所述解码包括：

在第一时间间隔中接收与后续时间有关的第一组编码值；

在第二时间间隔中接收与后续时间有关的第二组编码信号；

其中第二组中与重叠中的至少两个后续时间相关的至少一个值是根据第一组中的一个值来进行编码的，所述第一组中的值在时间上比第二组中的任何其他值都更接近第二组的所述至少一个值，所述解码还包括：

对第一组值进行解码，以便获取第一组解码值，以及

对第二组值进行解码，以便获取第二组解码值，其中与重叠中的至少两个后续时间相关的第二组的至少一个值是根据第一组的值来解码的，所述第一组的值在时间上比第二组中的任何其他值都更接近第二组中的所述至少一个值。

14.一种用于对表示编码信号的比特流进行解码的解码器，所述解码器包括：

用于在第一时间间隔中接收与后续时间有关的第一组编码值的装置；

用于在第二时间间隔中接收与后续时间有关的第二组编码值的装置；

其中第二组中与重叠中至少两个后续时间相关的至少一个值是根据第一组中的一个值来进行编码的，所述第一组中的值在时间上比第二组中的任何其他值都更接近第二组的所述至少一个值，所述解码器还包括：

用于解码第一组的值来获取第一组解码值的装置，以及

用于解码第二组的值来获取第二组解码值的装置，其中与重叠中的至少两个后续时间相关的第二组的至少一个值是根据第一组的值来解码的，所述第一组的值在时间上比第二组中的任何其他值都更接近第二组中的所述至少一个值。

15.一种发射机，包括：

一个输入单元(10)，用于接收一个信号，

一个如权利要求12所述的编码器(11)，用于对信号(S)进行编码，以便获取一个经过编码的信号([S])，以及

一个输出单元，用于提供一个代表所述经过编码的信号([S])的比特流。

16.一种接收机，包括：

一个输入单元(30)，用于接收一个代表经过编码的信号([S])的比特流，

一个如权利要求14所述的解码器(31)，用于对经过编码的信号([S])进行解码，以便获取一个经过解码的信号(S)，以及

一个提供解码信号(S)的输出单元(32)。

17.一种系统，其中包含了如权利要求15所述的发射机以及如权利要求16所述的接收机。