CN1702974B - 用于对数字信号编码/解码的方法和设备 - Google Patents

Abstract

提供一种用于对数字信号编码/解码的方法和设备。首先，数字输入信号被变换为采样以去除信号中的冗余信息。然后，与输入信号的特性相应的查找表在指示根据输入信号的不同特性为每一量化单元分配的比特的不同数量的多个查找表中选择，并且为每一量化单元分配的比特的数量从选择的查找表中被获得。接下来，每一量化单元内的采样的分布被分为预定数量的区段，并且采样使用基于逐区段分配的比特的数量被线性量化。其后，由帧组成的比特流从量化采样和预定附加信息生成，从而关于帧长的信息被存储在帧的尾部。

Description

用于对数字信号编码/解码的方法和设备

技术领域

本发明涉及数字信号的编码和解码，更具体地讲，涉及这样一种用于对数字信号编码/解码的方法和设备，其中，通过使用多个查找表和按区段的线性量化来将数字信号编码为包括关于帧的长度的信息的比特流，并且比特流被解码为原始数字信号。

背景技术

图1是使用MPEG-1中的心理声学模型的普通数字信号编码设备的方框图。普通数字信号编码设备包括频率映射部分100、心理声学模型110、比特分配部分120、量化部分130、和比特流生成部分140。

频率映射部分100使用频带分析滤波器将时域输入信号变换为预定数量的频带。心理声学模型110是执行最复杂计算的编码设备的一部分。即，心理声学模型110计算作为为每一频带的比特分配的基础的信掩比(signal-to-mask ratio，SMR)。SMR通过以下操作来计算。首先，时域音频信号使用快速傅立叶变换(FFT)被变换为频域音频信号，并且每一频带的声压级(sound pressure level)和绝对阈值被计算。其后，音频信号的有声和无声声音分量以及音频信号的掩蔽被确定，并且每一频带的掩蔽阈值和全部掩蔽阈值被计算。最后，每一频带的最小掩蔽阈值被计算，从而计算每一频带的SMR。

比特分配部分120基于从心理声学模型110接收的SMR通过重复下述操作来计算将被为每一频带分配的比特数量。首先，初始分配的比特被设置为0，并且每一频带的掩噪比(mask-to-noise ratio，MNR)被获得。这里，通过从信噪比(SNR)减去SMR来获得MNR。其后，具有在频带的MNR之中最小MNR的频带被搜索，并且为找到的频带分配的比特数量加1。如果为整个输入信号分配的比特数量没有超过需要的分配的比特数量，则除了找到的频带之外的频带经过上述操作。

量化部分130使用缩放矢量(scale vector)和分配的比特将输入信号量化。比特流生成部分140使用量化的输入信号生成比特流。

如上所述，使用心理声学模型的传统数字信号编码方法通过复杂处理获得SMR。因此，在传统数字信号编码方法中执行的计算变得复杂，导致执行数字信号编码方法所需的时间增加。由于使用通过复杂处理获得的SMR计算MNR，并且比特分配环(bit allocation loop)基于MNR被重复，所以在重复比特分配环期间也发生时间延迟。

图2是使用单一查找表的传统数字信号编码设备的方框图。编码设备包括频率映射部分200、查找表210、分配比特数量提取部分220、量化部分230、和比特流生成部分240。

频率映射部分200使用频带分析滤波器将时域输入信号变换为预定数量的频带。查找表210将对频带编码分配的比特的数量存储在与频带的特性相应的地址中。

分配比特数量提取部分220计算输入信号的每一频带的地址值，并且从查找表210提取存储在频带的地址中的分配比特的数量。量化部分230使用为频带分配的比特的数量来量化输入信号。比特流生成部分240使用量化输入信号生成比特流。

在使用单一查找表对数字信号编码的传统方法中，如上所述为了获得分配给数字信号在其中被量化的单元(以下称为量化单元)的比特数量，每频带分配的比特数量从查找表中被提取，并且用于对数字信号编码。因此可防止由于心理声学模型的使用导致复杂计算和时间延迟。然而，由于具有不同特性的各种输入信号必须使用单一查找表被编码，所以存在根据其特性在适应地对输入信号编码中的限制。

在MPEG-1/2音频编码技术中，通过子带滤波获得的子带采样使用关于通过心理声学表示的比特分配的信息而被线性量化，并且经过比特打包处理，从而完成音频编码。当数据具有统一分布时，执行线性量化的线性量化器提供最佳性能。然而，数据分布实际上接近Gussian或Laplacian分布。因此，量化器最好被设计以适于每一分布，并且能够显示关于均方误差(MSE)最佳结果。普通音频编码器，如MPEG-2/4高级音频编码(AAC)编码器使用考虑改进离散余弦变换(MDCT)和心理声学观点的采样分配设计的x^4/3非线性量化器。然而，编码器由于非线性的特性导致高复杂度。因此，非线性量化器不能被用作需要低复杂性的音频编码器。

当由MPEG-1和MPEG-2提出的音频编码使用固定比特率来执行时，同步信息被定位在每一帧的开始部分。当由MPEG-4提出的音频编码没有以固定比特率被执行时，关于帧长的信息被定位在每一帧的开始部分。

当碰撞被应用到音频再现设备时，仅除了在音频再现设备中缓冲器的碰撞部分之外的不受碰撞影响的有效数据应被再现。当使用的编码率是固定比特率时，每一帧的长度，即由每一帧占的缓冲器的区域的大小一致。因此，先于损坏帧的帧占的缓冲器的区域可被容易地搜索。另一方面，当使用的编码率是可变比特率时，每一帧的长度，即由每一帧占的缓冲器的区域的大小一致。因此，仅通过使用记录在每一帧的开始部分的帧长度信息来搜索由先于损坏帧的帧占的缓冲器的区域是不可能的。

发明内容

本发明的提供一种用于对数字信号编码的方法和设备，通过其数字信号使用基于数字信号的特性生成的多个查找表被适应性地编码，并且当考虑数字数据的分布提供比普通线性量化器更好的声音质量时，非线性量化器的复杂性被大大降低。

本发明还提供一种用于对数字信号编码的方法和设备，通过其数字信号使用基于数字信号的特性生成的多个查找表来适应性地编码以生成当数字信号以可变比特率编码时包括有用的帧长度信息的比特流。

本发明是提供一种用于对数字信号编码的方法和设备，通过其当考虑数字数据的分布提供比普通线性量化器好的声音质量时，非线性量化器的复杂性被大大减低，并且数字信号被编码为当数字信号以可变比特率编码时包括有用的帧长度信息的比特流。

本发明还提供一种用于对数字信号编码的方法和设备，通过其数字信号使用基于数字信号的特性生成的多个查找表被适应性地编码，当考虑数字数据的分布提供比普通线性量化器更好的声音质量时，非线性量化器的复杂性被大大降低，并且数字信号被编码为当数字信号以可变比特率编码时包括有用的帧长度信息的比特流。

本发明还提供一种方法和设备，用于将比特流解码为使用基于数字信号的特性生成的多个查找表被适应性地编码的数字信号，从而当考虑数字数据的分布提供比普通线性量化器更好的声音质量时非线性量化器的复杂性可被大大降低。

本发明还提供一种方法和设备，用于将包括帧长度信息的比特流解码为使用基于数字信号的特性生成的多个查找表适应性地编码的数字信号。

本发明还提供一种方法和设备，用于将包括帧长度信息的比特流解码为编码的数字信号，从而当考虑数字数据的分布提供比普通线性量化器更好声音质量时非线性量化器的复杂性被大大降低。

本发明还提供一种方法和设备，用于将包括帧长度信息的比特流解码为使用基于数字信号的特性生成的多个查找表适应性地编码的数字信号，从而当考虑数字数据的分布提供比普通线性量化器更好的声音质量时非线性量化器的复杂性被大大降低。

根据本发明的一方面，提供一种对数字信号编码的方法，包括：将数字输入信号变换为采样以去除信号中的冗余信息；根据输入信号的不同特性选择指示为每一量化单元分配的比特的不同数量的多个查找表中的与输入信号的特性相应的查找表，并且从选择的查找表获得为每一量化单元分配的比特的数量；将每一量化单元内的采样的分布分为预定数目的区段，并且使用基于逐区段分配的比特的数量来线性量化采样；和从线性量化的采样和预定附加信息生成比特流。

根据本发明另一方面，提供一种对数字信号编码的方法，包括：将数字输入信号变换为采样以去除信号中的冗余信息；根据输入信号的不同特性选择指示为每一量化单元分配的比特的不同数量的多个查找表中的与输入信号的特性相应的查找表，并且从选择的查找表获得为每一量化单元分配的比特的数量；使用为每一量化单元分配的比特的数量来量化采样；和从量化的采样和预定附加信息生成包括帧的比特流，从而关于帧长的信息被存储在帧的尾部。

根据本发明一方面，提供一种对数字信号编码的方法，包括：将数字输入信号变换为采样以去除信号中的冗余信息；计算为每一量化单元分配的比特的数量；将每一量化单元内的采样的分布分为预定数量的区段，并且使用基于逐区段分配的比特线性量化采样；和从量化采样和预定附加信息生成包括帧的比特流，从而关于帧长的信息被存储在帧的尾部。

根据本发明一方面，提供一种对数字信号编码的方法，包括：将数字输入信号变换为采样以去除信号中的冗余信息；根据输入信号的不同特性选择指示为每一量化单元分配的比特的不同数量的多个查找表中的与输入信号的特性相应的查找表，并且从选择的查找表获得为每一量化单元分配的比特的数量；将每一量化单元内的采样的分布划分为预定数目的区段，并且使用基于逐区段分配的比特的数量来线性量化采样；和从量化的采样和预定附加信息生成由帧组成的比特流，从而关于帧长度的信息被存储在帧的尾部。

数字信号的变换可使用改进离散余弦变换、快速傅立叶变换、离散余弦变换、和子带滤波之一来执行。附加信息可包括至少每一量化单元的缩放因子和将为每一量化单元分配的比特的数量。

在选择查找表和获得分配的比特的数量的操作中的输入信号的特性可是包括输入信号的频带中占用率不小于或不大于预定参考值的采样的频带的数量。占用率可是或者频带的平方缩放因子的占用率与频带内的采样的平均功率的占用率之间的较大占用率或者频带的缩放因子的占用率与频带内的采样的平均值的占用率之间的较大占用率。

每一查找表可包括每一量化单元的至少一个地址和用于每一量化单元的预定数量的比特。每一查找表的地址可以是频带的缩放因子或平方缩放因子、频带内的采样的平均值或平均功率、频带的缩放因子的占用率与频带内的采样的平均值的占用率之间的较大占用率、或者频带的平方缩放因子的占用率与频带内的采样的平均功率的占用率之间的较大占用率。

划分采样的分布与对采样进行线性量化的操作可包括：使用预定的缩放因子对每个量化单元中的采样进行归一化；将归一化的采样值的范围划分成为预定数量的区段并通过应用为每个区段设置的线性函数变换归一化的采样值；使用为每个量化单元分配的比特数量对变换值进行缩放；以及将缩放的值向最近的整数进行舍入以得到量化值。

缩放因子可以是由不小于在每个量化单元采样值中的最大绝对值的值的预定函数确定的整数。

线性函数可是多个用于区段的独立线性函数。划分归一化采样值的范围和变换归一化采样值的操作可包括：将归一化采样值的范围划分成为两个区段；通过将为两个区段设置应用于归一化数据的线性函数来变换归一化数据。线性函数表示为 $y=\frac{\mathrm{ax}}{(a-2b)}$ 以及 $y=\frac{x}{(1+2b)}+\frac{2b}{(1+2b)}$ ，其中，a代表归一化的值的范围，b代表从中心a的区段位移。按区段线性量化可满足连续性。

由帧组成的比特流可还包括位于每帧头部的指示每帧开始的同步信息。由帧组成的比特流可以是以固定比特率或可变比特率进行编码的结果。

根据本发明了另一方面，提供了一种用于对数字信号进行编码的设备，包括：数据变换部分，用于将数字输入信号变换成采样以去除在信号中的冗余信息；多个查找表，用于指示由输入信号的不同特性决定而被分配给每个量化单元的不同的比特的数量；查找表选择部分，用于在查找表中选择对应于的输入信号的特性的查找表；比特分配部分，用于从被选择的查找表中用于量化单元的地址中提取被分配给量化单元的比特的数量；线性量化部分，用于将每个量化单元中的采样的分布划分成预定数量的区段并在逐区段的基础上使用分配的比特的数量对采样进行线性量化；以及比特打包部分，用于从线性量化采样和预定的附加信息生成比特流。

根据本发明的另一方面，提供了一种用于对数字信号进行编码的设备，包括：数据变换部分，用于将数字输入信号变换成采样以去除在信号中的冗余信息；多个查找表，用于指示取决于输入信号的不同特性而被分配给每个量化单元的不同的比特的数量；查找表选择部分，用于在查找表中选择对应输入信号的特性的查找表；比特分配部分，用于从被选择的查找表中用于量化单元的地址中提取被分配给量化单元的比特的数量；量化部分，用于使用由比特分配部分分配给每个量化单元的数量对采样进行量化；以及比特流生成部分，用于从线性量化的采样和预定附加信息生成由帧组成的比特流以便在帧的尾部包括关于帧长度的信息。

根据本发明的另一方面，提供了一种用于对数字信号进行编码的设备，包括：数据变换部分，用于将数字输入信号变换成采样以去除在信号中的冗余信息；将被分配的比特的数量的计算部分，用于计算将被分配给每个量化单元的比特数量；线性量化部分，用于将每个量化单元中的采样的分布划分成预定数量的区段并在逐区段的基础上使用被分配的比特的数量对采样进行线性量化；以及比特流生成部分，包括从线性量化的采样和预定附加信息生成由帧组成的比特流以便在帧的尾部包括关于帧长度的信息。

根据本发明的另一方面，提供了一种用于对数字信号进行编码的设备，包括：数据变换部分，用于将数字输入信号变换成采样以去除在信号中的冗余信息；多个查找表，用于指示取决于输入信号的不同特性而被分配给每个量化单元的不同的比特的数量；查找表选择部分，用于在查找表选择对应输入信号的特性的查找表；比特分配部分，用于从被选择的查找表中用于量化单元的地址中提取被分配给量化单元的比特的数量；线性量化部分，用于将每个量化单元中的采样的分布划分成预定数量的区段并在逐区段的基础上使用分配的比特的数量对采样进行线性量化；以及比特流生成部分，用于从线性量化的采样和预定附加信息生成由帧组成的比特流以便在帧的尾部包括关于帧长度的信息。

在查找表的选择和分配比特的数量的获得中的输入信号的特性可以是频带的数量，该频带的数量包括在输入信号的频带中不小于或不大于预定参考值的占用率的采样。占用率可以是在频带的平方缩放因子的占用率和在频带中的采样的平均功率的占用率之间的较大的占用率或在频带的缩放因子的占用率和在频带中的采样的平均值的占用率之间的较大的占用率。

线性量化部分包括：数据归一化部分，用于对由使用预定缩放因子的数据变换部分获得的采样进行归一化；区段量化部分，用于将归一化的采样值的范围划分成预定数量的区段并将为每个区段设定的线性函数应用于归一化的采样值；缩放部分，用于对由使用由比特分配部分为每个量化单元分配的比特的数量的区段量化部分获得的值进行缩放；以及舍入部分，用于使用分配的比特的数量对缩放的值进行向最近的整数舍入以获得被量化的值。

由帧组成的比特流可还包括位于每帧的首部的指示每帧开始的同步信息。

根据本发明的另一方面，提供一种将数字信号解码的方法，其包括：从比特流提取按区段线性量化的数据和附加信息；使用附加信息，按与为线性量化划分的区段相应的区段将线性量化的数据解量化；和使用用于编码的变换的逆变换来从解量化的数据生成数字信号。

根据本发明的另一方面，提供一种将数字信号解码的方法，其包括：从由帧组成的比特流提取量化的数据、附加信息、和帧长度信息；使用附加信息将量化的数据解量化；和使用用于编码的变换的逆变换来从解量化的数据生成数字信号。

根据本发明的另一方面，提供一种将数字信号解码的方法，其包括：从由帧组成的比特流提取按区段线性量化的数据、附加信息、和帧长度信息；使用附加信息，按与为量化划分的区段相应的区段将线性量化的数据解量化；和使用用于编码的变换的逆变换来从解量化的数据生成数字信号。

附加信息可包括至少一个每个量化单元的缩放因子和将为每个量化单元分配的比特的数量。在提取线性量化的数据、附加信息、和帧长度信息的操作中，还可从由帧组成的比特流提取同步信息。

按区段将线性量化的数据解量化的操作可包括：通过使用比特分配信息，对按区段线性量化的数据执行用于量化的缩放的逆缩放；按区段将逆缩放的数据线性解量化；和使用与用于量化的缩放因子相应的逆缩放因子来将解量化的数据去归一化。可使用逆修正离散余弦变换、逆快速傅立叶变换、逆离散余弦变换、和子带合成滤波中的一种，来执行解量化的数字信号的逆变换。

根据本发明的另一方面，提供一种将数字信号解码的设备，其包括：比特流解包部分，用于从比特流提取线性量化的数据和附加信息；线性解量化部分，用于使用附加信息，按与为线性量化划分的区段相应的区段将线性量化的数据解量化；和逆变换部分，用于使用用于编码的变换的逆变换来从解量化的数据生成数字信号。

根据本发明的另一方面，提供一种将数字信号解码的设备，其包括：比特流分析部分，用于从由帧组成的比特流提取量化的数据、附加信息、和帧长度信息；解量化部分，用于使用附加信息将量化的数据解量化；和逆变换部分，用于使用用于编码的变换的逆变换来从解量化的数据生成数字信号。

根据本发明的另一方面，提供一种将数字信号解码的设备，其包括：比特流分析部分，用于从由帧组成的比特流提取按区段线性量化的数据、附加信息、和帧长度信息；线性解量化部分，用于使用附加信息，按与为量化划分的区段相应的区段将线性量化的数据解量化；和逆变换部分，用于使用用于编码的变换的逆变换来从解量化的数据生成数字信号。附加信息可包括至少一个每个量化单元的缩放因子和将为每个量化单元分配的比特的数量。

比特流分析部分还可从由帧组成的比特流提取同步信息。

线性解量化部分包括：逆缩放部分，用于通过使用包括在比特流分析部分的附加信息中的比特分配信息，对按区段线性量化的数据执行用于量化的缩放的逆缩放；区段线性解量化部分，用于按区段将逆缩放的数据线性解量化；和去归一化部分，用于使用与用于量化的缩放因子相应的逆缩放因子来将解量化的数据去归一化。

根据本发明的另一方面，提供一种存储用于执行上述发明的程序的计算机可读记录介质。

附图说明

通过结合附图，从实施例的下面描述中，本发明以上和其它特点及优点将会变得清楚，其中：

图1是使用MPEG-1中的心理声学模型的传统数字信号编码设备的方框图；

图2是使用单一查找表的传统数字信号编码设备的方框图；

图3是根据本发明实施例使用多个查找表和按区段线性量化的数字信号编码设备的方框图；

图4是图3的线性量化部分的详细结构的方框图；

图5是根据本发明实施例使用多个查找表和按区段线性量化的数字信号编码方法的流程图；

图6是示出选择如图5所示的查找表之一的操作的实施例的流程图；

图7A和图7B是示出输入信号的频带的占用率的图；

图8是输出分配如图5所示被分配给每个频带的比特数量的操作的实施例的流程图；

图9是示出如图5所示的操作560的流程图；

图10示出通过对采样数据进行归一化得到的子带采样的分布；

图11是示出归一化值的范围被划分为的两个区段的图；

图12是示出基于图10的分布的根据Llogy-Max算法设计的量化器的图；

图13是根据本发明另一实施例在比特分配部分和比特打包部分具有改进的数字信号编码设备的框图；

图14示出比特流的帧结构的例子；

图15示出比特流的帧结构的另一例子；

图16是根据本发明另一实施例示出使用多个查找表生成包括帧长信息的比特流的数字信号编码方法的流程图；

图17是根据本发明另一实施例示出在线性量化部分和比特打包部分具有改进的数字信号编码设备的框图；

图18是根据本发明另一实施例示出使用按区段线性量化来生成包括帧长度信息的比特流的数字信号编码方法的流程图；

图19是根据本发明另一实施例在查找表、比特分配部分和比特打包部分具有改进的数字信号编码设备的框图；

图20是示出根据本发明另一实施例的在其中使用多个查找表和按区段的线性量化来生成包括帧长度信息的比特流的数字信号编码方法的流程图；

图21是示出根据本发明实施例的生成多个查找表的方法的流程图；

图22是示出根据本发明另一实施例的生成多个查找表的方法的流程图；

图23是示出根据本发明实施例的设置在查找表中使用的地址的方法的表格；

图24是示出根据本发明实施例的生成查找表的方法的表格；

图25是根据本发明实施例的与在其中使用多个查找表来执行按区段线性量化的数字信号编码设备相应的数字信号解码设备的方框图；

图26是图25中的线性解量化部分的详细结构的方框图；

图27是示出根据本发明实施例的与在其中使用多个查找表来执行按区段的线性量化的数字信号编码方法相应的数字信号解码方法的流程图；

图28是示出将采样数据解量化的操作的流程图；

图29是示出根据本发明另一实施例的与在其中使用多个查找表来生成包括帧长度信息的比特流的数字信号编码设备相应的数字信号解码设备的方框图；

图30是图29的比特流分析部分的方框图；

图31是示出根据本发明另一实施例的与在其中使用多个查找表来生成包括帧长度信息的比特流的数字信号编码方法相应的数字信号解码方法的流程图；

图32是示出根据本发明另一实施例的与在其中使用多个查找表和按区段的线性量化来生成包括帧长度信息的比特流的数字信号编码设备以及在其中使用按区段的线性量化来生成包括帧长度信息的比特流的数字信号编码设备相应的数字信号解码设备的方框图；和

图33是示出根据本发明另一实施例的与在其中使用多个查找表和按区段的线性量化来生成包括帧长度信息的比特流的数字信号编码方法以及在其中使用按区段的线性量化来生成包括帧长度信息的比特流的数字信号编码方法相应的数字信号解码方法的流程图。

具体实施方式

现在将参照其中显示本发明实施例的附图对本发明的数字信号编码/解码方法和设备进行详细描述。

本发明的数字信号编码设备通过改善还包括数据变换部分的普通数字信号编码设备的比特分配部分、量化部分、和比特打包部分来被获得。为了更明确，改善的比特分配部分使用基于输入信号的特性生成的多个查找表来计算为数字输入信号在其中被量化的单元(以下称为量化单元)分配的比特数量。改善的量化部分执行按区段的线性量化。比特打包部分生成包括关于帧的长度的信息的比特流。

因此，本发明根据四个实施例提供编码设备，该四个实施例是：包括改善的比特分配部分和改善的线性量化部分的编码设备；包括改善的比特分配部分和改善的比特打包部分的编码设备；包括改善的线性量化部分和改善的比特打包部分的编码设备；和包括改善的比特分配部分、改善的线性量化部分、和改善的比特打包部分的编码设备。首先，将参照图3对包括改善的比特分配部分和改善的线性量化部分的数字信号编码设备进行描述。参照图3，数字信号编码设备包括数据变换部分300、查找表选择部分310、第一至第n查找表320、330、和340、比特分配部分350、线性量化部分360、和比特打包部分370。

数据变换部分300变换数字输入信号以去除信号中的冗余信息。数字输入信号可是脉冲编码调制(PCM)采样信号。使用子带滤波器，作为时域输入信号的PCM采样信号被变换为按预定数量的频带划分的频域信号。数字输入信号以频带为单位被量化。以下，频带将被用作量化单元的例子。数字信号，例如，PCM采样信号可通过离散余弦变换(DCT)、修正DCT(MDCT)、快速傅立叶变换(FFT)等被变换，而不使用子带滤波器，从而冗余信息可从数据中去除。

基于输入信号的特性来生成查找表320、330和340。查找表320、330和340将分配以对输入信号的量化单元编码的比特的数量存储在预定数量的地址中。由于使用子带滤波器来变换输入信号，所以输入信号的量化单元是频带。输入信号的特性可是其占用率不大于或不小于预定参考值的输入信号的频带中的频带的数量。每一频带的占用率可是频带的平方缩放因子的占用率和频带的平均功率的占用率之间的较大值。在每一查找表中使用的地址被设置为指示输入信号的频带的特性的值。例如，在每一查找表中使用的地址可被设置为每一频带的方差、每一频带的缩放因子、每一频带的平方缩放因子、每一频带内的采样输入信号的平均值、每一频带内的采样输入信号的平均功率、每一频带的缩放因子的占用率和每一频带内的输入信号的平均值的占用率之间的较大值、或每一频带的平方缩放因子的占用率和每一频带内的输入信号的平均功率的占用率之间的较大值。

可通过方程式1来计算每一频带的缩放因子的占用率SR_scf、每一频带内的输入信号的平均值的占用率SR_mean、平方缩放因子的占用率SR_{squared_scf}、和每一频带内的输入信号的平均功率的占用率SR_{mean_power}：

${\mathrm{SR}}_{\mathrm{squared}\_\mathrm{scf}}\left[\mathrm{ch}\right]\left[\mathrm{sb}\right]=\frac{\mathrm{squared}\_\mathrm{scf}\left[\mathrm{ch}\right]\left[\mathrm{sb}\right]}{\underset{\mathrm{ch}}{\mathrm{\Σ}}\underset{\mathrm{sb}}{\mathrm{\Σ}}\mathrm{squared}\_\mathrm{scf}\left[\mathrm{ch}\right]\left[\mathrm{sb}\right]}$

${\mathrm{SR}}_{\mathrm{mean}\_\mathrm{pwr}}\left[\mathrm{ch}\right]\left[\mathrm{sb}\right]=\frac{\mathrm{mean}\_\mathrm{pwr}\left[\mathrm{ch}\right]\left[\mathrm{sb}\right]}{\underset{\mathrm{ch}}{\mathrm{\Σ}}\underset{\mathrm{sb}}{\mathrm{\Σ}}\mathrm{mean}\_\mathrm{pwr}\left[\mathrm{ch}\right]\left[\mathrm{sb}\right]}$

其中，scf表示缩放因子，mean表示平均值，ch表示从音频信号计算占用率的左或右频道，和sb表示具有占用率的频带。

查找表选择部分310根据当生成查找表320、330和340时已经考虑的输入信号的特性来在查找表320、330和340中选择一个。

比特分配部分350计算用于输入信号的量化单元的地址值，如用于使用子带滤波器获得的输入信号的频带的地址值，从选择的查找表中提取为与计算的地址值相应的频带分配的比特的数量，并且将提取的比特的数量分配到相应的频带。当生成查找表320、330和340时频带的地址被设置。因此，比特分配部分350计算指示用作频带的地址值的输入信号的频带的特性的值。

线性量化部分360基于量化单元将采样数据值的分布划分为预定区段，并且使用由比特分配部分350为量化单元分配的比特的数量来线性量化由数据变换部分300从其去除重复信息的采样数据。参照图4，线性量化部分360包括数据归一化部分400、区段量化部分420、缩放部分440、和舍入部分460。

图4是线性量化部分360的详细结构的方框图。数据归一化部分400使用预定缩放因子来归一化由数据变换部分300生成的采样数据。缩放因子是由大于或等于量化单元内的采样数据值中的最大绝对值的值的预定函数确定的整数。区段量化部分420将归一化值的范围分为预定区段，并且将线性函数应用到由数据归一化部分400归一化的数据的预定区段。缩放部分440使用由比特分配部分350分配的比特数量来缩放由区段量化部分420生成的值。舍入部分460使用分配的比特数量将缩放采样值舍入为最近的整数，并且生成量化的采样数据。

比特打包部分370对由线性量化部分360线性量化的数据编码以生成比特流。编码可为哈夫曼编码。

使用多个查找表的数字信号编码设备可包括比特数量调节器(未显示)。比特数量调节器计算作为由比特分配部分350分配到频带的比特数量的总和的为整个输入信号分配的比特的数量，将计算的分配比特数量与由编码设备需要的编码率确定的将为整个输入信号分配的需要的比特数量进行比较，并且根据比较结果调整被分配到每一频带的比特的数量。

图5是示出根据本发明实施例在图3的数字信号编码设备中执行的数字信号编码方法的流程图。参照图3和图5，首先，在操作500，数据变换部分300变换输入数字信号，从而冗余信息可从输入数字信号中被去除。例如，时域数字输入信号使用用作频带分析滤波器的子带滤波器被变换为预定数目的频带。

在操作520，比特分配部分350计算作为量化单元的输入信号的频带的地址值。频带的地址值指示当查找表320、330和340被生成时被设置为地址的频带的特性。每一地址值可为每一频带的方差、每一频带的缩放因子、每一频带的平方缩放因子、每一频带中的输入信号的平均值，每一频带中的输入信号的平均功率、每一频带的缩放因子的占用率与每一频带中的输入信号的平均值的占用率之间的较大值、或每一频带的平方缩放因子的占用率与每一频带中的输入信号的平均功率的占用率之间的较大值。

现在将对可被设置为频带的地址值的频带的特性之间关系，以及为每一频带分配比特的数量进行描述。方差特性显示输入信号的分布离平均分布多近。如果方差很大，则输入信号的动态区域很大。因此，为了减小量化噪声，则更多的比特必须被分配。如果方差相对较小，则即使比特分配量很小，量化噪声也不生成那么多。平均功率特性具有与平均特性相似的概念。然而，由于在正弦波的情况下输入信号的平均值通常为0，所以平均功率值而不是平均值被用作频带的特性。更多的比特被分配到其平均功率值很大的频带。缩放因子被定义为与每频带的最大采样值相应的值，并且更多的比特被分配到其缩放因子很大的频带中。

仍然在操作520，查找表选择部分310根据输入数字信号的特性选择多个查找表320、330和340之一。当多个查找表320、330和340被生成时作为查找表选择的基础的输入信号的特性被考虑，并且可被设置为其占用率不大于或不小于预定参考值的输入信号的频带中的频带的数量。每一频带的占用率可被设置为每一频带的缩放因子的占用率与每一频带中的输入信号的平均值的占用率之间的较大值，或者可被设置为在方程式1中计算的每一频带的平方缩放因子的占用率与每一频带中的输入信号的平均功率的占用率之间的较大值。

图6是示出选择图5中示出的查找表中之一的操作520的一个实施例的流程图。参照图6，每一频带的缩放因子和在每个频带中的输入信号的平均功率在操作600中被计算。接下来，在操作610中，每一频带的平方缩放因子的占用率和在每一频带中的输入信号的平均功率的占用率如方程1所示被计算。

其后，在操作620中，在两个被计算的占用率中的较大的一个值被选择作为每个频带的占用率。接下来，在操作630中，其占用率小于或等于预定参考占用率的频带(LP)的数量以及其占用率等于或大于预定参考占用率的频带的数量被计算。频带的数量，LP和HP，作为指示输入信号的特征的值，查找表选择基于该值。

在操作640中，根据频带的数量，指示输入信号的特征的LP和HP，多个查找表中的一个被选择。如果频带的数量LP是大值，则采样输入信号集中在特定的频带。因此，指示用于采样输入信号被集中的频带的更多比特的分配的查找表被选择。同样，如果频带的数量HP是小值，则采样输入信号集中在特定的频带。因此，指示用于采样输入信号被集中的频带的更多比特的分配的查找表被选择。

图7A和图7B是示出了输入信号的频带的占用率的图。图7A处理具有一般特征的采样信号。参照图7A，由于LP是小值而HP是大值，所以指示为所有频带的分配比特的相似数量的查找表被选择。

图7B处理集中在特定频带中的采样输入信号。参照图7B，由于LP是大值而HP是小值，所以指示为特定频带分配多个比特的查找表被选择。

在操作520中，在根据输入数字信号的特征选择合适的查找表之后，在操作540中，比特分配部分350从被选查找表中提取与用于频带的地址值相对应的被分配的比特的数量，并为频带分配比特数量。

为使被分配用于被编码的输入信号的比特总数量与被分配所需的比特的数量匹配，这取决于压缩率，在操作540之后可执行调整被分配用于每个频带的比特的数量的操作。该操作现将参照图8被详细描述。

图8是示出在图5的操作540之后，实际被分配给输入信号的比特的数量与所需分配给输入信号的比特的数量进行匹配的操作的流程图。参照图8，在图5的操作540中，在从被选择的查找表中获得的比特的数量被分配给每个频带之后，在操作810中，通过将被分配给频带的比特数量进行求和来计算实际被分配给整个输入信号的比特数量。

在操作820中，确定在操作810中计算的实际分配给整个输入信号的比特的数量是否等于取决于用于编码的压缩率的所需分配的比特的数量。例如，当用于输入信号的比特的总数是100，压缩是50％时，50比特需要分配给输入信号。如果实际分配给整个输入信号的比特的数量等于所需分配的比特的数量，则在操作540中根据分配的比特的数量，比特被分配给每个频带。

另一方面，如果实际分配给整个输入信号的比特的数量不同于所需分配的比特的数量，则在操作830中，另一关于实际分配的比特的数量是否大于所需分配的比特的数量的确定被作出。如果实际分配的比特的数量大于所需分配的比特的数量，则在操作840中，为每个频带实际分配的比特的数量减少1直到与所需分配的比特的数量相等。如果实际分配的比特的数量小于所需分配的比特的数量，则在操作850中，为每个频带的实际分配的比特的数量增加1直到与所需分配的比特的数量相等。

返回参照图5，在操作560中，当将被分配用于每个频带的比特的数量最终被确定时，用于每个量化单元的数字信号值的分布，例如，当使用子带滤波器时得到的每个频带，被划分成预定区段，并使用将被分配给每个量化单元的比特的数量线性量化每个区段中的数字信号值。

图9是示出如图5中所示的操作560的流程图。参照图4和图9，首先，在操作900中，通过使用每一量化单元，即当使用子带滤波器时获得的每个频带，的缩放因子，数据归一化部分400对通过数据变换部分300获得的采样数据进行归一化。例如，假定使用数据变换部分300的子带滤波器子带滤波的输出的采样值是24、-32、4和10。输出采样值的最大绝对值是32。当使用对应于最大值32的缩放因子对采样值进行归一化时，，采样值变成0.75、-1、0.125和0.3125。这里，缩放因子可如下确定。在预定公式2^x/4中，其中x是缩放因子，当x从0到31逐一增加时，公式2^x/4根据x的32个值被确定。也就是说，如果x＝0，则公式2^x/4的值是1，如果x＝1，则公式2^x/4的值是1.18，如果x＝2，则公式2^x/4的值是1.414，如果x＝3，则公式2^x/4的值是1.68，如果x＝4，则公式2^x/4的值是2，等等。当公式2^x/4的所有的值被计算时，可见如果x增加1，那么，公式2^x/4的值增加1.5dB。在本例子中，如果对应于绝对最大值32的公式2^x/4的值是32，则缩放因子x将是20。因此，在每个子带中，缩放因子的一个值被确定。

图10是示出了用于归一化采样数据的子带采样的分布的图。归一化采样，如图10所示，不是均匀分布的。因此，他们不能使用线性量化器来被优化地量化。

因此，在操作920中，区段量化部分420将归一化的值的范围划分成预定区段并通过将为预定区段设置的线性函数应用于采样数据来变换在操作900中归一化的采样数据。例如，图10中的归一化的值的范围是0.0到1.0，图11示出了被划分成两个区段的归一化的值范围。在示出了由y＝x给定的线性函数的图11中的曲线中，与在曲线y＝x上对应于在x轴上的中点(x＝0.5)的点A在x轴方向距离B的点由B指示。因此，如果β是0.1，则x轴被分成两个区段：一个区段从0到0.6(区段1)，另一区段从0.6到1.0(区段2)。在一个线性函数被应用于一个区段这样的方式下，两个线性函数被应用于这两个区段。β的值可以根据采样的分布来设置。β指示在归一化的值范围的中点的线性函数y＝x在多大程度上向x轴倾斜。在另一形式中，β可指示在归一化的值范围的中点的线性函数y＝x在多大程度上向y轴倾斜。

线性函数可常规地被表示为 $y=\frac{\mathrm{ax}}{(a-2b)}$ 以及 $y=\frac{x}{(1+2b)}+\frac{2b}{(1+2b)}$ 。这里，a表示归一化的值的范围，b表示从a的中心的区段位移。在本例子中，如果β是0.1，则在区段1中的第一线性函数y＝f₁(x)是 $y=\frac{5}{6}\×x$ ，在区段2中的第二线性函数y＝f₂(x)是 $y=\frac{5}{4}x-\frac{1}{4}$ 。线性函数被应用到在相应区段中的采样值。在本例子中，采样值0.125和0.3125被包括在区段1中并通过应用第一线性函数y＝f₁(x)而被映射，采样值0.75和-1被包括在区段2中并通过应用第二线性函数y＝f₂(x)而被映射。

在操作940中，使用由比特分配部分350分配的比特的数量，映射值在缩放部分440被缩放。例如，如果比特分配信息是3，则由于从0到7可被表示，所以应用相应区段的线性函数被映射的采样值被乘以8。

在操作960中，在操作940中被缩放的采样值被舍入以获得量化的采样值。舍入的值总是整数。例如，如果被分配的比特的数量是3，则舍入的值是从0到7中的一个，被以3比特来表示，而且是最终量化的采样值。

图12是使用根据图10的分布的Lloyd-Max算法设计的量化器生成的曲线图。如图12所示，生成的曲线从线性函数y＝x朝x轴向下凸出。

回到图5，在操作580中，如上所述的被线性量化的数据以及附加信息在图3中的比特打包部分370中通过使用如哈夫曼编码的数据编码方法被编码成为比特流。优选地，附加信息包括每个频带的缩放因子以及分配给每个频带的比特的数量。

在下文中，在比特分配部分和比特打包部分中具有改进的数字信号编码设备将参照图13被详细描述。参照图13，数字信号编码设备包括数据变换部分1300，查找表选择部分1310，多个查找表1320、1330和1340、数据分配部分1350、量化部分1360、以及比特流生成部分1370。

数据变换部分1300，查找表选择部分1310，多个查找表1320、1330和1340、比特分配部分1350分别与图3中的数据变换部分300、查找表选择部分310、查找表320、330和340、以及比特分配部分350的操作相同，所以在此将不被描述。

作为通用量化器的量化部分1360使用被分配给如当使用子带滤波器时的每个频带的每个量化单元的比特来量化输入信号。

比特流生成部分1370生成包括来自被量化数据和附加信息的帧的比特流。关于帧长度的信息位于该比特流的尾部。优选地，附加信息包括用于每个频带的缩放因子和被分配给每个频带的比特的数量。

图14示出了比特流的帧结构的例子。每帧包括存储被编码的数据的第一区域1410和存储关于帧长度的的被编码的信息的第二区域1420。第二区域1420的大小对于所有帧来说都是常数，当帧的编码速率是可变比特率时，第一区域1410的大小可变。图15示出了比特流帧结构的另一例子。每帧包括存储同步信息的第一区域1510、存储被编码数据的第二区域1520以及存储关于帧长度的被编码信息的第三区域1530。第一区域1510和第三区域1530的大小对于所有帧来说都是常数，当帧的编码率是可变比特率时，第二区域1520的大小可变。当帧包括如在图15的例子中的同步信息，以及数字信号再现设备在数字信号再生期间接收外部影响时，对将再现的有效数据进行逆序搜索可变得更可靠和更精确。

图13中的数字信号编码设备可还包括比特数量调整部分(未示出)。比特数量调整部分计算被分配给整个输入信号的比特的数量，该数量是由比特分配部分1350分配给频带的比特数量的和，比较计算的被分配的比特数量与分配给整个输入信号所需的比特数量，这由编码设备所需的编码率决定，并根据比较结果调整分配给每个频带的的比特的数量。

图16是示出根据本发明另一实施例的数字信号编码方法的流程图，该方法中使用多个查找表生成包括帧长信息的比特流。现将参照图13和图16描述该数字信号编码方法。

操作1600到1640与图5中的操作500到540是一样的，因此不再赘述。

在操作1640之后，为了使得被分配用于被编码的输入信号的比特的数量与取决于压缩率的所需的将被分配的比特数量匹配，比较被分配用于被编码的输入信号的比特的总数与所需的将被分配的比特的数量并根据比较结果调整被分配给每个频带的比特所数量的操作可被执行。

在操作1640中，比特被分配给每个频带之后，或在将被分配给每个频带的比特的数量被根据需要而调整之后，被数据变换部分1300变换的数据被量化，例如，在操作1660中，当使用子带滤波器时，在频带单元中，使用被分配给每个频带的比特的数量。

其后，在操作1680中，包括帧的比特流从在比特流生成部分1370中被量化的数据和预定附加信息中生成。比特流的每帧包括关于位于如图14所示的帧的尾部区域的帧长的信息，并可还包括用于帧间同步的位于如图15所示的帧的头部区域的同步信息。优选地，预定附加信息包括每个频带的缩放因子和被分配给每个频带的比特数量。

图17是根据本发明另一实施例的在线性量化部分和比特打包部分中有改进的数字信号编码设备的框图。数字信号编码设备包括数据变换部分1700，将被分配的比特的数量计算部分1710，线性量化部分1720，以及比特流生成部分1730。

数据变换部分1700以及线性量化部分1720与图3中的数据变换部分300以及线性量化部分360分别进行相同工作，比特流生成部分1730与图13中的比特流生成部分1370进行相同工作。因此，数据变换部分1700，线性量化部分1720，以及比特流生成部分1730在此将不在描述。

将被分配的比特的数量的计算部分1710与通用数字信号编码设备的比特分配部分相同。换句话说，将被分配的比特的数量的计算部分1710由于信号的重要性而计算将被分配给每个量化单元的比特的数量。此外，将被分配的比特的数量的计算部分1710使用人类的听觉特性来忽略人类低敏感性的详细信息并区分将被分配给频带的比特数量，以便减少将被编码的数据量。优选地，考虑了心理声学观点，将被分配的比特的数量的计算部分1710计算将被分配给频带的比特数量。

图18是示出根据本发明另一实施例的数字信号编码方法的流程图，在该方法中使用按区段线性量化生成包括帧长信息的比特流。现将结合图17和图18描述该数字信号编码方法。

图18中的操作1800和1840与图5中的操作500和540相同，图18中的操作1860与图16中的操作1680相同。因此，操作1800、1840和1860在此将不再描述。当在操作1800中数字音频信号被变换以便从数字信号中被去出冗余信息时，在操作1820中，将被分配的比特的数量的计算部分1710考虑音频信号的重要性计算将被分配给每个量化单元的比特数量。例如，当使用子带滤波器时量化单元可以是子带。数字信号，尤其是音频信号的重要性考虑基于人类的听觉特性的心理声学观点而被决定。因此，较多比特被分配给人类高度敏感的频率，而较少的比特被分配给其余的频率。

在1820中将被分配给每个频带的比特的数量被计算之后，在操作1840中，按区段线性量化被执行，并且在操作1860中，包括关于帧长的信息的比特流被生成。

图19是根据本发明另一实施例的在查找表、比特分配部分、和比特打包部分中有改进的数字信号编码设备的框图。该数字信号编码设备包括数据变换单元1900、查找表选择部分1910、多个查找表1920、1930和1940，比特分配部分1950、线性量化部分1960以及比特流生成部分1970。

就功能和操作来说，数据变换部分1900、查找表选择部分1910、查找表1920、1930和1940、比特分配部分1950、以及线性量化部分1960分别与图3中的数据变换部分300、查找表选择部分310、查找表320、330和340、比特分配部分350、以及线性量化部分360是相同的。比特流生成部分1970与图13中的比特打包部分1370在功能和操作方面是相同的。因此，图19中的数字信号编码设备的这些部件在此将不被描述。

图19中的数字信号编码设备可包括上述的比特数量调整部分(未示出)。比特数量调整部分计算被分配给整个输入信号的比特的数量，该数量是通过比特分配部分1950被分配给频带的比特的数量的总和，对计算的被分配的比特的数量和由编码设备所需的编码率确定的将被分配给整个输入信号的所需的比特数量进行比较，并且根据比较结果调整被分配给每个频带的比特的数量。

图20是示出根据本发明另一实施例的在其中使用多个查找表和按区段的线性量化来生成包括帧长度信息的比特流的数字信号编码方法的流程图。现在将参照图13和图20来描述该数字信号编码方法。图20的操作2000至2060分别与图5的操作500至560相同，并且操作2080与图16的操作1680相同，所以在这里对其不做详细描述。为了使为编码的输入信号分配的比特的总数与所需的将被分配的比特的数量相匹配，该所需的数量取决于压缩率，将为编码的输入信号分配的比特的总数和所需的将被分配的比特的数量比较并且根据比较结果来调整为每个频带分配的比特的数量的操作在操作2040之后被执行。

图21是示出根据本发明实施例的生成多个查找表的方法的流程图。如图21所示，在操作2100中，预定数量的具有各种特性的输入信号被分为多组具有相同特性的输入信号。输入信号的特性与对查找表的以上描述中的相同。

在操作2110中，输入信号的特性之一被选择，并且具有选择的特性的输入信号之一被频带划分。在操作2120中，使用心理声学模型来计算将为输入信号的每个频带分配的比特的数量。操作2120中的对将为每个频带分配的比特的数量的计算与图1中的心理声学模型110的操作相同，所以这里不对其进行描述。

在操作2130中，计算用于输入信号的频带的地址值。地址值被设置为指示输入信号的频带的特性的值。地址值与对查找表的以上描述中的相同。

在操作2140中，在操作2120中计算出的将为频带分配的比特的数量被存储在与在操作2130中计算出的频带的地址值相应的地址中，并且存储的将为每个频带分配的比特的数量的计算的频率被记录。

在操作2150中，确定所有具有选择的特性的输入信号是否经历操作2110至2140。如果所有具有选择的特性的输入信号还没有经历操作2110至2140，那么操作2110至2140被重复。

另一方面，如果所有具有选择的特性的输入信号已经经历操作2110至2140，那么在操作2160中，存储在用于每个频带的地址中的比特数量中的最频繁地计算出的将被分配的比特的数量被存储为将为每个频带分配的比特的数量，以生成查找表。在操作2160之后，将0记录为分配的比特的数量的地址可从生成的查找表中被排除。另外，当分配的比特的相同数量被记录在连续的地址中时，仅记录有分配的比特的不同数量的地址可以被存储在查找表中，以生成小尺寸的查找表。

在操作2170中，确定用于输入信号的所有特性的查找表是否被生成。如果所有查找表还没有被生成，那么操作2110至2160被重复，直到所有查找表被生成。

图22是示出根据本发明另一实施例的生成多个查找表的方法的流程图。参照图22，在操作2200中，预定数量的具有各种特性的输入信号被包括。在操作2210中，输入信号根据它们的特性被分类。输入信号的特性与查找表的以上描述中的相同。图22中的操作2220至2280与图21中的2110至2170相同。

图23是示出根据本发明实施例的设置在查找表中使用的地址的方法的表格。参照图23，每个频带的平方缩放因子的占用率和每个频带的平均功率的占用率之间的较大值被用作查找表的每个地址。用作查找表的地址的占用率在0和1之间。在0和1之间的占用率被分为127个地址。

图24是示出根据本发明实施例的生成查找表的方法的表格。图24中的方法是图21中的操作2160或图22中的操作2270，在这些操作中，使用存储的为每个频带分配的比特的数量的计算的频率来生成查找表。参照图24，为用于每个频带的每个地址分配的比特的数量被存储，以生成查找表。在查找表的地址5中，存储的为地址5分配的比特的数量中的最频繁地计算出的分配的比特的数量8被存储为将被分配的比特的最终数量。在查找表的地址30中，存储的为地址30分配的比特的数量中的最频繁地计算出的分配的比特的数量7被存储为将被分配的比特的最终数量。在查找表的地址61中，存储的为地址61分配的比特的数量中的最频繁地计算出的分配的比特的数量0被存储为将被分配的比特的最终数量。为了减少查找表的量，将0记录为分配的比特的数量的地址可从将被生成的查找表中被排除。另外，当分配的比特的相同数量被记录在连续的地址中时，仅记录分配的比特的不同数量的地址可以被存储在查找表中。

现在将描述与根据本发明的四个实施例的解码设备相应的解码设备。

图25是与在其中使用多个查找表来执行按区段线性量化的数字信号编码设备相应的数字信号解码设备的方框图。该数字信号解码设备包括比特流解包部分2500、线性解量化部分2520、和逆变换部分2540。

比特流解包部分2500从比特流提取线性量化的数据和附加信息，数字信号被编码为该比特流。例如，当比特流是音频信号比特流时，量化的采样数据和附加信息被提取。

线性解量化部分2520使用由比特流解包部分2500提取的附加信息，基于逐区段将线性量化的数据解量化。该区段与当用于编码的量化时设置的区段对应。如果当编码时基于图11的图形的输入轴来设置用于量化的区段，那么当解码时基于图11的图形的输出轴来设置用于解量化的区段。

逆变换部分2540将由线性解量化部分2520获得的解量化的数据逆变换为数字信号，最好为PCM数据。该逆变换是当编码时使用的变换的相反变换。当分频滤波器在变换时用作子带滤波器时，逆变换部分2540使用频带合成滤波器。

图26是线性解量化部分2520的详细结构的方框图。线性解量化部分2520包括逆缩放部分2600、区段线性解量化部分2610、和去归一化部分2620。

逆缩放部分2600使用包括在由比特流解包部分2500提取的附加信息中的比特分配信息，来逆缩放在区段中线性量化的采样数据。该逆缩放与用于量化的缩放对应。例如，如果分配4比特以用于编码并且采样数据与15相乘，那么采样数据除以15以用于解码。

区段线性解量化部分2610将用于每个区段的逆缩放的数据线性解量化。去归一化部分2620使用与用于量化的缩放因子对应的逆缩放因子，将由区段线性解量化部分2610解量化的数据去归一化。

图27是示出根据本发明实施例的与在其中使用多个查找表来执行按区段的线性量化的数字信号编码方法相应的数字信号解码方法的流程图。参照图25和图27，首先，当可以是音频数字信号的数字信号的比特流被输入到比特流解包部分2500时，在操作2700中，量化的采样数据和附加信息从音频比特流被提取。

在操作2720中，由线性解量化部分2520使用附加信息将按区段线性量化的采样数据按区段解量化。用于解量化的区段与为线性量化而划分的区段对应(例如，如果相对于图11所示的输入轴来划分用于量化的区段以用于编码，那么相对于输出轴来划分区段以用于解码)。然后，在操作2740中，解量化的数据被逆变换为数字信号，最好为PCM数据。该逆变换与用于编码的变换相反。

图28是示出将采样数据解量化的操作2720的流程图。参照图25和图28，在操作2800中，使用比特分配信息，由逆缩放部分2600对按区段线性量化的采样数据进行与用于量化的缩放相反的缩放。然后在操作2820中，在区段线性解量化部分2610中在每个区段中将逆缩放的数据线性解量化。然后在操作2840中，通过使用与用于量化的缩放因子对应的逆缩放因子，由去归一化部分2620将解量化的数据去归一化。

图29是示出根据本发明另一实施例的与在其中使用多个查找表来生成包括帧长度信息的比特流的数字信号编码设备相应的数字信号解码设备的方框图。该数字信号解码设备包括比特流分析部分2900、解量化部分2920、和逆变换部分2940。比特流分析部分2900从数字信号的比特流提取附加信息、量化的数据、和帧长度信息。如果比特流是音频信号比特流，那么量化的采样数据、附加信息、和帧长度信息被提取。如果比特流还包括同步信息，那么比特流分析部分2900还提取同步信息。

图30是比特流分析部分2900的方框图，比特流分析部分2900包括同步信息分析部分3000、附加信息分析部分3020、量化数据分析部分3040、和帧长度信息分析部分3060。

同步信息分析部分3000从数字信号的比特流提取同步信息。附加信息分析部分3020从比特流提取附加信息。量化数据分析部分3040从比特流提取量化的数据。帧长度信息分析部分3060从比特流提取帧长度信息。

返回参照图29，解量化部分2920使用由比特流分析部分2900提取的附加信息来将提取的量化数据解量化。

逆变换部分2940使用用于编码的变换的逆变换，将由解量化部分2920解量化的数据变换为数字信号，最好为PCM数据。如果当变换时分频滤波器用作子带滤波器时，那么频带合成滤波器用作逆变换部分2940。

图31是示出根据本发明另一实施例的与在其中使用多个查找表来生成包括帧长度信息的比特流的数字信号编码方法相应的数字信号解码方法的流程图。

参照图29和图31，首先，当数字信号的比特流，可以是音频比特流，被输入到比特流分析部分2900时，在操作3100中，量化的采样数据、附加信息、和帧长度信息从音频比特流被提取。如果同步信息包括在比特流中，那么同步信息也从比特流被提取。

在操作3120中，解量化部分2920使用附加信息来将量化的采样数据解量化。然后在操作3140中，对解量化的数据进行与用于编码的变换相反的变换，以生成数字信号，该数字信号可以是PCM数据。

图32是示出根据本发明另一实施例的与在其中使用多个查找表和按区段的线性量化来生成包括帧长度信息的比特流的数字信号编码设备以及在其中使用按区段的线性量化来生成包括帧长度信息的比特流的数字信号编码设备相应的数字信号解码设备的方框图。该数字信号解码设备包括比特流分析部分3200、线性解量化部分3220、和逆变换部分3240。

比特流分析部分3200从数字信号的比特流提取附加信息、量化的数据、和帧长度信息。如果比特流是音频信号比特流，那么量化的采样数据、附加信息、和帧长度信息被提取。如果比特流还包括同步信息，那么比特流分析部分3200还提取同步信息。

比特流分析部分3200具有与图30示出的比特流分析部分2900的结构相同的结构。因此，比特流分析部分3200包括同步信息分析部分3000、附加信息分析部分3020、量化数据分析部分3040、和帧长度信息分析部分3060。同步信息分析部分3000从数字信号的比特流提取同步信息。附加信息分析部分3020从比特流提取附加信息。量化数据分析部分3040从比特流提取量化的数据。帧长度信息分析部分3060从比特流提取帧长度信息。

线性解量化部分3220使用由比特流分析部分3200提取的附加信息，按与为线性量化划分的区段相应的区段将按区段线性量化的数据解量化。如果当编码时基于图11的图形的输入轴来设置用于线性量化的区段，那么当解码时基于图11的图形的输出轴来设置用于线性解量化的区段。

线性解量化部分3220具有与图26示出的线性解量化部分2520的结构相同的结构。因此，线性解量化部分3220包括逆缩放部分2600、区段线性解量化部分2610、和去归一化部分2620。逆缩放部分2600使用包括在由比特流解包部分2500提取的附加信息中的比特分配信息，来逆缩放在区段中线性量化的采样数据。该逆缩放与用于量化的缩放对应。例如，如果分配4比特以用于编码并且采样数据与15相乘，那么采样数据除以15以用于解码。

区段线性解量化部分2610将用于每个区段的逆缩放的数据线性解量化。去归一化部分2620使用与用于量化的缩放因子对应的逆缩放因子，将由区段线性解量化部分2610解量化的数据去归一化。

返回参照图32，逆变换部分3240使用用于编码的变换的逆变换，将由线性解量化部分3220解量化的数据变换为数字信号，最好为PCM数据。如果当变换时分频滤波器用作子带滤波器时，那么频带合成滤波器用作逆变换部分3240。

图33是示出根据本发明另一实施例的与在其中使用多个查找表和按区段的线性量化来生成包括帧长度信息的比特流的数字信号编码方法以及在其中使用按区段的线性量化来生成包括帧长度信息的比特流的数字信号编码方法相应的数字信号解码方法的流程图。

参照图32和图33，首先，当数字信号的比特流，可以是音频比特流，被输入到比特流分析部分3200时，在操作3300中，由比特流分析部分3200的附加信息分析部分3020、量化数据分析部分3040、和帧长度信息分析部分3060分别从音频比特流提取附加信息、量化的采样数据、和帧长度信息。如果同步信息包括在比特流中，那么由比特流分析部分3200的同步信息分析部分3000从比特流提取该同步信息。

在操作3320中，由线性解量化部分3220使用附加信息将按区段线性量化的采样数据按区段解量化。用于解量化的区段与为线性量化而划分的区段对应(例如，如果相对于图11所示的输入轴来划分用于量化的区段以用于编码，那么相对于输出轴来划分区段以用于解码)。然后，在操作3340中，解量化的数据被逆变换为数字信号，最好为PCM数据。该逆变换与用于编码的变换相反。

图33的操作3320与操作2720相同，因此操作3320包括图28所示的操作2800、2820、2840。参照图28，首先，在操作2800中，使用比特分配信息，由逆缩放部分2600对按区段线性量化的采样数据进行与用于量化的缩放相反的缩放。然后在操作2820中，在区段线性解量化部分2610中在每个区段中将逆缩放的数据线性解量化。然后在操作2840中，通过使用与用于量化的缩放因子对应的逆缩放因子，由去归一化部分2620将解量化的数据去归一化。

根据如上所述的本发明，使用多个查找表来将数字信号编码。换句话说，从根据输入信号的特性自这些查找表选择的最佳查找表提取为频带分配的比特的数量。因此，可以控制适合于输入信号的特性的比特的量。另外，通过使用作为输入信号的特性的频带的占用率，该占用率与每个查找表的地址相同，可以节省另外的计算。

另外，通过使用按区段的线性量化来编码数字信号，可以显著降低非线性量化器的复杂性，同时考虑到音频数据的分布，与一般线性量化器相比，提高了声音质量。

此外，当帧长度信息包括在由多个帧组成的帧的一端中时，当产生冲击时将被再现的有效音频数据的点可被准确地搜索。因此，保护音频数据的再现不受冲击的一段时间由于根据本发明的编码可被延长，并且无中断的清晰的声音在防止冲击的一段时间内可被提供给用户，而不考虑编码率。

本发明也可以被实施为计算机(包括具有信息处理功能的所有装置)可读记录介质上的计算机可读代码。计算机可读记录介质是任何能够存储其后可由计算机系统读出的数据的数据存储装置。计算机可读记录介质的例子包括只读存储器(ROM)、随机存取存储器(RAM)、CD-ROM、磁带、软盘、和光学数据存储装置。

虽然本发明是参照其示例性的实施例被具体显示和描述的，但是本领域的普通技术人员应该理解，在不脱离由下面的权利要求限定本发明的精神和范围的情况下，可以对其进行形式和细节的各种改变。

Claims (47)

1.一种对数字信号编码的方法，包括：

将数字输入信号变换为采样以去除信号中的冗余信息；

根据输入信号的不同特性，选择多个查找表中的与输入信号的特性相应的查找表，并且从选择的查找表获得为每一量化单元分配的比特的数量，其中，所述多个查找表指示为每一量化单元分配的比特的不同数量；

将每一量化单元内的采样的分布划分为预定数目的区段，并且使用基于逐区段分配的比特的数量来线性量化采样；和

从线性量化的采样和预定附加信息生成比特流。

2.一种对数字信号编码的方法，包括：

将数字输入信号变换为采样以去除信号中的冗余信息；

根据输入信号的不同特性，选择多个查找表中的与输入信号的特性相应的查找表，并且从选择的查找表获得为每一量化单元分配的比特的数量，其中，所述多个查找表指示为每一量化单元分配的比特的不同数量；

使用为每一量化单元分配的比特的数量来量化采样；和

从量化的采样和预定附加信息生成由帧组成的比特流，从而关于帧长的信息被存储在帧的尾部。

3.一种对数字信号编码的方法，包括：

将数字输入信号变换为采样以去除信号中的冗余信息；

使用基于数字输入信号的特性生成的多个查找表来计算为每一量化单元分配的比特的数量；

将每一量化单元内的采样的分布分为预定数量的区段，并且使用基于逐区段分配的比特线性量化采样；和

从量化的采样和预定附加信息生成由帧组成的比特流，从而关于帧长的信息被存储在帧的尾部。

4.一种对数字信号编码的方法，包括：

将数字输入信号变换为采样以去除信号中的冗余信息；

根据输入信号的不同特性，选择多个查找表中的与输入信号的特性相应的查找表，并且从选择的查找表获得为每一量化单元分配的比特的数量，其中，所述多个查找表指示为每一量化单元分配的比特的不同数量；

将每一量化单元内的采样的分布划分为预定数目的区段，并且使用基于逐区段分配的比特的数量来线性量化采样；和

从量化的采样和预定附加信息生成由帧组成的比特流，从而关于帧长度的信息被存储在帧的尾部。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其中，数字信号的变换使用修正离散余弦变换、快速傅立叶变换、离散余弦变换、和子带滤波之一来执行。

6.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其中，附加信息包括至少每一量化单元的缩放因子和将为每一量化单元分配的比特的数量。

7.根据权利要求1、2和4中任一项所述的方法，其中，在选择查找表和获得分配的比特的数量中的输入信号的特性是包括输入信号的频带中占用率不小于或不大于预定参考值的采样的频带的数量。

8.根据权利要求7所述的方法，其中，占用率是频带的平方缩放因子的占用率与频带内的采样的平均功率的占用率之间的较大占用率和频带的缩放因子的占用率与频带内的采样的平均值的占用率之间的较大占用率之一。

9.根据权利要求1、2和4中任一项所述的方法，其中，每一查找表包括每一量化单元的至少一个地址和用于每一量化单元的预定数量的比特。

10.根据权利要求9所述的方法，其中，每一查找表的地址是频带的缩放因子和平方缩放因子之一。

11.根据权利要求9所述的方法，其中，每一查找表的地址是频带内的采样的平均值和平均功率之一。

12.根据权利要求9所述的方法，其中，每一查找表的地址是频带的缩放因子的占用率与频带内的采样的平均值的占用率之间的较大占用率和频带的平方缩放因子的占用率与频带内采样的平均功率的占用率之间的较大占用率。

13.根据权利要求1、2和4中任一项所述的方法，在选择查找表和获得被分配比特的数量之后，更进一步的包括比较被分配给整个输入信号的比特的数量与整个输入信号所需的比特的数量并根据比较结果调整分配给整个输入信号的比特的数量。

14.根据权利要求1、3和4中任一项所述的方法，其中，采样的分布的划分与采样的线性量化包括：

使用预定的缩放因子对每个量化单元中的采样进行归一化；

将采样值的范围划分成预定数量的区段并通过应用为每个区段设置的线性函数对归一化的采样值进行变换；

使用被分配给每个量化单元的比特的数量对被变换的值进行缩放；

对缩放的值向最近的整数进行舍入以得到量化值。

15.根据权利要求14所述的方法，其中，缩放因子是由不小于在每个量化单元中的采样值中的最大绝对值的值的预定函数确定的整数。

16.根据权利要求14所述的方法，其中，线性函数是用于区段的多个独立线性函数。

17.根据权利要求16所述的方法，其中，归一化的采样值的范围的划分与归一化的采样值的变换包括：

将归一化采样值划分成为两个区段；以及

通过将为这两个区段设定的线性函数应用于归一化的数据来变换归一化数据，

其中，线性函数表示为 $y=\frac{\mathrm{ax}}{(a-2b)}$ 以及 $y=\frac{x}{(1+2b)}+\frac{2b}{(1+2b)}$ ，其中，a代表归一化的值的范围，b代表从中心a的区段位移。

18.根据权利要求14所述的方法，其中，按区段的线性量化满足连续性。

19.根据权利要求2、3和4中任一项所述的方法，其中，由帧组成的比特流还包括位于每帧的首部的指示每帧开始的同步信息。

20.根据权利要求19所述的方法，其中，由帧组成的比特流是以固定比特率或可变比特率进行编码的结果。

21.根据权利要求2、3和4中任一项所述的方法，其中，由帧组成的比特流是以固定比特率或可变比特率进行编码的结果。

22.一种用于对数字信号进行编码的设备，包括：

数据变换部分，用于将数字输入信号变换成采样以去除在信号中的冗余信息；

多个查找表，用于指示取决于输入信号的不同特性而被分配给每个量化单元的不同的比特的数量；

查找表选择部分，用于在查找表中选择对应于输入信号特性的查找表；

比特分配部分，用于从被选择的查找表中用于量化单元的地址中提取被分配给量化单元的比特的数量；

线性量化部分，用于将每个量化单元中的采样的分布划分成预定数量的区段并在逐区段的基础上使用被分配的比特的数量对采样进行线性量化；以及

比特打包部分，用于从线性量化采样和预定的附加信息生成比特流。

23.一种用于对数字信号进行编码的设备，包括：

数据变换部分，用于将数字输入信号变换成采样值以去除在信号中的冗余信息；

多个查找表，用于指示取决于输入信号的不同特性而被分配给每个量化单元的不同的比特的数量；

查找表选择部分，用于在查找表中选择对应于输入信号的特性的查找表；

比特分配部分，用于从被选择的查找表中用于量化单元的地址中提取被分配给量化单元的比特的数量；

量化部分，用于使用由比特分配部分分配给每个量化单元的比特数量对采样进行量化；以及

比特流生成部分，用于生成由线性量化的采样和预定附加信息组成的帧组成的比特流以便在帧的尾部包括关于帧长度的信息。

24.一种用于对数字信号进行编码的设备，包括：

数据变换部分，用于将数字输入信号变换成采样以去除在信号中的冗余信息；

将被分配的比特数量计算部分，用于使用基于数字输入信号的特性生成的多个查找表来计算将被分配给每个量化单元的比特数量；

线性量化部分，用于将每个量化单元中的采样的分布划分成预定数量的区段并在逐区段的基础上使用分配的比特的数量对采样进行线性量化；以及

比特流生成部分，用于从线性量化的采样和预定附加信息生成由帧组成的比特流以便在帧的尾部包括关于帧长度的信息。

25.一种用于对数字信号进行编码的设备，包括：

数据变换部分，用于将数字输入信号变换成采样值以去除在信号中的冗余信息；

多个查找表，用于指示取决于输入信号的不同特性而被分配给每个量化单元的不同的比特的数量；

查找表选择部分，用于在查找表选择对应于输入信号的特性的查找表；

比特分配部分，用于从在被选择的查找表中用于量化单元的地址中提取被分配给量化单元的比特的数量；

线性量化部分，用于将每个量化单元中的采样的分布划分成预定数量的区段并在逐区段的基础上使用被分配的比特数量对采样进行线性量化；以及

比特流生成部分，用于从线性量化的采样和预定附加信息生成由帧组成的比特流，从而在帧的尾部包括关于帧长度的信息。

26.根据权利要求22、23和25中任一项所述的设备，其中，在查找表的选择和被分配比特的数量的获得中的输入信号的特性是包括以输入信号的频带中不小于或不大于预定参考值的占用率采样的频带的数量。

27.根据权利要求26所述的设备，其中，占用率是在频带的平方缩放因子的占用率和在频带中的采样的平均值的占用率之间的较大的占用率与在频带的平方缩放因子的占用率和在频带中的采样的平均功率的占用率之间的较大的占用率中的一个。

28.根据权利要求22、23和25中任一项所述的设备，其中，每个查找表的地址是频带的平方缩放因子之一。

29.根据权利要求22、23和25中任一项所述的设备，其中，每个查找表的地址是在频带中的采样的平均值和平均功率中的一个。

30.根据权利要求22、23和25中任一项所述的设备，其中，每个查找表的地址是在频带的缩放因子的占用率和在频带中的采样的平均值的占用率之间的较大的占用率与在频带的平方缩放因子的占用率和在频带中的采样的平均功率的占用率之间的较大的占用率中的一个。

31.根据权利要求22、23和25中任一项所述的设备，还包括比较由比特分配部分分配给整个输入信号的比特的数量与整个输入信号所需的比特的数量并根据比较结果调整分配给整个输入信号的比特的数量。

32.根据权利要求22、24和25中任一项所述的设备，其中，线性量化部分包括：

数据归一化部分，对由使用预定缩放因子的数据变换部分获得的采样进行归一化；

区段量化部分，用于将归一化的采样值的范围划分成预定数量的区段并将为每个区段设定的线性函数应用于归一化采样值；

缩放部分，用于对使用由比特分配部分为每个量化单元分配的比特的数量的区段量化部分获得的值进行缩放；以及

舍入部分，用于使用分配的比特的数量对缩放的值进行向最近的整数舍入以获得被量化的值。

33.根据权利要求32所述的设备，其中，线性函数是用于区段的多个独立的线性函数。

34.根据权利要求22和25中任一项所述的设备，其中，由帧组成的比特流还包括位于每帧的首部的指示每帧开始的同步信息。

35.一种将数字信号解码的方法，包括：

从比特流提取按区段线性量化的数据和附加信息，其中，通过使用为每一量化单元分配的比特的数量量化所述数字信号来获得所述比特流，通过使用基于所述数字信号的特性生成的多个查找表来计算为每一量化单元分配的比特的数量；

使用附加信息，按与为线性量化划分的区段相应的区段将线性量化的数据解量化；和

使用用于编码的变换的逆变换来从解量化的数据生成数字信号。

36.一种将数字信号解码的方法，包括：

从由帧组成的比特流提取量化的数据、附加信息、和帧长度信息，其中，通过使用为每一量化单元分配的比特的数量量化所述数字信号来获得所述比特流，通过使用基于所述数字信号的特性生成的多个查找表来计算为每一量化单元分配的比特的数量；

使用附加信息将量化的数据解量化；和

使用用于编码的变换的逆变换来从解量化的数据生成数字信号。

37.一种将数字信号解码的方法，包括：

从由帧组成的比特流提取按区段线性量化的数据、附加信息、和帧长度信息，其中，通过使用为每一量化单元分配的比特的数量量化所述数字信号来获得所述比特流，通过使用基于所述数字信号的特性生成的多个查找表来计算为每一量化单元分配的比特的数量；

使用附加信息，按与为量化划分的区段相应的区段将线性量化的数据解量化；和

使用用于编码的变换的逆变换来从解量化的数据生成数字信号。

38.根据权利要求35至37中任一项所述的方法，其中，附加信息包括至少一个每个量化单元的缩放因子和将为每个量化单元分配的比特的数量。

39.根据权利要求36和37中任一项所述的方法，其中，在提取线性量化的数据、附加信息、和帧长度信息的步骤中，还从由帧组成的比特流提取同步信息。

40.根据权利要求35和37中任一项所述的方法，其中，按区段将线性量化的数据解量化的步骤包括：

通过使用比特分配信息，对按区段线性量化的数据执行用于量化的缩放的逆缩放；

按区段将逆缩放的数据线性解量化；和

使用与用于量化的缩放因子相应的逆缩放因子来将解量化的数据去归一化。

41.根据权利要求35至37中任一项所述的方法，其中，使用逆修正离散余弦变换、逆快速傅立叶变换、逆离散余弦变换、和子带合成滤波中的一种，来执行解量化的数字信号的逆变换。

42.一种将数字信号解码的设备，包括：

比特流解包部分，用于从比特流提取线性量化的数据和附加信息，其中，通过使用为每一量化单元分配的比特的数量量化所述数字信号来获得所述比特流，通过使用基于所述数字信号的特性生成的多个查找表来计算为每一量化单元分配的比特的数量；

线性解量化部分，用于使用附加信息，按与为线性量化划分的区段相应的区段将线性量化的数据解量化；和

逆变换部分，用于使用用于编码的变换的逆变换来从解量化的数据生成数字信号。

43.一种将数字信号解码的设备，包括：

比特流分析部分，用于从由帧组成的比特流提取量化的数据、附加信息、和帧长度信息，其中，通过使用为每一量化单元分配的比特的数量量化所述数字信号来获得所述比特流，通过使用基于所述数字信号的特性生成的多个查找表来计算为每一量化单元分配的比特的数量；

解量化部分，用于使用附加信息将量化的数据解量化；和

逆变换部分，用于使用用于编码的变换的逆变换来从解量化的数据生成数字信号。

44.一种将数字信号解码的设备，包括：

比特流分析部分，用于从由帧组成的比特流提取按区段线性量化的数据、附加信息、和帧长度信息，其中，通过使用为每一量化单元分配的比特的数量量化所述数字信号来获得所述比特流，通过使用基于所述数字信号的特性生成的多个查找表来计算为每一量化单元分配的比特的数量；

线性解量化部分，用于使用附加信息，按与为量化划分的区段相应的区段将线性量化的数据解量化；和

逆变换部分，用于使用用于编码的变换的逆变换来从解量化的数据生成数字信号。

45.根据权利要求42至44中任一项所述的设备，其中，附加信息包括至少一个每个量化单元的缩放因子和将为每个量化单元分配的比特的数量。

46.根据权利要求43和44中任一项所述的设备，其中，比特流分析部分还从由帧组成的比特流提取同步信息。

47.根据权利要求42和44中任一项所述的设备，其中，线性解量化部分包括：

逆缩放部分，用于通过使用包括在比特流分析部分的附加信息中的比特分配信息，对按区段线性量化的数据执行用于量化的缩放的逆缩放；

区段线性解量化部分，用于按区段将逆缩放的数据线性解量化；和

去归一化部分，用于使用与用于量化的缩放因子相应的逆缩放因子来将解量化的数据去归一化。

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