專利名稱：信息信號(hào)編碼的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及信息信號(hào)編碼，如音頻或視頻編碼。
背景技術(shù)：
在新的通信網(wǎng)絡(luò)以及在專業(yè)音頻制作中使用數(shù)字音頻編碼來(lái)進(jìn)行 雙向?qū)崟r(shí)通信需要非常經(jīng)濟(jì)的算法編碼以及非常短的編碼延遲。數(shù)字 音頻編碼的應(yīng)用在延遲時(shí)間意義上變得非常關(guān)鍵的一種典型情形是同 時(shí)使用直接的(即未編碼的)和己傳送的(即己編碼和解碼的)信號(hào)
的情況。因此，示例是使用無(wú)繩麥克風(fēng)和同時(shí)(在耳中(in-ear))監(jiān) 聽(tīng)的直播制作，或"分散(scattered)"制作(其中藝術(shù)家在不同的演 播室中同時(shí)演奏)。在這些應(yīng)用中，可容許的總延遲時(shí)間段小于10ms。 例如，如果使用不對(duì)稱的參與者線路進(jìn)行通信，則比特率是另外的限 制因素。
諸如MPEG-1 3 (MP3)、 MPEG-2 AAC和MPEG-2/4之類的標(biāo)準(zhǔn) 音頻編碼器的低延遲的算法延遲的范圍從20毫秒到數(shù)百毫秒，其中例 如參考了以下文獻(xiàn)M. Lutzky， G. Schuller， M. Gayer; U. Kraemer, S. Wabnik: "A guideline to audio codec delay", presented at the 116th AES Convention, Berlin, May 2004。語(yǔ)音編碼器操作于更低的比特率，并具
有更小的算法延遲，但僅提供有限的音頻質(zhì)量。
例如，文獻(xiàn)B. Edler, C. Faller and G. Schuller, "Perceptual Audio Coding Using a Time-Varying Linear Pre- and Postfilter"， presented at 109th AES Convention, Los Angeles, S印tember 2000描述了一種編碼方 案，該編碼方案縮小了上述一方面的標(biāo)準(zhǔn)音頻編碼器而另一方面的語(yǔ) 音編碼器之間的差異，根據(jù)這一方案，在編碼器側(cè)，使用掩蔽閾值的 倒數(shù)對(duì)要編碼的信號(hào)進(jìn)行濾波，隨后對(duì)其進(jìn)行量化以執(zhí)行不相關(guān)性減少，將量化信號(hào)提供給熵編碼以執(zhí)行與不相關(guān)性減少分離的冗余減少， 在解碼器側(cè)，對(duì)經(jīng)量化和預(yù)濾波的信號(hào)進(jìn)行重構(gòu)，并在后濾波器中使 用標(biāo)記閾值作為傳輸函數(shù)地對(duì)其進(jìn)行濾波。這樣的編碼方案(以下稱
為ULD編碼方案)產(chǎn)生了可以與標(biāo)準(zhǔn)音頻編碼器(如MP3)相比的 感知質(zhì)量，其比特率約為每信道80kbit/s及更高。例如，WO 2005/078703 Al中也描述了一種這樣的編碼器。
具體地，其中所描述的ULD編碼器使用了心理聲學(xué)控制的線性 濾波器來(lái)形成量化噪聲。由于其結(jié)構(gòu)，該量化噪聲總是在給定的閾值 之上，即便在給定頻域內(nèi)沒(méi)有信號(hào)時(shí)也是如此。只要噪聲與心理聲學(xué) 掩蔽閾值相對(duì)應(yīng)，則該噪聲就保持為不可聽(tīng)見(jiàn)。為了獲得甚至比該閾 值所預(yù)定的比特率更小的比特率，必須增大量化噪聲，這將使噪聲變 得可聽(tīng)見(jiàn)。具體地，可以在沒(méi)有信號(hào)部分的域中聽(tīng)見(jiàn)噪聲。因此，示 例是非常低或非常高的音頻。通常，在這些域中只有非常低的信號(hào)部 分，而掩蔽閾值較高。如果在整個(gè)頻域內(nèi)均勻地增大掩蔽閾值，則量 化噪聲處于該增大的閾值處(即使沒(méi)有信號(hào))，使得該量化噪聲可以被 聽(tīng)覺(jué)感知為聽(tīng)起來(lái)虛假的信號(hào)?；谧訋У木幋a器沒(méi)有這個(gè)問(wèn)題，這 是因?yàn)樵摼幋a器簡(jiǎn)單地將具有比該閾值更小信號(hào)的子帶量化為零。
在所允許的比特率下降至最低比特率(所述最低比特率不會(huì)引起 虛假量化噪聲，并由掩蔽閾值確定)以下時(shí)出現(xiàn)的上述問(wèn)題不是唯一 的問(wèn)題。此外，在上述參考文獻(xiàn)中描述的ULD編碼器為了獲得恒定 的數(shù)據(jù)速率而經(jīng)受復(fù)雜的過(guò)程，尤其是由于使用了迭代環(huán)，其中，為 了每個(gè)采樣塊確定用于調(diào)整解量化步長(zhǎng)的放大因子的值，必須經(jīng)過(guò)所 述迭代環(huán)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種信息編碼方案，能夠在低比特率和高編 碼質(zhì)量的情況下，允許ULD類型編碼器的短延時(shí)。
該目的是通過(guò)根據(jù)權(quán)利要求1或24所述的設(shè)備、根據(jù)權(quán)利要求 44或45所述的方法以及根據(jù)權(quán)利要求47所述的編碼器和根據(jù)權(quán)利要 求48所述的解碼器來(lái)實(shí)現(xiàn)的。本發(fā)明的中心思想是以下發(fā)現(xiàn)，即通過(guò)不直接對(duì)預(yù)濾波信號(hào)進(jìn)行 量化，而是對(duì)由預(yù)濾波信號(hào)的前向自適應(yīng)預(yù)測(cè)而獲得的預(yù)測(cè)誤差進(jìn)行 量化，可以實(shí)現(xiàn)超過(guò)由掩蔽閾值所確定的度量的極粗略的量化，而不 會(huì)帶來(lái)質(zhì)量損失或僅帶來(lái)非常小的質(zhì)量損失。由于前向自適應(yīng)，量化 誤差對(duì)預(yù)測(cè)系數(shù)沒(méi)有負(fù)面影響。
根據(jù)另一個(gè)實(shí)施例，以非線性方式對(duì)預(yù)濾波信號(hào)進(jìn)行平滑量化或 平滑限幅，即通過(guò)量化函數(shù)來(lái)進(jìn)行量化，所述量化函數(shù)將預(yù)測(cè)誤差的
未量化值映射到量化階的量化索引上，所述量化函數(shù)的過(guò)程在閾值之 下比在閾值之上更陡。因此，由于較低的可用比特率，相對(duì)于掩蔽閾
值而增大的噪聲PSD調(diào)整為信號(hào)PSD，使得在沒(méi)有信號(hào)部分的頻譜部 分中不出現(xiàn)違反掩蔽閾值的情況，盡管可用比特率降低，但這分別進(jìn) 一步提高了收聽(tīng)質(zhì)量或維持了收聽(tīng)質(zhì)量。
根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例，量化是分別通過(guò)限幅(即分別通過(guò) 量化至數(shù)目有限且固定的量化等級(jí)或量化階)來(lái)進(jìn)行的平滑量化或平 滑限幅。通過(guò)前向自適應(yīng)預(yù)測(cè)來(lái)預(yù)測(cè)預(yù)濾波信號(hào)，粗略的量化對(duì)預(yù)測(cè) 系數(shù)本身沒(méi)有負(fù)面影響。通過(guò)量化至固定數(shù)目的量化等級(jí)，固有地避 免了用于獲得恒定比特率的迭代。
根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例，以后向自適應(yīng)的方式，根據(jù)先前通 過(guò)量化所獲得的量化等級(jí)索引來(lái)分別確定固定數(shù)目的量化等級(jí)之間的 量化步長(zhǎng)或階高。因此， 一方面，盡管量化等級(jí)的數(shù)目非常小，但是 可以分別獲得預(yù)測(cè)誤差或殘差信號(hào)的更好的或至少盡可能最好的量 化，而無(wú)須向解碼器側(cè)提供進(jìn)一步的輔助信息。另一方面，可以確保 在向解碼器側(cè)傳輸量化后的殘差信號(hào)的過(guò)程中的傳輸誤差對(duì)于具有適 當(dāng)?shù)暮笙蜃赃m應(yīng)步長(zhǎng)調(diào)整配置的解碼器側(cè)而言僅具有短時(shí)效應(yīng)。


下面將參考附圖討論本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例。附圖示出了
圖1是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的編碼器的框圖； 圖2a/b分別示例性地示出了如下圖在根據(jù)權(quán)利要求1所述的編 碼器的情況下，與掩蔽閾值和信號(hào)功率譜密度相關(guān)的噪聲頻譜的過(guò)程(圖a)，或者在具有對(duì)預(yù)濾波信號(hào)的后向自適應(yīng)預(yù)測(cè)和迭代以及掩蔽 閾值逐塊量化步長(zhǎng)調(diào)整的情況下，與掩蔽閾值和信號(hào)功率譜密度相關(guān)
的噪聲頻譜的過(guò)程(圖b);
圖3a/3b和3c分別示例性地示出如下圖在如圖1所示的編碼器 中執(zhí)行預(yù)濾波信號(hào)的前向自適應(yīng)預(yù)測(cè)以及迭代量化步長(zhǎng)調(diào)整的情況 下，分別對(duì)于不同的限幅范圍或不同數(shù)目的量化等級(jí)的、與噪聲或誤 差功率譜密度相關(guān)的信號(hào)功率譜密度；
圖4是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的圖1的編碼器中的系數(shù)編碼器的結(jié) 構(gòu)的框圖5是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的用于對(duì)圖1中的編碼器所編碼的信 息信號(hào)進(jìn)行解碼的解碼器的框圖6是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的圖1的編碼器或圖5的解碼器中的 系數(shù)編碼器的結(jié)構(gòu)的框圖7是用于例證收聽(tīng)測(cè)試結(jié)果的圖；以及
圖8a至8c是可以分別用于圖1、 4、 5和6中的量化和量化/限幅 裝置中的示例性量化函數(shù)的圖。
具體實(shí)施例方式
在參照附圖更詳細(xì)地討論本發(fā)明的實(shí)施例之前，首先，為了更好 地理解這些實(shí)施例的優(yōu)點(diǎn)和原理，將討論ULD類型的編碼方案的可能 實(shí)現(xiàn)作為比較示例，基于該比較示例，可以更清晰地說(shuō)明最終導(dǎo)致后 續(xù)實(shí)施例的這些實(shí)施例的潛在的實(shí)質(zhì)性優(yōu)點(diǎn)和考慮。
如在本說(shuō)明書的介紹部分已經(jīng)描述的，需要更低比特率(例如 64kbit/s)的、具有可比感知質(zhì)量的ULD版本，以及用于獲得恒定比特 率(尤其是用于獲得所需的更低比特率)的較簡(jiǎn)單的方案。此外，傳 輸誤差之后的恢復(fù)時(shí)間保持為較低或保持在最小值將是有利的。
為了減少經(jīng)心理聲學(xué)預(yù)處理后的信號(hào)的冗余，比較ULD編碼器使 用了一種逐樣本的后向自適應(yīng)閉環(huán)預(yù)測(cè)。這意味著，對(duì)編碼器和解碼 器中的預(yù)測(cè)系數(shù)的計(jì)算僅僅基于過(guò)去的或已經(jīng)量化和重構(gòu)的信號(hào)樣 本。為了分別獲得對(duì)信號(hào)或預(yù)濾波信號(hào)的適配，針對(duì)每個(gè)樣本再次計(jì)算新的預(yù)測(cè)器系數(shù)集合。這產(chǎn)生了以下優(yōu)點(diǎn)由于不需要將預(yù)測(cè)器系 數(shù)從編碼器側(cè)傳送到解碼器側(cè)，因此可以使用較長(zhǎng)的預(yù)測(cè)器或預(yù)測(cè)值 確定公式，即具體為可以使用較大數(shù)目的預(yù)測(cè)器系數(shù)。另一方面，這 意味著必須在不損失精確度的情況下將量化后的預(yù)測(cè)誤差傳送至解碼 器，以獲得與編碼過(guò)程中潛在的預(yù)測(cè)系數(shù)完全相同的預(yù)測(cè)系數(shù)。否則， 編解碼和解碼器中的預(yù)測(cè)的值彼此分別不同，這將導(dǎo)致不穩(wěn)定的編碼 過(guò)程。更合理地，在比較ULD編碼器中，需要在編碼器和解碼器側(cè)周 期性地復(fù)位預(yù)測(cè)器，以便能夠選擇性地訪問(wèn)編碼比特流以及阻止傳輸 誤差的傳播。然而，周期性復(fù)位導(dǎo)致了比特率達(dá)到峰值，這對(duì)比特率 可變的信道不是問(wèn)題，但對(duì)于比特率固定的信道而言，該比特率峰值 限制了恒定比特率調(diào)整的下限。
從隨后利用本發(fā)明的實(shí)施例對(duì)ULD比較編碼方案的更詳細(xì)描述
中可以得出，這些實(shí)施例與比較編碼方案的差別在于使用具有后向 自適應(yīng)量化步長(zhǎng)調(diào)整的逐塊前向自適應(yīng)預(yù)測(cè)，來(lái)代替逐樣本的后向自 適應(yīng)預(yù)測(cè)。另一方面，其缺點(diǎn)在于為了限制用于向編碼器側(cè)傳送所 需預(yù)測(cè)系數(shù)的所需輔助信息量，預(yù)測(cè)器應(yīng)該更短，這還可能導(dǎo)致編碼 器效率降低，但是，另一方面，其優(yōu)點(diǎn)在于，隨后的實(shí)施例的過(guò)程對(duì) 更高的量化誤差(這是比特率減小的結(jié)果)仍能夠有效工作，因此解 碼器側(cè)的預(yù)測(cè)器可以用于對(duì)噪聲形狀進(jìn)行量化。
從隨后的比較也可以得出，與比較ULD編碼器相比，通過(guò)在傳輸 之前限制預(yù)測(cè)余數(shù)值的范圍來(lái)限制比特率。與比較ULD編碼方案相 比，這導(dǎo)致了修正的噪聲形狀，也導(dǎo)致了不同且更少的虛假的收聽(tīng)人 工效應(yīng)。此外，在不使用迭代環(huán)的情況下產(chǎn)生恒定比特率。此外，由 于逐塊的前向適配，對(duì)于每個(gè)樣本塊，固有地包括了 "復(fù)位"。此外， 在以下描述的實(shí)施例中，針對(duì)預(yù)濾波器系數(shù)和前向預(yù)測(cè)系數(shù)使用了一 種編碼方案，該方案對(duì)系數(shù)的LSF (線譜頻率)表示，使用了具有后 向自適應(yīng)量化步長(zhǎng)控制的不同編碼。如以下要描述的，該方案提供了 對(duì)系數(shù)的逐塊訪問(wèn)，產(chǎn)生了恒定的輔助信息比特率，并在該比特率上 對(duì)傳輸誤差具有魯棒性。
下面，將更詳細(xì)地描述比較ULD編碼器和解碼器的結(jié)構(gòu)，接著描述本發(fā)明的實(shí)施例并例證其在從較高恒定比特率傳輸至較低比特率方 面的優(yōu)點(diǎn)。
在比較ULD編碼方案中，在編碼器側(cè)，分別通過(guò)感知模型或收聽(tīng) 模型來(lái)對(duì)編碼器的輸入信號(hào)迸行分析，以獲得關(guān)于信號(hào)中在感知上無(wú) 關(guān)的部分的信息。該信息用于通過(guò)時(shí)變?yōu)V波器系數(shù)來(lái)控制預(yù)濾波器。
從而，預(yù)濾波器將輸入信號(hào)相對(duì)于其掩蔽閾值進(jìn)行歸一化。每128樣本 的塊計(jì)算一次濾波器系數(shù)，對(duì)其進(jìn)行量化，并將其傳送至編碼器側(cè)作 為輔助信息。
在通過(guò)減去后向自適應(yīng)預(yù)測(cè)信號(hào)來(lái)將預(yù)濾波信號(hào)與放大因子相 乘之后，通過(guò)均勻(uniform)量化器(即具有均勻步長(zhǎng)的量化器)對(duì) 預(yù)測(cè)誤差進(jìn)行量化。如上所述，通過(guò)逐樣本后向閉環(huán)預(yù)測(cè)來(lái)獲得該預(yù) 測(cè)信號(hào)。相應(yīng)地，不需要向解碼器傳送預(yù)測(cè)系數(shù)。隨后，對(duì)量化的預(yù) 測(cè)殘差信號(hào)進(jìn)行熵編碼。為了獲得恒定比特率，提供了一種環(huán)，該環(huán) 對(duì)每個(gè)預(yù)濾波樣本塊重復(fù)數(shù)次相乘、預(yù)測(cè)、量化和熵編碼的步驟。在 迭代之后，確定預(yù)定放大值集合中仍滿足恒定比特率條件的最高放大 因子。將該放大值傳送至解碼器。然而，如果確定了小于l的放大值， 則在解碼后量化噪聲是可感知的，即其頻譜被整形為與掩蔽閾值類似， 但其總功率高于預(yù)測(cè)模型所預(yù)定的功率。對(duì)于輸入信號(hào)頻譜的部分，
量化噪聲甚至可能高于輸入信號(hào)頻譜本身，由于預(yù)測(cè)編碼器的使用， 這還在該頻譜部分中產(chǎn)生了可聽(tīng)見(jiàn)的人工效應(yīng)，否則在該頻譜部分中 不會(huì)出現(xiàn)可聽(tīng)見(jiàn)的信號(hào)。在考慮更低的恒定比特率時(shí)，量化噪聲所導(dǎo) 致的效應(yīng)表示了一種限制因素。
繼續(xù)描述該比較ULD方案，僅將預(yù)濾波系數(shù)作為幀內(nèi)LSF差來(lái)傳
送，而且僅當(dāng)其超過(guò)特定限制時(shí)才進(jìn)行傳送。為了避免非受限的時(shí)間 段的傳輸誤差傳播，時(shí)常對(duì)該系統(tǒng)進(jìn)行復(fù)位?？梢允褂闷渌夹g(shù)來(lái)對(duì) 傳輸誤差情況下解碼信號(hào)感知的下降進(jìn)行最小化。該傳輸方案產(chǎn)生了 可變的輔助信息比特率，在上述環(huán)中通過(guò)調(diào)整上述放大因子相應(yīng)地調(diào) 節(jié)(level)該比特率。
在比較ULD編碼器的情況下，量化預(yù)測(cè)殘差信號(hào)的熵編碼包括諸 如Golomb、 Huffman或算術(shù)編碼方法之類的方法。必須時(shí)常對(duì)該熵編碼迸行復(fù)位，并且該熵編碼固有地產(chǎn)生可變比特率，該可變比特率仍 由上述環(huán)來(lái)調(diào)節(jié)的可變比特率。
在比較ULD編碼方案的情況下，根據(jù)熵編碼獲得解碼器中的量化 預(yù)測(cè)殘差信號(hào)，在其上加入預(yù)測(cè)余數(shù)和預(yù)測(cè)信號(hào)，將和與所傳送的放 大因子的倒數(shù)相乘，由此，通過(guò)其頻率響應(yīng)為一個(gè)預(yù)濾波器的倒數(shù)的 后濾波器來(lái)產(chǎn)生重構(gòu)的輸出信號(hào)，其中，該后濾波器使用傳送的預(yù)濾 波器系數(shù)。
例如，在32kHz至48kHz的釆樣頻率上，剛剛描述的類型的比較 ULD編碼器獲得5.33至8ms的總編碼器/解碼器延遲。在沒(méi)有(虛假環(huán)) 迭代的情況下，該ULD編碼器產(chǎn)生80至96kbit/s范圍內(nèi)的比特率。如上 所述，在較低恒定比特率上，由于噪聲頻譜更為均勻，該編碼器中的 收聽(tīng)質(zhì)量下降。此外，由于迭代，獲得均勻比特率的代價(jià)較高。以下 描述的實(shí)施例克服或最小化了這些缺點(diǎn)。在恒定傳輸數(shù)據(jù)速率上，以 下描述的實(shí)施例的編碼方案在不需要任何迭代的情況下使得量化誤差 的噪聲形狀改變。更準(zhǔn)確地，在上述比較ULD編碼方案中，在迭代過(guò) 程中具有恒定傳輸數(shù)據(jù)速率的情況下，確定了乘數(shù)，在該乘數(shù)的幫助 下，在量化之前對(duì)來(lái)自預(yù)濾波器的信號(hào)進(jìn)行相乘，其中量化噪聲在頻 譜上是白的，這導(dǎo)致解碼器中的量化噪聲被成形為類似于收聽(tīng)閨值， 但根據(jù)所選擇的乘數(shù)，該量化噪聲略低于或略高于該收聽(tīng)閾值，如上 所述，該乘數(shù)也可以被理解為是對(duì)預(yù)定的收聽(tīng)閾值的一種移位。與之 相關(guān)的是，在解碼之后產(chǎn)生量化噪聲，其功率在各頻域內(nèi)甚至可以超 過(guò)各頻域內(nèi)的輸入信號(hào)的功率?？梢郧逦芈?tīng)見(jiàn)所產(chǎn)生的編碼人工效 應(yīng)。以下描述的實(shí)施例對(duì)量化噪聲進(jìn)行整形，以使得其功率譜密度在 頻譜上不再是白的。更合理地，對(duì)預(yù)濾波器信號(hào)的粗略量化/限制或限 幅將產(chǎn)生的量化噪聲分別整形為類似于預(yù)濾波器信號(hào)的功率譜密度。 從而，對(duì)解碼器中的量化噪聲進(jìn)行整形，以使其保持在輸入信號(hào)的功 率譜密度以下。這可以被理解為是所確定的收聽(tīng)閾值的變形 (deformation)。與比較ULD編碼方案相比，這樣產(chǎn)生的編碼人工效應(yīng) 不那么虛假。此外，隨后的實(shí)施例不需要迭代過(guò)程，從而降低了復(fù)雜 度。由于通過(guò)描述上述比較ULD編碼方案已經(jīng)提供了充分的基礎(chǔ)，從
而將注意力轉(zhuǎn)到以下實(shí)施例中潛在的優(yōu)點(diǎn)和考慮，以用于描述這些實(shí) 施例，首先，下面將描述根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的編碼器的結(jié)構(gòu)。
總體上由10表示的圖1中的編碼器包括用于要編碼的信息信號(hào)的 輸入12，以及用于已編碼信息信號(hào)的輸出14，其中，以下示例性地假 定該信號(hào)是音頻信號(hào)，尤其示例性地假設(shè)該信號(hào)是已采樣的音頻信號(hào)， 但是也可以在輸入12之后的編碼器中進(jìn)行采樣。在圖1中，x(n)表示輸
入的輸出信號(hào)的樣本。
如圖1所示，可以將編碼器10劃分為掩蔽閾值確定裝置16、預(yù)濾 波裝置18、前向預(yù)測(cè)預(yù)測(cè)裝置20和量化/限幅裝置22以及比特流產(chǎn)生裝 置24。掩蔽閾值確定裝置16分別根據(jù)感知模型或收聽(tīng)模型來(lái)操作，使 用感知模型分別確定從輸入12處輸入的音頻信號(hào)的掩蔽或收聽(tīng)閾值的 表示，該表示指示了與可感知性或可聽(tīng)見(jiàn)性分別無(wú)關(guān)的音頻信號(hào)部分， 或表示了頻率的頻譜閾值，在該頻率上，頻譜能量分別由于心理聲學(xué) 的遮蔽效應(yīng)而保持不可聽(tīng)見(jiàn)，或不被人所感知。如以下將要描述的， 確定裝置16以逐塊的方式來(lái)確定掩蔽閾值，即該裝置針對(duì)音頻信號(hào)的 后續(xù)樣本塊中的每一塊確定掩蔽閾值。也可以進(jìn)行其他過(guò)程。與隨后 的描述(尤其是關(guān)于圖4的描述)相反，從確定裝置16產(chǎn)生的掩蔽閾值
的表示也可以是頻譜掩蔽閾值的頻譜樣本的表示。
預(yù)濾波或預(yù)估計(jì)裝置18與掩蔽閾值確定裝置16和輸入12相耦合，
并對(duì)輸出信號(hào)進(jìn)行濾波，以將其相對(duì)于掩蔽閾值進(jìn)行歸一化，以獲得 預(yù)濾波信號(hào)f(n)。例如，預(yù)濾波裝置18基于線性濾波器，并被實(shí)現(xiàn)為 根據(jù)掩蔽閾值確定裝置16所提供的掩蔽閾值的表示來(lái)調(diào)整濾波器系 數(shù)，以使得該線性濾波器的傳輸函數(shù)實(shí)質(zhì)上與掩蔽閾值的倒數(shù)相對(duì)應(yīng)。 可以逐塊地、每半塊地(例如在以下描述的在掩蔽閾值確定中塊一半 重疊的情況下)、或逐樣本地執(zhí)行濾波器系數(shù)的調(diào)整，例如通過(guò)對(duì)由逐 塊確定的掩蔽閾值表示所獲得的濾波器系數(shù)進(jìn)行內(nèi)插、或者通過(guò)對(duì)跨 過(guò)塊間隔而獲得的濾波器系數(shù)進(jìn)行內(nèi)插來(lái)執(zhí)行。
前向預(yù)測(cè)裝置20與預(yù)濾波裝置18相耦合，用于對(duì)預(yù)濾波信號(hào)的樣 本f(n)(通過(guò)使用心理聲學(xué)掩蔽閾值在時(shí)域中對(duì)其進(jìn)行了自適應(yīng)濾波)進(jìn)行前向自適應(yīng)預(yù)測(cè)，以獲得預(yù)測(cè)信號(hào)六")、表示與預(yù)濾波信號(hào)f(n) 的預(yù)測(cè)誤差的殘差信號(hào)r(n)以及預(yù)測(cè)濾波器系數(shù)的表示，基于此可以 重構(gòu)預(yù)測(cè)信號(hào)。具體地，前向自適應(yīng)預(yù)測(cè)裝置20被實(shí)現(xiàn)為直接根據(jù)預(yù) 濾波信號(hào)f來(lái)確定預(yù)測(cè)濾波器系數(shù)的表示，而不僅僅基于殘差信號(hào)r的 后續(xù)量化。如以下將參照?qǐng)D4更詳細(xì)地討論的，盡管在LFS域中(尤其 采取LFS預(yù)測(cè)殘差的形式)表示預(yù)測(cè)濾波器系數(shù)，但是，其他表示也 是可能的，例如線性濾波器系數(shù)整形中的中間表示。此外，根據(jù)隨后 的描述，裝置20示例性地逐塊(即對(duì)預(yù)濾波信號(hào)的樣本f(n)中的后續(xù) 塊中的每一塊)執(zhí)行預(yù)測(cè)濾波器系數(shù)的確定，然而，其中其他過(guò)程也 是可能的。然后，裝置20被實(shí)現(xiàn)為通過(guò)所確定的這些預(yù)測(cè)濾波器系數(shù) 來(lái)確定預(yù)測(cè)信號(hào)/，并將其從預(yù)濾波信號(hào)f中減去，其中，例如通過(guò)線
性濾波器來(lái)執(zhí)行該預(yù)測(cè)信號(hào)的確定，其中根據(jù)前向自適應(yīng)確定的預(yù)測(cè) 系數(shù)表示來(lái)調(diào)整該線性濾波器的濾波器系數(shù)。如以下將要更詳細(xì)地描 述的，解碼器側(cè)提供的與先前輸出的濾波器輸出信號(hào)值相加的殘差信 號(hào)(即經(jīng)量化和限幅的殘差信號(hào)Un))可以作為濾波器輸出信號(hào)。
量化/限幅裝置22與預(yù)測(cè)裝置20相耦合，用于通過(guò)量化函數(shù)對(duì)殘差 信號(hào)分別進(jìn)行量化和限幅，該量化函數(shù)將殘差信號(hào)的值r(n)映射到數(shù) 目恒定且有限的量化等級(jí)，以及用于向前向自適應(yīng)預(yù)測(cè)裝置20傳送以 這種方式在量化索引的整形中獲得的如上所述的量化殘差信號(hào)ie(n)。
量化殘差信號(hào)ic(n)、裝置20所確定的預(yù)測(cè)系數(shù)的表示、以及由裝 置16確定的掩蔽閾值的表示構(gòu)成了通過(guò)編碼信號(hào)14向解碼器側(cè)提供的 信息，其中，因此在圖1中示例性提供了比特流產(chǎn)生裝置24，用于根據(jù) 串行比特流或分組傳輸，可能地通過(guò)使用其他無(wú)損編碼方式來(lái)組合該 信息。
在對(duì)圖l中的編碼器的更詳細(xì)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行討論之前，以下基于編 碼器10的上述結(jié)構(gòu)來(lái)描述編碼器1的操作模式。預(yù)濾波裝置18使用與掩
蔽閾值的倒數(shù)相對(duì)應(yīng)的傳輸函數(shù)來(lái)對(duì)音頻信號(hào)進(jìn)行濾波，從而產(chǎn)生預(yù) 濾波信號(hào)f(n)，該信號(hào)通過(guò)均勻量化獲得了誤差的功率譜密度，該功 率譜密度主要與白噪聲相對(duì)應(yīng)，并且可能導(dǎo)致在解碼器側(cè)的后濾波器 中濾波得到的噪聲功率譜與掩蔽閾值類似。然而，首先，前向自適應(yīng)預(yù)測(cè)裝置20通過(guò)從殘差信號(hào)f中減去前向自適應(yīng)的預(yù)測(cè)信號(hào)/來(lái)獲得
預(yù)測(cè)誤差r。不論在編碼器還是在解碼器側(cè)，量化/限幅裝置22對(duì)該預(yù) 測(cè)誤差r進(jìn)行的后續(xù)的粗略量化對(duì)預(yù)測(cè)裝置20的預(yù)測(cè)系數(shù)沒(méi)有影響，這 是由于該預(yù)測(cè)系數(shù)的計(jì)算是以前向自適應(yīng)方式執(zhí)行的，因此是基于未 量化的值f(n)。不僅在使用粗略量化步長(zhǎng)的意義上利用粗略的方式來(lái) 執(zhí)行量化，而且在僅執(zhí)行平滑量化至數(shù)目恒定且有限的量化等級(jí)的意 義上以粗略的方式來(lái)執(zhí)行量化，因此，為了表示每個(gè)量化殘差信號(hào)ic(n) 或編碼音頻信號(hào)14中的每個(gè)量化索引，僅需要固定的比特?cái)?shù)，這固有 地允許了殘差值ie(n)的恒定比特率。如以下將要描述的，主要通過(guò)量 化至固定數(shù)目的均勻間隔的量化等級(jí)來(lái)執(zhí)行量化(以下示例性地量化 至僅3個(gè)量化等級(jí)的數(shù)目)，其中，例如，執(zhí)行量化以使未量化的殘差 信號(hào)值r(n)被量化至下一個(gè)量化等級(jí)，以獲得該信號(hào)值的對(duì)應(yīng)量化等 級(jí)的量化索引ie(n)。因此，將未量化殘差信號(hào)r(n)的極高或極低的值分 別映射至各自最高或最低的量化等級(jí)或各自量化等級(jí)索引(即使在具 有相同步長(zhǎng)的均勻量化中它們也可以被映射到更高的量化等級(jí))。自 此，裝置22也分別對(duì)殘差信號(hào)r進(jìn)行"限幅"或限制。然而，如以下 將要描述的，后者具有以下效果，即預(yù)濾波信號(hào)的誤差PSD (PSD-功 率譜密度)不再是白噪聲，而是根據(jù)限幅的程度而近似于預(yù)濾波信號(hào) 的信號(hào)PSD。在解碼器側(cè)，這具有以下效果，即甚至在比掩蔽閾值所 預(yù)定的比特率更低的比特率上，噪聲PSD也保持在信號(hào)PSD以下。
下面將更詳細(xì)地描述圖l的編碼器的結(jié)構(gòu)。具體地，掩蔽閾值確 定裝置16分別包括根據(jù)感知模型進(jìn)行操作的掩蔽閾值確定器或感知模 型26、預(yù)濾波器系數(shù)計(jì)算模塊28和系數(shù)編碼器30， 二者以命名順序連 接在輸入12與預(yù)濾波器裝置18以及比特流產(chǎn)生器24之間。預(yù)濾波器裝 置18包括系數(shù)解碼器32，其輸入與系數(shù)編碼器30的輸出相連接；以 及預(yù)濾波器34，例如，預(yù)濾波器34是自適應(yīng)線性濾波器，其數(shù)據(jù)輸入 與輸入12相連接，其數(shù)據(jù)輸出與裝置20相連接，而其用于對(duì)濾波器系 數(shù)進(jìn)行適配的適配輸入與系數(shù)解碼器32的輸出相連接。預(yù)測(cè)裝置20包 括預(yù)測(cè)系數(shù)計(jì)算模塊36、系數(shù)編碼器38、系數(shù)解碼器40、減法器42、 預(yù)測(cè)濾波器44、延遲元件46、另一加法器48和解量化器50。預(yù)測(cè)系數(shù)計(jì)算模塊46和系數(shù)編碼器38串聯(lián)在一起，其連接順序分別是在預(yù)濾器 34的輸出與系數(shù)解碼器40的輸入或比特流產(chǎn)生器24的另一個(gè)輸入之 間，并協(xié)作用于以前向自適應(yīng)方式逐塊確定預(yù)測(cè)系數(shù)的表示。系數(shù)解 碼器40連接在系數(shù)編碼器38與預(yù)測(cè)濾波器44之間，預(yù)測(cè)濾波器44是例 如線性預(yù)測(cè)濾波器。除了與系數(shù)解碼器40連接的預(yù)測(cè)系數(shù)輸入之外， 濾波器44包括數(shù)據(jù)輸入和數(shù)據(jù)輸出，該數(shù)據(jù)輸入和數(shù)據(jù)輸入將濾波器 44連接在閉環(huán)中，除了濾波器44之外，該閉環(huán)包括加法器48和延遲元 件46。具體地，延遲元件46連接在加法器48和濾波器44之間，而濾波 器44的數(shù)據(jù)輸出與加法器48的第一輸入連接。此外，濾波器44的數(shù)據(jù) 輸出也與減法器42的反相輸入連接。減法器42的非反相輸入與預(yù)濾波 器34的輸出連接，而加法器48的第二輸入與解量化器50的輸出連接。 解量化器50的數(shù)據(jù)輸入與量化/限幅裝置22連接，并與解量化器50的步 長(zhǎng)控制輸入連接。量化/限幅裝置22包括量化器模塊52和步長(zhǎng)適配塊 54，其中，量化模塊52還由具有均勻可控步長(zhǎng)的均勻量化器56和限幅 器58構(gòu)成，均勻量化器56和限幅器58以命名順序串聯(lián)在減法器42的輸 出與比特流產(chǎn)生器24的另一個(gè)輸入之間，其中，步長(zhǎng)適配塊54還包括 步長(zhǎng)適配模塊60和延遲部件62，步長(zhǎng)適配模塊60和延遲部件62以命名 順序串聯(lián)在限幅器58的輸出與量化器56的步長(zhǎng)控制輸入之間。此外， 限幅器58的輸出與解量化器50的數(shù)據(jù)輸入連接，其中，解量化器50的 步長(zhǎng)控制輸入還與步長(zhǎng)適配模塊60連接。比特流產(chǎn)生器24的輸出還形 成了編碼器10的輸出14。
在上述詳細(xì)描述了圖l的編碼器詳細(xì)結(jié)構(gòu)之后，以下描述其操作 模式。感知模型模塊26以逐塊的方式分別根據(jù)音頻信號(hào)來(lái)確定或估計(jì) 掩蔽閾值。因此，例如，感知模型模塊26使用長(zhǎng)度為256的DFT，即塊 長(zhǎng)為256個(gè)樣本的x(n)，塊之間存在50%的重疊，該重疊導(dǎo)致了編碼器 10的128個(gè)樣本的音頻信號(hào)延遲。例如，以Bark帶或線性頻率縮放的頻 譜采樣的形式來(lái)表示感知模型模塊26輸出的掩蔽閾值的估計(jì)。在系數(shù) 計(jì)算模塊24中，使用感知模型模塊26逐塊輸出的掩蔽閾值來(lái)計(jì)算預(yù)定 濾波器(即濾波器34)的濾波器系數(shù)。例如，模塊28計(jì)算的系數(shù)可以 是對(duì)掩蔽閾值進(jìn)行建模的LPC系數(shù)。系數(shù)編碼器30還對(duì)每塊的預(yù)濾波器系數(shù)進(jìn)行編碼，這將參照?qǐng)D4更詳細(xì)地討論。系數(shù)解碼器34對(duì)編碼的 預(yù)濾波器系數(shù)進(jìn)行解碼，以重新獲得模塊28的預(yù)濾波器系數(shù)，其中， 預(yù)濾波器34還分別獲得這些參數(shù)或預(yù)濾波器系數(shù)，并使用它們，因此 預(yù)濾波器34分別關(guān)于輸入信號(hào)x(n)的掩蔽閾值來(lái)對(duì)輸入信號(hào)x(n)進(jìn)行 歸一化，或使用傳輸函數(shù)對(duì)輸入信號(hào)x(n)進(jìn)行濾波，該傳輸函數(shù)本質(zhì) 上與該掩蔽閾值的倒數(shù)相對(duì)應(yīng)。與輸入信號(hào)相比，產(chǎn)生的預(yù)濾波信號(hào) f(n)在量上明顯更小。
在預(yù)測(cè)系數(shù)計(jì)算模塊36中，以逐塊的方式來(lái)處理預(yù)濾波信號(hào)的樣 本f(n)，其中，感知模型模塊26可以示例性地將逐塊劃分與音頻信號(hào) 12之一相對(duì)應(yīng)，但不是必需的。對(duì)于每個(gè)預(yù)濾波樣本塊，系數(shù)計(jì)算模 塊36計(jì)算預(yù)測(cè)濾波器44所使用的預(yù)測(cè)系數(shù)。因此，例如，系數(shù)計(jì)算模 塊36執(zhí)行每個(gè)預(yù)濾波信號(hào)塊的LPC (LPO線性預(yù)測(cè)編碼)分析，以獲 得預(yù)測(cè)系數(shù)。然后，如以下將要更詳細(xì)討論的，與系數(shù)編碼器30類似， 系數(shù)編碼器38對(duì)預(yù)測(cè)系數(shù)進(jìn)行編碼，并向比特流產(chǎn)生器24 (具體是系 數(shù)解碼器40)輸出該預(yù)測(cè)系數(shù)的表示，其中，系數(shù)解碼器40使用所獲 得的預(yù)測(cè)系數(shù)表示來(lái)向線性濾波器44施加系數(shù)計(jì)算模塊36在LPC分析
中獲得的預(yù)測(cè)系數(shù)，使得由濾波器44、延遲部件46和加法器48的閉環(huán) 組成的閉環(huán)預(yù)測(cè)器產(chǎn)生預(yù)測(cè)信號(hào)，減法器42再次從預(yù)濾波信號(hào)f(n) 中減去六")。例如，線性濾波器44是長(zhǎng)度為N的A(z) = 2 =1%^類型
的線性預(yù)測(cè)濾波器，其中，系數(shù)解碼器40根據(jù)系數(shù)計(jì)算模塊36所計(jì)算 的預(yù)測(cè)系數(shù)來(lái)調(diào)整值ai，即用于對(duì)先前預(yù)測(cè)值六")加上解量化后的殘
差信號(hào)值進(jìn)行加權(quán)并求和以分別獲得新的或當(dāng)前的預(yù)測(cè)值/的權(quán)重。
在量化器56中，對(duì)減法器42所獲得的預(yù)測(cè)余數(shù)r(n)進(jìn)行均勻量化， 即具有均勻量化步長(zhǎng)的量化，其中，步長(zhǎng)A(n)是時(shí)變的，并由步長(zhǎng)適 配模塊以后向自適應(yīng)方式(即從量化殘差信號(hào)到先前的殘差信號(hào) r(m<n))分別計(jì)算或確定。更準(zhǔn)確地，均勻量化器56對(duì)每個(gè)殘差信號(hào) r(n)輸出量化殘差值q(n)，可表示為q(n)—(n) A(n)，可將其稱為具有 索引的臨時(shí)量化步長(zhǎng)。限幅器58還將臨時(shí)量化索弓U(n)限幅至量C = [-c;c]，其中c是常數(shù)c e{l,2,...}。具體地，限幅器58被實(shí)現(xiàn)為將在li(n)一 c之內(nèi)的所有臨時(shí)索引值i(n)設(shè)置為-c或c (根據(jù)哪個(gè)更接近)。僅分別通過(guò)限幅或限制，限幅器58將索引序列或系列ic(n)分別輸出至比特流 產(chǎn)生器24、解量化器50和步長(zhǎng)適配塊54或延遲元件62，因?yàn)檠舆t部件 62和本實(shí)施例中的所有其他延遲部件將輸入值延遲了一個(gè)樣本。
現(xiàn)在，通過(guò)步長(zhǎng)適配塊54來(lái)實(shí)現(xiàn)后向自適應(yīng)步長(zhǎng)控制，其中，步 長(zhǎng)適配塊54使用延遲部件62所延遲的過(guò)去的索引序列值ie(n)來(lái)不斷地 適配步長(zhǎng)A(n)，以將限幅器58所限制的區(qū)域(即由"允許的"量化索 引或?qū)?yīng)的量化等級(jí)分別設(shè)定的區(qū)域)設(shè)置為未量化殘差值r(n)的出 現(xiàn)統(tǒng)計(jì)概率，使得所允許的量化等級(jí)在所產(chǎn)生的限幅的量化索引序列 流ic(n)中盡可能均勻地出現(xiàn)。具體地，例如，步長(zhǎng)適配模塊60例如使 用兩個(gè)緊接在前的限幅量化索引i。(n-l)和i2(n-2)以及前一次確定的步 長(zhǎng)值A(chǔ)(n-l)至A(n)=卩A(n-l) + S(n)來(lái)計(jì)算當(dāng)前的步長(zhǎng)A(n)，其中(3 e[O.O;l.O[， S(n) = S0， (|ic(n-l) + ie(n-2)^ I); 5(n)-S,，其中(卩c(n-l)十 ic(n-2)|>I)，其中，5Q、 ^和I以及(3是適當(dāng)調(diào)整的常數(shù)。
如以下參照?qǐng)D5更詳細(xì)地討論的，解碼器使用所獲得的量化索引
序列ie(n)和步長(zhǎng)序列A(n)，步長(zhǎng)序列A(n)還利用后向自適應(yīng)方式來(lái)計(jì)
算，以通過(guò)計(jì)算ic(n"A(n)來(lái)重構(gòu)解量化的殘差值序列qc(n)，這也在圖
1中的編碼器10中執(zhí)行，即由預(yù)測(cè)裝置20中的解量化器50執(zhí)行。與解碼
器側(cè)類似，以逐樣本的方式，將按照該方式重構(gòu)的殘差值序列qc(n)與 預(yù)測(cè)值六")相加，其中在編碼器10中，通過(guò)加法器48來(lái)執(zhí)行該相加。
盡管被分別重構(gòu)或解量化，但是在編碼器10中，除了計(jì)算后續(xù)預(yù)測(cè)值 六n)之外，不再使用按照該方式獲得的預(yù)濾波信號(hào)，在解碼器側(cè)，后
濾波器由此產(chǎn)生解碼的音頻樣本序列y(n)，該后濾波器取消了預(yù)濾波 器34進(jìn)行的歸一化。
由于限幅，在量化索引序列qc(n)中引入的量化噪聲不再是白噪 聲。而是其頻譜形成了預(yù)濾波信號(hào)的一個(gè)復(fù)制。為了說(shuō)明這一點(diǎn)，現(xiàn) 在簡(jiǎn)要地參照?qǐng)D3，圖3分別在圖形a、 b和c中示出了不同數(shù)目的量化等 級(jí)或量化階的預(yù)濾波信號(hào)的PSD (上圖)和量化誤差的PSD (各下圖)， 即圖形a中針對(duì)C-[-15; 15]，圖形b中針對(duì)[-7; 7]的限幅器范圍，以及圖 形c中針對(duì)[-l; l]的限幅范圍。為了清楚原因，還應(yīng)注意，以-10dB的偏 移畫出了每個(gè)圖形A-C中誤差PSD的PSD過(guò)程?？梢钥吹剑A(yù)濾波信號(hào)與功率為(72= 34的有色噪聲相對(duì)應(yīng)。在步長(zhǎng)A-1的量化中，信號(hào)位于 [-21; 21]之內(nèi)，即預(yù)濾波信號(hào)的樣本分別具有位于該域之內(nèi)的出現(xiàn)分 布或形成在該域之內(nèi)的直方圖。對(duì)于圖3中的圖形a至c，如上所述，量 化范圍被限制為a)中的[-15; 15]、 b)中的[-7; 7]和c)中的[-l; l]。將量 化誤差作為未量化預(yù)濾波信號(hào)與解碼的預(yù)濾波信號(hào)之差來(lái)度量?？梢?看出，通過(guò)增大限幅，或隨著對(duì)量化等級(jí)數(shù)目的限制的增加，向預(yù)濾 波信號(hào)添加量化噪聲，該量化噪聲復(fù)制了預(yù)濾波信號(hào)的PSD，其中， 復(fù)制的程度分別取決于所應(yīng)用的限幅的硬度(hardness)或程度。由 此可見(jiàn)，在后濾波之后，解碼器側(cè)的量化噪聲頻譜更多地復(fù)制音頻輸 入信號(hào)的PSD。這意味著，在解碼之后，量化噪聲保持在信號(hào)頻譜之 下。圖2示意了這樣的效果，在圖形a中，針對(duì)后向自適應(yīng)預(yù)測(cè)的情況， 即根據(jù)上述比較ULD方案的預(yù)測(cè)的情況，在圖形b中，針對(duì)根據(jù)圖l的 應(yīng)用了限幅的前向自適應(yīng)預(yù)測(cè)的情況，分別示出了歸一化頻域中的三 個(gè)過(guò)程，即自上而下分別為信號(hào)PSD (即音頻信號(hào)的PSD)、量化誤 差PSD或解碼后的量化噪聲(直線)以及掩蔽閾值(虛線)?？梢钥闯觯?對(duì)于比較ULD編碼器(圖2a)，量化噪聲被形成為類似于掩蔽閾值，并 對(duì)于信號(hào)部分超過(guò)了信號(hào)頻譜?，F(xiàn)在，圖2b中清晰地示意了分別與隨 后的量化等級(jí)數(shù)目的限幅或限制相結(jié)合的預(yù)濾波信號(hào)的前向自適應(yīng)預(yù) 測(cè)的效果，從圖2b可以看到，量化噪聲總是低于信號(hào)頻譜，其形狀表 現(xiàn)出信號(hào)頻譜和掩蔽閾值的混合。在收聽(tīng)測(cè)試中，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，根據(jù)圖 2b的編碼人工效應(yīng)不那么虛假，即所感知的收聽(tīng)質(zhì)量更好。
圖l的編碼器的操作模式的上述描述集中于預(yù)濾波信號(hào)f(n)的后 處理，以用于獲得要向解碼器側(cè)發(fā)送的限幅的量化索引ic(n)。由于它 們?cè)醋运饕龜?shù)目恒定而有限的量，因此，在輸出14的編碼數(shù)據(jù)流中，
可以使用相同的比特?cái)?shù)來(lái)表示它們中的每一個(gè)。因此，例如，比特流 產(chǎn)生器24使用將量化索引映射至可以由預(yù)定比特?cái)?shù)m來(lái)表示的m個(gè)比
特字的單射(injective)映射。
以下描述討論將系數(shù)計(jì)算模塊28和36分別計(jì)算的預(yù)濾波器或預(yù)
測(cè)系數(shù)傳送至解碼器側(cè)，即具體利用針對(duì)系數(shù)編碼器30和38的結(jié)構(gòu)的
實(shí)施例。如圖所示，根據(jù)圖4的實(shí)施例的系數(shù)編碼器包括LSF轉(zhuǎn)換模塊102、 第一減法器104、第二減法器106、具有均勻且可調(diào)整的量化步長(zhǎng)的均 勻量化器108、限幅器IIO、解量化器112、第三加法器114、兩個(gè)延遲 部件116和118、分別具有固定濾波器系數(shù)或恒定濾波器系數(shù)的預(yù)測(cè)濾 波器120、以及步長(zhǎng)適配模塊122。要編碼的濾波器系數(shù)來(lái)自輸入124， 其中，提供了輸入126用于輸出編碼表示。
LSF轉(zhuǎn)換模塊102的輸入直接跟著輸入124。減法器104使用其非反 相輸入和輸出連接在LSF轉(zhuǎn)換模塊102的輸出與減法器106的第一輸入 之間，其中，將常數(shù)le施加至減法器104的輸入。減法器106使用其非 反相輸入和輸出連接在第一減法器104與量化器108之間，其中，其反 相輸入與預(yù)測(cè)濾波器120的輸出相耦合。預(yù)測(cè)濾波器120與延遲部件118 和加法器114一起形成了閉環(huán)預(yù)測(cè)器，其中，它們串聯(lián)在具有反饋的回 路中，以使得延遲部件U8連接在加法器114的輸出與預(yù)測(cè)濾波器120 的輸入之間，預(yù)測(cè)濾波器120的輸出與加法器114的第一輸入連接。其 余結(jié)構(gòu)大體上與編碼器10的裝置22之一相對(duì)應(yīng)，即量化器108連接在減 法器106的輸出與限幅器110的輸入之間，限幅器110的輸出還與輸出 126、延遲部件116的輸入以及解量化器112的輸入連接。延遲部件116 的輸出與步長(zhǎng)適配模塊122的輸入連接，從而一起形成了步長(zhǎng)適配塊。 步長(zhǎng)適配模塊122的輸出與量化器108的步長(zhǎng)控制輸入以及解量化器 112連接。解量化器112的輸出與加法器114的第二輸入連接。
在以上描述了系數(shù)編碼器的結(jié)構(gòu)之后，下面再次參照?qǐng)Dl，描述 其操作模式。通過(guò)使用由根據(jù)圖4的結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)的恒定比特率編碼方案， 分別執(zhí)行預(yù)濾波器和預(yù)測(cè)或預(yù)測(cè)器系數(shù)的傳送，或其者編碼。然后， 在LSF轉(zhuǎn)換模塊102中，首先將濾波器系數(shù)(即分別為預(yù)濾波器或預(yù)測(cè) 系數(shù))分別轉(zhuǎn)換為L(zhǎng)SF值l(n)，或轉(zhuǎn)移至LSF域。然后，圖4中的其余元 件如下對(duì)每個(gè)譜線頻率l(n)進(jìn)行處理。這意味著，以下描述僅涉及一個(gè) 譜線頻率，其中，對(duì)所有譜線頻率執(zhí)行過(guò)程的處理。例如，模塊102 對(duì)每個(gè)表示掩蔽閾值的預(yù)濾波器系數(shù)的集合或預(yù)測(cè)預(yù)濾波信號(hào)的預(yù)測(cè) 系數(shù)塊產(chǎn)生LSF值。減法器104從計(jì)算的值l(n)中減去恒定參考值le，其 中，le的充分范圍例如從0至7T。減法器106從產(chǎn)生的差ld(n)中減去預(yù)測(cè)值/:(")，該預(yù)測(cè)值由包括具有固定系數(shù)A(z)的預(yù)測(cè)濾波器120 (例如線
性濾波器)在內(nèi)的閉環(huán)預(yù)測(cè)器120、 118和114來(lái)計(jì)算。自適應(yīng)步長(zhǎng)量化
器108對(duì)剩余值(即殘差值)進(jìn)行量化，其中，限幅器U0將量化器108
輸出的量化索引限幅至由其接收的量化索引的子集，例如，對(duì)于由限
幅器110輸出的所有限幅的量化索弓Ue(n)，適用以下關(guān)系V : U(n) e
{-1，0，1}。對(duì)于LSF殘差量化器108的A(n)的量化步長(zhǎng)適配，步長(zhǎng)適配模
塊122和延遲部件116例如利用關(guān)于參照?qǐng)D1的步長(zhǎng)適配塊54所描述的
方式來(lái)協(xié)作，然而可能利用不同的適配函數(shù)或利用不同的常數(shù)J3、 I、
5o、 5,和I。盡管量化器108使用當(dāng)前步長(zhǎng)來(lái)將當(dāng)前殘差值量化為le(n)，
解量化器112使用步長(zhǎng)A,(n)再次對(duì)該索引值le(n)進(jìn)行解量化，并向加法
器114提供產(chǎn)生的針對(duì)LSF殘差值的重構(gòu)值(減法器106已輸出的)，加 法器114將該值與對(duì)應(yīng)的預(yù)測(cè)值&(w)相加，并將經(jīng)由延遲部件118延遲
一個(gè)樣本的預(yù)測(cè)值提供給濾波器120，用以計(jì)算下一個(gè)LSF值ld(n)的預(yù) 測(cè)LSF值i^n)。
如果利用圖4所述的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)兩個(gè)系數(shù)編碼器30和38，則圖l中 的編碼器10滿足恒定比特率條件，而無(wú)需使用任何環(huán)。由于LPC系數(shù) 的逐塊前向適配和所應(yīng)用的編碼方案，不需要顯式地復(fù)位預(yù)測(cè)器。
在以下討論根據(jù)圖1和4的編碼器所獲得的收聽(tīng)測(cè)試結(jié)果之前，下 面參照?qǐng)D5和6，討論根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的解碼器的結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)適 于對(duì)來(lái)自該編碼器的編碼數(shù)據(jù)流進(jìn)行解碼。圖6也示出了圖1中的系數(shù) 解碼器的結(jié)構(gòu)。
在圖5中，總體上由200表示的解碼器包括輸入202，用于接收 編碼數(shù)據(jù)流；輸出204，用于輸出解碼音頻流y(n);解量化裝置206, 具有數(shù)目有限且恒定的量化等級(jí)；預(yù)測(cè)裝置208;重構(gòu)裝置210;以及 后濾波器裝置212。此外，提供了提取器214，提取器214與輸入202相 耦合，并被實(shí)現(xiàn)為從輸入的編碼比特流中提取量化并限幅的預(yù)濾波殘 差信號(hào)ic(n)、關(guān)于預(yù)濾波器系數(shù)的編碼信息以及關(guān)于預(yù)測(cè)系數(shù)的編碼 信息，因?yàn)橄禂?shù)編碼器30和38 (圖l)已經(jīng)產(chǎn)生了這些編碼信息，并通 過(guò)各自輸出將這些編碼信息輸出。解量化裝置206與提取器214相耦合， 以從提取器214獲得量化索引ic(n)，并對(duì)這些索引執(zhí)行解量化，將這些索引解量化為有限且恒定數(shù)目的量化等級(jí)，即——放入與上述相同的
表示——{-c A(n); c A(n)}，以分別獲得解量化或重構(gòu)的預(yù)濾波信號(hào) qc(n)。預(yù)測(cè)裝置208與提取器214相耦合，以獲得預(yù)濾波信號(hào)的預(yù)測(cè)信
號(hào)，即根據(jù)關(guān)于預(yù)測(cè)系數(shù)的信息來(lái)獲得力。)。預(yù)測(cè)裝置208與提取器214
相耦合，以從關(guān)于預(yù)測(cè)系數(shù)的信息中獲得預(yù)濾波信號(hào)的預(yù)測(cè)信號(hào)，即 其中，根據(jù)圖5的實(shí)施例的預(yù)測(cè)裝置208也與重構(gòu)裝置210的輸
出連接。提供重構(gòu)裝置210用于基于預(yù)測(cè)信號(hào)/(打)和解量化殘差信號(hào)
qc(n)來(lái)重構(gòu)預(yù)濾波信號(hào)。然后，隨后的后濾波器裝置2I2使用該重構(gòu)， 基于從提取器214接收的預(yù)濾波器系數(shù)信息來(lái)對(duì)預(yù)濾波信號(hào)進(jìn)行濾波， 從而消除關(guān)于掩蔽閾值的歸一化，以獲得解碼的音頻信號(hào)y(n)。
在以上描述了圖5的解碼器的基本結(jié)構(gòu)之后，將更詳細(xì)地討論解 碼器200的結(jié)構(gòu)。具體地，解量化器206包括延遲部件216和步長(zhǎng)自適配 模塊218組成的步長(zhǎng)適配塊以及均勻解量化器220。解量化器220的數(shù)據(jù) 輸入與提取器214的輸出連接，以獲得量化索引ic(n)。此外，步長(zhǎng)適配 模塊218經(jīng)由延遲部件216與提取器214的這個(gè)輸出連接，步長(zhǎng)適配模塊 218的輸出還與解量化器220的步長(zhǎng)控制輸入連接。解量化器220的輸出 與形成重構(gòu)裝置210的加法器222的第一輸入連接。預(yù)測(cè)裝置208包括系 數(shù)解碼器224、預(yù)測(cè)濾波器226以及延遲部件228。系數(shù)解碼器224、加 法器222、預(yù)測(cè)濾波器226和延遲部件228在其操作模式及其連接方面與 編碼器10的元件40、 44、 46和48相對(duì)應(yīng)。具體地，預(yù)測(cè)濾波器226的輸 出與加法器222的另一個(gè)輸入連接，加法器222的輸出還經(jīng)由延遲部件 228反饋至預(yù)測(cè)濾波器226的數(shù)據(jù)輸入，并與后濾波器裝置212相耦合。 系數(shù)解碼器224連接在提取器224的另一輸出與預(yù)測(cè)濾波器226的適配 輸入之間。該后濾波器裝置包括系數(shù)解碼器230和后濾波器232，其中， 后濾波器232的數(shù)據(jù)輸入與加法器22的輸出連接，后濾波器232的數(shù)據(jù) 輸出與輸出204連接，而后濾波器232的適配輸入與用于對(duì)濾波器232 進(jìn)行適配的系數(shù)解碼器230的輸出連接，系數(shù)解碼器230的輸入還與提 取器214的另一輸出連接。
如上所述，提取器214從輸入202處的編碼數(shù)據(jù)流中提取表示量化的預(yù)濾波殘差信號(hào)的量化索引ie(n)。在均勻解量化器220中，將這些量 化索引解量化為量化殘差值qc(n)。固有地，由于在編碼器側(cè)已經(jīng)對(duì)量 化索引ic(n)進(jìn)行了限幅，因此該解量化仍保持在所允許的量化等級(jí)內(nèi)。 利用與圖1的編碼器的步長(zhǎng)適配塊54中相同的方式，利用后向適配方式 執(zhí)行步長(zhǎng)適配。在沒(méi)有傳輸誤差的情況下，解量化器220產(chǎn)生與圖1的 編碼器的解量化器50相同的值。因此，元件222、 226、 228和224基于 編碼的預(yù)測(cè)系數(shù)來(lái)獲得與圖1的編碼器10中在加法器48的輸出處所獲 得的相同的結(jié)果，即分別獲得解量化或重構(gòu)的預(yù)濾波信號(hào)。在后濾波 器232中，使用與掩蔽閾值相對(duì)應(yīng)的傳輸函數(shù)，對(duì)重構(gòu)的預(yù)濾波信號(hào)進(jìn) 行濾波，其中，系數(shù)解碼器230對(duì)后濾波器232進(jìn)行自適應(yīng)調(diào)整，系數(shù) 解碼器230基于預(yù)濾波器系數(shù)信息，分別適當(dāng)?shù)卣{(diào)整后濾波器232或其 濾波器系數(shù)。
假定向編碼器10提供了如圖4所示地實(shí)現(xiàn)的系數(shù)編碼器30和38， 則如圖6所示地構(gòu)造編碼器200的系數(shù)解碼器224和230以及編碼器10的 系數(shù)解碼器40?？梢钥闯觯禂?shù)解碼器包括兩個(gè)延遲部件302和304、 與延遲部件302—起形成步長(zhǎng)適配塊的步長(zhǎng)適配模塊306、具有均勻步 長(zhǎng)的均勻解量化器308、預(yù)測(cè)濾波器310、兩個(gè)加法器312和314、 LSF 重轉(zhuǎn)換模塊316以及用于接收具有恒定偏移-le的量化LSF殘差值le(n)的 輸入318和用于分別輸出重構(gòu)的預(yù)測(cè)或預(yù)濾波器系數(shù)的輸出320。由此， 延遲部件302連接在步長(zhǎng)適配模塊306與輸入318之間，解量化器308的 輸入也與輸入318連接，解量化器308的步長(zhǎng)適配輸入與步長(zhǎng)適配模塊 306的輸出連接。元件302、 306和308的操作模式和連接與圖4中的元件 112、 U6和122相對(duì)應(yīng)。由延遲部件304、預(yù)測(cè)濾波器310和加法器312 組成的閉環(huán)預(yù)測(cè)器與解量化器308的輸出連接，其中，通過(guò)將延遲部件 304連接在加法器312的輸出與預(yù)測(cè)濾波器310的輸入之間、將加法器 312的第一輸入與解量化器308的輸出連接以及將加法器312的第二輸 入與預(yù)測(cè)濾波器310的輸出連接，將延遲部件304、預(yù)測(cè)濾波器310和加 法器312連接在公共回路中。元件304、 310和312在其操作模式和連接 方面與圖4中的元件120、 118和114相對(duì)應(yīng)。此外，加法器312的輸出與 加法器314的第一輸入連接，在加法器314的第二輸入施加常數(shù)值lc，其中，根據(jù)本實(shí)施例，常數(shù)le是一個(gè)協(xié)議量，該量被呈現(xiàn)給編碼器和 解碼器，因此不必作為輔助信息的一部分來(lái)傳送，盡管后者也是可能
的。LSF重轉(zhuǎn)換模塊316連接在加法器314的輸出與輸出320之間。
解量化器308對(duì)在輸入318處輸入的LSF殘差信號(hào)索引le(n)進(jìn)行解 量化，其中，解量化器308使用后向自適應(yīng)步長(zhǎng)值A(chǔ)(n)，后向自適應(yīng)步 長(zhǎng)值A(chǔ)(n)是由步長(zhǎng)適配模塊306利用后向適配的方式從已經(jīng)解量化的 量化索引(即已由延遲部件302延遲一個(gè)樣本的量化索引)中確定的。 加法器312將預(yù)測(cè)信號(hào)添加到解量化的LSF殘差值中，這從加法器312 先前已經(jīng)計(jì)算的和來(lái)計(jì)算延遲部件304和預(yù)測(cè)濾波器210的組合，從而 表示了重構(gòu)的LSF值(僅由常數(shù)偏移le提供了恒定偏移)。加法器314 通過(guò)向加法器312輸出的LSF值添加le來(lái)校正該偏移。因此，在加法器 314的輸出處，產(chǎn)生了重構(gòu)的LSF值，模塊316將其從LSF域分別轉(zhuǎn)換回 重構(gòu)的預(yù)測(cè)或預(yù)濾波器系數(shù)。因此，LSF重轉(zhuǎn)換模塊316考慮了所有的 譜線頻率，而圖6中的其他元件的討論局限于對(duì)一個(gè)譜線頻率的描述。 然而，元件302-314也在其他譜線頻率處執(zhí)行上述措施。
在提供了上述編碼器和解碼器的實(shí)施例之后，下面將基于圖7來(lái) 呈現(xiàn)收聽(tīng)測(cè)試結(jié)果，該結(jié)果是通過(guò)根據(jù)圖l、 4、 5和6的編碼方案而獲 得的。在所執(zhí)行的測(cè)試中，在根據(jù)省略了仲裁員的MUSHRA標(biāo)準(zhǔn)的收 聽(tīng)測(cè)試中，已經(jīng)測(cè)試了根據(jù)圖l、 4和6的編碼器和根據(jù)在附圖描述的開(kāi) 始處所討論的比較ULD編碼方案的編碼器。在安靜的辦公室環(huán)境中， 在具有外部數(shù)模轉(zhuǎn)換器和STAX放大器/耳機(jī)的膝上型電腦上執(zhí)行 MUSHRA測(cè)試。 一組8個(gè)測(cè)試收聽(tīng)者由專家和非專家收聽(tīng)者組成。在 參與者開(kāi)始收聽(tīng)測(cè)試之前，他們有機(jī)會(huì)收聽(tīng)測(cè)試集合。使用MPEG測(cè) 試集合中的12個(gè)單聲道音頻文件來(lái)執(zhí)行測(cè)試，其中，所有文件具有 32kHz的采樣頻率，即es01 (Suzanne Vega)、 es02 (男性語(yǔ)音，德語(yǔ))、 es03 (女性語(yǔ)音，英語(yǔ))、sc01 (小號(hào))、sc02 (管弦樂(lè))、sc03 (流行 音樂(lè))、si01 (羽管鍵琴)、si02 (響板)、si03 (律管)、sm01 (風(fēng)笛)、 sm02 (鐘琴)、sm03 (彈撥樂(lè)器)。
對(duì)于比較ULD編碼方案，在實(shí)現(xiàn)中使用了長(zhǎng)度為64的后向自適應(yīng) 預(yù)測(cè)，以及具有64kbit/s的恒定比特率的、用于熵編碼的后向自適應(yīng)Golomb編碼器。相反，為了實(shí)現(xiàn)根據(jù)圖l、 4和6的編碼器，使用了長(zhǎng) 度為12的前向自適應(yīng)預(yù)測(cè)器，其中，將不同量化等級(jí)的數(shù)目限制為3， 即使得Vn : ic(n) e {-1,0,1}。這與編碼的輔助信息一起產(chǎn)生了64kbit/s 的恒定比特率，這意味著相同的比特率。
圖7示出了MUSHRA收聽(tīng)測(cè)試的結(jié)果，其中，分別針對(duì)12個(gè)測(cè)試 片斷，并針對(duì)所有片斷上的總體結(jié)果示出了平均值和95%的置信區(qū)間。 只要置信區(qū)間重疊，則在編碼方法之間沒(méi)有統(tǒng)計(jì)上的顯著差異。
片斷es01 (Suzanne Vega)是根據(jù)圖l、 4、 5和6的編碼方案在較 低比特率下的優(yōu)越性的很好的示例。與比較ULD編碼方案相比，解碼 信號(hào)頻譜的較高部分示出了較少的可聽(tīng)見(jiàn)人工效應(yīng)。這導(dǎo)致了根據(jù)圖 1、 4、 5和6的方案具有明顯更高的評(píng)級(jí)。
對(duì)于比較ULD編碼方案，片斷sm02 (鐘琴)的信號(hào)瞬變具有較高 的比特率要求。利用所使用的64kbit/s，比較ULD編碼方案在全部樣本 塊上產(chǎn)生了虛假的編碼人工效應(yīng)。相反，根據(jù)圖l、 4和6操作的編碼器 分別提供了明顯改善的收聽(tīng)質(zhì)量或感知質(zhì)量。將圖7中的圖形右側(cè)，根 據(jù)圖l、 4和6形成的編碼方案的總體評(píng)級(jí)獲得了比對(duì)比ULD編碼方案 明顯更好的評(píng)級(jí)?？傮w而言，在給定的測(cè)試條件下，該編碼方案得到 了 "良好音頻質(zhì)量"的總體評(píng)級(jí)。
總而言之，根據(jù)上述實(shí)施例中，產(chǎn)生了具有低延遲結(jié)果的音頻編 碼方案，該方案使用逐塊前向自適應(yīng)預(yù)測(cè)以及限幅/限制來(lái)代替后向自 適應(yīng)逐樣本預(yù)測(cè)。噪聲整形不同于比較ULD編碼方案。收聽(tīng)測(cè)試表明， 在較低比特率的情況下，上述實(shí)施例優(yōu)于根據(jù)比較ULD編碼方案的后 向自適應(yīng)方法。隨后，上述實(shí)施例是用于縮小高質(zhì)量語(yǔ)音編碼器與具 有低延遲的音頻編碼器之間的比特率差異的候選方案?？傮w上，對(duì)于 減小的比特率，上述實(shí)施例提供了一種具有6-8ms的非常低的延遲的音 頻編碼方案的可能性，與比較ULD編碼器相比，該音頻編碼方案具有 以下優(yōu)點(diǎn)。該方案相對(duì)于高量化誤差更為魯棒，具有附加的噪聲整形 能力，具有更好的獲得恒定比特率的能力，并表現(xiàn)出更好的誤差恢復(fù) 行為。實(shí)施例通過(guò)一種修正的方式，增大掩蔽閾值之上的量化噪聲， 即通過(guò)向掩蔽閾值加入信號(hào)頻譜來(lái)取代均勻地增大掩蔽閾值至某個(gè)程度，解決了在比較ULD編碼方案的情況下在沒(méi)有信號(hào)的位置處出現(xiàn)可
聽(tīng)見(jiàn)的量化噪聲的問(wèn)題。按照這種方式，在沒(méi)有信號(hào)的位置處不存在 可聽(tīng)見(jiàn)的量化噪聲。
換言之，上述實(shí)施例與比較ULD編碼方案的不同之處在于下列方 式。在比較ULD編碼方案中，使用了后向自適應(yīng)預(yù)測(cè)，這意味著基 于逐樣本，根據(jù)先前解碼的信號(hào)值來(lái)更新預(yù)測(cè)濾波器A(z)的系數(shù)。使 用具有可變步長(zhǎng)的量化器，其中，通過(guò)使用來(lái)自熵編碼器的信息，使 得步長(zhǎng)適配全部128個(gè)樣本，該信息作為輔助信息被發(fā)送至解碼器側(cè)。 通過(guò)這一過(guò)程，增大了量化步長(zhǎng)，這向預(yù)濾波信號(hào)添加了更多白噪聲， 從而均勻地增大了掩蔽閾值。在比較ULD編碼方案中，如果使用前向 自適應(yīng)逐塊預(yù)測(cè)來(lái)代替后向自適應(yīng)預(yù)測(cè)，這意味著，針對(duì)未量化預(yù)濾 波樣本中的128個(gè)樣本，計(jì)算一次預(yù)測(cè)濾波器A(z)的系數(shù)，并將其作為
輔助信息來(lái)發(fā)送，此外如果通過(guò)來(lái)自熵編碼器、并作為輔助信息發(fā)送 至解碼器側(cè)的信息來(lái)使步長(zhǎng)適配128個(gè)樣本，則如比較ULD編碼方案
的情況一樣，量化步長(zhǎng)仍增大，但是任何量化均不影響預(yù)測(cè)器的更新。 上述實(shí)施例僅使用前向自適應(yīng)逐塊預(yù)測(cè)，其中，量化器另外僅具有給 定數(shù)目2N+1的量化階，該量化階具有固定的步長(zhǎng)。對(duì)于具有在量化器 范圍[-NA;NA]之外的幅度的預(yù)濾波信號(hào)x(n)，將量化信號(hào)限制在 [-NA;NA]。這樣產(chǎn)生其PSD不再是白的、但復(fù)制了輸入信號(hào)(預(yù)濾波 音頻信號(hào))的PSD的量化噪聲。
作為總結(jié)，在上述實(shí)施例中應(yīng)注意以下內(nèi)容。首先，應(yīng)注意，對(duì) 于發(fā)送關(guān)于掩蔽閾值的表示的信息，存在不同的可能性，該信息是由 編碼器內(nèi)的感知模型模塊26產(chǎn)生的，分別發(fā)送至預(yù)濾波器34或預(yù)測(cè)濾 波器44，并發(fā)送至解碼器，具體發(fā)送至后濾波器232和預(yù)測(cè)濾波器226。 具體地，應(yīng)注意，不要求編碼器內(nèi)的系數(shù)解碼器32和40精確地接收與 在編碼器的輸出14處輸出的、以及在解碼器的輸出202接收的掩蔽閾值 相關(guān)的信息。更合理地，例如，在根據(jù)圖4的系數(shù)編碼器30的結(jié)構(gòu)中， 所獲得索引le(n)以及預(yù)濾波殘差信號(hào)量化索引ic(n)也可以僅源自三個(gè) 值的量，即-1、 0、 1，比特流產(chǎn)生器24可以將這些索引清晰地映射至 對(duì)應(yīng)的n比特字。分別根據(jù)如圖l、 4或5、 6的實(shí)施例，將每個(gè)源自量-1、0、 l的預(yù)濾波器量化索引、預(yù)測(cè)系數(shù)量化索引和/或預(yù)濾波器量化索引，
5個(gè)一組地映射至8比特字，這與將35種可能性映射至28比特字相對(duì)應(yīng)。 由于該映射不是滿射的，因此若干8比特字保持為未使用，可以利用其 他方式來(lái)使用它們，例如用于同步等等。
在這種情況下，應(yīng)注意以下內(nèi)容。在上文中，參考圖6描述的系 數(shù)解碼器32和230的結(jié)構(gòu)是相同的。在這種情況下，預(yù)濾波器34和后濾 波器232被實(shí)現(xiàn)為使得當(dāng)應(yīng)用相同的濾波器系數(shù)時(shí)，它們具有互為倒數(shù) 的傳輸函數(shù)。然而，以下過(guò)程當(dāng)然也是可能的，例如，系數(shù)編碼器32 執(zhí)行附加的濾波器系數(shù)轉(zhuǎn)換，以使得該預(yù)濾波器具有大體與掩蔽閾值 的倒數(shù)相對(duì)應(yīng)的傳輸函數(shù)，而該后濾波器具有大體與掩蔽閾值相對(duì)應(yīng) 的傳輸函數(shù)。
在上述實(shí)施例中，假定在模塊26中計(jì)算掩蔽閾值。然而，應(yīng)注意， 所計(jì)算的閾值不必與心理聲學(xué)閾值精確對(duì)應(yīng)，而是可以表示其或多或 少精確的估計(jì)，可以不考慮全部心理聲學(xué)效應(yīng)而僅考慮其中的一些。 具體地，該閾值可以表示有意地經(jīng)過(guò)與對(duì)心理聲學(xué)的掩蔽閾值的估計(jì) 相反的修正的心理聲學(xué)引起的閾值。
此外，應(yīng)注意，在對(duì)預(yù)濾波殘差信號(hào)值進(jìn)行量化中，不需要步長(zhǎng) 的后向自適應(yīng)適配。更合理地，在特定應(yīng)用情況下，固定步長(zhǎng)是足夠 的。
此外，應(yīng)注意，本發(fā)明不局限于音頻編碼領(lǐng)域。更合理地，要編 碼的信號(hào)也可以是用于剌激計(jì)算機(jī)空間手套中的指尖的信號(hào)，其中， 在這種情況下，感知模型26考慮人類的觸覺(jué)不再能感知到的特定的觸 覺(jué)特性。例如，要編碼的信息信號(hào)的另一個(gè)示例是視頻信號(hào)。具體地， 要編碼的信息信號(hào)可以分別是像素或圖像點(diǎn)的亮度信息，其中，感知 模型26也可以考慮不同的時(shí)間、位置和頻率心理視覺(jué)遮蔽效應(yīng)，例如
視覺(jué)掩蔽閾值。
此外，應(yīng)注意，量化器56和限幅器58或量化器108和限幅器110分 別不必是分離的組件。更合理地，也可以由單個(gè)映射來(lái)執(zhí)行未量化值 至量化值/限幅值的映射。另一方面，可以使用除法器接著是步長(zhǎng)均勻 且恒定的量化器的串聯(lián)來(lái)分別實(shí)現(xiàn)量化器56和量化器108，其中，該除法器可以使用從各自的步長(zhǎng)適配模塊中獲得的步長(zhǎng)值A(chǔ)(n)作為除數(shù)， 而要編碼的殘差信號(hào)形成被除數(shù)?？梢蕴峁┎介L(zhǎng)恒定且均勻的量化器 作為簡(jiǎn)單的舍入模塊，該模塊將除法結(jié)果舍入至下一個(gè)整數(shù)，基于此， 隨后的限幅器可以如上所述地將該整數(shù)限制為具有所允許的量C的整 數(shù)。在各解量化器中，簡(jiǎn)單地使用A(n)作為乘數(shù)來(lái)執(zhí)行均勻解量化。
此外，應(yīng)注意，上述實(shí)施例局限于具有恒定比特率的應(yīng)用。然而， 本發(fā)明不局限于此，因此，在這些實(shí)施例中使用的例如通過(guò)限幅預(yù)濾 波信號(hào)來(lái)進(jìn)行量化僅是一種可能的備選。可以使用具有非線性特性曲 線的量化函數(shù)來(lái)代替限幅。為了說(shuō)明這一點(diǎn)，參照?qǐng)D8a至圖8c。圖8a 示出了上述使用的在三個(gè)量化階上產(chǎn)生限幅的量化函數(shù)，即具有3個(gè)階 402a、 b、 c的階梯函數(shù)，該函數(shù)將未量化值(x軸)映射至量化索引(y 軸)，其中也標(biāo)記了量化階高或量化步長(zhǎng)A(n)。可以看出，高于A(n)/2 的未量化值被分別限幅至各自的下一階402a或c。圖8b總體上示出了產(chǎn) 生限幅至2n+l個(gè)量化階的量化函數(shù)。再次示出了量化步長(zhǎng)A(n)。圖8a 和8b的量化函數(shù)表示了這樣的量化函數(shù)，即其中以均勻的方式(即使 用相同的階高)進(jìn)行閾值-A(n)與A(n)或-NA(n)與NA(n)之間的量化，基 于這種方式，量化階函數(shù)以平坦的方式行進(jìn)，這與限幅相對(duì)應(yīng)。圖8c 示出了非線性量化函數(shù)，其中，該量化函數(shù)在-N厶(n)與NA(n)之間的區(qū) 域的行進(jìn)不是完全平坦的，而是與第一區(qū)域相比具有較低的傾斜，即 分別具有較大的步長(zhǎng)或階高。如在上述實(shí)施例中的情況一樣，這種非 線性量化不固有地產(chǎn)生恒定比特率，但是也產(chǎn)生上述量化噪聲的變形， 使得量化噪聲調(diào)整為信號(hào)PSD。僅作為一種預(yù)防性措施，應(yīng)注意，參 照?qǐng)D8a-c，可以使用非均勻量化取代均勻量化區(qū)域，在非均勻量化中， 例如，階高連續(xù)增大，其中，在保持其相互關(guān)系的同時(shí)，可以通過(guò)階 高調(diào)整值A(chǔ)(n)來(lái)縮放階高。因此，例如，可以在各量化器中通過(guò)非線 性函數(shù)將未量化值映射至中間值，其中，在映射之前或之后執(zhí)行與A(n) 的相乘，最終，對(duì)所產(chǎn)生的值進(jìn)行均勻量化。在各解量化器中，執(zhí)行 相反的過(guò)程，即通過(guò)A(n)的均勻解量化，接著是反非線性映射，或相 反地，首先進(jìn)行非線性轉(zhuǎn)換映射，接著使用A(n)進(jìn)行解量化。最終， 應(yīng)注意，當(dāng)階高可以被調(diào)整至足夠高，或量化足夠粗略，使得對(duì)于要量化的信號(hào)(如預(yù)濾波信號(hào))的信號(hào)統(tǒng)計(jì)量，該量化有效地如非線性
量化一樣工作時(shí)，通過(guò)獲得上述誤差PSD的變形效果，實(shí)現(xiàn)連續(xù)均勻
(即線性)的量化也是可能的，其中，預(yù)測(cè)的前向自適應(yīng)再次使該階 高調(diào)整成為可能。
此外，在編碼比特流的處理方面，上述實(shí)施例也可以變化。
具體地，也可以分別省略比特流產(chǎn)生器和提取器214。
不同的量化索引，即預(yù)濾波信號(hào)的殘差值、預(yù)濾波器系數(shù)的殘差 值和預(yù)測(cè)系數(shù)的殘差值也可以分別通過(guò)單獨(dú)的信道，并行地互相傳送、 存儲(chǔ)或以其他方式為解碼所用。另一方面，在恒定比特率不是必需的 情況下，也可以對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行熵編碼。
具體地，可以單獨(dú)實(shí)現(xiàn)或以子程序過(guò)程的結(jié)合來(lái)實(shí)現(xiàn)圖l、 4、 5 和6的塊中的上述功能。可選地，以集成電路的形式來(lái)實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的設(shè) 備，例如其中將這些塊實(shí)現(xiàn)為ASIC的單獨(dú)電路部分。
特別地，應(yīng)注意，根據(jù)情況，可以以軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的方案。 實(shí)現(xiàn)方式可以是在數(shù)字存儲(chǔ)介質(zhì)上，尤其是具有電子可讀的控制信號(hào) 的光盤或CD上，所述控制信號(hào)可以與可編程計(jì)算機(jī)系統(tǒng)協(xié)作來(lái)執(zhí)行各 方法。 一般地，因此，本發(fā)明也在于具有程序代碼的計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品， 所述程序代碼存儲(chǔ)在機(jī)器可讀載體上，當(dāng)計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品在計(jì)算機(jī)上 運(yùn)行時(shí)，所述程序代碼執(zhí)行本發(fā)明的方法。換言之，因此，本發(fā)明可 以被認(rèn)為是具有程序代碼的計(jì)算機(jī)程序，當(dāng)計(jì)算機(jī)程序在計(jì)算機(jī)上運(yùn) 行時(shí)，所述程序代碼執(zhí)行本方法。
權(quán)利要求
1. 一種用于將信息信號(hào)編碼為編碼信息信號(hào)的設(shè)備，包括用于確定的裝置(16)，通過(guò)使用感知模型來(lái)確定心理感知引起的閾值的表示，所述表示指示了信息信號(hào)中與感知不相關(guān)的部分；用于濾波的裝置(18)，對(duì)所述信息信號(hào)進(jìn)行濾波，以關(guān)于所述心理感知引起的閾值來(lái)對(duì)所述信息信號(hào)進(jìn)行歸一化，獲得預(yù)濾波信號(hào)；用于預(yù)測(cè)的裝置(20)，用于以前向自適應(yīng)方式來(lái)預(yù)測(cè)所述預(yù)濾波信號(hào)，以獲得預(yù)測(cè)信號(hào)、預(yù)濾波信號(hào)的預(yù)測(cè)誤差以及預(yù)測(cè)系數(shù)的表示，所述預(yù)濾波信號(hào)是能夠基于預(yù)測(cè)信號(hào)、預(yù)濾波信號(hào)的預(yù)測(cè)誤差以及預(yù)測(cè)系數(shù)的表示來(lái)重構(gòu)的；以及用于量化的裝置(22)，對(duì)所述預(yù)測(cè)誤差進(jìn)行量化，以獲得量化預(yù)測(cè)誤差，其中，所述編碼信息信號(hào)包括關(guān)于心理感知引起的閾值的表示、預(yù)測(cè)系數(shù)的表示以及量化預(yù)測(cè)誤差的信息。
2. 如權(quán)利要求l所述的設(shè)備，其中，所述用于量化的裝置(22) 被實(shí)現(xiàn)為通過(guò)量化函數(shù)來(lái)對(duì)預(yù)測(cè)誤差進(jìn)行量化，所述量化函數(shù)將預(yù)測(cè) 誤差的未量化值映射至量化階的量化索引，以及所述量化函數(shù)的過(guò)程 在閾值之下比在閾值之上更陡。
3. 如權(quán)利要求1或2所述的設(shè)備，其中，所述用于量化的裝置(22)被實(shí)現(xiàn)為以后向自適應(yīng)方式從所述量化預(yù)測(cè)誤差中獲得所述量化函數(shù) 的量化階高A(n)。
4. 如之前任一權(quán)利要求所述的設(shè)備，其中，所述用于量化預(yù)測(cè)誤 差的裝置(22)被實(shí)現(xiàn)為使得通過(guò)量化函數(shù)的限幅來(lái)對(duì)預(yù)測(cè)誤差的未 量化值進(jìn)行量化，所述量化函數(shù)將預(yù)測(cè)誤差的未量化值映射至恒定且 有限的第一數(shù)目的量化階的量化索引，以獲得所述量化預(yù)測(cè)誤差。
5. 如權(quán)利要求4所述的設(shè)備，其中，所述用于量化的裝置(22)被實(shí)現(xiàn)為以后向自適應(yīng)方式，根據(jù)量化預(yù)測(cè)誤差的兩個(gè)過(guò)去的量化 索引ic(n-l)和i2(n-2)，根據(jù)A(n),(n-l) + 5(n)，獲得用于對(duì)預(yù)測(cè)誤差 的值(r(n))進(jìn)行量化的量化函數(shù)的量化階高A(n)，其中P e
，對(duì)于lic(n-l) + ic(n畫2)pl， S(n) = 5。，對(duì)于lie(n-l) + ic(n-2)| >1， S(n"5， 其中，SQ、 S!、 I是恒定參數(shù)，并且A(n-l)表示所獲得的用于對(duì)量化誤 差的先前值進(jìn)行量化的量化階高。
6. 如權(quán)利要求4或5所述的設(shè)備，其中，所述用于量化的裝置(22) 被實(shí)現(xiàn)為以非線性方式來(lái)對(duì)量化誤差進(jìn)行量化。
7. 如權(quán)利要求4至6中任一項(xiàng)所述的設(shè)備，其中，所述恒定且有限 的第一數(shù)目是3。
8. 如之前任一權(quán)利要求所述的設(shè)備，其中，所述用于確定的裝置 (16)被實(shí)現(xiàn)為以逐塊的方式根據(jù)所述信息信號(hào)來(lái)確定所述心理感知引起的閾值。
9. 如之前任一權(quán)利要求所述的設(shè)備，其中，所述用于確定的裝置 (16)被實(shí)現(xiàn)為在LSF域中表示所述心理感知引起的閾值。
10. 如之前任一權(quán)利要求所述的設(shè)備，其中，所述用于確定的裝 置(16)被實(shí)現(xiàn)為以逐塊的方式確定所述心理感知引起的閾值，并將 其以濾波系數(shù)表示，對(duì)濾波器系數(shù)進(jìn)行預(yù)測(cè)，并通過(guò)另一量化函數(shù)對(duì) 預(yù)測(cè)產(chǎn)生的濾波器系數(shù)殘差信號(hào)進(jìn)行量化，所述另一量化函數(shù)將濾波 器系數(shù)殘差信號(hào)的未量化值映射至量化階的量化索引，以獲得量化的 濾波器系數(shù)殘差信號(hào)，所述另一量化函數(shù)的過(guò)程在另一閾值之下比在 所述另一閾值之上更陡，其中，所述編碼信息信號(hào)也包括與量化的濾 波器系數(shù)殘差信號(hào)有關(guān)的信息。
11. 如權(quán)利要求10所述的設(shè)備，其中，用于確定的裝置(16)被實(shí)現(xiàn)為通過(guò)所述另一量化函數(shù)的限幅來(lái)對(duì)濾波器系數(shù)殘差信號(hào)的未量 化值進(jìn)行量化，所述另一量化函數(shù)將濾波器系數(shù)殘差信號(hào)的未量化值 映射至恒定且有限的第二數(shù)目的量化階的量化索引。
12. 如權(quán)利要求ll所述的設(shè)備，其中，所述用于確定的裝置(16) 被實(shí)現(xiàn)為使得以后向自適應(yīng)方式，基于量化的濾波器系數(shù)殘差信號(hào)的 量化索引來(lái)執(zhí)行預(yù)測(cè)。
13. 如權(quán)利要求10至12中任一項(xiàng)所述的設(shè)備，其中，所述用于確定的裝置(16)被實(shí)現(xiàn)為通過(guò)使用具有恒定系數(shù)的預(yù)測(cè)濾波器來(lái)執(zhí)行 對(duì)所述濾波器系數(shù)的預(yù)測(cè)。
14. 如權(quán)利要求9至13中任一項(xiàng)所述的設(shè)備，其中，所述用于確定的裝置(16)還被實(shí)現(xiàn)為在對(duì)表示所述心理感知引起的閾值的濾波器系數(shù)進(jìn)行預(yù)測(cè)之前，將其與常數(shù)值相減。
15. 如之前任一權(quán)利要求所述的設(shè)備，其中，所述用于以前向自適應(yīng)方式來(lái)預(yù)測(cè)預(yù)濾波信號(hào)的用于預(yù)測(cè)的裝置(20)還包括用于確定預(yù)測(cè)濾波器系數(shù)的裝置(36)，用于根據(jù)所述預(yù)濾波信 號(hào)確定預(yù)測(cè)濾波器系數(shù)；以及用于預(yù)測(cè)預(yù)濾波信號(hào)的裝置(44、 446、 48)，用于通過(guò)受控于所 述預(yù)測(cè)濾波器系數(shù)的濾波器(44)來(lái)預(yù)測(cè)所述預(yù)濾波信號(hào)。
16. 如權(quán)利要求15所述的設(shè)備，其中，所述用于確定預(yù)測(cè)濾波器 系數(shù)的裝置(36)被實(shí)現(xiàn)為以逐塊的方式，根據(jù)所述預(yù)濾波信號(hào)來(lái)確 定所述預(yù)測(cè)濾波器系數(shù)。
17. 如權(quán)利要求15或16所述的設(shè)備，其中，所述用于確定預(yù)測(cè)濾 波器系數(shù)的裝置(36)被實(shí)現(xiàn)為在LSF域中表示所述預(yù)測(cè)濾波器系數(shù)。
18. 如權(quán)利要求15至17中任一項(xiàng)所述的設(shè)備，其中，所述用于確 定預(yù)測(cè)濾波器系數(shù)的裝置(36)被實(shí)現(xiàn)為以逐塊的方式確定所述預(yù)測(cè) 濾波器系數(shù)，對(duì)所述預(yù)測(cè)濾波器系數(shù)進(jìn)行預(yù)測(cè)，并通過(guò)第三量化函數(shù) 對(duì)預(yù)測(cè)產(chǎn)生的預(yù)測(cè)濾波器系數(shù)殘差信號(hào)進(jìn)行量化，所述第三量化函數(shù) 將預(yù)測(cè)濾波器系數(shù)殘差信號(hào)的未量化值映射至量化階的量化索引，以 獲得量化的預(yù)測(cè)濾波器系數(shù)殘差信號(hào)，所述第三量化函數(shù)的過(guò)程在第 三閾值之下比在所述第三閾值之上更陡，其中，所述編碼信息信號(hào)也 包括與量化的預(yù)測(cè)濾波器系數(shù)殘差信號(hào)相關(guān)的信息。
19. 如權(quán)利要求18所述的設(shè)備，其中，用于確定預(yù)測(cè)濾波器系數(shù) 的裝置(36)被實(shí)現(xiàn)為通過(guò)所述第三量化函數(shù)，通過(guò)限幅來(lái)將所述 預(yù)測(cè)濾波器系數(shù)殘差信號(hào)的未量化值量化為第三數(shù)目的量化階的量化 索引，所述第三量化函數(shù)將所述預(yù)測(cè)濾波器系數(shù)殘差信號(hào)的未量化值 映射至恒定且有限的第三數(shù)目的量化階的量化索引。
20. 如權(quán)利要求18所述的設(shè)備，其中，所述用于確定預(yù)測(cè)濾波器 系數(shù)的裝置(36)被實(shí)現(xiàn)為使得以后向自適應(yīng)方式，基于所述預(yù)濾波 信號(hào)的一個(gè)或多個(gè)先前塊的量化的預(yù)測(cè)濾波器系數(shù)殘差信號(hào)的量化索引來(lái)執(zhí)行預(yù)測(cè)。
21. 如權(quán)利要求18至19中任一項(xiàng)所述的設(shè)備，其中，所述用于確 定預(yù)測(cè)濾波器系數(shù)的裝置(36)被實(shí)現(xiàn)為使得通過(guò)使用具有恒定系數(shù) 的預(yù)測(cè)濾波器來(lái)執(zhí)行所述預(yù)測(cè)濾波器系數(shù)的預(yù)測(cè)。
22. 如權(quán)利要求18至21中任一項(xiàng)所述的設(shè)備，其中，所述用于確 定預(yù)測(cè)濾波器系數(shù)的裝置(36)還被實(shí)現(xiàn)為在對(duì)所述預(yù)測(cè)濾波器系數(shù) 進(jìn)行預(yù)測(cè)之前，將其與常數(shù)值相減。
23. 如之前任一權(quán)利要求所述的設(shè)備，所述設(shè)備被實(shí)現(xiàn)為將音頻 信號(hào)或視頻信號(hào)編碼為信息信號(hào)，其中，所述感知模型是心理聲學(xué)模 型，所述心理感知引起的閾值是心理聲學(xué)引起的閾值，或所述感知模 型是心理視覺(jué)模型，所述心理感知引起的閾值是心理視覺(jué)引起的閾值。
24. —種用于將編碼信息信號(hào)解碼為解碼信息信號(hào)的設(shè)備，所述 編碼信息信號(hào)包括關(guān)于心理感知引起的閾值的表示、預(yù)測(cè)系數(shù)的表示 以及量化預(yù)測(cè)誤差的信息，所述設(shè)備包括用于解量化的裝置(206)，對(duì)量化預(yù)測(cè)誤差進(jìn)行解量化，以獲得 解量化預(yù)測(cè)誤差；用于確定預(yù)測(cè)信號(hào)的裝置(208)，基于所述預(yù)測(cè)系數(shù)來(lái)確定預(yù)測(cè) 信號(hào)；用于重構(gòu)的裝置(210)，基于所述預(yù)測(cè)信號(hào)和所述解量化預(yù)測(cè)誤 差來(lái)重構(gòu)預(yù)濾波信號(hào)；以及用于對(duì)預(yù)濾波信號(hào)進(jìn)行濾波的裝置(212)，對(duì)所述預(yù)濾波信號(hào)進(jìn) 行濾波來(lái)對(duì)關(guān)于所述心理感知引起的閾值的歸一化進(jìn)行重轉(zhuǎn)換，以獲 得解碼信息信號(hào)。
25. 如權(quán)利要求24所述的設(shè)備，其中，所述用于解量化的裝置 (206)被實(shí)現(xiàn)為將所述量化預(yù)測(cè)誤差解量化至有限且恒定數(shù)目的量化階。
26. 如權(quán)利要求25所述的設(shè)備，其中，所述用于解量化的裝置 (206)被實(shí)現(xiàn)為以后向自適應(yīng)方式，從己解量化的量化預(yù)測(cè)誤差的量化索引中獲得量化階之間的量化階高A(n)。
27. 如權(quán)利要求25或26所述的設(shè)備，其中，所述用于解量化的裝置(206)被實(shí)現(xiàn)為以后向自適應(yīng)方式，根據(jù)量化預(yù)測(cè)誤差的兩個(gè)過(guò)去的量化索引ic(n-l)和i2(n-2)，根據(jù)A(n"卩A(n-l) + 5(n)，獲得用于對(duì) 所述量化預(yù)測(cè)誤差的量化索引進(jìn)行解量化的量化階之間的量化階高 A(n)，其中p e
，對(duì)于卩c(n-l) + ic(n-2)|S I， S(n) = 50，對(duì)于卩c(n-l) + ic(n-2)|>I， 5(n):Sp其中，50、 5" I是恒定參數(shù)，并且A(n-l)表示 所獲得的用于對(duì)ie(n-l)進(jìn)行解量化的量化階高。
28. 如權(quán)利要求25至27中任一項(xiàng)所述的設(shè)備，其中，所述恒定且 有限的數(shù)目小于或等于32。
29. 如權(quán)利要求25至28中任一項(xiàng)所述的設(shè)備，其中，所述恒定且 有限的數(shù)目是3。
30. 如權(quán)利要求24至29中任一項(xiàng)所述的設(shè)備，其中，所述用于對(duì) 預(yù)濾波信號(hào)進(jìn)行濾波的裝置(212)包括用于確定感知閾值濾波系數(shù)的裝置(230)，用于針對(duì)預(yù)濾波信號(hào) 的塊序列，以逐塊的方式，根據(jù)關(guān)于所述心理感知引起的閾值的表示 的信息來(lái)確定感知閾值濾波系數(shù)；以及后濾波器(232)，用于通過(guò)使用所述感知閾值濾波器系數(shù)來(lái)對(duì)所述預(yù)濾波信號(hào)進(jìn)行濾波。
31. 如權(quán)利要求24至30中任一項(xiàng)所述的設(shè)備，其中，所述用于確 定感知閾值濾波系數(shù)的裝置(230)被實(shí)現(xiàn)為通過(guò)從LSF域的重轉(zhuǎn)換來(lái)獲得所述感知閾值濾波器系數(shù)。
32. 如權(quán)利要求24至31中任一項(xiàng)所述的設(shè)備，其中，所述用于確 定感知閾值濾波系數(shù)的裝置(230)被實(shí)現(xiàn)為從所述心理感知引起的 閾值的表示中獲得量化的濾波器系數(shù)殘差信號(hào)的量化索引；將其解量 化至有限且恒定的第二數(shù)目的量化等級(jí)，以獲得解量化的濾波器系數(shù) 殘差信號(hào)；預(yù)測(cè)表示所述心理感知引起的閾值的濾波器系數(shù)，并將其 與解量化的濾波器系數(shù)殘差信號(hào)相加；以及通過(guò)重轉(zhuǎn)換，將所述相加 產(chǎn)生的重構(gòu)的濾波器系數(shù)殘差信號(hào)轉(zhuǎn)換為所述感知閾值濾波器系數(shù)。
33. 如權(quán)利要求32所述的設(shè)備，其中，所述用于確定感知閾值濾 波系數(shù)的裝置(230)被實(shí)現(xiàn)為使得以后向自適應(yīng)方式，基于已預(yù)測(cè) 的表示所述心理感知引起的閾值的濾波器系數(shù)來(lái)執(zhí)行所述預(yù)測(cè)。
34. 如權(quán)利要求32或33所述的設(shè)備，其中，所述用于確定感知閾 值濾波系數(shù)的裝置(230)被實(shí)現(xiàn)為使得通過(guò)使用具有恒定系數(shù)的預(yù) 測(cè)濾波器來(lái)執(zhí)行對(duì)表示所述所述心理感知引起的閾值的濾波器系數(shù)的
35. 如權(quán)利要求32至34中任一項(xiàng)所述的設(shè)備，其中，所述用于確 定感知閾值濾波系數(shù)的裝置(230)還被實(shí)現(xiàn)為在重轉(zhuǎn)換之前，將所 述相加產(chǎn)生的重構(gòu)的濾波器系數(shù)殘差信號(hào)與常數(shù)值相減。
36. 如權(quán)利要求24至37中任一項(xiàng)所述的設(shè)備，其中，所述用于確 定預(yù)測(cè)信號(hào)的裝置(208)還包括用于確定預(yù)測(cè)濾波器系數(shù)的裝置(224)，用于根據(jù)所述編碼信息 信號(hào)中包括的預(yù)測(cè)系數(shù)的表示來(lái)確定預(yù)測(cè)濾波器系數(shù)；以及用于預(yù)測(cè)預(yù)濾波信號(hào)的裝置(226、 228)，用于通過(guò)受控于所述 預(yù)測(cè)濾波器系數(shù)的濾波器(226)來(lái)預(yù)測(cè)所述預(yù)濾波信號(hào)。
37. 如權(quán)利要求36所述的設(shè)備，其中，所述用于確定預(yù)測(cè)濾波器 系數(shù)的裝置(224)被實(shí)現(xiàn)為以逐塊的方式，針對(duì)所述預(yù)濾波信號(hào)的 塊序列中的塊，確定所述預(yù)測(cè)濾波器系數(shù)。
38. 如權(quán)利要求36或37所述的設(shè)備，其中，所述用于確定預(yù)測(cè)濾 波器系數(shù)的裝置(224)被實(shí)現(xiàn)為通過(guò)從LSF域的重轉(zhuǎn)換來(lái)獲得所述預(yù) 測(cè)濾波器系數(shù)。
39. 如權(quán)利要求36至38中任一項(xiàng)所述的設(shè)備，其中，所述用于確 定預(yù)測(cè)濾波器系數(shù)的裝置(224)被實(shí)現(xiàn)為從所述預(yù)測(cè)系數(shù)的表示中 獲得量化的預(yù)測(cè)系數(shù)殘差信號(hào)的量化索引；將其解量化至有限且恒定 的第三數(shù)目的量化等級(jí)，以獲得解量化的預(yù)測(cè)系數(shù)殘差信號(hào)；對(duì)預(yù)測(cè) 濾波器系數(shù)進(jìn)行預(yù)測(cè)，并將其與所述解量化的預(yù)測(cè)系數(shù)殘差信號(hào)相加； 以及通過(guò)重轉(zhuǎn)換，將所述相加產(chǎn)生的重構(gòu)的預(yù)測(cè)系數(shù)殘差信號(hào)轉(zhuǎn)換為 預(yù)測(cè)濾波器系數(shù)。
40. 如權(quán)利要求39所述的設(shè)備，其中，所述用于確定預(yù)測(cè)濾波器 系數(shù)的裝置(224)被實(shí)現(xiàn)為使得以后向自適應(yīng)方式，基于己預(yù)測(cè)的預(yù)測(cè)系數(shù)來(lái)執(zhí)行所述預(yù)測(cè)。
41. 如權(quán)利要求39或40所述的設(shè)備，其中，所述用于確定預(yù)測(cè)濾波器系數(shù)的裝置(224)被實(shí)現(xiàn)為使得通過(guò)使用具有恒定系數(shù)的預(yù)測(cè)濾 波器來(lái)執(zhí)行對(duì)預(yù)測(cè)系數(shù)的預(yù)測(cè)。
42. 如權(quán)利要求39至41中任一項(xiàng)所述的設(shè)備，其中，所述用于確 定預(yù)測(cè)濾波器系數(shù)的裝置(224)還被實(shí)現(xiàn)為在重轉(zhuǎn)換之前，將所述 相加產(chǎn)生的重構(gòu)的預(yù)測(cè)系數(shù)殘差信號(hào)與常數(shù)值相減。
43. 如權(quán)利要求24至42中任一項(xiàng)所述的設(shè)備，所述設(shè)備被實(shí)現(xiàn)為 將音頻信號(hào)或視頻信號(hào)解碼為信息信號(hào)，其中，所述心理感知引起的 閾值是聲學(xué)掩蔽閾值或視覺(jué)掩蔽閾值。
44. 一種用于將信息信號(hào)編碼為編碼信息信號(hào)的方法，包括 使用感知模型來(lái)確定心理感知引起的閾值的表示，所述表示指示了信息信號(hào)中與感知不相關(guān)的部分；對(duì)所述信息信號(hào)進(jìn)行濾波，以關(guān)于所述心理感知引起的閾值來(lái)對(duì) 信息信號(hào)進(jìn)行歸一化，以獲得預(yù)濾波信號(hào)；以前向自適應(yīng)方式來(lái)預(yù)測(cè)所述預(yù)濾波信號(hào)，以獲得預(yù)測(cè)信號(hào)、預(yù) 濾波信號(hào)的預(yù)測(cè)誤差以及預(yù)測(cè)系數(shù)的表示，基于預(yù)測(cè)信號(hào)、預(yù)濾波信 號(hào)的預(yù)測(cè)誤差以及預(yù)測(cè)系數(shù)的表示來(lái)重構(gòu)預(yù)濾波信號(hào)；以及對(duì)所述預(yù)測(cè)誤差進(jìn)行量化，以獲得量化預(yù)測(cè)誤差，其中，所述編 碼信息信號(hào)包括關(guān)于心理感知引起的閾值的表示、預(yù)測(cè)系數(shù)的表示以 及量化預(yù)測(cè)誤差的信息。
45. —種用于將編碼信息信號(hào)解碼為解碼信息信號(hào)的方法，所述 編碼信息信號(hào)包括關(guān)于心理感知引起的闞值的表示、預(yù)測(cè)系數(shù)的表示 以及量化預(yù)測(cè)誤差的信息，所述方法包括對(duì)量化預(yù)測(cè)誤差進(jìn)行解量化，以獲得解量化預(yù)測(cè)誤差； 基于所述預(yù)測(cè)系數(shù)來(lái)確定預(yù)測(cè)信號(hào)；基于所述預(yù)測(cè)信號(hào)和所述解量化預(yù)測(cè)誤差來(lái)重構(gòu)預(yù)濾波信號(hào)；以及對(duì)所述預(yù)濾波信號(hào)進(jìn)行濾波，以對(duì)關(guān)于所述心理感知引起的閾值 的歸一化進(jìn)行重轉(zhuǎn)換，以獲得解碼信息信號(hào)。
46. —種具有程序代碼的計(jì)算機(jī)程序，當(dāng)所述計(jì)算機(jī)程序在計(jì)算 機(jī)上運(yùn)行時(shí)，用于執(zhí)行如權(quán)利要求44或45所述的方法。
47. —種編碼器，包括 信息信號(hào)輸入(12);感知閾值確定器(26)，其根據(jù)概率模型進(jìn)行操作，并具有與所 述信息信號(hào)輸入耦合的輸入以及感知閾值輸出；自適應(yīng)預(yù)濾波器(34)，包括與所述信息信號(hào)輸入耦合的濾波器輸入、濾波器輸出、以及與所述感知閾值輸出耦合的適配控制輸入；前向預(yù)測(cè)系數(shù)確定器(36)，包括與所述預(yù)濾波器輸出耦合的輸 入以及預(yù)測(cè)系數(shù)輸出；第一差分器(42)，包括與所述預(yù)濾波器輸出耦合的第一差分器 輸入、第二差分器輸入以及差分器輸出；限幅/量化級(jí)(52)，包括有限且恒定數(shù)目的量化等級(jí)、與所述 差分器輸出耦合的輸入、量化步長(zhǎng)控制輸入、以及輸出；步長(zhǎng)調(diào)整器(54)，包括與所述限幅/量化級(jí)(52)的輸出耦合的 輸入、以及與所述限幅/量化級(jí)(52)的步長(zhǎng)控制輸入耦合的量化步長(zhǎng) 輸出；解量化級(jí)(50)，包括與所述限幅/量化級(jí)的輸出耦合的輸入、以 及解量化器控制輸出；加法器(48)，包括與所述解量化器輸出耦合的第一加法器輸入、 第二加法器輸入、以及加法器輸出；預(yù)測(cè)濾波器(44、 46)，包括與所述加法器輸出耦合的預(yù)測(cè)濾波 器輸入、與所述第二差分器輸入以及第二加法器輸入耦合的預(yù)測(cè)濾波 器輸出、以及與所述預(yù)測(cè)系數(shù)輸出耦合的預(yù)測(cè)系數(shù)輸入；信息信號(hào)產(chǎn)生器(24)，包括與所述感知閾值輸出耦合的第一輸 入、與所述預(yù)測(cè)系數(shù)輸出耦合的第二輸入、與所述限幅/量化級(jí)的輸出 耦合的第三輸入、以及表示編碼器輸出的輸出。
48. —種用于將編碼信息信號(hào)解碼為解碼信息信號(hào)的解碼器，所述編碼信息信號(hào)包括關(guān)于心理感知引起的閾值的表示、預(yù)測(cè)系數(shù)以及量化預(yù)測(cè)誤差的信息，所述解碼器包括 解碼器輸入；提取器(214)，包括與所述解碼器輸入耦合的輸入、感知閾值輸出、預(yù)測(cè)系數(shù)輸出以及量化預(yù)測(cè)誤差輸出；解量化器(206)，包括有限且恒定數(shù)目的量化等級(jí)、與所述量化 預(yù)測(cè)誤差輸出連接的解量化輸入、解量化器輸出以及量化閾值控制輸 入；后向自適應(yīng)閾值調(diào)整器，包括與所述量化預(yù)測(cè)誤差輸出耦合的輸 入和與所述量化閾值控制輸入耦合的輸出；加法器(222)，包括與所述解量化器輸出耦合的第一加法器輸入、 第二加法器輸入以及加法器輸出；預(yù)測(cè)濾波器(226)，包括與所述加法器輸出耦合的準(zhǔn)確濾波器輸 入、與所述第二輸入耦合的預(yù)測(cè)濾波器輸出、以及與所述預(yù)測(cè)系數(shù)輸 出耦合的預(yù)測(cè)濾波器系數(shù)輸入；以及自適應(yīng)后濾波器(232)，包括與所述加法器輸出耦合的預(yù)測(cè)濾波 器輸入、表示解碼器輸出的預(yù)測(cè)濾波器輸出、以及與所述感知閾值輸 出耦合的適配控制輸入。
全文摘要
通過(guò)不直接對(duì)預(yù)濾波信號(hào)進(jìn)行量化，而是對(duì)預(yù)濾波信號(hào)的前向自適應(yīng)預(yù)測(cè)所獲得的預(yù)測(cè)誤差進(jìn)行量化，在沒(méi)有或僅有非常小質(zhì)量損失的情況下，實(shí)現(xiàn)了超過(guò)掩蔽閾值所確定的度量的非常粗略的量化。由于前向自適應(yīng)，量化誤差對(duì)解碼器側(cè)的預(yù)測(cè)沒(méi)有負(fù)面影響。
文檔編號(hào)G10L19/00GK101443842SQ200780017256
公開(kāi)日2009年5月27日 申請(qǐng)日期2007年2月28日 優(yōu)先權(quán)日2006年5月12日
發(fā)明者烏爾里?！た死啄? 延斯·希斯費(fèi)爾德, 斯特凡·瓦希尼克, 曼弗雷德·盧茨基, 格拉爾德·舒勒 申請(qǐng)人:弗勞恩霍夫應(yīng)用研究促進(jìn)協(xié)會(huì)