專利名稱：一種應用于變速率語音和音頻編碼的碼率自動控制系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及語音和音頻碼率自動控制技術，更具體的涉及一種應用于移動互聯網語音通信、移動流媒體服務器等的語音和音頻編碼的碼率自動控制技術。
背景技術：
語音和音頻碼率控制技術是指語音和音頻信號在編碼之前，根據信號的內容的重要性，自動調整編碼的速率，在重要信息時采樣相對高的碼率進行編碼，在次要信息(比如噪聲)時候采樣相對低的碼率進行編碼，使得在帶寬下受限的條件下，既能有較好的語音質量，又能節(jié)省帶寬。該技術一般用于分組域(PS)移動語音通信、移動流媒體服務器等應用中。現有的分組域(PS)移動語音通信中的語音編碼技術大多采用第三代移動通信系統(tǒng)中AMR(自適應多碼率)語音編碼技術，傳統(tǒng)的電路域(CS)AMR語音編碼的速率控制是由基站來控制的，由于AMR本身并沒有提供碼率控制功能，所以分組域(PS)的AMR編碼實際多采用固定速率進行編碼，這個在移動互聯網有限的帶寬條件下，在帶寬和語音質量之間很難達到一個較好的平衡。其他的幾種傳統(tǒng)的變速率語音編碼(如QCELP、EVRC和SMV等)一般只用于傳統(tǒng)的電路域(CS)語音通信，且基本是采用語音活性檢測(VAD，VoiceActivity Detector)檢測加信號能量判斷的方法來進行速率控制，這類方法過多依賴于信號能量的大小，而實際上信號內容的重要性并不能完全反映在能量大小上。

實用新型內容本實用新型解決的技術問題是提出一種應用于變速率語音和音頻編碼的碼率自動控制系統(tǒng)，實現在帶寬受限條件下的分組域移動語音通信中，根據要編碼的信號內容的重要性來自動調整碼率，提升語音和音頻的質量。本實用新型提出的應用于變速率語音和音頻編碼的碼率自動控制系統(tǒng)，包括變速率編碼器、自適應碼率控制單元；輸入的語音或音頻PCM信號分別輸入所述變速率編碼器和所述自適應碼率控制單元的信號輸入端，所述自適應碼率控制單元通過計算所述PCM信號的子帶信噪比得到編碼速率調整參數，并將所述調整參數輸出到所述變速率編碼器的變速率編碼控制端完成對所述PCM信號的變速率編碼。進一步的，所述自適應碼率控制單元包括頻域變換模塊、子帶處理模塊、子帶信噪比計算模塊、以及碼率輸出模塊；所述PCM信號經過所述頻域變換模塊進行頻域變換，并由所述子帶處理模塊進行子帶劃分、子帶信號能量計算以及子帶噪聲能量計算，然后經過子帶信噪比計算模塊進行子帶信噪比計算，并由所述碼率輸出模塊通過與歷史幀的子帶時域平均信噪比的比較得到編碼速率調整參數。進一步的，所述子帶處理模塊包括子帶信號處理模塊和子帶噪聲處理模塊；所述子帶信號處理模塊與所述頻域變換模塊相連，對所述頻域變換后的信號進行子帶劃分和子帶信號能量計算，然后由所述子帶噪聲處理模塊完成子帶噪聲能量計算。[0008]進一步的，在所述子帶信號處理模塊和子帶噪聲處理模塊之間還包括判斷輸入信號是否為噪聲信號的語音活性檢測模塊。本實用新型通過計算信號子帶信噪比來自動調節(jié)編碼碼率，壓縮后的碼流與現有技術大小相當的固定碼率壓縮后的碼流相比，采用本實用新型解壓后的信噪比有明顯的提升。在一個實驗中，將相同的一端語音信號分別采用固定碼率(AMR 7. 95kbps)進行編碼和采用本實用新型的碼率自動控制系統(tǒng)進行輔助編碼的比較分析，對解碼后得到的兩個信號的信噪比曲線進行對比，兩種方式壓縮后的碼流大小相當，但是采用本實用新型時，解壓后信噪比有明顯提升，最大有13dB的信噪比提升。在另一個實驗中，將相同的一段音樂信號采用固定碼率(AMR 7. 95kbps)進行編碼和采用本實用新型的碼率自動控制系統(tǒng)進行輔助編碼的比較分析，對解碼后得到的兩個信號的信噪比曲線進行對比，兩種方式壓縮后的碼流大小相當，但是采用本實用新型時，主旋律信號信噪比有明顯提升，最大有IOdB的信噪比提升。

圖I為本實用新型實施例一的碼率自動控制系統(tǒng)原理圖；圖2為本實用新型實施例二的自適應碼率控制單元結構示意圖；圖3為本實用新型實施例二中的子帶處理模塊的結構示意圖。
具體實施方式
以下結合附圖，并通過具體實施例對本實用新型的具體實現進行說明。本實用新型的主要實用新型構思是通過計算信號子帶信噪比來自動調節(jié)編碼碼率的。首先通過對輸入的語音或音頻PCM信號進行預處理和頻域變換，得到頻域信號后，劃分子帶并計算子帶信噪比，然后進行背景噪聲檢測來區(qū)分輸入信號是否為噪聲，如果為噪聲則進行背景噪聲能力更新，最后計算子帶信噪比并根據信噪比自適應計算最優(yōu)碼率，最優(yōu)碼率值輸出給變速率編碼器進行語音或者音頻信號編碼。實施例一如圖I所示的碼率自動控制系統(tǒng)，包括變速率編碼器和自適應碼率控制單元。輸入的語音或音頻PCM信號分別輸入變速率編碼器和自適應碼率控制單元的信號輸入端。自適應碼率控制單元通過計算PCM信號的子帶信噪比得到編碼速率調整參數，并將該調整參數輸出到變速率編碼器的變速率編碼控制端。變速率編碼器根據編碼速率調整參數完成對所述PCM信號的變速率編碼處理，輸出編碼后的碼流。實施例二本實用新型的核心單元為自適應碼率控制單元。如圖2所示，在本實施例中該單元包括頻域變換模塊、子帶處理模塊、子帶信噪比計算模塊、以及碼率輸出模塊。PCM信號輸入自適應碼率控制單元時，先經過所述頻域變換模塊進行頻域變換，并由子帶處理模塊進行子帶劃分、子帶信號能量計算以及子帶噪聲能量計算，然后經過子帶信噪比計算模塊進行子帶信噪比計算，并由碼率輸出模塊通過與歷史幀的子帶時域平均信噪比的比較得到編碼速率調整參數。其中的確定編碼速率調整參數的處理可以采用以下方式[0020]在頻域坐標上，計算關鍵頻帶(窄帶語音一般為750Hz 3400Hz，音頻信號視采樣率而定)平均信噪比a，然后在時間坐標上，計算連續(xù)若干歷史幀的時域平均信噪比b，再根據兩者之間的實時變化差異(波動)來映射相應的碼率，從而達到碼率自動調整的目的。在一種實施方式中，如圖3所示，子帶處理模塊包括子帶信號處理模塊和子帶噪聲處理模塊。子帶信號處理模塊與頻域變換模塊相連，對頻域變換后的信號進行子帶劃分和子帶信號能量計算，然后由子帶噪聲處理模塊完成子帶噪聲能量計算。為了檢測當前信號是否為噪聲或語音，還可以在子帶信號處理模塊和子帶噪聲處理模塊之間設置用于判斷輸入信號是否為噪聲信號的語音活性檢測模塊。該語音活性檢測模塊可以采用語音尺度計算和譜偏估計來完成語音活性檢測。綜上所述，本實用新型提出的碼率自動控制系統(tǒng)，能夠根據信號內容自動調節(jié)編碼的碼率，在重要語音信號或音樂主旋律時采用高的碼率進行編碼，在噪聲或者次要的背景音樂時采用低的碼率，以保證整體的語音質量。和現有的碼率控制技術相比，具有以下特點(1)它通過計算信號子帶信噪比來區(qū)分信號內容的重要性，從而實現自動調節(jié)碼率的目的，比傳統(tǒng)的能量判斷的方法有較好的魯棒性；(2)既支持對語音編碼的速率控制外，同時也支持對音頻信號的變速率編碼，因為音樂信號的主旋律也是可以通過計算子帶信噪比來檢測的。該系統(tǒng)在編碼之前進行實施。本實用新型的碼率自動控制系統(tǒng)，可以應用在帶寬受限條件下分組域移動語音通信中，以提升傳輸的語音和音頻信號的質量。以上所述僅為本實用新型的較佳實施例，并不用以限制本實用新型，凡在本實用 新型的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本實用新型的保護范圍之內。
權利要求1.一種應用于變速率語音和音頻編碼的碼率自動控制系統(tǒng)，其特征在于，包括變速率編碼器、自適應碼率控制單元；輸入的語音或音頻PCM信號分別輸入所述變速率編碼器和所述自適應碼率控制單元的信號輸入端，所述自適應碼率控制單元通過計算所述PCM信號的子帶信噪比得到編碼速率調整參數，并將所述調整參數輸出到所述變速率編碼器的變速率編碼控制端完成對所述PCM信號的變速率編碼。
2.根據權利要求I所述的碼率自動控制系統(tǒng)，其特征在于，所述自適應碼率控制單元包括頻域變換模塊、子帶處理模塊、子帶信噪比計算模塊、以及碼率輸出模塊；所述PCM信號經過所述頻域變換模塊進行頻域變換，并由所述子帶處理模塊進行子帶劃分、子帶信號能量計算以及子帶噪聲能量計算，然后經過子帶信噪比計算模塊進行子帶信噪比計算，并由所述碼率輸出模塊通過與歷史幀的子帶時域平均信噪比的比較得到編碼速率調整參數。
3.根據權利要求2所述的碼率自動控制系統(tǒng)，其特征在于，所述子帶處理模塊包括子帶信號處理模塊和子帶噪聲處理模塊；所述子帶信號處理模塊與所述頻域變換模塊相連，對所述頻域變換后的信號進行子帶劃分和子帶信號能量計算，然后由所述子帶噪聲處理模塊完成子帶噪聲能量計算。
4.根據權利要求3所述的碼率自動控制系統(tǒng)，其特征在于，在所述子帶信號處理模塊和子帶噪聲處理模塊之間還包括判斷輸入信號是否為噪聲信號的語音活性檢測模塊。
專利摘要本實用新型公開了一種應用于變速率語音和音頻編碼的碼率自動控制系統(tǒng)，通過計算信號子帶信噪比來自動調節(jié)編碼碼率，壓縮后的碼流與現有技術大小相當的固定碼率壓縮后的碼流相比，采用本實用新型解壓后的信噪比有明顯的提升。本實用新型的自動調節(jié)碼率方式，比傳統(tǒng)的能量判斷的方法有較好的魯棒性；既支持對語音編碼的速率控制外，同時也支持對音頻信號的變速率編碼，可以應用在帶寬受限條件下分組域移動語音通信中，以提升傳輸的語音和音頻信號的質量。
文檔編號G10L19/00GK202487155SQ20112057318
公開日2012年10月10日 申請日期2011年12月31日 優(yōu)先權日2011年12月31日
發(fā)明者梁毅, 程榮 申請人:深圳市茂碧信息科技有限公司