高級(jí)音頻編碼系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及一種編碼系統(tǒng)，具體地，設(shè)及一種高級(jí)音頻編碼系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[000引 AAC(Advanced Audio Coding)的中文稱為"局級(jí)音頻編碼"，是目自U最先進(jìn)的感知 音頻編碼技術(shù)。它出現(xiàn)于1997年，由化aunhofer IIS、AT&T、杜比實(shí)驗(yàn)室、Sony等公司共同 開(kāi)發(fā)而生，它是基于MPEG-2編碼技術(shù)，目的是取代MP3格式。2000年，MPEG-4標(biāo)準(zhǔn)出現(xiàn)后， AAC重新集成了其特性，加入了 SBR技術(shù)和PS技術(shù)，形成了目前的MPEG-4 AACdMPEG-4 AAC 具有信號(hào)壓縮比高、量化編解碼過(guò)程模塊化、重建音質(zhì)完美的特點(diǎn)。MPEG-4 AAC作為一種目 前最先進(jìn)感知編碼技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，廣泛應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域，具有很大的市場(chǎng)價(jià)值。但是，AAC標(biāo)準(zhǔn) 算法無(wú)法滿足當(dāng)今感知音頻編碼技術(shù)的實(shí)時(shí)性要求，是其算法復(fù)雜度很高，需要消耗大量 運(yùn)算時(shí)間和系統(tǒng)資源，存在編碼延時(shí)導(dǎo)致的。因此，為了實(shí)現(xiàn)高實(shí)時(shí)性能、低復(fù)雜度的音頻 編碼，那么對(duì)AAC標(biāo)準(zhǔn)的相關(guān)算法和編碼結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)是十分必要的。同時(shí)，AAC音頻 感知編碼具有共同的核屯、靈魂，即量化編解碼、屯、理聲學(xué)模型及濾波器組（又稱頻域變換） =大關(guān)鍵技術(shù)，量化編解碼模塊占了主要部分。
[0003] 量化編碼模塊在實(shí)現(xiàn)高壓縮比中起著主要作用。目前的技術(shù)環(huán)境中，AAC標(biāo)準(zhǔn)大 多采用的是雙循環(huán)迭代量化算法，但是在具體實(shí)現(xiàn)過(guò)程中普遍存在收斂速度慢，迭代次數(shù) 多，運(yùn)算量大等缺點(diǎn)，無(wú)法滿足實(shí)時(shí)編碼的需要。目前AAC標(biāo)準(zhǔn)算法提供的量化過(guò)程是通過(guò) 采用雙循環(huán)迭代結(jié)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)的：內(nèi)迭代循環(huán)調(diào)整全局縮放因子，使之達(dá)到規(guī)定比特編碼要 求；外迭代循環(huán)調(diào)整子帶縮放因子，計(jì)算子帶量化噪聲。當(dāng)子帶量化噪聲超過(guò)掩蔽闊值時(shí)， 增加子帶的縮放因子將其量化噪聲在掩蔽闊值之下，從該種實(shí)現(xiàn)方式可W看出雙循環(huán)迭代 結(jié)構(gòu)存在W下=個(gè)主要缺點(diǎn)；迭代次數(shù)多，運(yùn)算量大，收斂速度慢。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中的缺陷，本發(fā)明的目的是提供一種高級(jí)音頻編碼系統(tǒng)，其減少迭 代次數(shù)，提高有效性，加快收斂速度。
[0005] 根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供一種高級(jí)音頻編碼系統(tǒng)，其特征在于，由屯、理聲學(xué)模 型模塊、濾波器組、聯(lián)合立體聲編碼模塊、量化編碼模塊組成，屯、理聲學(xué)模型模塊、濾波器 組、聯(lián)合立體聲編碼模塊、量化編碼模塊依次連接。
[0006] 優(yōu)選地，所述屯、理聲學(xué)模型模塊主要是利用屯、理聲學(xué)原理對(duì)信號(hào)頻譜進(jìn)行分析計(jì) 算出信掩比、掩蔽闊值供其它模塊使用。
[0007] 優(yōu)選地，所述濾波器組主要是使用改進(jìn)的離散余弦變換，把時(shí)間域上的輸入音頻 數(shù)據(jù)變換成頻域信號(hào)。
[000引優(yōu)選地，所述聯(lián)合立體聲編碼模塊是針對(duì)多聲道開(kāi)發(fā)的一種復(fù)雜的空間編碼技 術(shù)，去掉空間的冗余f目息。
[0009] 優(yōu)選地，所述量化編碼模塊主要包括量化和編碼兩個(gè)部分，是AAC音頻編碼系統(tǒng) 非常重要的功能模塊。
[0010] 優(yōu)選地，所述量化編碼模塊包括：
[0011] 比特計(jì)算單元，用于計(jì)算可分配的比特?cái)?shù)；
[0012] SDI初始化單元，采用SDI算法對(duì)量化因子進(jìn)行初始化，SDI算法主要是通過(guò)構(gòu)建 信號(hào)的初始值與信號(hào)某些特性關(guān)系的數(shù)學(xué)模型來(lái)實(shí)現(xiàn)量化因子的初始化；
[0013] 感知滴預(yù)檢測(cè)單元，用于提高碼表查詢、比特?cái)?shù)耗費(fèi)計(jì)算、編碼的效率，是在進(jìn)行 碼表查詢、比特?cái)?shù)耗費(fèi)計(jì)算、編碼之前所進(jìn)行的預(yù)處理工作；
[0014] 編碼單元，通過(guò)碼表查詢，并采用哈夫曼編碼的方法進(jìn)行編碼，同時(shí)計(jì)算出實(shí)際的 比特耗費(fèi)，判斷實(shí)際比特耗費(fèi)是否小于可分配的比特?cái)?shù)，否則調(diào)整最小量化階的單步步長(zhǎng)， 重新進(jìn)行哈夫曼編碼，直到滿足能使實(shí)際比特耗費(fèi)小于可分配的比特?cái)?shù)。
[0015] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下的有益效果；本發(fā)明能夠較好的提高量化模塊 初始化過(guò)程的有效性，減少步長(zhǎng)調(diào)整次數(shù)。引入感知摘預(yù)檢測(cè)在一定程度上減少不必要的 運(yùn)算開(kāi)銷。本發(fā)明省略了原雙循環(huán)結(jié)構(gòu)中的噪聲控制循環(huán)部分，因此，不需要再進(jìn)行復(fù)雜的 反量化處理從而大大增加了 AAC編碼的實(shí)時(shí)性。
【附圖說(shuō)明】
[0016] 通過(guò)閱讀參照W下附圖對(duì)非限制性實(shí)施例所作的詳細(xì)描述，本發(fā)明的其它特征、 目的和優(yōu)點(diǎn)將會(huì)變得更明顯：
[0017] 圖1為本發(fā)明高級(jí)音頻編碼系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖。
[0018] 圖2為本發(fā)明中量化編碼模塊的結(jié)構(gòu)框圖。
[0019] 圖3為本發(fā)明高級(jí)音頻編碼系統(tǒng)的量化編碼模塊的工作流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0020] 下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。W下實(shí)施例將有助于本領(lǐng)域的技術(shù) 人員進(jìn)一步理解本發(fā)明，但不W任何形式限制本發(fā)明。應(yīng)當(dāng)指出的是，對(duì)本領(lǐng)域的普通技術(shù) 人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可W做出若干變形和改進(jìn)。該些都屬于本發(fā)明 的保護(hù)范圍。
[0021] 如圖1所示，本發(fā)明高級(jí)音頻編碼系統(tǒng)主要由屯、理聲學(xué)模型模塊201、濾波器組 202、聯(lián)合立體聲編碼模塊203、量化編碼模塊204組成，屯、理聲學(xué)模型模塊201、濾波器組 202、聯(lián)合立體聲編碼模塊203、量化編碼模塊204依次連接。
[0022] 屯、理聲學(xué)模型模塊201主要是利用屯、理聲學(xué)原理對(duì)信號(hào)頻譜進(jìn)行分析計(jì)算出信 掩比、掩蔽闊值等一系列屯、理聲學(xué)參數(shù)供其它模塊使用，是編碼器的核屯、模塊。屯、理聲學(xué)模 型應(yīng)用到的主要屯、理聲學(xué)原理有；臨界子帶頻率分析、絕對(duì)掩蔽闊值、頻域掩蔽、時(shí)域掩蔽 和感知滴等。屯、理聲學(xué)模型模塊把整個(gè)信號(hào)頻帶按人耳的聽(tīng)覺(jué)感知特性劃分成臨界頻帶， 然后計(jì)算出各臨界子帶的信掩比、掩蔽闊值等屯、理聲學(xué)參數(shù)，信掩比用于對(duì)每個(gè)比例因子 帶進(jìn)行比特分配，掩蔽闊值用于對(duì)量化噪聲進(jìn)行控制。
[0023] 濾波器組202主要是使用改進(jìn)的離散余弦變換（MDCT)，把時(shí)間域上的輸入音頻數(shù) 據(jù)變換成頻域信號(hào)。
[0024] 聯(lián)合立體聲編碼模塊203是針對(duì)多聲道開(kāi)發(fā)的一種復(fù)雜的空間編碼技術(shù)，其目的 是為了去掉空間的冗余信息。
[0025] 量化編碼模塊204主要包括量化和編碼兩個(gè)部分，是AAC音頻編碼系統(tǒng)非常重要 的功能模塊。量化處理的根本目的就是為了在允許的比特范圍內(nèi)盡可能的壓縮數(shù)據(jù)并保 證量化誤差的能量低于掩蔽闊值。量化模塊的目標(biāo)是將頻譜數(shù)據(jù)量化，使量化噪聲滿足屯、 理聲學(xué)模型的要求。量化模塊首先對(duì)得到的音頻信號(hào)頻譜劃分量化比例因子帶，然后針對(duì) 每個(gè)比例因子帶根據(jù)計(jì)算得到的掩蔽闊值進(jìn)行非均勻量化。在具體的量化過(guò)程中不斷地對(duì) 全局量化因子和各比例因子帶的局部量化因子進(jìn)行調(diào)整W實(shí)現(xiàn)在給定的編碼比特率下盡 可能的將量化噪聲控制在掩蔽闊值之下；最后對(duì)量化后的信號(hào)和比例因子再進(jìn)行哈夫曼編 碼，實(shí)現(xiàn)高壓縮比和高音質(zhì)的音頻編碼。
[0026] 下面對(duì)所述系統(tǒng)的工作過(guò)程及其工作原理進(jìn)行詳細(xì)的描述：
[0027] 屯、理聲學(xué)模型模塊201根據(jù)屯、理聲學(xué)模型計(jì)算輸入音頻信號(hào)容許的失真，把整個(gè) 信號(hào)頻帶按人耳的聽(tīng)覺(jué)特性劃分出臨界頻帶，然后計(jì)算出各臨界子帶的信掩比，并計(jì)算出 各臨界子帶的最小掩蔽闊值。信掩比用于比特分配；絕對(duì)掩蔽闊值用于控制量化噪聲。濾 波器組202結(jié)合由屯、理聲學(xué)模型計(jì)算出來(lái)的感知滴，將輸入的音頻采樣數(shù)據(jù)通過(guò)使用改進(jìn) 的離散余弦變換MDCT實(shí)現(xiàn)音頻從時(shí)域到頻域的轉(zhuǎn)換。將時(shí)域的信號(hào)狀態(tài)轉(zhuǎn)化為頻域的信 號(hào)數(shù)據(jù)。接著，聯(lián)合立體聲編碼模塊203通過(guò)采用強(qiáng)度立體聲和M/S立體聲編碼方式來(lái)實(shí) 現(xiàn)立體聲編碼同時(shí)去除信號(hào)數(shù)據(jù)的冗余信息。然后，在量化編碼模塊204中按屯、理聲學(xué)模 塊輸出的掩蔽闊值把比特?cái)?shù)分配給輸入頻譜，通過(guò)一種將SDI算法和感知滴預(yù)檢測(cè)結(jié)合起 來(lái)的單循環(huán)量化結(jié)構(gòu)使量化所產(chǎn)生的量化噪聲低于掩蔽域值，降低比特率，并使碼率滿足 設(shè)定的要求，實(shí)現(xiàn)輸入信號(hào)的壓縮。最后使用哈弗曼編碼打包碼流得到需要的AAC數(shù)據(jù)； [002引本發(fā)明主要從算法和結(jié)構(gòu)兩個(gè)方面對(duì)量化編碼模塊204進(jìn)行改進(jìn)，提出一種將 SDI算法和感知滴預(yù)檢測(cè)結(jié)合起來(lái)的單循環(huán)量化結(jié)構(gòu)，使高級(jí)音頻編碼系統(tǒng)的量化編碼模 塊中量化過(guò)程的更簡(jiǎn)單、更實(shí)用，從而提高了系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性。
[0029] 參照?qǐng)D2,示出了本發(fā)明高級(jí)音頻編碼系統(tǒng)的量化編碼模塊的結(jié)構(gòu)框圖，量化編碼 模塊包括：
[0030] 比特計(jì)算單元301，用于計(jì)算可分配的比特?cái)?shù)；
[0031] SDI初始化單元302,采用SDI算法對(duì)量化因子進(jìn)行初始化，SDI算法主要是通過(guò)構(gòu) 建信號(hào)的初始值與信號(hào)某些特性關(guān)系的數(shù)學(xué)模型來(lái)實(shí)現(xiàn)量化因子的初始化，如下式（1):
[0032]
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種高級(jí)音頻編碼系統(tǒng)，其特征在于，由屯、理聲學(xué)模型模塊、濾波器組、聯(lián)合立體聲 編碼模塊、量化編碼模塊組成，屯、理聲學(xué)模型模塊、濾波器組、聯(lián)合立體聲編碼模塊、量化編 碼模塊依次連接。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的高級(jí)音頻編碼系統(tǒng)，其特征在于，所述屯、理聲學(xué)模型模塊主 要是利用屯、理聲學(xué)原理對(duì)信號(hào)頻譜進(jìn)行分析計(jì)算出信掩比、掩蔽闊值供其它模塊使用。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的高級(jí)音頻編碼系統(tǒng)，其特征在于，所述濾波器組主要是使用 改進(jìn)的離散余弦變換，把時(shí)間域上的輸入音頻數(shù)據(jù)變換成頻域信號(hào)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的高級(jí)音頻編碼系統(tǒng)，其特征在于，所述聯(lián)合立體聲編碼模塊 是針對(duì)多聲道開(kāi)發(fā)的一種復(fù)雜的空間編碼技術(shù)，去掉空間的冗余信息。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的高級(jí)音頻編碼系統(tǒng)，其特征在于，所述量化編碼模塊主要包 括量化和編碼兩個(gè)部分，是AAC音頻編碼系統(tǒng)非常重要的功能模塊。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的高級(jí)音頻編碼系統(tǒng)，其特征在于，所述量化編碼模塊包括： 比特計(jì)算單元，用于計(jì)算可分配的比特?cái)?shù)； SDI初始化單元，采用SDI算法對(duì)量化因子進(jìn)行初始化，SDI算法主要是通過(guò)構(gòu)建信號(hào) 的初始值與信號(hào)某些特性關(guān)系的數(shù)學(xué)模型來(lái)實(shí)現(xiàn)量化因子的初始化； 感知滴預(yù)檢測(cè)單元，用于提高碼表查詢、比特?cái)?shù)耗費(fèi)計(jì)算、編碼的效率，是在進(jìn)行碼表 查詢、比特?cái)?shù)耗費(fèi)計(jì)算、編碼之前所進(jìn)行的預(yù)處理工作； 編碼單元，通過(guò)碼表查詢，并采用哈夫曼編碼的方法進(jìn)行編碼，同時(shí)計(jì)算出實(shí)際的比特 耗費(fèi)，判斷實(shí)際比特耗費(fèi)是否小于可分配的比特?cái)?shù)，否則調(diào)整最小量化階的單步步長(zhǎng)，重新 進(jìn)行哈夫曼編碼，直到滿足能使實(shí)際比特耗費(fèi)小于可分配的比特?cái)?shù)。
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種高級(jí)音頻編碼系統(tǒng)，由心理聲學(xué)模型模塊、濾波器組、聯(lián)合立體聲編碼模塊、量化編碼模塊組成，心理聲學(xué)模型模塊、濾波器組、聯(lián)合立體聲編碼模塊、量化編碼模塊依次連接。本發(fā)明減少迭代次數(shù)，提高有效性，加快收斂速度。
【IPC分類】G10L19-038, G10L19-008
【公開(kāi)號(hào)】CN104616657
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510016797
【發(fā)明人】孫瑩, 何云龍, 杜美霞
【申請(qǐng)人】中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第三十二研究所
【公開(kāi)日】2015年5月13日
【申請(qǐng)日】2015年1月13日