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CN101432803A - 编码方法和编码装置 - Google Patents

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CN101432803A
CN101432803A CNA2007800150628A CN200780015062A CN101432803A CN 101432803 A CN101432803 A CN 101432803A CN A2007800150628 A CNA2007800150628 A CN A2007800150628A CN 200780015062 A CN200780015062 A CN 200780015062A CN 101432803 A CN101432803 A CN 101432803A
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initial value
value
subband
transform coefficients
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CNA2007800150628A
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诹访部薰
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Sony Corp
Original Assignee
Sony Corp
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Abstract

在S1中，计算公共比例因子的初始值。此后，在S11中，校正初始值。先前帧的初始值和最终值之间的差与当前帧的初始值相加的值是公共比例因子的校正初始值。通过校正初始值执行定标。在S3中，如果确定每个子带的量化噪声不超过可允许噪声，则流程前进到S5。在S5中，执行可变长度编码。在S6中，确定编码的代码量是否超过目标代码量。如果确定代码量超过目标代码量，则流程前进到S7。在S7中，改变公共比例因子，使得量化步长变大且存储量化处理。此后，重复处理直到确定代码量不超过目标代码量。校正初始值使得处理时间变短。

Description

编码方法和编码装置
技术领域
本发明涉及编码方法和编码装置，用于压缩诸如音频信号的数字信息信号的代码量(code amount)。
背景技术
作为用于压缩音频信号的一种编码方式，已知通过ISO标准化的ISO/IEC 13818-78(下文称为AAC音频编码的MPEG2-AAC(高级音频编码))。
在AAC音频编码中，音乐信号等被划分为多个时块(timeblock)。对每块都执行例如改进的离散余弦变换(下文称为MDCT(改进的DCT))的正交变换，从而获得变换系数(下文称为MDCT系数)。通过比例因子来定标MDCT系数。对经过定标的变换系数进行量化并根据Huffman编码系统对量化值进行编码。
在AAC音频编码中，当变换系数被划分为多个频率区域(称为子带)时，考虑到心理听觉模型对量化噪声分配自适应地改变对所有子带都一样的公共比例因子和每个子带都不同的子带比例因子，使得进行了可变长度编码的代码量变得接近在产品的标准或说明书中指定的目标代码量(传输率)。计算可以为每个编码帧分配的代码量。更新比例因子，使得在假设计算的代码量是每个编码帧的目标代码量的情况下，代码量不超过目标代码量。编码帧是具有通过如1024音频样本的预定量的音频样本划分具有预定传输率的音频流的长度的音频帧。在以下的描述中，编码帧简称为帧。
图5是示出传统的量化循环控制处理的流程的流程图。当开始处理时，首先在步骤S1中，计算公共比例因子的初始值。在步骤S2中，利用已经设置的初始值执行量化、定标(scaling)。
在步骤S3中，确定每个子带的量化噪声是否超过可允许的噪声。可以通过获得反向量化的MDCT系数和预先量化的MDCT系数之间的差来计算量化噪声。如果量化噪声超过可允许的噪声，则流程前进到步骤S4。在步骤S4中，改变子带比例因子，使得量化步长变小且量化噪声不超过可允许的噪声。
在步骤S3中，如果确定量化噪声没有超过可允许的噪声，则流程前进到步骤S5。在步骤S5中，执行可变长度编码。此后，在步骤S6中，确定代码量是否超过目标代码量。目标代码量是为每帧设置的代码量。如果确定代码量超过目标代码量，则流程前进到步骤S7。在步骤S7中，改变公共比例因子，使得量化步长变大。此后，流程返回至步骤S2(量化)。此后，在步骤S6中，重复上述处理直到确定代码量没有超过目标代码量。
AAC音频编码中的量化表示成下列公式(1)。
x_quant＝int((abs(mdct_line)*(2＾(-1/4*(scalefactor
-common_scalefac))))＾(3/4)+0.4054)             …(1)
在公式(1)中，mdct_line表示预先量化的MDCT系数，xquant表示量化的MDCT系数，scalefactor表示每个子带的子带比例因子，common_scalefac表示整个频带的公共比例因子，int()表示获得整数的处理，abs表示用于获得绝对值的函数，＾表示幂，以及*表示乘。整数获得处理获取从abs～0.4054的整数。(scalefactor-common_scalefac)称为量化步长。
公式(1)清楚地表明，子带比例因子scalefactor越大，量化MDCT系数xquant就越大。换句话说，子带比例因子越大，量化步长就越小，导致量化噪声的降低。然而，由于量化系数变大，所以代码量增大。相反，公共比例因子越大，量化步长就越小，导致代码量的减小。因此，公共比例因子和子带比例因子与量化步长相关，即，与量化噪声和生成的代码量相关。以这种方式，执行用于更新这些比例因子以及重复预量化和预编码的循环控制。
在量化循环处理中用于计算初始值的步骤S1中，子带比例因子的初始值被设置为0，并通过下列公式(2)表示开始公共比例因子的初始值。
common_scalefac＝ceiling(16/3*(log2((max_mdct_line＾(3/4)/
MAX_QUANT)))                      …(2)
在公式(2)中，MAX_QUANT表示AAC音频编码标准中量化系数的最大值(固定值)，max_mdct_line表示绝对值在整个频带中为最大值的MDCT系数，以及ceiling(x)表示用于获得为x以上的最小整数值的函数。换句话说，公共比例因子的初始值是Huffman编码表可用于编码的最小公共比例因子。
公式(2)清楚地表明，公共比例因子被设置为使得与MDCT系数的最大值相对应的量化系数与标准中的最大值MAX_QUANT相匹配。另外，子带比例因子被设置为0。因此，考虑到公共比例因子，量化步长被设置为非常小的值。相反，考虑到子带比例因子，量化步长被设置为平坦频率特性。换句话说，不管输入信号的特性如何，循环控制通常以代码量非常大的状态开始。逐渐增大公共比例因子(即，逐渐增大量化步长)，以减小生成的代码量。另外，虽然对应于输入信号特性增大子带比例因子(即，增大量化步长)，但调节每个子带的量化失真。
用于在更新子带比例因子和公共比例因子的同时重复量化直到量化的代码量不超过目标代码量的循环处理是用于搜索量化代码量不超过目标代码量的公共比例因子的处理。由于除最终循环处理的计算结果之外都是不需要的，所以循环处理是非常无效的处理。因此，由于处理成本随着循环次数的增加而增加，所以期望降低循环次数。
公共比例因子的初始值是利用其可以执行公式(2)表示的编码的最小值并且是根据输入信号而不管目标代码量的值。另一方面，公共比例因子的最终值随着目标代码量的降低(压缩比的增加)而趋于变大。因此，目标代码量越小，公共比例因子的初始值和公共比例因子的最终值之间的差越大，导致量化循环次数的增加。
作为减小循环次数的方法，可以考虑两种方法。在第一种方法中，改善寻找公共比例因子的最终值的方法。在第二种方法中，将接近公共比例因子的最终值的值被预测作为初始值。作为用于减小循环次数的第一种方法，使用对分查找来代替递增公共比例因子，直到其不超过目标代码量为止。作为第二种方法，如果相邻帧的信号特性类似，则使用公共比例因子的最终值为类似值的特性，通过先前帧的公共比例因子的最终值开始量化循环处理。
日本专利申请公开第2004-172770号描述了降低用于减小AAC音频编码中的代码量以高速执行编码的循环控制的处理量的技术。
通过下列公式(3)表示日本专利申请公开第2004-172770号中的用于第一次量化循环的量化公式。在公式(3)中，end_common_scalefac(i-1)表示先前帧的公共比例因子的最终值。
x_quant(i)＝int(abs(mdct_line(i))*(2＾(-1/4*(end_common_scalefac(i-1)))))
＾(3/4)+0.4054)                  …(3)
如果相邻帧的信号特性类似，则在日本专利申请公开第2004-172770号中通过先前帧的公共比例因子的最终值开始量化循环处理的方法是有效的。然而，如果信号特性变化，则由于先前帧的公共比例因子的最终值和当前帧的公共比例因子的最终值之间的差较大，所以反而增加了量化循环次数。
图6示出了公共比例因子的初始值的变化(实线)和在包括听觉特性的变化的交响曲作为声源的情况下的公共比例因子的最终值的变化(虚线)的实例。当比较相邻帧的公共比例因子的最终值时，尽管如箭头所示最终值没有较大变化，但它们可能大大不同。如果公共比例因子的最终值和初始值之间的差的绝对值较大，则引起循环次数的增加。在图6所示的实例中，考虑到公共比例因子的最终值和初始值之间的差的绝对值，其是相对较大的值。另外，明显地，不管信号特性的变化，相邻帧的差的绝对值几乎相同。
因此，本发明的目的在于提供与现有技术相比使得量化循环次数降低的编码方法和编码装置。
发明内容
为了解决上述问题，根据本发明，通过作为将先前帧的公共比例因子的初始值和最终值之间的差与先前帧的公共比例因子的初始值相加的值的公共比例因子的较正初始值开始量化循环。另外，根据本发明，通过先前帧的公共比例因子的增加率来较正当前帧的公共比例因子的初始值。
本发明是用于对具有预定大小的数字信息信号的每块都进行正交变换、获得频率变换系数、将频率变换系数划分为多个子带、基于每个子带的子带比例因子和对整个频带都一样的公共比例因子来定标并量化频率变换系数、以及根据可变长度编码对量化的频率变换系数进行编码的编码方法，该编码方法包括：
计算步骤，计算公共比例因子的初始值；
初始值较正步骤，校正初始值；
子带比例因子控制步骤，改变子带比例因子，使得量化噪声不超过可允许值；
公共比例因子控制步骤，改变公共比例因子，直到达到利用可变长度代码编码了的代码量不超过每帧的目标代码量时的公共比例因子的最终值为止；以及
存储步骤，存储当前帧的公共比例因子的初始值和公共比例因子的最终值，
其中，通过将先前帧的公共比例因子的初始值和先前帧的公共比例因子的最终值与当前帧的初始值相加来执行初始值校正步骤。
代替先前帧的公共比例因子的初始值和先前帧的公共比例因子的最终值之间的差，本发明是利用先前帧的公共比例因子的增加率来校正当前帧的比例因子的初始值的编码方法。
本发明是用于对具有预定大小的数字信息信号的每块都进行正交变换、获得频率变换系数、将频率变换系数划分为多个子带、基于每个子带的子带比例因子和对整个频带都一样的公共比例因子来定标并量化频率变换系数、以及根据可变长度编码对量化的频率变换系数进行编码的编码装置，该编码装置包括：
计算装置，用于计算公共比例因子的初始值；
初始值校正装置，用于校正初始值；
子带比例因子控制装置，用于改变子带比例因子，使得量化噪声不超过可允许值；
公共比例因子控制装置，用于改变公共比例因子，直到达到利用可变长度代码编码了的代码量不超过每帧的目标代码量时的公共比例因子的最终值为止；
存储装置，用于存储当前帧的公共比例因子的初始值和公共比例因子的最终值；以及
其中，初始值较正装置将先前帧的公共比例因子的初始值和先前帧的公共比例因子的最终值与当前帧的初始值相加。
代替先前帧的公共比例因子的初始值和先前帧的公共比例因子的最终值之间的差，本发明是利用先前帧的公共比例因子的增加率来校正当前帧的比例因子的初始值的编码装置。
附图说明
图1是示出本发明的实施例的框图；
图2是示出根据本发明实施例的处理流程的流程图；
图3是说明根据本发明实施例的公共比例因子的初始值和最终值的示意图；
图4是说明根据本发明实施例的公共比例因子的初始值和最终值的差的绝对值的示意图；
图5是示出传统代码量控制的流程的流程图；以及
图6是说明传统代码量控制中的公共比例因子的初始值和最终值的示意图。
具体实施方式
接下来，参照附图描述本发明的实施例。参照图1，将描述本发明实施例的结构。将作为具有预定大小的块所提取的数字音频信号输入至输入端1。将输入音频信号提供给滤波器组合部2。滤波器组合部2根据例如MDCT的正交变换将时域信号变换为频域信号。正交变换信号被划分为多个子带。计算每个子带的子带比例因子，并执行用于配置它们的动态范围的标准化处理。
心理听觉分析部3使用人们的心理听觉特性为每个子带适当地分配比特。滤波器组合部2的输出信号被提供给量化部4。量化部4基于心理听觉分析部3的分析结果对由滤波器组合部2提供的MDCT系数进行量化。
循环控制部5基于预定的编码率和从心理听觉分析部3提供的信息来计算可以分配给每个编码帧的代码量，处理作为编码帧的目标代码量的计算代码量，以及更新用于量化部4的比例因子，使得代码量不超过目标代码量。编码部6根据预定的编码方式对通过量化部4量化的量化MDCT系数进行压缩编码。当执行AAC音频编码时，例如，Huffman编码方式被用作编码方式。从输出端7获得编码MDCT系数。
图2是示出根据本发明实施例的循环控制处理流程的流程图。在图2中，除了步骤S11“利用先前的公共比例因子的初始值和最终值校正当前公共比例因子的初始值”和步骤S12“存储当前公共比例因子的初始值和最终值”之外，由相同的参照数字表示与图5所示传统循环控制相对应的步骤。
当开始处理时，流程前进到步骤S1。在步骤S1中，计算公共比例因子的初始值。用于计算帧数i的公共比例因子的公式表示成下列公式(4)。
start_common_scalefac(i)＝ceiling(16/3*(log2((max_mdct_line(i)＾(3/4)
/MAX_QUANT)))                   …(4)_
下文，在步骤S11中，校正公共比例因子的初始值。换句话说，将先前帧的公共比例因子的初始值和最终值之间的差与当前帧的公共比例因子的初始值相加的值是公共比例因子的校正初始值。校正计算公式表示成下列公式(5)。
revised_start_common_scalefac(i)＝start_common_scalefac(i)
+(end_common_scalefac(i-1)-start_common_scalefac(i-1))         …(5)
其中，revisedcd_start_common_scalefac(i)是公共比例因子的校正初始值，
start_common_scalefac(i)是公共比例因子的初始值(公式(4)的计算结果)，
end_common_scalefac(i-1)是先前帧的公共比例因子的最终值，
start_common_scalefac(i-1)是先前帧的公共比例因子的初始值。
在步骤S2中，利用已经设置的初始值执行量化和定标。用于计算第一量化循环的量化的公式表示成下列公式(6)。
x_quant(i)＝int((abs(mdct_line(i))*(2＾(-1/4*
(revised_start_common_scalefac(i)))))＾3/4+0.4054)      …(6)
当比较用在传统处理中的公式(3)与公式(6)时，明显地，将公共比例因子的初始值从end_common_scalefac(i-1)变为revised_start_common_scalefac(i)。
在步骤S3中，确定每个子带的量化噪声是否超过可允许的噪声。如果量化噪声超过可允许的噪声，则流程前进到步骤S4。在步骤S4中，改变子带比例因子，使得量化步长减小且量化噪声不超过可允许的噪声。
当在步骤S3确定量化噪声不超过可允许的噪声时，流程前移至步骤S5。在步骤S5中，执行可变长度编码。在步骤S6中，确定编码的代码量是否超过目标代码量。当在步骤S6中确定代码量超过目标代码量时，流程前进到步骤S7。在步骤S7中，改变公共比例因子，使得量化步长增加。此后，流程返回到步骤S2(量化)。此后，重复上述处理直到在步骤S6中确定代码量不超过目标代码量。从步骤S2到步骤S7的控制与传统处理相同。然而，可能公共比例因子的校正初始值超过最终值。因此，在步骤S7中，更新公共比例因子，使得不仅增大公共比例因子，而且降低公共比例因子(搜索)。在(校正初始值>最终值)的情况下，在步骤S7中，改变公共比例因子，使得其单调降低并且紧接满足(校正初始值<最终值)之前的量化步骤变成最终值。
如果在步骤S6中确定代码量不超过目标代码量，则流程前进到步骤S12。在步骤S12中，为了执行用于接下来代码量的公共比例因子的初始值的校正处理，存储当前帧的公共比例因子的初始值(start_common_scalefac(i))和最终值(end_common_scalefac(i))。结果，完成帧数i的循环控制。
图3示出了在将本发明应用于与图6所示相同的声源的情况下的公共比例因子的校正初始值(由实线表示)和最终值(由虚线表示)之间的关系。图3示出了由于本发明的公共比例因子的初始值和最终值接近，所以可以降低循环的次数。
图4示出了在将传统方法应用于与如图6所示相同的声源的情况下的公共比例因子的初始值和最终值之间的差的绝对值(由虚线表示)和在将根据本发明实施例的方法应用于与图6所示相同的声源的情况下的差的绝对值(由实线表示)。在传统方法中，如通过箭头所示，在声音特性变化位置的公共比例因子的初始值和最终值之间的差与例如值32一样大。相反，在本发明的实施例中，差可以与值3一样小。
由于公共比例因子的初始值和最终值之间的差影响量化循环的次数，所以当差减小时，可以减少量化循环的次数，从而可以以高速执行量化处理。具体地，即使信号特性在相邻帧之间变化较大，也可以与信号特性没有变化的情况一样快速地执行量化处理。另外，由于通过获得先前帧的公共比例因子的初始值和先前帧的公共比例因子的最终值之间的差的减法以及将该差与公共比例因子的初始值相加的加法执行初始值校正处理，所以硬件规模或软件规模可以与传统的装置或方法相同。
接下来，将描述用于校正公共比例因子的初始值的校正处理的另一个实施例。在该实例中，利用增加率而不是先前帧的公共比例因子的初始值和最终值之间的差来校正公共比例因子的初始值。校正处理表示成下列公式(7)。
revised_common_scalefac(i)＝start_common_scalefac(i)×
(end_commons_calefac(i-1)÷start_common_scalefac(i-1))      …(7)
其中，revised_start_common_scalefac(i)是公共比例因子的校正初始值，
start_common_scalefac(i)是公共比例因子的初始值(公式(4)的计算结果)，
end_common_scalefac(i-1)是先前帧的公共比例因子的最终值，
start_common_scalefac(i-1)是先前帧的公共比例因子的初始值。
在公式(7)中，术语end_common_scalefac(i-1)/start_common_scalefac(i-1)表示增加率。当代替差使用增加率时，可以获得与上述相同的效果。
尽管具体描述了本发明的实施例，但本发明不限于这些实施例。换句话说，可以基于本发明的精神进行各种修改。例如，根据本发明，为了控制目标代码量的代码量，可以通过小代码量控制大代码量。另外，除AAC音频编码之外，本发明还可以应用于例如ISO/IEC 111718-4(MPEG-1 Layer 3，MP3)的其他音频编码的代码量控制。另外，本发明也可以应用于除音频数据之外的视频数据的代码量控制。
根据本发明，在公共比例因子的初始值和最终值之间的差可以较小，可以减少量化循环的次数，以及可以以高速执行量化处理。另外，根据本发明，为了通过差校正公共比例因子的初始值，每帧仅需要增加一个加法/减法处理和一个比较处理。因此，本发明装置的电路规模和程序规模可以与传统装置基本相同。

Claims (6)

1.一种编码方法，用于对具有预定大小的数字信息信号的每块进行正交变换，获得频率变换系数，将所述频率变换系数划分为多个子带，基于每个子带的子带比例因子和对整个频带都一样的公共比例因子来定标和量化所述频率变换系数，以及根据可变长度编码对经过量化的频率变换系数进行编码，所述编码方法包括：
计算步骤，计算所述公共比例因子的初始值；
初始值校正步骤，校正所述初始值；
子带比例因子控制步骤，改变所述子带比例因子，使得量化噪声不超过可允许值；
公共比例因子控制步骤，改变所述公共比例因子，直到达到利用可变长度代码编码了的代码量不超过每帧的目标代码量时的所述公共比例因子的最终值为止；以及
存储步骤，存储当前帧的所述公共比例因子的初始值和所述公共比例因子的最终值，
其中，通过将先前帧的所述公共比例因子的初始值和所述先前帧的所述公共比例因子的最终值与当前帧的初始值相加来执行所述初始值校正步骤。
2.一种编码方法，用于对具有预定大小的数字信息信号的每块进行正交变换，获得频率变换系数，将所述频率变换系数划分为多个子带，基于每个子带的子带比例因子和对整个频带都一样的公共比例因子来定标并量化所述频率变换系数，以及根据可变长度编码对经过量化的频率变换系数进行编码，所述编码方法包括：
计算步骤，计算所述公共比例因子的初始值；
初始值校正步骤，校正所述初始值；
子带比例因子控制步骤，改变所述子带比例因子，使得量化噪声不超过可允许值；
公共比例因子控制步骤，改变所述公共比例因子，直到达到利用可变长度代码编码了的代码量不超过每帧的目标代码量时的所述公共比例因子的最终值为止；以及
存储步骤，存储当前帧的所述公共比例因子的初始值和所述公共比例因子的最终值，
其中，通过将所述初始值乘以先前帧的所述公共比例因子的增加率来执行所述初始值校正步骤。
3.根据权利要求1或2所述的编码方法，
其中，利用其绝对值是整个频带中的最大值的频率变换系数来计算所述公共比例因子的初始值。
4.根据权利要求1或2所述的编码方法，
其中，所述子带比例因子的初始值为0。
5.一种编码装置，用于对具有预定大小的数字信息信号的每块进行正交变换，获得频率变换系数，将所述频率变换系数划分为多个子带，基于每个子带的子带比例因子和对整个频带都一样的公共比例因子来定标并量化所述频率变换系数，以及根据可变长度编码对经过量化的频率变换系数进行编码，所述编码装置包括：
计算装置，用于计算所述公共比例因子的初始值；
初始值校正装置，用于校正所述初始值；
子带比例因子控制装置，用于改变所述子带比例因子，使得量化噪声不超过可允许值；
公共比例因子控制装置，用于改变所述公共比例因子，直到达到利用可变长度代码编码了的代码量不超过每帧的目标代码量时的所述公共比例因子的最终值为止；以及
存储装置，用于存储当前帧的所述公共比例因子的初始值和所述公共比例因子的最终值，
其中，所述初始值校正装置将先前帧的所述公共比例因子的初始值和所述先前帧的所述公共比例因子的最终值与所述当前帧的初始值相加。
6.一种编码装置，用于对具有预定大小的数字信息信号的每块进行正交变换，获得频率变换系数，将所述频率变换系数划分为多个子带，基于每个子带的子带比例因子和对整个频带都一样的公共比例因子来定标并量化所述频率变换系数，以及根据可变长度编码对经过量化的频率变换系数进行编码，所述编码装置包括：
计算装置，用于计算所述公共比例因子的初始值；
初始值校正装置，用于校正所述初始值；
子带比例因子控制装置，用于改变所述子带比例因子，使得量化噪声不超过可允许值；
公共比例因子控制装置，用于改变所述公共比例因子，直到达到利用可变长度代码编码了的代码量不超过每帧的目标代码量时的所述公共比例因子的最终值为止；以及
存储装置，用于存储当前帧的所述公共比例因子的初始值和所述公共比例因子的最终值，
其中，初始值校正装置将所述初始值乘以先前帧的所述公共比例因子的增加率。
CNA2007800150628A 2006-04-26 2007-04-24 编码方法和编码装置 Pending CN101432803A (zh)

Applications Claiming Priority (2)

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