改进nicam数字声音解码器中的音频信噪比的系统和方法

专利名称：改进nicam数字声音解码器中的音频信噪比的系统和方法
技术领域：
本发明涉及NICAM (Near Instantaneous Companded Audio multiplex, 准 瞬时压扩声音多路复用)数字声音(sound)解码器中使用的技术，更具体地 说，涉及提高NICAM数字声音解码器中的音频(audio) SNR的系统和方法。
背景技术：
本申请引用了 NICAM数字立体声标准EN 300 vl.2.1 NICAM ( 1998年3 月6日)中的全部内容，该标准中规定对声音信号以32KHz的采样频率进行 采样，并在前期对每一样本使用14比特的分辨率进行编码。对于从电视台或 其他适当的信号提供商发来的信号，每一样本中的比特数可通过使用压扩 (companding)处理P争欣至10。该压扩过程4姿下文方式实现。
首先，来自每一音频信道中的14比特样本将被划分为独立的块，每个块 中包含32个样本，每个样本对应1毫秒(ms)的声音段。随后，每个块中最 大的样本值的振幅可以确定。正是这个最大的样本决定了扩压的数量，从而决 定了应用到该块中来自音频信道中所有数据上的编码范围。
通过扩压所获得的数据压缩量通过下列方式确定。对于最大的音频样本， 只有十个最高比特位一 一样本的非冗余比特将净皮发送。五种压扩编码范围将借 助3比特的扩展因子码(scale factor code)发往接收器。
图1展示了块中样本的示意图，其中最大音频样本的振幅高达最大可能振 幅的十六分之一。在这种音频块中，唯一的处理是通过删除样本中与最高比特 位最接近(next-to-most significant bits)的4个比特，来将块中每一才羊本的比 特数降至10比特(9个比特如102所示，第10个比特如106所示)。在本申 请中，以方块来代表比特位，而样本则是水平方向上的一行方块。这种比特， 除了描述为截去(truncated)的部分，通常非0即1。最高比特位(the most
4significant bits ) 106 (通常为符号比特)用于标识样本的极性(polarity),其通 常独立于进行编码的信号的振幅而单独发送。
对于样本值的这样一个范围，即最大样本的振幅高达最大可能振幅的十六 分之一，这四个比特104是冗余设置的，对于每一样本而言这四个比特104 均用作符号比特106的扩展。因此，可将这四个比特104删除，而不会损失最 初的14比特编码的精确度。
图2是块中样本的示意图，其中最大样本的振幅高达最大的14比特振幅 的八分之一。这种块通过以下方式进行压扩，即截去样本中的最低比特位208， 并删除与最高比特位最接近的三个比特204，其中这三个比特204是符号比特 206的扩展。这样一来，该范围内的样本将以13比特的编码精确度进行发送。 这13个比特包括比特202、 204和比特206，由这些比特构成发送样本。实际 上，对样本的精确度没有贡献的唯——个比特是比特208,该比特已经被截去 了。
图3是块中样本的示意图，其中最大样本的振幅高达最大14比特振幅的 四分之一。这种块通过以下方式进行压扩，即截去样本中最低的两个比特位 308,并删除与最高比特位最接近的两个比特304，其中这两个比特304为符 号比特306的扩展。因此，该范围内的样本将以12比特的编码精确度进行发 送。这12个比特包括比特302、 304和306，由这些比特构成发送样本。在这 种情况下，唯一对样本的精确度没有贡献的比特是比特308,该比特已经被截 去了。
图4是块中样本的示意图，其中最大样本的振幅高达最大14比特振幅的 二分之一。图4中展示的块通过以下方式进行压扩，即截去样本中最低的三个 比特位404，并删除与最高比特位最接近的比特404，其中该比特404为符号 比特406的扩展。因此，该范围内的样本将以11比特的样本精确度进行发送。 这11个比特包括9个比特402、 1个比特404和1个比特406,由这些比特构 成发送样本。在这种情况下，唯一对样本的精确度没有贡献的比特是3个比特 408，该比特已经被截去了。
所包含的样本的振幅大于完整振幅的二分之一的块将以10比特的精确度进行发送，如图5所示。图5中展示的块通过以下方式进行压扩，即截去样本 中最低的四个比特位508。因此，该范围内的样本将以10比特的编码精确度 进行发送。这10个比特包括9个比特502和1个比特506,由这些比特构成 发送样本。在这种情况下，对样本的精确度没有贡献的比特是4个比特508, 该比特已经被截去了。
如上文所述，很明显，包含具备更高振幅的样本的块将以更低的精确度进 行发送。
EN300 163 v1.2.1 NICAM标准有效地规定了音频样本中有0 4个最低比 特位(lsb)将在编码器中进行压扩操作的过程中截去。这种情况已经在图1 图 5中做了展示，并在前文中做了描述。在上述最低比特位(lsb)被截去的情况 下，这种方法将导致压扩后的信号的量化误差发生偏差，这是因为误差的平均 值是非零的。此外，发生偏差的误差随着编码范围(每个音频段将分配给该编 码范围)的变化而变化，因此是与数据有关的。对于量化误差而言，与凑整同 样数量的比特而言，截去操作通常导致SNR降低6dB。
因此，需要降低NICAM标准中的压扩操作中使用的比特截去方法所导致 的误差的影响。

发明内容
本发明涉及改进数字声音解码器SNR的系统和方法，在至少一幅附图中 示出和/或结合至少一幅附图描述，同时在权利要求书中作为完整的阐述。
根据本发明的一方面，提供一种改进NICAM数字声音解码器中的音频信 噪比(SNR)的方法，包括
接收准瞬时压扩声音多路复用(NICAM)信号，该NICAM信号包括多 个比特，在信号发射器中已经在这些比特中截去了预定数量的比特；
接收扩展因子，其用于指示所述预定数量的截去比特；以及
向NICAM信号中添加比特模式(bitpattern,或译为位模式、位组合)， 该比特模式用于替换上述预定数量的截去比特，该比特模式包括至少一个非零 比特。优选地，所述截去比特的所述预定数量为1比特、2比特、3比特和4比 特其中之一。
优选地，所述比特模式为Olll、 011和01之中的一个。 优选地，所述比特才莫式为1000、 100、 10和1之中的一个。 优选地，所述截取比特的所述预定数量为1比特、2比特、3比特和4比 特其中之一。
优选地，所述添加的比特模式是01111、 0111、 011和01之中的一个。 优选地，所述比特模式是10000、 1000、 100、 10、 l之中的一个。 优选地，所述方法还包括向NICAM信号中添加比特才莫式，其近似于 NIC AM信号的凑整(that approximates a rounding of the NICAM signal)。
根据本发明的一方面，提供一种或多种存储有计算机可执行指令的计算机 可读存储介质，当该计算机可执行指令在由计算机系统中的处理器执行时，执 行一个方法，用于降低准瞬时压扩声音多路复用(NICAM)信号中量化误差 的偏差，所述方法包括
接收扩展因子，该因子用于指示从NICAM信号中已经截去的预定数量的 比特；
接收NICAM信号，该NICAM信号包括所述预定数量的截去比特； 将比特模式添加封NICAM信号中，该比特模式用于替换所述预定数量的
0比特，该比特模式包括至少一个非零比特。
优选地，所述方法还包括向NICAM信号中添加比特模式，其近似于
NICAM信号的凑整(that approximates a rounding of the NICAM signal)。
根据本发明的一方面，提供一种改进NICAM数字声音解码器中的音频信 噪比的系统，其特征在于，包括
准瞬时压扩声音多路复用(NICAM)接收器，用于接收NICAM信号， 该NICAM信号包括预定数量的截去比特，所述接收器向NICAM信号中添加 预定的比特模式，所述预定的比特模式包括至少一个非零比特。优选地，所述截去比特的所述预定数量是1比特、2比特、3比特和4比 特之中的一个。
优选地，所述预定的比特才莫式是Olll、 011和01之中的一个。 优选地，所述预定的比特模式是1000、 100、 10和1之中的一个。 优选地，所述截去比特的所述预定数量为1比特、2比特、3比特和4比特。
优选地，所述预定的比特;f莫式为01111、 0111、 011和01之中的一个。 优选地，所述预定的比特才莫式为10000、 1000、 100、 10和1之中的一个。 优选地，所述接收器在NICMA信号中先前由截去比特占用的位置上添加 预定的比特模式。
优选地，所述NICAM接收器包括解码器。
优选地，所述预定的比特才莫式近似于NICAM信号的凑整(approximates a rounding of the NICAM signal)。
根据本发明的一方面，提供一种改进NICAM数字声音解码器中的音频信 ，噪比的方法，包才舌
接收准瞬时压扩声音多路复用(NICAM)信号，该NICAM信号包括多 个比特，在信号发射器中已经在这些比特中截去了预定数量的比特；
接收扩展因子，该因子用于指示所述预定数量的截去比特；
从比特模式集合中选择一个比特模式，该比特模式集合中至少包括非零比 特；以及
将选择的比特模式添加到NICAM信号中，该比特模式用于替换所述预定 数量的截去比特。


下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中 图1是块中样本的示意图，其中最大音频样本的振幅高达最大可能振幅的 十六分之一；图2是块中样本的示意图，其中最大音频样本的振幅高达最大可能振幅的 八分之一；
图3是块中样本的示意图，其中最大音频样本的振幅高达最大可能振幅的 四分之一；
图4是块中样本的示意图，其中最大音频样本的振幅高达最大可能振幅的 二分之一；
图5是块中样本的示意图，其中最大音频样本的振幅是最大可能振幅；
图6是块中样本的示意图，其中最大音频样本的振幅是最大可能振幅，且 这些比特依照本发明的 一 实施例设置(set);
图7是块中样本的示意图，其中最大音频样本的振幅是最大可能振幅，且 这些比特依照本发明的另一实施例设置；
图8是块中样本的示意图，其中最大音频样本的振幅是最大可能振幅的二 分之一，且这些比特依照本发明的一实施例设置；
图9是块中样本的示意图，其中最大音频样本的振幅是最大可能振幅的二 分之一，且这些比特依照本发明的另一实施例设置；
图10是本发明的数据处理系统中单芯片或多芯片模块的示意图。
具体实施例方式
下文将要描述的各种实施例将要参考相应的附图，这些附图构成了实施例 的一部分，其中描述了实现本发明可能采用的各种实施例。应明白，还可使用 其他的实施例，或者对本文列举的实施例进行结构和功能上的修改，而不会脱 离本发明的范围和实质。
在阅读完下面将要描述的内容之后，本领域的技术人员应当明白，本文描 述的各种特征可通过方法、数据处理系统或计算机程序产品来实现。因此，这 些特征可全部采用硬件的方式、全部采用软件的方式或者采用石更件和软件结合 的方式来表现。此外，上述特征也可采用存储在一种或多种计算机可读存储介 质上的计算机程序产品的形式来表现，该计算机可读存储介质中包含计算机可 读程序代码段或者指令，其存储在存储介质中。可以使用任何适用的计算机可读存储介质，包括硬盘、CD-ROM、光存储设备、磁存储设备和/或上述设备 的组合。此外，本文描述的承载数据或事件的各种信号可在源站和目的站之间 以电》兹波的形式通过信号传导介质如金属线、光纤和/或无线传输介质(例如 空中和/或空间)进行传送。
通常，用于对NICAM编码信号进行解码的解码器通过对删除的最高比特 位(most significant bit,简称msb)进行替换以及在截去的最低比特位(least significant bit,简称lsb)处补充0 4个0来对压缩的信号进行扩展。所补充 的0的个数由3比特的扩展因子码决定。然而，这种方法通常还会保留由编码 器引入的误差偏差。此外，最终的时变误差占据了^f氐频范围，因此被解码器中 的低通去加重滤波器放大。
差的影响。每一声音样本中截去比特的数量在解码器中是已知的，这是因为3 比特的扩展因子信息将与该声音样本一同发送。与依据扩展因子信息简单地将 所需数量的O添加到声音样本中的做法不同，解码器可添加不同的比特模式， 以此来降低量化因素。下面的两个表格提供了本发明的两种比特模式，该比特 模式可添加到声音样本中，以降低量化误差。应注意的是，在表l中的每种比 特模式中，4个截去的比特将被5个比特所替代，以此来更加完全地消除截去 操作所引起的误差。
扩展因子本发明添加的比特模式本发明另 一种添加的比特模式
1111000001111
11010000111
101100Oil
Oil1001
其他10
表1
表1中展示的本发明的实施例生成15比特的声音样本，并可充分降低量
10化误差的偏差。图6展示了使用5个添加的比特608替代4个截去的比特后产 生的结果。特别的，五个添加的比特608 (替代4个清零的(zeroed-out)截去 比特，如图5中的比特508)，可优选为表1中扩展因子111所对应行中展示 的10000或01111。在本发明的这个实施例中，在发送端依据300 163 v1.2.1 NICAM标准截去的比特在接收端已由10000或01111替代。比特602优选对 应上文所述的发送的音频信号中的9个比特，而比特606优选对应上文描述的 符号比特。
在一个实施例中，截去的比特已由01111所替代，这时的量化误差偏差已 降低至接近O。应注意，在这些在声音样本中多添加一个比特的实施例中，需 要在接收端中添加额外但公知的硬件，以便对替代了 14比特信号的15比特信 号进行处理。
下列表2展示了本发明的一些实施例，其中生成14比特声音样本。
扩展因子本发明添加的比特模式本发明另 一种添加的比特模式
11110000111
110100011
1011001
01110
其他么上
表2
表2中展示的本发明实施例生成14比特声音样本，也可充分降低量化误 差的偏差。图7中展示了使用4个添加的比特708替代4个截去的比特后产生 的结果。比特702优选包括音频信号。比特706优选为符号比特。特别的，四 个添加的比特708 (替代4个截去比特，如图5中展示的比特508)优选为表 2中扩展因子111所对应行中展示的1000或者0111。同理，在本发明的这个 实施例中，在信号发送端依据300 163 v1.2.1 NICAM标准截去的比特在4妻收端 已由1000或0111替讦、。例如图8和图9对应表1和表2中扩展因子110所对应的行。图8展示了 使用4个添加的比特808替代3个截去的比特后产生的结果。特别的，4个添 加的比特808 (替代三个截去比特，如图4中描述的比特408)优选为表1中 扩展因子IIO所对应行中展示的两个条目1000或0111。在本发明的这个实施 例中，在发送端依据300 163 v1.2.1 NICAM标准截去的比特在4妾收端已由1000 或0111替代。比特802优选对应上述发送的音频信号中的9个比特，比特806 优选为上述符号比特，比特804对应音频信号中额外的一个比特(在本实施例 中<义为冗余比特806 )。
图9展示了使用3个添加的比特908替代3个截去的比特后产生的结果。 比特902优选包括音频信号。比特906优选为符号比特。比特904为比特906 的冗余扩展。3个添加的比特908 (替代三个截去比特，如困5中展示的比特 508)优选为表2中扩展因子IIO所对应行中的IOO或011。同理，在本发明 的这个实施例中，在信号发送端依据300 163 v1.2.1 NICAM标准截去的比特在 接收端已由100或011替代。
应注意，参考图6 9 (分别对应表1和表2中的第一行和第二行)所做 的上述分析可依据扩展因子扩展至表l和表2中的其他行。因此，本发明的实 施例可覆盖信号振幅的全部范围，由此提供一种更为完整的接收器側解决方 案，来解决前述依据NICAM标准进行截去操作所带来的问题。
前文所述的方法可为解码信号的SNR带来显著的改进。其它添加的比特 模式(落入本发明范围之内的)，若其与上述模式相类似，则同样可以降低量 化误差。上文所述的模式可最大程度的降低量化误差。同样也可能存在其它次 优的模式。次优模式可包括随不同的扩展因子而变化、但无法将量化误差降至 最小的比特模式。
图10是依据本发明一较佳实施例的单芯片或多芯片模块1002的结构示意 图，该模块可以是数据处理系统1000中的一块或多块集成电路。数据处理系 统IOOO可包括下列部件中的一个或多个I/O电路1004、外围设备1006、处 理器1008和存储器1010。这些部件通过系统总线或者其它互联件1012连接 在一起，且通常设置在电路板1020之上，该电路板设置在终端用户系统1030中。系统1000可配置成应用在本发明提供的NICAM数字声音接收器之中。 应注意，系统IOOO仅仅是示范性的，而本发明的范围和实质应当由权利要求 来限定。
本发明可使用计算机可执行指令的通用文本来描述，例如由计算机执行的 程序模块。更为具体的说，本发明可描述成用作NICAM数字声音解码器的计 算机。通常，程序模块包括程序、对象、组件、数据结构等等，其用于执行特 定的任务或者实现特定的摘要数据类型。
本发明的特征已依照描述的实施例做了描述。本领域内的普通技术人员应 当明白，还可存在大量的其它实施例、修改和变形，但其均处于权利要求中规 定的范围之内。例如，本领域的技术人员应当明白，图中描述的步骤可采用上 述顺序以外的顺序来执行，并且所描述的一个或多个步骤如图所示可以是可选 的。上文参考的实施例中的方法和系统还可包括各种其它的元件、步骤、计算 机可执行指令或计算机可执行数据结构。在这点上，本文公开了其它的实施例， 这些实施例可部分的或者全部实现在计算机可读介质中，例如通过存储计算机 可执行指令或模块或使用计算机可读数据结构。
因此本文描述了一种用于提高NICAM数字声音解码器中的SNR的系统 和方法。
权利要求
1、一种改进NICAM数字声音解码器中的音频信噪比的方法，其特征在于，包括接收准瞬时压扩声音多路复用(NICAM)信号，该NICAM信号包括多个比特，在信号发射器中已经在这些比特中截去了预定数量的比特；接收扩展因子，其用于指示所述预定数量的截去比特；以及向NICAM信号中添加比特模式，该比特模式用于替换上述预定数量的截去比特，该比特模式包括至少一个非零比特。
2、 才艮据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述截去比特的所述预定 数量为1比特、2比特、3比特和4比特其中之一。
3、 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述添加的比特模式为0111、 011和01之中的一个。
4、 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述添加的比特模式为1000、 100、 10和1之中的一个。
5、 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述添加的比特模式为 01111、 0111、 011和01之中的一个。
6、 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述添加的比特模式为 10000、 1000、 100、 10、 l之中的一个。
7、 一种或多种存储有计算机可执行指令的计算机可读存储介质，在由计 算机系统中的处理器执行时，执行一个方法，用于降低准瞬时压扩声音多路复 用(NICAM)信号中量化误差的偏差，其特征在于，所述方法包括接收扩展因子，该因子用于指示从NICAM信号中已经截去的预定数量的 比特；接收NICAM信号，该NICAM信号包括所述预定数量的截去比特； 将比特模式添加到NICAM信号中，该比特模式用于替换所述预定数量的 0比特，该比特模式包括至少一个非零比特。
8、 一种改进NICAM数字声音解码器中的音频信噪比的系统，其特征在于，包括准瞬时压扩声音多路复用(NICAM)接收器，用于接收NICAM信号， 该NICAM信号包括预定数量的截去比特，所述接收器向NICAM信号中添加 预定的比特模式，所述预定的比特模式包括至少一个非零比特。
9、 根据权利要求8所述的系统，其特征在于，所述截去比特的所述预定 数量是1比特、2比特、3比特和4比特之中的一个。
10、 一种改进NICAM数字声音解码器中的音频信噪比的方法，其特征在 于，包括接收准瞬时压扩声音多路复用(NICAM)信号，该NICAM信号包括多 个比特，在信号发射器中已经在这些比特中截去了预定数量的比特； 接收扩展因子，该因子用于指示所述预定数量的截去比特； 从比特模式集合中选择一个比特模式，该比特模式集合中至少包括非零比 特；以及将选择的比特模式添加到NICAM信号中，该比特模式用于替换所述预定 数量的截去比特。
全文摘要
本发明提供了一种用于提高NICAM数字声音解码器中音频SNR的系统和方法。依据本发明的一种方法包括接收扩展因子，该因子用于指示NICAM信号中已从信号中截去的预定数量的比特。本方法还包括接收NICAM信号本身。NICAM信号可包括在预定数量的零比特，用于替代预定数量的截去比特。本方法还可要求向NICAM信号中添加一比特模式，近似于NICAM信号的凑整。上述比特模式优选包括至少一个非零比特。依据本发明的另一方法可包括从一组比特模式中选择一个比特模式。上述一组比特模式可包括至少一个非零比特。本发明的另一实施例还可包括将所选择的比特模式添加到NICAM信号中，以此来替换预定数量的截去比特。
文档编号G10L19/00GK101441871SQ200810182278
公开日2009年5月27日 申请日期2008年11月21日 优先权日2007年11月21日
发明者帆 徐, 霍萨哈利·斯瑞尼万斯, 马克·科里 申请人:美国博通公司