专利名称：编码离散信号和解码已编码的离散信号的方法和设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及编码离散信号和解码已编码的离散信号的方法和设备，尤其涉及对于分级音频编码器所进行的有效的差分编码。
分级音频编码器是模型化结构的编码器。人们不断在作出努力以使用现有的语音编码器处理以例如8kHz取样的信号，并以例如4.8到8千比特每秒的速率输出数据。这些已知的编码器，如专家们知道的编码器G.729,G.723,FS1016和CELP，主要用来编码语音信号，而一般不适合编码高质量的音乐信号，因为它们通常是为以8kHz取样的信号设计的，这样只能编码最大4kHz的声音带宽。但是，一般它们能运行较快且计算开销低。
对于音乐信号的音频编码，为了得到如高保真(HIFI)音质或压缩唱片(CD)音质，分级编码器把语音编码器和音频编码器组合使用，这样能够编码高取样速率如48kHz的信号。当然能够用别的编码器替代上述的语音编码器，如依照MPEG1,MPEG2或MPEG3标准工作的音乐/音频编码器。
这样的级连语音编码器和高级音频编码器通常使用时域差分编码所述的编码方法。如一取样速率为48kHz的输入信号，通过下取样滤波器的下取样，可使其频率适合语音编码器。下取样所得的信号随后被编码。编码所得的信号直接放入它的传输比特流格式化装置中以进行发送。但是，它只含有最高4kHz带宽的信号。编码所得信号进而又再次被解码，并由上取样滤波器进行上取样。但是，由于经过了下取样滤波器，得到的信号所含的有用信息只有4kHz的带宽。而且，应注意经过上取样编码/解码的信号的从低频直到4kHz的信息并不确切对应于输入的48kHz取样速率的信号第一个4kHz的信息，因为编码器一般会引入编码错误(参见“关于分级声音编码的初步想法”(“First Ideas onScalable Audio Coding”)，K.Brandenburg,B.Grill,97th AES-Convention,San Francisco,1994，预印本3924)。
已经指出，分级编码器包括通常所知的语音编码器和一个能处理高取样速率信号的音频编码器。为发送输入信号中4kHz以上的频率分量，对于每一个时间离散取样值，可以取得语音编码器的输入8kHz的信号与编码/解码上取样所得的信号的差值。该差值随后被已为专家所知的一音频编码器量化和编码。这里应注意向输入能编码高取样速率信号的音频编码器输入的差值信号，如不计语音编码器的编码错误，在低频基本上为零。在高于语音编码器经上取样编码/解码所得的输出信号的频谱范围内，差值信号基本上对应于48kHz输入信号的真实信息。
在第一阶段，即语音编码器阶段，主要用低取样速率的编码器，因为一般信号编码的目标是获得非常低的比特速率。目前，除过已提及的编码器，还有些编码器，工作在几千比特(2-8千比特或更高)的比特率。这些编码器只允许最大8kHz的取样速率，因为高带宽的声音无论如何不可能用如此低的比特率，并且低取样频率的编码因计算开销小而更优越一些。可能的最高声音带宽为4kHz，而在实际应用中，带宽限制在大约3.5kHz。在为达到提高带宽的情况下，即在包括音频编码器的阶段，此附加的阶段将不得不工作于高取样频率。
为匹配取样频率，用抽取和内插滤波器来进行下取样和上取样。因为FIR(有限冲激响应)滤波器有利于获得优异的相位特性，例如为匹配从8kHz到48kHz的频率，滤波器需要合理安排上百个系数或抽头。
从该现有技术出发，本发明的目的就是提供用以编码离散信号和解码已编码离散信号的设备和方法，而省去复杂的上取样滤波器。
这一目的通过以下方法和设备实现按照权利要求1的编码方法，按照权利要求13的解码方法，按照权利要求14的编码设备和按照权利要求15的解码设备。
本发明的优点在于使用本发明的包含最少两个分离的编码器的编码设备(分级音频编码器)，在考虑心理声学模型的情况下，第二个编码器能工作于最佳方式。
本发明基于一个事实当音频编码器或解码器在频率域进行编码和解码，且用高取样速率执行低级的编码器或解码器的编码/解码输出信号与原始输入信号之间的差值运算或基于此运算的信号的相应频谱运算表示时，包含大量计算时间的上取样滤波器可以省去。这样不再需要通过传统的上取样滤波器来上取样低级编码器的编码/解码输出信号，但是还是需要两组滤波器，即一组滤波器仅用来处理编码器或低级编码器的编码/解码输出信号，另一组用高取样频率处理原始输入信号。
已提到的两组滤波器传递输出信号频谱值，为了形成加权频谱值，输出信号频谱值要通过一种适当的方式加权，优选采用减法的方式。这些加权频谱值随后采用考虑了心理声学模型的量化器和编码器来编码。为了能被以合适的方式的复用，优选把加权频谱值经过量化和编码后的数据和低级编码器生成的编码信号一起放入比特格式化装置中，这样它们可以被发送和存储。
此处还应注意节省的计算时间量实际上很大。在前面的例子中，语音编码器处理8kHz取样的信号，进而处理它，以上取样FIR滤波器对每个取样值或取样点需要超过100次乘法运算，而滤波器组可通过专家所知的MDCT实现，每个取样值仅需要10到几十(如约30)次乘法运算。
这里要指出的是，使用按照本发明的分级音频编码器，语音编码器可以被依照MPEG1到MPEG3标准的工作的任何的音频编码器替换，只要第一和第二阶段的编码器被设计在两个不同的取样频率上。
本发明的优选实施例将参照后面附图予以详细说明。
如下图1示出了按照本发明进行编码的设备的框图；图2示出了解码已编码的离散信号的设备的框图；图3示出了图1中的量化器/编码器的详细框图。
图1示出了按照本发明对(分级音频编码器的)时间离散信号编码的设备的基本框图。用第一取样速率(如48kHz)取样的离散信号x1，经过取样速率低于第一取样速率的下取样滤波器12的滤波，被变为第二取样速率(如8kHz)。第一和第二取样速率尽量取整数比关系。下取样滤波器12的输出被输入到按照第一编码算法编码的编码器/解码器14中。上面已经提到，编码器/解码器14可以是一低级语音编码器，如G.729,G.723,FS1016,MPEG-4,CELP等编码器。这些编码器工作于从4.8千比特每秒(FS1016)到8千比特每秒(G.729)的数据率上。它们都处理经取样频率8kHz取样过的信号。但是，专家们清楚地知道还可以使用别的工作于别的数据率和取样频率的任意编码器来替代。
编码器14编码的信号，即已编码的第二信号x2c，是一依赖编码器14的采用上述速率的比特流。它通过连线16输入到比特格式化装置18中，比特格式化装置18的功能在后面叙述。下取样滤波器12和编码器/解码器14一起组成本发明的分级音频编码器第一阶段。
在连线16上输出的已编码的第二信号x2c进而又被第一编码器/解码器14解码，以产生连线20上的编码/解码第二时间信号x2cd。和第一离散时间信号x1相比，编码/解码第二时间信号x2cd是一带宽减少的时间离散信号。在上面例子的数据中，第一时间离散信号x1最大有24kHz的带宽，因为取样速率为48kHz。编码/解码第二时间信号x2cd有最大为4kHz的带宽，因为已通过下取样滤波器12的抽取把第一时间信号x1的取样频率变为8kHz。在如不计编码器/解码器14引入的编码错误，从0到4kHz的带宽内，信号x1和xcd是相同的。
这里要指出的是编码器14引入的编码错误并不总是小错误，而可轻易的达到有用信号的数量级大小，例如当一极短的瞬时信号被第一编码器编码时。因此，为了检验差值编码是否起作用，要进行检查，后面将说明此问题。
信号x2cd和x1被分别送入滤波器组FB122和滤波器组FB224中。滤波器组FB122产生构成信号xcd的频率域表示的频谱值X2cd。对应地，滤波器组FB2产生构成第一时间信号x1的频率域表示的频谱值X1。两组滤波器的输出信号在求和器26中相减。更严格地说，从滤波器组FB2 24的输出频谱值X1中减去滤波器组FB122的输出频谱值X2cd。与求和器26的下行码流相连的是交换模块SM28，它以求和器26的输出信号Xd和滤波器组224的输出信号X1、即以下被称为频谱值X2的第一时间信号的频谱表示为输入。
交换模块28输入量化/编码器30。量化/编码器所执行的量化考虑到了专家所知的心理声学模型(符号表示为心理声学模型32)。两组滤波器22,24，求和器26，交换模块28，量化器/编码器30和心理声学模型32组成本发明的分级音频编码器的第二阶段。
本发明的分级音频编码器的第三阶段包括反量化器34，它执行量化器/编码器30的逆处理。反量化器34的输出信号Xcdb带负号地输入到附加求和器36中，而交换模块28的输出信号Xb带正号地输入附加求和器36。考虑到在心理声学模块32中的心理声学模型，附加求和器36的输出X’d经过附加量化器/编码器38的量化和编码，也使其通过连线40到达比特格式化装置18。比特格式化装置18进一步接受第一量化器/编码器30的输出信号Xcb。从图1可得，比特格式化装置18在连线44上的输出信号xOUT包括已编码的第二时间信号、第一量化器/编码器30的输出信号Xcb和附加量化器/编码器38的输出信号X’cd。
下面，将说明图1的分级音频编码器的操作。已提到的以第一取样速率取样的第一离散信号x1被输入下取样滤波器12，以产生第二离散时间信号x2，其带宽对应于低于第一取样速率的第二取样速率。被编码器/解码器14按照第一编码算法编码第二时间信号x2而产生第二编码时间信号x2c，随后以与第一编码算法对应的解码操作产生编码/解码第二时间信号x2cd。被编码/解码的第二时间信号x2cd被第一滤波器组FB122变换到频率域中，以产生构成被编码/解码的第二时间信号x2cd的第二频谱值X2cd，其以频率域表示。
应注意本例中，编码/解码第二时间信号x2cd是采用第二取样频率即8kHz的时间信号。这些信号的频率域表示和第一频谱值X1现在将被加权，第一频谱值由第二滤波器组FB224滤波采用第一取样速率即高取样速率的第一时间信号而得。为得到有相同的时间和频率分辨率的对比信号，8kHz信号，即第二取样频率信号，要变成有第一取样频率的信号。
这可由在信号x2cd的时间离散的取样值间引如特定数目的零值而得到。零的数目可根据第一和第二取样频率的比计算。这个比称为上取样比。专家们都知道，引入零，只需少量的计算开销，会引起信号x2cd的混叠，使信号x2cd的低频或有用频谱多次重复，其重复次数和引入的零相等。发生混叠的信号x2cd随后被第一滤波器组FB1变换，以便在频率域产生第二频谱值X2cd。
如果在每一个编码/解码第二信号x2cd的取样值间插入五个零，从前面可知，这样产生的信号只有第六个取样值非零。可以利用此事实使用滤波器组、MDCT或任意的傅立叶变换把信号变换到频率域，因为例如可能省去简单FFT中专门的求和器。利用可预知的变换后的信号结构，可采用有利于节省计算时间的方式把所述的信号变换到频率域。
第二频谱值X2cd仅是编码/解码第二时间信号x2cd的频谱表示的较低部分，这就是为什么大多数情况下，只取滤波器组FB1输出中x2cd的全部谱线中1/上取样比的部分。此处应指出因为在编码/解码第二信号中插入了零，被使用的X2cd的谱线数现在与没有混叠的构成第一时间信号x1的频谱域表示的第一频谱值X1有相同的时间和频率分辨率。两个信号X2cd和x1在减法器26和交换模块28中加权，以便产生加权的频谱值Xb或X1。交换模块28随后执行所谓的同时-差分(Simulcast-differential)交换操作。
在第二阶段采用差值编码并不总是有利，例如当差值信号即求和器26的输出含有比第二滤波器组的输出信号X1更高的能量时。进而由于第一阶段的编码器/解码器14可以使用任意的编码器实现，可能出现编码器产生的信号分量难于在第二阶段中编码。编码器/解码器14优选要保持要编码信号的相位信息，采用专家们称为“波形编码”或“信号形状编码”。第二阶段的交换模块28要决定是采用与频率相关的差值编码还是同时编码。
“差值编码”意味着仅仅第二频谱值X2cd和第一频谱值X1的差值被编码。但是，如果因为差值信号的能量比第一频谱值X1的能量高而不宜采取差值编码，差值编码会受到限制。此时，通过交换模块28连接本例中以48kHz取样的时间信号x1的第一频谱值X1并把它作为交换模块SM28的输出信号。
因为在频率域中形成差值的事实，当信号X1和X2cd的差值计算出来后，能容易地进行频率选择性地选择同时编码或差值编码。差值形成于频率域允许简单地选择频率域进行差值编码。可基本上单独地在每个频谱值间进行从差值编码到同时编码的切换。但是，这需要大量的副信息，但并不是绝对需要的。因此，例如，应首先进行以频率组的形式比较差值频谱值和第一频谱值的能量。可选的方法还有可以确定从开始频率的特定频带，如当时间信号x2为4kHz的带宽时，它包含8个500Hz频带最终又组成信号X2cd的全带宽频谱，可选择其中的一个频带确定其能量。确定频带时采取折中的方式，即把在频带中差值编码是否有效这样要传输的副信息的数量和尽可能频繁地进行差值编码所能带来的好处一起折中考虑。
以比特流传输的副信息(如每带宽8比特，差值编码或其他合适编码方法的开关状态比特)指示是否对特定的频带进行差值编码。在后述的解码器中，仅仅第一编码器对于的那部分频带在重建时被相应地加上。
加权第一频谱值X1和第二频谱值X2cd的步骤包括首先，为得到差值的频谱值Xd，从第一频谱值X1中减去第二频谱值X2cd。进而，以已知的方法(如加法和平方)计算在预先确定的频带内(如8kHz时的500Hz)的差值频谱值Xd和第一频谱值X1的能量。接着逐个选择频谱范围，进行此频谱范围内的能量比较。如果在特定频谱范围的差值频谱值Xd的能量超过第一频谱值X1能量与系数k的乘积，则判定加权频谱值Xb等于第一频谱值X1，否则判定第一频谱值X1的加权值为差值频谱值Xd。系数k可能的取值范围为例如从0.1到10。当k取值小于1，且差值信号已经比原始信号的能量低时，使用同时编码。反之，当k大于1，即使差值信号的能量已经大于在第一编码器中未编码的原始信号的能量，继续使用差值编码。当加权同时编码时，交换模块28将通过第二滤波器组24的输出信号连接，从而能直接地谈话。作为已述的用以形成差值的替代方法，可能执行的运算有，如求上述的两信号的比、积或别的联系。
加权频谱值Xb的值由交换模块28确定，要么为差值频谱值Xd，要么为第一频谱值X1，按照专家所知的心理声学模块32提供的心理声学模型，由第一量化器/编码器30量化，随后首先经过如霍夫曼编码的冗余编码。进而，如专家所知，将从时间信号计算心理声学模型，这就是在图1中，为什么要把高取样速率的第一时间信号x1直接输入到心理升学模型32的原因。量化器/编码器30输出信号Xcb经过连线42直接输入比特格式化装置18并把输出写入输出信号xOUT中。
此前已经叙述了含有第一阶段和第二阶段的分级音频编码器。从本发明的优点来讲，分级音频编码器的发明构思是能够级连两个阶段以上。这样，对于如以48kHz取样的输入信号x1，为使解码后的信号达到接近电话的语音质量，在第一编码器/解码器14以减少的取样速率编码第一个4kHz的频带是可能的。在第二阶段中，通过量化器/编码器30，可以编码直到12kHz的频带，以达到接近HIFI音质的声音质量。专家们都清楚，以48kHz取样的信号可以有24kHz的带宽。第三阶段，通过附加量化器/编码器38，可以最大编码24kHz的带宽，或者如为达到接近CD的音质，可编码例如20kHz的带宽。
在第三阶段，交换模块28输出已加权信号Xb到附加求和器36中。进而，在本例中，为得到12kHz带宽的编码/解码加权频谱值Xcdb，把带宽12kHz的已编码的加权后频谱值Xcb在反量化器34中再次解码。通过第二求和器36生成差值，可以计算附加差值频谱值X’d。本例中，附加差值频谱值X’d将包含量化器/编码器30从4kHz到12kHz的编码错误，和从12kHz到20kHz内全部的频谱信息。第三阶段的附加量化器/编码器38和第二阶段的量化器/编码器30本质上相同，并受心理声学模型的控制，附加差值频谱值X’d随后被此附加量化器/编码器量化和编码，以便得到也被输入比特格式化装置18的附加编码差值频谱值X’cd。编码所得数据流xOUT，加上要传输的副信息，由下列信号组成-已编码第二信号x2c(从0到4kHz的全频谱)；-已编码加权频谱值Xcb(同时编码的从0到12kHz的全频谱或者编码器14从0到4kHz的编码错误和差值编码从4到12kHz的全频谱)；-附加编码差值值X’cd(编码器/解码器14、量化器/编码器30从0到12kHz的编码错误和从12到20kHz全频谱信息或者当同时模式时，量化器/编码器30从0到12kHz的编码错误和从12到20kHz的全频谱信息)。
在从第一编码器/解码器14到量化器/编码器30的转移时，可能发生转移干扰，即本例中，在从4kHz到大于4kHz的转变时。转移错误以写入比特流xOUT的错误频谱值的形式表现出来。可以确定所有编码器/解码器的频谱范围仅仅使用直到1/上取样系数减去x(x=1,2,3)的谱线。这样按照第二取样速率所能达到的最大带宽的信号X2cd的最后谱线将不计算在内。这样加权函数被隐含地使用，在提到的情形下，加权函数大于特定频率值时为零，小于此值时为一。作为可选的替代方法，可能使用“软”加权函数。它使显示转移干扰的谱线幅度减少，于是可认为所有幅度减少的谱线都相同。
这里要指出的是不会听到转移干扰，因为在解码器中它们被再次减小。但是，转移干扰会导致差值信号过多，因为差值编码的增益也被随后减少了。根据前述的加权函数的加权，编码增益的损失将限制在一定范围内。非方形的加权函数不需要附加副信息，因为此函数如同方形函数一样，从编码器和解码器的开始就可协调一致。
图2示出了能对经图1的分级音频编码器编码后信号解码的解码器的优选实施例。图1比特格式化装置18的输出数据流输入去复用器46中，以便从所述的数据流xOUT，得到图1连线42,40和16上的信号。已编码的第二信号x2c输入延迟器48中，所述的延迟器48在数据中引入延迟。由于系统的别的部分的缘故而变为必需的，但并不构成本发明。
如图二所示，经过延迟后，已编码第二信号x2c输入到解码器50中，它进行如图1的编码器/解码器14一样的第一编码算法，以便产生通过连线52输出的被编码/解码的第二时间信号xcd2。和反量化器34相同，反量化器54反量化已编码的加权频谱值Xcb，以便得到加权频谱值Xb。和图1中的反量化器54和34相同，为得到附加差值频谱值X’d，反量化器56反量化图1中连线40上的附加编码差值值X’cd。当反向交换模块60决定基于以比特流传输的副信息，使用同时编码时，求和器58算出与第一时间信号x1频谱值X1对应的频谱值Xb与频谱值X’d的和值。
在使用差值编码时，为取消差值编码模式，求和器58的输出信号被输入到求和器60。当差值编码被输入到交换模块60时，将阻塞图2的高级的输出分支，并同过低级输入分支相连接，以便输出第一频谱值X1。
这里应指出的是从图2中可看出，为得到第二频谱值X2cd，编码/解码第二时间信号不得不通过滤波器组64变换到频率域，因为求和器62求出的是频谱值的和。滤波器组64优选应和滤波器组FB122和FB224相同，这样只需要使用一个装置。当使用适合的缓存器时，可连续输入不同的信号。作为替代，也可以使用别的适合的滤波器组。
前面已经提到，量化频谱值时用到的信息来自于经心理声学模块32处理的第一时间信号x1。尤其从最小化发送数据量的意义上来说，应努力尽可能粗地量化频谱值。在另一方面，量化器引入的干扰不应该达到能听到的程度。心理声学模块32中的KNOW-PER-SE模型被用来计算量化器允许引入的干扰能量，以确保干扰不会被听出来。已知的量化器/编码器的控制单元控制量化器，以便使量化器引入的量化干扰小于或等于允许值。量化干扰被持续地被系统监控。已被块30中的量化器量化的信号又被反量化。通过比较量化器的输入信号和量化/反量化信号，实际上就计算出了干扰能量。在控制单元中，把实际的量化/反量化信号和允许的干扰能量作比较。当实际的干扰能量比允许的干扰能量高时，量化器的控制单元将调整精细量化。允许的和实际的干扰能量之间的比较一般发生在每个心理声学频带。此方法是公知的，当在本发明中使用同时编码时，分级音频编码器使用此方法。
在确定使用差值编码时，不能使用已知的方法，因为除差值频谱值Xb以外，将没有频谱值被量化。心理声学模型为每一个心理声学频带传送允许的干扰能量EPM，这不适合和差值频谱值比较。
图3示出了图1的量化器/编码器30或38的详细框图。加权频谱值Xb送往量化器30a，量化器送出已量化加权频谱值Xqb。已量化加权频谱值随后在反量化器30b中反量化，以便输出量化/反量化加权频谱值Xqdb。后者输入控制单元30c中，30c能接收从心理声学模块38来的每频带允许干扰能量EPM。为提供一可与心理声学模块的输出相比较的信号，信号X2cd和表示差值的信号Xqdb相加。在控制单元30c，通过以下方程式可计算出每个频带的实际干扰能量ETSETS=∑(X1[i]-(Xqdb+X2cd))2通过比较实际干扰能量ETS和允许干扰能量EPM，控制单元确定量化是否太精细或粗糙了，以便通过连线30d调整量化器30a的量化过程，这样实际干扰不会超过允许的干扰。专家们清楚通过对频谱值平方计算能量，频带的能量通过将频带内的频谱值的平方求和来确定。进而，应指出，通常情况下，差值编码使用的频带的宽度和心理声学频带(即，频率群)的宽度不同，这点很重要。要确定差值编码使用的频带以便获得有效的编码，然而心理声学频带或频率群的决定基于对人耳的观察，即心理声学模型。
专家们清楚在所给的例中，第一取样频率为48kHz，第二取样频率为8kHz，当然本例只是示例性的。第二(低的)取样频率也可能低于8kHz。整个系统的取样速率可以使用48kHz,44.1kHz,32kHz,24kHz,22.05kHz,16kHz,8kHz或者别的任何适合的取样速率。如上所述，第一阶段的编码器/解码器14的比特率的范围可从4.8kbit/s到8kbit/s。第二阶段的第二编码器的比特率的范围从0到64,64.659,96,128,或256kbit/s对应的取样速率为48,44.1,32,24,16和8kHz。对所有的取样速率，第三阶段的编码器的比特率从8kbit/s到448kbit/s。
权利要求
1．对以第一取样速率取样的离散第一时间信号(x1)进行编码的方法，所述编码方法包括以下步骤从第一时间信号(x1)产生第二时间信号(x2)，其带宽对应于低于第一取样速率的第二取样速率；为得到编码后的第二信号(x2c)，按照第一编码算法编码第二时间信号(x2)；为得到带宽对应于第二取样速率的编码/解码后的第二时间信号(x2cd)，按照第一编码算法解码已编码的第二信号(x2c)；把第一时间信号(x1)变换到频率域以便得到第一频谱值(X1)；从编码/解码后的第二时间信号(x2cd)产生第二频谱值(X2cd)，第二频谱值(X2cd)是编码/解码后的第二时间信号(x2cd)的频率域表示，且其时间和频率分辨率大体上等于第一频谱值(X1)；用第二频谱值(X2cd)加权第一频谱值(X1)，以便得到加权频谱值(Xb)，其数量和第一频谱值(X1)的数目对应；按照第二编码算法编码加权频谱值(Xb)，以便得到编码加权频谱值(Xcb)。
2．权利要求1所述的编码方法，其中产生第二频谱值(X2cd)步骤包括在编码/解码后的第二时间信号(x2cd)的每个离散值间插入多个零值，零的数目等于第一与第二取样速率的比值减一，以便得到修改的编码/解码后的第二信号；把修改的编码/解码后的第二信号变换到频率域，以便得到修改频谱值；为得到第二频谱值(X2cd)，选择所修改频谱值的范围，所述的范围从最低频率的频谱值到其频率值基本上等于第二时间信号(x2)带宽值的频谱值。
3．权利要求1所述的编码方法，其中产生第二频谱值(X2cd)的步骤包括以下步骤在每个编码/解码后的第二时间信号(x2cd)间插入多个零，零的数目等于第一与第二取样速率的比值减一，以便得到修改的编码/解码后的第二信号；从修改的编码/解码后的第二信号仅计算频谱值的范围，所述的范围从最低频率的频谱值到频率值大体上等于第二时间信号(x2)带宽值的频谱值。
4．权利要求2或3所述的编码方法其中在对应于第二时间信号(x2)带宽值的频率附近的少量谱线不被选中或由加权函数加权并在以后选中。
5．任何前述的权利要求之一所述的编码方法，其中加权的步骤包括以下步骤从第一频谱值(X1)中减去第二频谱值(X2cd)，以便得到差值频谱值(Xd)；计算差值频谱值(Xd)的能量；计算第一频谱值(X1)的能量；频率选择性地比较差值频谱值(Xd)和第一频谱值(X1)的能量；取k值在0.1到10之间时，当在频率选择中差值频谱值(Xd)的能量超过第一频谱值(X1)与系数k的乘积的能量时，确定第一频谱值(X1)为加权频谱值；否则，确定差值频谱值(Xd)为加权频谱值(Xb)。
6．权利要求5所述的编码方法，其中以频率群的形式进行所述频率选择性比较。
7．任何前述的权利要求之一所述的编码方法，其中按照第二编码算法编码已加权的频谱值(Xb)时考虑了心理声学模型。
8．权利要求7所述的编码方法，其中编码过程包括以下步骤考虑到心理声学模型，从第一时间信号(x1)计算某频带内的允许干扰能量(EPM)；量化此频带内的加权频率值(Xb)；反量化此频带内量化加权频谱值(Xqb)；通过下面的方程式计算此频带内的实际的干扰能量ETS=∑(X1[i]-(Xqdb+X2cd))2此处X1代表第一频谱值，Xqdb代表量化/反量化的加权频谱值，X2cd代表第二频谱值且i代表频谱值的求和指数，i包括的范围从频带的第一个频谱值到最后一个频谱值。比较此频带内的实际干扰能量(ETS)和允许的干扰能量(EPM)；当此频带内的实际干扰能量(ETS)高于允许干扰能量(EPM)，在此频带内用精细量化进行编码；否则，在此频带内使用粗量化进行编码。
9．任何前述的权利要求之一所述的编码方法，其中按照第二编码算法进行的编码包括为减少冗余而采用的霍夫曼编码。
10．任何前述的权利要求之一所述的编码方法，进一步包括以下步骤编排被编码的第二信号(x2x)和被编码的加权信号(Xcb)以便获得可传输的数据流(XOUT)。
11．权利要求1到8之一所述的编码方法，在编码加权后的频谱值(Xb)的步骤之后采取以下步骤解码加权后的编码频谱值(Xcb)，以便获得编码/解码加权频谱值(Xcdb)；从加权频谱值(Xb)中减去被编码/解码的加权频谱值(Xcdb)以便得到附加的差值频谱值(X’d)；按照第二编码算法编码附加的差值频谱值(X’d)以便得到被编码的加权频谱值(X’cd)。
12．权利要求10所述的编码方法，进一步包括以下步骤编排被编码的第二信号(X2c)被编码的加权频谱值(Xb)和被编码的附加差值频谱值(X’cd)，以便得到可发送的数据流。
13．对已编码离散信号的方法解码，包括如下步骤按照第一编码算法解码被编码的第二信号(x2c)，以便得到编码/解码的第二离散时间信号(x2cd)；按照第二编码算法解码编码的加权频谱值(Xcb)，以便得到加权频谱值(Xb)；把被编码/解码的第二离散时间信号(x2)变换到频率域，以便得到第二频谱值(X2cd)；反加权加权频谱值(Xb)和第二频谱值(X2cd)以便得到第一频谱值(X1)；反变换第一频谱值(X1)到时间域，以便得到第一离散时间信号(x1)。
14．对以第一取样速率取样的离散第一时间信号(x1)进行编码的设备，包括装置(12)，其从第一时间信号(x1)产生出第二时间信号(x2)，第二时间信号(x2)的带宽对应于比第一取样速率低的第二取样速率；装置(14)，其按照第一编码算法编码第二时间信号(x2)，以便得到被编码的第二信号(x2c)；装置(14)，其按照第一编码算法解码被编码的第二信号(x2c)，以便得到被编码/解码的第二时间信号(x2cd)，第二时间信号(x2cd)的带宽对应于第二取样速率；装置(24)，其把第一时间信号(x1)变换到频率域，以便得到第一频谱值(X1)；装置(22)，其从被编码/解码的第二时间信号(x2cd)产生第二频谱值(X2cd)，第二频谱值(X2cd)是被编码/解码的第二时间信号(x2cd)的频率域表示，且时间和频率分辨率大体上等于第一频谱值(X1)；装置(26,28)，其通过第二频谱值(X2cd)加权第一频谱值(X1)以便得到加权频谱值(Xb)，加权频谱值(Xb)的数量对应于第一频谱值(X1)的个数；装置(30)，其按照第二编码算法编码加权频谱值(Xb)以便得到被编码的加权频谱值(Xcb)。
15．对已编码时间离散信号进行解码的设备，包括装置(50)，其通过第一编码算法解码编码信号(x2c)，以便得到被编码/解码的第二离散时间信号(x2cd)；装置(54)，其通过第二编码算法解码已编码加权频谱值(Xcb)，以便得到加权频谱值(Xb)；装置(64)，其把编码/解码第二离散时间信号(x2)变换到频率域，以便得到第二频谱值(X2cd)；用于反加权加权频谱值(Xb)和第二频谱值(X2cd)以便得到第一频谱值(X1)的装置；装置(66)，其把第一频谱值(X1)变换到时间域，以便得到第一离散时间信号(x1)。
全文摘要
本发明涉及对以第一取样速率取样所得的离散时间信号(x
文档编号G10L19/24GK1234897SQ97199177
公开日1999年11月10日 申请日期1997年11月28日 优先权日1997年2月19日
发明者伯恩哈特·格里尔, 伯恩德·埃德勒, 卡尔海因茨·勃兰登堡 申请人:弗劳恩农场主协会应用研究开发E·V·