一种用于音频信号的矢量量化编解码方法及装置的制造方法
【技术领域】
[0001 ] 本发明涉及一种用于音频信号的矢量量化编解码方法及装置。
【背景技术】
[0002]在目前通用的各音频编码标准中，对变换域的音频信号多采用标量量化的方案进行量化编码，比如在MPEG-lLayer3 (MP3)、MPEG2/4AAC、AVS等标准中，对MDCT数据采用标量量化的方式进行量化，然后采用Huffman编码来进行熵编码；而在AC-3编码方案中，则将MDCT数据分解为指数和尾数，对尾数部分按照比特分配模型进行比特数可变的量化编码。由于标量量化方案无法有效地利用变换域信号相邻数据间存在的冗余，因此很难获得理想的编码效果。矢量量化是解决此问题的一个合理的方式，变换域加权交叉矢量量化(TffINVQ)方案是一种应用了矢量量化技术的音频编码方法，该方法在对信号进行MDCT变换后，通过交叉选择信号谱参数构造待量化的矢量，然后采用高效率的矢量量化获得了较优的音频编码质量，但TWINVQ中没有有效利用音频感知特性来控制量化噪声，而且TWINVQ中没有充分利用信号特性来指导矢量的组织，因此需要进一步改进。
【发明内容】
[0003]本发明的目的是提供一种能够克服上述缺陷的用于音频信号的矢量量化编解码方法及装置。
[0004]在第一方面，本发明提供了一种用于音频信号的矢量量化编码方法，包括:对音频信号的变换域谱进行音频感知分析，根据分析结果对音频信号的变换域谱进行幅度调整(幅度调整后的变换域谱称作加权谱)，得到待量化的加权谱；对所述待量化的加权谱进行组织，得到多个待量化的矢量；以及对所述多个待量化的矢量进行量化编码，得到矢量量化编码数据。
[0005]优选地,所述对所述待量化的加权谱进行组织的步骤包括:构造所述待量化的加权谱的时频平面；根据所述音频信号的类型及其音调性对所述时频平面进行划分，并且根据划分结果将所述加权谱组织成多个待量化的矢量。
[0006]优选地，所述根据所述音频信号的类型及其音调性对所述时频平面进行划分，并且根据划分结果将所述加权谱组织成多个待量化的矢量的步骤包括:基于频率抽取进行划分和组织，其具体为根据所述类型及音调性判断出所述音频信号是具有谐波结构的平稳信号，然后按照时间方向对所述时频平面进行划分，以谐波为单位对所述加权谱进行频率抽取，将所述加权谱组织成多个待量化的矢量；或者按时间方向进行划分和组织，其具体为根据所述类型和音调性判断出所述音频信号是平稳信号，然后按照时间方向对所述时频平面进行划分，根据划分结果将所述加权谱组织成多个待量化的矢量；或者按频率方向进行划分和组织，其具体为根据所述类型和音调性判断出所述音频信号在时域具有快变特性，然后按照频率方向对所述时频平面进行划分，根据划分结果将所述加权谱组织成多个待量化的矢量；或者按时频区域进行划分和组织，其具体为根据所述音调性和类型判断出所述音频信号为复杂信号，然后将所述时频平面划分为多个时频区域，根据划分结果将所述加权谱组织成多个待量化的矢量。
[0007]优选地，所述根据所述音频信号的类型及其音调性对所述时频平面进行划分，并且根据划分结果将所述加权谱组织成多个待量化的矢量的步骤还包括:按照使得编码增益最大的规则从所述基于频率抽取进行划分和组织、所述按时间方向进行划分和组织、所述按频率方向进行划分和组织、所述按时频区域进行划分和组织中选择编码增益最大的一种或几种方式的组合进行所述划分和组织。
[0008]优选地，所述对所述多个待量化的矢量进行量化编码的步骤包括:对所述多个待量化的矢量进行矢量量化编码；或者对所述多个待量化的矢量进行标量量化再进行熵编码。
[0009]在第二方面，本发明提供了一种用于音频信号的矢量量化解码方法，包括:对矢量量化编码数据进行解码，得到反量化的矢量；根据矢量划分信息对所述反量化的矢量进行矢量重构，得到反量化的加权谱；对所述反量化的加权谱进行幅度调整，得到解码数据。
[0010]在第三方面，本发明提供了一种用于音频的矢量量化编码装置，包括:幅度调整模块，用于对音频信号的变换域谱进行音频感知分析，根据分析结果对音频信号的变换域谱进行幅度调整，得到待量化的加权谱；矢量组织模块，用于对所述待量化的加权谱进行组织，得到多个待量化的矢量；以及量化编码模块，用于对所述多个待量化的矢量进行量化编码，得到矢量量化编码数据。
[0011]优选地，所述矢量组织模块被配置用于:构造所述待量化的加权谱的时频平面；根据所述音频信号的类型及其音调性对所述时频平面进行划分，并且根据划分结果将所述加权谱组织成多个待量化的矢量。
[0012]优选地，所述根据所述音频信号的类型及其音调性对所述时频平面进行划分，并且根据划分结果将所述加权谱组织成多个待量化的矢量的步骤包括:基于频率抽取进行划分和组织，其具体为根据所述类型及音调性判断出所述音频信号是具有谐波结构的平稳信号，然后按照时间方向对所述时频平面进行划分，以谐波为单位对所述加权谱进行频率抽取，将所述加权谱组织成多个待量化的矢量；或者按时间方向进行划分和组织，其具体为根据所述类型和音调性判断出所述音频信号是平稳信号，然后按照时间方向对所述时频平面进行划分，根据划分结果将所述加权谱组织成多个待量化的矢量；或者按频率方向进行划分和组织，其具体为根据所述类型和音调性判断出所述音频信号在时域具有快变特性，然后按照频率方向对所述时频平面进行划分，根据划分结果将所述加权谱组织成多个待量化的矢量；或者按时频区域进行划分和组织，其具体为根据所述音调性和类型判断出所述音频信号为复杂信号，然后将所述时频平面划分为多个时频区域，根据划分结果将所述加权谱组织成多个待量化的矢量。
[0013]优选地，优选地，所述根据所述音频信号的类型及其音调性对所述时频平面进行划分，并且根据划分结果将所述加权谱组织成多个待量化的矢量的步骤还包括:按照使得编码增益最大的规则从所述基于频率抽取进行划分和组织、所述按时间方向进行划分和组织、所述按频率方向进行划分和组织、所述按时频区域进行划分和组织中选择编码增益最大的一种或几种方式的组合进行所述划分和组织。
[0014]优选地，所述量化编码模块被配置用于:对所述多个待量化的矢量进行矢量量化编码；或者对所述多个待量化的矢量进行标量量化再进行熵编码。
[0015]在第四方面，本发明提供了一种用于音频信号的矢量量化解码装置，包括:量化解码模块，用于对矢量量化编码数据进行解码，得到反量化的矢量；矢量重构模块，用于根据矢量划分信息对所述反量化的矢量进行矢量重构，得到反量化的加权谱；频谱重构模块，对所述反量化的加权谱进行幅度调整，得到解码数据。
[0016]本发明提出了一种用于音频信号的矢量量化编解码方案，该方案参考音频感知特性对变换域信号进行幅度调整，可消除感知冗余，提高编码效率；通过信号特性分析，对音频的时频平面进行合理的划分，并将其组织成待量化矢量；可选择使得编码增益最大的时频平面划分和矢量组织方式，有利于对信号进行高效的量化编码。
【附图说明】
[0017]图1为根据本发明实施例的矢量量化编码装置的框图。
[0018]图2为根据本发明实施例的4种矢量划分的示意图。
[0019]图3为根据本发明实施例的矢量量化解码装置的框图。
[0020]图4为根据本发明实施例的单声道音频矢量量化编码装置的结构框图。
[0021]图5为根据本发明实施例的单声道音频矢量量化解码装置的结构框图。
[0022]图6为根据本发明实施例的单声道频带扩展音频矢量量化编码装置的结构框图。
[0023]图7为根据本发明实施例的单声道频带扩展音频矢量量化解码装置的结构框图。
【具体实施方式】
[0024]下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
[0025]图4为根据本发明实施例的单声道音频矢量量化编码装置的结构框图。
[0026]如图4所示，根据本发明实施例的单声道音频矢量量化编码装置包括:重采样模块401，信号类型判断模块402、MDCT变换模块403、矢量量化编码模块404以及比特流复用模块405。应当指出，虽然本实施例以MDCT为例进行说明，但该装置和方法也适用于其他类型数据的编码，比如MDFT域、FFT域、QMF域等。
[0027]重采样模块401用于将输入的数字声音信号从原始采样率变换到目标采样率，并将重采样后的信号以帧为单位输出到信号类型判断模块、MDCT变换模块。应注意，如果所输入的数字声音信号本身就具有目标采样率，则根据本发明原理的编码装置可以不包括该模块。
[0028]信号类型判断模块402用于对重采样后的声音信号逐帧进行信号类型分析，并输出信号类型分析的结果。由于信号本身的复杂性，信号类型可以采用多种表示形式。例如，若该帧信号是缓变信号，则直接输出表示该帧信号是缓变信号的标识；若是快变信号，则需继续计算快变点发生的位置，并输出表示该帧信号是快变信号的标识和快变点发生的位置。
[0029]MDCT变换模块403用于根据从信号类型判断模块402输出的信号类型分析结果，采用不同长度阶数的MDCT变换，将重采样后的声音信号映射到MDCT变换域，并将声音信号的MDCT域系数输出到矢量量化编码模块404。具体地，若该帧信号是缓变信号，则以帧为单位做MDCT变换，选择较长阶数的MDCT变换；若是快变信号，则将该帧信号划分为子帧，以子帧为单位做MDCT变换，选择较短阶数的MDCT变换。