专利名称：信号编码和解码设备及处理方法、信号处理系统、程序的制作方法
技术领域：
本发明涉及信号编码设备、信号解码设备和信号处理系统，更具体地涉及用于对 基于输入的信号生成的频率分量进行编码的信号编码设备、对基于输入的信号生成的频率 分量进行处理的方法、以及用于允许计算机执行该方法的程序。
背景技术：
一般地，在现有技术中的对音响信号(acoustic signal)进行编码的音响信号编 码设备中，音响信号被转换成被正规化和量化后的频率分量，并且该正规化的量化值被编 码。例如，公开了将音响信号中的频率分量划分在每个预定的频带中并量化被划分在每个 预定频带中的信号的系统(参考日本专利3277692的图1)。在现有技术的上述技术中，在每个预定子带中量化音响信号的频率分量，使得可 针对每个子带而控制量化精确度。因此，可通过使用诸如掩蔽效果之类的人的听觉感知特 性来进行量化。然而，在针对每个子带进行量化的情况下，由于量化值的出现概率分布在子 带中是不相同的，因此在量化值的一些出现概率分布中编码效率大大降低。因此，音响信号 的压缩率会劣化。
发明内容
期望通过对输入信号的编码来改进压缩率。在本发明的第一实施例中，提供了一种信号编码设备，包括编码单元，该编码单 元通过多个编码算法对输入信号中的频谱的量化值进行编码；振幅变化量计算单元，该振 幅变化量计算单元基于频谱的谱包络而计算针对频谱的振幅变化量；编码选择单元，该编 码选择单元根据振幅变化量中的量化值的出现概率分布的偏离程度而在多个编码算法中 选择编码算法；还提供了信号编码方法以及用于允许计算机执行该信号编码方法的程序。 因此，可以获得如下功能根据基于输入信号中的频谱的谱包络中的振幅变化量的量化值 的出现概率分布的偏离程度而在多个用于对量化值进行编码的编码算法中选择编码算法。另外，在第一实施例中，该信号编码设备可进一步包括振幅参考值生成单元，该振 幅参考值生成单元基于在频谱的频带中的每个子带中提取的频谱的最大水平而生成针对 子带的振幅参考值作为谱包络，其中振幅变化量计算单元基于针对作为多个子带中的预定 子带的变化量计算频带的振幅参考值而计算每个子带中的振幅变化量，且其中在针对子带 的振幅变化量大的情况下，编码选择单元在每个子带中选择用于对与偏离程度大的子带相 对应的量化值进行编码的编码算法。因此，在基于在每个子带中的频谱的最大水平的基础 上生成的振幅参考值中的、针对多个子带附近的变化量计算频带的振幅参考值而计算振幅 变化量且振幅变化量大的情况下(其中要计算振幅变化量)，可以获得如下功能在每个子 带中选择用于对与出现概率分布的偏离程度大的子带相对应的量化值进行编码的编码算 法。在这种情况下，振幅变化量计算单元可基于针对作为变化量计算频带的相邻子带的振 幅参考值的差来计算每个子带中的振幅变化量。因此，可以获得如下功能允许振幅变化量计算单元基于针对作为低频带或高频带的相邻子带的振幅参考值的差来计算每个子带中 的针对频谱的振幅变化量。另外，在信号编码设备进一步包括振幅参考值生成单元的情况下，其中振幅参考 值生成单元基于在频谱的频带中的每个子带中提取的频谱的最大水平而生成针对子带的 振幅参考值作为谱包络，其中振幅变化量计算单元基于针对作为多个子带中的预定子带的 变化量计算频带的振幅参考值而计算每个子带中的振幅变化量，且其中在针对子带的振幅 变化量大的情况下，编码选择单元在每个子带中选择用于对与偏离程度大的子带相对应的 量化值进行编码的编码算法，则振幅变化量计算单元可基于针对低频带中的子带的振幅参 考值的平均值以及针对变化量计算频带的振幅参考值来计算每个子带中的振幅变化量。因 此，可以获得如下功能基于针对低频带中的子带的振幅参考值的平均值以及针对要计算 振幅变化量的子带的振幅参考值来计算针对子带的振幅变化量。另外，在信号编码设备进一步包括振幅参考值生成单元的情况下，振幅参考值生 成单元基于频谱的频带中的每个子带中提取的频谱的最大水平而生成针对子带的振幅参 考值作为谱包络，其中振幅变化量计算单元基于针对作为多个子带中的预定子带的变化 量计算频带的振幅参考值而计算每个子带中的振幅变化量，且其中在针对子带的振幅变化 量大的情况下，编码选择单元在每个子带中选择用于对与偏离程度大的子带相对应的量化 值进行编码的编码算法，则振幅参考值生成单元可生成比例因数作为振幅参考值，该比例 因数是子带的振幅水平的参考。因此，可以获得如下功能允许振幅参考值生成单元生成比 例因数作为振幅参考值，该比例因数是用于子带中的频谱的正规化的振幅水平。在本发明的第二实施例中，提供了一种信号解码设备，该信号解码设备包括解码 单元，该解码单元通过多个解码算法对输入信号中的频谱的量化值被编码后的编码数据进 行解码；振幅变化量计算单元，该振幅变化量计算单元根据基于频谱的频带中的每个子带 中提取的频谱而生成的振幅参考值中的预定子带的振幅参考值来计算针对子带的振幅变 化量；以及解码选择单元，该解码选择单元根据振幅变化量中的量化值的出现概率分布的 偏离程度而在多个解码算法中选择解码算法；还提供了信号解码处理方法和允许计算机执 行该信号解码处理方法的程序。因此，可以获得如下功能根据基于从信号编码设备输入的 振幅参考值计算的振幅变化量中的量化值的出现概率分布的偏离程度而在用于对编码数 据进行解码的多个解码算法中选择解码算法。在本发明的第三实施例中，提供了一种信号处理系统，包括信号编码设备和信号 解码设备，该信号编码设备具有编码单元，该编码单元通过多个编码算法对输入信号中的 频谱的量化值进行编码；振幅参考值生成单元，该振幅参考值生成单元基于在频谱中的每 个子带中提取的频谱而生成针对子带的振幅参考值；振幅变化量计算单元，该振幅变化量 计算单元基于针对作为多个子带中的预定子带的变化量计算频带的振幅参考值而计算每 个子带中的振幅变化量；以及编码选择单元，该编码选择单元根据振幅变化量中的量化值 的出现概率分布的偏离程度而在多个编码算法中选择编码算法，该信号解码设备具有解 码单元，该解码单元通过多个解码算法对输入信号中的频谱的量化值被编码后的数据进行 解码；振幅变化量计算单元，该振幅变化量计算单元基于信号编码设备中的振幅参考值编 码单元所生成的振幅参考值中的针对变化量计算频带的振幅参考值而计算每个子带中的 振幅变化量；以及解码选择单元，该解码选择单元根据振幅变化量中的量化值的出现概率分布的偏离程度而在多个解码算法中选择解码算法。因此，可以获得如下功能允许信号编 码设备根据基于多个子带中的变化量计算频带的振幅参考值生成的振幅变化量中的量化 值的出现概率分布的偏离程度而在用于对量化值进行编码的编码算法中选择编码算法， 以及允许信号解码设备根据量化值的出现概率分布的偏离程度而在用于对编码数据进行 解码的多个解码算法中选择解码算法，其中该编码数据是通过使用从信号编码设备输入的 每个子带中的振幅参考值中的、以与信号编码设备相同的方式限定的变化量计算频带的振 幅参考值而基于振幅变化量进行编码后的编码数据。根据本发明，存在以下优点可以通过对输入信号进行编码来改进压缩率。
图1是示出根据本发明实施例的音响信号处理系统的配置示例的框图。图2是示出根据本发明第一实施例的音响信号编码设备的配置的示例的框图。图3A和3B是示出根据本发明第一实施例的振幅变化量计算单元进行的针对每个 子带的振幅变化量的确定的示例的图。图4是示出对应于被振幅变化量计算单元确定为振幅变化量大的子带中的子带 宽度W4中的子带的量化值的出现概率分布的示例的图。图5是示出对应于被振幅变化量计算单元确定为振幅变化量大的子带中的子带 宽度W8中的子带的量化值的出现概率分布的示例的图。图6是示出对应于被振幅变化量计算单元确定为振幅变化量大的子带中的子带 宽度W16中的子带的量化值的出现概率分布的示例的图。图7是示出根据本发明第一实施例的谱编码处理单元的配置示例的框图。图8是示出根据本发明第一实施例的音响信号编码设备中的编码方法的过程的 示例的流程图。图9是示出根据本发明第一实施例的音响信号编码设备中的正规化谱生成处理 (步骤S920)的过程的示例的流程图。图10是示出根据本发明第一实施例的振幅变化量计算单元中的振幅变化确定处 理(步骤S930)的过程的示例的流程图。图11是示出根据本发明第一实施例的谱编码处理单元中的谱编码处理(步骤 S940)的过程的示例的流程图。图12是示出根据本发明第二实施例的音响信号解码设备的配置示例的框图。图13是示出根据本发明第二实施例的谱解码处理单元的配置示例的框图。图14是示出音响信号处理系统中的压缩率和现有技术的系统的压缩率的比较结 果的图。图15是示出根据本发明第二实施例的音响信号编码设备中的解码方法的过程的 示例的流程图。图16是示出根据本发明第二实施例的振幅变化量计算单元中的振幅变化确定处 理(步骤S960)的过程的示例的流程图。图17是示出根据本发明第二实施例的谱解码处理单元中的谱解码处理(步骤 S970)的过程的示例的流程图。
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图18是示出根据本发明第二实施例的音响信号解码设备中的逆正规化处理(步 骤S980)的过程的示例的流程图。图19是示出根据本发明第三实施例的音响信号编码设备200的配置示例的框图。图20是示出根据本发明第三实施例的音响信号编码设备200中的振幅变化确定 处理(步骤S990)的过程的示例的流程图。图21是示出根据本发明第四实施例的音响信号解码设备的配置示例的框图。图22是示出根据本发明第五实施例的谱编码处理单元的配置示例的框图。
具体实施例方式以下说明根据本发明的示例实施例(以下称为实施例)。以如下顺序进行说明。1.第一实施例(编码处理基于相邻子带的振幅参考值的编码算法的变型例)2.第二实施例(解码处理基于从音响解码设备输入的振幅参考值的解码算法的 变型例)3.第三实施例(编码处理基于频谱的平均值和子带的振幅参考值的编码算法的 变型例)4.第四实施例(解码处理基于频谱的平均值和子带的振幅参考值的解码算法的 变型例)5.第五实施例(编码处理基于振幅变化量的算术编码算法或霍夫曼编码算法的 变型例)1.第一实施例音响信号处理系统的配置示例图1是示出根据本发明实施例的音响信号处理系统的配置示例的框图。音响信号 处理系统100包括对从音响信号输入端101输入的音响信号进行编码的音响信号编码设备 200、以及对编码后的音响信号进行解码并通过音响信号输出线401将解码后的音响信号 输出到扬声器600的音响信号解码设备400。在该实施例中，认为通过网络110将由音响信 号编码设备200编码后的音响信号发送到音响信号解码设备400。音响信号编码设备200将作为从音响信号输入端101输入的输入信号的音响信号 转换成频率分量，并对该频率分量进行编码。音响信号编码设备200将每个多通道音响信 号转换成频率分量，并对转换后的频率分量进行正规化。音响信号编码设备200对正规化的频率分量进行量化，并对每个通道中的量化的 频率分量进行编码。音响信号编码设备200多路复用作为每个通道中编码的量化值的编码 数据和与编码相关的编码信息，并将多路复用的数据作为音响编码数据而通过码序列输出 线201输出到网络110。网络110是用于音响信号编码设备200和音响信号解码设备400之间的连接的连 接网络。网络Iio允许通过码序列输入线202将从音响信号编码设备200输出的音响编码 数据发送到音响信号解码设备400。音响信号解码设备400通过对经由码序列输入线202提供的音响编码数据进行解 码而生成音响信号。音响信号解码设备400例如将音响编码数据分离成各个通道的编码数 据和编码信息，并生成编码数据作为量化值，该编码数据被基于该编码信息而进行解码。
7音响信号解码设备400通过对每个通道的量化值进行逆量化和逆正规化而生成音响信号 的频率分量。音响信号解码设备400通过将生成的频率分量转换成时域信号而生成各个通 道的音响信号，并将该音响信号提供给扬声器600。扬声器600输出从音响信号解码设备400提供的音响信号。扬声器600将作为从 音响信号解码设备400提供的各个通道的音响信号的电信号转换成声波，并输出该声波。以这种方式，音响信号处理系统100可通过使用音响信号编码设备200对从音响 信号输入端101输入的音响信号进行编码来生成音响编码数据，其中音响信号的信息量被 压缩。另外，音响信号处理系统100可通过使用音响信号解码设备400对音响编码数据进 行解码来再现音响信号。因此，在音响信号处理系统100中，通过将从音响信号输入端101输入的音响信号 转换成音响编码数据而被压缩了信息量的音响信号可被发送到网络110。另外，音响信号处 理系统100是权利要求中公开的信号处理系统的示例。接着，参考
音响信号处理 系统100中的音响信号编码设备200的配置示例。音响信号编码设备200的配置示例图2是示出根据本发明第一实施例的音响信号编码设备200的配置示例的框图。音响信号编码设备200包括频谱生成单元210、振幅参考值生成单元220、量化振 幅信息计算单元230、谱正规化单元240、词长度信息生成单元250和振幅变化量计算单元 260。另外，音响信号编码设备200包括编码频带设置单元270、振幅参考值编码单元280、 多路复用单元290和谱编码处理单元300。另外，音响信号编码设备200是权利要求中公开 的信号编码设备的示例。频谱生成单元210通过将从音响信号输入端101输入的音响信号转换成频率分量 而生成音响信号的频谱。频谱生成单元210以恒定采样数目的帧为单位提取音响信号，该 音响信号是以恒定的时间间隔采样的离散时间信号。另外，频谱生成单元210通过将提取 的各个帧的音响信号转换成频域的信号来生成频谱。频谱生成单元210例如生成傅里叶系数作为频谱，通过对从音响信号输入端101 输入的每个通道中的音响信号进行快速傅里叶变换(FFT)来计算傅里叶系数。替代性地， 频谱生成单元210生成通过MDCT(modifieddiscrete cosine transform，修正离散余弦变 换)计算的MDCT系数作为频谱。另外，频谱生成单元210将表示生成的频率分量的频谱提 供给振幅参考值生成单元220和谱正规化单元240。振幅参考值生成单元220生成用作对谱生成单元210生成的频谱的振幅进行正规 化的参考的振幅参考值。上述振幅参考值例如表示用作频谱的振幅水平的参考的比例因 数。振幅参考值生成单元220将从频谱生成单元210提供的频谱的整个频带划分成预定的 子带(比例因数频带)并在每个子带中提取对应于该子带的频谱。振幅参考值生成单元220基于提取的频谱中的代表性频谱的振幅水平而生成针 对子带的振幅参考值。振幅参考值生成单元220选择例如子带中的频谱之中的具有最大振 幅水平的频谱，并基于选择的频谱的水平而生成针对子带的振幅参考值。换句话说，振幅参 考值生成单元220基于频谱的频带的每个子带中的提取的频谱的最大水平而生成针对子 带的振幅参考值。振幅参考值生成单元220基于例如以下等式生成针对第i子带的振幅参考值
权利要求
一种信号编码设备，包括编码单元，所述编码单元通过多个编码算法对输入信号中的频谱的量化值进行编码；振幅变化量计算单元，所述振幅变化量计算单元基于所述频谱的谱包络而计算针对所述频谱的振幅变化量；以及编码选择单元，所述编码选择单元根据所述振幅变化量中的量化值的出现概率分布的偏离程度而在多个编码算法中选择编码算法。
2.根据权利要求1所述的信号编码设备，还包括振幅参考值生成单元，所述振幅参考 值生成单元基于在所述频谱的所述频带中的每个子带中提取的频谱的最大水平而生成针 对所述子带的振幅参考值作为谱包络，其中所述振幅变化量计算单元基于针对作为多个所述子带中的预定子带的变化量计 算频带的所述振幅参考值而计算每个子带中的振幅变化量，以及其中在针对子带的所述振幅变化量大的情况下，所述编码选择单元在每个子带中选择 用于对与偏离程度大的所述子带相对应的所述量化值进行编码的编码算法。
3.根据权利要求2所述的信号编码设备，其中所述振幅变化量计算单元基于针对作为变化量计算频带的相邻子带的所述振幅 参考值的差而计算每个子带中的振幅变化量。
4.根据权利要求2所述的信号编码设备，其中所述振幅变化量计算单元基于针对低频 带中的子带的所述振幅参考值的平均值以及针对所述变化量计算频带的所述振幅参考值 来计算每个子带中的所述振幅变化量。
5.根据权利要求2所述的信号编码设备，其中所述振幅参考值生成单元生成作为所述 子带的振幅水平的参考的比例因数作为所述振幅参考值。
6.一种信号解码设备，包括解码单元，所述解码单元通过多个解码算法对输入信号中的频谱的量化值被编码后的 编码数据进行解码；振幅变化量计算单元，所述振幅变化量计算单元根据基于所述频谱的频带中的每个子 带中提取的频谱而生成的所述振幅参考值中的预定子带的振幅参考值来计算针对所述子 带的振幅变化量；以及解码选择单元，所述解码选择单元根据所述振幅变化量中的量化值的出现概率分布的 偏离程度而在多个解码算法中选择解码算法。
7.一种信号处理系统，包括信号编码设备，所述信号编码设备具有编码单元，所述编码单元通过多个编码算法对 输入信号中的频谱的量化值进行编码；振幅参考值生成单元，所述振幅参考值生成单元基 于在所述频谱中的每个子带中提取的频谱而生成针对子带的振幅参考值；振幅变化量计算 单元，所述振幅变化量计算单元基于针对作为多个所述子带中的预定子带的变化量计算频 带的所述振幅参考值而计算每个子带中的振幅变化量；以及编码选择单元，所述编码选择 单元根据所述振幅变化量中的量化值的出现概率分布的偏离程度而在多个编码算法中选 择编码算法；以及信号解码设备，所述信号解码设备具有解码单元，所述解码单元通过多个解码算法对 所述输入信号中的频谱的量化值被编码后的数据进行解码；振幅变化量计算单元，所述振幅变化量计算单元基于所述信号编码设备中的所述振幅参考值编码单元所生成的振幅参 考值中的针对所述变化量计算频带的振幅参考值而计算每个子带中的振幅变化量；以及解 码选择单元，所述解码选择单元根据所述振幅变化量中的量化值的出现概率分布的偏离程 度而在多个解码算法中选择解码算法。
8.一种信号编码处理方法，包括以下步骤基于输入信号中的频谱的谱包络而计算振幅变化量；根据所述振幅变化量中的量化值的出现概率分布的偏离程度而在用于对所述频谱的 量化值进行编码的多个编码算法中选择编码算法；以及通过所述选择编码算法的步骤中所选择的编码算法来对所述频谱的量化值进行编码。
9.一种程序，所述程序允许计算机执行以下处理 基于输入信号中的频谱的谱包络而计算振幅变化量；根据所述振幅变化量中的量化值的出现概率分布的偏离程度而在用于对所述频谱的 量化值进行编码的多个编码算法中选择编码算法；以及通过所述选择编码算法的处理中所选择的编码算法来对所述频谱的量化值进行编码。
10.一种信号解码处理方法，包括以下步骤根据基于输入信号的频谱的频带中的每个子带中提取的频谱而生成的振幅参考值中 的预定子带的振幅参考值来计算针对子带的振幅变化量；根据所述振幅变化量中的量化值的出现概率分布的偏离程度而在用于对所述频谱的 量化值被编码后的编码数据进行解码的多个解码算法中选择解码算法；以及通过所述选择解码算法的步骤中所选择的解码算法来对每个子带中的所述编码数据 进行解码。
11.一种程序，所述程序允许计算执行以下处理根据基于输入信号的频谱的频带中的每个子带中提取的频谱生成的振幅参考值中的 预定子带的振幅参考值来计算针对子带的振幅变化量；根据所述振幅变化量中的量化值的出现概率分布的偏离程度而在用于对所述频谱的 量化值被编码后的编码数据进行解码的多个解码算法中选择解码算法；以及通过所述选择解码算法的步骤中所选择的解码算法来对每个子带中的所述编码数据 进行解码。全文摘要
公开了信号编码和解码设备及处理方法、信号处理系统、程序。信号编码设备包括编码单元，该编码单元通过多个编码算法对输入信号中的频谱的量化值进行编码；振幅变化量计算单元，该振幅变化量计算单元基于该频谱的谱包络而计算针对该频谱的振幅变化量；以及编码选择单元，该编码选择单元根据该振幅变化量中的量化值的出现概率分布的偏离程度而在多个编码算法中选择编码算法。
文档编号G10L19/00GK101958120SQ20101022631
公开日2011年1月26日 申请日期2010年7月9日 优先权日2009年7月17日
发明者前田祐儿, 户栗康裕, 松本淳, 松村祐树, 铃木志朗 申请人:索尼公司