一种3d音频空间参数全方位非均匀量化编码系统及方法
【专利摘要】本发明提供一种3D音频空间参数全方位非均匀量化编码系统及方法，包括基于双声道输入信号进行预处理、声道信号下混、下混信号量化编码；按子带提取空间参数，所述空间参数为声道间强度差异参数ICLD；根据全方位角度JND得到全方位角度量化表；根据输入的扬声器的空间位置信息，建立在两扬声器所夹区域之间所形成虚拟声像的方位角与空间参数的映射表，从全方位角度量化表映射得到空间参数量化表；进行空间参数全方位的非均匀量化压缩编码，对输入的扬声器空间位置信息进行熵编码。本发明基于人耳对全方位的角度感知差异特性自适应地根据扬声器方位信息生成全方位空间参数非均匀量化表，相比现有方法，本发明明显提高了编码效率和质量。
【专利说明】一种3D音频空间参数全方位非均匀量化编码系统及方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及音频编码【技术领域】，尤其涉及一种3D音频空间参数全方位非均匀量 化编码系统及方法。
【背景技术】
[0002] 人耳的空间听觉特性是声道间空间参数感知去冗余的基础。传统的空间音频参数 编码方法，通过声道下混和提取声道间空间参数的方法进行立体声信号压缩编码，基于人 对空间方位感知的双耳线索的恰可感知差异特性，对立体声空间参数进行感知去冗余量化 编码。人对3D空间中不同方位的声音具有不同的感知敏感特性，人对正前方声音方位感知 最敏感，后方次之，侧面最弱。然而现有多声道3D音频编码技术仍然沿用立体声编码方法， 对所有方位扬声器对提取的空间参数采用相同的量化表，相同的量化范围及步长设置难以 与人耳对不同方位的感知特性相符，从而造成要么量化比特数浪费、要么量化精度不够带 来感知失真的问题，降低编码效率和质量。
【发明内容】
[0003] 本发明的目的是提供一种3D音频空间参数全方位非均匀量化编码系统及方法， 使得3D音频中所有方位的扬声器信号中提取的空间参数感知编码都能与人耳感知特性相 符。
[0004] 为达到上述目的，本发明提供一种3D音频空间参数全方位非均匀量化编码系统， 包括以下模块：
[0005] 预处理模块，用于对双声道输入信号进行预处理，得到两个声道的当前帧的各个 子带的频域信号X iGO和\(k)并做两路输出，一路输出给声道信号下混模块，一路输出给 空间参数提取模块；i，j代表扬声器信号编号，k代表子带编号，取值1，2,…，K，子带数K > 1 ；
[0006] 声道信号下混模块，用于对从预处理模块输入的频域信号Xi (k)和Xj (k)，按每个 子带每个频谱系数进行下混，得到当前帧的频域下混信号XmixGO = (Xi(k)+X^k))/2,输出 给下混信号量化编码模块；
[0007] 下混信号量化编码模块，用于对声道信号下混模块输入的下混信号XmixGO = (Xi (k) +X^k)) /2进行量化编码，将编码结果作为码流的一部分输出给解码端；
[0008] 空间参数提取模块，用于对从预处理模块输入的所得当前帧的各个子带的频域信 号Xi (k)和\ (k)，按子带提取空间参数并输出给空间参数全方位非均匀量化编码模块，所 述空间参数为声道间强度差异参数ICLD，提取如下，
[0009]
【权利要求】
1. 一种3D音频空间参数全方位非均匀量化编码系统，其特征在于，包括以下模块： 预处理模块，用于对双声道输入信号进行预处理，得到两个声道的当前帧的各个子带 的频域信号XiGO和\(k)并做两路输出，一路输出给声道信号下混模块，一路输出给空间 参数提取模块；i，j代表扬声器信号编号，k代表子带编号，取值1，2,…，K，子带数K> 1 ; 声道信号下混模块，用于对从预处理模块输入的频域信号Xi (k)和\ (k)，按每个子带 每个频谱系数进行下混，得到当前帧的频域下混信号XmixGO= (XiGO+X^k))/2,输出给下 混信号量化编码模块； 下混信号量化编码模块，用于对声道信号下混模块输入的下混信号XmixGO= (Xi (k) +X^k)) /2进行量化编码，将编码结果作为码流的一部分输出给解码端； 空间参数提取模块，用于对从预处理模块输入的所得当前帧的各个子带的频域信号XiGO和\(k)，按子带提取空间参数并输出给空间参数全方位非均匀量化编码模块，所述 空间参数为声道间强度差异参数ICLD，提取如下，
其中SXiGO2和SXjGO2表示对频域信号XiGO和Xj(k)的第k个子带的所有频谱系 数求平方和； 全方位角度量化表生成模块，用于包括根据输入的全方位的角度恰可感知差异JND值Α_(8,e)，量化得到全方位角度量化表中角度的量化值AQ(index)，量化步长通过设置相邻 两个Aq (index)之间的差异约等于从量化点开始的2个连续A_(a，e)值的和，其中a，e分 别代表水平角和高度角；所得全方位角度量化表输出给基于方位角自适应映射的空间参数 量化表生成模块； 基于方位角自适应映射的空间参数量化表生成模块，用于根据输入的扬声器的空间位 置信息，计算两扬声器的夹角，建立在两扬声器所夹区域之间所形成虚拟声像的方位角与 扬声器信号声道间空间参数的映射表，根据从全方位角度量化表生成模块输入的全方位角 度量化表，从全方位角度量化表映射得到空间参数量化表，输出给空间参数全方位非均匀 量化编码模块； 空间参数全方位非均匀量化编码模块，用于根据从基于方位角自适应映射的空间参数 量化表生成模块得到的空间参数量化表，对从空间参数提取模块输入的空间参数量化，对 量化索引进行差分熵编码，实现空间参数全方位的非均匀量化压缩编码，将编码结果作为 码流的一部分输出给解码端； 扬声器配置边信息量化编码模块，用于对输入的扬声器空间位置信息，进行熵编码，将 编码结果作为码流的一部分输出给解码端。
2. -种3D音频空间参数全方位非均匀量化编码系统，其特征在于：基于方位角自适应 映射的空间参数量化表生成模块用于具体执行以下操作， 给定输入扬声器SjPS」的高度角e，扬声器SJPS」在主坐标系XY中水平方位 角分别是9XY(k，i)和QxyG^j)，在以两扬声器连线的中垂线及其垂线所构成的坐 标系X'Y'中分别映射得到两扬声器的水平方位角汛U) = 氏J) -UM))和 = -{θ^Y(k^j) -θχγ (kj)) ^a * 根据全方位量化表，选取高度角为e、水平方位角位于Θ^(k，i)和ΘXY(k，j)之间的角 度的量化值AQ(indeX)组成两扬声器所构成的局部区域的角度量化表；在该局部区域中，根 据主坐标系XY中虚拟声源Sij的水平方位角度(^./)，得到虚拟声源Sij在坐标系X'Y' 中的水平方位角舛?(A，/，./_) - (M) + (々，/)); 根据两扬声器在坐标系Χ'Υ'中的水平方位角Θ(k，i)和Θ(k，j)，以及局部区域中每 一个量化角度在坐标系X'Y'中的水平方位角，计算得到该角度对应的ICLD的量 化值，
3. -种3D音频空间参数全方位非均匀量化编码方法，其特征在于，包括以下步骤： 步骤1，对输入信号进行预处理，得到两个声道的当前帧的各个子带的频域信号XiGO 和\ (k)，i，j代表扬声器信号编号，k代表子带编号，取值1，2,…，K，子带数K> 1 ; 步骤2,得到下混信号，包括对于步骤1所得当前帧的各个子带的频域信号XiGO和\(k)，按每个子带每个频谱系数进行下混，得到当前帧的频域下混信号Xmix(k)= (X^^+X^k))^ ； 步骤3,对下混信号进行编码，包括对步骤2所得当前帧的频域下混信号Xmix(k)= (Xi (k) +X^k)) /2进行量化编码，将编码结果作为码流的一部分输出给解码端； 步骤4,空间参数提取，包括对步骤1所得当前帧的各个子带的频域信号XiGO和Xj (k)，按子带提取空间参数，所述空间参数为声道间强度差异参数ICLD，提取如下，
其中SXiGO2和SXjGO2表示对频域信号XiGO和Xj(k)的第k个子带的所有频谱系 数求平方和； 步骤5,全方位角度量化表生成，包括根据输入的全方位的角度恰可感知差异JND值Α_(8,e)，量化得到全方位角度量化表中角度的量化值AQ(index)，量化步长通过设置相邻 两个Aq (index)之间的差异约等于从量化点开始的2个连续A_(a，e)值的和，其中a，e分 别代表水平角和高度角； 步骤6,根据输入的扬声器的空间位置信息，计算两扬声器的夹角，建立在两扬声器所 夹区域之间所形成虚拟声像的方位角与扬声器信号声道间空间参数的映射表，根据步骤5 所得全方位角度量化表，从全方位角度量化表映射得到空间参数量化表； 步骤7,根据步骤6中得到的空间参数量化表，对步骤4得到的空间参数进行量化，对量 化索引进行差分熵编码，实现空间参数全方位的非均匀量化压缩编码，将编码结果作为码 流的一部分输出给解码端； 步骤8,对输入的扬声器空间位置信息，进行熵编码，将编码结果作为码流的一部分输 出给解码端。
4. 一种3D音频空间参数全方位非均匀量化编码方法，其特征在于：步骤6实现方式如 下， 给定输入扬声器SjPS」的高度角e，扬声器SJPS」在主坐标系XY中水平方位 角分别是9XY(k，i)和QxyG^j)，在以两扬声器连线的中垂线及其垂线所构成的坐 标系X'Y'中分别映射得到两扬声器的水平方位角外W) = -4(1·氏·/') -UW))和^. 根据全方位量化表，选取高度角为e、水平方位角位于Θ^(k，i)和ΘXY(k，j)之间的角 度的量化值AQ(indeX)组成两扬声器所构成的局部区域的角度量化表；在该局部区域中，根 据主坐标系XY中虚拟声源Su的水平方位角度(LA/)，得到虚拟声源Su在坐标系X'Y' 中的水平方位角舛々乂./_) =Au(A，，·，./) - ./) +K々，/_)): 根据两扬声器在坐标系Χ'γ'中的水平方位角θ(k，i)和θ(k，j)，以及局部区域中每 一个量化角度在坐标系Χ'γ'中的水平方位角Ρ(·/(乂./_)，计算得到该角度对应的ICLD的量化 值，
【文档编号】G10L19/038GK104464742SQ201410855935
【公开日】2015年3月25日 申请日期:2014年12月31日 优先权日:2014年12月31日
【发明者】胡瑞敏, 高丽, 杨玉红, 王晓晨, 涂卫平, 武庭照, 柯善发, 张茂胜, 李登实, 王松, 姜林, 杨乘 申请人:武汉大学