专利名称：对数字信号进行编码和解码的方法和设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种对多声道信号进行编码和解码的方法和设备，更具体地讲，涉及一种根据用于多声道信号的声道之间的相似性将左侧声道信号编码为第一信号和将左侧声道信号和右侧声道信号的组合编码为第二信号的方法和设备及其解码方法和设备。
背景技术：
在数字音频传输中，与传统的模拟传输相比，将被传输的音频信号受到更少的环绕噪声的干扰，并且可获得通过使用压缩盘(CD)而获得的同样的好的声音质量。然而，随着将被传输的数据量的增长，存储器的容量或者传输线的容量应该相应地增加。
为了解决这些问题，需要数据压缩技术。在音频压缩技术的情况下，原始的声音信号被压缩为更小的信息量，然后传输，最后进行解压缩以便解压缩的声音信号的质量与原始的声音信号的质量基本相同。换句话说，音频压缩技术目的在于播放与原始的声音相同的声音质量并传输更小的信息量。
与作为从一个声道提供的音频信号的单声道音频相比，作为多个声道提供音频信号的组合的立体声音频允许收听者感受立体的声音。
在诸如知觉噪声替换(PNS)的传统的处理音频信号的方法中，通过使用MPEG-4音频编码工具可在诸如64kbps/stereo的低比特率有效地处理音频信号，但是在高比特率降低了声音质量。在传统的方法中，特别地当处理瞬时音频信号时，更大地降低了声音质量。
另外，因为立体声音频信号是从多个声道提供的单声道音频信号的组合，所以存储或传输立体声音频信号更加困难和昂贵。这是因为，当从多个声道提供的单声道音频信号在每个声道中被单独地编码时，数据的大小根据声道的数量而增加。可通过减小采样率或采用有损编码来减小数据的大小。然而，采样率直接影响声音质量，而有损编码会引起声音质量的降低。
这样，需要一种对多声道信号进行编码和解码的方法，通过该方法，具有高比特率的数字信号和瞬时信号的声音质量不会被极大地降低，并且声道之间的冗余信息被有效地移除而不会影响所述数字信号和瞬时信号的声音质量。
发明内容
在下面的描述中将部分地阐明本发明另外的方面和/或优点，通过描述，其会变得更加清楚，或者通过实施本发明可以了解。
本发明提供了一种通过使用频带之间的相似性对多声道数字信号进行编码和解码的方法，其中，即使在低比特率频带也没有被减小并且音频信号被有效地处理。
另外，本发明提供了一种根据声道之间的相似性将多声道数字信号编码为具有关于一个声道信号的信息的第一信号和具有包括所述声道的两个声道信息的第二信号以便有效地移除声道之间冗余信息的方法和设备及其解码方法和设备。
根据本发明的一方面，提供了一种对包括至少两个声道的数字信号进行编码的方法，该方法包括将多声道数字信号分割为预定数量的频带；对于在频带中等于或大于预定频率的每一高频带，在小于预定频率的低频带中检测最相似的频带；从每一高频带计算特征值；使用在多声道信号中的第一声道信号执行第一操作以产生第一信号，并使用在多声道信号中的第一声道信号和第二声道信号的组合执行第二操作以产生第二信号；量化第一和第二信号中属于小于预定频率的低频带的信号并量化计算的高频带的特征值；以及使用关于检测的相似的低频带的信息、量化的低频带信号和量化的高频带的特征值来产生比特流。
在低频带中检测最相似的频带可包括计算低频带和高频带之间的相似性；对于每一高频带检测具有最大相似性的低频带；以及检查在检测的低频带和高频带之间的相似性是否等于或大于预定值，并且如果所述相似性等于或大于所述预定值，则产生关于检测的低频带的信息。该方法还可包括如果检测的低频带和高频带之间的相似性小于所述预定值，则产生在其中不存在相似的低频带的信息。
所述相似性可以是由属于高频带的时域样本值形成的曲线的形状和由属于低频带的时域样本值形成的曲线的形状之间的相似性。
所述特征值可以是从高频带的功率以及比例因子中选择的至少一个。
所述第一信号可以是第一声道信号，所述第二信号可以是第一和第二声道信号之间的差信号。
产生第一信号和第二信号可包括计算第一声道信号和第二声道信号之间的相似性；以及如果所述相似性等于或大于预定值，则将多声道信号编码为第一信号和第二信号，其中，所述第一信号可通过使用第一声道信号和第二声道信号中的至少一个来计算，所述第二信号可通过使用第一和第二声道信号的组合来计算。
计算相似性包括计算在第一声道信号和第二声道信号之间的功率、比例因子和掩蔽阈值的比值之中的一个。
对多声道信号进行编码包括如果计算的比值在预定的接近于1的范围之内，则将多声道信号编码为第一信号和第二信号。
该方法还可包括将量化的比特的数量分配给多个频带，其中，所述量化可包括根据分配的比特的数量来量化第一和第二信号之中的属于低频带的信号。
根据本发明的另一方面，提供了一种将第一和第二输入比特流解码为具有第一和第二声道信号的数字信号的方法，该方法包括从第一和第二比特流提取量化的低频带信号、量化的每一高频带的特征值和关于与每一高频带相似的低频带的信息；逆量化量化的低频带信号和量化的高频带的特征值；通过使用第一逆量化的比特流的低频带信号来执行第一操作以产生第一声道的低频带信号，并且通过使用第一和第二比特流的低频带信号的组合来执行第二操作以产生第二声道的低频带信号；以及通过使用产生的第一和第二声道的低频带信号、逆量化的高频带的特征值和提取的关于与每一高频带相似的低频带的信息来产生第一和第二声道的高频带信号。
所述第一声道低频带信号可以是逆量化的第一比特流的低频带信号，所述第二声道低频带信号可以是逆量化的第一和第二比特流的低频带信号之间的差信号。
产生高频带信号可包括关于每一高频带，复制逆量化的与所述高频带相似的低频带的信号；以及将复制的信号转换为具有逆量化的特征值的高频带信号。
产生高频带信号可包括如果不存在与高频带相应的相似的低频带，则仅使用逆量化的高频带的特征值来产生高频带信号。
所述高频带的特征值可以是高频带的功率和比例因子中的至少一个。
逆量化可包括从比特流提取分配的用于量化每一频带的比特的数量；以及使用提取的分配的比特的数量来逆量化量化的低频带信号。
根据本发明的另一方面，提供了一种对包括至少两个声道的数字信号进行编码的设备，该设备包括分频器，用于将多声道数字信号分割为预定数量的频带；相似性分析器，用于对于在分割的频带中等于或大于预定频率的每一高频带，在小于预定频率的低频带中检测最相似的频带，产生关于检测的相似的低频带的信息，并且从每一高频带计算特征值；左/差(LS)编码器，用于通过使用在多声道信号中的第一声道信号来执行第一操作以产生第一信号，并通过使用在多声道信号中的第一声道信号和第二声道信号的组合来执行第二操作以产生第二信号；量化器，用于量化第一和第二信号中属于小于预定频率的低频带的信号并量化高频带的特征值；以及比特流发生器，用于通过使用关于相似的低频带的信息、量化的低频带信号和量化的高频带的特征值来产生比特流。
所述相似性分析器可包括频带相似性计算器，用于计算低频带和高频带之间的相似性；频带检测器，用于对于每一高频带检测具有最大相似性的低频带；频带相似性确定单元，用于确定在检测的低频带和高频带之间的相似性是否等于或大于预定值；以及相似信息发生器，用于如果所述相似性等于或大于所述预定值，则产生关于检测的低频带的信息，如果所述相似性小于所述预定值，则产生在其中不存在相似的低频带的信息。
所述相似性可以是由属于高频带的时域样本值形成的曲线的形状和由属于低频带的时域样本值形成的曲线的形状之间的相似性。
所述特征值可以是从高频带的功率以及比例因子中选择的至少一个。
所述第一信号可以是第一声道信号，所述第二信号可以是第一和第二声道信号之间的差信号。
该设备还可包括声道相似性分析器，用于计算第一声道信号和第二声道信号之间的相似性，如果所述相似性等于或大于预定值，则产生用于操作LS编码器的信号并将其输出。
第一和第二预定声道信号之间的相似性可以是第一声道信号和第二声道信号之间的功率、比例因子和掩蔽阈值的比值之中的一个。
该设备还可包括量化控制器，用于分配分配给多个频带的比特的数量，其中，所述量化器可根据分配的比特的数量来量化第一和第二信号之中的属于低频带的信号。
根据本发明的另一方面，提供了一种将第一和第二输入比特流解码为具有第一和第二声道信号的数字信号的设备，该设备包括比特流解释器，用于从第一和第二比特流提取量化的低频带信号、量化的每一高频带的特征值和关于与每一高频带相似的低频带的信息；逆量化器，用于逆量化量化的低频带信号和量化的高频带的特征值；左/差(LS)解码器，用于通过使用第一逆量化的比特流的低频带信号来执行第一操作以产生第一声道的低频带信号，并且通过使用第一和第二比特流的低频带信号的组合来执行第二操作以产生第二声道的低频带信号；以及高频信号发生器，用于通过使用产生的第一和第二声道的低频带信号、逆量化的高频带的特征值和提取的关于与每一高频带相似的低频带的信息来产生第一和第二声道的高频带信号。
所述第一声道低频带信号可以是与逆量化的第一比特流的低频带信号相同的信号，所述第二声道低频带信号可以是逆量化的第一和第二比特流的低频带信号之间的差信号。
所述高频带信号发生器可包括信号复制单元，用于接收逆量化的低频带信号和关于与高频带相应的相似的低频带的信息，并复制与每一高频带相似的低频带的信号；以及信号转换器，用于接收复制的信号和逆量化的高频带的特征值，并将复制的信号转换为具有逆量化的关于每一高频带的特征值的高频带信号。
如果不存在与高频带相应的相似的低频带，则所述高频带信号发生器可仅使用逆量化的高频带的特征值来产生高频带信号。
所述高频带的特征值可以是高频带的功率和比例因子中的至少一个。
所述比特流解释器可从第一和第二比特流提取量化的低频带信号、量化的每一高频带的特征值和关于与每一高频带相似的低频带以及分配的用于量化每一频带的比特的数量的信息，并且所述逆量化器使用分配的比特的数量来逆量化量化的低频带信号。
一种可被记录在计算机可读记录介质中的用于在计算机中执行对多声道数字信号进行编码和解码的方法的程序。
根据本发明的另一方面，提供了一种将比特流解码为具有第一和第二声道信号的数字信号的方法，该方法包括从所述比特流提取量化的低频带信号、量化的每一高频带的特征值和关于与每一高频带相似的低频带的信息；逆量化量化的低频带信号和量化的每一高频带的特征值；对逆量化的低频带信号进行解码以产生第一声道的低频带信号；通过使用第一和第二声道的低频带信号的组合来产生第二声道的低频带信号；以及通过使用产生的第一和第二声道的低频带信号、逆量化的高频带的特征值和提取的关于与每一高频带相似的低频带的信息来产生第一和第二声道的高频带信号。
通过下面结合附图对实施例进行的描述，本发明的这些和/或其他方面和优点将会变得清楚和更易于理解，其中图1是根据本发明实施例的对多声道数字信号进行编码的设备的方框图；图2是示出根据本发明另一实施例的图1中的相似性分析器的方框图；图3A到图3D是示出根据本发明另一实施例的用于解释计算所有低频带之间的相似性的操作的信号值的示图；图4是示出根据本发明另一实施例的图1中的LS编码器的方框图；图5示出根据本发明另一实施例的左/差(LS)编码操作；图6是示出根据本发明实施例的左侧声道信号和右侧声道信号之间平均功率的比值的示图；图7是示出根据本发明另一实施例的左侧声道信号和右侧声道信号之间平均功率的比值的示图；图8是示出在左侧声道信号和作为LS编码的结果的第一信号的分布中的变化的示图；图9是示出在右侧声道信号和作为LS编码的结果的第二信号的分布中的变化的示图；图10是示出对多声道数字信号进行编码的方法的流程图；图11是示出根据本发明另一实施例的图10中的检测相似的低频带的操作的流程图；图12是示出根据本发明另一实施例的图10中的LS编码操作的流程图；图13是根据本发明另一实施例的对多声道数字信号进行解码的设备的方框图；图14是根据本发明另一实施例的图13中的高频带信号发生器的方框图；图15是示出根据本发明另一实施例的对多声道数字信号进行解码的方法的流程图；和图16是示出图15中的发生高频带信号的操作的流程图。
具体实施例方式
现在对本发明实施例进行详细的描述，其示例表示在附图中，其中，相同的标号始终表示相同的部件。下面通过参照附图对实施例进行描述以解释本发明。
在下文中，将参照附图对根据本发明实施例的对数字信号进行编码的方法和设备进行详细的描述。
图1是根据本发明实施例的对多声道数字信号进行编码的设备的方框图。图1中的设备包括分频器100、相似性分析器110、LS编码器120、量化器130、比特流发生器140和量化控制器150。
现在将参照示出对多声道数字信号进行编码的方法的图10中显示的流程图对图1中显示的对多声道数字信号进行编码的设备的操作进行描述。
在操作1100中，分频器100将时域中的输入数字信号分割为多个频带，所述输入信号被分割为预定数量的频率区域，并将其输出。根据本发明另一实施例，PCM采样信号被用作数字信号并且通过使用子频带滤波器而被转换为用于预定数量的频带中的每一频带的信号。DCT，MDCT，FFT等以及子频带滤波器可被用于将输入信号分割为频带。
在操作1110中，对于具有等于或大于预定的基准频率的每一高频带，相似性分析器110检测具有等于或小于预定的基准频率的低频带，所述低频带与所述高频带非常相似或比较相似，相似性分析器110还输出关于检测的相似的低频带的信息。所述基准频率可由用户改变或预先设置。关于相似的低频带的信息可以以这样的方式来产生，即所述频带的指数对应于所述高频带的指数。
在操作1120中，相似性分析器110从每一高频带计算特征值。所述特征值表示每一高频带的样本值的大小，并且可以是属于高频带的平均功率或是高频带的比例因子。
在操作1130中，LS编码器120将分割为多个频带的多声道数字信号，例如具有左侧声道信号和右侧声道信号的数字信号左/差(LS)编码为第一和第二信号。图5示出根据本发明另一实施例的LS编码操作。可使用等式1将左侧声道信号L和右侧声道信号R分割为第一和第二信号。
其中，x、y、z为常数。根据等式1，仅使用左侧声道信号L来计算第一信号并且第一信号仅具有关于左侧声道信号L的信息，通过左侧声道信号L和右侧声道信号R的组合来计算第二信号并且第二信号具有关于左侧声道信号L和右侧声道信号R的信息。特别地，立体声数字信号可通过等式2来计算并且立体声数字信号可被编码为第一和第二信号。
根据等式2，通过LS编码器120编码的第一信号与左侧声道信号L相同，并且通过将左侧声道信号L和右侧声道信号R之间的差信号除以2来获得第二信号。
如上所述，已经在左侧声道信号L和右侧声道信号R被编码为第一和第二信号的实施例中对LS编码操作进行了描述。然而，即使在至少三个声道中的数字信号的情况下，在所述至少三个声道之中的第一预定声道的信号和第二预定声道的信号可通过使用上述方法而被编码为第一和第二信号。
LS编码器120可仅对被分割为多个频带的多声道数字信号之中的低频带信号进行编码。另外，LS编码操作1130可与检测相似的低频带的操作1110以及计算特征值的操作1120同时进行。
在操作1140中，量化器130在每一频带中量化从相似性分析器110接收的高频带的特征值并量化诸如从LS编码器120输入的第一和第二信号的低频带信号。
量化控制器150确定被分配用于量化每一频带的比特的数量，并且量化器130根据由量化控制器150确定的分配的比特的数量来量化每一频带。
量化控制器150可关于每一分割的频带分析听觉灵敏度并根据分析的结果确定分配的比特的数量。
根据本发明实施例，量化控制器150可包括心理声学模型(未显示)和比特分配单元(未显示)。心理声学模型根据人类收听特性计算信掩比(SMR)并将其输出，所述SMR是用于在每一频带中比特分配的基础。比特分配单元从自心理声学模型接收的SMR值来获得分配给每一频带的比特的数量。
根据本发明另一实施例，量化控制器150可包括分配的比特数量提取单元(未显示)和查询表(未显示)。用于量化频带的分配的比特的数量被存储在查询表中以对应于指示每一频带的特性的地址。频带的特征值可以是属于所述频带的样本的平均功率、所述频带的比例因子或所述频带的掩蔽阈值。
比例因子是在属于每一频带的样本之中具有最大绝对值的样本值。掩蔽阈值是即使信号是可听的而由于音频信号之间的交互作用使得人们也无法感受的信号的最大大小。掩蔽阈值是与这样的发生现象有关的值，在所述发生现象中，在通常用于音频信号编码的心理声学模型中的音频信号之中的某一信号通过干扰而掩蔽另一信号并且即使所述信号是可听的人们也无法感受。
分配的比特数量提取单元计算每一频带中的输入信号的特征值作为地址值，并且提取对应于计算的地址值的分配的比特的数量。存储在查询表中的分配的比特的数量可以基于心理声学模型根据频率的特征值而预先存储以便可正确地执行量化。
根据本发明另一实施例，量化控制器150可包括多个查询表(未显示)、查询表选择单元(未显示)和分配的比特数量提取单元(未显示)。根据输入数字信号的特性而变化的分配的比特的数量被存储在所述多个查询表中。查询表选择单元计算输入数字信号的特性并从所述多个查询表中选择适合于计算的特性的查询表。分配的比特数量提取单元计算每一频带中数字信号的特征值作为地址值，并且从选择的查询表中提取对应于计算的地址值的分配的比特的数量。数字信号的特性可以是分割为多个频带的样本的分布。
在操作1150中，比特流发生器140产生量化的低频带信号、通过相似性分析器110计算的高频带的特征值和对应于通过相似性分析器110产生的每一高频带的相似的低频带信息，将它们作为比特流并将它们输出。比特流发生器140可对输入信号进行无损编码并对输入信号进行比特分组，随后将比特分组的结果转换为比特流格式。比特流发生器140可使用用于无损编码的霍夫曼编码。
图2是示出根据本发明另一实施例的图1中的相似性分析器110的方框图。相似性分析器110包括频带相似性计算器200、频带检测器210、频带相似性确定单元220和相似信息发生器230。现在将结合图11中显示的流程图对图2中的相似性分析器110的操作进行描述。
在操作1200中，频带相似性计算器200从每一高频带计算所有低频带之间的相似性。频带相似性计算器200可指示这样的相似性，其中，由属于高频带的时域样本的值形成的曲线的形状和由属于低频带的时域样本的值形成的曲线的形状彼此相似。
图3A到图3D是示出根据本发明另一实施例的用于解释计算所有低频带之间的相似性的操作的属于多个频带的样本的值的示图。图3A示出属于第6到第9频带的样本的值，图3B出属于第10到第13频带的样本的值，图3C出属于第14到第17频带的样本的值，图3D出属于第18到第21频带的样本的值。在每幅图中，横轴表示时间，纵轴表示样本值。图3A到图3D的每幅中显示的1到16表示时域中的指数。
假设图3B中显示的第10或更大的频带是高频带，那么由属于高频带之中的图3C的第14频带的样本形成的曲线的形状与由属于低频带之中的图3A的第7频带的样本形成的曲线的形状非常相似。在这种情况下，作为高频带的第7频带和作为低频带的第14频带之间的相似性是高的。
高频带和低频带之间的相似性可使用等式3来计算。
cor=abs(Σi=0I-1(samp[sb1][i]·samp[sb2][i]))Σi=0I-1(samp[sb1][i]·samp[sb1][i])Σi=0I-1(samp[sb2][i]·samp[sb2][i])---(3)]]>其中，abs()是()的绝对值，sb1是低频带的指数并且从0到k-1中选择，k是低频带的数量。所述sb2是高频带的指数并且I是属于低频带和高频带的时域样本的数量。另外，samp[sb1][i]是位于第sb1低频带的第i时域样本，samp[sb2][i]是位于第sb2高频带的第i时域样本。
在操作1210中，频带检测器210从频带相似性计算器200接收高频带和低频带之间的相似性，并且检测具有关于每一高频带最大或相当高的相似性的低频带。
在操作1220中，频带相似性确定单元220确定在每一高频带和检测的低频带之间的相似性是否等于或大于预定的相似性值“a”并输出检测的结果。当相似性等于或大于“a”时，在操作1230中，相似信息发生器230产生在其中存在与高频带相似的低频带的信息并产生相似的低频带信息以便高频带的指数对应于检测的相似的低频带的指数。当相似性小于“a”时，在操作1240中，相似信息发生器230产生在其中不存在与高频带相似的低频带的信息。关于是否存在相似的低频带的信息可以以这样的方式来产生，即在每高频带中设置1比特的模式位，如果存在相似的低频带，则模式位作为“1”来产生，而如果不存在相似的低频带，则模式位作为“0”来产生。
图4是示出根据本发明另一实施例的图1中的LS编码器120的操作的方框图。参照图4，LS编码器120还可包括声道相似性分析器400。
现在将参照图12中显示的流程图对图4中的LS编码器120的操作进行描述。
在操作1300中，声道相似性分析器400计算左侧声道信号和右侧声道信号之间的相似性。声道相似性分析器400可计算在由分频器100分割的每一频带中的左侧声道信号和右侧声道信号之间的相似性。
左侧声道信号和右侧声道信号之间的相似性可通过两个声道信号之间的平均功率的比值、比例因子的比值或掩蔽阈值的比值来计算。所述平均功率是属于两个声道的每一频带的样本之间的平均功率。
关于计算的左侧声道信号和右侧声道信号之间的平均功率的比值、计算的比例因子的比值或计算的掩蔽阈值的比值变得接近于“1”，两个声道之间的相似性是高的。
在操作1310中，声道相似性分析器400确定计算的相似性是否等于或大于预定的声道相似性值“b”，如果计算的相似性等于或大于“b”，则在操作1320中LS编码器120产生用于对左侧声道信号和右侧声道信号执行LS编码的信号并将其输出。如果计算的左侧声道信号和右侧声道信号之间的平均功率的比值、计算的比例因子的比值或计算的掩蔽阈值的比值处于接近于“1”的预定的范围之内，则LS编码器120执行LS编码。当计算的比值的值处于1±0.1的范围之内时，即，当计算的比值在0.9和1.1之间时，LS编码器120执行编码。当计算的相似性小于预定的声道相似性值“b”时，LS编码器120不对左侧声道信号和右侧声道信号执行LS编码而是没有任何改变地输出每一频带中的信号，以便所述信号在随后的编码操作中在每一声道中被处理。
图6是示出根据本发明实施例的左侧声道信号和右侧声道信号之间平均功率的比值的示图。因为图6中显示的两个声道之间平均功率的比值接近于远离1的0到8，所以左侧声道信号和右侧声道信号之间的相似性是低的。因为在立体声信号中包含许多立体声成分，所以左侧声道信号和右侧声道信号可在每一声道中被量化。
图7是示出根据本发明另一实施例的左侧声道信号和右侧声道信号之间平均功率的比值的示图。因为图7中显示的两个声道之间平均功率的比值接近于1，所以左侧声道信号和右侧声道信号之间的相似性是高的。因为在立体声信号中包含许多单声道成分，所以可通过LS编码方法将左侧声道信号和右侧声道信号编码为第一信号和第二信号，可移除信号之间的冗余成分，随后可将所述信号量化。
图8是示出在左侧声道信号和作为LS编码的结果的第一信号的分布中的变化的示图。参照图8，左侧声道信号和第一信号的SR指数分别在一个频带中被计算。计算的SR指数越大，关于所有信号的相应频带的信号的比值越小。因此，当左侧声道信号被LS编码为第一信号时，相应频带的比值增大。
图9是示出在右侧声道信号和作为LS编码的结果的第二信号的分布中的变化的示图。参照图9，右侧声道信号和第二信号的SR指数分别在一个频带中被计算。当右侧声道信号和左侧声道信号的组合被LS编码为第二信号时，第二信号的相应频带的比值远远小于右侧声道信号。
参照图8和图9，当左侧声道信号和右侧声道信号之间的相似性较大时，执行对左侧声道信号和右侧声道信号的LS编码以便移除声道之间的冗余信息并减小信号的比特的数量。
现在将参照附图对根据本发明实施例的对数字信号进行解码的方法和设备进行描述。图13是根据本发明另一实施例的对多声道数字信号进行解码的设备的方框图。图13中的设备包括比特流解释器1400、逆量化器1410、LS解码器1420、高频信号发生器1430和频带合成器1440。
现在将参照示出对多声道数字信号进行解码的方法的图15中显示的流程图来对多声道数字信号进行编码的设备的操作进行描述。
在操作1600中，比特流解释器1400接收在其中包含关于多声道数字信号的信息的多个比特流，并且从每一比特流提取对应于量化的低频带信号的相似的低频带信息、以及量化的高频带的特征值。当比特流中包含关于用于量化每一频带的分配的比特的数量的信息时，比特流解释器1400可从比特流提取关于分配的比特的数量的信息。
在操作1610中，逆量化器1410逆量化提取的量化的低频带信号和量化的高频带的特征值。当关于分配的比特的数量的信息被从比特流提取时，逆量化器1410可使用每一频带的分配的比特的数量来逆量化量化的低频带信号。
在操作1620中，LS解码器1420从逆量化器1410接收逆量化的每一比特流的低频带信号并将所述低频带信号解码为多声道低频信号。
现在将对作为LS解码方法的示例的将第一和第二比特流信号解码为左侧声道信号和右侧声道信号的方法进行描述。
当第一和第二比特流信号通过使用等式1来编码时，LS解码器1420使用等式4将第一和第二比特流信号解码为左侧声道信号和右侧声道信号。
当第一和第二比特流信号通过使用等式2来编码时，LS解码器1420使用等式5将第一和第二比特流信号解码为左侧声道信号和右侧声道信号。
即使当输入至少三个比特流时，在所述至少三个比特流之中的第一预定比特流信号和第二预定比特流信号也通过使用所述方法被解码为第一预定声道信号和第二预定声道信号，从而多个比特流信号可被解码为具有多个声道的多声道信号。
在操作1630中，高频信号发生器1430使用从比特流解释器1400输入的关于每一高频带的相似的低频带信息、从逆量化器1410输入的每一高频带的特征值和从LS解码器1420输入的低频带信号来产生高频带信号。高频信号发生器1430在每一频带中执行操作1630并关于所有声道产生高频带信号。
在操作1640中，频带合成器1440对从LS解码器1420输入的低频带信号和从高频信号发生器1430输入的高频带信号进行合成并产生解码的数字信号。频带合成器1440在每一频带中执行操作1640并产生多声道数字信号。
图14是根据本发明另一实施例的图13中显示的高频带信号发生器1430的方框图。高频带信号发生器1430包括相似性检查单元1500、信号复制单元1510、信号转换器1520和随机噪声发生器1530。
现在将参照图16中显示的流程图对图14中显示的高频带信号发生器1430的操作进行描述。
在操作1700中，相似性检查单元1500检查对于在其中将产生信号的高频带是否存在相似的低频带。当比特流中包含关于在每一高频带中是否存在相似的低频带的信息时，比特流解释器1400可从所述比特流提取关于在每一高频带中是否存在相似的低频带的信息并且相似性检查单元1500可使用提取的信息检查在每一高频带中是否存在相似的低频带。当关于高频带的模式位是“1”时，相似性检查单元1500可检查到存在与高频带相似的低频带，而当关于高频带的模式位是“0”时，相似性检查单元1500可检查到不存在与高频带相似的低频带。
在操作1710中，当在将被产生的高频带中存在相似的低频带时，信号复制单元1510接收关于相似的低频带的信息并复制与所述信息相应的低频带信号。在操作1720中，信号转换器1520接收高频带的特征值，根据高频带的特征值转换复制的信号，并且产生高频带的信号。当特征值是高频带的功率时，信号转换器1520转换复制的信号以具有所述功率的值，当特征值是高频带的比例因子时，信号转换器1520转换复制的信号以具有所述比例因子的值。
在操作1730中，当在将被产生的高频带中不存在相似的低频带时，随机噪声发生器1530使用随机噪声替代(RNS)方法来产生高频带的信号。在RNS方法中，仅使用高频带的特征值来随机产生高频带信号。
本发明也可被实施为计算机可读记录介质中的计算机可读代码。计算机可读记录介质是可存储可通过计算机系统读取的数据的任何数据存储装置。计算机可读记录介质的示例包括只读存储器(ROM)、随机存取存储器(RAM)、CD-ROM、磁带、软盘、光学数据存储装置和载波(诸如通过互联网的数据传输)。
如上所述，在对数字信号进行编码和解码的方法和设备中，通过使用频带之间的相似性和声道之间的相似性对多声道数字信号进行编码/解码，以便在保持预定的声音质量的同时可减小将被从编码设备发送到解码设备的信号的大小，并且可对高频信号进行有效地编码和解码以提供稳定和固有的声音质量。
虽然已显示和描述了本发明的一些实施例，但是本领域技术人员应该理解，在不脱离本发明的原理和精神的情况下，可以对这些实施例进行修改，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。
权利要求
1.一种对包括至少两个声道的数字信号进行编码的方法，该方法包括将多声道数字信号分割为预定数量的频带；对于在频带中等于或大于预定频率的每一高频带，在小于所述预定频率的低频带中检测最相似或比较相似的频带；从每一高频带计算特征值；使用在多声道信号中的第一声道信号来执行第一操作以产生第一信号，并使用在多声道信号中的第一声道信号和第二声道信号的组合来执行第二操作以产生第二信号；量化第一和第二信号中的属于小于所述预定频率的低频带的信号并量化计算的高频带的特征值；和使用关于检测的相似的低频带的信息、量化的低频带信号和量化的高频带的特征值来产生比特流。
2.如权利要求1所述的方法，其中，在低频带中检测最相似或比较相似的频带包括计算低频带和高频带之间的相似性；对于每一高频带检测具有最大相似性的低频带；和检查在检测的低频带和高频带之间的相似性是否等于或大于预定值，并且如果所述相似性等于或大于所述预定值，则产生关于检测的低频带的信息。
3.如权利要求2所述的方法，还包括如果检测的低频带和高频带之间的相似性小于所述预定值，则产生在其中不存在相似的低频带的信息。
4.如权利要求1所述的方法，其中，所述相似性是由高频带的时域样本值形成的曲线的形状和由低频带的时域样本值形成的曲线的形状之间的相似性。
5.如权利要求1所述的方法，其中，所述相似性根据下式计算cor=abs(Σi=0I-1(samp[sb1][i]·samp[sb2][i]))Σi=0I-1(samp[sb1][i]·samp[sb1][i])Σi=0I-1(samp[sb2][i]·samp[sb2][i])]]>其中，abs()是()的绝对值，sb1是低频带的指数并且从0到k-1中选择，k是低频带的数量，sb2是高频带的指数，I是属于低频带和高频带的时域样本的数量，samp[sb1][i]是位于第sb1低频带的第i时域样本，samp[sb2][i]是位于第sb2高频带的第i时域样本。
6.如权利要求1所述的方法，其中，所述特征值是从高频带的功率以及比例因子中选择的至少一个。
7.如权利要求1所述的方法，其中，所述第一信号是第一声道信号。
8.如权利要求1所述的方法，其中，所述第二信号是第一和第二声道信号之间的差信号。
9.如权利要求1所述的方法，其中，所述产生第一信号和第二信号包括计算第一声道信号和第二声道信号之间的相似性；和如果所述相似性等于或大于预定值，则将多声道信号编码为第一信号和第二信号，其中，所述第一信号通过使用第一声道信号和第二声道信号中的至少一个来计算，所述第二信号通过使用第一声道信号和第二声道信号的组合来计算。
10.如权利要求9所述的方法，其中，所述计算相似性包括计算在第一声道信号和第二声道信号之间的功率、比例因子和掩蔽阈值的比值之中的至少一个。
11.如权利要求10所述的方法，其中，所述对多声道信号进行编码包括如果计算的比值在预定的接近于1的范围之内，则将多声道信号编码为第一信号和第二信号。
12.如权利要求1所述的方法，还包括将量化的比特的数量分配给多个频带，其中，所述量化包括根据分配的比特的数量来量化第一和第二信号之中的属于低频带的信号。
13.一种将输入比特流解码为具有第一和第二声道信号的数字信号的方法，该方法包括从所述比特流提取量化的低频带信号、量化的每一高频带的特征值和关于与每一高频带相似的低频带的信息；逆量化量化的低频带信号和量化的高频带的特征值；使用第一逆量化的比特流的低频带信号执行第一操作以产生第一声道的低频带信号，并且使用所述比特流的低频带信号的组合执行第二操作以产生第二声道的低频带信号；和通过使用产生的第一和第二声道的低频带信号、逆量化的高频带的特征值和提取的关于与每一高频带相似的低频带的信息来产生第一和第二声道的高频带信号。
14.如权利要求13所述的方法，其中，所述第一声道低频带信号是逆量化的第一比特流的低频带信号。
15.如权利要求13所述的方法，其中，所述第二声道低频带信号是逆量化的第一和第二比特流的低频带信号之间的差信号。
16.如权利要求13所述的方法，其中，所述产生高频带信号包括关于每一高频带，复制逆量化的与所述高频带相似的低频带的信号；和将复制的信号转换为具有逆量化的特征值的高频带信号。
17.如权利要求13所述的方法，其中，所述产生高频带信号包括如果不存在与高频带相应的相似的低频带，则仅使用逆量化的高频带的特征值来产生高频带信号。
18.如权利要求13所述的方法，其中，所述高频带的特征值是高频带的功率和比例因子中的至少一个。
19.如权利要求13所述的方法，其中，所述逆量化包括从所述比特流提取分配的用于量化每一频带的比特的数量；和使用提取的分配的比特的数量来逆量化量化的低频带信号。
20.一种计算机可读介质，在其中记录有用于在计算机中执行权利要求1所述的方法的程序。
21.一种计算机可读介质，在其中记录有用于在计算机中执行权利要求13所述的方法的程序。
22.一种对包括至少两个声道的数字信号进行编码的设备，该设备包括分频器，用于将多声道数字信号分割为预定数量的频带；相似性分析器，用于对于在分割的频带中等于或大于预定频率的每一高频带，在小于所述预定频率的低频带中检测最相似或比较相似的频带，使用关于检测的相似的低频带的信息来产生比特流，并且从每一高频带计算特征值；左/差编码器，用于通过使用在所述多声道信号中的第一声道信号来执行第一操作以产生第一信号，并通过使用在所述多声道信号中的第一声道信号和第二声道信号的组合来执行第二操作以产生第二信号；量化器，用于量化第一和第二信号中的属于小于所述预定频率的低频带的信号并量化高频带的特征值；和比特流发生器，用于通过使用关于相似的低频带的信息、量化的低频带信号和量化的高频带的特征值来产生比特流。
23.如权利要求22所述的设备，其中，所述相似性分析器包括频带相似性计算器，用于计算低频带和高频带之间的相似性；频带检测器，用于对于每一高频带检测具有最大相似性的低频带；频带相似性确定单元，用于确定在检测的低频带和高频带之间的相似性是否等于或大于预定值；和相似信息发生器，用于如果所述相似性等于或大于所述预定值，则使用关于检测的低频带的信息来产生比特流，如果所述相似性小于所述预定值，则产生在其中不存在相似的低频带的信息。
24.如权利要求22所述的设备，其中，所述相似性是由高频带的时域样本值形成的曲线的形状和由低频带的时域样本值形成的曲线的形状之间的相似性。
25.如权利要求22所述的设备，其中，所述相似性根据下式计算cor=abs(Σi=0I-1(samp[sb1][i]·samp[sb2][i]))Σi=0I-1(samp[sb1][i]·samp[sb1][i])Σi=0I-1(samp[sb2][i]·samp[sb2][i])]]>其中，abs()是()的绝对值，sb1是低频带的指数并且从0到k-1中选择，k是低频带的数量，sb2是高频带的指数，I是低频带和高频带的时域样本的数量，samp[sb1][i]是位于第sb1低频带的第i时域样本，samp[sb2][i]是位于第sb2高频带的第i时域样本。
26.如权利要求22所述的设备，其中，所述特征值是从高频带的功率以及比例因子中选择的至少一个。
27.如权利要求22所述的设备，其中，所述第一信号是第一声道信号。
28.如权利要求22所述的设备，其中，所述第二信号是第一和第二声道信号之间的差信号。
29.如权利要求22所述的设备，还包括声道相似性分析器，用于计算第一声道信号和第二声道信号之间的相似性，如果所述相似性等于或大于某一值，则产生用于操作左/差编码器的信号并将其输出。
30.如权利要求29所述的设备，其中，所述第一和第二预定声道信号之间的相似性是第一声道信号和第二声道信号之间的功率、比例因子和掩蔽阈值的比值之中的一个。
31.如权利要求22所述的设备，还包括量化控制器，用于分配分配给多个频带的比特的数量，其中，所述量化器根据分配的比特的数量来量化第一和第二信号之中的低频带的信号。
32.一种将第一和第二输入比特流解码为具有第一和第二声道信号的数字信号的设备，该设备包括比特流解释器，用于从所述第一和第二比特流提取量化的低频带信号、量化的每一高频带的特征值和关于与每一高频带相似的低频带的信息；逆量化器，用于逆量化量化的低频带信号和量化的高频带的特征值；左/差解码器，用于通过使用第一逆量化的比特流的低频带信号来执行第一操作以产生第一声道的低频带信号，并且通过使用所述第一和第二比特流的低频带信号的组合来执行第二操作以产生第二声道的低频带信号；和高频信号发生器，用于通过使用产生的第一和第二声道的低频带信号、逆量化的高频带的特征值和提取的关于与每一高频带相似的低频带的信息来产生第一和第二声道的高频带信号。
33.如权利要求32所述的设备，其中，所述第一声道低频带信号是与逆量化的所述第一比特流的低频带信号相同的信号。
34.如权利要求32所述的设备，其中，所述第二声道频带信号是逆量化的所述第一和第二比特流的低频带信号之间的差信号。
35.如权利要求32所述的设备，其中，所述高频带信号发生器包括信号复制单元，用于接收逆量化的低频带信号和关于与高频带相应的相似的低频带的信息，并复制与每一高频带相似的低频带的信号；和信号转换器，用于接收复制的信号和逆量化的高频带的特征值，并将复制的信号转换为具有逆量化的关于每一高频带的特征值的高频带信号。
36.如权利要求32所述的设备，其中，如果不存在与高频带相应的相似的低频带，则所述高频带信号发生器仅使用逆量化的高频带的特征值来产生高频带信号。
37.如权利要求32所述的设备，其中，所述高频带的特征值是高频带的功率和比例因子中的至少一个。
38.如权利要求32所述的设备，其中，所述比特流解释器从所述第一和第二比特流提取量化的低频带信号、量化的每一高频带的特征值和关于与每一高频带相似的低频带以及分配的用于量化每一频带的比特的数量的信息，并且所述逆量化器使用分配的比特的数量来逆量化量化的低频带信号。
39.如权利要求32所述的设备，还包括频带合成器，用于对所述从所述左/差解码器输入的低频带信号和从所述高频信号发生器输入的高频带信号进行合成并产生解码的数字信号。
40.如权利要求36所述的设备，其中，所述高频信号发生器使用随机噪声替代方法来产生高频带信号。
41.一种将比特流解码为具有第一和第二声道信号的数字信号的方法，该方法包括从所述比特流提取量化的低频带信号、量化的每一高频带的特征值和关于与每一高频带相似的低频带的信息；逆量化量化的低频带信号和量化的每一高频带的特征值；对逆量化的低频带信号进行解码以产生第一声道和第二声道的低频带信号；使用第一和第二声道的低频带信号的组合来产生第二声道的低频带信号；和通过使用产生的第一和第二声道的低频带信号、逆量化的高频带的特征值和提取的关于与每一高频带相似的低频带的信息来产生第一和第二声道的高频带信号。
全文摘要
提供了一种使用频带之间的相似性和声道之间的相似性来对包括多个声道的多声道信号进行编码和解码的方法和设备。对数字信号进行编码的方法包括将多声道数字信号分割为预定数量的频带；对于在频带中等于或大于预定频率的每一高频带，在小于所述预定频率的低频带中检测最相似的频带；从每一高频带计算特征值；使用在多声道信号中的第一声道信号来执行第一操作以产生第一信号，并使用在多声道信号中的第一声道信号和第二声道信号的组合来执行第二操作以产生第二信号；量化属于第一和第二信号中小于所述预定频率的低频带的信号并量化计算的高频带的特征值；以及使用关于检测的相似的低频带、量化的低频带信号和量化的高频带的特征值的信息来产生比特流。
文档编号G11B20/10GK1822508SQ200610001908
公开日2006年8月23日 申请日期2006年1月19日 优先权日2005年1月19日
发明者金度亨, 金重会, 李时和 申请人:三星电子株式会社