专利名称：源信号变速率格矢量量化的编解码方法和系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及源信号编码领域，更具体地，涉及源信号变速率格矢量量化的编解码方法和系统。
背景技术：
现有的数字源信号的编码通常采用的是变换编码，其将待编码的信号分成为帧的采样块，并采用诸如离散傅立叶变换、离散余弦变换等线性正交变换对每帧信号进行处理，求取变换系数，然后对变化系数进行量化，以进ー步提高压缩效果。 在量化方法中常用的ー种方法是矢量量化方法，在其中，将几个采样系数组在ー起形成ー个矢量，且以ー个码本项对每个矢量进行近似(量化)。为量化输入矢量所选择的码本项通常是根据“距离最小”准则得出的码本中最近的邻点。在码本集合中增加更多的码本会增加比特率和复杂性，但会降低量化的平均失真。另ー方面，为了适应源的不断变化的特征，通常使用自适应比特分配。通过自适应比特分配，可使用不同的码本尺寸来量化源矢量。在变换编码中，在不超过量化所有系数的可用比特数的最大值情况下，分配给源矢量的比特数通常取决于该矢量相对于同一帧中其他矢量的能量。图I和图2详细描述了常见的变速率量化编、解码器的量化框图。图I和图2中示出的变速率量化编码器和解码器使用多个码本，它们通常具有不同的比特率，以量化源矢量X。通常通过对信号进行变换并获取所有的变换系数或其子集，来获得源矢量。图I中示出了常见的变速率量化编码器，其关键部件是用Q表示的量化器，该量化器用于选择一个码本号n和一个码矢索引i来表征源矢量X的量化值I。码本号n指明编码器选择的码本，而索引i表示在该特定码本中选择的码矢量。通常，将适当的无损编码技术分别应用于块En和Ei中的n和i (即，图I中的En和Ei)，以便在将它们复合在复用器MUN中以存储或通过通信信道传输之前，減少被编码的码本号nE和索引iE的平均比特率。图2示出了变速率量化解码器。该解码器的输入端提供了用于将ニ进制码nE和iE分离解复用器DEMUX ;该解码器还包括无损解码模块(即，Dn和Di)，在其中解码nE和iE为码本号n和索引i ;该解码器还包括接收码本号n和索引i并进行逆量化的逆量化器(用Q—1表示)，其使用码本号和索引来恢复源矢量X的量化值I。不同的n值通常产生不同的比特分配从而产生不同的比特率，每维所需比特数(即，码本比特率)的定义为分配给源矢量的比特数与源矢量的维数的比值。通常，码本的构建可以采用以下多种方法ー种流行的方法是根据源的分布，采用训练算法(如k均值算法)来优化码本项。该方法得到非结构化码本，其对于待量化的每个源矢量通常必须进行存储和穷举搜索。因此，该方法的缺点是内存需求大，且计算复杂，它随码本比特率的增加而成指数增长。如果变速率方法基于上述非结构化的码本，则内存需求大和计算复杂的缺陷会进一步加大，因为通常需要为每个可能的位分配特定的码本。
另ー种方法是使用格矢量量化器，其降低了捜索复杂度，并且在许多情况下，可以有效地減少存储需求。格矢量量化是ー种代数型矢量量化器，它的特点是在多维信号空间中，构造ー种有规律的网络，网络中的点称为格点，并以格点进行矢量量化，把信号空间划分为胞腔。由于网络是有规律的，故格点和胞腔也是有规律的。格矢量量化器的主要优点是容易构造码书，且可以进行高维量化。图3示出了ニ维空间中的例子，其中基本矢量是Vl和v2，该例子中使用的格是基本的六角形点阵，用A2表示，该图中用十字标识的所有点可如下获得y=klvl+k2v2(1)其中，y是空间格点，且kl和k2可以是任何整数。注意到图3只是表不空间格点的ー个子集，因为该空间格点本身可无穷扩展。当选择某一空间格点来构造量化码本时，通常选择格点的某一子集来获得具有给定(有限)比特数的码本，使用格点的好处是在确定码本内的所有格点的源矢量X的最近邻点时，存在快速码本搜索算法，并且与其他非结构化的码本相比，可以极大减少复杂性。此夕卜，使用格点无需存储码本，因为码本可以从生成矩阵中获得。格矢量量化中经常使用的格点是D8格。D8是由8维整数格的Z8格点V= (Vl，-,V8)
组成，且满足
权利要求
1.ー种源信号变速率格矢量量化的编码方法，其特征在于，包括 Si,将输入源信号从时域变换到频域以获得谱系数和控制信息； S2，对所述谱系数进行分组和比特分配以获得比特分配信息； S3，基于所述比特分配信息，格矢量量化所述谱系数； S4，将量化索引、所述比特分配信息、所述控制信息打包成编码比特流。
2.根据权利要求I所述的源信号变速率格矢量量化的编码方法，其特征在于，所述步骤S3进ー步包括 S31，对于所述谱系数，计算偏移矢量； S32，对所述偏移矢量进行缩放，得到缩放矢量； S33，在D8格空间中搜索与所述缩放矢量最临近的格点； S34,计算所述最临近的格点坐标； S35，利用所述坐标计算D8格矢量； S36，比较所述D8格矢量与所述最临近的格点是否一致，如果一致，则量化结束，输出所述坐标；如果不一致，则对所述缩放矢量执行逼近量化。
3.根据权利要求2所述的源信号变速率格矢量量化的编码方法，其特征在于，所述步骤S36中的逼近量化进ー步包括 S361，将所述缩放矢量再次缩放，得到再次缩放矢量，运用步骤S33-S35计算得到第二最临近的格点、所述第二最临近的格点坐标，和第二 D8格矢量； S362，比较所述第二 D8格矢量与所述第二最临近的格点是否相等，如果不相等，则重复步骤S361，直至所述第二 D8格矢量与所述第二最临近的格点相等。
4.根据权利要求3所述的源信号变速率格矢量量化的编码方法，其特征在于，所述步骤S36中的逼近量化进ー步包括 S363，运用步骤S33-S35计算得到第三D8格矢量、第三最临近的格点和第三最临近的格点坐标； S364，比较所述第三D8格矢量与所述第三最临近的格点，如果两者不相等，则量化结束，输出所述第三最临近的格点坐标及量化比特数；如果两者相等，则重复步骤S363直至两者不相等，最后输出所述第三最临近的格点坐标及量化比特数。
5.根据权利要求1-4中任ー权利要求所述的源信号变速率格矢量量化的编码方法，其特征在于，在所述步骤S31中，所述偏移矢量满足 其中，表示偏移矢量，Yp表示所述谱系数的子矢量，a= (2_6 2_6…2_6)。
6.根据权利要求5所述的源信号变速率格矢量量化的编码方法，其特征在于，在所述步骤S32中，所述缩放矢量满足 其中，;^^表示所述缩放矢量，0 (P)=2K(p)/6表示缩放因子，R (P)表示每个所述谱系数的子矢量分配的量化比特数。
7.根据权利要求6所述的源信号变速率格矢量量化的编码方法，其特征在干，R(p)满足
8.ー种源信号变速率格矢量量化的编码系统，其特征在于，包括 正交变换模块，用于将输入源信号从时域变换到频域以获得谱系数和控制信息； 谱系数分组和比特分配模块、用于对所述谱系数进行分组和比特分配以获得比特分配信息； 格矢量量化模块，用于基于所述比特分配信息，格矢量量化所述谱系数； 编码比特流模块，用于将量化索引、所述比特分配信息、所述控制信息打包成编码比特流。
9.ー种源信号变速率格矢量量化的解码方法，其特征在于，包括 SI,接收编码比特流进行解码以获得解码比特流； S2，对所述解码比特流进行比特分配和量化索引解码； S3，基于解码的量化索引进行逆格矢量量化得到重建量化矢量； S4，基于所述控制信息对所述重建量化矢量进行逆正交变换得到重建信号。
10.ー种源信号变速率格矢量量化的解码模块，其特征在于，包括 编码比特流解码模块，用于接收编码比特流进行解码以获得解码比特流； 比特分配和量化索引解码模块，用于对所述解码比特流进行比特分配和量化索引解码； 逆格矢量量化模块，用于基于解码的量化索引进行逆格矢量量化得到重建量化矢量；逆正交变换模块，用于基于所述控制信息对所述重建量化矢量进行逆正交变换得到重建信号。
全文摘要
本发明涉及一种源信号变速率格矢量量化的编解码方法和系统。其中该编码方法包括S1.将输入源信号从时域变换到频域以获得谱系数和控制信息；S2.对所述谱系数进行分组和比特分配以获得比特分配信息；S3.基于所述比特分配信息，格矢量量化所述谱系数；S4.将量化索引、所述比特分配信息、所述控制信息打包成编码比特流。相比于传统的变速率矢量量化器存储多个矢量码本，本发明方法无需存储矢量码本；此外，存在快速算法，其运算复杂度较传统矢量量化大幅度降低，即具有低运算复杂度的优点；还具有可以实现变比速率量化的优点。
文档编号H03M7/30GK102801427SQ20121027999
公开日2012年11月28日 申请日期2012年8月8日 优先权日2012年8月8日
发明者张勇 申请人:深圳广晟信源技术有限公司