[发明专利]数字音频信号的分级编码

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于音频数据的分级编码的方法，更具体地，涉及一种用于基于标量量化(scalar quantization-based)的编码的方法。 

特别地设计该编码，以用于传送和/或用于存储诸如音频频率信号(语音、音乐或其他)之类的数字信号。 

本发明更具体地涉及波形的编码，诸如其中在没有预测的情况下、单独地对每个输入采样进行编码的PCM(代表“脉冲编码调制”)编码。 

背景技术

诸如参考图1来描述由推荐标准ITU-T G.711规定的PCM编码/解码的一般原理。将输入信号假设为被定义有[300-3400Hz]的最小带宽并且利用每个采样16个比特的分辨率而以8kHz(按照已知为“线性PCM”的格式)来进行采样。 

PCM编码器13包括在其输入处接收输入信号S的量化模块Q_PCM 10。经由传送信道11来向解码器14传送在量化模块10的输出处的量化索引I_PCM。 

解码器PCM 14在其输入处接收来自传送信道的索引I′_PCM(I_PCM的可受到二进制误差影响的版本)，并且通过逆量化模块Q^-1_PCM 12来进行逆量化，以便获得编码的信号S’_Mic。 

规范化的ITU-T G.711PCM编码(在下文中，称为G.711)在均匀标量量化以前、利用对数曲线来对信号的幅度进行压缩，这允许了对于宽动态范围的信号来获得近似恒定的信噪比。因此，原始信号的频率范围中的量化步长与信号的幅度成比例。 

在8个比特或256个电平上量化已压缩信号的连续采样。在公共交换电话网(PSTN)中，以8kHz的频率来传送这8个比特，给出了64kbits/s的比特率。 

根据G.711标准的量化的信号帧包括在8个比特上编码的量化索引。因而，如果通过表格来应用逆量化，则其简单地由指向256个可能解码值之一的索引组成。 

因为实现的复杂度，所以已经通过分段的线性曲线来近似PCM压缩。 

在G.711标准中定义了两个编码律(coding law)：律A，主要用在欧洲；以及mu(μ)律，用在北美和日本。 

这些编码律允许将幅度压缩(或“压缩扩展”)应用于信号。信号的幅度因而利用编码器中的非线性函数来进行“压缩”，在传送信道上发送，并且利用解码器中的反函数来进行“解压缩”。幅度压缩的优点在于，其允许将输入音频信号的幅度的概率分布变换为准均匀概率律，在所述准均匀概率律上可以应用均匀标量量化。 

幅度压缩律一般是对数类型的律，所述对数类型的律因此允许在8个比特上(按照律A或mu类型的“PCM”格式)对利用16个比特分辨率(按照“线性PCM格式”)来采样的信号进行编码。 

按照诸如在图1中的附图标记15处示出的以下方式来分配G.711中的每个采样的8个比特： 

-1个符号位S(0代表负值，否则为1)，被分派了图1中的附图标记sgn， 

-用于指示片段(图1中的附图标记ID-SEG)的3个比特，对于A律来说，通过256*2n来给出每个片段的结尾；而对于mu律来说，通过256*2n-132来给出每个片段的结尾，其中n＝0，1，...，7。因此，当转到较高的片段(对于A律来说，从第2片段开始)时，量化步长乘以2。 

-用于指示片段上的位置的4个比特，被分派了图1中的附图标记ID-POS。 

最后7个比特因此构成了编码后的绝对值。以下，我们将首先研究律A的情况，然后对于mu律来推广所述结果。根据A律G.711标准，通过对从最低有效位或LSB开始的每个第二比特进行取反来获得最终索引。该编码律允许最初两个片段上的12个比特的标量量化精确度(因此，16的量化步长)，然后当片段数目增加1时，精确度降低1比特。 

可注意到的是，可能通过在要编码的采样的幅度与量化器的判决阈值之间进行简单比较，来执行从在16个比特上表示的数字信号开始的G.711PCM量化。二分法(dichotomy)的使用使这些比较显著加速。该解决方案需要存储具有256个条目的表格；在下文中，表格1表现了来自用于G.711律A的这样的表格的摘录。