[发明专利]基于整数变换的编码和解码的取整噪声整形

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于改进音频或视频信号的编码效率的方法和装置。

背景技术

整数可逆变换，特别是整数MDCT(IntMDCT)，用于无损或HD(高清)音频/视频编码。例如，最近标准化的MPEG-4 SLS编解码器使用IntMDCT。

该方法也可以应用在使用无损变换的其他领域，例如，整数可逆小波变换用于无损的图像和视频编码。

任何整数可逆变换的问题在于，该变换被分成连续步骤，每个步骤向信号引入不可忽略的取整误差。要编码的有用信号的电平越低，该问题就越严重。因此，取整误差噪声是残差编码方案中的制约因素，在残差编码方案中，残差是原始(或无损或HD)信号与其有损或标清编码版本之间的误差信号。

在没有噪声整形的情况下，取整误差噪声会对被变换信号的所有频率箱造成相等的影响。特别对于实际信号电平较低的频率箱而言，这是一个问题。在取整误差占据了主导地位的箱中，为了无损变换，要付出熵(并且因此是数据率)急剧增大方面的较大“惩罚”。对于取整误差并非主导的频率箱，这种惩罚小很多。

在Yoshikazu Yokotani，Ralf Geiger，Gerald D.T.Schuller，SoontornOraintara，K.R.Rao，“Lossless audio coding using the IntMDCT androunding error shaping”，IEEE Transactions on Audio，Speech，andLanguage Processing，Vol.14，No.6，pp.2201-2211，November 2006中，Fraunhofer已经提出了针对上述问题的解决方案，其中，提出了向多个提升步骤(表示变换的小的整数可逆子步骤)添加固定的噪声整形滤波器，以处理特别是从高频到低频的取整误差影响。上述作者采用启发式优化准则来寻找噪声整形滤波器系数。该方法的简单变型是MPEG-4 SLS编解码器的一部分(固定的一阶低通滤波器)。

基于提升方案的整数变换将整数映射到整数，并且是可逆的。这种提升的基本思想是：例如，如果一对滤波器(h，g)是互补的，即，允许理想的重建，则对于每个滤波器s，该对(h’，g)在h’(z)＝h(z)+s(z²)*g(z)的情况下也允许理想重建。对于滤波器t以及形式为g’(z)＝g(z)+t(z²)*h(z)的每个对(h，g′)，也是如此。相反也是如此：如果滤波器组(h，g)和(h’，g)允许理想重建，则存在唯一的滤波器s，其中h’(z)＝h(z)+s(z²)*g(z)。

滤波器组的每一个这种变换操作称为提升步骤。一系列提升步骤可以构成交替提升，即，在一个步骤中，固定低通，而改变高通，在下一步骤中，固定高通，而改变低通，从而可以合并相同方向的连续步骤。

在视频编码领域，Min Shi，Shengli Xie，“A Lossless ImageCompression Algorithm by Combining DPCM with Integer WaveletTransform”，IEEE 6^th CAS Symp.on Emerging Technologies：Mobile andWireless Comm.，Shanghai，China，May 31-June 2，2004中已公开了处理上述问题的另一方法。作者在无损变换之前应用DPCM预滤波器，从而对信号进行“白化”，并因此以类似信号谱的方式对取整误差噪声(也是“白色”的)进行有效整形。但是，该方法也有一些不足之处：第一，为了实现整数可逆，预滤波器需要向其自身添加取整误差，这会降低编码性能(参见下文)；第二，作者采用“正常”前向DPCM滤波器，但是，该滤波器不是针对上述问题的最优选择。

发明内容

虽然平均来讲上述固定噪声整形是有益的，但是其对于单独的信号块可能在很大程度上是次优的。

本发明要解决的问题是优化在使用提升的整数可逆变换中的取整误差噪声分布、以及/或者减小对特定音频或视频信号进行比特精度的编码所必需的数据率，即，提高编码/解码效率。该问题由权利要求1和3公开的方法解决。权利要求2和4中公开了使用这些方法的相应装置。

本发明通过使用噪声整形的逐块调整，来限制在整数可逆变换中来自或由于每个提升步骤导致的取整误差噪声对无损编解码的数据率的影响。可以使用两种基本方法：