[发明专利]后向块自适应Golomb-Rice编解码方法及装置

说明书

技术领域

本发明涉数字信号处理的数字音频信源编解码技术，具体涉及后向块自适应Golomb-Rice编解码的方法和装置。

背景技术

伴随计算机科学技术的发展，数字存储技术也不断的发展，存储介质的密度越来越来高，存储容量越来越大，多媒体数据的大小也在不断增加(例如：高清数字视频，3D视频，高质量数字音频，高清晰数字图像等)，因此对数据压缩仍然必不可少，而且要求压缩和解压缩具有较低的算法复杂度。如何利用有效的方法将原始数据表示为更少的比特位，同时压缩和解压缩过程保持较低的算法复杂度是目前数据压缩领域研究的热点之一。

为了实现对数据信号的压缩，主要的方法是根据数据信号的特征，去除数据的空间，时间及统计相关性。目前各种压缩和解压缩算法利用预测，变换技术去除的是数据空间及时间相关性，利用熵编码技术去除数据的统计相关性，主要的熵编码技术有算术编码，哈夫曼编码，行程编码，哥伦布编码(Golomb-Coding)等。

哥伦布编码是1960年由Solomon W.Golomb发明的一种重要的熵编码技术，对于遵循几何分布的字母表，是一种最优熵编码方法。Golomb-Rice编码是哥伦布编码的一个子集，由Robert F.Rice在哥伦布编码基础上发明产生，尽管压缩效果会稍逊于哥伦布编码，但具有更适合计算机实现的优点，因此应用非常广泛，具有简单，高效的特点。

Golomb-Rice编码适用于对符合几何分布的数据源进行压缩，没有考虑实际信源的概率模型，其压缩性能一般情况下会比算术，Huffman熵编码稍差一些，但由于其运算复杂度低，它被应用于各种压缩领域，如JPEG-LS中采用了Golomb-rice熵编解码；在无损音频编码中被广泛，例如MPEG的无损音频压缩标准ALS，著名的无损音频技术FLAC和Monkey’s Audio中都采用的是Golomb-rice及变种的Golomb-rice熵编解码。

Golomb-Rice熵编码是针对无符号的整数值n进行编码，减少无符号的整数值n使用的二进制位数，根据选择的Golomb-Rice参数m值，将无符号的整数值n分为两部分：前缀和余数r＝n&(2^m-1)，对前缀q采用一元码编码(unary coding)，余数采用m个二进制位进行编码。Golomb-Rice熵编码是对单个无符号数的编码，并用q+1+r个二进制位表示被编码的无符号数，单个无符号数的编码只可能是整数个二进制位，迭代以上过程至编码完整个信源符号序列。

Golomb-Rice熵解码过程从码流中读取编码时存储的m值或者根据已解码的信源符号值动态计算即将解码的信源符号值的m(自适应方法)，一元解码出前缀q，读取m个二进制位得到余数r，最终解码出信源符号值n＝q*2^m|r，迭代以上过程至解码出整个信源符号序列。

从当前使用Golomb-Rice进行数据压缩的应用中可以发现，传递到Golomb-Rice编码的输入值，多数是经过预处理后的数据，主要的预处理方法根据应用各有差别，在数字音频无损压缩中，多采用线性预测来去除源数据在时域的相关性，处理后的残差数据分布多数符合几何分布特性，因此处理后的残差数据较适合利用Golomb-Rice编码进行压缩。在具体使用Golomb-Rice编码进行压缩时，一个关键问题是Golomb-Rice参数m值得选取，如何选取最优的Golomb-Rice参数m值将影响压缩效果的好坏。在Shorten，FLAC无损音频压缩中，通过是将输入向量划分成预定长度的块来解决的。对于每个块，编码器两次读取数据。第一次读取，计算输入值的平均值，并根据平均值确定该块的m值，比特输出该块的m值语法字段，并用m值编码该块的每一个数据，输出每个数据编码后的码字。这种方法在很多无损压缩系统中使用，被称为“按块自适应”或者“前向自适应”模型[2]。这种模型的不足是，首先编码过程需要两次通过待编码数据，影响编码速度，其次在选择块大小时是个难点。