[发明专利]无线音频压缩、解压缩方法及音频编码器和音频解码器

说明书

技术领域

本发明涉及一种面向无线应用的音频压缩、解压缩方法及音频编码器和音频解码器。

背景技术

无线数字音频系统不同于一般的有线音频系统，而基于嵌入式技术的无线数字音频系统更是有效地将嵌入式技术、音频编解码技术、无线传输技术结合在一起，可以很好地解决基于PC的数字音频系统在实际应用中存在的不便。和基于PC的数字音频系统相比，基于嵌入式技术的无线数字音频设备具有体积小，携带方便，功能专业化高，成本较低，稳定性高，实时性好等特点。虽然无线音频传输与有线音频传输相比，具有使用灵活方便的特点，但是会受到带宽、延迟和功耗等方面的限制。而目前蓝牙SBC无线音频系统的成本相对较高，且音质较低。因此，针对无线传输设计一款在低码率、低延迟和低计算复杂度的情况下实现较高音质的音频编解码算并将之应用在基于嵌入式技术的无线音频系统中是十分有意义的。

目前公知的高音质音频编码器按照编码方式可以分为两类。第一类是，有损音频编码器，该类型编码器通过分析音频数据频域上的相关性对音频数据进行压缩，第二类是，无损音频编码器，该类型编码器通过分析音频数据时域上的相关性对音频数据进行压缩。

第一类编码器采用变换域结合心理声学模型的压缩方法或者时域预测结合自适应量化器的压缩方法对音频数据进行压缩，变换域方法是将时域信号转换成频域，而后通过心理声学模型分析该音频信号的频域分量特性，最终通过量化器控制各频域分量的量化精度。由于有心理声学模型的分析，变换域方法可以在保证人耳主观感受的情况下最大限度地压缩音频数据流，所以变换域方法的特点就是高延迟、高复杂度、高音质和低码流。以主流的变换域方法有余弦调制滤波器组实现的子带编码，如MP1、MP2和MP3，改进型离散余弦变换(MDCT)实现的时域混叠消除编码(TDAC)，如dolby AC3，而AAC用的则是上述两种变换域方法的结合。时域预测方法是通过消除音频信号的时域相关性来进行压缩，通过计算音频数据和预测值的差值，并设定自适应量化器的量化级、更新下一数据的预测值。并传输当前数据和预测值的差值。由于采用残差的传输方式和自适应的量化器，时域预测方法在保证一定压缩比的情况下很难将提高主观音质水平，所以时域预测方法的特点是低延迟、低运算量、低音质和中等的压缩比。常见的时域预测方法有ADPCM等。

第二类编码器采用时域预测结合熵编码的方法对音频数据进行压缩，主要特点是高延迟、无损音质、低运算量和低压缩比。无损编码通过时域测试等方式分析时域信号的相关性和数据的冗余性，通过熵编码来压缩时域数据的冗余。这种方式最大的特点就是音频数据的无损压缩，能完美的重现压缩前的音频数据，但是由于时域数据的冗余度分析需要大段时域数据且冗余度会根据数据的变化而改变，因而无损压缩方法的帧长较长，且压缩后的数据量会随音频数据的变化而变化。常见的无损压缩方法有WAVPACK、FLAC等。

由于基于无线音频传输的音频码流需要的高音质、低延迟、高压缩比且码流在可控的情况下是固定的，所以第一类编码器中的变换域编码因为其高延迟和高运算量无法达到无线传输的要求，而时域预测编码又因其压缩比和低音质而同样无法满足要求。无损算法虽然音质堪称完美，但因其低压缩比和码流不定限制了其在无线音频方面的应用。

发明内容

为了克服已有音频传输技术的无法同时有效满足无线音频传输的高音质、低延迟、高压缩比且码流在可控的不足，本发明提供一种，在保证音频数据高音质的情况下实现了高压缩比、低延迟和中等的运算复杂度，更适应无线音频应用的无线音频压缩、解压缩方法及音频编码器和音频解码器。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种无线音频压缩方法，所述音频压缩方法包括以下步骤：

(1)，通过正交镜像滤波器组将输入PCM音频数据滤波转换成表示频域的子带数据；

(2)，将获得的频域子带数据经过心理声学模型的计算频域感知分量，所述心理声学模型包括听觉绝对阈值表和掩蔽阈值表；

(3)，通过自适应比特分配方法计算量化后子频带数据的量化后比特分配数；

(4)，根据所分配的比特数量，量化上述处理后在频域上的子频带数据。

进一步，所述步骤(3)中，所述自适应比特分配方法根据输入的频域感知分量和量化因子计算子频带比特分配数；其中比特分配数的确定流程包括：

如果量化因子高且子频带所处频率范围低时，优先分配比特；

如果量化因子低且子带所处频域范围较高时，分析所处频域范围的频域感知分量，频域感知分量高的优先分配比特；