[发明专利]源信号变速率格矢量量化的编解码方法和系统

说明书

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，以进一步提高压缩效果。

在量化方法中常用的一种方法是矢量量化方法，在其中，将几个采样系数组在一起形成一个矢量，且以一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。

另一方面，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1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1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1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y。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E_n和E_i中的n和i(即，图1中的E_n和E_i)，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，减少被编码的码本号n_E和索引i_E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二进制码n_E和i_E分离解复用器DEMUX；该解码器还包括无损解码模块(即，D_n和D_i)，在其中解码n_E和i_E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y。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：

一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。

另一种方法是使用格矢量量化器，其降低了搜索复杂度，并且在许多情况下，可以有效地减少存储需求。格矢量量化是一种代数型矢量量化器，它的特点是在多维信号空间中，构造一种有规律的网络，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示出了二维空间中的例子，其中基本矢量是v1和v2，该例子中使用的格是基本的六角形点阵，用Α₂表示，该图中用十字标识的所有点可如下获得：

y=k1v1+k2v2             （1）

其中，y是空间格点，且k1和k2可以是任何整数。注意到图3只是表示空间格点的一个子集，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。此外，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=(v₁,…,v₈)组成，且满足即：