[发明专利]采用加权信号量化位分配进行数据压缩的装置和方法

说明书

本发明相关于对数字信息信号进行压缩的装置，其中数字输入信号是采用自适应位分配来压缩的。

众所周知，有多种压缩数字音频或声音信号的技术。例如，子带编码，一种非块状频带划分系统，其中输入的音频信号不是按时间被划分为块，而是用一个滤波器将其按频率分为多个频带来进行量化。在一个块状频带划分系统中，如一个变换编码系统中，通过一个正交变换将时域中的输入音频信号较换为频率域中的频谱系数。所产生的频谱系数被分为多个频带，并对每个带中的频谱系数进行量化。还有一种已知的技术，它包括子带编码和变换编码的组合，其中通过按频率划分输入音频信号所产生的频域信号被分别正交变换为频谱系数。该频谱系数随后被分为多个频带并且在各个频带中进行量化。

可用于将一个数字音频输入信号分为多个频带的滤波器是正交镜象(QMF)滤波器，该滤波器在例如R.E.Crochiere,DigitalCoding of Speech in Syb-bands,55 BELL SYST TECH J.NO.8(1976)中作过描述。将音频输入信号按频率划分为具有相等宽度的频带的技术在Joseph H.Rothweiler,Polyphase QuadratureFilers-a New Sub-band Coding Technique,ICASSP83,BOSTON(1983)中作了讨论。

在进行正交变换的技术中，人们知道要将数字音频输入信号按时间划分为具有预定间隔的预定数量采样块，并采用快速付立叶变换、离数余弦变换或改进的离散余弦变换(MDCT)来处理每一块，从而将时域中的信号转换为频率域中的一个信号。在J.P.Princen&c A.B.Bradley,Sub-Band/Transform Coding Using FilterBank Designs Based on Time Domain Aliasing Cancellalion,ICASSP 1987(1987)中可找到对MDCT的描述。

作为量化由频率划分所获得的相应的频谱系数的技术，人们已知一种考虑了人类的听觉特征的子带系统。音频信号可按频率划分为多个频带，例如25个临界频带，其带宽随频率增大而增加。当每个相应频带中的频谱系数被量化时，通过作用于每个频带上的自适应位分配来量化频谱系数。例如，当量化由MDCT所产生的频谱系数时，该频谱系数被分为多个频带，并且采用一个自适应确定的位数在每个频带中对频谱系数进行量化。

对已知的自适应位分配技术，我们将讨论两种。第一；在ASSP-25,IEEE T RAASACTIONS OF ACOUSTICS,SPEECH,AND SIGNALPROCESSING NO4.August 1977中所描述的技术中，位分配是在相应频带的信号的幅值基础上进行的。虽然这一系统换供一个平滑的量化噪声频谱以及最小的噪声能量，但由听众所实际接收的噪声并不是最小，因为这一技术没有利用人类听觉的掩蔽特性。

另一方面，在M.A.Kransner,The Critical Band Coder-Digital Encoding of the Perceptnal Requicements of theAuditory Sustem,ICASSP 1980中所描述的技术采用人类听觉的掩蔽特殊来确定每个频带进行一个固定量化位分配时所需的信噪比。然而，由于位分配保持固定，因此这一技术提供具有一个单一正弦波输入的相对较差的结果。

在上面所讨论的分配技术中要克服上述缺点，可参考美国专利申请序列No.07/924,298中所描述的数据压缩装置。在这一装置中，用于量化由一个正交变换所产生的所有频谱系数的总位数在根据固定位分配模式进行分配的位和根据可变位分配模式进行分配的位之间进行划分。量化每个频带中每个频谱系数所分配的总倍数是根据固定位分配模式分配给频带的位数与根据可变位分配模式分配给频带的位数之和。量化位的总数在固定和可变位分配模式之间的划分比率是可变的，它依赖于相关于输入信号的一个信号，即，信号频谱越平滑，那么固定位分配的划分比率就越大。对每一块数字音频输入信号而言，根据固定位分配模式在每个频带中分配来量化每一个频谱系数的位数是固定的，而根据可变位分配模式或在每个频带中分配来量化每一个频谱系数的位数依赖于每一频带的频带值。频带值可以是频带的任一能量，频带的峰级、频带的平均级或与该频带相关的一些其它合适的参数。