[发明专利]数字音频信号编码和/或译码方法

说明书

本发明涉及到一种用于对诸如数字音频信号的数字信号进行高效编码的高效方法和装置，一种用于对这些编码后的信号进行译码的高效译码装置以及用于记录这些编码及信号的记录介质。

已经知道了多种用于对音频或语音信号进行高效编码的方法。其中的一个例子就是变换编码。在这种编码中，在时间轴上表示一个音频信号的数字信号帧被利用正交变换转换成在频率轴上表示该音频信号的频谱系数数据块。另一个例子是副带编码，在这种编码中，利用一个滤波器组将音频信号的频带分成多个副带，而不用在进行编码之前沿时间轴将所述信号构成多个帧。

另外还知道了副带编码和变换编码的结合，它是首先利用副带编码将表示音频信号的数字信号分成多个频率范围，然后再对所述频率范围中的每一个进行编码。

用于将频谱分成多个等宽频率范围的一个滤波器包括在55．Bell Syst Tech J．No．8(1976)由R．E．Crochiere等人在“利用副带进行的语音数字编码”一文中所讨论的正交镜象滤波器(QMF)。利用QMF滤波器，可以将信号的频谱分成两个等宽的频带。当利用这种划分所导致的频带相互连续结合时，不会产生混淆。

由Joseph H．Rothweiler．ICASSP 83．Boston公开的一种新的副带编码技术：多相正交滤波器也示出了将一个信号的频谱分成等宽频带的技术。利用这种多个QMF，所述信号的频谱可以同时被分成多个等宽的频带。

一种正交变换技术包括把数字输入音频信号分成多个具有预定时间宽度的帧，然后使用离散付里叶变换(DFT)，离散余弦变换(DCT)和经修改的DCT(MDCT)对所产生的帧进行处理，以把所述信号从时间轴转换到频率轴。关于MDCT的讨论可以在J．P．Princen和A．B．Bradley的文章″在时间域混淆消除的基础上使用滤波器组进行副带变换编码″(ICASSP．1987)中看到。

通过对已经被分成频带的信号进行量化，可以对这些容易产生量化噪音的频带进行控制。特别是，通过使用音质的“屏蔽效应”，可以实现更加有效的音质编码。另外，如果使用信号成份绝对值的最大值逐个频带地对所述信号成份进行规格化，就可以对信号进行更加有效地编码。

一种公知技术使用多个副带以运用人类听觉系统音质特征。特别是，在频率轴上表示一个音频信号的频谱系数被分成多个(例如25个)临界频带。这些临界频带的宽度随着频率的增加而增加。使用预置位分配或自适应位分配对带基数据进行编码。

下面来讨论两种公知的位分配技术。第一种是在IEEETransactions of Acoustics，Speech，and Signal Processing，Vol．ASSP-25，No．4 August 1977由R．Zelinsli and P．Noll发表的“语音信号的自适应变换编码”中所讨论的，它根据那个频带内最后一个信号处的幅值将多个位指定给每一个频带。使用这种方法导致了平滑的量化噪声并使噪声能量最小化。但是，由于这种技术不能有效地发挥音质屏蔽效应，所以，监听者所感觉到的噪声电平并不是最佳的。

第二种位分配技术是在ICASSP 1980由M．A．Krassner在“听觉系统感性要求数字编码-临界频带编码器”一文中所讨论的，它使用音质屏蔽机构去确定一个固定的位分配，从而产生与每一个临界频带相关的所需信噪。但是，如果使用很强音调信号(如1KHZ的正弦波)对所述系统的信噪比进行测量，由于在临紧频带中多个位是固定分配的，其结果也不是最佳的。

为了克服这些问题，建议了一种高效编码装置，在这种装置中，一个位分配可以获得的位的总数在为每一个小数据块预置的固定位分配模式和以数据块为基础的信号幅值从属位分配模式之间进行分配。特定的分配分割与输入信号相关，信号频谱愈平滑，与固定位分配模式相关的分割比就愈高。

利用这种技术，如果象在正弦波输入的情况那样能量被集中在一个特定的频谱成份之中，那么，大量的位就要被分配给包含有那个特定频谱成份的数据块，这就有效地改善了信噪比。由于人类听觉系统对于高音频谱成份具有很高的感知能力，所以，这种技术不仅可以改善测量信号的信噪比，而且可以改善监听者可感觉到的声音的质量。

除了上述技术以外，还建议了各种其它的技术，并制出了模仿人类听觉系统的模型，因此，若在性能上对所述的编码设备进行改进，就可以实现高效的按照人类听觉系统的编码。