專利名稱：對數字信號進行編碼和解碼的方法和設備的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種對多聲道信號進行編碼和解碼的方法和設備，更具體地講，涉及一種根據用于多聲道信號的聲道之間的相似性將左側聲道信號編碼為第一信號和將左側聲道信號和右側聲道信號的組合編碼為第二信號的方法和設備及其解碼方法和設備。
背景技術：
在數字音頻傳輸中，與傳統的模擬傳輸相比，將被傳輸的音頻信號受到更少的環繞噪聲的干擾，并且可獲得通過使用壓縮盤(CD)而獲得的同樣的好的聲音質量。然而，隨著將被傳輸的數據量的增長，存儲器的容量或者傳輸線的容量應該相應地增加。
為了解決這些問題，需要數據壓縮技術。在音頻壓縮技術的情況下，原始的聲音信號被壓縮為更小的信息量，然后傳輸，最后進行解壓縮以便解壓縮的聲音信號的質量與原始的聲音信號的質量基本相同。換句話說，音頻壓縮技術目的在于播放與原始的聲音相同的聲音質量并傳輸更小的信息量。
與作為從一個聲道提供的音頻信號的單聲道音頻相比，作為多個聲道提供音頻信號的組合的立體聲音頻允許收聽者感受立體的聲音。
在諸如知覺噪聲替換(PNS)的傳統的處理音頻信號的方法中，通過使用MPEG-4音頻編碼工具可在諸如64kbps/stereo的低比特率有效地處理音頻信號，但是在高比特率降低了聲音質量。在傳統的方法中，特別地當處理瞬時音頻信號時，更大地降低了聲音質量。
另外，因為立體聲音頻信號是從多個聲道提供的單聲道音頻信號的組合，所以存儲或傳輸立體聲音頻信號更加困難和昂貴。這是因為，當從多個聲道提供的單聲道音頻信號在每個聲道中被單獨地編碼時，數據的大小根據聲道的數量而增加。可通過減小采樣率或采用有損編碼來減小數據的大小。然而，采樣率直接影響聲音質量，而有損編碼會引起聲音質量的降低。
這樣，需要一種對多聲道信號進行編碼和解碼的方法，通過該方法，具有高比特率的數字信號和瞬時信號的聲音質量不會被極大地降低，并且聲道之間的冗余信息被有效地移除而不會影響所述數字信號和瞬時信號的聲音質量。
發明內容
在下面的描述中將部分地闡明本發明另外的方面和/或優點，通過描述，其會變得更加清楚，或者通過實施本發明可以了解。
本發明提供了一種通過使用頻帶之間的相似性對多聲道數字信號進行編碼和解碼的方法，其中，即使在低比特率頻帶也沒有被減小并且音頻信號被有效地處理。
另外，本發明提供了一種根據聲道之間的相似性將多聲道數字信號編碼為具有關于一個聲道信號的信息的第一信號和具有包括所述聲道的兩個聲道信息的第二信號以便有效地移除聲道之間冗余信息的方法和設備及其解碼方法和設備。
根據本發明的一方面，提供了一種對包括至少兩個聲道的數字信號進行編碼的方法，該方法包括將多聲道數字信號分割為預定數量的頻帶；對于在頻帶中等于或大于預定頻率的每一高頻帶，在小于預定頻率的低頻帶中檢測最相似的頻帶；從每一高頻帶計算特征值；使用在多聲道信號中的第一聲道信號執行第一操作以產生第一信號，并使用在多聲道信號中的第一聲道信號和第二聲道信號的組合執行第二操作以產生第二信號；量化第一和第二信號中屬于小于預定頻率的低頻帶的信號并量化計算的高頻帶的特征值；以及使用關于檢測的相似的低頻帶的信息、量化的低頻帶信號和量化的高頻帶的特征值來產生比特流。
在低頻帶中檢測最相似的頻帶可包括計算低頻帶和高頻帶之間的相似性；對于每一高頻帶檢測具有最大相似性的低頻帶；以及檢查在檢測的低頻帶和高頻帶之間的相似性是否等于或大于預定值，并且如果所述相似性等于或大于所述預定值，則產生關于檢測的低頻帶的信息。該方法還可包括如果檢測的低頻帶和高頻帶之間的相似性小于所述預定值，則產生在其中不存在相似的低頻帶的信息。
所述相似性可以是由屬于高頻帶的時域樣本值形成的曲線的形狀和由屬于低頻帶的時域樣本值形成的曲線的形狀之間的相似性。
所述特征值可以是從高頻帶的功率以及比例因子中選擇的至少一個。
所述第一信號可以是第一聲道信號，所述第二信號可以是第一和第二聲道信號之間的差信號。
產生第一信號和第二信號可包括計算第一聲道信號和第二聲道信號之間的相似性；以及如果所述相似性等于或大于預定值，則將多聲道信號編碼為第一信號和第二信號，其中，所述第一信號可通過使用第一聲道信號和第二聲道信號中的至少一個來計算，所述第二信號可通過使用第一和第二聲道信號的組合來計算。
計算相似性包括計算在第一聲道信號和第二聲道信號之間的功率、比例因子和掩蔽閾值的比值之中的一個。
對多聲道信號進行編碼包括如果計算的比值在預定的接近于1的范圍之內，則將多聲道信號編碼為第一信號和第二信號。
該方法還可包括將量化的比特的數量分配給多個頻帶，其中，所述量化可包括根據分配的比特的數量來量化第一和第二信號之中的屬于低頻帶的信號。
根據本發明的另一方面，提供了一種將第一和第二輸入比特流解碼為具有第一和第二聲道信號的數字信號的方法，該方法包括從第一和第二比特流提取量化的低頻帶信號、量化的每一高頻帶的特征值和關于與每一高頻帶相似的低頻帶的信息；逆量化量化的低頻帶信號和量化的高頻帶的特征值；通過使用第一逆量化的比特流的低頻帶信號來執行第一操作以產生第一聲道的低頻帶信號，并且通過使用第一和第二比特流的低頻帶信號的組合來執行第二操作以產生第二聲道的低頻帶信號；以及通過使用產生的第一和第二聲道的低頻帶信號、逆量化的高頻帶的特征值和提取的關于與每一高頻帶相似的低頻帶的信息來產生第一和第二聲道的高頻帶信號。
所述第一聲道低頻帶信號可以是逆量化的第一比特流的低頻帶信號，所述第二聲道低頻帶信號可以是逆量化的第一和第二比特流的低頻帶信號之間的差信號。
產生高頻帶信號可包括關于每一高頻帶，復制逆量化的與所述高頻帶相似的低頻帶的信號；以及將復制的信號轉換為具有逆量化的特征值的高頻帶信號。
產生高頻帶信號可包括如果不存在與高頻帶相應的相似的低頻帶，則僅使用逆量化的高頻帶的特征值來產生高頻帶信號。
所述高頻帶的特征值可以是高頻帶的功率和比例因子中的至少一個。
逆量化可包括從比特流提取分配的用于量化每一頻帶的比特的數量；以及使用提取的分配的比特的數量來逆量化量化的低頻帶信號。
根據本發明的另一方面，提供了一種對包括至少兩個聲道的數字信號進行編碼的設備，該設備包括分頻器，用于將多聲道數字信號分割為預定數量的頻帶；相似性分析器，用于對于在分割的頻帶中等于或大于預定頻率的每一高頻帶，在小于預定頻率的低頻帶中檢測最相似的頻帶，產生關于檢測的相似的低頻帶的信息，并且從每一高頻帶計算特征值；左/差(LS)編碼器，用于通過使用在多聲道信號中的第一聲道信號來執行第一操作以產生第一信號，并通過使用在多聲道信號中的第一聲道信號和第二聲道信號的組合來執行第二操作以產生第二信號；量化器，用于量化第一和第二信號中屬于小于預定頻率的低頻帶的信號并量化高頻帶的特征值；以及比特流發生器，用于通過使用關于相似的低頻帶的信息、量化的低頻帶信號和量化的高頻帶的特征值來產生比特流。
所述相似性分析器可包括頻帶相似性計算器，用于計算低頻帶和高頻帶之間的相似性；頻帶檢測器，用于對于每一高頻帶檢測具有最大相似性的低頻帶；頻帶相似性確定單元，用于確定在檢測的低頻帶和高頻帶之間的相似性是否等于或大于預定值；以及相似信息發生器，用于如果所述相似性等于或大于所述預定值，則產生關于檢測的低頻帶的信息，如果所述相似性小于所述預定值，則產生在其中不存在相似的低頻帶的信息。
所述相似性可以是由屬于高頻帶的時域樣本值形成的曲線的形狀和由屬于低頻帶的時域樣本值形成的曲線的形狀之間的相似性。
所述特征值可以是從高頻帶的功率以及比例因子中選擇的至少一個。
所述第一信號可以是第一聲道信號，所述第二信號可以是第一和第二聲道信號之間的差信號。
該設備還可包括聲道相似性分析器，用于計算第一聲道信號和第二聲道信號之間的相似性，如果所述相似性等于或大于預定值，則產生用于操作LS編碼器的信號并將其輸出。
第一和第二預定聲道信號之間的相似性可以是第一聲道信號和第二聲道信號之間的功率、比例因子和掩蔽閾值的比值之中的一個。
該設備還可包括量化控制器，用于分配分配給多個頻帶的比特的數量，其中，所述量化器可根據分配的比特的數量來量化第一和第二信號之中的屬于低頻帶的信號。
根據本發明的另一方面，提供了一種將第一和第二輸入比特流解碼為具有第一和第二聲道信號的數字信號的設備，該設備包括比特流解釋器，用于從第一和第二比特流提取量化的低頻帶信號、量化的每一高頻帶的特征值和關于與每一高頻帶相似的低頻帶的信息；逆量化器，用于逆量化量化的低頻帶信號和量化的高頻帶的特征值；左/差(LS)解碼器，用于通過使用第一逆量化的比特流的低頻帶信號來執行第一操作以產生第一聲道的低頻帶信號，并且通過使用第一和第二比特流的低頻帶信號的組合來執行第二操作以產生第二聲道的低頻帶信號；以及高頻信號發生器，用于通過使用產生的第一和第二聲道的低頻帶信號、逆量化的高頻帶的特征值和提取的關于與每一高頻帶相似的低頻帶的信息來產生第一和第二聲道的高頻帶信號。
所述第一聲道低頻帶信號可以是與逆量化的第一比特流的低頻帶信號相同的信號，所述第二聲道低頻帶信號可以是逆量化的第一和第二比特流的低頻帶信號之間的差信號。
所述高頻帶信號發生器可包括信號復制單元，用于接收逆量化的低頻帶信號和關于與高頻帶相應的相似的低頻帶的信息，并復制與每一高頻帶相似的低頻帶的信號；以及信號轉換器，用于接收復制的信號和逆量化的高頻帶的特征值，并將復制的信號轉換為具有逆量化的關于每一高頻帶的特征值的高頻帶信號。
如果不存在與高頻帶相應的相似的低頻帶，則所述高頻帶信號發生器可僅使用逆量化的高頻帶的特征值來產生高頻帶信號。
所述高頻帶的特征值可以是高頻帶的功率和比例因子中的至少一個。
所述比特流解釋器可從第一和第二比特流提取量化的低頻帶信號、量化的每一高頻帶的特征值和關于與每一高頻帶相似的低頻帶以及分配的用于量化每一頻帶的比特的數量的信息，并且所述逆量化器使用分配的比特的數量來逆量化量化的低頻帶信號。
一種可被記錄在計算機可讀記錄介質中的用于在計算機中執行對多聲道數字信號進行編碼和解碼的方法的程序。
根據本發明的另一方面，提供了一種將比特流解碼為具有第一和第二聲道信號的數字信號的方法，該方法包括從所述比特流提取量化的低頻帶信號、量化的每一高頻帶的特征值和關于與每一高頻帶相似的低頻帶的信息；逆量化量化的低頻帶信號和量化的每一高頻帶的特征值；對逆量化的低頻帶信號進行解碼以產生第一聲道的低頻帶信號；通過使用第一和第二聲道的低頻帶信號的組合來產生第二聲道的低頻帶信號；以及通過使用產生的第一和第二聲道的低頻帶信號、逆量化的高頻帶的特征值和提取的關于與每一高頻帶相似的低頻帶的信息來產生第一和第二聲道的高頻帶信號。
通過下面結合附圖對實施例進行的描述，本發明的這些和/或其他方面和優點將會變得清楚和更易于理解，其中圖1是根據本發明實施例的對多聲道數字信號進行編碼的設備的方框圖；圖2是示出根據本發明另一實施例的圖1中的相似性分析器的方框圖；圖3A到圖3D是示出根據本發明另一實施例的用于解釋計算所有低頻帶之間的相似性的操作的信號值的示圖；圖4是示出根據本發明另一實施例的圖1中的LS編碼器的方框圖；圖5示出根據本發明另一實施例的左/差(LS)編碼操作；圖6是示出根據本發明實施例的左側聲道信號和右側聲道信號之間平均功率的比值的示圖；圖7是示出根據本發明另一實施例的左側聲道信號和右側聲道信號之間平均功率的比值的示圖；圖8是示出在左側聲道信號和作為LS編碼的結果的第一信號的分布中的變化的示圖；圖9是示出在右側聲道信號和作為LS編碼的結果的第二信號的分布中的變化的示圖；圖10是示出對多聲道數字信號進行編碼的方法的流程圖；圖11是示出根據本發明另一實施例的圖10中的檢測相似的低頻帶的操作的流程圖；圖12是示出根據本發明另一實施例的圖10中的LS編碼操作的流程圖；圖13是根據本發明另一實施例的對多聲道數字信號進行解碼的設備的方框圖；圖14是根據本發明另一實施例的圖13中的高頻帶信號發生器的方框圖；圖15是示出根據本發明另一實施例的對多聲道數字信號進行解碼的方法的流程圖；和圖16是示出圖15中的發生高頻帶信號的操作的流程圖。
具體實施例方式
現在對本發明實施例進行詳細的描述，其示例表示在附圖中，其中，相同的標號始終表示相同的部件。下面通過參照附圖對實施例進行描述以解釋本發明。
在下文中，將參照附圖對根據本發明實施例的對數字信號進行編碼的方法和設備進行詳細的描述。
圖1是根據本發明實施例的對多聲道數字信號進行編碼的設備的方框圖。圖1中的設備包括分頻器100、相似性分析器110、LS編碼器120、量化器130、比特流發生器140和量化控制器150。
現在將參照示出對多聲道數字信號進行編碼的方法的圖10中顯示的流程圖對圖1中顯示的對多聲道數字信號進行編碼的設備的操作進行描述。
在操作1100中，分頻器100將時域中的輸入數字信號分割為多個頻帶，所述輸入信號被分割為預定數量的頻率區域，并將其輸出。根據本發明另一實施例，PCM采樣信號被用作數字信號并且通過使用子頻帶濾波器而被轉換為用于預定數量的頻帶中的每一頻帶的信號。DCT，MDCT，FFT等以及子頻帶濾波器可被用于將輸入信號分割為頻帶。
在操作1110中，對于具有等于或大于預定的基準頻率的每一高頻帶，相似性分析器110檢測具有等于或小于預定的基準頻率的低頻帶，所述低頻帶與所述高頻帶非常相似或比較相似，相似性分析器110還輸出關于檢測的相似的低頻帶的信息。所述基準頻率可由用戶改變或預先設置。關于相似的低頻帶的信息可以以這樣的方式來產生，即所述頻帶的指數對應于所述高頻帶的指數。
在操作1120中，相似性分析器110從每一高頻帶計算特征值。所述特征值表示每一高頻帶的樣本值的大小，并且可以是屬于高頻帶的平均功率或是高頻帶的比例因子。
在操作1130中，LS編碼器120將分割為多個頻帶的多聲道數字信號，例如具有左側聲道信號和右側聲道信號的數字信號左/差(LS)編碼為第一和第二信號。圖5示出根據本發明另一實施例的LS編碼操作。可使用等式1將左側聲道信號L和右側聲道信號R分割為第一和第二信號。
其中，x、y、z為常數。根據等式1，僅使用左側聲道信號L來計算第一信號并且第一信號僅具有關于左側聲道信號L的信息，通過左側聲道信號L和右側聲道信號R的組合來計算第二信號并且第二信號具有關于左側聲道信號L和右側聲道信號R的信息。特別地，立體聲數字信號可通過等式2來計算并且立體聲數字信號可被編碼為第一和第二信號。
根據等式2，通過LS編碼器120編碼的第一信號與左側聲道信號L相同，并且通過將左側聲道信號L和右側聲道信號R之間的差信號除以2來獲得第二信號。
如上所述，已經在左側聲道信號L和右側聲道信號R被編碼為第一和第二信號的實施例中對LS編碼操作進行了描述。然而，即使在至少三個聲道中的數字信號的情況下，在所述至少三個聲道之中的第一預定聲道的信號和第二預定聲道的信號可通過使用上述方法而被編碼為第一和第二信號。
LS編碼器120可僅對被分割為多個頻帶的多聲道數字信號之中的低頻帶信號進行編碼。另外，LS編碼操作1130可與檢測相似的低頻帶的操作1110以及計算特征值的操作1120同時進行。
在操作1140中，量化器130在每一頻帶中量化從相似性分析器110接收的高頻帶的特征值并量化諸如從LS編碼器120輸入的第一和第二信號的低頻帶信號。
量化控制器150確定被分配用于量化每一頻帶的比特的數量，并且量化器130根據由量化控制器150確定的分配的比特的數量來量化每一頻帶。
量化控制器150可關于每一分割的頻帶分析聽覺靈敏度并根據分析的結果確定分配的比特的數量。
根據本發明實施例，量化控制器150可包括心理聲學模型(未顯示)和比特分配單元(未顯示)。心理聲學模型根據人類收聽特性計算信掩比(SMR)并將其輸出，所述SMR是用于在每一頻帶中比特分配的基礎。比特分配單元從自心理聲學模型接收的SMR值來獲得分配給每一頻帶的比特的數量。
根據本發明另一實施例，量化控制器150可包括分配的比特數量提取單元(未顯示)和查詢表(未顯示)。用于量化頻帶的分配的比特的數量被存儲在查詢表中以對應于指示每一頻帶的特性的地址。頻帶的特征值可以是屬于所述頻帶的樣本的平均功率、所述頻帶的比例因子或所述頻帶的掩蔽閾值。
比例因子是在屬于每一頻帶的樣本之中具有最大絕對值的樣本值。掩蔽閾值是即使信號是可聽的而由于音頻信號之間的交互作用使得人們也無法感受的信號的最大大小。掩蔽閾值是與這樣的發生現象有關的值，在所述發生現象中，在通常用于音頻信號編碼的心理聲學模型中的音頻信號之中的某一信號通過干擾而掩蔽另一信號并且即使所述信號是可聽的人們也無法感受。
分配的比特數量提取單元計算每一頻帶中的輸入信號的特征值作為地址值，并且提取對應于計算的地址值的分配的比特的數量。存儲在查詢表中的分配的比特的數量可以基于心理聲學模型根據頻率的特征值而預先存儲以便可正確地執行量化。
根據本發明另一實施例，量化控制器150可包括多個查詢表(未顯示)、查詢表選擇單元(未顯示)和分配的比特數量提取單元(未顯示)。根據輸入數字信號的特性而變化的分配的比特的數量被存儲在所述多個查詢表中。查詢表選擇單元計算輸入數字信號的特性并從所述多個查詢表中選擇適合于計算的特性的查詢表。分配的比特數量提取單元計算每一頻帶中數字信號的特征值作為地址值，并且從選擇的查詢表中提取對應于計算的地址值的分配的比特的數量。數字信號的特性可以是分割為多個頻帶的樣本的分布。
在操作1150中，比特流發生器140產生量化的低頻帶信號、通過相似性分析器110計算的高頻帶的特征值和對應于通過相似性分析器110產生的每一高頻帶的相似的低頻帶信息，將它們作為比特流并將它們輸出。比特流發生器140可對輸入信號進行無損編碼并對輸入信號進行比特分組，隨后將比特分組的結果轉換為比特流格式。比特流發生器140可使用用于無損編碼的霍夫曼編碼。
圖2是示出根據本發明另一實施例的圖1中的相似性分析器110的方框圖。相似性分析器110包括頻帶相似性計算器200、頻帶檢測器210、頻帶相似性確定單元220和相似信息發生器230。現在將結合圖11中顯示的流程圖對圖2中的相似性分析器110的操作進行描述。
在操作1200中，頻帶相似性計算器200從每一高頻帶計算所有低頻帶之間的相似性。頻帶相似性計算器200可指示這樣的相似性，其中，由屬于高頻帶的時域樣本的值形成的曲線的形狀和由屬于低頻帶的時域樣本的值形成的曲線的形狀彼此相似。
圖3A到圖3D是示出根據本發明另一實施例的用于解釋計算所有低頻帶之間的相似性的操作的屬于多個頻帶的樣本的值的示圖。圖3A示出屬于第6到第9頻帶的樣本的值，圖3B出屬于第10到第13頻帶的樣本的值，圖3C出屬于第14到第17頻帶的樣本的值，圖3D出屬于第18到第21頻帶的樣本的值。在每幅圖中，橫軸表示時間，縱軸表示樣本值。圖3A到圖3D的每幅中顯示的1到16表示時域中的指數。
假設圖3B中顯示的第10或更大的頻帶是高頻帶，那么由屬于高頻帶之中的圖3C的第14頻帶的樣本形成的曲線的形狀與由屬于低頻帶之中的圖3A的第7頻帶的樣本形成的曲線的形狀非常相似。在這種情況下，作為高頻帶的第7頻帶和作為低頻帶的第14頻帶之間的相似性是高的。
高頻帶和低頻帶之間的相似性可使用等式3來計算。
cor=abs(Σi=0I-1(samp[sb1][i]·samp[sb2][i]))Σi=0I-1(samp[sb1][i]·samp[sb1][i])Σi=0I-1(samp[sb2][i]·samp[sb2][i])---(3)]]>其中，abs()是()的絕對值，sb1是低頻帶的指數并且從0到k-1中選擇，k是低頻帶的數量。所述sb2是高頻帶的指數并且I是屬于低頻帶和高頻帶的時域樣本的數量。另外，samp[sb1][i]是位于第sb1低頻帶的第i時域樣本，samp[sb2][i]是位于第sb2高頻帶的第i時域樣本。
在操作1210中，頻帶檢測器210從頻帶相似性計算器200接收高頻帶和低頻帶之間的相似性，并且檢測具有關于每一高頻帶最大或相當高的相似性的低頻帶。
在操作1220中，頻帶相似性確定單元220確定在每一高頻帶和檢測的低頻帶之間的相似性是否等于或大于預定的相似性值“a”并輸出檢測的結果。當相似性等于或大于“a”時，在操作1230中，相似信息發生器230產生在其中存在與高頻帶相似的低頻帶的信息并產生相似的低頻帶信息以便高頻帶的指數對應于檢測的相似的低頻帶的指數。當相似性小于“a”時，在操作1240中，相似信息發生器230產生在其中不存在與高頻帶相似的低頻帶的信息。關于是否存在相似的低頻帶的信息可以以這樣的方式來產生，即在每高頻帶中設置1比特的模式位，如果存在相似的低頻帶，則模式位作為“1”來產生，而如果不存在相似的低頻帶，則模式位作為“0”來產生。
圖4是示出根據本發明另一實施例的圖1中的LS編碼器120的操作的方框圖。參照圖4，LS編碼器120還可包括聲道相似性分析器400。
現在將參照圖12中顯示的流程圖對圖4中的LS編碼器120的操作進行描述。
在操作1300中，聲道相似性分析器400計算左側聲道信號和右側聲道信號之間的相似性。聲道相似性分析器400可計算在由分頻器100分割的每一頻帶中的左側聲道信號和右側聲道信號之間的相似性。
左側聲道信號和右側聲道信號之間的相似性可通過兩個聲道信號之間的平均功率的比值、比例因子的比值或掩蔽閾值的比值來計算。所述平均功率是屬于兩個聲道的每一頻帶的樣本之間的平均功率。
關于計算的左側聲道信號和右側聲道信號之間的平均功率的比值、計算的比例因子的比值或計算的掩蔽閾值的比值變得接近于“1”，兩個聲道之間的相似性是高的。
在操作1310中，聲道相似性分析器400確定計算的相似性是否等于或大于預定的聲道相似性值“b”，如果計算的相似性等于或大于“b”，則在操作1320中LS編碼器120產生用于對左側聲道信號和右側聲道信號執行LS編碼的信號并將其輸出。如果計算的左側聲道信號和右側聲道信號之間的平均功率的比值、計算的比例因子的比值或計算的掩蔽閾值的比值處于接近于“1”的預定的范圍之內，則LS編碼器120執行LS編碼。當計算的比值的值處于1±0.1的范圍之內時，即，當計算的比值在0.9和1.1之間時，LS編碼器120執行編碼。當計算的相似性小于預定的聲道相似性值“b”時，LS編碼器120不對左側聲道信號和右側聲道信號執行LS編碼而是沒有任何改變地輸出每一頻帶中的信號，以便所述信號在隨后的編碼操作中在每一聲道中被處理。
圖6是示出根據本發明實施例的左側聲道信號和右側聲道信號之間平均功率的比值的示圖。因為圖6中顯示的兩個聲道之間平均功率的比值接近于遠離1的0到8，所以左側聲道信號和右側聲道信號之間的相似性是低的。因為在立體聲信號中包含許多立體聲成分，所以左側聲道信號和右側聲道信號可在每一聲道中被量化。
圖7是示出根據本發明另一實施例的左側聲道信號和右側聲道信號之間平均功率的比值的示圖。因為圖7中顯示的兩個聲道之間平均功率的比值接近于1，所以左側聲道信號和右側聲道信號之間的相似性是高的。因為在立體聲信號中包含許多單聲道成分，所以可通過LS編碼方法將左側聲道信號和右側聲道信號編碼為第一信號和第二信號，可移除信號之間的冗余成分，隨后可將所述信號量化。
圖8是示出在左側聲道信號和作為LS編碼的結果的第一信號的分布中的變化的示圖。參照圖8，左側聲道信號和第一信號的SR指數分別在一個頻帶中被計算。計算的SR指數越大，關于所有信號的相應頻帶的信號的比值越小。因此，當左側聲道信號被LS編碼為第一信號時，相應頻帶的比值增大。
圖9是示出在右側聲道信號和作為LS編碼的結果的第二信號的分布中的變化的示圖。參照圖9，右側聲道信號和第二信號的SR指數分別在一個頻帶中被計算。當右側聲道信號和左側聲道信號的組合被LS編碼為第二信號時，第二信號的相應頻帶的比值遠遠小于右側聲道信號。
參照圖8和圖9，當左側聲道信號和右側聲道信號之間的相似性較大時，執行對左側聲道信號和右側聲道信號的LS編碼以便移除聲道之間的冗余信息并減小信號的比特的數量。
現在將參照附圖對根據本發明實施例的對數字信號進行解碼的方法和設備進行描述。圖13是根據本發明另一實施例的對多聲道數字信號進行解碼的設備的方框圖。圖13中的設備包括比特流解釋器1400、逆量化器1410、LS解碼器1420、高頻信號發生器1430和頻帶合成器1440。
現在將參照示出對多聲道數字信號進行解碼的方法的圖15中顯示的流程圖來對多聲道數字信號進行編碼的設備的操作進行描述。
在操作1600中，比特流解釋器1400接收在其中包含關于多聲道數字信號的信息的多個比特流，并且從每一比特流提取對應于量化的低頻帶信號的相似的低頻帶信息、以及量化的高頻帶的特征值。當比特流中包含關于用于量化每一頻帶的分配的比特的數量的信息時，比特流解釋器1400可從比特流提取關于分配的比特的數量的信息。
在操作1610中，逆量化器1410逆量化提取的量化的低頻帶信號和量化的高頻帶的特征值。當關于分配的比特的數量的信息被從比特流提取時，逆量化器1410可使用每一頻帶的分配的比特的數量來逆量化量化的低頻帶信號。
在操作1620中，LS解碼器1420從逆量化器1410接收逆量化的每一比特流的低頻帶信號并將所述低頻帶信號解碼為多聲道低頻信號。
現在將對作為LS解碼方法的示例的將第一和第二比特流信號解碼為左側聲道信號和右側聲道信號的方法進行描述。
當第一和第二比特流信號通過使用等式1來編碼時，LS解碼器1420使用等式4將第一和第二比特流信號解碼為左側聲道信號和右側聲道信號。
當第一和第二比特流信號通過使用等式2來編碼時，LS解碼器1420使用等式5將第一和第二比特流信號解碼為左側聲道信號和右側聲道信號。
即使當輸入至少三個比特流時，在所述至少三個比特流之中的第一預定比特流信號和第二預定比特流信號也通過使用所述方法被解碼為第一預定聲道信號和第二預定聲道信號，從而多個比特流信號可被解碼為具有多個聲道的多聲道信號。
在操作1630中，高頻信號發生器1430使用從比特流解釋器1400輸入的關于每一高頻帶的相似的低頻帶信息、從逆量化器1410輸入的每一高頻帶的特征值和從LS解碼器1420輸入的低頻帶信號來產生高頻帶信號。高頻信號發生器1430在每一頻帶中執行操作1630并關于所有聲道產生高頻帶信號。
在操作1640中，頻帶合成器1440對從LS解碼器1420輸入的低頻帶信號和從高頻信號發生器1430輸入的高頻帶信號進行合成并產生解碼的數字信號。頻帶合成器1440在每一頻帶中執行操作1640并產生多聲道數字信號。
圖14是根據本發明另一實施例的圖13中顯示的高頻帶信號發生器1430的方框圖。高頻帶信號發生器1430包括相似性檢查單元1500、信號復制單元1510、信號轉換器1520和隨機噪聲發生器1530。
現在將參照圖16中顯示的流程圖對圖14中顯示的高頻帶信號發生器1430的操作進行描述。
在操作1700中，相似性檢查單元1500檢查對于在其中將產生信號的高頻帶是否存在相似的低頻帶。當比特流中包含關于在每一高頻帶中是否存在相似的低頻帶的信息時，比特流解釋器1400可從所述比特流提取關于在每一高頻帶中是否存在相似的低頻帶的信息并且相似性檢查單元1500可使用提取的信息檢查在每一高頻帶中是否存在相似的低頻帶。當關于高頻帶的模式位是“1”時，相似性檢查單元1500可檢查到存在與高頻帶相似的低頻帶，而當關于高頻帶的模式位是“0”時，相似性檢查單元1500可檢查到不存在與高頻帶相似的低頻帶。
在操作1710中，當在將被產生的高頻帶中存在相似的低頻帶時，信號復制單元1510接收關于相似的低頻帶的信息并復制與所述信息相應的低頻帶信號。在操作1720中，信號轉換器1520接收高頻帶的特征值，根據高頻帶的特征值轉換復制的信號，并且產生高頻帶的信號。當特征值是高頻帶的功率時，信號轉換器1520轉換復制的信號以具有所述功率的值，當特征值是高頻帶的比例因子時，信號轉換器1520轉換復制的信號以具有所述比例因子的值。
在操作1730中，當在將被產生的高頻帶中不存在相似的低頻帶時，隨機噪聲發生器1530使用隨機噪聲替代(RNS)方法來產生高頻帶的信號。在RNS方法中，僅使用高頻帶的特征值來隨機產生高頻帶信號。
本發明也可被實施為計算機可讀記錄介質中的計算機可讀代碼。計算機可讀記錄介質是可存儲可通過計算機系統讀取的數據的任何數據存儲裝置。計算機可讀記錄介質的示例包括只讀存儲器(ROM)、隨機存取存儲器(RAM)、CD-ROM、磁帶、軟盤、光學數據存儲裝置和載波(諸如通過互聯網的數據傳輸)。
如上所述，在對數字信號進行編碼和解碼的方法和設備中，通過使用頻帶之間的相似性和聲道之間的相似性對多聲道數字信號進行編碼/解碼，以便在保持預定的聲音質量的同時可減小將被從編碼設備發送到解碼設備的信號的大小，并且可對高頻信號進行有效地編碼和解碼以提供穩定和固有的聲音質量。
雖然已顯示和描述了本發明的一些實施例，但是本領域技術人員應該理解，在不脫離本發明的原理和精神的情況下，可以對這些實施例進行修改，本發明的范圍由權利要求及其等同物限定。
權利要求
1.一種對包括至少兩個聲道的數字信號進行編碼的方法，該方法包括將多聲道數字信號分割為預定數量的頻帶；對于在頻帶中等于或大于預定頻率的每一高頻帶，在小于所述預定頻率的低頻帶中檢測最相似或比較相似的頻帶；從每一高頻帶計算特征值；使用在多聲道信號中的第一聲道信號來執行第一操作以產生第一信號，并使用在多聲道信號中的第一聲道信號和第二聲道信號的組合來執行第二操作以產生第二信號；量化第一和第二信號中的屬于小于所述預定頻率的低頻帶的信號并量化計算的高頻帶的特征值；和使用關于檢測的相似的低頻帶的信息、量化的低頻帶信號和量化的高頻帶的特征值來產生比特流。
2.如權利要求1所述的方法，其中，在低頻帶中檢測最相似或比較相似的頻帶包括計算低頻帶和高頻帶之間的相似性；對于每一高頻帶檢測具有最大相似性的低頻帶；和檢查在檢測的低頻帶和高頻帶之間的相似性是否等于或大于預定值，并且如果所述相似性等于或大于所述預定值，則產生關于檢測的低頻帶的信息。
3.如權利要求2所述的方法，還包括如果檢測的低頻帶和高頻帶之間的相似性小于所述預定值，則產生在其中不存在相似的低頻帶的信息。
4.如權利要求1所述的方法，其中，所述相似性是由高頻帶的時域樣本值形成的曲線的形狀和由低頻帶的時域樣本值形成的曲線的形狀之間的相似性。
5.如權利要求1所述的方法，其中，所述相似性根據下式計算cor=abs(Σi=0I-1(samp[sb1][i]·samp[sb2][i]))Σi=0I-1(samp[sb1][i]·samp[sb1][i])Σi=0I-1(samp[sb2][i]·samp[sb2][i])]]>其中，abs()是()的絕對值，sb1是低頻帶的指數并且從0到k-1中選擇，k是低頻帶的數量，sb2是高頻帶的指數，I是屬于低頻帶和高頻帶的時域樣本的數量，samp[sb1][i]是位于第sb1低頻帶的第i時域樣本，samp[sb2][i]是位于第sb2高頻帶的第i時域樣本。
6.如權利要求1所述的方法，其中，所述特征值是從高頻帶的功率以及比例因子中選擇的至少一個。
7.如權利要求1所述的方法，其中，所述第一信號是第一聲道信號。
8.如權利要求1所述的方法，其中，所述第二信號是第一和第二聲道信號之間的差信號。
9.如權利要求1所述的方法，其中，所述產生第一信號和第二信號包括計算第一聲道信號和第二聲道信號之間的相似性；和如果所述相似性等于或大于預定值，則將多聲道信號編碼為第一信號和第二信號，其中，所述第一信號通過使用第一聲道信號和第二聲道信號中的至少一個來計算，所述第二信號通過使用第一聲道信號和第二聲道信號的組合來計算。
10.如權利要求9所述的方法，其中，所述計算相似性包括計算在第一聲道信號和第二聲道信號之間的功率、比例因子和掩蔽閾值的比值之中的至少一個。
11.如權利要求10所述的方法，其中，所述對多聲道信號進行編碼包括如果計算的比值在預定的接近于1的范圍之內，則將多聲道信號編碼為第一信號和第二信號。
12.如權利要求1所述的方法，還包括將量化的比特的數量分配給多個頻帶，其中，所述量化包括根據分配的比特的數量來量化第一和第二信號之中的屬于低頻帶的信號。
13.一種將輸入比特流解碼為具有第一和第二聲道信號的數字信號的方法，該方法包括從所述比特流提取量化的低頻帶信號、量化的每一高頻帶的特征值和關于與每一高頻帶相似的低頻帶的信息；逆量化量化的低頻帶信號和量化的高頻帶的特征值；使用第一逆量化的比特流的低頻帶信號執行第一操作以產生第一聲道的低頻帶信號，并且使用所述比特流的低頻帶信號的組合執行第二操作以產生第二聲道的低頻帶信號；和通過使用產生的第一和第二聲道的低頻帶信號、逆量化的高頻帶的特征值和提取的關于與每一高頻帶相似的低頻帶的信息來產生第一和第二聲道的高頻帶信號。
14.如權利要求13所述的方法，其中，所述第一聲道低頻帶信號是逆量化的第一比特流的低頻帶信號。
15.如權利要求13所述的方法，其中，所述第二聲道低頻帶信號是逆量化的第一和第二比特流的低頻帶信號之間的差信號。
16.如權利要求13所述的方法，其中，所述產生高頻帶信號包括關于每一高頻帶，復制逆量化的與所述高頻帶相似的低頻帶的信號；和將復制的信號轉換為具有逆量化的特征值的高頻帶信號。
17.如權利要求13所述的方法，其中，所述產生高頻帶信號包括如果不存在與高頻帶相應的相似的低頻帶，則僅使用逆量化的高頻帶的特征值來產生高頻帶信號。
18.如權利要求13所述的方法，其中，所述高頻帶的特征值是高頻帶的功率和比例因子中的至少一個。
19.如權利要求13所述的方法，其中，所述逆量化包括從所述比特流提取分配的用于量化每一頻帶的比特的數量；和使用提取的分配的比特的數量來逆量化量化的低頻帶信號。
20.一種計算機可讀介質，在其中記錄有用于在計算機中執行權利要求1所述的方法的程序。
21.一種計算機可讀介質，在其中記錄有用于在計算機中執行權利要求13所述的方法的程序。
22.一種對包括至少兩個聲道的數字信號進行編碼的設備，該設備包括分頻器，用于將多聲道數字信號分割為預定數量的頻帶；相似性分析器，用于對于在分割的頻帶中等于或大于預定頻率的每一高頻帶，在小于所述預定頻率的低頻帶中檢測最相似或比較相似的頻帶，使用關于檢測的相似的低頻帶的信息來產生比特流，并且從每一高頻帶計算特征值；左/差編碼器，用于通過使用在所述多聲道信號中的第一聲道信號來執行第一操作以產生第一信號，并通過使用在所述多聲道信號中的第一聲道信號和第二聲道信號的組合來執行第二操作以產生第二信號；量化器，用于量化第一和第二信號中的屬于小于所述預定頻率的低頻帶的信號并量化高頻帶的特征值；和比特流發生器，用于通過使用關于相似的低頻帶的信息、量化的低頻帶信號和量化的高頻帶的特征值來產生比特流。
23.如權利要求22所述的設備，其中，所述相似性分析器包括頻帶相似性計算器，用于計算低頻帶和高頻帶之間的相似性；頻帶檢測器，用于對于每一高頻帶檢測具有最大相似性的低頻帶；頻帶相似性確定單元，用于確定在檢測的低頻帶和高頻帶之間的相似性是否等于或大于預定值；和相似信息發生器，用于如果所述相似性等于或大于所述預定值，則使用關于檢測的低頻帶的信息來產生比特流，如果所述相似性小于所述預定值，則產生在其中不存在相似的低頻帶的信息。
24.如權利要求22所述的設備，其中，所述相似性是由高頻帶的時域樣本值形成的曲線的形狀和由低頻帶的時域樣本值形成的曲線的形狀之間的相似性。
25.如權利要求22所述的設備，其中，所述相似性根據下式計算cor=abs(Σi=0I-1(samp[sb1][i]·samp[sb2][i]))Σi=0I-1(samp[sb1][i]·samp[sb1][i])Σi=0I-1(samp[sb2][i]·samp[sb2][i])]]>其中，abs()是()的絕對值，sb1是低頻帶的指數并且從0到k-1中選擇，k是低頻帶的數量，sb2是高頻帶的指數，I是低頻帶和高頻帶的時域樣本的數量，samp[sb1][i]是位于第sb1低頻帶的第i時域樣本，samp[sb2][i]是位于第sb2高頻帶的第i時域樣本。
26.如權利要求22所述的設備，其中，所述特征值是從高頻帶的功率以及比例因子中選擇的至少一個。
27.如權利要求22所述的設備，其中，所述第一信號是第一聲道信號。
28.如權利要求22所述的設備，其中，所述第二信號是第一和第二聲道信號之間的差信號。
29.如權利要求22所述的設備，還包括聲道相似性分析器，用于計算第一聲道信號和第二聲道信號之間的相似性，如果所述相似性等于或大于某一值，則產生用于操作左/差編碼器的信號并將其輸出。
30.如權利要求29所述的設備，其中，所述第一和第二預定聲道信號之間的相似性是第一聲道信號和第二聲道信號之間的功率、比例因子和掩蔽閾值的比值之中的一個。
31.如權利要求22所述的設備，還包括量化控制器，用于分配分配給多個頻帶的比特的數量，其中，所述量化器根據分配的比特的數量來量化第一和第二信號之中的低頻帶的信號。
32.一種將第一和第二輸入比特流解碼為具有第一和第二聲道信號的數字信號的設備，該設備包括比特流解釋器，用于從所述第一和第二比特流提取量化的低頻帶信號、量化的每一高頻帶的特征值和關于與每一高頻帶相似的低頻帶的信息；逆量化器，用于逆量化量化的低頻帶信號和量化的高頻帶的特征值；左/差解碼器，用于通過使用第一逆量化的比特流的低頻帶信號來執行第一操作以產生第一聲道的低頻帶信號，并且通過使用所述第一和第二比特流的低頻帶信號的組合來執行第二操作以產生第二聲道的低頻帶信號；和高頻信號發生器，用于通過使用產生的第一和第二聲道的低頻帶信號、逆量化的高頻帶的特征值和提取的關于與每一高頻帶相似的低頻帶的信息來產生第一和第二聲道的高頻帶信號。
33.如權利要求32所述的設備，其中，所述第一聲道低頻帶信號是與逆量化的所述第一比特流的低頻帶信號相同的信號。
34.如權利要求32所述的設備，其中，所述第二聲道頻帶信號是逆量化的所述第一和第二比特流的低頻帶信號之間的差信號。
35.如權利要求32所述的設備，其中，所述高頻帶信號發生器包括信號復制單元，用于接收逆量化的低頻帶信號和關于與高頻帶相應的相似的低頻帶的信息，并復制與每一高頻帶相似的低頻帶的信號；和信號轉換器，用于接收復制的信號和逆量化的高頻帶的特征值，并將復制的信號轉換為具有逆量化的關于每一高頻帶的特征值的高頻帶信號。
36.如權利要求32所述的設備，其中，如果不存在與高頻帶相應的相似的低頻帶，則所述高頻帶信號發生器僅使用逆量化的高頻帶的特征值來產生高頻帶信號。
37.如權利要求32所述的設備，其中，所述高頻帶的特征值是高頻帶的功率和比例因子中的至少一個。
38.如權利要求32所述的設備，其中，所述比特流解釋器從所述第一和第二比特流提取量化的低頻帶信號、量化的每一高頻帶的特征值和關于與每一高頻帶相似的低頻帶以及分配的用于量化每一頻帶的比特的數量的信息，并且所述逆量化器使用分配的比特的數量來逆量化量化的低頻帶信號。
39.如權利要求32所述的設備，還包括頻帶合成器，用于對所述從所述左/差解碼器輸入的低頻帶信號和從所述高頻信號發生器輸入的高頻帶信號進行合成并產生解碼的數字信號。
40.如權利要求36所述的設備，其中，所述高頻信號發生器使用隨機噪聲替代方法來產生高頻帶信號。
41.一種將比特流解碼為具有第一和第二聲道信號的數字信號的方法，該方法包括從所述比特流提取量化的低頻帶信號、量化的每一高頻帶的特征值和關于與每一高頻帶相似的低頻帶的信息；逆量化量化的低頻帶信號和量化的每一高頻帶的特征值；對逆量化的低頻帶信號進行解碼以產生第一聲道和第二聲道的低頻帶信號；使用第一和第二聲道的低頻帶信號的組合來產生第二聲道的低頻帶信號；和通過使用產生的第一和第二聲道的低頻帶信號、逆量化的高頻帶的特征值和提取的關于與每一高頻帶相似的低頻帶的信息來產生第一和第二聲道的高頻帶信號。
全文摘要
提供了一種使用頻帶之間的相似性和聲道之間的相似性來對包括多個聲道的多聲道信號進行編碼和解碼的方法和設備。對數字信號進行編碼的方法包括將多聲道數字信號分割為預定數量的頻帶；對于在頻帶中等于或大于預定頻率的每一高頻帶，在小于所述預定頻率的低頻帶中檢測最相似的頻帶；從每一高頻帶計算特征值；使用在多聲道信號中的第一聲道信號來執行第一操作以產生第一信號，并使用在多聲道信號中的第一聲道信號和第二聲道信號的組合來執行第二操作以產生第二信號；量化屬于第一和第二信號中小于所述預定頻率的低頻帶的信號并量化計算的高頻帶的特征值；以及使用關于檢測的相似的低頻帶、量化的低頻帶信號和量化的高頻帶的特征值的信息來產生比特流。
文檔編號G11B20/10GK1822508SQ200610001908
公開日2006年8月23日 申請日期2006年1月19日 優先權日2005年1月19日
發明者金度亨, 金重會, 李時和 申請人:三星電子株式會社