宽带音频压缩编码器的频带组划分方法

专利名称：宽带音频压缩编码器的频带组划分方法
技术领域：
本发明涉及一种音频压缩编码方法，特别是涉及一种低复杂度高质量宽带音频编码器的频带组划分方法。
背景技术：
当前，音频压缩编码技术发展迅速且应用广泛。低复杂度高质量宽带音频编码器的编码方法，在处理帧量化频谱进行编码之前需对频带组进行划分。图1是频带组划分的示意图。频带组划分结果的具体特征为1、最多允许划分出4个频带组，可以少于四个，但至少有一个频带组；2、每个频带组由相邻的A类和B类两类频带组成；3、A类频带中所有频率子带的最大量化绝对值为1，即A类频带中每个频率子带的量化值只能为{+1，0，-1}中的一个；4、B类频带中所有频率子带量化绝对值的最大值大于1，但可以含有绝对值小于或等于1的频率子带；5、特殊情况下，一个频带组中A类或者B类频带可以空缺。
A类频带和B类频带分别使用两种不同的编码方式编码。通常，A类频带比B类频带具有更高的编码压缩效率。合理进行各音频帧频带的频带组划分，对获得更高的编码压缩效率具有直接影响。针对每个量化帧，编码码量越少的频带组划分方式就越好。然而，由于每个量化帧的频率子带数较多(最多可以有512个)，对整个频带组进行划分遍历计算是不现实的。此外，每个编码帧编码时，为使实际编码量控制在一定的范围内，该帧频谱需要有若干次量化迭代调整。频谱量化值每调整一次，频带组划分就需重新进行。因此，为了提高编码器的编码效率，一个快速高效的频带组划分方法是不可或缺的。

发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种宽带音频压缩编码器的频带组划分方法，它能快速实现频带组的划分，显著提高编码器的编码效率。
为解决上述技术问题，本发明宽带音频压缩编码器的频带组划分方法，包括如下步骤步骤1将整个截止频率以下所有频率子带分割为一个频带组，即一个A类频带A0和一个B类频带B0；A0频带为量化频谱高频段所有量化值小于或等于1的频率子带的最大连续频带；A0频带外所有的频带组成B类频带B0；如果B0空缺，则执行步骤1.1～1.3；如果B0不空缺，则执行步骤2；步骤1.1计算当前划分{A0}对应的实际编码量C00；步骤1.2将A0频带划分一半的低频带作为B类频带，然后再计算对应的编码码量C01；步骤1.3如果C00小于C01，则将所有的频带作为A类频带进行编码；如果C00大于C01，则采用步骤1.2的划分作为最终编码的频带组划分，并结束本次量化频谱的编码；步骤2在上一步中的B类频带B0中找出符合A类频带条件且将带宽最宽(如果存在多个相同带宽的A类频带，则选择最高频率的频带)的频带作为新频带组的A类频带A1，相邻的四个频带分别重新形成第一个频带组{B0，A0}和第二个频带组{B1，A1}；如果该A1频带存在，则执行步骤3；如果A1频带不存在，则执行步骤2.1～2.3；步骤2.1将上一步所得B类频带等分为两个等带宽频带B1、B0，分别计算出量化频带B1和频带B0编码使用的量化表T1，T0，相应码表最长码的比特数分别为L1，L0；步骤2.2如果L1小于L0，则将频带B1和B0的相邻频率子带位置向B0频带方向做移动检测，直至原先B0频带中出现第一个不能用T1码表编码的频带f1为止，并将该频率子带作为B0的起始频率；步骤2.3如果L1大于等于L0，则将频带B1和B0的相邻频率子带位置向B1频带方向做移动检测，直至原先B1频带中出现第一个不能用T0码表编码的频带f1为止，并将该频率子带作为B1的结束频率；步骤3计算当前频带组划分频谱编码的码量C10步骤4如果B0频带的带宽大于3，则按照步骤2的方法将B0频带再进行细分得到频带组{B1，A1}，{B1n，A1n}，{B0，A0}并计算新划分对应的编码码量C11；如果C11小于C10，则保留当前更新的频带组划分结果，否则仍然保留原先的划分结果。
步骤5如果B1频带的带宽大于3，则按照步骤2的方法将B1频带再进行细分得到频带组{B1n’，A1n’}，{B1，A1}，{B0，A0}并计算新划分对应的编码码量C12；如果C12小于min{C10，C11}，则保留当前更新的频带组划分结果，否则仍然保留步骤4的划分结果。
如果步骤4或步骤5中更新了步骤2所得划分结果，将3个频带组从低频到高频重新编号为{B2，A2}，{B1，A1}，{B0，A0}；从这三个B类频带{B2，B1，B0}中找出频带最宽的频带，如果该频带带宽大于3则按照步骤2的方法将该频带再进行细分得到进一步细分的频带组划分并计算对应的编码码量，如果该码量比{B2，A2}，{B1，A1}，{B0，A0}频带划分对应的编码码量更少，则更新频带划分结果，从而产生4个频带组，作为最终的频带组划分进行编码，并结束本次量化频谱的编码。
本发明采用频带局部量化极值扫描的方法进行频带组的划分算法，并采取了多长细分判断的策略，从而在极大地减少频带扫描次数的同时也显著减少了编码码量计算的总次数。由于本发明使用的是非迭代的算法，故不会有迭代收敛速度和收敛性的问题存在。所以采用本发明的方法，在确保频带组划分质量的前提下，可以显著加快划分的速度，从而显著提升编码器的编码性能。


下面结合附图与具体实施方式
对本发明作进一步详细的说明图1是频带组划分示意图；图2是本发明频带组划分过程示意图，其中(a)为帧信号量化后的频谱图，(b)～(e)为频带组划分过程示意图；图3是对图2(c)中的频带B1和B0重新扫描细化划分过程示意图，其中(a)为对B1频带细化频带划分的示意图，(b)为对B0频带细化频带划分的示意图。
具体实施例方式
如图2所示，本发明宽带音频压缩编码器的频带组划分方法，包括如下步骤步骤1将整个截止频率以下所有频率子带分割为一个频带组(参见图2(b)所示)，即一个A类频带A0和一个B类频带B0；A0频带为量化频谱高频段所有量化值小于或等于1的频率子带的最大连续频带；A0频带外(从频谱最低频率对应频率子带到A0频带最小频率的频率子带-1)所有的频带组成B类频带B0；如果B0空缺(即所有量化频谱的最大值为1的情形)，则执行步骤1.1～1.3；如果B0不空缺，则执行步骤2。
步骤1.1计算当前划分{A0}对应的实际编码量C00。
步骤1.2将A0频带划分一半的低频带作为B类频带，然后再计算对应的编码码量C01。
步骤1.3如果C00小于C01，则将所有的频带作为A类频带进行编码；如果C00大于C01，则采用步骤1.2的划分作为最终编码的频带组划分，并结束本次量化频谱的编码。
步骤2如图2(b)～图2(c)所示，在上一步中的B类频带B0中找出符合A类频带条件且带宽最宽(如果存在多个相同带宽的A类频带，则选择最高频率的频带)的频带作为新频带组的A类频带A1，相邻的四个频带分别重新形成第一个频带组{B0，A0}和第二个频带组{B1，A1}；如果该A1频带存在，则执行步骤3；如果A1频带不存在(即所有频率子带的量化值均大于1)，则执行步骤2.1～2.3。
步骤2.1将上一步所得B类频带等分为两个等带宽频带B1、B0(B1表示低频段频带)，分别计算出量化频带B1和频带B0编码使用的量化表T1，T0(不同量化表能编码的最大数值不同，编码使用的比特数也不同)，相应码表最长码的比特数分别为L1，L0。
步骤2.2如果L1小于L0，则将频带B1和B0的相邻频率子带位置向B0频带方向做移动检测，直至原先B0频带中出现第一个不能用T1码表编码的频带f1为止，并将该频率子带作为B0的起始频率(B1频带的结束频率即为f1-1频率子带)。
步骤2.3如果L1大于等于L0，则将频带B1和B0的相邻频率子带位置向B1频带方向做移动检测，直至原先B1频带中出现第一个不能用T0码表编码的频带f1为止，并将该频率子带作为B1的结束频率(B0频带的起始频率即为f1+1频率子带)。
步骤3计算当前频带组划分频谱编码的码量C10。
步骤4如果B0频带的带宽大于3，则按照步骤2的方法将B0频带再进行细分得到频带组{B1，A1}，{B1n，A1n}，{B0，A0}并计算新划分对应的编码码量C11；如果C11小于C10，则保留当前更新的频带组划分结果，否则仍然保留原先的划分结果。
步骤5如果B1频带的带宽大于3，则按照步骤2的方法将B1频带再进行细分得到频带组{B1n’，A1n’}，{B1，A1}，{B0，A0}并计算新划分对应的编码码量C12如果C12小于min{C10，C11}，则保留当前更新的频带组划分结果，否则仍然保留步骤4的划分结果。
如果步骤4和步骤5都没有对步骤2所得划分结果进行更新，则步骤2所得频带划分作为最终的频带划分，并结束本次量化频谱的编码。
如果步骤4或步骤5中更新了步骤2所得划分结果，将3个频带组从低频到高频重新编号为{B2，A2}，{B1，A1}，{B0，A0}(如图2(d)所示)；从这三个B类频带{B2，B1，B0}中找出频带最宽的频带，如果该频带带宽大于3则按照步骤2的方法将该频带再进行细分得到进一步细分的频带组划分并计算对应的编码码量，如果该码量比{B2，A2}，{B1，A1}，{B0，A0}频带划分对应的编码码量更少，则更新频带划分结果(从而产生4个频带组)作为最终的频带组划分进行编码，并结束本次量化频谱的编码。
继续参看图2，下面结合一个实施例对本发明作进一步的说明。
假设，帧信号量化后的频谱图已获得，且如图2(a)所示。
(1)通过对频谱扫描，可以将频带划分为如图2(b)所示的频带组划分结果{B0，A0}，其中，A0为A类频带，B0为B类频带。
(2)对图2(b)中的频带B0重新扫描，找出A类频带A1，重新组成频带划分结果{B1，A1，B0，A0}，如图2(c)所示。
(3)计算比较图2(b)和图2(c)频带组划分结果所得编码频谱的编码码量，判断得出图2(c)对应的频带组划分具有较小的码量。因此保留图2(c)的划分结果作为后续划分的基础。
(4)对图2(c)中的频带B1和B0重新扫描划分可能存在的更小带宽的频带组，分别得到如图3(a)和图3(b)所示的划分结果。
(5)比较采用图3(a)和图3(b)所示频带划分结果的编码码量。由于采用图3(a)的编码码量较少，故将该划分结果保留作为后续划分的基础。重新命名各频带组，可得如图2(d)所示的划分结果。此时，共划分出3个频带组。
(6)由于上述步骤(5)中经过判断并更新了上述步骤(3)中划分的频带组结果，所以需要进一步细分频带。找出频带B2，B1和B0中频带最宽的频带，在本实施例中频带B0为最宽的频带。
(7)对B0频带进行更细化的频带组划分，并形成4个频带组的划分结果，根据该结果计算编码码量，并将该码量与图2(d)所示频带组划分的编码量进行对比。
(8)在本实施例中，由于上述步骤(7)中新划分的频带组具有更少的编码量，所以最终选取图2(e)所示的频带组划分作为最终的划分结果进行当前量化帧的编码。
权利要求
1.一种宽带音频压缩编码器的频带组划分方法，其特征在于包括如下步骤步骤1将整个截止频率以下所有频率子带分割为一个频带组，即一个A类频带A0和一个B类频带B0；A0频带为量化频谱高频段所有量化值小于或等于1的频率子带的最大连续频带；A0频带外所有的频带组成B类频带B0；如果B0频带空缺，则执行步骤1.1～1.3；如果B0频带不空缺，则执行步骤2；步骤1.1计算当前划分{A0}对应的实际编码量C00；步骤1.2将A0频带划分一半的低频带作为B类频带，然后再计算对应的编码码量C01；步骤1.3如果C00小于C01，则将所有的频带作为A类频带进行编码；如果C00大于C01，则采用步骤1.2的划分作为最终编码的频带组划分，并结束本次量化频谱的编码；步骤2在步骤1中的B类频带B0中找出符合A类频带条件且将带宽最宽的频带作为新频带组的A类频带A1，如果存在多个相同带宽的A类频带，则选择最高频率的频带；相邻的四个频带分别重新形成第一个频带组{B0，A0}和第二个频带组{B1，A1}；如果该A1频带存在，则执行步骤3；如果A1频带不存在，则执行步骤2.1～2.3；步骤2.1将步骤2所得B类频带等分为两个等带宽频带B1、B0，分别计算出量化频带B1和频带B0编码使用的量化表T1，T0，相应码表最长码的比特数分别为L1，L0；步骤2.2如果L1小于L0，则将频带B1和B0的相邻频率子带位置向B0频带方向做移动检测，直至原先B0频带中出现第一个不能用T1码表编码的频带f1为止，并将该频率子带作为B0的起始频率；步骤2.3如果L1大于等于L0，则将频带B1和B0的相邻频率子带位置向B1频带方向做移动检测，直至原先B1频带中出现第一个不能用T0码表编码的频带f1为止，并将该频率子带作为B1的结束频率；步骤3计算当前频带组划分频谱编码的码量C10；步骤4如果B0频带的带宽大于3，则按照步骤2的方法将B0频带再进行细分得到频带组{B1，A1}，{B1n，A1n}，{B0，A0}并计算新划分对应的编码码量C11；如果C11小于C10，则保留当前更新的频带组划分结果，否则仍然保留原先的划分结果。
2.根据权利要求1所述的宽带音频压缩编码器的频带组划分方法，其特征在于还包括步骤5如果B1频带的带宽大于3，则按照步骤2的方法将B1频带再进行细分得到频带组{B1n’，A1n’}，{B1，A1}，{B0，A0}并计算新划分对应的编码码量C12；如果C12小于min{C10，C11}，则保留当前更新的频带组划分结果，否则仍然保留步骤4的划分结果。
3.根据权利要求1或2所述的宽带音频压缩编码器的频带组划分方法，其特征在于如果步骤4和步骤5都没有对步骤2所得划分结果进行更新，则步骤2所得频带划分作为最终的频带划分，并结束本次量化频谱的编码。
4.根据权利要求1或2所述的宽带音频压缩编码器的频带组划分方法，其特征在于如果步骤4或步骤5中更新了步骤2所得划分结果，将3个频带组从低频到高频重新编号为{B2，A2}，{B1，A1}，{B0，A0}；从这三个B类频带{B2，B1，B0}中找出频带最宽的频带，如果该频带带宽大于3则按照步骤2的方法将该频带再进行细分得到进一步细分的频带组划分并计算对应的编码码量，如果该码量比{B2，A2}，{B1，A1}，{B0，A0}频带划分对应的编码码量更少，则更新频带划分结果，从而产生4个频带组，作为最终的频带组划分进行编码，并结束本次量化频谱的编码。
全文摘要
本发明公开了一种宽带音频压缩编码器的频带组划分方法。该方法能快速确定覆盖整个音频帧全部有效频带范围初始频带组的划分，并在该初始频带组划分基础上，根据判断准则，进一步快速细分频带组。本发明不采用基于迭代的算法，每个步骤采用二选一或者三选一的判断准则，经过最多三次的细分过程即可完成整个频带组的快速划分。本发明在保证编码效率的前提下，实现快速频带组划分，极大地减少了编码器计算量，显著提高了编码器的编码性能。
文档编号G10L19/02GK1909381SQ20051002840
公开日2007年2月7日 申请日期2005年8月3日 优先权日2005年8月3日
发明者欧阳合, 吴秉惠, 周毅, 罗霖, 万凯 申请人:上海杰得微电子有限公司