[发明专利]比特分配方法、编码装置及解码装置

说明书

技术领域

本发明涉及编解码技术，尤其涉及比特分配技术。

背景技术

子带编码技术是目前常用的编解码技术之一。音频信号在频域上由低到高可被划分为多个频带，一个频带被称为一个子带，后续的编码、解码等工作均在子带的基础上进行。在嵌入式音频编码中，0～7k频域范围被称为宽带(WB，Wideband)，7～14k频域范围被称为超宽带(SWB，Super Wideband)。在编解码过程中，宽带信号和超宽带信号是需要被量化和编码的，其中，宽带信号相对于超宽带信号是低频信号，超宽带信号相对于宽带信号是高频信号。编码器的码率(Bit Rate)决定了当前可获得的比特资源，比特资源会被分配到宽带信号和超宽带信号，以使解码后得到的音频信号达到适合人耳听觉的最优质量。

由于人耳对低频带较敏感的特性，所以在低码率的情况下，通常只对宽带信号进行量化和编码，在高码率时才会用剩余的比特去编码超宽带信号。当宽带信号和超宽带信号都能被编码时，输出的音频信号的质量一般优于只对宽带信号编码时输出的音频信号的质量。

当对宽带信号和超宽带信号编码时，各子带都会获得一定的比特资源，分配的原则是以人耳的听觉感知特性为指导，对人耳听觉影响大的子带会被分配较多的比特，影响小的子带分配较少的比特，其中，通常建立一个心理声学模型来模拟人耳的听觉感知特性。

人耳的一个重要的听觉感知特性是，在安静的环境下，人耳只能听见幅值大于一定阈值的声音，而该阈值即是人耳刚能听见的声音幅值，这个阈值被称为人耳的绝对听阈(LTQ，Listening Threshold in Quiet)。LTQ曲线是随着频率而变化的，它能很好地反映人耳这种对不同频率的感知特性，因此可以用于调节各子带的感知重要性。

目前，有多种比特分配方案可以用于比特分配。典型的三种比特分配方案如下：

1.根据宽带信号的各个子带的谱包络对宽带信号的各个子带进行感知排序，根据得到的感知排序，对宽带信号的各个子带进行比特分配，其中，给宽带信号分配的比特是比特资源中的一部分比特。之后，根据超宽带信号的各个子带的谱包络对超宽带信号的各个子带进行感知排序，根据得到的感知排序，使用剩余的比特对超宽带信号的各个子带进行比特分配。

2.先对低频信号进行量化编码，然后计算低频信号的量化误差(也可以称为低频误差信号)，通过比较低频误差信号的各个子带的谱包络和高频信号的各个子带的谱包络的大小，对低频误差信号的各个子带和高频信号的各个子带进行感知排序，最后根据感知排序给每个子带分配比特。

3.采用感知模型指导子带的比特分配。感知模型的本质是掩蔽阈值，它的估计是实时的，具体过程如下：根据当前输入信号对应的频点范围，计算各频点的声压级(SPL)，接着计算各频点的传递函数(spread function)，然后估计出掩蔽阈值，所有频点的掩蔽阈值最终决定各子带的掩蔽阈值。得到感知模型后，根据每个子带的信号幅度和子带掩蔽阈值的信掩比(SMR，Signal To Mask Ratio)进行比特分配。

给子带分配比特后，对输入信号进行量化，量化的误差与比特数成正比。为了让子带的量化误差小于掩蔽阈值，在给子带分配比特时，采用循环渐进的方式，每次只增加有限的比特数，然后计算SMR和量化误差，若量化误差大于SMR，则再次增加比特数，循环往复，直至量化误差小于SMR。

本发明的发明人在实现本发明的过程中发现：在比特分配方案1中，在高码率时有限的比特资源不能合理地分配给所有子带中感知上较重要的子带，进而使得编码器输出的音频信号的质量受损。在比特分配方案2中，得到的感知排序不合理，不能保证编码器输出的高频信号和低频信号的质量的平衡，进而影响编码器的整体质量。比特分配方案3存在计算复杂度高、占用资源多、算法延迟大的问题。

发明内容

本发明实施例提供比特分配方法、编码方法、解码方法、编码器及解码器，以使比特资源在低频信号和高频信号之间得到合理分配，保证高频信号和低频信号的质量的平衡，同时降低比特分配的复杂度。

一种比特分配方法，包括：对低频信号的每个子带的谱包络和高频信号的每个子带的谱包络进行量化编码；对每个谱包络的量化值进行绝对听阈加权；根据所有的绝对听阈加权后的谱包络的量化值，对所有的子带进行感知排序；将比特资源按照所述感知排序的顺序进行分配。