使用有损编码数据流和无损扩展数据流对源信号进行无损编码的方法和设备技术

本发明专利技术涉及使用有损编码数据流和无损扩展数据流对源信号（ＳＰＣＭ）进行的无损编码，所述有损编码数据流和所述无损扩展数据流共同形成所述源信号的无损编码数据流（ＳＤＥＣ），无损音频压缩是指在解码器输出处具有原始ＰＣＭ样本的比特精确重现的音频编码。无损编码／解码可以是ｍｐ３编码／解码。本发明专利技术使用针对基本层有损音频编解码器的残差信号的整数ＭＤＣＴ以及频域解相关（１６）和时域解相关（１６）。利用来自有损基本层编解码器的辅助信息允许减少总比特流中的冗余，从而提高基于有损的无损编解码器的编码效率。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种使用有损编码数据流和无损扩展数据流对源信号进行无损编码的方法和设备，所述有损编码数据流和无损扩展数据流共同形成所述源信号的无损编码数据流。
技术介绍
与有损音频编码技术(如mp3、AAC等)相反，无损压缩算法仅可以利用原始音频信号的冗余以减小数据速率。不可能依赖于如现有技术的有损音频编解码器中的心理声学模型所指出的不相关内容。相应地，所有无损音频编码方案的共同技术原理是应用滤波器或变换来解相关(例如预测滤波器或频率变换)，然后以无损方式对变换后的信号进行编码。编码比特流包括：变换或滤波器的参数，以及变换后的信号的无损表示。参见例如：J.Makhoul，“Linear prediction：A tutorialreview”，Proceedings of the IEEE，Vol.63，pp.561-580，1975、T.Painter，A.Spanias，“Perceptual coding of digital audio”，Proceedings of the IEEE，Vol.88，No.4，pp.451-513，2000以及M.Hans，R.W.Schafer，“Losslesscompression of digital audio”，IEEE Signal Processing Magazine，July2001，pp.21-32。图12和图13中描述了基于有损的无损编码的基本原理。在图12左侧的编码部分，PCM音频输入信号SPCM通过有损编码器121到达有损解码器122，并且作为有损比特流到达解码部分(右侧)的有损解码器125。使用有损编码和解码来对信号进行解相关。在减法器123中，将解码器122的输出信号从输入信号SPCM中移除，所产生的差信号通过无损编码器124，作为扩展比特流到达无损解码器127。将解码器125和127的输出信号组合126，以恢复原始信号SPCM。-->在EP-B-0756386和US-B-6498811中公开了这一基本原理，还在以下文献中讨论了该原理：P.Craven，M.Gerzon，“Lossless Coding forAudio Discs”，J.Audio Eng.Soc.，Vol.44，No.9，September 1996，以及J.Koller，Th.Sporer，K.H.Brandenburg，“Robust Coding of High QualityAudio Signals”，AES 103rd Convention，Preprint 4621，August 1997。在图13的有损编码器中，PCM音频输入信号SPCM通过分解滤波器组131和子带样本的量化132到达编码和比特流打包133。量化由感知模型计算器134控制，感知模型计算器134从分解滤波器组131接收信号SPCM和相应信息。在解码器侧，编码后的有损比特流进入用于对比特流进行解打包的装置135，接着是用于对子带样本进行解码的装置136，以及输出解码后的有损PCM信号SDec的合成滤波器组137。在标准ISO/IEC 11172-3(MPEG-1音频)中对有损编码和解码的示例进行了详细描述。在现有技术中，基于以下三种基本信号处理概念之一进行无损音频编码：a)使用线性预测技术的时域解相关；b)使用可逆整数分解-合成滤波器组的频域无损编码；c)有损基本层编解码器的残差(误差信号)的无损编码。
技术实现思路
本专利技术要解决的问题是提供分级的无损音频编码和解码，所述分级的无损音频编码和解码建立在嵌入的有损音频编解码器之上，并提供与现有技术中基于有损的无损音频编码方案相比相同或更高的效率(即压缩比)，而在计算复杂度方面可以以更有效的方式来实现。该问题是通过权利要求1和3中公开的方法来解决的。在权利要求2和4中分别公开了利用这些方法的设备。本专利技术的另外的优选实施例在相应从属权利要求中公开。本专利技术在有损编码之上使用数学上无损的编码和解码。数学上无损的音频压缩是指在解码器输出处具有原始PCM样本的比特精确重-->现的音频编码。对于一些实施例，假设有损编码使用例如类似MDCT的频率变换或类似滤波器组在变换域中操作。作为示例，在整个描述中，使用mp3标准(ISO/IEC 11172-3层3)作为有损基本层。所发送或记录的编码比特流包括两个部分：有损音频编解码器的嵌入比特流，以及针对一个或多个附加层的扩展数据，用于获得无损(即比特精确)的原始PCM样本或中间质量。本专利技术利用来自概念a)、b)、c)的特征，即来自多种现有技术中无损音频编码方案的技术的相互组合。本专利技术以协作的方式来使用频域解相关、时域解相关、或其组合，以准备用于有效无损编码的基本层有损音频编解码器的残差信号(误差信号)。一些实施例还使用来自有损基本层编解码器的编码器信息。使用来自基本层编解码器的辅助信息允许降低总比特流中的冗余，因此提高了基于有损的无损编解码器的编码效率。所有实施例的共同之处在于，可以从比特流中提取具有不同质量等级的音频信号的至少两种不同变型。这些变型包括由嵌入的有损编码方案和原始PCM样本的无损解码所表示的信号。对于一些实施例(见以下可选扩展3和4)，可以对具有中间质量(在有损编解码器和数学上无损的质量所限定的范围内)的音频信号的一个或多个另外的变型进行解码。描述了一种具体实现，其中通过整数MDCT在并行数据路径中代替或复制作为混合滤波器组的MDCT部分，整数MDCT使无损编码器模块内的全部有损解码成为多余，从而实现计算复杂度的降低。此外，本专利技术允许使用简单的比特丢弃技术来剥离嵌入的有损比特流。一些实施例可能有效地对嵌入的有效比特流进行重新编码，获得数据速率不同于(低于或高于)嵌入的“有损”比特流的原始数据速率的新‘有损’比特流。本专利技术限于采用混合(分解)滤波器组的有损核心编解码器(例如通过利用子带滤波器组(例如多相滤波器组)接着是附加的-->MDCT/DCT以增加频谱分辨率)。如果子带滤波器组是不可能通过类似分解为“吉文斯旋转”和“提升步(lifting steps)”的技术来进行特定可逆整数实现的类型，即如果不可能通过应用分解和合成子带滤波器组来实现整数输入信号的完美数学重建，则本专利技术尤为适用。附图说明参照附图描述本专利技术的示例性实施例，在附图中：图1是基于有损的无损编码器的普通方框图；图2是基于有损的无损解码器的普通方框图；图3是mp3编码器的方框图；图4是应用于mp3核心编解码器的第一实施例编码器的方框图；图5是第一和第二实施例解码器的方框图；图6是第二实施例编码器的方框图；图7是具有附加舍入增益因子处理的第一实施例编码器的方框图；图8是具有附加舍入增益因子处理的第一实施例解码器的方框图；图9是用于嵌入的mp3比特流的解码器的方框图；图10是用于嵌入mp3比特流加频域残差的解码器的方框图；图11是编码器(左)和解码器(右)的可选时间解相关模块或步骤；图12是已知的有损编码器和解码器的基本方框图；图13是已知的基于有损的无损编码器和解码器的基本方框图。具体实施方式在图1的基于有损的无损编码器中，PCM音频输入信号SPcM通过子带滤波器组和抽选器(decimator)模块或步骤11、第一量化器本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种使用有损编码数据流和无损扩展数据流对源信号（ＳＰＣＭ）对进行无损编码的方法，所述有损编码数据流和所述无损扩展数据流共同形成所述源信号的无损编码数据流（ＳＤＥＣ），所述方法包括以下步骤：　－使用具有抽选功能的子带滤波器组（１１）、第 一量化（１２）、整数变换（１３）和第二量化（１４），对所述源信号进行有损编码，其中，所述有损编码提供所述有损编码数据流，　－对所述第一量化（１２）的输出信号进行插值和反子带滤波器组处理（１８）；　－在所述源信号的相应延迟（１７） 版本和所述反子带滤波器组处理（１８）的输出信号之间形成（１５２）差值信号；　－对所述差值信号进行时域无损编码（１９），以提供所述无损扩展数据流的时域残差信号部分，对所述第二量化（１４）的输入信号和量化后的输出信号之间的差值信号（１５１ ）进行频域无损编码（１６），以提供所述无损扩展数据流的频域残差信号部分；　－将所述有损编码数据流和所述无损扩展数据流的两个部分进行组合（１０）来形成所述无损编码数据流（ＳＤＥＣ）。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】EP 2006-7-24 06117720.01、一种使用有损编码数据流和无损扩展数据流对源信号(SPCM)对进行无损编码的方法，所述有损编码数据流和所述无损扩展数据流共同形成所述源信号的无损编码数据流(SDEC)，所述方法包括以下步骤：-使用具有抽选功能的子带滤波器组(11)、第一量化(12)、整数变换(13)和第二量化(14)，对所述源信号进行有损编码，其中，所述有损编码提供所述有损编码数据流，-对所述第一量化(12)的输出信号进行插值和反子带滤波器组处理(18)；-在所述源信号的相应延迟(17)版本和所述反子带滤波器组处理(18)的输出信号之间形成(152)差值信号；-对所述差值信号进行时域无损编码(19)，以提供所述无损扩展数据流的时域残差信号部分，对所述第二量化(14)的输入信号和量化后的输出信号之间的差值信号(151)进行频域无损编码(16)，以提供所述无损扩展数据流的频域残差信号部分；-将所述有损编码数据流和所述无损扩展数据流的两个部分进行组合(10)来形成所述无损编码数据流(SDEC)。2、一种使用有损编码数据流和无损扩展数据流对源信号(SPCM)对进行无损编码的设备，所述有损编码数据流和所述无损扩展数据流一同形成所述源信号的无损编码数据流(SDEC)，所述设备包括：-适于使用具有抽选功能的子带滤波器组(11)、第一量化(12)、整数变换(13)和第二量化(14)对所述源信号进行有损编码的装置，其中，所述有损编码提供所述有损编码数据流，-适于对所述第一量化(12)的输出信号进行插值和反子带滤波器组处理的装置(18)；-适于在所述源信号的相应延迟(17)版本和所述反子带滤波器组处理(18)的输出信号之间形成差值信号的装置(152)；-适于对所述差值信号进行时域无损编码以提供所述无损扩展数据流的时域残差信号部分，并对所述第二量化(14)的输入信号和量化后的输出信号之间的差值信号(151)进行频域无损编码以提供所述无损扩展数据流的频域残差信号部分的装置(19、16)；-适于将所述有损编码数据流和所述无损扩展数据流的两个部分进行组合来形成所述无损编码数据流(SDEC)的装置(10)。3、一种对无损编码的源信号(SENC)数据流进行解码的方法，所述数据流是使用根据权利要求1的方法来编码的，所述解码方法包括以下步骤：-对所述无损编码的源信号数据流进行解复用(20)，以提供有损编码数据流和无损扩展数据流的时域残差...

【专利技术属性】
技术研发人员：彼得杰克斯，弗洛里安凯勒，奥利弗威伯特，斯文科登，约翰尼斯伯姆，
申请(专利权)人：汤姆森许可贸易公司，
类型：发明
国别省市：FR[法国]