CN104392726B - 编码设备和解码设备 - Google Patents

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Abstract

公开了一种编码器的编码方法。该编码器通过对输入信号进行转换来生成第一MDCT系数，并且通过对该第一MDCT系数进行量化来生成MDCT索引。该编码器通过对该MDCT索引进行逆量化来生成第二MDCT系数，并且通过该第一MDCT系数与该第二MDCT系数之间的差异来计算MDCT误差系数。接下来，所述编码器通过对该MDCT误差系数进行编码来生成误差索引，并且根据该第一MDCT系数和该第二MDCT系数来生成与该第一MDCT系数的增益对应的增益索引。

Description

编码设备和解码设备
本专利申请是下列专利申请的分案申请：
申请号：201180026855.6
申请日：2011年03月31日
发明名称：编码方法和装置、以及解码方法和装置
技术领域
本发明涉及一种编码方法和设备、以及解码方法和设备，且具体地涉及使用改进离散余弦变换(MDCT)的编码/解码方法和设备。
背景技术
用于数字地传送和存储语音和音频的技术广泛地使用在无线通信和IP传送话音(VoIP)服务中，并且使用在包括传统电话网络的有线通信中。如果语音和音频信号在简单地采样并数字化之后传送，则需要例如64kbps(当以8kHz来对它们进行采样、并且利用8比特来对每个采样进行编码时)的数据率。然而，如果使用信号分析技术和恰当的编码技术，则可以以更低的数据率来传送语音。波形编码、码激励线性预测(CELP)编码、和变换编码方法广泛地用于语音和音频压缩。波形编码方案非常简单，并且以预定数目的比特来对每个采样自身的幅度或者每个采样与先前采样之间的差异进行编码，但是需要更高的比特率。CELP编码方案基于语音产生模型，并且利用线性预测滤波器和激励信号来对语音进行建模。它可以按照相对较低的速率压缩语音，但是它在音频信号上的性能受到劣化。变换编码方案将时域语音信号变换为频域信号，并然后对与每个频率分量对应的变换系数进行编码。典型地，它可以使用人类的听觉特性来对每个频率分量进行编码。
用于通信的语音编解码器已经从传统电话带宽的窄带编码演进到能够提供更好自然度和清晰度的宽带或超宽带编码。在单一编解码器中支持多比特率的多速率编解码器广泛地用于适配各种网络环境。此外，已经开发出嵌入式可变比特率编解码器，以按照嵌入式方式来提供用于采纳具有各种带宽的信号的带宽可伸缩性和比特率可伸缩性。对嵌入式可变比特率编解码器进行配置，使得较高比特率的比特流包含较低比特率的比特流。通常，它采纳分级编码方案。当信号带宽增加时，还将用于音频信号(诸如，音乐)的编解码器的质量认为是重要因素。相应地，使用混合编码方案，其中将整个信号带宽划分为两个子带信号，使得将波形编码方案或CELP编码方案应用于较低频带信号，并且将变换编码方案应用于较高频带信号。照这样，变换编码方案被广泛地使用在用于支持宽带或超宽带的通信的语音编解码器、以及传统的音频编解码器中。
在变换编码方案中，需要将时域信号变换为频域信号。在大多数情况下，使用改进离散余弦变换(MDCT)。变换编解码器的质量遭受由编解码器的有限比特率导致的MDCT系数的量化误差。为了解决这个问题，可以使用以下方法，其用于通过添加具有相对低比特率的增强层来减少MDCT量化误差。
在此情况下，由于向MDCT系数动态分配的比特数目仅仅取决于所量化MDCT系数的绝对值，所以通过内核层的MDCT量化性能来确定内核层和增强层的整体量化性能。然而，当在某一MDCT系数中出现大的量化误差并且所量化MDCT系数的幅度小于其他系数的幅度时，向该MDCT系数分配较少的比特，使得无法有效地补偿该大量化误差。
发明内容
技术问题
本发明的各方面提供了一种用于有效地补偿量化误差的编码/解码方法和设备。
技术方案
根据本发明的一方面，提供了一种编码器的MDCT编码方法。该编码方法包括：对输入信号进行变换，以生成第一改进离散余弦变换(MDCT)系数；对所述第一MDCT系数进行量化，以生成MDCT索引；对所述MDCT索引进行反量化，以生成第二MDCT系数；使用所述第一MDCT系数与所述第二MDCT系数之间的差异来计算MDCT残差系数；对所述MDCT残差系数进行编码，以生成残差索引；以及根据所述第一MDCT系数和所述第二MDCT系数来生成与所述第一MDCT系数的增益对应的增益索引。
该编码方法还可以包括：对所述MDCT索引、该残差索引和所述增益索引进行多路复用，以生成比特流。
生成残差索引的步骤可以包括：选择多个子带之中、具有MDCT残差系数的最大能量的子带的索引；以及通过对所选择的索引进行编码来生成子带索引。该残差索引可以包括该子带索引。
可以将第j个子带的MDCT残差系数的能量计算为这里，uj和lj分别是第j个子带的下边界索引和上边界索引，并且E(k)是第k个MDCT残差系数。
生成残差索引的步骤还可以包括：对所选择子带的MDCT残差系数进行编码。
对MDCT残差系数进行编码的步骤还可以包括：对用于所选择子带的MDCT残差系数的多个轨道进行配置；选择以下脉冲，该脉冲对应于与每个轨道中可能位置对应的MDCT残差系数之中、具有最大绝对值的预定数目的MDCT残差系数；以及对该脉冲进行编码。该残差索引还可以包括该脉冲的编码值。
对该脉冲进行编码的步骤可以包括：对该脉冲的位置进行编码；对该脉冲的符号进行编码；以及对该脉冲的幅度进行编码。该脉冲的编码值可以包括该位置的编码值、该符号的编码值、和该幅度的编码值。
该位置可以是与所选择子带的下边界索引相关的位置。
对MDCT残差系数进行编码的步骤可以包括：计算所选择子带的MDCT残差系数的均方根(RMS)值；以及对该RMS值进行量化，以生成RMS索引。该残差索引还可以包括该RMS索引。
对该脉冲的幅度进行编码的步骤可以包括：对该RMS索引进行反量化，以生成量化后的RMS值；以及使用被量化后RMS值除的该脉冲的幅度、来对该脉冲的幅度进行编码。
生成增益索引的步骤可以包括：将指数计算为除了该脉冲的位置之外的位置处的第二MDCT系数的幅度的对数；将指数设置为该脉冲的位置处的最小指数幅度；以及基于所述指数来分配用于所述增益索引的比特。
生成增益索引的步骤还可以包括：根据所分配的比特、所述第一MDCT系数、和所述第二MDCT系数来确定所述增益索引。
可以将该增益索引确定为用于使得最大化的i。这里，是与m个比特对应的代码本的第i个代码，i是从0到(2m-1)范围内的整数，X(k)是第k个第一MDCT残差系数，并且是第k个第二MDCT残差系数。
根据本发明的另一方面，提供了一种解码器的MDCT解码方法。该解码方法包括：接收MDCT索引、残差索引和增益索引；对所述MDCT索引进行反量化，以生成第一MDCT系数；对该残差索引进行解码，以恢复MDCT残差系数；使用与所述MDCT残差系数对应的脉冲的位置和所述第一MDCT系数来根据所述增益索引恢复增益；利用所恢复的增益来对所述第一MDCT系数的增益进行补偿，以生成第二MDCT系数；以及利用所述MDCT残差系数来对所述第二MDCT系数的残差进行补偿。
对残差进行补偿的步骤可以包括：将所述MDCT残差系数添加到所述第二MDCT系数。
在除了该脉冲的位置之外的位置处，所述MDCT残差系数可以具有0的值。
该残差索引可以包括子带索引，并且恢复MDCT残差系数的步骤可以包括：通过对该子带索引进行解码来确定所述MDCT残差系数的子带。
该残差索引可以包括该脉冲的位置的编码值、该脉冲的符号的编码值、和该脉冲的幅度的编码值。
恢复MDCT残差系数的步骤可以包括：对该脉冲的幅度的编码值进行解码，以恢复该脉冲的幅度；对该脉冲的位置的编码值进行解码，以恢复该脉冲的位置；对该脉冲的符号的编码值进行解码，以恢复该脉冲的符号；以及基于该脉冲的位置、符号、和幅度来恢复所述MDCT残差系数。
该残差索引还可以包括均方根(RMS)索引。恢复该脉冲的幅度的步骤可以包括：根据该RMS索引来生成量化后的RMS值；以及将解码后的该脉冲的幅度乘以量化后的RMS值，以恢复该脉冲的幅度。
恢复增益的步骤可以包括：将指数计算为除了该脉冲的位置之外的位置处的第一MDCT系数的幅度的对数；将指数设置为该脉冲的位置处的最小指数幅度；以及通过基于所述指数向所述增益索引分配比特来生成比特分配表格。
恢复增益的步骤还可以包括：使用该比特分配表格来根据所述增益索引恢复增益。
该解码方法还可以包括：通过使用逆MDCT对MDCT系数进行变换来恢复信号，所述MDCT系数是通过对所述第二MDCT系数的残差进行补偿而生成的。
根据本发明的又一方面，提供了一种MDCT编码设备，包括：MDCT、MDCT量化器、增强层编码器、和多路复用器。该MDCT对输入信号进行变换，以生成第一MDCT系数；并且该MDCT量化器对所述第一MDCT系数进行量化，以生成MDCT索引。该增强层编码器对所述MDCT索引进行反量化，以生成第二MDCT系数，对与所述第一MDCT系数与所述第二MDCT系数之间的差异对应的MDCT残差系数进行编码，以生成残差索引，并且根据所述第一MDCT系数和所述第二MDCT系数来生成与所述第一MDCT系数的增益对应的增益索引。该多路复用器对所述MDCT索引、该残差索引、和所述增益索引进行多路复用，以生成比特流。
根据本发明的又一方面，提供了一种MDCT解码设备，包括：解多路复用器、MDCT反量化器、和增强层解码器。该解多路复用器对所接收到的比特流进行解多路复用，以输出MDCT索引、残差索引和增益索引；并且该MDCT反量化器对所述MDCT索引进行反量化，以生成第一MDCT系数。该增强层解码器对该残差索引进行解码，以恢复MDCT残差系数，使用与所述MDCT残差系数对应的脉冲的位置和所述第一MDCT系数来根据所述增益索引恢复增益，利用所恢复的增益来对所述第一MDCT系数的增益进行补偿，以生成第二MDCT系数，并且利用所述MDCT残差系数来对所述第二MDCT系数的残差进行补偿。
有益效果
根据本发明的实施例，增益补偿方案和残差补偿方案的组合可以缓解声音质量的劣化，其可能是由于增益补偿方案中的比特分配与真实误差之间的不一致性而引起的频谱失真所导致的。
附图说明
图1是示出了分级MDCT量化***的一个示例的框图。
图2是示出了图1所示的增益补偿编码器和增益补偿解码器的框图。
图3是示出了图1所示的MDCT量化***的性能的曲线图。
图4是根据本发明实施例的分级MDCT量化***的框图。
图5是根据本发明实施例的MDCT增强层编码方法的流程图。
图6是示出了根据本发明实施例的MDCT增强层编码方法中的子带MDCT残差系数编码处理的流程图。
图7是根据本发明实施例的MDCT增强层解码方法的流程图。
图8是示出了根据本发明实施例的MDCT增强层解码方法中的MDCT残差系数解码处理的流程图。
具体实施方式
在以下详细描述中，已经简单地通过阐释的方式而仅仅示出并且描述了本发明的某些实施例。如本领域技术人员将认识到的，可以以各种不同的方式来修改所描述的实施例，而全部没有脱离本发明的精神或范围。相应地，这些附图和描述应被看作实际上是说明性而非限制性的。贯穿说明书中，同样的附图标记指定同样的元件。
图1是示出了分级MDCT量化***的一个示例的框图，图2是示出了图1所示的增益补偿编码器和增益补偿解码器的框图，而图3是示出了图1所示的MDCT量化***的性能的曲线图。
参考图1，分级MDCT量化***包括：编码器110，用于对输入信号进行编码以生成比特流；和解码器120，用于对该比特流进行解码，以生成重构信号。
该编码器110包括MDCT 111、内核层MDCT量化器112、增强层编码器113、和多路复用器114。增强层编码器113包括局部MDCT反量化器115和增益补偿编码器116。
MDCT 111将输入信号变换为MDCT系数，如等式1所示。
(等式1)
其中，N是在帧中采样的数目，该帧在逐块基础中对应于时域输入信号的处理单位；w(n)是窗函数；x(n)是输入信号；X(k)是MDCT系数；n是时域索引；而k是频域索引。
内核层MDCT量化器112对MDCT系数进行量化，以生成所量化的MDCT索引。内核层MDCT量化器112可以使用各种传统的量化方案，诸如形状-增益向量量化(VQ)、格型VQ、球形VQ、和代数VQ等。
局部MDCT反量化器115通过反量化来根据MDCT索引输出所量化MDCT系数。增益补偿编码器116计算未量化MDCT系数与所量化MDCT系数之间的增益，并且对所述增益进行量化，以生成增益索引。
多路复用器114对MDCT索引和增益索引进行多路复用，以输出比特流。
解码器120包括解多路复用器121、内核层MDCT反量化器122、增强层解码器123、和逆MDCT(IMDCT)124。增强层解码器123包括增益补偿解码器125和增益补偿器126。
解多路复用器121对所接收到的比特流进行解多路复用，以输出MDCT索引和增益索引。
内核层MDCT反量化器122通过反量化来根据MDCT索引输出所量化MDCT系数。
增益补偿解码器125对增益索引进行解码，以输出量化后的增益。增益补偿器126通过量化后的增益来对所量化MDCT系数进行缩放(scale)，以输出增益补偿后的MDCT系数。可以如等式2中那样获得增益补偿后的MDCT系数。
(等式2)
其中，和分别是所量化MDCT系数和增益补偿后的MDCT系数，而是量化后的增益。
IMDCT 124将增益补偿后的MDCT系数逆变换为时域中的中间信号，如等式3所表达的。
(等式3)
其中，y(n)是当前帧中的逆变换后的时域信号，y'(n)是先前帧中的逆变换后的时域信号，而是重构信号。
参考图2，增益补偿编码器116包括指数计算器211、比特分配计算器212、增益计算器213、增益量化器214、和多路复用器215。指数计算器211通过将每个所量化MDCT系数的绝对值除以预定步长来计算指数。例如，假设将该步长设置为以2为底的对数单位，则指数计算器211可以将该指数计算为所量化MDCT系数的对数。相应地，所计算的指数以指数方式与所量化MDCT系数的绝对值成比例。
(等式4)
其中，|·|是绝对值运算，是取整运算，而MIN_EXP和MAX_EXP分别是最小和最大指数幅度。
比特分配计算器212使用帧中所有的MDCT系数的指数和预定数目的可用比特，来动态地计算用于每个MDCT系数的增益量化的比特数目，由此输出比特分配表格。这里，比特分配表格存储可用比特预算内的为了补偿每个MDCT系数的增益所分配的比特数目。比特分配计算器212可以如等式5中那样限制可允许用于每个MDCT系数的增益比特的最小和最大数目。
(等式5)
MIN_BITS≤b(k)≤MAX_BITS
其中，b(k)是向第k个MDCT系数分配的增益比特的数目。MIN_BITS和MAX_BITS分别是增益比特的最小和最大数目。Benh是向增强层分配的比特的总数。
增益计算器123计算未量化MDCT系数与所量化MDCT系数之间的增益，并输出用于每个MDCT系数的增益。增益计算器213可以如等式6中那样计算用于使得误差最小化的增益。
(等式6)
其中，Err(k)是用于第k个MDCT系数的误差，而g(k)是用于第k个MDCT系数的增益。
增益量化器214使用比特分配表格中与每个MDCT系数对应的量化比特的数目来对增益进行量化，并输出增益索引。当将增益量化代码本用于增益量化时，增益计算器213和增益量化器214可以通过使用未量化MDCT系数和所量化MDCT系数搜索该增益量化代码本，来确定增益索引。可以如等式7中那样给出该增益索引。
(等式7)
其中，是与m个比特对应的代码本并具有2m个码字。是m比特代码本的第i个码字，而Iopt(k)是与第k个MDCT系数对应的最佳增益索引。
多路复用器215对用于每个MDCT系数的增益索引进行多路复用，以输出增益比特流。
增益补偿解码器125包括解多路复用器221、指数计算器222、比特分配计算器223、和增益反量化器224。
指数计算器222和比特分配计算器223执行与增益校正编码器116的指数计算器211和比特分配计算器212相同的操作。解多路复用器221参考该比特分配表格来对该增益比特流进行解多路复用，以提取用于MDCT系数的增益索引。增益反量化器224使用每个增益索引和比特分配表格，来恢复用于每个MDCT系数的量化后增益。
参考图1和图2所描述的、频域系数(具体地，MDCT系数)的增益补偿方法可以提供相对简单且优秀的性能。然而，由于向每个MDCT系数动态分配的比特数目仅仅取决于所量化MDCT系数的绝对值，所以如果内核层MDCT量化器112的性能不良，则可能使得内核层和增强层的组合的整体量化性能劣化。即，当内核层MDCT量化器在某个MDCT系数中导致大量化误差并且所量化MDCT系数的幅度小于其他系数的幅度时，动态比特分配器可以向MDCT系数分配较少的比特。作为结果，无法有效地补偿内核层的大量化误差。
参考图3，图示了比特分配表格和MDCT残差系数的幅度，其是通过对输入语音帧执行图1和图2的方法所计算的。在图3中，帧长度N是40，并且每个MDCT系数中比特的最小和最大数目分别是0和3。在此情况下，即使最初六个MDCT残差系数的幅度明显大于剩余的残差系数，也可以注意到，没有向最初六个MDCT残差系数分配比特。
在下文中，将描述用于缓解比特分配表格与MDCT残差系数之间的不一致性的频域系数的量化方法和设备。
图4是根据本发明实施例的分级MDCT量化***的框图。
参考图4，分级MDCT量化***包括语音和音频编码器410和解码器420，其使用分级MDCT量化方案。
该编码器410包括MDCT 411、内核层MDCT量化器412、增强层编码器413、和多路复用器414。增强层编码器413包括局部MDCT反量化器415、增益补偿编码器416、和残差补偿编解码器417。
MDCT 411通过MDCT来将输入信号变换为MDCT系数。这里，输入信号是具有整个频带的全频带语音和/或音频信号、分割频带(split band)编解码器处的仅仅具有整个频带中一部分的信号、或可伸缩编解码器的残差信号。内核层MDCT量化器412对MDCT系数进行量化，以输出MDCT索引。局部MDCT反量化器415通过反量化来根据MDCT索引输出所量化MDCT系数。MDCT 411、内核层MDCT量化器412、和局部MDCT反量化器415可以按照与图1所描述的MDCT 111、内核层MDCT量化器112、和局部MDCT反量化器115相同的方式来进行操作。
如等式8所表达的，将向增强层分配的比特的总数划分为两个部分，它们被分配到增益补偿编码器416的增益补偿编码和残差补偿编码器417的残差补偿编码。
(等式8)
Benh＝Bgc+Bec
这里，Benh是向增强层分配的比特的全部数目，并且Bgc和Bec分别是向增益补偿编码器416分配的比特数目和向残差补偿编码器417分配的比特数目。向增强层分配的比特数目Benh可以等于图2的可用比特的数目。
残差补偿编码器417根据未量化MDCT系数和所量化MDCT系数来计算MDCT残差系数。例如，通过从未量化MDCT系数中减去所量化MDCT系数来计算MDCT残差系数。残差补偿编码器417从全部MDCT残差系数之中选择预定数目的MDCT残差系数，并且对所选择的MDCT残差系数进行量化，以输出残差索引。此外，残差补偿编码器417将所选择MDCT残差系数的位置信息(即，脉冲位置信息)传送到增益补偿编码器416的指数计算器416a。
增益补偿编码器416基于未量化MDCT系数、所量化MDCT系数、和脉冲位置信息来计算增益，并然后对每个增益进行量化，以输出增益索引。增益补偿编码器416的指数计算器416a将与来自残差补偿编码器417的脉冲位置信息对应的MDCT系数的指数设置为MIN_EXP的最小值，并且计算剩余MDCT系数的指数，如参考图1和图2所描述的。增益补偿编码器416可以通过在图2所示的指数计算器211的指数计算过程中将可用比特的数目从Benh改变为Bgc来计算指数。
多路复用器414对MDCT索引、增益索引、和残差索引进行多路复用，以输出比特流。
解码器420包括解多路复用器421、内核层MDCT反量化器422、增强层解码器423、和IMDCT 424。增强层解码器423包括增益补偿解码器425、增益补偿器426、残差补偿解码器427、和误差补偿器428。
解多路复用器421对所接收到的比特流进行解多路复用，以输出MDCT索引、增益索引、和残差索引。
内核层MDCT反量化器422对MDCT索引进行反量化，以输出所量化的MDCT索引。增益补偿器426通过量化后的增益来对所量化MDCT系数进行缩放，以输出增益补偿后的MDCT系数。IMDCT 424将所重构的MDCT系数逆变换为重构信号。内核层MDCT反量化器422、增益补偿器426、和IMDCT 424可以按照与参考图1所描述的内核层MDCT反量化器122、增益补偿器126、和IMDCT 124相同的方式来进行操作。
残差补偿解码器427对残差索引进行解码，以输出所量化MDCT残差系数，并且将所选择MDCT残差系数的脉冲位置信息传输到增益补偿解码器425的指数计算器425a。
增益补偿解码器425基于所量化MDCT系数和脉冲位置信息来对增益索引进行解码，以输出量化后的增益。增益补偿解码器425的指数计算器425a将与从残差补偿解码器427传输的脉冲位置对应的MDCT系数的指数设置为MIN_EXP的最小值，并且计算剩余MDCT系数的指数，如参考图1和图2所描述的。增益补偿解码器器425可以通过在图2所示的指数计算器222的指数计算过程中将可用比特的数目从Benh改变为Bgc来计算指数。由于将所选择脉冲位置处的MDCT系数的指数设置为最小值，所以可以将用于这些MDCT系数的量化后增益设置为1。即，在所选择的脉冲位置处由增益补偿器426所增益补偿的MDCT系数实质上可以等于所量化的MDCT系数。
残差补偿器428对增益补偿后的MDCT系数进行补偿，以输出所重构的MDCT系数。可以如等式9中那样计算所重构的MDCT系数。
(等式9)
这里，是增益补偿后的MDCT系数，是所量化的MDCT残差系数，而是所重构的MDCT系数。由于在编码器侧仅仅在所选择的脉冲位置处生成残差索引，所以所量化MDCT残差系数在除了所选择脉冲位置之外的位置处具有0的值。
照这样，根据本发明实施例的分级MDCT量化***可以使用MDCT残差系数来在所选择的位置处恢复MDCT系数，并且在除了所选择位置之外的位置处使用量化后增益来恢复MDCT系数。即，根据本发明实施例的分级MDCT量化***可以执行残差补偿和增益补偿两者，由此有效地对MDCT系数进行量化。
图5是根据本发明实施例的MDCT增强层编码方法的流程图。
参考图5，编码器410根据所量化MDCT系数和MDCT系数来计算MDCT残差系数(S510)。可以如等式10中那样计算MDCT残差系数E(k)。
(等式10)
编码器410使用所计算的MDCT残差系数来计算每个子带的残差能量(S520)。可以在编解码器设计过程中指定子带的数目和每个子带的边界。可以如等式11中那样计算每个子带的残差能量。
(等式11)
其中，e(j)是第j个子带的残差能量，M是子带的数目，而lj和uj分别是第j个子带的下边界索引和上边界索引。
编码器410如等式12中地在所有子带之中选择具有最大残差能量的子带索引jmax(S530)。
(等式12)
编码器410对所选择的子带索引jmax进行编码(S540)。例如，当子带的数目是4时，可以在2个比特中对该子带索引进行编码。并然后，编码器410对所选择子带的MDCT残差系数进行编码(S550)。可以计算所选择子带中MDCT残差系数的均方根(RMS)值，并然后对它进行量化，以生成RMS索引。然后，通过反量化来根据RMS索引获得所量化的RMS值。将所选择子带的MDCT残差系数分区为T个轨道，并且选择在每个轨道中具有个最大绝对值(多个绝对值)的(多个)MDCT残差系数。是第t个轨道的(多个)所选择脉冲的数目。分别在其位置、符号和幅度中对每个轨道的所选择MDCT残差系数(即，脉冲)进行编码。
将所选择的子带索引、所选择子带中每个脉冲的位置、符号和幅度、以及RMS索引组合为残差索引。
接下来，对于增益补偿编码，编码器410基于每个轨道的MDCT残差系数的位置信息和所量化MDCT系数来计算指数(S560)。可以如等式13中地计算指数。由于已经将所选择的脉冲编码为残差索引，所以编码器410将所选择脉冲的指数设置为最小指数值，由此防止比特分配的浪费。
(等式13)
其中，pi是第i个脉冲的位置，其与所选择子带的下边界索引相关；而Np是脉冲的总数，其可以在等式14中给出。
(等式14)
编码器410通过执行如在图2的增益补偿编码器116中描述的增益编码处理来输出增益索引(S570)。如上所述，用于增益补偿的可用比特数目是Bgc。
图6是示出了根据本发明实施例的MDCT增强层编码方法中的子带MDCT残差系数编码处理的流程图。
编码器410的误差补偿编码器417计算用于在步骤S530中选择的子带的MDCT残差系数的RMS值，并且对该RMS值进行量化，以输出RMS索引(S610)。可以如等式15中地计算RMS值(rms)，并且可以如等式16中地将它对数量化为RMS索引Irms。
(等式15)
其中，是第jmax个子带的MDCT残差系数的数目。
(等式16)
Irms＝round(log2rms)
残差补偿编码器417对用于子带MDCT残差系数的轨道进行配置，以查找脉冲(S620)。例如，当所选择子带的MDCT残差系数的数目是12并且每个轨道的可能位置的数目是4时，取决于交织，可以如表格1或表格2中地配置所述轨道。表格1示出了当不应用交织时的轨道结构，而表格2示出了当应用交织时的轨道结构。
(表1)
轨道 位置
0 0,1,2,3
1 4,5,6,7
2 8,9,10,11
(表2)
轨道 位置
0 0,3,6,9
1 1,4,7,10
2 2,5,8,11
其中，表格1和2中的位置与所选择子带的下边界有关。
残差补偿编码器417使用所述轨道来在每个轨道中选择预定数目的脉冲(S630)。例如，如果每个轨道中脉冲的数目是1，则残差补偿编码器417在每个轨道的MDCT残差系数之中搜索具有最大绝对值的一个MDCT残差系数。
残差校正编码器417将在步骤S630中搜索到的每个脉冲划分为被分别量化的其位置、符号、和幅度分量。将脉冲位置编码为对于每个轨道开始位置的相关物(S640)。在表格1和表格2的示例中，由于每个轨道中可能位置的数目是4，所以可以利用2个比特来对所搜索脉冲的位置进行编码。可以利用1个比特来对所搜索脉冲的符号进行编码(S650)，并且可以对每个所搜索脉冲的脉冲幅度(即，绝对值)进行量化(S660)。例如，在通过反量化来根据步骤S610的RMS索引重构所量化RMS值之后，可以利用所量化RMS值来对脉冲幅度进行规格化，并然后使用标量量化或向量量化来将它编码为编码值Iamp。
(等式17)
其中，是第i个脉冲的RMS规格化后的脉冲幅度，而rms_q是所量化的RMS值。
如果仅仅选择每个轨道中具有最大绝对值的一个MDCT残差系数，即如果是1，则分别如等式18和19中地表达脉冲位置的编码值Ipos(t)和脉冲符号的编码值Isign(t)。
(等式18)
其中，t是轨道的索引，而p(t)是第t个轨道中所选择的脉冲位置，并对应于等式13中的pi。
(等式19)
其中，s(t)是第t个轨道中所选择的脉冲符号，并且可以如等式20中地表达。
(等式20)
将MDCT索引、增益索引、和残差索引多路复用为比特流，如表格3中所表达的。
(表格3)
Irms Ipos(0) Isign(0) Ipos(1) Isign(1) Ipos(2) Isign(2) Iamp Iopt(k)
图7是根据本发明实施例的MDCT增强层解码方法的流程图。
参考图7，解码器420接收包括MDCT索引、残差索引、和增益索引的比特流(S710)，并且将所接收到的比特流解多路复用为MDCT索引、增益索引、和残差索引(S720)。然后，解码器420将MDCT增益索引反量化为所量化的MDCT系数(S730)，并且对与子带索引jmax对应的残差索引进行解码，以恢复MDCT残差系数(S740)。解码器420使用所恢复的MDCT残差系数的位置信息和所量化的MDCT系数来计算指数(S750)。可以按照与图5的步骤S560相同的方式来计算所述指数。接下来，解码器420如在图2的增益补偿解码器125中描述地，基于所述指数来执行增益解码，以恢复量化后的增益(S760)。即，解码器420基于所述指数来生成比特分配表格，并且使用该比特分配表格来根据增益索引恢复用于MDCT系数的补偿增益。如上所述，可用比特的数目对应于增益解码处理中的Bgc。由于将所选择脉冲位置的指数设置为最小指数值，所以可以将所选择脉冲位置的所恢复增益设置为没有改变所量化MDCT系数的值，例如1。接下来，解码器420利用所恢复的增益来对所量化的MDCT系数进行补偿(S770)，并且如等式9地补偿增益补偿后的MDCT系数，以重构MDCT系数(S780)。可以分别如等式21和等式22中地表达增益补偿后的MDCT系数和所重构的MDCT系数。
(等式21)
其中，表示码字，其中i是等式7中的Iopt(k)。
(等式22)
图8是示出了根据本发明实施例的MDCT解码方法中的MDCT误差解码处理的流程图。
参考图8，解码器420对用于误差补偿的子带索引进行解码(S810)，并且对RMS索引进行反量化，以重构量化后的RMS值(S820)。解码器420对用于所选择子带的脉冲的位置、符号、和幅度分量进行解码(S830、S840、和S850)，并然后利用量化后的RMS值来对所解码脉冲幅度进行去规格化(S860)。即，解码器420将所解码的脉冲幅度乘以量化后的RMS值，以产生去规格化后的脉冲幅度。接下来，解码器420使用所解码的脉冲符号和去规格化后的脉冲幅度来恢复该脉冲(S870)。解码器420使用所恢复脉冲的所解码位置来根据预定轨道结构安排所恢复的脉冲，以恢复量化后的MDCT残差系数(S880)。可以如等式23中地表达所恢复的MDCT残差系数。
(等式23)
其中，si是第i个脉冲的符号，并且是第i个脉冲的RMS规格化后的量化脉冲幅度。例如，可以如等式24中地表达pi，并且si对应于等式19和20的s(t)并可以如等式25中地进行表达。
(等式24)
pi＝3Ipos(t)+t
(等式25)
si＝2(Isign(t)-0.5)
照这样，根据本发明的实施例，增益补偿方案和残差补偿方案的组合可以缓解声音质量的劣化，其可能是由于增益补偿方案中的比特分配与真实误差之间的不一致性而引起的频谱失真所导致的。
尽管已经结合目前被认为是实际实施例的内容而描述了本发明，但是要理解，本发明不限于所公开的实施例，而是相反地，意欲覆盖包括在所附权利要求的精神和范围内的各种修改和等效安排。

Claims (11)

1.一种编码设备，包括：
MDCT，被配置为对输入信号进行变换，以生成第一MDCT系数；
MDCT量化器，被配置为对所述第一MDCT系数进行量化，以生成MDCT索引；
增强层编码器，被配置为对所述MDCT索引进行反量化，以生成第二MDCT系数，对所述第一MDCT系数与所述第二MDCT系数之间的差异对应的MDCT残差系数进行编码，以生成残差索引，并且根据所述第一MDCT系数和所述第二MDCT系数来生成与所述第一MDCT系数的增益对应的增益索引；以及
多路复用器，被配置为对所述MDCT索引、该残差索引、和所述增益索引进行多路复用，以生成比特流，
其中，该增强层编码器包括：残差补偿编码器，被配置为选择多个子带之中、具有MDCT残差系数的最大能量的子带的索引，并且
该残差补偿编码器选择对应于预定数目的MDCT残差系数的脉冲，并且该残差补偿编码器将指数计算为除了该脉冲的位置之外的位置处的第二MDCT系数的幅度的对数，将指数设置为该脉冲的位置处的最小指数幅度，并且基于所述指数来分配用于所述增益索引的比特。
2.根据权利要求1所述的编码设备，其中，该残差补偿编码器进一步被配置为通过对所选择的索引进行编码来生成子带索引，并且
其中，该残差索引包括该子带索引。
3.根据权利要求2所述的编码设备，其中，该残差补偿编码器对用于所选择子带的MDCT残差系数的多个轨道进行配置，
其中，所述预定数目的MDCT残差系数是每个轨道中可能位置对应的MDCT残差系数之中、具有最大绝对值的预定数目的MDCT残差系数，
其中，该残差补偿编码器对以下脉冲的位置、符号和幅度进行编码，该脉冲对应于与每个轨道中可能位置对应的MDCT残差系数之中、具有最大绝对值的预定数目的MDCT残差系数，
其中，该残差索引还包括该位置的编码值、该符号的编码值、和该幅度的编码值。
4.根据权利要求3所述的编码设备，其中，该残差补偿编码器对所选择子带的MDCT残差系数的均方根(RMS)值进行量化，以生成RMS索引，
其中，该残差索引还包括该RMS索引。
5.根据权利要求1所述的编码设备，其中，该增益补偿编码器将该增益索引确定为用于使得最大化的i，
其中，是与m个比特对应的代码本的第i个代码，
i是从0到(2m-1)范围内的整数，
X(k)是第k个第一MDCT残差系数，并且
是第k个第二MDCT残差系数。
6.一种解码设备，包括：
解多路复用器，被配置为对所接收到的比特流进行解多路复用，以输出MDCT索引、残差索引、和增益索引；
MDCT反量化器，被配置为对所述MDCT索引进行反量化，以生成第一MDCT系数；以及
增强层解码器，被配置为对该残差索引进行解码，使用与所述MDCT残差系数对应的脉冲的位置和所述第一MDCT系数来根据所述增益索引恢复增益，以恢复MDCT残差系数，利用所恢复的增益来对所述第一MDCT系数的增益进行补偿，以生成第二MDCT系数，并且利用所述MDCT残差系数来对所述第二MDCT系数的残差进行补偿，
其中，该增强层解码器包括：增益补偿解码器，被配置为将指数计算为除了该脉冲的位置之外的位置处的第一MDCT系数的幅度的对数，将指数设置为该脉冲的位置处的最小指数幅度，通过基于所述指数向所述增益索引分配比特来生成比特分配表格。
7.根据权利要求6所述的解码设备，其中，该增强层解码器包括：残差补偿器，被配置为将所述MDCT残差系数添加到所述第二MDCT系数，以对所述第二MDCT系数的残差进行补偿。
8.根据权利要求6所述的解码设备，其中，该残差索引包括该脉冲的位置的编码值、该脉冲的符号的编码值、和该脉冲的幅度的编码值，
其中，该增强层解码器包括：残差补偿解码器，被配置为对该脉冲的位置、符号和幅度的编码值进行解码，以恢复该脉冲的位置、符号和幅度。
9.根据权利要求8所述的解码设备，其中，该残差索引还包括均方根(RMS)索引，
其中，该残差补偿解码器根据该RMS索引来生成量化后的RMS值，并且将解码后的该脉冲的幅度乘以量化后的RMS值，以恢复该脉冲的幅度。
10.根据权利要求6所述的解码设备，其中，该增益补偿解码器基于该比特分配表格来根据所述增益索引恢复增益。
11.根据权利要求6所述的解码设备，还包括：逆MDCT，被配置为通过使用逆MDCT对MDCT系数进行变换来恢复信号，在所述MDCT系数中对所述残差进行补偿。
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