[发明专利]改进的分层编码

说明书

技术领域

本发明涉及数字信号的编码/解码，尤其是适用于诸如音频(语音和/或声音)或视频，或更具体为多媒体的数字信号的传输或存储的应用。

具体涉及例如由ITU-T G.711.1编码器所实施的对数类的数字编码/解码。

背景技术

为了降低比特率并同时保持良好的识别质量的信号压缩可以采用多种技术，包括：

-PCM(脉冲编码调制)技术及其诸如ADPCM(自适应差分PCM)的变型，

-CELP(码激励线性预测)技术，以及，

-称之为“通过变换”(例如，MDCT(改进离散余弦变换)类型)的技术。

PCM技术以指定数量比特对每一个样本压缩信号，而其它类型的技术压缩样本(或帧)块。

根据ITU-T推荐的G.711编码/解码是适用于语音信号的一种最广泛使用技术之一，无论是传统的电话技术(通过交换网络)还是通过互联网(IP语音或VoIP)的技术。这种编码使用一种称之为“对数PCM”的技术。

根据ITU-T推荐的G.711编码/解码原理可以概述如下。

G.711编码器可基于采样频率为8kHz的8比特对数压缩以获得64kbit/s的比特率。

G.711PCM编码的原理是运用对数曲线来实施300-3400Hz频带内的滤波信号的压缩，这使得宽动态范围的信号有可能获得信噪比几乎恒定的信号。这涉及通过量化来编码且量化步长随着要编码的样本幅值而改变：

-当输入信号电平弱时，量化步长小，

-当输入信号电平强时，量化步长大。

使用两个对数PCM压缩定律：

-μ律(在北美和日本使用)以及

-A律(在欧洲和世界其他地区使用)。

根据A律的G.711编码和根据μ律的G.711编码使用输入样本的8比特编码。

在实践中，为了便于G.711编码器的实现，对数PCM压缩采用分段曲线作近似。

在A律中，8位分布如下：

-1个符号位，

-3个比特用于表示分段，

-4个比特用于表示分段上的位置。

参照图1概述PCM编码/译码原理。PCM编码器11包括量化模块Q_MIC10，用于接收输入端的输入信号S(z)。位于量化模块10输出端的量化索引I_MIC通过传输信道12传输到解码器14。PCM解码器14在输入端接收来自传输信道发送的索引I'_MIC(可能是I_MIC由于比特错误而劣化的版本)并籍助于逆量化模块13(Q^-1_MIC)来进行逆量化以获得解码信号。标准化的ITU-TG.711PCM编码(以下称为G.711)在统一标量量化之前利用对数曲线进行信号幅值的压缩，这使得宽动态范围的信号有可能获得几乎恒定的信噪比。因此，在原始信号域中的量化步长正比于信号的幅值。压缩信号的连续样本可量化为8比特，即256个等级。

量化索引I_PCM(如图1所示示例中的附图标记15)因此可认为代表一个浮点数，该浮点数具有4个尾数位“Pos”，3个指数位“Seg”和一个符号位“S”。

在超过16位的要编码的样本的二进制表示(符号和绝对值)中，用样本b0表示的最低有效位(LSB)，指数表示位置14到8中的第一个“1”的位置pos，尾数位是随后接下来的4个比特以及符号位是比特b₁₅。

因此，如果位置pos＝14，则exp＝7；如果pos＝13，则exp＝6，...，如果pos＝8，则exp＝1。

如果第一个“1”在位置8(其对应于要编码样本的绝对值小于或等于255)后，则指数为0。

在下表给出的示例中，其中设定为“1”的第一比特为比特b₁₀(pos＝10)，指数exp是3，并且4比特的尾数是位置9到6的4个比特：m₃m₂m₁m₀(＝b₉b₈b₇b₆)。