專利名稱：音頻編解碼裝置及編解碼方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及數(shù)字信號處理，尤其涉及一種音頻編解碼裝置及編解碼方法。

背景技術(shù)：
目前的音頻信號格式存在多種標(biāo)準(zhǔn)，如MP3(MPEG Audio Layer 3)，AAC(Advanced Audio Coding)，AAC+，AAC++，WMA(Windows MediaAudio)以及Real Audio等。目前的音頻標(biāo)準(zhǔn)均采用了MDCT(ModifiedDiscrete Cosine Transform，改進離散余弦變換)/IMDCT(Inverse ModifiedDiscrete Cosine Transform，改進離散余弦反變換)作為信號時頻及頻時轉(zhuǎn)換的方法。
美國專利申請US2008/65373公開了一種音頻編碼裝置及方法。該音頻編碼裝置可使延時保持在比較小的范圍內(nèi)，并使幀間失真情況得到緩解。該裝置及方法提到了MDCT。然而，在目前的技術(shù)中，MDCT均存在較高復(fù)雜度，需要較大的運算量。
鑒于上述原因，本發(fā)明實施例提出一種高效的音頻編解碼方法及裝置以提高系統(tǒng)實現(xiàn)的性能并降低功耗。


發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題在于提出一種高效的音頻編解碼方法及裝置以提高系統(tǒng)實現(xiàn)的性能并降低功耗。
為解決上述問題，根據(jù)本發(fā)明的一種音頻編解碼方法包括確定接收的待變換信號數(shù)量為2i×3j，其中i和j為整數(shù)；對該待變換信號進行i次基2遞歸分解，分解成為3j點離散余弦變換；對該3j點離散余弦變換進行j次基3遞歸分解，分解成為3點離散余弦變換。
根據(jù)本發(fā)明的一種音頻編解碼裝置包括該裝置包括判斷模塊，用于確定接收的待變換信號數(shù)量為2i×3j，其中i和j為整數(shù)；運算模塊，用于對該待變換信號進行i次基2遞歸分解，分解成為3j點離散余弦變換；以及用于對所述3j點離散余弦變換進行j次基3遞歸分解，分解成為3點離散余弦變換。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明實施例能夠提高音頻編解碼系統(tǒng)實現(xiàn)的性能并降低功耗。本發(fā)明實施例提供的裝置能完成2點和3點離散余弦變換的統(tǒng)一實現(xiàn)，從而實現(xiàn)2i×3j點離散余弦變換。同時，對于任意2i×3j點待變換信號可以通過2點和3點離散余弦變換實現(xiàn)，能完成各種音頻標(biāo)準(zhǔn)的統(tǒng)一實現(xiàn)。



圖1為本發(fā)明實施例音頻編解碼裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2為本發(fā)明實施例音頻編解碼方法的流程圖。
圖3為本發(fā)明實施例中通過N/2點DCT-II實現(xiàn)N點MDCT的信號流圖。
圖4為本發(fā)明實施例中通過N/2點DCT-II實現(xiàn)N點IMDCT的信號流圖。
圖5為本發(fā)明實施例中8點DCT-II分解數(shù)據(jù)流圖。
圖6為本發(fā)明實施例中9點DCT-II分解數(shù)據(jù)流圖。
圖7為圖1中蝶形運算模塊的結(jié)構(gòu)圖示。
圖8為本發(fā)明實施例中蝶形運算模塊進行2點運算的示意圖。
圖9-12為本發(fā)明實施例中蝶形運算模塊進行3點運算的示意圖。
圖13為圖1中遞歸運算模塊的結(jié)構(gòu)圖示。
圖14為本發(fā)明實施例中音頻編解碼裝置硬件實現(xiàn)架構(gòu)圖。

具體實施例方式 以下結(jié)合附圖對本發(fā)明具體實施方式
進行說明。
圖1所示為本發(fā)明實施例音頻編解碼裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖所示，本發(fā)明實施例的音頻編解碼裝置10包括判斷模塊101和運算模塊103。判斷模塊101，用于確定接收的待變換信號數(shù)量為2i×3j，i和j為整數(shù)；運算模塊103，用于對待變換信號進行i次基2遞歸分解，分解為3j點離散余弦變換；以及對該3j點離散余弦變換變換進行j次基3遞歸分解，分解成為3點離散余弦變換。
其中，運算模塊103進一步包括蝶形運算模塊1031和遞歸運算模塊1033。
進一步參閱圖2，圖2所示為本發(fā)明實施例音頻編解碼方法的流程圖。本發(fā)明實施例音頻編解碼方法，包括S201，確定接收的待變換信號數(shù)量為2i×3j，i和j為整數(shù)；S203，對該待變換信號進行i次基2遞歸分解，分解成3j點離散余弦變換；S205，對該3j點離散余弦變換進行j次基3遞歸分解，分解成3點離散余弦變換。
MDCT是音頻編碼運算過程中將聲音信號從時域向頻域變換的一種算法。其運算表達如公式(1)所示。
公式(1) IMDCT是音頻解碼運算過程中，將聲音信號從頻域向時域變換的一種算法。MDCT的逆運算。其運算表達如公式(2)所示。 公式(2) 其中x(n)為時域信號，X(K)為頻域信號。
為解決MDCT/IMDCT快速實現(xiàn)的問題，本發(fā)明實施例通過對MDCT/IMDCT的運算表達式進行分析、轉(zhuǎn)換，以提出一種快速實現(xiàn)的計算方法及其實現(xiàn)裝置。在實施例中，MDCT/IMDCT轉(zhuǎn)換分為MDCT/IMDCT到DCT-IV的轉(zhuǎn)換和DCT-IV到DCT-II兩部分。
N點MDCT到DCT-IV的轉(zhuǎn)換分別通過輸入信號的順序置換和N/2次加法實現(xiàn)。輸入信號的順序置換如公式(3) 公式(3) 令x＂(k)＝x′(k)-x′(N-1-k) 公式(4) 則N點MDCT通過N/2點的DCT-IV實現(xiàn)如公式(5) 公式(5) N點IMDCT到N/2點DCT-IV的轉(zhuǎn)換可以通過輸出信號的順序置換實現(xiàn)，如公式(6) 公式(6) 其中n＝0，...，N/2-1、n′＝0，...，N-1。
在實施例中，x(k)為IMDCT輸入信號，x(n′)為IMDCT的最終輸出信號。
從DCT-IV到DCT-II的轉(zhuǎn)換描述如下。
DCT-IV的運算表達如公式(7)所示 n＝0，...，N/2-1 公式(7) 從公式(7)可以得出公式(8) n＝0，...，N/2-1 公式(8) 假定 則DCT-IV可通過公式(9)實現(xiàn) 公式(9) 對比DCT-II的表達式，如公式(10)所示公式(10) 因此，N/2點DCT-IV可以通過N/2次乘法及N/2-1次加法轉(zhuǎn)換成N/2點DCT-II實現(xiàn)，從而N點MDCT/IMDCT的實現(xiàn)轉(zhuǎn)換成了N/2點DCT-II的實現(xiàn)。圖3、4所示即為分別為通過N/2點DCT-II實現(xiàn)N點MDCT/IMDCT的信號流圖。
由于通常情況下，音頻標(biāo)準(zhǔn)中使用的MDCT/IMDCT點數(shù)為2i×3j，基于該種情況，本發(fā)明實施例給出DCT-II的快速實現(xiàn)方法。
■偶數(shù)點DCT-II分解 對于N點DCT-II，N為偶數(shù)時，其奇數(shù)輸出可如公式(11)所示 n＝0，...，N/2-1 公式(11) 偶數(shù)輸出可表示為公式(12) 公式(12) 對比公式(12)和DCT-II的表達式公式(10)可以發(fā)現(xiàn)，對于偶數(shù)N點DCT-II可以通過不斷遞歸分解成更低階的DCT-II實現(xiàn)，直至最終成為奇數(shù)N2點DCT-II。
■3j點DCT-II快速實現(xiàn)算法 對于3j點DCT-II的實現(xiàn)，首先對輸入信號的順序置換如下。
x1(k)＝x(k) x2(k)＝x(2N/3+k)，k＝0，...，N/3-1 x3(k)＝x(2N/3-k-1) 則DCT-II的3n，3n+1，3n+2的輸出如公式(13) ，n＝0，....，N/3-1 公式(13) 在公式(13)中，x(-n)＝x(n)。
圖5、圖6分別給出8點DCT-II和9點DCT-II的分解數(shù)據(jù)流圖。
本發(fā)明實施例進一步描述了實現(xiàn)快速MDCT/IMDCT變換的音頻編解碼裝置。如圖7所示為圖1中運算模塊103的蝶形運算模塊1031的結(jié)構(gòu)圖示。該蝶形運算模塊1031可同時適用于2點和3點蝶形運算。如圖7所示，蝶形運算模塊包括兩個加法器，一個乘法器，及一個移位器，其中移位器將只在3點蝶形運算中打開。
圖8所示為圖7中蝶形運算模塊進行2點蝶形運算的運算圖示。
在進行3點蝶形運算時，如圖9至圖12所示，首先將x(2)和x(3)輸入到蝶形運算模塊，輸出分別為x2(k)+x3(k)和

如圖10所示，將x(1)和第一次蝶形運算的第一個輸出x2(k)+x3(k)輸入到蝶形運算模塊，打開移位器，第二次蝶形運算的輸出分別為x1(k)+x2(k)+x3(k)和

此時3點蝶形運算的第一個輸出x1(k)+x2(k)+x3(k)已經(jīng)產(chǎn)生。同時還需將乘法器的輸入2x1(k)-x2(k)-x3(k)存入寄存器中。然后將第一次蝶形運算的第二個輸出

和第二次蝶形運算的第二次輸出作為蝶形模塊的輸入，得到3點蝶形運算的第二個輸出最后對該次蝶形運算的第二個輸出和寄存器中的2x1(k)-x2(k)-x3(k)通過加法器相減即可得到3點蝶形運算的第三個輸出從而完成3點蝶形運算。
圖1中運算模塊103的遞歸運算模塊1033的結(jié)構(gòu)圖如圖13所示。遞歸運算模塊包含了一個加法器和一個寄存器。由于以上描述的各種轉(zhuǎn)換中所使用的加法和乘法運算比較簡單，屬于蝶形運算和遞歸迭代運算模塊的子集，均可通過該兩個模塊實現(xiàn)。因此在實施例中，實現(xiàn)音頻各種標(biāo)準(zhǔn)中MDCT/IMDCT的硬件實現(xiàn)可以不需要其他的硬件資源。
本發(fā)明實施例音頻編解碼方法中的MDCT/IMDCT轉(zhuǎn)換為DCT-II運算實現(xiàn)，現(xiàn)主要包括乘法、加法、蝶形分解及遞歸運算。本發(fā)明實施例中，音頻編解碼裝置硬件實現(xiàn)架構(gòu)如圖14所示。該架構(gòu)可用于實現(xiàn)適用于各種不同音頻標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一的MDCT/IMDCT，包含了以上描述的蝶形運算模塊和遞歸迭代運算模塊。其中，蝶形運算模塊不僅用于DCT-II的蝶形運算還用于MDCT/IMDCT到DCT-II轉(zhuǎn)換過程中的乘法與加法的實現(xiàn)。該架構(gòu)的控制單元包括各個步驟中的地址產(chǎn)生器，地址/數(shù)據(jù)的復(fù)用單元及一個控制器。在MDCT/IMDCT的實現(xiàn)中，控制器將依據(jù)實現(xiàn)的各個步驟產(chǎn)生相應(yīng)的控制信號來選擇不同的地址產(chǎn)生器和運算單元，這些信號包括DCT-IV到DCT-II轉(zhuǎn)換的選擇信號，蝶形運算模塊選擇信號，遞歸迭代運算模塊選擇信號及DCT—II到DCT-IV轉(zhuǎn)換的選擇信號。
綜合以上分析，本發(fā)明實施例能夠提高音頻編解碼系統(tǒng)實現(xiàn)的性能并降低功耗，同時由于該方法及裝置不涉及具體音頻標(biāo)準(zhǔn)的特點，對于任意2i×3j點待變換信號可以通過2點和3點離散余弦變換實現(xiàn)，能完成各種音頻標(biāo)準(zhǔn)的統(tǒng)一實現(xiàn)。
本發(fā)明將適用于所有采用2i×3j點MDCT/IMDCT的標(biāo)準(zhǔn)和方法。本發(fā)明實施例給出了一種2i×3j點的MDCT/IMDCT方法及裝置，同時對于只有2i點或3j點的MDCT/IMDCT，其可以視為i或j為0的特殊情況，因此可以根據(jù)本發(fā)明實施例的描述加以相應(yīng)地變化實現(xiàn)。
可以理解的是，對本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來說，可以根據(jù)本發(fā)明的技術(shù)方案及其發(fā)明構(gòu)思加以等同替換或改變，而所有這些改變或替換都應(yīng)屬于本發(fā)明所附的權(quán)利要求的保護范圍。
權(quán)利要求
1.一種音頻編解碼方法，其特征在于該方法包括確定接收的待變換信號數(shù)量為2i×3j，其中i和j為整數(shù)；對所述待變換信號進行i次基2遞歸分解，分解成為3j點離散余弦變換；對所述3j點離散余弦變換進行j次基3遞歸分解，分解成為3點離散余弦變換。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述待變換信號進行基2分解分為奇數(shù)待變換信號x(2n+1)和偶數(shù)待變換信號x(2n)，其中n＝0，...，N/2-1，N為所述待變換信號的總數(shù)。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于該方法進一步包括所述3j點離散余弦變換在所述遞歸分解之前進行輸入信號置換，所述輸入信號置換表達式為其中k＝0，...，N/3-1，N為所述待變換信號的總數(shù)。
4.如權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于所述3點離散余弦變換滿足關(guān)系
其中，x(-n)＝x(n)，n＝0，....，N/3-1。
5.如權(quán)利要求1至4任意一項所述的方法，其特征在于所述離散余弦變換為離散余弦變換II型，DCT-II。
6.一種音頻編解碼裝置，其特征在于，該裝置包括判斷模塊，用于確定接收的待變換信號數(shù)量為2i×3j，其中i和j為整數(shù)；運算模塊，用于對所述待變換信號進行i次基2遞歸分解，分解成為3j點離散余弦變換；以及用于對所述3j點離散余弦變換進行j次基3遞歸分解，分解成為3點離散余弦變換。
7.如權(quán)利要求6所述的裝置，其特征在于所述運算模塊用于將所述待變換信號分為奇數(shù)待變換信號x(2n+1)和偶數(shù)待變換信號x(2n)，其中n＝0，...，N/2-1，N為所述待變換信號的總數(shù)。
8.如權(quán)利要求6所述的裝置，其特征在于所述運算模塊用于將3j點離散余弦變換在遞歸分解之前進行輸入信號置換，輸入信號置換表達式為其中k＝0，...，N/3-1，N為所述待變換信號的總數(shù)。
9.如權(quán)利要求8所述的裝置，其特征在于所述運算模塊計算3點離散余弦變換滿足關(guān)系
其中，x(-n)＝x(n)，n＝0，....，N/3-1。
10.如權(quán)利要求6所述的裝置，其特征在于所述運算模塊進一步包括蝶形運算模塊和遞歸運算模塊。
11.如權(quán)利要求10所述的裝置，其特征在于所述蝶形運算模塊包括加法器和乘法器用于計算所述待變換信號的蝶形運算，并進一步包括移位器用于計算3點離散余弦變換的蝶形運算。
12.如權(quán)利要求6-11任意一項所述的裝置，其特征在于所述離散余弦變換為離散余弦變換II型，DCT-II。
全文摘要
本發(fā)明實施例公開了一種音頻編解碼方法。該方法包括確定接收的待變換信號數(shù)量為2i×3j，其中i和j為整數(shù)；對該待變換信號進行i次基2遞歸分解，分解成為3j點離散余弦變換，再進行j次基3遞歸分解，分解成為3點離散余弦變換。本發(fā)明實施例還公開了一種音頻編解碼裝置，可以實現(xiàn)2點和3點離散余弦變換的統(tǒng)一實現(xiàn)單元結(jié)構(gòu)，從而使用這一統(tǒng)一的單元結(jié)構(gòu)最終實現(xiàn)2i×3j點離散余弦變換。本發(fā)明實施例可以提高音頻編解碼系統(tǒng)實現(xiàn)的性能并降低功耗，同時，對于任意2i×3j點待變換信號可以通過2點和3點離散余弦變換實現(xiàn)，能完成各種音頻標(biāo)準(zhǔn)的統(tǒng)一實現(xiàn)。
文檔編號G10L19/02GK101546560SQ200810035349
公開日2009年9月30日 申請日期2008年3月28日 優(yōu)先權(quán)日2008年3月28日
發(fā)明者曇 李, 張本好, 黃鶴云, 林福輝 申請人:展訊通信(上海)有限公司