專利名稱：音頻解碼方法、音頻解碼器及其中的平滑濾波方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及音頻解碼方法和音頻解碼器，尤其涉及一種可進行平滑濾波處理的音頻解碼器及音頻解碼器中的平滑濾波方法。
背景技術(shù)：
數(shù)字音視頻壓縮技術(shù)是多媒體領(lǐng)域中一個非常重要的研究課題，MPEG標準所定義的音視頻壓縮技術(shù)在多媒體產(chǎn)品中得到廣泛應(yīng)用。MPEG標準由國際標準組織ISO的運動圖像專家組(Moving Pictures Experts Group)建立，其音頻標準包括三種不同的編碼算法，即MPEG第一層，MPEG第二層和MPEG第三層，三種編碼算法復(fù)雜度不同，因而壓縮率也不相同。音頻信號通?？梢愿鶕?jù)其中的一種算法來進行采樣和編碼。音頻解碼器用來對接收到的已編碼的采樣值進行解碼，通常包括緩沖器，解析器，重構(gòu)單元以及濾波器等。緩沖器將數(shù)據(jù)庫流從內(nèi)存搬運到音頻解碼器，解析器對基本數(shù)據(jù)流型的數(shù)據(jù)流進行解析，并把解析得到的數(shù)據(jù)送入重構(gòu)單元，由重構(gòu)單元解碼而得到采樣值。此時的采樣值為編碼時離散余弦變換(DCT)后的S域采樣值，解碼時需要對其進行離散余弦反變換(IDCT)，來獲得數(shù)字脈沖編碼調(diào)制(PCM)樣點，最后把PCM樣點轉(zhuǎn)換為模擬信號，即能夠為人類所接受的聲音。一般利用濾波器進行IDCT處理，完成數(shù)據(jù)流從頻域到時域的轉(zhuǎn)換。
有時可能在數(shù)據(jù)傳輸中產(chǎn)生了某些錯誤，或者是在音頻解碼器的解碼過程中出了錯誤等等，這時，往往需要采取一些措施來掩蔽錯誤的信號。通常是在IDCT變換后得到的PCM樣點中插入靜音信號。但靜音信號會使輸出的信號不連續(xù)，如圖1中的圓圈11所示，在時域插入的靜音信號會在邊界處產(chǎn)生波形的躍變，引入高頻沖擊，使輸出的聲音變得尖銳刺耳，對人耳造成損傷。也有的音頻解碼器是在IDCT變換后得到的PCM采樣值出錯時，重復(fù)播放出錯前最后的信號。如圖2中的圓圈21處所指出的，這種方法同樣會在波形的邊界處產(chǎn)生躍變，并使輸出的聲音變得尖銳刺耳，令人不悅。
為了濾除這種高頻干擾，有的音頻解碼器在IDCT變換后進行輸出播放前加入一系列的后處理，其中包含插入靜音信號或重放信號，并濾除這種高頻干擾的操作。采用這種處理方式通常需要在后處理模塊中額外增加一級低通濾波器來專門處理這種平滑濾除，并需要額外配置相應(yīng)的緩沖器。如圖3所示，后處理模塊中包含一個與門31，平滑濾波器33和平滑濾波緩沖器35。解碼器30解析并進行IDCT變換，得到PCM采樣值。當系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)出錯時，解碼器把靜音信號36或重放信號37設(shè)成低電平，靜音信號或重放信號通過與門取代出錯情況下的PCM樣點38。PCM樣點暫時存放在平滑濾波緩沖器中，經(jīng)平滑濾波器濾波后輸出。
圖3所示的音頻解碼器在時域?qū)Τ鲥e情況下的采樣值進行平滑濾波，雖然在一定程度上濾除了高頻干擾，但由于增加了額外的濾波器和相應(yīng)的緩沖器，增加了硬件，使成本無法降低。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺陷，提供一種音頻解碼方法和音頻解碼器，它可以進行平滑濾波處理，濾除靜音信號或重放信號帶來的高頻干擾，同時不需要為平滑濾波而增加額外的硬件。
根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供一種音頻解碼器，包括用以接收外部基本碼流ES的輸入緩沖器；對所述基本碼流ES進行解碼，獲得S域采樣值的解碼單元；對所述S域采樣值進行離散余弦變換和加窗(window)處理，獲得PCM采樣值的濾波器；以及用以輸出所述PCM采樣值的輸出緩沖器，其中，所述解碼單元還接收輸出緩沖器反饋的下溢信號向所述濾波器輸入插值，所述濾波器對所述插值和所述S域采樣值進行頻域到時域的轉(zhuǎn)換。
在本發(fā)明的一個實施例中，解碼單元設(shè)置了插值計數(shù)器和插值單元。輸出緩沖器檢查到下溢狀態(tài)，則反饋一個插值信號給解碼單元。解碼單元在插值計數(shù)器的控制下通過插值單元向濾波器輸入插值，濾波器對插值進行頻域到時域的轉(zhuǎn)換，完成平滑濾波。
插值單元例如包括多路復(fù)用器，至少具有兩個輸入值，一個輸入值為S域采樣值，一個輸入值為插值。多路復(fù)用器在插值計數(shù)器的控制下，對兩個輸入值進行選通。插值計數(shù)器一般處于復(fù)位狀態(tài)，當接收到輸出緩沖器送來的插值信號時，選通插值作為輸入，并同時開始計數(shù)；在計數(shù)值等于濾波器通道數(shù)時，重新復(fù)位。復(fù)位后，多路復(fù)用器重新選通解碼器的S域采樣值作為輸入。
在本發(fā)明的一個實施例中，濾波器例如為32個通道的子帶合成濾波器，在總線、處理器等資源的響應(yīng)速度出現(xiàn)問題時，可對解碼器輸出的S域采樣值和插值一起，進行IDCT變換和加窗處理，完成S域采樣值和插值從頻域到時域的轉(zhuǎn)換，得到PCM采樣值。插值計數(shù)器例如由一個5位的寄存器和一個5位的加法器構(gòu)成，可進行32位計數(shù)。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供一種音頻解碼方法，包括對接收到的外部基本碼流ES進行解碼，獲得S域采樣值；對所述S域采樣值進行離散余弦變換和加窗處理，輸出PCM采樣值；當檢測到輸出的PCM采樣值的數(shù)據(jù)量達到下溢狀態(tài)時，提供插值；所述插值與所述S域采樣值一起進行離散余弦變換和加窗處理。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供一種音頻解碼器中的平滑濾波方法，所述音頻解碼器包括對接收到的外部基本碼流ES進行解碼獲得S域采樣值的解碼單元，對所述S域采樣值進行離散余弦變換和加窗處理，獲得PCM采樣值的濾波器，以及用以輸出所述PCM采樣值的輸出緩沖器，所述方法包括1.當輸出緩沖器的數(shù)據(jù)量減少到下溢狀態(tài)時，發(fā)出下溢信號給解碼單元；2.解碼單元在下溢信號的觸發(fā)下，送插值給濾波器。
3.濾波器對解碼單元送入的S域采樣值和插值一起進行IDCT變換和加窗處理。
本發(fā)明在音頻解碼器的IDCT轉(zhuǎn)換之前進行平滑濾波，對采樣值在頻域時插入靜音或重放信號，復(fù)用合成濾波器進行平滑濾波。因而不但濾除了高頻干擾，并且免除了對額外的平滑濾波器和緩沖器的需求，節(jié)約了電路面積，降低了成本。


以下參照附圖對本發(fā)明的示例性實施例的進行說明，結(jié)合以下附圖對本發(fā)明實施例的闡述，是為進一步揭示本發(fā)明的特征所在，但并不限制本發(fā)明，圖中相同符號代表實施例中相應(yīng)元件或步驟，其中圖1為現(xiàn)有技術(shù)中音頻解碼器在出錯情況下插入靜音信號的波形圖。
圖2為現(xiàn)有技術(shù)中音頻解碼器在出錯情況下插入重放信號的波形圖。
圖3為現(xiàn)有技術(shù)中可進行平滑濾波的音頻解碼器結(jié)構(gòu)示意圖。
圖4A為本發(fā)明可進行平滑濾波的音頻解碼器的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖4B為圖4A所示音頻解碼器中一個解碼單元的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖5為本發(fā)明音頻解碼器的輸出緩沖器的原理示意圖。
圖6為本發(fā)明一個實施例中的解碼單元的插值單元結(jié)構(gòu)示意圖。
圖7為本發(fā)明的音頻解碼器插入插值后的波形圖。
圖8為本發(fā)明的音頻解碼方法的流程圖。
圖9為本發(fā)明的音頻解碼器中平滑濾波方法的流程圖。
具體實施例方式
參見圖4A和圖4B，本發(fā)明的音頻解碼器包括輸入緩沖器41、解碼單元43、濾波器45和輸出緩沖器47。
輸入緩沖器作為音頻解碼器與外部的接口，接收解復(fù)用模塊(未圖示)送來的ES流(基本碼流)，并送入解碼單元。解碼單元包括解析模塊431和重構(gòu)模塊(reconstruction)433。解析模塊解析ES流，解碼頭部信息，確定頭部參數(shù)，為其他的解碼模塊提供控制字信息。重構(gòu)模塊分析MPEG AudioLayer1/Layer2的幀結(jié)構(gòu)，對一幀數(shù)據(jù)的比特分配信息進行解碼；然后進行比例因子(scale factor)的解碼、重新取采樣點、將樣點進行反量化運算；最后進行反規(guī)格化(de-normalize)操作。重構(gòu)模塊輸出的信號輸入到合成子帶濾波器。輸出緩沖器勻速送出PCM采樣值數(shù)據(jù)給后處理模塊或直接經(jīng)過模數(shù)轉(zhuǎn)換后送給播放設(shè)備，播放設(shè)備以48K/S的穩(wěn)定速度進行播放。為保持播放設(shè)備的穩(wěn)定勻速的輸出，需使輸出緩沖器中的數(shù)據(jù)信號保持一定的數(shù)據(jù)量大小。
參見圖5，輸出緩沖器47中設(shè)置了上溢指針51和下溢指針52，相對應(yīng)地配置了almost_full(上溢)與almost_empty(下溢)指針信號。發(fā)錯信號、影音不同步、解碼錯誤等可能出現(xiàn)的問題由CPU來控制，當CPU發(fā)出控制信號中止了出錯單元的操作，可能會引起CPU的響應(yīng)速度出現(xiàn)問題。也有其他情況可能引起CPU的響應(yīng)速度出現(xiàn)問題。當總線、處理器等資源的響應(yīng)速度出現(xiàn)問題時，輸出緩沖器中的數(shù)據(jù)可能出現(xiàn)下溢狀態(tài)，此時，輸出緩沖器會把這almost_empty指針信號反饋給解碼單元43。解碼單元接收到almost_empty指針信號后，送插值給濾波器45。輸入緩沖器和輸出緩沖器可以是先進先出緩沖器(FIFO)。
本發(fā)明的濾波器45例如采用一種子帶合成濾波器。子帶編碼是利用多相正交子帶分析濾波器組把信號頻帶分割成若干子帶，然后對各子帶分別采用單獨的編碼方法編碼并輸出取樣。編碼時，每個子帶內(nèi)的一個對應(yīng)樣點作為一個采樣組，當子帶合成濾波器包含32個通道，一個采樣組包含32個樣點。多相正交子帶合成濾波器對子帶編碼進行逆運算，以采樣組為單位進行IDCT變換和加窗處理。在本發(fā)明的一個實施例中，子帶合成濾波器為32個通道的子帶合成濾波器，以32個子帶樣點作為一個采樣組。子帶合成濾波器共512級，包含32組正交子帶濾波器，進行IDCT變換和加窗處理。IDCT變換將解碼單元送出的S域采樣值從頻域(S域)轉(zhuǎn)換到時域(T域)，得到PCM樣點。
如圖4B所示，解碼單元43中設(shè)置了插值計數(shù)器437和插值單元435。輸出緩沖器檢查到下溢狀態(tài)，則反饋一個下溢信號almost_empty給解碼單元。解碼單元在插值計數(shù)器的控制下通過插值單元向濾波器輸入插值，濾波器對插值與解碼單元送入的S域采樣值進行頻域到時域的轉(zhuǎn)換，從而完成平滑濾波。
參見圖6，按照本發(fā)明的一個實施例，插值單元435例如包括多路復(fù)用器61，后者至少接收兩個輸入值，一個輸入值為S域采樣值，另一個輸入值為插值。多路復(fù)用器在插值計數(shù)器的控制下，對兩個輸入值進行選通。插值計數(shù)器一般處于復(fù)位狀態(tài)，選通S域采樣值作為輸入。當接收到輸出緩沖器送來的下溢信號almost_empty時，插值計數(shù)器選通插值作為輸入，并同時開始計數(shù)；在計數(shù)值等于濾波器寬度值時，插值計數(shù)器重新復(fù)位，多路復(fù)用器從而重新選通S域采樣值作為輸入。
插值單元送給濾波器的插值例如是一般的常數(shù)值或零值。在一種較好的實施方式中，當解碼單元收到下溢信號almost_empty的情況下，插值單元送給濾波器的插值為零值。根據(jù)子帶濾波器的特點，一次插入與濾波器通道數(shù)相同數(shù)量的零值，在此即32個零值。相應(yīng)地，插值計數(shù)器由一個5位的寄存器和一個5位的加法器構(gòu)成(未圖示)，可進行32位計數(shù)。
在本發(fā)明的另一個實施例中，子帶合成濾波器例如為1024級，包含32個通道，以32個子帶樣點作為一個采樣組，每個子帶包括32個點。在解碼單元收到下溢信號almost_empty的情況下，同樣也是插入與濾波器通道數(shù)相同寬度的零值，即32個零值。插入的零值個數(shù)和插值計數(shù)器的計數(shù)位數(shù)與濾波器通道數(shù)一致，在改變?yōu)V波器級數(shù)與寬度的情況下，均可作相應(yīng)變化。
圖7為本發(fā)明的音頻解碼器在收到下溢信號almost_empty情況下插入插值的波形圖?？偩€、處理器等資源的響應(yīng)速度出現(xiàn)問題時，可能引起輸出緩沖器出現(xiàn)下溢。解碼單元根據(jù)輸出緩沖器的almost_empty下溢信號送插值給濾波器。插值產(chǎn)生的波形如圖中兩條虛線之間的部分71。經(jīng)插值后的濾波器濾波后的波形使信號得以連續(xù)，并消除了高頻邊界處產(chǎn)生的波形躍變。
這里的濾波器為進行IDCT變換的子帶合成濾波器，為音頻解碼中必須要求的元件。在總線、處理器等資源的響應(yīng)速度出現(xiàn)問題時，在IDCT變換前插入零值，濾波器對解碼單元送入的S域采樣值和零值一起進行IDCT變換和加窗處理，使之從頻域轉(zhuǎn)換到時域。這樣，插入的零值不會產(chǎn)生波形的躍變，也就不需要額外的低通濾波器進行平滑濾波。
在本發(fā)明的其他實施例中，在總線、處理器等資源的響應(yīng)速度出現(xiàn)問題時，解碼單元例如根據(jù)前面的信號預(yù)測得到插值，并把預(yù)測得到的插值送給濾波器。
在本發(fā)明的其他實施例中，如果上一幀正確解碼，解碼單元可以將上一幀的解碼結(jié)果作為插值，重復(fù)輸出送給濾波器。
圖8是根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的一種音頻解碼方法的流程圖。參見圖8并結(jié)合前面的描述，步驟S81，對接收到的外部基本碼流ES進行解碼，獲得S域采樣值。步驟S82，對所述S域采樣值或插值進行離散余弦變換和加窗處理，輸出PCM采樣值(在未提供插值的情況下，該步驟僅對S域采樣值進行離散余弦變換和加窗處理)。步驟S83，檢測并判斷輸出的PCM采樣值的數(shù)據(jù)量是否達到下溢狀態(tài)，如否，程序返回步驟S82繼續(xù)對S域采樣值進行離散余弦變換和加窗處理，輸出PCM采樣值；如是，則提供插值，程序返回步驟S83，此時對所述插值進行離散余弦變換和加窗處理并輸出PCM采樣值。
圖9是根據(jù)本發(fā)明一個實施例的一種音頻解碼器中的平滑濾波方法的流程圖。結(jié)合圖4和圖9，所述音頻解碼器包括對接收到的外部基本碼流ES進行解碼獲得S域采樣值的解碼單元43，對所述S域采樣值進行離散余弦變換和加窗處理，獲得PCM采樣值的濾波器45，以及用以輸出所述PCM采樣值的輸出緩沖器47。所述平滑濾波方法包括步驟S91，當總線、處理器等資源的響應(yīng)速度出現(xiàn)問題，檢測到輸出緩沖器的數(shù)據(jù)量減少到下溢狀態(tài)時，發(fā)出下溢信號almost_empty給解碼單元。步驟S93，解碼單元在下溢信號almost_empty的觸發(fā)下，送插值給濾波器。步驟S95，濾波器對解碼單元送入的S域采樣值和插值進行離散余弦變換和加窗處理。
本實施例只是為了進一步更清楚地描述本發(fā)明，而非對本發(fā)明的限制。應(yīng)該可以理解，本發(fā)明并不限于實施例所做的闡述，任何基于本發(fā)明的修改和本發(fā)明的等同物都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的權(quán)利要求的精神和范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種音頻解碼器，包括用以接收外部基本碼流ES的輸入緩沖器；對所述基本碼流ES進行解碼，獲得S域采樣值的解碼單元；對所述S域采樣值進行離散余弦變換和加窗處理，獲得PCM采樣值的濾波器；以及用以輸出所述PCM采樣值的輸出緩沖器，其中，所述解碼單元還接收輸出緩沖器反饋的下溢信號向所述濾波器輸入插值，所述濾波器對所述插值和所述S域采樣值進行頻域到時域的轉(zhuǎn)換。
2.如權(quán)利要求1所述的音頻解碼器，其特征在于，所述解碼單元包括用以對所述基本碼流ES進行解析的解析模塊，以及用以對解析得到的數(shù)據(jù)進行解碼獲得S域采樣值的重構(gòu)模塊。
3.如權(quán)利要求2所述的音頻解碼器，其特征在于，所述解碼單元包括用以向所述濾波器輸入插值的插值單元，以及用以根據(jù)輸出緩沖器反饋的下溢信號控制所述插值單元進行插值的插值計數(shù)器。
4.如權(quán)利要求3所述的音頻解碼器，其特征在于，所述插值單元包括根據(jù)插值計數(shù)器的控制對輸入的S域采樣值和插值進行選通的多路復(fù)用器。
5.如權(quán)利要求1至4任一所述的音頻解碼器，其特征在于，所述濾波器為子帶合成濾波器。
6.一種音頻解碼方法，包括對接收到的外部基本碼流ES進行解碼，獲得S域采樣值；對所述S域采樣值進行離散余弦變換和加窗處理，輸出PCM采樣值；當檢測到輸出的PCM采樣值的數(shù)據(jù)量達到下溢狀態(tài)時，提供插值；所述插值與所述S域采樣值一起進行離散余弦變換和加窗處理。
7.如權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，所述提供插值的步驟由一個插值計數(shù)器控制。
8.如權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，所述插值與所述S域采樣值一起進行離散余弦變換和加窗處理的步驟包括根據(jù)所述插值計數(shù)器的控制，選通所述S域采樣值或選通所述插值進行所述處理的步驟。
9.一種音頻解碼器中的平滑濾波方法，所述音頻解碼器包括對接收到的外部基本碼流ES進行解碼獲得S域采樣值的解碼單元，對所述S域采樣值進行離散余弦變換和加窗處理，獲得PCM采樣值的濾波器，以及用以輸出所述PCM采樣值的輸出緩沖器，所述方法包括當輸出緩沖器的數(shù)據(jù)量減少到下溢狀態(tài)時，發(fā)出下溢信號給解碼單元；解碼單元在下溢信號的觸發(fā)下，送插值給濾波器；濾波器對解碼單元送入的S域采樣值和插值進行離散余弦變換和加窗處理。
10.如權(quán)利要求6或9所述的方法，其特征在于，所述插值為零值，或為解碼過程中根據(jù)前面的信號預(yù)測得到的值，或為上一幀正確解碼的情況下重復(fù)將上一幀的解碼結(jié)果作為插值。
全文摘要
音頻解碼方法、音頻解碼器及其中的平滑濾波方法。其中的音頻解碼器包括用以接收外部基本碼流ES的輸入緩沖器；對所述基本碼流ES進行解碼獲得S域采樣值的解碼單元；對所述S域采樣值進行離散余弦變換和加窗處理獲得PCM采樣值的濾波器；以及用以輸出所述PCM采樣值的輸出緩沖器。其中，所述解碼單元還接收輸出緩沖器反饋的下溢信號向所述濾波器輸入插值，所述濾波器對所述插值和所述S域采樣值進行頻域到時域的轉(zhuǎn)換。本發(fā)明在音頻解碼器的IDCT轉(zhuǎn)換之前進行平滑濾波，對采樣值在頻域時插入靜音或重放信號，復(fù)用合成濾波器進行平滑濾波，故不但濾除了高頻干擾并且免除了對額外的平滑濾波器和緩沖器的需求，節(jié)約了電路面積，降低了成本。
文檔編號H04N7/52GK1980397SQ20051011108
公開日2007年6月13日 申請日期2005年12月2日 優(yōu)先權(quán)日2005年12月2日
發(fā)明者周振亞, 劉彥, 宋東海 申請人:上海奇碼數(shù)字信息有限公司