基于整数变换的编码和解码的取整噪声整形制造技术

整数ＭＤＣＴ用于无损音频编码。但是，整数可逆变换被分成连续的提升步骤，每个步骤向信号引入不可忽略的取整误差。要编码的有用信号的电平越低，该问题就越严重。在没有噪声整形的情况下，取整误差噪声会对被变换信号的所有频率箱造成相等的影响。特别对于实际信号电平较低的频率箱而言，这是一个问题。本发明专利技术限制在整数可逆变换中来自或由于每个提升步骤导致的取整误差噪声对无损编解码的数据率的影响。根据当前时域信号特征，在各个单独提升步骤中针对变换系数，调整自适应噪声整形滤波器的滤波器系数。备选地，可以在无损变换之前添加自回归预滤波器。该滤波器将提高具有较低功率的频率区域的电平作为目标，以降低这些区域中取整误差的主导地位。这两种处理可以组合，以进一步提高无损编解码的压缩率。

【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用于改进音频或视频信号的编码效率的方法和装置。
技术介绍
整数可逆变换，特别是整数MDCT (IntMDCT)，用于无损或HD (高清)音频/视频编 码。例如，最近标准化的MPEG-4 SLS编解码器使用IntMDCT。该方法也可以应用在使用无损变换的其他领域，例如，整数可逆小波变换用于无 损的图像和视频编码。任何整数可逆变换的问题在于，该变换被分成连续步骤，每个步骤向信号引入不 可忽略的取整误差。要编码的有用信号的电平越低，该问题就越严重。因此，取整误差噪声 是残差编码方案中的制约因素，在残差编码方案中，残差是原始(或无损或HD)信号与其有 损或标清编码版本之间的误差信号。在没有噪声整形的情况下，取整误差噪声会对被变换信号的所有频率箱造成相等 的影响。特别对于实际信号电平较低的频率箱而言，这是一个问题。在取整误差占据了主导 地位的箱中，为了无损变换，要付出熵(并且因此是数据率)急剧增大方面的较大“惩罚”。 对于取整误差并非主导的频率箱，这种惩罚小很多。在 Yoshikazu Yokotani , Ralf Geiger, Gerald D. Τ. Schuller, SoontornOraintara,K. R. Rao,Lossless audio coding using the IntMDCT androunding error shaping, IEEE Transactions on Audio, Speech, andLanguage Processing, Vol. 14，No. 6，pp. 2201-2211，November 2006 中，Fraunhofer 已经提出了针对上述问题的 解决方案，其中，提出了向多个提升步骤(表示变换的小的整数可逆子步骤)添加固定的噪 声整形滤波器，以处理特别是从高频到低频的取整误差影响。上述作者采用启发式优化准 则来寻找噪声整形滤波器系数。该方法的简单变型是MPEG-4 SLS编解码器的一部分(固 定的一阶低通滤波器)。基于提升方案的整数变换将整数映射到整数，并且是可逆的。这种提升的基本思 想是例如，如果一对滤波器(h，g)是互补的，即，允许理想的重建，则对于每个滤波器s，该 对(h’，g)在h’ (ζ) =h(z)+s(z2)*g(z)的情况下也允许理想重建。对于滤波器t以及形式 为g’(z) =g(z)+t(z2)*h(z)的每个对(h，g')，也是如此。相反也是如此如果滤波器组 (h，g)和(h，，g)允许理想重建，则存在唯一的滤波器s，其中h’ (ζ) =h(z)+s(z2)*g(z)。滤波器组的每一个这种变换操作称为提升步骤。一系列提升步骤可以构成交替提 升，即，在一个步骤中，固定低通，而改变高通，在下一步骤中，固定高通，而改变低通，从而 可以合并相同方向的连续步骤。^t U M 54Min Shi, Shengli Xie, A Lossless ImageCompression Algorithm by Combining DPCM with Integer WaveletTransform,IEEE 6th CAS Symp. on Emerging Technologies :Mobile andffireless Comm. , Shanghai, China, May 31-June 2, 2004中已公开了处理上述问题的另一方法。作者在无损变换之前应用DPCM预滤波器，从而对信号进行“白化”，并因此以类似信号谱的方式对取整误差噪声(也是“白色”的)进行有 效整形。但是，该方法也有一些不足之处第一，为了实现整数可逆，预滤波器需要向其自身 添加取整误差，这会降低编码性能(参见下文)；第二，作者采用“正常”前向DPCM滤波器， 但是，该滤波器不是针对上述问题的最优选择
技术实现思路
虽然平均来讲上述固定噪声整形是有益的，但是其对于单独的信号块可能在很大 程度上是次优的。本专利技术要解决的问题是优化在使用提升的整数可逆变换中的取整误差噪声分布、 以及/或者减小对特定音频或视频信号进行比特精度的编码所必需的数据率，即，提高编 码/解码效率。该问题由权利要求1和3公开的方法解决。权利要求2和4中公开了使用 这些方法的相应装置。本专利技术通过使用噪声整形的逐块调整，来限制在整数可逆变换中来自或由于每个 提升步骤导致的取整误差噪声对无损编解码的数据率的影响。可以使用两种基本方法第一，根据当前时域信号特征，在各个单独提升步骤中调整用于变换的噪声整形 滤波器的滤波器系数或频域系数。已经开发了新的分析调整规则，其得到接近最优的滤波 器系统。此外，附加的(可选的)迭代过程产生局部最优系数集合。第二，可以在无损变换 之前添加自回归(即，递归)预滤波器。该滤波器明显地将“提高”具有较低功率的频率区 域的电平作为目标，以降低这些区域中取整误差的主导地位。该预滤波器共享本专利技术中与 用于变换的自适应噪声整形处理或频域系数相同的调整规则。有利地，这两种基本处理可 以组合，以进一步提高无损编解码的压缩率。根据其可以计算滤波器系数的音频或视频信号采样帧可以具有与音频或视频信 号采样块到相应的变换系数块的长度不同的长度，其中采用相应的变换系数块的滤波器系 数。作为备选或作为附加的，可以相对于采样块，在时间上移动采样帧，这种实施例的 优点在于，不需要向解码器侧发送滤波器系数，而可以在解码器侧相应地计算滤波器系数。可以不直接根据信号采样帧来计算滤波器系数，而是根据在编码处理中(例如， 在音频或视频信号编码器的滤波器组部分中)可获得的误差或残差信号，来计算滤波器系 数。原理上，本专利技术的编码方法适合提高音频或视频信号的编码效率，其中针对所述 信号的每个采样块，使用整数可逆变换，来处理所述信号，该整数变换是使用提升步骤来执 行的，所述提升步骤表示所述整数变换的子步骤，所述提升步骤包括取整运算，其中执行针 对从所述提升步骤产生的取整误差的噪声整形，所述方法包括如下步骤-使用提升步骤以及针对至少一些所述提升步骤的自适应噪声整形，对所述采样 块进行整数变换，其中所述整数变换提供相应的变换系数块，并且执行所述噪声整形，以减 小来自当前变换块中的低电平幅度变换系数的取整噪声，而增大来自所述当前变换块中的 高电平幅度变换系数的取整噪声，并且相应的噪声整形滤波器的滤波器系数是根据所述音 频或视频信号采样，逐帧地导出的。原理上，本专利技术的编码装置适合提高音频或视频信号的编码效率，其中针对所述信号的每个采样块，使用整数可逆变换，来处理所述信号，该整数变换是使用提升步骤来执 行的，所述提升步骤表示所述整数变换的子步骤，所述提升步骤包括取整运算，其中执行针 对从所述提升步骤产生的取整误差的噪声整形，所述装置包括-用于使用提升步骤以及针对至少一些所述提升步骤的自适应噪声整形，对所述 采样块进行整数变换的装置，其中所述整数变换提供相应的变换系数块，并且执行所述噪 声整形，以减小来自当前变换块中的低电平幅度变换系数的取整噪声，而增大来自所述当 前变换块中的高电平幅度变换系数的取整噪声；-相应的噪声整形滤波器，其滤波器系数是根据所述音频或视频信号采样，逐帧地 导出的。原理上，本专利技术的解本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种提高音频或视频信号（ｘ（ｋ））的编码效率的方法，其中针对所述信号（ｘ（ｋ））的每个采样块，使用整数可逆变换（ＤＣＴＩＶ），来处理所述信号，该整数变换是使用提升步骤来执行的，所述提升步骤表示所述整数变换（ＤＣＴＩＶ）的子步骤，所述提升步骤包括取整运算，其中执行针对从所述提升步骤产生的取整误差的噪声整形，所述方法的特征在于如下步骤：－使用提升步骤以及针对至少一些所述提升步骤的自适应噪声整形，对所述采样块进行整数变换（１２３，１４３，１６３），其中所述整数变换提供相应的变换系数块，并且执行所述噪声整形，以减小来自当前一个变换块中的低电平幅度变换系数的取整噪声，而增大来自所述当前变换块中的高电平幅度变换系数的取整噪声，并且相应的噪声整形滤波器（１６８，１６９，１６０）的滤波器系数（ｈ（ｋ））是根据所述音频或视频信号采样，逐帧地导出（１２１，１４１，１６１）的。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】EP 2007-11-23 07121440.7一种提高音频或视频信号(x(k))的编码效率的方法，其中针对所述信号(x(k))的每个采样块，使用整数可逆变换(DCTIV)，来处理所述信号，该整数变换是使用提升步骤来执行的，所述提升步骤表示所述整数变换(DCTIV)的子步骤，所述提升步骤包括取整运算，其中执行针对从所述提升步骤产生的取整误差的噪声整形，所述方法的特征在于如下步骤-使用提升步骤以及针对至少一些所述提升步骤的自适应噪声整形，对所述采样块进行整数变换(123，143，163)，其中所述整数变换提供相应的变换系数块，并且执行所述噪声整形，以减小来自当前一个变换块中的低电平幅度变换系数的取整噪声，而增大来自所述当前变换块中的高电平幅度变换系数的取整噪声，并且相应的噪声整形滤波器(168，169，160)的滤波器系数(h(k))是根据所述音频或视频信号采样，逐帧地导出(121，141，161)的。2.一种提高音频或视频信号(x(k))的编码效率的装置，其中针对所述信号(x(k))的 每个采样块，使用整数可逆变换(DCTIV)，来处理所述信号，该整数变换是使用提升步骤来执 行的，所述提升步骤表示所述整数变换(DCTIV)的子步骤，所述提升步骤包括取整运算，其 中执行针对从所述提升步骤产生的取整误差的噪声整形，所述装置包括_用于使用提升步骤以及针对至少一些所述提升步骤的自适应噪声整形，对所述采样 块进行整数变换的装置(123，143，163)，其中所述整数变换提供相应的变换系数块，并且执 行所述噪声整形，以减小来自当前变换块中的低电平幅度变换系数的取整噪声，而增大来 自所述当前变换块中的高电平幅度变换系数的取整噪声；-相应的噪声整形滤波器，其滤波器系数(h(k))是根据所述音频或视频信号采样，逐 帧地导出的。3.一种提高音频或视频信号(x(k))的编码/解码效率的方法，其中在编码器侧，针对 所述信号(x(k))的每个采样块，使用整数可逆变换(DCTIV)来处理所述信号，该整数变换是 使用提升步骤来执行的，所述提升步骤表示所述整数变换(DCTIV)的子步骤，所述提升步骤 包括取整运算，其中执行针对从所述提升步骤产生的取整误差的噪声整形，其中，所述采样块是使用提升步骤以及针对至少一些所述提升步骤的自适应噪声整 形而被整数变换(123，143，163)的，所述整数变换提供相应的变换系数块，并且执行所述 噪声整形，以减小来自当前变换块中的低电平幅度变换系数的取整噪声，而增大来自所述 当前变换块中的高电平幅度变换系数的取整噪声，并且相应的噪声整形滤波器(168，169， 160)的滤波器系数(h(k))是根据所述音频或视频信号采样，逐帧地导出(121，141，161) 的；所述编码的音频或视频信号的解码包括如下步骤_使用提升步骤以及针对至少一些所述提升步骤的自适应噪声整形，对所述采样块进 行整数逆变换(153，173)，其中所述逆变换针对变换系数块执行，并提供相应的输出采样值 块，其中执行所述噪声整形，以减小来自当前逆变换块中的低电平幅度变换系数的取整噪 声，而增大来自所述当前逆变换块中的高电平幅度变换系数的取整噪声，并且相应的噪声 整形滤波器(178，179，170)的滤波器系数(h(k))是根据逆变换的音频或视频信号采样，逐 帧地导出(151，171)的。4.一种提高音频或视频信号(x(k))的编码/解码效率的方法，其中在编码器侧，针对 所述信号(x(k))的每个采样块，使用整数可逆变换(DCTIV)，来处理所述信号，该整数变换是使用提升步骤来执行的，所述提升步骤表示所述整数变换(DCTIV)的子步骤，所述提升步 骤包括取整运算，其中执行针对从所述提升步骤产生的取整误差的噪声整形，其中，所述采样块是使用提升步骤以及针对至少一些所述提升步骤的自适应噪声...

【专利技术属性】
技术研发人员：彼得杰克斯，
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]