椎體矢量量化器形狀搜索的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本公開總體涉及由編碼器執(zhí)行的矢量量化（VQ)。
【背景技術(shù)】
[0002] 己知非約束矢量量化是用于特定長度的群組樣本（即，矢量）的最優(yōu)量化方法。然 而，非約束矢量量化的實施需要對于復(fù)雜度和存儲器容量的高要求。對于還能夠在具有存 儲器和搜索復(fù)雜度限制的情況下實施矢量量化的期望己經(jīng)使得開發(fā)出所謂的結(jié)構(gòu)矢量量 化器。不同結(jié)構(gòu)給出在搜索復(fù)雜度和存儲器要求方面的不同權(quán)衡。這樣的一種方法是所謂 的增益-形狀矢量量化，其中，使用形狀矢量X和增益值G來表示目標(biāo)矢量t:
[0003]
[0004] 増益-形狀矢量量化的概念在于量化對G}而不是直接量化目標(biāo)矢量t。使 用針對歸一化的形狀輸入的形狀量化器以及處理信號的動態(tài)變化的增益量化器對增益（G) 和形狀（X)分量進(jìn)行編碼。經(jīng)常在音頻編碼中使用該增益-形狀結(jié)構(gòu)，因為到動態(tài)變化和 形狀的劃分（還被稱為精細(xì)結(jié)構(gòu)）良好地適應(yīng)聽覺模型。增益-形狀概念還可以應(yīng)用于離 散余弦變換系數(shù)或在視頻編碼中使用的其它系數(shù)。
[0005] 許多語音和音頻編解碼器（諸如ITU-TG. 718和IETFOpus(RFC6716))使用基于 結(jié)構(gòu)化PVQ的增益-形狀VQ，以對目標(biāo)語音/音頻信號的頻譜系數(shù)進(jìn)行編碼。
[0006] PVQ編碼概念由R.Fischer在1983年至丨986年間引入，并從那以后隨著更高效的 數(shù)字信號處理器（!)SP)的出現(xiàn)而發(fā)展為實際使用。PVQ編碼概念涉及利羯K個單位脈沖的 整數(shù)L1-范數(shù)對N維超椎體上的點進(jìn)行搜索、定位并且隨后編碼。所謂的L1-范數(shù)是矢量 的絕對值的和，即，帶符號整數(shù)PVQ矢量的絕對和被限制為精確的K，其中，單位脈沖由整數(shù) 值"1"表示。相對于只能表示非負(fù)整數(shù)的無符號整數(shù)而言，帶符號整數(shù)能夠表示負(fù)整數(shù)。
[0007] 與許多其它結(jié)構(gòu)化VQ相比,結(jié)構(gòu)化PVQ-編碼方法的一個優(yōu)勢在于在維度N方面 不存在固有限制，從而為PVQ-編碼開發(fā)的搜索方法應(yīng)該可以應(yīng)用于任意維度N和任意K 值。
[0008] 與結(jié)構(gòu)化PVQ…形狀量化相關(guān)的一個問題在于使用合理程度的復(fù)雜度來找到可能 的最好的量化矢量。對于較高速率的語音和音頻編碼而言，當(dāng)可允許的單位脈沖的數(shù)目K 變得非常高并且維度N也變得非常高時，更加需要一種有效的PVQ-搜索并同時保持重構(gòu)語 音/音頻的質(zhì)量（例如信噪比（SNR))。
[0009] 此外,PVQ概念的使用不限于語音和音頻編碼領(lǐng)域。當(dāng)前，所謂的互聯(lián)網(wǎng)工程任務(wù) 部（1BTF)正在尋求使用基tPVQ的算法對興散余弦變換（DCT)糸數(shù)進(jìn)行編碼的視頻編解 碼開發(fā)。視頻編碼與音頻編碼相比更需要高效的搜索處理，因為對于大顯示器而言系數(shù)的 數(shù)目可能變得非常大。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010] 對于結(jié)構(gòu)化PV(h期望實現(xiàn)計算上更高效的形狀搜索并仍然保持高的信噪比。尤其 針對涉及固定精度DSP的實施。本文提供的方案通過提供改進(jìn)的PVQ精細(xì)搜索來實現(xiàn)計算 高效的PVQ形狀搜索。
[0011] 根據(jù)第一方案，提供了一種用于由編碼器執(zhí)行的PVQ形狀搜索的方法。假設(shè)所述 PVQ涉及采用目標(biāo)矢量X作為輸入，通過在內(nèi)部維度搜索循環(huán)中迭代地添加單位脈沖來獲 得矢量y_。提供的方法包括：在進(jìn)入用于單位脈沖添加的下一個內(nèi)部維度搜索循環(huán)之前：基 于當(dāng)前矢量y的最大脈沖幅度maxainpy，確定是否需要多于當(dāng)前比特字長來以無損方式表示 變量enloopy。在即將到來的內(nèi)部維度循環(huán)中，變量enloopy與y的累加能量相關(guān)。
[0012] 根據(jù)第二方案，提供了一種用于PVQ形狀搜索的編碼器。假設(shè)所述PVQ涉及采用 目標(biāo)矢量X作為輸入，通過在內(nèi)部維度搜索循環(huán)中迭代地添加單位脈沖來獲得矢量y。提 供的編碼器包括：在進(jìn)入用于單位脈沖添加的下一個內(nèi)部維度搜索循環(huán)之前：基于當(dāng)前 矢量y的最大脈沖幅度maxampy，確定是否需要多于當(dāng)前比特字長來以無損方式表示變量 enloopy。在即將到來的內(nèi)部維度循環(huán)中，變量enj_oop^_y的累加能量相關(guān)。
[0013] 所述方法可以包括并且所述編碼器可以被配置為：在進(jìn)入用于單位脈沖添加的下 一個內(nèi)部維度循環(huán)之前：基于輸入矢量X的最大絕對值xabs_，確定比特字φ的X和矢量y 之間的下一個循環(huán)累加循環(huán)內(nèi)相關(guān)值corriy的可能上移。
[0014] 所述方法可以包括并淚.所述編碼器可以被配置為：當(dāng)需要多于當(dāng)前比特字長來表 示en:loopy時，使用更長比特字長執(zhí)；行內(nèi)循環(huán)計算以表示en:loopy〇
[0015] 所述方法可以包括并且所述編碼器可以被配置為：當(dāng)需要多于當(dāng)前比特字長來表 示enloob時，使用更長比特字長執(zhí)行內(nèi)循環(huán)計算以表示內(nèi)循環(huán)中的X和矢量y之間的平 方累加循環(huán)內(nèi)相關(guān)值c〇rrxy2。
[0016] 所述方法還可以包括并且所述編碼器可以被配置為：當(dāng)不需要多于當(dāng)前比特字長 來表示enloop^,通過采用使用第一比特字長表示enloop濟第一單位脈沖添加循環(huán)來 執(zhí)行內(nèi)循環(huán)計算，以及，當(dāng)需要多于當(dāng)前比特字長來表示enloop^i;通過采用使用比第一 單位脈沖添加循環(huán)更長的比特字長表示enl〇〇b的第二單位脈沖添加循環(huán)來汍行內(nèi)循環(huán)計 算。
[0017] 基于maxampy確定是否需要多于當(dāng)前比特字長來表示enloopy可以包括：確定在即 將到來的內(nèi)部搜索循環(huán)中，單位脈沖被添加到與maxampdg關(guān)聯(lián)的y中的位置的情況的特 性。
[0018] 所述方法還可以包括并且所述編碼器可以被配置為：在羯于單位脈沖添加的內(nèi)部 維度搜索循環(huán)中：通過將針對y中的每個位置η的當(dāng)前η的相關(guān)性和能量值的交叉相乘以 及根據(jù)η的先前值保存的-f'方相關(guān)性BestCorrSq和能童值bestEn評估為下式，來確定用 于添加單位脈沖的y中的位置nb_:
[0019] cor:rXY'_*best.En>BestCorrSq*enloopY
[0020] 其中，當(dāng)corrxy2*bestEn>BestCorrSq*enloopyN
[0021] 所述方法還可以包括并且所述編碼器可以被配置為：當(dāng)與目標(biāo)矢量x相關(guān)聯(lián)的 最終值K超過閾值特，跟蹤maxamiv這里，所述方法可以包括并且所述編碼器可以被配置 為僅在K的當(dāng)前值超過可以作為在以上句子中提到的閾值的閾值時才計算能量余量en"margin"
[0022] 根據(jù)第:Ξ；方案，提供一種包括根據(jù)第二方案所述的編碼器的通信設(shè)備。
[0023] 根據(jù)第四方案，提供一種包括指令的計算機程序，其中，當(dāng)所述指令被至少一個處 理器執(zhí)行時,使所述至少一個處理器執(zhí)行根據(jù)第一方案所述的方法。
[0024] 根據(jù)第il方案，提供一種包含根據(jù)第四方案所述的計算機裎序的載體，其中，所述 載體是電子信號、光信號、無線電信號或計算機可讀存儲介質(zhì)中的一個。
[0025] 根據(jù)第六方案，提供一種被配置用于PVQ形狀搜索的編碼器，所述PVQ采用目標(biāo)矢 量X作為輸入，并通過在內(nèi)部維度搜索循環(huán)中迭代地添加單位脈沖來獲得矢量y。提供的編 碼器包括第一確定單元，用于：在進(jìn)入用于單位脈沖添加的下一個內(nèi)部維度搜索循環(huán)之前， 基于當(dāng)前矢量y的最大脈沖幅度maxamp,，確定是否需要多于當(dāng)前比特字長來在即將到來的 內(nèi)部維度循環(huán)中以無損方式表示與y的累加能量相關(guān)的變量enlooPy。
[0026] 根據(jù)第六方案所述的編碼器還可以包括第二確定單元，用于：在進(jìn)入用于單位脈 沖添加的下一個內(nèi)部維度循環(huán)之前：基于輸入矢量X的最大絕對值xabs_,確定比特字中 的X和矢量y之間的下一個循環(huán)累加循環(huán)內(nèi)相關(guān)值corrx：y的可能上移。
[0027] 根據(jù)第六方案所述的編碼器可以包括精細(xì)搜索單元，用于；當(dāng)需要多于當(dāng)前比特 字長來表示enloopjf，使用更長比特字長表示enloopy來汍行內(nèi)循環(huán)計算。
[0028] 根據(jù)第六方案所述的編碼器可以包括精細(xì)搜索單元，用于：當(dāng)不需要多于當(dāng)前比 特字長來表示enloop5M'，通過采用使用第一比特字長的第一單位脈沖添加循環(huán)來執(zhí)行內(nèi) 循環(huán)計算，以及，當(dāng)需要多于當(dāng)前比特字長來表示enloop#，通過采用使用比第一單位脈 沖添加循環(huán)更長的比特字長的第二單位脈沖添加循環(huán)來執(zhí)行內(nèi)循環(huán)計算。
[0029] 根據(jù)第六方案所述的編碼器可以包括精細(xì)搜索單元，用于：當(dāng)不需要多于當(dāng)前比 特字長來表示enloop#〗％通過采用具有特定精度的第一單位脈添加循環(huán)來執(zhí)行內(nèi)循環(huán) 計算；以及，當(dāng)需要多于當(dāng)前比特字長來表示enloopji，通過采用具有比第一單位脈沖添 加循環(huán)更高的精度的第二單位脈沖添加循環(huán)來執(zhí)行內(nèi)循環(huán)計算。
[0030] 根據(jù)第六方案所述的編碼器可以被配置為執(zhí)行：通過確定在即將到來的內(nèi)部搜索 循環(huán)中単位脈沖被添加到與maxampdg關(guān)聯(lián)的y屮的位置的情況的特性：^來基于inaxampy. 定是否需要多于當(dāng)前比特字長來表示enl〇〇py。
[0031] 根據(jù)第六方案所述的編碼器可以包括精細(xì)搜索單元，用于r在用于單位脈沖添加 的內(nèi)部維度搜索循環(huán)中；通過將針對y中的每個位置η的當(dāng)前η的相關(guān)性和能量值的交叉 相乘以及根據(jù)η的先前值保存的相關(guān)性BestCorrSq和能量值bestEn評估為下式，來確定 用于添加單位脈沖的y中的位置
[0032] corrxy2*bestEn>BestCorrSq*enloopy
[0033] 其中，當(dāng)carrx/*bestBn>BestCorrSq*enloopy時
[0034]
[0035] 根據(jù)第六方案所述的編碼器可以包括存儲單元，周于：當(dāng)與目標(biāo)矢量x相關(guān)聯(lián)的 最終值K超過_值時，跟蹤maxaEnpy〇
[0036] 根據(jù)第七方案，提供/ 一種包括根據(jù)第六方案所述的編碼器的通信設(shè)備。
【附圖說明】
[0037] 從以下在附圖中示出的實施倒的更具體地描述中，本文公開的技術(shù)的以上和其它 目的、特征和優(yōu)點將是清楚的。附圖不需要按比例繪制，而是可以突出齡圖以示出本文公開 的技術(shù)的原理。
[0038] 圖1至圖4示出根據(jù)不同示例實施例的用于PVQ形狀搜索（精細(xì)搜索）的方法。
[0039] 圖5示出根據(jù)示例實施例的PVQ形狀搜索（精細(xì)搜索）的實施例的步驟。
[0040] 圖6更詳細(xì)地示出根據(jù)示例實施例的圖5的PVQ形狀搜索（精細(xì)搜索）的步驟。 [0041 ] 圖7示出PVQ形狀搜索的實施例。
[0042] 圖8示出配備有EVS編碼器的通信設(shè)備的實施例。
[0043] 圖9示出通信設(shè)備的實施例，以及
[0044] 圖丨0也示出通信設(shè)備的實施例。
[0045] 圖11a至圖11c示出根據(jù)示例實施例的編碼器。
[0046] 圖12示出PVQ音頻編碼系統(tǒng)的示例，其中，系統(tǒng)的至少一部分包括在編碼器和/ 或編解碼器中，所述編碼器和/或編解碼器轉(zhuǎn)而包括在通信設(shè)備（諸如移動電話）中。
【具體實施方式】
[0047] 在浮點算法中，不存在與建立內(nèi)循環(huán)PVQ形狀搜索迭代參數(shù)的動態(tài)變化相關(guān)的主 要問題，然而，在具有例如16/32比特限制的累加器（存儲有中間算法和/或邏輯結(jié)果的寄 存器）和變量的固定精度的DSP中，采?高效搜索方法是很重要的，在該方法中，DSP變量 的有限動態(tài)范圍被最大化并且精度被最大化，同時也能夠使用盡可能多的可用快速有限動 態(tài)范圍的DSP運算。
[0048] 以上術(shù)語"精度"指的是能夠表示盡可能少的數(shù)目，即，在針對特定字長的小數(shù)點 后的位的數(shù)目。換句話說，精度對應(yīng)于表示的精確度，其同樣也由十進(jìn)制數(shù)或二迸制數(shù)的數(shù) 目定義。在卜文描述的買施例中可以將精度闡述為與小數(shù)點zJs的位的數(shù)目相關(guān)而不必須 與其自身的字長相關(guān)的原因在于，在定點算法中，對于相同字長可能存在不同的精度。例 如，數(shù)據(jù)格式1Q〗_5和2Q14的字長均為〗_6,但是前者在小數(shù)點之后具有15位，而后者具有 14位。它們可以表示的最小數(shù)字將分另I]是2 ;5和2 M。
[0049] 在Valin等人的"Afull-bandwidthaudiocodecwithlowcomplexityand verylowdelay"，EUSIPCO, 2009中的章節(jié)3, 2中公開了執(zhí)行形狀的椎體矢量量化的一種 方式。在該文檔中，提出了一種MDCT編解碼器，其中，使用球形碼本來對每個帶中的細(xì)節(jié) (即，形狀）進(jìn)行代數(shù)量化^并且故編碼器和解碼器之間共享的信息推導(dǎo)出位分配。本Φ請 的公開的多個方案和實施例至少粗略地涉及如何通過受限于例如16/32位算法的定點的 高效方式而非Valin等人的浮點值來進(jìn)行根據(jù)Valin等人的等式4-7的搜索。
[0050] 在下文公開的一些方案和實施例中，給出特定維度N的目標(biāo)矢量x(n)(等式 〇中的t) ^并給出單位脈沖的特定數(shù)目K，分析形狀并且確定合適的重構(gòu)矢量xq(n)= func(y(η))：>其最小化形狀量化誤差并從而最大化例如在音頻編碼的情況下的感知質(zhì)量。 所述方案和實施例中的至少一些被實施為目的在于在需要依附于Li范數(shù)的矢量y(η)中找 至UK個單位脈沖的最優(yōu)星群^并同時使復(fù)雜度在控刺之中肩，在實踐中盡可能低。
[0051] 作為使用現(xiàn)有技術(shù)的開放環(huán)路方法來確定內(nèi)循環(huán)動態(tài)范圍和累加器精度的替代， 所述方案和實施例的一些被設(shè)計為在開始最內(nèi)側(cè)I搜索循環(huán)中的PVQ-形狀失真商的高成本 評估之前，使用低成本（在需要的DSP周期方面以及在需要的闕加程序只讀存儲器（ROM) 方面）對最差情況分子和/或最差情況分母進(jìn)行"接近最優(yōu)"預(yù)分析。"接近最優(yōu)"預(yù)分析 的目的不在于將值縮放至精確的最優(yōu)最大動態(tài)范圍:> 相反預(yù)分析確定接近最優(yōu)的以2為 冪的標(biāo)度因子，因為以2為冪的標(biāo)度可以被實施為二進(jìn)制數(shù)的移位并且這種移位在DSP周 期和DSPROM中具有低成本。
[0052] 感知地激發(fā)分母精度選擇，因為與較平坦的區(qū)域相比，將更精確地分配頻譜峰值 區(qū)域。
[0053] 雖然在本公幵中描述的主要概念覆蓋各種修改和備選結(jié)構(gòu)，但是在附圖和示例性 代碼中示出多方面的實施例，并且將在下文進(jìn)行詳細(xì)描述。
[0054] 削二搜索總體體遞.
[0055] -種L1-范數(shù)結(jié)構(gòu)化的PVQ-量化器允許若〒搜索優(yōu)化，其中，首要優(yōu)化