[發明專利]一種低比特率音樂信號編碼方法

無效

• 申請號: 200710177286.0
• 申請日: 2007-11-13
• 公開（公告）號: CN101159136A
• 公開（公告）日: 2008-04-09
• 發明（設計）人: 王暉;顏靖華;李傳珍;蔡娟娟;張勤
• 申請（專利權）人: 中國傳媒大學
• 主分類號: G10L19/00
• 分類號: G10L19/00;G10L19/04;H03M7/30
• 代理公司: 北京安信方達知識產權代理有限公司
• 代理人: 龍洪;霍育棟

技術領域

本發明涉及一種低比特率音樂信號編碼方法，尤其涉及采用貝葉斯估計的低比特率音樂信號編碼。

背景技術

世界正邁進數字化、網絡化、全球一體化的信息時代。信息技術正逐步滲透到人類社會的方方面面，人們對信息的提供和傳輸質量提出了更高的要求。由于存儲媒體容量和傳輸帶寬的限制，必須運用各種壓縮技術來傳輸數據。聲音是一種重要的傳輸信息媒體，目前數字音頻領域的音頻編碼技術主要有：

1)無損壓縮

音頻壓縮技術的發展最初是從無損壓縮開始的，典型的壓縮方法是PCM(脈沖編碼調制)。PCM雖然能較好地還原音質，但它的瞬時壓擴技術和塊壓擴(Block-Compressing)技術的編碼效率較低，碼率太高。隨著數字信號處理技術的發展，隨后出現了一系列頻域編碼算法，即感知編碼算法。

2)音頻感知編碼：

音頻感知編碼的目標是盡可能地減少音頻原始信號和編解碼信號之間的感知失真，同時盡可能地減少比特率進行編碼。對于音樂信號，目前大多集中在對時頻表示信號的系數進行變換編碼。典型的變換編碼如MPEG-4的AAC(Advanced?Audio?Coder)編碼，對大約64kbit/s單音信號能提供非常清晰的質量，但在低比特率下可能會產生一些人為噪聲。

3)參數編碼：

相對于感知編碼，參數音頻編碼的思路是將音頻信號按照更加自適應的方式進行分解。不同的成分用不同的信源模型表示，每個模型都定義自己的參數集以描述不同的屬性。分解完成之后，需要將參數分別量化、編碼并傳送到解碼端。例如MPEG-4的SSC(Sinusoidal?Coding)參數編碼就是基于這種方式，在24kbit/s時編碼質量比AAC好，但它不適合更低的碼率。

在很多場合下，例如網絡帶寬較低或存儲介質的容量很低的情況下，上述編碼方法的碼率過高。這就需要一項既能保證較好音質，并且碼率很低的技術。

發明內容

本發明要解決的技術問題是提供一種低比特率的音樂編碼方法，該方法能較好地擬合音樂信號，獲得表征音樂信號的參數，然后對參數進行低碼率編碼。

為了解決上述問題，本發明提供了一種低比特率音樂信號編碼方法，包括以下步驟：

1)將音樂信號分幀，并對每幀信號加窗，建立諧波模型，選定表征該模型的各個參數；

2)依據所述參數的先驗概率分布及初始值，并結合該模型的條件概率分布，應用貝葉斯估計方法，得到所述各參數的后驗分布；

3)根據得到的后驗分布，采用可逆跳轉蒙特卡羅采樣算法，循環迭代直至算法達到收斂，獲取各參數的估計值；

4)將得到的各參數估計值送入編碼器，完成對音頻信號的低碼率編碼；

進一步的，本發明所述的方法，其中，步驟(1)中，所述建立諧波模型，包括：將每一幀音樂信號，分解為由幅度不同的各次正弦諧波和高斯白噪聲的疊加；

進一步的，本發明所述的方法，其中，步驟(1)中，所述表征諧波模型的參數，包括：諧波數、基音頻率、各次諧波的幅度、以及噪聲方差；

進一步的，本發明所述的方法，其中，步驟(2)中，所述參數的先驗概率分布分別被設定為：噪聲方差服從倒伽馬分布，諧波數服從泊松分布，基音頻率服從均值分布，幅度服從高斯分布；

進一步的，本發明所述的方法，其中，所述步驟(2)中，包括：應用貝葉斯估計方法所得到的各參數的后驗概率分布，正比于其先驗概率分布與描述其條件概率分布的似然函數的乘積；

進一步的，本發明所述的方法，其中，步驟(3)中，所述可逆跳轉蒙特卡羅采樣算法，包括：

i)確定各參數的初始值，并以一定的概率選擇運動方式類型；

ii)由先驗分布產生建議值，并開始由1到L循環計算準許率k，若準許率k大于1，則新的各參數預測值就是其建議值；若準許率k小于1，則以準許率k的概率將建議值賦給新的預測值，否則新的預測值為前一迭代時刻的值；

iii)循環迭代直至算法達到收斂，返回L個預測值；

進一步的，本發明所述的方法，其中，步驟(i)中，所述運動方式類型，包括：諧波數增加、減少、不變三種類型；

進一步的，本發明所述的方法，其中，步驟(ii)中，若準許率k小于1，則以準許率k的概率計算各參數的建議值，包括：

對于諧波數增加的類型，根據可逆跳轉蒙特卡羅采樣算法，計算準許率g_birth，判定諧波數和基頻的預測值的取值，并產生其余參數的建議值；