具有码宽调节功能的适应式增量脉码调制方法及装置.pdf

本发明关于一种具有码宽调节功能的适应式增量脉码调制方法及装置，为针对公知自适应增量脉码调制(ADPCM)编解码方法因受限低压缩码宽度所造成的高失真率，因而提供一种于低压缩码宽度前提之下仍可维持有低失真率，以达成高压缩比率及高数据正确性等要求；主要为在一自适应增量调制器的输入端，设置一可接收压缩数据的码宽度调节器，使该增量调制器得以利用码宽度调节器所输出的参考码调节出更精确的增量值，据以达到低失真率的压缩编解码效果。

1.  一种具有码宽调节功能的适应式增量脉码调制方法，其中该编码方法包括：
一量化步骤，对数字输入信号进行再量化；
一反量化步骤，对再量化后的数据反向还原为输入信号；
一预测步骤，接收反量化的结果而预估出下一组数据大小；
一取得误差值的步骤，将前述预测结果与实际输入信号进行相减处理，将该取得的误差量重覆前述量化处理；
一码宽度调节步骤，依照量化步骤所送出的输出码而调节出一参考码，其中该参考码的宽度不同于输出码；
一增量值调节步骤，根据在码宽度调节步骤后所输出的参考码而送出一增量数值，以该增量数值可回送至量化及反量化步骤中，以改变量化及反量化的增量值；
而解码方法中，则由相同于前述反量化、预测以及分辩率调节步骤构成。

2.  如权利要求1所述的具有码宽调节功能的适应式增量脉码调制方法，其中于码宽度调节步骤中，累积多次于最化步骤所送出的输出码数值后，计算输出一参考码以调节增量数值。

3.  如权利要求2所述的具有码宽调节功能的适应式增量脉码调制方法，其中在码宽度调节步骤中，所累积的各次量化步骤所送出的输出码数值乘以一适当系数后，复进行总和而得。

4.  一种具有码宽调节功能的适应式增量脉码调制装置，其中，该编码装置包括：
一量化器，输入端与输入信号连接，其输出端送出一代表输出码的信号；
一反量化器，输入端与前述输出码信号连接；
一预测器，与反量化器的输出端连接，其输出端回馈至量化器的输入端位置；
一码宽度调节器，其输入端与输出码信号连接，其输出端连接一自适应增量调制器；及
一自适应增量值调制器，其输入端与前述码宽度调节器的输出信号连接，其输出端送出代表增量值的增量控制信号，供回送至量化器及反量化器中，以改变量化及反量化的增量值；
而解码装置中，则由相同前述的反量化器、预测器、码宽度调节器以及自适应增量调制器构成。

5.  如权利要求4所述的具有码宽调节功能的适应式增量脉码调制装置，其中该码宽度调节器包括有多个延迟单元以累积储存量化器所输出的输出码。

6.  如权利要求5所述的具有码宽调节功能的适应式增量脉码调制装置，其中该码宽度调节器包括有一宽度调节机构，可根据各延迟单元中所储存的输出码，计算出一适当参考码给前述自适应增量调制器。

7.  如权利要求6所述的具有码宽调节功能的适应式增量脉码调制装置，其中该宽度调节机构包括对延迟单元中输出码取绝对值，并各乘以一适当系数后，再进行汇整而得。

具有码宽调节功能的适应式增量 脉码调制方法及装置
本发明为一种具有码宽调节功能的适应式增量脉码调制方法及装置，特别是指一种对数字信号进行压缩及解压缩的方法，以改善公知用自适应增量脉码调制(Adaptive Delta Pulse Code Modulation，ADPCM)等所无法提供低失真率特性的方法及装置。
数字信号压缩方面，主要将数字化的数据进行压缩，达到降低数据量，现今概以自适应增量脉码调制(ADPCM)为基础的压缩编码解码方式最为普遍。
如图1A表示自适应增量脉码调制(ADPCM)结构的编码器的结构方块图，而图1B则表示相应的解码器的结构方块图。就图1A的ADPCM编码结构中，是由一量化器50、一反量化器60、一自适应增量调制器70以及一预测器80构成，该位于内部的预测器80为此预估出下一组数据的大小p(nT_s)，再与输入信号x(nT_s)由减法器92相减，而产生一个代表两者间的误差值e(nT_s)，在理想情况下，该误差值应为一微量值而已，再经过量化器50以“固定”或“可变”的增量值d(nT_s)(由前述自适应增量调制器70实施)与一既定的分辨率条件下，将该误差值e(nT_s)量化后形成一压缩输出码e_c(nT_s)。
而位于图面右侧的反量化器60、加法器91以及预测器80，实际上既为一相同于图1B ADPCM解码器，而将其设置在编码器中，主要为还原印证数据的正确性，反量化器60在收到压缩输出码e_c(nT_s)后，会以相同的增量(Delta)值d(nT_s)与相同的分辩率条件进行反量化操作而送出e_q(nT_s)信号，其后，再与预测器80回送的预估值p(nT_s)由加法器91相加，形成预测器80的输入信号x_q(nT_s)，然后，重覆前述与输入信号x(nT_s)相减、对误差值e(nT_s)量化与反量化验证步骤，直到结束为止。
请参阅图2A、B所示，其分别为自适应增量调制器70应用于压缩码e_c(nT_s)宽度(即位数)为3位、2位时，其相对应的函数增量上升(下降)趋势曲线图。由图中可明显对比看出，当该自适应增量调制器70于压缩码e_c(nT_s)宽度为2位时，其所能对应的增量值数目仅为3位压缩码e_c(nT_s)的一半而已。亦即自适应增量调制器70的输入控制参数受限于2位压缩码宽度所能代表的数据状态较少，故其输出的增量值d(nT_s)精准率远不及于3位压缩码所能提供的精准率，故当该增量值d(nT_s)输入到最化器50、反量化器60后，其所导致的量化误差即相对提高。
根据前述说明中不难理解，采用2位压缩码宽度进行数据压缩时，其压缩率难较3位压缩码宽度更高，但产生的量化误差却造成严重的数据失真，仍是无法达到商业化的程度。
为求解决该问题，本发明的主要目的在于提供一种具有码宽度调节的自适应增量脉码调制(ADPCM)编解码方法及装置，为一种可依据压缩码宽度(位数)调节输出增量值，使其兼具有高数据压缩率及低量化误差。
本发明的又一目的在于提供一种具有码宽度调节的自适应增量脉码调制(ADPCM)编解码方法及装置，在编解码器内增设一码宽度调节器，该码宽度调节器接收编解码器的压缩输出码e_c(nT_s)，并根据多次先前压缩输出码的值计算出一适当参考码e_c′(nT_s)供予一自适应增量调制器，使该增量调节得以输出一较精确的增量值，而达到高压缩、低失真率者。
为达到上述目的，本发明的具体实施方法包括有：
一量化步骤，对数字输入信号进行再量化；
一反量化步骤，对再量化后的数据反向还原为输入信号；
一预测步骤，接收反量化的结果而预估出下一组数据大小；
一取得误差值的步骤，将前述预测结果与实际输入信号进行相减处理，将该取得的误差量重复前述量化处理；
一码宽度调节步骤，依照多次量化步骤所送出的输出码而调节出一参考码，其中该参考码的宽度不同于输出码；及
一增量值调节步骤，是根据在码宽度调节步骤后所输出的参考码而送出一增量数值，以该增量数值可回送至量化及反量化步骤中，以改变量化及反量化的增量值。
为能进一步了解本发明的结构特征及其他目的，附以附图详细说明如后：
附图部分：
图1A、B是分别为公知ADPCM编码器、解码器的结构方块图。
图2A、B是分别为一自适应增量调制器应用于压缩码宽度(即位数)为3位、2位时，其相对应的函数增量上升(下降)趋势曲线图。
图3A、B是分别为本发明ADPCM编码器、解码器的结构方块图。
图4是本发明码宽度调节器的结构示意图。
图5是本发明码宽度调节器一实施例的示意图。
图号部分
10码宽度调节器
11延迟单元
12宽度调节机构
50量化器
60反量化器
70自适应增量调制器
80预测器
91加法器
92减法器
本发明提供一种在采用低位数压缩码宽度进行高编码时，不仅能保有高度压缩率优点，更能具备低数据失真率的自适应增量脉码调制(ADPCM)编解码方法及装置。
请配合参考图3A、B所示，分别为本发明的编码、解码装置的结构图，其与图1A、B不同处是在于：增设有一码宽度调节器10，该码宽度调节器10接收量化器50输出的压缩码e_c(nT_s)，经宽度调节后再送入至自适应增量调制器70。
前述码宽度调节器10的结构示意图请参阅图4所示，其是由多个延迟单元11串接组合后，配合一宽度调节机构12而构成。自前述量化器50输出的压缩码e_c(nT_s)逐次通过各延迟单元11进行延迟处理，而利用宽度调节机构12以前数次的压缩码e_c(nT_s)为输入参数，计算出一参考码e_c′(nT_s)供给前述自适应增量调制器70。该方式的主要目的是以先前多次的压缩码e_c(nT_s)为参考基准，加以累积后经由宽度调节机构12依据各压缩码e_c(nT_s)的特征而产生一适当参考码e_c′(nT_s)。
举例而言，若量化器50所输出的压缩码是采2位宽度，而利用该宽度调节机构12以2位的压缩码为基准而加以运算后，输出一4位的参考码e_c′(nT_s)，将该4位参考码e_c′(nT_s)供给该自适应增量调制器70使其进行高阶运算，根据前述发明背景中所述可加以得知，当该自适应增量调制器70采用较高位数的压缩码为其输入控制参数时，所计算出的增量值精确率即愈高，即其量化误差将可大为降低。
请参阅图5所示，为该宽度调节机构(12)地一实施例示意图，其计算方式是可将前数次压缩码取绝对值后，复合乘以一修正系数(a₀、a_j…a_m)后加以汇整而得到参考码e_c′(nT_s)。
所以，由上述详细说明可以得知，即便压缩码宽度为较低位数目时，通过本发明所增设的码宽度调节器将其修正为一高位数目后，自适应增量调制器便得以据此输出较准确的增量值而控制量化器与反量化器，进而降低量化误差，同时实现兼具有高数据压缩率及低失真率的编解码。