空间参数是用来表达人耳感知声场效果的空间信息，空间参数的比特分配是空间音频编码的核心技术之一。本发明公开了空间参数逐级精细的比特分配方法：首先对输入信号进行分帧处理，经过时频变换后再将每帧信号按巴克带规则划分频带，选取比特分配模式。然后按照选取的分配模式分别对帧间、帧内和频带内各参数进行比特分配，实现逐级精细的空间参数比特分配，并在此基础上设计应用装置。本发明将更多的比特分配给人耳感知信息量最多最敏感的部分，而将较少的比特分配给人耳感知不敏感的部分，最终在保证透明音质的前提下达到有效提高编码效率的目的。
空间参数逐级精细的比特分配方法及其装置
技术领域
[0001] 本发明涉及一种空间参数逐级精细的比特分配方法及其装置，更具体地，涉及空间音频编码系统中空间参数逐级精细的比特分配方法及其装置。
背景技术
[0002] 空间音频编码技术是针对传统音频编码中声道数随码率成线性增长而发展起来的一种高效的编码方法，它通过将立体声下混为单声道并提取表征空间信息的空间参数来降低编码码率。空间参数主要描述信号的方位信息和声像宽度。心理声学研究结果表明，声源定位最重要的依据是两耳之间声音信号的差别，通常用耳间时间差(Interaural Time Difference，ITD)和耳间声级差(InterauralLevel Difference，ILD)两个参数来描述两耳之间声音信号的差别；另一个描述人耳接收声音信号特性的是双耳接听信号的相似度，用耳间相关性(InterauralCoherence，IC)来表示，主要反应了人耳对听觉事件声场宽度的感知。其他的一些空间参数还包括确定声源远近的距离信息和确定声源垂直位置的高度角线索等。
[0003] 空间信息是通过空间参数来表征的，也就是说，通过度量空间参数的信息来表达信号的空间信息量。信号的能量能反应信号所含信息量的大小，空间参数的能量也反应了其表达的空间信息量大小。空间感知熵(Spatial PerceptualEntropy，SPE)也用来度量空间音场中人耳可感知的空间信息量的大小。人耳对不同频带空间参数的感知存在着掩蔽效应，SPE去除了人耳不可感知部分的信息量，反映了接近透明音质的下限码率，是音频压缩研究努力的方向。
[0004] 音频压缩的目标是用尽可能少的比特来表示音频信号，同时又能保证重建的音频信号质量几乎和原始信号相同。基于心理声学模型的感知音频编码算法是现在应用最为广泛的一种音频压缩编码算法，它利用信号的感知不相干性和统计冗余进行有损压缩，从而降低参与编码的数据量。比特分配是音频压缩编码技术中一种有效的量化方法，它是将总量有限的比特数按需分配给一系列量化单元，并按失真最小准则使音频质量最高。
[0005] 当前音频编码技术中比特分配的基本原则是对幅度较大或变化比较快的信号分配更多的比特数，而对幅度较小或变化比较慢的信号则减少比特数的分配，从而实现编码的高效性。由于人耳存在着频率掩蔽效应和空间参数的频率依赖特性，而当前的空间音频编码系统中采用的比特分配方法没有考虑空间参数的频率特性来对空间参数进行精细量化，存在着空间参数编码冗余，制约了有限码率下立体声或多声道音频编码的应用。
发明内容
[0006] 本发明目的在于针对现有技术的不足，提出空间参数逐级精细的比特分配方法及其装置，以在保证透明音质的前提下有效提高编码效率。
[0007] 本发明提供的比特分配方法技术方案为包含以下步骤：
[0008] 步骤1，对输入信号进行分帧处理和频带划分处理；
[0009] 步骤2，进行比特分配模式选取，即选取帧间比特分配时、帧内比特分配时和频带内比特分配时分别采用的比特分配模式；
[0010] 步骤3，选取每帧输入信号的编码类型，
[0011] 若选用可变码率编码，则根据步骤2得到的比特分配模式，对每帧输入信号进行帧间比特分配，然后对帧内各频带进行帧内比特分配，得到帧内各频带分配结果；若选用固定码率编码，则根据步骤2得到的比特分配模式，运用相应模式下的比特分配标准对帧内各频带进行帧内比特分配，得到帧内各频带分配结果；
[0012] 步骤4，根据步骤2得到的比特分配模式选取关注频带，其具体方式为，[0013] 若为能量比特分配模式，则将每帧内各频带的能量与能量门限进行对比，超出门限值则判为关注频带，对关注频带中各空间参数按能量比特分配模式进行频带内比特分配，输出各空间参数比特分配结果码流；反之则判为非关注频带，输出帧内各频带分配结果码流；
[0014] 若为空间感知熵比特分配模式，则将每帧内各频带的空间感知熵与空间感知熵门限进行对比，超出门限值则判为关注频带，对关注频带中各空间参数按空间感知熵比特分配模式进行频带内比特分配，输出各空间参数比特分配结果码流；反之则判为非关注频带，输出帧内各频带分配结果码流。
[0015] 而且，步骤2中，根据输入信号的能量、空间感知熵和波动度自动选取比特分配模式，即采用能量比特分配模式或空间感知熵比特分配模式；所述能量比特分配模式是指比特分配时以能量为基础，估算比特分配权重，进行比特分配；所述空间感知熵比特分配模式是指比特分配时以空间感知熵为基础，估算比特分配权重，进行比特分配；
[0016] 所述波动度包括能量波动度和熵波动度；所述输入信号的能量通过依次求取频带内各空间参数、帧内各频带以及每帧的能量得到，根据频带内各空间参数、帧内各频带以及每帧的能量分别取得频带内各空间参数、帧内各频带以及每帧的能量波动度；所述输入信号的空间感知熵通过依次求取频带内各空间参数、帧内各频带以及每帧的空间感知熵得到，根据频带内各空间参数、帧内各频带以及每帧的空间感知熵分别取得频带内各空间参数、帧内各频带以及每帧的熵波动度；
[0017] 具体选取实现方式如下，
[0018] 若每帧的能量波动度大于熵波动度，在帧间比特分配时，采用能量比特分配模式；若每帧的能量波动度小于等于熵波动度，采用空间感知熵比特分配模式；
[0019] 若帧内各频带的能量波动度大于熵波动度，在帧内比特分配时，采用能量比特分配模式；若每帧的能量波动度小于等于熵波动度，采用空间感知熵比特分配模式；
[0020] 若频带内各空间参数的能量波动度大于熵波动度，在频带内比特分配时，采用能量比特分配模式；若每帧的能量波动度小于等于熵波动度，采用空间感知熵比特分配模式。
[0021] 而且，所述频带内各空间参数的能量取得方式为，先求取空间参数的值，然后计算频带内各空间参数所包含的能量；即其计算公式为：
[0022] ep＝δp2 (1)
[0023] 其中ep为频带b中各空间参数包含的能量，δp表示空间参数在频带b的值；
[0024] 所述帧内各频带的能量是指每个频带所包含的能量，取得方式为求频带内所有空间参数的能量和；即其计算公式为：
[0025] eb＝∑ep (2)
[0026] 其中ep为频带b中各空间参数包含的能量；p取所有的空间参数；
[0027] 所述每帧的能量是指每帧内所有频带的能量和；即其计算公式为：
[0028]
[0029] 其中eb为频带b包含的能量，f取{1，2，…，n}，n为帧数，m为划分的频带数。
[0030] 而且，求取频带内各空间参数、帧内各频带以及每帧的能量波动度时采用以下公式
[0031]
[0032] 其中x分别取频带内各空间参数、帧内各频带以及每帧的能量。
[0033] 而且，(a)步骤2中所选取帧间比特分配时采用的比特分配模式为能量比特分配模式时，对每帧输入信号进行帧间比特分配的具体实现方式为，
[0034] 首先，对比每帧信号的能量ef，计算每帧能量所占权重wef，计算公式：
[0035]
[0036] 然后，根据权重计算每帧应分配的比特数Bef，进行帧间比特分配，计算公式：
[0037] Bef＝wef×B (9)
[0038] 其中B为输入信号的总比特数，f取{1，2，…，n}，n为帧数；
[0039] (b)步骤2中所选取帧内比特分配时采用的比特分配模式为能量比特分配模式时，对帧内各频带进行帧内比特分配的具体实现方式为，
[0040] 首先，对比帧内各频带信号的能量eb，计算每个频带能量所占权重web，计算公式：
[0041]
[0042] 然后，根据权重计算帧内各频带应分配的比特数Beb，进行帧内比特分配，计算公式：
[0043] Beb＝web×Bef (11)
[0044] 其中Bef为频带所在帧的比特数，m为划分的频带数，f取{1，2，…，n}，n为帧数；
[0045] (c)步骤2中所选取频带内比特分配时采用的比特分配模式为能量比特分配模式时，对关注频带中各空间参数进行频带内比特分配的具体实现方式为，
[0046] 首先，对比频带内各空间参数信号的能量ep，计算每个空间参数能量所占权重wep，计算公式：
[0047] wep＝ep/∑ep (12)
[0048] 然后，根据权重计算每个空间参数分配的比特数Bep，进行频带内比特分配，计算公式：
[0049] Bep＝wep×Beb (13)
[0050] 其中Beb为频带b的比特数，p取所有空间参数。
[0051] 而且，所述频带内各空间参数的空间感知熵sp取得方式为，先计算各空间参数值，最后得到各空间参数所包含的空间信息量；即计算公式为：
[0052]
[0053] 其中sp为空间参数的空间感知熵值，δp表示空间参数在频带b的值，Δξ(b)表示空间参数在频带b的有限分辨率，α反映听觉感知的幅度压缩，N为时频变换的帧长，log以任何自然数为底，p取所有空间参数；
[0054] 所述帧内各频带的空间感知熵sb，是指每个频带中所有空间参数的空间感知熵之和；即其计算公式为：
[0055] sb＝∑sp (5)
[0056] 其中sp为空间参数的空间感知熵值，可由公式(4)计算；p取所有空间参数；
[0057] 所述每帧的空间感知熵sf，是指一帧包括的所有频带SPE之和；即其计算公式为：
[0058]
[0059] 其中sb为频带b的空间感知熵，可由公式(5)计算；m为划分的频带数，f取{1，2，…，n}，n为帧数。
[0060] 而且，求取频带内各空间参数、帧内各频带以及每帧的熵波动度时采用以下公式[0061]
[0062] 其中x分别取频带内各空间参数、帧内各频带以及每帧的空间感知熵，即sp、sb、sf。
[0063] 而且，(A)步骤2中所选取帧间比特分配时采用的比特分配模式为空间感知熵比特分配模式时，对每帧输入信号进行帧间比特分配的具体实现方式为，
[0064] 首先，对比每帧信号的空间感知熵sf，计算每帧空间感知熵所占权重wsf，计算公式：
[0065]
[0066] 然后，根据权重计算每帧应分配的比特数Bsf，进行帧间比特分配，计算公式：
[0067] Bsf＝wsf×B (15)
[0068] 其中B代表输入信号的总比特数，f取{1，2，…，n}，n为帧数；
[0069] (B)步骤2中所选取帧内比特分配时采用的比特分配模式为空间感知熵比特分配模式时，对帧内各频带进行帧内比特分配的具体实现方式为，
[0070] 首先，对比帧内各频带的空间感知熵sb，计算帧内各频带能量所占权重wsb，计算公式：
[0071]
[0072] 然后，根据权重计算帧内各频带应分配的比特数Bsb，进行帧内比特分配，计算公式：
[0073] Bsb＝wsb×Bsf (17)
[0074] 其中m为划分的频带数，Bsf为频带所在帧的比特数；
[0075] (C)步骤2中所选取频带内比特分配时采用的比特分配模式为空间感知熵比特分配模式时，对关注频带中各空间参数进行频带内比特分配的具体实现方式为，
[0076] 首先，对比频带内空间参数的sp，计算频带内空间参数的空间感知熵所占权重wsp，计算公式：
[0077] wsp＝sp/∑sp (18)
[0078] 然后，根据权重计算频带内各空间参数分配的比特数Bsp，进行频带内比特分配，计算公式：
[0079] Bsp＝wsp×Bsb (19)
[0080] 其中Bsb为频带b的比特数，p取所有空间参数。
[0081] 而且，预设能量权重门限值 和空间感知熵权重门限值β；
[0082] 在步骤4中，若步骤2中所选取频带内比特分配时采用的比特分配模式为能量比特分配模式，通过比较每个频带的能量权重web与能量权重门限值 的大小关系，实现将每帧内各频带的能量与能量门限进行对比；若步骤2中所选取频带内比特分配时采用的比特分配模式为空间感知熵比特分配模式，通过比较每个频带的空间感知熵权重wsb与预设空间感知熵权重门限值β的大小关系，实现将每帧内各频带的空间感知熵与空间感知熵门限进行对比。
[0083] 本发明还提供了实施上述比特分配方法的装置，包括以下部分：
[0084] 预处理模块，用于对输入信号进行分帧处理和频带划分处理；
[0085] 码率模式选择模块，用于选取每帧输入信号的编码类型；
[0086] 帧间比特分配模块，用于对每帧输入信号进行比特分配；
[0087] 帧内比特分配模块，用于对帧内各频带进行比特分配；
[0088] 频带内比特分配模块，用于对关注频带中各空间参数进行比特分配；
[0089] 关注频带选取模块，用于选取每帧信号中的关注频带；
[0090] 比特分配模式选取模块，用于选取不同的比特分配模式；
[0091] 码流成型模块，用于以码流形式输出各空间参数比特分配结果或帧内各频带分配结果；
[0092] 其中，比特分配模式选取模块分别与预处理模块、帧间比特分配模块以及频带内比特分配模块相连；码率模式选择模块分别与帧间比特分配模块、帧内比特分配模块以及比特分配模式选取模块相连；帧间比特分配模块与帧内比特分配模块相连；关注频带选取模块分别与帧内比特分配模块、频带内比特分配模块和码流成型模块相连，频带内比特分配模块分别与码流成型模块相连。
[0093] 本发明提出空间参数逐级精细的比特分配方法及相应装置，通过对输入信号进行帧间比特分配、帧内比特分配以及频带内比特分配，达到逐级精细。通过本发明所提供技术方案，能有效的对空间参数进行精细量化，在有限码率下实现高质量编码。
附图说明
[0094] 图1为本发明原理示意图；
[0095] 图2为帧间、帧内各频带和频带内各空间参数三者关系示意图；
[0096] 图3为本发明实施例的比特分配模式选取模块结构图；
[0097] 图4为帧间比特分配原理图；
[0098] 图5为帧内比特分配原理图；
[0099] 图6为频带内比特分配原理图；
[0100] 图7为本发明实施例的整体应用流程图
[0101] 图8为本发明的装置结构示意图。
具体实施方式
[0102] 本发明主要对空间参数采用帧间，帧内以及频带内逐级精细的分配方法，将更多的比特分配给人耳感知最敏感的部分，而将较少的比特分配给人耳感知不敏感的部分，从而在保证透明音质的前提下有效提高编码效率。附图2所示为帧，帧内各频带和频带内各空间参数三者关系示意图。由图可以看出，输入信号分成n帧，每帧包括m个频带，每个频带包括空间参数的谱线ILD、ICD、IC等。三者是个逐级包括的关系。
[0103] 本发明提供的比特分配方法可以采用计算机软件技术实现，也可以利用本发明的模块化设计装置实现。本发明提供的装置如附图8所示，包括预处理模块、码率模式选择模块、帧间比特分配模块、帧内比特分配模块、频带内比特分配模块、关注频带选取模块、比特分配模式选取模块以及码流成型模块；比特分配模式选取模块分别与预处理模块、帧间比特分配模块以及频带内比特分配模块相连；码率模式选择模块分别与帧间比特分配模块、帧内比特分配模块以及比特分配模式选取模块相连；帧间比特分配模块与帧内比特分配模块相连；关注频带选取模块分别与帧内比特分配模块、频带内比特分配模块和码流成型模块相连，频带内比特分配模块分别与码流成型模块相连。结合该装置实现的比特分配方法可参见附图1，本发明的比特分配方案是逐级精细的过程，分别为帧间比特分配，帧内比特分配和频带内比特分配。其中比特分配模式选取模块又是指导比特分配的核心，与三大分配模块紧密相连。
[0104] 步骤1，对输入信号进行分帧处理和频带划分处理；
[0105] 该步骤可由预处理模块实现。具体实施时，可以在预处理模块中设置分帧处理单元和频带划分单元，由分帧处理单元对输入信号进行分帧处理，由频带划分单元对每帧信号进行时频变换和频带划分处理。
[0106] 步骤2，进行比特分配模式选取，即选取帧间比特分配时、帧内比特分配时和频带内比特分配时分别采用的比特分配模式；
[0107] 本发明提供了进一步技术方案，可以根据输入信号的能量、空间感知熵和波动度自动选取比特分配模式，可供选择的是能量比特分配模式或空间感知熵比特分配模式。所述能量比特分配模式是指比特分配时以能量为基础，估算比特分配权重，进行比特分配；所述空间感知熵比特分配模式是指比特分配时以空间感知熵为基础，估算比特分配权重，进行比特分配。除了基于能量和空间感知熵的比特分配模式外，具体实施时也可以提供其它比特分配模式供选择，例如基于空间参数幅度的比特分配模式。
[0108] 所述波动度包括能量波动度和熵波动度；所述输入信号的能量通过依次求取频带内各空间参数、帧内各频带以及每帧的能量得到，根据频带内各空间参数、帧内各频带以及每帧的能量分别取得频带内各空间参数、帧内各频带以及每帧的能量波动度；所述输入信号的空间感知熵通过依次求取频带内各空间参数、帧内各频带以及每帧的空间感知熵得到，根据频带内各空间参数、帧内各频带以及每帧的空间感知熵分别取得频带内各空间参数、帧内各频带以及每帧的熵波动度；
[0109] 具体选取实现方式如下，
[0110] 若每帧的能量波动度大于熵波动度，在帧间比特分配时，采用能量比特分配模式；若每帧的能量波动度小于等于熵波动度，采用空间感知熵比特分配模式；
[0111] 若帧内各频带的能量波动度大于熵波动度，在帧内比特分配时，采用能量比特分配模式；若每帧的能量波动度小于等于熵波动度，采用空间感知熵比特分配模式；
[0112] 若频带内各空间参数的能量波动度大于熵波动度，在频带内比特分配时，采用能量比特分配模式；若每帧的能量波动度小于等于熵波动度，采用空间感知熵比特分配模式。
[0113] 该步骤可由比特分配模式选取模块实现。具体实施时，比特分配模式选取模块可以设置信号能量计算单元、空间感知熵计算单元、波动度计算单元以及分配模式选取单元来选取不同的比特分配模式，并将选取的比特分配模式输出给帧间比特分配模块、帧内比特分配模块和频带内比特分配模块。参见附图3所示，由信号能量计算单元计算信号的能量，由空间感知熵计算单元计算信号的空间感知熵。然后将得到的结果输入到波动度计算单元，由波动度计算单元中的能量波动度计算单元和熵波动度计算单元分别计算信号的能量波动度和熵波动度；最后由分配模式选取单元，对比能量波动度与熵波动度，进行分配模式选取。若能量波动度大于熵波动度，则选取基于能量的比特分配模式；小于或等于时，则选取基于空间感知熵的比特分配模式。
[0114] 为了便于实施，本发明还提供了输入信号的能量、空间感知熵和波动度的具体取得方式以供参考：
[0115] 所述频带内各空间参数的能量取得方式为，先求取空间参数的值，然后计算频带内各空间参数所包含的能量；即其计算公式为：
[0116] ep＝δp2 (1)
[0117] 其中ep为频带b中各空间参数包含的能量，δp表示空间参数在频带b的值；
[0118] 所述帧内各频带的能量是指每个频带所包含的能量，取得方式为求频带内所有空间参数的能量和；即其计算公式为：
[0119] eb＝∑ep (2)
[0120] 其中ep为频带b中各空间参数包含的能量；p取所有的空间参数；
[0121] 所述每帧的能量是指每帧内所有频带的能量和；即其计算公式为：
[0122]
[0123] 其中eb为频带b包含的能量，f取{1，2，…，n}，n为帧数，m为划分的频带数。
[0124] 所述频带内各空间参数的空间感知熵sp取得方式为，先计算各空间参数值，最后得到各空间参数所包含的空间信息量；即计算公式为：
[0125]
[0126] 其中sp为空间参数的空间感知熵值，δp表示空间参数在频带b的值，Δξ(b)表示空间参数在频带b的有限分辨率，α反映听觉感知的幅度压缩，N为时频变换的帧长，log以任何自然数为底，p取所有空间参数；
[0127] 所述帧内各频带的空间感知熵sb，是指每个频带中所有空间参数的空间感知熵之和；即其计算公式为：
[0128] sb＝∑sp (5)
[0129] 其中sp为空间参数的空间感知熵值，可由公式(4)计算；p取所有空间参数；
[0130] 所述每帧的空间感知熵sf，是指一帧包括的所有频带SPE之和；即其计算公式为：
[0131]
[0132] 其中sb为频带b的空间感知熵，可由公式(5)计算；m为划分的频带数，f取{1，2，…，n}，n为帧数。
[0133] 求取信号的能量波动度和熵波动度方式相似：
[0134] 求取频带内各空间参数、帧内各频带以及每帧的能量波动度时采用以下公式[0135]
[0136] 其中x分别取频带内各空间参数、帧内各频带以及每帧的能量，也就是之前算得的ep、eb、ef。
[0137] 求取频带内各空间参数、帧内各频带以及每帧的熵波动度时采用以下公式[0138]
[0139] 其中x分别取频带内各空间参数、帧内各频带以及每帧的空间感知熵，即sp、sb、sf。
[0140] 步骤3，选取每帧输入信号的编码类型，
[0141] 若选用可变码率编码，则根据步骤2得到的比特分配模式，对每帧输入信号进行帧间比特分配，然后对帧内各频带进行帧内比特分配，得到帧内各频带分配结果；若选用固定码率编码，则根据步骤2得到的比特分配模式，运用相应模式下的比特分配标准对帧内各频带进行帧内比特分配，得到帧内各频带分配结果；
[0142] 也就是说，如果选用可变码率编码，需要进行帧间比特分配和帧内比特分配；如果选用固定码率编码，只需进行帧内比特分配。最终都会得到帧内各频带分配结果。选取每帧输入信号的编码类型可由码率模式选择模块实现，帧间比特分配模块用于对每帧输入信号进行比特分配，帧内比特分配模块，用于对帧内各频带进行比特分配；因此码率模式选择模块分别与帧间比特分配模块、帧内比特分配模块以及比特分配模式选取模块相连。如附图4所示，首先将输入信号进行预处理，然后由比特分配模式选取模块选取比特分配模式，由码率选择模块选取编码模式，若采用可变码率编码，进行帧间比特分配，针对被选取的比特分配模式，运用相应的比特分配标准，进行权重计算，根据权重进行帧间比特分配。如附图5所示，将预处理后的信号送入比特分配模式选取模块，确定比特分配模式，是基于能量还是基于空间感知熵。然后由码率模式选择模块选取编码模式，若采用可变码率编码，则进入帧间比特分配。若采用固定码率编码，就进入帧内比特分配模块，根据被选取的比特分配模式，运用相应的比特分配标准，进行权重计算，根据权重和每帧的比特分配结果进行帧内比特分配。帧内比特分配相当于是对帧间比特分配的进一步细化。
[0143] 步骤4，根据步骤2得到的比特分配模式选取关注频带，其具体方式为，[0144] 若为能量比特分配模式，则将每帧内各频带的能量与能量门限进行对比，超出门限值则判为关注频带，对关注频带中各空间参数按能量比特分配模式进行频带内比特分配，输出各空间参数比特分配结果码流；反之则判为非关注频带，输出帧内各频带分配结果码流；
[0145] 若为空间感知熵比特分配模式，则将每帧内各频带的空间感知熵与空间感知熵门限进行对比，超出门限值则判为关注频带，对关注频带中各空间参数按空间感知熵比特分配模式进行频带内比特分配，输出各空间参数比特分配结果码流；反之则判为非关注频带，输出帧内各频带分配结果码流。
[0146] 选取每帧信号中的关注频带可由关注频带选取模块实现，频带内比特分配模块，用于对关注频带中各空间参数进行比特分配。最后，如果选取到了关注频带并生成了各空间参数比特分配结果，码流成型模块以码流形式输出各空间参数比特分配结果，即各空间参数比特分配结果码流；否则直接以码流形式输出步骤3所得帧内各频带分配结果，即帧内各频带分配结果码流。因此，关注频带选取模块与帧内比特分配模块、频带内比特分配模块和码流成型模块相连；频带内比特分配模块与码流成型模块相连。如附图6的所示，频带内比特分配模块的输入信号是附图5的输出信号。将帧内比特分配的结果送入关注频带判决模块。针对被选取的比特分配模式，由关注频带判决模块设定相应的门限值，将帧内各频带的比特分配权值与设定值进行对比，判断是否超出限定范围。若没有超出限定值，则判断为非关注频带，进入码流成型模块。反之则判断为关注频带，进入频带内比特分配模块。然后根据被选取的比特分配模式，运用相应的比特分配标准，进行权重计算，根据权重进行频带内比特分配。此级分配是更进一步的细化。
[0147] 附图7所示为空间参数逐级精细的比特分配方法的整体应用流程图，它将帧间比特分配、帧内比特分配和频带内比特分配结合。在空间音频编码系统应用中，实现比特分配的逐级精细过程。
[0148] 步骤3和4中的帧间比特分配、帧内比特分配模块、频带内比特分配的具体实现都是根据步骤2中所设定比特分配模式而定，本发明分别提供了两种模式下的实现方式，实施时根据情况调用：
[0149] (a)步骤2中所选取帧间比特分配时采用的比特分配模式为能量比特分配模式时，对每帧输入信号进行帧间比特分配的具体实现方式为，
[0150] 首先，对比每帧信号的能量ef，计算每帧能量所占权重wef，计算公式：
[0151]
[0152] 然后，根据权重计算每帧应分配的比特数Bef，进行帧间比特分配，计算公式：
[0153] Bef＝wef×B (9)
[0154] 其中B为输入信号的总比特数，f取{1，2，…，n}，n为帧数；
[0155] (b)步骤2中所选取帧内比特分配时采用的比特分配模式为能量比特分配模式时，对帧内各频带进行帧内比特分配的具体实现方式为，
[0156] 首先，对比帧内各频带信号的能量eb，计算每个频带能量所占权重web，计算公式：
[0157]
[0158] 然后，根据权重计算帧内各频带应分配的比特数Beb，进行帧内比特分配，计算公式：
[0159] Beb＝web×Bef (11)
[0160] 其中Bef为频带所在帧的比特数，m为划分的频带数，f取{1，2，…，n}，n为帧数；
[0161] (c)步骤2中所选取频带内比特分配时采用的比特分配模式为能量比特分配模式时，对关注频带中各空间参数进行频带内比特分配的具体实现方式为，
[0162] 首先，对比频带内各空间参数信号的能量ep，计算每个空间参数能量所占权重wep，计算公式：
[0163] wep＝ep/∑ep (12)
[0164] 然后，根据权重计算每个空间参数分配的比特数Bep，进行频带内比特分配，计算公式：
[0165] Bep＝wep×Beb (13)
[0166] 其中Beb为频带b的比特数，p取所有空间参数。
[0167] (A)步骤2中所选取帧间比特分配时采用的比特分配模式为空间感知熵比特分配模式时，对每帧输入信号进行帧间比特分配的具体实现方式为，
[0168] 首先，对比每帧信号的空间感知熵sf，计算每帧空间感知熵所占权重wsf，计算公式：
[0169]
[0170] 然后，根据权重计算每帧应分配的比特数Bsf，进行帧间比特分配，计算公式：
[0171] Bsf＝wsf×B (15)
[0172] 其中B代表输入信号的总比特数，f取{1，2，…，n}，n为帧数；
[0173] (B)步骤2中所选取帧内比特分配时采用的比特分配模式为空间感知熵比特分配模式时，对帧内各频带进行帧内比特分配的具体实现方式为，
[0174] 首先，对比帧内各频带的空间感知熵sb，计算帧内各频带能量所占权重wsb，计算公式：
[0175]
[0176] 然后，根据权重计算帧内各频带应分配的比特数Bsb，进行帧内比特分配，计算公式：
[0177] Bsb＝wsb×Bsf (17)
[0178] 其中m为划分的频带数，Bsf为频带所在帧的比特数；
[0179] (C)步骤2中所选取频带内比特分配时采用的比特分配模式为空间感知熵比特分配模式时，对关注频带中各空间参数进行频带内比特分配的具体实现方式为，
[0180] 首先，对比频带内空间参数的sp，计算频带内空间参数的空间感知熵所占权重wsp，计算公式：
[0181] wsp＝sp/∑sp (18)
[0182] 然后，根据权重计算频带内各空间参数分配的比特数Bsp，进行频带内比特分配，计算公式：
[0183] Bsp＝wsp×Bsb (19)
[0184] 其中Bsb为频带b的比特数，p取所有空间参数。
[0185] 以下提供一个实施例，将一些被重复使用的过程作为可以被调用的步骤，更符合软件设计习惯，是本发明具体实施时的一种优选方案，也应当在本发明所要求的保护范围内。该方案包括以下步骤：
[0186] 步骤一、由预处理模块对输入信号进行分帧处理和频带划分处理。
[0187] 本步骤的具体实施方式为：
[0188] 由分帧处理单元对输入信号进行分帧处理，具体实施为将输入的音频信号以帧长1024点进行分帧处理。
[0189] 由频带划分单元对输入信号进行频带划分处理，具体实施为将输入信号进行时频变换，然后按照巴克带的划分规则，将每一帧经过时频变换后的信号分成25个频带。
[0190] 步骤二、由比特分配模式选取模块选取不同的比特分配模式。
[0191] 本步骤的具体实施方式为：
[0192] 如附图3所示，比特分配模式选取模块包括四个基本单元：信号能量计算单元、空间感知熵计算单元、波动度计算单元以及分配模式选取单元。
[0193] 1、由信号能量计算单元依次计算频带内、帧内以及每帧的能量。具体计算过程如下：
[0194] (1)、分别计算各空间参数ITD、ILD、IC在频带b的值。具体计算公式如下：
[0195] (公式1)
[0196] (公式2)
[0197] (公式3)
[0198]
[0199] 其中δt、δl、δc分别表示ITD、ILD、IC在频带b的值。kb和kb+1分别是频带b*和b+1的起始FFT谱线标号，Xl(k)和Xr(k)分别表示左右声道第k条FFT谱线，Xr(k)为Xr(k)的共轭，Re为取复数的实部，arg为取相角的操作。其中b取{1，2，...，25}。
[0200] (2)、计算ITD、ILD、IC所包含的能量ep，p取{t，l，c}。具体计算公式如下：2
[0201] et＝δt (公式4)
[0202] el＝δl2 (公式5)
[0203] ec＝δc2 (公式6)
[0204] 其中et、el、ec分别为频带b中空间参数ITD、ILD、IC所包含的能量。δt、δl、δc分别表示ITD、ILD、IC在频带b的值，可由(公式1)，(公式2)，(公式3)计算。
[0205] (3)、计算帧内各频带包含的能量eb。具体计算公式如下：
[0206] eb＝et+el+ec (公式7)
[0207] 其中et、el、ec分别为频带b中空间参数ITD、ILD、IC所包含的能量，可由(公式4)，(公式5)，(公式6)计算，b取{1，2，...，25}。
[0208] (4)、计算信号每帧包含的能量ef，具体计算公式如下：
[0209] (公式8)
[0210] 其中eb为频带b包含的能量，b取{1，2，...，25}，f取{1，2，...，n}，n为帧数。
[0211] 2、由空间感知熵计算单元依次计算频带内各空间参数的空间感知熵sp、帧内各频带的空间感知熵sb、每帧的空间感知熵sf。具体计算过程如下：
[0212] (1)、计算各空间参数的空间感知熵sp，p取{t，l，c}。计算公式如下：
[0213] (公式9)
[0214] (公式10)
[0215] (公式11)
[0216] 其中st、sl、sc分别为ITD、ILD、IC的空间感知熵值。δt、δl、δc分别表示ITD、ILD、IC在频带b的值，可由(公式1)，(公式2)，(公式3)计算。Δτ(b)、Δλ(b)、Δη(b)分别是ITD、ILD、IC在频带b的JND，其中b取{1，2，...，25}。α反映听觉感知的幅度压缩，一般取0.6。N是FFT变换的帧长。log可以任何自然数为底。通常默认以2为底。为下取整操作。
[0217] (2)、计算频带b的空间感知熵sb。计算公式如下：
[0218] sb＝st+sl+sc (公式12)
[0219] 其中st、sl、sc分别为ITD、ILD、IC的空间感知熵值，可分别由公式9，公式10，公式11计算。b取{1，2，...，25}。
[0220] (3)、计算每帧的空间感知熵sf。具体计算公式如下：
[0221] (公式13)
[0222] 其中sb为频带b的空间感知熵，b取{1，2，...，25}，f取{1，2，...，n}，n为帧数。
[0223] 3、由波动度计算单元，分别计算频带内、帧内各频带以及每帧的能量波动度和熵波动度。具体计算公式如下：
[0224] (公式14)
[0225] 由步骤二得到的比特分配模式，根据相应模式计算相应波动度。
[0226] 若计算能量波动度，则x分别取ep、eb、ef得到频带内、帧内各频带以及每帧的能量波动度，分别用σep、σeb、σef来表示。其中p取{t，l，c}，b取{1，2，...，25}，f取{1，2，...，n}，n为帧数。
[0227] 若计算熵波动度，则x分别取sp、sb、sf得到频带内、帧内各频带以及每帧的熵波动度，分别用σsp、σsb、σsf来表示。其中p取{t，l，c}，b取{1，2，...，25}，f取{1，2，...，n}，n为帧数。
[0228] 4、在逐级分配过程中，由分配模式选取单元对比能量波动度与熵波动度，确定比特分配模式。
[0229] 在帧间比特分配中：若σef＞σsf，选取基于能量的比特分配模式。反之σef≤σsf，选取基于空间感知熵的比特分配模式。
[0230] 在帧内比特分配中：若σeb＞σsb，选取基于能量的比特分配模式。反之σeb≤σsb，选取基于空间感知熵的比特分配模式。
[0231] 在频带内比特分配中：若σep＞σsp，选取基于能量的比特分配模式。反之σep≤σsp，选取基于空间感知熵的比特分配模式。
[0232] 步骤三、由码率模式选择模块选取每帧输入信号的编码模式类型，若采用可变码率编码，转入步骤四，进行帧间比特分配。若采用固定码率编码，转入步骤五，进行帧内比特分配。
[0233] 步骤四、由帧间比特分配模块对每帧输入信号进行比特分配。
[0234] 由步骤二得到的比特分配模式，运用相应模式下的比特分配标准进行比特分配。若为能量比特分配模式，则转入步骤八，进行帧间比特分配。若为空间感知熵比特分配模式，则转入步骤九，进行帧间比特分配。
[0235] 步骤五、由帧内比特分配模块对帧内各频带进行比特分配。
[0236] 由步骤二得到的比特分配模式，运用相应模式下的比特分配标准进行比特分配。若为能量比特分配模式，则转入步骤八，进行帧内比特分配。若为空间感知熵比特分配模式，则转入步骤九，进行帧内比特分配。
[0237] 步骤六、由关注频带选取模块选取步骤四中的关注频带，若为关注频带，转入步骤七。若非关注频带，转入步骤十。针对不同的比特分配模式，运用不同的关注频带选取标准。
[0238] 本步骤的具体实施方式为：
[0239] 能量门限和空间权重门限的值可以事先根据需要设定，本发明实施例通过权重的比较方式实现，可以方便地利用之前求取的能量权重web和SPE权重wsb，只需在关注频带选取模块预先设定能量权重门限值 和空间感知熵权重门限值β。具体实施时也可采用其它与能量和空间感知熵有关的数据判断关注频带。
[0240] 若为能量比特分配模式，输入每个频带的能量权重web，对比web与 的大小关系，若则将频带b判为关注频带，转入步骤七。反之，则将频带b判为非关注频带，转入步骤十。其中b取{1，2，....，25}。
[0241] 若为空间感知熵比特分配模式，输入每个频带的SPE权重wsb，对比wsb和β的大小关系，若wsb＞β，则将频带b判为关注频带，转入步骤七。反之，则将频带b判为非关注频带，转入步骤十。其中b取{1，2，....，25}。
[0242] 步骤七、由频带内比特分配模块对关注频带中各空间参数进行比特分配。
[0243] 由步骤二得到的比特分配模式，运用相应模式下的比特分配标准进行比特分配。若为能量比特分配模式，则转入步骤八，进行频带内比特分配。若为空间感知熵比特分配模式，则转入步骤九，进行频带内比特分配。
[0244] 步骤八，以能量为基础，估算比特分配权重，进行比特分配。
[0245] 本步骤的具体实施方式为：
[0246] 帧间比特分配：对比每帧信号的能量ef，计算每帧能量所占权重wef，计算公式如(公式15)所示。根据权重，计算每帧应分配的比特数Bef，进行帧间比特分配，计算公式如(公式16)所示。
[0247] (公式15)
[0248] Bef＝wef×B (公式16)
[0249] 其中B为输入信号的总比特数，f取{1，2，...，n}，n为帧数。
[0250] 帧内比特分配：对比帧内各频带信号的能量eb，计算每个频带能量所占权重web，计算公式如(公式17)所示。根据权重，计算帧内各频带应分配的比特数Beb，进行帧内比特分配，计算公式如(公式18)所示。
[0251] (公式17)
[0252] Beb＝web×Bef (公式18)
[0253] 其中Bef为频带所在帧的比特数，b取{1，2，...，25}，f取{1，2，...，n}，n为帧数。
[0254] 频带内比特分配：对比频带内各空间参数信号的能量ep，计算每个空间参数能量所占权重wep，计算公式如(公式19)所示。根据权重，计算每个空间参数分配的比特数Bep，进行频带内比特分配，计算公式如(公式20)所示。
[0255] wep＝ep/et+el+ec (公式19)
[0256] Bep＝wep×Beb (公式20)
[0257] 其中Beb为频带b的比特数，p取{t，l，c}，b取{1，2，....，25}。
[0258] 步骤九，以空间感知熵为基础，估算比特分配权重，进行比特分配。
[0259] 本步骤的具体实施例为：
[0260] 帧间比特分配：对比每帧信号的空间感知熵sf，计算每帧空间感知熵所占权重wsf，计算公式如(公式21)所示。根据权重，计算每帧应分配的比特数Bsf，进行帧间比特分配，计算公式如(公式22)所示。
[0261] (公式21)
[0262] Bsf＝wsf×B (公式22)
[0263] 其中B代表输入信号的总比特数，f取{1，2，...，n}，n为帧数。
[0264] 帧内比特分配：对比帧内各频带的空间感知熵sb，计算帧内各频带空间感知熵所占权重wsb，计算公式如(公式23)所示。根据权重，计算帧内各频带应分配的比特数Bsb，进行帧内比特分配，计算公式如(公式24)所示。
[0265] (公式23)
[0266] Bsb＝wsb×Bsf (公式24)
[0267] 其中b取{1，2，....，25}，Bsf为频带所在帧的比特数。
[0268] 频带内比特分配：对比频带内空间参数的sp，计算频带内空间参数的空间感知熵所占权重wsp，计算公式如(公式25)所示。根据权重，计算频带内各空间参数分配的比特数Bsp，进行频带内比特分配，计算公式如(公式26)所示。
[0269] wsp＝sp/st+sl+sc (公式25)
[0270] Bsp＝wsp×Bsb (公式26)
[0271] 其中Bsb为频带b的比特数，p取{t，l，c}，b取{1，2，....，25}。
[0272] 步骤十、由码流成型模块接收分配好的比特流，输出码流。
