TWI275074B - Method for analyzing energy consistency to process data - Google Patents

Description

1275074 玖、發明說明 (發明說明應敘明：發明所屬之技術領域、先前技術、內容、實施方式及圖式簡 單說明） 5【發明所屬之技術領域】 本發明是有關於音訊編碼法之改善，且特別是有關於 一種分析信號能量均勻性，以決定判斷何時進行區塊切換 之方法。 10【先前技術】 感觀式音訊編碼（Perceptual audio coding)目前已廣 泛地使用在各種產品上。習知技術爲了抑制前迴音現象 (pre-echo phenomenon)，將信號分成複數個區塊(block) 處理，依據個別區塊的特性，選擇性地使用長型窗（long-15 type window)編碼法和短型窗(short-type window)編碼 法。其特點於，當音訊信號存在穩定的特性時，其對應區 塊較適合長型窗編碼法，以增加編碼壓縮率。請參見第1 圖，其繪示的是習知感觀式音訊編碼方法之功能方塊圖， 第1圖之功能方塊圖係爲眾所周知之技術，在此不再敘 20 述。 習知技術提出許多不同的對策，以判斷各個區塊適用 長型窗編碼法或短型窗編碼法處理，以下列舉習知技術中 有關切換區塊之文件： 1.US05299239 (SONY 1994)，計算信號在不同時間上的能 3703-001TWP.doc-4/28 1275074 量，若這些能量之間的差別超過一個特定常數，即進行區 塊切換。此法搜尋信號特徵的方式過於簡單，無法找出真 正切換區塊的洽當時機。 2.ISO/IEC 13818-7，“Information Technology - Generic 5 Coding of Moving Pictures and Associated Audio, Part 7: Advanced Audio Coding”運用心理聲學模型 (Psychoacoustic Ana lysis)中計算的感觀係數來判斷區塊 切換的時機。此法計算量需求過大，且高度依賴心理聲學 模型的準確度。 10 3.ATSC A/52, UATSC Digital Audio Compression

Standard (AC-3)”將通過一個高通濾波器的大規模信號，分 成時間先後不同之小規模資料框。找出各資料框中的最大 値，並相互比較。若相鄰資料框的最大値差値超過某一個 特定常數，則進行區塊切換。然而，此法抗雜訊能力低， 15準確度尙待驗證。 4. M. J. Smithers et al., 'Increased Efficiency MPEG-2 AAC Encoding”類似上述第2項的方法，但關於高通濾波 器的使用會隨著信號種類不同而採用不同的參數。 5. US05451954 (DOLBY 1995)類似上述第2項的方法，但 20可將高通濾波器替換成帶通濾波器，且可選用資料框中最 大三個數的平均値取代最大値去和相鄰資料框進行比較。 其中，前述第3、4與5項無法對抗信號中之雜訊干 擾。抗雜訊之能力薄弱，且採用特定常數作爲區塊切換的 門檻，無法適應音訊信號多變的特性。 25 如上所述，習知技術在判斷信號何時該進行區塊切換 3703-001TWP.doc-5/28 1275074 時’過度著重於辨別區塊內部是否存在暫態(transient)資 料。亦即，過度依賴以區塊內部之能量相對大値來判斷是 否進行區塊切換。然而，由於音訊信號的變異性往往相當 巨大’所以利用區塊內部之能量相對大値來作區塊切換之 5判斷效果不彰。因此，習知的編碼法並無法有效判斷信號 何時該進行區塊切換。再者，由於部份習知技術進行區塊 切換判斷時，每判斷一次即進行一次以上之區塊切換運 算’所以造成運算過於繁複，導致運算速度的受限制。如 此一來’由於實現該些習知技術需增加硬體電路成本，所 10以導致該些習知技術產業利用性過低。於實際商業應用 上，困難重重，實施成本過高。 【發明內容】 有鑒於此，本發明的目的就是在提供一種分析能量均 15勻性以處理資料之方法。本發明將信號切割成區塊後，分 析各區塊能量間之均勻性，以判斷是否進行區塊切換。 爲達成上述及其他目的，本發明一種提出分析能量均 勻性以處理資料之方法。本方法包括於執行一個資料緩衝 程序後，輸出一筆框架資料。之後，執行一個資料處理程 2〇序，於輸入此框架資料後，輸出一筆去干擾剩餘去干擾剩 餘(shaping residual)資料。接著，執行一個能量框架程序， 於輸入去干擾剩餘去干擾剩餘資料後，將去干擾剩餘去干 擾剩餘資料切割成N個子區塊，計算這些N個子區塊之能 量，以獲得複數個子區塊能量値，其中N係爲整數。 25 於此之後，執行一個均勻檢知程序，輸入這些子區塊 3703-00 lTWP.doc-6/28 1275074 能量値，以檢知這些子區塊能量値是否符合一個能量關 係。接下來，若這些子區塊能量値符合前述能量關係，則 表示這些子區塊能量均勻，此框架資料使用長型窗編碼法 處理。反之，若追些子區塊能量値不符合前述能量關係， 5則表示這些子區塊能量不均勻，此框架資料使用短型窗編 碼法處理。 依照本發明的較佳實施例所述，上述之資料緩衝程序 根據各種不同的壓縮方法處理對應之框架資料，以輸出此 框架資料。其中’此框架資料係爲一筆脈衝碼調變（pu|se 10 code modulation, PCM)資料。 依照本發明的較佳實施例所述，上述之資料處理程序 包括將此框架資料輸入一個高通濾波器後，輸出一筆高通 濾波剩餘資料。之後，執行一個中心去除程序，輸入此高 通濾波剩餘資料，藉由一個中心去除運算式處理後，輸出 I5此去干擾剩餘去干擾剩餘資料。 依照本發明的較佳實施例所述，上述之資料處理程序 更包括執行一個非均勻適應控制，輸入此框架資料與對應 之去干擾剩餘資料，藉由一個能量差異運算式處理後，輸 出第一差異特徵値。 20 依照本發明的較佳實施例所述，上述之資料處理程序 更包括執行一個非均勻適應控制，輸入此框架資料與對應 之高通濾波剩餘資料，藉由一個能量差異運算式處理後， 輸出第二差異特徵値。 依照本發明的較佳實施例所述，上述之資料處理程序 3703-001TWP.doc-7/28 1275074 更執行一個非均勻適應控制，輸入去干擾剩餘資料與高通 濾波剩餘資料，藉由一個能量差異運算式處理後，輸出第 三差異特徵値。 依照本發明的較佳實施例所述，上述之方法更包括將N 5個子區塊內之去干擾剩餘資料之能量個別地相加，以得到 對應之子區塊能量値。 依照本發明的較佳實施例所述，上述之能量框架程序 包括由這些N個子區塊之能量値中，取出能量較大之Μ個 子區塊之能量値，除以Μ，以得到一個最大能量均値。再 1〇者，由這些Ν個子區塊之能量値中，取出能量較小之Ρ個 子區塊之能量値，除以Ρ，以得到一個最小能量均値。之 後，將此最大能量均値除以此最小能量均値即爲一個第一 能量比値。接著，若此第一能量比値小於一個差異臨界値， 則此框架資料符合此能量關係。 15 依照本發明的較佳實施例所述，上述之能量框架程序 更由這些Ν個子區塊之能量値中，取出能量最大之最大能 量値。再者’由這些Ν個子區塊之能量値中，取出能量最 小之最小能量値。之後，將此最大能量値除以此最小能量 値即爲一個第二能量比値。之後，若此第二能量比値小於 2〇 —差異臨界値，則此框架資料符合此能量關係。 糸示合上述’本發明提出一種分析能量均勻性以處理資 料之方法。本方法藉由分析區塊能量的一致性，來決定區 塊切換的時機。因此，本方法克服習知技術利用固定臨界 値比較區塊內部之能量相對大値來作區塊切換之判斷的缺 3703-001TWP.doc-8/28 1275074 點，運用本方法處理音訊信號時’更能適應音訊信號多變 的特性，精確地判斷區塊切換的時機。 爲讓本發明之上述和其他目的、特徵、和優點能更明 顯易懂，下文特舉較佳實施例’並配合所附圖式’作詳細 5說明如下。 【實施方式】 請參照第2圖，其繪示的是依照本發明一較佳實施例 之分析能量均勻性以處理資料之方法之流程圖。本方法首 10先執行資料緩衝程序，以輸出一筆框架資料。亦即，本方 法根據不同的壓縮方法處理大小不同對應之框架資料 (S204)。之後，本方法執行資料處理程序，此資料處理程 序輸入框架資料，且輸出一筆去干擾剩餘資料(S206)。接 著，本方法執行能量框架程序，此能量框架程序輸入前述 15去干擾剩餘資料，且將此去干擾剩餘資料切割成N個子區 塊。其後’此能量框架程序計算前述N個子區塊之能量， 以獲得複數個子區塊能量値，其中N係爲整數(S208)。 接下來’本方法執行均勻檢知程序。此均勻檢知程序 輸入前述子區塊能量値，以檢知這些子區塊能量値是否符 2〇合一個能量關係（S210)。之後，若這些子區塊能量値符合 前述能量關係，則表示這些子區塊之間的能量均勻。因此， 本方法判斷前述框架資料適用長型窗編碼法處理（S212)。 反之，若這些子區塊能量値不符合前述能量關係，則表示 這些子區塊之間的能量不均勻。因此，本方法判斷前述框 25架資料適用短型窗編碼法處理(S214)。 3703-00 lTWP.doc-9/28 1275074 濾，以輸出一筆高通濾波剩餘資料。在本實施例中，此高 通濾波器係爲一個七層非因果形式I之有限脈衝響應濾波 器（7-tap non-causal type-l finite impulse response filter)，止匕 t慮波器 運用蓋瑟窗法（Kaiser Window method)進行濾波，其數學表示 5 示如下： y{n)n=0, 1,..., framelength-l. k=0 設計者可設定截止頻率於W2，以得到一個半頻帶寬之高通 濾波器。並且，非因果規則（non-casual manner)可以避免瀘 波延遲(filtering latency)。再者，此高通濾波器可以獲得較佳 10 的同步資料。 接著，資料處理程序執行一個中心去除程序。亦即， 中心去除程序將前述高通濾波剩餘資料，並藉由下列的中 心去除運算式處理後，輸出一筆去干擾剩餘資料。此中心 去除運算式係爲： y = clc{x)= < 15

x + CL.，x<_CL x - CL; x>CL 0;-CL < x < CL 其中，x係爲高通濾波剩餘資料，y係爲去干擾剩餘資料， cl爲實數。由此中心去除運算式的數學形式可知，由於此 高通濾波剩餘資料經由中心去除運算式處理後，高通濾波 剩餘資料的數値將非線性地變小，所以高通濾波剩餘資料 20內之微小波動的雜訊成份與直流突波成份將被去除或縮 小。其中，CL可以下列數學式表示： CL=C1-D1x W1 其中，C1與W1係爲實驗係數，D1係爲第一差異特徵値。 3703-001TWP.doc-12/28 1275074 其中，D1係前一筆框架資料之第一差異特徵値。 接下來，資料處理程序執行非均勻適應控制°非均勻 適應控制將前述框架資料與前述去干擾剩餘資料輸入一個 能量差異運算式處理後，輸出第一差異特徵値。此能量差 5異運算式係爲： ι)=ς(α ⑺，y 其中，i係爲整數，A⑴係爲框架資料，B(i)係爲去干擾剩餘 資料，D係爲第一差異特徵値。 接著，本方法執行能量框架程序。此能量框架程序輸 10入前述去干擾剩餘資料，以進行分類與能量計算。並且， 根據不同的壓縮方法將這些去干擾剩餘資料切割成N個子 區塊，其中N係爲整數。例如：若壓縮方法係爲MPEG-1 Layer-3，則N等於3，亦即，子區塊係爲768個字元。若壓縮 方法係爲MPEG-2/2.5 Layer-3，則N等於3，亦即，子區塊係爲 15 384個字元。若壓縮方法係爲MPEG-2/4AAC，則N等於8,亦 即，子區塊係爲256個字元。若壓縮方法係爲MPEG-4 LD AAC，則N等於4，亦即，子區塊係爲480個字元。若壓縮方 法係爲Dolby AC-3，則N等於4,亦即，子區塊係爲256個 字元。 20 之後，此能量框架程序計算前述N個子區塊之能量， 以獲得複數個子區塊能量値。計算之方式係爲將N個子區 塊內之對應的去干擾剩餘資料之能量個別地相加，以得到 對應之子區塊能量値。 接下來’本方法執行均勻檢知程序，其主要目的在於 3703-001TWP.doc-13/28 1275074 比較各個子區塊能量値之間的差異程度，而不在於差異量 有多大。此均勻檢知程序輸入前述子區塊能量値，以檢知 這些子區塊能量値是否符合一個能量關係。此能量關係可 以下列數學式表示： 5 E1/E2<Threshold 其中，若E1/E2爲第一能量比値，則E1/E2表示於N個子 區塊能量値中，以特定取樣之方式，所得到之最大能量均 値E1除以最小能量均値E2。再者，若E1/E2爲第二能量 比値，則E1/E2表示於N個子區塊能量値中，最大能量値 10 E1除以最小能量値E2。再者，差異臨界値Threshold係 可由下列數學式表示：

Threshold = (C - log(D))xW 其中，D係爲第一差異特徵値、第二差異特徵値與第三差 異特徵値其中之一，C與W係實數。C與W係爲實驗係 15 數。 若這些子區塊能量値符合前述能量關係，則表示這些 子區塊之間的能量均句。因此，本方法判斷前述框架資料 適用長型窗編碼法處理。反之，若這些子區塊能量値不符 合前述能量關係，則表示這些子區塊之間的能量不均勻。 2〇因此，本方法判斷前述框架資料適用短型窗編碼法處理。 請參見第3圖，其繪示的是依照本發明一較佳實施例之分 析能量均勻性以處理資料之方法之功能方塊圖。其中，功 能方塊302係執行本發明之分析能量均勻性以處理資料之 方法。當時域音訊信號輸入分析能量均勻性以處理資料之 25方法之功能方塊302後，即執行本發明之方法，以決定一 3703-001TWP.doc-14/28 1275074 此，由於利用本方法判斷區塊切換時機，可有效降低產品 成本，提升品質，所以本方法具有高度產業利用性。 値得注意的是，上述的說明僅是爲了解釋本發明，而並 非用以限定本發明之實施可能性，敘述特殊細節之目的， 5乃是爲了使本發明被詳盡地了解。然而，熟習此技藝者當 知此並非唯一的解法。在沒有違背發明之精神或所揭露的 本質特徵之下，上述的實施例可以其他的特殊形式呈現， 而隨後附上之專利申請範圍則用以定義本發明。 3703-001TWP.doc-! 7/28 1275074 【圖式簡單說明】 第1圖繪示的是習知感觀式音訊編碼方法之功能方塊 圖； 第2圖繪示的是依照本發明一較佳實施例之分析能量 5均勻性以處理資料之方法之流程圖； 第3圖繪示的是依照本發明一較佳實施例之分析能量 均勻性以處理資料之方法之功能方塊圖； 第4圖繪示的是依照本發明另一較佳實施例之分析能 量均勻性以處理資料之方法之流程圖；以及， 10 第5圖繪示的是依照本發明又一較佳實施例之分析能 量均勻性以處理資料之方法之流程圖。 【圖號說明】 S204〜S220 :流程圖之步驟 15 302 :分析能量均勻性以處理資料之方法之功能方塊 S304〜S320 :流程圖之步驟 S404〜S420 :流程圖之步驟 S504〜S520 ··流程圖之步驟 3703-001TWP.doc-! 8/28

Claims (1)

1275074 申請專利範圍： 1. 一種分析能量均勻性以處理資料之方法’該方法包 括下列步驟： 執行一資料緩衝程序，以輸出一框架資料； 5 執行一資料處理程序，輸入該框架資料，輸出一去干 擾剩餘資料； 執行一能量框架程序，輸入該去干擾剩餘資料，將該 去干擾剩餘資料切割成N個子區塊，計算該些N個子區塊 之能量，以獲得複數個子區塊能量値，其中N係爲整數； 10以及， 執行一均勻檢知程序，輸入該些子區塊能量値，以檢 知該些子區塊能量値是否符合一能量關係； 若該些子區塊能量値符合該能量關係，則該些子區塊 能量均勻，該框架資料使用一長型窗編碼法處理，若該些 I5子區塊能量値不符合該能量關係，則該些子區塊能量不均 勻，該框架資料使用一短型窗編碼法處理。 2. 如申請專利範圍第1項所述之分析能量均勻性以處 理資料之方法，其中該資料緩衝程序更包括根據一壓縮方 法處理對應之該框架資料，以輸出該框架資料。 20 3.如申請專利範圍第1項所述之分析能量均勻性以處 理資料之方法，其中該框架資料係爲一脈衝碼調變資料。 4.如申請專利範圍第1項所述之分析能量均勻性以處 理資料之方法，其中該框架資料之容量係爲64字元之倍 3703-001TWP.doc-19/28 1275074 5. 如申請專利範圍第1項所述之分析能量均勻性以處 理資料之方法，其中該資料處理程序更包括下列步驟： 將該框架資料輸入一高通濾波器後，輸出一高通濾波 剩餘資料；以及， 5 執行一中心去除程序，輸入該高通瀘波剩餘資料，藉 由一中心去除運算式處理後，輸出該去干擾剩餘資料。 6. 如申請專利範圍第5項所述之分析能量均勻性以處 理資料之方法，其中該中心去除運算式係爲： =clc{x)= < X + CL\ x < -CL x - CL，，x>CL 0;-CL < x < CL 10 其中，X係爲該高通濾波剩餘資料，y係爲該去干擾剩 餘資料，CL爲實數。 7. 如申請專利範圍第1項所述之分析能量均勻性以處 理資料之方法，其中該資料處理程序更包括下列步驟： 執行一非均勻適應控制，輸入該框架資料與該些去干 15擾剩餘資料，藉由一能量差異運算式處理後，輸出一第一 差異特徵値。 8. 如申請專利範圍第7項所述之分析能量均勻性以處 理資料之方法，其中該能量差異運算式係爲： D =芩⑽)-卯))2 20其中，i係爲整數，A⑴係爲該框架資料，B⑴係爲該去干擾 剩餘資料。 9.如申請專利範圍第1項所述之分析能量均勻性以處 理資料之方法，其中該資料處理程序更包括下列步驟： 3703-001TWP.doc-20/28 1275074 執行一非均勻適應控制，輸入該框架資料與該高通濾 波剩餘資料，藉由一能量差異運算式處理後，輸出一第二 差異特徵値。 10. 如申請專利範圍第9項所述之分析能量均勻性以處 5理資料之方法，其中該能量差異運算式係爲： /) = X(^(〇-5(〇)2 其中，i係爲整數，A⑴係爲該框架資料，B(i)係爲該高通濾 波剩餘資料。 11. 如申請專利範圍第1項所述之分析能量均勻性以處 10理資料之方法，其中該資料處理程序更包括下列步驟： 執行一非均勻適應控制，輸入該去干擾剩餘資料與該 高通濾波剩餘資料，藉由一能量差異運算式處理後，輸出 一第三差異特徵値。 12. 如申請專利範圍第11項所述之分析能量均勻性以 15處理資料之方法，其中該資料處理程序更包括下列步驟： 執行一能量差異運算式，其中該能量差異運算式係 & · 爲· 其中，i係爲整數，A(i)係爲該高通濾波剩餘資料，Β⑴係爲 20該去干擾剩餘資料。 13. 如申請專利範圍第1項所述之分析能量均勻性以處 理資料之方法，更包括將該N個子區塊內之該去干擾剩餘 資料之能量個別地相加，以得到對應之該些子區塊能量 値。 3703-001TWP.doc-21/28 1275074 14.如申請專利範圍第1項所述之分析能量均勻性以處 理資料之方法，其中該能量框架程序更包括下列步驟： 由該些N個子區塊之能量値中，取出能量較大之μ個 子區塊之能量値，除以Μ，以得到一最大能量均値，其中， 5 Μ爲整數，Μ<Ν ; 由該些Ν個子區塊之能量値中，取出能量較小之ρ個 子區塊之能量値，除以Ρ，以得到一最小能量均値，其中， Ρ爲整數，Ρ<Ν ; 將該最大能量均値除以該最小能量均値即爲一第一能 1〇量比値；以及， 若該第一能量比値小於一差異臨界値，則該框架資料 符合該能量關係。 15·如申請專利範圍第14項所述之分析能量均勻性以 處理資料之方法，其中該差異臨界値Threshold係符合： 15 Threshold = (C - log(D))xW 其中，D係爲一第一差異特徵値、一第二差異特徵値與一 第三差異特徵値其中之一，C與W爲實數。 16·如申請專利範圍第1項所述之分析能量均勻性以處 理資料之方法，其中該能量框架程序更包括下列步驟： 2〇 由該些N個子區塊之能量値中，取出能量最大之一最 大能量値； 由該些N個子區塊之能量値中，取出能量最小之一最 小能量値；以及， 將該最大能量値除以該最小能量値即爲一第二能量比 25値；以及， 3703-001TWP.doc-22/28 1275074 若該第二能量比値小於一差異臨界値，則該框架資料 符合該能量關係。 17.如申請專利範圍第16項所述之分析能量均勻性以 處理資料之方法，其中該差異臨界値Threshold係符合： 5 Threshold = (C - log(D))xW 其中，D係爲係爲一第一差異特徵値、一第二差異特徵値 與一第三差異特徵値其中之一，C與W爲實數。 3703-001TWP.doc-23/28