音頻編解碼之G7221解碼器

如有不當之處歡迎批評指正

前述

  上篇文章《音頻編解碼之G7221編碼器》介紹了G.722.1的編碼器部分，這篇文章介紹其解碼器部分。

簡介

• G.722.1是一種基於變換域編碼的算法
• 採樣率： 16000hz
• 比特率： 24kbit/s 32kbit/s
• 變換域： MLT(Modulated Lapped Transform)
• 幀長： 20ms
• 變換窗長： 40ms
• 有效編碼帶寬： 50～7000hz

解碼器

  解碼器先對每個區域的幅度包絡進行解碼，然後使用與編碼器同樣的方式產生16種不同的編碼方法，再通過分類控制比特確定編碼器所選用的編碼方法，最後對MLT係數解碼重建。

1. 解碼幅度包絡

  接收到碼流中的前5個比特表示第0個區域幅度包絡的量化索引$rms\_index(0)$，通過查表的方式解碼出
$diff\_rms\_index(r), 1\leq{r}<14$
  並通過以下方式得到其他區域幅度包絡的量化索引
$rms\_index(r) = rms\_index(r-1) + diff\_rms\_index(r), 1\leq{r}<14, 1\leq{r}<14$
  然後通過$rms\_index(r)$得到區域的幅度包絡$rms(r)$。

2. 確定編碼類型

  使用與編碼器中相同的方法，生成16種不同的編碼方法，並通過分類控制比特確定編碼器所使用的編碼方法。

3. 解碼MLT係數

  通過查表解碼得到$vector\_index(v)$，並通過下式得到MLT係數的量化索引
$k(j)=\lfloor\frac{vector\_index(v)}{(kmax+1)^{l}}\rfloor MOD(kmax+1)$
  其中$MOD$爲取餘操作
$j=(v+1)\bm{vd}-l-1$ $0\leq{l}\leq{\bm{vd}-1}$$0\leq{v}\leq{\bm{vpr}-1}$
  上面式子中所用到的變量可在編碼器一文中找到對應的定義。爲什麼對$vector\_index$經過上面式子的運算就能得到$k$哪，先回顧一下編碼器一文中的式子
$vector\_index(v)=\sum_{l=0}^{\bm{vd}-1}{k(v*\bm{vd}+l)(kmax+1)^{\bm{vd}-(l+1)}}$
這個式子是由$k$得到$vector\_index$, 正好與前一個式子相反。下面舉個例子詳細說明一下這兩個互爲“逆”的式子。
  假設給區域0分配的類別值是0，那麼由編碼器一文可知，該區域在編碼階段將包含10個矢量，每個矢量包含2個標量，以第2個矢量$[k(2), k(3)]$爲例, 可知$v=1$, $\bm{vd}=2$, $kmax=13$, 帶入上式可得
$vector\_index(1)=k(1*2+0)*(13+1)^{2-(0+1)}+k(1*2+1)*(13+1)^{2-(1+1)}$
  化簡之後可得
$vector\_index(1)=k(2)*14+k(3)$
  現在知道了如何由$k(2)$和$k(3)$得到$vector\_index(1)$，那麼再通過之前的那個式子看如何由$vector\_index(1)$得到$k(2)$和$k(3)$，
$l=0 \rArr \lfloor\frac{vector\_index(1)}{(13+1)^{0}}\rfloor MOD(13+1)=k(3)$
$l=1 \rArr \lfloor\frac{vector\_index(1)}{(13+1)^{1}}\rfloor MOD(13+1)=k(2)$
  通過這個式子相信大家明白了$k$和$vector\_index$之間是如何互相計算得到的。計算出MLT係數的量化索引$k(j)$之後，將$k(j)$映射到表1所對應的值，然後將該值與解碼得到的幅度包絡$rms(r)$相乘得到MLT係數幅度，並按照符號比特設置非零係數的符號。

表1 G.722.1用來重建MLT係數的參數

4. 噪聲填充

  沒有對類別爲7 的區域的MLT係數幅度進行編碼，解碼時將其用噪聲代替。在編碼類別爲5和6的區域時，由於量化步長較大，因此也有許多係數被量化爲了0，解碼時同樣將其用噪聲代替。這些噪聲由於符號隨機、幅度與$rms(r)$成比例的係數值代替。表2規定了比例常數。

表2 G.722.1噪聲填充比例性常數

5. 欠缺的比特

  編碼時，可能編碼器在完成最後一個非類別7區域的編碼之前比特已經不夠用了。這種情況下，解碼器將該區域以及剩餘的所有區域當成類別7作處理。

6. 丟幀補償

  解碼器若獲知當前幀丟失，則使用前一幀已解碼的MLT係數。若前一幀也丟失，解碼器將當前幀的MLT係數全部置爲0。

7.逆MLT 變換

  將MLT係數轉換到時域，這兒不具體介紹公式。

8.總結

  磕磕絆絆花了一天多的時間終於寫完了，這其實是筆者1年前的工作了, 有好多細節得重新回憶，可能還有好多地方理解地不對。筆者在剛開始學習G.722.1編解碼器的時候有好多細節不懂，至今也是。比如生成16種編碼方法的具體做法，以及爲什麼要那樣做，其次就是G.722.1中有大量的表格，那些值是怎麼得到的，其中某些值的含義又是什麼。如果讀者瞭解其中詳情或是發現文章中有理解錯誤的地方，還請多多賜教！