一种语音数字信号的压缩方法及装置与流程

1.本发明涉及通信技术领域，特别涉及一种语音数字信号的压缩方法及装置。


背景技术：

2.分布式基站对智能终端设备发送的语音模拟信号进行模数转换，得到对应的语音数字信号，为了节省存储语音数字信号所占用的存储空间，以及减少传输语音数字信号时所占用的带宽，通常采用非均匀量化的方式对语音数字信号进行压扩处理。
3.具体地，在预先存储的查找表中，查找并输出与语音数字信号匹配的语音压缩信号。其中，查找表存储了各个语音数字信号，与基于a律压缩算法得到的语音压缩信号之间的映射关系。
4.随着分布式基站的计算能力逐步提高，使用查表法压缩语音数字信号，会占用了大量的存储空间。
5.有鉴于此，需要设计一种新的语音数字信号的压缩方法，以克服上述缺陷。


技术实现要素：

6.本发明实施例提供一种语音数字信号的压缩方法及装置，用以解决查找表占用大量存储空间的问题。
7.本发明实施例提供的具体技术方案如下：
8.第一方面，本发明实施提供了一种语音数字信号的压缩方法，包括：
9.基于原始语音数字信号，得到第一语音数字信号，其中，所述第一语音数字信号为无符号位的二进制数；
10.基于预设的归一化规则，确定所述第一语音数字信号的指数值，并调用与所述指数值匹配的二阶拟合曲线，对所述第一语音数字信号进行压缩，得到第二语音数字信号；
11.对所述第二语音数字信号依次进行冗值截断和符号位复位处理，得到并输出第三语音数字信号。
12.可选的，基于原始语音数字信号，得到第一语音数字信号，包括：
13.对所述原始语音数字信号的数值位取绝对值，得到所述第一语音数字信号；或者，
14.在确定所述原始语音数字信号为正数时，将所述原始语音数字信号的数值位确定为所述第一语音数字信号；
15.在确定所述原始语音数字信号为负数时，对所述原始语音数字信号的数值位取绝对值，得到所述第一语音数字信号。
16.可选的，对所述原始数字信号的数值位取绝对值，包括：
17.获取所述原始语音数字信号的符号位；
18.若所述符号位表征所述原始语音数字信号为正数，则对所述原始语音数字信号中的数值位执行原码运算；
19.若所述符号位表征所述原始语音数字信号为负数，则对所述原始语音数字信号中
的数值位执行补码运算。
20.可选的，基于预设的归一化规则，确定所述第一语音数字信号的指数值，包括：
21.按照设定顺序，确定所述第一语音数字信号中设定指标的位置；
22.基于所述位置，确定所述第一语音数字信号的指数值。
23.可选的，对所述第二语音数字信号进行冗值截断处理，包括：
24.按照设定顺序，在确定所述第二语音数字信号中连续n个数值位为无效数值位时，对所述连续n个数值位进行截断处理。
25.可选的，在对所述第二语音数字信号进行冗值截断处理之后，进一步地，对所述第二语音数字信号进行符号位复位处理，包括：
26.将所述原始语音数字信号的符号位，添加到所述第二语音数字信号中。
27.第二方面，本发明实施例还提供了一种语音数字信号的压缩装置，包括：
28.转换单元，用于基于原始语音数字信号，得到第一语音数字信号，其中，所述第一语音数字信号为无符号位的二进制数；
29.压缩单元，用于基于预设的归一化规则，确定所述第一语音数字信号的指数值，并调用与所述指数值匹配的二阶拟合曲线，对所述第一语音数字信号进行压缩，得到第二语音数字信号；
30.处理单元，用于对所述第二语音数字信号依次进行冗值截断和符号位复位处理，得到并输出第三语音数字信号。
31.可选的，基于原始语音数字信号，得到第一语音数字信号，所述转换单元用于：
32.对所述原始语音数字信号的数值位取绝对值，得到所述第一语音数字信号；或者，
33.在确定所述原始语音数字信号为正数时，将所述原始语音数字信号的数值位确定为所述第一语音数字信号；
34.在确定所述原始语音数字信号为负数时，对所述原始语音数字信号的数值位取绝对值，得到所述第一语音数字信号。
35.可选的，对所述原始数字信号的数值位取绝对值，所述转换单元用于：
36.获取所述原始语音数字信号的符号位；
37.若所述符号位表征所述原始语音数字信号为正数，则对所述原始语音数字信号中的数值位执行原码运算；
38.若所述符号位表征所述原始语音数字信号为负数，则对所述原始语音数字信号中的数值位执行补码运算。
39.可选的，基于预设的归一化规则，确定所述第一语音数字信号的指数值，所述压缩单元用于：
40.按照设定顺序，确定所述第一语音数字信号中设定指标的位置；
41.基于所述位置，确定所述第一语音数字信号的指数值。
42.可选的，对所述第二语音数字信号进行冗值截断处理，所述处理单元用于：
43.按照设定顺序，在确定所述第二语音数字信号中连续n个数值位为无效数值位时，对所述连续n个数值位进行截断处理。
44.可选的，在对所述第二语音数字信号进行冗值截断处理之后，进一步地，对所述第二语音数字信号进行符号位复位处理，所述处理单元用于：
45.将所述原始语音数字信号的符号位，添加到所述第二语音数字信号中。
46.第三方面，本发明实施例还提供了一种计算设备，包括：
47.存储器，用于存储程序指令；
48.处理器，用于调用所述存储器中存储的程序指令，按照获得的程序执行上述任一项语音数字信号的压缩方法。
49.第四方面，本发明实施例还提供了一种存储介质，包括计算机可读指令，当计算机读取并执行所述计算机可读指令时，使得计算机执行上述任一项语音数字信号的压缩方法。
50.本发明有益效果如下：
51.本发明实施例中，先基于原始语音数字信号，得到无符号位的二进制数的第一语音数字信号；再基于归一化规则，确定第一语音数字信号的指数值，并调用与指数值匹配的二阶拟合曲线，对第一语音数字信号进行压缩，得到第二语音数字信号；最后，对第二语音数字信号依次进行符号位复位和冗值截断处理，得到并输出第三语音数字信号。通过调用二阶拟合曲线的方式，对第一语音数字信号进行压缩，相比于传统的查表法来说，可以节省大量的存储空间。
附图说明
52.图1为本发明实施例提供的压缩语音数字信号的流程示意图；
53.图2为本发明实施例提供的压缩原始语音数字信号2的流程示意图；
54.图3为本发明实施例提供的一种语音数字信号的压缩装置的结构示意图；
55.图4为本发明实施例提供的一种计算设备的结构示意图。
具体实施方式
56.为了解决查找表占用大量存储空间的问题，本技术实施例中，提出了一种新的技术方案。该方案包括：先基于原始语音数字信号，得到无符号位二进制数的第一语音数字信号；再基于归一化规则，确定第一语音数字信号的指数值，并调用与指数值匹配的二阶拟合曲线，对第一语音数字信号进行压缩，得到第二语音数字信号；最后，对第二语音数字信号依次进行符号位复位和冗值截断处理，得到并输出第三语音数字信号。
57.用户可以通过电话网或者网络通讯系统与其他用户进行通话。具体地，电话网或者网络通讯系统中的分布式基站，需要对用户发送的语音模拟信号进行模数转换处理，得到对应的语音数字信号，为了节省存储语音数字信号所占用的存储空间，以及减少传输语音数字信号时所占用的带宽，采用非均匀量化的方式，即调用相应的二阶拟合曲线对语音数字信号进行压扩处理。
58.下面结合附图对本发明优选的实施方式作出详细说明。
59.参阅图1所示，本发明实施例中，压缩语音数字信号的过程如下：
60.s101：基于原始语音数字信号，得到第一语音数字信号，其中，第一语音数字信号为无符号位的二进制数。
61.分布式基站对用户发送的语音模拟信号进行模数转换处理，得到原始语音数字信号，而原始语音数字信号是有符号位的二进制数，通常将数字信号的最左位确定为符号位，
其余位确定为数值位，其中，左边第二位为最高数值位，最右位为最低数值位。
62.可选的，可采用以下两种方式，得到第一语音数字信号：
63.方式一：对原始语音数字信号的数值位取绝对值，得到第一语音数字信号。
64.具体地，获取原始语音数字信号的符号位，若符号位表征原始语音数字信号为正数，则对原始语音数字信号中的数值位执行原码运算；若符号位表征原始语音数字信号为负数，则对原始语音数字信号中的数值位执行补码运算。
65.例如，原始语音数字信号1为00001010111101010，原始语音数字信号1的符号位为0，确定原始语音数字信号1为正数，对0001010111101010执行原码运算，得到第一语音数字信号1为0001010111101010。
66.又例如，原始语音数字信号2为10001010011011101，符号位为1，,确定原始语音数字信号2为负数，对0001010011011101执行补码运算，得到第一语音数字信号2为1110101100100011。
67.方式二：在确定原始语音数字信号为正数时，将原始语音数字信号的数值位确定为第一语音数字信号；在确定原始语音数字信号为负数时，对原始语音数字信号的数值位取绝对值，得到第一语音数字信号。
68.例如，原始语音数字信号3为00001110111001010，符号位为0，,确定原始语音数字信号3为正数，直接将原始语音数字信号3的数值位确定为第一语音数字信号，因此，第一语音数字信号3为0001110111001010。
69.又例如，原始语音数字信号4为10101010111001101，符号位为1，确定原始语音数字信号4为负数，对0101010111001101执行补码运算，得到第一语音数字信号4为1010101000110011。
70.无论是采用方式一亦或是方式二，生成第一语音数字信号，均需要对负数的原始语音数字信号取绝对值，这样，可以减小直接对负值压缩时带来的量化误差。
71.s102：基于预设的归一化规则，确定第一语音数字信号的指数值，并调用与指数值匹配的二阶拟合曲线，对第一语音数字信号进行压缩，得到第二语音数字信号。
72.在执行步骤102之前，需要先基于a律压扩的公式，分别计算出各个指数值的二阶拟合曲线。
73.a律压扩的公式如下所示：
[0074][0075]
其中，a为压缩参数，x为归一化的第一语音数字信号，y为压扩后的第二语音数字信号，sgn(x)是参数x的符号函数。在设定好压缩参数a的取值，和获取到第一语音数字信号x之后，能够根据公式(1)分别计算出各个指数值对应的二阶拟合曲线，以便对划分为不同指数值的语音数字信号，采用分段近似压缩的方式进行压缩，这样不仅提高了压缩效率，还可以减小压缩带来的量化误差。
[0076]
可选的，确定第一语音数字信号的指数值的过程描述如下：
[0077]
a1、按照设定顺序，确定第一语音数字信号中设定指标的位置。
[0078]
a2、基于位置，确定第一语音数字信号的指数值。
[0079]
在本发明实施例中，按照从左往右的顺序依次读取第一语音数字信号的各个数值位，将第一个为1的数值位确定为设定指标；再将第一个为1的数值位的位置，确定为第一语音数字信号的指数值。
[0080]
例如，第一语音数字信号1为0001010111101010，将第一语音数字信号1中的第一个数值位设定为第0位，以此类推，最后一个数值位是第15位，因此，设定指标的位置为3，即第一语音数字信号1的指数值为3。
[0081]
s103：对第二语音数字信号依次进行冗值截断和符号位复位处理，得到并输出第三语音数字信号。
[0082]
第一语音数字信号经过压缩处理，保证信号被压缩到多个高数值位中，为了减少传输信号时的带宽压力，以及节省信号存储时占用的存储空间，需要对第二语音数字信号进行冗值截断处理。可选的，对第二语音数字信号进行冗值截断处理的过程为：按照设定顺序，在确定第二语音数字信号中连续n个数值位为无效数值位时，对连续n个数值位进行截断处理。
[0083]
例如，第二语音数字信号1(00111110000000000)，自第7个数值位后连续n个数值位为0，因此，将7～15个数值位截断。
[0084]
本发明实施例中为了减小直接压缩负值带来的量化误差，通过处理原始语音数字信号，得到无符号位二进制数的第一语音数字信号，而采用二阶拟合曲线对第一语音数字信号压缩，得到的第二语音数字信号也是无符号位二进制数，但最终传输给其他用户的语音数字信号必须是有符号位的二进制数，因此，需要对冗值截断处理后的第二语音数字信号，进行符号位复位处理。可选的，对前述第二语音数字信号进行符号位复位处理的过程为：通过将原始语音数字信号的符号位，添加到第二语音数字信号中，完成第二语音数字信号的符号位复位处理。
[0085]
例如，对第一语音数字信号1(0001010111101010)压缩，得到经过冗值截断处理的第二语音数字信号1为0011111，而原始语音数字信号1的符号位为0，因此，经过符号位复位处理后的第二语音数字信号1为00011111。
[0086]
又例如，对第一语音数字信号2(1110101100100011)压缩，得到经过冗值截断处理的第二语音数字信号2为1110101，而原始语音数字信号2的符号位为1，因此，经过符号位复位处理后的第二语音数字信号2为11110101。
[0087]
为了便于理解，参阅图2所示，以一具体实施例为例描述压缩语音数字信号的过程。
[0088]
s201：确定原始语音数字信号2(10001010011011101)的符号位，以及采用绝对值(absolute，abs)对原始语音数字2进行取模操作，得到对应的第一语音数字信号2(1110101100100011)。
[0089]
s202：对第一语音数字信号2进行向量规范化(vector normalize，vnorm)操作，确定第一语音数字信号2的指数值为0。
[0090]
s203：调用与指数值0匹配的二阶拟合曲线1——49300*
x
19800，对第一语音数字信号2进行压缩，得到第二语音数字信号2(1110101000000000)。
[0091]
s204：对第二语音数字信号2中较低的6-7bit数值位进行截断处理，得到截断后的
第二语音数字信号2(1110101)。
[0092]
s205：将原始语音数字信号2的符号位1，添加到截断后的第二语音数字信号2(1110101)中，经过符号位复位处理后的第二语音数字信号2为11110101。
[0093]
s206：将压缩后的第二语音数字信号2(11110101)输出。
[0094]
基于同一发明构思，本发明实施例中，提供一种语音数字信号的压缩装置，参阅图3所示，至少包括转换单元301、压缩单元302和处理单元303，其中，
[0095]
转换单元301，用于基于原始语音数字信号，得到第一语音数字信号，其中，所述第一语音数字信号为无符号位的二进制数；
[0096]
压缩单元302，用于基于预设的归一化规则，确定所述第一语音数字信号的指数值，并调用与所述指数值匹配的二阶拟合曲线，对所述第一语音数字信号进行压缩，得到第二语音数字信号；
[0097]
处理单元303，用于对所述第二语音数字信号依次进行冗值截断和符号位复位处理，得到并输出第三语音数字信号。
[0098]
可选的，基于原始语音数字信号，得到第一语音数字信号，所述转换单元301用于：
[0099]
对所述原始语音数字信号的数值位取绝对值，得到所述第一语音数字信号；或者，
[0100]
在确定所述原始语音数字信号为正数时，将所述原始语音数字信号的数值位确定为所述第一语音数字信号；
[0101]
在确定所述原始语音数字信号为负数时，对所述原始语音数字信号的数值位取绝对值，得到所述第一语音数字信号。
[0102]
可选的，对所述原始数字信号的数值位取绝对值，所述转换单元301用于：
[0103]
获取所述原始语音数字信号的符号位；
[0104]
若所述符号位表征所述原始语音数字信号为正数，则对所述原始语音数字信号中的数值位执行原码运算；
[0105]
若所述符号位表征所述原始语音数字信号为负数，则对所述原始语音数字信号中的数值位执行补码运算。
[0106]
可选的，基于预设的归一化规则，确定所述第一语音数字信号的指数值，所述压缩单元302用于：
[0107]
按照设定顺序，确定所述第一语音数字信号中设定指标的位置；
[0108]
基于所述位置，确定所述第一语音数字信号的指数值。
[0109]
可选的，对所述第二语音数字信号进行冗值截断处理，所述处理单元303用于：
[0110]
按照设定顺序，在确定所述第二语音数字信号中连续n个数值位为无效数值位时，对所述连续n个数值位进行截断处理。
[0111]
可选的，在对所述第二语音数字信号进行冗值截断处理之后，进一步地，对所述第二语音数字信号进行符号位复位处理，所述处理单元303用于：
[0112]
将所述原始语音数字信号的符号位，添加到所述第二语音数字信号中。
[0113]
基于同一发明构思，本发明实施例中，提供一种计算设备，参阅图4所示，至少包括存储器401和至少一个处理器402，其中，存储器401和处理器402通过通信总线完成相互间的通信；
[0114]
存储器401用于存储程序指令；
[0115]
处理器402用于调用存储器401中存储的程序指令，按照获得的程序执行前述语音数字信号的压缩方法。
[0116]
基于同一发明构思，本发明实施例中，提供一种存储介质，至少包括计算机可读指令，当计算机读取并执行所述计算机可读指令时，使得计算机执行前述语音数字信号的压缩方法。
[0117]
综上所述，先基于原始语音数字信号，得到无符号位的二进制数的第一语音数字信号；再基于归一化规则，确定第一语音数字信号的指数值，并调用与指数值匹配的二阶拟合曲线，对第一语音数字信号进行压缩，得到第二语音数字信号；最后，对第二语音数字信号依次进行符号位复位和冗值截断处理，得到并输出第三语音数字信号。
[0118]
先将原始语音数字信号转换为，无符号位的二进数的第一语音数字信号，可以减小直接对负值压缩带来的量化误差；再调用与第一语音数字信号的指数值匹配的二阶拟合曲线，对第一语音数字信号进行压缩，相比于现有技术采用的查表法，无需提前存储大量的查找表，节省存储空间。
[0119]
本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、cd-rom、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
[0120]
本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
[0121]
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
[0122]
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
[0123]
尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。
[0124]
显然，本领域的技术人员可以对本发明实施例进行各种改动和变型而不脱离本发明实施例的精神和范围。这样，倘若本发明实施例的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。