оптимизированное по точности кодирование с переменной длиной кадра

Формула изобретения

1. Способ кодирования полифонических сигналов, содержащий этапы, на которых генерируют первый выходной сигнал, представляющий параметры кодирования, характеризующие основной сигнал на основе сигналов, по меньшей мере, первого и второго канала; и генерируют второй выходной сигнал, представляющий параметры кодирования, характеризующие побочный сигнал на основе сигналов, по меньшей мере, первого и второго канала в кадре кодирования, отличающийся тем, что дополнительно содержит этап, на котором обеспечивают, по меньшей мере, две схемы кодирования, причем каждая из, по меньшей мере, двух схем кодирования характеризуется соответствующим набором субкадров, вместе составляющих кадр кодирования, при этом сумма длин субкадров в каждой схеме кодирования равна длине кадра кодирования; каждый набор субкадров содержит, по меньшей мере, один субкадр; причем этап генерирования второго выходного сигнала содержит этап, на котором выбирают схему кодирования, по меньшей мере, частично в зависимости от содержимого текущего побочного сигнала; при этом второй выходной сигнал кодируют в каждом из субкадров выбранного набора субкадров отдельно.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что этап генерирования второго выходного сигнала содержит этапы, на которых генерируют параметры кодирования, представляющие побочный сигнал, являющийся первой линейной комбинацией сигналов, по меньшей мере, первого и второго канала, в пределах всех субкадров каждого из, по меньшей мере, двух наборов субкадров отдельно; вычисляют общую меру точности для каждой из, по меньшей мере, двух схем кодирования, причем упомянутая мера точности представляет собой объективное значение качества кодирования сигналов; и выбирают кодированный сигнал со схемы кодирования, имеющей наилучшую меру точности, в качестве параметров кодирования, представляющих побочный сигнал.

3. Способ по п.2, отличающийся тем, что мера точности основана на измерении отношения "сигнал-шум".

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что субкадры имеют длину l _sf согласно

,

где l_f - длина кадра кодирования, n - целое число.

5. Способ по п.4, отличающийся тем, что n меньше, чем заранее определенное значение.

6. Способ по п.5, отличающийся тем, что, по меньшей мере, две схемы кодирования содержат все перестановки длин субкадров.

7. Способ по любому из пп.1-6, отличающийся тем, что этап генерирования параметров кодирования, представляющих основной сигнал содержит этапы, на которых создают основной сигнал как вторую линейную комбинацию сигналов, по меньшей мере, первого и второго канала; и кодируют основной сигнал в параметры кодирования, представляющие основной сигнал, этап кодирования побочных сигналов содержит этапы, на которых создают побочный остаточный сигнал как разность между побочным сигналом и основным сигналом, масштабированным посредством коэффициента симметрирования; при этом коэффициент симметрирования определяют как коэффициент, минимизирующий побочный остаточный сигнал согласно критерию качества; кодируют побочный остаточный сигнал и коэффициент симметрирования в параметры кодирования, представляющие побочный сигнал.

8. Способ по п.7, отличающийся тем, что критерий качества основан на измеренном значении согласно методу наименьших квадратов.

9. Способ по любому из пп.1-6, отличающийся тем, что этап кодирования побочного сигнала дополнительно содержит этап, на котором масштабируют побочный сигнал к контуру энергии основного сигнала.

10. Способ по п.9, отличающийся тем, что масштабирование побочного сигнала представляет собой деление на коэффициент, являющийся монотонной непрерывной функцией контура энергии основного сигнала.

11. Способ по п.10, отличающийся тем, что монотонной непрерывной функцией является функция квадратного корня.

12. Способ по п.10, отличающийся тем, что контур энергии Е_с основного сигнала X_mono вычисляют по субкадру согласно

начало окна m конец окна,

где L - произвольный коэффициент, n - индекс суммирования, m - выборка в пределах субкадра и w(n) - функция окна.

13. Способ по п.12, отличающийся тем, что функцией окна является функция прямоугольного окна.

14. Способ по п.12, отличающийся тем, что функцией окна является функция окна Хэмминга.

15. Способ по любому из пп.1-6, отличающеийся тем, что, по меньшей мере, две схемы кодирования содержат различные принципы кодирования побочного сигнала.

16. Способ по п.15, отличающийся тем, что, по меньшей мере, первая схема кодирования из, по меньшей мере, двух схем кодирования содержит первый принцип кодирования побочного сигнала для всех субкадров, и, по меньшей мере, вторая схема кодирования из, по меньшей мере, двух схем кодирования содержит второй принцип кодирования побочного сигнала для всех субкадров.

17. Способ по п.15, отличающийся тем, что, по меньшей мере, одна схема кодирования из, по меньшей мере, двух схем кодирования содержит первый принцип кодирования побочного сигнала для одного субкадра и второй принцип кодирования побочного сигнала для другого субкадра.

18. Способ по п.1, отличающийся тем, что этап генерирования второго выходного сигнала, в свою очередь, содержит этапы, на которых анализируют спектральные характеристики побочного сигнала, являющегося первой линейной комбинацией сигналов, по меньшей мере, первого и второго канала; выбирают набор субкадров на основе проанализированных спектральных характеристик; и кодируют побочный сигнал в пределах всех субкадров выбранного набора субкадров отдельно.

19. Способ по любому из пп.1-6, отличающийся тем, что этап генерирования второго выходного сигнала применяют в ограниченном частотном диапазоне.

20. Способ по п.19, отличающийся тем, что этап генерирования второго выходного сигнала применяют только для частот ниже 2 кГц.

21. Способ по п.20, отличающийся тем, что этап генерирования второго выходного сигнала применяют только для частот ниже 1 кГц.

22. Способ по любому из пп.1-6, отличающийся тем, что полифонические сигналы представляют музыкальные сигналы.

23. Способ декодирования полифонических сигналов, содержащий этапы, на которых декодируют параметры кодирования, представляющие основной сигнал; декодируют параметры кодирования, представляющие побочный сигнал в рамках кадра кодирования; и объединяют, по меньшей мере, декодированный основной сигнал и декодированный побочный сигнал в сигналы, по меньшей мере, первого и второго канала, отличающийся тем, что содержит этапы, на которых обеспечивают, по меньшей мере, две схемы кодирования, причем каждая из двух схем кодирования характеризуется набором субкадров, вместе составляющих кадр кодирования, при этом сумма длин субкадров в каждой схеме кодирования равна длине кадра кодирования; при этом каждый набор субкадров содержит, по меньшей мере, один субкадр; причем этап декодирования параметров кодирования, представляющих побочный сигнал содержит этап, на котором декодируют параметры кодирования, представляющие побочный сигнал, независимо в субкадрах одной из, по меньшей мере, двух схем кодирования.

24. Устройство кодирования полифонических сигналов, содержащее средство для ввода полифонических сигналов, содержащее, по меньшей мере, первый и второй канал, средство для генерирования первого выходного сигнала, представляющего параметры кодирования, характеризующие основной сигнал на основе сигналов, по меньшей мере, первого и второго канала; средство для генерирования второго выходного сигнала, представляющего параметры кодирования, характеризующие побочный сигнал на основе сигналов, по меньшей мере, первого и второго канала в кадре кодирования; и средство для вывода; отличающееся тем, что содержит средство для обеспечения, по меньшей мере, двух схем кодирования, причем каждая из, по меньшей мере, двух схем кодирования характеризуется соответствующим набором субкадров, вместе составляющих кадр кодирования, при этом сумма длин субкадров в каждой схеме кодирования равна длине кадра кодирования; каждый набор субкадров содержит, по меньшей мере, один субкадр; причем средство для генерирования второго выходного сигнала содержит средство для выбора схемы кодирования, по меньшей мере, частично в зависимости от содержимого текущего побочного сигнала; средство для кодирования побочного сигнала в каждом из субкадров выбранной схемы кодирования отдельно.

25. Устройство декодирования полифонических сигналов, содержащее средство для ввода параметров кодирования, представляющих основной сигнал, и параметров кодирования, представляющих побочный сигнал, средство для декодирования параметров кодирования, представляющих основной сигнал; средство для декодирования параметров кодирования, представляющих побочный сигнал в кадре кодирования; средство для объединения, по меньшей мере, декодированного основного сигнала и декодированного побочного сигнала в сигналы, по меньшей мере, первого и второго канала; и средство для вывода, отличающийся тем, что средство для декодирования параметров кодирования, представляющих побочный сигнал, содержит средство для обеспечения, по меньшей мере, двух схем кодирования, причем каждая из, по меньшей мере, двух схем кодирования характеризуется соответствующим набором субкадров, вместе составляющих кадр кодирования, при этом сумма длин субкадров в каждой схеме кодирования равна длине кадра кодирования; каждый набор субкадров содержит, по меньшей мере, один субкадр; и средство для декодирования параметров кодирования, представляющих побочный сигнал, отдельно в субкадрах одной из, по меньшей мере, двух схем кодирования.

26. Аудиосистема содержащая, по меньшей мере, одно из: устройства кодирования полифонических сигналов по п.24 и устройства декодирования полифонических сигналов по п.25.

Описание изобретения к патенту

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится, к кодированию аудиосигналов, в частности к кодированию многоканальных аудиосигналов.

Предшествующий уровень техники

На рынке существует большая потребность передавать и сохранять аудиосигналы на низкой скорости передачи в битах, одновременно сохраняя высокое качество звука. В частности, в случаях, когда ресурсы передачи или объем памяти ограничены, работа с низкой скоростью передачи в битах является важнейшим фактором стоимости. В типовом случае это имеет место, например, в приложениях потоковой передачи и обмена сообщениями в системах мобильной связи, например, GSM, UMTS или CDMA.

В настоящее время не существует стандартизированных кодеков, обеспечивающих высокое стереофоническое качество звука на скоростях передачи в битах, которые представляют экономический интерес для использования в системах мобильной связи. С помощью доступных кодеков возможна монофоническая передача звуковых сигналов. Также доступна стереофоническая передача в некоторой степени. Тем не менее, ограничения на скорость передачи в битах обычно требуют достаточно радикального ограничения на представление стерео.

Наиболее простой способ стереофонического или многоканального кодирования аудиосигналов - кодировать сигналы различных каналов по отдельности как отдельные и независимые сигналы. Еще один базовый способ, используемый при ЧМ-стереорадиопередаче, который обеспечивает совместимость с традиционными монофоническими радиоприемниками, - передавать суммарный и разностный сигнал двух используемых каналов.

Современные аудиокодеки, например, MPEG-1/2 Layer III и MPEG-2/4 AAC применяют так называемое объединенное стереокодирование. Согласно этому методу сигналы различных каналов обрабатываются совместно, а не отдельно и один за другим. Два наиболее часто используемых метода объединенного стереокодирования известны как стереокодирование по методу "Mid/Side" (M/S) и стереокодирование по интенсивности, которые обычно применяются на поддиапазонах стерео- или многоканальных сигналов, которые должны кодироваться.

M/S-стереокодирование аналогично описанной процедуре в ЧМ-стереорадиопередаче в том смысле, что оно кодирует и передает суммарный и разностный сигналы поддиапазонов канала и тем самым использует избыточность между поддиапазонами канала. Структура и работа кодера, основанного на M/S-стереокодировании, описана, например, в патенте США № 5285498, на имя J.D.Johnston.

Стереокодирование по интенсивности, с другой стороны, может использовать нерелевантность стерео. Оно передает объединенную интенсивность каналов (различных поддиапазонов) вместе с определенной информацией о местоположении, показывающей, как интенсивность распределена между каналами. Стереокодирование по интенсивности не только предоставляет информацию о спектральной амплитуде каналов. Информация о фазах не передается. По этой причине и поскольку временная межканальная информация (более конкретно, межканальная разность времен) представляет важнейшую психоакустическую значимость, особенно на более низких частотах, стереокодирование по интенсивности может быть использовано только на высоких частотах около, к примеру, 2 КГц. Способ стереокодирования по интенсивности описан, к примеру, в Европейском патенте № 0497413, на имя R, Veldhuis et al.

Недавно разработанный способ стереокодирования, описан, к примеру, в материалах конференции с названием C.Faller et al. "Binaural cue coding applied to stereo and multi-channel audio compression", 112th AES convention, май 2002 года, Мюнхен, Германия, С. Фаллер и др. Этот способ представляет собой способ параметрического кодирования многоканального аудиосигнала. Базовый принцип состоит в том, что на стороне кодирования входные сигналы из N каналов C1, C2,..., CN объединяются в один моносигнал m. Моносигнал представляет собой аудиосигнал, закодированный с использованием любого традиционного монофонического аудиокодека звука. Параллельно извлекаются параметры из канальных сигналов, которые описывают многоканальное изображение. Параметры кодируются и передаются декодеру вместе битовым потоком аудиосигнала. Декодер сначала декодирует моносигнал m' и затем регенерирует канальные сигналы C₁', C₂ ',..., C_N' на основе параметрического описания многоканального изображения.

Принцип способа стереофонического кодирования по меткам (BCC) заключается в том, что он передает закодированный моносигнал и так называемые параметры BCC. Параметры BCC содержат закодированные разности межканальных уровней и разности межканальных времен для поддиапазонов исходного многоканального входного сигнала. Декодер восстанавливает различные канальные сигналы посредством применения регулирования по поддиапазонам уровня фазы моносигнала на основе параметров BCC. Преимущество по сравнению с M/S- или стереокодированием по интенсивности заключается в том, что стереоинформация, содержащая временную межканальную информацию, передается на гораздо более низких скоростях в битах. Тем не менее, этот метод требует частотно-временных преобразований, требующих больших объемов вычислений, по каждому из каналов, как в кодере, так и в декодере.

Более того, BCC не использует тот факт, что значительная часть стереоинформации, особенно на низких частотах, рассеяна, т.е. она не поступает с какого-либо конкретного направления. Диффузные акустические поля существуют в обоих каналах стереозаписи, но они в значительной степени не совпадают по фазе по отношению друг к другу. Если такой алгоритм, как BCC, применяется для записей с большим количеством диффузных акустических полей, воспроизведенное стереоизображение будет искаженным из-за скачков слева направо, поскольку алгоритм BCC может выбирать сигнал для отображения только в конкретных полосах частот слева или справа.

Возможным средством кодирования стереосигнала и обеспечения хорошего воспроизведения диффузных акустических полей является использование схемы кодирования, сходной с методом, использованным в ЧМ-стереорадиовещании, а именно, кодирование моно- (левый+правый) и разностного (левый-правый) сигналов отдельно.

Способ, описанный в патенте США 5434948, на имя С. Е. Holt et al., использует аналогичный метод, как и в BCC, для кодирования моносигнала и дополнительной информации. В этом случае дополнительная информация состоит из фильтров предсказателей и факультативно остаточного сигнала. Фильтры предсказателей, оцененные посредством алгоритма наименьших квадратов, в применении к моносигналу дают возможность предсказания многоканальных звуковых сигналов. С помощью этого способа можно реализовать кодирование на очень низких скоростях передачи в битах многоканальных источников звука, однако ценой снижения качества, как дополнительно описано ниже.

Наконец, для полноты следует упомянуть метод, используемый в трехмерном аудиосигнале. Этот метод синтезирует сигналы правого и левого канала посредством фильтрации сигналов источника звука с помощью так называемых основанных на положении головы фильтров. Однако этот метод требует, чтобы сигналы различных источников звука были разделены и, таким образом, не может быть в общем случае применен для стерео- или многоканального кодирования.

Сущность изобретения

Проблема в существующих схемах кодирования, основанных на кодировании кадров сигналов, в частности основного сигнала и одного или более побочных сигналов, заключается в том, что деление звуковой информации на кадры может вводить непривлекательные дефекты восприятия. Деление информации на кадры относительно большой длительности в общем снижает среднюю требуемую скорость передачи в битах. Это может быть полезно, например, для музыки, содержащей большую долю диффузного звука. Однако для насыщенной музыки с множеством переходов или речи быстрые временные вариации "размазываются" в течение длительности кадра, приводя к паразитным звукам или даже к проблемам с упреждающим эхо. Кодирование коротких кадров, напротив, обеспечивает более точное представление звука, минимизируя энергию, но требует более высоких скоростей передачи в битах и больших вычислительных ресурсов. Эффективность кодирования по существу также может падать при кадрах очень небольшой длины. Введение большего числа границ кадров может также привести к неоднородностям параметров кодирования, которые могут проявляться как дефекты восприятия.

Дополнительная проблема в схемах, основанных на кодировании основного и одного или нескольких побочных сигналов, заключается в том, что они требуют относительно значительных вычислительных ресурсов. В частности, когда используются короткие кадры, обработка неоднородностей параметров от одного кадра к другому является сложной задачей.

Когда используются длинные кадры, ошибки оценки звука с переходами могут вызывать очень значительные побочные сигналы, в свою очередь увеличивающие требование к скорости передачи.

Цель настоящего изобретения, следовательно, заключается в обеспечении способа и устройства кодирования, повышающих качество восприятия многоканальных звуковых сигналов, в частности, чтобы избежать дефектов, таких как упреждающее эхо, паразитные звуки или дефекты неоднородности кадров. Дополнительная цель настоящего изобретения заключается в обеспечении способа и устройства кодирования, требующих меньшей вычислительной мощности и имеющих более постоянные требования к скорости передачи в битах.

Вышеуказанные цели достигаются посредством способов и устройств согласно формуле изобретения. В основном полифонические сигналы используются для создания основного сигнала, в типовом случае моносигнала, и побочного сигнала. Основной сигнал кодируется согласно известным принципам кодирования. Преложен ряд схем кодирования побочного сигнала. Каждая схема кодирования характеризуется набором субкадров различной длины. Общая длина субкадров соответствует длине кадра кодирования схемы кодирования. Наборы субкадров содержат, по меньшей мере, один субкадр. Схема кодирования, которая должна быть использована для побочного сигнала, выбирается, по меньшей мере частично, на основе текущего содержимого полифонических сигналов.

В одном варианте осуществления выбор делается (либо до кодирования) на основе анализа характеристик сигнала. В другом варианте осуществления побочный сигнал кодируется посредством каждой из схем кодирования и на основе измерений качества кодирования выбирается наилучшая схема кодирования.

В предпочтительном варианте осуществления побочный остаточный сигнал создается как разность между побочным сигналом и основным сигналом, масштабированная с помощью коэффициента симметрирования. Коэффициент симметрирования выбирается, чтобы минимизировать побочный остаточный сигнал. Оптимизированный побочный остаточный сигнал и коэффициент симметрирования кодируются и предоставляются в качестве параметров, представляющих побочный сигнал. На стороне декодера коэффициент симметрирования, побочный остаточный сигнал и основной сигнал используются для восстановления побочного сигнала.

В дополнительном предпочтительном варианте осуществления кодирование побочного сигнала содержит масштабирование контура энергии, чтобы избежать эффектов упреждающего эхо. Более того, различные схемы кодирования содержат различные процедуры кодирования в отдельных субкадрах.

Основное преимущество настоящего изобретения заключается в том, что повышается надежность восприятия звуковых сигналов. Более того, настоящее изобретение по-прежнему дает возможность передачи многоканальных сигналов на очень низких скоростях в битах.

Краткое описание чертежей

Изобретение вместе со своими дополнительными целями и преимуществами поясняются в последующем описании, со ссылками на чертежи, из которых:

Фиг.1 - блок-схема системы передачи полифонических сигналов;

Фиг.2a - блок-схема кодера в передающем устройстве;

Фиг.2b - блок-схема декодера в передающем устройстве;

Фиг.3a - схема, иллюстрирующая кодирование кадров различной длины;

Фиг.3b и 3c - блок-схемы вариантов осуществления устройств кодирования побочных сигналов согласно настоящему изобретению;

Фиг.4 - блок-схема варианта осуществления кодера, использующего кодирование побочного сигнала с учетом коэффициента симметрирования;

Фиг.5 - блок-схема варианта осуществления кодера в многосигнальных системах;

Фиг.6 - блок-схема варианта осуществления декодера, подходящего для декодирования сигналов с устройства, показанного на фиг.5;

Фиг.7a и 7b - схемы, иллюстрирующие дефект упреждающего эхо;

Фиг.8 - блок-схема варианта осуществления устройства кодирования побочного сигнала согласно настоящему изобретению, использующего различные принципы кодирования в различных субкадрах;

Фиг.9 иллюстрирует применение различных принципов кодирования в различных поддиапазонах частот;

Фиг.10 - блок-схема последовательности основных этапов варианта осуществления способа кодирования согласно настоящему изобретению; и

Фиг.11 - блок-схема последовательности основных этапов варианта осуществления способа декодирования согласно настоящему изобретению.

Подробное описание изобретения

Фиг.1 иллюстрирует типичную систему 1, в которой настоящее изобретение может быть преимущественно использовано. Передающее устройство 10 содержит антенну 12, включающую в себя аппаратные средства и программное обеспечение, обеспечивающие возможность передавать радиосигналы 5 приемному устройству 20. Передающее устройство 10 содержит помимо других компонентов многоканальный кодер 14, который преобразует сигналы ряда входных каналов 16 в выходные сигналы, подходящие для радиопередачи. Примеры подходящих многоканальных кодеров 14 подробнее описаны ниже. Сигналы входных каналов 16 могут быть предоставлены, к примеру, из памяти 18 аудиосигналов, например, из файла данных цифрового представления аудиозаписей, аудиозаписи звука на магнитной ленте или виниловом диске и т.д. Сигналы входных каналов 16 также могут обеспечиваться "вживую", к примеру, из набора микрофонов 19. Аудиосигналы оцифровываются, если не находятся уже в цифровой форме, перед вводом в многоканальный кодер 14.

На стороне приемного устройства 20 антенна 22 со связанными аппаратными средствами и программным обеспечением обеспечивают обработку фактического приема радиосигналов 5, представляющих полифонические аудиосигналы. Реализуются типовые функциональные возможности, например коррекция ошибок. Декодер 24 декодирует принятые радиосигналы 5 и преобразует аудиоданные, передаваемые, таким образом, в сигналы ряда выходных каналов 26. Выходные сигналы могут выдаваться, например, на громкоговорители 29 для немедленного представления или могут быть сохранены в памяти 28 аудиосигналов любого типа.

Системой 1 может быть, например, система телефонных конференций, система для предоставления аудиоуслуг или других аудиоприложений. В некоторых системах, таких как, к примеру, система телефонных конференций, обмен данными должен быть дуплексного типа, тогда как, к примеру, распространение музыки от поставщика услуг к абоненту должно быть, по существу, одностороннего типа. Передача сигналов от передающего устройства 10 к приемному устройству 20 также может выполняться любыми другими средствами, к примеру, посредством других видов электромагнитных волн, кабелей или оптоволокна, а также их сочетаний.

Фиг.2a иллюстрирует вариант осуществления кодера согласно настоящему изобретению. В данном варианте осуществления полифонический сигнал представляет собой стереосигнал, содержащий два канала a и b, принятый на входе 16A и 16B соответственно. Сигналы канала a и b подаются в устройство 32 предварительной обработки, где могут выполняться различные процедуры предварительного формирования сигнала. Сигналы (возможно, модифицированные) из выхода устройства 32 предварительной обработки, суммируются в устройстве 34 суммирования. Устройство 34 суммирования также делит сумму на два. Сигнал x _mono, генерируемый таким образом, является основным сигналом из стереосигналов, поскольку он по существу содержит все данные из обоих каналов. В этом варианте осуществления основной сигнал, таким образом, представляет чистый "моно-" сигнал. Основной сигнал x_mono подается на устройство 38 кодирования основного сигнала, которое кодирует основной сигнал согласно любым надлежащим принципам кодирования. Эти принципы известны из предшествующего уровня техники и поэтому дополнительно не описываются. Устройство 38 кодирования основного сигнала выдает выходной сигнал p_mono, представляющий параметры кодирования, характеризующие основной сигнал.

В устройстве 36 вычитания разность (поделенная на два) канальных сигналов обеспечивается как побочный сигнал x_side . В этом варианте осуществления побочный сигнал представляет разницу между двумя каналами в стереосигнале. Побочный сигнал x_side подается в устройство 30 кодирования побочных сигналов. Предпочтительные варианты осуществления устройства 30 кодирования побочных сигналов дополнительно описываются ниже. Согласно процедуре кодирования побочных сигналов, которая подробнее описана ниже, побочный сигнал x_side преобразуется в параметры кодирования p_side, представляющие побочный сигнал x_side. В некоторых вариантах осуществления данное кодирование осуществляется с использованием также информации основного сигнала x_mono . Стрелка 42 показывает такую возможность, когда используется исходный некодированный основной сигнал x_mono . В других вариантах осуществления информация основного сигнала, которая используется в устройстве 30 кодирования побочных сигналов, может быть выведена из параметров кодирования p _mono, представляющих основной сигнал, как показано прерывистой линией 44.

Параметры кодирования p_mono , представляющие основной сигнал x_mono, являются первым выходным сигналом, а параметры кодирования p _side, представляющие побочный сигнал x_side , являются вторым выходным сигналом. В типичном случае эти два выходных сигнала, p_mono и p _side, вместе представляющие полностью стереофонический звук, мультиплексируются в один сигнал 52 передачи в устройстве 40 мультиплексирования. В других вариантах осуществления передача первого и второго выходных сигналов p_mono , p_side может выполняться раздельно.

На фиг.2b вариант осуществления декодера 24 согласно настоящему изобретению проиллюстрирован как блок-схема. Принятый сигнал 54, содержащий параметры кодирования, представляющие информацию основного и побочного сигнала, подается в устройство 56 демультиплексирования, которое разделяет первый и второй входной сигнал соответственно. Первый входной сигнал, соответствующий параметрам кодирования p_mono основного сигнала, подается в устройство 64 декодирования основного сигнала. Традиционно параметры кодирования p_mono, представляющие основной сигнал, используются, чтобы генерировать декодированный основной сигнал x''_mono, который в максимальной степени подобен основному сигналу x_mono (фиг.2a) кодера 14 (фиг.2a).

Аналогично второй входной сигнал, соответствующий побочному сигналу, подается в устройство 60 декодирования побочных сигналов. Здесь параметры кодирования p_side, представляющие побочный сигнал, используются для восстановления декодированного побочного сигнала x"_side. В некоторых вариантах осуществления процедура декодирования использует информацию об основном сигнале x''_mono, что показано стрелкой 65.

Декодированный основной и побочные сигналы x'' _mono, x"_side подаются в устройство 70 суммирования, которое выдает выходной сигнал, который является представлением исходного сигнала канала a. Аналогично разность, обеспеченная устройством 68 вычитания, является выходным сигналом, который является представлением исходного сигнала канала b. Эти канальные сигналы могут быть обработаны в постпроцессоре 74 согласно процедурам обработки сигналов предшествующего уровня техники. Наконец, канальные сигналы a и b подаются на выходы 26A и 26B декодера.

Как упоминалось при описании сущности изобретения, кодирование в типовом случае выполняется на покадровой основе. Кадр содержит аудиовыборки за заранее определенный период времени. В нижней части фиг.3a проиллюстрирован кадр SF2 длительностью L. Аудиовыборки в незаштрихованной области должны кодироваться вместе. Предшествующие выборки и последующие выборки кодируются в других кадрах. Деление выборок на кадры в любом случае приведет к некоторым неоднородностям в границах кадров. Смещение звуков приведет к смещению параметров кодирования, существенно изменяясь на границе каждого кадра. Это приведет к воспринимаемым ошибкам. Возможный способ в какой-то степени компенсировать это состоит в кодировании не только на основе выборок, которые должны быть закодированы, но также выборок в абсолютной окрестности кадра, как указано заштрихованными частями. Таким образом достигается более мягкий переход между различными кадрами. В качестве альтернативы или дополнения иногда также используются методы интерполяции для уменьшения дефектов восприятия, вызываемых границами кадров. Тем не менее, все эти процедуры требуют значительных дополнительных вычислительных ресурсов, и для некоторых специальных методов кодирования также может быть трудно обеспечить их определенными ресурсами.

С этой точки зрения выгодно использовать кадры настолько большой длины, насколько это возможно, поскольку число границ кадров будет небольшим. Также эффективность кодирования в типовом случае становится высокой, а необходимая скорость передачи в битах минимизируется. Тем не менее, кадры большой длины приводят к проблемам с дефектами упреждающего эхо и паразитным звукам.

Посредством использования более коротких кадров, например, SF1 или даже SF0, имеющих длительность L/2 и L/4 соответственно, как понимают специалисты в данной области техники, эффективность кодирования может быть уменьшена, скорость передачи в битах, возможно, будет выше и проблемы с дефектами границ кадров увеличатся. Тем не менее, более короткие кадры меньше подвержены, к примеру, другим дефектам восприятия, таким как паразитные звуки и упреждающее эхо. Чтобы иметь возможность минимизировать ошибки кодирования в максимальной степени, следует использовать кадр максимально короткой длины.

Согласно настоящему изобретению восприятие аудиосигналов улучшается посредством использования длины кадра для кодирования подобного сигнала, которая зависит от текущего содержимого сигнала. Поскольку влияние различных длин кадров на восприятие аудиосигнала различается в зависимости от характера звука, который должен кодироваться, улучшение может быть достигнуто посредством обеспечения возможности самого характера сигнала влиять на используемую длину кадра. Кодирование основного сигнала не является целью настоящего изобретению и поэтому не описывается подробно. Однако, длины кадров, используемых для основного сигнала, могут равняться или не равняться длинам кадров, используемых для побочного сигнала.

Вследствие незначительных временных вариаций может быть выгодно, например, в некоторых случаях кодировать побочный сигнал с использованием относительно длинных кадров. Это может иметь место в случае с записями с большим количеством диффузного акустического поля, к примеру, концертными записями. В других случаях, например разговорах в режиме стерео, короткие кадры, возможно, предпочтительнее. Решение о том, какую длину кадра предпочесть, может приниматься двумя основными способами.

Один вариант осуществления устройства 30 кодирования побочных сигналов согласно настоящему изобретению проиллюстрирован на фиг.3b, в котором используется решение с обратной связью. Здесь используется базовый кадр кодирования длины L. Создается ряд схем 81 кодирования, отличающихся отдельным набором 80 субкадров 90. Каждый набор 80 субкадров 90 содержит один или более субкадров 90 равной или различной длины. Общая длина набора 80 субкадров 90, тем не менее, всегда равна длине базового кадра L кодирования. Согласно фиг.3b, верхняя схема кодирования характеризуется набором субкадров, содержит только один субкадр длины L. Следующий набор субкадров содержит два кадра длины L/2. Третий набор содержит два кадра длины L/4, за которыми следует кадр L/2.

Сигнал x_side, подаваемый на устройство 30 кодирования побочного сигнала, кодируется посредством всех схем 81 кодирования. В верхней схеме кодирования весь базовый кадр кодирования кодируется в полном кадре. Однако в других схемах кодирования сигнал x _side кодируется в каждом субкадре независимо друг от друга. Результат от каждой схемы кодирования подается в селектор 85. Средство 83 измерения точности определяет измеренное значение точности для каждого из кодированных сигналов. Измеренное значение точности является объективным значением качества, предпочтительно мерой отношения "сигнал-шум" или взвешенным соотношением "сигнал-шум". Измеренные значения точности, связанные с каждой схемой кодирования, сравниваются, и результат управляет средством 87 переключения для выбора параметров кодирования, представляющих побочный сигнал, из схемы кодирования, обеспечивающих наилучшее измеренное значение точности, в качестве выходного сигнала p_side из устройства 30 кодирования побочных сигналов.

Предпочтительно все возможные сочетания длины кадров тестируются, и выбирается набор субкадров, который обеспечивает наилучшее объективное качество, к примеру, соотношение "сигнал-шум".

В настоящем варианте осуществления длина используемых субкадров выбирается согласно:

где l_sf - это длины субкадров, l_f - длина кадра кодирования, а n - целое число. В настоящем варианте осуществления n выбирается от 0 до 3. Тем не менее, возможно использовать любую длину кадров, если общая длина набора сохраняется постоянной.

На фиг.3c проиллюстрирован другой вариант осуществления устройства 30 кодирования побочных сигналов. Здесь решение о длине кадра является решением без обратной связи, основанным на статистике сигнала. Другими словами, спектральные характеристики побочного сигнала используются в качестве базы для принятия решения о том, какая схема кодирования будет использована. Как и раньше, имеются различные схемы кодирования, характеризующиеся различными наборами субкадров. Однако в данном варианте осуществления селектор 85 предшествует фактическому кодирования. Входной побочный сигнал x_side поступает в селектор 85 и блок 84 анализа сигналов. Результат анализа является входным сигналом переключателя 86, в котором используется только одна из схем 81 кодирования. Выходной сигнал этой схемы кодирования также является выходным сигналом p_side устройства 30 кодирования побочных сигналов.

Преимущество решения без обратной связи заключается в том, что должно быть выполнено только одно фактическое кодирование. Недостаток заключается в том, что анализ характеристик сигнала может быть очень усложнен, и может быть трудно предсказывать возможные линии поведения заранее, чтобы иметь возможность предоставлять соответствующий выбор в переключателе 86. Большой объем статистического анализа звука должен быть выполнен и включен в устройство 84 анализа сигнала. Любое незначительное изменение в схемах кодирование может привести к кардинальному изменению статистической линии поведения.

Посредством выбора с обратной связью (фиг.3b) схемы кодирования могут заменяться без выполнения каких-либо изменений в остальном устройстве. С другой стороны, если должно быть проанализировано множество схем кодирования, то требования по вычислениям будут высокими.

Преимущество такого кодирования с переменной длиной кадра для побочного сигнала заключается в том, что можно осуществить выбор между точным временным разрешением и грубым частотным разрешением, с одной стороны, и грубым временным разрешением и точным частотным разрешением, с другой стороны. Вышеперечисленные варианты осуществления сохраняют стереоизображение наилучшим возможным образом.

Существуют также некоторые требования по фактическому кодированию, используемому в различных схемах кодирования. В частности, когда используется выбор с обратной связью, вычислительные ресурсы, чтобы выполнять ряд более или менее одновременных операций кодирования, должны быть значительными. Чем более сложен процесс кодирования, тем больше вычислительной мощности требуется. Более того, низкая скорость передачи в битах также предпочтительна.

Способ, представленный в патенте США № 5434948, использует фильтрованную версию моносигнала (основного), для воссоздания побочного или разностного сигнала. Параметры фильтрации оптимизированы и могут меняться во времени. Затем передаются параметры фильтрации, представляющие кодирование побочного сигнала. В одном варианте осуществления также передается остаточный побочный сигнал. Во многих случаях этот подход может быть возможен, чтобы использовать в качестве способа кодирования побочного сигнала в объеме настоящего изобретения. Тем не менее, этот подход имеет некоторые недостатки. Квантование коэффициентов фильтрации и любой остаточный побочный сигнал часто требуют относительно высоких скоростей передачи в битах, поскольку порядок фильтрации должен быть высоким, чтобы предоставлять точную оценку побочного сигнала. Оценка самой фильтрации может быть проблематична, особенно в случаях насыщенной музыки с множеством переходов. Ошибки оценки предоставляют модифицированный побочный сигнал, который иногда больше по амплитуде, чем не модифицированный сигнал. Это приводит к более высоким требованиям по скорости передачи в битах. Более того, если новый набор коэффициентов фильтрации вычисляется каждые N выборок, то коэффициенты фильтрации должны интерполироваться для достижения плавного перехода от одного набора коэффициентов фильтрации к другому, как описано выше. Интерполяция коэффициентов фильтрации является сложной задачей, и ошибки интерполяции будут проявляться в больших ошибках побочных сигналов, приводящих к более высоким скоростям передачи в битах, необходимым для кодера разностных сигналов ошибки.

Чтобы избежать необходимости в интерполяции, необходимо обновлять коэффициенты фильтрации для каждой выборки и использовать анализ с обратной совместимостью. Для получения хорошего результата необходимо, чтобы скорость передачи в битах кодера остаточного сигнала была достаточно высокой. Поэтому это не является оптимальной альтернативой стереокодированию с низкой скоростью передачи.

Существуют случаи, к примеру, достаточно часто в музыке, когда моносигналы и разностные сигналы практически некоррелированы. Оценка фильтрации в таком случае становится очень сложной с дополнительным риском ухудшения ситуации в кодере разностных сигналов ошибки.

Решение согласно патенту США 5434948 может работать достаточно хорошо в случаях, когда коэффициенты фильтрации изменяются очень медленно во времени, к примеру, в системах телефонных конференций. В случае музыкальных сигналов этот подход не работает оптимальным образом, поскольку фильтры должны изменяться очень быстро, чтобы отслеживать стереоизображение. Это означает, что должна быть использована длина субкадров с существенно различающейся величиной, т.е. число тестируемых комбинаций быстро возрастает. Это, в свою очередь, означает, что требования к вычислению всех возможных схем кодирования становятся невыполнимо высокими.

Поэтому в предпочтительном варианте осуществления кодирование побочного сигнала основано на идее снижения избыточности между моносигналами и побочными сигналами посредством использования простого коэффициента симметрирования вместо сложного фильтра предсказателя с высокими требованиями по скорости передачи в битах. Затем кодируется остаточный сигнал, получаемый в результате этой операции. Величина этого остаточного сигнала относительно мала и не требует очень высокой скорости передачи в битах. Данная идея очень подходит для сочетания с описанным выше подходом, основанным на наборе переменных кадров, поскольку вычислительная сложность невысока.

Использование коэффициента симметрирования в сочетании с подходом кадров переменной длины устраняет необходимость в сложной интерполяции и связанные проблемы, которые может вызывать интерполяция. Более того, использование простого коэффициента симметрирования вместо сложного фильтра вызывает меньше проблем с оценкой, поскольку возможные ошибки оценки для коэффициента симметрирования имеют меньшее влияние. Предпочтительное решение позволяет воспроизводить и панорамированные сигналы и диффузные акустические поля с хорошим качеством и с ограниченными требованиями к скорости передачи в битах и вычислительным ресурсам.

Фиг.4 иллюстрирует предпочтительный вариант осуществления стереокодера согласно настоящему изобретению. Этот вариант во многом аналогичен показанному на фиг.2a, но с более детальным представлением устройства 30 кодирования побочных сигналов. Кодер 14 данного варианта осуществления не имеет устройства предварительной обработки, и входные сигналы подаются непосредственно на устройства 34, 36 суммирования и вычитания. Моносигнал x_mono умножается на конкретный коэффициент симметрирования g_sm в умножителе 33. В устройстве 35 вычитания умноженный моносигнал вычитается из побочного сигнала x_side, т.е. фактически разности между двумя каналами для формирования остаточного побочного сигнала. Коэффициент симметрирования g _sm определяется на основе содержимого моно- и побочных сигналов оптимизатором 37, чтобы минимизировать побочный остаточный сигнал согласно критерию качества. Критерием качества является предпочтительно критерий метода наименьших квадратов. Остаточный побочный сигнал кодируется в кодере 39 остаточных побочных сигналов согласно любым процедурам кодирования. Предпочтительно кодер 39 остаточных побочных сигналов представляет собой кодер с преобразованием на низких скоростях передачи в битах или линейный предикативный кодер с возбуждением по коду (CELP). Параметры кодирования p _side, представляющие побочный сигнал, затем содержат параметры кодирования p_{side residual}, представляющие остаточный побочный сигнал и оптимизированный коэффициент симметрирования 49.

В варианте осуществления по фиг.4 моносигналом 42, используемым для синтеза побочных сигналов, является целевой сигнал x_mono для кодера 38 моносигналов. Как упоминалось выше (в связи с фиг.2a), также может быть использован локальный синтезированный сигнал кодера 38 моносигналов. В последнем случае общая задержка в кодере может быть увеличена и вычислительная сложность побочного сигнала может возрасти. С другой стороны, качество может быть лучше, поскольку в таком случае можно устранять ошибки кодирования, обусловленные кодером моносигналов.

С математической точки зрения, базовая схема кодирования может быть описана следующим образом. Обозначим два канальных сигнала как a и b, которые могут быть левым и правым каналом стереопары. Канальные сигналы объединяются в моносигнал посредством суммирования и в побочный сигнал посредством вычитания. В форме уравнения операции описываются следующим образом:

Полезно уменьшить масштаб сигналов x _mono и x_side в два раза. При этом подразумевается, что имеются другие способы создания x _mono и x_side. Можно, к примеру, использовать:

В блоках входных сигналов модифицированный, или остаточный, побочный сигнал вычисляется согласно:

где f(x_mono, x _side) - функция коэффициента симметрирования, которая, на основе блока из N выборок, т.е. субкадра, побочных и моносигналов стремится увеличить долю сигнала, удаляемого из побочного сигнала. Другими словами, коэффициент симметрирования используется, чтобы минимизировать остаточный побочный сигнал. В специальном случае, когда она минимизируется в смысле наименьших квадратов, это эквивалентно минимизации энергии остаточного побочного сигнала x _{side residual}.

В вышеупомянутом специальном случае f(x_mono,x_side) описывается как:

где x_side - побочный сигнал, x_mono - моносигнал. Заметим, что функция основана на блоке, начинающемся в " начала кадра" и заканчивающемся в "конце кадра".

Можно добавить взвешивание в частотной области для вычисления коэффициента симметрирования. Это осуществляется посредством свертки сигналов x _side и x_mono с помощью импульсной характеристики фильтра взвешивания. Затем можно перенести ошибку оценки в частотный диапазон, где их легче расслышать. Это определяется как перцептуальное взвешивание.

Квантованная версия значения коэффициента симметрирования, заданного функцией f(x _mono,x_side), передается в декодер. Предпочтительно учитывать квантование уже после формирования модифицированного побочного сигнала. Затем получается выражение, представленное ниже:

где Q_g(..) - функция квантования, которая применяется к коэффициенту симметрирования, заданному функцией f(x_mono,x_side ). Коэффициент симметрирования передается по каналу передачи. В обычных панорамированных слева направо сигналах коэффициент симметрирования ограничен интервалом [-1,0... 1,0]. Если, с другой стороны, каналы не в фазе друг с другом, то коэффициент симметрирования может выйти за пределы этих ограничений.

Как дополнительное средство, чтобы стабилизировать стереоизображение, можно ограничить коэффициент симметрирования, если нормализованная взаимная корреляция между моно- и побочными сигналами задана следующим уравнением:

где

Эти ситуации возникают достаточно часто в случае, к примеру, классической музыки или студийной музыки с большим количеством диффузных звуков, где в некоторых ситуациях каналы a и b могут практически компенсировать друг друга при создании моносигнала. Влияние на коэффициент симметрирования заключается в том, что он может быстро изменяться, вызывая помехи в стереоизображении. Вышеописанное ограничение смягчает эту проблему.

Основанный на фильтровании подход согласно патенту США 5434948 имеет аналогичные проблемы, но в этом случае решение не является столь простым.

Если E_s - функция кодирования (к примеру, кодер преобразования) остаточного побочного сигнала, а E_m - функция кодирования моносигнала, то декодированные сигналы a" и b" в декодере могут быть описаны следующим образом (при условии, что =0,5):

Важное преимущество вычисления коэффициента симметрирования для каждого кадра заключается в том, что можно избежать использования интерполяции. Вместо этого обычно, как описано выше, обработка кадров осуществляется с помощью перекрывающихся кадров.

Принцип кодирования с помощью коэффициентов симметрирования работает особенно хорошо в случае музыкальных сигналов, где в типовом случае необходимы быстрые изменения, чтобы отслеживать стереоизображение.

В последнее время многоканальное кодирование стало популярным. Примером является 5.1-канальное объемное звучание в DVD-фильмах. Каналы при этом размещены следующим образом: левый фронтальный, центральный фронтальный, правый фронтальный, левый задний, правый задний и отдельный низкочастотный динамик (сабвуфер). На фиг.5 показан вариант осуществления кодера, который кодирует три фронтальных канала в такой конфигурации, используя межканальные избыточности согласно настоящему изобретению.

Три канальных сигнала L, C, R предоставлены на трех входах 16A-C, и моносигнал x _mono создается посредством суммирования этих трех сигналов. Добавлено устройство 130 кодирования центрального сигнала, которое принимает центральный сигнал x_centre. Моносигнал 42 в данном варианте осуществления представляет собой кодированный и декодированный моносигнал x''_mono , умножаемый на определенный коэффициент симметрирования g _Q в умножителе 133. В устройстве 135 вычитания умноженный моносигнал вычитается из центрального сигнала x _centre для получения центрального остаточного сигнала. Коэффициент симметрирования g_Q определяется на основе содержимого моно- и центрального сигналов оптимизатором 137, чтобы минимизировать центральный остаточный сигнал согласно критерию качества. Центральный остаточный сигнал кодируется в кодере 139 центральных остаточных сигналов согласно любым процедурам кодирования. Предпочтительно кодер 139 центральных остаточных сигналов представляет собой кодер с преобразованием на низких скоростях передачи в битах или CELP-кодер. Параметры кодирования p_centre, представляющие центральный сигнал, в таком случае содержат параметры кодирования p _{centre residual}, представляющие центральный остаточный сигнал, и оптимизированный коэффициент симметрирования 149. Центральный остаточный сигнал и масштабированный моносигнал суммируются в устройстве 235 суммирования, создавая модифицированный центральный сигнал 142, компенсируемый с учетом ошибок кодирования.

Побочный сигнал x_side, т.е. разность между левым L и правым R каналами, подается на устройство 30 кодирования побочных сигналов, как и в предыдущих вариантах осуществления. Однако, здесь оптимизатор 37 также зависит от модифицированного центрального сигнала 142, обеспечиваемого устройством кодирования 130 центрального сигнала. Поэтому побочный остаточный сигнал создается как оптимальная линейная комбинация моносигнала 42, модифицированного центрального сигнала 142 и побочного сигнала в устройстве 35 вычитания.

Вышеописанная концепция кадров переменной длины может быть применена к любым из побочных и центральных сигналов, либо к обоим.

Фиг.6 иллюстрирует устройство декодирования, подходящее для приема кодированных аудиосигналов от устройства кодирования, показанного на фиг.5. Принятый сигнал 54 делится на параметры кодирования p_mono, представляющие основной сигнал, параметры кодирования p_centre , представляющие центральный сигнал, и параметры кодирования p_side, представляющие побочный сигнал. В декодере 64 параметры кодирования p_mono , представляющие основной сигнал, используются для формирования основного сигнала x"_mono. В декодере 160 параметры кодирования p_mono, представляющие центральный сигнал, используются для формирования центрального сигнала x"_centre на основе основного сигнала x"_mono. В декодере 60 параметры кодирования p_side, представляющие побочный сигнал, декодируются для получения побочного сигнала x" _side на основе основного сигнала x" _mono и центрального сигнала x"_centre .

Эта процедура может быть математически выражена следующим образом:

Входные сигналы x_left, x _rignt и x_centre объединяются в моноканал согласно:

, и в оставшемся разделе установлены на 1.0 для простоты, но они могут устанавливаться на произвольные значения. Значения , и могут быть либо константами, либо зависимым от содержимого сигнала, чтобы выделить один или два канала, чтобы достичь оптимального качества.

Нормализованная взаимная корреляция между моно- и центральным сигналом вычисляется следующим образом:

где

где x_centre - центральный сигнал, x_mono - моносигнал. Моносигнал выводится из целевого моносигнала, но можно использовать также локальный синтез кодера моносигналов.

Центральный остаточный сигнал, который должен кодироваться, выражается следующим образом:

где Q_g(..) - функция квантования, которая применяется к коэффициенту симметрирования. Коэффициент симметрирования передается по каналу передачи.

Если E _c - функция кодирования (к примеру, кодер с преобразованием) центрального сигнала, E_m - функция кодирования моносигнала, то декодированный сигнал x" _centre в декодере может быть описан следующим образом:

Побочный остаточный сигнал, который должен кодироваться, выражается следующим образом:

где g_Qsm и g _Qsc - квантованные значения параметров g _sm и g_sc, которые минимизируют выражение:

может быть, например, равно 2 для минимизации ошибки по методу наименьших квадратов. Параметры g _sm и g_sc могут быть квантованы вместе или по отдельности.

Если E _s - функция кодирования побочного остаточного сигнала, то декодированные канальные сигналы x"_left и x"_right задаются следующим образом:

Одним из наиболее раздражающих дефектов восприятия является эффект упреждающего эхо. На фиг.7a-b схемы иллюстрируют этот дефект. Пусть компонент сигнала изменяется во времени, как показано кривой 100. В начале, с момента t0, компонент сигнала не присутствует в аудиовыборке. Во время t между t1 и t2 компонент сигнала внезапно появляется. Когда компонент сигнала кодируется с использованием длины кадра t2-t1, появление компонента сигнала "размазывается" по всему кадру, как показано на кривой 101. Если осуществляется декодирование кривой 101, компонент сигнала появляется на время t раньше планируемого появления компонента сигнала, и ощущается "упреждающее эхо".

Дефекты упреждающего эхо становятся более акцентированными, если используются длинные кадры кодирования. Посредством использования более коротких кадров дефект в некоторой степени подавляется. Другой способ разрешать вышеописанные проблемы упреждающего эхо состоит в использовании того факта, что моносигнал имеется как в кодере, так и в декодере. Это дает возможность масштабировать побочный сигнал согласно контуру энергии моносигнала. В декодере выполняется инверсное масштабирование и, таким образом, некоторые из проблем упреждающего эхо могут быть смягчены.

Контур энергии моносигнала вычисляется по кадру следующим образом:

где w(n) - это функция окна. Наиболее простой функцией окна является прямоугольное окно, но могут быть более желательными и другие типы окон, например, взвешивающая функция Хэмминга.

Побочный остаточный сигнал в таком случае масштабируется следующим образом:

,

В более общей форме вышеуказанное уравнение может быть записано следующим образом:

,

где f(..) - монотонная непрерывная функция. В декодере контур энергии вычисляется на декодированном моносигнале и применяется к декодированному побочному сигналу следующим образом:

,

Поскольку это масштабирование по контуру энергии в некотором смысле является альтернативой использованию более коротких кадров, данная концепция особенно хорошо подходит для объединения с концепцией кадров переменной длины, дополнительно описанной выше. При наличии нескольких схем кодирования, которые применяют масштабирование по контуру энергии, из которых некоторые не применяют, а другие применяют масштабирование по контуру энергии только в течение определенных субкадров, может быть обеспечен более гибкий набор схем декодирования. На фиг.8 проиллюстрирован вариант осуществления устройства 30 кодирования сигналов согласно настоящему изобретению. Здесь различные схемы кодирования 81 содержат заштрихованные субкадры 91, представляющие кодирование, применяющее масштабирование по контуру энергии, и незаштрихованные субкадры 92, представляющие процедуры кодирования, не применяющие масштабирование по контуру энергии. Таким образом, имеются комбинации не только субкадров различной длины, но также субкадров с различными принципами кодирования. В представленном поясняющем примере применение масштабирования по контуру энергии отличается в различных схемах кодирования. В более общем случае принципы кодирования могут быть объединены с концепцией переменной длины аналогичным способом.

Набор схем кодирования, показанный на фиг.8, содержит схемы, которые обрабатывают, например, дефекты упреждающего эхо различными способами. В некоторых случаях используются более длинные субкадры с минимизацией упреждающего эхо согласно принципу контура энергии. В других схемах используются более короткие субкадры без масштабирования по контуру энергии. В зависимости от содержимого сигнала одна из альтернатив может быть более выгодной. Для случаев существенного упреждающего эхо схемы кодирования, использующие короткие субкадры с масштабированием по контуру энергии, могут быть обязательными.

Предложенное решение может быть использовано в полном частотном диапазоне или в одном или более различных поддиапазонов. Использование поддиапазона может быть применено либо к обоим основному и побочному сигналу, либо к одному из них отдельно. Предпочтительный вариант осуществления содержит разделение побочного сигнала на несколько частотных диапазонов. Причина просто заключается в том, что легче удалить избыточность в изолированном частотном диапазоне, чем во всем частотном диапазоне. Это особенно важно при кодировании музыкальных сигналов с обогащенным спектральным содержимым.

Возможный вариант использования заключается в кодировании частотного диапазона ниже заранее определенного порога с помощью вышеописанного способа. Заранее определенным порогом предпочтительно может быть 2 КГц или даже более предпочтительно 1 КГц. Для оставшейся части полезного частотного диапазона можно либо кодировать еще один дополнительный частотный диапазон с помощью вышеописанного способа, либо использовать совершенно другой способ.

Мотивация использования вышеописанного способа предпочтительно для низких частот состоит в том, что диффузные акустические поля обычно имеют небольшой запас энергии на высоких частотах. Естественная причина заключается в том, что звукопоглощение в типовом случае повышается с частотой. Кроме того, компоненты диффузных акустических полей, как считается, играют менее важную роль для слуховой системы человека на более высоких частотах. Поэтому полезно использовать это решение на низких частотах (ниже 1 или 2 КГц) и основываться на других, даже более эффективных в смысле битов, схемах кодирования на более высоких частотах. Тот факт, что схема применяется только на низких частотах, дает значительную экономию по скорости передачи в битах, поскольку необходимая скорость передачи в битах в предложенном способе пропорциональна требуемой пропускной способности. В большинстве случае кодер моносигналов может кодировать весь частотный диапазон, тогда как предложенное кодирование побочных сигналов, как предполагается, будет выполняться только в более низкой части частотного диапазона, как схематично проиллюстрировано на фиг.9. Ссылочной позицией 301 обозначена схема кодирования побочного сигнала согласно настоящему изобретению, ссылочной позицией 302 - любая другая схема кодирования побочного сигнала, ссылочной позицией 303 - схема кодирования побочного сигнала.

Также есть возможность использовать предложенный способ для нескольких различных частотных диапазонов.

На фиг.10 основные этапы варианта осуществления способа кодирования согласно настоящему изобретению проиллюстрированы в виде блок-схемы последовательности операций. Процедура начинается на этапе 200. На этапе 210 кодируется основной сигнал, выведенный из полифонических сигналов. На этапе 212 обеспечиваются схемы кодирования, которые содержат субкадры с различной длиной и/или порядком. Побочный сигнал, выведенный на этапе 214 из полифонических сигналов, кодируется посредством схемы кодирования, выбранной в зависимости, по меньшей мере, частично, от фактического содержимого текущих полифонических сигналов. Процедура завершается на этапе 299.

На фиг.11 основные этапы варианта осуществления способа декодирования согласно настоящему изобретению проиллюстрированы в виде блок-схемы последовательности операций. Процедура начинается на этапе 200. На этапе 220 декодируется принятый закодированный основной сигнал. На этапе 222 обеспечиваются схемы кодирования, которые содержат субкадры с различной длиной и/или порядком. Принятый побочный сигнал декодируется на этапе 224 посредством выбранной схемы кодирования. На этапе 226 декодированный основной и побочные сигналы объединяются в полифонический сигнал. Процедура завершается на этапе 299.

Вышеописанные варианты осуществления следует рассматривать как иллюстративные примеры настоящего изобретения. Специалистам в данной области техники должно быть очевидно, что различные модификации, комбинации и изменения могут быть выполнены в вариантах осуществления без отступления от объема применения настоящего изобретения. В частности, решения, касающиеся различных частей в разных вариантах осуществления, могут быть объединены в других конфигурациях, если технически осуществимо. Объем настоящего изобретения определяется формулой изобретения.

Ссылки

ЕР 0497413

Патент США 5285498

Патент США5434948

C.Faller et al., "Binaural cue coding applied to stereo and multi-channel audio compression", 112th AES convention, май 2002 года, Мюнхен, Германия.