СПОСОБ КОДИРОВАНИЯ ОЦИФРОВАННОГО С НИЗКОЙ ЧАСТОТОЙ ДИСКРЕТИЗАЦИИ АУДИОСИГНАЛА Российский патент 1999 года по МПК H03M1/12 

Данное изобретение относится к способу кодирования оцифрованного с низкой частотой дискретизации аудиосигнала. В частности, изобретение имеет дело с только лишь немного модифицированным по сравнению со стандартом ISO-MPEG2 Layer 3 способом кодирования, который дает возможность передавать с низкой битовой скоростью аудиосигналы, которые оцифрованы с более низкой по сравнению с частотой дискретизации согласно стандарту ISO-MPEG2 Layer 3 частотой дискретизации.

Существующий стандарт ISO 13818-3 (MPEG2-Audio) определяет в уровне 3 (Layer 3) способ кодирования для сигналов с частотой дискретизации между 24 кГц и 16 кГц и позволяет снизить битовую скорость до 8 кБит/с. В частности, при этой очень низкой битовой скорости, которая очень привлекательна, например, для передачи в компьютерных сетях, было бы желательно использование еще более низких частот дискретизации. Однако названный стандарт не предоставляет таких возможностей.

Исходя из этого состояния техники в основу представленного изобретения положена задача усовершенствовать названный способ кодирования аудиосигнала таким образом, чтобы при незначительном, по возможности, отклонении от стандарта могло производиться считывание с отличной от стандартной частотой дискретизации, причем декодирование должно быть возможно при помощи существующих декодеров без больших адаптационных издержек.

Эта задача решается посредством изобретения.

В общих чертах изобретение предусматривает кодировать аудиосигналы, которые оцифрованы с частотой дискретизации, которая является более низкой по сравнению с частотой дискретизации, соответствующей стандарту ISO-MPEG2 Layer 3.

В общем, в предмете изобретения точно так же, как при известном стандарте, расположенные друг около друга частотные линии оцифрованного аудиосигнала, которые соответствуют одному диапазону масштабного множителя, кодируются с одинаковым масштабным множителем, который передается вместе с закодированным диапазоном масштабного множителя.

В дальнейшем соответствии с известным способом согласно названному стандарту расположенные друг около друга диапазоны масштабных множителей образуют регион, внутри которого все масштабные множители кодируются каждый раз с одинаковым количеством бит, которое определяется по наибольшему масштабному множителю этого региона.

При использовании стандарта ISO-MPEG2 Layer 3 всем диапазонам шкалы всех регионов соответствуют масштабные множители. Только лишь последний диапазон, в котором при желательном распределении частотных линий лежат оставшиеся частотные линии, не имеет при кодировании по названному стандарту масштабного множителя.

В противоположность стандарту изобретение предусматривает, что, по меньшей мере, частотные линии самого верхнего региона диапазонов масштабных множителей закодированы с масштабным множителем 0, так что для, по меньшей мере, самого верхнего региона масштабные множители не кодируются и не передаются. Накопленные благодаря выпавшему масштабному множителю или выпавшим масштабным множителям биты используются, в противовес стандарту для более точной дискретизации, частотных линий в оставшемся спектре.

Согласно дальнейшему важному аспекту изобретения распределение частотных линий в диапазонах масштабных множителей по сравнению с названным стандартом модифицировано таким образом, что ширина диапазонов масштабных множителей внутри самого верхнего региона уменьшена по сравнению с шириной диапазонов масштабных множителей самого верхнего региона по стандарту ISO-MPEG2 Layer 3.

Далее предпочтительный пример формы реализации соответствующего изобретению способа объясняется более подробно.

В примерах формы реализации соответствующего изобретению способа используется по сравнению с соответствующим стандарту MPEG-заголовком кадра (MPEG-Frame-Header) модифицированный заголовок кадра (Frame-Header), для того чтобы сигнализировать декодеру о несоответствующих стандарту частотах дискретизации и несоответствующем стандарту кодировании. Для этой цели внутри заголовка вводится вместо шестнадцатиричного синхрослова "FFF" (двенадцать шестнадцатиричных единиц) синхрослово "FFЕ" (одиннадцать единиц и один ноль). Если декодер распознает синхрослово такого вида, то оно является указанием на то, что поток бит содержит сигнал, который по сравнению со стандартом MPEG2 был оцифрован с предпочтительной половинной частотой дискретизации (12 кГц; 11,015 кГц или 8 кГц). В остальном структура битового потока по сравнению со стандартом остается неизменной.

В обсуждаемом здесь примере формы реализации с частотой дискретизации 8 кГц далее модифицируется распределение частотных линий в диапазонах масштабных множителей. При этом в формате потока бит уровня 3 (Layer 3) используется конструкция, благодаря которой количество бит, использующихся для кодирования спектра, может увеличиваться.

Например, при стандарте MPEG2 Layer 3 двадцать один диапазон масштабных множителей разбивается в случае так называемого длинного блока (Long Blocks) или трижды по двенадцать диапазонов масштабных множителей, в случае так называемого короткого блока (Short Blocks) каждый раз на четыре региона, а именно по 6-5-5-5 диапазонов масштабных множителей на регион для длинного блока (Long Blocks), по 9-9-9-9 диапазонов масштабных множителей на регион для короткого блока (Short Blocks).

В каждом таком регионе кодируются масштабные множители с таким количеством бит, которое необходимо для самого большего масштабного множителя соответствующего региона. Через величину "сжатие масштабного множителя" ("skalefaccompress") в постраничной информации потока бит сигнализируется, какой регион с каким количеством бит закодирован.

При соответствующем изобретению способе таблица ширины полос масштабных множителей для частоты дискретизации 8 кГц изменяется так, что верхний регион содержит в спектре только очень немногие линии, которые, как правило, из-за ограниченной ширины диапазонов вообще не используются или используются ограниченно.

В соответствии с изобретением масштабный множитель в диапазонах масштабных множителей верхнего региона всегда без исключения равен 0, так что кодирования масштабного множителя не требуется.

Благодаря ставшим, таким образом, свободными битам появляются дополнительные биты для квантования спектра.

При использовании соответствующего изобретению способа согласно этому примеру формы реализации спектр, таким образом, эффективно подразделяется на 17 диапазонов масштабных множителей, хотя, тем не менее, синтаксис потока бит стандарта MPEG2 Layer 3 нарушаться не должен.

Далее приведена таблица для ширины диапазонов масштабных множителей. Приведенная первой таблица ширины диапазонов масштабных множителей для частоты дискретизации 16 кГц соответствует стандарту ISO MPEG Layer 3. Приведенная второй таблица модифицирована для скорости считывания 8 кГц согласно указанию изобретения. Ширина диапазонов масштабных множителей для частоты дискретизации 16 кГц (для сравнения соответствия стандарту)
Длинный блок (Long Blocks)
6, 6, 6, 6, 6, 6, 8, 10, 12, 14, 16, 20, 24, 28, 32, 38, 46, 52, 60, 68, 58, 54
Короткий блок (Short Blocks)
4, 4, 4, 6, 8, 10, 12, 14, 18, 24, 30, 40, 18
Ширина диапазонов масштабных множителей для частоты дискретизации 8 кГц
Длинный блок (Long Blocks)
12, 12, 12, 12, 12, 12, 16, 20, 24, 28, 32, 40, 48, 56, 64, 76, 90, 2, 2, 2, 2, 2
Короткий блок (Short Blocks)
8, 8, 8, 12, 16, 20, 24, 28, 36, 2, 2, 2, 26
Видно, что ширина последних диапазонов масштабных множителей в соответствующем изобретению способе по сравнению с известным по стандарту способом значительно уменьшена. В случае кодирования с длинным блоком (Long Blocks) последние 100 частотных линий кодируются без масштабного множителя. Это соответствует ограничению возможной ширины диапазона с 4000 Гц до 3300 Гц. Желаемый эффект может быть, таким образом, достигнут в случае использования ширины полосы меньшей, чем 3300 Гц, что при скорости передачи 8 кБит/с, для которой задумана частота считывания 8 кГц, является несомненно рациональным.

В способе кодирования оцифрованного с низкой частотой дискретизации аудиосигнала каждый раз несколько располагающихся рядом частотных линий оцифрованного аудиосигнала, которые соответствуют диапазону масштабного множителя, кодируются с одинаковым масштабным множителем, причем расположенные рядом диапазоны масштабных множителей образуют регион, внутри которого все масштабные множители закодированы каждый раз с одинаковым количеством бит, которое определено по наибольшему масштабному множителю региона. Частотные линии, по меньшей мере, самого верхнего региона диапазонов масштабных множителей кодируются с масштабным множителем 0. Для, по меньшей мере, самого верхнего региона масштабный множитель не кодируется. Техническим результатом изобретения является усовершенствование способа кодирования аудиосигнала так, чтобы при незначительном отклонении от стандарта могло производиться считывание с отличной от стандартной частотой дискретизации, причем декодирование должно быть возможно при помощи существующих декодеров без больших адаптационных издержек. 4 з.п. ф-лы.

1. Способ кодирования оцифрованного с низкой частотой дискретизации аудиосигнала, отличающийся тем, что несколько расположенных рядом друг с другом частотных линий оцифрованного аудиосигнала, которые соответствуют одному диапазону масштабного множителя, кодируются с одинаковым масштабным множителем, расположенные рядом диапазоны масштабных множителей образуют регионы, внутри которых все масштабные множители кодируются каждый раз с использованием одинакового количества бит, которое определено по наибольшему масштабному множителю региона, и частотные линии, по меньшей мере, самого верхнего региона диапазонов масштабных множителей кодируются с масштабным множителем 0 и при этом, по меньшей мере, для самого верхнего региона масштабный множитель не кодируется. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что по сравнению со стандартом MPEG2 Layer 3 благодаря выпавшим масштабным множителям для, по меньшей мере, самого верхнего региона сэкономленные биты используются для более точного по сравнению со стандартом квантования частотных линий. 3. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что распределение частотных линий в диапазонах масштабных множителей по сравнению со стандартом ISO-MPEG2 Layer 3 модифицировано так, что ширина диапазонов масштабных множителей внутри самого верхнего региона сокращена по сравнению с шириной диапазонов масштабных множителей самого верхнего региона по этому стандарту. 4. Способ по одному из пп.1 - 3, отличающийся тем, что по сравнению с MPEG-заголовком кадра (MPEG-FRAME-Header) передается модифицированный заголовок кадра (FRAME-Header) для того, чтобы сигнализировать о частоте дискретизации, не соответствующей стандарту. 5. Способ по п.4, отличающийся тем, что заголовок кадра (FRAME-Header) содержит синхрослово с шестандатиричным кодом "FFE".