Настоящее изобретение относится к кодированию сигнала, в частности звукового сигнала.
Известны схемы звукового кодирования, которые используют кадры (блоки данных), содержащие совокупность значений, которые представляют звуковой сигнал (составляющую звукового сигнала) во временном интервале, к которому относится данный кадр. По меньшей мере некоторые кадры относятся к временным интервалам, имеющим некоторое перекрытие по времени. Для обеспечения низкой скорости передачи данных в битах можно использовать избыточность между значениями, получаемыми в последовательные моменты времени, с помощью, например, методов дифференциального кодирования.
Задача настоящего изобретения заключается в создании усовершенствованного кодирования. Для решения этой задачи настоящее изобретение предлагает способ кодирования, кодер, поток битов, носитель данных, способ декодирования, декодер, передатчик, приемник и систему, указываемые в независимых пунктах формулы изобретения. Предпочтительные варианты осуществления изложены в зависимых пунктах формулы изобретения.
Первый аспект изобретения обеспечивают кодированием сигнала, и согласно этому кодированию обеспечивают первую совокупность значений, относящуюся к последовательным периодам времени в первом временном интервале сигнала; обеспечивают вторую совокупность значений, относящуюся к последовательным периодам во втором временном интервале сигнала; причем первый временной интервал имеет некоторое перекрытие (во времени) со вторым временным интервалом; причем указанное перекрытие включает в себя по меньшей мере два последовательных периода времени второго интервала; при этом по меньшей мере одно из значений второй совокупности, относящееся по меньшей мере к двум последовательным периодам времени в указанном перекрытии, кодируют по отношению к тому значению первой совокупности, которое по времени ближе по меньшей мере к одному значению второй совокупности, чем любое другое значение во второй совокупности. Путем кодирования по меньшей мере одного значения второй совокупности по отношению к тому значению первой совокупности, которое ближе по времени по меньшей мере к одному значению второй совокупности, чем любое другое значение во второй совокупности, достигается лучшее использование избыточности значений. Эта особенность настоящего изобретения основана на той концепции, что при использовании перекрывающихся временных интервалов возможно, что в другой совокупности некоторое значение будет относиться к тому периоду времени, который ближе к периоду времени текущего значения второй кодируемой совокупности, чем какое-либо значение, имеющееся во второй совокупности. Поскольку, как правило, значения коррелируются в большей степени, когда они ближе по времени, поэтому для более эффективного кодирования сигнала можно использовать, в общем, лучшую корреляцию.
Последовательные периоды времени могут быть моментами, мгновениями (или точками) или промежутками времени (временными фрагментами), меньшими, чем временной интервал (например, относящийся к субкадру). Второй временной интервал обычно по времени будет следовать за первым временным интервалом, но может также и предшествовать первому временному интервалу.
Перекрывающиеся периоды времени не обязательно должны быть одинаковыми; периоды времени второго временного интервала могут иметь некоторое смещение относительно периодов времени первого временного интервала. Если периоды времени являются моментами времени, то разности во времени между последовательными моментами времени в первом временном интервале не являются обязательно теми же, что и разности во времени между последовательными моментами времени во втором временном интервале. При этом если периодами времени являются промежутки времени, то они не имеют обязательно ту же длительность в пределах соответствующего временного интервала или по отношению к другому временному интервалу. В предпочтительных вариантах осуществления число периодов времени на один временной интервал одинаково для первого временного интервала и второго временного интервала; и периоды времени (по существу) равномерно распределены по соответствующим временным интервалам.
Совокупности значений могут быть включены в кадры или субкадры.
Несмотря на то, что данное изобретение применимо к любой схеме кодирования, использующей кадры, относящиеся к перекрывающимся временным интервалам и любым видам значений, оно предпочтительно применимо для схем параметрического кодирования звукового сигнала, причем значениями являются, например, коэффициенты усиления шумовых составляющих звукового сигнала.
Эти и другие особенности настоящего изобретения поясняются со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых
Фиг.1 - использование кадров, которые относятся к перекрывающимся временным интервалам, с обычным дифференциальным кодированием для пояснения концепции изобретения;
Фиг.2 - кодирование согласно первому варианту осуществления изобретения;
Фиг.3 - кодирование согласно второму варианту осуществления изобретения; и
Фиг.4 - система согласно варианту осуществления изобретения.
Чертежи показывают только те элементы, которые необходимы для понимания вариантов осуществления изобретения. Номера на чертежах обозначают порядковые номера значений в данном субкадре, причем последовательные порядковые номера относятся к последовательным периодам времени в соответствующем временном интервале, к которому относится данный субкадр.
В предпочтительной схеме параметрического кодирования входной сигнал обычно подразделяют на составляющие сигнала переходного процесса, синусоидные составляющие сигнала и шумовые составляющие.
Ссылка делается на документ WO 01/69593-А1. Параметры, представляющие синусоидные составляющие, обычно выбираются следующими: амплитуда, частота и фаза. Для составляющих переходного процесса набор этих параметров с характеристикой огибающей является достаточным их представлением. Что касается шума, то форма спектра и параметр коэффициента усиления, который управляет генератором случайного (флуктуационного) шума, дают достаточное параметрическое представление. Для кодирования всех этих параметров с достаточно низкой скоростью передачи данных в битах нужно использовать избыточность между этими параметрами в последовательные моменты времени. Например, в случае синусоидальных составляющих параметры амплитуды и частоты одной и той же составляющей медленно изменяются во времени. Поэтому целесообразно кодировать изменения амплитуды и частоты. Из расчета одного анализируемого кадра кодируется один параметр для частоты и амплитуды.
В случае кодирования параметров шумового сигнала, на один субкадр получают несколько значений параметров, например 7 значений параметра коэффициента усиления; при этом каждое значение коэффициента усиления представляет мощность в субкадре, к которому он относится. В кадр шума входит несколько субкадров. Анализируемые кадры имеют перекрытие, равное, например, 50%. Это наглядно представлено на Фиг.1. В практических вариантах осуществления промежутки времени субкадров имеют одинаковую или схожую длительность для каждого субкадра.
В связи с медленным изменением параметров коэффициента усиления избыточность используют путем дифференциального кодирования этих параметров. Для этого оцениваемые параметры коэффициента усиления организуются последовательно. Разности затем подвергают последовательному энтропийному кодированию.
... g(i-1,7) g(i,1) g(i,2) ...g(i,6) g(i,7) g(i+1,1) g(i+1,2)... g(i+1,6) g(i+1,7)...,
где g(a,b) обозначает b-й уровень представления коэффициента усиления шума в субкадре а. Затем эти дифференциальные уровни представления подвергают энтропийному кодированию по таблице Хаффмена.
Согласно вариантам осуществления настоящего изобретения оцениваемые значения параметров, в этом примере - параметров коэффициента усиления, организуются таким образом, что избыточность используется еще лучше. Что касается обычного кодирования, то простое изменение синтаксиса потока битов улучшает эффективность кодирования.
Решение 1
Согласно примеру параметрического кодирования оцениваемые коэффициенты усиления шума организуются следующим образом (см. также Фиг.2):
...g(i,3) g(i,4) g(i,5) g(i+1,1) g(i,6) g(i+1,2) g(i,7) g(i+1,3) g(i+1,4) g(i+1,5)...
Полученную таким образом последовательность параметров коэффициента усиления предпочтительно подвергают дифференциальному кодированию.
Решение 2
Приводимое ниже решение, оказавшееся несколько более эффективным в примере параметрического кодирования, является следующим (см. также Фиг.3):
Этап А) Сначала для кадра i коэффициенты усиления организуют следующим образом: g(i,3) g(i,4) g(i,5) g(i,6) g(i,7), которые затем подвергают (предпочтительно дифференциальному) кодированию.
Этап В) Затем пары g(i,5) g(i+1,1) g(i,6) g(i+1,2) и g(i,7) g(i+1,3) подвергают (предпочтительно дифференциальному) кодированию.
Решение 3
Дальнейшее исследование показало, что три разности между кадрами g(i+1,1)-g(i,5), g(i+1,2)-g(i,6) и g(i+1,3)-g(i,7) имеют значительное сходство. Поэтому более эффективным будет кодирование среднего значения m этих разностей и последующее кодирование разностей по отношению к этому среднему значению. Это означает, что средний параметр, средняя разность, включается в поток битов.
В качестве сравнения разных решений рассмотрим следующий пример:
Для описываемых выше разных решений, использующих дифференциальное кодирование, будут получены следующие последовательности:
решение
Необходимо отметить, что хотя в решении 3 введен дополнительный параметр, все же возможно более эффективное кодирование результирующей последовательности.
В практическом варианте осуществления кодирования кадра шума каждый субкадр определяет или корректирует параметры фильтра, которые остаются постоянными в субкадре. На один субкадр даются несколько последовательных значений параметра коэффициента усиления, относящиеся к последовательным периодам времени во временном интервале, к которому относится данный субкадр. Субкадры перекрываются во времени. Определяется обновляемый кадр шума, который начинается с субкадра, содержащего обновляемые параметры фильтра, которые кодируют как абсолютные параметры фильтра. Параметры фильтра в других субкадрах подвергают в основном дифференциальному кодированию.
В предпочтительном практическом варианте осуществления используется следующая методика кодирования. Для первого субкадра «обновляемого кадра» первый коэффициент усиления шума кодируют абсолютно. Все следующие коэффициенты усиления шума этого субкадра кодируют дифференциально.
Для всех других субкадров вместо кодирования разности g(i+1,1)-g(i,7) кодируется разность g(i+1,1)-g(i,5), тем самым используя избыточность, которая очевидна между коэффициентами усиления шума, анализируемыми в аналогичные моменты времени. Те же операции повторяют для g(i+1,2) и g(i+1,3). Поэтому вместо кодирования разности g(i+1,2)-g(i+1,1) соответственно g(i+1,3)-g(i+1,2) кодируют разность g(i+1,2)-g(i,6) соответственно g(i+1,3)-g(i,7) (см. также Фиг.2).
В более предпочтительном практическом варианте осуществления используется следующая методика кодирования:
Для первого субкадра «обновляемого кадра» первый коэффициент усиления кодируют абсолютно. Все последующие коэффициенты усиления этого субкадра кодируют дифференциально.
Для любого другого субкадра i+1 вычисляют разности g(i+1,1)-g(i,5), g(i+1,2)-g(i,6) и g(i+1,3)-g(i,7) и среднее значение m(i+1) этих разностей. Сначала среднее значение m(i+1) кодируют в поток битов, после чего разности g(i+1,1)-g(i,5)-m(i+1), g(i+1,2)-g(i,6)-m(i+1) и g(i+1,3)-g(i,7)-m(i+1), которые представляют разности по отношению к среднему значению. Затем значения g(i+1,4)-g(i+1,3), g(i+1,5)-g(i+1,4), g(i+1,6)-g(i+1,5) и g(i+1,7)-g(i+1,6) кодируют в поток битов.
За исключением первого субкадра обновляемого кадра шума первое среднее значение m(i+1) перекрывающихся разностей вводят непосредственно после дифференциальных параметров, представляющих фильтр. Непосредственно после среднего значения m(i+1) разности по отношению к среднему значению m(i+1) вводят в поток битов. Для неперекрывающихся значений коэффициента усиления параметры кодируют дифференциально. В этом варианте осуществления создается следующий синтаксис потока битов:
первый субкадр обновляемого кадра шума (в приводимом выше примере - субкадр i)
{
обновляемые параметры фильтра
первое абсолютное значение коэффициента усиления (например, g(i,1))
дифференциально кодируемые последующие значения коэффициента усиления (например, g(i,2) ... g(i,7))
}
другие субкадры кадра шума (обновляемые и необновляемые) (например, субкадр i+1 в указанном примере)
{
дифференциально кодируемые параметры фильтра
среднее значение перекрывающихся разностей (например, m(i+1))
разности перекрывающихся значений коэффициента усиления по отношению к среднему значению
дифференциально кодируемые неперекрывающиеся значения коэффициента усиления
}
Средний дифференциальный коэффициент усиления m(i+1) предпочтительно кодируют по таблице Хаффмена. Разности по отношению к среднему значению m(i+1) также предпочтительно кодируют с помощью таблиц Хаффмена. Прочие дифференциальные параметры шума также предпочтительно кодируют с помощью таблицы Хаффмена.
В декодере: значения параметра коэффициента усиления шума в субкадре i+1, относящиеся к перекрытию, получают суммированием среднего значения m(i+1) и соответствующей «разности относительно среднего значения» с тем значением параметра коэффициента усиления шума в субкадре i, которое используется в качестве эталонного значения. Например, в указанном примере (см. Фиг.3): g(i+1,3)=g(i,7)+m((i+1)+[g(i+1,3)-g(i,7)-m(i+1)].
Варианты осуществления настоящего изобретения особо целесообразны для речевых фрагментов, которые могут быть существенно важными для параметрического кодирования. Обусловливаемая вариантами осуществления настоящего изобретения дополнительная усложненность кодера пренебрежимо мала.
Фиг.4 показывает систему согласно варианту осуществления настоящего изобретения. Система содержит устройство 1 для передачи или записи кодированного сигнала [S]. Устройство 1 содержит входной блок 10 для приема сигнала S, который предпочтительно является звуковым сигналом. Входной блок 10 может быть антенной, микрофоном, сетевым соединением и пр. Устройство 1 дополнительно содержит кодер 11 для кодирования сигнала S в соответствии с излагаемым выше вариантом осуществления изобретения (см. Фиг.2 и 3) для получения кодированного сигнала. Кодированный сигнал подается в выходной блок 12, который преобразует кодированный звуковой сигнал в поток битов [S], имеющий соответствующий формат для передачи или запоминания с помощью передающей среды или запоминающей среды (носителя данных) 2. Система также содержит приемник или воспроизводящее устройство 3, которое принимает кодированный сигнал [S] во входном блоке 30. Входной блок 30 направляет кодированный сигнал [S] в декодер 31. Декодер 31 декодирует кодированный сигнал методом декодирования, который является обратной операцией кодирования, выполняемой в кодере 11. Декодер 31 направляет декодированный сигнал S' в выходной блок 32, который выдает декодированный сигнал S'. Выходной блок 32 может быть воспроизводящим устройством, таким как громкоговоритель, воспроизводящий декодированный сигнал S'. Выходной блок 32 может также быть передатчиком, который далее передает декодированный сигнал S', например по внутренней сети, и пр.
Областями применения вариантов осуществления настоящего изобретения являются: перекачка в Интернет, Интернет-радио, полупроводниковая звуковая аппаратура.
Нужно отметить, что приводимые выше варианты осуществления не ограничивают, а поясняют изобретения; и что специалисты в данной области техники смогут разработать альтернативные варианты осуществления в рамках объема прилагаемой формулы изобретения. В формуле изобретения ссылочные обозначения в скобках не следует истолковывать как обозначения, ограничивающие данный пункт формулы. Слово «содержащий» не исключает наличия других элементов или этапов помимо указываемых в пункте формулы. Изобретение можно выполнить техническими (аппаратными) средствами, содержащими несколько различных элементов, и посредством соответствующим образом запрограммированного компьютера. Согласно пункту формулы на устройство, который перечисляет несколько средств, некоторые эти средства можно осуществить с помощью одного и того же элемента аппаратных средств. Тот факт, что некоторые операции указаны в разных взаимозависимых пунктах формулы, не говорит о том, что нельзя использовать целесообразную комбинацию этих операций.
Изобретение относится к кодированию сигнала, в частности звукового сигнала. Технический результат - повышение эффективности кодирования сигнала. Для этого обеспечивают первую совокупность значений, относящуюся к последовательным периодам времени в первом временном интервале сигнала; обеспечивают вторую совокупность значений, относящуюся к последовательным периодам времени во втором временном интервале сигнала; причем первый временной интервал имеет некоторое перекрытие со вторым временным интервалом; указанное перекрытие содержит по меньшей мере два последовательных периода времени второго интервала; причем по меньшей мере одно из значений второй совокупности, относящихся по меньшей мере к двум последовательным периодам времени в указанном перекрытии, кодируют по отношению к тому значению первой совокупности, которое по времени ближе по меньшей мере к одному значению второй совокупности, чем любое другое значение во второй совокупности. 8 н. и 10 з.п. ф-лы, 4 ил.
обеспечивают первую совокупность значений, относящуюся к последовательным периодам времени в первом временном интервале сигнала,
обеспечивают вторую совокупность значений, относящуюся к последовательным периодам времени во втором временном интервале сигнала,
причем первый временной интервал имеет некоторое перекрытие со вторым временным интервалом, при этом указанное перекрытие включает в себя, по меньшей мере, два последовательных периода времени второго интервала,
при этом, по меньшей мере, одно из значений второй совокупности, относящихся, по меньшей мере к двум последовательным периодам времени в указанном перекрытии, кодируют по отношению к тому значению первой совокупности, которое по времени ближе, по меньшей мере, к одному значению второй совокупности, чем любое другое значение во второй совокупности.
указанное перекрытие содержит k периодов времени второго временного интервала,
при этом значения g(i,b) первой совокупности и значения g(i+1,b) второй совокупности кодируют в следующей последовательности:
...g(i,n-k)g(i,n-k+1)g(i+1,1)g(i,n-k+2)g(i+1,2)...g(i,n)g(i+1,k)g(i+1,k+1)g(i+1,k+2)..., где n - наибольший порядковый номер в первой совокупности.
g(i,b) являются значениями в первой совокупности i, и g(i+1,b) являются значениями во второй совокупности i+1; при этом b обозначает порядковый номер данного значения в данной совокупности, причем последовательные порядковые номера относятся к последовательным периодам времени,
указанное перекрытие содержит k периодов времени второго временного интервала,
при этом указанное кодирование включает в себя следующие операции:
кодируют последовательность ...g(i,n-k) g(i,n-k+1) g(i,n-k+2)...g(i,n)
кодируют последовательность разностей между кадрами g(i+1,1)-g(i,n-k+1),g(i+1,2)-g(i,n-k+2)...g(i+1,k)-g(i,n), где n - наибольший порядковый номер в первой совокупности.
средство для обеспечения первой совокупности значений, относящейся к последовательным периодам времени в первом временном интервале сигнала,
средство для обеспечения второй совокупности значений, относящейся к последовательным периодам времени во втором временном интервале сигнала,
причем первый временной интервал имеет некоторое перекрытие со вторым временным интервалом, и указанное перекрытие включает в себя, по меньшей мере, два последовательных периода времени второго интервала, при этом указанное устройство дополнительно содержит средство для кодирования, по меньшей мере, одного значения из числа значений второй совокупности, относящихся, по меньшей мере, к двум последовательным периодам времени в указанном перекрытии по отношению к тому значению первой совокупности, которое по времени ближе, по меньшей мере, к одному значению второй совокупности, чем любое другое значение во второй совокупности.
первую совокупность кодированных значений, относящуюся к последовательным периодам времени в первом временном интервале,
вторую совокупность кодированных значений, относящуюся к последовательным периодам времени во втором временном интервале,
причем первый временной интервал имеет некоторое перекрытие со вторым временным интервалом, при этом указанное перекрытие включает в себя, по меньшей мере, два последовательных периода времени второго интервала,
при этом, по меньшей мере, одно из значений второй совокупности, относящихся по меньшей мере к двум последовательным периодам времени в указанном перекрытии, кодировано по отношению к тому значению первой совокупности, которое по времени ближе по меньшей мере к одному значению второй совокупности, чем любое другое значение во второй совокупности.
принимают первую совокупность кодированных значений, относящуюся к последовательным периодам времени в первом временном интервале,
принимают вторую совокупность кодированных значений, относящуюся к последовательным периодам времени во втором временном интервале,
причем первый временной интервал имеет некоторое перекрытие со вторым временным интервалом, при этом указанное перекрытие включает в себя, по меньшей мере, два последовательных периода времени второго интервала,
при этом, по меньшей мере, одно из значений второй совокупности, относящихся, по меньшей мере, к двум последовательным периодам времени в указанном перекрытии, кодировано по отношению к тому значению первой совокупности, которое по времени ближе, по меньшей мере, к одному значению второй совокупности, чем любое другое значение во второй совокупности, причем декодирование дополнительно включает в себя следующие операции:
декодируют первую совокупность значений для получения первой совокупности декодированных значений и
декодируют вторую совокупность значений для получения второй совокупности декодированных значений, при этом, по меньшей мере, одно из значений второй совокупности, относящихся, по меньшей мере, к двум последовательным периодам времени в перекрытии, декодируют по отношению к тому значению первой совокупности, которое по времени ближе, по меньшей мере, к одному значению из числа значений второй совокупности, чем любое другое значение во второй совокупности.
средство для приема первой совокупности кодированных значений, относящейся к последовательным периодам времени в первом временном интервале,
средство для приема второй совокупности кодированных значений, относящейся к последовательным периодам времени во втором временном интервале,
причем первый временной интервал имеет некоторое перекрытие со вторым временным интервалом, при этом указанное перекрытие включает в себя, по меньшей мере, два последовательных периода времени второго интервала,
при этом, по меньшей мере, одно из значений второй совокупности, относящихся по меньшей мере к двум последовательным периодам времени в указанном перекрытии, кодировано по отношению к тому значению первой совокупности, которое по времени ближе, по меньшей мере, к одному значению второй совокупности, чем любое другое значение во второй совокупности, причем декодер дополнительно содержит
средство для декодирования первой совокупности значений для получения первой совокупности декодированных значений и
средство для декодирования второй совокупности значений для получения второй совокупности декодированных значений, при этом, по меньшей мере, одно из значений второй совокупности, относящихся, по меньшей мере, к двум последовательным периодам времени в перекрытии, декодируют по отношению к тому значению первой совокупности, которое по времени ближе, по меньшей мере, к одному значению из числа значений второй совокупности, чем любое другое значение во второй совокупности.
входной блок (10) для приема сигнала,
кодер (11) по п.12 для кодирования сигнала (S), чтобы получить кодированный сигнал ([S]), и
выходной блок для выдачи потока битов, представляющего кодированный сигнал ([S]).
входной блок (30) для приема потока битов, представляющего кодированный сигнал ([S]),
декодер (31) по п.15 для декодирования кодированного сигнала ([S]), чтобы получить декодированный сигнал (S), и
выходной блок (32) для выдачи декодированного сигнала (S).
| Обучающее устройство | 1979 |
|
SU858067A1 |
| СИСТЕМА ПЕРЕДАЧИ, ТЕРМИНАЛЬНЫЙ БЛОК, КОДИРУЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО, ДЕКОДИРУЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО И АДАПТИВНЫЙ ФИЛЬТР | 1994 |
|
RU2123728C1 |
| Система для передачи и приема информации кодом переменной длины | 1983 |
|
SU1124436A1 |
| УСТРОЙСТВО ЦИФРОВОЙ ПЕРЕДАЧИ | 1990 |
|
RU2145464C1 |
| US 5850403 А, 15.12.1998. | |||
