КВАНТОВАТЕЛЬ, КОДЕР И ИХ СПОСОБЫ Российский патент 2013 года по МПК G10L19/38 G10L19/107 

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к устройству квантования, которое квантует значение, связанное с коэффициентами преобразования, при выполнении кодирования стерео, используя преобразование по методу главных компонент, устройству кодирования, которое выполняет кодирование стерео, используя коэффициенты преобразования, и способам квантования и кодирования.

Уровень техники

Кодирование речи, в основном, используется для приложений связи, использующих узкополосную речь телефонного диапазона (200 Гц - 3,4 кГц). Узкополосный речевой кодек монауральной речи широко используется в приложениях связи, включающих в себя передачу речевых сообщений через мобильные телефоны, устройства удаленной конференции и современные пакетные сети (например, Интернет).

В последние годы с расширением полосы частот сетей связи существует потребность реалистического восприятия передачи речевых сообщений и высокого качества музыки. Чтобы удовлетворить этому требованию, были разработаны системы передачи речевых сообщений, использующие методы кодирования стереофонической речи.

В качестве способа кодирования стереофонической речи известен обычный способ нахождения монаурального сигнала для представления суммы сигнала левого канала и сигнала правого канала, нахождения бокового сигнала для представления разности между сигналом левого канала и сигналом правого канала и кодирования монаурального сигнала и бокового сигнала (смотрите патентную литературу 1 и патентную литературу 2).

Сигнал левого канала и сигнал правого канала представляют звук, слышимый ушами человека, монауральный сигнал может представлять общую часть между сигналом левого канала и сигналом правого канала, и боковой сигнал может представлять пространственную разность между сигналом левого канала и сигналом правого канала.

Существует сильная корреляция между сигналом левого канала и сигналом правого канала. Следовательно, по сравнению со случаем непосредственного кодирования сигнала левого канала и сигнала правого канала можно выполнять более подходящее кодирование в соответствии с особенностями монаурального сигнала и бокового сигнала посредством кодирования сигнала левого канала и сигнала правого канала, преобразованных в монауральный сигнал и боковой сигнал, так что можно реализовать кодирование с меньшей избыточностью, низкой скоростью передачи битов и высоким качеством.

Патентная литература 2 описывает способ преобразования сигнала L левого канала и сигнала R правого канала стереосигнала в монауральный сигнал M и боковой сигнал S, используя два весовых коэффициента W₁ и W₂, как показано в уравнениях 1-1 и 1-2.

Также, в уравнениях 1-1 и 1-2 x_1,i представляет сигнал L левого канала, и x_2,i представляет сигнал R правого канала. Также, y_1,i представляет монауральный сигнал M, и y_2,i представляет боковой сигнал S. Также, i представляет индекс для представления времени.

Сигнал L левого канала и сигнал R правого канала ссылаются на сигналы, входящие с левой и правой сторон головы человека, и являются сильно коррелированными, так что можно найти сигнал, представляющий большую часть левого и правого сигналов, посредством монаурального сигнала М и найти сигнал, представляющий пространственное различие между левым и правым сигналами посредством бокового сигнала S. Таким образом, посредством преобразования сигнала L левого канала и сигнала R правого канала в монауральный сигнал М и боковой сигнал S, можно выполнить кодирование, пригодное для их особенностей, и по сравнению со случаем кодирования сигнала L левого канала и сигнала R правого канала непосредственно реализовать кодирование с меньшей избыточностью, низкой скоростью передачи битов и высоким качеством.

В данный момент посредством установки двух весовых коэффициентов W₁ и W₂ для выполнения зависимости уравнения 2 уравнения 1-1 и 1-2 эквиваленты вращающимся векторам сигнала L левого канала и сигнала R правого канала.

Зависимости между углом α поворота и весовыми коэффициентами W₁ и W₂ в данном случае показаны в уравнениях 3-1 и 3-2.

Если декодирующая сторона знает угол α поворота, то можно получить W₁ и W₂ из зависимостей в уравнениях 3-1 и 3-2. Поэтому вместо двух весовых коэффициентов W₁ и W₂ необходимо сообщить декодирующей стороне угол α поворота, так что, по сравнению со случаем сообщения двух весовых коэффициентов W₁ и W₂, можно повысить эффективность кодирования. Также, вместо угла α поворота можно в равной степени сообщить один из двух весовых коэффициентов W₁ и W₂ декодирующей стороне. Это потому что два весовых коэффициента W₁ и W₂ удовлетворяют зависимости в уравнении 2 и, поэтому, один из них определяется тогда, когда другой определен.

Патентная литература 2 описывает способ нахождения вышеупомянутых весовых коэффициентов по методу главных компонент и сообщения одного из этих двух весовых коэффициентов декодирующей стороне. Более конкретно, описывается метод повторений, использующий правило Ойа.

Кроме того, непатентная литература 1 и непатентная литература 2 описывают способ выполнения метода главных компонент, использующего преобразование Карунена-Лоэва (KL). Более конкретно, описывается алгоритм нахождения угла поворота посредством KL-преобразования для преобразования двух векторов. Например, непатентная литература 2 описывает способ нахождения угла θ поворота из мощности первого сигнала, мощности второго сигнала и значения корреляции первого сигнала и второго сигнала. Угол θ поворота выводится посредством алгоритма нахождения собственного вектора (в котором сумма квадратов элементов равна 1) при помощи расширения собственного вектора, использующего двумерную корреляционную матрицу. Посредством способа квантования и передачи результирующего угла θ поворота можно эффективно демультиплексировать и кодировать сигналы. В качестве примера квантования имеется скалярное квантование, использующее таблицу.

Ниже объясняется способ квантования, описанный в непатентной литературе 2.

Сначала, используя уравнения 4-1 - 4-4, вычисляется мощность С₁₁ входного сигнала L левого канала, мощность С₂₂ входного сигнала R правого канала и значение С₁₂ корреляции.

Далее, используя мощность С₁₁ и С₂₂ и значение С₁₂ корреляции, вычисляется угол α поворота. Непатентная литература 2 описывает способ вычисления угла поворота посредством метода главных компонент (PCA), который представляет собой один способ нахождения коэффициентов KL-преобразования. Уравнение для вычисления угла поворота, описанного в непатентной литературе 2, показано в уравнении 5.

Затем из множества пар, причем каждая ассоциирует заранее угол поворота и код квантования, код квантования, ассоциированный с углом поворота, ближайшим к углу α поворота, полученному в уравнении 5, сообщается декодирующей стороне. Посредством этого, по сравнению со случаем сообщения двух коэффициентов W₁ и W₂ преобразования, необходимых при выполнении метода главных компонент, можно повысить эффективность кодирования.

Таким образом, согласно непатентной литературе 2 посредством квантования угла поворота при преобразовании двух векторов (сигналов или спектров) в другие векторы посредством метода главных компонент, выполняется эффективное кодирование. Также, непатентная литература 1 описывает пример использования самих коэффициентов KL-преобразования в качестве цели квантования вместо угла поворота.

Список ссылок

Патентная литература

[PTL1]

Выложенная заявка на патент Японии № 2001-255892

[PTL2]

Опубликованный перевод на японский язык № 2005-522721 международной публикации PCT

Непатентная литература

[NPL 1]

Yang и др. «High-Fidelity Multichannel Audio Coding With Karhunen-Loeve Transform» IEEE Trans. Speech and Audio processing, том 11, №4, июль 2003 г.

[NPL 2]

Virette и др. «PARAMETRIC CODING OF STEREO AUDIO BASED ON PRINCIPAL COMPONENT ANALYSIS», Proc. of the Conference on Digital Audio Effects (DAFx-06), сентябрь 18-20, 2006 г.

Сущность изобретения

Техническая проблема

Однако, как ясно из уравнения 5, способ квантования, описанный в непатентной литературе 2, требует вычислений, включающих в себя деления и тригонометрические функции для вычисления угла α поворота, и, поэтому, существует проблема в том, что большое количество вычислений. Также, в способе квантования, описанном в непатентной литературе 1, необходимо вычислять, в конечном счете, коэффициенты посредством метода главных компонент, и он требует вычислений, включающих в себя деления и квадратные корни, и, поэтому, имеет проблему в том, что большое количество вычислений, подобно вышеупомянутой непатентной литературе 2.

С учетом вышесказанного задачей настоящего изобретения, поэтому, является обеспечение: устройства квантования, которое может уменьшить, в случае выполнения кодирования стерео, использующего преобразование по методу главных компонент, количество вычислений при квантовании значения, связанного с коэффициентами преобразования в преобразовании по методу главных компонент; устройства кодирования, которое выполняет кодирование стерео, использующее коэффициенты преобразования; и способов квантования и кодирования.

Решение проблемы

Устройство квантования настоящего изобретения, которое квантует значение, связанное с коэффициентами преобразования при выполнении преобразования по методу главных компонент первого векторного сигнала и второго векторного сигнала, применяет конфигурацию, имеющую: секцию вычисления мощности и корреляции, которая вычисляет мощность первого векторного сигнала, мощность второго векторного сигнала и значение корреляции между первым векторным сигналом и вторым векторным сигналом; секцию вычисления промежуточного значения, которая вычисляет в качестве промежуточного значения результат выполнения вычисления разности, использующего мощность первого векторного сигнала и мощность второго векторного сигнала; кодовую книгу, которая содержит множество пар первого коэффициента и второго коэффициента, которые связаны с коэффициентами преобразования и пронумерованы; и секцию квантования, которая вычисляет в качестве опорного значения результат сложения первого результата умножения, полученного посредством умножения первого коэффициента на значение корреляции, и второго значения умножения, полученного умножением второго коэффициента на промежуточное значение, и, основываясь на величине опорного значения, выбирает номер в качестве кода.

Устройство кодирования настоящего изобретения применяет конфигурацию, имеющую: вышеупомянутое устройство квантования; секцию преобразования, которая получает монауральный сигнал и боковой сигнал посредством поворота первого векторного сигнала и второго векторного сигнала, используя коэффициенты преобразования, ассоциированные с кодом, выбранным в секции квантования; первую секцию кодирования, которая кодирует монауральный сигнал; и вторую секцию кодирования, которая кодирует боковой сигнал.

Способ квантования настоящего изобретения для квантования значения, связанного с коэффициентами преобразования при выполнении преобразовании по методу главных компонент первого векторного сигнала и второго векторного сигнала, включает в себя этапы: вычисления мощности первого векторного сигнала, мощности второго векторного сигнала и значения корреляции между первым векторным сигналом и вторым векторным сигналом; вычисления в качестве промежуточного значения результата выполнения вычисления разности, используя мощность первого векторного сигнала и мощность второго векторного сигнала; и вычисления в качестве опорного значения результата сложения первого результата умножения, полученного умножением первого коэффициента на значение корреляции, и второго значения умножения, полученного умножением второго коэффициента на промежуточное значение, и, основываясь на величине опорного значения, выбора номера в качестве кода, причем первый коэффициент и второй коэффициент считываются из кодовой книги, которая содержит множество пар первого коэффициента и второго коэффициента, связанных с коэффициентами преобразования и пронумерованных.

Полезные эффекты изобретения

Согласно настоящему изобретению, в случае выполнения кодирования стерео, используя преобразование по методу главных компонент, можно получить код квантования, ассоциированный с коэффициентами преобразования при выполнении кодирования стерео, используя преобразование по методу главных компонент, без выполнения обработки вычислением, включающей в себя тригонометрические функции, деления и т.п., так что можно уменьшить количество вычислений при квантовании значения, связанного с коэффициентами преобразования в преобразовании по методу главных компонент.

Краткое описание чертежей

Фиг.1 представляет собой блок-схему, изображающую конфигурацию устройства кодирования, включающего в себя устройство квантования согласно варианту осуществления настоящего изобретения;

фиг.2 изображает пример таблицы, содержащейся в кодовой книге, предусмотренной в устройстве кодирования согласно варианту осуществления;

фиг.3 представляет собой блок-схему, изображающую конфигурацию устройства декодирования согласно варианту осуществления;

фиг.4А изображает пример таблицы, содержащейся в кодовой книге, предусмотренной в устройстве декодирования, согласно варианту осуществления; и

фиг.4В изображает пример таблицы, содержащейся в кодовой книге, предусмотренной в устройстве декодирования, согласно варианту осуществления.

Описание варианта осуществления

Ниже объясняется вариант осуществления настоящего изобретения с ссылкой на прилагаемые чертежи. Также, объясняется примерный случай с настоящим вариантом осуществления, где два вектора, принимаемых в качестве входных сигналов в устройстве квантования, представляют собой сигнал левого канала и сигнал правого канала стереосигнала.

Фиг.1 представляет собой блок-схему, изображающую главные компоненты устройства кодирования, включающего в себя устройство квантования согласно настоящему варианту осуществления. Устройство 100 кодирования, показанное на фиг.1, предусматривается, главным образом, с устройством 110 квантования, секцией 120 преобразования, секцией 130 монаурального кодирования, секцией 140 кодирования бокового сигнала и секцией 150 мультиплексирования.

Устройство 110 квантования получает коэффициенты W₁ и W₂ преобразования, используемые при выполнении метода главных компонент в секции 120 преобразования, из сигнала L левого канала и сигнала R правого канала стереосигнала и выводит полученные коэффициенты W₁ и W₂ преобразования на секцию 120 преобразования. Также, устройство 110 квантования получает код квантования, ассоциированный с коэффициентами W₁ и W₂ преобразования, и выводит полученный код квантования на секцию 150 мультиплексирования. Также, ниже описывается конфигурация устройства 110 квантования.

Секция 120 преобразования преобразует сигнал L левого канала и сигнал R правого канала в монауральный сигнал М и боковой сигнал S, используя коэффициенты W₁ и W₂ преобразования, выводимые от устройства 110 квантования согласно уравнениям 6-1 и 6-2.

Также в уравнениях 6-1 и 6-2 x_1,i представляет сигнал L левого канала, и x_2,i представляет сигнал R правого канала. Также, y_1,i представляет монауральный сигнал М, и y_2,i представляет боковой сигнал S. Также, i представляет индекс для представления времени.

Затем, секция 120 преобразования выводит монауральный сигнал М на секцию 130 монаурального кодирования и выводит боковой сигнал S на секцию 140 кодирования бокового сигнала.

Секция 130 монаурального кодирования кодирует монауральный сигнал М и выводит результирующие кодированные данные на секцию 150 мультиплексирования. Секция 140 кодирования бокового сигнала кодирует боковой сигнал S и выводит результирующие кодированные данные на секцию 150 мультиплексирования.

Секция 150 мультиплексирования мультиплексирует кодированные данные монаурального сигнала М, кодированные данные бокового сигнала S и код квантования и выводит мультиплексированные битовые потоки.

Ниже объясняется конфигурация устройства 110 квантования.

Устройство 110 квантования предусматривается с секцией 111 вычисления мощности и корреляции, секцией 112 вычисления промежуточного значения, кодовой книгой 113 и секцией 114 квантования.

Секция 111 вычисления мощности и корреляции вычисляет мощность С₁₁ входного сигнала L левого канала, мощность С₂₂ входного сигнала R правого канала и значение С₁₂ корреляции, используя уравнения 7-1 - 7-3.

Секция 111 вычисления мощности и корреляции выводит мощность С₁₁ и С₂₂ и значение С₁₂ корреляции на секцию 112 вычисления промежуточного значения и выводит значение С₁₂ корреляции на секцию 114 квантования.

Секция 112 вычисления промежуточного значения вычисляет промежуточное значение С₁₁₂₂, используя мощность С₁₁ и С₂₂ в соответствии с уравнением 8, и выводит промежуточное значение С₁₁₂₂ на секцию 114 квантования.

Кодовая книга 113 содержит множество пар коэффициентов γ_1,n и γ_2,n, используемых в секции 114 квантования. Пример таблицы, содержащейся в кодовой книге 113, показан на фиг.2. Фиг.2 изображает пример таблицы, используемой в случае, когда коэффициенты γ_1,n и γ_2,n подвергаются скалярному кодированию в три бита. Как показано на фиг.2, в таблице номер присваивается каждой паре коэффициентов γ_1,n и γ_2,n. Также, хотя значения номеров записаны в двоичном виде на фиг.2, фактически эти значения не нужно хранить в памяти, и порядок коэффициентов (номер, указывающий порядок) используется в качестве кода. Также, фиг.2 изображает пример, где кодовая книга 113 заранее содержит коэффициенты γ_1,n и γ_2,n и коэффициенты W₁ и W₂ преобразования, ассоциированные с коэффициентами γ_1,n и γ_2,n.

Секция 114 квантования выбирает коэффициенты γ_1,n и γ_2,n, чтобы максимизировать функцию E стоимости, представленную уравнением 9, из кодовой книги 113.

Далее, секция 114 квантования выводит номер выбранного коэффициента γ_1,n и коэффициента γ_2,n на секцию 150 мультиплексирования в качестве кода (кода квантования). Также, секция 114 квантования выводит коэффициенты W₁ и W₂ преобразования, ассоциированные с выбранными коэффициентами γ_1,n и γ_2,n, на секцию 120 преобразования.

Например, если функция E стоимости в уравнении 9 максимизируется в случае, когда зависимость (γ_1,n,γ_2,n)=(g31,g32) выполняется между коэффициентами γ_1,n и γ_2,n, секция 114 квантования выбирает номер «010», ассоциированный с вышеупомянутой парой коэффициентов γ_1,n и γ_2,n, в качестве кода квантования и выводит этот номер на секцию 150 мультиплексирования. Также, секция 114 квантования выводит коэффициенты (W₁,W₂)=(ω31,ω32) преобразования, ассоциированные с выбранным кодом «010» квантования на секцию 120 преобразования.

Ниже объясняется зависимость между коэффициентами γ_1,n и γ_2,n и коэффициентами W₁ и W₂ преобразования.

Как описано выше, секция 120 преобразования преобразует сигнал L левого канала и сигнал R правого канала в монауральный сигнал М и боковой сигнал S, используя уравнения 6-1 и 6-2. Таким образом, секция 120 преобразования выполняет KL-преобразование. В данном случае коэффициенты KL-преобразования и угол α поворота имеют зависимость по уравнениям 10-1 и 10-2. Поэтому, W₁ и W₂ удовлетворяют уравнению 10-3.

Функция Е стоимости, представленная уравнением 9, может быть переписана в уравнение, использующее только коэффициент W₁ KL-преобразования, используя уравнение 10-3, как показано в уравнении 11.

В данном случае посредством частичного дифференцирования вышеупомянутого уравнения 11 по W₁ получается уравнение 12.

Далее, посредством подстановки уравнения 10-1 в член на правой стороне вышеупомянутого уравнения 12 и умножения обоих членов вышеупомянутого уравнения 12 на sin(α) получается уравнение 13.

Как описано выше, с настоящим вариантом осуществления секция 114 квантования выбирает коэффициенты γ_1,n и γ_2,n для максимизирования функции Е стоимости, представленной уравнением 9. Это эквивалентно случаю, когда коэффициенты γ_1,n и γ_2,n выбираются такими, чтобы сделать уравнение 13 равным «0».

В данном случае, если уравнение 5 подставляется в уравнение 13, уравнение 13 равняется «0». Настоящие изобретатели сосредоточили внимание на этом вопросе. Т.е. функция Е стоимости имеет максимальное значение в отношении коэффициента W₁ преобразования и максимизируется в случае угла α поворота, полученного из уравнения 5. Поэтому выполнение KL-преобразования, используя коэффициенты W₁ и W₂ преобразования, ассоциированные с коэффициентами γ_1,n и γ_2,n для максимизирования функции стоимости, эквивалентно подстановке угла α поворота, полученного из уравнения 5, в уравнения 10-1 и 10-2, вычислению коэффициентов W₁ и W₂ преобразования и выполнению KL-преобразования. Поэтому квантование и сообщение угла α поворота декодирующей стороне теоретически эквивалентно квантованию и сообщению декодирующей стороне коэффициентов γ_1,n и γ_2,n для максимизирования функции Е стоимости.

Настоящий вариант осуществления квантует и сообщает коэффициенты γ_1,n и γ_2,n декодирующей стороне. Поэтому кодовая книга 113 разработана так, чтобы ассоциировать коэффициенты γ_1,n и γ_2,n с кодом квантования и содержать их.

Также, зависимости уравнений 14-1 и 14-2 сохраняются между коэффициентами γ_1,n и γ_2,n и углом α поворота, так что декодирующая сторона может ассоциировать коэффициенты γ_1,n и γ_2,n с углом α поворота на однозначной основе при помощи кода квантования.

Таким образом, секция 114 квантования выбирает код квантования, ассоциированный с коэффициентами γ_1,n и γ_2,n для максимизирования функции Е стоимости, представленной уравнением 9. Посредством этого можно получать код квантования, ассоциированный с коэффициентами преобразования при выполнении кодирования стерео, используя преобразование по методу главных компонент, без выполнения обработки вычислений, включающей в себя тригонометрические функции, деления и т.п., так что можно уменьшить количество вычислений для квантования.

Также, из уравнения 9 зависимости уравнений 15-1 и 15-2 выполняются между коэффициентами γ_1,n и γ_2,n и коэффициентами W₁ и W₂ преобразования, и, следовательно, кодовая книга 113 разработывается так, чтобы содержать коэффициенты W₁ и W₂ преобразования, ассоциированные с коэффициентами γ_1,n и γ_2,n в табличной форме. Посредством этого секция 114 квантования легко может получать коэффициенты W₁ и W₂ преобразования, ассоциированные с выбранными коэффициентами γ_1,n и γ_2,n, и не требует вычислений для коэффициентов W₁ и W₂, так что можно дополнительно уменьшить количество вычислений, необходимых для метода главных компонент.

Ниже объясняется устройство декодирования согласно настоящему варианту осуществления.

Фиг.3 представляет собой блок-схему, изображающую основные компоненты устройства декодирования, которое декодирует битовые потоки, передаваемые с устройства 100 кодирования, согласно настоящему варианту осуществления. Устройство 200 декодирования, показанное на фиг.3, в основном, предусматривается с секцией 210 демультиплексирования, секцией 220 монаурального декодирования, секцией 230 декодирования бокового сигнала, секцией 240 деквантования и секцией 250 обратного преобразования.

Секция 210 демультиплексирования демультиплексирует битовые потоки в кодированные данные монаурального сигнала М, кодированные данные бокового сигнала S и код квантования. Затем секция 210 демультиплексирования выводит кодированные данные монаурального сигнала М на секцию 220 монаурального декодирования, кодированные данные бокового сигнала S - на секцию 230 декодирования бокового сигнала, и код квантования - на устройство 240 деквантования.

Секция 220 монаурального декодирования декодирует кодированные данные монаурального сигнала М и выводит результирующий восстановленный монауральный сигнал M' на секцию 250 обратного преобразования.

Секция 230 декодирования бокового сигнала декодирует кодированные данные бокового сигнала S и выводит результирующий восстановленный боковой сигнал S' на секцию 250 обратного преобразования.

Устройство 240 деквантования вычисляет весовые коэффициенты W₁ и W₂ из угла α поворота, ассоциированного с кодом квантования, и выводит результирующие весовые коэффициенты W₁ и W₂ на секцию 250 обратного преобразования. Также, ниже описывается конфигурация устройства 240 деквантования.

Секция 250 обратного преобразования получает восстановленный сигнал L' левого канала и восстановленный сигнал R' правого канала из уравнений 16-1 и 16-2, используя весовые коэффициенты W₁ и W₂, восстановленный монауральный сигнал M' и восстановленный боковой сигнал S'.

Также, в уравнениях 16-1 и 16-2 x'_1,i представляет восстановленный сигнал L' левого канала, и x'_2,i представляет восстановленный сигнал R' правого канала. Также, y'_1,i представляет восстановленный монауральный сигнал M', и y'_2,i представляет восстановленный боковой сигнал S'. Также i представляет индекс для представления времени.

Ниже объясняется конфигурация устройства 240 деквантования.

Устройство 240 деквантования предусматривается с кодовой книгой 241 и секцией 242 деквантования.

Кодовая книга 241 содержит множество пар угла поворота и кода квантования. Фиг.4А изображает пример таблицы, содержащейся в кодовой книге 241. Фиг.4А изображает пример таблицы, используемой в том случае, когда углы поворота подвергаются скалярному кодированию в три бита. Как показано на фиг.4А, таблица ассоциирует углы поворота и коды квантования.

Также, как описано выше, зависимости уравнений 14-1 и 14-2 связывают коэффициенты γ_1,n и γ_2,n и угол α поворота и, следовательно, таблица ассоциирует углы поворота и коды квантования, так что коэффициенты γ_1,n и γ_2,n и угол α поворота ассоциируются однозначно при помощи кода квантования.

Секция 242 деквантования выбирает угол α поворота, ассоциированный с кодом квантования, вычисляет весовые коэффициенты W₁ и W₂, используя выбранный угол α поворота и уравнения 17-1 и 17-2, и выводит результирующие весовые коэффициенты W₁ и W₂ на секцию 250 обратного преобразования.

Также, кодовая книга 241 заранее содержит коэффициенты W₁ и W₂ преобразования, ассоциированные с углами α1-α8 поворота, и, если устройство 240 деквантования выводит коэффициенты W₁ и W₂ преобразования, ассоциированные с кодом квантования, на секцию 250 обратного преобразования, секция 250 обратного квантования может исключать вычисления в уравнениях 17-1 и 17-2. Фиг.4В изображает пример таблицы, ассоциирующей коды квантования, углы α1-α8 поворота и коэффициенты W₁ и W₂ преобразования.

Как описано выше, настоящий вариант осуществления выбирает код квантования, ассоциированный с коэффициентами γ_1,n и γ_2,n, для максимизирования функции Е стоимости, представленной уравнением 9. Посредством этого можно получить код квантования, ассоциированный с коэффициентами преобразования при выполнении кодирования стерео, используя преобразование по методу главных компонент, без выполнения обработки вычислений, включающей в себя тригонометрические функции, деления и т.п., так что можно уменьшить количество вычислений для квантования.

Также, на кодирующей стороне и декодирующей стороне посредством ассоциирования коэффициентов γ_1,n и γ_2,n, удовлетворяющих зависимостям уравнений 14-1 и 14-2, и угла α поворота с одним и тем же кодом квантования, подобно известному уровню техники код квантования, ассоциированный с углом α поворота, сообщается декодирующей стороне, так что можно использовать обычное устройство декодирования без изменения конфигурации на декодирующей стороне.

Также, хотя был описан случай с вышеописанным объяснением, где кодовая книга 113 содержит таблицу, ассоциирующую коды квантования и коэффициенты W₁ и W₂ преобразования для этих кодов квантования, и секция 114 квантования выводит коэффициенты W₁ и W₂ преобразования на секцию 120 преобразования, настоящее изобретение не ограничивается этим. Например, возможен случай, когда кодовая книга 113 содержит таблицу, ассоциирующую коэффициенты γ_1,n и γ_2,n и коды квантования, и когда секция 120 преобразования содержит таблицу, ассоциирующую коды квантования и коэффициенты W₁ и W₂ преобразования для этих кодов квантования. В данном случае, секция 114 квантования может выводить код квантования, ассоциированный с коэффициентами γ_1,n и γ_2,n, для максимизирования функции Е стоимости, представленной уравнением 9, на секцию 120 преобразования, и секция 120 преобразования может выполнять преобразование по методу главных компонент, используя коэффициенты W₁ и W₂ преобразования для этого кода квантования.

Также, секция 250 обратного преобразования может содержать таблицу, ассоциирующую коды квантования и коэффициенты W₁ и W₂ преобразования для этих кодов квантования.

Демонстрационные эксперименты были проведены для проверки эффектов настоящего изобретения. В результате было проверено, что, если количество битов квантования для коэффициентов KL-преобразования составляет около четырех битов, то можно реализовать квантование с существенно меньшим количеством вычислений, которое составляет около двух пятых количества вычислений в способе непатентной литературы 2.

Также, звук, декодированный в обычном устройстве декодирования, просто показывает небольшое отличие в нескольких сэмплах в качестве обычного декодированного звука и цифровых данных, и, следовательно, было проверено, что способ кодирования согласно настоящему варианту осуществления теоретически совсем не теряет обычные особенности.

Причина, по которой достигается вышеописанный существенный эффект, заключается в том, что настоящий вариант осуществления не выполняет вычисления с большим количеством вычислений, такие как тригонометрическая функция (около 25 шагов), деление (около 18 шагов) и квадратный корень (около 25 шагов), и кодовая книга относительно маленькая (четыре бита; шестнадцать видов).

Также, хотя два стереосигнала выражаются названиями «сигнал левого канала» и «сигнал правого канала» в вышеописанных вариантах осуществления, в равной степени можно использовать более общие названия, такие как «сигнал первого канала» и «сигнал второго канала» или «первый векторный сигнал» и «второй векторный сигнал».

Хотя выше были описаны случаи с вариантами осуществления, где входной вектор устройства квантования представляет собой сигнал на временной оси, с настоящим изобретением в равной степени можно использовать частотный спектр на частотной оси в качестве входного вектора. Также, в равной степени можно использовать частичный отрезок сигнала на временной оси или частотной оси в качестве входного вектора. Это потому, что настоящее изобретение не зависит от характеристик вектора, таких как тип вектора.

Также, выше были описаны примерные случаи, когда устройство декодирования согласно настоящему варианту осуществления принимает и обрабатывает битовые потоки, передаваемые от устройства кодирования, согласно вышеописанным вариантам осуществления. Однако настоящее изобретение этим не ограничивается, и в равной степени его можно использовать так, что битовые потоки принимаются и обрабатываются в устройстве декодирования согласно вышеупомянутым вариантам осуществления до тех пор, пока эти битовые потоки передаются от устройства кодирования, которое может генерировать битовые потоки, которые могут обрабатываться в устройстве декодирования согласно вышеупомянутым вариантам осуществления.

Также, хотя выше были описаны случаи с вариантами осуществления, когда кодированная информация передается с кодирующей стороны на декодирующую сторону, настоящее изобретение в равной степени эффективно для случая, когда информация, кодированная на кодирующей стороне, сохраняется на запоминающей среде. Имеется много случаев, когда аудиосигналы накапливаются и используются в памяти или диске, и настоящее изобретение в равной степени эффективно в этих случаях. Также, в равной степени можно напечатать кодированную информацию на носителе, таком как печатный код, и считывать отпечатанную, кодированную информацию на декодирующей стороне.

Также, хотя выше были описаны случаи с вариантами осуществления, когда использовалось два канала, количество каналов не ограничивается, и настоящее изобретение в равной степени эффективно в случае, если используется много каналов (например, 5.1 каналов). В этом случае, если идентифицируются каналы, имеющие временно разную корреляцию с фиксированным каналом, настоящее изобретение является непосредственно применимым в этом случае.

Также, вышеприведенное объяснение является примером наилучшего способа осуществления настоящего изобретения, и объем настоящего изобретения не ограничивается им. Настоящее изобретение применимо к любой системе до тех пор, пока эти системы включают в себя устройство кодирования и устройство декодирования.

Также, устройство кодирования и устройство декодирования согласно настоящему изобретению могут быть установлены в устройстве терминала связи и устройстве базовой станции в системе мобильной связи, так что можно обеспечивать устройство терминала связи, устройство базовой станции и систему мобильной связи, имеющие одинаковый рабочий эффект, что и представленный выше.

Хотя выше был описан случай с вариантом осуществления в качестве примера, когда настоящее изобретение реализуется посредством аппаратных средств, настоящее изобретение может быть реализовано при помощи программных средств. Например, посредством описания алгоритма согласно настоящему изобретению на языке программирования, хранения данной программы в памяти и выполнения данной программы при помощи секции обработки информации, можно реализовать эту же функцию, что и устройство кодирования согласно настоящему изобретению.

Кроме того, каждый функциональный блок, применяемый при описании каждого вышеупомянутого варианта осуществления, может обычно реализовываться в виде большой интегральной схемы (БИС), состоящей из интегральной схемы. Ими могут быть индивидуальные кристаллы или частично, или полностью содержащиеся на одном кристалле.

В данном случае применяется «БИС», но она также может упоминаться как интегральная схема «ИС», «системная БИС», «супер БИС» или «ультра БИС» в зависимости от различной степени интеграции.

Кроме того, способ интеграции схемы не ограничивается БИС, и также возможна реализация с использованием специализированных схем или процессоров общего назначения. После изготовления БИС также возможно использование программируемой вентильной матрицы (FPGA) или реконфигурируемого процессора, где соединения и установки схемных ячеек в БИС могут регенерироваться.

Далее, если становится известной технология интегральных схем для замены БИС в результате прогресса полупроводниковой технологии или производной другой технологии, конечно, также возможно выполнение интеграции функциональных блоков с использованием этой технологии. Также возможно применение биотехнологии.

Раскрытие заявки на патент Японии № 2008-161020, поданной 19 июня 2008 г., включающей в себя описание изобретения, чертежи и реферат, включено полностью в данный документ по ссылке.

Промышленная применимость

Устройство квантования, устройство кодирования и способы квантования и кодирования согласно настоящему изобретению используются подходящим образом для мобильных телефонов, телефонов по протоколу Интернета (IP-телефонов), телевизионной конференции и т.д.

Список позиций

100 - устройство кодирования

110 - устройство квантования

120 - секция преобразования

130 - секция монаурального кодирования

140 - секция кодирования бокового сигнала

150 - секция мультиплексирования

111 - секция вычисления мощности и корреляции

112 - секция вычисления промежуточного значения

113, 241 - кодовая книга

114 - секция квантования

200 - устройство декодирования

210 - секция демультиплексирования

220 - секция монаурального декодирования

230 - секция декодирования бокового сигнала

240 - устройство деквантования

242 - секция деквантования

250 - секция обратного преобразования

Изобретение относится к вычислительной технике. Технический результат заключается в уменьшении вычислительной нагрузки при квантовании значений. Устройство квантования, которое квантует значение, связанное с коэффициентами преобразования при выполнении преобразования по методу главных компонент первого векторного сигнала и второго векторного сигнала, причем устройство содержит: секцию вычисления мощности и корреляции, которая вычисляет мощность первого векторного сигнала, мощность второго векторного сигнала и значение корреляции между первым векторным сигналом и вторым векторным сигналом; секцию вычисления промежуточного значения, которая вычисляет в качестве промежуточного значения результат выполнения вычисления разности, используя мощность первого векторного сигнала и мощность второго векторного сигнала; кодовую книгу, которая содержит множество пар первого коэффициента и второго коэффициента, которые связаны с коэффициентами преобразования и пронумерованы; и секцию квантования, которая вычисляет в качестве опорного значения результат сложения первого результата умножения, полученного умножением первого коэффициента на значение корреляции, и второго значения умножения, полученного умножением второго коэффициента на промежуточное значение, и, основываясь на величине опорного значения, выбирает номер в качестве кода. 3 н. и 2 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Устройство квантования, которое квантует значение, связанное с коэффициентами преобразования при выполнении преобразования по методу главных компонент первого векторного сигнала и второго векторного сигнала, причем устройство содержит:
секцию вычисления мощности и корреляции, которая вычисляет мощность первого векторного сигнала, мощность второго векторного сигнала и значение корреляции между первым векторным сигналом и вторым векторным сигналом;
секцию вычисления промежуточного значения, которая вычисляет в качестве промежуточного значения результат выполнения вычисления разности, используя мощность первого векторного сигнала и мощность второго векторного сигнала;
кодовую книгу, которая содержит множество пар первого коэффициента и второго коэффициента, которые связаны с коэффициентами преобразования и пронумерованы; и
секцию квантования, которая вычисляет в качестве опорного значения результат сложения первого результата умножения, полученного умножением первого коэффициента на значение корреляции, и второго значения умножения, полученного умножением второго коэффициента на промежуточное значение, и, основываясь на величине опорного значения, выбирает номер в качестве кода.

2. Устройство квантования по п.1, в котором секция квантования выбирает в качестве кода номер, ассоциированный с парой первого коэффициента и второго коэффициента, для максимизирования опорного значения.

3. Устройство квантования по п.1, в котором первый коэффициент представлен уравнением 1, использующим угол α поворота, ассоциированный с коэффициентами преобразования, и второй коэффициент представлен уравнением 2, использующим угол α
$${\gamma }_1=\cos (2\alpha )\dots (Уравнение1)$$
$${\gamma }_2=2\cdot \sin (2\alpha )\dots (Уравнение2),$$
где γ₁ представляет первый коэффициент, и γ₂ представляет второй коэффициент.

4. Устройство кодирования, содержащее:
устройство квантования по п.1;
секцию преобразования, которая получает монауральный сигнал и боковой сигнал посредством поворота первого векторного сигнала и второго векторного сигнала, используя коэффициенты преобразования, ассоциированные с кодом, выбранным в секции квантования;
первую секцию кодирования, которая кодирует монауральный сигнал; и
вторую секцию кодирования, которая кодирует боковой сигнал.

5. Способ квантования для квантования значения, связанного с коэффициентами преобразования при выполнении преобразовании по методу главных компонент первого векторного сигнала и второго векторного сигнала, причем способ содержит этапы;
вычисления мощности первого векторного сигнала, мощности второго векторного сигнала и значения корреляции между первым векторным сигналом и вторым векторным сигналом;
вычисления в качестве промежуточного значения результата выполнения вычисления разности, используя мощность первого векторного сигнала и мощность второго векторного сигнала; и
вычисления в качестве опорного значения результата сложения первого результата умножения, полученного умножением первого коэффициента на значение корреляции, и второго значения умножения, полученного умножением второго коэффициента на промежуточное значение, и,
основываясь на величине опорного значения, выбора номера в качестве кода, причем первый коэффициент и второй коэффициент считываются из кодовой книги, которая содержит множество пар первого коэффициента и второго коэффициента, связанных с коэффициентами преобразования и пронумерованных.