AT509439B1 - Verfahren und mittel zur skalierbaren verbesserung der qualität eines signalcodierverfahrens - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft Verfahren zur skalierbaren Verbesserung der Qualität eines Codierungsvefahrens bei dem Subband-Adaptive Differential Pulse Code Modulation (SB-ADPCM) zur Codierung von Audiosignalen gemäß IT-U Recommendation G.722 verwendet wird, mit folgenden Verfahrensschritten:-in einem iterativen Prozess mit einer vom Umfang der Erweiterung abhängigen Anzahl von Wiederholungsschritten wird ein aus einem zu codierenden Subband-Eingangssignal und einem Prognosesignal ermitteltes digitales Fehlersignal (eH) abschnittsweise mit einer Anzahl von M*LN unterschiedlichen Referenzsignalen c(n) verglichen und daraus das Referenzsignal mit einem minimalen Fehlersignal hinsichtlich eines vorgegebenen Fehlerkriteriums ermittelt,-die Referenzsignale c(n) sind jeweils aus äquidistanten Dirac-Impulsen d(n) gemäßc(n) = aufgebaut, wobei off = [0 .... M-1], den Abstand des ersten Impulses von dem Beginn des Vergleichsabschnittes angibt,ap {a0,a1,…,aL-1} den Amplitudenwert, M den Abstand zwischen zwei einzelnen Pulsen, N die Anzahl der Pulse und L die Anzahl der unterschiedlichen Pegel a; -Die Information (IHlmin, … IHsmin) über das Referenzsignal mit dem minimalen Fehlersignal wird übertragen.

Description

ssieRKdisdM AT 509 439 B1 2013-05-15

Beschreibung

VERFAHREN UND MITTEL ZUR SKALIERBAREN VERBESSERUNG DER QUALITÄT EINES SIGNALCODIERVERFAHRENS

[0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur skalierbaren Verbesserung der Qualität eines Signalcodierverfahrens.

[0002] In digitalen Kommunikationssystemen werden zur Reduktion der benötigten Datenraten die zu übertragenden Audiosignale mittels Kodierungsverfahren komprimiert und nach der Übertragung dekomprimiert.

[0003] Ein derartiges Codierverfahren, welches für eine Übertragung eines Sprachsignals in einem Frequenzbereich von 300 bis 3400 Hz mit einer Datenrate von 8 kbit/s vorgesehen ist, ist beispielsweise aus der ITU-T-Empfehlung G.729 bekannt.

[0004] Für die Übertragung mit einer höheren Qualität ist die Übertragung eines erweiterten Frequenzbereiches von 50 Hz bis 7000 Hz bekannt. Ein hierfür vorgesehener, sogenannter breitbandiger Sprach-Codec ist beispielsweise in der ITU-T-Empfehlung G.722.EV beschrieben.

[0005] Aus der Druckschrift DE 31 15 859 C2 ist ein Codierverfahren und eine Codiervorrichtung für ADPCM bekannt. Die Druckschrift DE 691 24 034 T2 beschreibt ein Verfahren zur Verarbeitung von Audiosignalen in einem teilbaren Codiersystem.

[0006] Das Verfahren nutzt die sogenannte Subband-Adaptive Differential Pulse Code Modulation (SB-ADPCM) zur Codierung von Audiosignalen.

[0007] Zur weiteren Erhöhung der Qualität des übertragenen Audiosignales besteht die Forderung nach einem skalierbaren Codierungsverfahren.

[0008] Die Skalierbarkeit gestattet einerseits eine empfängerseitige Abwärtskompatibilität mit herkömmlichen Dekodierungsverfahren und andererseits bietet sie eine einfache Möglichkeit, im Falle von eingeschränkten Datenübertragungskapazitäten im Übertragungskanal eine sen-der- und empfängerseitige Anpassung der Datenrate und der Größe von übertragenen Datenrahmen vorzunehmen.

[0009] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur skalierbaren Verbesserung der Qualität eines Codierungsverfahrens nach dem Subband-Adaptive Differential Pulse Code Prinzip anzugeben.

[0010] Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst mit einem Verfahren zur skalierbaren Verbesserung der Qualität eines Codierungsverfahrens bei dem Subband-Adaptive Differential Pulse Code Modulation (SB-ADPCM) zur Codierung von Audiosignalen gemäß IT-U Recommendation G.722 verwendet wird, mit folgenden Verfahrensschritten, in einem iterativen Prozess mit einer vom Umfang der Erweiterung abhängigen Anzahl von Wiederholungsschritten wird ein aus einem zu codierenden Subband-Eingangssignal und einem Prognosesignal ermitteltes digitales Fehlersignal abschnittsweise mit einer Anzahl von M*LN unterschiedlichen Referenzsignalen verglichen und daraus das Referenzsignal mit einem minimalen Fehlersignal hinsichtlich eines vorgegebenen Fehlerkriteriums ermittelt, [0011] die Referenzsignale c(n) sind jeweils aus äquidistanten Dirac-Impulsen δ (n) gemäß ein) = Σαρ ' S(n-off -M-p) p=0 [0012] aufgebaut, wobei [0013] off = [0 .. M-1], den Abstand des ersten Impulses von dem Beginn des Vergleichsabschnittes angibt, ap e {α0,αι, an} den Amplitudenwert, M den Abstand zwischen zwei einzelnen Pulsen, N die Anzahl der Pulse und L die Anzahl der unterschiedlichen Pegel a; 1 /7 rster?« icli'Khes psleaiamt AT 509 439 B1 2013-05-15 [0014] Die Information über das Referenzsignal mit dem minimalen Fehlersignal wird übertragen.

[0015] Dabei ist es vorteilhaft, wenn als Fehlerkriterium ein erweitertes Fehlersignal eHi(n)= eH - c(n) [0016] ermittelt wird und wenn über den Zeitraum des Vergleichabschnittes gemäß

Ma

Eri = ^ eHl (W) n=0 [0017] ein Fehlerbetrag ermittelt und zur Bestimmung des minimalen Fehlersignales herangezogen wird.

[0018] Vorteilhaft ist auch eine Anordnung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, bei dem neben einem herkömmlichen Kodierer (ADPCM) nach dem Subband-Adaptive Differential Pulse Code Prinzip gemäß IT-U Recommendation G.722 Mittel zur Erstellung von Referenzsignalen vorgesehen sind, die für jede Stufe der Erweiterung jeweils einen Signalgenerator EHDS1,... EHDSS zur Erzeugung der Referenzsignale c(n) und eine Steuereinheit CB 1, ... CB S aufweisen.

[0019] Im Folgenden wird eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens anhand der Figuren erläutert.

[0020] Es zeigen beispielhaft: [0021] Fig. 1 den Aufbau eines erfindungsgemäßen Referenzsignales [0022] Fig. 2 die Struktur eines erfindungsgemäßen Codecs und [0023] Fig. 3 die Struktur eines erfindungsgemäßen Decoders.

[0024] Das Referenzsignal gemäß Fig. 1 umfasst eine Anzahl von N Dirac-Impulsen δ (n). Die Abstände zwischen den einzelnen Impulsen betragen jeweils M Abtastperioden, der Abstand des ersten Impulses δ (1) vom Beginn des Vergleichsabschnittes beträgt off = [0 .. M-1] Abtastperioden. Die Dirac-Impulse können eine vorgegebene Anzahl von Amplitudenwerten L aufweisen.

[0025] Die mathematische Definition eines Referenzsignales ist wie folgt: c(n) = Yjap-S(n-off -M p) p= 0 [0026] Durch Variation der Parameter Amplitudenwert α mit L unterschiedlichen Werten und des Offsets off = [0 .. M-1] wird nun eine Gruppe mit einer Anzahl M . LN von unterschiedlichen Referenzsignalen erzeugt.

[0027] Der erfindungsgemäße Vergleich der solcherart erhaltenen Referenzsignale c(n) wird anhand der Figuren 2 und 3 näher erläutert. Fig. 2 zeigt den strukturellen Aufbau eines erfindungsgemäßen Kodierers, der neben einem herkömmlichen Kodierer ADPCM nach dem Subband-Adaptive Differential Pulse Code Prinzip gemäß IT-U Recommendation G.722 Mittel zur Erstellung von Referenzsignalen umfasst, die für jede Stufe der Erweiterung jeweils einen Signalgenerator EHDS1,... EHDSS zur Erzeugung der Referenzsignale c(n) und eine Steuereinheit CB 1,... CB Saufweist.

[0028] Erfindungsgemäß werden die Referenzsignale c(n) über einen vorgegebenen zeitlichen Abschnitt, ein sogenanntes Frame, mit einem digitalen Fehlersignal eH verglichen, welches in einem herkömmlichen Codierungsverfahren gemäß IT-U Recommendation G.722 aus einem zu codierenden Eingangssignal und einem Prognosesignal ermittelt wurde.

[0029] Daraus ergibt sich gemäß 2/7

sifsirdchsdi! Mk'atemt AT509 439B1 2013-05-15 [0030] βΗι(η) = Θη - c(n) ein erweitertes Fehlersignal em (n) zu dem über den Zeitraum des Vergleichabschnittes gemäß

Ma EHi = ^ ^Hl n=0 [0031] ein Fehlerbetrag ermittelt wird.

[0032] Mittels Steuereinheit CB 1, ... CB S wird nun das Referenzsignal c(n) mit dem geringsten Fehlerbetrag En ermittelt und die Information über dieses Signal als zusätzliche Information Ih 1 miru lHsmin übertragen und im Empfänger zur Dekodierung des Nutzsignales herangezogen.

[0033] Dabei haben sich in der Praxis für den Aufbau des Referenzsignales c(n) folgende Parameter bewährt.

[0034] Ausgangspunkt ist eine Abtastrate von 8 KHz und damit eine Dauer eines Abtastintervalles von 125 psec. Die Dauer eines Vergleichsabschnittes beträgt 5msec, die Anzahl der möglichen Amplitudenwerte L für die Dirac-Impulse beträgt 2. Die Zahl der Dirac-Impulse selbst in einem Vergleichsabschnitt beträgt N = 5. Der Abstand zwischen jeweils 2 Dirac-Impulsen beträgt M = 8 Abtastintervalle.

[0035] Der oben beschriebene Vergleichsvorgang der Referenzsignale c(n) mit dem digitalen Fehlersignal eH wird nun in Abhängigkeit von der gewählten Skalierung iterativ mehrfach wiederholt, was in der Fig. 2 für den S-ten Wiederholungsvorgang durch einen Funktionsblock mit Signalgenerator EHDSS, Steuereinheit CB S und zusätzliche Informationssignal Ihsi™ dargestellt ist.

[0036] Das heißt für den ersten Wiederholungsschritt, dass die Referenzsignale c(n) mit dem erweiterten ersten Fehlersignal em(n) verglichen und daraus ein erweitertes zweites Fehlersignal EH2(n) generiert wird. Dieser Vorgang wird typisch viermal wiederholt.

[0037] Fig. 3 zeigt die Struktur eines erfindungsgemäßen Dekoders in dem aus dem empfangenen Signal lH, Im, Ih2 Ihs das Audiosignal gewonnen wird. Das empfangene Signal umfasst neben dem Ausgangssignal lH des herkömmlichen Kodierers ADPCM die mit der Erfindung gewonnene zusätzliche Information lHimin, lHsmin in Abhängigkeit von der Anzahl der im Sender gewählten Erweiterungsstufen.

[0038] Dabei besteht ein wesentlicher Vorteil auch darin, dass nicht alle Informationen, die im empfangenen Signal vorhanden sind, auch tatsächlich ausgewertet werden müssen. So ist es möglich, dass ein Empfänger mit nur einem herkömmlichen Dekoder Core Decoder ein Signal empfängt, welches auch die Zusatzinformationen lHimin, •••lHsmin enthält, diese aber für die Gewinnung des Audiosignales nicht heranzieht.

[0039] Diese Möglichkeit wird als Abwärtskompatibilität bezeichnet.

[0040] Bei einem Empfänger, der die erfindungsgemäßen Erweiterungsstufen EDS1, EDS2, ... EDSS zur Dekodierung der Zusatzinformationen lHimm, ··· lHsmin umfasst, wird hingegen das Signal in voller Qualität dekodiert, sofern nicht aus anderen Gründen eine Einschränkung geboten ist. 3/7

Claims (3)

1. fefierreicfödies ssiötianrt AT 509 439 B1 2013-05-15 Patentansprüche 1. Verfahren zur skalierbaren Verbesserung der Qualität eines Codierungsvefahrens bei dem Subband-Adaptive Differential Pulse Code Modulation (SB-ADPCM) zur Codierung von Audiosignalen gemäß IT-U Recommendation G.722 verwendet wird, mit folgenden Verfahrensschritten: in einem iterativen Prozess mit einer vom Umfang der Erweiterung abhängigen Anzahl von Wiederholungsschritten wird ein aus einem zu codierenden Subband-Eingangssignal und einem Prognosesignal ermitteltes digitales Fehlersignal (eH) abschnittsweise mit einer Anzahl von M*LN unterschiedlichen Referenzsignalen c(n) verglichen und daraus das Referenzsignal mit einem minimalen Fehlersignal hinsichtlich eines vorgegebenen Fehlerkriteriums ermittelt, die Referenzsignale c(n) sind jeweils aus äquidistanten Dirac-Impulsen δ (n) gemäß c(n) = Yjap-S(n-ojf -M p) P=0 aufgebaut, wobei off = [0 .... M-1], den Abstand des ersten Impulses von dem Beginn des Vergleichsabschnittes angibt, ap e {a0, Oi..,aL.i} den Amplitudenwert, M den Abstand zwischen zwei einzelnen Pulsen, N die Anzahl der Pulse und L die Anzahl der unterschiedlichen Pegel a; Die Information (Immin, (iHsmin) über das Referenzsignal mit dem minimalen Fehlersignal wird übertragen.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Fehlerkriterium ein erweitertes Fehlersignal em (n) gemäß eHi (n) = eH - c(n) ermittelt wird und dass über den Zeitraum des Vergleichabschnittes Ma gemäß Ma Ehi = n=0 ein Fehlerbetrag EHi ermittelt und zur Bestimmung des minimalen Fehlersignales herangezogen wird.
3. 3. Anordnung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass neben einem herkömmlichen Kodierer (ADPCM) nach dem Subband Adaptive Differential Pulse Code Prinzip gemäß IT-U Recommendation G.722 die mehrstufige Erstellung von Referenzsignalen vorgesehen ist, wobei für jede Stufe der Erweiterung jeweils ein Signalgenerator (EHDS1..... EHDSS) zur Erzeugung der Referenzsignale c(n) und eine Steuereinheit (CB 1,... CB S) vorgesehen ist. Hiezu 3 Blatt Zeichnungen 4/7