DE602006000399T2

DE602006000399T2 - Teilweise komplexmodulierte filterbank

Info

Publication number: DE602006000399T2
Application number: DE602006000399T
Authority: DE
Inventors: Per Ekstrand; Lars Villemoes; Heiko Purnhagen
Original assignee: Coding Technologies Sweden AB
Current assignee: Coding Technologies Sweden AB
Priority date: 2005-09-16
Filing date: 2006-08-18
Publication date: 2008-12-18
Anticipated expiration: 2026-08-19
Also published as: KR20100038455A; ATE382933T1; CN101031962A; JP2008518257A; CN101819778B; CN101031962B; KR101341365B1; KR101190775B1; CN101819779A; KR20100034056A; US20110106541A1; HK1147837A1; ES2300099T3; TW200715707A; JP5209034B2; JP2011102981A; JP5209032B2; DE602006000399D1; CN101777348A; JP4783377B2

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Verarbeiten einer Mehrzahl von komplexwertigen Teilbandsignalen und eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Verarbeiten einer Mehrzahl von reellwertigen Teilbandsignalen, insbesondere auf dem Gebiet einer Codierung und Decodierung von Audiosignalen.
In [P. Ekstrand, „Bandwidth extension of audio signals by spectral band replication", Proc. 1^st IEEE Benelux Workshop an Model based Processing and Coding of Audio (MPCA-2002), S. 53–58, Leuven, Belgien, 2002] ist gezeigt worden, dass eine komplex-exponentielle modulierte Filterbank ein hervorragendes Werkzeug für eine Spektralhüllkurveneinstellung von Audiosignalen ist. Eine Anwendung dieses Merkmals ist eine Audiocodierung, die auf einer Spektralband-Replikation (SBR; SBR = spectral band replication) basiert. Andere fruchtbare Anwendungen einer komplexen Filterbank umfassen eine frequenzselektive Panoramisierung und eine Räumlichmachung für ein Parameterstereo, siehe [E. Schuijers, J. Breebart, H. Purnhagen, J. Engdegard: „Low complexity parametric stereo coding", Proc. 116^th AES convention, 2004, Schriftstück 6073] und eine Parametermehrkanalcodierung, siehe [J. Herre u. a.: „The reference model architecture for MPEG spatial audio coding", Proc. 118^th AES convention, 2005, Schriftstück 6447]. Bei diesen Anwendungen wird die Frequenzauflösung der komplexen Filterbank weiter mit niedrigen Frequenzen mittels eines Teilbandfilters verbessert. Die kombinierte Hybridfilterbank erreicht hierdurch eine Frequenzauflösung, die die Verarbeitung von räumlichen Hinweisen mit einer Spektralauflösung ermöglicht, die eng der Spektralauflösung des binauralen Hörsystems folgt. Sogar wenn Modifikationen angewendet werden, führt das zusätzliche Filtern in sich selbst kein Aliasing ein, so dass die Qualität der Hybridfilterbank durch die Aliasing-Eigenschaften der ersten Filterbank bestimmt wird.
Wenn Einschränkungen einer Rechenkomplexität die Verwendung einer komplex-exponentiellen modulierten Filterbank verhindern und lediglich eine kosinusmodulierte (reellwertige) Implementierung erlaubt wird, trifft man auf ein schweres Aliasing, wenn die Filterbank für eine Spektralhüllkurveneinstellung verwendet wird. Wie es in [0. Shimada u. a.: „A low power SBR algorithm for the MPEG-4 audio standard and its DSP implementation", Proc. 116^th AES convention, 2004, Schriftstück 6048] gezeigt ist, kann eine adaptive Teilbandverstärkungsgruppierung (oder Verstärkungsverriegelung) das Aliasing bis zu einem gewissen Ausmaß lindern. Jedoch funktioniert dieses Verfahren am besten, wenn lediglich Hochfrequenzkomponenten des Signals modifiziert werden müssen. Für Panoramisierungszwecke bei einer Parametermehrkanalcodierung reduziert die Menge an Verstärkungsverriegelung, die notwendig ist, um das Aliasing mit niedrigeren Frequenzen unhörbar zu machen, stark die Frequenzselektivität des Filterbankwerkzeugs und macht in der Praxis die zusätzliche Frequenzselektivität einer Hybridfilterbank unerreichbar. Das Ergebnis sind ein ziemlich enger Klangeindruck und Probleme mit der richtigen Platzierung einer Klangquelle. Ein viel besserer Kompromiss zwischen einer Qualität und einer Komplexität würde erhalten werden, wenn die Komplexsignalverarbeitung eines lediglich für die wahrnehmungsmäßig wichtigeren niedrigeren Frequenzen behalten würde.
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein wirksameres Konzept zum Liefern eines Signals, das eine Manipulation mit einer besseren Qualität ermöglicht, und ein wirksameres Konzept zum Reduzieren eines Signals mit weniger Verzerrungen zu schaffen.
Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung gemäß Anspruch 1, eine Vorrichtung gemäß Anspruch 17, ein System gemäß Anspruch 35, ein Verfahren gemäß Anspruch 37, ein Verfahren gemäß Anspruch 38 und ein Computerprogramm gemäß Anspruch 39 gelöst.
Die vorliegende Erfindung beschreibt eine Vorrichtung zum Verarbeiten einer Mehrzahl von reellwertigen Teilbandsignalen, wobei die Mehrzahl von reellwertigen Teilbandsignalen ein erstes reellwertiges Teilbandsignal und ein zweites reellwertiges Teilbandsignal aufweist, um zumindest ein komplexwertiges Teilbandsignal zu liefern, mit einem Mehrbandfilter zum Bereitstellen eines reellwertigen Zwischenteilbandsignals durch ein Filtern des ersten Teilbandsignals, um ein erstes gefiltertes Teilbandsignal zu liefern, und des zweiten reellwertigen Teilbandsignals, um ein zweites gefiltertes Teilbandsignal zu erhalten, und durch ein Kombinieren des ersten und des zweiten gefilterten Teilbandsignals, um das reellwertige Zwischenteilbandsignal zu liefern, und einer Berechnungseinrichtung zum Bereitstellen des komplexwertiges Teilbandsignals durch ein Kombinieren eines reellwertigen Teilbandsignals aus der Mehrzahl von reellwertigen Teilbandsignalen als dem reellen Teil des komplexwertigen Teilbandsignals und des Zwischenteilbandsignals als dem imaginären Teil des komplexwertigen Teilbandsignals.
Als einen zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung beschreibt eine Vorrichtung zum Verarbeiten einer Mehrzahl von komplexwertigen Teilbandsignalen, wobei die Mehrzahl von komplexwertigen Teilbandsignalen ein erstes komplexwertiges Teilbandsignal und ein zweites komplexwertiges Teilbandsignal aufweist, um ein reellwertiges Teilbandsignal zu erhalten, mit einer Extrahiereinrichtung zum Extrahieren eines ersten imaginären Teils aus dem ersten komplexwertigen Teilbandsignal, zum Extrahieren eines zweiten imaginären Teils aus dem zweiten komplexwertigen Teilbandsignal und zum Extrahieren eines reellen Teils aus dem ersten, dem zweiten oder einem dritten komplexwertigen Teilbandsignal aus der Mehrzahl von komplexwertigen Teilbandsignalen, einem Mehrbandfilter zum Bereitstellen eines reellwertigen Zwischenteilbandsignals durch ein Filtern des ersten imaginären Teils, um ein Signal des ersten gefilterten imaginären Teils zu liefern, durch ein Filtern des zweiten imagi nären Teils, um Signal des zweiten gefilterten imaginären Teils zu liefern, und durch ein Kombinieren der Signale des ersten und des zweiten gefilterten imaginären Teils, um das Zwischenteilbandsignal zu liefern, und einer Berechnungseinrichtung zum Bereitstellen des reellwertigen Teilbandsignals durch ein Kombinieren des Signals des reellen Teils und des Zwischensignals.
Die vorliegende Erfindung basiert auf der Erkenntnis, dass eine Mehrzahl von reellwertigen Teilbandsignalen verarbeitet werden kann, um zumindest ein komplexwertiges Teilbandsignal zu liefern, was eine Manipulation mit einer besseren Qualität als eine Manipulation der Mehrzahl von reellwertigen Teilbandsignalen ermöglicht, wobei eine Rechenkomplexität der Verarbeitung der Mehrzahl von reellwertigen Teilbandsignalen lediglich leicht erhöht ist. Genauer ausgedrückt basiert die vorliegende Erfindung auf der Tatsache, dass eine Mehrzahl von reellwertigen Teilbandsignalen durch ein Mehrbandfilter und durch eine Berechnungseinrichtung verarbeitet werden kann, um ein komplexwertiges Teilbandsignal zu erhalten, das viel einfacher manipuliert werden kann, ohne eine erhebliche Anzahl von Verzerrungen zu erzeugen und mit einem minimalen Aliasing im Vergleich zu einem direkten Manipulieren der Mehrzahl von reellwertigen Teilbandsignalen.
Bei einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist eine erfindungsgemäße Vorrichtung zum Verarbeiten einer Mehrzahl von reellwertigen Teilbandsignalen beschrieben, die eine Mehrzahl von komplexwertigen Teilbandsignalen aus einem Teilsatz der Mehrzahl von reellwertigen Teilbandsignalen liefert, wobei ein zweiter Teilsatz der Mehrzahl von reellwertigen Teilbandsignalen als eine weitere Mehrzahl von reellwertigen Teilbandsignalen geliefert wird, ohne in eine Anzahl in eine entsprechende Anzahl von komplexwertigen Teilbandsignalen verarbeitet zu werden. Somit repräsentiert dieses Ausführungsbeispiel eine teilweise komplexe modulierte Analysefilterbank, wobei die komplexwertigen Teilbandsignale bezüglich einer Stabilität einer Energieschätzung bei einem minimalen Aliasing, entstehend aus linearen zeitinvarianten Modifikationen wie z. B. einem Einstellungspegel und einem weiteren Filtern, die gleichen Vorteile aufweisen wie entsprechende Teilbandsignale aus komplex-exponentiell modulierten Filterbänken. Als ein zusätzlicher Vorteil ist ferner die Rechenkomplexität im Vergleich mit einer komplexen Filterbank zum Verarbeiten von komplexwertigen Signalen erheblich reduziert.
Wie später erklärt wird, können weitere Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung auch Modifikationen und einen Modifizierer aufweisen, der eine Zeitvarianz und/oder nicht-lineare Manipulationen einführt. Beispiele für derartige Ausführungsbeispiele kommen aus den Gebieten der Hochqualitäts-SBR, variierenden Anwendungen von räumlichen Parametern und anderen Anwendungen. Bei diesen Ausführungsbeispielen sind alle vorteilhaften Eigenschaften der Manipulierer der entsprechenden komplexen Bank in dem komplexen Teil der teilweisen komplexen Filterbank der Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung vorhanden.
Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird die weitere Mehrzahl von reellwertigen Teilbandsignalen, die durch die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Verarbeiten der Mehrzahl von reellwertigen Teilbandsignalen weitergeleitet wird, durch eine Verzögerungseinrichtung verzögert, um bezüglich der komplexwertigen Teilbandsignale, die durch die erfindungsgemäße Vorrichtung ausgegeben werden, eine zeitlich günstige Synchronizität sicherzustellen.
Der zweite Aspekt der vorliegenden Erfindung basiert auf der Erkenntnis, dass eine Mehrzahl von komplexwertigen Teilbandsignalen wirksamer auf ein reellwertiges Teilbandsignal mit weniger Verzerrungen und einem minimalen Aliasing reduziert werden kann, durch ein Extrahieren von reellwertigen imaginären Teilen der zumindest zwei komplex wertigen Teilbandsignale aus zumindest zwei komplexwertigen Teilbandsignalen und durch ein Extrahieren eines reellen Teils aus dem ersten, dem zweiten oder einem dritten komplexwertigen Teilbandsignal durch eine Extrahiereinrichtung, durch ein Mehrbandfilter zum Bereitstellen eines Zwischensignals basierend auf den imaginären Teilen und durch eine Berechnungseinrichtung zum Bereitstellen des reellwertigen Teilbandsignals durch ein Kombinieren des Reeller-Teil-Signals und des Zwischensignals. Genauer ausgedrückt basiert die vorliegende Erfindung auf der Erkenntnis, dass ein anderes Mehrbandfilter vor einer optionalen Reellsynthese die komplexwertigen Teilbandsignale zurück in reellwertige Teilbandsignale umwandelt, wobei die Gesamtqualität einer Rekonstruktion und eines Signalverarbeitungsverhaltens mit derjenigen einer komplexen Filterbank übereinstimmt.
In Abhängigkeit von den konkreten Implementierungen der Ausführungsbeispiele kann die Extrahiereinrichtung auch als ein Separator implementiert sein, wenn z. B. mehr als nur ein reellwertiges Teilbandsignal geliefert werden soll. In diesem Falle könnte es nützlich sein, aus allen komplexwertigen Teilbandsignalen die angemessenen reellen Teile und imaginären Teile derselben zur weiteren Verarbeitung zu extrahieren.
Im Gegenteil kann, sogar wenn lediglich ein einziges reellwertiges Teilbandsignal basierend auf drei oder mehr unterschiedlichen komplexwertigen Teilbandsignalen erhalten werden soll, die Extrahiereinrichtung als ein Separator implementiert sein, der jedes komplexwertige Teilbandsignal in sowohl die reellen Teile als auch die imaginären Teile desselben trennt. In diesem Falle können die Imaginärer-Teil-Signale und die Reeller-Teil-Signale, die in dem weiteren Prozess nicht erforderlich sind, einfach vernachlässigt werden. Somit können die Bezeichnungen Separator und Extrahiereinrichtung in dem Rahmenwerk der vorliegenden Anmeldung synonym verwendet werden.
Ferner beziehen sich in dem Rahmenwerk der vorliegenden Anmeldung Imaginärer-Teil-Signale und imaginäre Teile sowie reelle Teile und Reeller-Teil-Signale auf beide Signale, die Werte aufweisen, die entweder einem imaginären Teil oder einem reellen Teil eines Wertes von komplexen Teilbandsignalen entsprechen. In diesem Kontext sollte auch beachtet werden, dass prinzipiell beide, ein jegliches Imaginärer-Teil-Signal und ein jegliches Reeller-Teil-Signal, entweder reellwertig oder komplexwertig sein können.
Bei einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist eine erfindungsgemäße Vorrichtung zum Verarbeiten einer Mehrzahl von complexwertigen Teilbandsignalen auch mit einer Mehrzahl von reellwertigen Teilbandsignalen versehen, wobei die Mehrzahl von komplexwertigen Teilbandsignalen wie in den obigen Begriffen beschrieben verarbeitet wird und wobei die Mehrzahl von reellwertigen Teilbandsignalen in einer ungefilterten Form an einem Ausgang der Vorrichtung geliefert wird. Somit bildet dieses Ausführungsbeispiel eine teilweise komplexe modulierte Synthesefilterbank. Ein größerer Vorteil dieses Ausführungsbeispiels ist, dass die Gesamtqualität einer Rekonstruktion und eines Signalverarbeitungsverhaltens mit derjenigen einer komplexen Filterbank bezüglich der Mehrzahl von komplexwertigen Teilbandsignalen übereinstimmt und mit derjenigen einer reellen Filterbank in dem verbleibenden Frequenzbereich, der durch durch Mehrzahl von reellwertigen Teilbandsignalen repräsentiert wird, übereinstimmt. Als ein zusätzlicher Vorteil der Ausführungsbeispiele ist die Rechenkomplexität im Vergleich zu derjenigen einer reellwertigen Filterbank lediglich leicht erhöht. Ferner entsteht zwischen den zwei Frequenzbereichen, die durch beide, die Mehrzahl von komplexwertigen Teilbandsignalen und die Mehrzahl von reellwertigen Teilbandsignalen repräsentiert werden, aus einer bestimmten Randbandbehandlung ein nahtloser Übergang als ein zusätzlicher Vorteil der Ausführungsbeispiele. Ferner ist als ein zusätzlicher Vorteil die Rechenkomplexität im Vergleich mit einer komplexen Filterbank zur Verarbeitung von komplexwertigen Signalen erheblich reduziert.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung beschreibt ein System, das beide kombiniert, eine erfindungsgemäße Vorrichtung zum Verarbeiten einer Mehrzahl von reellwertigen Teilbandsignalen und eine erfindungsgemäße Vorrichtung zum Verarbeiten einer Mehrzahl von komplexwertigen Teilbandsignalen, wobei beide erfindungsgemäßen Vorrichtungen auch eine weitere Mehrzahl von reellwertigen Teilbandsignalen weiterleiten. Zwischen den zwei erfindungsgemäßen Vorrichtungen modifizieren ein erster und ein zweiter Manipulator die Mehrzahl von komplexwertigen Teilbandsignalen, die durch die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Verarbeitung einer Mehrzahl von reellwertigen Teilbandsignalen ausgegeben werden, und modifizieren die weitere Mehrzahl von reellwertigen Teilbandsignalen. Der erste und der zweite Manipulator können lineare zeitinvariante Modifikationen wie z. B. eine Hüllkurveneinstellung oder ein Filtern durchführen. Folgerichtig stimmt bei dem beschriebenen System die Gesamtqualität einer Rekonstruktion und eines Signalverarbeitungsverhaltens bezüglich des Frequenzbereichs, der durch die Mehrzahl von komplexwertigen Teilbandsignalen repräsentiert wird, mit derjenigen einer komplexen Filterbank überein, und stimmt bezüglich des Frequenzbereichs, der durch die weitere Mehrzahl von reellwertigen Teilbandsignalen repräsentiert wird, mit derjenigen einer reellen Filterbank überein, was zu einer Manipulation der Signale mit einer im Vergleich zu einem direkten Modifizieren der Mehrzahl von reellwertigen Teilbandsignalen viel besseren Qualität führt, während die Rechenkomplexität lediglich leicht erhöht ist. Wie es vorhin skizziert wurde und später näher erklärt wird, sind die Manipulatoren von anderen Ausführungsbeispielen nicht auf lineare und/oder zeitinvariante Manipulationen beschränkt.
Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Verarbeiten einer Mehrzahl von komplex wertigen Teilbandsignalen wird eine weitere Mehrzahl von reellwertigen Teilbandsignalen durch ein Einsetzen einer Verzögerungseinrichtung in einer verzögerten Form weitergeleitet, um eine zeitlich günstige Synchronizität bezüglich des reellwertigen Teilbandsignals sicherzustellen, das durch die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Verarbeiten einer Mehrzahl von komplexwertigen Teilbandsignalen ausgegeben wird.
Die vorliegende Erfindung, die durch die beigelegten unabhängigen Ansprüche definiert ist, wird nun unter Bezugnahme auf die zugehörigen Zeichnungen durch darstellende Beispiele beschrieben. Bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen definiert und werden nachfolgend durch die folgenden Zeichnungen beschrieben, in denen:
1 eine teilweise komplexe Signalverarbeitung darstellt;
2 eine teilweise komplexe Analysefilterbank darstellt;
3 eine teilweise komplexe Synthesefilterbank darstellt;
4 ein Mehrbandfiltern darstellt;
5 das Spektrum eines Ursprungssignals darstellt, das mehrere sinusförmige Komponenten enthält;
6 das Spektrum eines Signals darstellt, das durch eine Analyse und eine Synthese ohne eine Teilbandmodifikation in einer teilweise komplexen Filterbank erhalten wird, die das Merkmal des nahtlosen Übergangs, das durch die gegenwärtige Erfindung gelehrt wird, nicht eingliedert;
7 das Spektrum eines Signals darstellt, das durch eine Modifikation in der Teilbanddomäne einer komplexen Filterbank erhalten wird;
8 das Spektrum eines Signals darstellt, das durch eine Modifikation in der Teilbanddomäne einer reellen Filterbank erhalten wird;
9 das Spektrum eines Signals darstellt, das durch eine Modifikation in der Teilbanddomäne einer teilweise komplexen Filterbank wie durch die gegenwärtige Erfindung gelehrt erhalten wird;
10 eine Hybrid-QMF-Analysebank (QMF = quadrature mirror filter = Quadraturspiegelfilter) für eine Zeit/Frequenz-Transformation in einer räumlichen Audiocodierung darstellt;
11 eine Hybrid-QMF-Synthesebank für eine Zeit/Frequenz-Transformation in einer räumlichen Audiocodierung darstellt;
12 ein Flussdiagramm einer reeliwertigen Analyse-QMF-Bank zeigt;
13 ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Verarbeiten einer Mehrzahl von reellwertigen Teilbandsignalen als einen Reell-zu-Komplex-Wandler darstellt; und
14 ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Verarbeiten einer Mehrzahl von Komplexteilbandsignalen in der Form eines Komplex-zu-Reell-Wandlers zeigt.
Die unten beschriebenen Ausführungsbeispiele sind für die Prinzipien der vorliegenden Erfindung einer teilweise komplexen modulierten Filterbank lediglich darstellend. Es sei darauf hingewiesen, dass Modifikationen und Variationen der hierin beschriebenen Anordnungen und Details für andere Fachleute ersichtlich sein werden. Somit besteht die Absicht darin, lediglich durch den Schutzbereich der bevorstehenden Patentansprüche und nicht durch die spezifischen Details, die durch eine Beschreibung und Erklärung der Ausführungsbeispiele hierin vorgelegt werden, eingeschränkt zu sein.
1 stellt das Prinzip einer teilweise komplexen Signalverarbeitung basierend auf einer teilweise komplexen Analyse 101 – und Synthese 104 – Filterbank dar. Ein digitales Audioeingangssignal wird in die teilweise komplexe Analysefilterbank 101 gespeist. Aus einer Gesamtzahl von L Teilbandsignalen gibt diese Analysebank K komplexe und (L – K) reelle Teilbandsignale aus, wobei K und L positive Ganzzahlen sind und K ≤ L. Eine erste Modifikation 102 wird an den reellen Teilbandsignalen durchgeführt und eine zweite Modifikation 103 wird an den komplexen Signalen durchgeführt. Diese Modifikationen zielen beide auf eine Formung des Audiosignals in Zeit und Frequenz. Die modifizierten Teilbandsignale werden nachfolgend in eine teilweise komplexe Synthesefilterbank 104 gespeist, die als Ausgabe das verarbeitete digitale Audiosignal erzeugt.
2 stellt die Komponenten eines Ausführungsbeispiels einer teilweise komplexen Analysefilterbank 101 wie durch die vorliegende Erfindung gelehrt dar. Das digitale Audioeingangssignal wird durch eine L-Band-kosinusmodulierte Filterbank 201 analysiert, die an dem Ausgang die L reellen Teilbandsignale in zwei Gruppen spaltet. Die erste Gruppe, die K reelle Teilbandsignale umfasst, wird durch das Mehrbandfilter 204 gefiltert, dessen Ausgabe mit dem Negativen der imaginären Einheit in dem Multiplizierer 205 multipliziert wird und bei 206 zu den K reellen Teilbandsignalen addiert wird, die durch 203 verzögert werden, um K komplexe Teilbandsignale zu erzeugen. Diese Teilbandsignale werden durch eine feste reelle Verstärkung 207 verstärkungseinge stellt und als die K komplexen Teilbänder der teilweise komplexen Analyse ausgegeben. Die zweite Gruppe, die (L – K) reelle Teilbandsignale umfasst, wird in die Verzögerungseinheit 202 gespeist, deren Ausgabe die reellen Teilbänder der teilweise komplexen Analyse bildet. Die Verzögerungsgröße sowohl bei 202 als auch 203 ist eingestellt, um die Verzögerung zu kompensieren, die durch das Mehrbandfilter 204 eingeführt wird. Die Verzögerungseinrichtung 202, die Verzögerungseinrichtung 203, das Mehrbandfilter 204, der Multiplizierer 205, der Addierer 206 und die Reellfestverstärkungseinstellung 207 bilden einen Reell-zu-Komplex-Wandler 210, der mit einer Mehrzahl von K reellwertigen Teilbandsignalen und einer weiteren Mehrzahl von (L – K) reellwertigen Teilbandsignalen beliefert wird, K komplexwertige Teilbandsignale und (L – K) reellwertige Teilbandsignale liefernd. Ferner bilden der Multiplizierer 205 und der Addierer 206 eine Berechnungseinrichtung 215, die zumindest ein komplexwertiges Teilbandsignal basierend auf zumindest einem reellwertigen Teilbandsignal als einem Reeller-Teil-Signal und auf zumindest einem reellwertigen Teilbandsignal als einem imaginären Teil des komplexwertigen Teilbandsignals bereitstellt.
3 stellt die Komponenten eines Ausführungsbeispiels einer teilweise komplexen Synthesefilterbank 104 wie durch die vorliegende Erfindung gelehrt dar. Die (L – K) reellen Teilbandsignale werden bei 304 einfach verzögert und in (L – K) Eingänge der L-Band-kosinusmodulierten Synthesefilterbank 308 gespeist. Die K komplexen Teilbänder werden zuerst durch eine Reellfestverstärkung 301 verstärkungseingestellt. Dann werden die reellen und die imaginären Teile der komplexen Teilbandsignale in 302 bzw. 303 extrahiert. Die imaginären Teile der Teilbänder werden durch das Mehrbandfilter 306 gefiltert, dessen Ausgabe bei 307 zu den reellen Teilen der Teilbänder, die durch 305 verzögert werden, addiert wird. Die Verzögerungsgröße sowohl bei 304 als auch 305 ist eingestellt, um die Verzögerung, die durch das Mehrbandfilter 306 eingeführt wird, zu kompensieren.
Die Ausgabe des Addierers 307 wird in die verbleibenden K Eingänge der L-Band-kosinusmodulierten Synthesefilterbank 308 gespeist. Die Reeller-Teil-Extrahiereinrichtung 302 und die Imaginärer-Teil-Extrahiereinrichtung 303 bilden zusammen einen Separator 309 zum Trennen eines komplexwertigen Teilbandsignals in ein reellwertiges Reeller-Teil-Signal und das reellwertige Imaginärer-Teil-Signal. Genauer ausgedrückt stellt die Reeller-Teil-Extrahiereinrichtung 302 das Reeller-Teil-Signal bereit und die Imaginärer-Teil-Extrahiereinrichtung 303 stellt das Imaginärer-Teil-Signal bereit. Bei einem speziellen Ausführungsbeispiel, das in 3 gezeigt ist, verarbeitet der Separator 309, oder trennt vielmehr, K komplexwertige Teilbandsignale in K reellwertige Reeller-Teil-Signale und K reellwertige Imaginärer-Teil-Signale.
Nichtsdestotrotz kann der Separator 309 wie oben beschrieben auch als eine Extrahiereinrichtung implementiert sein, die zum Nicht-Trennen aller komplexwertigen Teilbandsignale in Reeller-Teil-Signale und Imaginärer-Teil-Signale angepasst ist. Somit wird der Separator 309 auch synonym als Extrahiereinrichtung 309 zum Extrahieren von Reeller-Teil-Signalen (reelle Teile) und Imaginärer-Teil-Signalen (imaginäre Teile) aus komplexwertigen Teilbandsignalen bezeichnet.
Die Reellfestverstärkungseinstellungseinrichtung 301, der Separator 309, die die Reeller-Teil-Extrahiereinrichtung 302 und die Imaginärer-Teil-Extrahiereinrichtung 303 aufweist, die Verzögerungseinrichtung 304, die Verzögerungseinrichtung 305, das Mehrbandfilter 306 und der Addierer 307 bilden zusammen einen erfindungsgemäßen Komplex-zu-Reell-Wandler 310, der K komplexwertige Teilbandsignale in K reellwertige Teilbandsignale umwandeln kann und (L – K) reellwertige Teilbandsignale in einer verzögerten Form an einem Ausgang des Komplex-zu-Reell-Wandlers 310 bereitstellen kann.
4 stellt den Betrieb eines Mehrbandfilters 401 dar, der K reelle Teilbandsignale als Eingaben 0, 1, 2, ..., (K – 1) nimmt und K reelle Teilbandsignale als Ausgaben 0, 1, 2, ... (K – 1) gibt. In der Sprache von linearen Systemen ist dies einfach ein lineares zeitinvariantes zeitdiskretes Mehreingang-Mehrausgang-System (MIMO-System; MIMO = multiple input multiple Output). Die m-te Ausgabe wird bei 402m durch ein Filtern der (q(m) + p(m) + 1) Eingänge (m – q(m)), ..., m, ..., (n + p(m)) mit den Filtern F_m,-q(m), ..., F_m,0, ..., F_m,+p(m) und ein Summieren der Ergebnisse bei 403m erzeugt. Die Einschränkungen (m – q(m)) ≥ 0 und (m + p(m)) ≤ K müssen gelten. Wie es in der folgenden Beschreibung skizziert ist, lehrt die vorliegende Erfindung, wie eine komplexere Repräsentation von hoher Qualität durch ein Verwenden der Multimehrbandfilter 204 und 306 von niedriger Rechenkomplexität erhalten werden kann, die
und
aufweisen.
Darüber hinaus können Ähnlichkeiten der Filter F_m,–1 und F_m,1 ausgenutzt werden, um die Komplexität noch weiter zu reduzieren.
Die besonders kleinen Werte von q(m) und p(m), wie durch (1) und (2) beschrieben, können verwendet werden, wenn die Prototypfilter der kosinusmodulierten Filterbank einen ausreichend hohen Grad einer Sperrbereichsdämpfung aufweist. Dies erfordert implizit eine bestimmte Minimallänge des Prototypfilters. Für kürzere Prototypfilter müssen die Werte von q(m) und p(m) erhöht werden. Jedoch bleibt das durch die vorliegende Erfindung gelehrte Verfahren rechenmäßig effizient, da die Länge der Filter F_m,r proportional zu der Länge des Prototypfilters ist.
Die in dem Mehrbandfilter 401 implementierten Filter können im Prinzip alle Arten von Filtern mit allen Arten von Filtercharakteristiken sein. Bei dem in 4 gezeigten Ausführungsbeispiel ist das Mehrbandfilter F_m,0, das ein Teilbandsignal mit dem Index m zu einem Teilbandsignal mit dem gleichen Teilbandindex m abbildet, typischerweise ein Bandpassfilter mit einer Mittenfrequenz bei (π/2). In dem Falle eines Mehrbandfilters, das drei Teilbandsignale in ein Teilbandsignal als ein Filterbanksignal kombiniert, sind die anderen zwei Mehrbandfilter F_m,–q(m) und F_m,+q(m) typischerweise entweder Hochpass- oder Tiefpassfilter, wobei der exakte Typ derselben von dem Teilbandindex m abhängt. Wenn das Mehrbandfilter 401 angepasst ist, um mehr als drei Teilbandsignale zu kombinieren, um die Filterteilbandsignale mit einem Index m zu erhalten, das kein "Grenz"-Teilbandsignal ist, können die entsprechenden Typen von Mehrbandfiltern Bandpassfilter, Hochpassfilter, Tiefpassfilter, Bandsperrfilter oder alle Passfilter sein.
Die in 1–3 gezeigten Ausführungsbeispiele beschreiben somit ein Verfahren zur Modifikation eines zeitdiskreten Audiosignals, gekennzeichnet durch:

• Filtern des Signals durch eine kosinusmodulierte Analysefilterbank,
• Erzeugen von komplexen Teilbandabtastwerten für einen Teilsatz der Teilbänder mittels eines Mehrbandfilterns,
• Modifizieren sowohl der reellen als auch der komplexen Teilbandabtastwerte,
• Transformieren der resultierenden komplexen Abtastwerte in reelle Abtastwerte mittels eines Mehrbandfilterns,
• Filtern der reellen Teilbandabtastwerte durch eine kosinusmodulierte Synthesefilterbank.

5 stellt einen Teil des Größenspektrums eines Ursprungssignals dar, das mehrere sinusförmige Komponenten enthält. Dieses Spektrum wird durch die Verwendung einer gefensterten diskreten Fourier-Transformation erhalten. Die Frequenzachse ist derart normiert, dass der Frequenzindex n einer zeitdiskreten Frequenz gleich (nπ/L) mit L = 64 entspricht. Wenn die Abtastfrequenz des digitalen Audiosignals f_s ist, geht der in 5 gezeigte Frequenzbereich somit von (5/64)·f_s/2 zu (11/64)·f_s/2. Bei dieser Normierung weist das Teilband mit dem Index n einer komplexen oder reellen modulierten Filterbank mit L Teilbändern ein Ansprechverhalten mit einer Hauptkeule, die mittig zwischen dem Frequenzindex n und (n + 1) ist. Diese Konvention wird für alle der 5–9 beibehalten.
Mit anderen Worten ist jedes Teilband oder Teilbandsignal beiden, einem Index n oder m und einer Mittenfrequenz des entsprechenden Teilbands, zugeordnet. Somit können die Teilbandsignale oder vielmehr die Teilbänder gemäß den Mittenfrequenzen angeordnet werden, die den Teilbandsignalen zugeordnet sind, in einer derartigen Weise, dass ein steigender Index z. B. einer höheren Frequenz entsprechen kann.
6 stellt das Spektrum eines Signals dar, das durch eine Analyse und Synthese ohne eine Teilbandmodifikation in einer teilweise komplexen Filterbank erhalten wird, die das Merkmal des nahtlosen Übergangs, das durch die gegenwärtige Erfindung gelehrt wird, nicht eingliedert. Spezifischer ausgedrückt wird ein naiverer Ansatz betrachtet, wo 101 aus zwei Filterbänken mit L = 64 Teilbändern heraus konstruiert ist, wobei die erste Bank komplex-exponentiell moduliert ist und die zweite Bank kosinusmoduliert ist. Beide Filterbänke ergeben eine nahezu perfekte Rekonstruktion, wenn dieselben getrennt verwendet werden. Die hier betrachtete Konstruktion nimmt die K = 8 ersten Teilbänder aus der ersten komplexen Bank und die (L – K) = 56 verbleibenden Teilbänder aus der zweiten reellen Bank. Das Eingangssignal ist mit dem in 5 betrachteten Signal identisch, und wie durch einen Vergleich mit 5 zu sehen ist, wurde eine Alias-Komponente nahe Frequenzindex 8 eingeführt, der die Übergangsfrequenz zwischen komplexen und reellen Teilbändern markiert. Wenn für einen Moment unberücksichtigt gelassen wird, dass die Komplexität dieses naiven Ansatzes in der Tat höher als für eine einzelne komplexe Bank ist, zeigt das Beispiel, dass es einen Bedarf nach einer speziellen Handhabung des Übergangs zwischen komplexen und reellen Teilbändern gibt. Der Fall, wo keine Modifikationen bei 102 und 103 durchgeführt werden, sollte bevorzugt eine Digitalaudioausgabe aus 104 entstehen lassen, die wahrnehmungsmäßig von dem Eingang zu 101 nicht unterscheidbar ist. Die teilweise komplexen Analyse- und Synthesefilterbänke, die durch die vorliegende Erfindung wie in 2 und 3 beschrieben werden, besitzen genau dieses Merkmal. Insbesondere ist das entsprechende Größenspektrum des verarbeiteten Signals identisch mit demjenigen von 5. Somit sollte eine Konkatenation eines Mehrbandanalysefilters oder einer Analysefilterbank und eines Synthesemehrbandfilters oder einer Synthesefilterbank, mit anderen Worten eine Konkatenation eines Mehrbandanalyse- und Synthesefilterns, zu einer nahezu perfekten Rekonstruktion führen, z. B. bis zu einem Vorzeichenwechsel. 7 stellt das Spektrum eines Signals dar, das durch eine Modifikation in der Teilbanddomäne einer komplex-exponentiellen modulierten Filterbank erhalten wird. Die Modifikation umfasst ein Anwenden einer Verstärkung g(n) auf das Teilband mit dem Index n, wobei g(n) eine absteigende Funktion von n ist. Im Vergleich zu 5 haben die sinusförmigen Komponenten einfach entsprechend die Größen verändert. Dies beschreibt das erwünschte Verhalten einer Entzerrung oder Hüllkurveneinstellung des Ursprungssignals. Ein Durchführen der gleichen Modifikation mit einer reellen kosinusmodulierten Filterbank führt zu einem Ausgangssignal mit der Frequenzanalyse, die in 8 gezeigt ist. Zusätzliche aliasierte sinusförmige Komponenten bewirken, dass das Ergebnis erheblich von dem erwünschten Verhalten wie durch 7 beschrieben abweicht, und die Verzerrung ist hörbar. Ein Anwenden der gleichen Verstärkungsmodifikation in einer teilweise komplexen Filterbank wie durch 2 und 3 gelehrt, realisiert durch Mehrbandfilter wie in 4 mit 11 Filterabgriffen für jedes individuelle Filter, führt zu dem Größenspektrum von 9. Wieder wird K = 8 gewählt, und wie zu sehen ist, hat die Ausgabe die Qualität einer Komplexfilterbankverarbeitung (7) unterhalb des Frequenzindex K – 0,5 = 7,5 und die Qualität der Reellfilterbankverarbeitung (8) oberhalb dieses Frequenzindex.
Somit bezieht sich die vorliegende Erfindung auf Systeme, die eine Entzerrung, eine Spektralhüllkurveneinstellung, eine frequenzselektive Panoramisierung oder eine frequenzselektive Räumlichmachung von Audiosignalen unter Verwendung einer abwärts abgetasteten reellwertigen Teilbandfilterbank aufweisen. Dieselbe erlaubt eine Unterdrückung eines Aliasing für einen ausgewählten Frequenzbereich durch ein Transformieren eines entsprechenden Teilsatzes von Teilbandsignalen in komplexwertige Teilbandsignale. Davon ausgehend, dass das Aliasing außerhalb des gewählten Frequenzbereichs weniger bemerkbar ist oder durch andere Verfahren gelindert werden kann, erlaubt dies im Vergleich zu der Verwendung einer komplexwertigen Filterbank große Einsparungen bei einem Rechenaufwand.
Modulierte Filterbänke
Zur Erleichterung von Berechnungen wird hier eine komplexe exponentielle modulierte L-Bandfilterbank durch eine zeit kontinuierliche gefensterte Transformation moduliert, unter Verwendung der Synthesesignalverläufe en,k(t) = en(t – k), (3)wobei n, k Ganzzahlen mit n ≥ 0 sind und en(t) = en,0(t) = v(t)exp[iπ(n + 1/2)(t + 1/2)]. (4)
Es wird angenommen, dass die Fensterfunktion v(t) reellwertig ist. Durch ein Aufspalten von e_n(t) = c_n(t) + is_n(t) in reelle und imaginäre Teile erhält man die Synthesesignalverläufe für kosinus- und sinusmodulierte Filterbänke
Ergebnisse für zeitdiskrete Signale und Filterbänke mit L Teilbändern werden durch ein geeignetes Abtasten der t-Variablen mit einer Beabstandung 1/L erhalten. Definiere das innere Produkt zwischen Signalen durch
wobei der Stern eine komplexe Konjugation bezeichnet. Für zeitdiskrete Signale wird das Integral durch eine Summierung ersetzt. Die Operation einer kosinus- und sinusmodulierten Filterbankanalyse eines Signals x(t) wird dann beschrieben durch αn(k) = ⟨x, cn,k⟩, βn(k) = ⟨x, sn,k⟩. (7)
Die Teilbandsignale ᾶ_n, β ~n vorausgesetzt, sind die entsprechenden Syntheseoperationen
Für zeitdiskrete Signale ist die Summierung über den Teilbandindex n auf (L – 1) beschränkt. Aus der Theorie von kosinus/sinusmodulierten Filterbänken und gelappten Transformationen ist gut bekannt, dass die Fensterfunktion v(t) derart entworfen werden kann, dass die kombinierten Analyse- und Syntheseoperationen zu einer perfekten Rekonstruktion y_c = y_s = x für nicht modifizierte Teilbandsignale ᾶ_n = α_n, β ~ = βn führen. Für nahezu perfekte Rekonstruktionsentwürfe sind diese Gleichheiten genähert.
Die Operation einer komplex-exponentiellen modulierten Filterbank, wie durch PCT/SE02/00626 , „Aliasing reduction using complex exponential modulated filter banks” gelehrt kann beschrieben werden durch die komplexe Analyse γn(k) = ga⟨x, en,k⟩ = ga(αn(k) – iβn(k)), (9)wobei g_a ein fester reeller Analyseverstärkungsfaktor ist. Die Synthese aus komplexen Teilbandsignalen γ ~n = ᾶn – iβ ~n ist definiert durch
wobei g_s ein fester reeller Syntheseverstärkungsfaktor ist. Angenommen, dass die komplexen Teilbandsignale nicht modifiziert sind γ ~n= γn und dass die kosinus- und sinusmodulierten Bänke eine perfektere Rekonstruktion aufweisen, findet man aus (8) und (9), dass ye = gsga(yc + ys) = 2gsgax. (11)
Somit wird eine perfekte Rekonstruktion erreicht, wenn gags = 1/2. (12)
Eine besonders attraktive Wahl von festen Verstärkungen, die zu einer Energiebewahrung der komplexen Teilbandrepräsentation führen, ist g_a = g_s= 1/√2.
Es ist naheliegend, dass in dem komplexen Fall Abweichungen von der spezifischen Modulation, beschrieben durch (4), um einen festen Phasenfaktor für jedes Teilband zugelassen werden können, ohne die Rekonstruktionseigenschaften zu verändern, da die Modifikation der komplexen Teilbandsignale in (9) und (10) sich aufhebt. Die komplex-exponentielle modulierte Filterbank wird um einen Faktor von 2 überabgetastet. Mit einem ordnungsgemäßen Fensterentwurf ermöglicht dies eine praktisch alias-freie Hüllkurveneinstellung, wie es in PCT/SE02/00626 , „Aliasing reduction using complex exponential modulated filter banks" gezeigt ist. Derartige Entwürfe sind oft durch ein Aufgeben des oben beschriebenen streng perfekten Rekonstruktionsrahmenwerks zugunsten einer nahezu perfekten Rekonstruktion oft einfacher zu erreichen.
Mehrbandfiltern
Angenommen, dass lediglich die kosinusmodulierte Bankanalyse α_n(k) von (7) verfügbar ist, kann die entsprechende sinusmodulierte Bankanalyse β_m(l) durch ein Kombinieren eines Kosinusbanksyntheseschrittes und einer Sinusbankanalyse erhalten werden. Man wird vorfinden, dass
wobei eine Änderung einer Zeitvariablen in dem inneren Produkt zu ⟨cn,k, sm,l⟩ = ⟨cn, Sm,l-k⟩. (14)führt.
Somit entspricht die Summierung bezüglich k in (13) einem Filtern, und die Gesamtstruktur wird als eine Version des in 4 gezeigten Mehrbandfilterns erkannt, mit unendlich vielen Bändern. Ein Umschreiben im Hinblick auf die komplexen Signalverläufe (4) ergibt
Nach einer Substitution t ↦ t + λ/2 kann der erste Term von (15) erweitert werden zu
Mit einem symmetrischen Fenster v(–t) = v(t) verschwindet der imaginäre Teil des Integrals in (16), derart, dass
mit der Definition
Dieser Ausdruck ist eine gerade Funktion von sowohl μ als auch λ. Für geeignete Entwürfe von Fenstern kann man annehmen, dass h_μ für |μ| > 1 verschwindet. In dem zeitdiskreten Fall soll das Integral in (18) durch eine Summierung über Ganzzahlen v' mit t = (v + θ)/L ersetzt werden, wobei L die Anzahl von Teilbändern ist und θ ein Versatzwert entweder gleich 0 oder 1/2 ist. Das zeitdiskrete Gegenstück von (18) ist in μ mit einer Periode 2L für θ = 0 periodisch und in μ mit einer Periode 2L für θ = 1/2 antiperiodisch. Ein Einfügen von n = m + r in (15) ergibt
Sich auf 402m in 4 beziehend kann f_m,r(λ) = ⟨c_m+r, s_m,λ⟩ als die Impulsantwort der Filter F_m,r verwendet werden, wenn L = K in die obigen Berechnungen eingefügt wird. Angenommen, dass h_μ verschwindet, außer für μ = 2Kκ + σ, wobei κ κ eine Ganzzahl ist und σ ∊ {–1, 0, 1}, dann folgt, dass der zweite Term von (19) lediglich einen Beitrag für m = 0 und m = (K – 1) gibt. Diese Randfälle sind wichtig, da dieselben den Schlüssel zu einer nahen Invertibilität des Mehrbandfilters 401 enthalten. Von den trivialen Modulationen von (19) abgesehen, müssen lediglich zwei Prototypfilter h₀, h₁ berücksichtigt werden und eine Überprüfung von (19) zeigt, dass lediglich die ungeraden Abtastwerte von h₀ ins Spiel kommen. Darüber hinaus ist für Fachleute klar, dass die speziellen Modulationen von (19) und die Ähnlichkeit der Filter f_m+1,–1 und f_m–1,1 eine sehr wirksame Implementierung des Mehrbandfilters in einer Polyphaseform ermöglicht. Eine detailliertere Beschreibung eines derartigen Ausführungsbeispiels wird in dem weiteren Verlauf dieser Anmeldung vorgelegt.
Für praktische Entwürfe ist es vorteilhaft, das diskretisierte innere Produkt (18) für den Entwurf dieser Prototypfilter aufzugeben. Stattdessen sind die Filter f_m,r für eine gewählte Ganzzahl N entworfen, um die beste Näherung
zu geben.
Dies gibt einen zweiten, direkteren Weg zu der Sinus-Modulierte-Bank-Analyse
wobei der Stern eine Konvolution bezeichnet. Darüber hinaus führt ein Erweitern der Sinussyntheseoperation (8) durch ein Einfügen (20) und ein Sammeln der Kosinusterme zu
derart, dass das Synthesemehrbandfilter 306 auch die Struktur von 401 aufweist, mit Filtern, die durch G_m,r mit Impulsantworten g_m,r(λ) = f_m+r,–r(–λ) ersetzt sind. Das gleiche Ergebnis würde auch aus einem Austauschen der Rolle der Kosinus- und Sinusmodulation untereinander in den obigen Ableitungen folgen.
Die Gesamtrechenkomplexität des Mehrbandfilters ist proportional zu N·K Operationen pro Teilbandabtastperiode, d. h. N·K/L Operationen pro Digitalaudioabtastung. Wenn K << L, führt dies zu einer beträchtlichen Ersparnis im Vergleich zu einer zusätzlichen Sinusmodulation, die für eine voll-komplexe modulierte Filterbank erforderlich ist.
Im Vergleich zu der Anwendung einer rein reellen oder rein komplexen modulierten Filterbank wird durch das Mehrbandfilter in sowohl dem Analyse- als auch dem Syntheseschritt eine zusätzliche Verzögerung von N Teilbandabtastwerten eingeführt. Dies wird durch ein Verzögern all der Teilband abtastwerte, die nicht durch das Mehrbandfilter laufen, um eine Verzögerung von N Teilbandabtastwerten bei 202, 203, 304 und 305 kompensiert. In dem Fall, wo die Modifikation 103 ein Teil-Teilbandfiltern wie in [E. Schuijers, J. Breebart, H. Purnhagen, J. Engdegard: „Low complexity parametric stereo coding", Proc. 116^th AES convention, 2004, Schriftstück 6073] beschrieben aufweist, können die Teil-Teilbandfilter mit dem Mehrbandfilter 204 kombiniert werden, um eine Reduzierung der Gesamtverzögerung mittels eines Näherns der kombinierten Impulsantworten zu ermöglichen.
Wenn die gewählten K komplexen Teilbänder die ersten K einer Gesamtzahl von L Teilbändern sind, emuliert das Mehrbandfilter den Effekt einer Synthese einer Filterbank mit K Teilbändern zu einer Zeitdomäne von K/L mal die Ursprungsabtastfrequenz, gefolgt von einer Analyse mit einer Filterbank mit K Teilbändern. Ein derartiger Umweg weist den Nachteil auf, dass derselbe zu einer längeren Mehrbandfilterverzögerung führt, als das, was mit dem Entwurfsverfahren erreicht werden kann, das durch die gegenwärtige Erfindung gelehrt wird. Für Anwendungen, wo die Anzahl von Analyseaudiokanälen viel kleiner als die Anzahl von Synthesekanälen ist, kann die Analyseverzögerung des Mehrbandfilters zum Preis einer höheren Rechenkomplexität einfach durch ein Durchführen der teilweisen komplexen Analyse 101 durch eine echte komplexe modulierte Filterbankanalyse mit L Teilbändern und ein Verwerfen des imaginären Teils des der letzten (L – K) Teilbänder insgesamt vermieden werden. Um jedoch die Kombination mit der Synthese von 3 dazu zu bringen, in dem Fall von unveränderten Teilbändern zu einer nahezu perfekten Rekonstruktion zu führen, ist es notwendig, die Analyse des Randteilbands mit einem Index (K – 1) durch ein Spezielldirektdormfilter zu ersetzen, gefolgt durch eine Teilabtastung um einen Faktor L. Somit kann dieses Filter durch ein Studieren der teilweise komplexen Synthese von 3 erhalten werden, in dem Fall, wo das Randteilband mit dem Index (K – 1) lediglich einen Nicht-Null-Abtastwert enthält und alle anderen Teilbänder null sind. Obwohl von weniger Nützlichkeit im Hinblick auf Komplexitätsreduzierung, kann die Syntheseverzögerung des Mehrbandfilters durch ein Durchführen der teilweisen komplexen Synthese 104 durch eine Echte-Komplex-Modulierte-Filterbank-Synthese mit L Teilbändern, für die das Eingangsteilband mit dem Index (K – 1) zu einer getrennten Syntheseoperation umgeleitet wird, die ein Aufwärtsabtasten um einen Faktor L umfasst, gefolgt von einer Spezielldirektformfilterung, in ähnlicher Weise vermieden werden. Die Ergebnisse der komplexen Banksynthese aus (L – 1) Bändern und der getrennten Einbandsynthese werden dann in der Zeitdomäne addiert.
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Systeme, die eine Entzerrung, eine Spektralhüllkurveneinstellung, eine frequenzselektive Panoramisierung oder eine frequenzselektive Räumlichmachung von Audiosignalen unter Verwendung einer abwärts abgetasteten reellwertigen Teilbandfilterbank aufweisen. Dieselbe erlaubt eine Unterdrückung eines Aliasing für einen ausgewählten Frequenzbereich durch ein Transformieren eines entsprechenden Teilsatzes von Teilbandsignalen zu komplexwertigen Teilbandsignalen. Angenommen, dass das Aliasing außerhalb des gewählten Frequenzbereichs weniger bemerkbar ist oder durch andere Verfahren gelindert werden kann, erlaubt dies im Vergleich zu der Verwendung einer komplexwertigen Filterbank große Einsparungen bei einem Rechenaufwand.
Die vorliegende Erfindung lehrt, wie eine komplexere Repräsentation eines Signals für einen gewählten Frequenzbereich mit einer Rechenkomplexität, die lediglich etwas größer als diejenige einer reellwertigen Filterbank ist, zu erhalten ist. Ein wirksames Mehrbandfilter wird auf die gewählten Teilbänder der Reellfilterbankanalyse angewendet, um imaginäre Teile dieser Teilbandsignale zu erzeugen. Das Ergebnis ist eine teilweise komplexe modulierte Filterbankanalyse. Die komplex gemachten Teilbänder haben im Hinblick auf eine Stabilität einer Energieschätzung und ein minimales Aliasing, entstehend aus linearen zeitinvarianten Modifikationen wie z. B. einer Hüllkurveneinstellung und einer Filterung, die gleichen Vorteile wie die entsprechenden Teilbänder aus einer komplex-exponentiell modulierten Filterbank. Vor der Reellsynthese wandelt ein anderes Mehrbandfilter die komplexen Teilbandabtastwerte zurück in reelle Teilbandabtastwerte um. Die Gesamtqualität einer Rekonstruktion und eines Signalverarbeitungsverhaltens stimmt mit derjenigen einer komplexen Filterbank in dem komplex gemachten Frequenzbereich und mit derjenigen einer reellen Filterbank in dem verbleibenden Frequenzbereich überein. Ein nahtloser Übergang zwischen den zwei Bereichen entsteht implizit aus einer bestimmten Randbandbehandlung, die durch die vorliegende Erfindung gelehrt wird.
Bei dem Rahmenwerk der Modifizierer oder Manipulatoren 102, 103 sollte die zeitvariierende Anwendung von räumlichen Parametern (z. B. MPEG-Surround oder Parameterstereo) mittels zeitinterpolierten Verstärkungen oder Matrizen erwähnt werden. In dem Falle von zeitinvarianten Modifikationen oder Manipulationen ist die Anwendung auf eine Hüllkurveneinstellung oder Entzerrung mit einem Merkmal, um kein Aliasing einzuführen, wichtig. Somit sind Definitionen, die eine Einführung eines Aliasing betreffen, hauptsächlich auf zeitinvariante Fälle fokussiert.
Nichtsdestotrotz repräsentiert ein Einführen einer Zeitvarianz, z. B. in dem Rahmenwerk der Manipulatoren oder Modifizierer 102, 103, die in 1 gezeigt sind, einen Fall, in dem die Definition des Merkmals, um kein Aliasing einzuführen, schwieriger wird. In der Praxis werden z. B. lange wichtige Stücke von Signalen in einer lokal zeitinvarianten Weise behandelt, sogar in dem Rahmenwerk eines MPEG-Surround. Bei einem weiteren Schritt können nichtlineare Manipulationen ebenfalls berücksichtigt werden, z. B. in dem Rahmenwerk von fortgeschrittenen Transpositionsverfahren, wie z. B. Hochqualitäts-SBR, die wichtig werden. Obwohl diese fortgeschrittenen Transpositionsverfahren zeitvariante und/oder nicht-lineare Manipulationen aufweisen, müssen bei einem ersten Schritt zeitinvariante Modifikationen und Manipulationen berücksichtigt werden.
Zusammenfassend ist in dem Rahmenwerk der Modifizierer oder Manipulatoren 102, 103 eine jegliche Manipulation sicherlich möglich und relevant, solange dieselbe die Zeitfrequenzauflösung der resultierenden (teilweisen komplexen) Filterbank erfordert. Somit sind alle Vorteile der Manipulationen 103 einer entsprechenden komplexen Bank auch in dem komplexen Teil der teilweise komplexen Filterbank vorhanden.
Das Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, beschrieben in 1–3, weist folgende Merkmale auf:

– Ein Verfahren zur Modifikation eines zeitdiskreten Audiosignals, mit den Schritten eines
– Filterns des Signals durch eine kosinusmodulierte Analysefilterbank,
– Erzeugens von komplexen Teilbandabtastwerten für einen Teilsatz der Teilbänder mittels eines Mehrbandfilterns,
– Modifizierens von sowohl den reellen als auch den komplexen Teilbandabtastwerten,
– Transformierens der resultierenden komplexen Abtastwerte zu reellen Abtastwerten mittels eines Mehrbandfilterns,
– Filterns der reellen Teilbandabtastwerte durch eine kosinusmodulierte Synthesefilterbank, um ein modifiziertes zeitdiskretes Audiosignal zu erhalten.

In den folgenden Abschnitten wird eine Implementierung einer Niedrigleistungsversion eines räumlichen Audiowerkzeugs skizziert. Das räumliche Niedrigleistungsaudiowerkzeug arbeitet mit Reellwertteilbanddomänesignalen über dem K-ten QMF-Teilband (QMF = quadrature mirror-filter = Quadraturspiegelfilter), wobei K eine positive Ganzzahl ist. Die Ganzzahl K ist gemäß den spezifischen Notwendigkeiten und Spezifikationen der beabsichtigten Implementierung gewählt. Mit anderen Worten ist die Ganzzahl K durch Details der beabsichtigten Implementierung, wie z. B. eine Bitstrominfo, gegeben. Eine reellwertige QMF-Filterbank wird in Verwendung mit einem erfindungsgemäßen Reell-zu-Komplex-Wandler verwendet, um eine teilweise komplexe Teilbanddomänerepräsentation zu erreichen. Ferner kann das räumliche Niedrigleistungsaudiowerkzeug zusätzliche Module eingliedern, um ein Aliasing zu reduzieren, das aufgrund der reellwertigen Verarbeitung eingeführt wird.
Dieser kurzen Einführung folgend setzt das räumliche Niedrigleistungsaudiocodierungssystem eine Zeit/Frequenz-Transformation gemäß 10 ein. Der Zeit/Frequenz-Transformator der beschriebenen räumlichen Audiocodierung weist eine Hybrid-QMF-Analysebank auf, die in 10 gezeigt ist. Um eine reelle QMF-Analysebank 500 zu verarbeiten, ist die Hybrid-QMF-Analysebank über einen optionalen Schalter 510 mit einem erfindungsgemäßen Reell-zu-Komplex-Wandler 520 verbunden. Der Reell-zu-Komplex-Wandler 520 ist ferner mit einer oder mehreren Nyquist-Analysebänken 530 verbunden.
Die reelle QMF-Analysebank 500 wird an einem Eingang mit Zeitdomäneeingangssignalen x ~ beliefert und liefert an einem Ausgang reellwertige QMF-Signale x ^n,mreal an den Reell-zu-Komplex-Wandler 520. Der Reell-zu-Komplex-Wandler 520 kehrt die QMF-Signale in teilweise komplexe Abtastwerte x ^n,m um, die dann an die Nyquist-Analysebänke 530 geliefert werden, die wiederum Hybridteilbanddomänesignale x^n,m erzeugen.
Abgesehen von dem regulären Betriebsmodus dieses Zeit/Frequenz-Transformators, bei dem der räumliche Audiodecodierer mit Zeitdomäneabtastwerten x ~ eingestellt ist, können auch reellwertige (Zwischen-)(QMF-)Teilbanddomäneabtastwerte x ^n,mreal , z. B. aus einem Niedrigkomplexität-HE-AAC-Decodierer (HE-AAC = High Efficiency Advanced Audio Coding = Fortgeschrittene Audiocodierung mit hoher Wirksamkeit), genommen werden. Genauer ausgedrückt werden bei diesem Fall die Teilbanddomäneabtastwerte vor einer HE-AAC-QMF-Synthese genommen, wie es in [ISO/IEC 14496-3: 2001/UND1: 2003] dargelegt ist. Um zu ermöglichen, dass auch diese QMF-Eingangssignale x ^n,mreal in den erfindungsgemäßen Reell-zu-Komplex-Wandler 520 eingespeist werden, wird der optionale Schalter 510 in den Zeit/Frequenz-Transformator, der in 10 gezeigt ist, integriert und entsprechend geschaltet.
Die reellen QMF-Abtastwerte, entweder in der Form von QMF-Eingangssignalen oder über die reelle QMF-Analysebank 500 geliefert, werden durch den Reell-zu-Komplex-Wandler 520, der unter Bezugnahme auf 13 unten detaillierter beschrieben ist, in teilweise komplexe Abtastwerte x ^n,m umgewandelt. Ferner kann als eine zusätzliche Option, und falls aktiviert, ein Restdecodierungsmodul, das in 10 nicht gezeigt ist, Teilbanddomäneabtastwerte x ^n,mres als QMF-Resteingangssignale liefern. Diese QMF-Restsignale werden über eine optionale Verzögerungseinrichtung 540 auch an die Nyquist-Analysebänke 530 weitergeleitet, da diese QMF-Resteingangssignale gegebenenfalls auch in einer verzögerten Form weitergeleitet werden müssen, um eine Verzögerung zu kompensieren, die durch den Reell-zu-Komplex-Wandler 520 bewirkt ist, bevor dieselben einem in die Hybriddomäne transformiert werden, die auch die Hybridteilbanddomänesignale x^n,m bildet.
11 zeigt eine Hybrid-QMF-Synthesebank zum Durchführen einer Frequenz/Zeit-Transformation oder vielmehr einer Zeit/Frequenz-Transformation in einem räumlichen Audioco dierungssystem. Die Hybrid-QMF-Synthesebank weist eine oder mehrere Nyquist-Synthesebänke 550 auf, an die an einem Eingang ein Hybridteilbanddomänesignal y^n,m geliefert wird. Genauer ausgedrückt werden an der Nyquist-Syntheseseite die Hybridteilbanddomäneabtastwerte y^n,m durch die Nyquist-Synthesebänke 550 in teilweise komplexe QMF-Teilbanddomäneabtastwerte ŷ^n,m transformiert. Die teilweise komplexen QMF-Teilbanddomäneabtastwerte werden dann an einen erfindungsgemäßen Komplex-zu-Reell-Wandler 560 geliefert, der die teilweise komplexen QMF-Teilbanddomäneabtastwerte in reellwertige oder vielmehr reelle QMF-Abtastwerte ŷ n,m / real umwandelt. Der erfindungsgemäße Komplex-zu-Reell-Wandler 560 ist im Kontext von 14 detaillierter beschrieben. Diese reellen QMF-Abtastwerte werden an eine reelle QMF-Synthesebank 570 geliefert, wo dieselben in der Form von Zeitdomäneabtastwerten oder vielmehr Zeitdomäneausgangssignalen ŷ zurück in die Zeitdomäne transformiert werden.
Die Filterbänke oder, um genauer zu sein, die reelle QMF-Analysebank 500 und die reelle QMF-Synthesebank 570 werden nun detaillierter beschrieben. Zum Beispiel werden für Niedrigleistung-MPEG-Surroundsysteme reellwertige QMF-Filterbänke verwendet. In diesem Fall verwendet die Analysefilterbank 500 64 Kanäle, wie es unten skizziert ist. Die Synthesefilterbank 570 weist ebenfalls 64 Kanäle auf und ist mit der Filterbank identisch, die bei Niedrigkomplexität-HE-AAC-Systemen verwendet wird, wie dieselben im Abschnitt 4.6.18.8.2.3 von ISO/IEC 14496-3 beschrieben sind. Obwohl die folgende Beschreibung auf 64 Kanälen (Ganzzahl L = 64) basiert, sind die vorliegende Erfindung und Ausführungsbeispiele derselben nicht auf eine Verwendung von 64 Kanälen oder eine angemessene Anzahl von reellwertigen oder komplexwertigen Teilbandsignalen beschränkt. Im Prinzip kann eine willkürliche Anzahl von Kanälen oder vielmehr reellwertigen oder komplexwertigen Teilbandsignalen im Kontext von Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung verwendet werden. Wenn jedoch eine unterschiedliche Anzahl von Kanälen verwendet wird, müssten die angemessenen Parameter der Ausführungsbeispiele ebenfalls entsprechend angepasst werden. Die reellwertige QMF-Analysebank 500, in 10 gezeigt, wird verwendet, um das Zeitdomänesignal x ^ aus dem Kerndecodierer in 64 Teilbandsignale zu spalten. Die Ausgabe aus der Filterbank oder vielmehr der reellwertigen QMF-Bank 500 sind reellwertige und kritisch abgetastete Signale in der Form von Teilbandabtastwerten.
12 zeigt ein Flussdiagramm des Betriebs, der durch die reellwertige Analyse-QMF-Bank 500 in der Form eines C/C++-Pseudocodes durchgeführt wird. Mit anderen Worten ist das Verfahren, das durch die reelle QMF-Analysebank 500 durchgeführt wird, in 12 dargestellt. Das Filtern umfasst die folgenden Schritte, wobei ein Array x 640 Zeitdomäneeingangsabtastwerte aufweist, die mit einem Index zwischen 0 und 639 etikettiert sind. Bei 12 sind Indizes von Arrays oder Vektoren durch rechtwinklige Klammern eingeschlossen. Ein höherer Index in dem Array x von Zeitdomäneeingangsabtastwerten entspricht einem älteren Abtastwert.
12 stellt das Verfahren dar, das durch die reelle QMF-Analysebank 500 für einen QMF-Teilbandabtastwert 1 durchgeführt wird. Nach dem Starten des Verfahrens bei Schritt S100 werden die Abtastwerte in dem Array x bei Schritt S110 um 64 Positionen verschoben. Die ältesten 64 Abtastwerte mit Indizes, die von 575 bis 639 (n = 575, ..., 639) reichen, werden verworfen. Danach werden bei Schritt S120 in dem Array x 64 neue Abtastwerte in den Positionen mit den Indizes 0–63 gespeichert.
Bei Schritt S130 werden die Abtastwerte des Arrays x mit einem Satz von Koeffizienten eines Fensters oder vielmehr einer Fensterfunktion c multipliziert. Das Fenster c ist ebenfalls als ein Array c mit 640 Elementen mit Indizes, die von n = 0,..., 639 reichen, implementiert. Diese Multiplikation erfolgt bei Schritt S130 durch ein Einführen eines neuen Zwischenarrays z mit 640 Elementen gemäß z(n) = x(n)·c(n), n = 0, ..., 639 (23)wobei die Fensterkoeffizienten c[0], ..., c[639] in Tabelle 4.A.87 von ISO/IEC 14496-3 zu finden sind.
Bei einem folgenden Schritt S140 werden die Abtastwerte, die durch das Zwischenarray z repräsentiert werden, summiert gemäß
wobei ein neues Zwischenarray u mit 128 Elementen geschaffen wird. Gleichung 24 ist auch in dem Flussdiagramm von 12 als ein mnemonischer Code gezeigt, der die Formel von Gleichung 24 repräsentiert.
Bei dem folgenden Schritt S150 werden, vor dem Verfahren zum Filtern wie bei einem Schritt S160, neue 64 Teilbandabtastwerte durch eine Matrixoperation M·u mit einer Matrix M berechnet, wobei die Elemente der Matrix M gegeben sind durch
Somit erzeugt jede Schleife des in dem Flussdiagramm von 12 gezeigten Verfahrens 64 Teilbandabtastwerte, von denen jeder die Ausgabe aus einem Filterbankteilband repräsentiert. Wie bereits angezeigt, entspricht bei dem Flussdiagramm von 12 X_real[m][l] einem Teilbandabtastwert l des QMF-Teilbandes m, wobei m, l, n alle Ganzzahlen sind. Somit ist die Ausgabe X_real[m][n] gleich einem reellwertigen Teilbandabtastwert x ^n,mreal,k (x ^n,mreal,k = Xreal[m][n]).
Während 12 das Flussdiagramm einer reellwertigen Analyse-QMF-Bank 500 zeigt, zeigt 13 detaillierter den erfindungsgemäßen Reell-zu-Komplex-Wandler 520 aus 10. Der Reell-zu-Komplex-Wandler 520, der in 13 gezeigt ist, empfängt 64 reelle Teilbandsignale, die zwei distinkte Teilsätze von K reellen Teilbändern und (64 – K) reellen Teilbändern bilden, wobei K wieder eine positive Ganzzahl zwischen 1 und 64 ist. Der Teilsatz von K reellen Teilbandsignalen oder Teilbändern bildet eine Mehrzahl von reellwertigen Teilbandsignalen, wobei der zweite Teilsatz von (64 – K) reellen Teilbändern eine weitere Mehrzahl von reellwertigen Teilbandsignalen bildet.
Der Teilsatz von K reellwertigen Teilbandsignalen wird sowohl an ein Mehrbandfilter 600 als auch eine optionale erste Verzögerungseinrichtung 610 geliefert. Das Mehrbandfilter 600 liefert an einem Ausgang einen Satz von K reellwertigen Zwischenteilbandsignalen, die an einen Multiplizierer 620 geliefert werden, der jedes der reellwertigen Zwischenteilbandsignale mit einer negativen imaginären Einheit (–i) multipliziert. Eine Ausgabe des Multiplizierers 620 wird an einen Addierer 630 geliefert, der auch die K reellwertigen Teilbandsignale von der Verzögerungseinrichtung 610 in einer verzögerten Form empfängt. Eine Ausgabe des Addierers 630 wird ferner an eine Festverstärkungseinstelleinrichtung 640 geliefert. Die Festverstärkungseinstelleinrichtung 640 stellt den Pegel eines jeden Teilbandsignals ein, das an dem Eingang derselben bereitgestellt wird, durch ein Multiplizieren des entsprechenden Teilbandsignals mit einer reellwertigen Konstante. Es ist zu beachten, dass die Festverstärkungseinstelleinrichtung 640 eine optionale Komponente ist, die für den erfindungsgemäßen Reell-zu-Komplex-Wandler 520 nicht wesentlich ist. Als eine Ausgabe der Festverstärkungseinstelleinrichtung 640, falls implementiert, oder an dem Ausgang des Addierers 630 liefert der Reell-zu-Komplex-Wandler 520 K komplexwertige Teilbandsignale oder K komplexe Teilbänder.
Der Addierer 630 und der Multiplizierer 620 bilden zusammen eine Berechnungseinrichtung 650, die das komplexwertige Teilbandsignal liefert, das optional durch die Festverstärkungseinstelleinrichtung 640 verstärkungseingestellt werden kann. Genauer ausgedrückt kombiniert die Berechnungseinrichtung 650 ein reeliwertiges Teilbandsignal als einem reellen Teil des komplexwertigen Teilbandsignals, das durch die Berechnungseinrichtung 650 ausgegeben wird, und das Zwischensignal, das durch das Mehrbandfilter 600 ausgegeben wird, als einem imaginären Teil des komplexwertigen Teilbandsignals.
In diesem Kontext ist es wichtig, zu beachten, dass die erste Verzögerungseinrichtung 610 ebenfalls eine optionale Komponente ist, die sicherstellt, dass eine mögliche Zeitverzögerung, die durch das Mehrbandfilter 600 bewirkt wird, korrekt berücksichtigt wird, bevor die Berechnungseinrichtung 650 das Zwischensignal, das durch das Mehrbandfilter 600 ausgegeben wird, und die reellwertigen Teilbandsignalen, die an den Reell-zu-Komplex-Wandler 520 geliefert werden, kombiniert.
Als eine optionale Komponente weist der Reell-zu-Komplex-Wandler 520 auch eine zweite Verzögerungseinrichtung 660 auf, die ebenfalls sicherstellt, dass die mögliche Zeitverzögerung, die durch das Mehrbandfilter 600 bewirkt wird, bei den (64 – K) reellwertigen Teilbandsignalen der weiteren Mehrzahl von reellwertigen Teilbandsignalen nicht auftaucht. Um dies zu tun, ist die zweite Verzögerungseinrichtung 660 zwischen die (64 – K) reellwertigen Teilbandsignale geschaltet, die in einer unveränderten Weise durch den Reell-zu-Komplex-Wandler 520 laufen. Es ist wichtig, zu beachten, dass der Reell-zu-Komplex-Wandler 520 nicht zwangsläufig irgendwelche reellwertigen Teilbandsignale aufweist, die in einer unveränderten oder lediglich verzögerten Form übertragen werden, da die Ganzzahl K auch den Wert K = 64 annehmen kann, so dass keine reellwertigen Teilbandsignale in der beschriebenen Weise durch den Reell-zu-Komplex-Wandler 520 laufen.
Somit werden die reellen QMF-Teilbandsignale durch den Reell-zu-Komplex-Wandler 520 wie in 13 gezeigt in teilweise komplexe QMF-Teilbänder transformiert. Die erste Gruppe von K reellen Teilbandsignalen wird durch ein Mehrbandfilter 600 gefiltert, durch den Multiplizierer 620 mit dem Negativen der imaginären Einheit (–i) multipliziert und durch den Addierer 630 zu den K verzögerten reellwertigen Teilbandsignalen addiert, um K komplexe Teilbandsignale zu erzeugen. Wie bereits umrissen, ist die Verzögerungseinrichtung 610, die die K reellwertigen Teilbandsignale verzögert, bevor dieselben durch den Addierer 630 verarbeitet werden, optional. Die K komplexwertigen Teilbandsignale, die durch den Addierer 630 oder vielmehr die Berechnungseinrichtung 650 ausgegeben werden, werden durch eine Festverstärkungseinstelleinrichtung 640 verstärkungseingestellt und als die K komplexen Teilbänder des Reell-zu-Komplex-Wandlers und somit der teilweisen komplexen Analysefilterbank, die den Reell-zu-Komplex-Wandler 320 aufweist, ausgegeben.
Die zweite Gruppe, die (64 – K) reelle Teilbandsignale aufweist, wird, falls dieselbe überhaupt existiert, nur durch die optionale zweite Verzögerungseinrichtung 660 verzögert. Die Rolle der beiden optionalen Verzögerungseinrichtungen 610, 660 ist es, eine mögliche Verzögerung, die durch das Mehrbandfilter 600 eingeführt wird, zu kompensieren. Die Länge dieser Verzögerung ist typischerweise auf eine Ordnung eines Satzes von Mehrbandfiltern bezogen, die in dem Mehrbandfilter 600 enthalten sind. Typischerweise beträgt die Länge dieser Verzögerung die Hälfte der Ordnung der Mehrbandprototypfilter. Dies bedeutet, dass die Verzögerung, die durch die zwei optionalen Verzögerungseinrich tungen 610, 660 bei dem unten näher spezifizierten Ausführungsbeispiel auferlegt wird, sich auf fünf Teilbandabtastwerte beläuft. Wie bereits in den Abschnitten oben insbesondere bezüglich der Beschreibung des Mehrbandfilters in 4 dargelegt wurde, arbeitet das Mehrbandfilter mit den K ersten QMF-Teilbandsignalen durch ein Durchführen der folgenden Berechnung, wobei x ^
die Ausgabe des Mehrbandfilters 600 repräsentiert, die zu dem imaginären Teil der komplexwertigen Teilbandsignale wird, die durch die Berechnungseinrichtung 650 ausgegeben werden:
Der Term f_m _, _s[v] repräsentiert die Filter oder vielmehr die Filterfunktionen, x ^n-v,m+rreal,k repräsentiert die reellwertigen Teilbandsignale, die an dem Eingang des Mehrbandfilters geliefert werden. Ferner werden die QMF-Teilband-Summierungsgrenzen definiert durch
und

Die Filter f_m,s[v] sind aus zwei Prototypfiltern des Mehrbandfilters 600 abgeleitet, die hauptsächlich durch die zwei Mehrbandfilterprototypkoeffizienten a^v[n] bestimmt sind, wobei v = 0,1. Genauer ausgedrückt erfüllen die Filter oder vielmehr die Filterfunktionen f_m,r[v] die Relation

wobei die Mehrbandfilterprototypkoeffizienten a⁰[v] die Relationen erfüllen, die in der folgenden Tabelle 1 gegeben sind:

0.003	≤	a⁰[0]	≤	0.004
		\|a⁰[1]\|	≤	0.001
–0.072	≤	a⁰[2]	≤	–0.071
		\|a⁰[3]\|	≤	0.001
0.567	≤	a⁰[4]	≤	0.568
		\|a⁰[5]\|	≤	0.001
0.567	≤	a⁰[6]	≤	0.568
		\|a⁰[7]\|	≤	0.001
–0.072	≤	a⁰[8]	≤	–0.071
		\|a⁰[9]\|	≤	0.001
0.003	≤	a⁰[10]	≤	0.004

Ferner erfüllen die Mehrbandfilterprototypkoeffizienten a¹[v] die Relationen, die in der folgenden Tabelle 2 gegeben sind: 0.0008 ≤ a1[0] ≤ 0.0009 0.0096 ≤ a1[1] ≤ 0.0097 0.0467 ≤ a1[2] ≤ 0.0468 0.1208 ≤ a1[3] ≤ 0.1209 0.2025 ≤ a1[4] ≤ 0.2026 0.2388 ≤ a1[5] ≤ 0.2389 0.2025 ≤ a1[6] ≤ 0.2026 0.1208 ≤ a1[7] ≤ 0.1209 0.0467 ≤ a1[8] ≤ 0.0468 0.0096 ≤ a1[9] ≤ 0.0097 0.0008 ≤ a1[10] ≤ 0.0009
Mit anderen Worten sind die Filter f_m,r[v] aus den Prototypfiltern wie in Tabelle 1 und 2 gegeben und über Gleichung 29 abgeleitet.
Die Ausgabe x ^n,mimag,k des Mehrbandfilters 600 wird durch die Berechnungseinrichtung 650 mit einem verzögerten reellwertigen QMF-Teilbandabtastwert x ^n-5,mreal,k kombiniert, um die teilweise komplexen QMF-Teilbandabtastwerte x ^n,mk zu bilden, wie in 13 dargestellt. Um genauer zu sein, erfüllt die Ausgabe x ^n,mk die Relation
wobei in den Hochstellungen (n – 5) der reellwertigen QMF-Teilbandabtastwerte x ^n-5,mreal,k der Einfluss der zwei Verzögerungseinrichtungen 610, 660 dargestellt ist. Wie vorher erwähnt, beträgt die Länge dieser Verzögerung typischerweise die Hälfte der Ordnung der Mehrbandprototypfilterkoeffizienten a^v[n] wie in Tabelle 1 und 2 gegeben. Dies beläuft sich auf fünf Teilbandabtastwerte.

Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung erfüllen die Mehrbandfilterprototypen oder vielmehr Mehrbandfilterprototypkoeffizienten a^v[n] mit v = 0,1 die Relationen, die in den folgenden Tabellen 3 und 4 gegeben sind: Tabelle 3

0.00375672984183	≤	a⁰[0]	≤	0.00375672984185
		\|a⁰[1]\|	≤	0.00000000000010
–0.07159908629243	≤	a⁰[2]	≤	–0.07159908629241
		\|a⁰[3]\|	≤	0.00000000000010
0.56743883685216	≤	a⁰[4]	≤	0.56743883685218
		\|a⁰[5]\|	≤	0.00000000000010
0.56743883685216	≤	a⁰[6]	≤	0.56743883685218
		\|a⁰[7]\|	≤	0.00000000000010
–0.07159908629243	≤	a⁰[8]	≤	–0.07159908629241
		\|a⁰[9]\|	≤	0.00000000000010
0.00375672984183	≤	a⁰[10]	≤	0.00375672984185

Tabelle 4

0.00087709635502 ≤ a1[0] ≤ 0.00087709635504 0.00968961250933 ≤ a1[1] ≤ 0.00968961250935 0.04670597747405 ≤ a1[2] ≤ 0.04670597747407 0.12080166385304 ≤ a1[3] ≤ 0.12080166385306 0.20257613284429 ≤ a1[4] ≤ 0.20257613284431 0.23887175675671 ≤ a1[5] ≤ 0.23887175675673 0.20257613284429 ≤ a1[6] ≤ 0.20257613284431 0.12080166385304 ≤ a1[7] ≤ 0.12080166385306 0.04670597747405 ≤ a1[8] ≤ 0.04670597747407 0.00968961250933 ≤ a1[9] ≤ 0.00968961250935 0.00087709635502 ≤ a1[10] ≤ 0.00087709635504

Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung weisen die Mehrbandfilterprototypkoeffizienten a^v[n] mit v = 0,1 die Werte auf, die in der folgenden Tabelle 5 gegeben sind:

ⁿ	a⁰[n]	a¹[n]
0	0.00375672984184	0.00087709635503
1	0	0.00968961250934
2	–0.07159908629242	0.04670597747406
3	0	0.12080166385305
4	0.56743883685217	0.20257613284430
5	0	0.23887175675672
6	0.56743883685217	0.20257613284430
7	0	0.12080166385305
8	–0.07159908629242	0.04670597747406
9	0	0.00968961250934
10	0.00375672984184	0.00087709635503

Wie es in dem Kontext des mathematischen Hintergrunds, insbesondere in dem Kontext der Gleichungen (18) bis (20), und der Eigenschaften der Formel in Gleichung (18), oben erwähnt, umrissen ist, weist die resultierende Struktur der Koeffizienten a^v[n] einige Symmetrien auf. Genauer gesagt erfüllen, wie es auch die oben in Tabelle 5 gegebenen Koeffizienten zeigen, die Koeffizienten von a^v[n] von Tabelle 5 die Symmetrierelationen av[10 – n] = av[n] (30a)für v = 0,1 und n = 0, ..., 10 und a0[2n + 1] = 0 (30b)für n = 0, ..., 4.
Sich auf 11 beziehend werden die teilweise komplexen Teilband-QMF-Signale vor der reellen QMF-Synthese 570 durch den Komplex-zu-Reell-Wandler 560, der in 14 detaillierter gezeigt ist, in reellwertige QMF-Signale transformiert.
Der Komplex-zu-Reell-Wandler 560, der in 14 gezeigt ist, empfängt 64 Teilbandsignale, die K komplexwertige Teilbandsignale und (64 – K) reellwertige Teilbandsignale aufweisen. Eine Mehrzahl von K komplexwertigen Teilbandsignalen oder anderen K komplexen Teilbändern wird an eine Festverstärkungseinstelleinrichtung 700 geliefert, die eine optionale Komponente des Komplex-zu-Reell-Wandlers 560 ist. Wie vorher bereits umrissen, repräsentiert K eine positive Ganzzahl, die in dem Bereich von 1 bis 64 ist. Ferner ist die vorliegende Erfindung nicht auf 64 Teilbandsignale beschränkt, sondern kann auch mehr oder weniger als 64 Teilbandsignale verarbeiten. In diesem Fall müssen Parameter des unten beschriebenen Ausführungsbeispiels gegebenenfalls entsprechend verändert werden.
Die Festverstärkungseinstelleinrichtung 700 ist mit einem Separator 710 oder einer Extrahiereinrichtung 710 wie oben erklärt verbunden, die eine Reeller-Teil-Extrahiereinrichtung 720 und eine Imaginärer-Teil-Extrahiereinrichtung 730 aufweist, die beide die Ausgabe der Festverstärkungseinstelleinrichtung 700 als eine Eingabe empfangen. Wenn die optionale Festverstärkungseinstelleinrichtung 700 jedoch nicht implementiert ist, empfängt der Separator 710 oder Extrahiereinrichtung 710 direkt die K komplexwertigen Teilbandsignale. Die Reeller-Teil-Extrahiereinrichtung 720 ist mit einer optionalen ersten Verzögerungseinrichtung 740 verbunden, während die Imaginärer-Teil-Extrahiereinrichtung 730 mit einem Mehrbandfilter 750 verbunden ist. Sowohl die erste Verzögerungseinrichtung 740 als auch das Mehrbandfilter 750 sind mit einer Berechnungseinrichtung 760 verbunden, die an einem Ausgang K reellwertige Teilbandsignale als eine Ausgabe des erfindungsgemäßen Komplex-zu-Reell-Wandlers 560 liefert.
Ferner wird der Komplex-zu-Reell-Wandler 560 mit (64 – K) reellwertigen Teilbandsignalen beliefert, die auch in 14 als reelle Teilbänder bezeichnet werden und an eine zweite Verzögerungseinrichtung 770 geliefert werden, die ebenfalls eine optionale Komponente ist. An dem Ausgang des Komplex-zu-Reell-Wandlers 560 werden die (64 – K) reellwertigen Teilbandsignale in einer verzögerten Form bereitgestellt. Wenn die zweite Verzögerungseinrichtung 770 jedoch nicht implementiert ist, werden die (64 – K) reellwertigen Teilbandsignale in einer nicht modifizierten Weise weitergeleitet.
Bei dem in 14 gezeigten Ausführungsbeispiel wird der komplexe Teil der teilweise komplexen QMF-Teilbandsignale ŷ n,m / k, d. h. der K komplexwertigen Teilbandsignale, durch die Festverstärkungseinstelleinrichtung 700 verstärkungseingestellt. Die Festverstärkungseinstelleinrichtung 700 multipliziert alle ankommenden komplexwertigen Teilbandsignale mit dem reellwertigen Faktor, z. B. 1/√2. Danach spaltet der Separator 710 die verstärkungseingestellten Signale in Reeller-Teil-Signale û n,m / k und Imaginärer-Teil-Signale v ^n,mk durch ein Einsetzen der Reeller-Teil-Extrahiereinrichtung 720 und der Imaginärer-Teil-Extrahiereinrichtung 730 gemäß
Bei dem in 14 gezeigten Ausführungsbeispiel wird der Faktor 1/√2 vor den komplexwertigen Teilbandsignalen ŷ n,m / k durch die Festverstärkungseinstelleinrichtung 700 geliefert.
Das Mehrbandfilter 750 fährt weiter damit fort, mit den Imaginärer-Teil-Signalen v ^n,mk , die reellwertige Signale sind, durch ein Durchführen der folgenden mathematischen Operation zu arbeiten:
Das Mehrbandfilter 750 liefert einen Satz von K reellwertigen Zwischenteilbandsignalen ŵ n,m / k. In Gleichung 32 sind die QMF-Teilband-Summierungsgrenzen p(m) und q(m) durch Gleichungen 27 bzw. 28 der vorhergehenden Abschnitte definiert. Ferner sind die Filter oder vielmehr Filterfunktionen g_m,r[v] aus den Prototypfiltern oder vielmehr den Prototyp filterkoeffizienten, wie in den Tabellen 1 und 2, den Tabellen 3 und 4 oder in Tabelle 5 dargelegt, abgeleitet über die Relation:
Um die QMF-Signale ŷ n,m / real,k bezüglich der K komplexwertigen Teilbandsignale zu erhalten, die durch den Separator 710 oder Extrahiereinrichtung 710 und das Mehrbandfilter 750 verarbeitet werden, summiert die Berechnungseinrichtung 760 beide, die Zwischenteilbandsignale, die durch das Mehrbandfilter 750 ausgegeben werden, und die Reeller-Teil-Signale, die durch den Separator 710 in der verzögerten Form ausgegeben werden.
Die verbleibenden (64 – K) reellwertigen Teilbandsignale werden aufgrund des Einflusses der zweiten Verzögerungseinrichtung 770 in einer verzögerten Form weitergeleitet. Zusammenfassend werden die QMF-Signale ŷ n,m / real,k, die in die reelle QMF-Synthesebank 570 von 11 eingespeist werden sollen, durch ein Durchführen der Operation:
Wie bereits in dem Kontext von Gleichung 30 erörtert, wird das Hochgestellte (n – 5) sowohl des Reeller-Teil-Signals û n-5,m / k als auch der reellwertigen Teilbandsignale ŷ n-5,m / k durch die erste Verzögerungseinrichtung 740 und die zweite Verzögerungseinrichtung 670 bewirkt, wobei die Länge der Verzögerungen derselben typischerweise wieder einmal die Hälfte der Ordnung der Mehrbandprototypfilter a^v[n] wie in den Tabellen 1 bis 5 gegeben beträgt. Wie es erklärt worden ist, beläuft sich dies auf fünf Teilbandabtastwerte.
Wie in dem Kontext von 13 erklärt worden ist, ist die vorliegende Erfindung auch weder auf 64 Teilbandsignale noch auf K komplexwertige Teilbandsignale beschränkt. In der Tat kann die zweite Verzögerungseinrichtung 770 wie die zweite Verzögerungseinrichtung 660 auch in 13 weggelassen werden, wenn die Anzahl der komplexwertigen Teilbandsignale K gleich der Anzahl aller Teilbandsignale ist (K = 64). Entsprechend ist die Anzahl der Gesamtteilbandsignale (Ganzzahl L = 64) weder einschränkend noch verbindlich. Durch ein Einstellen der angemessenen Parameter der in 14 gezeigten Komponenten kann im Prinzip eine willkürliche Anzahl von Teilbandsignalen L als eine Eingabe für den Komplex-zu-Reell-Wandler 560 verwendet werden.
Die vorliegende Erfindung ist auch nicht auf die Mehrbandfilter 204, 306, 401, 600, 750 beschränkt, die mit einer symmetrischen Verteilung von Teilbandsignalen in Relation zu dem Index m über einem Teilband arbeiten. Mit anderen Worten ist die vorliegende Erfindung nicht auf Mehrbandfilter beschränkt, die Teilbandsignale oder andere Signale mit Indizes kombinieren, die bezüglich des Index des Zwischenteilbandsignals, das durch das Mehrbandfilter ausgegeben wird, symmetrisch verteilt sind, z. B. bei einem Teilband mit dem Index m und einer Ganzzahl m' beginnend, unter Verwendung der Teilbänder mit den Indizes m, (m + m') und (m – m'). Abgesehen von der offensichtlichen Einschränkung von Teilbandsignalen mit Indizes, die so klein oder so groß sind, dass die symmetrische Auswahl von Teilbandsignalen außer Frage steht, können die Mehrbandfilter entworfen sein, um für jedes Zwischenteilbandsignal, das durch das Mehrbandfilter ausgegeben wird, individuelle Kombinationen von Teilbandsignalen zu verwenden. Mit anderen Worten kann auch die Anzahl von Teilbandsignalen, die verarbeitet werden, um die Zwischenteilbandsignale zu erhalten, von drei abweichen. Wenn z. B. ein unterschiedliches Filter mit unterschiedlichen Filterkoeffizienten gewählt ist, wie es oben angezeigt ist, kann es ratsam sein, mehr als eine Gesamtanzahl von drei Teilbandsignalen zu verwenden. Ferner können die Mehrbandfilter in einer Weise entworfen sein, um Zwischenteilbandsignale mit Indizes, die nicht den Indizes von Teilbandsignalen entsprechen, die an das Mehrbandfilter geliefert werden, zu liefern oder vielmehr auszugeben. Wenn das Mehrbandfilter ein Zwischenteilbandsignal mit einem Index m ausgibt, ist mit anderen Worten ein Teilbandsignal, das den gleichen Index aufweist, nicht zwangsläufig als ein Teilbandsignal erforderlich, das an das Mehrbandfilter geliefert wird.
Zusätzlich kann ein System, das einen oder beide Wandler 520, 560 aufweist, zusätzliche Aliasing-Detektoren und/oder Aliasing-Entzerrer oder vielmehr Aliasing-Entzerrungseinrichtungen aufweisen.
In Abhängigkeit von bestimmten Implementierungserfordernissen der erfindungsgemäßen Verfahren kann das erfindungsgemäße Verfahren in Hardware oder in Software implementiert sein. Die Implementierung kann unter Verwendung eines Digitalspeicherungsmediums, insbesondere einer Diskette, einer CD oder einer DVD durchgeführt werden, die elektronisch lesbare Steuersignale aufweist, die auf derselben gespeichert sind, die mit einem programmierbaren Computersystem derart zusammenwirken, dass die erfindungsgemäßen Verfahren durchgeführt werden. Im Allgemeinen ist die vorliegende Erfindung somit ein Computerprogrammprodukt mit einem Programmcode, der auf einem maschinenlesbaren Träger gespeichert ist, wobei der Programmcode zum Durchführen des erfindungsgemäßen Verfahrens wirksam ist, wenn das Computerprogrammprodukt auf einem Computer abläuft. Mit anderen Worten sind die erfindungsgemäßen Verfahren somit ein Computerprogramm, das einen Programmcode zum Durchführen zumindest eines der erfindungsgemäßen Verfahren aufweist, wenn das Computerprogramm auf einem Computer abläuft.
Während das Vorhergehende insbesondere unter Bezugnahme auf bestimmte Ausführungsbeispiele desselben gezeigt und beschrieben worden ist, werden Fachleute verstehen, dass verschiedenartige andere Änderungen in der Form und den Details vorgenommen werden können, ohne von dem Schutzbereich abzuweichen, der durch die Ansprüche, die folgen, umfasst ist.

Claims

Vorrichtung (210; 520) zum Verarbeiten einer Mehrzahl von reellwertigen Teilbandsignalen, wobei die Mehrzahl von reellwertigen Teilbandsignalen ein erstes reellwertiges Teilbandsignal und ein zweites reellwertiges Teilbandsignal aufweist, um ein komplexwertiges Teilbandsignal zu erhalten, die folgende Merkmale aufweist: ein Mehrbandfilter (204; 401; 600) zum Bereitstellen eines reellwertigen Zwischenteilbandsignals auf der Basis eines Filterns des ersten reellwertigen Teilbandsignals, um ein erstes gefiltertes Teilbandsignal zu erhalten, und des zweiten reellwertigen Teilbandsignals, um ein zweites gefiltertes Teilbandsignal zu erhalten, und auf der Basis eines Kombinierens des ersten gefilterten Teilbandsignals und des zweiten gefilterten Teilbandsignals, um das reellwertige Zwischenteilbandsignal zu erhalten; und eine Berechnungseinrichtung (215; 650) zum Bereitstellen des komplexwertigen Teilbandsignals durch ein Kombinieren des reellwertigen Teilbandsignals aus der Mehrzahl von reellwertigen Teilbandsignalen als einem reellen Teil des komplexwertigen Teilbandsignals und eines Signals auf der Basis des Zwischenteilbandsignals als einem imaginären Teil des komplexwertigen Teilbandsignals.
Vorrichtung (210; 520) gemäß Anspruch 1, wobei die Vorrichtung (210; 520) eine Verzögerungseinrichtung (203; 610) zum Verzögern des reellwertigen Teilbandsignals aufweist, um der Berechnungseinrichtung (215; 650) das reellwertige Teilbandsignal in einer verzögerten Form bereitzustellen.
Vorrichtung (210; 520) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Vorrichtung (210; 520) eine Verstärkungseinstelleinrichtung (207; 640) zum Empfangen des komplexwertigen Teilbandsignals von der Berechnungseinrichtung (215; 650) und zum Einstellen eines Werts des komplexwertigen Teilbandsignals aufweist.
Vorrichtung (210; 520) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die Mehrzahl von reellwertigen Teilbandsignalen durch eine reelle QMF-Analysebank (400) ausgegeben wird.
Vorrichtung (210; 520) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der ein Mehrbandfilter (204; 401; 600) wirksam ist, um eine Tiefpassfiltercharakteristik, eine Hochpassfiltercharakteristik oder eine Bandpassfiltercharakteristik zum Filtern des ersten reellwertigen Teilbandsignals und zum Filtern des zweiten reellwertigen Teilbandsignals einzusetzen.
Vorrichtung (210; 520) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Vorrichtung (210; 520) wirksam ist, um jedem reellwertigen Teilbandsignal gemäß einer Mittenfrequenz, die dem reellwertigen Teilbandsignal zugeordnet ist, einen Index m zuzuweisen, so dass die reellwertigen Teilbandsignale mit einem sich erhöhenden Index m versehen sind, geordnet gemäß der Mittenfrequenz, die den reellwertigen Teilbandsignalen zugeordnet ist, wobei die Mehrzahl von reellwertigen Teilbandsignalen K reellwertige Teilbandsignale aufweist, wobei K eine positive Ganzzahl ist und m eine Ganzzahl in dem Bereich von 0 bis (K – 1) ist.
Vorrichtung (210; 520) gemäß Anspruch 6, bei der das Mehrbandfilter (204; 401; 600) wirksam ist, um das reellwertige Zwischenteilbandsignal mit einem Index m bereitzustellen, der einem Index m entspricht, der dem ersten reellwertigen Teilbandsignal zugeordnet ist.
Vorrichtung (210; 520) gemäß Anspruch 7, bei der das Mehrbandfilter (204; 401; 600) wirksam ist, um ein reeliwertiges Teilbandsignal aus der Mehrzahl von reellwertigen Teilbandsignalen, dem ein Index (m + 1) oder (m – 1) zugeordnet ist, als das zweite reellwertige Teilbandsignal zu verwenden.
Vorrichtung (210; 520) gemäß einem der Ansprüche 7 oder 8, bei der das Mehrbandfilter (204; 401; 600) wirksam ist, um durch ein weiteres Filtern eines dritten reellwertigen Teilbandsignals, um ein drittes gefiltertes Teilbandsignal zu erhalten, und durch ein Kombinieren des ersten gefilterten Teilbandsignals, des zweiten gefilterten Teilbandsignals und des dritten gefilterten Teilbandsignals, um das reellwertige Zwischenteilbandsignal zu erhalten, ein reeliwertiges Zwischenteilbandsignal bereitzustellen, wobei entweder ein Index des zweiten reellwertigen Teilbandsignals (m – m') ist und ein Index des dritten reellwertigen Teilbandsignal (m + m') ist oder der Index des zweiten reellwertigen Teilbandsignals (m + m') ist und der Index des dritten reellwertigen Teilbandsignals (m – m') ist, wobei m' eine positive Ganzzahl ist und m der Index des ersten reellwertigen Teilbandsignals ist.
Vorrichtung (210; 520) gemäß Anspruch 9, bei der das Mehrbandfilter (204; 401; 600) wirksam ist, um ein reeliwertiges Zwischenteilbandsignal für jedes reellwertige Teilbandsignal als das erste reellwertige Teilbandsignal aus der Mehrzahl von reellwertigen Teilbandsignalen mit einem Index m – q(m) bereitzustellen, wobei der Index des zweiten reellwertigen Teilbandsignals m ist und der Index des dritten Teilbandsignals (m + q(m)) ist.
Vorrichtung (210; 520) gemäß einem der Ansprüche 6 bis 10, bei der das Mehrbandfilter (204; 401; 600) wirksam ist, um K reellwertige Zwischenteilbandsignale, die einen Wert von x ^n,mimag,k aufweisen, wobei n und m positive Ganzzahlen sind, auf der Basis folgender Gleichung
für jedes der K reellwertigen Teilbandsignale mit dem Index m in dem Bereich von 0 bis (K – 1) bereitzustellen, und wobei v eine Ganzzahl in dem Bereich von 0 bis 10 ist, wobei
wobei a⁰[v] und a¹[v] Koeffizienten eines Prototypfilters sind, und wobei jeder Koeffizient des Prototypfilters a⁰[v] und a¹[v] die Beziehungen 0.003 ≤ a⁰[0] ≤ 0.004 |a⁰[1]| ≤ 0.001 –0.072 ≤ a⁰[2] ≤ –0.071 |a⁰[3]| ≤ 0.001 0.567 ≤ a⁰[4] ≤ 0.568 |a⁰[5]| ≤ 0.001 0.567 ≤ a⁰[6] ≤ 0.568 |a⁰[7]| ≤ 0.001 –0.072 ≤ a⁰[8] ≤ –0.071 |a⁰[9]| ≤ 0.001 0.003 ≤ a⁰[10] ≤ 0.004

und 0.0008 ≤ a1[0] ≤ 0.0009 0.0096 ≤ a1[1] ≤ 0.0097 0.0467 ≤ a1[2] ≤ 0.0468 0.1208 ≤ a1[3] ≤ 0.1209 0.2025 ≤ a1[4] ≤ 0.2026 0.2388 ≤ a1[5] ≤ 0.2389 0.2025 ≤ a1[6] ≤ 0.2026 0.1208 ≤ a1[7] ≤ 0.1209 0.0467 ≤ a1[8] ≤ 0.0468 0.0096 ≤ a1[9] ≤ 0.0097 0.0008 ≤ a1[10] ≤ 0.0009befolgt.
Vorrichtung (210; 520) gemäß Anspruch 11, bei der das Mehrbandfilter (204; 401; 600) entworfen ist, so dass die Koeffizienten der Prototypfilter a⁰[v] und a¹[v] die Beziehungen 0,00375672984183 ≤ a⁰[0] ≤ 0,00375672984185 |a⁰[1]| ≤ 0,00000000000010 –0,0715990862924 ≤ a⁰[2] ≤ –0,07159908629241 |a⁰[3]| ≤ 0,00000000000010 0,56743883685216 ≤ a⁰[4] ≤ 0,56743883685218 |a⁰[5]| ≤ 0,00000000000010 0,56743883685216 ≤ a⁰[6] ≤ 0,5674388368521 |a⁰[7]| ≤ 0,00000000000010 –0,07159908629243 ≤ a⁰[8] ≤ –0,07159908629241 |a⁰[9]| ≤ 0,00000000000010 0,00375672984183 ≤ a⁰[10] ≤ 0,00375672984185

und 0,00087709635502 ≤ a1[0] ≤ 0,00087709635504 0,00968961250933 ≤ a1[1] ≤ 0,00968961250935 0,04670597747405 ≤ a1[2] ≤ 0,04670597747407 0,12080166385304 ≤ a1[3] ≤ 0,12080166385306 0,20257613284429 ≤ a1[4] ≤ 0,20257613284431 0,23887175675671 ≤ a1[5] ≤ 0,23887175675673 0,20257613284429 ≤ a1[6] ≤ 0,20257613284431 0,12080166385304 ≤ a1[7] ≤ 0,12080166385306 0,04670597747405 ≤ a1[8] ≤ 0,04670597747407 0,00968961250933 ≤ a1[9] ≤ 0,00968961250935 0,00087709635502 ≤ a1[10] ≤ 0,00087709635504befolgen.
Vorrichtung (210; 520) gemäß einem der Ansprüche 6 bis 12, bei der die Berechnungseinrichtung (215; 650) wirksam ist, um K komplexwertige Teilbandsignale mit einem Index m und einem Wert x ^n,mk , wobei k, n, m Ganzzahlen sind, wobei m in dem Bereich von 0 bis (K – 1) liegt, auf der Basis folgender Gleichung bereitzustellen:
wobei x ^n,mreal,k einen Wert eines reellwertigen Teilbandsignals darstellt und x ^n,mimag,k einen Wert eines reellwertigen Zwischenteilbandsignals darstellt und i die Komplexeinheit gemäß
darstellt.
Vorrichtung (210; 520) gemäß einem der Ansprüche 6 bis 13, wobei die Vorrichtung (210; 520) wirksam ist, um eine weitere Mehrzahl von reellwertigen Teilbandsignalen, die (L – K) reellwertige Teilbandsignale aufweist, zu empfangen und die weitere Mehrzahl von reellwertigen Teilbandsignalen als reellwertige Teilbandsignale bereitzustellen, wobei L eine positive Ganzzahl ist, und wobei L größer oder gleich K ist.
Vorrichtung (210; 520) gemäß Anspruch 14, wobei die Vorrichtung (210; 520) entworfen ist, so dass die positive Ganzzahl L gleich 64 ist.
Vorrichtung (210; 520) gemäß einem der Ansprüche 14 oder 15, wobei die Vorrichtung (210; 520) eine weitere Verzögerungseinrichtung (202; 660) zum Verzögern der reellwertigen Teilbandsignale der weiteren Mehrzahl von reellwertigen Teilbandsignalen aufweist, und wobei die Vorrichtung (210, 520) wirksam ist, um die weitere Mehrzahl reellwertiger Bandsignale in einer verzögerten Form bereitzustellen.
Vorrichtung (310; 560) zum Verarbeiten einer Mehrzahl von komplexwertigen Teilbandsignalen, wobei die Mehrzahl von komplexwertigen Teilbandsignalen ein erstes komplexwertiges Teilbandsignal und ein zweites komplexwertiges Teilbandsignal aufweist, um ein reellwertiges Teilbandsignal zu erhalten, die folgende Merkmale aufweist: eine Extrahiereinrichtung (309; 710) zum Extrahieren eines ersten imaginären Teils aus dem ersten komplexwertigen Teilbandsignal, zum Extrahieren eines zweiten imaginären Teils aus dem zweiten komplexwertigen Teilbandsignal und zum Extrahieren eines reellen Teils aus dem ersten, dem zweiten oder einem dritten komplexwertigen Teilbandsignal aus der Mehrzahl von komplexwertigen Teilbandsignalen; ein Mehrbandfilter (306; 750) zum Bereitstellen eines reellwertigen Zwischenteilbandsignals durch ein Filtern des ersten imaginären Teils, um ein Signal des ersten gefilterten imaginären Teils zu erhalten, durch ein Filtern des zweiten imaginären Teils, um ein Signal des zweiten gefilterten imaginären Teils zu erhalten und durch ein Kombinieren des Signals des ersten gefilterten imaginären Teils und des Signals des zweiten gefilterten imaginären Teils, um das Zwischenteilbandsignal zu erhalten; und eine Berechnungseinrichtung (307; 760) zum Bereitstellen des reellwertigen Teilbandsignals durch ein Kombinieren des reellen Teils und des Zwischensignals.
Vorrichtung (310; 560) gemäß Anspruch 17, wobei die Vorrichtung (310; 560) eine Verstärkungseinstelleinrichtung (301; 700) zum Einstellen eines Werts v ^n,mk eines komplexwertigen Teilbandsignals der Mehrzahl von komplexwertigen Teilbandsignalen aufweist.
Vorrichtung (310; 560) gemäß einem der Ansprüche 17 oder 18, wobei die Vorrichtung (310; 560) ferner eine Verzögerungseinrichtung (305; 740) zum Verzögern des Signals des reellen Teils und zum Weiterleiten des Signals des reellen Teils an das Mehrbandfilter (306; 750) in einer verzögerten Form aufweist.
Vorrichtung (310; 560) gemäß einem der Ansprüche 17 bis 19, bei der die Extrahiereinrichtung (309; 710) ferner wirksam ist, um aus dem ersten komplexwertigen Teilbandsignal einen ersten reellen Teil zu extrahieren und aus dem zweiten komplexwertigen Teilbandsignal einen zweiten reellen Teil zu extrahieren.
Vorrichtung (310; 560) gemäß einem der Ansprüche 17 bis 20, bei der das Mehrbandfilter (306; 750) wirksam ist, um eine Tiefpassfiltercharakteristik, eine Hochpassfiltercharakteristik oder eine Bandpassfiltercharakteristik zum Filtern des Signals des ersten imaginären Teils und zum Filtern des Signals des zweiten imaginären Teils einzusetzen.
Vorrichtung (310; 560) gemäß einem der Ansprüche 17 bis 21, wobei die Vorrichtung (310; 560) wirksam ist, um jedem komplexwertigen Teilbandsignal der Mehrzahl von komplexwertigen Teilbandsignalen gemäß einer Mittenfrequenz, die einem komplexwertigen Teilbandsignal zugehörig ist, einen Index m zuzuweisen, so dass die komplexwertigen Teilbandsignale mit einem sich erhöhenden Index m gemäß den Mittenfrequenzen, die den komplexwertigen Teilbandsignalen zugehörig sind, angeordnet sind, wobei die Mehrzahl von komplexwertigen Teilbandsignalen K komplexwertige Teilbandsignale aufweist, wobei K eine positive Ganzzahl ist und m eine Ganzzahl in dem Bereich von 0 bis (K – 1) ist.
Vorrichtung (310; 560) gemäß Anspruch 22, bei der die Extrahiereinrichtung (309; 710) wirksam ist, um ein reellwertiges Signal des reellen Teils mit einem Wert û n,m / k und ein reellwertiges Signal des imaginären Teils mit einem Wert v ^n,mk für jedes komplexwertige Teilbandsignal mit einem Wert ŷ n,m / k der Mehrzahl von komplexwertigen Teilbandsignalen mit dem Index m in dem Bereich von 0 bis (K – 1) bereitzustellen, und wobei û n,m / k,
und ŷ n,m / k eine Beziehung auf der Basis folgender Gleichung erfüllen:
Vorrichtung (310; 560) gemäß einem der Ansprüche 22 bis 23, bei der die Extrahiereinrichtung (309; 710) wirksam ist, um jedem Signal des imaginären Teils und/oder Signal des reellen Teils einen Index m des komplexwertigen Teilbandsignals zuzuordnen, aufgeteilt in das Signal des imaginären Teils und/oder das Signal des reellen Teils.
Vorrichtung (310; 560) gemäß Anspruch 24, bei der das Mehrbandfilter (306; 750) wirksam ist, um dem Zwischenteilbandsignal einen Index m zuzuordnen, der dem Index m des Signals des ersten imaginären Teils entspricht.
Vorrichtung (310; 560) gemäß Anspruch 25, bei der das Mehrbandfilter (306; 750) wirksam ist, um ein Signal des imaginären Teils mit einem Index (m + 1) oder (m – 1) als das Signal des zweiten imaginären Teils zu verwenden, wobei der Index m der Index des Signals des ersten imaginären Teils ist.
Vorrichtung (310; 560) gemäß einem der Ansprüche 25 bis 26, bei der das Mehrbandfilter (306; 750) wirksam ist, um ferner ein Signal eines dritten imaginären Teils, das von der Extrahiereinrichtung (309; 710) empfangen ist und einem imaginären Teil eines dritten komplexwertigen Teilbandsignals der Mehrzahl von komplexwertigen Teilbandsignalen entspricht, zu filtern, um ein Signal des dritten gefilterten imaginären Teils zu erhalten, und um das Signal des ersten gefilterten imaginären Teils, das Signal des zweiten gefilterten imaginären Teils und das Signal des dritten gefilterten imaginären Teils zu kombinieren, um das Zwischenteilbandsignal zu erhalten, wobei entweder das Signal des zweiten imaginären Teils dem Index (m – m') und das Signal des dritten imaginären Teils einem Index (m + m') zugeordnet ist oder das Signal des zweiten imaginären Teils dem Index (m + m') und das Signal des dritten imaginären Teils dem Index (m – m') zugeordnet ist, wobei m der Index des Signals des ersten imaginären Teils ist und m' eine positive Ganzzahl ist.
Vorrichtung (310; 560) gemäß Anspruch 27, bei der das Mehrbandfilter (306; 750) wirksam ist, um ein reellwertiges Zwischenteilbandsignal für jedes Zwischenteilbandsignal als das erste Zwischenteilbandsignal mit einem Index m bereitzustellen.
Vorrichtung (310; 560) gemäß einem der Ansprüche 25 bis 28, bei der das Mehrbandfilter (306; 750) wirksam ist, um K reellwertige Zwischenteilbandsignale, die einen Wert von ŵ n,m / k aufweisen, wobei n und m Ganzzahlen sind, auf der Basis folgender Gleichung
für jedes der K reellwertigen Signale des imaginären Teils mit dem Index m in dem Bereich von 0 bis (K – 1) bereitzustellen, wobei v eine Ganzzahl in dem Bereich von 0 bis 10 ist, wobei
wobei a⁰[v] und a¹[v] Koeffizienten des Prototypfilters sind, und wobei jeder a⁰[v] und a¹[v] die Beziehungen 0.003 ≤ a⁰[0] ≤ 0.004 |a⁰[1]| ≤ 0.001 –0.072 ≤ a⁰[2] ≤ –0.071 |a⁰[3]| ≤ 0.001 0.567 ≤ a⁰[4] ≤ 0.568 |a⁰[5]| ≤ 0.001 0.567 ≤ a⁰[6] ≤ 0.568 |a⁰[7]| ≤ 0.001 –0.072 ≤ a⁰[8] ≤ –0.071 |a⁰[9]| ≤ 0.001 0.003 ≤ a⁰[10] ≤ 0.004

und 0.0008 ≤ a1[0] ≤ 0.0009 0.0096 ≤ a1[1] ≤ 0.0097 0.0467 ≤ a1[2] ≤ 0.0468 0.1208 ≤ a1[3] ≤ 0.1209 0.2025 ≤ a1[4] ≤ 0.2026 0.2388 ≤ a1[5] ≤ 0.2389 0.2025 ≤ a1[6] ≤ 0.2026 0.1208 ≤ a1[7] ≤ 0.1209 0.0467 ≤ a1[8] ≤ 0.0468 0.0096 ≤ a1[9] ≤ 0.0097 0.0008 ≤ a1[10] ≤ 0.0009 befolgt.
Vorrichtung (310; 560) gemäß Anspruch 29, bei der die Koeffizienten des Prototypfilters a⁰[v] und a¹[v] die Beziehungen 0,00375672984183 ≤ a⁰[0] ≤ 0,00375672984185 |a⁰[1]| ≤ 0,00000000000010 –0,07159908629243 ≤ a⁰[2] ≤ –0,07159908629241 |a⁰[3]| ≤ 0,00000000000010 0,56743883685216 ≤ a⁰[4] ≤ 0,56743883685218 |a⁰[5]| ≤ 0,00000000000010 0,56743883685216 ≤ a⁰[6] ≤ 0,56743883685218 |a⁰[7]| ≤ 0,00000000000010 –0,07159908629243 ≤ a⁰[8] ≤ –0,07159908629241 |a⁰[9]| ≤ 0,00000000000010 0,00375672984183 ≤ a⁰[10] ≤ 0,00375672984185

und 0,00087709635502 ≤ a1[0] ≤ 0,00087709635504 0,00968961250933 ≤ a1[1] ≤ 0,00968961250935 0,04670597747405 ≤ a1[2] ≤ 0,04670597747407 0,12080166385304 ≤ a1[3] ≤ 0,12080166385306 0,20257613284429 ≤ a1[4] ≤ 0,20257613284431 0,23887175675671 ≤ a1[5] ≤ 0,23887175675673 0,20257613284429 ≤ a1[6] ≤ 0,20257613284431 0,12080166385304 ≤ a1[7] ≤ 0,12080166385306 0,04670597747405 ≤ a1[8] ≤ 0,04670597747407 0,00968961250933 ≤ a1[9] ≤ 0,00968961250935 0,00087709635502 ≤ a1[10] ≤ 0,00087709635504befolgen.
Vorrichtung (310; 560) gemäß einem der Ansprüche 22 bis 30, bei der die Berechnungseinrichtung (307; 760) wirksam ist, um die reellwertigen Teilbandsignale mit einem Wert ŷ n,m / real,k auf der Basis des Werts der reellwertigen Teilbandsignale û n-5,m / k und des Werts des Zwischensignals ŵ n,m / k auf der Basis der Gleichung ŷn,mreal,k = ûn-5,mk + ŵn,mk m = 0, ..., K – 1bereitzustellen, wobei m der Index der Teilbandsignale in dem Bereich von 0 bis (K – 1) ist.
Vorrichtung (310; 560) gemäß einem der Ansprüche 22 bis 31, wobei die Vorrichtung (310; 560) wirksam ist, um eine weitere Mehrzahl von reellwertigen Teilbandsignalen zu empfangen, die (L – K) reellwertige Teilbandsignale aufweist, wobei die Vorrichtung (310; 560) wirksam ist, um die weitere Mehrzahl von reellwertigen Teilbandsignalen auszugeben, und wobei L eine positive Ganzzahl ist und wobei L größer oder gleich K ist.
Vorrichtung (310; 560) gemäß Anspruch 32, wobei die Vorrichtung (310; 560) derart entworfen ist, dass die Ganzzahl L gleich 64 ist.
Vorrichtung (310; 560) gemäß einem der Ansprüche 32 bis 33, wobei die Vorrichtung (310; 560) ferner eine Verzögerungseinrichtung (670) zum Verzögern der Mehrzahl von reellwertigen Teilbandsignalen und zum Weiterleiten der reellwertigen Teilbandsignale in einer verzögerten Form aufweist.
System, das folgende Merkmale aufweist: eine Analysefilterbank (400) zum Verarbeiten eines Audioeingangssignals zu einer Mehrzahl von reellwertigen Teilbandsignalen; eine Vorrichtung (210; 520) zum Verarbeiten der Mehrzahl von reellwertigen Teilbandsignalen, um ein komplexwertiges Teilbandsignal zu erhalten, gemäß einem der Ansprüche 1 bis 16; einen Modifizierer (103) zum Empfangen des komplexwertigen Teilbandsignals und zum Bereitstellen des komplexwertigen Teilbandsignals in einer modifizierten Form; eine Vorrichtung (310; 560) zum Erhalten eines reellwertigen Teilbandsignals gemäß einem der Ansprüche 17 bis 34; und eine Synthesefilterbank (570) zum Verarbeiten des reellwertigen Teilbandsignals zu einem Audioausgangssignal.
System gemäß Anspruch 35, bei dem die Analysefilterbank (400) derart entworfen ist, dass die Mehrzahl von reellwertigen Teilbandsignalen L reellwertige Teilbandsignale aufweist, wobei L eine positive Ganzzahl ist, wobei die Vorrichtung (210; 520) zum Verarbeiten der Mehrzahl von reellwertigen Teilbandsignalen derart entworfen ist, dass die Vorrichtung (210; 520) eine Mehrzahl von komplexwertigen Teilbandsignalen und eine weitere Mehrzahl von reellwertigen Teilbandsignalen bereitstellt; wobei die Mehrzahl von komplexwertigen Teilbandsignalen K komplexwertige Teilbandsignale aufweist und die weitere Mehrzahl von reellwertigen Teilbandsignalen (L – K) reellwertige Teilbandsignale aufweist; wobei K eine Ganzzahl in dem Bereich von 1 bis L ist; wobei der Modifizierer (103) wirksam ist, um die K komplexwertigen Teilbandsignale der Mehrzahl von komplexwertigen Teilbandsignalen zu modifizieren, um K komplexwertige Teilbandsignale in einer modifizierten Form bereitzustellen; wobei das System ferner einen weiteren Modifizierer (102) zum Modifizieren der weiteren Mehrzahl von reellwertigen Teilbandsignalen und zum Bereitstellen der weiteren Mehrzahl von reellwertigen Teilbandsignalen in einer modifizierten Form aufweist; wobei die Vorrichtung (310; 560) entworfen ist, um die Mehrzahl von komplexwertigen Teilbandsignalen, die K reellwertige Teilbandsignale aufweist, und die weitere Mehrzahl von reellwertigen Teilbandsignalen, die (L – K) reellwertige Teilbandsignale aufweist, zu verarbeiten, um eine endgültige Mehrzahl von reellwertigen Teilbandsignalen zu erhalten, wobei die endgültige Mehrzahl von reellwertigen Teilbandsignalen L reellwertige Teilbandsignale aufweist; und wobei das Synthesefilterband (570) derart entworfen ist, dass die endgültige Mehrzahl von reellwertigen Teilbandsignalen zu dem Audioausgangssignal verarbeitet wird.
Verfahren zum Verarbeiten einer Mehrzahl von reellwertigen Teilbandsignalen, wobei die Mehrzahl von reellwertigen Teilbandsignalen ein erstes reellwertiges Teilbandsignal und ein zweites reellwertiges Teilbandsignal aufweist, um ein komplexwertiges Teilbandsignal zu erhalten, das folgende Schritte aufweist: Filtern des ersten reellwertigen Teilbandsignals, um ein erstes gefiltertes Teilbandsignal zu erhalten; Filtern des zweiten reellwertigen Teilbandsignals, um ein zweites gefiltertes Teilbandsignal zu erhalten; Kombinieren des ersten gefilterten Teilbandsignals und des zweiten gefilterten Teilbandsignals, wenn ein reellwertiges Zwischenteilbandsignal abgeleitet wird; und Kombinieren eines reellwertigen Teilbandsignals aus der Mehrzahl von reellwertigen Teilbandsignalen als einem reellen Teil eines komplexwertigen Teilbandsignals und eines Signals, das auf dem Zwischenteilbandsignal basiert ist, als einem imaginären Teil des komplexwertigen Teilbandsignals.
Verfahren zum Verarbeiten einer Mehrzahl von komplexwertigen Teilbandsignalen, wobei die Mehrzahl von komplexwertigen Teilbandsignalen ein erstes komplexwertiges Teilbandsignal und ein zweites komplexwertiges Teilbandsignal aufweist, um ein reellwertiges Teilbandsignal zu erhalten, das folgende Schritte aufweist: Extrahieren eines ersten imaginären Teils aus dem ersten komplexwertigen Teilbandsignal; Extrahieren eines zweiten imaginären Teils aus dem zweiten komplexwertigen Teilbandsignal; Extrahieren eines reellen Teils aus dem ersten, dem zweiten oder einem dritten komplexwertigen Teilbandsignal der Mehrzahl von komplexwertigen Teilbandsignalen; Filtern des ersten imaginären Teils, um ein Signal des ersten gefilterten imaginären Teils zu erhalten; Filtern des zweiten imaginären Teils, um ein Signal des zweiten gefilterten imaginären Teils zu erhalten; Kombinieren des Signals des ersten gefilterten imaginären Teils und des Signals des zweiten gefilterten imaginären Teils, um ein Zwischenteilbandsignal zu erhalten; und Kombinieren des reellen Teils und des Zwischenteilbandsignals, um das reellwertige Signal zu erhalten.
Computerprogramm, das angepasst ist, um, wenn es auf einem Computer läuft, jeden der Schritte eines Verfahrens gemäß den Verfahren der Ansprüche 37 oder 38 durchzuführen.