DE69329784T2

DE69329784T2 - Filterverfahren und -einrichtung zur verringerung der vorechos in einem digitalen audiosignal

Info

Publication number: DE69329784T2
Application number: DE69329784T
Authority: DE
Inventors: Yannick Mahieux
Original assignee: France Telecom SA
Current assignee: Orange SA
Priority date: 1992-02-25
Filing date: 1993-02-18
Publication date: 2001-08-09
Anticipated expiration: 2013-02-19
Also published as: WO1993017508A1; US5444741A; DE69329784D1; JPH06507296A; CA2108663C; JP3211832B2; CA2108663A1; FR2687871A1; EP0585434B1; FR2687871B1; EP0585434A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Filterverfahren und eine Filtervorrichtung zum Verringern von Vorechos eines digitalen Audiosignals. Die Speicherung, Übertragung oder Verarbeitung von digitalisierten Tonsignalen, digitalen Audiosignalen, stoßen gegenwärtig auf das Problem des erforderlichen digitalen Übertragungsdurchsatzes. Techniken wie etwa die Codierung mittels Frequenztransformation werden daher angewendet, um es zu gestatten, den erforderlichen Übertragungsdurchsatz zu unterscheiden und gleichzeitig die Qualität des ursprünglichen Signals zu bewahren.
Aufgrund gerade der extremen Vielfalt von Tonsignalen erlauben es die vorstehend erwähnten Verfahren bzw. Techniken jedoch nicht immer, die Qualität des ursprünglichen Signals zu bewahren.
Codierung mittels Frequenztransformation wurde bisher verbreitet für die Codierung von Hifi-Ton eingesetzt.
Im allgemeinen geht diese Art von Codierung mittels zeitlicher Aufteilung des digitalen Audiosignals in Blöcke von N Abtastproben vor sich, gefolgt von einer Wichtung durch ein Fenster eines jeden Blocks, daraufhin durch eine Zeit-/Frequenzumwandlung, die einen Satz von Koeffizienten liefert, welche codiert und schließlich übertragen werden. Für eine detailliertere Beschreibung dieser Art von Codierung kann geeigneterweise auf die französische Patentanmeldung Nr. 89 13649 Bezug genommen werden, Erfinder Yannick MAHIEUX, veröffentlicht unter der Nr. 2 653 280.
Es können mehrere Frequenzumwandlungen verwendet werden, jedoch die diskrete, modifizierte Cosinus-Transformation, TCDM, ist insbesondere von Interesse und gestattet eine stärkere Reduzierung des Durchsatzes aufgrund der Verwendung von Wichtungsfenstern an den geglätteten Kanten in Verbindung mit einer starken Überlappung von N/2 Abtastproben zwischen zwei aufeinanderfolgenden Blöcken, wie in Fig. 1a dargestellt ist.
Bei dieser Art von Codierung durch Transformierung ist das Codierungsrauschen, das aus der Quantisierung der aus der Transformierung hervorgegangenen Koeffizienten resultiert, gleichmäßig über die gesamte Dauer eines jeden Blockes verteilt. Wenn der Block von Abtastproben einen nicht-stationären Zustand enthält wie denjenigen, der beispielsweise durch das abrupte Anschlagen eines Saiteninstrumentes hervorgerufen wird, s. Fig. 1b, ist das Frequenzspektrum des Signals fast flach. Die obenstehend genannten Codierungsverfahren führen hingegen im allgemeinen eine spektrale Transformation des Rauschens durch, s. die obenstehend genannte französische Patentanmeldung. Somit ist bei einem Block, der einen abrupten Übergang enthält, das Spektrum des Rauschens fast flach und über die gesamte Dauer des Blockes von einem konstanten Pegel.
Was den Abschnitt des digitalen Audiosignals betrifft, welcher dem Anschlagen vorausgeht, ist das Rauschspektrum folglich viel höher als dasjenige des Signals, und wie in Fig. 1c dargestellt ist, kann im Zeitbereich die Verschlechterung, welche das Phänomen der Vorechos darstellt, sehr stark sein.
Wenn wiederum das Codierungssystem die TCDM-Transformierung verwendet, sind die beiden Blöcke, die dem Übergang vorausgehen, aufgrund der Überlappung von N/2 Abtastproben zwischen aufeinanderfolgenden Fenstern von den Vorechos betroffen.
Unter den Verfahren, die vorgeschlagen wurden, um Vorechos zu eliminieren, beschreibt eines von ihnen die Verwendung von Maßstabfaktoren, die vor der Verarbeitung durch Frequenztransformierung auf den Block von Abtastproben angewendet werden, so daß die Pegeldifferenz zwischen dem Abschnitt, welcher dem Übergang vorausgeht, und dem Abschnitt, der auf den Übergang folgt, verringert wird.
Beim Decodieren mittels Anwendung von umgekehrten Maßstabfaktoren wird der Rauschpegel in den Zonen mit geringer Energie reduziert, und das Phänomen der Vorechos verringert sich folglich. Für eine ausführlichere Beschreibung kann man sich beispielsweise auf den Artikel von Sugiyama: Adaptive Transform Coding with an adaptive Block Size, Proceedings of ICASSP 90, Albuquerque, S. 1093-1096 beziehen.
Ein solches Verfahren kann jedoch nicht eingesetzt werden, wenn eine TCDM-Transformierung verwendet wird, da es infolge der beim Codieren durchgeführten Abstrahierung aufgrund der Maßstabfaktoren nicht möglich ist, zu einer vollständigen Rekonstruktion des digitalen Audiosignals zu gelangen.
Ein zweites Verfahren unter den vorstehend genannten Verfahren kann in der Anwendung von Blöcken mit variabler Länge bestehen, wobei die Größe der Transformierung bei einem Block von Abtastproben, der eine abrupten Übergang aufweist, auf N/8 Stellen reduziert ist, was es somit gestattet, die Dauer der Verschlechterung zu beschränken, s. beispielsweise die Schrift ISO-IEC-WG8-MPEG 89/205.
Obgleich dieses zweite Verfahren eingesetzt werden kann, wenn eine TCDM-Transformierung verwendet wird, müssen die Wichtungsfenster der Abtastprobenblöcke modifiziert werden. Des weiteren ist es erforderlich, den Übergang zu dem auf den gegenwärtigen folgenden Block im Verlauf der Verarbeitung zu erfassen, was die Verzögerung des Codiersystems vergrößert. Bei Blöcken mit geringer Länge schließlich ist die Frequenzauflösung verringert, und folglich auch die Effektivität der Codierung.
Ein drittes Verfahren schließlich bildete den Gegenstand einer französischen Patentanmeldung Nr. 91 03715, hinterlegt am 27.03.1991. Bei dem in dieser Patentanmeldung beschriebenen Verfahren führt das Filter, dessen Parameter in Abhängigkeit von den lokalen Charakteristiken des Signals und des Rauschens variieren, auf Höhe des Decoders eine Filterung vom Kalman-Filter-Typ an den Abtastproben des rekonstruierten Signals durch, die von dem Phänomen der Vorechos betroffen sind.
Die durch dieses zuletzt erwähnte Verfahren vorgeschlagene Lösung gestattet es, die den beiden anderen genannten Verfahren innewohnenden Nachteile zu beseitigen. Dennoch ermöglicht sie nicht in allen Fällen eine vollständige Rekonstruktion des ursprünglichen digitalen Audiosignals aus Gründen eines hohen Rechenaufwandes, der keine Echtzeitverarbeitung gestattet. Aus den vorstehend genannten Gründen sind nämlich die durch die Filterung vom Kalman-Filter-Typ verwendeten Modelle notwendigerweise beschränkt, und da dieses Filter auf adaptive Weise auf Höhe des Decoders berechnet wird, ist die verfügbare Information nicht immer ausreichend, um es optimal zu definieren.
Die am 13.03.1986 veröffentlichte Schrift WO 86/01665 beschreibt bei einem digitalen Kommunikationssystem, das ein Verfahren zum Codieren-Decodieren dieses Signals anwendet, die Verwendung nach dem Decodieren eines Filters zum Reduzieren von Quantisierungsrauschen ausgehend von Frequenz-Codierparametern. Die Merkmale des Filters werden somit auf Höhe des Decoders festgelegt.
Ein solches System wird nicht für die Reduzierung der Vorechos eines digitalen Audiosignals eingesetzt. Ein solches Verfahren wird im Hinblick auf die Verarbeitung von Verschlechterungen eingesetzt, die in Abhängigkeit vom Übertragungsdurchsatz erzeugt werden.
Das Filterverfahren und die Filtervorrichtung zum Verringern von Vorechos eines digitalen Audiosignals gemäß dem Gegenstand der vorliegenden Erfindung haben den Zweck, die Nachteile der vorstehend genannten vormaligen Verfahren zu beseitigen.
Das Verfahren zur Verarbeitung von Vorechos eines ursprünglichen digitalen Audiosignals, einer Abfolge von Abtastproben x(n) bestehend aus Blöcken von N Abtastproben x(n), die gemäß einem Codierverfahren codiert und daraufhin gemäß einem Decodierverfahren decodiert werden, wobei das Codierverfahren aus einem Schritt der Verarbeitung mittels Frequenztransformation in Koeffizienten. y(k) besteht, gefolgt von einem Schritt des Codierens dieser Koeffizienten zum Durchführen der Übertragung von codierten Koeffizienten Cy(k), und wobei das Decodierverfahren aus einem Schritt des Decodierens der als Koeffizienten y'(k) übertragenen codierten Koeffizienten besteht, gefolgt von einem Schritt der Verarbeitung mittels umgekehrter Frequenztransformation zum Erzeugen eines ursprünglichen Signals nach Übertragung x'(n), ist insofern bemerkenswert, als das Verfahren des weiteren, im Verlauf des Codierverfahrens im Anschluß an den Schritt des Codierens der Koeffizienten zum Übertragen der codierten Koeffizienten, besteht aus: Durchführen eines Schrittes zum Decodieren der codierten Koeffizienten Cy(k) zum Erzeugen der geschätzten Koeffizienten y"(k), daraufhin der Verarbeitung mittels umgekehrter Frequenztransformation der geschätzten Koeffizienten y"(k) zum Erzeugen eines decodierten Signals x"(n); Bestimmen des optimalen Filterprofils unter einer gegebenen Gesamtheit von Filterprofilen, sowie der Verstärkungsparameter des zugeordneten Filterns für die Wiederherstellung des ursprünglichen Signals x(n). Das optimale Filterprofil und die Verstärkungsparameter werden derart ausgewählt, daß das Faltungsprodukt x"(n)*hj(n) aus dem decodierten Signal x"(n) und der Impulsantwort hj(n) des Filters das dem ursprünglichen Signal x(n) am nächsten kommende ist, wobei das gewählte Filter einen an das ursprüngliche Signal angepaßten Filtervorgang durchführt. Die Parameter der Verstärkung und des optimalen Filterprofils und die codierten Koeffizienten Cy(k) werden gleichzeitig zum Decodierverfahren übertragen. Nach dem Schritt des Decodierens der übertragenen Koeffizienten und dem Schritt der Verarbeitung mittels umgekehrter Frequenztransformation zum Erzeugen des ursprünglichen Signals nach Übertragung x'(n) wird das angepaßte Filtern des ursprünglichen Signals nach Übertragung x'(n) zum Erzeugen des ursprünglichen Signals nach Übertragung und Verarbeitung xt(n) durchgeführt.
Das System zum Verarbeiten der Vorechos eines ursprünglichen digitalen Audiosignals, einer Abfolge von Abtastproben x(n) bestehend aus Blöcken von N aufeinanderfolgenden Abtastproben, die zwischen einer Codiervorrichtung (1) und einer Decodiervorrichtung (2) übertragen werden, wobei die Codiervorrichtung (1) ein Modul (10) zur Verarbeitung mittels Frequenztransformation in Koeffizienten y(k) und ein Modul (11) zum Codieren dieser Koeffizienten zum Durchführen der Übertragung der codierten Koeffizienten aufweist, und die Decodiervorrichtung (2) ein Modul (20) zum Decodieren der als Koeffizienten y'(k) übertragenen codierten Koeffizienten und ein Modul (21) zur Verarbeitung mittels umgekehrter Frequenztransformation zum Erzeugen eines ursprünglichen Signals nach Übertragung x'(n) aufweist, ist insofern bemerkenswert, als es des weiteren auf Höhe der Codiervorrichtung (1), stromab von dem Codiermodul (11), aufweist: ein Modul (12) zum Decodieren der codierten Koeffizienten, welches geschätzte Koeffizienten y"(k) ausgibt; ein Modul (13) für die Verarbeitung der geschätzten Koeffizienten y"(k) mittels umgekehrter Frequenztransformation zum Erzeugen eines decodierten Signals x"(n), und ein Modul (19:) zum Auswählen der optimalen Parameter des Filterns unter mehreren Filterprofilen und Speichern der Parameter des angepaßten Filterns, der Verstärkung g(j) und des optimalen Filterprofils. Das optimale Filterprofil und die Verstärkungsparameter werden derart ausgewählt, daß das Faltungsprodukt x"(n)*hj(n) aus dem decodierten Signal x"(n) und der Impulsantwort hj(n) des Filters dem ursprünglichen Signal x(n) so nahe wie möglich kommt, wobei das gewählte Filter ein an das ursprüngliche Signal angepaßtes Filtern durchführt. Eine Schaltung (15) zum Zeitmultiplexieren der codierten Koeffizienten und der Parameter des angepaßten Filterns gestattet die Durchführung ihrer gleichzeitigen Übertragung zu der Decodiervorrichtung.
Das Filterverfahren und das Filtersystem zum Verringern von Vorechos eines digitalen Audiosignals gemäß dem Gegenstand der vorliegenden Erfindung finden Anwendung bei der Verarbeitung, bei der Übertragung und beim Speichern von digitalen Audiosignalen in der Ton- oder Bildaufzeichnungsindustrie.
Es wird nun eine ausführlichere Beschreibung des Verfahrens und des Systems gemäß dem Gegenstand der vorliegenden Erfindung in der Beschreibung und den Zeichnungen gegeben, in denen, abgesehen von den Fig. 1a bis 1c, die sich den Stand der Technik betreffen,
- Fig. 2a als veranschaulichendes Schema die Schritte der Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens darstellt,
- Fig. 2b als veranschaulichendes Schema ein Detail der Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Verarbeitung von Vorechos gemäß der Darstellung von Fig. 2a darstellt,
Fig. 3a als Blockschema ein System zur Verarbeitung von Vorechos darstellt, das die Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Verarbeitung von Vorechos erlaubt,
- Fig. 3b beispielhaft ein Detail der Ausführung eines Moduls zur Filterauswahl darstellt, das auf Höhe des Codierers das in Fig. 3a dargestellte System bildet,
- Fig. 3c beispielhaft ein Detail der Ausführung eines Untermoduls zur Filterauswahl darstellt, welches das in Fig. 3b dargestellte Modul zur Filterauswahl bildet,
- Fig. 4a ein Detail der Ausführung des Moduls für die optimale Filterung auf Höhe des Codierers gemäß der vorliegenden Erfindung darstellt,
- Fig. 4b ein Zeitablaufdiagramm der übertragenen Signale nach Verarbeitung zeigt, in denen das Phänomen der Vorechos unterdrückt ist.
Es erfolgt nun eine ausführlichere Beschreibung des Filterverfahrens zur Verringerung von Vorechos eines digitalen Audiosignals in Verbindung mit den Fig. 2a und 2b.
Allgemein ausgedrückt verwirklicht das erfindungsgemäße Verfahren die Verarbeitung von Vorechos eines ursprünglichen digitalen Audiosignals, einer Abfolge von Abtastproben x(n) bestehend beispielsweise aus Blöcken mit N Abtastproben. Diese Abtastproben werden gemäß einem Codierverfahren codiert übertragen, daraufhin gemäß einem Decodierverfahren decodiert. Das Codierverfahren kann aus einem mit 100 bezeichneten Schritt der Verarbeitung mittels Frequenztransformation bestehen, wie einer Verarbeitung mittels diskreter, modifizierter Cosinus-Transformation, wobei dieser Schritt gefolgt ist von einem Schritt 101 zum Codieren der Koeffizienten y(k), die im Anschluß an den Schritt 100 als mit Cy(k) bezeichnete, codierte Koeffizienten erhalten werden, während das Decodierverfahren beispielsweise aus einem mit 200 bezeichneten Schritt des Decodierens der als Koeffizienten y'(k) übertragenen codierten Koeffizienten besteht, gefolgt von einem Schritt 201 der Verarbeitung mittels umgekehrter Frequenztransformation, wobei diese Transformation eine modifizierte, direkte Cosinus-Transformation zum Erzeugen eines als x'(n) bezeichneten ursprünglichen Signals nach Übertragung ist.
So wie des weiteren in Fig. 2a dargestellt ist, besteht das erfindungsgemäße Verfahren im Verlauf: des Codierverfahrens im Anschluß an den erwähnten Codierschritt 101 darin, an den codierten Koeffizienten Cy(k) einen Decodierschritt zum Erzeugen der geschätzten Koeffizienten y"(k) und daraufhin eine Verarbeitung mittels umgekehrter Frequenztransformation der geschätzten Koeffizienten y"(k) zum Erzeugen eines decodierten Signals x"(n) vorzunehmen.
Allgemein ausgedrückt wird das decodierte Signal x"(n), das auf Höhe der Codierung nach Durchführung des Schrittes 102 zum Decodieren und Verarbeiten mittels umgekehrter Frequenztransformation erhalten wird, als mit dem ursprünglichen Signal nach Übertragung x'(n), das auf Höhe der Decodierung nach der Durchführung des Schrittes 201 zum Verarbeiten mittels umgekehrter Frequenztransformation erhalten wird, identisch angenommen, da diese beiden Signale sich nur durch den Schritt des Übertragens der codierten Koeffizienten Cy(k) auf den Decodiervorgang hin unterscheiden, wobei diese Übertragung, die auf klassische Weise durchgeführt wird, dafür bekannt ist, daß sie die Werte der erwähnten codierten Koeffizienten nicht wesentlich verändert.
Wie in Fig. 2a dargestellt ist, besteht das erfindungsgemäße Verfahren des weiteren darin, daß daraufhin in Schritt 103 das optimale Filterprofil unter einer gegebenen Gesamtheit von Filterprofilen bestimmt wird. Das optimale Filterprofil wird mittels Bestimmung der Parameter für Verstärkung und Profil erhalten, d. h. der Übertragungsfunktion der zugeordneten entsprechenden. Filterung, was die Wiederherstellung des ursprünglichen Signals x(n) gestattet.
Das erfindungsgemäße Verfahren besteht des weiteren darin, daß gleichzeitig die codierten Koeffizienten Cy(k) auf den Decodiervorgang und die mit g(j) bezeichneten Parameter der Verstärkung und des Profils j für das adaptierte Filtern auf den oben erwähnten Codiervorgang hin übertragen werden.
Gemäß einer vorteilhaften, nicht einschränkenden. Ausführungsform ist zu bemerken, daß der übertragene Parameter für das Filterprofil beispielsweise aus der Ordnungsnummer j eines bestimmten Filterelements bestehen kann, welches die erwähnte Gesamtheit von Filterprofilen bildet.
Im Anschluß an die Übertragung der codierten Koeffizienten Cy(k) und der Verstärkungsparameter g(j) und des Filterprofils j auf den Decodiervorgang hin besteht das erfindungsgemäße Verfahren darin, daß auf Höhe der Decodierung nach dem Schritt 200 zum Decodieren der übertragenen Koeffizienten und dem Verarbeitungsschritt 201 mittels umgekehrter Frequenztransformation zum Erzeugen des ursprünglichen Signals nach Übertragung x'(n) ein angepaßtes Filtern des erwähnten ursprünglichen Signals nach Übertragung zum Erzeugen des ursprünglichen Signals nach Übertragung und Verarbeitung durchgeführt wird, wobei dieses Signal mit xt(n) bezeichnet ist und der Arbeitsschritt des angepaßten Filterns in Fig. 2a mit 202 bezeichnet ist. Wohlgemerkt ist das Signal xt(n) dafür bekannt, daß es im wesentlichen identisch mit dem ursprünglichen Signal x(n) ist, wobei das Phänomen von Vorechos unterdrückt ist.
Die Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Verarbeitung von Vorechos eines digitalen Audiosignals basiert auf dem nachfolgenden Prinzip.
Bei einem ursprünglichen Signal x(n) erfüllt das Vorechorauschen b(n) und das decodierte und auf Höhe des Decodiervorgangs nach der Verarbeitung mittels umgekehrter Frequenztransformation rekonstruierte ursprüngliche Signal die Beziehung:
x'(n) = x(-n) + b(n), wobei x'(n) - x"(n).
Auf Höhe der Codierung sind die drei obenstehend erwähnten Signale bekannt, da x'(n) = x"(n), während auf Höhe der Decodierung nur das ursprüngliche Signal nach Übertragung x'(n) verfügbar ist.
Die Fouriertransformierten dieser Signale sind mit X(f), B(f) bzw. X'(f) bezeichnet, wobei die entsprechenden Spektren X(f) und B(f) im wesentlichen voneinander getrennt sind, und folglich das Rauschen b(n) im ursprünglichen Signal nach Übertragung x'(n) mittels eines Filters eliminiert werden kann, dessen Impulsantwort mit h(n) bezeichnet wird, und dessen Übertragungsfunktion im Frequenzbereich mit H(f) bezeichnet wird. Des weiteren weist das ursprüngliche Signal x(n) bei Abtastproben, die einem abrupten Anschlag vorausgehen, sehr oft ein in der Frequenz beschränktes Spektrum auf. Es handelt sich nämlich um die Auslöschung der vorhergegangenen Note, die im wesentlichen einer Tieffrequenz-Sinuswelle entspricht. Das Filter mit der Impulsantwort h(n) ist somit ein Filter vom Tiefpaßtyp.
Der Schritt 103 der Auswahl des Filters gemäß der Darstellung von Fig. 2a wird im Frequenzbereich durchgeführt.
Allgemein gesprochen wird angenommen, daß das Filter hj(n) im Verlauf dieses Auswahlschrittes in einer Gesamtheit von M Filtern ausgewählt wird, deren Impulsantwort mit hi bezeichnet ist, wobei i [0,M-1]. Diese Auswahl wird derart durchgeführt, daß das Resultat des Faltungsproduktes x"(n)*hj(n), wobei j gleich einem der Werte des oben erwähnten i ist, so nahe wie möglich bei x(n) liegt, um eine an das ursprüngliche Signal x(n) angepaßte Filterung durchzuführen. Das auf diese Weise beibehaltene Filter ist dasjenige, bei dem das Produkt im Frequenzbereich Hj(f).X"(f) so nahe wie möglich bei dem Spektrum der oben erwähnten Fourier-Transformierten liegt.
Die Leistungsfähigkeit des erfindungsgemäßen Verfahrens wird natürlich erhöht, wenn dem Filter hj(n) eine Verstärkung g(j) zugeordnet ist.
Gemäß einem insbesondere vorteilhaften Aspekt des erfindungsgemäßen Verfahrens zieht dieses den Abstand zwischen dem Spektrum des ursprünglichen Signals X(f) und dem Produkt g(j).Hj(f) in Betracht.
Wenn die Parameter der Verstärkung g und des Filterprofils ausgewählt sind, werden dann die Nummer des Filters j und der Wert der Verstärkung g auf den Decodiervorgang hin übertragen.
Der Decodiervorgang auf Höhe des Schrittes 202 führt somit einen Filterschritt ausgehend von der Impulsantwort hj(n) des Filters durch mittels der Berechnung des Faltungsproduktes aus dem ursprünglichen Signal nach Übertragung x'(n), hervorgegangen aus dem Schritt 201, und dem Produkt g.hj(n) für die Abtastproben, die von dem Vorechophänomen betroffen sind.
Eine ausführlichere Beschreibung des in Schritt 103 von Fig. 2a durchgeführten Vorgangs der Auswahl des Filters wird in Verbindung mit Fig. 2b gegeben.
Das Problem bei der Auswahl des Filters und der Berechnung der Verstärkung besteht in der Suche in einer Gesamtheit von Übertragungsfunktionen bzw. Profilen Hi, wobei i [0,M-1], nach dem optimalen Filter oder Profil Hj und in der Berechnung der entsprechenden Verstärkung g(j) derart, daß der euklidische Abstand zwischen dem Spektrum des ursprünglichen Signals X(f) und dem Spektrum des gefilterten decodierten Signals minimal ist.
Der abschließend erhaltene euklidische Abstand heißt:
Mini [ X(f) - g · Hj(f) · X"(f) ²] (1)
In dieser Beziehung ist Fe die Abtastfrequenz des ursprünglichen Signals.
In der nachfolgenden Beschreibung wird mit g(j) = g der Wert der für den Wert des minimalen euklidischen Abstands erhaltenen Verstärkung bezeichnet.
Gemäß einem insbesondere vorteilhaften Aspekt des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die Berechnung des euklidischen Abstands in einem Schritt 1030 im Anschluß an eine Verarbeitung mittels diskreter Fouriertransformierung des ursprünglichen Signals x(n) sowie des nach der Durchführung von Schritt 102 erhaltenen decodierten Signals x"(n) durchgeführt. Die Verarbeitung mittels diskreter Fouriertransformierung wird mittels diskreter Fouriertransformierung mit Größe P durchgeführt, wobei P < N, und der Ausdruck des minimalen euklidischen Abstandes heißt:
Mini[ X(k) - g · Hj(k) · X"(k) ²] (2)
Die optimale Verstärkung g ist somit gegeben durch die Beziehung:
g = Num(j)/Dem(j). (3)
Das optimale Filter bzw. Profil Hj ist also dasjenige, das erhalten wird, wenn der Ausdruck Num²(j)/Dem(j) maximal ist. Der Schritt 1030 der Berechnung des minimalen euklidischen Abstandes ist somit gefolgt von den Schritten 1031 und 1032, die einerseits die Berechnung der optimalen Verstärkung und andererseits die Wahl des entsprechenden optimalen Filters gestatten.
Es zeigt sich, daß in den obenstehenden Beziehungen 2 und 3, die einerseits die optimale Verstärkung g und andererseits das optimale Filter Hj definieren, die Ausdrücke durch die nachfolgenden Beziehungen definiert sind:
(4)
Num(j) = Hj,r(k).(Xr(k).X"r(k) + Xi(k).X"i(k)) +
Hi,j(k).(Xi(k).X"r(k) - Xr(k).X"i(k))
und
Dem(j) = (Hj,r2(k) + Hj, i²(k)).(X"r2(k) + X"12(k)) (5)
In den obenstehend aufgeführten Ausdrücken sind Xr(k) und X"r(k) die realen Teile von X(k), wobei X"(k), Xi(k) bzw. X"i(k) die imaginären Teile davon sind.
Desgleichen sind Hj,r und Hj,i die realen und imaginären Teile der optimalen Übertragungsfunktion bzw. Profils Hj.
Der vorausgegangene Schritt 1032 ist dann, wie in Fig. 2b dargestellt ist, gefolgt von einem Schritt des Speicherns der Verstärkung g und der Nummer des entsprechenden optimalen Filters j. Die Werte der Verstärkung g(j), oder der entsprechende Wert g und des Filterprofils, werden über ihre Adresse aufgefunden und gespeichert.
Eine ausführlichere Beschreibung eines Systems zur Verarbeitung von Vorechos eines digitalen Audiosignals gemäß dem Gegenstand der vorliegenden Erfindung wird nun in Verbindung mit den Fig. 3a und folgenden gegeben.
Wie in Fig. 3a dargestellt ist, weist die Codiervorrichtung 1 ein Modul 10 zur Verarbeitung mittels Frequenztransformation in Koeffizient y(k) des Signals, Abfolge von ursprünglichen Abtastproben x(n) auf. Dieses Modul zur Verarbeitung mittels direkter Frequenztransformation, beispielsweise vom TCDM-Typ, wird nicht beschrieben, weil es einem herkömmlichen Modul entspricht. Der Codierer weist des weiteren ein Modul 11 zum Codieren dieser Koeffizienten für die Durchführung der Übertragung der codierten Koeffizienten Cy(k) auf. Das erfindungsgemäße System weist auch auf Höhe des Decoders 2 ein Modul 20 zum Decodieren der übertragenen codierten Koeffizienten Cy(k) in Koeffizienten y'(k) und ein Modul 21 zur Verarbeitung mittels umgekehrter Frequenztransformation, beispielsweise umgekehrter TCDM auf, um das ursprüngliche Signal nach Übertragung x'(n) zu erzeugen.
Gemäß einem vorteilhaften Aspekt des erfindungsgemäßen Systems weist dieses des weiteren auf Höhe der Codiervorrichtung stromabwärts vom Codiermodul 11 ein Modul 12 zum Decodieren der codierten Koeffizienten auf, welches geschätzte Koeffizienten y"(k) liefert, ein Modul 13 zur Verarbeitung mittels umgekehrter Frequenztransformation der geschätzten Koeffizienten y"(k) zum Erzeugen des decodierten Signals x"(n). Das Decodiermodul 12 und das Modul 13 zur Verarbeitung mittels umgekehrter Frequenztransformation, umgekehrter TCDM, werden nicht beschrieben, weil sie dem Modul 20 bzw. 21 auf Höhe des Decoders genau entsprechen und diese Module aus dem Stand der Technik bekannt sind.
Wie sich bei Betrachtung der Fig. 3a zeigt, weist der Codierer 1 auch ein Modul 14 zum Auswählen der optimalen Filterparameter und Speichern der Parameter des angepaßten Filterns, der Verstärkung g(j) und des Profils Hj(f) des angepaßten Filterns auf. Schließlich ermöglicht eine Multiplexerschaltung 15 die Durchführung eines Zeitmultiplexens der codierten Koeffizienten Cy(k) und der Parameter der Filterung Nummer j des beibehaltenen optimalen Filters und der entsprechenden optimalen Verstärkung g auf die Decodiervorrichtung 2 hin.
Die Decodiervorrichtung 2 weist ein Filtermodul 22 auf. Allgemein gesprochen weist das Filtermodul 22 vorteilhaft eine Filterschaltung auf mit einer Mehrzahl von einzelnen Filtermodulen, welche bestimmte unterschiedliche Filterparameter aufweisen, sowie eine Schaltung zum Adressieren ausgehend von den erhaltenen Parametern der angepaßten Filterung g und hj des entsprechenden Moduls für die angepaßte Filterung. Dieses Modul für die angepaßte Filterung empfängt das ursprüngliche Signal nach Übertragung x'(n) und liefert das ursprüngliche Signal nach Übertragung und Verarbeitung xt(n).
Das erfindungsgemäße System zur Verarbeitung von Vorechos eines digitalen Audiosignals, wie es in Fig. 3a dargestellt ist, arbeitet gemäß dem vorausgehend in der Beschreibung beschriebenen Verfahren, wobei die gleichzeitige Übertragung der Transformationskoeffizienten Cy(k) und ihrer Parameter für Filterung, Filternummer j und optimale Verstärkung g mittels der Multiplexerschaltung 15 und entsprechender Übermittlungsschaltungen durchgeführt wird, die nicht beschrieben werden, da diese Schaltungen solchen des Standes der Technik entsprechen, die dem Fachmann vollständig bekannt sind.
Das Filtermodul 22 am Decoder 2 ermöglicht somit mittels einfacher Adressierung der gespeicherten Werte des Filterprofils und ausgehend von Verstärkungswerten die Durchführung der Verarbeitung des ursprünglichen Signals nach Übertragung x'(n) mittels Filtern zum Wiederherstellen des ursprünglichen Signals nach Übertragung und Verarbeitung xt(n).
Eine ausführlichere Beschreibung eines vorteilhaften Ausführungsbeispiels des in Fig. 3a dargestellten Moduls 14 für die Auswahl des Filters wird in Verbindung mit Fig. 3b gegeben. Hierbei zeigt sich, daß dieses Ausführungsbeispiel wohlgemerkt eine Echtzeitverarbeitung des ursprünglichen Signals x(n) und somit die Übertragung der Transformationskoeffizienten Cy(k) und der Filterparameter mit einer Verzögerung ermöglicht, die höchstens gleich einer Abtastperiode des ursprünglichen Signals ist. Wie in Fig. 3b dargestellt ist, weist das Modul 14 für die Auswahl der optimalen Filterparameter und zum Speichern der Parameter für das angepaßte Filtern, die Verstärkung g(j) und das Profil Hj(f) des angepaßten Filterns ein Untermodul 130 für die Verarbeitung mittels diskreter Fouriertransformation TFD an P Abtastproben auf, mit P < N des ursprünglichen Signals x(n) und des decodierten Signals x"(n).
Somit liefert das Untermodul 130 jeweils die Koeffizienten für die direkte Fouriertransformation X(k) und X"(k). Es erweist sich, daß die gelieferten Signale der direkten Fouriertransformation tatsächlich die Signale Xr(k), Xi(k) sind, mit k = 0, ..., P/2-1, und X'r(k), X"i(k) mit k = 0, ..., P/2-1. Die Indices r und i bezeichnen hier die realen und imaginären Teile der obenstehend erwähnten direkten Fouriertransformierten für die ursprünglichen Signale und die entsprechenden decodierten Signale. Es zeigt sich, daß die Berechnung der diskreten Fouriertransformation mittels der wohlbekannten Schaltungen für die schnelle Fouriertransformation FFT durchgeführt werden kann.
Des weiteren, wie in Fig. 3b dargestellt ist, weist das Modul für die Auswahl der optimalen Filterparameter ein Untermodul 131 für die Berechnung von bemerkenswerten Werten S1(k), S2(k), S3(k) und S4(k) ausgehend von den Koeffizienten der Transformation X(k) und X"(k) auf. Es zeigt sich, daß die genannten bemerkenswerten Werte repräsentativ für die Energie und die Energieverteilung des ursprünglichen Signals und des decodierten Signals in den betrachteten P Abtastproben ist, unabhängig von den betrachteten Filtern oder Filterprofilen. Es zeigt sich auch, daß diese Unabhängigkeit aus dem gewählten Modell für die Frequenzgänge resultiert. Somit kann die Berechnung der genannten bemerkenswerten Werte vorausgehend vor dem Vorgang der Auswahl der Filtermodule erfolgen und braucht daher nicht für jedes der M Filtermodule durchgeführt zu werden, welche die Gesamtheit von Filtermodulen darstellen, in welcher das optimale Filter ausgewählt wird, was es gestattet, die erforderliche Rechenleistung stark zu verringern.
Des weiteren weist das Modul zum Auswählen der optimalen Parameter des Filters 13 weiterhin ein Untermodul 132 für die Auswahl der Filtermodule auf, das als Eingang die genannten bemerkenswerten Werte empfängt und die Parameter des adaptierten Filterns, der Verstärkung g(j) und des Profils Hj(f) des angepaßten Filterns liefert, wobei diese Parameter in Form der Nummer j des ausgewählten Filtermoduls und des entsprechenden Verstärkungswertes g geliefert werden. Schließlich ist noch ein Codierungsmodul 133 vorgesehen, das es gestattet, entsprechende codierte Koeffizienten Q(j) und Q(g) zu liefern, die für die Übertragung durch den Multiplexer 15 auf den Decoder 2 hin übertragen werden können.
Gemäß einem vorteilhaften Merkmal des Untermoduls 131 zum Berechnen der bemerkenswerten Werte gestattet es dieses, die nachfolgenden bemerkenswerten Werte zu berechnen, welche die Beziehungen erfüllen:
S1(k) - (X"r(k))² + (X"i(k))² (6)
S2(k) = Xr(k).X"r(k) + Xi(k).X"i(k) (7)
S3(k) S3(k - 1) + S1(k) (8)
S4(k) = S4(k - 1) + S2(k) (9)
Es zeigt sich, daß alle diese Werte für k = 0, ..., P/2-1 berechnet sind, mit S3(0) - 0 und S4(0) - 0.
Eine ausführlichere Beschreibung des in Fig. 3b dargestellten Untermoduls zum Wählen der Filtermodule 132 erfolgt in Verbindung mit Fig. 3c.
Allgemein ausgedrückt führt das Untermodul zum Auswählen der Filtermodule im wesentlichen die Berechnung von zwei mit Num(i) und Dem(i) bezeichneten numerischen Werten durch und gestattet die Durchführung der Suche nach dem Profil bzw. Filter Hj, das es gestattet, ein maximales Verhältnis Num²(j)/Dem(j) zu erhalten.
Allgemein ausgedrückt können die Charakteristiken des Profils der Filtermodule unter Berücksichtigung der nachfolgenden Bemerkungen bezüglich der Modalitäten des effektiven Filterns der betrachteten Signale bestimmt werden.
Um gegebenenfalls vorhandenen nicht-stationären Zuständen des ursprünglichen Signals x(n) zu folgen, kann der Transformierungsblock von N zu behandelnden Abtastproben, die durch das Behandlungsmodul 130 von Fig. 3b geliefert werden, in Unterblöcke von P Stellen mit P < N unterteilt werden, um an jedem Unterblock eine separate Berechnung für die Auswahl des in Betracht gezogenen Filtermoduls durchzuführen. Bei einem Ausführungsbeispiel kann ein Block von N = 1024 Abtastproben in vier Unterblöcke von P = 256 Abtastproben geteilt werden. Es gibt somit vier. Verstärkungswerte g und vier Filternummern j zu übertragen.
Eine ausführlichere Beschreibung des Vorgangs der Filterauswahl wird nachfolgend bezüglich eines Unterblocks mit der Größe P gegeben, wobei die Behandlungen für jeden der aufeinanderfolgenden Unterblöcke identisch sind.
Die Filtermodule hi(n) sind Filter mit einer endlichen und symmetrischen Impulsantwort. Diese Filtermodule stellen somit Filter mit Phase Null dar, und die vorausgegangenen Beziehungen 4 und 5 werden zu:
Num(j) = Hj,r(k).(Xr(k).X"r(k) + Xi(k).X"i(k)) (10)
und
Dem(j) = Hj,r2(k).(X"r²(k) + X"12(k)) (11)
Die entsprechenden Filtermodule sind Tiefpaßfiltermodule, bei denen sich nur die Grenzfrequenz ändert.
Bei einer Abtastfrequenz von 48 kHz des ursprünglichen digitalen Audiosignals können beispielhaft die folgenden Parameter gewählt werden:
die gewählte Anzahl von Filtermodulen ist beispielsweise M = 32, und die Länge ihrer Impulsantwort ist L = 49, wobei diese Länge als Dauer von Abtastproben gemessen ist.
Diese Filtermodule sind durch den folgenden Frequenzgang definiert:
Hi,r(f) = 1,0 für f < fc(i), d. h. im Paßband,
Hi,r(f) = A für f > fa(i), d. h. im Dämpfungsband.
Ausgedrückt als Koeffizient der diskreten Fouriertransformation:
Hi,r(k) = 1,0 für k < kc(i),
Hi,r(k) = A für k > ka(i).
Bei einer Dämpfung von 60 dB hat der Koeffizient A den Wert 0, 001, und das Übergangsband, d. h. kc (i) < k < ka(i), ist das gleiche für alle Filtermodule.
Bei jedem der vorstehend definierten Filtermodule sind die drei Elementarteile des Frequenzganges identisch, und einzig die Grenze des Paßbandes ändert sich, d. h. kc(i), und folglich diejenige des Dämpfungsbandes ka(i).
Es zeigt sich, daß es die Zerlegung des Profils bzw. der Übertragungsfunktion Hi,r eines jeden Filtermoduls in drei Elementarteile gestattet, die Berechnung der Parameter Num(i) und Dem(i) wesentlich zu vereinfachen, die für die Auswahl des Ranges j des betreffenden Filtermoduls und des entsprechenden Wertes der Verstärkung g nötig sind.
Es zeigt sich, daß die M Grenzfrequenzen der Filtermodule fc(i) in Abhängigkeit von verschiedenen Kriterien bestimmt werden können, beispielsweise einer logarithmischen Verteilung auf dem Maßstab der Frequenzen. Da die M Frequenzgänge festgelegt sind, können aus dem Stand der Technik bekannte Vorgehensweisen für die Durchführung der Berechnung der Filter verwendet werden, um die Impulsantworten zu bestimmen, die im Speicher auf Höhe des Decoders gespeichert werden.
In Fig. 3c ist eine besondere Weiterentwicklung des Filterauswahlmoduls in einer nicht-einschränkenden, vorteilhaften Ausführungsform dargestellt.
Wie in der genannten Figur dargestellt ist, weist das Modul 132 für die Auswahl der Filtermodule vorteilhaft eine Mehrzahl von vier Speicherblöcken 1321, 1322, 1323, 1324 vom Schreib-/Lesespeicher-Typ auf, wobei diese Blöcke zum Empfangen und Speichern der bemerkenswerten Werte S1(k), S2(k), S3(k), S4(k) bestimmt sind, die von dem Untermodul 131 für ihre Berechnung geliefert werden. Jeder Speicherblock ist auf klassische Weise im Lesemodus als Funktion der physischen Adressen 1 der Filtermodule adressierbar, und ebenso der Werte kc(i) und ka(i), welche die Unterteilung der letzteren in Paßbänder, Übergangsbänder und Dämpfungsbänder wie oben erwähnt definieren. Es zeigt sich, daß die genannten Speicherblöcke jeweils an ihrem Ausgang die bemerkenswerten Werte für das betrachtete Filtermodul liefern, im Anschluß an eine entsprechende Adressierung, wobei die Speicherblöcke 1321, 1322 die Werte S1(k) bzw. S2(k) für k zugehörig zu [kc(i), ka(i)] liefern, während die Speicherblöcke 1323, 1324 den bemerkenswerten Wert S3 bzw. S4 für den Wert von k bzw. gleich kc(i), ka(i), k - P/2 liefern. Es zeigt sich deutlich, wie in Fig. 3c dargestellt ist, daß die entsprechenden Werte von k ausgehend von Speichern 1320a, 1320b erhalten werden, die durch den aktuellen Wert i adressiert sind, welcher die Nummer des betrachteten Filtermoduls darstellt. Die Speicher 1320a, 1320b können aus Speichern vom Festwertspeichertyp bestehen.
Des weiteren, wie in Fig. 3c dargestellt ist, weist das Untermodul für die Filterauswahl eine Speicherschaltung 1325 einer Tabelle von Werten Tra(k) und Tra2(k) auf, wobei diese Werte repräsentativ für den Bezugsfrequenzgang des Übergangsbandes sind. Des weiteren empfangen zwei Subtrahierschaltungen 1326a und 1326b vom Ausgang des dritten und vierten Speicherblocks die bemerkenswerten Werte S3(P/2) und S3(ka(i)) bzw. S4(P/2) und S4(ka(i)) und liefern jeweils die Differenz S3(P/2)- S3(ka(i)) bzw. S4(P/2)-S4(ka(i)).
Das Untermodul für die Filterauswahl weist auch eine Mehrzahl von 4 Multiplizierschaltungen auf, die mit 1327a bis d bezeichnet sind. Die erste MultiplizierschaLltung 1327a empfängt einerseits den vom ersten Speicherblock gelieferten bemerkenswerten Wert 51(k) und andererseits den von der Speicherschaltung 1325 gelieferten Wert Tra2(k). Diese erste Multiplizierschaltung liefert das Produkt S1(k).Tra2(k).
Die zweite Multiplizierschaltung 1327b empfängt einerseits den vom zweiten Speicherblock 1322 gelieferten bemerkenswerten Wert S2(k) und andererseits den von der Speicherschaltung 1325 aus der Tabelle von Werten gelieferten Wert Tra(k) und liefert das Produkt S2(k).Tra(k).
Die dritte Multiplizierschaltung 1327c empfängt einerseits die vom ersten Subtrahierer 1326a gelieferte Differenz S3(P/2)-S3(ka(i)) und andererseits einen mit A2 bezeichneten, konstanten Wert. Dieser Wert A2 ist gleich einem Wert A², wobei der Wert A den Pegel des Frequenzgangs im abgeschnittenen Band darstellt. Der dritte Multiplizierer 1327c liefert das Produkt A2.(S3(P/2)- S3(ka(i))).
Die vierte Multiplizierschaltung 1327d schließlich empfängt einerseits die vom zweiten Subtrahierer 1326b gelieferte Differenz S4(P/2)-S4(ka(i)) und andererseits den genannten konstanten Wert A. Sie liefert das Produkt A.(S4(P/2)-S4(ka(i))).
Wie schließlich aus Fig. 3c hervorgeht, sind eine erste und eine zweite Summierschaltung 1328a, 1328b vorgesehen. Die erste Summierschaltung 1328a empfängt erstens über eine mit AC1 bezeichnete Akkumulierschaltung den kumulierten Wert Demt (i) der vom ersten Multiplizierer 1327a gelieferten Produkte, zweitens den Wert Demp(i), der gleich dem vom dritten Speicherblock 1323 gelieferten bemerkenswerten Wert S3(kc(i)) ist, und drittens das vom dritten Multiplizierer 1327c gelieferte Produkt Demc(i). Der erste Summierer 1328a liefert die entsprechende Summe Dem(i).
Die zweite Summierschaltung 1328b empfängt erstens über eine Akkumulierschaltung AC2 den vom zweiten Multiplizierer gelieferten kumulierten Wert Numt(i), zweitens den vom dritten Speicherblock 1324 gelieferten Wert Nump(i) = S4(kc(i), und drittens den vom vierten Multiplizierer gelieferten Wert Numc(i). Sie liefert die entsprechende Summe Num(i). Die vom ersten und zweiten Summierer 1328a, 1328b gelieferten entsprechenden Summen Dem(i) bzw. Num(i) werden an eine Schaltung 1324 für die Auswahl der Verstärkung g(i) = Num(i)/Dem(i) und des optimalen Filters Hj für Num²(i)/Dem(i) maximal geliefert.
Der Betrieb des in Fig. 3c dargestellten Untermoduls 132 für die Auswahl des Filterns ist somit folgendermaßen:
In Anbetracht des Typs des Frequenzgangs der Filtermodule und der Zerlegung dieser Antwort in drei bezüglich ihrer Form für alle Filtermodule identische Elementarteile werden die Werte Num(i) und Dem(i), die an die Schaltung 1329 für die Auswahl der optimalen Verstärkung und des optimalen Filterprofils auf die nachstehende Weise erhalten:
- Im Paßband:
Demp(i) = S3(kc(i)) (12)
Nump(i) = S4(kc(i)) (13)
- Im Übergangsband:
Demt(i) = S1(k).Tra2(k-kc(i)) (14)
Numt(i) = S2(k).Tra(k-kc(i)) (15)
Es zeigt sich bezüglich der von der Speicherschaltung 1325 gelieferten Werte Tra(k), daß diese dem Bezugs- Frequenzgang des Übergangsbandes entsprechen, wobei angenommen wird, daß dieser Bezugswert für alle Filtermodule der gleiche ist.
Die Werte Tra2(k) sind die vorausgegangenen Werte von Tra(k) im Quadrat. Die Speicherschaltung 1325 kann des weiteren beispielsweise aus einem Festwertspeicher bestehen.
Im Dämpfungsband:
Demc(i) = A2.(S3(P/2) - S3(ka(i))) (16)
Numc(i) = A.(S4(P/2) - S4(ka(i))). (17)
Die von den Summierern 1328a und 1328b gelieferten und von der Schaltung 1329 für die Auswahl der Verstärkung verwendeten Werte werden letztlich erhalten durch:
Dem(i) = Demp(i) + Demt(i) + Demc(i) (18) Num(i) = Nump(i)+Numt(i)+Nume(i). (19)
Für jedes der Filtermodule, d. h. für jeden Wert mit Index i überprüft die Schaltung 1329 für die Auswahl der Verstärkung, ob das Kriterium Num²(i)/Dem(i) maximal erfüllt ist. Falls ja, werden die Werte Num(j) und Dem(j) aufbewahrt, der entsprechende Wert der Verstärkung g(j) wird gespeichert, und auch der obenstehend genannte entsprechende Wert j.
Am Ende der Überprüfung aller Filtermodule, d. h. am Ende der Iteration am Wert von i, wobei i zu [0, M-1] gehört, ist es also möglich, die Verstärkung g zu berechnen, wobei diese Verstärkung daraufhin durch das in Fig. 3b dargestellte Codiermodul 133 quantisiert wird. Wohlgemerkt kann diese Quantisierung unmittelbar ausgehend von den Werten von Num(j) und Dem(j) durchgeführt werden. Als nicht-einschränkendes Beispiel wird angegeben, daß das Codiermodul 133 aus einem gleichförmigen Quantisierer mit 4 dynamischen Bits [0,2] bestehen kann. Es wird auch angegeben, daß der Index j des optimalen Filters wiederum auf log2(M)Bits übertragen werden kann.
Schließlich zeigt sich bezüglich des erfindungsgemäßen Systems zur Verarbeitung von Vorechos, wie es in Fig. 3a dargestellt ist, daß auf Höhe des Decoders 2 die durchzuführenden Verarbeitungen das Einlesen der Impulsantwort hj(n) in einen Speicher mit M Elementen beinhalten. Die Adresse der entsprechenden Impulsantwort hj(n) wird einfach durch den Index j angegeben, der im Anschluß an die Übertragung und das auf Höhe des Filtermoduls 22 durchgeführte Filtern empfangen wurde, wobei die genannte Impulsantwort mit der dequantisierten Verstärkung multipliziert wird. Es wird angenommen, daß die dequantisierte Verstärkung der während des Übertragungsvorgangs übertragenen Verstärkung entspricht.
Das Filtermodul, wie es in Fig. 4a dargestellt ist, kann ein Leseadressiermodul 220 aufweisen, das es ausgehend von dem übertragenen Wert von j gestattet, die Impulsantwort hj(n) des Filters zu erhalten. Ein erstes Multipliziermodul 221, das die Impulsantwort hj(n) des Filters und den dequantisierten Wert der Verstärkung g empfängt, liefert das Produkt g.hj(n) an ein zweites Multipliziermodul 222, welches das Faltungsprodukt xt(n) = x'(n)*(g.hj(n)) liefert, das das ursprüngliche Signal nach Übertragung und Verarbeitung darstellt.
Fig. 4b stellt das Resultat dar Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens an einem Signal dar, das ein Vorecho aufweist, wie in Fig. 1c dargestellt ist. Bei Betrachtung dieser Fig. 4b ist festzustellen, daß das Vorechorauschen unterdrückt ist, und daß die wiederhergestellte Wellenform, d. h. xt(n) = x'(n)*(g.hj(n)) dem ursprünglichen Signal sehr nahe ist.
Somit sind ein Filterverfahren und eine Filtervorrichtung zum Verringern von Vorechos eines digitalen Audiosignals beschrieben, die insofern besonders leistungsfähig sind, als ein völlig zufriedenstellender Betrieb an zahlreichen Typen von durch Vorechos beeinträchtigten Signalen erhalten wurde. Des weiteren sind das Verfahren und die Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung insbesondere einfach anzuwenden, insbesondere am Decoder, wo die Verarbeitung, d. h. das Filtern, verringert ist und somit den gebotenen Möglichkeiten entspricht.

Claims

1. Verfahren zur Verarbeitung von Vorechos eines ursprünglichen digitalen Audiosignals, einer Abfolge von Abtastproben x(n) bestehend aus Blöcken von N Abtastproben, die gemäß einem Codierverfahren codiert und daraufhin gemäß einem Decodierverfahren decodiert werden, wobei das Codierverfahren aus einem Schritt der Verarbeitung mittels Frequenztransformation in Koeffizienten y(k) besteht, gefolgt von einem Schritt des Codierens dieser Koeffizienten zum Durchführen der Übertragung von codierten Koeffizienten Cy(k), und wobei das Decodierverfahren aus einem Schritt des Decodierens der als Koeffizienten y'(k) übertragenen codierten Koeffizienten besteht, gefolgt von einem Schritt der Verarbeitung mittels umgekehrter Frequenztransformation zum Erzeugen eines ursprünglichen Signals nach Übertragung x'(n), dadurch gekennzeichnet, daß das Verfahren des weiteren, im Verlauf des Codierverfahrens, im Anschluß an den Schritt des Codierens der Koeffizienten zum Übertragen der codierten Koeffizienten, besteht aus:

- Durchführen eines Schrittes zum Decodieren der codierten Koeffizienten Cy(k) zum Erzeugen der geschätzten Koeffizienten y"(k), daraufhin der Verarbeitung mittels umgekehrter Frequenztransformation der geschätzten Koeffizienten y"(k) zum Erzeugen eines decodierten Signals x"(n),

- Bestimmen des optimalen Filterprofils unter einer gegebenen Gesamtheit von Filterprofilen, sowie der Verstärkungsparameter des zugeordneten Filterns für die Wiederherstellung des ursprünglichen Signals x(n), wobei das optimale Filterprofil und die Verstärkungsparameter derart ausgewählt werden, daß das Faltungsprodukt x"(n)*hj(n) aus dem decodierten Signal x"(n) und der Impulsantwort hj(n) des Filters das dem ursprünglichen Signal x(n) am nächsten kommende ist, wobei das gewählte Filter einen an das ursprüngliche Signal angepaßten Filtervorgang durchführt,

- gleichzeitiges Übertragen der codierten Koeffizienten Cy(k) und der Parameter der Verstärkung und des optimalen Filterprofils zum Decodierverfahren, daraufhin im Verlauf des Decodierverfahrens,

- Durchführen, nach dem Schritt des Decodierens der übertragenen Koeffizienten und dem Schritt der Verarbeitung mittels umgekehrter Frequenztransformation zum Erzeugen des ursprünglichen Signals nach Übertragung x'(n), des angepaßten Filterns des ursprünglichen Signals nach Übertragung x'(n) zum Erzeugen des ursprünglichen Signals nach Übertragung und Verarbeitung xt(n).

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt, der darin besteht, die Parameter der Verstärkung und des Profils des Filterns zu bestimmen, besteht aus:

- Durchführen einer Fourier-Transformation des ursprünglichen Signals x(n), um dessen Frequenzspektrum X(f) zu erhalten,

- Durchführen einer Fourier-Transformation des decodierten Signals x"(n), um dessen Frequenzspektrum X"(f) zu erhalten,

- Bestimmen, ausgehend von einer Gesamtheit von Verstärkungswerten g(j) und einer Gesamtheit von Filterprofilen mit der Transferfunktion Hj(f) im Frequenzbereich, des Produkts des Filterns P(f) = g(j)Hj(f).X"(f) des Frequenzspektrums X"(f) des decodierten Signals,

- Bestimmen des minimalen euklidischen Abstands d(X(f),P(f)) des Frequenzspektrums des ursprünglichen Signals und des Produkts des Filterns, und Speichern der entsprechenden Werte der Verstärkung g(j) und des Filterprofils Hj(f), welche die Parameter der Verstärkung und des optimalen Filterprofils darstellen.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Werte der Verstärkung g(j) und des Filterprofils, welche die Gesamtheit von Verstärkungswerten und Gesamtheit von Filterprofilen darstellen, über ihre Adresse registriert und gespeichert werden.

4. System zum Verarbeiten der Vorechos eines ursprünglichen digitalen Audiosignals, einer Abfolge von Abtastproben x(n) bestehend aus Blöcken von N aufeinanderfolgenden Abtastproben, die zwischen einer Codiervorrichtung (2) und einer Decodiervorrichtung (2) übertragen werden, wobei die Codiervorrichtung (1) aufweist: ein Modul (10) zur Verarbeitung mittels Frequenztransformation in Koeffizienten y(k) und ein Modul (11) zum Codieren dieser Koeffizienten zum Durchführen der Übertragung der codierten Koeffizienten, und die Decodiervorrichtung (2) aufweist: ein Modul (20) zum Decodieren der als Koeffizienten y'(k) übertragenen codierten Koeffizienten und ein Modul (21) zur Verarbeitung mittels umgekehrter Frequenztransformation zum Erzeugen eines ursprünglichen Signals nach Übertragung x'(n), dadurch gekennzeichnet, daß das System des weiteren auf Höhe der Codiervorrichtung (1), stromab von dem Codiermodul (11), aufweist:

- ein Modul (12) zum Decodieren der codierten Koeffizienten Cy(k), welches geschätzte Koeffizienten y" ausgibt,

- ein Modul (13) für die Verarbeitung der geschätzten Koeffizienten y"(k) mittels umgekehrter Frequenztransformation zum Erzeugen eines decodierten Signals x"(n),

- ein Modul (14) zum Auswählen der optimalen Parameter des Filterns unter mehreren Filterprofilen und Speichern der Parameter des angepaßten Filterns, der Verstärkung g(j) und des optimalen Filterprofils, wobei das optimale Filterprofil und die Verstärkungsparameter derart ausgewählt werden, daß das Faltungsprodukt x"(n)*hj(n) aus dem decodierten Signal x"(n) und der Impulsantwort hj(n) des Filters dem ursprünglichen Signal x(n) so nahe wie möglich kommt, wobei das gewählte Filter ein an das ursprüngliche Signal angepaßtes Filtern durchführt,

- Einrichtungen (15) zum Zeitmultiplexieren der codierten Koeffizienten und der Parameter des angepaßten Filterns zum Durchführen ihrer gleichzeitigen Übertragung zu der Decodiervorrichtung.

5. System nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Modul zum Auswählen der optimalen Parameter des Filterns und Speichern der Parameter des angepaßten Filterns, der Verstärkung g(j) und des optimalen Filterprofils Hj(f) aufweist:

- ein Untermodul (130) für die Verarbeitung des ursprünglichen Signals x(n) und des decodierten Signals x"(n) mittels diskreter Fourier-Transformation (TFD) an P Abtastproben mit P < N, wobei das Untermodul jeweils die entsprechenden Transformationskoeffizienten X(k), X"(k) ausgibt,

- ein Untermodul (131) zum Berechnen von bemerkenswerten Werten S1(k), S2(k), S3(k), S4(k), mit k E [0, P/2-1] ausgehend von den Transformationskoeffizienten X(k) und X"(k), wobei die bemerkenswerten Werte repräsentativ für die Energie und die Energieverteilung in den betreffenden P Abtastproben sind, unabhängig von den Filterprofilen,

- ein Untermodul (132) zum Auswählen der Filterprofile, welches als Eingang die bemerkenswerten Werte S1(k), S2(k), S3(k), S4(k) empfängt und die Parameter des angepaßten Filterns, der Verstärkung g(j) und des optimalen Filterprofils Hj(f) ausgibt, wobei diese Parameter in Form der Nummer j des Filterprofils und des entsprechenden Wertes der Verstärkung g(j) ausgegeben werden.

6. System nach Anspruch 5. dadurch gekennzeichnet, daß das Untermodul zum Auswählen der Filterprofile aufweist:

- eine Anordnung von vier Speicherblöcken (1321 bis 1324) vom Schreib-/Lesespeicher-Typ, die zum Empfangen und Speichern der bemerkenswerten Werte S1(k), S2(k), S3(k), S4(k) vorgesehen ist, wobei jeder Speicherblock im Lesemodus als Funktion der physischen Adressen i der Filtermodule adressierbar ist, und jeweils als Ausgang die bemerkenswerten Werte für das betreffende Filtermodul ausgibt,

- Einrichtungen (1325) zum Speichern einer Tabelle von Werten Tra(k), Tra2(k), die repräsentativ für den Bezugsfrequenzgang des Übergangsbandes sind,

- Subtrahiereinrichtungen (1326a, 1326b), welche vom Ausgang des dritten und vierten Speicherblocks die bemerkenswerten Werte S3(P/2) und S3(ka(i)) bzw. S4(P/2) und S4(ka(i)) empfangen und jeweils die Differenz (S3(P/2) - S3(ka(i))) bzw. (S4(P/2) - S4(ka(i))) ausgeben,

- eine Anordnung von vier Multiplizierschaltungen (1327a bis d), wobei die erste Multiplizierschaltung einerseits den von dem ersten Speicherblock ausgegebenen bemerkenswerten Wert S1(k) und andererseits den Wert Tra2(k) der von den Speichereinrichtungen ausgegebenen Tabelle von Werten empfängt und das Produkt S1(k).Tra2(k) ausgibt, die zweite Multiplizierschaltung einerseits den von dem zweiten Speicherblock ausgegebenen bemerkenswerten Wert S2(k) und andererseits den von den Speichereinrichtungen ausgegebenen Wert Tra(k) der Tabelle von Werten empfängt und das Produkt S2(k).Tra(k) ausibt, die dritte Multiplizierschaltung einerseits die von dem ersten Subtrahierer ausgegebene Differenz (S3(P/2) - S3(ka(i))) und andererseits einen konstanten Wert A2 = A2 empfängt, wobei A für den Pegel des Frequenzgangs im abgeschnittenen Band steht, und das Produkt Demc(i) = A2.(S3(P/2) - S3(ka(i))) ausgibt, die vierte Multiplizierschaltung einerseits die von dem zweiten Subtrahierer ausgegebene Differenz (S4 (P/2) - S4ka (i)) und andererseits den konstanten Wert A empfängt und das Produkt Numc(i) = A.(S4(P/2) - S4(ka(i))) ausgibt,

- eine erste Summierschaltung (1328a), welche erstens über eine Akkumulierschaltung (AC1) den kumulierten Wert (Demt(i)) der von dem ersten Multiplizierer ausgegebenen Produkte, zweitens den von dem dritten Speicherblock ausgegebenen Wert Demp(i) S3(kc(i)), und drittens das von dem dritten Multiplizierer ausgegebene Produkt Demc(i) empfängt und die entsprechende Summe Dem(i) ausgibt, und

- eine zweite Summierschaltung (1328b), welche erstens über eine Akkumulierschaltung (AC2) den von der Akkumulierschaltung ausgegebenen kumulierten Wert Numt(i), zweitens den vom vierten Speicherblock ausgegebenen Wert Nump(i) = S4(kc(i)), und drittens das von dem vierten Multiplizierer ausgegebene Produkt Numc(i) empfängt und die entsprechende Summe Num(i) ausgibt, und

- eine Schaltung (1329) zum Auswählen der Verstärkung g(i) = Num(i)/DEM(i) und des optimalen Filters H(j) für das maximale NUM²(j)/Dem(j).

7. System nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß es des weiteren auf Höhe der Decodiervorrichtung aufweist:

- eine Filtereinrichtung, welche eine Mehrzahl von einzelnen Filtermodulen mit unterschiedlichen bestimmten Filterparametern aufweist,

- Einrichtungen zum Adressieren, ausgehend von den empfangenen Parametern des angepaßten Filterns, des entsprechenden Moduls zum angepaßten Filtern, wobei das Modul zum angepaßten Filtern das ursprüngliche Signal nach Übertragung x'(n) empfängt und das ursprüngliche Signal nach Übertragung und Verarbeitung xt(n) ausgibt.

8. System nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß jedes einzelne Filtermodul über seine Filterparameter, Werte der Verstärkung g(i) und des Filterprofils definiert ist, die über ihre Adresse registriert und gespeichert werden.