DK175140B1 - System til behandling af audiosignaler - Google Patents

Description

DK 175140 B1 l

Opfindelsen har relation til audiosignalbehandling, især en forbedret kompandering af digitale audiosignaler.

« Digitale audiosignaler kompanderes til bevarelse af transmissionsbåndbredden. Et tidli gere system, der blev anvendt til kompandering af digitale audiosignaler for transmission 5 med og under det horisontale slukningsinterval af ijemsynssignaler, er beskrevet i US patentskrift nr. 4.608.456 I senderen af det heri beskrevne system er et analogt audiosig-nal omsat til digitale audiosignaleksempleringer. Den enkelte digitale audiosignalek-semplering er komprimeret til en kombination af et forstærkningsord (omtalt som en "eksponent"), et antal størrelsesbit (omtalt som en "mantisse") og en fortegnsbit. I sam-10 menligningsprocessen er de mest betydende bit af den digitale audiosignaleksemplering skiftet i position i overensstemmelse med værdien af forstærkningsordet, og andre bit er afskåret. Den komprimerede digitale audiosignaleksemplering er kodet forkorrektion for fejl i fremadgående retning ved hjælp af en Hamming kodegenerator, der genererer kodebit for detektion og korrektion af enkeltbitfejl i en kombination af fortegnsbiten, 15 forstærkningsordet og størrelsesbitene, og er desuden korrigeret for fejl i fremadgående retning ved hjælp af en paritetsbitsgenerator, der genererer en paritetsbit for detektion af dobbeltbitfejl i en kombination af de mest betydende størrelsesbit og/eller paritetsbiten. Ved modtageren er de detekterede enkeltbitfejl i de overførte fejlkodekomprimerede digitale audiosignaleksempleringer korrigeret, og detekterede dobbeltbitfejl er skjult 20 ved gentagelse af den sidst modtagne korrekte eller korrigerede eksemplering. De mod-tagne komprimerede eksempleringer er ekspanderet ved modtageren ved hjælp af en proces, der består i, at man skifter positionen af de modtagne størrelsesbit i overensstemmelse med værdien for forstærkningsordet, og ved at tilføje bit af en nominel værdi; de ikke-fyldte bitpositioner, der bliver tilbage efter en sådan forskydning, for derved at 25 reproducere de digitale audiosignaleksempleringer. De reproducerede digitale audiosignaleksempleringer omsættes til et reproduceret analogt audiosignal. Takket være afskæringen og de efterfølgende trin i de respektive kompressions- og ekspansionsprocesser er fejl uundgåeligt induceret i de reproducerede digitale audiosignaleksempleringer.

2 DK 175140 B1

Det er derfor et formål med opfindelsen at tilvejebringe et forbedret system til behandling af digitale audiosignaleksempleringer med det formål at korrigere fejl induceret ved kompressions- og ekspansionsprocessen. Disse fejl beregnes før eksempleringeme komprimeres.

5 Opfindelsen angår således et system til behandling af audiosignaler , hvilket system omfatter organer til at frembringe et forstærkningsord for en første digital audiosignaleksemplering, organer til at behandle den første digitale audiosignaleksem-plering med forstærkningsordet i overensstemmelse med en første forudbestemt behandlingsproces for at komprimere denne første digitale audiosignaleksemplering og organer 10 til at behandle forstær 1 aringsordet og den komprimerede digitale audiosignaleksemplering i overensstemmelse med en anden forudbestemt behandlingsproces for at frembringe cn reproduceret digital audiosignaleksemplering.

På denne baggrund af principielt kendt teknik fra DS patentskrifiteme nr. 4.295.223, 4.225.751, 4.373.115 og 4.863.215 betragtet under et er systemet ifølge opfindelsen 15 ejendommeligt ved, at det endvidere omfatter organer til at beregne virkningen af den første og den anden forudbestemte behandlingsproces på nøjagtigheden af den reproducerede digitale audiosignaleksemplering og organer til at behandle den første digitale audiosignaleksemplering i overensstemmelse med denne beregnede virkning og derved frembringe en korrigeret digital audiosignaleksemplering for komprimeringen i overens-20 stemmelse med den første forudbestemte behandlingsproces.

Organerne til beregning af virkningen af den første og den anden forudbestemte proces på nøjagtigheden af den reproducerede digitale audiosignaleksemplering indeholder organer til signalbehandling af den første digitale audiosignaleksemplering og forstærkningsordet for eksempleringen til tilvejebringelse af en beregnet reproduceret digital 25 audiosignaleksemplering, og organerne for tilvejebringelse af en korrigeret digital audiosignaleksemplering indeholder organer til subtraktion af den beregnede reproducerede digitale audiosignaleksemplering fra den relaterede første digitale audiosignalek- 3 DK 175140 B1 semplering til tilvejebringelse af et fejlsignal, organer for filtrering af fejlsignalet ved støjspektralfiltrering og organer til addition af det filtrerede fejlsignal til den derefter tilvejebragte første digitale audiosignaleksemplering til tilvejebringelse af den korrigerede digitale audiosignaleksemplering.

5 Udtrykket" overføring" betyder transmission til en modtager og/ eller et lager og udledning.

Ifølge et andet aspekt er der desuden tilvejebragt et enkelt forstærkningsord for en blok af digitale audiosignaléksempleringer. Organerne til tilvejebringelse af forstærkningsordet detekterer spidsværdien af den første digitale audiosignaleksemplering i en blok af 10 et forudbestemt antal første digitale audiosignaleksempleringer og beregner forstærkningsordet for blokkene af eksempleringer i overensstemmelse med positionen af den mest betydende "1" bit i de første digitale audiosignaleksempleringer, der har den detekterede spidsværdistørrelse. Kompressionsorganeme signalbehandler det beregnede blokforstærkningsord med hver af de digitale audiosignaleksempleringer i blokken under 15 kompressionen af de første digitale audiosignaleksempleringer af blokken. Organerne til beregning af virkningen af den første og den anden forudbestemte proces på nøjagtigheden af den reproducerede digitale audiosignaleksemplering beregner virkningen af at anvende et enkelt forstærkningsord for blokkene af eksempleringer på nøjagtigheden af hver reproduceret digital audiosignaleksemplering, og de første digitale audiosignalek- i. 20 sempleringer signalbehandles i overensstemmelse med den beregnede virkning til korrektion af hver digital audiosignaleksemplering for kompressionen i overensstemmelse med den første forudbestemte proces.

Yderligere træk ved den foreliggende opfindelse er omtalt under beskrivelsen af den foretrukne udførelsesform.

25 Opfindelsen skal nærmere forklares i det følgende under henvisning til tegningen, hvor DK 175140 B1 4 fig 1 viser et blokdiagram af en første de! af en foretrukken udførelsesform for et audiosignalbehandlingssystem ifølge opfindelsen anbragt ved en koder, fig. 2 et blokdiagram overen anden del afen foretrukken udførelsesform for audiosignal· behandlingssystemet ifølge opfindelsen lokaliseret ved en dekoder og 5 fig. 3 en illustration af den format, i hvilken den ’'forward error”korrigerede eksemplerin- ger overføres.

I den i fig. 1 viste udførelsesform for opfindelsen indeholder delen af audiosignalbehand-lingssystemet ved koderen følgende komponenter for hver audiokanal, en forebetoningsenhed 10, en begrænser 11, et 15 kHz lavpasfilter 12, en A/D-omsætter 13, en første 10 additionsenhed 14, en forsinkelsesenhed 15, en spidsværdidetektorenhed 16, en for-stærkningsberegningsenhed 17, en udgangsberegningsenhed 18, en første subtraktionsenhed 19, en kompressionsenhed 20, en ROM 21, en anden subtraktionsenhed 22, en multiplikator 23, et endeligt impulsgengivelsesfilter (FIR) 24 og en anden additionsenhed 25. Koderdelen af systemet indeholder desuden en (5,1) "forward-error"korrekti-15 onskoder 26, en (13,8) "forward-error"korrekhonsblokkoder 27 og en sammenfletnings-og parallel-til-serie omsætter formateringsenhed 28.

I fig. 2 indeholder delen af audiosignalbehandlingssystemet ved dekoderen en udfletnings- og serie-til-parallel omsætter formatenngsenhed 30, en (5,1) forward-error-korrektionsdekoder 31, en (13,8) forward-error-korrektionsblokdekoder 32 og en 4 20 ekspansionsenhed 33. Dekoderdelen indeholder desuden to audiokanaler, der hver især indeholder en D/A-omsætter 34, et lavpasfilter 35, en betoningsudligningsenhed 36 og en audioforstærker37.

Et analogt audiosignal på leder 39 - se fig. 1 - er forbetonet ved hjælp af forbetoningsenheden 10, klippet ved hjælp af begrænseren 11 og filtreret ved hjælp af lavpasfilteret 12, 25 inden det via leder 40 tilføres til A/D-omsætteren 13. A/D-omsætteren 13 eksemplerer 5 DK 175140 B1 det analoge signal ved en eksempleringshastighed på Fs i overensstemmelse med frekvensen af et kloksignal på leder 41, for derved at tilvejebringe digitale audiosignalek-semplennger på femten parallelle ledere 42

Hver af de digitale audiosignaleksempleringer er et binært signal bestående af femten bit 5 indeholdende en fortegnsbit "A" og fjorten størrelsesbit "B, C, D, E, F, G, Η, 1, J, K., L, Μ, N og O" i aftagende betydningsorden. Fortegnsbiten er adskilt fra eksempleringen og via leder 43 tilført til forsinkelsesenheden 15.

Systemet i fig. 1 og 2 er indrettet til at kompandere de digitale audiosignaleksempleringer i overensstemmelse med en μ-lov udgangsstruktur. En binær bit, der har værdien 10 "64" er derfor adderet til de fjorten størrelsesbit ved hjælp af additionsenheden 14 til tilvejebringelse af størrelsesbitene for kompression på leder 44. Et eventuelt overløb hidrørende fia en sådan addition er undertrykt. Ved anvendelse af en A-lov udgangsstruktur er der ikke behov for at addere en yderligere værdi til eksempleringen, og additionsenheden 14 er følgelig ikke inkluderet.

15 Et enkelt forstærkningsord beregnes for en blok bestående af halvfjerds eksempleringer. Forstærkningsordet beregnes og tilføres til leder 45 ved hjælp af forstærkningsberegningsenheden 17 i afhængighed afen detektion ved hjælp af spidsværdidetektionsenheden 16 af spidsværdien af det digitale audiosignal i blokken af halvf jerds eksempleringer. Forstærkningsordet beregnes for blokkene af eksempleringer i overensstemmelse med 20 positionen af de mest betydende" 1" bit i eksempleringeme, der har spidsværdi størrelsen. Forstærkningsordet er et ord på tre bit, der har en binær værdi på "7" ("IH"), når den mest betydende bit "B" er på T. Den binære værdi af det beregnede forstærkningsord aftager fra værdien "7" med" 1" for hver bitposition som den mest betydende "Γ bit af den detekterede spidsværdi- og størrelseseksemplering er mindre end den mest betydende bitpo-25 sition "B". Tilvejebringelsen af et forstærkningsord på tre bit giver derved otte mulige størrelsesområder, der skal repræsenteres ved kombinationen af forstærkningsordet og de komprimerede størrelsesbit af de digitale audiosignaleksempleringer.

6 DK 175140 B1

Den beskrevne blokkompandering sparer således næsten to bit per eksemplering til forskel fra systemer med øjeblikkelig kompandering og giver alligevel spidsværdisignaler med tilsvarende præcision. Forsinkelsesenheden 15 forsinker fortegnsbiten på leder 43 og størrelscsbitcne på ledere 44 under varigheden af klokken på halvfjerds eksemple-5 ringer, medens spidsværdieksempleringsstørrelsen detekteres og forstærkningsordet beregnes. Forsinkede fortegnsbit tilføres på leder 46, og de forsinkede fjorten størrelsesbit af den digitale audiosignaleksemplering tilføres på leder 47.

Den anden additionsenhed 25 adderer et filtreret fejlsignal på leder 49 til størrelsesbitene på leder 47 til korrektion af størrelsesbitene af den digitale audiosignaleksemplering 10 og tilvejebringer derved en korrigeret eksemplering af størrelsesbitene på leder 50. Frembringelsen af fejlsignalet på leder 49 vil blive beskrevet i det følgende.

Udgangsregneenheden 18 signalbehandler hver eksemplering af størrelsesbitene på leder 50 med forstærkningsordet på ledere 45 for den blok, der indeholder en sådan eksemplering i overensstemmelse med kompressionsprocessen af kompressionsenheden 20 og 15 ckspansionsprocessen af ekspansionsenheden 33 til beregning af virkningen af sådanne kompressions- og ekspansionsprocesser på nøjagtigheden af det reproducerede digitale audiosignal tilvejebragt ved hjælp af ekspansionsenheden 33 på leder 51. Resultaterne af sådanne kompressions- og ekspansionsprocesser er vist i tabel 1.

MBS Forstærk- Komprimerede Reproducerede ningsord størrelsesbit størrelsesbit AA B 111 BCOEFGH BCDEFGH1000000 20 C 110 COEFGHI 0CDEFGHI100000 0 101 DEFGHIJ 00DEFGHIJ10000 E 100 EFGHIJK 000EFGHIJK1000 F 011 FGHIJKL 0000FGHIJKL100 25 6 010 GHIJKLM OOOOOGHIJKLM10 H 001 HIJKLMN OOOOOOHIJKLMN1

1-0 000 IJKLMNO 00000001JKLMNO

TABEL 1 7 DK 175140 B1

Tabel 1 viser relationen mellem den mest betydende bitposition, der har en bit på 'Τ' i de detekterede spidsværdieksempleringer og beregnede forstærkningsord, og de komprimerede størrelsesbit tilvejebragt i overensstemmelse med kompressionsprocessen foretaget ved hjælp af kompressionsenheden 20. Størrelsesbitene i de resterende dele 5 af den binære digitale audiosignaleksemplering på leder 50 er afskåret.

Tabel 1 viser desuden de tilsvarende binære værdier af de reproducerede ditigale audio-signaleksempleringer tilvej ebragt i overensstemmelse med ekspansionsprocessen foretaget ved hjælp af ekspansionsenheden 33.1 ekspansionsprocessen er en bit på "1", der repræsenterer halvdelen af den mindst betydende størrelsesbit af de komprimerede 10 størrelsesbit, tilføjet til de komprimerede størrelsesbit til repræsentation af middelværdien af de størrelsesbit, der blev afskåret ved kompressionsprocessen. Udgangsberegningsenheden 18 tilvejebringer beregnede komprimerede størrelsesbit for hver eks-emplering på leder 53 til ROM 21. ROM 21 foretager en permanent lagring af alle de forskellige kombinationer af de forten beregnede reproducerede størrelsesbit svarende 15 til hver mulig kombination af beregnede komprimerede størrelsesbit og reagerer på de beregnede komprimerede størrelsesbit på leder 53 ved at tilvejebringe de forten beregnede reproducerede størrelsesbit for den umiddelbart signalbehandlede eksemplering på leder 54 til den anden subtraktionsenhed 22.

Subtraktionsenheden subtraherer de beregnede komprimerede størrelsesbit på leder 54 w 20 fra størrelsebitene af den digitale audiosignaleksemplering på leder 50 til tilvejebringelse af et udgangsfejlsignal på leder 55.

Multiplikationsenheden 23 multiplicerer fejlsignalet på leder 5 5 ved hjælp af fortegnsbiten på leder 46 til tilvejebringelse af et fejlsignal på leder 56, der filtreres ved hjælp af FIR filteret 24.

25 FIR-filteret 24 filtrerer fejlsignalet på leder 56 til tilvejebringelse af det filtrerede fejlsignal på leder 49, der adderes ved hjælp af den anden additionsenhed 25 som ovenfor 8 DK 175140 B1 beskrevet. Additionsenheden 25 adderer det filtrerede fejlsignal på leder 49 til den derefter tilvejebragte digitale audiosignaleksemplering på leder 47. Fejl fra tidligere eksemplennger er således akkumuleret, og en mindre udgangsfejl er mulig, når udgangsbåndbredden af systemet er mindre end eksempleringshastigheden Fs/2.

5 FIR-filteret 24 signalbehandler fejlsignalet på ledere 56 ved støjspektralfiltrering til reduktion af hørbare opfattede afskæringsfejl og/eller RMS afskæringsfejl, når det filtrerede fejlsignal adderes til den derefter tilvejebragte digitale audiosignaleksemplering på leder 47. Filtreringskarakteristikkeme bestemmes ved udvælgelse af koefficienterne af FIR-filteret 24.

10 Støj formningstrækket gør det muligt for designeren at ændre spektralindholdet af kvanti-seringsstøjen genereret ved hjælp afkompressionsenheden 20. Traditionelt er forbetoning og betoningsudligning anvendt til at tilvejebringe konturen af etaudiosystems støjs-pektraltæthed til forbedring af den opfattede kvalitet. Der har altid været klager omkring tabet af "hovedrum” (eng.: head room) som følge af forbetoning (klipning opstår ved 15 lavere niveauer for høje frekvenser end for lavere frekvenser). Brugen af støj formning til tilvejebringelse af konturen af systemstøj giver ikke en sådan differens i klippeniveau versus frekvens. Forbetoning og betoningsudligning er ikke desto mindre bibeholdt i den foretrukne udførelsesform som følge af, at de subjektive virkninger afbitfejl er væsentlig reduceret ved betoningsudligning. Forbetoningsenheden 10 tilvejebringer tilsvarende 20 konturerne af spcktraltætheden af det analoge indgangsaudiosignal på leder 39, og betoningsudligningsenheden 36 (fig. 2) foretager en betoningsudligning af det reproducerede analoge audiosignal på leder 48 til tilvejebringelse af konturen af kvatiseringsstøj-spektraltætheden af det reproducerede analoge audiosignal. En sådan tilvejebringelse af en kontur reducerer den hørbart opfattede effekt af eventuelle bitfejl i de reproducerede 25 digitale audiosignaleksempleringer.

Støj formning er en metode, der typisk anvendes til at reducere antallet af indgangs- eller udgangstilstande, der kræves i en D/A eller A/D proces, der drives med flere gange den 9 DK 175140 B1 nødvendige Nyquist-ekscmpleringshastighed. I systemet ifølge opfindelsen er støj formningsprocessen anvendt i forbindelse med svagt overeksemplerede systemer (10-2 0%).

Der er mulighed for væsentlige gevinster i signal-kvantiseringsstøjforhold for store signaler med dette træk. Hvis f.eks. RMS fejlen i en 20 kHz båndbredde er målt med en 5 eksempleringsfrekvens på 44 kHz, er udgangsbåndbredden lig med 18.7 kHz, og den tilførte forbetoning og betoningsudligning (50/15 psek. tidskonstanter) er forstærkningen 3.1 dB. Der cr større subjektive gevinster ved at vælge et andet kriterium for koefficienterne af FIR filteret 24. Ved et kompromis af RMS forbedringen tilvejebragt ved en 20 kHz båndbredde ved 0,1 dB, kan det opfattede signal-til-kvantiseringsstøj forhold 10 forbedres til 6,0 dB. Dette er ækvivalent med en yderligere nøjagtighed på en bit, og det giver omvendt mulighed for en yderligere kompressionsbit for ækvivalent opfattet kvalitet.

En anden fordel realiseret med dette træk er primært den subjektive fordel. Korrelerede fejlkomponenter kan opstå på signaler af lav hældning (lav frekvens), når der ikke er 15 tilstrækkelig meget rysten. Korrelationen af nærliggende eksempleringer resulterer i ikke-harmoniske toner af varierende frekvens. Dette er særlig alvorligt for lavfrekvente signaler (20-100 Hz), eftersom de ikke-harmoniske toner opstår omkring 1 hKz, hvor det menneskelige øre er mest følsomt. Dette er mere hørbart for forstyrrende end tilsvarende mængder hvid støj adderet til signalet, hvilket er virkningen, når der ikke er 20 nogen korrelation mellem nærliggende eksempleringer. Denne tilbagekoblingsstruktur af FIR-filteret 24 opbryder korrelerede signalkomponenter ved effektivt at ryste indgangsaudioeksempleringeme med formet kvantiseringsstøj.

Udgangsberegningsenheden 18 tilvejebringer også på leder 57 en fejlværdi, der er relateret til virkningen af at anvende et forstærkningsord for en blok af eksempleringer under 25 kompandering af individuelle eksempleringer af blokken. Som oven for nævnt i forbindelse med ekspansionsprocessen er en " 1" bit, som repræsenterer halvdelen af værdien af den mindst betydende størrelsesbit af den komprimerede størrelsesbit, tilføjet til den komprimerede størrelsesbit til repræsentation af middelværdien af de størrelsesbit, der 10 DK 175140 B1 blev afskåret ved kompressionsprocessen. Afhængigt af relevansen af blokforstærknings-ordet for den individuelle eksemplering, kan virkningen af at tilføje denne særlige " 1" bit være ganske betydelig. Hvis f.eks. blokforstærkningsordet er " 111 ”, og den mest betydende " 1" bit af eksempleringen er i bitpositionen "J", er virkningen af at tilføje denne særlige 5 "1" bit til ekspansionen den samme som ved tilføjelse af den binære værdi "64" til den individuelle eksemplering. For dette eksempel giver udgangsberegningsenheden således en fejlværdi på leder 57, der har en binær værdi på "64". Tabel 2 viser de beregnede fejlværdier for forskellige forstærkningsord i relation til bitpositionen af den mest betydende "Γ bit i den individuelle digitale audiosignaleksemplering.

10 FEJLVÆRDIER

Mest betydende bit position

forstarkningsord BCDEFGHJ

Hl 0 1 2 4 8 16 32 64 15 no 0 0 1 2 4 8 16 32 101 0 00 1 2 48 16 100 00001248 OH 00000124 010 00000012 20 001 00000001 ooo oooooooo TABEL 2

Subtraktionsenheden 19 subtraherer fejlværdien på leder 57 fra størrelsesbitene på leder 50 til tilvejebringelse af en korrigeret digital audiosignaleksemplering på leder 58 for 25 kompression ved hjælp afkompressionsenheden 20. Kompressionsenheden 20 tilvejebringer de syv komprimerede størrelsesbit på leder 60.

Det digitale signal er kodet for fejl ved overføring i fremadgående retning. Fortegnsbiten på leder 46 og de tre mest betydende størrelsesbit på leder 60 er tilført til (13,8) blokkoderen 27 sammen med tilsvarende fortegns- og størrelsesbit på ledere 61 og 62 fra en 11 DK 175140 B1 parret audiokanal. 13,8-blokkoderen 27 tilfører fem paritetsbit for de otte tilførte fortegns- og størrelsesbit og tilfører de fem paritetsbit sammen med disse otte fortegns-og størrelsesbit på tretten ledere 63 til sammeofletnings og parallel-til-serie omsæt-terenbeden 28.

5 13,8-koderen koder disse otte fortegns- og størrelsesbit for at muliggøre en detektion og korrektion af enkeltbitfejl under overføring af disse otte bit, og for at muliggøre en detektion af dobbeltfejl. En moderat udtømmende søgning blev foretaget til udvælgelse af koden implementeret ved hjælp af 13,8 koderen, og der eksisterer en stor gruppe af kodere med groft ækvivalente afstandsprofiler. Den cykliske kodeudledning blev valgt 10 til at lette implementeringen, idet den muliggør en arealeffektiv dekoder implementering.

Den valgte kodegeneratormatriks er vist i tabel 3. Notationen for præsentation af en sådan matriks er beskrevet i "Information Theory and Reliable Communication" af R. G. Gallager (1968).

:10 10 1 :11111 i ' : 1 1 0 1 0 :01101 : 1 0 0 11 : 1 1 1 0 0 :01110 :00111

1=8x8 IDENTITETSMATRIKS

TABEL 3 12 DK 175140 B1

Fejlkontrollen er mere effektiv end hidtil kendt. Systemet ifølge US patentskrift nr. 4.608.456 giver en enkelbit fejlkorrektion og en dobbeltbitfejldetektion og fortielse, men kræver fire bit per eksemplering til dette formål. Antallet af standsninger varierer med tilnærmelsesvis to gange den sandsynlige bitfejlhastighed PE i kanalen. The European 5 Broadcasting Union hår beskrevet et system, som giver dobbeltbitfejldetektion og enkelt- bitfejlkorrektion ved fem bit per eksemplering med en holdehastighed på 78 PE2, hvilket er bedre end det, der er omtalt i forbindelse med systemet ifølge 4.608.456 patentet ved bithastigheder mindre end 2.6 x 10'2, hvor begge systemer er i drift - se Specification of the the System of the MAC/Packet Family, Tech. 3258-E, European Broadcasting Union, 10 oktober 1986, Technical Center-Brussels. Den heri beskrevne fejlkontrol har 2.5 bit per audioekscmplering og samme 78 PE2 holdehastighedskarakteristikker. Den kendte teknik har stort set ækvivalente fejlstyringer udtrykt ved kapacitet, men virkningsgraden af dette system er 1,5 til 2,5 bit per eksemplering mere effektivt.

Overalt er kompressionsalgoritmen 2 bit per eksemplering bedre end den kendte teknik.

15 Støjformnings-kompressionsprocessen ifølge opfindelsen er inoperativ med μ-lov eller A-Iov, D/A omsættere og sparer 1 bit per eksemplering. Fejlstyringen er ækvivalent med styringen af den kendte teknik med en besparelse på 1,5 til 2,5 bit per eksemplering. Det samlede resultat er besparelser på 4,5 til 5 bit per eksemplering med tilsvarende kvalitet. Yderligere komformethed på signaler af lav hældning er reduceret 20 Forstærkningsordet på leder 45 er tilført til 5,1 koderen 26 sammen med et forstærkn ingsord på 1 eder 64 for den parrede audiokanal, hvorfra fortegnsbiten på leder 61 og syv størrelsesbit på leder 62 er udledt 5,1 koderen tilfører hver af de seks forstærkningsordbit fem gange på leder 65 til sammenfletnings- og parallcl-til-serieomsætterenheden 28. Forstærkningsordene er derved kodet for korrektion af fejl under transmission i fremad-25 gående retning for at muliggøre en detektion og korrektion af både enkelt- og dobbeltfejl under overføring af eventuelle bit af et forstærkningsord ved majoritetsafstemningstek-nikker af de fem gentagne bit.

13 DK 175140 B1

De fire mindst betydende bit af de komprimerede størrelsesbit på hver aflederne 60 og 62 er tilført direkte til sammenfletnings- og parallel-til-serieomsætterenheden 28 uden kodning til korrektion for fejl under transmission i fremadgående retning.

Sammenfletnings- og parallel-til-serieomsætterenheden 28 sammenfletter fortegnsbite-5 ne, størrelsesbitene og paritetsbitene i overensstemmelse med forsinkelsesmønsteret angivet i tabel 4, for derved at tilvejebringe en Hamming afstand på ti mellem kodede bit af den samme eksemplering. Støjburstsignaleme på op til ti eksempleringer vil således kunne håndteres. Sammenfletningen af de ikke-kodede, mindst betydende størrelsesbit reducerer RMS støjenergien.

TABEL 4 10 postion på Sammenfletkanal anbragt Udfletnings- ningsfor- i serie Bit type forsinkelse sinkelse 1 fortegnsbit, venstre 0 5 2 fortegnsbit, højre 1 4 3 MS størrelsesbit 6, venstre 2 4 4 MS størrelsesbit 6, højre 3 2 5 størrelsesbit 5, venstre 4 1 6 størrelsesbit 5, højre 5 0 ^ LS størrelsesbit 0, venstre 1 4 8 MS størrelsesbit 0, højre 2 3 9 størrelsesbit 1, venstre 3 2 10 størrelsesbit 1, højre 4 1 11 størrelsesbit 4, venstre 0 5 12 størrelsesbit 4, højre 1 4 13 paritetsbit4 2 3 14 paritetsbit 3 32 15 paritetsbit2 4 1 15 paritetsbi ti 5 0 17 størrel sesbit 2, venstre 1 4 18 størrelsesbit 2, højre 2 3 19 størrelsesbit 3, venstre 3 2 20 størrelsesbit 3, højre 4 1 21 paritetsbit 0 05 14 DK 175140 B1

Udtrykkene "venstre" og "højre" anvendes til at angive to forskellige audiokanaler og udtrykkene "MS" og "LS" refererer til de mest betydende og de mindst betydende.

En forstærkningsordbit overføres for hver niogfyrre sammenflettede eksempleringsbit.

Det er således ikke nødvendigt også at sammenflette forstærkningsordbitene.

5 1 en foretrukken udførelsesform, i hvilken de komprimerede og kodede bit er overført under det horisontale mellemrumsinterval HBI af et. fjernsynssignal, tilfører sammenfletnings- og parallel-til-serie omsætterenheden 28 bitene i den rækkefølge, der er vist i fig. 3 i hver sekvens af tre videolinier. "S-l" indikerer indstillingsnummcret en i en sekvens; nummeret i parentes indikerer antallet af bit fra dette sæt, "GW" indi-10 kerer en forstærkningsordbit, og "CB" indikerer videofarveburstsignalet, der typisk udsendes under den nævnte HBI. Syv komplette sæt overføres under varigheden af tre videolinier. En blok på halvfjerds kodede, komprimerede, digitale audiosignaleksemple-ringer for et par af audiokanaler overføres under varigheden af tredive videolinier. Under denne varighed er tredive forstærkningsord overført, og derved tilvejebringes fem repeti-15 tioner af hver af de tre forstærkningsordbit for hver af de to audiokanaler. I dekoderen, som er vist i fig. 2, udfletter udfletnings- og serie-til-parallel omsætterenheden 30 de overførte kodede og komprimerede eksempleringsbit og tilvejebringer de udflettede bit i parallel på ledere 67, idet de otte kodede bit tilføres til 13, 's blok dekoderen 32 (FEC. Udfletnings- og serie-til-parallel omsætterenheden 30 tilfører også de repeterede for-20 stærkningsordbit på leder 68 til 5,1 majoritetsdekoderen 31. Udfletningsforsinkelseme er angivet i tabel 4.

13,8 blokdekoderen 32 detekterer og korrigerer eventuelle enkeltbitfejl i sættet på otte kodede bit, og detekterer og skjuler eventuelle dobbeltbitfejl i sættet af otte kodebit. Fortielsen udføres ved at gentage det sidste korrekte eller korrigeret parrede eksemple-25 ringer i stedet for de eksempleringer, i hvilke de detekterede dobbeltbitfejl optræder.

15 DK 175140 B1 13,8 blokdekoderen 32 tilfører de otte dekodede fortegns- og størrelsesbit på leder 69 til ekspansionsenheden 33.

(5,1) majoritetsdekoderen 31 detekterer og korrigerer eventuelle enkeltbit- eller dobbeltbitfejl ved majoritetsafstemning af de fem repeterede bit for hver bit af forstærk-5 ningsordet og tilfører de tre forstærkningsordbit for hver af de to audiokanaler i parallel på leder 70 til ekspansionsenheden 33.

Den mindst betydende af de komprimerede størrelsesbit var ikke kodet for overføring til dekoderen (fig. 2), hvorved de tilføres direkte til ekspansionsenheden 33 på leder 71.

Ekspansionsenheden 33 separerer forstærkningsordene og fortegns- og størrelsesbitene 10 for de separate audiokanaler og signalbehandler forstærkningsordet, fortegnsbiten og størrelsesbitene af en individuel eksemplering for en enkelt kanal til tilvejebringelse af reproducerede digitale audiosignaleksempleringer for hver af udiokanaleme på separate femten bit liniesæt 51 og 52. Sammensætningen af de reproducerede digitale audiosignaleksempleringer tilvejebragt ved hjælp af ekspansionsenheden 33 er angivet 15 i tabel 1. Ved anvendelse af //-lov kompanderingsprocessen bliver den binære værdi af "64" subtraheret fra den binære signalværdi af den reproducerede digitale audiosignalek-semplering ved hjælp af ekspansionsenheden inden tilførslen af de reproducerede digitale audiosignaleksempleringer på ledere 51 og 52 for omsætning til analoge audiosignaler ved hjælp af D/A-omsætteme 34.

20 I hver audioudgangskanal omsætter D/A omsætteren 34 de reproducerede digitale audio- sigmaleksempleringer på leder 51 til et analogt audiosignal på leder 74. Alternativt vil der kunne anvendes en kompanderende D/A omsætter. En kompanderende D/A omsætter kombinerer ekspan ions- og D/A omsætningsfiinktioneme. Kompanderende D/A omsættere til at udføre enten μ-lov eller A-lov ekspansion er kendt for fagfolk, der er fortrolige 16 DK 175140 B1 med digitale signalkompanderingsteknikker. Sådanne kompanderende D/A omsættere er let tilgængelige, og deres anvendelse resulterer i reduktioner i fremstilllingsomkostnin-geme.

Claims (14)

17 DK 175140 B1

1. System til signalbehandling af audiosignaler, omfattende organer for tilvejebringelse af et forstærkningsord for en første digital audiosignalekscmplering, organer til signalbe- 5 handling af den første digitale audiosignaleksemplering med forstærkningsordet i overensstemmelse med en første forudbestemt proces til kompression af den første digitale audiosignaleksemplering, organer til signalbehandling af forstærkningsordet og den komprimerede digitale audiosignaleksemplering i overensstemmelse med en anden forudbestemt proces til tilvejebringelse af en reproducerbar, digital audiosignal-10 cksemplering, k e n d e t e g n e t ved, at det har organer til beregning af virkningen af den første og den anden forudbestemte proces på nøjagtigheden af den reproducerede digitale audiosignaleksemplering og organer til signalbehandling af den første digitale audiosignaleksemplering i overensstemmelse med den beregnede virkning til tilvejebringelse af en korrigeret digital audiosignaleksemplering for kompressionen i overensstemmelse 15 med den første forudbestemte proces.

2. System ifølge krav 1,kendetegnet ved, at organerne til beregning af virkningen af den første og den anden forudbestemte proces på nøjagtigheden af den reproducerede digitale audiosignaleksemplering omfatter organer til signalbehandling af den første digitale audiosignaleksemplering og forstærkningsordet for eksempleringen til tilvejc- 20 bringelse af en beregnet reproduceret digital audiosignaleksemplering, hvorhos organerne til tilvejebringelse af en korrigeret digital audiosignaleksemplering omfatter organer til subtraktion af den beregnede reproducerede digitale audiosignaleksemplering fra den relaterede første digitale audiosignaleksemplering til tilvejebringelse af et fejlsignal, organer til filtrering af fejlsignalet ved støjspektralfiltrering og organer til addition af det 25 filtrerede fejlsignal til den derefter tilvejebragte første digitale audiosignaleksemplering til tilvejebringelse af den korrigerede digitale audiosignaleksemplering. 18 DK 175140 B1

3 System ifølge krav 2, kendetegnet ved, at filtreringsorganeme signalbehandler fejlsignalet til reduktion af hørbart opfattede afskæringsfejl og/eller til reduktion af RMS afskæringsfejl, når det filtrerede fejlsignal adderes til den derefter tilvejebragte første digitale audiosignaleksemplering.

4. System ifølge krav 2, kendetegnet ved, at det omfatter organer til forbetoning af et analogt audioindgangssignal til tilvejebringelse af en kontur af spektraltætheden af det analoge audioindgangssignal, organer til omsætning af det forbetonede, analoge audioindgangssignal til de digitale audiosignaleksempleringer, organer til omsætning af de reproducerede, digitale audiosignaleksempleringer til et reproduceret analogt audio-10 signal, og organer til betoningsudligning af det reproducerede analoge audiosignal til tilvejebringelse af konturen af kvantiseringsstøj-spektraltætheden af det reproducerede analoge audiosignal, hvorhos den hørbart opfattede effekt af eventuelle bitfejl i de reproducerede digitale audiosignaleksempleringer reduceres under dannelsen af konturen.

5. System ifølge krav 2, kendetegnet ved, at organerne til tilvejebringelse af for-15 stærkningsordet omfatter organer til detektion af spidsværdien af den første digitale audiosignaleksempleringsstørrelse i en blok af et forudbestemtantal digitale audiosignaleksempleringer af første type, organer til beregning af forstærkningsordet for blokken af eksemplermger i overensstemmelse med positionen af de mest betydende " 1" bit i de første digitale audiosignaleksempleringer, der har den detekterede spidsværdistørrelse, 20 hvorhos kompressionsorganeme signalbehandler det beregnede forstærkningsord for blokkene af eksempleringer med hver af de digitale audiosignaleksempleringer i blokken under kompression af de første digitale audiosignaleksempleringer af blokken, hvorhos beregningsorganeme omfatter organer til signalbehandling af den første digitale audio-signalcksemplering og forstærkningsordet for blokkene af eksempleringer til tilvej ebrin-25 gelse af en fejlværdi relateret til virkningen af anvendelsen af forstærkningsordet for blokkene af eksempleringer under individuel kompresssion af de første digitale audiosignaleksempleringer og organer til tilvejebringelse af en fejlværdi relateret til virkningen 19 DK 175140 B1 af anvende 1 sen af forstærkningsordet for blokkene af eksempleringer under individuel kompression af de første digitale audiosignaleksempleringer, og hvor organerne til til· vejebringelse af en korrigeret digital audiosignaleksemplering omfatter organer til signalbehandling af fejlværdien med den korrigerede, digitale audiosignaleksemplering 5 til kompensation for fejlværdien inden kompression af den korrigerede digitale audiosignaleksemplering i overensstemmelse med den første forudbestemte proces.

6. System ifølge krav 1,kendetegnet ved, at organerne til tilvejebringelse af for-stærkningsordet omfatter organer til detektion af spidsværdien af den første digitale audiosignaleksemplering inden for en blok af et forudbestemt antal af sådanne digitale 10 audiosignaleksempleringer af første type og organer til beregning af forstærkningsordet for blokken af eksempleringer i overensstemmelse med positionen af de mest betydende " 1" bit i de første digitale audiosignaleksempleringer, der har den detekterede spidsværdi størrelse, hvorhos kompressionsorganeme signalbehandler det beregnede forstærknings-ord for blokkene af eksempleringer med hver af de digitale audiosignaleksempleringer 15 i blokken under kompression af de første digitale audiosignaleksempleringer af blokken, hvorhos beregningsorganeme omfatter organer til signalbehandling af den første digitale audiosignaleksemplering og forstærkningsordet for blokkene af eksempleringer til tilvejebringelse af en fejlværdi relateret til virkningen af anvendelsen af forstærkningsordet for blokkene af eksempleringer under individuel kompression af de første digitale 20 audiosignaleksempleringer, og hvor organerne til tilvejebringelse af en korrigeret digital audiosignaleksemplering omfatter organer til signalbehandling af fejlværdien med den første digitale audiosignaleksemplering til kompensation for fejlværdien, for derved at tilvejebringe den korrigerede digitale audiosignaleksemplering for kompensation i overensstemmelse med den første forudbestemte proces.

7. System ifølge krav 6, kendetegnet ved, at det omfatter organer til kun at foretage en "forward-error" korrektionskodning for de mere betydende bit af den komprimerede første digitale audiosignaleksemplering for overføring, for derigennem at muliggøre en korrektion af enkeltbitfejl under overføringen af de kodede eksempleringsbit, og for 20 DK 175140 B1 derigennem at detektere dobbeltbitfejl under overføringen af de kodede eksemplerings-bit.

8. System ifølge krav 7, kendetegnet ved, at det omfatter organer ved dekoderen til detektion og korrektion af enkeltbitfejl i de kodede bit af den komprimerede digitale au- 5 diosignaleksemplering og til at detektere og skjule dobbeltbitfejl i de kodede bit af den komprimerede digitale audiosignaleksemplering.

9. System ifølge krav 8, kendetegnet ved, at det beregnede forstærkningsord er et ord på tre bit, for derved at tilvejebringe otte mulige områder af størrelsesværdier, der skal repræsenteres ved hjælp af kombinationen af forstærkningsordet og de komprimere- 10 de digitale audiosignaleksempleringer.

10. System ifølge krav 7, kendetegnet ved, at det beregnede forstærkningsord er et ord på tre bit for derved at tilvejebringe otte mulige områder af størrelsesværdier, der skal repræsenteres ved hjælp af kombinationen af forstærkningsordet og de komprimerede digitale audiosignaleksempleringer.

11. System ifølge krav 1, hvor det frembragte forstærkningsord fra de pågældende orga ner overføres til cn dekoder sammen med den komprimerede første digitale audio signaleksemplering, idet organerne til at behandle forstærkningsordet og den første komprimerede digitale audiosignaleksemplering i overensstemmelse med en anden forudbestemt behandlingsproces til at frembringe en reproduceret digital audiosignalek-20 semplering er indrettet i dekoderen, kendetegnet ved, at det endvidere omfatter organer til at kode hver bit af forstærkningsordet til overførslen ved gentagelse af hver bit fem gange og organer til at dekode hver bit af det kodede forstærkningsord ved behandling af de fem gentagne bit ved en majoritetsafstemning for derved at korrigere for eventuelle enkelt-eller dobbeltfejl under overføringen af hver bit af forstærkningsordet 25 i overensstemmelse med majoritetsafstemningen. 21 DK 175140 B1

12. System ifølge krav 11,kendetegne tved, at det omfatter organer til kun at foretage en "forward-error"korrektionskodnmg af de mere betydende bit af den komprimerede første digitale audiosignaleksemplering for overføring med henblik på at muliggøre en korrektion af enkeltbitfejl under overføringen af de kodede eksempleringsbit, og for at 5 detektere dobbeltbitfejl under overføringen af de kodede eksempleringsbit.

13. System ifølge krav 12, kendetegnet ved, at det omfatter organer ved dekoderen for detektion og korrektion af enkeltbitfejl i de kodede bit af den komprimerede digitale audiosignaleksemplering, og for at detektere og skjule dobbeltbitfejl i de kodede bit af den komprimerede digitale audiosignaleksemplering.

14. System ifølge krav 11,kendetegnet ved, at det er beregnede forstærkningsord er et ord på tre bit for derved at tilvejebringe otte mulige områder af størrelsesværdier, der skal repræsenteres ved kombinationen af forstærkningsordet og de komprimerede, digitale audiosignaleksempleringer.