FI103443B - Menetelmä signaalin siirtämistä varten - Google Patents

Description

5 1 103443

Menetelmä signaalin siirtämistä varten - Förfarande för överfö-ring av en signal

Keksintö koskee menetelmää signaalin siirtämistä varten patenttivaatimuksen 1 johdannon mukaisesti.

Audiosignaalia siirrettäessä, esim. radio-, kaapeli- ja satel-10 liittiyhteydellä siirrettäessä, ja talletuslaitteiden yhteydessä tunnetaan analogisen audiosignaalin muuntaminen digitaaliseksi audiosignaaliksi määrätyllä erottelutarkkuudella, sen siirtäminen tässä muodossa ja toistossa sen muuntaminen jälleen analogiseksi signaaliksi. Digitaalisen siirron ansiosta saavu-15 tetaan erityisesti toistossa suurempi signaali-kohinasuhde.

Sellaisen signaalin siirtoa varten tarvittava kaistanleveys määräytyy oleellisesti aikayksikössä siirrettävien näytteiden lukumäärän sekä erottelutarkkuuden mukaan.

20 Käytännössä vaatimuksena on siirtoa varten tarvittavan kaistanleveyden pitäminen mahdollisimman pienenä, jotta tultaisiin toimeen kapeakaistaisella kanavalla tai jotta laajakaistaisen kanavan kautta voitaisiin siirtää samanaikaisesti mahdollisim-25 man monta audiosignaalia. Vaadittua kaistanleveyttä voidaan sinänsä pienentää vähentämällä näytearvoja tai bittien lukumää-rää näytearvoa kohti. Tästä toimenpiteestä on käytännössä kuitenkin seurauksena toiston laadun huononeminen.

.·. : 30 Julkaisusta DE-OS 35 06 912 tunnetussa menetelmässä toiston • · · laadun parantamiseksi digitaalinen audiosignaali jaetaan ajal- • « · lisesti peräkkäisiin osuuksiin ja muunnetaan lyhytaikaiseksi spektriksi, joka kulloinkin edustaa aikajakson signaalin spekt-·' : rikomponentteja. Psyko-akustisten lainalaisuuksien perusteella : ·. 35 lyhytaikaisessa spektrissä sellaiset komponentit, joita kuulija ei havaitse, jotka siis teleteknisesti ovat merkityksettömiä, voidaan yleensä löytää paremmin kuin aika-alueessa. Näitä j 103443 komponentteja painotetaan siirrossa vähemmän tai ne jätetään kokonaan pois. Tämän johdosta siirrossa voidaan jättää pois merkittävä osa muutoin välttämättömästä datasta, niin että keskimääräistä bittinopeutta voidaan oleellisesti pienentää.

5

Aikaosuuksia muodostamalla häiritään kuitenkin taajuuden erot-telutarkkuutta, koska alkuperäisen signaalin spektriin lisäksi liitetään ikkunan alussa ja lopussa olevan signaalin nousun ja laskun aiheuttamat spektriosuudet. Taajuuden erottelutarkkuuden 10 parantaminen voidaan saavuttaa ikkunafunktion luiskan pienemmällä jyrkkyydellä sekä venyttämällä luiska-aluetta ikkunan sisällä. Tällä keinolla vaaditaan välttämättä viereisten aikajaksojen limittyminen.

15 Jos luiska-aluetta venytetään niin paljon, ettei ikkunafunkti-oilla enää missään alueessa ole vakioarvoa, niin viereisten aikajaksojen limityksen on oltava 50 %. Siten näytearvojen lukumäärä ja vastaavasti datamäärä kaksinkertaistuu.

20 Julkaisusta J.P.Princen ja A.B.Bradley: "Analysis/Synthesis

Filter Bank Design Based on Time Domain Aliasing Cancellation", IEEE Transactions, ASSP-34, nro 5, lokak. 1986, s. 1153 - 1161; ja julkaisusta J.P.Princen A.W Johnson ja A.B.Bradley: "Sub- band/Transform Coding Using Filter Bank Design Based on Time 25 Domain Aliasing Cancellation", IEEE Int. Conference on Acous- '·' · tics, Speech and Signal Processing 1987, s. 2161 - 2164, on • · : sinänsä tunnettua, että peräkkäisten aikajaksojen 50 %:n :1·1: limityksellä datamäärä vähennetään jälleen alkuperäiseen arvoon siten, että koodataan vain joka toinen näytearvo. Harvennetun : 30 näytteenoton johdosta syntyvät alias-komponentit korostuvat • · tässä viite julkaisussa kuvatussa menetelmässä takaisin muunta- « # « misen jälkeen aikajaksoja yhdistettäessä.

• · · • · · : ,· On osoittautunut, että aikajakson puitteissa, erityisesti . .35 lepotilasta alkavien signaalien vasta lohkon kuluessa esiinty vien apmlitudivaihtelujen yhteydessä näihin signaaleihin on siirron jälkeen summautunut havaittavia häiriöitä. Havaittavuu- 103443 3 den syynä on se, että häiriöt esiintyvät myös ennen signaalien alkua ja siten niitä ei vaimenneta riittävästi.

Näitä häiriöitä voi syntyä esim. kvantisointikohinan johdosta, 5 joka summautuu lyhytaikaiseen spektriin. Takaisin muuntamisen jälkeen kohinaosuudet esiintyvät sitten aika-alueessa koko lohkon puitteissa.

Näiden häiriöiden pienentämiseksi voidaan siinä lohkossa oleviin 10 signaaleihin, jossa tason muutos esiintyy, kohdistaa kompressio ja takaisin muunnoksen jälkeen ekspansio. Ellei tason korotus tällöin kuitenkaan ulotu kompression suorittamista varten koko lohkon yli, niin signaaliosuudet liittyvät toiseen lohkoaluee-seen alias-komponenteilla, jotka eivät ole palautettavissa 15 ekspansiolla.

Keksinnön tehtävänä on alussa mainittua lajia olevan menetelmän yhteydessä yhdistää muunnetun signaalin analyysitarkkuuden parantaminen ja signaali-kohinasuhteen parantaminen voimak-20 käissä signaalin muutoksissa.

Tämä tehtävä ratkaistaan patenttivaatimuksen 1 johdannossa selitetyn menetelmän yhteydessä tunnusmerkkiosassa esitetyin tunnusmerkein.

. 25 • ; Keksinnön mukaisessa menetelmässä käytetään siis sellaisten • · :/.j signaalien yhteydessä, joihin kohdistuu vain vähäisiä tason muutoksia, limittyviä lohkoja ikkunafunktioilla, jotka tarjoavat suuren analyysitarkkuuden. Jos nyt ilmaistaan tasohyppy, .·. : 30 joka alittaa ennalta määrätyn kynnysarvon, niin ikkunafunktioita • · muutetaan.

• · · 1 · · ’··' Näillä muutetuilla ikkunafunktioilla on vain vähäinen limitys tai limitys voi puuttua kokonaan. Muunnoksen jälkeen esiinty-. '· 35 vistä lyhytaikaisista spektreistä ei enää oteta näytteitä . harvennetusti, vaan niille suoritetaan täydellinen näytteenot to. Siten tässä ei voi syntyä mitään alias-komponentte ja. Tällöin 4 103443 on pakko ottaa lukuun, että limitysalueiden puitteissa kaksinkertaisesti esiintyvät spektriarvot lisäävät koodattavaa datamäärää. Muutetulla ikkunafunktiolla painotettuihin signaaleihin voidaan kohdistaa kompressio ja sen jälkeen komplementaarinen 5 ekspansio. Siten pienennetään takaisin muuntamisen jälkeen ennen tasohyppyä esiintyneitä häiriöitä, joita myös sanotaan esikai-uksi. Tasohypyn jälkeen signaalia käsitellään jälleen limittyvissä lohkoissa.

10 Muunnelmia ja edullisia toteutuksia ilmenee patenttivaatimuksista, selityksestä ja piirustuksesta, joissa selitetään suori-tusesimerkkiä.

Piirustuksessa 15 kuvio 1 esittää vuokaavion keksinnön oleellisin menetelmävai-hein, kuviossa 2 on hyötysignaalin ja alias-komponenttien esitys käytettäessä kirjallisuusviitteen "Princen & Bradley" 20 mukaista menetelmää, kuvio 3 esittää ikkunafunktion ajallisen järjestyksen signaali-hypyn yhteydessä, kuvio 4 on samantapainen esitys kuin kuviossa 3, mutta kuitenkin toisella ikkunafunktiolla, 25 kuvio 5 esittää "Time Domain Aliasing Cancellation"-menetelmän • : käyttöön sopivan ikkunafunktion, : kuviot 6a - 6d ovat lohkon aloittavan signaalin kulku alkupe- räisenä sekä takaisin muuntamisen jälkeen, kuvio 7 esittää jaon alilohkoihin, .*. : 30 kuviossa 8 on ikkunafunktio, johon lohkot summataan, • · kuvio 9 esittää energian jakautumisen lohkossa kompressiolla ja « · · • ilman kompressiota, kuviossa 10 esitetään korostamaton ja korostettu signaali : signaalihypyn yhteydessä limittymättömin ikkunoin aliloh- \ 35 kojen energian laskemiseksi, kuvio 11 on samanlainen esitys kuin kuvio 10, mutta kuitenkin 50 % limittyvin ikkunoin alilohkojen energian laskemiseksi.

, 103443

D

Kuviossa 1 esitetyssä vuokaaviossa on esitetty eri menetelmä-vaiheet keksinnön menetelmän suorittamiseksi.

Menetelmän lähtösuureen muodostaa analoginen audiosignaali, 5 joka menetelmävaiheen 1 mukaan muunnetaan digitaaliseksi signaaliksi, jolla amplitudiarvot ovat digitaalisesti koodattuina näytearvoina.

Menetelmävaiheessa 2 ikkunoidaan jatkuva signaali siten, että 10 valitaan joukko peräkkäisiä näytearvoja, käsillä olevassa tapauksessa 1024 näytearvoa.

Menetelmävaiheessa 3 tehdään ennalta annetun kynnysarvon ylittävää tasohyppyä koskeva päätös. Ellei tasohyppyä esiinny, niin 15 jatketaan menetelmävaiheeseen 4.

Menetelmävaiheessa 4 muodostetaan valituista näytearvoista lohkoja, jotka ajallisesti limittyvät 50 %. Tämä tarkoittaa sitä, että vierekkäiset lohkot sisältävät osittain samoja näytearvoja, 20 joskin eri paikoissa. Siten käsillä olevan lohkon ensimmäisessä puolikkaassa olevat näytearvon vastaavat edellisen lohkon toisessa puolikkaassa olevia näytearvoja.

Menetelmävaiheessa 5 tutkitaan lohkoihin sisältyviä signaa-25 liosuuksia analyysi-ikkunoilla. Täten muodostetaan pehmeä sig- • : naalin alkaminen ja loppuminen lohkorajoilla, joka lisää analyysitarkkuutta seuraavan muunnoksen yhteydessä.

• · · » f 1 t · I •

Menetelmävaiheessa 6 muunnos muodostaa tähän saakka aikadiskree- .·. : 30 tit signaalit taajuusdiskreeteiksi signaaleiksi. Amplitudiarvo-• · jen sijasta esiintyy nyt spektriarvoja, jotka kulloinkin • · ♦ käsittävät reaali- ja imaginaariosan.

• · · : Sen jälkeen menetelmävaiheessa 7 seuraa spektriarvojen muunta- ·. 35 minen esitysmuotoon, jossa on pseudomäärät ja -vaiheet. Sen jälkeen spektriarvot valmistellaan ja sovitetaan siirtomenetelmää varten, kuten julkaisussa DE-OS 35 06 912 selitetään.

6 103443

Spektriarvojen muuntamisen yhteydessä suoritetaan samalla harvennettu näytteenotto. Tämän tuloksena siirrettävien arvojen lukumäärä jälleen vastaa alkuperäisten näytearvojen lukumäärää. Lohkojen 50 %:n limityksen johdosta aiheutuva datan kahdennus 5 on tässä siis jälleen kumottu.

Viitenumerolla 8 merkityssä menetelmävaiheessa on yhdistetty useampia erillisiä vaiheita, jotka käsittävät koodauksen, mahdollisesti datan pelkistämisen, siirron ja dekoodauksen. Nämä 10 menetelmävaiheet voidaan toteuttaa julkaisun DE-OS 35 06 912 menetelmää vastaten.

Menetelmävaiheessa 9 tapahtuu nyt menetelmävaiheen 6 suhteen käänteinen muunnos, joka kuitenkin edeltävän datan pelkistämisen 15 yhteydessä kohdistuu muutettuun, psykoakustisista redundanteis-ta osista puhdistettuun signaaliin. Käänteisen muunnoksen tuloksena on jälleen aikadiskreettejä signaaleja edustavat lohkot jatkuvan signaalin signaaliosuuksien muodossa. Lohkoissa on nyt kuitenkin vain puolet alkuperäisistä näytearvoista.

20

Seuraavassa menetelmävaiheessa 10 suoritetaan lohkojen painotus synteesi-ikkunoilla. Synteesi-ikkunafunktiot on muodostettu siten, että menetelmävaiheessa 5 analyysi-ikkunoiden johdosta syntyneet signaalin häiriöt jälleen kumoutuvat. Tässä käytetyt 25 synteesi-ikkunafunktiot täyttävät kaksi ehtoa. Ensiksi ne • : täydentyvät limitysalueella vastaavien analyysi-ikkunoiden • · i/.· kanssa yhdeksi. Toiseksi limitysalueen keskellä peilautuvan analyysi-ikkunan lohkoa n varten olevalla synteesi-ikkunalla kerrottuna ja limitysalueen keskellä peilautuvan analyysi-ikku- .·. 30 nan lohkoa n+1 varten olevalla synteesi-ikkunalla kerrottuna • · erotus on nolla limitysalueella. Viimeksimainittu ehto sisältää • · · 1 aliaskomponenttien kompensoinnin.

• · · " Menetelmävaiheessa 11 summataan 50 %:sti limittyvät lohkot, • '· 35 jolloin aliaskomponentit kummassakin limittyvässä lohkossa kulloinkin esiintyvät vastakkaisella etumerkillä, niin että ne summauksessa kompensoituvat nollaksi.

7 103443

Menetelmävaihe 12 esittää jatkuvien näytearvojen muodostamisen lohkojen ja ikkunoitujen signaaliosuuksien yhteen littämisen avulla.

5 Lopuksi suoritetaan viitenumerolla 13 merkityssä menetelmävai-heessa digitaalisesti koodattujen näytearvojen muuntaminen analogiseksi signaaliksi, josta tosin puuttuu objektiivisia osuuksia, mutta jonka kuitenkin subjektiivisesti on havaittu olevan identtinen alkuperäisen signaalin kanssa.

10

Jos sitävastoin menetelmävaiheessa 3 tehdyn päätöksen mukaan esiintyy tasohyppy, niin jatketaan menetelmävaiheella 14.

Menetelmävaiheessa 14 valituista näytearvoista muodostetaan 15 lohkoja, jotka ajallisesti eivät limity tai limittyvät oleellisesti vähemmän kuin 50 %.

Menetelmävaiheessa 15 tutkitaan lohkoihin sisältyviä signaa-liosuuksia analyysi-ikkunoin, joilla on jyrkkäluiskainen kulku.

20

Menetelmävaiheessa 16 tapahtuu kompressio.

Menetelmävaihe 17, joka vastaa menetelmävaihetta 6, käsittää tähän saakka aikadiskreetin signaalin muunnoksen taajuuden 25 suhteen diskreetiksi signaaliksi. Amplitudiarvojen sijasta nyt * * esiintyy spektriarvoja, jotka kulloinkin käsittävät reaali- ja • · ·.*·· imaginaariosan.

• « · · « • · «

Sen jälkeen menetelmävaiheessa 18 tapahtuu spektriarvojen ·*·.· 30 muuntaminen esitysmuotoon, jossa on pseudomäärät ja -vaiheet. * »

Sen jälkeen spektriarvot valmistellaan ja sovitetaan siirto-*. menetelmää varten, kuten julkaisussa DE-OS 35 06 912 selitetään.

Toisin kuin menetelmävaiheessa 7 tässä ei kuitenkaan suoriteta näytteityksen harventamista.

Viitenumerolla 19 merkityssä menetelmävaiheessa, joka vastaa menetelmävaihetta 8, on yhdistetty useampia erillisiä vaiheita, : 35 8 103443 jotka käsittävät koodauksen, mahdollisesti datan pelkistämisen, siirron ja dekoodauksen. Nämä menetelmävaiheet voidaan toteuttaa julkaisun DE-OS 35 06 912 menetelmää vastaten.

5 Menetelmävaiheessa 20 tapahtuu, samalla tavalla kuin menetelmä-vaiheessa 9, menetelmävaiheen 17 ja vast. 6 suhteen käänteinen muunnos, joka kuitenkin edeltävän datan pelkistämisen yhteydessä kohdistuu muutettuun, psykoakustisista redundanteista osista puhdistettuun signaaliin. Käänteisen muunnoksen tuloksena on 10 jälleen aikadiskreettejä signaaleja edustavat lohkot. Lohkoissa on nyt kuitenkin vain puolet alkuperäisistä näytearvoista.

Seuraavassa menetelmävaiheessa 21 suoritetaan ekspansio.

15 Seuraavassa menetelmävaiheessa 22 suoritetaan lohkojen painotus synteesi-ikkunoilla. Synteesi-ikkunafunktiot on muodostettu siten, että menetelmävaiheessa 5 analyysi-ikkunoiden johdosta syntyneet signaalin häiriöt jälleen kumoutuvat.

20 Menetelmävaiheessa 23 lohkot summataan, jos ne limittyvät.

Sen jäkeen suoritetaan jo selitetyt yhteiset menetelmävaiheet 12 ja 13.

: 25 Kuvio 2 esittää hyötysignaalin ja aliaskomponentit muunnosloh- ; kolia, sellaisena kuin se syntyisi Princen ja Bradleyn mukaisella • « :#*.| "Time Domain Aliasing Cancellation"-menetelmällä. Aliaskom- :*·*: ponentit muodostuvat lohkopuolikkaan hyötysignaalin heijastumi- sesta symmetriaviialla tb/4 tai 3tb/4. 50 % limittyvien naapu- : 30 rilohkojen limittyvän summauksen johdosta aliaskomponentit • · kumoutuvat täsmälleen, koska niillä tässä on vastaavasti • · · vastakkaiset etumerkit. Siten palautetaan oikea hyötysignaali • · · *.t.‘ takaisin muunnoksen jälkeen.

35 Jos lohkoon erikseen kohdistettaisiin kompressio ja sitä sen jälkeen käsiteltäisiin "Time Domain Aliasing Cancellation"-menetelmällä, niin kompressiota ei enää voitaisi palauttaa 9 103443 ekspansiolla. Jos esim. signaaleja lohkon ensimmäisessä neljänneksessä on korostettu, niin nämä korostetut signaaliosuudet esiintyvät lohkon toisessa neljänneksessä aliaskomponentteina ja liittyvät summautuvasti hyötysignaaliin. Näitä kompression 5 johdosta muuttuneita aliaskomponentteja ei enää voida kompensoida naapurilohkojen aliaskomponenteilla.

Tämän johdosta kun signaalihyppy tunnistetaan, vaihdetaan ennen kompression suorittamista toiseen ikkunaan, joka ei enää 10 muodosta voimakkaasti limittyviä lohkoja, ja näillä lohkoilla ei enää käytetä "Time Domain Aliasing Cancellation"-menetelmää. Sellaisten lohkojen ajallista järjestystä on havainnollistettu seuraavissa kuvioissa 3 ja 4.

15 Kuvio 3 esittää lohkojen ajallisen järjestyksen ja siinä esitetään painotusta varten käytettyjä ikkunafunktioita signaa-lihypyn ilmaisun yhteydessä, jolloin signaalihypyn aikana ei esiinny limittyviä lohkoja.

20 Rivillä 1 on esitetty lohko, joka limittyy 50 % edellisen ja seuraavan lohkon kanssa. Molemmissa lohkopuolikkaissa esiintyy aliaskomponentteja.

Rivillä 2 on esitetty aloituslohko, jolla limitys seuraavan 25 lohkon kanssa on 0 %. Aliaskomponentteja esiintyy nyt vain ensimmäisessä lohkopuolikkaassa, koska lohkon viimeinen neljän- • · !/·{ nes on yhtä kuin nolla.

• · · « · · • · ·

Rivi 3 esittää samalla lohkonpituudella varustetun lohkon, joka .·. : 30 on tutkittu suorakaiteen muotoisella ikkunafunktiolla. Tässä • · · • · lohkossa voidaan suorittaa lohkon pituuden yli ulottuva signaa- • · ·

Iin kompressio ja laajennus.

• « · « « · * « ·

Rivi 4 esittää lopetuslohkon, jolla limitys edellisen lohkon 35 kanssa on 0 %. Aliaskomponentteja esiintyy nyt vain toisessa lohkoneljänneksessä, koska lohkon ensimmäinen neljännes on yhtä kuin nolla.

1° 103443

Rivillä 5 on jälleen esitetty rivillä 1 olevaa lohkoa vastaava lohko. Tällä lohkolla limitys edellisen ja seuraavan lohkon kanssa on 50 %.

5 Kuvio 4 esittää lohkojen ajallisen järjestyksen, jossa on esitetty painotusta varten käytetyt ikkunafunktiot, kun on ilmaistu signaalihyppy, jolloin signaalihypyn aikana esiintyy keskenään 6,25 % limittyviä lohkoja.

10 Rivillä 1 on esitetty lohko, joka limittyy 50 % edellisen ja seuraavan lohkon kanssa. Kummassakin lohkopuolikkaassa esiintyy aliaskomponentteja.

Rivillä 2 on esitetty aloituslohko 6,25 %:n limityksellä 15 seuraavan lohkon suhteen. Aliaskomponentteja esiintyy nyt vain ensimmäisessä lohkopuolikkaassa, koska lohkon viimeinen neljännes on yhtä kuin nolla.

Rivi 3 esittää samalla lohkonpituudella varustetun lohkon, joka 20 on tutkittu suorakaiteen muotoisella ikkunafunktiolla, kuitenkin ilman limitystä.

Rivi 4 esittää lopetuslohkon, jolla limitys edellisen lohkon kanssa on 6,25 %. Aliaskomponentteja esiintyy nyt vain toisessa , 25 lohkopuolikkaassa, koska lohkon ensimmäinen neljännes on yhtä kuin nolla.

• · t t « • · · • ·

Rivillä 5 on jälleen esitetty rivillä 1 olevaa lohkoa vastaava lohko. Tällä lohkolla limitys edellisen ja seuraavan lohkon .·. : 30 kanssa on 50 %.

• · * • · II· • · ·

Tasohypyn alueella tässä käytetyillä ikkunoilla on kosinifunk-r.:.? tiota vastaava keskimääräinen vakio kulku ja luiskat. Luiskien :>t,: alueella olevan limityksen johdosta syntyy muunnoksen jälkeen .".•.35 12,5 % enemmän spektriarvoja kuin kuvion 1 mukaisilla limitty- mättömillä suorakaiteen muotoisilla lohkoilla.

η 103443 Tämän huomioonottamiseksi koodauksessa voidaan suorittaa lohkot kattava bittien osoittaminen, laajempi kvantisointi tai vähemmän merkitsevien spektriarvojen vaimentaminen.

5 Kuvio 5 esittää "Time Domain Aliasing Cancellation"-menetelmään soveltuvan ikkunafunktion, nimittäin analyysi- ja synteesi-ikkunan, jonka yhteydessä synteesi-ikkunafunktio lasketaan kolmesta vapaasti valitusta keksinnön mukaisesta analyysi-ik-kunafunktiosta alla olevien yhtälöiden mukaan: 10 an-l(TB/2 - t) sn(t) = - ; 0 <t < Tb/2 an(TB/2 -t) * an+i(t) + an(t) * an+i(TB/2 -t) 15 an(TB/2 - t) sn+l(t)= - ; 0 <t < Tb/2 an(TB/2 -t) * an+i(t) + an(t) * an+i(TB/2 -t) 20 Tässä yhtälössä ovat: an(t) analyysi-ikkunafunktio lohkoa n varten,

Sn(t) synteesi-ikkunafunktio lohkoa n varten, an+i(t) analyysi-ikkunafunktio lohkoa n+1 varten, : 25 Sn+i(t) synteesi-ikkunafunktio lohkoa n+1 varten, ja TB on lohkon aika.

• · t · I • · • · Näitä yhtälöitä käytettäessä analyysi- ja synteesi-ikkunalla tutkitut signaalit täydentyvät yhdeksi ja aliaskomponentit : 30 kompensoidaan.

• · • · · « « · • ♦ ·

Keksinnön mukaisessa menetelmässä huomioonotettua tapausta, jossa signaali alkaa äkkiä lepotilasta ja jossa tämä aloitus tapahtuu lohkon sisällä, esim. sen toisessa puolikkaassa, . 35 käsitellään seuraavissa kuvioissa 6a - 6d. Tämä tapaus on kuviossa 6a esitetty aika-alueen osalta. Kuvio 6b esittää muunnetun signaalin. Koodauksen aiheuttamien kvantisointivir- 12 103443 heiden takia kuviossa 6b esitettyyn spektriin summautuu häiriös-pektri, niin että syntyy kuviossa 6c esitetty spektri. Takaisin muunnoksen jälkeen tämä häiriöspektri ei vaikuta signaalin kulkuun vasta signaalin alusta alkaen, vaan jo lohkon alusta, 5 kuten kuvio 6d esittää. Koska esivaikutus on pienempi kuin jälkivaikutus, tämä häiriö voi tulla kuuluvaksi. Lohkon sisällä tapahtuvan vastaavan kompression avulla ennen muunnosta ja siirtoa sekä ekspansiolla siirron ja takaisin muunnoksen jälkeen signaali-kohinasuhdetta voidaan merkittävästi parantaa.

10 Tätä varten jaetaan jokainen lohko 116, 117 alilohkoihin, kuten kuviossa 7 on esitetty. Näillä alilohkoilla 119, 120, 121,... on muualla kuin lohkon reunan kohdalla sama kestoaika, siten että ne kulloinkin limittyvät puoliksi. Lohkon reunan kohdalla 15 tapahtuu limittyminen alilohkojen 118 kanssa, joilla ajallinen kesto on puolet. Näiden limittyvien suorakaiteen muotoisten alilohkojen puitteissa määritetään keskimääräinen signaaliteho (aikavälin energia jaettuna aikavälin kestoajalla).

20 Seuraavassa vaiheessa tutkitaan kuvion 8 esittämällä tavalla ensin suorakaiteen muotoisia alilohkoja 119, 120, 121,...

cos -ikkunafunktiolla 122. Aikavälit, jotka ovat lohkon reunan kohdalla ja joiden ajallinen pituus on vain puolet muiden < ' , , 2 alilohkojen pituudesta, painotetaan cos -puoli-ikkunalla 123.

25 Limittyvät painotusfunktiot täydentyvät signaalilohkon jokai- 'sella hetkellä arvoksi 1.

• · » · 1 • «f • « jT: Kuviossa 9 on esitetty miten alilohkojen 119, 120, 121,...

signaaleja vahvistetaan tai vastaavasti heikennetään, vastaten .·. : 30 eheinä viivoina piirrettyjä ilmaistuja keskimääräisiä tehoja, siten että alilohkojen 119, 120, 121,... katkoviivoin piirretyt

t « I

keskimääräiset tehot tulevat likimain yhtä suuriksi. Esityksen havainnollisuuden vuoksi lohkoja ei ole tässä piirretty katko-viivoin. Signaalien vahvistamisen ja heikentämisen johdosta 35 lohkon hyötyenergian ja koodauksen johdosta syntyneen lohkon häiriöenergian välinen suhde ei muutu. Toisaalta tämän toimenpiteen johdosta saavutetaan se, että kaikilla alilohkoilla on 13 103443 sama signaali-kohinasuhde. Signaali-kohinasuhteen suhteen saavutetaan myös sama, kuin jos aiemmin olisi ikkunoimisen avulla valittu lohkoja, joiden koko vastaisi alilohkojen kokoa. Edellä mainitut lyhyempien lohkojen haitat kuitenkin vältetään.

5

Limittyvät alilohkot mitoitetaan psyko-akustisista syistä ajallisesti n. 2 - 4 ms pituisiksi. Lohkoilla, joissa on n. 1000 näytearvoa näytteenottotaajuudella 44,1 kHz tämä vastaa noin 10 - 20 alilohkon muodostamista. Lisäksi psyko-akustisista syistä 10 on tarkoituksenmukaista rajoittaa signaalin vahvistus maksimiarvoon noin. 40 dB.

Rittää kun vahvistuskertoimet kvantisoidaan, jolloin kvan-tisointi voidaan suorittaa suhteellisen karkeasti, jotta kvan-15 tisointiportaita varten välttämätöntä dataa rajoitettaisiin. Kvantisointi voidaan suorittaa siten, että pienempiä vahvistus-kertoimia varten valitaan pienemmät kvantisoinnin porraskor-keudet kuin suurempia varten. Tällöin kvantisointi mitoitetaan siten, ettei korostetun lohkon keskimääräinen teho ylitä tehoa 20 siinä alilohkossa, jossa on ilmaistu suurin keskimääräinen teho, siis vertailulohkossa. Tällä tavalla on mahdollista saavuttaa jopa hyötyä lohkon hyötyenergian ja lohkon häiriöenergian suhteessa. Tässä tapauksessa kaikkien lohkojen signaali-kohinasuhde ei kuitenkaan enää ole sama, vaan vain likimain sama. 25 • i Jos limittyvillä ikkunafunktioilla painotetaan vain niitä ί^’.ί alilohkoja, joissa sxgnaalxen kompressxo tapahtuu, mutta ex alilohkoja, jotka toimivat keskimääräisten signaalitehojen muodostamiseksi vahvistuskertoimien laskemista varten, määrät- .·. : 30 tyjen signaalihyppyjen yhteydessä voi syntyä ylisuuria vahvis- • · tuskertoimia.

• · « 1 ♦ Tämä tapaus on kuviossa 10 esitetty ideaalisen porrashypyn osalta. Korostamaton signaalin kulku on merkitty 126, korostettu 35 signaalin kulku viitenumerolla 127. Pienet kirjaimet aO - a8 vastaavat korostuskertoimia, joita myös sanotaan vahvistusker-toimiksi. Ylikorostus esiintyy silloin, kun hypyn luiskat ja 14 103443 alilohkojen rajat eivät vastaa toisiaan.

Ylikorostuksen pienenä pitämiseksi suoritetaan erään muunnelman mukaisesti myös keskimääräisten signaalitehojen muodostaminen 5 lohkoissa, joilla on 50 % limitys, tässä kuitenkin suorakaiteen muotoisilla ikkunoilla. Ne vastaavat suoraan alilohkoja, joissa signaali vahvistetaan. Tämän toimenpiteen tulos on esitetty kuviossa 11 samalle signaalihypylle. Viitenumerolla 126 on jälleen merkitty korostamatonta signaalin kulkua, ja viitenume-10 rolla 128 on tällä kertaa merkitty signaalin korostettu muutettu kulku.

Jos tässä selitettyä menetelmää käytetään koko audiosignaalia varten, niin vahvistuskertoimet ovat oikein vain suuren energian 15 sisältävillä spektriosuuksilla, koska nämä oleellisesti määräävät kertoimet. Audiosignaaleilla spektriosuudet noin 3 kHz:iin saakka ovat lähes aina eniten energiaa sisältäviä.

Jos menetelmällä on noin 3 kHz:iin ulottuvia energiatiheitä 20 spektriosuuksia varten suurin esitystarkkuus, niin suurempien taajuuksien yhteydessä signaalihypyt, joilla on pienemmät energian osuudet, johtavat koodauksessa suurempiin epätarkkuuksiin, joka mahdollisesti johtaa kuuluviin häiriöihin.

25 Signaalille voidaan myös ennen siirtoa ja koodausta tehdä '·"· esikorostus ja siirron ja dekoodauksen jälkeen tehdä jälkikor- • 1 ·/·· jaus.

·«· • · · • « · .·.: 30 • · · # · · • · · • 1 1 4 35 · · ' « f

Claims (15)

1. Menetelmä audiosignaalin siirtämistä varten, jossa analoginen signaali muunnetaan digitaaliseksi signaaliksi, siirretään ja muunnetaan jälleen analogiseksi signaaliksi, jolloin digitaali- 5 nen audiosignaali jaetaan ikkunoiden avulla peräkkäisiin lohkoihin ja muunnetaan kulloinkin muunnoksella spektriksi, jonka jälkeen spektrit koodataan, siirretään, dekoodataan siirron jälkeen ja muutetaan jälleen takaisin muunnoksen avulla osasig-naaleiksi, jolloin osasignaalit sisältävät lohkot lopuksi 10 liitetään toisiinsa, jolloin signaalia tutkitaan tason muutosten suhteen, tunnettu siitä, että a) ennalta määrätyn arvon alapuolella olevilla tason muutoksilla signaali jaetaan keskenään 50 % limittyviksi lohkoiksi ja että lohkoihin sisältyvät signaaliosuudet tutkitaan analyysi-ik- 15 kunoiden avulla, että muunnos suoritetaan menetelmällä, erityisesti "Time Domain Aliasing Cancellation"-menetelmällä, joka mahdollistaa harvennetun näytteenoton aliaskomponenttien kompensoinnilla, että takaisin muunnoksen jälkeen osasignaalit sisältävät lohkot tutkitaan synteesi-ikkunoiden avulla ja 20 liitetään jälleen limittyvästä toisiinsa, ja että b) ennalta määrätyn arvon yläpuolella olevilla tason muutoksilla signaali jaetaan vähemmän kuin 50 % tai ei lainkaan limittyviksi lohkoiksi ja että lohkoihin sisältyville signaaliosuuksille tehdään täydellinen näytteenotto, ja että signaaleihin kohdis- 25 tetaan kompressio ennen muunnosta ja ekspansio takaisin muun-noksen jälkeen. • · • i · « · · • ·

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että tason muutosten tunnistamiseksi signaaliin sisältyvät .·. : 30 energiat määritetään ainakin kahden lohkon yli ulottuvalla • · · e*;·] aikajaksolla, ja että aikajakson uudemman alueen energia-arvoa • · · verrataan vanhemman alueen energia-arvoon. « « · < « · ‘•..z

3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen menetelmä, tunnettu :*.\35 siitä, että synteesi-ikkunoiden ikkunafunktiot määritetään .··. vastaavien analyysi-ikkunoiden ikkunafunktioista riippuen limi- • · tysalueella yhtälöiden ie 103443 an-l(TB/2 - t) Sn(t) =-------. o <t < Tb/2 an(TB/2 - t)*an+l(t) + an( t) *an+l (TB/2 - t) 5 an(Tb/2 - t) sn+l(t)=---------. o <t < Tb/2 an(TB/2 - t) *an+l(t) + an(t)*an+l(TB/2 - t) mukaan, jolloin 10 an(t) on analyysi-ikkunafunktio lohkoa n varten, sn(t) on synteesi-ikkunafunktio lohkoa n varten, an+l(t) on analyysi-ikkunafunktio lohkoa n+1 varten, Sn+l (t) on synteesi-ikkunafunktio lohkoa n+1 varten, ja Tb on lohkon aika, 15 ja että lohkot, jotka eivät limity 50 % jaetaan alilohkoiksi ja että niissä olevista keskimääräisistä signaalitehoista riippuen signaalia alilohkojen osalta kompression yhteydessä vahvistetaan ja/tai heikennetään ja ekspansion yhteydessä käsitellään komplementaarisella tavalla. 20

4. Patenttivaatimuksen 3 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että ajallisesti riippuvan vahvistuksen ja/tai heikennyksen maksimaalista muutosta rajoitetaan. ,25

5. Patenttivaatimuksen 3 tai 4 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että lohkojen jako alilohkoiksi tapahtuu painottamalla ikkunafunktioiden avulla, joilla aikajakson yli on vakioarvo. • · · • · · • · ·

6. Patenttivaatimuksen 5 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, .·. : 30 että ikkunafunktiot limittyvät ja että lohkoja painotetaan φ·;·! niiden kummallakin reunalla ikkunafunktioilla, joiden ajallinen • · · leveys on puolet. • · ·

7. Patenttivaatimuksen 6 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, :/.35 että lohkoja painotetaan toisilla, "pehmeillä" ikkunafunktioil- • ••# la, joilla on tasainen kulku, jotka alilohkojen rajoilla menevät nollaan ja jotka koko lohkon osalta täydentyvät vakiopainotusar- 17 103443 voksi, edullisesti ykköseksi.

8. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen 5-7 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että ikkunafunktiot muualla kuin lohkon reunalla 5 ovat Hanning-ikkunoita vastaavia cos -ikkunoita ja lohkon reu-nalla ovat cos -ikkunoita.

9. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen 5-8 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että signaaleja kulloistenkin alilohkojen 10 puitteissa vahvistetaan tai heikennetään vakiokertoimella.

10. Patenttivaatimuksen 9 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että vahvistuskertoimet (heikennyskertoimet) johdetaan vastaavien signaaliosuuksien alilohkoissa olevien keskimääräisten 15 tehojen perusteella ilmaisuosuuksina.

11. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen 5-8 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että myös ilmaisuosuudet samoin kuin alilohkot saadaan lohkoja painottamalla ikkunafunktioiden avul- 20 la, joilla aikajoakson yli on vakioarvo.

12. Patenttivaatimuksen 11 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että ikkunafunktiot edullisesti limittyvät. ; 25

13. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen 10 - 12 mukainen ·;·1: menetelmä, tunnettu siitä, että keskimääräisiä tehoja varten :1·.· ilmaisuosuuksissa muodostetaan mittalukuja (energia jaettuna • · /j1. jakson kestoajalla) . · 30

14. Patenttivaatimuksen 13 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, • · · 1 1 • · · !..1 että lohkon ilmaisuosuuksien mittalukuja verrataan määrätyn • « · *. ilmaisuosuuden mittalukuun, edullisesti sellaisen ilmaisuosuu- den jolla on suurin mittaluku, ja että syntyvät mittalukusuhteet : : määräävät vahvistuskertoimet, edullisesti verrannollisesti. 35

15. Patenttivaatimuksen 14 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että valitaan kvantisoidut vahvistuskertoimet. 18 103443 Pabentkrav