FI116992B - Menetelmät, järjestelmä ja laitteet audiosignaalin koodauksen ja siirron tehostamiseksi - Google Patents

Description

Menetelmät, järjestelmä ja laitteet audiosignaalin koodauksen tehostamiseksi

Nyt esillä oleva keksintö kohdistuu oheisen patenttivaatimuks 5 danto-osan mukaiseen menetelmään audiosignaalin siirron te seksi ja koodaustarkkuuden lisäämiseksi tiedonsiirtojärjesl jossa audiosignaalista muodostetaan näytteitä, ja näytteet ja( hyksiin, jolloin koodausta varten tutkitaan lähetettävänä olev; sen näytteitä aikaisemmin muodostettuihin näytteisiin. Keksint 10 tuu lisäksi oheisen patenttivaatimuksen 8 mukaiseen tiedonsi telmään, oheisen patenttivaatimuksen 14 johdanto-osan m koodaimeen, oheisen patenttivaatimuksen 16 johdanto-osa seen dekoodaimeen, oheisen patenttivaatimuksen 18 johde mukaiseen koodain/dekoodaimeen, ja oheisen patenttivaatim 15 johdanto-osan mukaiseen dekoodausmenetelmään.

Erilaiset puheenkoodausjärjestelmät muodostavat analogises signaalista, kuten puhesignaalista, koodattuja signaaleita, joth tään tiedonsiirtojärjestelmässä käytettävillä tiedonsiirtome 20 vastaanottimeen. Vastaanottaessa näiden koodattujen signs rusteella muodostetaan audiosignaali. Siirrettävän informaat rään vaikuttaa mm. se, kuinka suuri kaistanleveys järjestelr :v, käytössä tätä koodattua informaatiota varten sekä kuinka tel | ; lähetysvaiheessa koodaus pystytään suorittamaan.

* * _ .... 25 **»·» / Koodausta varten analogisesta signaalista muodostetaan d j«:: näytteitä, esim. 0,125 ms välein. Näitä näytteitä käsitellään < : määrämittaisina ryhminä, kuten n. 20 ms:n ajalta muodostetti teiden joukkoina, joille suoritetaan koodaustoimenpiteitä. N j.:’: 30 liajoin otettujen näytteiden joukosta käytetään myös nimitys (frame).

··· * 1 * 1 2 koodereissa käytetään ns. pitkän aikavälin ennustusta (LTI Term Prediction), jolla tätä jaksollisuutta pyritään arvioimaan j mään koodauksessa hyväksi. Tällöin koodausvaiheessa kood olevaa audiosignaalin osaa (kehystä) verrataan aikaisemmin 5 tuina oleviin audiosignaaleihin. Jos tallennetuista näytteistä löy samankaltainen signaali, tutkitaan löytyneen signaalin ja kood olevan signaalin aikaero (lag). Lisäksi muodostetaan löytyneer Iin ja koodattavana olevan signaalin näytteiden perusteella naali. Tällöin koodaus suoritetaan edullisesti siten, että vain 10 tieto ja virhesignaali lähetetään. Vastaanottimessa haetaan tämän aikaeron perusteella oikeat näytteet ja yhdistetään ne naaliin. Matemaattisesti tällaisen jaksollisuuden arviointilohkc Predictor) toimintaa voidaan esittää esim. seuraavan siirti avulla ensimmäisen kertaluvun tapauksessa: 15 Ρ(ζ)=βζΛ missä β on arviointilohkon kerroin ja a on jaksollisuutta kuvas

Jaksollisen signaalin tapauksessa koodattava signaalin voidaa 20 viiveen verran aikaisemman koodattavana olleen signaalin avi rittamalla aikaisemman signaalin näytteiden ja kertoimen välin» :·. lasku. Vastaavasti useamman kertaluvun tilanteessa voidaar • **

Jv yleisempää siirtofunktiota: • * ϊ • · • * !;!.! as • . k--m, • * · " • » · • M » • · * * * **’: Kertoimet pk pyritään valitsemaan kullekin kehykselle siten, < ; . dausvirhe, eli todellisen signaalin ja aikaisempien näytteide muodostetun signaalin ero on mahdollisimman pieni. Edullisen 30 set kertoimet, joilla pienimmän neliösumman menetelmällä saa ·*·*· niemin virhe valitaan knnriauksessa kävtettäväkfti Näitä kertnin 3 1 ennustusta (STP, Short-Term Prediction) sekä kiinteää, ensi kertaluvun mukaista pitkän aikavälin ennustusta.

Tunnetun tekniikan mukaisissa koodaimissa on kuitenkin mm 5 kohta, että niissä ei huomioida audiosignaalin taajuuden v mahdolliseen jaksollisuuteen. Tällöin tätä signaalin jaksolli kaikissa tilanteissa voida hyödyntää tehokkaasti ja koodatun i tion määrä tarpeettoman suuri tai vastaanottimessa rekon audiosignaalin äänenlaatu heikkenee.

10

Nyt esillä olevan keksinnön eräänä tarkoituksena on aikaansi netelmä audiosignaalien siirtämisen tehostamiseksi tiedonsi telmässä ja siirtämiseksi suuremmalla tarkkuudella kuin tunn nilkan mukaisissa menetelmissä. Keksinnön mukaisessa koo< 15 pyritään koodattava audiosignaali arvioimaan kehyksittäin simman tarkasti ja mahdollisimman pienellä siirrettävän infc määrällä. Nyt esillä olevan keksinnön mukaiselle menetelmän nusomaista se, mitä on esitetty oheisen patenttivaatimuksen merkkiosassa. Nyt esillä olevan keksinnön mukaiselle tiedonsi 20 telmälle on tunnusomaista se, mitä on esitetty oheisen pate muksen 8 tunnusmerkkiosassa. Nyt esillä olevan keksinnön rr koodaimelle on tunnusomaista se, mitä on esitetty oheisen pa " timuksen 14 tunnusmerkkiosassa. Nyt esillä olevan keksinnö : ;* selle dekoodaimelle on tunnusomaista se, mitä on esitetty ohi • · · | 25 tenttivaatimuksen 16 tunnusmerkkiosassa. Nyt esillä olevan k mukaiselle koodain/dekoodaimelle on tunnusomaista se, mit; • »

: tetty oheisen patenttivaatimuksen 18 tunnusmerkkiosassa. I

l.f: olevan keksinnön mukaiselle dekoodausmenetelmälle on vieli

omaista se, mitä on esitetty oheisen patenttivaatimuksen 2S

:30 merkkiosassa.

··* · ·« · • · • * \\ Nyt esillä olevalla keksinnöllä saavutetaan merkittäviä etuja 4

Keksintöä selostetaan seuraavassa tarkemmin viitaten samalla piirustuksiin, joissa 5 kuva 1 esittää keksinnön erään edullisen suoritusmuodon i koodainta, kuva 2 esittää keksinnön erään edullisen suoritusmuodon i dekoodainta, 10 kuva 3 esittää pelkistettynä lohkokaaviona keksinnön eräs sen suoritusmuodon mukaista tiedonsiirtojärjestelm; kuva 4 esittää pelkistettynä vuokaaviona keksinnön erään < 15 suoritusmuodon mukaista menetelmää, ja kuvat 5a ja 5b esittävät esimerkkeinä keksinnön erää sen suoritusmuodon mukaisen koodaimen muodc tiedonsiirtokehyksistä.

20

Kuvassa 1 on esitetty pelkistetysti lohkokaaviona keksinnc .. edullisen suoritusmuodon mukaista koodainta 1. Kuvassa 4 oi ;v'[ keksinnön erään edullisen suoritusmuodon mukaista meneteli ; i kistettynä vuokaaviona 401. Koodain 1 on esimerkiksi lanc | 25 viestimen 2 (kuva 3) puhekoodain audiosignaalin muuntamia donsiirtojärjestelmässä, kuten matkaviestinverkossa tai Inte kossa, välitettäväksi koodatuksi signaaliksi. Dekoodain 33 c edullisesti matkaviestinverkon tukiasemassa. Vastaavasti An audiosignaali, esim. mikrofonissa 29 muodostettu signaali, jots :30 essa on vahvistettu audiolohkossa 30, muunnetaan .···! gia/digitaalimuuntimessa 4 digitaaliseksi signaaliksi. Muunnos on esim. 8 tai 12 bittiä ja peräkkäisten näytteiden väli (aikare 5 Ί ' viestimen 2 muistivälineisiin 5. Koodaimeen 1 johdetaan kood; edullisesti ennalta määrätty määrä näytteitä, esim. 20ms:r muodostetut näytteet (=160 kpl). Nämä näytteet johdetaan e muunninlohkoon 6, jossa suoritetaan audiosignaalin muuntan 5 katasosta muunnostasoon (taajuustasoon) esimerkiksi moc diskreetti-kosinimuunnoksella (MDCT, Modified Discrete Transform). Muunninlohkon 6 ulostulosta saadaan joukko luki kuvaavat muunnetun signaalin ominaisuuksia taajuustasoss; muuntaminen on esitetty lohkona 404 kuvan 4 vuokaaviossa.

10

Eräs vaihtoehtoinen toteutus aikatason signaalin muuntamis< juustasoon on useista kaistanpäästösuodattimista koostuva $ ryhmä (filter bank). Kunkin suodattimen päästökaista on suf kapea, jolloin suodattimien ulostuloissa olevien signaalien voi 15 det kuvaavat muunnettavan signaalin taajuusspektriä.

Viivelohko 7 selvittää sen, mikä aikaisempi näytejono parhaite kulloinkin koodattavana olevaa kehystä (lohko 402). Tämä viive tysvaihe suoritetaan edullisesti siten, että viivelohko 7 vertaile 20 lupuskuriin 8 tallennettuja arvoja koodattavan kehyksen näyt laskee esim. pienimmän neliösumman menetelmällä koo< näytteiden ja vertailtavien näytteiden välisen virheen. Vastenäyi I. ** valitaan sopivimmin sellainen peräkkäisten näytteiden muo I ;* näytejono, jolla virhe on pienin.

• · * : 25

Sen jälkeen kun viivelohkossa 7 on valittu tallennetuista r : vastenäytejono (lohko 403), välittää viivelohko 7 siitä tiedon ke

Lii kentalohkoon 9 arviointivaiheen suorittamiseksi. Tällöin kerroi talohkossa 9 suoritetaan arviointilohkon 10 eri kertaluvuille, kut Lii 30 5* 7-1 LTp-kertoimien b(k) laskenta tämän vastenäytejonor ·***· den perusteella. Vuokaaviossa näitä vaiheita on esitetty /* 405—411. On selvää, että tässä esitetyt kertaluvut ovat vain k ft ft Λ 6 Käyttää mahdollisimman suurta resoluutiota ja pieniä kvantis* (-askelia) pyöristyksen aiheuttamien virheiden minimoimiseksi LTP-kertoimien laskemisen jälkeen ne kvantisoidaan, jolloin 5 kvantisoidut LTP-kertoimet. Lisäksi voidaan laskea myös kun luvun arvioinnilla muodostuva koodausvirhe (lohko 409). Täm luvaiheen suorittamiseksi johdetaan vastenäytejonon tallenn teet arviointilohkoon 10 (pitch predictor), jossa vastenäytejo teistä muodostetaan ennustesignaali jokaista kertalukua koh 10 tämällä kullekin kertaluvulle laskettuja ja kvantisoituja LTP b(k). Kukin ennustesignaali kuvaa koodattavana olevan sigr nustetta kyseisellä kertaluvulla arvioituna. Keksinnön nyt esillä edullisessa suoritusmuodossa nämä ennustesignaalit johd< seen muunninlohkoon 11, jossa suoritetaan näiden ennuste* 15 muuntaminen taajuustasoon. Tämän jälkeen näitä taaji muunnettuja arvoja verrataan koodattavan näytejonon taaji muunnettuihin arvoihin koodausvirheen selvittämiseksi, eli er naalin taajuusspektrin ja todellisen signaalin taajuusspektri vastaavuuden selvittämiseksi. Tämä toinen muunninlohko 11 20 muunnoksen kahdella tai useammalla eri kertaluvulla, jolloin tuu eri kertalukuja vastaavat muunnoslukujoukot. Arviointilol toinen muunninlohko voidaan toteuttaa eri kertaluvuille yht< “ kullekin kertaluvulle voidaan toteuttaa oma arviointilohko 10 ; Y muunninlohko 11.

25

Laskentalohkossa 12 suoritetaan koodausvirheen laskenta 1 soon muunnetun todellisen signaalin ja kullakin arviointilohkon luvulla muodostetun, taajuustasoon muunnetun signaalin pe Tämä koodausvirhe lasketaan sopivimmin pienimmän neli* ; 30 menetelmällä sen selvittämiseksi, millä kertaluvulla on saavu !**·,' esim. keskimääräisesti pienin koodausvirhe. Tällöin koodatta van kehvksen koodaukseen valitaan se kertaluku, jolla sai 7

Arviointilohkon 10 kertaluvun valitsemisen jälkeen laskentaloh lasketaan vielä koodaustehokkuus (prediction gain) mm. tiedo navaan lähetettävän informaation selvittämiseksi (lohko 413] teenä on minimoida lähetettävän informaation (bittien] 5 (määrällinen minimointi), ja signaalin vääristymät (laadulline mointi). Jotta vastaanottimessa voidaan signaali rekonstruoi sempien, myös vastaanottavassa laitteessa tallennettujen n perusteella, on vastaanottimeen lähetettävä mm. arviointilc kertoimet valitulle kertaluvulle, tieto tästä kertaluvusta, viive s 10 koodausvirheestä. Koodaustehokkuus kuvaa edullisesti sitä, v arviointilohkossa 10 koodatun signaalin dekoodaamisessa tar informaatio välittää pienemmällä bittimäärällä kuin alkuperäisei

Iin välittämisessä tarvittava bittimäärä. Tämä voidaan toteutt siten, että määritetään ensimmäinen vertailuarvo, joka on sii 15 informaation määrä, jos dekoodaamisessa tarvittava informal dostetaan mainituissa viiveen selvitysvaiheessa, arviointia vertailuvaiheessa ja valintavaiheessa suoritetun koodaukse teella. Lisäksi määritetään toinen vertailuarvo, joka on siirret formaation määrä, jos dekoodaamisessa tarvittava informaatio 20 tetaan alkuperäisestä audiosignaalista. Koodaustehokkuus c sesti ensimmäisen vertailuluvun ja toisen vertailuluvun suhde.

daustehokkuus on suurempi kuin yksi, merkitsee se sitä, että I

;. ** tiedot voidaan välittää pienemmällä bittimäärällä kuin alkuperä ; ;* naali. Laskentalohkossa 12 selvitetään edullisesti laskemalla r | 25 vaihtoehtojen lähettämisessä tarvittavat bittimäärät. Tämän jäll kentafohko 12 valitsee sen vaihtoehdon, jossa lähetettävä bittir * * * : pienempi (lohko 414).

• * : ! · M· ·

Jos koodaustehokkuus on korkeintaan yksi, tulisi edullisesti a : 30 sen signaalin taajuusspektri lähettää, jolloin tiedonsiirtokanavz tettävä bittijono 501 muodostetaan edullisesti seuraavasti (loh Λ Laskentalohkosta 12 välitetään tieto valitusta lähetysvaihtoehc 8 1 koon 15, jossa suoritetaan lähetettävän bittijonon muodostus. 5a ja 5b on esitetty esimerkinomaisesti erästä bittijonorakenn voidaan edullisesti soveltaa nyt esillä olevan keksinnön yht< Koodaustiedoksi 502 asetetaan ensimmäinen looginen arv 5 looginen 0-tila, merkiksi siitä, että kyseisessä bittijonossa välit kuperäistä signaalia esittävät taajuustasoon muunnetut arv daustiedon 502 lisäksi bittijonossa lähetetään nämä arvot kvan kulloinkin käytetyllä tarkkuudella. Näiden arvojen siirtämisessi tävä kenttä on merkitty viitteellä 503 oheiseen kuvaan 5a. S< 10 monta arvoa kulloisessakin bittijonossa lähetetään, riippuu m teenottotaajuudesta ja kulloinkin tarkasteltavan kehyksen pii Tässä tilanteessa ei lähetetä kertalukutietoa, LTP-kertoimia, v virhetietoa, koska vastaanottimessa signaali rekonstruoidaan jen bittijonossa 501 lähetettävien taajuustason arvojen peruste* 15

Jos koodaustehokkuus on suurempi kuin yksi, muodostetaan ti tokanavaan lähetettävä bittijono 501 (kuva 5b) edullisesti sei (lohko 416). Laskentalohkosta 12 välitetään tieto valitusta lähi toehdosta ensimmäiseen summauslohkoon 13, jossa valita 20 tipleksointilohkoon 15 siirrettäväksi kvantisoidut LTP-kertoimet. kuvattu viivalla B1 kuvan 1 lohkokaaviossa. On selvää, että toimet voidaan välittää multipleksointilohkoon 15 myös muut j. ’* kuin ensimmäisen summauslohkon 13 kautta. Multipleksointi j 15 suoritetaan lähetettävän bittijonon muodostus. Koodaustied : 25 asetetaan toinen looginen arvo, esim. looginen 1-tila, merkiksi! kyseisessä bittijonossa välitetään mainitut kvantisoidut LTP-k Kertalukukentän 504 bitit asetetaan valitun kertaluvun mukais valittavissa on neljä eri kertalukua, riittää kaksi bittiä (00, 01, 1 maisemaan sen, mikä kertaluku kulloinkin on valittu. Lisäksi bit : 30 lähetetään tieto viiveestä viivekentässä 505. Tässä edullisesss !'**! kissä viive ilmoitetaan 11 :llä bitillä, mutta on selvää, että myi pituuksia voidaan keksinnön puitteissa soveltaa. Bittijonoon 9 7 kertoimet kymmenellä bitillä. Yleisesti voidaan todeta se, että keampi kertaluku on valittu, sitä enemmän tarvitaan bittejä kv; jen LTP-kertoimien välittämisessä.

5 Edellä mainittujen tietojen lisäksi on lähetettävä virhetieto virhe 507. Tämä virhetieto, eli koodausvirhe, muodostetaan edullii kentalohkossa 12 koodattavan signaalin taajuusspektrin ja mi tujen, kvantisoitujen LTP-kertoimien avulla dekoodattavissa oli naalin erosignaalina. Tämä virhesignaali välitetään esim. ensii 10 summauslohkon 13 kautta kvantisointilohkoon 14 kvantis* Kvantisointilohkosta 14 kvantisoitu virhesignaali johdetaan r sointilohkoon 15, jossa kvantisoitu virhesignaali liitetään bittij-hekenttään 507.

15 Kvantisointi- ja koodauslohkosta 14 koodattu signaali johdeta koodaimen dekvantisointilohkoon 17. Dekvantisointilohkc dekvantisoitu signaali johdetaan toiseen summauslohkoon muodostaa koodattua näytejonoa vastaavan taajuustason nä Tämä taajuustason näytejono muunnetaan aikatasoon käär 20 modifioidussa DCT-muuntimessa 19, josta näytejono siirretää lupuskuriin 8 tallennettavaksi ja käytettäväksi seuraavien .. näytejonojen koodauksen yhteydessä. Vertailupuskurin 8 talli • « '* pasiteetti valitaan kulloisenkin sovelluksen koodaustehokku | V kaansaamisessa tarvittavan määrän näytejonoja perusteella.

: 25 puskuriin 8 uusi näytejono tallennetaan sopivimmin vanhimmi jonon päälle, eli kyseessä on ns. rengaspuskuri.

» « • · · • ψ · »·· · : ·*: Koodaimessa 1 muodostettu bittijono johdetaan lähettimeen * suoritetaan modulointi sinänsä tunnetusti. Moduloitu signaali : : 30 tiedonsiirtokanavan 3 kautta vastaanottimeen esim. radiotaaju *«·" naaleina.

• · ·«« 10 1 teella. Siinä tilanteessa, että koodaimessa 1 muodostettu bitt ei käsitä alkuperäisen signaalin taajuustasoon muunnettuj; suoritetaan dekoodaus edullisesti seuraavasti. Kertalukukenl selvitetään arviointilohkossa 24 käytettävä kertaluku M ja viiv< 5 505 viive. Kvantisoidut LTP-kertoimet, jotka on vastaanotettu 501 kerroinkentässä 506, tieto kertaluvusta ja viiveestä johde koodaimen arviointilohkoon 24. Tätä esittää viiva B2 kuvassa signaalin kvantisoidut arvot dekvantisoidaan dekvantisointiloh ja johdetaan dekoodaimen summauslohkoon 23. Dekoodair 10 ointilohko 24 noutaa viivetiedon perusteella näytepuskurista 2 vat määrän näytteitä ja suorittaa valitun kertaluvun M mukaisi

noksen, jossa arviointilohko 24 käyttää vastaanotettuja LTP-I

Tässä yhteydessä muodostuu ensimmäinen rekonstruoitu ; signaali, joka muunnoslohkossa 25 muunnetaan taajuustasot 15 taajuustason signaali johdetaan summauslohkoon 23, jollo signaalin ja virhesignaalin summana muodostuu taajuustason joka häiriöttömässä tiedonsiirrossa vastaa olennaisesti alkt koodattavana ollutta signaalia taajuustasossa. Tämä taajuust

naali muunnetaan aikatasoon käänteisellä modifioidulla DC

20 noksella käänteismuunnoslohkossa 26, jolloin käänteismuunr 26 lähdössä on digitaalinen audiosignaali. Digitaali/analog messa 27 tämä signaali muunnetaan analogiseksi, joka tai .. vahvistetaan ja johdetaan muihin jatkokäsittelyasteisiin I. " tunnetusti. Tätä esittää audiolohko 32 kuvassa 3.

• · · : ·* 25 • · : Siinä tilanteessa, että koodaimessa 1 muodostettu bittijono 50 alkuperäisen signaalin taajuustasoon muunnetut arvot, suoriti :T: koodaus edullisesti seuraavasti. Taajuustasoon muunnetut, :T: dut arvot dekvantisoidaan dekvantisointilohkossa 22 ja j 30 summauslohkon 23 kautta käänteismuunnoslohkoon 26. Kuvz :teellä A2 merkitty viiva kuvaa ohjaustiedon välitystä summat !-*·! 23. Käänteismuunnoslohkossa 26 taajuustason signaali mu 11 1 dekoodaus suoritetaan tukiaseman 31 dekoodaimessa 33, j< loginen audiosignaali johdetaan jatkokäsittelyasteisiin sinäns tusti.

5 On selvää, että nyt esitetyssä esimerkissä on esitetty vain k soveltamisen kannalta keskeisimmät piirteet, mutta käytänm luksissa tiedonsiirtojärjestelmä käsittää myös muita toiminl tässä esitetyt. Keksinnön mukaisen koodauksen yhteydessä käyttää myös muita koodausmenetelmiä, kuten lyhyen aikaväl 10 tusta. Lisäksi keksinnön mukaisesti koodatun signaalin lähi voidaan suorittaa muita käsittelyvaiheita, kuten kanavakoodaus

Ennustesignaalin ja todellisen signaalin vastaavuuden selv voidaan tehdä myös aikatason signaaleille. Tällöin signaaleja i 15 muuntaa taajuustasoon, jolloin muunninlohkoja 6, 11 ei r välttämättä tarvita, kuten ei myöskään koodaimen käänteisr lohkoa 19 ja dekoodaimen käänteismuunnoslohkoa 26. Koodi kuuden ja koodausvirheen määritys suoritetaan tällöin aikat naalien perusteella.

20

Edellä esitettyjä audiosignaalin koodaus/dekoodausvaiheita soveltaa erilaisissa tiedonsiirtojärjestelmissä, kuten matkavies .. telmissä, satelliitti-TV -järjestelmissä, tilausvideojärjestelmi “ Esimerkiksi matkaviestinjärjestelmässä, joissa audiosignaak • 25 tään kaksisuuntaisesti, tarvitaan koodain/dekoodainpari sekä : massa viestimessä 2 että tukiasemassa tai vastaavassa 31.

lohkokaavioon on langattoman viestimen 2 ja tukiaseman 31 :T: toiminnallisia lohkoja merkitty pääasiassa samoin viitenumero! kuvassa 3 on koodain 1 ja dekoodain 33 esitetty erillisinä yl 30 voidaan ne käytännön sovelluksissa toteuttaa yhtenä yksikl : .·. koodekkina, jossa on toteutettu koodauksen ja dekoodauksf tamisessa tarpeelliset toiminnot. Jos audiosignaali siirretää 12 verkko, nämä muunnokset voidaan tehdä myös esim. täliaise linverkkoon kytkettävässä digitaalisessa puhelimessa (ei esiteti

Edellä esitettyjä koodausvaiheita ei välttämättä suoriteta lä 5 yhteydessä, vaan koodattu informaatio voidaan tallentaa lähel myöhemmin. Lisäksi koodaimeen johdettavana audiosignaalin tämättä tarvitse käyttää reaaliaikaista audiosignaalia, vaan ke audiosignaali voi olla audiosignaalista aikaisemmin tallennet maatiota.

10

Tarkastellaan seuraavassa vielä koodauksen eri vaiheita me sesti. Arviointilohkon 10 siirtofunktio on muotoa B(z) = ^b(k)z^a+k^ k=-mi 15 missä a on viive (lag), b(k) ovat arviointilohkon 10 kertoimet, s< m2 riippuvat kertaluvusta (M) edullisesti seuraavasti: m1=(M-1)/2, 20 m2=M-m1-1 • ♦ ·

Parhaiten vastaava näytejono selvitetään sopivimmin pienimrr 4 i : .·. summan menetelmällä. Tämän suorittamiseksi merkitään ei* 4 4« 4 4 4 * 25 4 4 4 4 4 4 Λ ♦ 44 4 / \ λ : .·. "% 1 : £= Σ *(')- i-0 V y=-m, ) 4 4 4 4 4 4 4 4 «44 4 missä E=virhe, xQ on tulosignaali aikatasossa, xQ aikais*

näufoinnneto ralrnnetri miti i einnaali ia K1 nn näuHairlan määrä I

13 1 ' 'n- 1 Σ(1(01 ('-1«)) a - max[ag< /=.° -.........—,lag = alkuviive,loppuviive > (3)

Xx(i-lag)2

l V 1=0 J

Sen jälkeen, kun parhaiten vastaava näytejono on löytynyt, kossa 7 on tieto viiveestä, eli siitä, kuinka paljon aikaisemn 5 vastaava näytejono on esiintynyt audiosignaalissa.

LTP-kertoimet b(k) voidaan kullekin kertaluvulle M laskea kaav joka voidaan muuntaa muotoon N-1 jV-1 m> N-\( ' 10 E = Σ x(i)2 - 2 £ 1(/) X b(j)x(i + j-a)+Σ £ + J~a) /=0 /=0 j=-Mi i=0 \j=-Mj j

Optimiarvo kertoimille b(k) voidaan määrittää siten, että etsitäi nen kertoimen b(k) arvo, jolla virheen E muutos kertoimen b(k) on mahdollisimman pieni. Tämä voidaan laskea asettamalla v 15 lön osittaisderivaatta b:n suhteen nollaksi (3E/db=0), jolloin yhtälö: • · • ·· * N-1 Mi N-1|7 Mi ^ /¾ j ;·. -2· Σ 1<0 Σ x(i+j-<1)+2· Σ Zb<J)x(i+J~a) Σ1(i+J-a) *** 1 i-0 y=-m, 1=0 \j--n\ / j=-m, • « !U 20 eli • · · • ♦ · ♦ ·· t Σ Σ b(j)1{i+j-aY Σ1(^-α) = Σ 1(0 Σ?(ί+/-β) .···. i=0 [_/=-/», y=-w, /=0 >-m, • · ··· · 14 missä Γν-i b-m, 1 ^x{i)x(i-mx-a) r 6-^+t F_ i=0 : O — . , r — . » : jV-1 6 SxW^ + w2-«) L J L/=o JV-1 JV-1 £x(i-mx-a)x(i~mx~a) · £*(/->«! — «)x(i +/¾ “°0 ;=0 i=0 5 Ä= i JV-1 JV-1 Σ*(ί + η*2 -ä)x(i-m\-a) ·· £x(/ + /wfc -α)*(/ + «2 -a) i=0 i'=0

Keksinnön mukaisessa menetelmässä pyritään käyttämäär audiosignaalin periodisuutta tehokkaammin kuin tunnetun mukaisissa järjestelmissä. Tämä on aikaansaatu lisäämällä k( 10 adaptiivisuutta audiosignaalin taajuuden muutoksiin käyttämä taessa useamman kertaluvun arviointia ja suorittamalla kerta linta määrävälein, sopivimmin kullekin kehykselle erikseen. Ke LTP-kertoimet voivat siis vaihdella kehyksittäin. Keksinnön n :·. menetelmällä on siis mahdollisuus lisätä koodauksen joustavi I·.*. 15 rattuna tunnetun tekniikan mukaisiin, kiinteää kertalukua käytti • » j e!# dausmenetelmiin. Lisäksi, jos jossakin kehyksessä ei koo voida vähentää lähetettävän informaation (bittien) määrää, keksinnön mukaisessa menetelmässä tällöin LTP-kertoimien j··signaalin sijasta lähettää alkuperäinen signaali taajuustasoon ! 20 tuna.

Edellä esitetyt arviointi- ja muut laskentatoimenpiteet voidaan < toteuttaa ohjelmallisesti digitaalisen signaalinkäsittely-yksikör * taawan nkiaiiviAn ‘ίyi nhiAlmaAin4 !a ttoΐ 15

Mainittujen LTP-kertoimien välittämisessä vastaanottimeen käyttää myös ns. koodaustauiukoita (look-up tables). Tällais daustaulukkoon on tallennettu eri kerroinarvoja, jolloin kertoim lähetetään tämän kertoimen indeksi koodaustaulukossa. "tt 5 daustaulukko on sekä koodaimen 1 että dekoodaimen 33 Vastaanottovaiheessa voidaan lähetetyn indeksin perusteella taulukon avulla selvittää, mikä LTP-kerroin on kyseessä. Joi: pauksissa koodaustaulukon käytöllä voidaan vähentää läh bittien määrää verrattuna siihen, että LTP-kertoimet lähetetäär 10

Nyt esillä olevaa keksintöä ei ole muutenkaan rajoitettu a edellä esitettyihin suoritusmuotoihin, vaan sitä voidaan r oheisten patenttivaatimusten puitteissa.

• 1 * ·«

P

» » 1 * · • · • p « t · • I f • 1i « • ·

• I

> I · ft » · ··· · • · • f ♦ ft 1 f ··« « • 1 * · · « ft I *** · ··· • Ψ • ft ft·»

Claims (16)

1. Menetelmä audiosignaalin koodaamiseksi ja siirtämiseks siirtojärjestelmässä, jossa menetelmässä audiosignaalista oteti 5 teitä (x) väliajoin, jolloin joukko näytteitä (x) muodostaa k näytteitä tallennetaan, ja suoritetaan koodausvaihe, jossa tetaan kehyksen dekoodaamisessa tarvittavaa informaatiota, jc tään tiedonsiirtojärjestelmässä, jolloin dekoodausvaihe audio rekonstruoimiseksi suoritetaan ainakin osittain tiedonsiirto 10 mässä siirretyn informaation perusteella, tunnettu siitä, että I vaiheessa suoritetaan ainakin seuraavat vaiheet: - viiveen selvitysvaihe, jossa tallennettuja näytteitä (?) verra loinkin välitettävänä olevaan audiosignaaliin vastesignaalii seksi, jolloin viive (a) määritetään vastesignaalin ja audio 15 aikaeron perusteella, - arviointivaihe, jossa vastesignaalista muodostetaan ainal ennustesignaalia pitkän aikavälin ennustuksella käyttämälli kahta eri kertalukua (M), jolloin kullakin kertaluvulla (M) s vassa arviointivaiheessa muodostetaan joukko LTP-kertoimi; 20. vertailuvaihe, jossa kullakin kertaluvulla (M) muodostettuja signaaleja verrataan koodattavana olevaan audiosignaa dausvirheen selvittämiseksi, ja - valintavaihe, jossa valitaan se kertaluku (M), jolla mainittu I " virhe on pienin. « * ♦ : .· 25 • · : 2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu ; menetelmässä lisäksi suoritetaan seuraavat vaiheet: - koodaustehokkuuden määritysvaihe, jossa :T: - määritetään ensimmäinen vertailuarvo, joka on siirret 30 formaation määrä, jos dekoodaamisessa tarvittava inl : muodostetaan mainituissa viiveen selvitysvaiheessa, !···] vaiheessa, vertailuvaiheessa ja valintavaiheessa s • · 17 r - informaation muodostusvaihe, jossa tiedonsiirtojärjestelmä tettävä informaatio muodostetaan koodatun informaation pe jos koodaustehokkuus osoittaa, että koodatun informaatio teella siirrettävän informaation määrä on pienempi ki 5 dostettaessa dekoodaamisessa tarvittava informaatio audio perusteella, muussa tapauksessa informaatio muoc audiosignaalin perusteella.

3. Patenttivaatimuksen 2 mukainen menetelmä, tunnettu 10 menetelmässä suoritetaan audiosignaalin muunnos taajuusta diosignaalin taajuusspektrin selvittämiseksi ja vastesignaalin taajuustasoon vastesignaalin taajuusspektrin selvittämiseksi koodaustehokkuuden määritysvaiheessa käytetään mainittuja tasoon muunnettuja audiosignaalia ja vastesignaalia. 15

4. Patenttivaatimuksen 3 mukainen menetelmä, tunnettu muunnos taajuustasoon suoritetaan modifioidulla DCT-muunn<

5. Jonkin patenttivaatimuksen 2—4 mukainen menetelmä, 20 siitä, että koodausvaiheessa muodostettu, tiedonsiirtojärjes välitettävä informaatio (501) käsittää ainakin tiedon informal pistä (502), tiedon valitusta kertaluvusta (504), viiveen (505), ;.e toimet (506), ja tietoa koodausvirheestä (507), jos koodausfc " osoittaa, että koodatun informaation perusteella siirrettävän i j 25 tion määrä on pienempi kuin muodostettaessa dekooda; : tarvittava informaatio audiosignaalin perusteella. • « 6* Jonkin patenttivaatimuksen 1—5 mukainen menetelmä, :T: siitä, että koodausvaihe suoritetaan kullekin audiosignaalista rr 30 tulle kehykselle. · * · · • · · !···! 7. Jonkin patenttivaatimuksen 1—6 mukainen menetelmä, 18 ^ , naalista väliajoin, jolloin joukosta näytteitä (x) on muodostet välineet (5, 8) näytteiden (x) tallentamiseksi, ja koodausväline hyksen dekoodaamisessa tarvittavan informaation muodost jolloin vastaanottava laite (31, 2) käsittää dekoodausvälineel 5 diosignaalin rekonstruoimiseksi ainakin osittain tiedonsiirto mässä siirretyn informaation perusteella, tunnettu siitä, että välineet käsittävät lisäksi: -välineet (7) tallennettujen näytteiden (*) vertaamiseksi välitettävänä olevaan audiosignaaliin vastesignaalin etsimisi 10 veen (ot) määrittämiseksi vastesignaalin ja audiosignaalin perusteella, - arviointivälineet (9,10) ainakin kahden ennustesignaalin n miseksi pitkän aikavälin ennustuksella käyttämällä ainakin kertalukua (M), jolloin arviointivälineet käsittävät välineet ('

15 LTP-kertoimia (b(k)) muodostamiseksi kullekin kertaluvulle ( - vertailuvälineet(12) kullakin kertaluvulla (M) muodostettuje tesignaalien vertaamiseksi koodattavana olevaan audio koodausvirheen selvittämiseksi, ja - valintavälineet kertaluvun (M) valitsemiseksi pienimmän 20 koodausvirheen perusteella.

9. Patenttivaatimuksen 8 mukainen tiedonsiirtojärjestelmä, .. siitä, että lähettävä laite (2, 31) käsittää lisäksi: “ - koodaustehokkuuden määritysvälineet (12), joissa koodi j V 25 kuus on järjestetty määritettäväksi ensimmäisen vertailuarv : sen vertailuarvon suhteena, joka mainittu ensimmäinen ve on määritetty siirrettävän informaation määränä, jos dek :T: sessa tarvittava informaatio on muodostettu mainituissa koe :T: neissä (1) suoritetun koodauksen perusteella, ja mainittu te 30 tailuarvo on määritetty siirrettävän informaation määränä, jc : .·. daamisessa tarvittava informaatio on muodostettu audiosigr !·*·* rusteella, ja 19 dekoodaamisessa tarvittava informaatio audiosignaalin pe muussa tapauksessa audiosignaalin perusteella.

10. Patenttivaatimuksen 9 mukainen tiedonsiirtojärjestelmä, 5 siitä, että se käsittää lisäksi ensimmäiset muunnosvälineet ( signaalin muuntamiseksi taajuustasoon ja toiset muunnosväli vastesignaalin muuntamiseksi taajuustasoon.

11. Patenttivaatimuksen 9 tai 10 mukainen tiedonsiirtojäi 10 tunnettu siitä, että lähettävässä laitteessa (2, 31) muodostetti siirtojärjestelmässä välitettävä informaatio (501) käsittää aina! informaation tyypistä (502), tiedon valitusta kertaluvusta (i veen (505), LTP-kertoimet (506), ja koodausvirheen (507), jc tetty koodaustehokkuus osoittaa, että koodatun informaatic 15 teella siirrettävän informaation määrä on pienempi kuin m taessa dekoodaamisessa tarvittava informaatio audiosignaal teella.

12. Jonkin patenttivaatimuksen 8—11 mukainen tiedonsiirtojär 20 tunnettu siitä, että koodausvälineet(1) käsittävät välineet! dauksen suorittamiseksi kullekin audiosignaalista muodostetul selle. • ♦ \m ]a 13. Jonkin patenttivaatimuksen 8—12 mukainen tiedonsiirtojär | Y 25 tunnettu siitä, että audiosignaali on puhesignaalia. • « » • Il ·

14. Koodain (1), joka käsittää välineet (30,4) näytteiden (x) ot :T: audiosignaalista väliajoin, jolloin joukosta näytteitä (x) on mu :T: kehys, välineet (5, 8) näytteiden (x) tallentamiseksi, ja koodai 30 kehyksen dekoodaamisessa tarvittavan informaation muodosti : tunnettu siitä, että koodausvälineet käsittävät lisäksi: • · * -välineet (7) tallennettujen näytteiden (*) vertaamiseksi 20 1 kertalukua (M), jolloin arviointivälineet käsittävät välineet ( LTP-kertoimia (b(k)) muodostamiseksi kullekin kertaluvulle i - vertailuvälineet (12) kullakin kertaluvulla (M) muodostettuja tesignaalien vertaamiseksi koodattavana olevaan audic 5 koodausvirheen selvittämiseksi» ja - valintavälineet kertaluvun (M) valitsemiseksi pienimmän koodausvirheen perusteella.

15. Patenttivaatimuksen 14 mukainen koodain (1)t tunnettu 10 se käsittää lisäksi: - koodaustehokkuuden määritysvälineet (12), joissa kood kuus on järjestetty määritettäväksi ensimmäisen vertailuar sen vertailuarvon suhteena, joka mainittu ensimmäinen vi on määritetty siirrettävän informaation määränä» jos del· 15 sessa tarvittava informaatio on muodostettu mainituissa koi neissä (1) suoritetun koodauksen perusteella, ja mainittu t tailuarvo on määritetty siirrettävän informaation määränä, j daamisessa tarvittava informaatio on muodostettu audiosig rusteella, ja 20 -informaation muodostusvälineet(13, 14, 15), jotka on muodostamaan ainakin osa kehyksen dekoodaamisess; vasta, tiedonsiirtojärjestelmässä välitettävästä informaatii ... arviointivälineissä (9, 10) koodatun informaation perusti I. " koodaustehokkuus osoittaa, että koodatun informaation p ; ·’ 25 siirrettävän informaation määrä on pienempi kuin muodon | dekoodaamisessa tarvittava informaatio audiosignaalin pe muussa tapauksessa audiosignaalin perusteella. • 0 » • · · * :T: 16. Dekoodain (33), joka käsittää dekoodausvälineet audiosig 30 konstruoimiseksi ainakin osittain koodaimen koodausvälinei i dostetun dekoodaamisessa tarvittavan informaation peruste .-·! informaatio on muodostettu ottamalla nävtteitä fx) audiosianE 21 1 u

17. Patenttivaatimuksen 16 mukainen dekoodain (33), tunn että dekoodain (33) käsittää lisäksi välineet (21 f 34) dekooda tarvittavan informaation muodostamismenetelmän selvittämisi 5 informaatio on muodostettu joko koodaimen koodausvälineis: tetyn viiveen (a), valitun kertaluvun (M), valitulla kertaluvulla rr tun joukon LTP-kertoimia (b(k)), ja määritetyn koodausvirhe* teella, tai informaatio on muodostettu alkuperäisestä audios»! ja välineet (22, 23,24,25,26,28) dekoodaamisen suorittamis 10 tua koodausmenetelmää vastaavalla dekoodausmenetelmällä.

18. Koodain/dekoodain (1, 33), joka käsittää välineet (30,4 den(x) ottamiseksi audiosignaalista väliajoin, jolloin jouko teitä (x) on muodostettu kehys, välineet (5, 8) näytteiden (x) t; 15 seksi, koodausvälineet kehyksen dekoodaamisessa tarvitta\ maation muodostamiseksi, ja dekoodausvälineet audiosigr konstruoimiseksi, tunnettu siitä, että koodausvälineet käsittä1 -välineet(7) tallennettujen näytteiden(x) vertaamiseksi välitettävänä olevaan audiosignaaliin vastesignaalin etsimisi 20 veen (a) määrittämiseksi vastesignaalin ja audiosignaalin perusteella, - arviointivälineet (9, 10) ainakin kahden ennustesignaalin n .. miseksi pitkän aikavälin ennustuksella käyttämällä ainakin ;»!' kertalukua (M), jolloin arviointivälineet käsittävät välineet (! * · * * l 25 LTP-kertoimia (b(k)) muodostamiseksi kullekin kertaluvulle ( : - vertailuvälineet (12) kullakin kertaluvulla (M) muodostettuje tesignaalien vertaamiseksi koodattavana olevaan audio v : koodausvirheen selvittämiseksi, ja :T: - valintavälineet kertaluvun (M) valitsemiseksi pienimmän 30 koodausvirheen perusteella, : ja että dekoodausvälineet käsittävät välineet (21) koodaimen !···*. välineissä (9,10) määritetyn viiveen (a), valitun kertaluvun (M 22 - koodaustehokkuuden määritysvälineet (12), joissa koodi kuus on järjestetty määritettäväksi ensimmäisen vertailuani sen vertailuarvon suhteena, joka mainittu ensimmäinen ve on määritetty siirrettävän informaation määränä, jos dek 5 sessa tarvittava informaatio on muodostettu mainituissa koe neissä (1) suoritetun koodauksen perusteella, ja mainittu te tailuarvo on määritetty siirrettävän informaation määränä, jc daamisessa tarvittava informaatio on muodostettu audiosigr rusteella, ja 10 -informaation muodostusvälineet(13,14,15), jotka on j muodostamaan ainakin osa kehyksen dekoodaamisesss vasta, tiedonsiirtojärjestelmässä välitettävästä informaatic arviointivälineissä (9,10) koodatun informaation peruste koodaustehokkuus osoittaa, että koodatun informaation p< 15 siirrettävän informaation määrä on pienempi kuin audic perusteella muodostettu dekoodaamisessa tarvittava inf muussa tapauksessa audiosignaalin perusteella, jolloin dekoodausvälineet käsittävät lisäksi välineet (21, 34 daamisessa tarvittavan informaation muodostamismenetelm; 20 tämiseksi, joka informaatio on muodostettu joko koodaimen välineissä määritetyn viiveen (a), valitun kertaluvun (M), valiti luvulla muodostetun joukon LTP-kertoimia (b(k)), ja määrite dausvirheen perusteella, tai informaatio on muodostettu alkup ·. " audiosignaalista, ja välineet (22, 23, 24, 25, 26, 28) dekoo< • 25 suorittamiseksi valittua koodausmenetelmää vastaavalla de • · : menetelmällä. • · ν’: 20. Patenttivaatimuksen 18 tai 19 mukainen koodain/dekoodai :T: tunnettu siitä, että se on muodostettu langattomaan viestii 30 joka käsittää lisäksi välineet (3,16, 20) audiosignaalin välitti :käytettävän informaation lähettämiseksi ja vastaanottamiseksi. *♦· * • · * ♦ * 23 11

22. Menetelmä tiedonsiirtojärjestelmässä audiosignaalin d miseksi, josta audiosignaalista otetaan näytteitä (x) väliajo! joukko näytteitä (x) muodostaa kehyksen, näytteitä tallenn suoritetaan koodausvaihe, jossa muodostetaan kehyksen d 5 misessa tarvittavaa informaatiota, joka siirretään tie järjestelmässä, jolloin dekoodausvaihe audiosignaalin rel· miseksi suoritetaan ainakin osittain tiedonsiirtojärjestelmässä informaation perusteella, tunnettu siitä, että dekoodausv selvitetään koodausvaiheessa määritetty viive (a), valittu kerte 10 valitulla kertaluvulla muodostettu joukko LTP-kertoimia ( koodausvirhe.

23. Patenttivaatimuksen 22 mukainen menetelmä, tunnettu menetelmässä lisäksi selvitetään dekoodaamisessa tarvittav 15 maation muodostamismenetelmä, joka informaatio muodoste koodausvaiheessa määritetyn viiveen (a), valitun kertaluvun tulla kertaluvulla muodostetun joukon LTP-kertoimia (b(k)), ja tyn koodausvirheen perusteella, tai informaatio muodostetaai räisestä audiosignaalista, ja dekoodaaminen suoritetaan s 20 koodausmenetelmää vastaavalla dekoodausmenetelmällä. ·· • « *t » • ♦ · • · » » • · « · · • · » M· » • 1 • « « • 4 · • · 9 i · « * • · • · · ♦ · 1 ·♦· » » • i 24 11