NO316098B1 - Fremgangsmåte for samtidig overföring av lydsignaler fra N signalkilder - Google Patents

Description

Teknisk område

Oppfinnelsen angår en fremgangsmåte for samtidig overføring av lydsignaler fra N signalkilder via et tilsvarende antall overføringskanaler, ved hvilken de enkelte signaler oppdeles i blokker og blokkene ved hjelp av en transformasjon eller filtrering omformes til spektralkoeffisienter som underkastes en datareduksjonsprosess, og ved hvilken tildelingen av maksimal disponibel overføringskapasitet beregnes for hvert enkelt signal ut fra hele den disponible overføringskapasitet og den for øyeblikket nødvendige total-overfønngskapasiet, og hvert enkelt signal med den således bestemte kapasitet kodes og overføres

Teknikkens stand

Fremgangsmåter ved hvilke de enkelte (tids)-signaler oppdeles i blokker og disse blokker ved transformasjon eller filtrering omformes til spektralkoeffisienter som på sin side underkastes en datareduksjonsprosess eller kodes i overensstemmelse med en datareduksjon, er kjente I denne forbindelse henvises det eksempelvis til oversiktsartikkelen "Perceptual Audio Coding" av Jorg Houpert i Studio-Techmk, eller artikkelen "Daten-Diat, Datenreduktion bei digitahsierten Audio-Signalen" av Stefanie Renner i Elrad, 1991 Det henvises her uttrykkelig til disse oversiktsartikler såvel som til PCT-pubhkasjonen WO 88/01811 med hensyn til forklaring av uttrykk og fremgangsmåtetnnn som ikke er nærmere beskrevet her

I en rekke tilfeller er det nødvendig å overføre signaler fra flere signalkilder samtidig via et tilsvarende antall overføringskanaler Som det enkleste eksempel på dette kan nevnes overføring av stereosignaler via to overføringskanaler

Overføring av signaler fra N signalkilder via et tilsvarende antall overføringskanaler byr på problemet med dimensjonering av overføringskanalene

Dersom hver enkelt overføringskanal dimensjoneres på en slik måte at den kan overføre den "maksimalt opptredende bitstrøm", forblir forholdvis stor overføringskapasitet ubenyttet "i gjennomsnitt"

Ved overføring av signaler fra tallrike signalkilder via et tilsvarende antall overføringskanaler er det fra den digitale telefonteknikk kjent å dimensjonere overføringskanalene for bare et "midlere behov", og å utjevne kortvarig øket behov på individuelle kanaler ved tildeling fra andre kanaler Tildelingen skjer derved utelukkende via signalstatistikk

Som kjent teknikk henvises det til følgende litteraturkilder "Ein digitales Sprachinterpolationsverfahren mit pradiktionsgesteuerter Wortaufteilung" av Dr H Gerhauser (1980), "Em digitales Sprachinterpolationsverfahren mit momentaner Pnontatszuteilung", av R Woitowitc (1977) og "Ein digitales Sprachinterpolationsverfahren mit blockweiser Pnontatszuteilung" av G G Klahnenbucher (1978)

Et element av den foreliggende oppfinnelse er at det ble erkjent at de vanlige prosesser ved digital telefonteknikk for utjevning av varierende behov ved overføringen av tallrike signaler via et tilsvarende antall overføringskanaler, ikke gir gode resultater dersom de digitale signaler som skal overføres, på forhånd er blitt underkastet datareduksjon, eksempelvis ifølge den såkalte OCF-metode

Beskrivelse av oppfinnelsen

Formålet med oppfinnelsen er å tilveiebringe en fremgangsmåte for samtidig overføring av lydsignaler fra N signalkilder via et tilsvarende antall overføringskanaler, ved hvilken "datareduserte signaler" kan overføres via overføringskanaler som bare er dimensjonert for et "midlere behov", uten noe merkbart, dvs eksempelvis hørbart tap i signalkapasitet

Dette formål oppnås ifølge oppfinnelsen med den fremgangsmåte som er angitt i krav 1 Ytterligere utførelser av oppfinnelsen er angitt i underkravene

Den foreliggende oppfinnelse er basert på den grunntanke at man ved utjevning av de fluktuerende behov under samtidig overføring av lydsignaler fra N signalkilder via et tilsvarende antall overføringskanaler ikke utfører tildelingen til de individuelle signaler i overenstemmelse med statistiske betraktninger, men i stedet utjevner det fluktuerende behov ved hjelp av passende midler allerede i det fremgangsmåtetnnn i hvilket signalene kodes for datareduksjon

Denne grunntanke ifølge oppfinnelsen skal beskrives nærmere i det følgende på grunnlag av en foretrukket utførelse under henvisning til tegningene, der fig 1 viser et blokkskjema for forklaring av fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen, og fig 2a og 2b viser signaloppbygningen ifølge oppfinnelsen

Ved fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen oppdeles de individuelle lydsignaler i blokker, og blokkene omformes til spektralkoeffisienter ved hjelp av en transformasjon eller filtrering For å utjevne det fluktuerende behov, oppdeles de til de individuelle signaler tilhørende blokker i avsnitt, og de respektive aktuelle avsnitt av alle signaler behandles samtidig Dette er grafisk illustrert på fig 1 ved hjelp av tilsvarende "funksjonsblokker"

Ved anvendelse av en lakttakelsesspesifikk modell, som eksempelvis ved overføring av lydsignaler kan være en psykoakustisk modell, bestemmes den tillatelige forstyrrelse for hvert avsnitt, og ut fra denne beregnes behovet for den for øyeblikket nødvendige, totale overføringskapasitet Denne beregning av den totale overføringskapasitet, dvs det nødvendige antall biter, skjer i alle blokker samtidig Ut fra den totalt ti rådighet stående overføringskapasitet og den for øyeblikket nødvendige total-overfønngskapasitet beregnes tildelingen av maksimal øverfønngskapasitet som står til rådighet, for hvert enkelt signal Med det for hvert enkelt signal tildelte "bitantall" skjer kodingen av det enkelte signal og tilsvarende overføringen av dette enkeltsignal I det enkleste tilfelle kan utjevning bare opptre i den respektive, nødvendige overføringskapasitet mellom kanalene

Ved den utførelse som er angitt i krav 2, er det til stede en overfønngskapasitetsreserve, et såkalt bitreservoar, fra hvilket det skjer en tildeling av overføringskapasitet i det tilfelle at den nødvendige total-overfønngskapasitet overskrider den overføringskapasitet som i gjennomsnitt står til rådighet

Dette bitreservoar påfylles hver gang den fordrede overføringskapasitet er mindre enn den overføringskapasitet som står til rådighet (krav 3)

I hvert tilfelle er det nødvendig, for å hindre en altfor stor økning av bitreservoaret, dersom overføringskapasiteten er mye mindre enn den overføringskapasitet som står til rådighet, at det skjer en tvungen tildeling av biter til de individuelle kanaler (krav 4) Denne tvangstildeling skjer fortrinnsvis bare til de kanaler hhv signalkilder som har rapportert et behov som er større enn et midlere behov Et vesentlig større behov enn det midlere behov betyr nemlig at disse signaler er vesentlig vanskeligere å kode enn vanlige signaler

I hvert tilfelle foretrekkes det ifølge krav 9 at det ut fra alle separat kodede signaler fra signalkildene dannes en totalblokk som består av et fast område som inneholder en informasjon ut fra hvilken atskillelsen av de enkelte signaler kan bestemmes, og av flere områder med fleksibel lengde som opptar de kodede signaler Dette er skjematisk vist på flg 2a

Ytterligere innsparing av overføringskapasitet oppnås ved at identiske inngangssignaler gjenkjennes og overføres bare én gang ved hjelp av et passende overføringsformat (krav 6) Dette er skjematisk vist på fig 2b

I hvert tilfelle er det mulig å bestemme nøyaktig eller bare anslå den for øyeblikket nødvendige overføringskapasitet (krav 7 og 8)

Dessuten er det mulig å utføre fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen i vidtgående grad parallelt For dette formål foretrekkes det at kodingen av enkeltsignalene ifølge krav 10 skjer allerede under beregningen av tildelingen av overføringskapasiteten for hvert signal

En annen foretrukket realisering av grunntanken ifølge oppfinnelsen er angitt i krav 11

Når den nødvendige overføringskapasitet overskrider den overføringskapasitet som står til rådighet, og ingen tildeling fra bitreservoaret kan skje, kan verdien av den tillatelige forstyrrelse for alle signaler heves på en slik måte at den nødvendige total-overfønngskapasitet ikke overskrider den overføringskapasitet som står til rådighet (krav 11)

I det følgende skal det gis et numensk eksempel på en fremgangsmåte for lydsignaler Det skal uttrykkelig påpekes at grunntanken ifølge opprinnelsen ikke er begrenset til lydsignaler Tvert imot kan også videosignaler eller andre signaler som danner grunnlag for en lakttakelsesspesifikk bedømmelse, behandles på liknende måte

Eksempel på en mulig måte å gå frem på for lydsignaler

Anta at y(t) er samplingsverdiene av lydsignalet

1) Lydsignalet y oppløses eller oppdeles på kjent måte i samplingsverdier y(t) som digitaliseres De digitaliserte samplingsverdier nedbrytes eller oppløses i blokker med lengden 2n som i det valgte utførelseseksempel er overlappende blokker med en overlapping pån

x(k,b) = y(b n+k) for k=0 2n (b blokknummer)

2) Hver blokk med lengde n omformes til spektralkoeffisienter ved hjelp av en transformasjon, eksempelvis en rask Founer-transformasjon eller en cosmus-transformasjon

xO,b) = SUM(1=0 2n, x(l,b) f(l) cos(pi (21+l+n)(2j+l)/(4n)) ) for j=0 n med f(l) = sqrt(2) sin(pi (1+0,5)/(2n))

3) Hver av blokkene oppdeles i avsnitt og energitettheten for hvert avsnitt beregnes

E(i,b = (SUM(k=a(i)+l a(i+l), X(k,b)A2)) / (a(i+l)-a(i)) for i=l c,

idet koeffisientene a(i) tas fra den etterfølgende Tabell 1

4) Den tillatelige forstyrrelse beregnes for hvert avsnitt med en passende psyko-akustisk modell for hvilken det henvises til litteraturen Ut fra den tillatte forstyrrelse fremkommer maskeringen mellom båndene

T(i,b) = MAX(k=l i-l, E(k,b) z(i-k)),

maskeringen i båndet

s(i,b) = MAX ( E(i,b) e(i) , T(i,b) ),

og maskeringen mellom blokkene

ss(i,b) = MAX (s(i,b-l)/16 , s(i,b))

Deretter skjer beregningen av det nødvendige antall biter for hver blokk

5) Beregning av det nødvendige antall biter for hver blokk

a) For en sådan koding som ved OCF (Huffman-koding)

p = pO + SUM(i=l c, (a(i+l)-a(i) (s(i,b)/ss(i,b)) )

b) For PCM-koding (SNR = 6dB/bit)

En skalafaktor og antallet av biter pr samphngsverdi overføres som tilleggsinformasjon for

hvert avsnitt

p = pO + SUM(i=l c,(a(i+l)) 10/6 log( E(i,b)/ss(i,b)))

De relevante verdier for de individuelle størrelser hhv konstanter skal i det følgende gis i form av tabeller,

n =512

c =23

pO = 1200 for OCF (midlere antall biter pr blokk)

pO = 345 for PCM (skalafaktorer 10 biter/avsnitt, koding av antall kvantisenngstnnn 5 biter/avsnitt)

I tilslutning bl dette skjer tildelingen av antall biter til de individuelle signaler For dette formål antas at k(k) biter kreves for koding av de K inngangssignaler, mens det antall biter som står til rådighet, er psoll

psum = SUM(p(k))

Det er nå nødvendig å skjelne mellom følgende tilfeller

1) Dersom psum=psoll

Hvert signal mottar det forlangte antall biter

z(k) = P(k)

2) Dersom psum<psoll

Hvert signal mottar mer enn det forlangte antall biter

z(k) = (psoll/psum) p(k)

f eks, K=2, psoll=1600, p(l)=540,p(2)=660, psum=1200

z(l) = 1600/1200 540 = 720 (180 biter mer)

z(2) = 1600/1200 660 = 880 (220 biter mer)

3) Dersom psoll>psum

Hvert signal mottar mindre enn det forlangte antall biter

a) For OCF

z(k) = (psoll/psum) p(k)

b) For PCM

Det minimale antall biter for hvert signal må ikke underskrides

z(k) = pO + ((psoll-KpO)) (p(k)-pO)

f eks , K=2, psoll=1600, P0=500, p(l)=600, p(2)=1200 daerPsum=1800

z(l) = 500+(l600-2 500)/(l800-2 500) (600-500) = 575

(25 biter mindre)

z(2) = 500+(1600-2 500)/(1800-2 500) (1200-500) = 1025

(175 biter mindre)

For å korrigere den tillatelige forstyrrelse, er følgende skjelning nødvendig dersom p biter kreves for hvert signal, men z biter tildeles 1) Dersom det tildelte antall biter er hk det forlangte antall Ingen korreksjon nødvendig

2) Dersom flere biter blir tildelt enn hva som ble forlangt

For OCF

Ingen korreksjon nødvendig

For PCM

Antallet av biter som står til rådighet for kvanhsenng i hvert avsnitt, økes med (z-p)/512

3) Dersom færre biter blir tildelt enn hva som ble forlangt

For OCF

ss(i,b) = s(i,b) + (z-p0)/(poO (ss(i,b)-s(i,b)) for p>p0

ss(i,b) = s(i,b) for p<=p0

For PCM

Det antall biter som står til rådighet for kvantisenng i hvert avsnitt, økes med (z-p)/512

Når det dreier seg om PCM, er en avrundingsbit pr ATW til et helt tall nødvendig For dette formål avrundes først alle biter/ATW til det nest laveste hele tall, og den derav resulterende bitsum bestemmes

Dersom det fremdeles er biter til rådighet, blir det i en første gjennomgang (kjøring), med begynnelse fra de laveste bånd, stilt én bit/ATW mer til rådighet for hvert bånd inntil det antall biter som står til rådighet, oppnås

Eksempel

104 biter står til rådighet

Oppfinnelsen er i foregående blitt beskrevet på grunnlag av utførelses - eksempler Innenfor den generelle oppfinnelsestanke er forskjellige variasjoner mulige

Således er det mulig å benytte en fast total-blokklengde, hvorved det innsettes fyllebiter eller det skjer en overføring til ennå ikke avsluttede kodere Videre er det mulig å benytte en fleksibel blokklengde ved hvilken en maksimal blokklengde er forutbestemt og det dessuten skjer en tidsmiddelverdidannelse

Claims (1)

1 Fremgangsmåte for samtidig overføring av lydsignaler fra N signalkilder via et tilsvarende antall overføringskanaler, ved hvilken de enkelte signaler oppdeles i blokker og blokkene ved hjelp av en transformasjon eller filtrering omformes til spektralkoeffisienter som underkastes en datareduksjonsprosess, og ved hvilken tildelingen av maksimal disponibel overføringskapasitet beregnes for hvert enkelt signal ut fra hele den disponible overføringskapasitet og den for øyeblikket nødvendige total-overfønngskapasiet, og hvert enkelt signal med den således bestemte kapasitet kodes og overføres, karakterisert ved følgende særtrekk

- de til de enkelte signaler tilhørende blokker oppdeles i avsnitt, - de respektive, aktuelle avsnitt av alle signaler behandles samtidig, - den tillatte forstyrrelse for hvert avsnitt bestemmes under benyttelse av en lakttakelsesspesifikk modell, og et krav om for øyeblikket nødvendig total-overfønngs-kapasitet beregnes 2 Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at det er for hånden en reserve av overføringskapasitet (bitreservoar) fra hvilken det skjer en tildeling dersom den nødvendige total-overfønngskapasitet overskrider den midlere overføringskapasitet som står til rådighet 3 Fremgangsmåte ifølge krav 2, karakterisert ved at at bitreservoaret fylles dersom den forlangte overføringskapasitet er mindre enn den overføringskapasitet som står til rådighet 4 Fremgangsmåte ifølge krav 3, karakterisert ved at at det skjer en tvangstildeling av biter for å hindre at bitreservoaret øker altfor mye dersom den forlangte overføringskapasitet er mye mindre enn den overføringskapasitet som står til rådighet 5 Fremgangsmåte ifølge krav 4, karakterisert ved at at tvangstildehngen skjer bare ved det behov som er større enn det midlere behov 6 Fremgangsmåte ifølge ett av kravene 1-5, karakterisert ved at at like inngangssignaler gjenkjennes og overføres bare én gang ved hjelp av et passende overføringsformat 7 Fremgangsmåte ifølge ett av kravene 1-6, karakterisert ved at at bestemmelsen av den for øyeblikket nødvendige overføringskapasitet skjer på nøyaktig måte 8 Fremgangsmåte ifølge ett av kravene 1-6, karakterisert ved at at bestemmelsen av den for øyeblikket nødvendige overføringskapasitet bare anslås 9 Fremgangsmåte ifølge ett av kravene 1-8, karakterisert ved at at det ut fra alle separat kodete signaler fra signalkildene dannes en totalblokk som består av et fast område som inneholder en informasjon ut fra hvilken atskillelsen av de enkelte signaler kan bestemmes, og av flere områder med fleksibel lengde 10 Fremgangsmåte ifølge ett av kravene 1-9, karakterisert ved at at kodmgen av de enkelte signaler skjer allerede under beregningen av tildelingen av over-føringskapasiteten for hvert signal 11 Fremgangsmåte ifølge ett av kravene 1-10, karakterisert ved at at dersom det forlangte antall biter overskrider det totale antall biter som står til rådighet, økes den tillate forstyrrelse for alle signalkilder, slik at et redusert bitkrav fremkommer