СПОСОБ И УСТРОЙСТВО РАСШИРЕНИЯ ЧАСТОТНОГО ДИАПАЗОНА, СПОСОБ И УСТРОЙСТВО КОДИРОВАНИЯ, СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ДЕКОДИРОВАНИЯ И ПРОГРАММА
FREQUENCY BAND EXTENSION METHOD AND APPARATUS, ENCODING METHOD AND APPARATUS, DECODING METHOD AND APPARATUS, AND PROGRAMME

Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к способу и устройству расширения частотного диапазона, способу и устройству кодирования, способу и устройству декодирования и программе, в частности, относится к способу и устройству расширения                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                               частотного диапазона, способу и устройству кодирования, способу и устройству декодирования и программе, позволяющим воспроизводить музыкальные сигналы с более высоким качеством звучания за счет расширения частотных диапазонов.
Предпосылки к созданию изобретения
В последние годы стали широко использоваться сервисы распространения музыки, которые распространяют музыкальные данные через Интернет. При использовании таких сервисов распространения музыки, кодированные данные, получаемые путем кодирования музыкальных сигналов, распространяют в качестве музыкальных данных. Для кодирования музыкальных сигналов применяют способ кодирования, уменьшающий объем файла кодированных данных и снижающий скорость передачи данных, чтобы сократить затраты времени, если загрузка информации становится массовой.
Такие способы кодирования музыкальных сигналов по большей части разделяют на способы кодирования типа МР3 (MPEG (Группа экспертов по кинематографии) Аудиоуровень 3) (Международный стандарт ISO/IEC 11172-3) и т.п. и способы кодирования типа НЕ-ААС (высокоэффективный MPEG4 ААС) (Международный стандарт ISO/IEC 14496-3) и т.п.
При использовании способа кодирования из группы, куда относится МР3, удаляют составляющие музыкальных сигналов, относящиеся к высокочастотным диапазонам (далее именуемые высокие частоты или высокочастотные составляющие) с частотой приблизительно 15 кГц или более, которые с трудом воспринимаются человеческим ухом, и кодируют только составляющие сигнала, относящиеся к оставшимся низкочастотным диапазонам (далее именуемые низкие частоты или низкочастотные составляющие). Способы кодирования такого типа будут далее именоваться способами кодирования с подавлением высоких частот. Такой способ кодирования с подавлением высоких частот позволяет уменьшить объем файла кодированных данных. Однако высокочастотные звуки, пусть и в минимальной степени, все же воспринимаются человеком, так что при генерировании и воспроизведении звука из декодированного музыкального сигнала, полученного в результате декодирования таких кодированных данных, может происходить деградация качества звучания, такая как потеря реалистичности восприятия, каким обладал первоначальный звук, либо звук становится приглушенным.
Напротив, при использовании способа кодирования из группы, куда относится НЕ-ААС, выделяют характерную информацию (параметры) из высокочастотных составляющих сигнала и кодируют ее вместе с низкочастотными составляющими сигнала. Способы кодирования такого типа будут далее именоваться способами кодирования высокочастотных параметров. При использовании способа кодирования высокочастотных параметров только информацию о параметрах высокочастотных составляющих сигнала кодируют в качестве информации, относящейся к высокочастотным составляющим сигнала, что позволяет повысить эффективность кодирования, уменьшив при этом степень деградации качества звучания.
В процессе декодирования кодированных данных, полученных способом кодирования высокочастотных параметров, декодируют низкочастотные составляющие сигнала и параметрическую информацию и генерируют высокочастотные составляющие сигнала на основе таких декодированных низкочастотных сигналов и параметрической информации. Таким образом, в результате генерирования высокочастотных составляющих сигнала на основе низкочастотных составляющих происходит расширение частотного диапазона низкочастотных составляющих сигнала, а соответствующий способ будет далее именоваться способом расширения диапазонов.
Примером практического применения такого способа расширения диапазонов является процедура постобработки после декодирования данных, кодированных посредством описанного выше способа кодирования с подавлением высоких частот. В процессе такой постобработки частотный диапазон низкочастотных составляющих сигнала расширяется за счет генерирования высокочастотных составляющих сигнала, утраченных в результате кодирования, на основе низкочастотных составляющих сигнала после декодирования (см. PTL 1). Отметим, что способ расширения частотного диапазона, описанный в PTL 1, будет далее именоваться «способ PTL 1 расширения диапазона».
Согласно способу PTL 1 расширения диапазона устройство оценивает высокочастотный спектр мощности (далее именуемый высокочастотной огибающей, где это уместно) в составе спектра мощности входного сигнала, так что таким входным сигналом являются низкочастотные составляющие сигнала после декодирования, и генерирует высокочастотные составляющие сигнала, имеющие указанную частотную огибающую высоких частот, на основе низкочастотных составляющих сигнала.
На фиг.1 показан пример низкочастотного спектра мощности после декодирования, в качестве входного сигнала, и оценка высокочастотной огибающей.
На фиг.1 вертикальная ось представляет мощность в логарифмическом масштабе, а горизонтальная ось представляет частоту.
Устройство определяет диапазон низкочастотного края высокочастотных составляющих сигнала (далее именуемый исходным диапазоном расширения) на основе типа формата кодирования, относящегося к входному сигналу, и информации, такой как частота дискретизации, скорость передачи данных и т.п. (далее именуется побочная информация). Далее устройство разделяет входной сигнал, служащий низкочастотными составляющими сигнала, на сигналы множества поддиапазонов. Устройство определяет эти сигналы множества поддиапазонов после разделения, т.е. среднюю величину мощности по времени для каждой группы на основе мощности сигнала каждого из множества поддиапазонов на стороне низких частот (далее именуемой просто «сторона низких частот») от исходного диапазона расширения (далее именуемую «групповая мощность»). Как показано на фиг.1, устройство использует среднюю величину соответствующих групповых мощностей сигналов множества поддиапазонов на стороне низких частот в качестве мощности и использует точку, где частота представляет собой частоту нижнего края исходного диапазона расширения, в качестве начальной точки. Устройство оценивает прямую линию с заданным наклоном, проходящую через начальную точку, в качестве частотной огибающей на стороне высоких частот исходного диапазона расширения (далее именуемой просто «сторона высоких частот»). Отметим, что пользователь может регулировать положение начальной точки вдоль оси мощности. Устройство генерирует каждый из сигналов множества поддиапазонов на стороне высоких частот на основе сигналов множества поддиапазонов на стороне низких частот таким образом, чтобы получить соответствующую оценке частотную огибающую на стороне высоких частот. Устройство суммирует сформированные таким образом сигналы множества поддиапазонов на стороне высоких частот для получения высокочастотных составляющих сигнала и далее суммирует низкочастотные составляющие сигнала и передает все это на выход. Таким образом, музыкальный сигнал после расширения частотного диапазона становится намного ближе к первоначальному музыкальному сигналу. Соответственно, можно воспроизводить музыкальные сигналы с более высоким качеством звучания.
Преимуществом описанного выше способа PTL 1 расширения диапазона является способность расширять частотные диапазоны музыкальных сигналов после декодирования соответствующих кодированных данных, которые кодированы с использованием различных способов кодирования с подавлением высоких частот и различных скоростей передачи данных.
Список литературы
Патентная литература
PTL 1: Публикация нерассмотренной Заявки на патент Японии No. 2008-139844
Раскрытие изобретения
Техническая проблема
Однако способ PTL 1 расширения диапазона может быть усовершенствован с учетом того факта, что оценка частотной огибающей на стороне высоких частот представляет собой прямую линию с заданным наклоном, т.е. с учетом того факта, что эта частотная огибающая имеет фиксированную форму.
Иными словами, спектр мощности музыкального сигнала может иметь различные формы и, в зависимости от вида музыкальных сигналов, может в широких пределах отклоняться от той формы частотной огибающей на стороне высоких частот, которая была получена в соответствии со способом PTL 1 расширения диапазона.
На фиг.2 показан пример первоначального спектра мощности музыкального сигнала «агрессивного типа» (агрессивный музыкальный сигнал), который характеризуется внезапными изменениями во времени, такими как громкий удар барабана, например.
Отметим, что на фиг.2 совместно показаны составляющие на стороне низких частот в составе агрессивных музыкальных сигналов в качестве входных сигналов, полученные с применением способа PTL 1 расширения диапазона, и оценка частотной огибающей на стороне высоких частот входного сигнала.
Как показано на фиг.2, первоначальный спектр мощности на стороне высоких частот агрессивного музыкального сигнала является приблизительно равномерным («плоским»).
В отличие от этого, оценка частотной огибающей на стороне высоких частот имеет заданный отрицательный наклон, и даже если ее подстроить в начальной точке до мощности, более близкой к первоначальному спектру мощности, разница относительно этого первоначального спектра мощности увеличивается по мере увеличения частоты.
Таким образом, полученная способом PTL 1 расширения диапазона оценка частотной огибающей на стороне высоких частот не способна реализовать первоначальную частотную огибающую на стороне высоких частот с высокой степенью точности. Вследствие этого, в случае генерирования и воспроизведения звука на основе музыкального сигнала после расширения частотного диапазона, можно утратить чистоту звучания по сравнению с первоначальным звуком с точки зрения слушателя.
Кроме того, при использовании способа кодирования высокочастотных параметров, такого как НЕ-ААС или аналогичного, как описано выше, частотная огибающая на стороне высоких частот служит параметрической информацией относительно высокочастотных составляющих сигнала, подлежащего кодированию, но на декодирующей стороне требуется воспроизвести первоначальную частотную огибающую на стороне высоких частот с очень высокой точностью.
Настоящее изобретение создано с учетом такой ситуации и позволяет воспроизводить музыкальные сигналы с высоким качеством звучания благодаря расширению частотных диапазонов.
Решение проблемы
Устройство для расширения частотного диапазона согласно первому аспекту настоящего изобретения включает: средство разделения сигнала, конфигурированное для разделения входного сигнала на сигналы множества поддиапазонов; средство вычисления величины параметра, конфигурированное для вычисления оценки величины параметра, представляющей параметр входного сигнала, с использованием по меньшей мере одного из сигналов множества поддиапазонов, выделенных средством разделения сигнала, или входного сигнала; средство оценки мощности высокочастотного поддиапазона, конфигурированное для вычисления оценочной величины мощности высокочастотного поддиапазона, представляющей собой мощность сигнала поддиапазона с более высокой частотой, чем входной сигнал, на основе величины параметра, вычисленной средством вычисления величины параметра; и средство генерирования высокочастотных составляющих сигнала, конфигурированное для генерирования высокочастотных составляющих сигнала на основе сигналов множества поддиапазонов, выделенных средством разделения сигнала, и оценочной величины мощности высокочастотного поддиапазона, вычисленной средством оценки мощности высокочастотного поддиапазона; при этом частотный диапазон входного сигнала расширяется с использованием высокочастотных составляющих сигнала, формируемых средством генерирования высокочастотных составляющих сигнала.
Средство вычисления величины параметра выполнено с возможностью вычисления мощности низкочастотного поддиапазона, представляющей собой мощность сигналов множества поддиапазонов, в качестве величины параметра.
Средство вычисления величины параметра изменения во времени выполнено с возможностью вычисления изменения мощности низкочастотного поддиапазона, представляющей собой мощность сигналов множества поддиапазонов, во времени в качестве величины параметра.
Средство вычисления величины параметра выполнено с возможностью вычисления разности между максимальной и минимальной мощностями входного сигнала в заданном частотном диапазоне в качестве величины параметра.
Средство вычисления величины параметра выполнено с возможностью вычисления изменения во времени разности между максимальной величиной и минимальной величиной мощности входного сигнала в заданном частотном диапазоне в качестве величины параметра.
Средство вычисления величины параметра выполнено с возможностью вычисления наклона характеристики мощности входного сигнала в заданном частотном диапазоне в качестве величины параметра.
Средство вычисления величины параметра выполнено с возможностью вычисления изменения во времени наклона характеристики мощности входного сигнала в заданном частотном диапазоне в качестве величины параметра.
Средство оценки мощности высокочастотного поддиапазона выполнено с возможностью вычисления оценочной величины мощности высокочастотного поддиапазона на основе указанной величины параметра и полученного заранее посредством обучения коэффициента для каждого высокочастотного поддиапазона.
Указанный коэффициент для каждого высокочастотного поддиапазона может быть сгенерирован посредством кластеризации остаточного вектора высокочастотной составляющей сигнала, вычисленной с использованием указанного коэффициента для каждого высокочастотного поддиапазона, полученного посредством регрессионного анализа с применением множества обучающих сигналов, и осуществления регрессионного анализа для каждого кластера, образованного в результате кластеризации, с использованием обучающих сигналов, принадлежащих кластеру.
Остаточный вектор может быть нормирован с использованием величины дисперсии каждого компонента множества остаточных векторов, а после нормировки вектор может быть подвергнут кластеризации.
Средство оценки мощности высокочастотного поддиапазона выполнено с возможностью вычисления оценочной величины мощности высокочастотного поддиапазона на основе величины параметра, указанного коэффициента и константы для каждого из высокочастотных поддиапазонов; указанную константу вычисляют на основе вектора центра тяжести для новых кластеров, полученных путем дальнейшего вычисления остаточного вектора с использованием коэффициента для каждого высокочастотного поддиапазона, полученного посредством регрессионного анализа с использованием обучающих сигналов, принадлежащих кластеру, и выполнения кластеризации остаточного вектора до множества новых кластеров.
Средство оценки мощности высокочастотного поддиапазона выполнено с возможностью записи коэффициента для каждого из множества высокочастотных поддиапазонов и указателя, определяющего указанный коэффициент для каждого из множества высокочастотных поддиапазонов, коррелированным способом, а также записать несколько групп указатель-константа, причем некоторые из этих множества групп могут включать указатели, имеющие одинаковую величину.
Средство генерирования высокочастотного сигнала выполнено с возможностью генерирования высокочастотных составляющих сигнала на основе мощности низкочастотного поддиапазона, представляющей собой мощность сигналов множества поддиапазонов, и оценочной величины мощности высокочастотного поддиапазона.
Способ расширения частотного диапазона согласно первому аспекту настоящего изобретения включает этапы, на которых: разделяют сигнал, предназначенный для разделения входного сигнала на сигналы множества поддиапазонов; вычисляют величину параметра, предназначенную для вычисления величины параметра, представляющей параметр входного сигнала, с использованием по меньшей мере одного из сигналов множества поддиапазонов, выделенных на этапе разделения сигнала, или входного сигнала; оценивают мощность высокочастотного поддиапазона, предназначенную для вычисления оценочной величины мощности высокочастотного поддиапазона, представляющей собой мощность сигнала поддиапазона, более высокочастотного, чем входной сигнал, на основе величины параметра, вычисленного на этапе вычисления величины параметра; и генерируют высокочастотные составляющие сигнала, предназначенные для генерирования высокочастотных составляющих сигнала на основе сигналов множества поддиапазонов, выделенных на этапе разделения сигнала, и оценочной величины мощности высокочастотного поддиапазона, вычисленной на этапе оценки мощности высокочастотного поддиапазона; при этом частотный диапазон входного сигнала расширяется с использованием высокочастотных составляющих сигнала, формируемых на этапе генерирования высокочастотных составляющих сигнала.
Программа согласно первому аспекту настоящего изобретения включает: этап разделения сигнала, предназначенный для разделения входного сигнала на сигналы множества поддиапазонов; этап вычисления величины параметра, предназначенный для вычисления величины параметра, представляющей параметр входного сигнала, с использованием по меньшей мере одного из сигналов множества поддиапазонов, выделенных на этапе разделения сигнала, или входного сигнала; этап оценки мощности высокочастотного поддиапазона, предназначенный для вычисления оценочной величины мощности высокочастотного поддиапазона, представляющей собой мощность сигнала поддиапазона, более высокочастотного, чем входной сигнал, на основе величины параметра, найденной на этапе вычисления величины параметра; и этап генерирования высокочастотных составляющих сигнала, предназначенный для генерирования высокочастотных составляющих сигнала на основе сигналов множества поддиапазонов, выделенных на этапе разделения сигнала, и оценочной величины мощности высокочастотного поддиапазона, вычисленной на этапе оценки мощности высокочастотного поддиапазона; управление компьютером для выполнения обработки с целью расширения частотного диапазона входного сигнала с использованием высокочастотных составляющих сигнала, формируемых на этапе генерирования высокочастотных составляющих сигнала.
Согласно первому аспекту настоящего изобретения входной сигнал разделяют на сигналы множества поддиапазонов, величину параметра, представляющую параметр входного сигнала, вычисляют на основе по меньшей мере одного из сигналов множества поддиапазонов или входного сигнала, оценочную величину мощности высокочастотного поддиапазона, представляющую собой мощность сигнала поддиапазона, более высокочастотного, чем входной сигнал, вычисляют на основе вычисленной величины параметра, высокочастотные составляющие сигнала генерируют на основе сигналов множества поддиапазонов и оценочной величины мощности высокочастотного поддиапазона, и генерируют частотный диапазон входного сигнала с использованием сформированных высокочастотных составляющих сигнала.
Устройство кодирования согласно второму аспекту настоящего изобретения включает: средство разделения на поддиапазоны, для разделения входного сигнала на несколько поддиапазонов и для генерирования сигнала низкочастотных поддиапазонов, построенного из множества поддиапазонов на стороне низких частот, и сигнала высокочастотных поддиапазонов, построенного из множества поддиапазонов на стороне высоких частот; средство вычисления величины параметра, для вычисления величины параметра, представляющей параметр входного сигнала, с использованием по меньшей мере одного из сигналов низкочастотных поддиапазонов, генерируемых средством разделения на поддиапазоны, или входного сигнала; средство вычисления псевдомощности высокочастотных поддиапазонов, для вычисления псевдомощности высокочастотных поддиапазонов, представляющей собой псевдомощность сигнала высокочастотных поддиапазонов, на основе величины параметра, вычисленной посредством средства вычисления величины параметра; средство вычисления разности псевдомощностей сигнала высокочастотных поддиапазонов, для вычисления мощности высокочастотного поддиапазона, представляющей собой мощность сигнала высокочастотного поддиапазона на основе сигналов высокочастотных поддиапазонов, генерируемых средством разделения на поддиапазоны, и для вычисления разности псевдомощностей сигнала высокочастотных поддиапазонов, представляющей собой разность относительно псевдомощности сигнала высокочастотных поддиапазонов, вычисленной средством вычисления псевдомощности высокочастотных поддиапазонов; средство кодирования высоких частот для кодирования разности псевдомощностей сигнала высокочастотных поддиапазонов, вычисленной средством вычисления разности псевдомощностей сигнала высокочастотных поддиапазонов, для генерирования кодированных данных высоких частот; средство кодирования низких частот для кодирования сигнала низких частот, представляющего собой сигнал низких частот из состава входного сигнала, для генерирования кодированных данных низких частот; и средство мультиплексора для мультиплексирования кодированных данных низких частот, генерируемых средством кодирования низких частот, и кодированных данных высоких частот, генерируемых средством кодирования высоких частот, с целью получения выходной кодовой строки.
Устройство кодирования может дополнительно включать средство декодирования низких частот для декодирования кодированных данных низких частот, генерируемых средством кодирования низких частот, с целью генерирования сигнала низких частот; при этом средство разделения на поддиапазоны генерирует сигнал низкочастотных поддиапазонов из сигнала низких частот, генерируемого средством декодирования низких частот.
Средство кодирования высоких частот выполнено с возможностью вычисления подобия между разностью псевдомощностей сигнала высокочастотных поддиапазонов и репрезентативным вектором или репрезентативной величиной для заданного множества значений разностей в пространстве разностей псевдомощностей сигнала высокочастотных поддиапазонов для генерирования индекса, соответствующего репрезентативному вектору или репрезентативной величине, для которых подобие максимально, в качестве кодированных данных высоких частот.
Средство вычисления разности псевдомощностей сигнала высокочастотных поддиапазонов выполнено с возможностью вычисления оценочной величины на основе величин псевдомощности высокочастотных поддиапазонов для каждого поддиапазона и мощности высокочастотного поддиапазона для каждого множества коэффициентов для вычисления псевдомощности высокочастотных поддиапазонов; при этом средство кодирования высоких частот генерирует индекс, указывающий коэффициент наибольшей оценочной величины, в качестве кодированных данных высоких частот.
Средство вычисления разности псевдомощностей сигнала высокочастотных поддиапазонов выполнено с возможностью вычисления оценочной величины на основе по меньшей мере одной из величин - суммы квадратов разностей псевдомощностей сигнала высокочастотных поддиапазонов для каждого поддиапазона, максимального значения абсолютной величины псевдомощности высокочастотных поддиапазонов для этих поддиапазонов или средней величины разностей псевдомощностей сигнала высокочастотных поддиапазонов для каждого поддиапазона.
Средство вычисления разности псевдомощностей сигнала высокочастотных поддиапазонов выполнено с возможностью вычисления оценочной величины на основе разности псевдомощностей сигнала высокочастотных поддиапазонов для разных кадров.
Средство вычисления разности псевдомощностей сигнала высокочастотных поддиапазонов выполнено с возможностью вычисления вычисляемой величины с использованием разности псевдомощностей сигнала высокочастотных поддиапазонов, умноженной на весовой коэффициент, представляющий вес каждого поддиапазона, так что чем ниже частота поддиапазона, тем больше его весомый коэффициент.
Средство вычисления разности псевдомощностей сигнала высокочастотных поддиапазонов выполнено с возможностью вычисления оценочной величины с использованием разности псевдомощностей сигнала высокочастотных поддиапазонов, умноженной на весовой коэффициент, представляющий вес каждого поддиапазона, так что чем больше мощность высокочастотного поддиапазона для какого-либо поддиапазона, тем больше его весовой коэффициент.
Способ кодирования согласно второму аспекту настоящего изобретения включает: этап разделения на поддиапазоны для разделения входного сигнала на множество поддиапазонов и генерирования сигнала низкочастотных поддиапазонов, построенного из множества поддиапазонов на стороне низких частот, и сигнала высокочастотных поддиапазонов, построенного из множества поддиапазонов на стороне высоких частот; этап вычисления величины параметра, для вычисления величины параметра, представляющей параметр входного сигнала, с использованием по меньшей мере одного из сигналов низкочастотных поддиапазонов, генерируемых на этапе разделения на поддиапазоны, или входного сигнала; этап вычисления псевдомощности высокочастотных поддиапазонов, для вычисления псевдомощности высокочастотных поддиапазонов, представляющей собой псевдомощность сигнала высокочастотных поддиапазонов, на основе величины параметра, вычисленной на этапе вычисления величины параметра; этап вычисления разности псевдомощностей сигнала высокочастотных поддиапазонов, для вычисления мощности высокочастотного поддиапазона, представляющей собой мощность сигнала высокочастотного поддиапазона, на основе сигналов высокочастотных поддиапазонов, генерируемых на этапе разделения на поддиапазоны, и для вычисления разности псевдомощностей сигнала высокочастотных поддиапазонов, представляющей собой разность относительно псевдомощности сигнала высокочастотных поддиапазонов, вычисленной на этапе вычисления псевдомощности высокочастотных поддиапазонов; этап кодирования высоких частот, для кодирования разности псевдомощностей сигнала высокочастотных поддиапазонов, вычисленной на этапе вычисления разности псевдомощностей сигнала высокочастотных поддиапазонов, с целью генерирования кодированных данных высоких частот; этап кодирования низких частот, предназначенный для кодирования сигнала низких частот, представляющего собой сигнал низких частот из состава входного сигнала, с целью генерирования кодированных данных низких частот; и этап мультиплексирования, для мультиплексирования кодированных данных низких частот, генерируемых на этапе кодирования низких частот, и кодированных данных высоких частот, генерируемых на этапе кодирования высоких частот, для получения выходной кодовой строки.
Программа согласно второму аспекту настоящего изобретения, в соответствии с которой компьютер выполняет обработку данных, включающую: этап разделения на поддиапазоны, для разделения входного сигнала на множество поддиапазонов и для генерирования сигнала низкочастотных поддиапазонов, построенного из множества поддиапазонов на стороне низких частот, и сигнала высокочастотных поддиапазонов, построенного из множества поддиапазонов на стороне высоких частот; этап вычисления величины параметра, для вычисления величины параметра, представляющей параметр входного сигнала, с использованием по меньшей мере одного из сигналов низкочастотных поддиапазонов, генерируемых на этапе разделения на поддиапазоны, или входного сигнала; этап вычисления псевдомощности высокочастотных поддиапазонов, для вычисления псевдомощности высокочастотных поддиапазонов, представляющей собой псевдомощность сигнала высокочастотных поддиапазонов, на основе величины параметра, вычисленной на этапе вычисления величины параметра; этап вычисления разности псевдомощностей сигнала высокочастотных поддиапазонов для вычисления мощности высокочастотного поддиапазона, представляющей собой мощность сигнала высокочастотного поддиапазона, на основе сигналов высокочастотных поддиапазонов, генерируемых на этапе разделения на поддиапазоны, и для вычисления разности псевдомощностей сигнала высокочастотных поддиапазонов, представляющей собой разность относительно псевдомощности сигнала высокочастотных поддиапазонов, вычисленной на этапе вычисления псевдомощности высокочастотных поддиапазонов; этап кодирования высоких частот, для кодирования разности псевдомощностей сигнала высокочастотных поддиапазонов, вычисленной на этапе вычисления разности псевдомощностей сигнала высокочастотных поддиапазонов, с целью генерирования кодированных данных высоких частот; этап кодирования низких частот, для кодирования сигнала низких частот, представляющего собой сигнал низких частот из состава входного сигнала, с целью генерирования кодированных данных низких частот; и этап мультиплексирования, для мультиплексирования кодированных данных низких частот, генерируемых на этапе кодирования низких частот, и кодированных данных высоких частот, генерируемых на этапе кодирования высоких частот, для получения выходной кодовой строки.
Согласно второму аспекту настоящего изобретения, разделяют входной сигнал на множество поддиапазонов, генерируют сигнал низкочастотных поддиапазонов, построенный из множества поддиапазонов на стороне низких частот, и сигнал высокочастотных поддиапазонов, построенный из множества поддиапазонов на стороне высоких частот, вычисляют величину параметра, представляющую параметр входного сигнала, с использованием по меньшей мере одного из генерируемых сигналов низкочастотных поддиапазонов или входного сигнала, вычисляют псевдомощность высокочастотных поддиапазонов, представляющую собой псевдомощность сигнала высокочастотных поддиапазонов, на основе вычисленной величины параметра, вычисляют мощность высокочастотных поддиапазонов, представляющую собой мощность сигнала высокочастотных поддиапазонов, на основе генерируемого сигнала высокочастотных поддиапазонов, вычисляют разность псевдомощностей сигнала высокочастотных поддиапазонов, представляющую собой разность относительно псевдомощности сигнала высокочастотных поддиапазонов, кодируют вычисленную разность псевдомощностей сигнала высокочастотных поддиапазонов для генерирования кодированных данных высоких частот, кодируют сигнал низких частот, представляющий собой сигнал низких частот из состава входного сигнала, с целью генерирования кодированных данных низких частот, и мультиплексируют генерируемые кодированные данные низких частот и генерируемые кодированные данные высоких частот для получения выходной кодовой строки.
Устройство декодирования согласно третьему аспекту настоящего изобретения включает: средство демультиплексирования, выполненное с возможностью демультиплексирования кодированных входных данных с целью разделения их по меньшей мере на кодированные данные низких частот и индекс; средство декодирования низких частот, выполненное с возможностью декодирования указанных кодированных данных низких частот с целью генерирования сигнала низких частот; средство разделения на поддиапазоны, выполненное с возможностью разделения диапазона сигнала низких частот на несколько низкочастотных поддиапазонов с целью генерирования сигнала низкочастотных поддиапазонов для каждого из этих поддиапазонов низких частот; и средство генерирования, выполненное с возможностью генерирования сигнала высоких частот на основе указанных индекса и сигнала низкочастотных поддиапазонов.
Указанный индекс может быть получен в устройстве, кодирующем входной сигнал и передающем на выход кодированные данные, на основе входного сигнала перед кодированием, а высокочастотный сигнал оценивают на основе входного сигнала.
Индекс может не быть кодированным.
Индекс может представлять собой информацию, указывающую оценочный коэффициент, используемый для генерирования сигнала высоких частот.
Средство генерирования может генерировать сигнал высоких частот на основе оценочного коэффициента, указанного индексом, из совокупности множества оценочных коэффициентов.
Средство генерирования может включать средство вычисления величины параметра, выполненное с возможностью вычисления величины параметра, представляющей параметр кодированных данных, с использованием по меньшей мере одного из сигналов низкочастотных поддиапазонов или сигнала низких частот; средство вычисления мощности высокочастотных поддиапазонов, выполненное с возможностью вычисления мощности одного из высокочастотных поддиапазонов на основе сигнала высокочастотных поддиапазонов с использованием величины параметра и оценочного коэффициента, относящегося к каждому из множества высокочастотных поддиапазонов, составляющих диапазон сигнала высоких частот; и средство генерирования сигнала высоких частот, выполненное с возможностью генерирования сигнала высоких частот на основе мощности высокочастотного поддиапазона и сигнала низкочастотных поддиапазонов.
Средство вычисления мощности высокочастотных поддиапазонов выполнено с возможностью вычисления мощности высокочастотного поддиапазона для сигналов поддиапазонов высоких частот путем линейной комбинации множества величин параметров с использованием оценочного коэффициента для каждого из поддиапазонов высоких частот.
Средство вычисления величины параметра выполнено с возможностью вычисления мощности низкочастотного поддиапазона из состава сигнала низкочастотных поддиапазонов для каждого из низкочастотных поддиапазонов в качестве величины параметра.
Индекс может представлять собой информацию, указывающую оценочный коэффициент, позволяющий получить мощность высокочастотного поддиапазона, наиболее близко аппроксимирующую мощность высокочастотного поддиапазона, получаемую на основе сигнала высоких частот из состава входного сигнала перед кодированием, на основе результата сравнения мощности высокочастотного поддиапазона, получаемой на основе сигнала высоких частот из состава входного сигнала перед кодированием, и мощности высокочастотного поддиапазона, получаемой на основе указанного оценочного коэффициента из совокупности множества оценочных коэффициентов.
Индекс может представлять собой информацию, указывающую оценочный коэффициент, делающий минимальной сумму квадратов разностей между мощностью высокочастотного поддиапазона, полученной на основе сигнала высоких частот из состава входного сигнала перед кодированием, и мощностью высокочастотного поддиапазона, генерируемой на основе оценочного коэффициента, полученного для каждого из высокочастотных поддиапазонов.
Кодированные данные могут дополнительно включать разностную информацию, указывающую разность между мощностью высокочастотного поддиапазона, полученной на основе сигнала высоких частот из состава входного сигнала перед кодированием, и мощностью высокочастотного поддиапазона, генерируемой на основе оценочного коэффициента.
Эта разностная информация может быть кодирована.
Средство вычисления мощности высокочастотных поддиапазонов может суммировать разность, указываемую разностной информацией, включенной в кодированные данные, с мощностью высокочастотного поддиапазона, полученной посредством вычисления с использованием величины параметра и оценочного коэффициента; при этом средство генерирования сигнала высоких частот формирует сигнал высоких частот на основе мощности высокочастотного поддиапазона, к которой была добавлена указанная разность, и сигнала низкочастотных поддиапазонов.
Оценочный коэффициент может быть получен посредством регрессионного анализа с использованием метода наименьших квадратов и величины параметра в качестве объясняющей переменной и мощности высокочастотного поддиапазона в качестве объясняемой переменной.
Устройство декодирования может дополнительно включать, когда индекс представляет собой информацию, указывающую разностный вектор, элементами которого являются разности для каждого из высокочастотных поддиапазонов, где эту разность вычисляют между мощностью высокочастотного поддиапазона, полученной на основе сигнала высоких частот из состава входного сигнала перед кодированием, и мощностью высокочастотного поддиапазона, генерируемой на основе оценочного коэффициента, средство вывода коэффициентов для получения расстояния между репрезентативным вектором или репрезентативной величиной в пространстве параметров разностей, где разность для высокочастотных поддиапазонов является элементом, получаемым заранее для каждого из оценочных коэффициентов, и разностным вектором, указываемым посредством индекса, и передачи оценочного коэффициента репрезентативного вектора или репрезентативной величины, обеспечивающего наименьшую величину указанного расстояния, из совокупности множества оценочных коэффициентов на средство вычисления мощности высокочастотных поддиапазонов.
Индекс может представлять собой информацию, указывающую оценочный коэффициент из совокупности множества оценочных коэффициентов, который по результатам сравнения сигнала высоких частот из состава входного сигнала перед кодированием и сигнала высоких частот, генерируемого на основе оценочного коэффициента, дает сигнал высоких частот, наиболее близкий к сигналу высоких частот из состава входного сигнала перед кодированием.
Оценочный коэффициент может быть получен посредством регрессионного анализа.
Средство генерирования может генерировать сигнал высоких частот на основе информации, полученной посредством декодирования кодированного индекса.
Индекс может быть подвергнут энтропийному кодированию.
Способ декодирования или программа согласно третьему аспекту включает: этап демультиплексирования для демультиплексирования кодированных входных данных с целью разделения их по меньшей мере на кодированные данные низких частот и индекс; этап декодирования низких частот для декодирования указанных кодированных данных низких частот для генерирования сигнала низких частот; этап разделения на поддиапазоны для разделения диапазона сигнала низких частот на множество низкочастотных поддиапазонов с целью генерирования сигнала низкочастотных поддиапазонов для каждого из этих поддиапазонов низких частот; и этап генерирования для генерирования сигнала высоких частот на основе указанных индекса и сигнала низкочастотных поддиапазонов.
Согласно третьему аспекту настоящего изобретения входные кодированные данные демультиплексируют для разделения их по меньшей мере на кодированные данные низких частот и индекс, кодированные данные низких частот декодируют для генерирования сигнала низких частот, диапазон сигнала низких частот разделяют на множество низкочастотных поддиапазонов для генерирования сигнала низкочастотных поддиапазонов для низкочастотных поддиапазонов, и генерируют сигнал высоких частот на основе индекса и сигнала низкочастотных поддиапазонов.
Устройство декодирования согласно четвертому аспекту настоящего изобретения включает: средство демультиплексора для демультиплексирования входных кодированных данных для разделения их на кодированные данные низких частот и индекс для получения оценочного коэффициента, используемого для генерирования сигнала высоких частот; средство декодирования низких частот для декодирования кодированных данных низких частот с целью генерирования сигнала низких частот; средство разделения на поддиапазоны для разделения диапазона сигнала низких частот на несколько низкочастотных поддиапазонов с целью генерирования сигнала низкочастотных поддиапазонов для каждого из этих низкочастотных поддиапазонов; средство вычисления величины параметра для вычисления величины параметра, представляющей параметр кодированных данных, с использованием одного из сигналов низкочастотных поддиапазонов и сигнала низких частот; средство вычисления мощности высокочастотных поддиапазонов для вычисления мощности высокочастотного поддиапазона на основе сигнала высокочастотных поддиапазонов для указанного высокочастотного поддиапазона путем умножения величины параметра на оценочный коэффициент, определяемый индексом из совокупности множества оценочных коэффициентов, подготовленных заранее для каждого из множества высокочастотных поддиапазонов, составляющих диапазон сигналов высоких частот, и получения суммы произведений величин параметров на соответствующие оценочные коэффициенты; и средство генерирования сигнала высоких частот для генерирования сигнала высоких частот с использованием мощности высокочастотного поддиапазона и сигнала низкочастотных поддиапазонов.
Средство вычисления величины параметра может вычислять мощность низкочастотного поддиапазона на основе сигнала низкочастотных поддиапазонов для каждого из этих низкочастотных поддиапазонов в качестве величины параметра,
Индекс может представлять собой информацию для получения такого оценочного коэффициента из совокупности множества оценочных коэффициентов, который делает минимальной сумму квадратов разностей, полученных для каждого из высокочастотных поддиапазонов, так что каждую разность вычисляют между мощностью высокочастотного поддиапазона, полученной на основе истинной величины сигнала высоких частот, и мощностью высокочастотного поддиапазона, генерируемой с использованием оценочного коэффициента.
Индекс может дополнительно включать разностную информацию, указывающую разность между мощностью высокочастотного поддиапазона, полученной на основе истинной величины, и мощностью высокочастотного поддиапазона, генерируемой с использованием оценочного коэффициента; при этом средство вычисления мощности высокочастотных поддиапазонов дополнительно суммирует разность, указываемую разностной информацией, включенной в индекс, с мощностью высокочастотного поддиапазона, полученной на основе суммы произведений величин параметров на соответствующие оценочные коэффициенты; и при этом средство генерирования сигнала высоких частот генерирует сигнал высоких частот с использованием мощности высокочастотного поддиапазона, к которой добавлена указанная разность посредством средства вычисления мощности высокочастотных поддиапазонов, и сигнала низкочастотных поддиапазонов.
Индекс может быть информацией, включающей оценочный коэффициент.
Индекс может представлять собой информацию, полученную в результате энтропийного кодирования информации, указывающей оценочный коэффициент; так что в этом случае средство вычисления мощности высокочастотных поддиапазонов вычисляет мощность высокочастотного поддиапазона с использованием оценочного коэффициента, указываемого информацией, полученной в результате декодирования индекса.
Указанные несколько оценочных коэффициентов могут быть получены заранее посредством регрессионного анализа с применением метода наименьших квадратов, при этом величина параметра является объясняющей переменной, а мощность высокочастотного поддиапазона является объясняемой переменной.
Устройство декодирования может дополнительно включать, если индекс представляет собой информацию, указывающую разностный вектор, построенный из разностей для каждого высокочастотного поддиапазона, где элементом вектора является разность между мощностью высокочастотного поддиапазона, полученной на основе истинной величины сигнала высоких частот, и мощностью высокочастотного поддиапазона, генерируемой с использованием оценочного коэффициента, средство вывода коэффициентов для получения расстояния между репрезентативным вектором или репрезентативной величиной в пространстве параметров разности, где разность высокочастотных поддиапазонов является элементом, полученным заранее для каждого из оценочных коэффициентов, и разностным вектором, указываемым посредством индекса, и для передачи из совокупности множества оценочных коэффициентов того оценочного коэффициента для репрезентативного вектора или репрезентативной величины, которому соответствует кратчайшее расстояние, на средство вычисления мощности высокочастотных поддиапазонов.
Способ декодирования или программа согласно четвертому аспекту настоящего изобретения включает: этап демультиплексирования для демультиплексирования входных кодированных данных и разделения их на кодированные данные низких частот и индекс для получения оценочного коэффициента, используемого для генерирования сигнала высоких частот; этап декодирования низких частот для декодирования кодированных данных низких частот с целью генерирования сигнала низких частот; этап разделения на поддиапазоны, предназначенный для разделения диапазона сигнала низких частот на множество низкочастотных поддиапазонов для генерирования сигнала низкочастотных поддиапазонов для каждого из этих низкочастотных поддиапазонов; этап вычисления величины параметра для вычисления величины параметра, представляющей параметр кодированных данных, с использованием по меньшей мере одного из сигналов низкочастотных поддиапазонов или сигнала низких частот; этап вычисления мощности высокочастотного поддиапазона для вычисления мощности высокочастотного поддиапазона на основе сигнала высокочастотных поддиапазонов посредством умножения величины параметра на оценочный коэффициент, определяемый индексом из совокупности множества оценочных коэффициентов, подготовленных заранее, для каждого из множества высокочастотных поддиапазонов, составляющих диапазон сигнала высоких частот, и получения суммы произведений величин параметров на оценочные коэффициенты; и этап генерирования сигнала высоких частот для генерирования сигнала высоких частот с использованием указанных мощностей высокочастотного поддиапазона и сигнала низкочастотных поддиапазонов.
Согласно четвертому аспекту настоящего изобретения входные кодированные данные демультиплексируют для разделения на кодированные данные низких частот и индекс с целью получения оценочного коэффициента для генерирования сигнала высоких частот, эти кодированные данные низких частот декодируют для генерирования сигнала низких частот, диапазон сигнала низких частот разделяют на множество низкочастотных поддиапазонов для генерирования сигнала низкочастотных поддиапазонов для каждого из этих низкочастотных поддиапазонов, вычисляют величину параметра, представляющую параметр кодированных данных, с использованием по меньшей мере одного из сигналов низкочастотных поддиапазонов или сигнала низких частот, вычисляют мощность высокочастотного поддиапазона для сигнала высокочастотных поддиапазонов путем умножения величины параметра на оценочный коэффициент, определенный в соответствии с индексом множества подготовленных заранее оценочных коэффициентов, относящихся к каждому из множества высокочастотных поддиапазонов, составляющих диапазон высоких частот, и получения суммы произведений величин параметров на оценочные коэффициенты, и генерируют сигнал высоких частот на основе мощности высокочастотного поддиапазона и сигнала низкочастотных поддиапазонов.
Преимущества изобретения
Согласно аспектам с первого по четвертый настоящего изобретения музыкальные сигналы можно воспроизводить с повышенным качеством звучания за счет расширения частотных диапазонов.
Краткое описание чертежей
Фиг.1 представляет диаграмму, иллюстрирующую пример низкочастотного спектра мощности сигнала после декодирования, служащего входным сигналом, и оценку высокочастотной огибающей.
Фиг.2 представляет диаграмму, иллюстрирующую пример первоначального спектра мощности агрессивного музыкального сигнала, характеризуемого резкими изменениями во времени.
Фиг.3 представляет блок-схему, иллюстрирующую пример функциональной конфигурации устройства для расширения частотного диапазона согласно первому варианту настоящего изобретения.
Фиг.4 представляет логическую схему, описывающую пример процесса расширения частотного диапазона в устройстве для расширения частотного диапазона, показанном на фиг.3.
Фиг.5 представляет диаграмму, иллюстрирующую спектр мощности входного сигнала устройства для расширения частотного диапазона, показанного на фиг.3, и позиционирование полосно-пропускающего фильтра на частотной оси.
Фиг.6 представляет диаграмму, иллюстрирующую пример характеристики частотного параметра вокального сегмента и оценку высокочастотного спектра мощности.
Фиг.7 представляет диаграмму, иллюстрирующую пример спектра мощности входного сигнала в устройстве для расширения частотного диапазона, показанном на фиг.3.
Фиг.8 представляет диаграмму, иллюстрирующую пример спектра мощности после лифтрации входного сигнала, показанного на фиг 7.
Фиг.9 представляет блок-схему, иллюстрирующую пример функциональной конфигурация обучающегося устройства для определения коэффициентов с целью обучения для определения коэффициентов, используемых в схеме генерирования сигнала высоких частот в устройстве для расширения частотного диапазона, показанном на фиг.3.
Фиг.10 представляет логическую схему, показывающую пример обработки при обучении для определения коэффициентов в обучающемся устройстве для определения коэффициентов, показанном на фиг.9.
Фиг.11 представляет блок-схему, иллюстрирующую пример функциональной конфигурации устройства кодирования согласно второму варианту настоящего изобретения.
Фиг.12 представляет логическую схему, описывающую пример кодирующей обработки данных в устройстве кодирования, показанном на фиг.11.
Фиг.13 представляет блок-схему, иллюстрирующую пример функциональной конфигурации устройства декодирования согласно второму варианту настоящего изобретения.
Фиг.14 представляет логическую схему, описывающую пример декодирующей обработки данных в устройстве декодирования, показанном на фиг.13.
Фиг.15 представляет блок-схему, иллюстрирующую пример функциональной конфигурация обучающегося устройства для определения коэффициентов с целью обучения для определения репрезентативных векторов, используемых в схеме кодирования высоких частот, показанной на фиг.11, и декодированных оценочных коэффициентов для мощности высокочастотного поддиапазона, используемых в схеме декодирования высоких частот в устройстве декодирования, показанном на фиг.13.
Фиг.16 представляет логическую схему, описывающую пример обучающей обработки данных для определения коэффициентов в обучающемся устройстве для определения коэффициентов, показанном на фиг.15.
Фиг.17 представляет диаграмму, иллюстрирующую пример кодовой строки на выходе устройства кодирования, показанного на фиг.11.
Фиг.18 представляет блок-схему, иллюстрирующую пример функциональной конфигурации устройства кодирования.
Фиг.19 представляет логическую схему, описывающую обработку данных при кодировании.
Фиг.20 представляет блок-схему, иллюстрирующую пример функциональной конфигурации устройства декодирования.
Фиг.21 представляет логическую схему, описывающую обработку данных при декодировании.
Фиг.22 представляет логическую схему, описывающую обработку данных при кодировании.
Фиг.23 представляет логическую схему, описывающую обработку данных при декодировании.
Фиг.24 представляет логическую схему, описывающую обработку данных при кодировании.
Фиг.25 представляет логическую схему, описывающую обработку данных при кодировании.
Фиг.26 представляет логическую схему, описывающую обработку данных при кодировании.
Фиг.27 представляет логическую схему, описывающую обработку данных при кодировании.
Фиг.28 представляет блок-схему, иллюстрирующую пример конфигурации обучающегося устройства для определения коэффициентов.
Фиг.29 представляет логическую схему, описывающую обучающую обработку данных для определения коэффициентов.
Фиг.30 представляет блок-схему, иллюстрирующую пример конфигурации аппаратуры компьютера, выполняющую обработку данных с применением настоящего изобретения, посредством программы.
Осуществление изобретения
Варианты настоящего изобретения будут описаны со ссылками на прилагаемые чертежи. Отметим, что описание будет дано в следующем порядке.
1. Первый Вариант (в случае применения настоящего изобретения в устройстве для расширения частотного диапазона)
2. Второй Вариант (в случае применения настоящего изобретения в устройстве кодирования и устройстве декодирования)
3. Третий Вариант (в случае включения индекса коэффициента в кодированные данные высоких частот)
4. Четвертый Вариант (в случае включения индекса коэффициента и разности псевдомощностей сигнала высокочастотных поддиапазонов в кодированные данные высоких частот)
5. Пятый Вариант (в случае выбора индекса коэффициента с использованием вычисляемой величины)
6. Шестой Вариант (в случае совместного использования части коэффициентов)
1. Первый Вариант
Согласно первому варианту обработка данных с целью расширения частотного диапазона (далее именуемая обработкой данных для расширения частотного диапазона) осуществляется применительно к низкочастотным составляющим сигнала после декодирования, полученным посредством декодирования данных, кодированных способом кодирования с подавлением высоких частот.
Пример функциональной конфигурации устройства для расширения частотного диапазона
На фиг.3 показан пример функциональной конфигурации устройства для расширения частотного диапазона, в котором применено настоящее изобретение.
При использовании низкочастотных составляющих сигнала после декодирования в качестве входного сигнала устройство 10 расширения частотного диапазона обрабатывает этот входной сигнал для расширения частотного диапазона и передает сигнал после такой обработки для расширения частотного диапазона в качестве выходного сигнала.
Устройство 10 расширения частотного диапазона содержит фильтр 11 нижних частот, схему 12 задержки, полосно-пропускающий фильтр 13, схему 14 для вычисления величины параметра, схему 15 оценки мощности высокочастотных поддиапазонов, схему 16 генератора сигнала высоких частот, фильтр 17 верхних частот и средство 18 суммирования сигналов.
Фильтр 11 нижних частот осуществляет фильтрацию входного сигнала с использованием заданной частоты среза и передает низкочастотные составляющие сигнала, представляющие собой составляющие сигнала низких частот, на схему 12 задержки в качестве постфильтрационного сигнала.
Для обеспечения синхронизации в случае суммирования низкочастотных составляющих сигнала от фильтра 11 нижних частот и высокочастотных составляющих сигнала, что будет описано позднее, схема 12 задержки осуществляет задержку низкочастотных составляющих сигнала на некоторое время задержки и затем передает задержанные сигналы на средство 18 суммирования сигналов.
Полосно-пропускающий фильтр 13 построен из множества полосно-пропускающих фильтров с 13-1 по 13-N, каждый из которых имеет свою, отличную от других полосу пропускания. Полосно-пропускающий фильтр 13-i (1≤i≤N) позволяет пропустить сигнал в своей полосе пропускания из состава входного сигнала и передает этот сигнал в своей полосе в качестве сигнала одного из множества поддиапазонов на схему 14 вычисления величины параметра и на схему 16 генератора сигнала высоких частот.
Схема 14 вычисления величины параметра использует сигнал по меньшей мере одного из множества поддиапазонов от полосно-пропускающего фильтра 13 или входной сигнал для вычисления величин одного или множества параметров и передает результат на схему 15 оценки мощности высокочастотных поддиапазонов. Здесь величина параметра представляет собой информацию, указывающую параметр входного сигнала.
Схема 15 оценки мощности высокочастотных поддиапазонов вычисляет оценочную величину мощности высокочастотного поддиапазона, представляющую собой мощность сигнала высокочастотных поддиапазонов, для каждого из высокочастотных поддиапазонов на основе одной или множества величин параметров от схемы 14 для вычисления величины параметра и передает результат на схему 16 генератора сигнала высоких частот.
Схема 16 генератора сигнала высоких частот формирует высокочастотные составляющие сигнала, представляющие собой составляющие сигнала высоких частот, на основе сигналов множества поддиапазонов от полосно-пропускающего фильтра 13 и оценочных величин мощностей для множества поддиапазонов от схемы 15 оценки мощности высокочастотных поддиапазонов и передает результаты на фильтр 17 верхних частот.
Фильтр 17 верхних частот осуществляет фильтрацию высокочастотных составляющих сигнала от схемы 16 генератора сигнала высоких частот с частотой среза, соответствующей частоте среза фильтра 11 нижних частот, и передает результат на средство 18 суммирования сигналов.
Средство 18 суммирования сигналов осуществляет суммирование составляющих сигнала низких частот от схемы 12 задержки и составляющих сигнала высоких частот от фильтра 17 верхних частот и передает суммарный результат на выход в качестве выходного сигнала.
Отметим, что согласно конфигурации, показанной на фиг.3, полосно-пропускающий фильтр 13 служит для получения сигнала поддиапазона, но возможные конфигурации этим не ограничиваются, и может быть, например, использован фильтр для разделения диапазона, как описано в источнике PTL 1.
Кроме того, согласно конфигурации, показанной на фиг.3, аналогично, средство 18 суммирования сигналов служит для синтеза сигналов поддиапазонов, но возможные конфигурации этим не ограничиваются, и может быть, например, использован фильтр для синтеза диапазона, как описано в источнике PTL 1.
Обработка данных для расширения частотного диапазона в устройстве расширения частотного диапазона
Далее обработка для расширения частотного диапазона в устройстве расширения частотного диапазона, показанном на фиг.3, будет рассмотрена со ссылками на логическую схему, представленную на фиг.4.
На этапе S1 фильтр 11 нижних частот осуществляет фильтрацию входного сигнала с использованием заданной частоты среза и передает сигнал составляющей низких частот, служащий постфильтрационным сигналом, на схему 12 задержки.
Фильтр 11 нижних частот может устанавливать частоту по выбору в качестве частоты среза, но согласно рассматриваемому варианту, когда имеется заданный диапазон, являющийся исходным диапазоном расширения, который будет описан позднее, частоту среза устанавливают в соответствии с частотой низкочастотного края исходного диапазона расширения. Соответственно, фильтр 11 нижних частот передает на схему 12 задержки низкочастотные составляющие сигнала, представляющие собой составляющие сигнала в диапазоне ниже по частоте, чем исходный диапазон расширения, в качестве постфильтрационного сигнала.
Кроме того, фильтр 11 нижних частот может также установить оптимальную частоту в качестве частоты среза в соответствии с параметрами кодирования, такими как выбор способа кодирования с подавлением высоких частот и скорость передачи данных, и т.п. для входного сигнала. В качестве параметра кодирования можно также использовать побочную информацию, применяемую, например, для способа PTL 1 расширения диапазона.
На этапе S2 схема 12 задержки осуществляет задержку низкочастотных составляющих сигнала от фильтра 11 нижних частот на некоторое время задержки и передает результат на средство 18 суммирования сигналов.
На этапе S3 полосно-пропускающий фильтр 13 (полосно-пропускающие фильтры с 13-1 по 13-N) разделяет входной сигнал на сигналы множества поддиапазонов и передает каждый из полученных в результате разделения множества сигналов поддиапазонов на схему 14 для вычисления величины параметра и схему 16 генератора сигнала высоких частот. Отметим, что подробности обработки для разделения входного сигнала с использованием полосно-пропускающего фильтра 13 будут описаны позднее.
На этапе S4 схема 14 вычисления величины параметра использует сигнал по меньшей мере одного из множества поддиапазонов от полосно-пропускающего фильтра 13 или входной сигнал для вычисления одной или множества величин параметров и передает их на схему 15 оценки мощности высокочастотных поддиапазонов. Отметим, что подробности обработки для вычисления величины параметра в схеме 14 вычисления величины параметра будут описаны позднее.
На этапе S5 схема 15 оценки мощности высокочастотных поддиапазонов вычисляет оценочные величины мощностей высокочастотных поддиапазонов на основе одной или множества величин параметров от схемы 14 вычисления величины параметра и передает результаты на схему 16 генератора сигнала высоких частот. Отметим, что подробности обработки для вычисления оценочных величин мощностей высокочастотных поддиапазонов в схеме 15 оценки мощности высокочастотных поддиапазонов будут описаны позднее.
На этапе S6 схема 16 генератора сигнала высоких частот формирует высокочастотные составляющие сигнала на основе сигналов множества поддиапазонов от полосно-пропускающего фильтра 13 и оценочных величин множества мощностей высокочастотных поддиапазонов от схемы 15 оценки мощности высокочастотных поддиапазонов и передает результат на фильтр 17 верхних частот. Эти высокочастотные составляющие сигнала представляют собой составляющие сигнал из более высокочастотного диапазона по сравнению с исходным диапазоном расширения. Отметим, что подробности обработки для генерирования высокочастотных составляющих сигнала в схеме 16 генератора сигнала высоких частот будут описаны позднее.
На этапе S7 фильтр 17 верхних частот осуществляет фильтрацию высокочастотных составляющих сигнала от схемы 16 генератора сигнала высоких частот, устраняя тем самым шумы от повторяющихся составляющих для низких частот, включенных в высокочастотные составляющие сигнала, и т.п. и передает эти высокочастотные составляющие сигнала на средство 18 суммирования сигналов.
На этапе S8 средство 18 суммирования сигналов суммирует низкочастотные составляющие сигнала от схемы 12 задержки и высокочастотные составляющие сигнала от фильтра 17 верхних частот и передает суммарный сигнал на выход в качестве выходного сигнала.
Согласно описанной выше обработке данных частотный диапазон может быть расширен за счет низкочастотных составляющих сигнала после декодирования.
Далее будут описаны подробности обработки данных на каждом из этапов с S3 по S6 в логической схеме, показанной на фиг.4.
Подробности обработки данных в полосно-пропускающем фильтре
Сначала будут описаны подробности обработки данных в полосно-пропускающем фильтре 13 на этапе S3, представленном на логической схеме, показанной на фиг.4.
Отметим, что для простоты рассмотрения число N полосно-пропускающих фильтров 13 будет составлять N=4.
Например, в качестве исходного диапазона расширения может быть выбран один из 16 поддиапазонов, полученных путем деления частоты Найквиста для входного сигнала на 16 равных частей, а уже из этих 16 поддиапазонов каждый из 4 поддиапазонов из состава диапазона ниже по частоте относительно исходного диапазона расширения выбран в качестве полосы пропускания одного из полосно-пропускающих фильтров с 13-1 по 13-4 соответственно.
На фиг.5 показано положение полосы пропускания каждого из полосно-пропускающих фильтров с 13-1 по 13-4 на оси частот.
Как показано на фиг.5, если индекс первого поддиапазона, считая от высокочастотного края частотного диапазона (поддиапазона), расположенного ниже по частоте относительно исходного диапазона расширения, обозначить sb, индекс второго поддиапазона sb-1 и индекс I-го поддиапазона обозначить sb-(I-1), каждому из полосно-пропускающих фильтров с 13-1 по 13-4 назначена полоса пропускания, соответствующая одному из поддиапазонов с индексами с sb по sb-3, из совокупности поддиапазонов, находящихся ниже по частоте относительно исходного диапазона расширения.
Отметим, что согласно настоящему изобретению полоса пропускания каждого из полосно-пропускающих фильтров с 13-1 по 13-4 соответствует одному из заданных четырех поддиапазонов из совокупности 16 поддиапазонов, полученных путем деления частоты Найквиста на 16 равных частей, но этим не ограничивается, эти полосы пропускания фильтров могут соответствовать заданной четверке из 256 поддиапазонов, полученных путем деления частоты Найквиста для входного сигнала на 256 равных частей. Кроме того, полосы пропускания каждого из полосно-пропускающих фильтров с 13-1 по 13-4 могут быть различными.
Подробности обработки данных в схеме для вычисления величины параметра
Далее будут описаны подробности обработки данных в схеме 14 для вычисления величины параметра на этапе S4 логической схемы, показанной на фиг.4.
Схема 14 для вычисления величины параметра использует по меньшей мере один из сигналов множества поддиапазонов от полосно-пропускающего фильтра 13 или входной сигнал и вычисляет одну или несколько величин параметров, которые схема 15 оценки мощности высокочастотных поддиапазонов использует для вычисления оценочных величин мощности высокочастотного поддиапазона.
Более конкретно, схема 14 вычисления величины параметра вычисляет, в качестве величин параметров, мощность сигнала поддиапазона (мощность поддиапазона (далее именуемую также мощностью низкочастотного поддиапазона)) для каждого поддиапазона из сигналов четырех поддиапазонов от полосно-пропускающего фильтра 13 и передает на схему 15 оценки мощности высокочастотных поддиапазонов.
Иными словами, схема 14 для вычисления величины параметра находит мощность низкочастотного поддиапазона в некотором заданном временном кадре, именуемую power (ib,J), на основе сигналов x(ib,n) четырех поддиапазонов, поступающих от полосно-пропускающего фильтра 13, с использованием Выражения (1) ниже. Здесь, ib представляет индекс поддиапазона и n представляет индекс отрезка времени. Отметим, что размер рассматриваемого сегмента одного кадра обозначен FSIZE, а мощность выражена в децибелах.
Выражение 1
<mtable columnalign="left"><mtr><mtd><mi>p</mi><mi>o</mi><mi>w</mi><mi>e</mi><mi>r</mi><mtext>  </mtext><mrow><mo>(</mo><mrow><mtext>ib</mtext><mtext>, J</mtext></mrow><mo>)</mo></mrow><mo>=</mo><mn>10</mn><mtext> </mtext><mi>log</mi><mn>10</mn><mtext> </mtext><mrow><mo>{</mo><mrow><mrow><mo>(</mo><mrow><mstyle displaystyle="true"><munderover><mo>∑</mo><mrow><mi>n</mi><mo>=</mo><mi>J</mi><mo>*</mo><mi>F</mi><mi>S</mi><mi>I</mi><mi>Z</mi><mi>E</mi></mrow><mrow><mrow><mo>(</mo><mrow><mtext>J</mtext><mo>+</mo><mtext>1</mtext></mrow><mo>)</mo></mrow><mi>F</mi><mi>S</mi><mi>I</mi><mi>Z</mi><mi>E</mi><mo>−</mo><mn>1</mn></mrow></munderover><mrow /></mstyle><mtext>  </mtext><mi>x</mi><mtext> </mtext><msup><mrow><mrow><mo>(</mo><mrow><mtext>ib</mtext><mtext>, n</mtext></mrow><mo>)</mo></mrow></mrow><mn>2</mn></msup></mrow><mo>)</mo></mrow><mo>/</mo><mi>F</mi><mi>S</mi><mi>I</mi><mi>Z</mi><mi>E</mi></mrow><mo>}</mo></mrow></mtd></mtr><mtr><mtd><mrow><mo>(</mo><mrow><mi>s</mi><mi>b</mi><mo>−</mo><mn>3</mn><mo>≤</mo><mi>i</mi><mi>b</mi><mo>≤</mo><mi>s</mi><mi>b</mi></mrow><mo>)</mo></mrow><mtext>                                                   </mtext></mtd></mtr><mtr><mtd><mtext>                                                                              </mtext><mo>…</mo><mtext>  </mtext><mrow><mo>(</mo><mtext>1</mtext><mo>)</mo></mrow></mtd></mtr></mtable>
Таким образом, мощность power (ib,J) низкочастотного поддиапазона, найденную в схеме 14 вычисления величины параметра, передают в качестве величины параметра на схему 15 оценки мощности высокочастотных поддиапазонов.
Подробности обработки данных в схеме оценки мощности высокочастотных поддиапазонов
Далее будут описаны подробности обработки данных в схеме 15 оценки мощности высокочастотных поддиапазонов на этапе S5 логической схемы, показанной на фиг.4.
Схема 15 оценки мощности высокочастотных поддиапазонов вычисляет оценочную величину мощности поддиапазона (мощность высокочастотного поддиапазона) для диапазона, подлежащего расширению (диапазон расширения частоты) за пределы поддиапазона, имеющего индекс sb+1 (исходный диапазон расширения), на основе мощностей четырех поддиапазонов, поступающих от схемы 14 для вычисления величины параметра.
Иными словами, если индекс поддиапазона для самого высокочастотного поддиапазона в диапазоне расширения частоты установлен eb, схема 15 оценки мощности высокочастотных поддиапазонов оценивает (eb-sb) мощностей поддиапазонов, соответствующих поддиапазонам с номерами с sb+1 по eb.
est
Оценочную величину мощности поддиапазона с индексом ib в диапазоне расширения частоты, т.е. power(ib,J), определяют с использованием мощностей power(ib,j) четырех поддиапазонов, поступающих от схемы 14 для вычисления величины параметра, в соответствии с Выражением (2) ниже, например.
Выражение 2
<mtable columnalign="left"><mtr><mtd><mi>p</mi><mi>o</mi><mi>w</mi><mi>e</mi><msub><mi>r</mi><mrow><mi>e</mi><mi>s</mi><mi>t</mi></mrow></msub><mtext> </mtext><mrow><mo>(</mo><mrow><mtext>ib</mtext><mtext>, J</mtext></mrow><mo>)</mo></mrow><mo>=</mo><mrow><mo>(</mo><mrow><mstyle displaystyle="true"><munderover><mo>∑</mo><mrow><mi>k</mi><mi>b</mi><mo>=</mo><mi>s</mi><mi>b</mi><mo>−</mo><mn>3</mn></mrow><mrow><mi>s</mi><mi>b</mi></mrow></munderover><mrow /></mstyle><mtext>  </mtext><mrow><mo>{</mo><mrow><msub><mtext>A</mtext><mrow><mtext>ib</mtext></mrow></msub><mtext> </mtext><mrow><mo>(</mo><mrow><mi>k</mi><mi>b</mi></mrow><mo>)</mo></mrow><mtext> </mtext><mi>p</mi><mi>o</mi><mi>w</mi><mi>e</mi><mi>r</mi><mtext> </mtext><mrow><mo>(</mo><mrow><mi>k</mi><mi>b</mi><mo>,</mo><mtext> J</mtext></mrow><mo>)</mo></mrow></mrow><mo>}</mo></mrow></mrow><mo>)</mo></mrow><mo>+</mo><msub><mi>B</mi><mrow><mi>i</mi><mi>b</mi></mrow></msub></mtd></mtr><mtr><mtd><mrow><mo>(</mo><mrow><mi>J</mi><mo>*</mo><mi>F</mi><mi>S</mi><mi>I</mi><mi>Z</mi><mi>E</mi><mo>≤</mo><mi>n</mi><mo>≤</mo><mtext> </mtext><mrow><mo>(</mo><mrow><mi>J</mi><mo>+</mo><mn>1</mn></mrow><mo>)</mo></mrow><mtext> </mtext><mi>F</mi><mi>S</mi><mi>I</mi><mi>Z</mi><mi>E</mi><mo>−</mo><mn>1,</mn><mtext>  sb</mtext><mo>+</mo><mtext>1</mtext><mo>≤</mo><mtext>ib</mtext><mo>≤</mo><mtext>eb</mtext></mrow><mo>)</mo></mrow></mtd></mtr><mtr><mtd><mtext>                                                                               </mtext><mo>…</mo><mtext> </mtext><mrow><mo>(</mo><mtext>2</mtext><mo>)</mo></mrow></mtd></mtr></mtable>
ib
ib
ib
ib
ib
ib
ib
ib
Теперь, в Выражении (2), величины коэффициентов A(kb) и B отличаются одна от другой для каждого из поддиапазонов ib. Эти коэффициенты A(kb) и B устанавливают подходящим образом, чтобы получить благоприятные величины для различных входных сигналов. Кроме того, эти коэффициенты A(kb) и B изменяют до оптимальных величин при изменении поддиапазона sb. Отметим, что получение коэффициентов A(kb) и B будет описано позднее.
В Выражении (2) оценочные величины мощности высокочастотного поддиапазона вычисляют посредством линейной комбинации с использованием мощности каждого из сигналов множества поддиапазонов от полосно-пропускающего фильтра 13, но предлагаемая система этим не ограничивается, так что, например, вычисления можно производить с использованием линейной комбинации множества мощностей низкочастотного поддиапазона для множества кадров до и после временного кадра J или с применением нелинейных функций.
Таким образом, оценочные величины мощности высокочастотного поддиапазона, вычисленные в схеме 15 оценки мощности высокочастотных поддиапазонов, передают на схему 16 генератора сигнала высоких частот.
Подробности обработки данных в схеме генератора сигнала высоких частот
Далее будут описаны подробности обработки данных в схеме 16 генератора сигнала высоких частот на этапе S6 логической схемы, показанной на фиг.4.
est
Схема 16 генератора сигнала высоких частот вычисляет мощность power(ib,J) низкочастотного поддиапазона для каждого из поддиапазонов из состава сигналов множества поддиапазонов, поступающих от полосно-пропускающего фильтра 13, на основе Выражения (1), описанного выше. Эта схема 16 генератора сигнала высоких частот использует вычисленные несколько мощностей power(ib,J) низкочастотных поддиапазонов и оценочные величины мощности power(ib,J) высокочастотного поддиапазона, вычисленные на основе описанного выше Выражения (2) посредством схемы 15 оценки мощности высокочастотных поддиапазонов, чтобы найти величину коэффициента G(ib,J) передачи согласно Выражению (3) ниже.
Выражение 3
<mtable columnalign="left"><mtr><mtd><mi>G</mi><mtext> </mtext><mrow><mo>(</mo><mrow><mtext>ib</mtext><mtext>,J</mtext></mrow><mo>)</mo></mrow><mo>=</mo><msup><mn>10</mn><mrow><mrow><mo>{</mo><mrow><mrow><mo>(</mo><mrow><mi>p</mi><mi>o</mi><mi>w</mi><mi>e</mi><msub><mi>r</mi><mrow><mi>e</mi><mi>s</mi><mi>t</mi></mrow></msub><mtext> </mtext><mrow><mo>(</mo><mrow><mtext>ib</mtext><mtext>, J</mtext></mrow><mo>)</mo></mrow><mo>−</mo><mi>p</mi><mi>o</mi><mi>w</mi><mi>e</mi><mi>r</mi><mtext> </mtext><mrow><mo>(</mo><mrow><msub><mrow><mtext>sb</mtext></mrow><mrow><mtext>map</mtext></mrow></msub><mtext> </mtext><mrow><mo>(</mo><mrow><mtext>ib</mtext></mrow><mo>)</mo></mrow><mo>,</mo><mtext> J</mtext></mrow><mo>)</mo></mrow></mrow><mo>)</mo></mrow><mo>/</mo><mn>20</mn></mrow><mo>}</mo></mrow></mrow></msup></mtd></mtr><mtr><mtd><mrow><mo>(</mo><mrow><mi>J</mi><mo>*</mo><mi>F</mi><mi>S</mi><mi>I</mi><mi>Z</mi><mi>E</mi><mo>≤</mo><mi>n</mi><mo>≤</mo><mtext> </mtext><mrow><mo>(</mo><mrow><mi>J</mi><mo>+</mo><mn>1</mn></mrow><mo>)</mo></mrow><mtext> </mtext><mi>F</mi><mi>S</mi><mi>I</mi><mi>Z</mi><mi>E</mi><mo>−</mo><mn>1,</mn><mtext>  sb</mtext><mo>+</mo><mtext>1</mtext><mo>≤</mo><mtext>ib</mtext><mo>≤</mo><mtext>eb</mtext></mrow><mo>)</mo></mrow></mtd></mtr><mtr><mtd><mtext>                                                                               </mtext><mo>…</mo><mtext> </mtext><mrow><mo>(</mo><mtext>3</mtext><mo>)</mo></mrow></mtd></mtr></mtable>
map
Теперь, в Выражении (3), sb(ib) представляет собой индекс поддиапазона источника образа для случая, когда поддиапазон ib является поддиапазоном адресата образа, и определяется Выражением (4) ниже.
Выражение 4
<mtable columnalign="left"><mtr><mtd><mi>s</mi><msub><mi>b</mi><mrow><mi>m</mi><mi>a</mi><mi>p</mi></mrow></msub><mrow><mo>(</mo><mrow><mi>i</mi><mi>b</mi></mrow><mo>)</mo></mrow><mo>=</mo><mi>i</mi><mi>b</mi><mo>−</mo><mn>4</mn><mtext> </mtext><mi>I</mi><mi>N</mi><mi>T</mi><mtext> </mtext><mrow><mo>(</mo><mrow><mfrac><mrow><mtext>ib-sb-1</mtext></mrow><mtext>4</mtext></mfrac><mo>+</mo><mn>1</mn></mrow><mo>)</mo></mrow></mtd></mtr><mtr><mtd><mrow><mo>(</mo><mrow><mi>s</mi><mi>b</mi><mo>+</mo><mn>1</mn><mo>≤</mo><mi>i</mi><mi>b</mi><mo>≤</mo><mi>e</mi><mi>b</mi></mrow><mo>)</mo></mrow><mtext>                                               </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext>      </mtext><mo>…</mo><mrow><mo>(</mo><mtext>4</mtext><mo>)</mo></mrow></mtd></mtr></mtable>
Отметим, что в Выражении (4) INT(a) обозначает функцию округления величины а до ближайшего меньшего целого числа.
Далее схема 16 генератора сигнала высоких частот вычисляет сигнал x2(ib,n) поддиапазона после коррекции коэффициента передачи, найденный посредством умножения величины коэффициента G(ib,J) передачи, найденной с применением Выражения (3), на выходной сигнал полосно-пропускающего фильтра 13 в соответствии с Выражением (5) ниже.
Выражение 5
<mtable columnalign="left"><mtr><mtd><mi>x</mi><mn>2</mn><mtext> </mtext><mrow><mo>(</mo><mrow><mtext>ib</mtext><mtext>,n</mtext></mrow><mo>)</mo></mrow><mo>=</mo><mi>G</mi><mtext> </mtext><mrow><mo>(</mo><mrow><mtext>ib</mtext><mtext>, J</mtext></mrow><mo>)</mo></mrow><mo>×</mo><mrow><mo>(</mo><mrow><mi>s</mi><msub><mi>b</mi><mrow><mi>m</mi><mi>a</mi><mi>p</mi></mrow></msub><mtext> </mtext><mrow><mo>(</mo><mrow><mtext>ib</mtext></mrow><mo>)</mo></mrow><mo>,</mo><mtext> n</mtext></mrow><mo>)</mo></mrow></mtd></mtr><mtr><mtd><mrow><mo>(</mo><mrow><mi>J</mi><mo>*</mo><mi>F</mi><mi>S</mi><mi>I</mi><mi>Z</mi><mi>E</mi><mo>≤</mo><mi>n</mi><mo>≤</mo><mtext> </mtext><mrow><mo>(</mo><mrow><mi>J</mi><mo>+</mo><mn>1</mn></mrow><mo>)</mo></mrow><mtext> </mtext><mi>F</mi><mi>S</mi><mi>I</mi><mi>Z</mi><mi>E</mi><mo>−</mo><mn>1,</mn><mtext>  sb</mtext><mo>+</mo><mtext>1</mtext><mo>≤</mo><mtext>ib</mtext><mo>≤</mo><mtext>eb</mtext></mrow><mo>)</mo></mrow></mtd></mtr><mtr><mtd><mtext>                                                                                </mtext><mo>…</mo><mtext> </mtext><mrow><mo>(</mo><mtext>5</mtext><mo>)</mo></mrow></mtd></mtr></mtable>
Далее схема 16 генератора сигнала высоких частот вычисляет с использованием Выражения (6) ниже сигнал x3(ib,n) поддиапазона после коррекции коэффициента передачи, подвергнутый косинусному преобразованию, на основе сигнала x2(ib,n) поддиапазона после коррекции коэффициента передачи путем выполнения косинусного преобразования к частоте, соответствующей верхнему краю поддиапазона, имеющего индекс sb, от частоты, соответствующей частоте на нижнем краю поддиапазона, имеющего индекс sb-3.
Выражение 6
<mtable columnalign="left"><mtr><mtd><mi>x</mi><mn>3</mn><mtext> </mtext><mrow><mo>(</mo><mrow><mtext>ib</mtext><mtext>, n</mtext></mrow><mo>)</mo></mrow><mo>=</mo><mi>x</mi><mn>2</mn><mtext> </mtext><mrow><mo>(</mo><mrow><mtext>ib</mtext><mtext>, n</mtext></mrow><mo>)</mo></mrow><mo>*</mo><mn>2</mn><mi>cos</mi><mtext> </mtext><mrow><mo>(</mo><mi>n</mi><mo>)</mo></mrow><mo>*</mo><mrow><mo>{</mo><mrow><mn>4</mn><mtext> </mtext><mrow><mo>(</mo><mrow><mi>i</mi><mi>b</mi><mo>+</mo><mn>1</mn></mrow><mo>)</mo></mrow><mi>π</mi><mo>/</mo><mn>32</mn></mrow><mo>}</mo></mrow></mtd></mtr><mtr><mtd><mrow><mo>(</mo><mrow><mi>s</mi><mi>b</mi><mo>+</mo><mn>1</mn><mo>≤</mo><mi>i</mi><mi>b</mi><mo>≤</mo><mi>e</mi><mi>b</mi></mrow><mo>)</mo></mrow></mtd></mtr><mtr><mtd><mtext>                                                                                </mtext><mo>…</mo><mtext> </mtext><mrow><mo>(</mo><mtext>6</mtext><mo>)</mo></mrow></mtd></mtr></mtable>
Отметим, что Выражение (6) представляет отношение длины окружности. Выражение (6) здесь означает, что сигнал x2(ib,n) каждого поддиапазона после коррекции коэффициента передачи оказывается смещен вверх по частоте на величину, эквивалентную ширине четырех полос.
high
Схема 16 генератора сигнала высоких частот затем вычисляет высокочастотные составляющие x(n) сигнала на основе сигнала x3(ib,n) поддиапазона после коррекции коэффициента передачи, смещенного вверх по частоте, согласно Выражению (7) ниже.
Выражение 7
<mtable columnalign="left"><mtr><mtd><msub><mi>x</mi><mrow><mi>h</mi><mi>i</mi><mi>g</mi><mi>h</mi></mrow></msub><mrow><mo>(</mo><mi>n</mi><mo>)</mo></mrow><mo>=</mo><mstyle displaystyle="true"><munderover><mo>∑</mo><mrow><mi>i</mi><mi>b</mi><mo>=</mo><mi>s</mi><mi>b</mi><mo>+</mo><mn>1</mn></mrow><mrow><mi>e</mi><mi>b</mi></mrow></munderover><mrow /></mstyle><mtext> x3 </mtext><mrow><mo>(</mo><mrow><mtext>ib</mtext><mtext>, n</mtext></mrow><mo>)</mo></mrow></mtd></mtr><mtr><mtd><mtext>                                                                                </mtext><mo>…</mo><mtext> </mtext><mrow><mo>(</mo><mtext>7</mtext><mo>)</mo></mrow></mtd></mtr></mtable>
Таким образом, высокочастотные составляющие сигнала генерируют в схеме 16 генератора сигнала высоких частот на основе четырех мощностей низкочастотных поддиапазонов, вычисленных на основе сигналов четырех поддиапазонов от полосно-пропускающего фильтра 13, и оценочной величины мощности высокочастотного поддиапазона от схемы 15 оценки мощности высокочастотных поддиапазонов и передают на фильтр 17 верхних частот.
Согласно описанной выше обработке данных входного сигнала, полученного после декодирования данных, кодированных с применением способа кодирования с подавлением высоких частот, с использованием мощности низкочастотного поддиапазона, вычисленной исходя из сигналов множества поддиапазонов, в качестве величины параметра, на основе этого и с применением должным образом заданного коэффициента вычисляют оценочную величину мощности высокочастотного поддиапазона и генерируют должным образом высокочастотные составляющие сигнала в соответствии с мощностью низкочастотного поддиапазона и оценочной величиной мощности высокочастотного поддиапазона, что позволяет с высокой точностью оценить мощность поддиапазона для диапазона расширения частоты и воспроизводить музыкальные сигналы при высоком качестве звучания.
Выше дано описание примера, согласно которому схема 14 вычисления величины параметра вычисляет только мощность низкочастотного поддиапазона, рассчитываемую на основе сигналов множества поддиапазонов, в качестве величины параметра, но в этом случае в зависимости от типа входного сигнала возможно не удастся с высокой точностью оценить мощность поддиапазона для диапазона расширения частоты.
Таким образом, схема 14 вычисления величины параметра вычисляют величину параметра, обладающую сильной корреляцией с формой характеристики мощности поддиапазона для диапазона расширения частоты (форма спектра мощности высоких частот), и это дает возможность с высокой точностью оценить мощность поддиапазона для диапазона расширения частоты в схеме 15 оценки мощности высокочастотных поддиапазонов.
Другой пример вычисления величины параметра в схеме для вычисления величины параметра
На фиг.6 показаны применительно к некоторому входному сигналу пример характеристики частотного параметра в вокальном сегменте, представляющем собой сегмент, большую часть которого занимает вокал, и спектр мощности высоких частот, полученный путем вычисления мощности низкочастотного поддиапазона единственно в качестве величины параметра для оценки мощности высокочастотного поддиапазона.
Как показано на фиг.6, для частотного параметра в вокальном сегменте оценка спектра мощности высоких частот часто располагается выше спектра мощности высоких частот для исходного сигнала. Человеческое ухо легко определяет дискомфорт при прослушивании поющего голоса, вследствие чего в вокальном сегменте следует с особенной точностью формировать оценку мощности высокочастотного поддиапазона.
Кроме того, как показано на фиг.6, на характеристике частотного параметра в вокальном сегменте часто наблюдается одно большое понижение между частотами 4,9 кГц и 11,025 кГц.
Сейчас, ниже будет рассмотрен пример использования величины понижения частотной характеристики в диапазоне частот между 4,9 кГц и 11,025 кГц, служащей величиной параметра для оценки мощности высокочастотного поддиапазона в вокальном сегменте. Отметим, что величина параметра, указывающая степень понижения, будет далее именоваться «провалом» или величиной «провала».
Ниже будет рассмотрен пример вычисления величины провала, dip(J), во временном кадре J.
Сначала применяют Быстрое преобразование Фурье (БПФ (FFT (Fast Fourier Transform))) по 2048 точкам к сигналам в 2048 отсчетным сегментам, включенным в диапазон входного сигнала до, после и включая кадр J, и вычисляют коэффициенты по оси частот. Спектр мощности получают путем выполнения db-преобразования к абсолютным величинам различных вычисленных коэффициентов.
На фиг.7 показан пример спектра мощности, полученного, как описано выше. Теперь для удаления тонких составляющих спектра мощности осуществляют т.н. «лифтрацию», чтобы удалить составляющие с частотами 1,3 кГц или ниже, например. При использовании такой лифтрации можно последовательно во времени наблюдать различные измерения спектра мощности и осуществлять фильтрацию путем применения фильтра нижних частот, сглаживая тем самым тонкие составляющие спектрального пика.
На фиг.8 показан пример спектра мощности входного сигнала после лифтрации. В показанном на фиг.8 спектре мощности после лифтрации разница между минимальным значением и максимальным значением спектра мощности в пределах диапазона от 4,9 кГц по 11,025 кГц обозначена как «провал», dip(J).
Таким образом, вычисляют величину параметра, сильно коррелированную с мощностью поддиапазона для диапазона расширения частоты. Отметим, что рассматриваемый пример вычисления величины провала dip(J) не ограничивается описанным выше вариантом, а может быть применен другой способ.
Далее будет описан другой пример вычисления величины параметра, обладающей сильной корреляцией с мощностью поддиапазона для диапазона расширения частоты.
Еще один пример вычисления величины параметра в схеме для вычисления величины параметра
Что касается частотного параметра для агрессивного сегмента, представляющего собой сегмент, включающий агрессивный музыкальный сигнал, спектр мощности некоторого входного сигнала на стороне высоких частот часто является приблизительно равномерным, как описано со ссылками на фиг.2. При применении способа, вычисляющего исключительно мощность низкочастотного поддиапазона в качестве величины параметра, мощность поддиапазона для диапазона расширения частоты оценивают без использования величины параметра, показывающей изменения во времени, уникальные для входного сигнала, включающего агрессивный сегмент, так что оказывается затруднительно оценить с высокой точностью приблизительно равномерную характеристику мощности поддиапазона для диапазона расширения частоты, такую как имеет место в агрессивном сегменте.
Таким образом, ниже будет рассмотрен пример применения характеристики изменения во времени для мощности низкочастотного поддиапазона, которая (характеристика) служит величиной параметра, используемой для оценки мощности высокочастотного поддиапазона в агрессивном сегменте сигнала.
d
Такое изменение power(J) во времени для мощности низкочастотного поддиапазона в пределах некоторого временного кадра J определяют с применением Выражения (8) ниже, например.
Выражение 8
<mtable columnalign="left"><mtr><mtd><mi>p</mi><mi>o</mi><mi>w</mi><mi>e</mi><msub><mi>r</mi><mi>d</mi></msub><mtext> </mtext><mrow><mo>(</mo><mtext>J</mtext><mo>)</mo></mrow><mo>=</mo><mstyle displaystyle="true"><munderover><mo>∑</mo><mrow><mi>i</mi><mi>b</mi><mo>=</mo><mi>s</mi><mi>b</mi><mo>−</mo><mn>3</mn></mrow><mrow><mi>s</mi><mi>b</mi></mrow></munderover><mrow /></mstyle><mtext> </mtext><mstyle displaystyle="true"><munderover><mo>∑</mo><mrow><mi>n</mi><mo>=</mo><mi>J</mi><mo>*</mo><mi>F</mi><mi>S</mi><mi>I</mi><mi>Z</mi><mi>E</mi></mrow><mrow><mrow><mo>(</mo><mrow><mtext>J</mtext><mo>+</mo><mtext>1</mtext></mrow><mo>)</mo></mrow><mi>F</mi><mi>S</mi><mi>I</mi><mi>Z</mi><mi>E</mi><mo>−</mo><mn>1</mn></mrow></munderover><mrow /></mstyle><mtext>  </mtext><mrow><mo>(</mo><mrow><mtext>x </mtext><msup><mrow><mrow><mo>(</mo><mrow><mtext>ib</mtext><mtext>, n</mtext></mrow><mo>)</mo></mrow></mrow><mn>2</mn></msup></mrow><mo>)</mo></mrow></mtd></mtr><mtr><mtd><mtext>                  /</mtext><mstyle displaystyle="true"><munderover><mo>∑</mo><mrow><mi>i</mi><mi>b</mi><mo>=</mo><mi>s</mi><mi>b</mi><mo>−</mo><mn>3</mn></mrow><mrow><mi>s</mi><mi>b</mi></mrow></munderover><mrow /></mstyle><mtext> </mtext><mstyle displaystyle="true"><munderover><mo>∑</mo><mrow><mi>n</mi><mo>=</mo><mrow><mo>(</mo><mrow><mi>J</mi><mo>−</mo><mn>1</mn></mrow><mo>)</mo></mrow><mi>F</mi><mi>S</mi><mi>I</mi><mi>Z</mi><mi>E</mi></mrow><mrow><mi>J</mi><mo>*</mo><mi>F</mi><mi>S</mi><mi>I</mi><mi>Z</mi><mi>E</mi><mo>−</mo><mn>1</mn></mrow></munderover><mrow /></mstyle><mtext>  </mtext><mrow><mo>(</mo><mrow><mtext>x </mtext><msup><mrow><mrow><mo>(</mo><mrow><mtext>ib</mtext><mtext>, n</mtext></mrow><mo>)</mo></mrow></mrow><mn>2</mn></msup></mrow><mo>)</mo></mrow></mtd></mtr><mtr><mtd><mtext>                                                                                </mtext><mo>…</mo><mtext> </mtext><mrow><mo>(</mo><mtext>8</mtext><mo>)</mo></mrow></mtd></mtr></mtable>
d
Согласно Выражению (8) изменение power(J) во времени для мощности низкочастотного поддиапазона выражает отношение суммы мощностей четырех низкочастотных поддиапазонов в пределах временного кадра J и суммы мощностей четырех низкочастотных поддиапазонов в пределах временного кадра (J-1), который предшествует временному кадру J на один кадр, и чем больше величина этого отношения, тем больше изменение мощности между кадрами во времени, т.е. тем сильнее считается «агрессия» в сигнале, включенном во временной кадр J.
Кроме того, если сравнивать статистически усредненный спектр мощности, показанный на фиг.1, и спектр мощности в агрессивном сегменте (музыкальный сигнал агрессивного типа), показанный на фиг.2, видно, что уровень энергии в спектре мощности в агрессивном сегменте растет справа от средней частоты. Характеристика частотного параметра такого типа часто имеет место в агрессивных сегментах.
Теперь, ниже будет рассмотрен пример применения наклона характеристики средней частоты в качестве величины параметра, используемого для оценки мощности высокочастотного поддиапазона в агрессивном сегменте.
Наклон, slope(J), характеристики средней частоты в некотором временном кадре J получают в соответствии с Выражением (9) ниже, например.
Выражение 9
<mtable columnalign="left"><mtr><mtd><mi>s</mi><mtext>lope </mtext><mrow><mo>(</mo><mtext>J</mtext><mo>)</mo></mrow><mo>=</mo><mstyle displaystyle="true"><munderover><mo>∑</mo><mrow><mi>i</mi><mi>b</mi><mo>=</mo><mi>s</mi><mi>b</mi><mo>−</mo><mn>3</mn></mrow><mrow><mi>s</mi><mi>b</mi></mrow></munderover><mrow /></mstyle><mtext> </mtext><mstyle displaystyle="true"><munderover><mo>∑</mo><mrow><mi>n</mi><mo>=</mo><mi>J</mi><mo>*</mo><mi>F</mi><mi>S</mi><mi>I</mi><mi>Z</mi><mi>E</mi></mrow><mrow><mrow><mo>(</mo><mrow><mtext>J</mtext><mo>+</mo><mtext>1</mtext></mrow><mo>)</mo></mrow><mi>F</mi><mi>S</mi><mi>I</mi><mi>Z</mi><mi>E</mi><mo>−</mo><mn>1</mn></mrow></munderover><mrow /></mstyle><mtext>  </mtext><mrow><mo>{</mo><mrow><mtext>W </mtext><mrow><mo>(</mo><mrow><mtext>ib</mtext></mrow><mo>)</mo></mrow><mo>*</mo><mi>x</mi><mtext> </mtext><msup><mrow><mrow><mo>(</mo><mrow><mi>i</mi><mi>b</mi><mo>,</mo><mtext> </mtext><mi>n</mi></mrow><mo>)</mo></mrow></mrow><mn>2</mn></msup><mo stretchy="false">)</mo></mrow><mo>}</mo></mrow></mtd></mtr><mtr><mtd><mtext>                  /</mtext><mstyle displaystyle="true"><munderover><mo>∑</mo><mrow><mi>i</mi><mi>b</mi><mo>=</mo><mi>s</mi><mi>b</mi><mo>−</mo><mn>3</mn></mrow><mrow><mi>s</mi><mi>b</mi></mrow></munderover><mrow /></mstyle><mtext> </mtext><mstyle displaystyle="true"><munderover><mo>∑</mo><mrow><mi>n</mi><mo>=</mo><mi>J</mi><mo>*</mo><mi>F</mi><mi>S</mi><mi>I</mi><mi>Z</mi><mi>E</mi></mrow><mrow><mrow><mo>(</mo><mrow><mtext>J</mtext><mo>+</mo><mtext>1</mtext></mrow><mo>)</mo></mrow><mi>F</mi><mi>S</mi><mi>I</mi><mi>Z</mi><mi>E</mi><mo>−</mo><mn>1</mn></mrow></munderover><mrow /></mstyle><mtext>  </mtext><mrow><mo>(</mo><mrow><mtext>x </mtext><msup><mrow><mrow><mo>(</mo><mrow><mtext>ib</mtext><mtext>, n</mtext></mrow><mo>)</mo></mrow></mrow><mn>2</mn></msup></mrow><mo>)</mo></mrow></mtd></mtr><mtr><mtd><mtext>                                                                                </mtext><mo>…</mo><mtext> </mtext><mrow><mo>(</mo><mtext>9</mtext><mo>)</mo></mrow></mtd></mtr></mtable>
В Выражении (9) коэффициент w(ib) представляет собой взвешенный коэффициент, скорректированный, чтобы быть взвешенным по отношению к мощности высокочастотного поддиапазона. Согласно Выражению (9) наклон slope(J) выражает отношение между суммой мощностей четырех низкочастотных поддиапазонов, взвешенной с использованием высокой частоты, и суммой мощностей четырех низкочастотных поддиапазонов. Например, если мощности четырех низкочастотных поддиапазонов становятся мощностью, соответствующей поддиапазону средней частоты, наклон slope(J) имеет большую величину, когда характеристика спектра мощности средней частоты поднимается вправо, и меньшую величину, когда эта характеристика снижается вправо.
d
Кроме того, во многих случаях наклон характеристики средней частоты изменяется в широких пределах до и после агрессивного сегмента, так что изменение этого наклона во времени, slope(J), представленное Выражением (10) ниже, может быть установлено в качестве величины параметра, используемой для оценки мощности высокочастотного поддиапазона для агрессивного сегмента.
Выражение 10
<mtable columnalign="left"><mtr><mtd><mi>s</mi><mi>l</mi><mi>o</mi><mi>p</mi><msub><mi>e</mi><mi>d</mi></msub><mtext> </mtext><mrow><mo>(</mo><mtext>J</mtext><mo>)</mo></mrow><mo>=</mo><mi>s</mi><mi>l</mi><mi>o</mi><mi>p</mi><mi>e</mi><mtext> </mtext><mrow><mo>(</mo><mtext>J</mtext><mo>)</mo></mrow><mo>/</mo><mi>s</mi><mi>l</mi><mi>o</mi><mi>p</mi><mi>e</mi><mtext> </mtext><mrow><mo>(</mo><mrow><mtext>J-1</mtext></mrow><mo>)</mo></mrow></mtd></mtr><mtr><mtd><mrow><mo>(</mo><mrow><mi>J</mi><mo>*</mo><mi>F</mi><mi>S</mi><mi>I</mi><mi>Z</mi><mi>E</mi><mo>≤</mo><mi>n</mi><mo>≤</mo><mrow><mo>(</mo><mrow><mi>J</mi><mo>+</mo><mn>1</mn></mrow><mo>)</mo></mrow><mtext> FSIZE-1</mtext></mrow><mo>)</mo></mrow></mtd></mtr><mtr><mtd><mtext>                                                                              </mtext><mo>…</mo><mtext> </mtext><mrow><mo>(</mo><mrow><mtext>10</mtext></mrow><mo>)</mo></mrow></mtd></mtr></mtable>
d
Кроме того, аналогично, изменение во времени, dip(J), величины описанного выше провала, dip(J), представленное следующим Выражением (11), может быть установлено в качестве величины параметра, используемой для оценки мощности высокочастотного поддиапазона для агрессивного сегмента.
Выражение 11
<mtable columnalign="left"><mtr><mtd><mi>d</mi><mi>i</mi><msub><mi>p</mi><mi>d</mi></msub><mtext> </mtext><mrow><mo>(</mo><mtext>J</mtext><mo>)</mo></mrow><mo>=</mo><mi>d</mi><mi>i</mi><mi>p</mi><mtext> </mtext><mrow><mo>(</mo><mtext>J</mtext><mo>)</mo></mrow><mtext> </mtext><mo>−</mo><mtext> </mtext><mi>d</mi><mtext>ip </mtext><mrow><mo>(</mo><mrow><mtext>J-1</mtext></mrow><mo>)</mo></mrow></mtd></mtr><mtr><mtd><mrow><mo>(</mo><mrow><mi>J</mi><mo>*</mo><mi>F</mi><mi>S</mi><mi>I</mi><mi>Z</mi><mi>E</mi><mo>≤</mo><mi>n</mi><mo>≤</mo><mrow><mo>(</mo><mrow><mi>J</mi><mo>+</mo><mn>1</mn></mrow><mo>)</mo></mrow><mtext> FSIZE-1</mtext></mrow><mo>)</mo></mrow></mtd></mtr><mtr><mtd><mtext>                                                                              </mtext><mo>…</mo><mtext> </mtext><mrow><mo>(</mo><mrow><mtext>11</mtext></mrow><mo>)</mo></mrow></mtd></mtr></mtable>
Согласно описанному выше способу вычисляют величину параметра, обладающего сильной корреляцией с мощностью поддиапазона для диапазона расширения частоты, так что с использованием этой величины можно с высокой точностью оценить мощность поддиапазона для диапазона расширения частоты в схеме 15 оценки мощности высокочастотных поддиапазонов.
Пример вычисления величины параметра, обладающего сильной корреляцией с мощностью поддиапазона для диапазона расширения частоты, описан выше, а ниже будет рассмотрен пример оценки мощности высокочастотного поддиапазона с использованием вычисленной таким способом величины параметра.
Подробности обработки данных в схеме оценки мощности высокочастотных поддиапазонов
Теперь будет описан пример оценки мощности высокочастотного поддиапазона с использованием величины провала характеристики, описанной со ссылками на фиг.8 и мощности низкочастотного поддиапазона в качестве величин параметров.
Иными словами, на этапе S4 логической схемы, показанной на фиг.4, схема 14 вычисления величины параметра вычисляет мощность низкочастотного поддиапазона и величину провала характеристики в качестве величин параметров для каждого поддиапазона на основе сигналов четырех поддиапазонов от полосно-пропускающего фильтра 13 и передает результаты на схему 15 оценки мощности высокочастотных поддиапазонов.
На этапе S5 схема 15 оценки мощности высокочастотных поддиапазонов вычисляет оценочную величину мощности высокочастотного поддиапазона на основе мощностей четырех низкочастотных поддиапазонов от схемы 14 вычисления величины параметра и величины провала характеристики.
Теперь, имея мощность поддиапазона и величину провала, поскольку диапазон (масштаб) величин, которые могут быть приняты, различен, схема 15 оценки мощности высокочастотных поддиапазонов преобразует, например, величины провалов, как описано ниже.
ave
std
ave
std
Схема 15 оценки мощности высокочастотных поддиапазонов предварительно вычисляет мощность максимального частотного поддиапазона из мощностей четырех низкочастотных поддиапазонов и величины провалов характеристик для большого числа входных сигналов и находит средние величины и среднеквадратические отклонения для каждой характеристики. Теперь обозначим среднюю величину мощностей поддиапазонов как power, среднеквадратическое отклонение мощностей поддиапазонов как power, среднюю величину провалов как dip и среднеквадратическое отклонение величин провалов dip.
s
Схема 15 оценки мощности высокочастотных поддиапазонов преобразует величину dip(J) провала в соответствии с Выражением (12) ниже с использованием этих величин и получает постпреобразованную величину провала, т.е. dip(J).
Выражение 12
<mtable columnalign="left"><mtr><mtd><mi>d</mi><mi>i</mi><msub><mi>p</mi><mi>s</mi></msub><mtext> </mtext><mrow><mo>(</mo><mtext>J</mtext><mo>)</mo></mrow><mo>=</mo><mfrac><mrow><mi>d</mi><mi>i</mi><mi>p</mi><mtext> </mtext><mrow><mo>(</mo><mtext>J</mtext><mo>)</mo></mrow><mo>−</mo><mi>d</mi><mi>i</mi><msub><mi>p</mi><mrow><mi>a</mi><mi>v</mi><mi>e</mi></mrow></msub></mrow><mrow><mi>d</mi><mi>i</mi><msub><mi>p</mi><mrow><mi>s</mi><mi>t</mi><mi>d</mi></mrow></msub></mrow></mfrac><mtext> </mtext><mi>p</mi><mi>o</mi><mi>w</mi><mi>e</mi><msub><mi>r</mi><mrow><mi>s</mi><mi>t</mi><mi>d</mi></mrow></msub><mo>+</mo><mi>p</mi><mi>o</mi><mi>w</mi><mi>e</mi><msub><mi>r</mi><mrow><mi>a</mi><mi>v</mi><mi>e</mi></mrow></msub></mtd></mtr><mtr><mtd><mtext>                                                                              </mtext><mo>…</mo><mtext> </mtext><mrow><mo>(</mo><mrow><mtext>12</mtext></mrow><mo>)</mo></mrow></mtd></mtr></mtable>
s
Посредством выполнения преобразования согласно Выражению (12) схема 15 оценки мощности высокочастотных поддиапазонов может преобразовать величину dip(J) провала в переменные (провалы) dip(J), эквивалентные статистической средней величине и дисперсии мощностей низкочастотных поддиапазонов, и может сделать диапазон величин, которые могут быть приняты в качестве величин провалов, приблизительно таким же, как диапазон величин, которые могут быть приняты, для мощностей поддиапазонов.
est
s
Оценочная величина power (ib,J) мощности поддиапазона с индексом ib в диапазоне расширения частоты представлена Выражением (13) ниже, например, с использованием линейной комбинации мощностей четырех низкочастотных поддиапазонов, т.е. power(ib,J), от схемы 14 вычисления величины параметра и величин dip(J) провалов, как показано в Выражении (12).
Выражение 13
<mtable columnalign="left"><mtr><mtd><mi>p</mi><mi>o</mi><mi>w</mi><mi>e</mi><msub><mi>r</mi><mrow><mi>e</mi><mi>s</mi><mi>t</mi></mrow></msub><mtext> </mtext><mrow><mo>(</mo><mrow><mtext>ib</mtext><mtext>, J</mtext></mrow><mo>)</mo></mrow><mo>=</mo><mrow><mo>(</mo><mrow><mstyle displaystyle="true"><munderover><mo>∑</mo><mrow><mi>k</mi><mi>b</mi><mo>=</mo><mi>s</mi><mi>b</mi><mo>−</mo><mn>3</mn></mrow><mrow><mi>s</mi><mi>b</mi></mrow></munderover><mrow /></mstyle><mtext>  </mtext><mrow><mo>{</mo><mrow><msub><mtext>C</mtext><mrow><mtext>ib</mtext></mrow></msub><mtext> </mtext><mrow><mo>(</mo><mrow><mi>k</mi><mi>b</mi></mrow><mo>)</mo></mrow><mtext> power </mtext><mrow><mo>(</mo><mrow><mtext>kb</mtext><mtext>, J</mtext></mrow><mo>)</mo></mrow></mrow><mo>}</mo></mrow></mrow><mo>)</mo></mrow><mo>+</mo><msub><mi>D</mi><mrow><mi>i</mi><mi>b</mi></mrow></msub><mi>d</mi><mi>i</mi><msub><mi>p</mi><mi>s</mi></msub><mtext> </mtext><mrow><mo>(</mo><mi>J</mi><mo>)</mo></mrow><mo>+</mo><msub><mi>E</mi><mrow><mi>i</mi><mi>b</mi></mrow></msub></mtd></mtr><mtr><mtd><mrow><mo>(</mo><mrow><mi>J</mi><mo>*</mo><mi>F</mi><mi>S</mi><mi>I</mi><mi>Z</mi><mi>E</mi><mo>≤</mo><mi>n</mi><mo>≤</mo><mtext> </mtext><mrow><mo>(</mo><mrow><mi>J</mi><mo>+</mo><mn>1</mn></mrow><mo>)</mo></mrow><mtext> </mtext><mi>F</mi><mi>S</mi><mi>I</mi><mi>Z</mi><mi>E</mi><mo>−</mo><mn>1,</mn><mtext>  sb</mtext><mo>+</mo><mtext>1</mtext><mo>≤</mo><mtext>ib</mtext><mo>≤</mo><mtext>eb</mtext></mrow><mo>)</mo></mrow></mtd></mtr><mtr><mtd><mtext>                                                                                </mtext><mo>…</mo><mtext> </mtext><mrow><mo>(</mo><mrow><mtext>13</mtext></mrow><mo>)</mo></mrow></mtd></mtr></mtable>
ib
ib
ib
ib
ib
ib
ib
ib
ib
ib
ib
ib
Теперь, в Выражении (13) величины коэффициентов C(kb), D и E имеют разные значения в каждом поддиапазоне ib. Коэффициенты C(kb), D и E устанавливают должным образом, чтобы можно было получить благоприятные величины для различных входных сигналов. Кроме того, в зависимости от вариаций поддиапазона sb, коэффициенты C(kb), D и E также могут изменяться, чтобы иметь оптимальные величины. Отметим, что вычисление коэффициентов C(kb), D и E будет описано позднее.
Согласно Выражению (13) оценочную величину мощности высокочастотного поддиапазона вычисляют с использованием линейной комбинации, но не ограничиваясь этим, указанную оценочную величину можно рассчитать с применением линейной комбинации множества величин параметров множества кадров до и после временного кадра J или можно вычислить с использованием нелинейной функции, например.
Согласно рассмотренной выше обработке данных величину провала, уникальную для вокального сегмента, используют в качестве величины параметра при оценке мощности высокочастотного поддиапазона, что позволяет повысить точность оценки мощности высокочастотного поддиапазона для вокального сегмента по сравнению с ситуацией, когда в качестве величины параметра применяют только мощность низкочастотного поддиапазона, и тем самым уменьшить сразу же ощущаемый человеческим ухом дискомфорт, возникающий, когда оценка спектра мощности высоких частот при использовании способа, согласно которому только мощность низкочастотного поддиапазона является величиной параметра, оказывается выше характеристики спектра мощности, вследствие чего музыкальные сигналы можно воспроизводить с более высоким качеством звучания.
Теперь, при использовании величин провалов (степень понижения характеристики частотного параметра музыкального сегмента), вычисленных в качестве величин параметров описанным выше способом, для случая, когда число поддиапазонов равно 16, разрешение по частоте оказывается низким, так что степень понижения уже невозможно выразить с применением только мощности низкочастотного поддиапазона.
Сейчас, путем увеличения числа поддиапазонов (например, в 16 раз, т.е. до 256 поддиапазонов), увеличения числа полос пропускания в полосно-пропускающем фильтре 13 (например, в 16 раз, т.е. до 64) и увеличения числа мощностей низкочастотных поддиапазонов (например, в 16 раз, т.е. до 64), вычисляемых в схеме 14 для вычисления величины параметра, можно повысить разрешение по частоте и соответственно можно представить степень понижения характеристики с применением исключительно мощности низкочастотного поддиапазона.
Таким образом, можно полагать, что мощность высокочастотного поддиапазона может быть оценена приблизительно с такой же точностью, как и оценка мощности высокочастотного поддиапазона с использованием описанной выше величины провала характеристики в качестве величины параметра, с применением только мощности низкочастотного поддиапазона.
Однако при увеличении числа поддиапазонов, числа полос фильтра и числа мощностей низкочастотных поддиапазонов объем вычислений возрастает. Если мы считаем, что мощность высокочастотного поддиапазона можно любым способом оценить с примерно аналогичной точностью, тогда способ, не требующий увеличения числа поддиапазонов и использующий величину провала частотной характеристики в качестве величины параметра для оценки мощности высокочастотного поддиапазона, оказывается более эффективным с точки зрения объема вычислений.
Приведенное выше описание относится к способу оценки мощности высокочастотного поддиапазона с использованием величины провала характеристики и мощности низкочастотного поддиапазона, но величина параметра, применяемая для оценки мощности высокочастотного поддиапазона, не ограничивается такой комбинацией, так что можно использовать одну или несколько из описанных выше величин параметров (мощность низкочастотного поддиапазона, величину провала характеристики, изменение во времени мощности низкочастотного поддиапазона, наклон, изменение наклона во времени и изменение провала характеристики во времени). Таким образом, можно дополнительно повысить точность оценки мощности высокочастотного поддиапазона.
Кроме того, как описано выше, применительно к входному сигналу, использование характеристик, уникальных для сегмента, где трудно оценить мощность высокочастотного поддиапазона, в качестве величины параметров, применяемых для получения оценки такой мощности высокочастотного поддиапазона, позволяет повысить точность оценки для указанного сегмента. Например, изменение мощности низкочастотного поддиапазона во времени, наклон, изменение наклона во времени и изменение провала характеристики во времени являются характеристиками, уникальными для агрессивного сегмента, а использование этих характеристик в качестве величин параметров позволяет повысить точность оценки мощности высокочастотного поддиапазона для агрессивного сегмента.
Отметим, что при оценке мощности высокочастотного поддиапазона с использованием величин параметров, отличных от мощности низкочастотного поддиапазона и провала характеристики, т.е. с использованием изменения мощности низкочастотного поддиапазона во времени, наклона, изменения наклона во времени и изменения провала характеристики во времени, можно оценить мощность высокочастотного поддиапазона таким же способом, как описано выше.
Отметим, что приведенные здесь способы вычисления каждой из величин параметров не ограничиваются способами, описанными выше, так что могут быть использованы и другие способы.
ib
ib
ib
Способ определения коэффициентов C(kb), D, E
ib
ib
ib
Далее будет рассмотрен способ определения коэффициентов C(kb), D и E в Выражении (13), приведенном выше.
ib
ib
ib
ib
ib
ib
Для определения коэффициентов C(kb), D и E использован способ, применяющий предварительное «обучение» с использованием обучающего сигнала, имеющего широкую полосу (далее именуется широкополосным обучающим сигналом), так что при оценке мощности поддиапазона для диапазона расширения частоты можно подбирать благоприятные значения коэффициентов C(kb), D, E для различных входных сигналов на основе результатов обучения.
ib
ib
ib
При выполнении обучения с целью определения коэффициентов C(kb), D и E используют обучающееся устройство для определения коэффициентов, которое настраивает полосно-пропускающий фильтр, имеющий ширину полосы пропускания, аналогичную полосно-пропускающим фильтрам с 13-1 по 13-4, описанным выше со ссылками на фиг.5, на более высокую частоту, чем исходный диапазон расширения. Указанное обучающееся устройство для определения коэффициентов выполняет процедуру обучения, когда на его вход подают широкополосный обучающий сигнал.
Пример функциональной конфигурации обучающегося устройства определения коэффициентов
ib
ib
ib
На фиг.9 показан пример функциональной конфигурации обучающегося устройства определения коэффициентов, выполняющего процедуру обучения для определения коэффициентов C(kb), D и E.
В отношении составляющих широкополосного обучающего сигнала, поступающего на вход обучающегося устройства 20 для определения коэффициентов, показанного на фиг.9, с частотами ниже исходного диапазона расширения предпочтительно, чтобы входной сигнал с ограниченной полосой, поступающий на вход устройства 10 для расширения частотного диапазона, показанного на фиг.3, был кодирован в таком же формате, как и формат, применяемый для кодирования основного сигнала.
Обучающееся устройство 20 определения коэффициентов построено из полосно-пропускающего фильтра 21, схемы 22 вычисления мощности высокочастотного поддиапазона, схемы 23 вычисления величины параметра и схемы 24 оценки коэффициентов.
Полосно-пропускающий фильтр 21 построен из полосно-пропускающих фильтров с 21-1 по 21-(K+N), каждый из которых имеет свою, отличную от других полосу пропускания. Полосно-пропускающий фильтр 21-i (1≤i≤K+N) пропускает сигнал в заданной полосе пропускания из состава входного сигнала и передает свой выходной сигнал в качестве сигнала одного из множества поддиапазонов в схему 22 вычисления мощности высокочастотного поддиапазона или схему 23 для вычисления величины параметра. Отметим, что полосно-пропускающие фильтры с 21-1 по 21-К из совокупности полосно-пропускающих фильтров с 21-1 по 21-(K+N) пропускают сигналы с частотами выше частот исходного диапазона расширения.
Схема 22 вычисления мощности высокочастотного поддиапазона вычисляет такую мощность высокочастотного поддиапазона для каждого поддиапазона в некотором временном кадре на основе сигналов множества высокочастотных поддиапазонов от полосно-пропускающего фильтра 21 и передает результаты на схему 24 оценки коэффициентов.
Схема 23 вычисления величины параметра вычисляет величину параметра, которая является такой же, как величина параметра, вычисляемая схемой 14 вычисления величины параметра из состава устройства 10 расширения частотного диапазона, показанного на фиг.3, в каждом временном кадре, который является таким же, как указанный некоторый кадр, для которого была вычислена мощность высокочастотного поддиапазона посредством схемы 22 вычисления мощности высокочастотного поддиапазона. Иными словами, схема 23 вычисления величины параметра использует сигнал по меньшей мере одного из множества поддиапазонов от полосно-пропускающего фильтра 21 или широкополосный обучающий сигнал для вычисления одной или множества величин параметров и передает результаты на схему 24 оценки коэффициентов.
Схема 24 оценки коэффициентов определяет коэффициент, используемый в схеме 15 оценки мощности высокочастотных поддиапазонов в устройство 10 расширения частотного диапазона, показанном на фиг.3, на основе мощности высокочастотного поддиапазона от схемы 22 вычисления мощности высокочастотного поддиапазона и величины параметра от схемы 23 вычисления величины параметра в каждом некотором временном кадре.
Обучающая обработка данных для определения коэффициентов обучающегося устройства определения коэффициентов
Далее обучающая обработка данных для определения коэффициентов в обучающемся устройстве определения коэффициентов, показанном на фиг.9, будет рассмотрена со ссылками на логическую схему, представленную на фиг.10.
На этапе S11 полосно-пропускающий фильтр 21 разделяет входной сигнал (широкополосный обучающий сигнал) на (K+N) сигналов поддиапазонов. Полосно-пропускающие фильтры с 21-1 по 21-К передают сигналы множества поддиапазонов с частотами выше частоты исходного диапазона расширения на схему 22 вычисления мощности высокочастотного поддиапазона. Кроме того, полосно-пропускающие фильтры с 21-(К+1) по 21-(K+N) передают сигналы множества поддиапазонов с частотами ниже частоты исходного диапазона расширения на схему 23 для вычисления величины параметра.
На этапе S12 схема 22 вычисления мощности высокочастотного поддиапазона вычисляет мощность power(ib,J) высокочастотного поддиапазона для каждого такого поддиапазона в каждом некотором временном кадре на основе сигналов множества высокочастотных поддиапазонов от полосно-пропускающих фильтров 21 (полосно-пропускающие фильтры с 21-1 по 21-К). Такую мощность power(ib,J) высокочастотного поддиапазона определяют в соответствии с Выражением (1), описанным выше. Схема 22 вычисления мощности высокочастотного поддиапазона передает вычисленную мощность высокочастотного поддиапазона на схему 24 оценки коэффициентов.
На этапе S13 схема 23 вычисления величины параметра вычисляет величину параметра для каждого временного кадра, который является таким же кадром, как и указанный некоторый временной кадр, для какого была вычислена мощность высокочастотного поддиапазона посредством схемы 22 вычисления мощности высокочастотного поддиапазона.
Отметим, что применительно к схеме 14 для вычисления величины параметра устройства 10 расширения частотного диапазона, показанного на фиг.3, предполагается, что в качестве величин параметров вычисляют мощности четырех низкочастотных поддиапазонов и величину провала характеристики, и аналогично для схемы 23 вычисления величины параметра в составе обучающегося устройства 20 определения коэффициентов ниже будет приведено описание вычисления мощностей для четырех низкочастотных поддиапазонов и величины провала характеристики.
s
s
Иными словами, схема 23 вычисления величины параметра использует сигналы четырех поддиапазонов, каждый из которых имеет такую же полосу, как и сигналы четырех поддиапазонов, поступающие на схему 14 вычисления величины параметра устройства 10 расширения частотного диапазона от полосно-пропускающего фильтра 21 (полосно-пропускающие фильтры с 21-(К+1) по 21-(К+4)), для вычисления мощностей четырех низкочастотных поддиапазонов. Кроме того, схема 23 вычисления величины параметра вычисляет величину провала характеристики от широкополосного обучающего сигнала и рассчитывает эту величину dip(J) провала на основе Выражения (12), описанного выше. Схема 23 вычисления величины параметра передает вычисленные мощности четырех низкочастотных поддиапазонов и величину dip(J) провала в качестве величин параметров на схему 24 оценки коэффициентов.
ib
ib
ib
s
s
ib
ib
ib
На этапе S14 схема 24 оценки коэффициентов осуществляет оценку коэффициентов C(kb), D и E на основе множества сочетаний совокупности из (eb-sb) мощностей высокочастотных поддиапазонов, передаваемых для того же самого кадра от схемы 22 вычисления мощности высокочастотного поддиапазона и схемы 23 вычисления величины параметра, и величин параметров (мощности четырех низкочастотных поддиапазонов и величина dip(J) провала характеристики). Например, для некоторого высокочастотного поддиапазона схема 24 оценки коэффициентов устанавливает пять величин параметров (четыре мощности низкочастотных поддиапазонов и величину dip(J) провала характеристики) в качестве объясняющих переменных и мощность power(ib,J) высокочастотного поддиапазона в качестве объясняемой переменной и осуществляет регрессионный анализ с использованием метода наименьших квадратов с целью определения коэффициентов C(kb), D и E в Выражении (13).
ib
ib
ib
Отметим, что, как само собой разумеется, возможные способы оценки коэффициентов C(kb), D и E не ограничиваются описанным выше способом, так что могут быть использованы различные способы идентификации параметров.
В соответствии с описанной выше процедурой обработки данных обучение коэффициентам, используемым для оценки мощности высокочастотного поддиапазона, осуществляется предварительно с применением широкополосного обучающего сигнала, что позволяет получать на выходе благоприятные результаты при поступлении разнообразных входных сигналов на устройство 10 расширения частотного диапазона, так что можно воспроизводить музыкальные сигналы с повышенным качеством звучания.
ib
ib
Отметим, что коэффициенты A(kb) и B в приведенном выше Выражении (2) также могут быть получены с применением способа обучения коэффициентам, рассмотренного выше.
Описанная выше обучающая обработка данных для определения коэффициентов основана на предположении, что в схеме 15 оценки мощности высокочастотных поддиапазонов из состава устройства 10 расширения частотного диапазона каждую из оценочных величин мощностей высокочастотных поддиапазонов вычисляют с применением линейной комбинации четырех мощностей низкочастотных поддиапазонов и величины провала характеристики. Однако способ оценки мощности высокочастотного поддиапазона в схеме 15 оценки мощности высокочастотных поддиапазонов не ограничивается описанным выше примером, так что, например, схема 14 вычисления величины параметра может вычислять одну или несколько величин параметров, отличных от провала характеристики (изменение мощности низкочастотного поддиапазона во времени, наклон, изменение наклона во времени и изменение провала характеристики во времени), для вычисления мощности высокочастотного поддиапазона, либо схема может использовать линейные комбинации множества величин параметров для множества кадров до и после временного кадра J или нелинейные функции. Иными словами, в процессе обучающей обработки данных для определения коэффициентов схема 24 оценки коэффициентов должна быть способна вычислить (обучиться) коэффициенты в условиях, аналогичных условиям для величин параметров, временных кадров и функций, используемых в момент вычисления мощности высокочастотного поддиапазона в схеме 15 оценки мощности высокочастотных поддиапазонов из состава устройств 10 расширения частотного диапазона.
2. Второй вариант
Во втором варианте кодирующая обработка данных и декодирующая обработка данных осуществляется с применением способа кодирования высокочастотных параметров в устройстве кодирования и в устройстве декодирования.
Пример функциональной конфигурации устройства кодирования
На фиг.11 показан пример функциональной конфигурации устройства кодирования, в котором применено настоящее изобретение.
Устройство 30 кодирования построено из фильтра 31 нижних частот, схемы 32 кодирования низких частот, схемы 33 разделения на поддиапазоны, схемы 34 вычисления величины параметра, схемы 35 вычисления псевдомощности высокочастотного поддиапазона, схемы 36 вычисления разности псевдомощностей высокочастотного поддиапазона, схемы 37 кодирования высоких частот, схемы 38 мультиплексирования и схемы 39 декодирования низких частот.
Фильтр 31 нижних частот осуществляет фильтрацию входного сигнала с применением заданной частоты среза и передает сигналы с частотой ниже частоты срезы (далее именуемые сигналами низких частот) на схему 32 кодирования низких частот, схему 33 разделения на поддиапазоны и схему 34 вычисления величины параметра в качестве постфильтрационного сигнала.
Схема 32 кодирования низких частот осуществляет кодирование сигнала низких частот поданного от фильтра 31 нижних частот и передает полученные в результате кодированные данные низких частот на схему 38 мультиплексирования и схему 39 декодирования низких частот.
Схема 33 разделения на поддиапазоны разделяет сигнал низких частот из состава входного сигнала и от фильтра 31 нижних частот на сигналы множества равных поддиапазонов с заданной шириной полосы и передает результат разделения на схему 34 вычисления величины параметра или схему 36 вычисления разности псевдомощностей высокочастотного поддиапазона. Более конкретно, схема 33 разделения на поддиапазоны передает сигналы множества поддиапазонов, полученных из поступившего сигнала низких частот (далее именуется сигналом низкочастотных поддиапазонов) на вход схемы 34 для вычисления величины параметра. Кроме того, схема 33 разделения на поддиапазоны передает сигналы поддиапазонов с частотами выше частоты среза фильтра 31 нижних частот (далее именуется сигналом высокочастотных поддиапазонов) из совокупности сигналов множества поддиапазонов, полученных из входного сигнала, на схему 36 вычисления разности псевдомощностей высокочастотного поддиапазона.
Схема 34 вычисления величины параметра использует сигнал по меньшей мере одного из множества поддиапазонов из состава сигнала низкочастотных поддиапазонов от схемы 33 разделения на поддиапазоны или сигнал низких частот от фильтра 31 нижних частот для вычисления одной или множества величин параметров и передает найденные величины на схему 35 вычисления псевдомощности высокочастотного поддиапазона.
Схема 35 вычисления псевдомощности высокочастотного поддиапазона генерирует величины псевдомощности высокочастотных поддиапазонов на основе одной или множества величин параметров от схемы 34 вычисления величины параметра и передает результат на схему 36 вычисления разности псевдомощностей высокочастотного поддиапазона.
Указанная схема 36 вычисления разности псевдомощностей высокочастотного поддиапазона вычисляет описываемые позднее разности псевдомощностей сигнала высокочастотных поддиапазонов на основе сигналов высокочастотных поддиапазонов от схемы 33 разделения на поддиапазоны и псевдомощностей высокочастотных поддиапазонов от схемы 35 вычисления псевдомощности высокочастотного поддиапазона и передает результат на схему 37 кодирования высоких частот.
Схема 37 кодирования высоких частот кодирует разности псевдомощностей сигнала высокочастотных поддиапазонов, полученные от схемы 36 вычисления разности псевдомощностей высокочастотного поддиапазона, и передает полученные в результате кодированные данные высоких частот на схему 38 мультиплексирования.
Эта схема 38 мультиплексирования осуществляет мультиплексирование кодированных данных низких частот, полученных от схемы 32 кодирования низких частот с кодированными данными высоких частот от схемы 37 кодирования высоких частот, и передает результат в виде выходной кодовой строки.
Схема 39 декодирования низких частот осуществляет должным образом декодирование кодированных данных низких частот, полученных от схемы 32 кодирования низких частот, и передает полученные в результате декодированные данные на схему 33 разделения на поддиапазоны и схему 34 вычисления величины параметра.
Кодирование в устройстве кодирования
Далее кодирование в устройстве 30 кодирования, показанном на фиг.11, будет описано со ссылками на логическую схему, представленную на фиг.12.
На этапе S111 фильтр 31 нижних частот осуществляет фильтрацию входного сигнала с использованием заданной частоты среза и передает полученный сигнал низких частот, служащий постфильтрационным сигналом, на схему 32 кодирования низких частот, схему 33 разделения на поддиапазоны и схему 34 вычисления величины параметра.
На этапе S112 схема 32 кодирования низких частот осуществляет кодирование сигнала низких частот, полученного от фильтра 31 нижних частот, и передает кодированные данные низких частот, полученные в результате, на схему 38 мультиплексирования.
Отметим, что для кодирования сигнала низких частот на этапе S112 достаточно выбрать подходящий формат кодирования в соответствии с объемом схемы, который должен быть определен, и эффективностью кодирования, а настоящее изобретения не зависит от этого формата кодирования.
На этапе S113 схема 33 разделения на поддиапазоны поровну разделяет входной сигнал и сигнал низких частот на сигналы множества поддиапазонов, имеющих заданную ширину полосы. Эта схема 33 разделения на поддиапазоны передает сигналы низкочастотных поддиапазонов, полученные в результате поступления на ее вход указанного сигнала низких частот, на схему 34 вычисления величины параметра. Кроме того, из совокупности сигналов множества поддиапазонов, полученных, когда на вход поступает указанный входной сигнал, схема 33 разделения на поддиапазоны передает сигналы высокочастотных поддиапазонов с частотами выше частоты ограничения диапазона, установленной фильтром 31 нижних частот, на схему 36 вычисления разности псевдомощностей высокочастотного поддиапазона.
На этапе S114 схема 34 вычисления величины параметра использует сигнал по меньшей мере одного из множества поддиапазонов из состава сигнала низкочастотных поддиапазонов от схемы 33 разделения на поддиапазоны или сигнал низких частот от фильтра 31 нижних частот для вычисления одной или множества величин параметров и передает вычисленные величины на схему 35 вычисления псевдомощности высокочастотного поддиапазона. Отметим, что схема 34 вычисления величины параметра, показанная на фиг.11, имеет в основном такую же конфигурацию и функциональные возможности, как схема 34 вычисления величины параметра, изображенная на фиг.3, так что обработка данных на этапе S114 является в основном такой же, как и обработка данных на этапе S4 в логической схеме, изображенной на фиг.4, вследствие чего подробное описание будет опущено.
На этапе S115 схема 35 вычисления псевдомощности высокочастотного поддиапазона генерирует псевдомощность высокочастотного поддиапазона на основе одной или множества величин параметров, поступающих от схемы 34 вычисления величины параметра, и передает результаты на схему 36 вычисления разности псевдомощностей высокочастотного поддиапазона. Отметим, что схема 35 вычисления псевдомощности высокочастотного поддиапазона, показанная на фиг.11, имеет в основном такие же конфигурацию и функции, как схема 15 оценки мощности высокочастотных поддиапазонов, изображенная на фиг.3, и обработка данных на этапе S115 происходить в основном так же, как на этапе S5 на логической схеме, представленной на фиг.4, так что подробное описание будет опущено.
На этапе S116 схема 36 вычисления разности псевдомощностей высокочастотного поддиапазона вычисляет разности псевдомощностей сигнала высокочастотных поддиапазонов на основе сигналов высокочастотных поддиапазонов от схемы 33 разделения на поддиапазоны и псевдомощности высокочастотных поддиапазонов от схемы 35 вычисления псевдомощности высокочастотного поддиапазона и передает результаты на схему 37 кодирования высоких частот.
Более конкретно, схема 36 вычисления разности псевдомощностей высокочастотного поддиапазона вычисляет мощность power(ib,J) поддиапазона (высокие частоты) в некотором временном кадре J для сигнала высокочастотных поддиапазонов от схемы 33 разделения на поддиапазоны. Отметим, что согласно рассматриваемому варианту все поддиапазоны сигнала низкочастотных поддиапазонов и поддиапазоны сигнала высокочастотных поддиапазонов идентифицированы с использованием индекса ib. Рассматриваемый способ вычисления мощности поддиапазона может быть аналогичным первому варианту, т.е. может быть применен способ, используемый Выражением (1).
diff
lh
diff
Далее схема 36 вычисления разности псевдомощностей высокочастотного поддиапазона определяет разность power(ib,J) (разность псевдомощностей сигнала высокочастотных поддиапазонов) между мощностью power(ib,J) высокочастотного поддиапазона и псевдомощностью power(ib,J) высокочастотных поддиапазонов от схемы 35 вычисления псевдомощности высокочастотного поддиапазона во временном кадре J. Разность псевдомощностей сигнала высокочастотных поддиапазонов, т.е. power(ib,J), определяют в соответствии с Выражением (14) ниже.
Выражение 14
<mtable columnalign="left"><mtr><mtd><mi>p</mi><mi>o</mi><mi>w</mi><mi>e</mi><msub><mi>r</mi><mrow><mi>d</mi><mi>i</mi><mi>f</mi><mi>f</mi></mrow></msub><mtext> </mtext><mrow><mo>(</mo><mrow><mtext>ib</mtext><mtext>, J</mtext></mrow><mo>)</mo></mrow><mo>=</mo><mtext>power </mtext><mrow><mo>(</mo><mrow><mtext>ib</mtext><mtext>, J</mtext></mrow><mo>)</mo></mrow><mo>−</mo><mi>p</mi><mi>o</mi><mi>w</mi><mi>e</mi><msub><mi>r</mi><mrow><mi>l</mi><mi>h</mi></mrow></msub><mtext> </mtext><mrow><mo>(</mo><mrow><mtext>ib</mtext><mtext>, J</mtext></mrow><mo>)</mo></mrow></mtd></mtr><mtr><mtd><mrow><mo>(</mo><mrow><mi>J</mi><mo>*</mo><mi>F</mi><mi>S</mi><mi>I</mi><mi>Z</mi><mi>E</mi><mo>≤</mo><mi>n</mi><mo>≤</mo><mtext> </mtext><mrow><mo>(</mo><mrow><mi>J</mi><mo>+</mo><mn>1</mn></mrow><mo>)</mo></mrow><mtext> </mtext><mi>F</mi><mi>S</mi><mi>I</mi><mi>Z</mi><mi>E</mi><mo>−</mo><mn>1,</mn><mtext>  sb</mtext><mo>+</mo><mtext>1</mtext><mo>≤</mo><mtext>ib</mtext><mo>≤</mo><mtext>eb</mtext></mrow><mo>)</mo></mrow></mtd></mtr><mtr><mtd><mtext>                                                                                </mtext><mo>…</mo><mtext> </mtext><mrow><mo>(</mo><mrow><mtext>14</mtext></mrow><mo>)</mo></mrow></mtd></mtr></mtable>
В Выражении (14) индекс sb+1 представляет индекс поддиапазона с минимальной частотой в составе сигнала высокочастотных поддиапазонов. Кроме того, индекс eb представляет индекс поддиапазона с максимальной частотой, кодированного в составе сигнала высокочастотных поддиапазонов.
Таким образом, разности псевдомощностей сигнала высокочастотных поддиапазонов, вычисляемые в схеме 36 вычисления разности псевдомощностей высокочастотного поддиапазона, поступают на схему 37 кодирования высоких частот.
На этапе S117 схема 37 кодирования высоких частот осуществляет кодирование разности псевдомощностей сигнала высокочастотных поддиапазонов, полученной от схемы 36 вычисления разности псевдомощностей высокочастотного поддиапазона, и передает полученные в результате кодированные данные высоких частот на схему 38 мультиплексирования.
diff
Более конкретно, схема 37 кодирования высоких частот определяет, к какому кластеру из множества кластеров в пространстве параметров предварительно заданной разности псевдомощностей сигнала высокочастотных поддиапазонов должна принадлежать векторизованная разность псевдомощностей сигнала высокочастотных поддиапазонов, полученная от схемы 36 вычисления разности псевдомощностей высокочастотного поддиапазона (здесь в дальнейшем именуется вектором разности псевдомощностей сигнала высокочастотных поддиапазонов). Теперь, вектор разности псевдомощностей сигнала высокочастотных поддиапазонов в некотором временном кадре J указывает размер (eb-sb) вектора, элементами которого являются величины power(ib,J) разностей псевдомощностей сигнала высокочастотных поддиапазонов для каждого индекса ib. Кроме того, пространство параметров для разностей псевдомощностей сигнала высокочастотных поддиапазонов аналогично имеет размерность (eb-sb).
В пространстве параметров для разностей псевдомощностей сигнала высокочастотных поддиапазонов схема 37 кодирования высоких частот измеряет расстояние между различными репрезентативными векторами множества предварительно заданных кластеров и вектором разности псевдомощностей сигнала высокочастотных поддиапазонов, после чего определяет индекс кластера, которому соответствует кратчайшее расстояние, (в дальнейшем именуется индекс ID разности псевдомощностей сигнала высокочастотных поддиапазонов) и передает на схему 38 мультиплексирования в качестве кодированных данных высоких частот.
На этапе S118 схема 38 мультиплексирования осуществляет мультиплексирование кодированных данных низких частот с выхода схемы 32 кодирования низких частот и кодированных данных высоких частот с выхода схемы 37 кодирования высоких частот, после чего передает результат на выход в качестве выходной кодовой строки.
Сейчас, применительно к устройству кодирования для способа кодирования высокочастотных параметров предложен в публикации нерассмотренной Заявки на патент Японии No. 2007-17908 способ, согласно которому генерируют псевдомощность сигнала высокочастотных поддиапазонов на основе сигнала низкочастотных поддиапазонов, сравнивают эту псевдомощность сигнала высокочастотных поддиапазонов и мощность сигнала высокочастотных поддиапазонов для каждого поддиапазона, вычисляют коэффициент передачи по мощности для каждого поддиапазона, чтобы согласовать псевдомощность сигнала высокочастотных поддиапазонов и мощность сигнала высокочастотных поддиапазонов, и включают этот коэффициент передачи по мощности в кодовую строку в качестве информации параметра высоких частот.
С другой стороны, в соответствии с описанными выше процедурами обработки данных в случае декодирования в выходную кодовую строку должен быть включен только индекс ID разности псевдомощностей сигнала высокочастотных поддиапазонов в качестве информации для оценки мощности высокочастотного поддиапазона. Иными словами, если, например, число предварительно заданных кластеров равно 64, то в качестве информации для декодирования сигнала высоких частот в устройстве декодирования необходимо добавить только 6-битовую информацию в кодовую строку для одного временного кадра, а по сравнению со способом, описанным в публикации нерассмотренной Заявки на патент Японии No. 2007-17908, объем информации, который необходимо включить в кодовую строку, может быть уменьшен, эффективность кодирования может быть повышена и вследствие этого музыкальные сигналы можно воспроизводить с повышенным качеством звучания.
Кроме того, в соответствии с описанными выше процедурами обработки, если имеется некий запас по вычисляемой величине, схема 39 декодирования низких частот может ввести сигнал низких частот, полученный посредством декодирования указанных кодированных данных низких частот от схемы 32 кодирования низких частот, на схему 33 разделения на поддиапазоны и схему 34 вычисления величины параметра. Для осуществления декодирования данных в устройстве декодирования вычисляют величину параметра на основе сигналов низких частот, полученных в результате декодирования указанных кодированных данных низких частот, и оценивают мощность высокочастотного поддиапазона на основе этой величины параметра. Вследствие этого, также в процессе кодирования данных включение индекса ID разности псевдомощностей сигнала высокочастотных поддиапазонов, рассчитанного на основе величины параметра, вычисленной в соответствии с декодированным сигналом низких частот, в кодовую строку позволяет оценить мощность высокочастотного поддиапазона с более высокой точностью в процессе декодирования данных в устройстве декодирования. Соответственно, можно воспроизводить музыкальные сигналы с повышенным качеством звучания.
Пример функциональной конфигурации устройства декодирования
Далее пример функциональной конфигурации устройства декодирования, соответствующего устройству 30 кодирования, показанному на фиг.11, будет описан со ссылками на фиг.13.
Устройство 40 декодирования построено из схемы 41 демультиплексирования, схемы 42 декодирования низких частот, схемы 43 разделения на поддиапазоны, схемы 44 вычисления величины параметра, схемы 45 декодирования высоких частот, схемы 46 вычисления мощности декодированного высокочастотного поддиапазона, схемы 47 генератора декодированного сигнала высоких частот и синтезирующей схемы 48.
Схема 41 демультиплексирования осуществляет демультиплексирование входной кодовой строки для разделения на кодированные данные высоких частот и кодированные данные низких частот и передает кодированные данные низких частот на схему 42 декодирования низких частот, а также передает кодированные данные высоких частот на схему 45 декодирования высоких частот.
Схема 42 декодирования низких частот осуществляет декодирование указанных кодированных данных низких частот от схемы 41 демультиплексирования. Эта схема 42 декодирования низких частот передает сигналы низких частот, полученные в результате декодирования, (далее будут именоваться декодированными сигналами низких частот) на схему 43 разделения на поддиапазоны, схему 44 вычисления величины параметра и синтезирующую схему 48.
Схема 43 разделения на поддиапазоны поровну разделяет декодированный сигнал низких частот от схемы 42 декодирования низких частот на сигналы множества поддиапазонов, имеющих заданную ширину полосы, и передает полученные сигналы поддиапазонов (декодированные сигналы низкочастотных поддиапазонов) на схему 44 вычисления величины параметра и схему 47 генератора декодированного сигнала высоких частот.
Схема 44 вычисления величины параметра использует сигналы по меньшей мере одного из множества поддиапазонов из состава декодированных сигналов низкочастотных поддиапазонов от схемы 43 разделения на поддиапазоны или декодированный сигнал низких частот от схемы 42 декодирования низких частот для вычисления одной или множества величин параметров и передает полученные величины на схему 46 вычисления мощности декодированного высокочастотного поддиапазона.
Схема 45 декодирования высоких частот осуществляет декодирование указанных кодированных данных высоких частот от схемы 41 демультиплексирования и использует индекс ID разности псевдомощностей сигнала высокочастотных поддиапазонов, полученный в результате, для передачи коэффициента (далее именуемого оценочный коэффициент мощности декодированного высокочастотного поддиапазона) с целью оценки мощности высокочастотного поддиапазона, подготовленного заранее для каждого индекса ID, на схему 46 вычисления мощности декодированного высокочастотного поддиапазона.
Схема 46 вычисления мощности декодированного высокочастотного поддиапазона вычисляет мощность декодированного высокочастотного поддиапазона на основе одной или множества величин параметров от схемы 44 вычисления величины параметра и оценочного коэффициента мощности декодированного высокочастотного поддиапазона от схемы 45 декодирования высоких частот и передает результаты на схему 47 генератора декодированного сигнала высоких частот.
Схема 47 генератора декодированного сигнала высоких частот генерирует декодированный сигнал высоких частот на основе декодированного сигнала низких частот, полученного от схемы 43 разделения на поддиапазоны, и мощности декодированного высокочастотного поддиапазона от схемы 46 вычисления мощности декодированного высокочастотного поддиапазона и передает результат на синтезирующую схему 48.
Синтезирующая схема 48 осуществляет синтез декодированного сигнала низких частот от схемы 42 декодирования низких частот и декодированного сигнала высоких частот от схемы 47 генератора декодированного сигнала высоких частот и передает результат в качестве выходного сигнала.
Декодирование в устройстве декодирования
Далее декодирование в устройстве декодирования, показанном на фиг.13, будет описано со ссылками на логическую схему, представленную на фиг.14.
На этапе S131 схема 41 демультиплексирования осуществляет демультиплексирование входной кодовой строки для разделения ее на кодированные данные высоких частот и кодированные данные низких частот, передает кодированные данные низких частот в схему 42 декодирования низких частот, а также передает кодированные данные высоких частот в схему 45 декодирования высоких частот.
На этапе S132 схема 42 декодирования низких частот осуществляет декодирование кодированных данных низких частот от схемы 41 демультиплексирования и передает полученный в результате декодированный сигнал низких частот на схему 43 разделения на поддиапазоны, схему 44 вычисления величины параметра и синтезирующую схему 48.
На этапе S133 схема 43 разделения на поддиапазоны разделяют декодированный сигнал низких частот от схемы 42 декодирования низких частот поровну на сигналы множества поддиапазонов, имеющих заданную ширину полосы частот, и передает полученные декодированные сигналы низкочастотных поддиапазонов на схему 44 вычисления величины параметра и схему 47 генератора декодированного сигнала высоких частот.
На этапе S134 схема 44 вычисления величины параметра вычисляет одну или множество величин параметров на основе сигнала по меньшей мере одного из множества поддиапазонов из состава декодированных сигналов низкочастотных поддиапазонов от схемы 43 разделения на поддиапазоны или декодированных сигналов низких частот от схемы 42 декодирования низких частот и передает результат на схему 46 вычисления мощности декодированного высокочастотного поддиапазона. Отметим, что схема 44 вычисления величины параметра, показанная на фиг.13, имеет в основном такую же конфигурацию и функциональные возможности, как и схема 14 вычисления величины параметра, представленная на фиг.4, и обработка данных на этапе S134 тоже в основном такая же, как обработка данных на этапе S4 в логической схеме, показанной на фиг.4, так что подробное описание этой обработки данных будет опущено.
На этапе S135 схема 45 декодирования высоких частот осуществляет декодирование указанных кодированных данных высоких частот от схемы 41 демультиплексирования и с использованием полученного в результате индекса ID разности псевдомощностей сигнала высокочастотных поддиапазонов передает оценочные коэффициенты мощности декодированного высокочастотного поддиапазона, подготовленные заранее для каждого индекса ID, на схему 46 вычисления мощности декодированного высокочастотного поддиапазона.
На этапе S136 схема 46 вычисления мощности декодированного высокочастотного поддиапазона вычисляет мощность декодированного высокочастотного поддиапазона, на основе одной или множества величин параметров от схемы 44 вычисления величины параметра и оценочного коэффициента мощности декодированного высокочастотного поддиапазона от схемы 45 декодирования высоких частот. Отметим, что схема 46 вычисления мощности декодированного высокочастотного поддиапазона, показанная на фиг.13, имеет в основном такие же конфигурацию и функциональные возможности, как и схема 15 оценки мощности высокочастотных поддиапазонов, изображенная на фиг.3, а обработка данных на этапе S136 также в основном такая же, как и обработка данных на этапе S5 логической схемы, показанной на фиг.4, так что подробное описание здесь будет опущено.
На этапе S137 схема 47 генератора декодированного сигнала высоких частот передает на выход декодированный сигнал высоких частот на основе декодированного сигнала низкочастотных поддиапазонов от схемы 43 разделения на поддиапазоны и мощности декодированного высокочастотного поддиапазона от схемы 46 вычисления мощности декодированного высокочастотного поддиапазона. Отметим, что схема 47 генератора декодированного сигнала высоких частот, показанная на фиг.13, имеет в основном такие же конфигурацию и функциональные возможности, как и схема 16 генератора сигнала высоких частот, представленная на фиг.3, а обработка данных на этапе S137 является в основном такой же, как и обработка данных на этапе S6 логической схемы, изображенной на фиг.4, так что подробные описания здесь будут опущены.
На этапе S138 синтезирующая схема 48 осуществляет синтез декодированных сигналов низких частот от схемы 42 декодирования низких частот и декодированных сигналов высоких частот от схемы 47 генератора декодированного сигнала высоких частот и передает результат на выход в качестве выходного сигнала.
В соответствии с описанной выше обработкой данных за счет использования при декодировании оценочного коэффициента мощности высокочастотного поддиапазона, соответствующего параметрам разности между псевдомощностью высокочастотных поддиапазонов, вычисленной при кодировании, и реальной мощностью высокочастотного поддиапазона можно повысить точность оценки мощности высокочастотного поддиапазона при декодировании и, следовательно, можно воспроизводить музыкальные сигналы с повышенным качеством звучания.
Кроме того, в соответствии с изложенной выше обработкой данных единственной информацией для генерирования сигналов высоких частот, включенной в кодовую строку, является индекс ID разности псевдомощностей сигнала высокочастотных поддиапазонов, размер которого невелик, так что декодирование можно осуществлять эффективно.
Приведенное выше описание относится к кодирующей обработке данных и декодирующей обработке данных, к которым применимо настоящее изобретение, однако репрезентативные векторы для каждого из множества кластеров в пространстве параметров разности псевдомощностей сигнала высокочастотных поддиапазонов, заданные заранее в схеме 37 кодирования высоких частот в устройстве 30 кодирования, показанном на фиг.11, и способ вычисления оценочного коэффициента мощности декодированного высокочастотного поддиапазона, поступающего с выхода схемы 45 декодирования высоких частот из состава устройства 40 декодирования, представленного на фиг.13, будут рассмотрены позднее.
Репрезентативный вектор множества кластеров в пространстве параметров разности псевдомощностей сигнала высокочастотных поддиапазонов и способ вычисления соответствующего каждому кластеру оценочного коэффициента мощности декодированного высокочастотного поддиапазона
Для обеспечения поиска репрезентативных векторов для множества кластеров и оценочных коэффициентов мощности декодированного высокочастотного поддиапазона для каждого их этих кластеров необходимо заранее подготовить коэффициенты, которые позволят точно оценить мощность высокочастотного поддиапазона при декодировании в соответствии с вектором разности псевдомощностей сигнала высокочастотных поддиапазонов. Поэтому здесь применен способ, согласно которому предварительно производится обучение с использованием широкополосного обучающего сигнала, а коэффициенты определяют на основе результатов такого обучения.
Пример функциональной конфигурации обучающегося устройства для определения коэффициентов
На фиг.15 показан пример функциональной конфигурации обучающегося устройства для определения коэффициентов, осуществляющего обучение для поиска репрезентативных векторов множества кластеров и оценочных коэффициентов мощности декодированного высокочастотного поддиапазона для каждого кластера.
Составляющие с частотами ниже частоты среза, заданной фильтром 31 нижних частот в устройстве 30 кодирования, в широкополосном обучающем сигнале, поданном на вход обучающегося устройства 50 для определения коэффициентов, показанного на фиг.15, могут быть использованы, когда входной сигнал устройства 30 кодирования проходит через фильтр 31 нижних частот и подвергается кодированию в схеме 32 кодирования низких частот, а также имеется декодированный сигнал низких частот, полученный в схеме 42 декодирования низких частот в устройстве 40 декодирования.
Обучающееся устройство 50 определения коэффициентов построено из фильтра 51 нижних частот, схемы 52 разделения на поддиапазоны, схемы 53 вычисления величины параметра, схемы 54 вычисления псевдомощности высокочастотного поддиапазона, схемы 55 вычисления разности псевдомощностей высокочастотного поддиапазона, схемы 56 кластеризации разности псевдомощностей высокочастотного поддиапазона и схемы 57 оценки коэффициентов.
Отметим, что каждая из схем - фильтр 51 нижних частот, схема 52 разделения на поддиапазоны, схема 53 вычисления величины параметра и схема 54 вычисления псевдомощности высокочастотного поддиапазона, в составе обучающегося устройства 50 для определения коэффициентов, показанного на фиг.15, имеет в основном такие же конфигурацию и функциональные возможности, как и соответствующие схемы - фильтр 31 нижних частот, схема 33 разделения на поддиапазоны, схема 34 вычисления величины параметра и схема 35 вычисления псевдомощности высокочастотного поддиапазона, в составе устройства 30 кодирования, изображенного на фиг.11, так что соответствующее описание будет, где это возможно, опущено.
Иными словами, схема 55 вычисления разности псевдомощностей высокочастотного поддиапазона имеет конфигурацию и функциональные возможности, аналогичные схеме 36 вычисления разности псевдомощностей высокочастотного поддиапазона, показанной на фиг.11, но вычисленные разности псевдомощностей сигнала высокочастотных поддиапазонов поступают на схему 56 кластеризации разности псевдомощностей высокочастотного поддиапазона, а мощность высокочастотного поддиапазона, рассчитанная при вычислении разности псевдомощностей сигнала высокочастотных поддиапазонов, поступает на схему 57 оценки коэффициентов.
Схема 56 кластеризации разности псевдомощностей высокочастотного поддиапазона формирует кластеры векторов разности псевдомощностей сигнала высокочастотных поддиапазонов, полученных на основе разности псевдомощностей сигнала высокочастотных поддиапазонов от схемы 55 вычисления разности псевдомощностей высокочастотного поддиапазона, и вычисляет репрезентативные векторы для каждого кластера.
Схема 57 оценки коэффициентов вычисляет оценочные коэффициенты мощности высокочастотного поддиапазона для каждого кластера, сформированного в схеме 56 кластеризации разности псевдомощностей высокочастотного поддиапазона, на основе мощности высокочастотного поддиапазона от схемы 55 вычисления разности псевдомощностей высокочастотного поддиапазона и одной или множества величин параметров от схемы 53 для вычисления величины параметра.
Обучающая обработка данных для определения коэффициентов в обучающемся устройстве определения коэффициентов
Далее обучающая обработка данных для определения коэффициентов в обучающемся устройстве 50 определения коэффициентов, показанном на фиг.15, будет описана со ссылками на логическую схему, представленную на фиг.16.
Отметим, что обработка данных на этапах с S151 по S155 на логической схеме, показанной на фиг.16, аналогична обработке данных на этапах S111 и с S113 по S116 на логической схеме, представленной на фиг.12, за исключением того, что сигнал на входе обучающегося устройства 50 для определения коэффициентов представляет собой широкополосный обучающий сигнал, так что описание такой обработки будет здесь опущено.
Иными словами, на этапе S156 схема 56 кластеризации разности псевдомощностей высокочастотного поддиапазона формирует кластеры из множества (большого числа временных кадров) векторов разности псевдомощностей сигнала высокочастотных поддиапазонов, полученных на основе разностей псевдомощностей сигнала высокочастотных поддиапазонов от схемы 55 вычисления разности псевдомощностей высокочастотного поддиапазона, создавая, например, 64 кластера, и вычисляет репрезентативные векторы для каждого кластера. Примером такого способа кластеризации может служить способ k-means (k-средних). Схема 56 кластеризации разности псевдомощностей высокочастотного поддиапазона устанавливает вектор центра тяжести для каждого кластера, полученного способом кластеризации k-means, в качестве репрезентативного вектора для этого кластера. Отметим, что способ кластеризации и число кластеров не ограничивается приведенным выше описанием, так что могут быть использованы и другие способы.
Кроме того, схема 56 кластеризации разности псевдомощностей высокочастотного поддиапазона использует вектор разности псевдомощностей сигнала высокочастотных поддиапазонов, полученный на основе разности псевдомощностей сигнала высокочастотных поддиапазонов от схемы 55 вычисления разности псевдомощностей высокочастотного поддиапазона, во временном кадре J для измерения расстояний от 64 репрезентативных векторов и определяет индекс CID(J) для кластера, к которому относится репрезентативный вектор, обладающий кратчайшим расстоянием. Отметим, что индекс CID(J) может иметь какое-либо целое значение от 1 до общего числа кластеров (64 в этом примере). В результате схема 56 кластеризации разности псевдомощностей высокочастотного поддиапазона передает на выход репрезентативный вектор, а также передает индекс CID(J) на схему 57 оценки коэффициентов.
На этапе S157 схема 57 оценки коэффициентов вычисляет оценочный коэффициент мощности декодированного высокочастотного поддиапазона для каждого кластера, для каждой группы, имеющей один и тот же индекс CID(J) (принадлежащая к одному и тому же кластеру), из множества сочетаний величины параметра и числа (eb-sb) мощностей высокочастотного поддиапазона, поступающих в одном и том же временном кадре от схемы 55 вычисления разности псевдомощностей высокочастотного поддиапазона и схемы 53 вычисления величины параметра. Отметим, что способ вычисления коэффициентов в схеме 57 оценки коэффициентов аналогичен способу, используемому в схеме 24 оценки коэффициентов обучающегося устройства 20 определения коэффициентов, показанного на фиг.9, но само собой разумеется, что могут быть применены и другие способы.
Согласно описанному выше способу обработки данных предварительное обучение с использованием широкополосного обучающего сигнала применяется с целью определения репрезентативных векторов для каждого из множества кластеров в пространстве параметров для разности псевдомощностей сигнала высокочастотных поддиапазонов, предварительно заданных в схеме 37 кодирования высоких частот состава устройства 30 кодирования, показанного на фиг.11, и с целью определения оценочного коэффициента мощности декодированного высокочастотного поддиапазона, формируемого на выходе схемы 45 декодирования высоких частот из состава устройства 40 декодирования, представленного на фиг.13, что позволяет получить благоприятные результаты для случаев разнообразных входных сигналов, поступающих на устройство 30 кодирования, и разнообразных входных кодовых строк, поступающих на устройство 40 декодирования, так что в конечном итоге можно воспроизводить музыкальные сигналы с повышенным качеством звучания.
Далее с данными коэффициентов для вычисления мощности высокочастотного поддиапазона в схеме 35 вычисления псевдомощности высокочастотного поддиапазона в составе устройства 30 кодирования и в схеме 46 вычисления мощности декодированного высокочастотного поддиапазона в составе устройства 40 декодирования можно работать следующим образом с точки зрения кодирования и декодирования сигналов. Иными словами, при использовании данных коэффициентов, различающихся в зависимости от типа входного сигнала можно записать соответствующий коэффициент в начале кодовой строки.
Например, модифицируя данные коэффициентов в зависимости от типа сигналов - речь или джазовая музыка и т.п., можно повысить эффективность кодирования.
На фиг.17 показана кодовая строка, полученная таким способом.
Кодовая строка А, изображенная на фиг.17, соответствует кодированной речи, а в заголовке строки записаны данные α коэффициентов, оптимальные для речи.
Напротив, кодовая строка В, показанная на фиг.17, соответствует кодированной джазовой музыке, а в заголовке строки записаны данные β коэффициентов, оптимальные для джазовой музыки.
Такие несколько типов данных коэффициентов могут быть подготовлены посредством предварительного обучения с использованием подобных типов музыкальных сигналов, а конкретные данные коэффициентов могут быть выбраны устройством 30 кодирования в соответствии с жанровой информацией, такой как записана в заголовке входного сигнала. В альтернативном варианте жанр может быть определен посредством анализа формы сигнала, на основе которого выбирают данные коэффициентов. Иными словами, такой способ жанрового анализа сигналов ничем конкретно не ограничен.
Кроме того, если время вычислений позволяет, описанное выше обучающееся устройство может быть встроено в устройство 30 кодирования, обработка данных осуществляется с использованием коэффициентов для специализированного сигнала и, как показано в кодовой строке С, изображенной на фиг.17, в конечном итоге в заголовке может быть записан соответствующий коэффициент.
Ниже будут описаны преимущества применения такого способа.
В одном входном сигнале имеются много позиций, где формы характеристики мощности высокочастотного поддиапазона подобны. При использовании этого свойства, присущего многим входным сигналам, обучение коэффициенту для оценки мощности высокочастотного поддиапазона индивидуально для каждого входного сигнала позволяет уменьшить избыточность, обусловленную существованием позиций, аналогичных с точки зрения мощности высокочастотного поддиапазона, и тем самым повысить эффективность кодирования. Кроме того, оценку мощности высокочастотного поддиапазона можно производить с более высокой точностью, чем обучающие коэффициенты оценки мощности высокочастотного поддиапазона, статистически с применением обработки множества сигналов.
Кроме того, может быть, как показано выше, создана система, в которой данные коэффициентов, полученные в результате обучения по входному сигналу, при кодировании вставляют только один раз в несколько кадров.
3. Третий Вариант
Пример функциональной конфигурации устройства кодирования
Отметим, что согласно приведенному выше описанию индекс ID разности псевдомощностей сигнала высокочастотных поддиапазонов передают на выход в качестве кодированных данных высоких частот от устройства 30 кодирования на устройство 40 декодирования, но в качестве кодированных данных высоких частот может быть установлен индекс коэффициента для получения оценочного коэффициента мощности декодированного высокочастотного поддиапазона.
В таком случае устройство 30 кодирования сконфигурировано, как показано на фиг.18, например. Отметим, что на фиг.18 элементы, соответствующие каким-либо элементам устройства, показанного на фиг.11, имеют такие же цифровые позиционные обозначения, а описание этих частей будет, где это возможно, опущено.
Устройство 30 кодирования, показанное на фиг.18, отличается от устройства 30 кодирования, представленного на фиг.11, тем, что в нем нет схемы 39 декодирования низких частот, а остальные моменты являются такими же.
В устройстве 30 кодирования, показанном на фиг.18, схема 34 вычисления величины параметра использует сигнал низкочастотного поддиапазона, поступающий от схемы 33 разделения на поддиапазоны, для вычисления мощности низкочастотного поддиапазона в качестве величины параметра и передает результат на схему 35 вычисления псевдомощности высокочастотного поддиапазона.
Кроме того, несколько оценочных коэффициентов мощности декодированного высокочастотного поддиапазона, предварительно определенных посредством регрессионного анализа, и индексы коэффициентов, идентифицирующие такие оценочные коэффициенты мощности декодированного высокочастотного поддиапазона, коррелируют одни с другими и записывают в схеме 35 вычисления псевдомощности высокочастотного поддиапазона.
ib
ib
ib
ib
В частности, множество групп коэффициентов A(kb) и коэффициентов B для различных поддиапазонов, используемых для вычислений в соответствии с описанным выше Выражением (2), готовят заранее в качестве оценочных коэффициентов мощности декодированного высокочастотного поддиапазона. Например, эти коэффициенты A(kb) и коэффициенты B определяют заранее посредством регрессионного анализа с применением метода наименьших квадратов, так что мощности низкочастотных поддиапазонов служат объясняющими переменными, а мощность высокочастотного поддиапазона служит объясняемой переменной. В процессе регрессионного анализа в качестве широкополосного обучающего сигнала используется входной сигнал, составленный из сигнала низкочастотных поддиапазонов и сигнала высокочастотных поддиапазонов.
Схема 35 вычисления псевдомощности высокочастотного поддиапазона использует оценочный коэффициент мощности декодированного высокочастотного поддиапазона и величину параметра от схемы 34 вычисления величины параметра для каждого записанного оценочного коэффициента мощности декодированного высокочастотного поддиапазона с целью вычисления псевдомощности высокочастотных поддиапазонов для каждого из поддиапазонов на стороне высоких частот и передает полученные результаты на схему 36 вычисления разности псевдомощностей высокочастотного поддиапазона.
Схема 36 вычисления разности псевдомощностей высокочастотного поддиапазона сравнивает мощность высокочастотного поддиапазона, полученную от схемы 33 разделения на поддиапазоны и псевдомощность высокочастотных поддиапазонов от схемы 35 вычисления псевдомощности высокочастотного поддиапазона.
В результате такого сравнения из совокупности множества оценочных коэффициентов мощности декодированного высокочастотного поддиапазона схема 36 вычисления разности псевдомощностей высокочастотного поддиапазона выбирает и передает на схему 37 кодирования высоких частот индекс коэффициента, указывающий на оценочный коэффициент мощности декодированного высокочастотного поддиапазона, который позволяет получить величину псевдомощности высокочастотных поддиапазонов, ближайшую к мощности высокочастотного поддиапазона. Другими словами, выбирают индекс коэффициента, указывающий на оценочный коэффициент мощности декодированного высокочастотного поддиапазона, который позволяет получить при декодировании сигнал высоких частот из состава входного сигнала, т.е. декодированный сигнал высоких частот, ближайший к истинной величине.
Кодирование в устройстве кодирования
Далее кодирующая обработка данных, выполняемая устройством 30 кодирования, показанным на фиг.18, будет описана со ссылками на логическую схему, представленную на фиг.19. Отметим, обработка данных на этапах c S181 по S183 аналогична обработке на этапах c S111 по S113, представленных на фиг.12, так что описание этой обработки будет опущено.
На этапе S184 схема 34 вычисления величины параметра использует сигнал низкочастотных поддиапазонов от схемы 33 разделения на поддиапазоны для вычисления величины параметра и передает результат на схему 35 вычисления псевдомощности высокочастотного поддиапазона.
В частности, схема 34 вычисления величины параметра осуществляет расчеты согласно Выражению (1), описанному выше, чтобы вычислить в качестве величины параметра мощность power(ib,J) низкочастотного поддиапазона в кадре J (где 0≤J) для каждого поддиапазона ib (где sb-3≤ib≤sb) на стороне низких частот. Иными словами, мощность power(ib,J) низкочастотного поддиапазона вычисляют в виде логарифма среднеквадратического значения величин отсчетов для каждого отсчета сигнала низкочастотных поддиапазонов, составляющих кадр J.
На этапе S185 схема 35 вычисления псевдомощности высокочастотного поддиапазона вычисляет псевдомощности высокочастотных поддиапазонов на основе величины параметра, поступившей от схемы 34 вычисления величины параметра, и передает результат на схему 36 вычисления разности псевдомощностей высокочастотного поддиапазона.
ib
ib
est
Например, схема 35 вычисления псевдомощности высокочастотного поддиапазона использует записанные предварительно коэффициент A(kb) и коэффициент B в качестве оценочного коэффициента мощности декодированного высокочастотного поддиапазона, а также мощность power(kb,J) (где sb-3≤kb≤sb) низкочастотного поддиапазона для вычислений согласно Выражению (2), описанному выше, и вычисляет псевдомощности power(ib,J) высокочастотных поддиапазонов.
ib
ib
est
Иными словами, коэффициент A(kb) для каждого поддиапазона умножают на мощность power(kb,J) низкочастотного поддиапазона для каждого поддиапазона на низкочастотной стороне, поступающую в качестве величины параметра, и затем добавляют коэффициент B к сумме произведений мощностей низкочастотного поддиапазона на указанные выше коэффициенты, получая в результате псевдомощность power(ib,J) высокочастотных поддиапазонов. Такие псевдомощности высокочастотных поддиапазонов вычисляют для каждого поддиапазона на высокочастотной стороне, где индекс имеет величину с sb+1 по eb.
Кроме того, схема 35 вычисления псевдомощности высокочастотного поддиапазона вычисляет псевдомощности высокочастотных поддиапазонов для каждого записанного заранее оценочного коэффициента мощности декодированного высокочастотного поддиапазона. Например, предположим, что индекс коэффициента лежит в пределах с 1 по К (где 2≤К) и что заранее подготовлены К оценочных коэффициентов мощности декодированного высокочастотного поддиапазона. В этом случае псевдомощности высокочастотных поддиапазонов для каждого поддиапазона вычисляют с использованием каждого из К оценочных коэффициентов мощности декодированного высокочастотного поддиапазона.
На этапе S186 схема 36 вычисления разности псевдомощностей высокочастотного поддиапазона рассчитывает разности псевдомощностей сигнала высокочастотных поддиапазонов на основе сигнала высокочастотных поддиапазонов от схемы 33 разделения на поддиапазоны и псевдомощности высокочастотных поддиапазонов от схемы 35 вычисления псевдомощности высокочастотного поддиапазона.
В частности, схема 36 вычисления разности псевдомощностей высокочастотного поддиапазона выполняет вычисления аналогично Выражению (1), описанному выше, для сигналов высокочастотных поддиапазонов от схемы 33 разделения на поддиапазоны и вычисляет мощность power(ib,J) высокочастотного поддиапазона в кадре J. Отметим, что согласно настоящему изобретению все поддиапазоны сигнала низкочастотных поддиапазонов и все поддиапазоны сигнала высокочастотных поддиапазонов идентифицируют с использованием индекса ib.
est
diff
Далее схема 36 вычисления разности псевдомощностей высокочастотного поддиапазона выполняет вычисления аналогично Выражению (14), описанному выше, и определяет разность между мощностью power(ib,J) высокочастотного поддиапазона в кадре J и псевдомощностью power(ib,J) высокочастотных поддиапазонов. Таким образом, для каждого оценочного коэффициента мощности декодированного высокочастотного поддиапазона, разности псевдомощностей power(ib,J) сигнала высокочастотных поддиапазонов получают для каждого поддиапазона на стороне высоких частот с индексами с sb+1 по eb.
На этапе S187 схема 36 вычисления разности псевдомощностей высокочастотного поддиапазона вычисляет следующее Выражение (15) для каждого оценочного коэффициента мощности декодированного высокочастотного поддиапазона и рассчитывает сумму квадратов разностей псевдомощностей сигнала высокочастотных поддиапазонов.
Выражение 15
<mtable columnalign="left"><mtr><mtd><mi>E</mi><mtext> </mtext><mrow><mo>(</mo><mrow><mtext>J</mtext><mtext>, id</mtext></mrow><mo>)</mo></mrow><mo>=</mo><mstyle displaystyle="true"><munderover><mo>∑</mo><mrow><mi>i</mi><mi>b</mi><mo>=</mo><mi>s</mi><mi>b</mi><mo>+</mo><mn>1</mn></mrow><mrow><mi>e</mi><mi>b</mi></mrow></munderover><mrow /></mstyle><mtext>  </mtext><msup><mrow><mo>{</mo><mrow><msub><mrow><mtext>power</mtext></mrow><mrow><mtext>diff</mtext></mrow></msub><mtext> </mtext><mrow><mo>(</mo><mrow><mtext>ib</mtext><mtext>, J</mtext><mtext>, id</mtext></mrow><mo>)</mo></mrow></mrow><mo>}</mo></mrow><mn>2</mn></msup></mtd></mtr><mtr><mtd><mtext>                                                                                 </mtext><mo>…</mo><mtext> </mtext><mrow><mo>(</mo><mrow><mtext>15</mtext></mrow><mo>)</mo></mrow></mtd></mtr></mtable>
diff
diff
Отметим, что в Выражении (15) сумма E(J,id) квадратов разностей представляет сумму квадратов разностей псевдомощностей сигнала высокочастотных поддиапазонов в кадре J, найденных для оценочного коэффициента мощности декодированного высокочастотного поддиапазона, указанного индексом id коэффициента. Кроме того, в Выражении (15) величина power(ib,J,id) представляет разности power(ib,J) псевдомощностей сигнала высокочастотных поддиапазонов в кадре J для поддиапазонов с индексом ib, найденную для оценочного коэффициента мощности декодированного высокочастотного поддиапазона, обозначенного индексом id коэффициента. Указанную сумму E(J,id) квадратов разностей вычисляют для каждого из К оценочных коэффициентов мощности декодированного высокочастотного поддиапазона.
Сумма E(J,id) квадратов разностей, полученная таким образом, показывает некоторое подобие между мощностью высокочастотного поддиапазона, вычисленной на основе реального сигнала высоких частот, и псевдомощностью высокочастотных поддиапазонов, рассчитанной с использованием оценочного коэффициента мощности декодированного высокочастотного поддиапазона, который соответствует индексу id коэффициента.
Иными словами, здесь обозначена погрешность оценочных величин относительно истинной величины мощности высокочастотного поддиапазона. Соответственно, чем меньше сумма E(J,id) квадратов разностей, тем ближе к реальному сигналу высоких частот оказывается декодированный сигнал высоких частот, полученный путем вычисления с использованием оценочного коэффициента мощности декодированного высокочастотного поддиапазона. Иными словами, оценочный коэффициент мощности декодированного высокочастотного поддиапазона, которому соответствует минимальная сумма E(J,id) квадратов разностей, можно считать оптимальным оценочным коэффициентом с точки зрения обработки данных для расширения частотного диапазона, выполняемой при декодировании выходной кодовой строки.
Таким образом, схема 36 вычисления разности псевдомощностей высокочастотного поддиапазона выбирает имеющую наименьшую величину сумму квадратов разностей из совокупности К сумм E(J,id) квадратов разностей и передает индекс коэффициента, указывающий оценочный коэффициент мощности декодированного высокочастотного поддиапазона, соответствующий выбранной сумме квадратов разностей на схему 37 кодирования высоких частот.
На этапе S188 схема 37 кодирования высоких частот осуществляет кодирование индекса коэффициента, поступающего от схемы 36 вычисления разности псевдомощностей высокочастотного поддиапазона, и передает кодированные данные высоких частот, полученные в результате, на схему 38 мультиплексирования.
Например, на этапе S188 применяют энтропийное кодирование или иное подобное кодирование к индексу коэффициента. Таким образом, можно сжать объем информации кодированных данных высоких частот, передаваемых на устройство 40 декодирования. Отметим, что кодированные данные высоких частот могут представлять собой информацию любого типа, лишь бы она позволяла получить оптимальный оценочный коэффициент мощности декодированного высокочастотного поддиапазона, так что, например, сам указанный индекс коэффициента может быть использован в качестве кодированных данных высоких частот без изменений.
На этапе S189 схема 38 мультиплексирования осуществляет мультиплексирование кодированных данных низких частот, поступающих от схемы 32 кодирования низких частот и кодированных данных высоких частот, поступающих от схемы 37 кодирования высоких частот, передает на выход полученную в результате выходную кодовую строку и завершает кодирование данных.
Таким образом, вследствие передачи на выход кодированных данных высоких частот, полученных в результате кодирования индекса коэффициента, в составе выходной кодовой строки вместе с кодированными данными низких частот устройство 40 декодирования, которое приняло на вход эту выходную кодовую строку, может получить оценочный коэффициент мощности декодированного высокочастотного поддиапазона, являющийся оптимальным с точки зрения обработки данных для расширения частотного диапазона. В результате может быть получен сигнал, обеспечивающий более высокое качество звучания.
Пример функциональной конфигурации устройства декодирования
Кроме того, устройство 40 декодирования, получающее на вход в качестве входной кодовой строки и декодирующее выходную кодовую строку от устройства 30 кодирования, представленного на фиг.18, может быть конфигурировано, как показано на фиг.20, например. Отметим, что на фиг.20 компоненты, соответствующие случаю, изображенному на фиг.13, имеют такие же числовые позиционные обозначения, а описание их будет опущено.
Устройство 40 декодирования, представленное на фиг.20, является таким же, как и устройство 40 декодирования, показанное на фиг.13, в том смысле, что оно содержит такие же схемы от схемы 41 демультиплексирования и до синтезирующей схемы 48 включительно, но отличается от устройства 40 декодирования, показанного на фиг.13, тем, что декодированный сигнал низких частот от схемы 42 декодирования низких частот не поступает на схему 44 вычисления величины параметра.
ib
ib
В устройстве 40 декодирования, показанном на фиг.20, схема 45 декодирования высоких частот заранее записывает такой же оценочный коэффициент мощности декодированного высокочастотного поддиапазона, как и оценочный коэффициент мощности декодированного высокочастотного поддиапазона, записанный в схеме 35 вычисления псевдомощности высокочастотного поддиапазона, изображенной на фиг.18. Иными словами, группа из коэффициента A(kb) и коэффициента B, служащая оценочным коэффициентом мощности декодированного высокочастотного поддиапазона, найденным заранее посредством регрессионного анализа, коррелирована с индексом коэффициента и записана.
Схема 45 декодирования высоких частот осуществляет декодирование кодированных данных высоких частот, поступающих от схемы 41 демультиплексирования, и передает оценочный коэффициент мощности декодированного высокочастотного поддиапазона, обозначенный индексом коэффициента, полученным в результате декодирования, на схему 46 вычисления мощности декодированного высокочастотного поддиапазона.
Декодирование в устройстве декодирования
Далее декодирование, выполняемое в устройстве 40 декодирования, показанном на фиг.20, будет описано со ссылками на логическую схему, представленную на фиг.21.
Декодирование данных начинается, когда выходная кодовая строка с выхода устройства 30 кодирования поступает в качестве входной кодовой строки на устройство 40 декодирования. Отметим, что обработка данных на этапах с S211 по S213 аналогична обработке данных на этапах c S131 по S133, показанных на фиг.14, так что описание этой обработки данных здесь будет опущено.
На этапе S214 схема 44 вычисления величины параметра использует декодированный сигнал низкочастотных поддиапазонов от схемы 43 разделения на поддиапазоны для вычисления величины параметра и передает найденную величину на схему 46 вычисления мощности декодированного высокочастотного поддиапазона. В частности, схема 44 вычисления величины параметра осуществляет вычисления в соответствии с описанным выше Выражением (1) и рассчитывает мощность power(ib,J) низкочастотного поддиапазона в кадре J (где 0≤J) в качестве величины параметры для различных поддиапазонов ib на стороне низких частот.
На этапе S215 схема 45 декодирования высоких частот осуществляет декодирование кодированных данных высоких частот, поступающих от схемы 41 демультиплексирования, и передает оценочный коэффициент мощности декодированного высокочастотного поддиапазона, указываемый индексом коэффициента, полученным в результате декодирования, на схему 46 вычисления мощности декодированного высокочастотного поддиапазона. Иными словами, из всей совокупности множества оценочных коэффициентов мощности декодированного высокочастотного поддиапазона, записанных заранее в схеме 45 декодирования высоких частот, на выход передают оценочный коэффициент мощности декодированного высокочастотного поддиапазона, указываемый индексом коэффициента, полученным в результате декодирования.
На этапе S216 схема 46 вычисления мощности декодированного высокочастотного поддиапазона вычисляет мощность декодированного высокочастотного поддиапазона на основе величины параметра, поступившей от схемы 44 вычисления величины параметра, и оценочного коэффициента мощности декодированного высокочастотного поддиапазона, поступившего от схемы 45 декодирования высоких частот, и передает полученный результат на схему 47 генератора декодированного сигнала высоких частот.
ib
ib
Иными словами, схема 46 вычисления мощности декодированного высокочастотного поддиапазона использует коэффициенты A(kb) и B, служащие оценочными коэффициентами мощности декодированного высокочастотного поддиапазона, и мощность power(kb,J), (где sb-3≤kb≤sb) низкочастотного поддиапазона в качестве величины параметра для выполнения вычислений в соответствии с описанным выше Выражением (2), и вычисляет мощность декодированного высокочастотного поддиапазона. Таким образом, получают величину мощности декодированного высокочастотного поддиапазона для каждого поддиапазона на стороне высоких частот, где индекс может принимать значения с sb+1 по eb.
На этапе S217 схема 47 генератора декодированного сигнала высоких частот генерирует декодированный сигнал высоких частот на основе декодированных сигналов низкочастотных поддиапазонов, поступающих от схемы 43 разделения на поддиапазоны, мощности декодированного высокочастотного поддиапазона, поступающей от схемы 46 вычисления мощности декодированного высокочастотного поддиапазона.
В частности, схема 47 генератора декодированного сигнала высоких частот осуществляет вычисления в соответствии с описанным выше Выражением (1) с использованием декодированного сигнала низкочастотных поддиапазонов, а также вычисляет мощность низкочастотного поддиапазона для каждого поддиапазона на стороне низких частот. Затем схема 47 генератора декодированного сигнала высоких частот использует полученную мощность низкочастотного поддиапазона и мощность декодированного высокочастотного поддиапазона для вычислений в соответствии с описанным выше Выражением (3) и вычисляет величину G(ib,J) коэффициента передачи для каждого поддиапазона на стороне высоких частот.
Далее схема 47 генератора декодированного сигнала высоких частот использует эту величину G(ib,J) коэффициента передачи и декодированный сигнал низкочастотных поддиапазонов для осуществления вычислений в соответствии с описанными выше Выражением (5) и Выражением (6) и генерирования сигнала x3(ib,n) высокочастотных поддиапазонов для каждого поддиапазона на стороне высоких частот.
Иными словами, схема 47 генератора декодированного сигнала высоких частот подвергает декодированный сигнал x(ib,n) низкочастотных поддиапазонов амплитудной коррекции в соответствии с отношением мощности низкочастотного поддиапазона и мощности декодированного высокочастотного поддиапазона, после чего осуществляет частотную модуляцию полученного в результате декодированного сигнала x2(ib,n) низкочастотных поддиапазонов. Таким образом, сигнал частотных составляющих поддиапазонов на стороне низких частот преобразуют в сигнал частотных составляющих поддиапазонов на стороне высоких частот и получают сигнал x3(ib,n) высокочастотных поддиапазонов.
Указанная обработка данных, позволяющая, таким образом, получить сигналы высокочастотных поддиапазонов для каждого поддиапазона, будет ниже рассмотрена подробнее.
Пусть группа из четырех поддиапазонов, расположенных в ряд непрерывно один рядом с другим в частотной области, называется блоком диапазонов, а частотный диапазон разделен таким образом, что один блок диапазонов (далее именуемый, в частности, низкочастотным блоком) составлен из четырех поддиапазонов, индексы которых на стороне низких частот имеют значения с sb по sb-3. В это же время, например, диапазон, составленный из поддиапазонов, индексы которых на стороне высоких частот имеют значения с sb+1 по sb+4, тоже считаются одним блоком диапазонов. Отметим, что в дальнейшем блок диапазонов на стороне высоких частот, т.е. блок, составленный из поддиапазонов с индексами sb+1 или более, будет, в частности именоваться высокочастотным блоком.
Теперь сосредоточимся на рассмотрении одного поддиапазона из состава высокочастотного блока, генерирующего соответствующий сигнал высокочастотного поддиапазона (далее именуемый фокусным поддиапазоном). Сначала схема 47 генератора декодированного сигнала высоких частот идентифицирует в низкочастотном блоке поддиапазон, находящийся в такой же позиции, в какой находится интересующий поддиапазон в высокочастотном блоке.
Например, если индекс интересующего поддиапазона равен sb+1, этот интересующий поддиапазон является самым низкочастотным диапазоном в высокочастотном блоке, так что поддиапазоном низкочастотного блока, находящимся в такой же позиции, как и интересующий поддиапазон в высокочастотном блоке, становится поддиапазон с индексом sb-3.
Таким образом, когда идентифицирован поддиапазон в низкочастотном блоке, находящийся в такой же относительной позиции, как и интересующий поддиапазон, тогда мощность низкочастотного поддиапазона и декодированный сигнал этого низкочастотного поддиапазона, а также мощность декодированного высокочастотного поддиапазона для интересующего поддиапазона используют для генерирования сигнала высокочастотных поддиапазонов, относящегося к интересующему поддиапазону.
Иными словами, в Выражение (3) подставляют мощность декодированного высокочастотного поддиапазона и мощность низкочастотного поддиапазона и вычисляют величину коэффициента передачи, соответствующую отношению этих мощностей. Вычисленную величину коэффициента передачи умножают на декодированный сигнал низкочастотных поддиапазонов, после чего осуществляют частотную модуляцию этого произведения декодированного сигнала низкочастотных поддиапазонов на величину коэффициента передачи вместе с вычислением Выражения (6) и получают сигнал высокочастотных поддиапазонов для интересующего поддиапазона.
Применяя обработку данных, как описано выше, получают сигнал высокочастотных поддиапазонов для каждого поддиапазона на стороне высоких частот. После этого схема 47 генератора декодированного сигнала высоких частот осуществляет дальнейшие вычисления в соответствии с Выражением (7), описанным выше, находит сумму полученных различных сигналов высокочастотных поддиапазонов и генерирует декодированный сигнал высоких частот. Эта схема 47 генератора декодированного сигнала высоких частот передает полученный декодированный сигнал высоких частот в синтезирующую схему 48, а обработка данных переходит к этапам с S217 по S218.
На этапе S218 синтезирующая схема 48 осуществляет синтез декодированных сигналов низких частот от схемы 42 декодирования низких частот и декодированного сигнала высоких частот от схемы 47 генератора декодированного сигнала высоких частот и передает на выход полученный результат в качестве выходного сигнала. После этого декодирование данных завершается.
Как описано выше, в устройстве 40 декодирования получают индекс коэффициента на основе кодированных данных высоких частот, полученных посредством демультиплексирования входной кодовой строки, и оценочный коэффициент мощности декодированного высокочастотного поддиапазона, указанный этим индексом коэффициента, используют для вычисления мощности декодированного высокочастотного поддиапазона, что позволяет повысить точность оценки мощности высокочастотного поддиапазона. Таким образом, можно воспроизводить музыкальные сигналы с повышенным качеством звучания.
4. Четвертый вариант
Кодирование в устройстве кодирования
Кроме того, хотя выше описан пример ситуации, когда в кодированные данные высоких частот включен только индекс коэффициента, в состав этих данных может быть введена и другая информация.
Например, если в кодированные данные высоких частот включен индекс коэффициента, оценочный коэффициент мощности декодированного высокочастотного поддиапазона, позволяющий получить величину мощности декодированного высокочастотного поддиапазона, ближайшую к величине мощности высокочастотного поддиапазона реального сигнала высоких частот, может быть известен на стороне устройства 40 декодирования.
diff
Однако между реальной мощностью высокочастотного поддиапазона (истинная величина) и мощностью декодированного высокочастотного поддиапазона (оценочная величина), полученной на стороне устройства 40 декодирования, появляется разница, имеющая грубо такую же величину, как разность power(ib,J) псевдомощностей сигнала высокочастотных поддиапазонов, вычисленная в схеме 36 вычисления разности псевдомощностей высокочастотного поддиапазона.
Теперь, если в состав кодированных данных высоких частот включить не только индекс коэффициента, но и разность псевдомощностей сигнала высокочастотных поддиапазонов для каждого поддиапазона, на стороне устройства 40 декодирования может быть известна общая погрешность мощности декодированного высокочастотного поддиапазона относительно реальной мощности высокочастотного поддиапазона. Таким образом, точность оценки мощности высокочастотного поддиапазона может быть еще более повышена с использованием этой погрешности.
Кодирование данных и декодирование данных для случая, когда разность псевдомощностей сигнала высокочастотных поддиапазонов включена в кодированные данные высоких частот, будет описана ниже со ссылками на логические схемы, показанные на фиг.22 и фиг.23.
Сначала кодирование данных в устройстве 30 кодирования, показанном на фиг.18, будет описано со ссылками на логическую схему, изображенную на фиг.22. Отметим, что обработка данных на этапах с S241 по S246 аналогична обработке данных на этапах с S181 по S186, представленных на фиг.19, так что описание этой обработки данных будет опущено.
На этапе S247 схема 36 вычисления разности псевдомощностей высокочастотного поддиапазона выполняет вычисления в соответствии с описанным выше Выражением (15) и рассчитывает сумму E(J,id) квадратов разностей для каждого оценочного коэффициента мощности декодированного высокочастотного поддиапазона.
Схема 36 вычисления разности псевдомощностей высокочастотного поддиапазона выбирает сумму квадратов разностей, имеющую наименьшую величину, из совокупности сумм E(J,id) квадратов разностей и передает на схему 37 кодирования высоких частот индекс коэффициента, указывающий на оценочный коэффициент мощности декодированного высокочастотного поддиапазона, соответствующий выбранной сумме квадратов разностей.
diff
Далее схема 36 вычисления разности псевдомощностей высокочастотного поддиапазона передает разности power(ib,J) псевдомощностей сигнала высокочастотных поддиапазонов для каждого поддиапазона, найденные для оценочного коэффициента мощности декодированного высокочастотного поддиапазона, соответствующего выбранной сумме квадратов разностей, на схему 37 кодирования высоких частот.
На этапе S248 схема 37 кодирования высоких частот осуществляет кодирование индекса коэффициента и разности псевдомощностей сигнала высокочастотных поддиапазонов, поступающих от схемы 36 вычисления разности псевдомощностей высокочастотного поддиапазона, и передает полученные в результате кодированные данные высоких частот на схему 38 мультиплексирования.
Таким образом, разности псевдомощностей сигнала высокочастотных поддиапазонов для каждого поддиапазона на стороне высоких частот с индексами с sb+1 по eb, т.е. погрешность оценки мощности высокочастотного поддиапазона, передают в качестве кодированных данных высоких частот на устройство 40 декодирования.
После получения этих кодированных данных высоких частот выполняют обработку данных этапа S249 и завершают кодирование данных, однако обработка данных на этапе S249 аналогична обработке данных на этапе S189, представленной на фиг.19, так что описание этой обработки данных здесь будет опущено.
Как описано выше, когда разности псевдомощностей сигнала высокочастотных поддиапазонов включены в состав кодированных данных высоких частот, можно еще более повысить точность оценки мощности высокочастотного поддиапазона в устройстве декодирования и получить музыкальные сигналы с повышенным качеством звучания.
Декодирование в устройстве декодирования
Далее декодирование в устройстве 40 декодирования, показанном на фиг.20, будет описано со ссылками на логическую схему, изображенную на фиг.23. Отметим, что обработка данных на этапах с S271 по S274 аналогична обработке данных на этапах с S211 по S214, представленных на фиг.21, так что их описание будет опущено.
На этапе S275 схема 45 декодирования высоких частот осуществляет декодирование кодированных данных высоких частот, поступающих от схемы 41 демультиплексирования. Эта схема 45 декодирования высоких частот затем передает оценочный коэффициент мощности декодированного высокочастотного поддиапазона, указанный индексом коэффициента, полученным в результате декодирования, и разности псевдомощностей сигнала высокочастотных поддиапазонов для каждого поддиапазона, полученные в результате декодирования, на схему 46 вычисления мощности декодированного высокочастотного поддиапазона.
На этапе S276 схема 46 вычисления мощности декодированного высокочастотного поддиапазона вычисляет мощность декодированного высокочастотного поддиапазона на основе величины параметра, поступившей от схемы 44 вычисления величины параметра, и оценочного коэффициента мощности декодированного высокочастотного поддиапазона, поступившего от схемы 45 декодирования высоких частот. Отметим, что на этапе S276 выполняется обработка данных аналогичная этапу S216, показанному на фиг.21.
На этапе S277 схема 46 вычисления мощности декодированного высокочастотного поддиапазона суммирует разность псевдомощностей сигнала высокочастотных поддиапазонов, поступившую от схемы 45 декодирования высоких частот, с мощностью декодированного высокочастотного поддиапазона, устанавливает полученную сумму в качестве окончательной мощности декодированного высокочастотного поддиапазона и передает на схему 47 генератора декодированного сигнала высоких частот. Иными словами, к мощности декодированного высокочастотного поддиапазона для каждого рассчитанного поддиапазона добавляют разность псевдомощностей сигнала высокочастотных поддиапазонов для этого же поддиапазона.
После этого выполняют обработку данных на этапе S278 и этапе S279 и завершают декодирование данных, но эта обработка данных аналогична обработке данных на этапах S217 и S218, показанных на фиг.21, вследствие чего описание этой обработки данных будет опущено.
Как описано выше, устройство 40 декодирования получает индекс коэффициента и разность псевдомощностей сигнала высокочастотных поддиапазонов из состава кодированных данных высоких частот, выделенных в результате демультиплексирования входной кодовой строки. Затем это устройство 40 декодирования вычисляет мощность декодированного высокочастотного поддиапазона с использованием оценочного коэффициента мощности декодированного высокочастотного поддиапазона, указанного индексом коэффициента, и разности псевдомощностей сигнала высокочастотных поддиапазонов. Таким образом, можно повысить точность оценки мощности высокочастотного поддиапазона и воспроизводить музыкальные сигналы с более высоким качеством звучания.
Отметим, что можно учесть разность между оценочными величинами мощности высокочастотного поддиапазона, найденными в устройстве 30 кодирования и в устройстве 40 декодирования, т.е. разность между псевдомощностью высокочастотных поддиапазонов и мощностью декодированного высокочастотного поддиапазона (в дальнейшем именуемую разностью оценок между устройствами).
В таком случае, например, разность псевдомощностей сигнала высокочастотных поддиапазонов, служащая кодированными данными высоких частот, может быть скорректирована посредством разности оценок между устройствами, либо эта разность оценок между устройствами может быть включена в кодированные данные высоких частот, а разность псевдомощностей сигнала высокочастотных поддиапазонов может быть скорректирована на величину разности оценок между устройствами на стороне устройства 40 декодирования. Кроме того, разность оценок между устройствами может быть предварительно записана на стороне устройства 40 декодирования, а устройство 40 декодирования в этом случае добавляет разность оценок между устройствами к разности псевдомощностей сигнала высокочастотных поддиапазонов и тем самым осуществляет коррекцию. Таким образом, можно получить декодированный сигнал высоких частот, более близкий к реальному сигналу высоких частот.
5. Пятый вариант
Отметим, что устройство 30 кодирования, показанное на фиг.18, рассмотрено в таком варианте, где схема 36 вычисления разности псевдомощностей высокочастотного поддиапазона выбирает, при использовании суммы E(J,id) квадратов разностей в качестве индикатора, оптимальную сумму квадратов разностей из совокупности множества индексов коэффициентов, однако для выбора индекса коэффициента может быть применен индикатор, отличный от суммы квадратов разностей.
Например, в качестве индикатора для выбора индекса коэффициента может быть использована вычисленная величина, учитывающая среднеквадратическую величину, максимальную величину, среднюю величину и/или другой подходящий параметр остаточной разности между мощностью высокочастотного поддиапазона и псевдомощностью высокочастотных поддиапазонов. В таком случае устройство 30 кодирования, показанное на фиг.18, выполняет кодирование данных в соответствии с логической схемой, представленной на фиг.24.
Кодирование данных в устройстве 30 кодирования будет описано ниже со ссылками на логическую схему, представленную на фиг.24. Отметим, что обработка данных на этапах с S301 по S305 аналогична обработке данных на этапах с S181 по S185, показанных на фиг.19, так что их описание здесь будет опущено. После выполнения обработки данных на этапах с S301 по S305 псевдомощности высокочастотных поддиапазонов для каждого поддиапазона оказываются вычислены для каждого из К оценочных коэффициентов мощности декодированного высокочастотного поддиапазона.
На этапе S306 схема 36 вычисления разности псевдомощностей высокочастотного поддиапазона рассчитывает вычисляемую величину Res(id,J) с использованием текущего кадра J, подвергающегося обработке данных, для каждого из К оценочных коэффициентов мощности декодированного высокочастотного поддиапазона.
В частности, схема 36 вычисления разности псевдомощностей высокочастотного поддиапазона использует сигналы высокочастотных поддиапазонов для каждого поддиапазона, поступающие от схемы 33 разделения на поддиапазоны для выполнения вычислений, аналогичных вычислениям в соответствии с рассмотренным выше Выражением (1), и вычисляет мощности power(ib,J) высокочастотного поддиапазона в кадре J. Отметим, что согласно рассматриваемому варианту все поддиапазоны сигнала низкочастотных поддиапазонов и поддиапазоны сигнала высокочастотных поддиапазонов идентифицированы индексом ib.
std
После получения мощности power(ib,J) высокочастотного поддиапазона схема 36 вычисления разности псевдомощностей высокочастотного поддиапазона вычисляет следующее Выражение (16) и определяет тем самым остаточную среднеквадратическую величину Res(id,J).
Выражение 16
<mtable columnalign="left"><mtr><mtd><mi>R</mi><msub><mtext>es</mtext><mrow><mtext>std</mtext></mrow></msub><mtext> </mtext><mrow><mo>(</mo><mrow><mtext>id</mtext><mtext>, J</mtext></mrow><mo>)</mo></mrow><mo>=</mo><mstyle displaystyle="true"><munderover><mo>∑</mo><mrow><mi>i</mi><mi>b</mi><mo>=</mo><mi>s</mi><mi>b</mi><mo>+</mo><mn>1</mn></mrow><mrow><mi>e</mi><mi>b</mi></mrow></munderover><mrow /></mstyle><mtext>  </mtext><msup><mrow><mo>{</mo><mrow><mtext>power </mtext><mrow><mo>(</mo><mrow><mtext>ib</mtext><mtext>, J</mtext></mrow><mo>)</mo></mrow><mo>−</mo><mi>p</mi><mi>o</mi><mi>w</mi><mi>e</mi><msub><mi>r</mi><mrow><mi>e</mi><mi>s</mi><mi>t</mi></mrow></msub><mtext> </mtext><mrow><mo>(</mo><mrow><mtext>ib</mtext><mtext>, id</mtext><mtext>, J</mtext></mrow><mo>)</mo></mrow></mrow><mo>}</mo></mrow><mn>2</mn></msup></mtd></mtr><mtr><mtd><mtext>                                                                                  </mtext><mo>…</mo><mtext> </mtext><mrow><mo>(</mo><mrow><mtext>16</mtext></mrow><mo>)</mo></mrow></mtd></mtr></mtable>
est
std
est
Иными словами, для каждого поддиапазона на стороне высоких частот, которому соответствует индекс с sb+1 по eb, определяют разность между мощностью power(ib,J) высокочастотного поддиапазона в кадре J и псевдомощностью power(ib,id,J) высокочастотных поддиапазонов, а сумма квадратов этих разностей становится остаточной среднеквадратической величиной Res(id,J). Отметим, что указанная псевдомощность power(ib,id,J) высокочастотных поддиапазонов представляет псевдомощность высокочастотных поддиапазонов в кадре J для поддиапазона с индексом ib, найденную для оценочного коэффициента мощности декодированного высокочастотного поддиапазона, где индекс коэффициента равен id.
max
Затем, схема 36 вычисления разности псевдомощностей высокочастотного поддиапазона вычисляет следующее Выражение (17) и вычисляет остаточную максимальную величину Res(id,J).
Выражение 17
<mtable columnalign="left"><mtr><mtd><mi>Re</mi><msub><mi>s</mi><mrow><mi>max</mi></mrow></msub><mtext> </mtext><mrow><mo>(</mo><mrow><mtext>id</mtext><mtext>, J</mtext></mrow><mo>)</mo></mrow><mo>=</mo><msub><mi>max</mi><mrow><mi>i</mi><mi>b</mi></mrow></msub><mtext> </mtext><mrow><mo>{</mo><mrow><mrow><mo>|</mo><mrow><mtext>power </mtext><mrow><mo>(</mo><mrow><mtext>ib</mtext><mtext>, J</mtext></mrow><mo>)</mo></mrow><mo>−</mo><mi>p</mi><mi>o</mi><mi>w</mi><mi>e</mi><msub><mi>r</mi><mrow><mtext>est</mtext></mrow></msub><mtext> </mtext><mrow><mo>(</mo><mrow><mtext>ib</mtext><mtext>, id</mtext><mtext>, J</mtext></mrow><mo>)</mo></mrow></mrow><mo>|</mo></mrow></mrow><mo>}</mo></mrow></mtd></mtr><mtr><mtd><mtext>                                                                                   </mtext><mo>…</mo><mtext> </mtext><mrow><mo>(</mo><mrow><mtext>17</mtext></mrow><mo>)</mo></mrow></mtd></mtr></mtable>
est
est
max
Отметим, что в Выражении (17) величина  представляет большую из абсолютных величин разностей между мощностью power(ib,J) высокочастотного поддиапазона для каждого поддиапазона с индексом в пределах с sb+1 по eb, и псевдомощностью power(ib,id,J) высокочастотных поддиапазонов. Соответственно, максимальная величина из совокупности абсолютных величин разностей между мощностью power(ib,J) высокочастотного поддиапазона в кадре J и псевдомощностью power(ib,id,J) высокочастотных поддиапазонов становится остаточной максимальной величиной Res(id,J).
ave
Кроме того, схема 36 вычисления разности псевдомощностей высокочастотного поддиапазона вычисляет следующее выражение (18) и вычисляет остаточную среднюю величину Res(id,J).
Выражение 18
<mtable columnalign="left"><mtr><mtd><mi>Re</mi><msub><mi>s</mi><mrow><mi>a</mi><mi>v</mi><mi>e</mi></mrow></msub><mtext> </mtext><mrow><mo>(</mo><mrow><mtext>id</mtext><mtext>, J</mtext></mrow><mo>)</mo></mrow><mo>=</mo><mrow><mo>|</mo><mrow><mrow><mo>(</mo><mrow><mstyle displaystyle="true"><munderover><mo>∑</mo><mrow><mi>i</mi><mi>b</mi><mo>=</mo><mi>s</mi><mi>b</mi><mo>+</mo><mn>1</mn></mrow><mrow><mi>e</mi><mi>b</mi></mrow></munderover><mrow /></mstyle><mtext>  </mtext><mrow><mo>{</mo><mrow><mtext>power </mtext><mrow><mo>(</mo><mrow><mtext>ib</mtext><mtext>, J</mtext></mrow><mo>)</mo></mrow><mo>−</mo><mi>p</mi><mi>o</mi><mi>w</mi><mi>e</mi><msub><mi>r</mi><mrow><mtext>est</mtext></mrow></msub><mtext> </mtext><mrow><mo>(</mo><mrow><mtext>ib</mtext><mtext>, id</mtext><mtext>, J</mtext></mrow><mo>)</mo></mrow></mrow><mo>}</mo></mrow></mrow><mo>)</mo></mrow></mrow><mo>|</mo></mrow></mtd></mtr><mtr><mtd><mtext>                     /</mtext><mrow><mrow><mrow><mo>(</mo><mrow><mtext>eb-sb</mtext></mrow><mo>)</mo></mrow></mrow><mo>|</mo></mrow><mtext>                                                 </mtext><mo>…</mo><mtext> </mtext><mrow><mo>(</mo><mrow><mtext>18</mtext></mrow><mo>)</mo></mrow></mtd></mtr></mtable>
est
ave
ave
Иными словами, для каждого поддиапазона на стороне высоких частот, индекс которого лежит в пределах с sb+1 по eb, вычисляют разность между мощностью power (ib,J) высокочастотного поддиапазона в кадре J и псевдомощностью power(ib,id,J) высокочастотных поддиапазонов и определяют сумму всех этих разностей. Абсолютная величина результата деления этой суммы разностей на число (eb-sb) поддиапазонов на стороне высоких частот становится остаточной средней величиной Res(id,J). Эта остаточная средняя величина Res(id,J) здесь представляет среднюю величину оценочных разностей для различных поддиапазонов, при вычислении которой учитывают знаки этих разностей.
std
max
ave
Далее после получения остаточной среднеквадратической величины Res(id,J), остаточной максимальной величины Res(id,J) и остаточной средней величины Res(id,J) схема 36 вычисления разности псевдомощностей высокочастотного поддиапазона вычисляет следующее Выражение (19) и рассчитывает окончательную вычисляемую величину Res(id,J).
Выражение 19
<mtable columnalign="left"><mtr><mtd><mi>Re</mi><mi>s</mi><mtext> </mtext><mrow><mo>(</mo><mrow><mtext>id</mtext><mtext>, J</mtext></mrow><mo>)</mo></mrow><mo>=</mo><mi>Re</mi><msub><mi>s</mi><mrow><mi>s</mi><mi>t</mi><mi>d</mi></mrow></msub><mtext> </mtext><mrow><mo>(</mo><mrow><mtext>id</mtext><mtext>, J</mtext></mrow><mo>)</mo></mrow><mo>+</mo><msub><mi>W</mi><mrow><mi>max</mi></mrow></msub><mo>×</mo><mi>Re</mi><msub><mi>s</mi><mrow><mi>max</mi></mrow></msub><mtext> </mtext><mrow><mo>(</mo><mrow><mtext>id</mtext><mtext>, J</mtext></mrow><mo>)</mo></mrow><mo>+</mo><msub><mi>W</mi><mrow><mi>a</mi><mi>v</mi><mi>e</mi></mrow></msub><mo>×</mo><mi>Re</mi><msub><mi>s</mi><mrow><mi>a</mi><mi>v</mi><mi>e</mi></mrow></msub><mtext> </mtext><mrow><mo>(</mo><mrow><mtext>id</mtext><mtext>, J</mtext></mrow><mo>)</mo></mrow></mtd></mtr><mtr><mtd><mtext>                                                                                     </mtext><mo>…</mo><mtext> </mtext><mrow><mo>(</mo><mrow><mtext>19</mtext></mrow><mo>)</mo></mrow></mtd></mtr></mtable>
std
max
ave
max
ave
max
ave
Иными словами, для получения окончательной вычисляемой величины Res(id,J) выполняют взвешенное суммирование остаточной среднеквадратической величины Res(id,J), остаточной максимальной величины Res(id,J) и остаточной средней величины Res(id,J). Отметим, что в Выражении (19) W и W - предварительно задаваемые весовые коэффициенты, которые могут быть равны, например, W=0.5, W=0.5 и т.п.
Схема 36 вычисления разности псевдомощностей высокочастотного поддиапазона осуществляет описанную выше обработку данных и рассчитывает вычисляемую величину Res(id,J) для каждого из К оценочных коэффициентов мощности декодированного высокочастотного поддиапазона, т.е. для каждого из К индексов id коэффициентов.
На этапе S307 схема 36 вычисления разности псевдомощностей высокочастотного поддиапазона выбирает индекс id коэффициента на основе вычисляемой величины Res(id,J) для каждого индекса id коэффициента.
Вычисляемая величина Res(id,J), полученная в результате описанной выше обработки, указывает степень подобия между мощностью высокочастотного поддиапазона, вычисленной на основе реального сигнала высоких частот, и псевдомощностью высокочастотных поддиапазонов, вычисленной с использованием оценочного коэффициента мощности декодированного высокочастотного поддиапазона, для которого индекс коэффициента равен id. Иными словами, эта вычисляемая величина указывает величину погрешности оценки составляющих высоких частот.
Соответственно, чем меньше вычисляемая величина Res(id,J), тем ближе декодированный сигнал высоких частот, вычисленный с использованием оценочного коэффициента мощности декодированного высокочастотного поддиапазона, к реальному сигналу высоких частот. Таким образом, схема 36 вычисления разности псевдомощностей высокочастотного поддиапазона выбирает из совокупности К вычисляемых величин Res(id,J), ту вычисляемую величину, которая имеет минимальное значение, и передает на схему 37 кодирования высоких частот индекс коэффициента, указывающий оценочный коэффициент мощности декодированного высокочастотного поддиапазона, соответствующий выбранной вычисляемой величине.
После передачи индекса коэффициента на схему 37 кодирования высоких частот выполняют последующую обработку данных на этапе S308 и этапе S309 и завершают кодировку данных, однако такая обработка данных аналогична обработке данных на этапе S188 и этапе S189, показанных на фиг.19, так что их описание здесь будет опущено.
std
max
Как показано выше, устройство 30 кодирования использует вычисляемую величину Res(id,J), вычисляемую на основе остаточной среднеквадратической величины Res(id,J), остаточной максимальной величины Res(id,J) и остаточной средней величины Resave(id,J) и выбирает оптимальный индекс коэффициента для оценочного коэффициента мощности декодированного высокочастотного поддиапазона.
При использовании вычисляемой величины Res(id,J) точность оценки мощности высокочастотного поддиапазона можно определить с применением большего числа шкал вычислений по сравнению со случаем использования суммы квадратов разностей, вследствие чего можно выбрать более подходящий оценочный коэффициент мощности декодированного высокочастотного поддиапазона. Таким образом, в устройстве 40 декодирования, получающем на вход указанную выходную кодовую строку, можно определить оценочный коэффициент мощности декодированного высокочастотного поддиапазона, являющийся оптимальным с точки зрения обработки данных для расширения частотного диапазона, так что можно получить сигналы с более высоким качеством звучания.
Модификация 1
Кроме того, при выполнении описанного выше кодирования данных для каждого кадра входного сигнала индексы коэффициентов, различные для каждого из последовательных кадров, могут быть выбраны в постоянной области, отличающейся незначительными изменениями мощности высокочастотного поддиапазона во времени, для каждого поддиапазона входного сигнала на стороне высоких частот.
Иными словами, в последовательных кадрах, составляющих некую постоянную область входного сигнала, мощность высокочастотного поддиапазона имеет приблизительно одну и ту же величину в каждом кадре, так что для этих кадров следует постоянно выбирать одинаковый индекс коэффициента. Однако в отдельных сегментах этих последовательных кадров выбираемый для кадра индекс коэффициента может изменяться, вследствие чего высокочастотная составляющая звука, воспроизводимого на стороне устройства 40 декодирования, может уже перестать быть постоянной. При воспроизведении такого звука у слушателя может возникать дискомфорт.
Теперь в случае выбора индекса коэффициента в устройстве 30 кодирования можно также учитывать высокочастотные составляющие кадра, предшествующего во времени рассматриваемому кадру. В этом случае устройство 30 кодирования, показанное на фиг.18, выполняет кодирование данных в соответствии с логической схемой, представленной на фиг.25.
Кодирование данных в устройстве 30 кодирования будет описано ниже со ссылками на логическую схему, представленную на фиг.25. Отметим, что обработка данных на этапах с S331 по S336 аналогична обработке данных на этапах с S301 по S306, показанных на фиг.24, вследствие чего их описание здесь будет опущено.
На этапе S337 схема 36 вычисления разности псевдомощностей высокочастотного поддиапазона рассчитывает вычисляемую величину ResP(id,J) с использованием прошедшего кадра и текущего кадра.
В частности, схема 36 вычисления разности псевдомощностей высокочастотного поддиапазона записывает величины псевдомощности высокочастотных поддиапазонов для каждого поддиапазона, полученные с использованием оценочного коэффициента мощности декодированного высокочастотного поддиапазона согласно индексу коэффициента, выбранному в конечном итоге для кадра (J-1), предшествующего на один кадр по времени кадру J, подлежащему обработке. Здесь под выбранным в конечном итоге индексом коэффициента понимают индекс коэффициента, кодированный в схеме 37 кодирования высоких частот и переданный на выход устройством 40 декодирования.
selected
selected
est
selected
Далее предположим, что индекс id коэффициента, выбранный конкретно в кадре (J-1), обозначен id(J-1). Кроме того, в последующем описании величина псевдомощности высокочастотных поддиапазонов, относящаяся к поддиапазону с индексом ib (где sb+1≤ib≤eb) и полученная с использованием оценочного коэффициента мощности декодированного высокочастотного поддиапазона для индекса id(J-1) коэффициента, обозначена как power(ib,id(J-1),J-1).
std
Схема 36 вычисления разности псевдомощностей высокочастотного поддиапазона сначала вычисляет следующее Выражение (20) и рассчитывает оценочную остаточную среднеквадратическую величину ResP(id,J).
Выражение 20
<mtable columnalign="left"><mtr><mtd><mi>Re</mi><mi>s</mi><msub><mi>P</mi><mrow><mi>s</mi><mi>t</mi><mi>d</mi></mrow></msub><mtext> </mtext><mrow><mo>(</mo><mrow><mtext>id</mtext><mtext>, J</mtext></mrow><mo>)</mo></mrow><mo>=</mo><mstyle displaystyle="true"><munderover><mo>∑</mo><mrow><mi>i</mi><mi>b</mi><mo>=</mo><mi>s</mi><mi>b</mi><mo>+</mo><mn>1</mn></mrow><mrow><mi>e</mi><mi>b</mi></mrow></munderover><mrow /></mstyle><mtext>  </mtext><mrow><mo>{</mo><mrow><msub><mrow><mtext>power</mtext></mrow><mrow><mtext>est</mtext></mrow></msub><mtext> </mtext><mrow><mo>(</mo><mrow><mtext>ib</mtext><msub><mrow><mtext>, id</mtext></mrow><mrow><mtext>selected</mtext></mrow></msub><mtext> </mtext><mrow><mo>(</mo><mrow><mtext>J-1</mtext></mrow><mo>)</mo></mrow><mo>,</mo><mtext> J-1</mtext></mrow><mo>)</mo></mrow></mrow></mrow></mtd></mtr><mtr><mtd><mtext>                       </mtext><msup><mrow><mrow><msub><mrow><mtext>- power</mtext></mrow><mrow><mtext>est</mtext></mrow></msub><mtext> </mtext><mrow><mo>(</mo><mrow><mtext>ib</mtext><mtext>, id</mtext><mtext>, J</mtext></mrow><mo>)</mo></mrow></mrow><mo>}</mo></mrow><mn>2</mn></msup><mtext>                              </mtext><mo>…</mo><mtext> </mtext><mrow><mo>(</mo><mrow><mtext>20</mtext></mrow><mo>)</mo></mrow></mtd></mtr></mtable>
est
selected
est
std
est
Иными словами, для каждого поддиапазона на стороне высоких частот с индексом в пределах с sb+1 по eb определяют разность между псевдомощностью power(ib,id(J-1),J-1) высокочастотных поддиапазонов в кадре (J-1) и псевдомощностью power(ib,id,J) высокочастотных поддиапазонов в кадре J. Сумма квадратов этих разностей затем становится оценочной остаточной среднеквадратической величиной ResP(id,J). Отметим, что псевдомощность power(ib,id,J) высокочастотных поддиапазонов представляет собой псевдомощность высокочастотных поддиапазонов в кадре J для поддиапазона с индексом ib, найденную для оценочного коэффициента мощности декодированного высокочастотного поддиапазона, для которого индекс коэффициента равен id.
std
std
Оценочная остаточная среднеквадратическая величина ResP(id,J) представляет собой здесь сумму квадратов разностей псевдомощностей высокочастотных поддиапазонов между кадрами, следующими во времени последовательно один за другим, вследствие чего, чем меньше такая оценочная остаточная среднеквадратическая величина ResP(id,J), тем меньше будут изменения во времени для оценочной величины высокочастотной составляющей.
max
Далее схема 36 вычисления разности псевдомощностей высокочастотного поддиапазона вычисляет следующее Выражение (21) и тем самым определяют оценочную остаточную максимальную величину ResP(id,J).
Выражение 21
<mtable columnalign="left"><mtr><mtd><mi>Re</mi><mi>s</mi><msub><mi>P</mi><mrow><mi>max</mi></mrow></msub><mtext> </mtext><mrow><mo>(</mo><mrow><mtext>id</mtext><mtext>, J</mtext></mrow><mo>)</mo></mrow><mo>=</mo><msub><mi>max</mi><mrow><mi>i</mi><mi>b</mi></mrow></msub><mtext> </mtext><mrow><mo>{</mo><mrow><mrow><mo>|</mo><mrow><msub><mrow><mtext>power</mtext></mrow><mrow><mtext>est</mtext></mrow></msub><mtext> </mtext><mrow><mo>(</mo><mrow><mtext>ib</mtext><msub><mrow><mtext>, id</mtext></mrow><mrow><mtext>selected</mtext></mrow></msub><mtext> </mtext><mrow><mo>(</mo><mrow><mtext>J-1</mtext></mrow><mo>)</mo></mrow><mo>,</mo><mtext> J-1</mtext></mrow><mo>)</mo></mrow></mrow></mrow></mrow></mrow></mtd></mtr><mtr><mtd><mtext>                       </mtext><mrow><mrow><mrow><mrow><msub><mrow><mtext>- power</mtext></mrow><mrow><mtext>est</mtext></mrow></msub><mtext> </mtext><mrow><mo>(</mo><mrow><mtext>ib</mtext><mtext>, id</mtext><mtext>, J</mtext></mrow><mo>)</mo></mrow></mrow><mo>|</mo></mrow></mrow><mo>}</mo></mrow><mtext>                                 </mtext><mo>…</mo><mtext> </mtext><mrow><mo>(</mo><mrow><mtext>21</mtext></mrow><mo>)</mo></mrow></mtd></mtr></mtable>
est
selected
est
max
Отметим, что в Выражении (21),  представляет самую большую из абсолютных величин разностей между псевдомощностью power(ib,id(J-1),J-1) высокочастотных поддиапазонов для каждого из поддиапазонов с индексами в пределах с sb+1 по eb и псевдомощностью power(ib,id,J) высокочастотных поддиапазонов. Соответственно, максимальная величина из абсолютных величин разностей псевдомощности высокочастотных поддиапазонов между последовательными во времени кадрами становится оценочной остаточной максимальной величиной ResP(id,J).
max
Чем меньше значение этой оценочной остаточной максимальной величины ResP(id,J), тем ближе будут результаты оценки высокочастотных составляющих в последовательных кадрах.
max
ave
После получения оценочной остаточной максимальной величины ResP(id,J) схема 36 вычисления разности псевдомощностей высокочастотного поддиапазона вычисляет следующее Выражение (22) и определяет тем самым оценочную остаточную среднюю величину ResP(id,J).
Выражение 22
<mtable columnalign="left"><mtr><mtd><mi>Re</mi><mi>s</mi><msub><mi>P</mi><mrow><mi>a</mi><mi>v</mi><mi>e</mi></mrow></msub><mtext> </mtext><mrow><mo>(</mo><mrow><mtext>id</mtext><mtext>, J</mtext></mrow><mo>)</mo></mrow><mo>=</mo><mrow><mo>|</mo><mrow><mrow><mo>(</mo><mrow><mstyle displaystyle="true"><munderover><mo>∑</mo><mrow><mi>i</mi><mi>b</mi><mo>=</mo><mi>s</mi><mi>b</mi><mo>+</mo><mn>1</mn></mrow><mrow><mi>e</mi><mi>b</mi></mrow></munderover><mrow /></mstyle><mtext>  </mtext><mrow><mo>{</mo><mrow><msub><mrow><mtext>power</mtext></mrow><mrow><mtext>est</mtext></mrow></msub><mtext> </mtext><mrow><mo>(</mo><mrow><mtext>ib</mtext><msub><mrow><mtext>, id</mtext></mrow><mrow><mtext>selected</mtext></mrow></msub><mtext> </mtext><mrow><mo>(</mo><mrow><mtext>J-1</mtext></mrow><mo>)</mo></mrow><mo>,</mo><mtext> J-1</mtext></mrow><mo>)</mo></mrow></mrow></mrow></mrow></mrow></mrow></mrow></mtd></mtr><mtr><mtd><mtext>                        </mtext><mrow><mrow><mrow><mrow><msub><mrow><mtext>- power</mtext></mrow><mrow><mtext>est</mtext></mrow></msub><mtext> </mtext><mrow><mo>(</mo><mrow><mtext>ib</mtext><mtext>, id</mtext><mtext>, J</mtext></mrow><mo>)</mo></mrow></mrow><mo>}</mo></mrow></mrow><mo>)</mo></mrow><mrow><mrow><mo>/</mo><mrow><mo>(</mo><mrow><mtext>eb-sb</mtext></mrow><mo>)</mo></mrow></mrow><mo>|</mo></mrow><mtext>                   </mtext><mo>…</mo><mtext> </mtext><mrow><mo>(</mo><mrow><mtext>22</mtext></mrow><mo>)</mo></mrow></mtd></mtr></mtable>
est
selected
est
ave
ave
Иными словами, для каждого поддиапазона на стороне высоких частот с индексом в пределах с sb+1 по eb определяют разность между псевдомощностью power(ib,id(J-1),J-1) высокочастотных поддиапазонов в кадре (J-1) и псевдомощностью power(ib,id,J) высокочастотных поддиапазонов в кадре J. Абсолютная величина результата деления суммы таких разностей для различных поддиапазонов на число (eb-sb) поддиапазонов на стороне высоких частот становится оценочной остаточной величиной ResP(id,J). Оценочная остаточная средняя величина ResP(id,J) здесь представляет среднее значение разностей между оценочными величинами по поддиапазонам между кадрами с учетом знака этих разностей.
std
max
ave
Далее после получения оценочной остаточной среднеквадратической величины ResP(id,J), оценочной остаточной максимальной величины ResP(id,J) и оценочной остаточной средней величины ResP(id,J) схема 36 вычисления разности псевдомощностей высокочастотного поддиапазона вычисляет следующее Выражение (23) и тем самым получает вычисляемую величину ResP(id,J).
Выражение 23
<mtable columnalign="left"><mtr><mtd><mi>Re</mi><mi>s</mi><mi>P</mi><mtext> </mtext><mrow><mo>(</mo><mrow><mtext>id</mtext><mtext>, J</mtext></mrow><mo>)</mo></mrow><mo>=</mo><mi>Re</mi><msub><mi>s</mi><mrow><mi>s</mi><mi>t</mi><mi>d</mi></mrow></msub><mtext> </mtext><mrow><mo>(</mo><mrow><mtext>id</mtext><mtext>, J</mtext></mrow><mo>)</mo></mrow><mo>+</mo><msub><mi>W</mi><mrow><mi>max</mi></mrow></msub><mo>×</mo><mi>Re</mi><mi>s</mi><msub><mi>P</mi><mrow><mi>max</mi></mrow></msub><mtext> </mtext><mrow><mo>(</mo><mrow><mtext>id</mtext><mtext>, J</mtext></mrow><mo>)</mo></mrow></mtd></mtr><mtr><mtd><mtext>                       </mtext><mo>+</mo><msub><mi>W</mi><mrow><mi>a</mi><mi>v</mi><mi>e</mi></mrow></msub><mo>×</mo><mi>Re</mi><mi>s</mi><msub><mi>P</mi><mrow><mi>a</mi><mi>v</mi><mi>e</mi></mrow></msub><mtext> </mtext><mrow><mo>(</mo><mrow><mtext>id</mtext><mtext>, J</mtext></mrow><mo>)</mo></mrow><mtext>                                </mtext><mo>…</mo><mtext> </mtext><mrow><mo>(</mo><mrow><mtext>23</mtext></mrow><mo>)</mo></mrow></mtd></mtr></mtable>
std
max
ave
max
ave
max
ave
Иными словами происходит взвешенное суммирование указанных оценочной остаточной среднеквадратической величины ResP(id,J), оценочной остаточной максимальной величины ResP(id,J) и оценочной остаточной средней величины ResP(id,J), а сумма становится вычисляемой величиной ResP(id,J). Отметим, что в выражении (23) W и W представляют собой заранее заданные весовые коэффициенты и, например, могут быть равными W=0.5, W=0.5 или что-то подобное.
Таким образом, после определения вычисляемой величины ResP(id,J) с использованием прошедшего кадра и текущего кадра обработка данных переходит от этапа S337 к этапу S338.
all
На этапе S338 схема 36 вычисления разности псевдомощностей высокочастотного поддиапазона вычисляет следующее Выражение (24) и тем самым получает окончательную вычисляемую величину Res(id,J).
Выражение 24
<mrow><mi>Re</mi><msub><mi>s</mi><mrow><mi>a</mi><mi>l</mi><mi>l</mi></mrow></msub><mtext> </mtext><mrow><mo>(</mo><mrow><mtext>id</mtext><mtext>, J</mtext></mrow><mo>)</mo></mrow><mo>=</mo><mi>Re</mi><mi>s</mi><mtext> </mtext><mrow><mo>(</mo><mrow><mtext>id</mtext><mtext>, J</mtext></mrow><mo>)</mo></mrow><mo>+</mo><msub><mi>W</mi><mi>p</mi></msub><mtext> </mtext><mrow><mo>(</mo><mtext>J</mtext><mo>)</mo></mrow><mo>×</mo><mi>Re</mi><mi>s</mi><mi>P</mi><mtext> </mtext><mrow><mo>(</mo><mrow><mtext>id</mtext><mtext>, J</mtext></mrow><mo>)</mo></mrow><mtext>                 </mtext><mo>…</mo><mtext> </mtext><mrow><mo>(</mo><mrow><mtext>24</mtext></mrow><mo>)</mo></mrow></mrow>
p
Иными словами, производят взвешенное суммирование найденных вычисляемой величины Res(id,J) и вычисляемой величины ResP(id,J). Отметим, что в Выражении (24) W(J) представляет собой весовой коэффициент, определяемый следующим Выражением (25), например.
Выражение 25
<mrow><msub><mi>W</mi><mi>p</mi></msub><mrow><mo>(</mo><mi>J</mi><mo>)</mo></mrow><mo>=</mo><mrow><mo>{</mo><mrow><mtable columnalign="left"><mtr columnalign="left"><mtd columnalign="left"><mrow><mfrac><mrow><mo>−</mo><mi>p</mi><mi>o</mi><mi>w</mi><mi>e</mi><msub><mi>r</mi><mi>r</mi></msub><mrow><mo>(</mo><mi>J</mi><mo>)</mo></mrow></mrow><mrow><mn>50</mn></mrow></mfrac><mo>+</mo><mn>1</mn></mrow></mtd><mtd columnalign="left"><mrow><mrow><mo>(</mo><mrow><mn>0</mn><mo>≤</mo><mi>p</mi><mi>o</mi><mi>w</mi><mi>e</mi><msub><mi>r</mi><mi>r</mi></msub><mrow><mo>(</mo><mi>J</mi><mo>)</mo></mrow><mo>≤</mo><mn>50</mn></mrow><mo>)</mo></mrow></mrow></mtd></mtr><mtr columnalign="left"><mtd columnalign="left"><mrow><mtext>        0</mtext></mrow></mtd><mtd columnalign="left"><mrow><mrow><mo>(</mo><mrow><mi>o</mi><mi>t</mi><mi>h</mi><mi>e</mi><mi>r</mi><mi>w</mi><mi>i</mi><mi>s</mi><mi>e</mi></mrow><mo>)</mo></mrow><mtext>                               </mtext><mo>…</mo><mtext> </mtext><mrow><mo>(</mo><mrow><mtext>25</mtext></mrow><mo>)</mo></mrow></mrow></mtd></mtr></mtable></mrow></mrow></mrow>
r
Кроме того, величина power(J) в Выражении (25) представляет собой величину, определяемую следующим Выражением (26).
Выражение 26
<mtable columnalign="left"><mtr><mtd><mi>p</mi><mi>o</mi><mi>w</mi><mi>e</mi><msub><mi>r</mi><mtext>r</mtext></msub><mtext> </mtext><mrow><mo>(</mo><mtext>J</mtext><mo>)</mo></mrow><mo>=</mo><msqrt><mrow><mrow><mo>(</mo><mrow><mstyle displaystyle="true"><munderover><mo>∑</mo><mrow><mi>i</mi><mi>b</mi><mo>=</mo><mi>s</mi><mi>b</mi><mo>+</mo><mn>1</mn></mrow><mrow><mi>e</mi><mi>b</mi></mrow></munderover><mrow /></mstyle><mtext> </mtext><msup><mrow><mrow><mo>{</mo><mrow><mtext>power </mtext><mrow><mo>(</mo><mrow><mtext>ib</mtext><mtext>, J</mtext></mrow><mo>)</mo></mrow><mo>−</mo><mi>p</mi><mi>o</mi><mi>w</mi><mi>e</mi><mi>r</mi><mtext> </mtext><mrow><mo>(</mo><mrow><mtext>ib</mtext><mtext>, J-1</mtext></mrow><mo>)</mo></mrow></mrow><mo>}</mo></mrow></mrow><mn>2</mn></msup></mrow><mo>)</mo></mrow><mo>/</mo><mrow><mo>(</mo><mrow><mi>e</mi><mi>b</mi><mo>−</mo><mi>s</mi><mi>b</mi></mrow><mo>)</mo></mrow></mrow></msqrt></mtd></mtr><mtr><mtd><mtext>                                                                                             </mtext><mo>…</mo><mtext> </mtext><mrow><mo>(</mo><mrow><mtext>26</mtext></mrow><mo>)</mo></mrow></mtd></mtr></mtable>
r
r
p
r
p
r
Эта величина power(J) представляет здесь среднюю величину разностей мощностей высокочастотного поддиапазона между кадром (J-1) и кадром J. Кроме того, согласно Выражению (25), когда величина power(J) находится в заданном диапазоне, близком к 0, величина весового коэффициента W(J) приближается к 1 по мере уменьшения величины power(J), а также величина весового коэффициента W(J) становится равной 0, когда величина power(J) оказывается выше верхней границы заданного диапазона.
r
Теперь, когда величина power(J) находится в заданном диапазоне около 0, среднее значение разностей мощностей высокочастотного поддиапазона между последовательными кадрами уменьшается на некоторую величину. Иными словами, вариации высокочастотных составляющих входного сигнала во времени невелики, вследствие чего текущий кадр входного сигнала является постоянной областью.
p
all
Чем более стабильными являются высокочастотные составляющие входного сигнала, тем ближе становится величина весового коэффициента W(J) к 1, и напротив, чем более нестабильны высокочастотные составляющие, тем ближе величина этого коэффициента к 0. Соответственно, применительно к вычисляемой величине Res(id,J), показанной в Выражении (24), тем меньше изменения высокочастотных составляющих входного сигнала во времени, тем больше вклад вычисляемой величины ResP(id,J), когда расчетной шкалой служит результат сравнения итогов оценки высокочастотных составляющих с непосредственно предшествующим кадром.
all
Следовательно, для постоянной области входного сигнала выбирают оценочный коэффициент мощности декодированного высокочастотного поддиапазона, позволяющий получить результаты оценки, близкие к высокочастотным составляющим в непосредственно предшествующем кадре, а звуковой сигнал на стороне устройства 40 декодирования можно воспроизводить более естественно при высоком качестве звучания. Напротив, в непостоянной области входного сигнала вклад вычисляемой величины ResP(id,J) в вычисляемую величину Res(id,J) становится равным 0, так что в результате получается декодированный сигнал высоких частот, более близкий к реальному высокочастотному сигналу.
all
Схема 36 вычисления разности псевдомощностей высокочастотного поддиапазона осуществляет описанную выше обработку и вычисляет вычисляемую величину Res(id,J) для каждого из К оценочных коэффициентов мощности декодированного высокочастотного поддиапазона.
all
На этапе S339 схема 36 вычисления разности псевдомощностей высокочастотного поддиапазона выбирает индекс id коэффициента на основе вычисляемой величины Res(id,J) для каждого найденного оценочного коэффициента мощности декодированного высокочастотного поддиапазона.
all
Вычисляемая величина Res(id,J), полученная в результате описанной выше обработки данных, представляет собой линейную комбинацию вычисляемой величины Res(id,J) и вычисляемой величины ResP(id,J) с применением взвешивания. Как описано выше, чем меньше становится вычисляемая величина Res(id,J), тем ближе к реальному сигналу высоких частот может быть получаемый декодированный сигнал высоких частот. Кроме того, чем меньше вычисляемая величина ResP(id,J), тем ближе получаемый декодированный сигнал высоких частот может быть к декодированному сигналу высоких частот из непосредственно предшествующего кадра.
all
all
Соответственно, чем меньше вычисляемая величина Res(id,J), тем более правильный декодированный сигнал высоких частот можно получить. Таким образом, из К вычисляемых величин Res(id,J) схема 36 вычисления разности псевдомощностей высокочастотного поддиапазона выбирает вычисляемую величину, имеющую наименьшее значение, и передает индекс коэффициента, указывающий оценочный коэффициент мощности декодированного высокочастотного поддиапазона, соответствующий выбранной вычисляемой величине, на схему 37 кодирования высоких частот.
После выбора индекса коэффициента выполняют обработку данных на этапе S340 и этапе S341 и завершают кодирование данных, однако обработка данных на этих этапах аналогична обработке данных на этапах S308 и S309, показанных на фиг.24, так что их описание будет опущено.
all
Как показано выше, в устройстве 30 кодирования используют вычисляемую величину Res(id,J), полученную посредством линейной комбинации вычисляемой величины Res(id,J) и вычисляемой величины ResP(id,J), и выбирают оптимальный индекс коэффициента для оценочного коэффициента мощности декодированного высокочастотного поддиапазона.
all
all
Благодаря использованию вычисляемой величины Res(id,J), аналогично случаю использования вычисляемой величины Res(id,J), можно выбрать более правильный оценочный коэффициент мощности декодированного высокочастотного поддиапазона с применением большего числа расчетных шкал. Кроме того, благодаря использованию вычисляемой величины Res(id,J), можно подавить изменения во времени в постоянной области высокочастотных составляющих сигнала, подлежащего воспроизведению, на стороне устройства 40 декодирования и получить в итоге сигнал с более высоким качеством звучания.
Модификация 2
Теперь, при обработке данных для расширения частотного диапазона, чем выше качество звучания нужно получить, тем большее число поддиапазонов на стороне низких частот становятся важными с точки зрения перспектив прослушивания. Иными словами, для различных поддиапазонов на стороне высоких частот, чем выше точность оценки поддиапазона, расположенного ближе к стороне низких частот, тем выше достижимое качество звучания при воспроизведении аудиосигнала.
Теперь для случая, когда вычисляемую величину рассчитывают для каждого оценочного коэффициента мощности декодированного высокочастотного поддиапазона, поддиапазоны на дальней стороне низких частот могут быть взвешены. В таком случае устройство 30 кодирования, показанное на фиг.18, осуществляет кодирование данных согласно логической схеме, представленной на фиг.26.
Кодирование в устройстве 30 кодирования будет описано ниже со ссылками на логическую схему, представленную на фиг.26. Отметим, что обработка данных на этапах с S371 по S375 аналогична обработке данных на этапах с S331 по S335, показанных на фиг.25, так что их описание будет опущено.
band
На этапе S376 схема 36 вычисления разности псевдомощностей высокочастотного поддиапазона рассчитывает вычисляемую величину ResW(id,J) с использованием текущего кадра J, подлежащего обработке, для каждого из К оценочных коэффициентов мощности декодированного высокочастотного поддиапазона.
В частности, схема 36 вычисления разности псевдомощностей высокочастотного поддиапазона использует сигналы высокочастотных поддиапазонов для различных поддиапазонов, поступающие от схемы 33 разделения на поддиапазоны, для выполнения вычислений, аналогичных описанному выше Выражению (1), и вычисляет мощность power(ib,J) высокочастотного поддиапазона в кадре J.
std
band
После получения мощности power(ib,J) высокочастотного поддиапазона схема 36 вычисления разности псевдомощностей высокочастотного поддиапазона вычисляет следующее Выражение (27) и определяет тем самым остаточную среднеквадратическую величину ResW(id,J).
Выражение 27
<mtable columnalign="left"><mtr><mtd><mi>Re</mi><msub><mi>s</mi><mrow><mi>s</mi><mi>t</mi><mi>d</mi></mrow></msub><msub><mi>W</mi><mrow><mi>b</mi><mi>a</mi><mi>n</mi><mi>d</mi></mrow></msub><mtext> </mtext><mrow><mo>(</mo><mrow><mtext>id</mtext><mtext>, J</mtext></mrow><mo>)</mo></mrow><mo>=</mo><mstyle displaystyle="true"><munderover><mo>∑</mo><mrow><mi>i</mi><mi>b</mi><mo>=</mo><mi>s</mi><mi>b</mi><mo>+</mo><mn>1</mn></mrow><mrow><mi>e</mi><mi>b</mi></mrow></munderover><mrow /></mstyle><mtext>  </mtext><mrow><mo>{</mo><mrow><msub><mtext>W</mtext><mrow><mtext>band</mtext></mrow></msub><mtext> </mtext><mrow><mo>(</mo><mrow><mtext>ib</mtext></mrow><mo>)</mo></mrow><mo>×</mo><mrow><mo>{</mo><mrow><mi>p</mi><mi>o</mi><mi>w</mi><mi>e</mi><mi>r</mi><mtext> </mtext><mrow><mo>(</mo><mrow><mtext>ib</mtext><mtext>, J</mtext></mrow><mo>)</mo></mrow></mrow></mrow></mrow></mrow></mtd></mtr><mtr><mtd><mtext>                       </mtext><msup><mrow><mrow><mrow><mrow><msub><mrow><mtext>- power</mtext></mrow><mrow><mtext>est</mtext></mrow></msub><mtext> </mtext><mrow><mo>(</mo><mrow><mtext>ib</mtext><mtext>, id</mtext><mtext>, J</mtext></mrow><mo>)</mo></mrow></mrow><mo>}</mo></mrow></mrow><mo>}</mo></mrow><mn>2</mn></msup><mtext>                                     </mtext><mo>…</mo><mtext> </mtext><mrow><mo>(</mo><mrow><mtext>27</mtext></mrow><mo>)</mo></mrow></mtd></mtr></mtable>
est
band
band
std
band
Иными словами, для каждого поддиапазона на высокочастотной стороне, для которого индекс находится в пределах с sb+1 по eb, определяют разность между мощностью power(ib,J) высокочастотного поддиапазона для кадра J и псевдомощностью power(ib,id,J) высокочастотных поддиапазонов и умножают весовой коэффициент W(ib) для каждого поддиапазона на соответствующую разность. Сумма квадратов разностей, умноженных на весовые коэффициенты W(ib), представляет собой остаточную среднеквадратическую величину ResW(id,J).
band
band
Здесь весовые коэффициенты W(ib) (где sb+1≤ib≤eb) определяют в соответствии со следующим Выражением (28), например. Чем ближе к низкочастотной стороне находится поддиапазон, тем больше становится величина весового коэффициента W(ib).
Выражение 28
<mrow><msub><mi>W</mi><mrow><mi>b</mi><mi>a</mi><mi>n</mi><mi>d</mi></mrow></msub><mtext> </mtext><mrow><mo>(</mo><mrow><mtext>ib</mtext></mrow><mo>)</mo></mrow><mo>=</mo><mfrac><mrow><mo>−</mo><mn>3</mn><mo>×</mo><mi>i</mi><mi>b</mi></mrow><mn>7</mn></mfrac><mo>+</mo><mn>4</mn><mtext>                                                          </mtext><mo>…</mo><mtext> </mtext><mrow><mo>(</mo><mrow><mtext>28</mtext></mrow><mo>)</mo></mrow></mrow>
max
band
band
est
max
band
Далее схема 36 вычисления разности псевдомощностей высокочастотного поддиапазона вычисляет остаточную максимальную величину ResW(id,J). В частности, максимальное значение абсолютной величины произведения весового коэффициента W(ib) на разность между мощностью power(ib,J) высокочастотного поддиапазона для различных поддиапазонов с индексами в пределах с sb+1 по eb и псевдомощностью power(ib,id,J) высокочастотных поддиапазонов становится остаточной максимальной величиной ResW(id,J).
ave
band
Кроме того, схема 36 вычисления разности псевдомощностей высокочастотного поддиапазона вычисляет остаточную среднюю величину ResW(id,J).
est
band
band
ave
band
В частности, для каждого поддиапазона с индексом в пределах с sb+1 по eb, находят разности между мощностью power(ib,J) высокочастотного поддиапазона и псевдомощностью power(ib,id,J) высокочастотных поддиапазонов и умножают на соответствующие весовые коэффициенты W(ib), после чего определяют сумму всех этих произведений разностей на соответствующие весовые коэффициенты W(ib). Абсолютная величина значения, полученного в результате деления указанной суммы разностей на число (eb-sb) на высокочастотной стороне, является остаточной средней величиной ResW(id,J).
band
std
band
max
band
max
ave
band
ave
band
Далее схема 36 вычисления разности псевдомощностей высокочастотного поддиапазона рассчитывает вычисляемую величину ResW(id,J). Иными словами, сумма остаточной среднеквадратической величины ResW(id,J), остаточной максимальной величины ResW(id,J), умноженной на весовой коэффициент W, и остаточной средней величины ResW(id,J), умноженной на весовой коэффициент W, является вычисляемой величиной ResW(id,J).
band
На этапе S377 схема 36 вычисления разности псевдомощностей высокочастотного поддиапазона рассчитывает вычисляемую величину ResPW(id,J) с использованием прошедшего кадра и текущего кадра.
В частности, схема 36 вычисления разности псевдомощностей высокочастотного поддиапазона записывает псевдомощности высокочастотных поддиапазонов для каждого поддиапазона, полученные с использованием оценочного коэффициента мощности декодированного высокочастотного поддиапазона с окончательно выбранным индексом коэффициента для кадра (J-1), который предшествует во времени кадру J на один кадр.
std
band
est
selected
est
band
band
std
band
Схема 36 вычисления разности псевдомощностей высокочастотного поддиапазона сначала вычисляет оценочную остаточную среднеквадратическую величину ResPW(id,J). Иными словами, для каждого поддиапазона на высокочастотной стороне с индексом в пределах с sb+1 по eb определяют разности между псевдомощностями power(ib,id(J-1),J-1) высокочастотных поддиапазонов и псевдомощностями power(ib,id,J) высокочастотных поддиапазонов и умножают на соответствующие весовые коэффициенты W(ib). Сумма квадратов произведений разностей на весовые коэффициенты W(ib) является оценочной остаточной среднеквадратической величиной ResPW(id,J).
max
band
band
est
selected
est
max
band
Далее схема 36 вычисления разности псевдомощностей высокочастотного поддиапазона вычисляет оценочную остаточную максимальную величину ResPW(id,J). В частности, максимальное значение абсолютных величин произведений, полученных путем умножения весовых коэффициентов W(ib) на разности между псевдомощностями power(ib,id(J-1),J-1) высокочастотных поддиапазонов для каждого поддиапазона с индексом с sb+1 по eb и псевдомощностями power(ib,id,J) высокочастотных поддиапазонов, принимается в качестве оценочной остаточной максимальной величины ResPW(id,J).
ave
band
est
selected
est
band
band
ave
band
Далее схема 36 вычисления разности псевдомощностей высокочастотного поддиапазона вычисляет оценочную остаточную среднюю величину ResPW(id,J). В частности, определяют разности между псевдомощностями power(ib,id(J-1),J-1) высокочастотных поддиапазонов для каждого поддиапазона с индексами в пределах с sb+1 по eb и псевдомощностями power(ib,id,J) высокочастотных поддиапазонов и умножают на соответствующие весовые коэффициенты W(ib). Абсолютная величина значения, полученного путем деления полной суммы всех произведений разностей и соответствующих весовых коэффициентов W(ib) на число (eb-sb) поддиапазонов на стороне высоких частот, является оценочной остаточной средней величиной ResPW(id,J).
std
band
max
band
max
ave
band
ave
band
Далее схема 36 вычисления разности псевдомощностей высокочастотного поддиапазона определяет сумму оценочной остаточной среднеквадратической величины ResPW(id,J), оценочной остаточной максимальной величины ResPW(id,J), умноженной на весовой коэффициент W, и оценочной остаточной средней величины ResPW(id,J), умноженной на весовой коэффициент W, и принимает ее в качестве вычисляемой величины ResPW(id,J).
band
band
p
all
band
all
band
На этапе S378 схема 36 вычисления разности псевдомощностей высокочастотного поддиапазона суммирует вычисляемую величину ResW(id,J) и вычисляемую величину ResPW(id,J), умноженную на весовой коэффициент W(J) согласно Выражению (25), и определяет окончательную вычисляемую величину ResW(id,J). Такую вычисляемую величину ResW(id,J) определяют для каждого из К оценочных коэффициентов мощности декодированного высокочастотного поддиапазона.
all
band
После этого выполняют обработку на этапах с S339 по S341, показанных на фиг.25, так что их описание будет опущено. Отметим, что на этапе S379 из К индексов коэффициентов выбирают тот, которому соответствует наименьшая вычисляемая величина ResW(id,J).
Таким образом, каждый поддиапазон взвешивают, так что весовой коэффициент помещают дальше в направлении поддиапазона на стороне низких частот, что позволяет воспроизводить аудиосигнал с более высоким качеством звучания на стороне устройства 40 декодирования.
all
band
band
Отметим, что в соответствии с приведенным выше описанием выбор оценочного коэффициента мощности декодированного высокочастотного поддиапазона осуществляется на основе вычисляемой величины ResW(id,J), однако оценочный коэффициент мощности декодированного высокочастотного поддиапазона может быть выбран на основе вычисляемой величины ResW(id,J).
Модификация 3
Далее человеческий слух по своей природе лучше воспринимает звуки любого частотного диапазона, когда амплитуда (мощность) сигнала в этом частотном диапазоне велика, так что при вычислении вычисляемой величины для каждого оценочного коэффициента мощности декодированного высокочастотного поддиапазона можно применять взвешивание к поддиапазону, где мощность сигнала больше.
В таком случае устройство 30 кодирования, показанное на фиг.18, осуществляет кодирование данных в соответствии с логической схемой, представленной на фиг.27. Кодирование данных в устройстве 30 кодирования будет описано ниже со ссылками на логическую схему, представленную на фиг.27. Отметим, что обработка данных на этапах с S401 по S405 аналогична обработке данных на этапах с S331 по S335, показанных на фиг.25, так что соответствующее описание будет опущено.
power
На этапе S406 схема 36 вычисления разности псевдомощностей высокочастотного поддиапазона вычисляет вычисляемую величину ResW(id,J), с использованием текущего кадра J в качестве объекта обработки данных, для каждого из К оценочных коэффициентов мощности декодированного высокочастотного поддиапазона.
В частности, схема 36 вычисления разности псевдомощностей высокочастотного поддиапазона использует сигналы высокочастотных поддиапазонов для каждого поддиапазона, поступающие от схемы 33 разделения на поддиапазоны, для выполнения вычислений, аналогичных описанному выше Выражению (1), и вычисляет мощность power(ib,J) высокочастотного поддиапазона в кадре J.
std
power
После получения мощности power(ib,J) высокочастотного поддиапазона power(ib,J), схема 36 вычисления разности псевдомощностей высокочастотного поддиапазона вычисляет следующее Выражение (29) и тем самым определяет остаточную среднеквадратическую величину ResW(id,J).
Выражение 29
<mtable columnalign="left"><mtr><mtd><mi>Re</mi><msub><mi>s</mi><mrow><mi>s</mi><mi>t</mi><mi>d</mi></mrow></msub><msub><mi>W</mi><mrow><mi>p</mi><mi>o</mi><mi>w</mi><mi>e</mi><mi>r</mi></mrow></msub><mtext> </mtext><mrow><mo>(</mo><mrow><mtext>id</mtext><mtext>, J</mtext></mrow><mo>)</mo></mrow><mo>=</mo><mstyle displaystyle="true"><munderover><mo>∑</mo><mrow><mi>i</mi><mi>b</mi><mo>=</mo><mi>s</mi><mi>b</mi><mo>+</mo><mn>1</mn></mrow><mrow><mi>e</mi><mi>b</mi></mrow></munderover><mrow /></mstyle><mtext> </mtext><mrow><mo>{</mo><mrow><mtext> </mtext><msub><mtext>W</mtext><mrow><mtext>power</mtext></mrow></msub><mtext> </mtext><mrow><mo>(</mo><mrow><mi>p</mi><mi>o</mi><mi>w</mi><mi>e</mi><mi>r</mi><mtext> </mtext><mrow><mo>(</mo><mrow><mtext>ib</mtext><mtext>, J</mtext></mrow><mo>)</mo></mrow></mrow><mo>)</mo></mrow></mrow></mrow></mtd></mtr><mtr><mtd><mtext>                       </mtext><msup><mrow><mrow><mtext>       </mtext><mrow><mrow><mo>×</mo><mtext> </mtext><mrow><mo>{</mo><mrow><mtext>power </mtext><mrow><mo>(</mo><mrow><mtext>ib</mtext><mtext>, J</mtext></mrow><mo>)</mo></mrow><msub><mrow><mtext> - power</mtext></mrow><mrow><mtext>est</mtext></mrow></msub><mtext> </mtext><mrow><mo>(</mo><mrow><mtext>ib</mtext><mtext>, id</mtext><mtext>, J</mtext></mrow><mo>)</mo></mrow></mrow></mrow></mrow><mo>}</mo></mrow></mrow><mo>}</mo></mrow><mn>2</mn></msup></mtd></mtr><mtr><mtd><mtext>                                                                                                </mtext><mo>…</mo><mtext> </mtext><mrow><mo>(</mo><mrow><mtext>29</mtext></mrow><mo>)</mo></mrow></mtd></mtr></mtable>
est
power
power
std
power
Иными словами, определяют разности между мощностями power(ib,J) высокочастотного поддиапазона и псевдомощностями power(ib,id,J) высокочастотных поддиапазонов для каждого поддиапазона на стороне высоких частот с индексами в пределах с sb+1 по eb и умножают весовые коэффициенты W(power(ib,J)) для каждого поддиапазона на эти разности. Сумма квадратов произведений этих разностей на соответствующие весовые коэффициенты W(power(ib,J)) представляет собой остаточную среднеквадратическую величину ResW(id,J).
power
power
Теперь весовые коэффициенты W(power(ib,J)) (где sb+1≤ib≤eb) определяют с использованием следующего Выражения (30), например. Величина весового коэффициента W(power(ib,J)) растет при увеличении мощности power(ib,J) соответствующего высокочастотного поддиапазона.
Выражение 30
<mrow><msub><mi>W</mi><mrow><mi>p</mi><mi>o</mi><mi>w</mi><mi>e</mi><mi>r</mi></mrow></msub><mtext> </mtext><mrow><mo>(</mo><mrow><mtext>power </mtext><mrow><mo>(</mo><mrow><mtext>ib</mtext><mtext>, J</mtext></mrow><mo>)</mo></mrow></mrow><mo>)</mo></mrow><mo>=</mo><mfrac><mrow><mn>3</mn><mo>×</mo><mi>p</mi><mi>o</mi><mi>w</mi><mi>e</mi><mi>r</mi><mtext> </mtext><mrow><mo>(</mo><mrow><mtext>ib</mtext><mtext>, J</mtext></mrow><mo>)</mo></mrow></mrow><mrow><mn>80</mn></mrow></mfrac><mo>+</mo><mfrac><mrow><mn>35</mn></mrow><mn>8</mn></mfrac><mtext>                          </mtext><mo>…</mo><mtext> </mtext><mrow><mo>(</mo><mrow><mtext>30</mtext></mrow><mo>)</mo></mrow></mrow>
max
power
power
est
max
power
Далее схема 36 вычисления разности псевдомощностей высокочастотного поддиапазона вычисляет остаточную максимальную величину ResW(id,J). В частности, максимальное значение абсолютных величин, полученных посредством умножения весовых коэффициентов W(power(ib,J)) на соответствующие разности между мощностью power(ib,J) высокочастотного поддиапазона для каждого поддиапазона с индексом в пределах с sb+1 по eb и псевдомощностью power(ib,id,J) высокочастотных поддиапазонов, принимают в качестве остаточной максимальной величины ResW(id,J).
ave
power
Кроме того, схема 36 вычисления разности псевдомощностей высокочастотного поддиапазона вычисляет остаточную среднюю величину ResW(id,J).
est
power
power
ave
power
В частности, определяют разности между мощностью power(ib,J) высокочастотного поддиапазона для каждого поддиапазона с индексом с sb+1 по eb и псевдомощностью power(ib,id,J) высокочастотных поддиапазонов и умножают эти разности на соответствующие весовые коэффициенты W(power(ib,J)), а затем вычисляют полную сумму всех этих разностей, умноженных на весовые коэффициенты W(power(ib,J)). Абсолютная величина значения, полученного путем деления указанной полной суммы разностей на число (eb-sb) поддиапазонов на стороне высоких частот, является остаточной средней величиной ResW(id,J).
power
std
power
max
power
max
ave
power
ave
power
Далее схема 36 вычисления разности псевдомощностей высокочастотного поддиапазона определяет вычисляемую величину ResW(id,J). Иными словами, сумма остаточной среднеквадратической величины ResW(id,J), остаточной максимальной величины ResW(id,J), умноженной на весовой коэффициент W, и остаточной среднеквадратической величины ResW(id,J), умноженной на весовой коэффициент W, является вычисляемой величиной ResW(id,J).
power
На этапе S407 схема 36 вычисления разности псевдомощностей высокочастотного поддиапазона определяет вычисляемую величину ResPW(id,J) с использованием прошедшего кадра и текущего кадра.
В частности, схема 36 вычисления разности псевдомощностей высокочастотного поддиапазона записывает псевдомощности высокочастотных поддиапазонов для каждого поддиапазона, полученные с использованием оценочного коэффициента мощности декодированного высокочастотного поддиапазона, соответствующего окончательно выбранному индексу коэффициента, для кадра (J-1), представляющего собой кадр, расположенный на оси времени на один кадр раньше кадра J, подлежащего обработке.
std
power
est
selected
est
power
power
std
power
Схема 36 вычисления разности псевдомощностей высокочастотного поддиапазона сначала вычисляет оценочную остаточную среднеквадратическую величину ResPW(id,J). Иными словами, для каждого поддиапазона на стороне высоких частот с индексами в пределах с sb+1 по eb определяют разность между псевдомощностью power(ib,id(J-1),J-1) высокочастотных поддиапазонов и псевдомощностью power(ib,id,J) высокочастотных поддиапазонов и умножают ее на весовой коэффициент W(power(ib,J)). Сумма квадратов этих произведений разностей на соответствующие весовые коэффициенты W(power(ib,J)) представляет собой оценочную среднеквадратическую величину ResPW(id,J).
max
power
est
selected
est
power
max
power
Далее схема 36 вычисления разности псевдомощностей высокочастотного поддиапазона вычисляет оценочную остаточную максимальную величину ResPW(id,J). В частности, абсолютная величина максимального значения произведений разностей между псевдомощностью power(ib,id(J-1),J-1) высокочастотных поддиапазонов для каждого поддиапазона с индексом в пределах с sb+1 по eb и псевдомощностью power(ib,id,J) высокочастотных поддиапазонов на соответствующие весовые коэффициенты W(power(ib,J)), представляет собой остаточную максимальную величину ResPW(id,J).
ave
power
est
selected
est
power
power
ave
power
Кроме того, схема 36 вычисления разности псевдомощностей высокочастотного поддиапазона вычисляет оценочную остаточную среднюю величину ResPW(id,J). В частности, определяют разности между псевдомощностями power(ib,id(J-1),J-1) высокочастотных поддиапазонов для каждого поддиапазона с индексом в пределах с sb+1 по eb и псевдомощностями power(ib,id,J) высокочастотных поддиапазонов и умножают на соответствующие весовые коэффициенты W(power(ib,J)). Абсолютная величина значения, полученного посредством деления полной суммы указанных произведений разностей и соответствующих весовых коэффициентов W(power(ib,J)) на число (eb-sb) поддиапазонов на стороне высоких частот, представляет собой оценочную остаточную среднюю величину ResPW(id,J).
std
power
max
power
max
ave
power
ave
power
Далее схема 36 вычисления разности псевдомощностей высокочастотного поддиапазона определяет сумму оценочной остаточной среднеквадратической величины ResPW(id,J), оценочной остаточной максимальной величины ResPW(id,J), умноженной на весовой коэффициент W, и оценочной остаточной средней величины ResPW(id,J), умноженной на весовой коэффициент W, и принимает результат в качестве вычисляемой величины ResW(id,J).
power
power
p
all
power
all
power
На этапе S408 схема 36 вычисления разности псевдомощностей высокочастотного поддиапазона суммирует оценочную величину ResW(id,J) и оценочную величину ResPW(id,J), умноженную на весовой коэффициент W(J) согласно Выражению (25), и определяет окончательную вычисляемую величину ResW(id,J). Такую вычисляемую величину ResW(id,J) рассчитывают для каждого из К оценочных коэффициентов мощности декодированного высокочастотного поддиапазона.
all
power
После этого выполняют обработку данных на этапах с S409 по S411 и завершают кодирование данных, однако такая обработка данных аналогична обработке данных на этапах с S339 по S341, показанных на фиг.25, так что их подробное описание опущено. Отметим, что на этапе S409 из К индексов коэффициентов выбирают тот, которому соответствует наименьшая вычисляемая величина ResW(id,J).
Таким образом, поскольку при взвешивании каждого поддиапазона весовой коэффициент будет помещен дальше на поддиапазоне, обладающем большей мощностью, можно на стороне устройства 40 декодирования получить аудиосигнал с более высоким качеством звучания.
all
power
power
Отметим, что согласно приведенному выше описанию выбор оценочного коэффициента мощности декодированного высокочастотного поддиапазона осуществляется на основе вычисляемой величины ResW(id,J), однако оценочный коэффициент мощности декодированного высокочастотного поддиапазона может быть выбран на основе вычисляемой величины ResW(id,J).
6. Шестой вариант
Конфигурация обучающегося устройства определения коэффициентов
ib
ib
Теперь группа из коэффициента A(kb) и коэффициента B, служащих оценочными коэффициентами мощности декодированного высокочастотного поддиапазона, оказывается коррелированна с индексом коэффициента и записана в устройстве 40 декодирования, показанном на фиг.20. Например, для размещения совокупности оценочных коэффициентов мощности декодированного высокочастотного поддиапазона для 128 индексов коэффициентов в устройстве 40 декодирования требуется большая область памяти, чтобы можно было записать эти оценочные коэффициенты мощности декодированного высокочастотного поддиапазона и другую подобную информацию.
Поэтому часть оценочных коэффициентов мощности декодированного высокочастотного поддиапазона можно сделать совместно используемыми коэффициентами и тогда размеры области, необходимой для записи этих оценочных коэффициентов мощности декодированного высокочастотного поддиапазона, можно сделать меньше. В таком случае, обучающееся устройство для определения коэффициентов, которое определяет оценочные коэффициенты мощности декодированного высокочастотного поддиапазона в результате обучения, конфигурировано, как показано на фиг.28, например.
Такое обучающееся устройство 81 для определения коэффициентов построено из схемы 91 разделения на поддиапазоны, схемы 92 вычисления мощности высокочастотного поддиапазона, схемы 93 вычисления величины параметра и схемы 94 оценки коэффициентов.
На вход обучающегося устройства 81 для определения коэффициентов подают множество сегментов данных настройки или подобную информацию в виде широкополосных обучающих сигналов. Широкополосный обучающий сигнал представляет собой сигнал, включающий составляющие множества высокочастотных поддиапазонов и составляющие множества низкочастотных поддиапазонов.
Схема 91 разделения на поддиапазоны построена из полосно-пропускающего фильтра или аналогичного устройства, разделяет поступающий широкополосный обучающий сигнал на сигналы множества поддиапазонов и передает эти сигналы на схему 92 вычисления мощности высокочастотного поддиапазона и схему 93 вычисления величины параметра. В частности, сигнал высокочастотных поддиапазонов в каждом поддиапазоне на стороне высоких частот с индексом в пределах с sb+1 по eb поступает на схему 92 вычисления мощности высокочастотного поддиапазона, а сигнал низкочастотных поддиапазонов в каждом поддиапазоне на стороне низких частот с индексом в пределах с sb-3 по sb поступает на схему 93 вычисления величины параметра.
Схема 92 вычисления мощности высокочастотного поддиапазона вычисляет мощности высокочастотного поддиапазона для различных сигналов высокочастотных поддиапазонов, поступающих от схемы 91 разделения на поддиапазоны, и передает результаты на схему 94 оценки коэффициентов. Схема 93 вычисления величины параметра вычисляет мощность низкочастотного поддиапазона в качестве величины параметра на основе различных сигналов низкочастотных поддиапазонов, поступающих от схемы 91 разделения на поддиапазоны, и передает результат на схему 94 оценки коэффициентов.
Схема 94 оценки коэффициентов генерирует оценочный коэффициент мощности декодированного высокочастотного поддиапазона с использованием мощности высокочастотного поддиапазона от схемы 92 вычисления мощности высокочастотного поддиапазона и величины параметра от схемы 93 вычисления величины параметра для осуществления регрессионного анализа и передает результат на устройство 40 декодирования.
Описание обучающей обработки данных для определения коэффициентов
Далее обучающая обработка данных для определения коэффициентов, выполняемая в обучающемся устройстве 81 определения коэффициентов, будет описана со ссылками на логическую схему, показанную на фиг.29.
На этапе S431 схема 91 разделения на поддиапазоны разделяет каждый из множества поступающих широкополосных обучающих сигналов на сигналы множества поддиапазонов. Эта схема 91 разделения на поддиапазоны передает сигналы высокочастотных поддиапазонов, относящиеся к поддиапазонам с индексами в пределах с sb+1 по eb, на схему 92 вычисления мощности высокочастотного поддиапазона, а также передает сигналы низкочастотных поддиапазонов, относящиеся к поддиапазонам с индексами в пределах с sb-3 по sb, в схему 93 для вычисления величины параметра.
На этапе S432 схема 92 вычисления мощности высокочастотного поддиапазона выполняет вычисления аналогично описанному выше Выражению (1), рассчитывает мощность высокочастотного поддиапазона для различных сигналов высокочастотных поддиапазонов, поступающих от схемы 91 разделения на поддиапазоны, и передает результаты на схему 94 оценки коэффициентов.
На этапе S433 схема 93 вычисления величины параметра выполняет вычисления аналогично описанному выше Выражению (1), рассчитывает мощность низкочастотного поддиапазона в качестве величины параметра для различных сигналов низкочастотных поддиапазонов, поступающих от схемы 91 разделения на поддиапазоны, и передает результаты на схему 94 оценки коэффициентов.
Таким образом, в схему 94 оценки коэффициентов поступают мощность высокочастотного поддиапазона и мощность низкочастотного поддиапазона для различных кадров множества широкополосных обучающих сигналов.
ib
ib
На этапе S434 схема 94 оценки коэффициентов осуществляет регрессионный анализ с использованием метода наименьших квадратов и вычисляет коэффициент A(kb) и коэффициент B для каждого поддиапазона ib на стороне высоких частот (где sb+1≤ib≤eb) с индексами в пределах с sb+1 по eb.
Отметим, что для выполнения регрессионного анализа мощность низкочастотного поддиапазона, поступающая от схемы 93 вычисления величины параметра, является объясняющей переменной, а мощность высокочастотного поддиапазона, поступающая от схемы 92 вычисления мощности высокочастотного поддиапазона, является объясняемой переменной. Кроме того, регрессионный анализ проводят с использованием мощности низкочастотного поддиапазона и мощности высокочастотного поддиапазона для всех кадров, составляющих все широкополосные обучающие сигналы, поступающие в обучающееся устройство 81 определения коэффициентов.
ib
ib
На этапе S435 схема 94 оценки коэффициентов использует коэффициент A(kb) и коэффициент B, найденные для каждого поддиапазона, чтобы определить остаточный вектор для каждого кадра широкополосного обучающего сигнала.
ib
ib
Например, схема 94 оценки коэффициентов вычитает сумму полной суммы мощностей power(kb,J) низкочастотного поддиапазона, умноженных на коэффициент A(kb) (где sb-3≤kb≤sb), и коэффициента B, из мощности power(ib,J) высокочастотного поддиапазона для каждого поддиапазона ib (где sb+1≤ib≤eb) в кадре J и получает остаток. Вектор, построенный из таких остатков для каждого поддиапазона ib в кадре J, является остаточным вектором.
Отметим, что остаточный вектор вычисляют для всех кадров, составляющих все широкополосные обучающие сигналы, поступающие в обучающееся устройство 81 определения коэффициентов.
На этапе S436 схема 94 оценки коэффициентов нормирует остаточные векторы, найденные для различных кадров. Например, схема 94 оценки коэффициентов нормирует остаточный вектор путем нахождения величины дисперсии остатка для поддиапазона ib в остаточных векторах для всех кадров и деления остатка для этого поддиапазона ib в различных остаточных векторах на корень квадратный из величины дисперсии для каждого поддиапазона.
На этапе S437 схема 94 оценки коэффициентов формирует кластеры остаточных векторов для всех нормированных кадров с применением способа k-means или аналогичного способа.
ib
ib
Например, усредненная частотная огибающая для всех кадров, полученная, когда оценка мощности высокочастотного поддиапазона осуществляется с использованием коэффициента A(kb) и коэффициента B, называется усредненной частотной огибающей SA. Допустим также, что заданная частотная огибающая, соответствующая большей мощности по сравнению с усредненной частотной огибающей SA, является частотной огибающей SH, а заданная частотная огибающая, соответствующая меньшей мощности по сравнению с усредненной частотной огибающей SA, является частотной огибающей SL.
В таком состоянии осуществляют кластеризацию остаточных векторов таким образом, что каждый из полученных остаточных векторов коэффициентов, для которого частотная огибающая располагается рядом с усредненной частотной огибающей SA, частотной огибающей SH или частотной огибающей SL, принадлежит к кластеру СА, кластеру СН или кластеру CL соответственно. Другими словами, кластеризацию осуществляют таким образом, что остаточный вектор для каждого кадра принадлежит к одному из кластеров - кластеру СА, кластеру СН или кластеру CL.
ib
ib
При использовании такой обработки для расширения частотного диапазона, которая оценивает высокочастотные составляющие на основе корреляции между низкочастотными составляющими и высокочастотными составляющими, после вычисления остаточного вектора с использованием коэффициента A(kb) и коэффициента B, полученных посредством регрессионного анализа, чем дальше находится поддиапазон в направлении стороны высоких частот, тем больше становится остаток. Поэтому, если остаточный вектор включают в кластер без изменений, поддиапазонам, расположенным дальше в направлении стороны высоких частот, присваивают большие весовые коэффициенты и затем осуществляют обработку данных.
Напротив, при использовании обучающегося устройства 81 для определения коэффициентов за счет нормировки остаточного вектора по дисперсии остаточных величин для каждого поддиапазона эта дисперсия остаточных величин для каждого поддиапазона оказывается на первый взгляд одинаковой, а кластеризацию осуществляют путем равномерного взвешивания различных поддиапазонов.
На этапе S438 схема 94 оценки коэффициентов выбирает один из кластеров - кластер СА, кластер СН или кластер CL, в качестве кластера для дальнейшей обработки.
ib
ib
На этапе S439 схема 94 оценки коэффициентов использует кадр остаточного вектора, принадлежащего кластеру, выбранному для дальнейшей обработки, с целью вычисления коэффициента A(kb) и коэффициента B для различных поддиапазонов ib (где sb+1≤ib≤eb) с применением регрессионного анализа.
ib
ib
Иными словами, если назвать кадр остаточного вектора, принадлежащего кластеру, выбранному для дальнейшей обработки, кадром, подлежащим обработке, мощность низкочастотного поддиапазона и мощность высокочастотного поддиапазона для всех кадров, подлежащих обработке, становятся объясняющими переменными и объясняемыми переменными, после чего осуществляют регрессионный анализ с применением метода наименьших квадратов. В результате получают коэффициент A(kb) и коэффициент B для каждого поддиапазона ib.
ib
ib
На этапе S440 схема 94 оценки коэффициентов использует коэффициент A(kb) и коэффициент B, полученные в процессе обработки данных на этапе S439, для всех кадров, подлежащих обработке, и определяет остаточный вектор. Отметим, что на этапе S440 выполняется обработка данных, аналогичная обработке данных на этапе S435, и определяют остаточные векторы для различных кадров, подлежащих обработке.
На этапе S441 схема 94 оценки коэффициентов нормирует полученные на этапе S440 остаточные векторы различных кадров, подлежащих обработке, путем выполнения обработки данных, аналогичной обработке данных на этапе S436. Иными словами, выполняют деление остатка на корень квадратный из величины дисперсии и нормировку остаточных векторов по каждому поддиапазону.
На этапе S442 схема 94 оценки коэффициентов формируют кластеры остаточных векторов для всех нормированных кадров, подлежащих обработке с использованием k-means или аналогичного способа. Число кластеров здесь определено следующим образом. Например, в обучающемся устройстве 81 определения коэффициентов в случае генерирования 128 индексов коэффициента для оценочных коэффициентов мощности декодированного высокочастотного поддиапазона число кадров, подлежащих обработке, умножают на 128, а число, полученное путем деления результата на число всех кадров, представляет собой число кластеров. Здесь, число кадров равно общему числу всех кадров во всех широкополосных обучающих сигналах, поступающих в обучающееся устройство 81 определения коэффициентов.
На этапе S443 схема 94 оценки коэффициентов определяет вектор центра тяжести для различных кластеров, полученных в результате обработки данных на этапе S442.
Например, кластер, полученный в результате кластеризации на этапе S442, соответствует индексу коэффициента, а в обучающемся устройстве 81 определения коэффициентов каждому кластеру назначают какой-либо индекс коэффициента, и находят оценочный коэффициент мощности декодированного высокочастотного поддиапазона для каждого индекса коэффициента.
ib
ib
ib
ib
В частности, пусть на этапе S438 кластер СА выбран в качестве кластера, подлежащего обработке, а на этапе S442 в результате кластеризации получают F кластеров. Теперь, если сосредоточить внимание на одном кластере CF из этих F кластеров, число оценочных коэффициентов мощности декодированного высокочастотного поддиапазона для индекса коэффициента кластера CF устанавливают как коэффициент A(kb), представляющий собой член линейной корреляции в коэффициенте A(ib), найденном для кластера СА на этапе S439. Кроме того, сумма вектора, осуществляющего обратную обработку данных относительно нормировки (обратную нормировку), выполненной на этапе S441, в качестве вектора центра тяжести кластера CF, найденного на этапе S443, и коэффициента B, найденного на этапе S439, представляет собой коэффициент B, который является постоянным слагаемым в оценочном коэффициенте мощности декодированного высокочастотного поддиапазона. Обратная нормировка здесь, в случае нормировки, выполненной на этапе S441 и заключающейся в делении остатка на корень квадратный из величины дисперсии для каждого поддиапазона, например, состоит в умножении той же самой величины, что и в момент нормировки (корня квадратного из величины дисперсии для каждого поддиапазона), на элементы вектора центра тяжести для кластера CF.
ib
ib
ib
Иными словами, группа из коэффициента A(kb), полученного на этапе S439, и коэффициента B, найденного, как описано выше, становится оценочным коэффициентом мощности декодированного высокочастотного поддиапазона, соответствующим индексу коэффициента для кластера CF. Соответственно, каждый из F кластеров, полученных в результате кластеризации, имеет совместно используемый коэффициент A(kb), найденный для кластера СА, в качестве члена линейной корреляции оценочного коэффициента мощности декодированного высокочастотного поддиапазона.
На этапе S444 обучающееся устройство 81 определения коэффициентов определяет, все ли кластеры - кластер СА, кластер СН и кластер CL, были обработаны в качестве кластеров, подлежащих обработке. Если на этапе S444 определено, что еще не все кластеры были обработаны, процесс обработки данных возвращается к этапу S438, и описанная выше обработка данных повторяется. Иными словами, выбирают следующий кластер в качестве кластера, подлежащего обработке, и вычисляют оценочный коэффициент мощности декодированного высокочастотного поддиапазона.
Напротив, если на этапе S444 определено, что обработаны все кластеры и получены заданное число оценочных коэффициентов мощности декодированного высокочастотного поддиапазона, которые нужно было найти, обработка данных переходит к этапу S445.
На этапе S445 схема 94 оценки коэффициентов передает на выход найденные индекс коэффициента и оценочный коэффициент мощности декодированного высокочастотного поддиапазона на устройство 40 декодирования и инициирует запись этих величин, после чего обучающая обработка данных для определения коэффициентов завершается.
ib
ib
ib
ib
Например, из совокупности оценочных коэффициентов мощности декодированного высокочастотного поддиапазона, переданных на устройство 40 декодирования, несколько имеют один и тот же коэффициент A(kb) в качестве члена линейной корреляции. Поэтому коэффициенту A(kb), совместно используемому этими оценочными коэффициентами, обучающееся устройство 81 определения коэффициентов ставит в соответствие индекс члена линейной корреляции (указатель), представляющий собой информацию, идентифицирующую коэффициент A(kb), а индексу коэффициента ставит в соответствие индекс члена линейной корреляции и коэффициент B, который является постоянным членом.
ib
ib
Обучающееся устройство 81 определения коэффициентов передает соответствующий индекс (указатель) члена линейной корреляции и коэффициент A(kb), а также соответствующий индекс коэффициента и индекс (указатель) члена линейной корреляции и коэффициент B на устройство 40 декодирования, а также записывает эти данные в памяти в составе схемы 45 декодирования высоких частот в устройстве 40 декодирования. Таким образом, при записи множества оценочных коэффициентов мощности декодированного высокочастотного поддиапазона с используемыми совместно членами линейной корреляции, если в области записи сохранить индекс (указатель) члена линейной корреляции для различных оценочных коэффициентов мощности декодированного высокочастотного поддиапазона, размеры области записи можно оставить значительно меньшими.
ib
ib
ib
В этом случае индекс члена линейной корреляции и коэффициент A(kb) коррелированны и записаны в памяти в составе схемы 45 декодирования высоких частот, вследствие чего индекс члена линейной корреляции и коэффициент B можно получить из индекса коэффициента, а дополнительный коэффициент A(kb) можно получить из индекса члена линейной корреляции.
Отметим, что по результатам анализа, выполненного автором настоящего изобретения, можно видеть, что даже если три структуры или около того линейных членов корреляции из состава множества оценочных коэффициентов мощности декодированного высокочастотного поддиапазона используются совместно, имеет место лишь очень незначительная деградация качества звучания с точки зрения прослушивания аудиопрограммы, подвергнутой обработке данных для расширения частотного диапазона. Соответственно, при использовании обучающегося устройства 81 определения коэффициентов качество звучания вокала после обработки для расширения частотного диапазона не деградирует, а размеры области записи, необходимой для записи оценочных коэффициентов мощности декодированного высокочастотного поддиапазона, могут быть сделаны меньше.
Как описано выше, обучающееся устройство 81 определения коэффициентов генерирует и передает на выход оценочный коэффициент мощности декодированного высокочастотного поддиапазона для каждого индекса коэффициента на основе полученного широкополосного обучающего сигнала.
Отметим, что показанная на фиг.29 обучающая обработка данных для определения коэффициентов описана как процедура нормировки остаточного вектора, однако на одном из этапов - на этапе S436 или этапе S441, либо на обоих этапах нормировку остаточного вектора производить не нужно было.
Кроме того, может быть предложена система, в которой производится нормировка остаточного вектора, а совместное использование членов линейной корреляции в составе оценочного коэффициента мощности декодированного высокочастотного поддиапазона не применяется. В таком случае после выполненной на этапе S436 нормировки нормированные остаточные векторы распределяют в таком же числе кластеров, как число оценочных коэффициентов мощности декодированного высокочастотного поддиапазона, которые нужно найти. Здесь используют кадры остаточных векторов, принадлежащих различным кластерам, выполняют регрессионный анализ для каждого кластера и генерируют оценочные коэффициенты мощности декодированного высокочастотного поддиапазона для различных кластеров.
Последовательность обработки данных, описанная выше, может быть выполнена аппаратным или программным способом. В случае выполнения последовательности обработки данных программным способом программы, составляющие соответствующее программное обеспечение, устанавливаются с носителя записи программ на компьютере, имеющем встроенные специализированные устройства, или на компьютере общего назначения и т.п., способном выполнять функции различных видов с использованием установленных разнообразных программ.
На фиг.30 представлена блок-схема, показывающая пример конфигурации аппаратуры компьютера, выполняющего описанную выше последовательность обработки данных в соответствии с программой.
В этом компьютере центральный процессор (ЦП (CPU)) 101, постоянное запоминающее устройство (ПЗУ (ROM)) 102 и запоминающее устройство 103 с произвольной выборкой (ЗУПВ (RAM)) соединены одно с другими посредством шины данных 104.
С этой шиной 104 соединен также интерфейс 105 ввода/вывода. С этим интерфейсом 105 ввода/вывода соединены также устройство 106 ввода, построенное из клавиатуры, мыши, микрофона и т.п., устройство 107 вывода, построенное из устройства отображения, громкоговорителя и т.п., запоминающее устройство 108, построенное из накопителя на жестком диске или энергонезависимой памяти и т.п., устройство 109 связи, построенное из сетевого интерфейса и т.п., и привод 110 для работы со сменным носителем данных 111, таким как магнитный диск, оптический диск, магнитооптический диск или полупроводниковая память и т.п.
В компьютере, сконфигурированном, как указано выше, процессор CPU 101 загружает программу, записанную в запоминающем устройстве 108, в ЗУПВ RAM 103 через интерфейс 105 ввода/вывода и шину 104 данных и выполняет эту программу, реализуя тем самым описанную выше последовательность обработки данных.
Программа, выполняемая компьютером (CPU 101), записана на сменном носителе 111 данных, представляющем собой пакетный носитель данных, построенный на основе магнитного диска (включая дискеты), оптического диска (CD-ROM (ПЗУ на компакт-диске), DVD (цифровой универсальный диск) и т.п.), магнитооптического диска или полупроводниковой памяти и т.п., например, либо поступает по кабельной или беспроводной линии связи, такой как линия локальной сети связи, Интернет или цифрового спутникового вещания.
Программу инсталлируют в запоминающем устройстве 108 через интерфейс 105 ввода/вывода путем установки сменного носителя 111 данных в накопителе 110. Кроме того, программа может быть принята устройством 109 связи по кабельной или беспроводной линии связи и инсталлирована в запоминающем устройстве 108. В дополнение к этому программа может быть инсталлирована заранее в ПЗУ ROM 102 или запоминающем устройстве 108.
Отметим, что программа, выполняемая компьютером, может представлять собой программу, осуществляющую обработку данных последовательно во времени в порядке, рассмотренном в настоящем Описании, либо это может быть программа параллельной обработки данных или программа, выполняющая обработку данных только в нужные моменты времени, например, при обращении к программе и т.п.
Отметим, что различные варианты настоящего изобретения не ограничиваются вариантами, описанными выше, и что могут быть сделаны различные модификации в пределах существа настоящего изобретения.
Перечень позиционных обозначений
10 устройство расширения частотного диапазона
11 фильтр нижних частот
12 схема задержки
13, с 13-1 по 13-N полосно-пропускающий фильтр
14 схема вычисления величины параметра
15 схема оценки мощности высокочастотных поддиапазонов
16 схема генератора сигнала высоких частот
17 фильтр верхних частот
18 средство суммирования сигналов
20 обучающееся устройство определения коэффициентов
21, с 21-1 по 21-(K+N) полосно-пропускающий фильтр
22 схема вычисления мощности высокочастотного поддиапазона
23 схема вычисления величины параметра
24 схема оценки коэффициентов
30 устройство кодирования
31 фильтр нижних частот
32 схема кодирования низких частот
33 схема разделения на поддиапазоны
34 схема вычисления величины параметра
35 схема вычисления псевдомощности высокочастотного поддиапазона
36 схема вычисления разности псевдомощностей высокочастотного поддиапазона
37 схема кодирования высоких частот
38 схема мультиплексирования
40 устройство декодирования
41 схема демультиплексирования
42 схема декодирования низких частот
43 схема разделения на поддиапазоны
44 схема вычисления величины параметра
45 схема декодирования высоких частот
46 схема вычисления мощности декодированного высокочастотного поддиапазона
47 схема генератора декодированного сигнала высоких частот
48 синтезирующая схема
50 обучающееся устройство определения коэффициентов
51 фильтр нижних частот
52 схема разделения на поддиапазоны
53 схема вычисления величины параметра
54 схема вычисления псевдомощности высокочастотного поддиапазона
55 схема вычисления разности псевдомощностей высокочастотного поддиапазона
56 схема кластеризации разности псевдомощностей высокочастотного поддиапазона
57 схема оценки коэффициентов
101 центральный процессор CPU
102 ПЗУ ROM
103 ЗУПВ RAM
104 шина данных
105 интерфейс ввода/вывода
106 устройство ввода
107 устройство вывода
108 запоминающее устройство
109 устройство связи
110 привод
111 сменный носитель данных