ПЕРЕДИСКРЕТИЗАЦИЯ ВЫХОДНЫХ СИГНАЛОВ АУДИОКОДЕКОВ НА ОСНОВЕ КВАДРАТУРНЫХ ЗЕРКАЛЬНЫХ ФИЛЬТРОВ (QMF)
REDIGITISATION OF AUDIO CODEC OUTPUT SIGNALS WITH HELP OF QUADRATURE MIRROR FILTERS (QMF)

Настоящее изобретение относится к обработке аудиоданных и, в частности, к устройству и к способу передискретизации выходных сигналов аудиокодеков на основе квадратурных зеркальных фильтров (QMF).
В большинстве звукозаписывающих и звуковоспроизводящих бытовых электронных устройств из нижнего ценового сегмента используют цифро-аналоговые преобразователи с фиксированными частотами дискретизации по причинам, связанным со стоимостью. Но когда от мультимедийных устройств требуется обеспечивать поддержку источников звука различных видов, то неизбежна процедура передискретизации, поскольку файлы с аудиовизуальной информацией могут быть закодированы с использованием различных частот дискретизации, и, к тому же, в кодеках связи используют различные частоты дискретизации. Выбор различных частот дискретизации является важным моментом для выбора рабочих точек различных аудиокодеков и способов обработки. Чем более различными являются частоты дискретизации, поддержку которых необходимо обеспечивать, тем более сложной является задача адаптации частоты дискретизации и передискретизации.
Например, в современной эталонной модели MPEG-D USAC (USAC = Унифицированное кодирование речи и звука) используются некоторые редко встречающиеся частоты дискретизации (не кратные 16000 Гц или 22050 Гц). Эти частоты являются следствием компромисса между двумя аспектами: во-первых, номинальной частотой дискретизации интегрированного инструментального средства кодирования с линейным предсказанием с алгебраическим кодовым возбуждением (ACELP), для которого она была специально предназначена, и которая, в известной степени, обуславливает общую частоту дискретизации в системе, и, во-вторых, желанием увеличить частоту дискретизации вместе со скоростью передачи битов для обеспечения возможности кодирования большей полосы частот аудиосигнала и/или для реализации наращиваемости.
Редко встречающиеся частоты дискретизации отчасти также унаследованы от системы AMR-WB+, из которой произошли части эталонной модели. К тому же частота дискретизации и, следовательно, полоса частот аудиосигнала значительно уменьшены в рабочих точках USAC при низкой скорости передачи битов, что является распространенным фактом при кодировании звука с низкой скоростью передачи битов.
В частности, при низких скоростях передачи битов USAC на используемых в настоящее время частотах дискретизации проявляются обе из вышеупомянутых проблем. Имеет место несовместимость с дешевыми аппаратными цифро-аналоговыми преобразователями (ЦАП), и требуется дополнительная операция постпередискретизации. Полоса частот аудиосигнала ограничена частотой Найквиста, которая является значительно более низкой, чем верхний предел диапазона частот, слышимых человеком.
Для этого для адаптации частоты дискретизации на выходе из блока обработки аудиосигнала используются дополнительные передискретизирующие функциональные модули, для чего требуется значительный объем дополнительных вычислительных ресурсов. Используемая для этого технология не изменилась за продолжительное время, состоящая, по существу, из интерполятора и необязательных модулей повышающего дискретизатора и понижающего дискретизатора.
Задачей настоящего изобретения является создание усовершенствованной концепции для передискретизации аудиосигналов. Задача настоящего изобретения решена посредством устройства по п.1 формулы изобретения, способа по п.13 формулы изобретения и компьютерной программы по п.14 формулы изобретения.
Согласно настоящему изобретению, предложено устройство для обработки аудиосигнала. Это устройство содержит конфигурируемый первый процессор аудиосигнала для обработки аудиосигнала в соответствии с различными параметрами конфигурации для получения обработанного аудиосигнала, причем это устройство выполнено так, что различные параметры конфигурации приводят к различным частотам дискретизации обработанного аудиосигнала. Кроме того, это устройство содержит набор фильтров анализа, имеющий первое количество каналов набора фильтров анализа, набор фильтров синтеза, имеющий второе количество каналов набора фильтров синтеза, и второй аудиопроцессор, адаптированный для приема и обработки аудиосигнала, имеющего заданную частоту дискретизации.
Кроме того, устройство содержит контроллер для регулирования первого количества каналов набора фильтров анализа или второго количества каналов набора фильтров синтеза в соответствии с параметрами конфигурации, установленными в конфигурируемом первом процессоре аудиосигнала, так, чтобы аудиосигнал на выходе из набора фильтров синтеза имел заданную частоту дискретизации или частоту дискретизации, являющуюся иной, чем заданная частота дискретизации, и более близкой к заданной частоте дискретизации, чем частота дискретизации сигнала на входе набора фильтров анализа.
Настоящее изобретение основано на установленном факте, заключающемся в том, что при изменении ширины полосы частот сигнала в представлении в частотной области эквивалентный результирующий сигнал во временной области будет иметь иную частоту дискретизации, как в том случае, если бы в частотной области не было произведено какого-либо изменения ширины полосы частот. Операция изменения ширины полосы частот является дешевой, поскольку она может быть выполнена путем удаления или добавления данных в частотной области.
Операция преобразования из частотной области обратно во временную область должна быть видоизменена для обеспечения возможности обработки иной ширины полосы в частотной области (длины преобразования).
Видоизмененное представление ширины полосы сигнала в частотной области также может быть распространено на весь способ обработки сигналов вместо его ограничения набором фильтров, что, следовательно, позволяет целесообразно использовать фактические целевые характеристики выходного сигнала во всем способе. Даже если не все источники аудиосигнала могут быть приведены к одной единственной частоте дискретизации на выходе, уменьшение количества различных частот дискретизации на выходе уже экономит много вычислительных ресурсов в данном устройстве.
Сложность набора фильтров непосредственно связана с его длиной. Если преобразование синтеза во временной области набором фильтров видоизменено для понижающей дискретизации путем уменьшения длины преобразования, то его сложность уменьшится. Если использовать это для повышающей дискретизации путем увеличения длины преобразования, то его сложность повысится, но, тем не менее, она будет намного меньшей, чем сложность, требуемая для дополнительного передискретизатора с эквивалентными характеристиками по искажению сигнала. К тому же, общее искажение сигнала будет меньшим, поскольку будет устранено какое-либо дополнительное искажение сигнала, вызванное дополнительным передискретизатором.
Согласно одному из вариантов осуществления изобретения, набор фильтров анализа адаптирован для преобразования сигнала на входе набора фильтров анализа, представленного во временной области, на первый аудиосигнал в частотно-временной области, имеющий множество первых субполосовых сигналов, при этом количество первых субполосовых сигналов равно первому количеству каналов набора фильтров анализа. Согласно этому варианту осуществления изобретения, устройство дополнительно содержит регулятор сигнала, адаптированный для генерации второго аудиосигнала в частотно-временной области, имеющего множество вторых субполосовых сигналов, из первого аудиосигнала в частотно-временной области на основании параметров конфигурации (), при этом количество вторых субполосовых сигналов второго аудиосигнала в частотно-временной области равно количеству каналов набора фильтров синтеза. Количество вторых субполосовых сигналов второго аудиосигнала в частотно-временной области является иным, чем количество субполосовых сигналов первого аудиосигнала в частотно-временной области. Кроме того, набор фильтров синтеза адаптирован для преобразования второго аудиосигнала в частотно-временной области в аудиосигнал во временной области в виде аудиосигнала на выходе из набора фильтров синтеза.
В другом варианте осуществления изобретения регулятор сигнала может быть адаптирован для генерации второго аудиосигнала в частотно-временной области путем генерации, по меньшей мере, одного дополнительного субполосового сигнала. В еще одном варианте осуществления изобретения регулятор сигнала адаптирован для генерации, по меньшей мере, одного дополнительного субполосового сигнала путем выполнения репликации спектральных полос для генерации, по меньшей мере, одного дополнительного субполосового сигнала. В другом варианте осуществления изобретения регулятор сигнала адаптирован для генерации нулевого сигнала как дополнительного субполосового сигнала.
Согласно одному из вариантов осуществления изобретения, набором фильтров анализа является набор QMF-фильтров (квадратурных зеркальных фильтров) анализа, а набором фильтров синтеза является набор QMF-фильтров синтеза. В альтернативном варианте осуществления изобретения набором фильтров анализа является набор фильтров анализа методом МДКП (модифицированного дискретного косинусного преобразования), а набором фильтров синтеза является набор фильтров синтеза методом МДКП.
В одном из вариантов осуществления изобретения устройство может содержать дополнительный передискретизатор, адаптированный для приема сигнала с выхода набора фильтров синтеза, имеющего первую частоту дискретизации синтеза. Дополнительный передискретизатор может выполнять передискретизацию сигнала с выхода набора фильтров синтеза для приема подвергнутого передискретизации выходного сигнала, имеющего вторую частоту дискретизации синтеза. Путем объединения устройства согласно одному из вариантов осуществления изобретения и дополнительного передискретизатора можно уменьшить сложность используемого передискретизатора. Вместо использования передискретизатора высокой степени сложности могут использоваться два передискретизатора низкой степени сложности.
В другом варианте осуществления изобретения устройство может быть адаптировано для подачи сигнала с выхода набора фильтров синтеза, имеющего первую частоту дискретизации синтеза, в набор фильтров анализа в качестве сигнала, подаваемого на вход набора фильтров анализа. И вновь, за счет этого может быть уменьшена сложность устройства согласно одному из вариантов осуществления изобретения. Вместо использования набора фильтров анализа и набора фильтров синтеза, имеющих огромное количество каналов наборов фильтров для анализа и синтеза, количество каналов наборов фильтров будет значительно сокращено. Это достигнуто за счет повторения преобразований анализа и синтеза один или более раз. Согласно одному из вариантов осуществления изобретения, наборы фильтров анализа и синтеза могут быть выполнены так, что количество каналов наборов фильтров анализа и синтеза может быть изменяемым для каждого цикла преобразования (один цикл преобразования содержит операцию анализа и операцию синтеза).
Контроллер может быть адаптирован для приема параметров конфигурации, содержащих индекс. Кроме того, в этом случае контроллер может быть адаптирован для определения частоты дискретизации обработанного аудиосигнала или заданной частоты дискретизации, на основании индекса и справочной таблицы. Согласно этим вариантам осуществления изобретения, отсутствует необходимость в передаче в явном виде ведений о количестве каналов набора фильтров анализа и синтеза в каждых параметрах конфигурации, а вместо этого передают один индекс, идентифицирующий конкретную конфигурацию. Это уменьшает скорость передачи битов, необходимую для передачи параметров конфигурации.
Согласно одному из вариантов осуществления изобретения, контроллер адаптирован для определения первого количества каналов набора фильтров анализа или второго количества каналов набора фильтров синтеза на основании допустимой погрешности. В одном из вариантов осуществления изобретения контроллер может содержать компаратор погрешностей для сравнения фактической погрешности с допустимой погрешностью. Кроме того, устройство может быть адаптировано для получения допустимой погрешности из параметров конфигурации. Согласно этим вариантам осуществления изобретения, может существовать возможность задавать степень точности передискретизации. Понятно, что в некоторых ситуациях точность передискретизации может быть уменьшена для уменьшения, с другой стороны, также и сложности набора фильтров для анализа и синтеза сигнала и для уменьшения, тем самым, сложности вычислений.
Согласно другому варианту осуществления изобретения, предложено устройство для микширования сигнала объемного звучания с увеличением количества каналов. Это устройство содержит набор фильтров анализа, предназначенный для преобразования сигнала во временной области, смикшированного с сокращением количества каналов, в частотно-временную область для генерации множества субполосовых сигналов, смикшированных с сокращением количества каналов. Кроме того, это устройство содержит, по меньшей мере, по меньшей мере, два блока микширования с увеличением количества каналов для микширования множества субполосовых сигналов с увеличением количества каналов для получения множества субполосовых сигналов объемного звучания. Кроме того, это устройство содержит, по меньшей мере, два блока регуляторов сигнала для регулирования количества субполосовых сигналов объемного звучания. Эти, по меньшей мере, два блока регуляторов сигнала адаптированы для приема первого множества входных субполосовых сигналов объемного звучания. Эти, по меньшей мере, два блока регуляторов сигнала адаптированы для вывода второго множества выходных субполосовых сигналов объемного звучания, и, при этом, количество входных субполосовых сигналов объемного звучания из первого множества и количество выходных субполосовых сигналов объемного звучания из второго множества являются различными. Кроме того, это устройство содержит множество блоков наборов фильтров синтеза, предназначенных для преобразования множества выходных субполосовых сигналов объемного звучания из частотно-временной области во временную область для получения выходных сигналов объемного звучания во временной области. Кроме того, это устройство содержит контроллер, который адаптирован для приема параметров конфигурации. Контроллер дополнительно адаптирован для регулирования количества каналов набора фильтров анализа, для регулирования количества каналов блоков наборов фильтров синтеза, для регулирования количества субполосовых сигналов объемного звучания из первого множества, подаваемых на вход блоков регуляторов сигнала, и для регулирования количества субполосовых сигналов объемного звучания из второго множества на выходе блоков регуляторов сигнала на основании принятых параметров конфигурации.
Ниже рассмотрены предпочтительные варианты осуществления настоящего изобретения со ссылкой на сопроводительные чертежи, на которых изображено следующее:
на Фиг.1 проиллюстрировано устройство для обработки аудиосигнала согласно одному из вариантов осуществления изобретения,
на Фиг.2a-2c изображено преобразование выборок во временной области в выборки в частотно-временной области,
на Фиг.3a-3b проиллюстрировано преобразование выборок в частотно-временной области в выборки во временной области,
на Фиг.4 на еще одной иллюстрации изображено преобразование выборок в частотно-временной области в выборки во временной области,
на Фиг.5 проиллюстрированы две диаграммы, на которых изображена основная концепция одного из вариантов осуществления изобретения,
на Фиг.6 проиллюстрировано устройство согласно еще одному варианту осуществления изобретения,
на Фиг.7a-7b показаны справочные таблицы согласно одному из вариантов осуществления изобретения,
на Фиг.8 проиллюстрировано устройство согласно одному из вариантов осуществления изобретения, в котором использована обработка методом репликации спектральных полос (SBR),
на Фиг.9 изображено устройство согласно другому варианту осуществления изобретения, в котором для микширования сигнала объемного звучания в формате MPEG (MPEG Surround) с передискретизированной частотой дискретизации с увеличением количества каналов использованы наборы QMF-фильтров анализа и синтеза, согласно одному из вариантов осуществления изобретения,
на Фиг.10 проиллюстрировано устройство согласно другому варианту осуществления изобретения, в котором использована обработка методом SBR,
на Фиг.11 изображено устройство согласно еще одному варианту осуществления изобретения, содержащее дополнительный передискретизатор,
на Фиг.12 проиллюстрировано устройство согласно одному из вариантов осуществления изобретения, в котором в качестве передискретизатора использован QMF,
на Фиг.13 показано устройство согласно одному из вариантов осуществления изобретения, в котором использован дополнительный передискретизатор,
на Фиг.14 проиллюстрировано устройство согласно еще одному варианту осуществления изобретения, в котором в качестве передискретизатора использован QMF,
на Фиг.15 изображено устройство согласно еще одному варианту осуществления изобретения, в котором это устройство адаптировано для подачи сигнала с выхода набора фильтров синтеза в набор фильтров анализа для выполнения еще одного цикла преобразования,
на Фиг.16 проиллюстрирован контроллер согласно другому варианту осуществления изобретения, содержащий компаратор погрешностей,
на Фиг.17 показана схема последовательности операций, на которой изображен способ определения количества каналов, соответственно, набора фильтров анализа и синтеза, и
на Фиг.18 проиллюстрирован контроллер согласно еще одному варианту осуществления изобретения, содержащий компаратор погрешностей.
0
0
0
1
1
2
2
1
2
2
1
На Фиг.1 проиллюстрировано устройство для обработки аудиосигнала согласно одному из вариантов осуществления изобретения. В это устройство подают аудиосигнал s. В другом варианте осуществления изобретения аудиосигнал s может представлять собой поток битов, в частности, поток битов звуковых данных. Кроме того, это устройство принимает параметры  конфигурации. Устройство содержит конфигурируемый первый процессор 110 аудиосигнала для обработки аудиосигнала s в соответствии с параметрами  конфигурации для получения обработанного аудиосигнала s. Кроме того, устройство для обработки аудиосигнала выполнено так, что различные параметры  конфигурации приводят к различным частотам дискретизации обработанного аудиосигнала. Кроме того, устройство содержит набор фильтров 120 анализа, имеющий первое количество c каналов набора фильтров анализа и набор фильтров 130 синтеза, имеющий второе количество c каналов набора фильтров синтеза. Кроме того, устройство содержит второй аудиопроцессор 140, адаптированный для приема и обработки аудиосигнала s, имеющего заданную частоту дискретизации. Кроме того, устройство содержит контроллер 150 для управления первым количеством c каналов набора фильтров анализа или вторым количеством c каналов набора фильтров синтеза в соответствии с параметрами  конфигурации, поданными в конфигурируемый первый процессор 110 аудиосигнала, чтобы аудиосигнал s на выходе из набора фильтров 130 синтеза имел заданную частоту дискретизации или частоту дискретизации, которая является иной, чем заданная частота дискретизации, но которая является более близкой к заданной частоте дискретизации, чем частота дискретизации сигнала s, подаваемого на вход набора фильтров 120 анализа.
Набор фильтров анализа и набор фильтров синтеза могут быть выполнены так, что количество каналов анализа и количество каналов синтеза являются конфигурируемыми, и что их количество может определяться конфигурируемыми параметрами.
На Фиг.2a-2c проиллюстрировано преобразование выборок во временной области в выборки в частотно-временной области. На левой стороне чертежа Фиг.2a проиллюстрировано множество выборок (обработанного) аудиосигнала во временной области. На левой стороне Фиг.2a проиллюстрировано 640 временных выборок (последние 64 временные выборки именуют “новыми временными выборками”, тогда как остальные 576 временных выборок именуют старыми временными выборками. В варианте осуществления изобретения, изображенном на чертеже Фиг.2a, выполняют первую операцию кратковременного преобразования Фурье (STFT). 576 старых временных выборок и 64 новых временных выборок преобразовывают в 64 значения частоты, то есть, генерируют 64 значения субполосовых выборок.
При следующей операции, проиллюстрированной на Фиг.2b, аннулируют 64 самые старые временные выборки из рассматриваемых 640 временных выборок. Вместо этого 64 новые временные выборки рассматривают вместе с оставшимися 576 уже рассмотренными временными выборками, имеющимися при операции обработки, проиллюстрированной на Фиг.2a. Это может рассматриваться как сдвиг раздвижного окна, имеющего длину, равную 640 временным выборкам, на 64 временные выборки при каждой операции обработки. И вновь, также и при операции обработки, изображенной на Фиг.2b, из рассматриваемых 640 временных выборок (576 старых временных выборок и 64 новых временных выборок, рассматриваемых впервые) генерируют дополнительные 64 субполосовые выборки. Таким образом, генерируют второй набор из 64 субполосовых значений. Можно сказать, что 64 новые субполосовые выборки сгенерированы с учетом 64 новых временных выборок.
При следующей операции, изображенной на Фиг.2c, скользящее окно вновь сдвигают на 64 временные выборки, то есть, аннулируют 64 самые старые значения времени и учитывают 64 новые временные выборки. 64 новые субполосовые выборки генерируют на основании 576 старых временных выборок и 64 новых временных выборок. На правой стороне Фиг.2c видно, что новый набор из 64 новых субполосовых значений был сгенерирован путем выполнения кратковременного преобразования Фурье (STFT).
Способ, проиллюстрированный на Фиг.2a-2c, выполняют многократно для генерации дополнительных субполосовых выборок из дополнительных временных выборок.
Объясняя это в общих выражениях, для генерации 64 новых субполосовых выборок необходимы 64 новые временные выборки.
В варианте осуществления изобретения, проиллюстрированном на Фиг.2a-2c, каждый набор сгенерированных субполосовых выборок представляет собой субполосовые выборки с конкретным временным индексом в частотно-временной области. То есть, 32-ая субполосовая выборка с временным индексом j представляет собой выборку S[32,j] сигнала в частотно-временной области. Что касается конкретного временного индекса в частотно-временной области, то для этого временного индекса существуют 64 субполосовых значения, тогда как для каждого момента времени во временной области, существует, максимум, одно значение сигнала. С другой стороны, частота дискретизации каждой из этих 64 полос частот равна всего лишь 1/64 частоты дискретизации сигнала во временной области.
Для специалиста в данной области техники понятно, что количество субполосовых сигналов, сгенерированных набором фильтров анализа, зависит от количества каналов набора фильтров анализа. Например, набор фильтров анализа может содержать 16, 32, 96 или 128 каналов, так что, например, из 16, 32, 96 или 128 временных выборок могут быть сгенерированы, соответственно, 16, 32, 96, или 128 субполосовых сигналов в частотно-временной области.
На Фиг.3a-3b проиллюстрировано преобразование выборок в частотно-временной области в выборки во временной области:
На левой стороне Фиг.3a проиллюстрировано множество наборов субполосовых выборок в частотно-временной области. В более подробном изложении, каждый продольный прямоугольник на Фиг.3a отображает множество из 64 субполосовых выборок в частотно-временной области. Скользящее окно в частотно-временной области охватывает 10 временных индексов, каждый из которых содержит 64 субполосовые выборки в частотно-временной области. Путем выполнения обратного кратковременного преобразования Фурье (ISTFT) генерируют 64 временные выборки из рассматриваемых (64 умноженное на 10) субполосовых выборок, что изображено на правой стороне Фиг.3a.
При следующей операции обработки, проиллюстрированной на Фиг.3b, аннулируют самый старый набор из 64 субполосовых значений. Вместо этого скользящее окно теперь охватывает новый набор из 64 субполосовых значений, имеющих иной временной индекс в частотно-временной области, из рассмотренных 640 субполосовых выборок (576 старых субполосовых выборок и 64 новых субполосовых выборок, рассматриваемых впервые), генерируют 64 новые временные выборки во временной области. На правой стороне Фиг.3b проиллюстрирована ситуация во временной области. На Фиг.3b изображены 64 старые временные выборки, сгенерированные путем выполнения ISTFT, как проиллюстрировано на чертеже Фиг.3a, которые изображены вместе с 64-мя новыми временными выборками, сгенерированными при операции обработки, показанной на Фиг.3b.
Способ, проиллюстрированный на Фиг.3a-3b, выполняют многократно для генерации дополнительных временных выборок из дополнительных субполосовых выборок.
Для объяснения в общих чертах концепции набора фильтров 130 синтеза, для генерации 64 новых временных выборок во временной области необходимы 64 новые субполосовые выборки в частотно-временной области.
Для специалиста в данной области техники понятно, что количество временных выборок, сгенерированных набором фильтров синтеза, зависит от количества каналов набора фильтров синтеза. Например, набор фильтров синтеза может содержать 16, 32, 96 или 128 каналов, так что, например, из что 16, 32, 96 или 128 субполосовых выборок в частотно-временной области могут бы быть сгенерированы, соответственно, 16, 32, 96 или 128 временных выборок во временной области.
На Фиг.4 представлена другая иллюстрация, на которой изображено преобразование выборок в частотно-временной области в выборки во временной области. При каждой операции обработки рассматривают дополнительные 64 субполосовые выборки (то есть, 64 субполосовые выборки со следующим временным индексом в частотно-временной области). Учитывая самые последние 64 субполосовые выборки, могут быть сгенерированы 64 новые временные выборки. Частота дискретизации сигнала во временной области в 64 раза превышает частоту дискретизации каждого одного из этих 64 субполосовых сигналов.
2
1
2
1
На Фиг.5 проиллюстрированы две диаграммы, на которых изображена основная концепция одного из вариантов осуществления изобретения. В верхней части Фиг.5 изображено множество субполосовых выборок сигнала в частотно-временной области. Абсцисса отображает время. Ордината отображает частоту. Фиг.5 отличается от Фиг.4 тем, что для каждого временного индекса сигнал в частотно-временной области содержит три дополнительные субполосовые выборки (отмеченные знаком "x"). То есть, были добавлены три дополнительные субполосы, вследствие чего сигнал в частотно-временной области имеет не только 64 субполосовых сигнала, но теперь имеет 67 субполосовых сигналов. На диаграмме в нижней части Фиг.5 проиллюстрированы временные выборки одного и того же сигнала во временной области после выполнения обратного кратковременного преобразования Фурье (ISTFT). Поскольку были добавлены 3 субполосы в частотно-временной области, то для генерации 67 новых временных выборок аудиосигнала во временной области могут использоваться 67 дополнительных субполосовых выборок с конкретным временным индексом в частотно-временной области. Поскольку 67 новых временных выборок были сгенерированы во временной области с использованием 67 дополнительных субполосовых выборок с единым временным индексом в частотно-временной области, то частота дискретизации аудиосигнала s во временной области на выходе набора фильтров 130 синтеза в 67 раз превышает частоту дискретизации каждого из субполосовых сигналов. Из вышеизложенного видно, что использование 64 каналов в наборе фильтров 120 анализа приводит к частоте дискретизации каждого субполосового сигнала, равной 1/64 частоты дискретизации обработанного аудиосигнала s, подаваемого в набор фильтров 120 анализа. Что касается набора фильтров 120 анализа и набора фильтров 130 синтеза вместе, то набор фильтров 120 анализа, имеющий 64 канала, и набор фильтров 130 синтеза, имеющий 67 каналов, приводят к частоте дискретизации сигнала s на выходе из набора фильтров синтеза значений, равной 67/64 от частоты дискретизации аудиосигнала s, вводимого в набор фильтров 120 анализа.
1
1
1
1
1
2
subband
2
2
subband
2
1
1
2
1
2
Может быть получена следуюшая концепция: рассмотрим (обработанный) аудиосигнал s, подаваемый в набор фильтров 120 анализа. Предполагая, что набор фильтров имеет c каналов, и дополнительно предполагая, что частота дискретизации обработанного аудиосигнала равна sr, то тогда частота дискретизации каждого субполосового сигнала равна sr/c. Кроме того, предполагая, что набор фильтров синтеза имеет c каналов, и предполагая, что частота дискретизации каждого субполосового сигнала равна sr, то тогда частота дискретизации аудиосигнала s на выходе из набора фильтров 130 синтеза равна c·sr. Это означает, что частота дискретизации аудиосигнала на выходе из набора фильтров 130 синтеза равна c/c·sr. Выбор значения c, отличающегося от c, означает, что частота дискретизации аудиосигнала s на выходе из набора фильтров 130 синтеза может быть установлена иной, чем частота дискретизации аудиосигнала, подаваемого на вход набора фильтров 120 анализа.
2
1
Выбор значения c, отличающегося от c, означает не только то, что количество каналов набора фильтров анализа отличается от количества каналов набора фильтров синтеза. Кроме этого, количество субполосовых сигналов, сгенерированных набором фильтров 120 анализа методом STFT, отличается от необходимого количества субполосовых сигналов при выполнении ISTFT набором фильтров 130 синтеза.
Могут быть выделены три различные ситуации:
1
2
Если c равно c, то количество субполосовых сигналов, сгенерированных набором фильтров 120 анализа, равно количеству субполосовых сигналов, необходимых набору фильтров 130 синтеза для ISTFT. Необходимость в регулировании субполос отсутствует.
2
1
Если c является меньшим, чем c, то количество субполосовых сигналов, сгенерированных набором фильтров 120 анализа, является большим, чем количество субполосовых сигналов, необходимых набору фильтров 130 синтеза для выполнения синтеза. Согласно одному из вариантов осуществления изобретения, субполосовые сигналы с самыми высокими частотами могут быть удалены. Например, если набор фильтров 120 анализа генерирует 64 субполосовых сигнала, и если для набора фильтров 130 синтеза необходим только 61 субполосовой сигнал, то могут быть аннулированы три субполосовых сигнала с самой высокой частотой.
2
1
Если c является большим, чем c, то количество субполосовых сигналов, сгенерированных набором фильтров 120 анализа, является меньшим, чем количество субполосовых сигналов, необходимое набору фильтров 130 синтеза для выполнения синтеза.
Согласно одному из вариантов осуществления изобретения, дополнительные субполосовые сигналы могут быть сгенерированы путем добавления нулевых сигналов в качестве дополнительных субполосовых сигналов. Нулевой сигнал представляет собой сигнал, в котором значения амплитуды каждой субполосовой выборки равны нулю.
Согласно другому варианту осуществления изобретения, дополнительные субполосовые сигналы могут быть сгенерированы путем добавления псевдослучайных субполосовых сигналов в качестве дополнительных субполосовых сигналов. Псевдослучайный субполосовой представляет собой сигнал, в котором значения каждой субполосовой выборки содержат псевдослучайные данные, причем эти псевдослучайные данные должны быть определены псевдослучайным образом из допустимого диапазона значений. Например, выбранные псевдослучайным образом амплитудные значения выборки должны быть меньшими, чем максимальное значение амплитуды, и значения фазы выборки должны не выходить за пределы интервала от 0 до 2π (включая эти значения).
В другом варианте осуществления изобретения дополнительные субполосовые сигналы могут быть сгенерированы путем копирования значений выборок субполосового сигнала самой высокой частоты и использования их в качестве значений выборок дополнительных субполосовых сигналов. В еще одном варианте осуществления изобретения значения фазы субполосы самой высокой частоты копируют и используют в качестве значений выборок для дополнительной субполосы, тогда как значения амплитуды субполосового сигнала самой высокой частоты умножают на весовой коэффициент, например, для уменьшения их веса, и затем используют в качестве значений амплитуды субполосовых выборок дополнительного субполосового сигнала. Например, все значения амплитуды в дополнительном субполосовом сигнале могут быть умножены на весовой коэффициент, равный 0,9. Если необходимы два дополнительные субполосовые сигнала, то значения амплитуды субполосового сигнала самой высокой частоты могут быть умножены на весовой коэффициент, равный 0,9, для генерации первого дополнительного субполосового сигнала, тогда как все значения амплитуды могут быть умножены на весовой коэффициент, равный 0,8, для генерации второго дополнительного субполосового сигнала.
В наиболее высокоэффективных аудиокодеках используют параметрические повышения уровня сигнала, при которых, в свою очередь, часто используют QMF (квадратурный зеркальный фильтр) (то есть, MPEG-4 HE-AAC), где также могут использоваться концепции, предложенные в описанных выше вариантах осуществления изобретения. В кодеках на основе QMF обычно используют структуру многофазного фильтра с =64 полосами частот для преобразования субполос в выходной сигнал во временной области с номинальной частотой дискретизации, равной . За счет изменения количества полос выхода путем добавления субполос, содержащих нулевой сигнал, или удаления некоторых из полос на более высоких частотах (которые в любом случае могут быть пустыми), частота  дискретизации на выходе может быть изменена с шагом , как показано ниже.
,
что приводит к общей частоте  дискретизации на выходе, равной:
Вместо добавления дополнительного преобразователя частоты дискретизации эти функциональные возможности могут быть встроены в уже существующий QMF-фильтр синтеза.
Увеличение рабочей нагрузки является более низким, чем в преобразователе частоты дискретизации с сопоставимой точностью, но соотношение частот дискретизации не может быть произвольным. По существу, оно определяется отношением количества полос, используемых в наборе QMF-фильтров анализа и в наборе QMF-фильтров синтеза. Обычно предпочтительным вариантом является использование такого количества полос на выходе, которое обеспечивает возможность быстрого вычисления QMF синтеза, например, 60, 72, 80, 48,...
Подобно тому, как может быть изменена частота дискретизации выхода при использовании QMF, таким же самым образом может быть отрегулирована частота дискретизации кодека аудиосигнала, в котором используют набор фильтров иного типа, например, фильтров на основе МДКП (модифицированного дискретного косинусного преобразования).
1
11
12
13
1
На Фиг.6 проиллюстрировано устройство согласно одному из вариантов осуществления изобретения. Это устройство содержит регулятор 125 сигнала. Набор фильтров 120 анализа адаптирован для преобразования сигнала s на входе набора фильтров анализа, представленного во временной области, в первый аудиосигнал в частотно-временной области, имеющий множество, например, 3 первых субполосовых сигнала s, s, s. Количество первых субполосовых сигналов равно первому количеству c каналов набора фильтров анализа.
21
22
23
24
2
Регулятор 125 сигнала адаптирован для генерации второго аудиосигнала в частотно-временной области из первого аудиосигнала в частотно-временной области на основании параметров  конфигурации. Второй аудиосигнал в частотно-временной области имеет множество, например, 4 вторых субполосовых сигнала s, s, s, s. Второй аудиосигнал в частотно-временной области сгенерирован так, что количество вторых субполосовых сигналов равно количеству c каналов набора фильтров синтеза. Количество вторых субполосовых сигналов второго аудиосигнала в частотно-временной области может быть иным, чем количество субполосовых сигналов первого аудиосигнала в частотно-временной области. Следовательно, может потребоваться регулировка количества субполосовых сигналов, например, согласно одной из вышеописанных концепций.
2
Набор фильтров 130 синтеза адаптирован для преобразования второго аудиосигнала в частотно-временной области в аудиосигнал во временной области, представляющий собой аудиосигнал s на выходе из набора фильтров 130 синтеза.
Однако в других вариантах осуществления изобретения регулятор 125 сигнала может отсутствовать. Если набор фильтров 120 анализа создает большее количество каналов, чем необходимое набору фильтров 130 синтеза, то набор фильтров синтеза может самостоятельно аннулировать каналы, которые не являются необходимыми. Кроме того, набор фильтров 130 синтеза может быть сконфигурирован так, что сам использует нулевой субполосовой сигнал или сигнал, содержащий псевдослучайные данные, если количество субполосовых сигналов, созданных набором фильтров 120 анализа, является меньшим, чем количество каналов набора фильтров синтеза.
0
1
1
1
1
1
1
1
1
В частности, устройство согласно этому варианту осуществления изобретения является пригодным для адаптации к различным ситуациям. Например, может потребоваться такая обработка аудиосигнала s первым процессором 110 аудиосигнала, чтобы обработанный аудиосигнал s имел первую частоту sr дискретизации в одной ситуации, и чтобы обработанный аудиосигнал s имел вторую частоту sr' дискретизации, иную чем первая частота дискретизации, во второй ситуации. Например, первый процессор 110 аудиосигнала может использовать инструментальное средство ACELP-декодирования (декодирования с линейным предсказанием с алгебраическим кодовым возбуждением), работающее с первой частотой дискретизации, равной, например, 16000 Гц, тогда как в иной второй ситуации первый процессор аудиосигнала может использовать AAC-декодер (декодер с усовершенствованным кодированием звука), например, имеющий частоту дискретизации, равную, например, 48000 Гц. Кроме того, может возникнуть ситуация, когда первый процессор аудиосигнала использует AAC-декодер, переключающийся между различными частотами дискретизации. Или первый процессор 110 сигнала может быть адаптирован для переключения между первым стереоаудиосигналом s, имеющим первую частоту sr дискретизации, и вторым аудиосигналом s', которым является сигнал объемного звучания в формате MPEG (MPEG Surround), имеющий вторую частоту sr' дискретизации.
2
2
2
2
Кроме того, может потребоваться подача во второй процессор 140 аудиосигнала такого аудиосигнала, который имеет определенную заданную частоту sr дискретизации. Например, определенная частота дискретизации может требоваться для используемого цифро-аналогового преобразователя. В этом случае второй процессор 140 сигнала может всегда работать с постоянной второй частотой sr дискретизации. Однако в других случаях частоты дискретизации аудиосигнала s во втором аудиопроцессоре 140 могут изменяться во время работы. Например, в первом случае второй процессор 140 аудиосигнала мог бы переключаться между первым цифро-аналоговым преобразователем для низкого качества звучания, обеспечивающим поддержку относительно низкой частоты дискретизации, равной, например, 24000 Гц, тогда как в других ситуациях второй процессор 140 аудиосигнала мог бы использовать второй цифро-аналоговый преобразователь, имеющий частоту дискретизации, равную, например, 96000 Гц. Например, в тех ситуациях, когда исходная частота sr дискретизации обработанного аудиосигнала, который обработан первым процессором 110 аудиосигнала, имеет относительно низкую частоту дискретизации, равную, например, 4000 Гц, может отсутствовать необходимость в использовании высококачественного второго цифро-аналогового преобразователя, имеющего частоту дискретизации, равную 96000 Гц, а вместо этого достаточно использовать первый цифро-аналоговый преобразователь, который требует меньшего объема вычислительных ресурсов. Следовательно, понятно, что может быть создано устройство с регулируемыми частотами дискретизации.
1
2
2
2
2
2
1
1
Согласно одному из вариантов осуществления изобретения, предложено устройство, которое содержит контроллер 150, управляющий первым количеством c каналов набора фильтров анализа и/или вторым количеством c каналов набора фильтров синтеза в соответствии с параметрами  конфигурации, поданными в конфигурируемый первый процессор 110 аудиосигнала, так, что аудиосигнал на выходе из набора фильтров 130 синтеза имеет заданную частоту sr дискретизации или частоту sr дискретизации, иную чем заданная частота sr дискретизации, но более близкую к заданной частоте sr дискретизации, чем частота sr дискретизации обработанного сигнала s, подаваемого на вход набора фильтров 120 анализа.
1
2
1
2
В одном из вариантов осуществления изобретения параметры конфигурации могут в явном виде содержать информацию о первой частоте sr дискретизации и/или о второй частоте sr дискретизации. Например, параметры конфигурации могут в явном виде задавать то, что первая частота sr дискретизации установлена равной 9000 Гц, и что вторая частота sr дискретизации установлена равной 24000 Гц.
1
2
Однако в другом варианте осуществления изобретения параметры  конфигурации могут не задавать частоту дискретизации в явном виде. Вместо этого может быть указан индекс, который контроллер может использовать для определения первой частоты sr дискретизации и/или второй частоты sr дискретизации.
В одном из вариантов осуществления изобретения параметры  конфигурации могут быть предоставлены в контроллер дополнительным блоком (не показан) во время работы. Например, дополнительный блок может указывать в параметрах  конфигурации используемый декодер: ACELP-декодер или AAC-декодер.
В альтернативном варианте осуществления изобретения параметры  конфигурации не подаются во время работы дополнительным блоком, а эти параметры  конфигурации сохраняют один раз так, что ни являются постоянно доступными для контроллера 150. В этом случае параметры  конфигурации остаются неизменными в течение более продолжительного периода времени.
В зависимости от этого определения дополнительный блок может передавать в контроллер частоты дискретизации, содержащиеся в параметрах  конфигурации в явном виде.
В альтернативном варианте осуществления изобретения дополнительный блок передает параметры  конфигурации, указывающие, имеет ли место ли первая ситуация (путем передачи значения индекса, равного "0", которое указывает, что "следует использовать ACELP-декодер", или путем передачи индекса, равного "1", которое указывает, что "следует использовать AAC-декодер"). Это объяснено со ссылкой на Фиг.7a и Фиг.7b:
На Фиг.7a-7b показаны справочные таблицы согласно одному из вариантов осуществления изобретения, которые являются доступными для контроллера. Например, справочной таблицей может являться заданная справочная таблица, хранящаяся в контроллере как неизменная таблица. В другом варианте осуществления изобретения может быть предусмотрена справочная таблица в виде метаинформации из дополнительного блока. Например, несмотря на то, что информацию справочной таблицы передают только один раз за длительный промежуток времени, значение индекса, задающее конфигурацию текущей частоты дискретизации, обновляют более часто.
1
2
На Фиг.7a изображена простая справочная таблица, обеспечивающая возможность разрешения одной частоты дискретизации, в варианте осуществления изобретения из чертежа Фиг.7a, задана частота дискретизации первого процессора 110 аудиосигнала. За счет приема значения индекса, содержащегося в первых параметрах  конфигурации, контроллер 150 способен определять частоту дискретизации обработанного аудиосигнала s, обрабатываемого первым процессором 110 аудиосигнала. В справочной таблице из Фиг.7a отсутствует какая-либо информация о второй частоте sr дискретизации. В одном из вариантов осуществления изобретения второй частотой дискретизации является фиксированная частота дискретизации и известная контроллеру 150. В другом варианте осуществления изобретения вторую частоту дискретизации определяют с использованием другой справочной таблицы, которая является аналогичной справочной таблице, проиллюстрированной на Фиг.7a.
1
1
2
2
1
2
2
На Фиг.7b проиллюстрирована другая справочная таблица, которая содержит информацию о первой частоте sr дискретизации обработанного аудиосигнала s, а также о второй частоте sr дискретизации аудиосигнала s на выходе из набора фильтров синтеза. Дополнительный блок передает параметры  конфигурации, содержащие значение индекса, в контроллер 150. Контроллер 150 производит поиск значения индекса в справочной таблице из Фиг.7b и, таким образом, определяет первую желательную частоту дискретизации обработанного аудиосигнала s и вторую желательную частоту sr дискретизации аудиосигнала s, генерируемого набором фильтров 140 синтеза.
На Фиг.8 проиллюстрировано объединение вышеописанных концепций с обработкой методом репликации спектральных полос (SBR). Если полоса синтеза посредством QMF является частью модуля SBR, то в систему могут быть интегрированы функциональные возможности передискретизации. В частности, в этом случае могут быть переданы параметры SBR для расширения активного диапазона SBR за пределы обычного коэффициента передискретизации, равного 2:1 или 4:1, с дополнительным преимуществом, заключающимся в том, что могут быть реализованы почти произвольные коэффициенты передискретизации путем адекватного выбора надлежащих значений М и N в наборах QMF-фильтров, увеличивая, таким образом, количество степеней свободы для общей характеристики передискретизации (см. Фиг.8).
Например, если количество полос синтеза является большим, чем 64, то они не обязательно должны быть заполнены нулями. Вместо этого диапазон для "склейки" методом SBR также может быть расширен для использования этого более высокого диапазона частот.
На Фиг.8 результирующая частота дискретизации на выходе QMF равна:
Например, в случае контрольной точки работы USAC при 8 кбит/с основную частоту  дискретизации обычно выбирают равной 9,6 кГц. При совмещении с набором QMF-фильтров анализа с M=32 полосами синтез может быть заменен банком QMF-фильтров с N=80 полосами. Это приводит к частоте дискретизации на выходе, равной
Таким образом, потенциально возможная полоса частот аудиосигнала, которая может быть охвачена SBR, может быть увеличена до 12 кГц. В то же самое время потенциально возможная операция постпередискретизации до удобных 48 кГц может быть реализована весьма дешево, поскольку оставшийся коэффициент передискретизации равен простому отношению 1:2.
Возможно еще много комбинаций, которые могут обеспечивать (более) широкий диапазон SBR, сохраняя, при этом, возможность работы основного кодера на несколько необычных или редко встречающихся частотах дискретизации.
На Фиг.9 проиллюстрировано устройство согласно другому варианту осуществления изобретения, в котором для микширования сигнала объемного звучания в формате MPEG (MPEG Surround) с передискретизированной частотой дискретизации использованы наборы QMF-фильтров анализа и синтеза с увеличением количества каналов, согласно одному из вариантов осуществления изобретения. В иллюстративных целях набор фильтров анализа изображен так, что генерирует только 3 субполосовых сигнала из поданного на вход сигнала, а каждый из наборов QMF-фильтров синтеза изображен так, что преобразовывает обратно во временную область сигнал из частотно-временной области, содержащий только четыре субполосовых сигнала. Однако понятно, что в других вариантах осуществления изобретения набор фильтров анализа может содержать, например, 45 каналов, а, соответственно, набор фильтров синтеза может содержать, например, 60 каналов.
1
11
12
13
11
12
13
21
22
23
24
25
Как показано на Фиг.9, аудиосигнал s, смикшированный с сокращением количества каналов, подают в набор QMF-фильтров 910 анализа. Набор QMF-фильтров 910 анализа преобразовывает аудиосигнал во временной области, смикшированный с сокращением количества каналов, в частотно-временную область для получения трех (смикшированных с сокращением количества каналов) субполосовых сигналов s, s, s. Три субполосовых сигнала s, s, s, смикшированных с сокращением количества каналов, затем вводят в три блока микширования с увеличением количества каналов, соответственно, 921, 922, 923. Каждый из блоков 921, 922, 923 микширования с увеличением количества каналов генерирует пять субполосовых сигналов объемного звучания, соответственно, как левый, правый, центральный, левый субполосовой и правый субполосовой сигнал объемного звучания. Три сгенерированных левых субполосовых сигнала затем вводят в регулятор 931 левого сигнала для левых субполосовых сигналов. Регулятор 931 левого сигнала генерирует четыре левых субполосовых сигнала из трех левых субполосовых сигналов объемного звучания и вводит их в набор фильтров 941 для синтеза левого сигнала, который осуществляет преобразование субполосовых сигналов из частотно-временной области во временную область для генерации левого канала s сигнала объемного звучания во временной области. Таким же самым образом, регулятор 932 правого сигнала и набор фильтров 942 для синтеза правого сигнала используют для генерации правого канала s, регулятор 933 центрального сигнала и набор фильтров 943 для синтеза центрального сигнала используют для генерации центрального канала s, регулятор 934 левого сигнала объемного звучания и набор фильтров 944 для синтеза левого сигнала объемного звучания используют для генерации левого канала s объемного звучания, а регулятор 935 правого сигнала объемного звучания и набор фильтров 945 для синтеза правого сигнала объемного звучания используют для генерации правого канала s объемного звучания для сигнала объемного звучания во временной области.
Контроллер (950) принимает параметры  конфигурации и адаптирован для регулирования количества каналов набора фильтров 910 анализа на основании принятых параметров  конфигурации. Контроллер дополнительно адаптирован для регулирования количества каналов блоков 941, 942, 943, 944, 945 наборов фильтров синтеза, количества субполосовых сигналов из первого множества входных субполосовых сигналов объемного звучания, подаваемых на входы блоков 931, 932, 933, 934, 935 регуляторов сигнала, и количества субполосовых сигналов из второго множества субполосовых сигналов объемного звучания на выходах блоков 931, 932, 933, 934, 935 регуляторов сигнала на основании принятых параметров  конфигурации.
На Фиг.10 проиллюстрировано устройство согласно другому варианту осуществления изобретения. Вариант осуществления изобретения, показанный на Фиг.10, отличается от варианта осуществления изобретения, показанного на Фиг.8, тем, что регулятор 125 сигнала дополнительно содержит репликатор 128 спектральных полос для репликации спектральных полос (SBR) субполосовых сигналов, полученных из набора фильтров 120 анализа, для получения дополнительных субполосовых сигналов.
Обычно, за счет выполнения репликации спектральных полос множество субполосовых сигналов "реплицируют" так, что количество субполосовых сигналов, полученных посредством репликации спектральных полос, в два или в четыре раза превышает количество субполосовых сигналов, имеющихся для спектральной репликации. При обычной репликации спектральных полос (SBR) имеющееся количество субполосовых сигналов реплицируют так, что реплицируют, например, 32 субполосовых сигнала (полученных в результате преобразования набором фильтров анализа), и так, что для операции синтеза имеются 64 субполосовых сигнала. Репликацию субполосовых сигналов выполняют так, что имеющиеся субполосовые сигналы образуют более низкочастотные субполосовые сигналы, тогда как подвергнутые спектральной репликации субполосовые сигналы из более высокочастотных субполосовых сигналов расположены в более высокочастотных диапазонах, чем уже имеющиеся субполосовые сигналы.
Согласно варианту осуществления изобретения, изображенному на Фиг.10, репликацию имеющихся субполосовых сигналов выполняют так, что количество субполосовых сигналов в результате SBR не должно быть кратным количеству субполосовых сигналов, подвергнутых спектральной репликации (или быть равным ему). Например, репликация 32 субполосовых сигналов может быть выполнена так, что получают не 32 дополнительных субполосовых сигнала, а, например, получают 36 дополнительных субполосовых сигналов, и так, что в результате синтеза получают всего, например, 68 вместо 64 субполосовых сигналов. Набор фильтров 130 синтеза из варианта осуществления изобретения, показанного на Фиг.10, отрегулирован для обработки 68 каналов вместо 64.
1
2
2
1
2
1
Согласно варианту осуществления изобретения, проиллюстрированному на Фиг.10, количество каналов, подвергнутых репликации методом репликации спектральных полос, и количество каналов, которые могут быть реплицированы, может быть отрегулировано так, что количество реплицированных каналов не должно быть кратным количеству каналов, используемых при репликации спектральных полос (или быть равным ему). В варианте осуществления, показанном на Фиг.10, контроллер не только регулирует количество каналов набора фильтров 140 синтеза, но также регулирует количество каналов, подлежащих репликации методом репликации спектральных полос. Например, если контроллером определено, что набор фильтров 120 анализа имеет c каналов, а набор фильтров синтеза имеет c каналов (c>c), то количество дополнительных каналов, которые должны быть получены путем репликации спектральных полос, равно c-c.
2
1
Если c>2·c, то возникает вопрос о том, как генерировать дополнительные субполосовые сигналы применительно к репликации спектральных полос. Согласно одному из вариантов осуществления изобретения, для каждого дополнительно требуемого субполосового сигнала может быть добавлен нулевой субполосовой сигнал (значения амплитуды всех субполосовых выборок равны нулю). В другом варианте осуществления изобретения в качестве значений выборок дополнительных субполосовых сигналов, подлежащих генерации, используют псевдослучайные данные. В еще одном варианте осуществления изобретения выполняют репликацию непосредственно самого субполосового сигнала, имеющего самую высокую частоту, который получен в результате репликации спектральных полос: например, для формирования значений амплитуды одного или большего количества дополнительных субполосовых сигналов дублируют значения амплитуды самых высокочастотных субполосовых сигналов. Эти значения амплитуды могут быть умножены на весовой коэффициент. Например, каждое из значений амплитуды первого дополнительного субполосового сигнала может быть умножено на 0,95. Каждое из значений амплитуды второго дополнительного субполосового сигнала может быть умножено на 0,90 и т.д.
В еще одном варианте осуществления изобретения репликацию спектральных полос расширяют для генерации дополнительных субполосовых сигналов. Для генерации дополнительных субполосовых сигналов из имеющихся более низкочастотных субполосовых сигналов может использоваться информация огибающей спектра. Эта информация огибающей спектра может использоваться для получения весовых коэффициентов, используемых для умножения на них значений амплитуды более низкочастотных субполосовых сигналов, учитываемых при репликации спектральных полос, для генерации дополнительного субполосового сигнала.
1
2
2
1
1
2
2
4
3
2
4
2
1
1
1
3
4
2
На Фиг.11 проиллюстрировано устройство согласно еще одному варианту осуществления изобретения. Это устройство отличается от устройства, проиллюстрированного на Фиг.1, тем, что устройство, показанное на Фиг.11, содержит дополнительный передискретизатор 170. Дополнительный передискретизатор 170 используется для выполнения дополнительной операции передискретизации. Этим передискретизатором может являться обычный передискретизатор, или в альтернативном варианте им может являться устройство для обработки аудиосигнала, которое выполняет передискретизацию согласно настоящему изобретению. Например, если в качестве дополнительного передискретизатора использовано устройство согласно настоящему изобретению, то первое устройство согласно настоящему изобретению выполняет передискретизацию аудиосигнала, имеющего первую частоту sr дискретизации, в аудиосигнал с частотой дискретизации, равной sr=c/c·sr. Затем, дополнительный передискретизатор выполняет передискретизацию аудиосигнала с частотой sr дискретизации в аудиосигнал с частотой дискретизации, равной sr'=c/c·sr=c/c3·c/c·sr. За счет использования двух передискретизаторов избегают того, что передискретизатор согласно одному из вышеописанных вариантов осуществления изобретения должен иметь c·c каналов анализа сигнала и c·c каналов синтеза сигнала. Например, если желателен коэффициент передискретизации, равный 998000/996003 (коэффициент передискретизации равен отношению частоты дискретизации аудиосигнала после синтеза к частоте дискретизации аудиосигнала перед анализом), то в устройстве, содержащем два передискретизатора, отсутствует необходимость наличия 996003 каналов набора фильтров анализа и 998000 каналов набора фильтров синтеза. Вместо этого первая передискретизация может быть выполнена посредством набора фильтров анализа, имеющего 999 каналов набора фильтров, и набора фильтров синтеза, имеющего 1000 каналов, а вторая передискретизация может быть выполнена посредством набора фильтров анализа, имеющего 997 каналов, и набора фильтров синтеза, имеющего 998 каналов.
В этом варианте осуществления изобретения контроллер 150 может быть адаптирован для управления тем, как следует разделять коэффициент передискретизации на подходящие значения количества каналов набора фильтров анализа и синтеза.
На Фиг.12 проиллюстрировано устройство согласно одному из вариантов осуществления изобретения, в котором в качестве передискретизатора использован QMF. Изображен пример этапа синтеза посредством QMF с присоединенным постпередискретизатором для регулирования частоты дискретизации на выходе QMF.
Если частота дискретизации на выходе после синтеза посредством QMF не соответствует "стандартной" частоте дискретизации, то, тем не менее, может использоваться комбинация передискретизации на основе QMF и дополнительного передискретизатора, чтобы добиться лучшего режима работы для передискретизатора, если это необходимо (например, весьма малый целочисленный коэффициент передискретизации или для интерполяции между близкими частотами дискретизации, например, с использованием интерполятора Лагранжа).
На Фиг.13 изображен передискретизатор, содержащий блок анализа и блок синтеза. Но поскольку такие структурные блоки уже присутствуют в большинстве современных аудиокодеков, то эти существующие структурные блоки могут быть немного изменены посредством управляющего объекта для выполнения задачи передискретизации, не требуя дополнительных этапов анализа/синтеза, приложенных к системе декодера. Этот подход показан на Фиг.14. В некоторых системах могла бы иметься возможность немного изменять  для достижения более удобных рабочих точек и для преодоления ограничений, обусловленных реализацией, в отношении общих коэффициентов прореживания и повышающей дискретизации.
Показанный на Фиг.13 блок "управление набором фильтров" управляет коэффициентами М и N декодера для получения желательной частоты  дискретизации на выходе. Он берет в качестве входных данных желательную частоту  дискретизации на выходе, частоту дискретизации на выходе основного декодера и другие сведения о декодере. Может быть желательным, чтобы частота  дискретизации была постоянной и соответствовала аппаратным средствам устройства вывода, тогда как с точки зрения кодека может быть желательным, чтобы она изменялась, что обусловлено аспектами эффективности кодирования. Путем объединения передискретизатора с декодером оба требования: фиксированная выходная частота дискретизации на выходе и наилучшая рабочая частота дискретизации аудиокодека, не могут быть удовлетворены почти без какого-либо дополнительного усложнения и без какого-либо ухудшения качества сигнала из-за дополнительной обработки передискретизатором.
Прототип QMF для различных значений длины может быть создан из 64-полосного QMF путем интерполяции.
Сложность набора фильтров непосредственно связана с его длиной. Если преобразование синтеза во временной области, выполняемое набором фильтров, видоизменено для понижающей дискретизации путем уменьшения длины преобразования, то его сложность уменьшится. Если оно используется для повышающей дискретизации путем увеличения длины его преобразования, то его сложность увеличится, но, тем не менее, будет значительно меньшей, чем сложность, необходимая для дополнительного передискретизатора с эквивалентными характеристиками по искажению сигнала.
1
2
1
2
1
2
2
4
6
8
1
3
5
7
1
2
3
На Фиг.15 проиллюстрировано устройство согласно еще одному варианту осуществления изобретения, в котором это устройство адаптировано для подачи сигнала с выхода набора фильтров синтеза в набор фильтров анализа для выполнения еще одного цикла преобразования. Как и в варианте осуществления изобретения, показанном на Фиг.1, обработанный аудиосигнал s подают в набор фильтров 120 анализа, где аудиосигнал преобразовывают из временной области в частотно-временную область. Затем набор фильтров синтеза осуществляет преобразование сигнала из частотно-временной области обратно во временную область, при этом количество c каналов набора фильтров синтеза является иным, чем количество c каналов набора фильтров анализа, для генерации выходного сигнала s с иной частотой дискретизации, чем частота дискретизации введенного сигнала. Однако, в отличие от варианта осуществления изобретения, показанного на Фиг.1, выходной сигнал не может быть подан во второй процессор 140 аудиосигнала, а вместо этого может быть снова подан в набор фильтров анализа для выполнения дополнительной передискретизации аудиосигнала набором фильтров анализа и набором фильтров синтеза. При последующих операциях анализа/синтеза могут использоваться различные наборы фильтров анализа и наборы фильтров синтеза (например, экземпляры набора фильтров анализа и экземпляры набора фильтров синтеза). Контроллер 150 может управлять количеством c, c каналов набора фильтров анализа и набора фильтров синтеза так, что это при второй операции анализа/синтеза количество является иным, чем при первой операции анализа/синтеза. Таким образом, общий коэффициент передискретизации может быть любым произвольно выбранным, так что он приводит к (c·c·c·c·...)/(c·c·c·c·...), где c, c, c,... - целочисленные значения.
1
2
Реализация передискретизации аудиосигнала, имеющего первую частоту sr дискретизации, так, чтобы после передискретизации он имел вторую частоту sr дискретизации, может оказаться нелегкой задачей. Например, если необходимо выполнить передискретизацию частоты дискретизации, равной 22050 Гц, в частоту дискретизации, равную 23983 Гц, реализация набора фильтров анализа, имеющего 22050 каналов, и набора фильтров синтеза, имеющего 23983 канала, является дорогостоящей задачей в вычислительном отношении. Однако, несмотря на то, что может быть желательной реализация частоты дискретизации на выходе в точности равной 23983 Гц, пользователь (или иное приложение) может допускать наличие погрешности в том случае, если эта погрешность не выходит за пределы приемлемых границ.
1
2
1
2
2
2
2
На Фиг.16 проиллюстрирован контроллер согласно другому варианту осуществления изобретения. В контроллер подают данные о первой частоте sr дискретизации и о второй желательной частоте sr дискретизации. Первая частота дискретизации задает частоту дискретизации (обработанного) аудиосигнала s, подаваемого в набор фильтров анализа. Вторая желательная частота sr дискретизации задает желательную частоту дискретизации, которую должен иметь аудиосигнал s на выходе из набора фильтров синтеза. Кроме того, в контроллер также подают данные о допустимой погрешности . Допустимая погрешность  задает ту степень, в которой фактическая частота sr' дискретизации сигнала на выходе из набора фильтров синтеза может отклоняться от желательной частоты sr дискретизации.
1
2
2
2
2
1
2
1
2
1
2
2
Данные о первой частоте sr дискретизации и о второй желательной частоте sr дискретизации подают в селектор 1010 количества каналов синтеза. Селектор 1010 количества каналов синтеза выбирает подходящее количество c каналов набора фильтров синтеза. Некоторое количество каналов c набора фильтров синтеза может быть особо пригодным для обеспечения возможности быстрого вычисления преобразования сигнала из частотно-временной области во временную область, например, 60, 72, 80 или 48 каналов. Селектор 1010 количества каналов синтеза может выбирать количество каналов c для синтеза в зависимости от первой частоты sr дискретизации и второй частоты sr дискретизации. Например, если коэффициент передискретизации равен целому числу, например, 3 (в результате, например, того, что частоты дискретизации sr=16000 Гц и sr=48000 Гц), может оказаться достаточным небольшое количество каналов синтеза, равное, например, 30. В других ситуациях более полезным может являться выбор большего количества каналов синтеза, например, если частоты дискретизации являются высокими, и если соотношение частот дискретизации не равно целому числу (например, если sr=22050 Гц и sr=24000 Гц): в этом случае количество каналов синтеза может быть выбрано, например, как c=2000).
1
2
1
2
2
1
2
В альтернативных вариантах осуществления изобретения в селектор 1010 количества каналов синтеза подают данные только о первой частоте sr дискретизации или о второй частоте sr дискретизации. В еще одних вариантах осуществления изобретения в селектор 1010 количества каналов синтеза не подают данные ни о первой частоте sr дискретизации, ни о второй частоте sr дискретизации, и в этом случае селектор 1010 количества каналов синтеза выбирает количество c каналов синтеза вне зависимости от частот sr, sr дискретизации.
2
1
2
1
1
2
2
Селектор 1010 количества каналов синтеза каналов подает сведения о выбранном количестве c каналов синтеза в вычислитель 1020 количества каналов анализа. Кроме того, в вычислитель 1020 количества каналов анализа также подают данные о первой частоте sr дискретизации и о второй частоте sr дискретизации. Вычислитель количества каналов анализа вычисляет количество каналов c набора фильтров анализа в зависимости от первой частоты sr дискретизации и от второй частоты sr дискретизации и количество c каналов синтеза согласно следующей формуле:
1
2
1
2
c=c·sr/sr.
1
1
1
2
2
2
2
1
1
2
1
2
Часто может возникать ситуация, когда вычисленное количество c не является целым числом, а значением, отличным от целого числа. Однако, количество каналов набора фильтров анализа (а также количество каналов набора фильтров синтеза) должно являться целым числом. Например, если первая частота sr дискретизации равна sr=22050 Гц, вторая желательная частота sr дискретизации равна sr=24000 Гц, а количество c каналов набора фильтров синтеза было выбрано так, что c=2000, то вычисленное количество c каналов анализа сигнала равно c=c·sr/sr=2000·22050/24000=1837,5 каналов анализа сигнала. Следовательно, необходимо принять решение о том, какое количество каналов должен содержать набор фильтров анализа: 1837 или 1838.
Могут быть применены различные стратегии округления:
Согласно одному из вариантов осуществления изобретения, применяют первую стратегию округления, согласно которой в качестве количества каналов анализа сигнала выбирают следующее более низкое целочисленное значение, если вычисленное значение не является целым числом. Например, вычисленное значение, равное 1837,4 или 1837,6, округляют до 1837.
Согласно другому варианту осуществления изобретения, применяют вторую стратегию округления, согласно которой в качестве количества каналов анализа сигнала выбирают следующее более высокое целочисленное значение, если вычисленное значение не является целым числом. Например, вычисленное значение, равное 1837,4 или 1837,6 округляют до 1838.
Согласно еще одному варианту осуществления изобретения, применяют арифметическое округление. Например, вычисленное значение, равное 1837,5, округляют до 1838, а вычисленное значение, равное 1837,4, округляют до 1837.
2
2
Однако, поскольку в примере "1837,5" невозможно применить точное вычисленное значение в качестве количества каналов набора фильтров анализа, то будет получена не желательная вторая частота sr дискретизации, а фактическая вторая частота sr' дискретизации с отклонением от нее.
2
1
2
1
Контроллер из варианта осуществления изобретения, показанного на Фиг.16, содержит вычислитель 1030 второй частоты дискретизации, который вычисляет фактическую вторую частоту sr' дискретизации на основании первой частоты sr дискретизации, выбранного количества c каналов набора фильтров синтеза и вычисленного количества c каналов набора фильтров анализа согласно следующей формуле:
2
2
1
1
sr'=c/c·sr.
1
1
2
1
Например, в вышеописанном примере, предполагая, что первая частота sr дискретизации равна sr=22050 Гц, что количество каналов набора фильтров синтеза равно c=2000 и что выбранное количество каналов набора фильтров анализа равно c=1838, это приводит к фактической второй частоте дискретизации, равной:
2
2
1
1
sr'=c/c·sr=2000/1838·22050 Гц = 23993,47 Гц вместо желательных 24000 Гц.
Применение набора фильтров анализа, имеющего 1837 каналов, привело бы к фактической второй частоте дискретизации, равной:
2
2
1
1
sr'=c/c·sr=2000/1837·22050 Гц = 24006,53 Гц вместо желательных 24000 Гц.
2
2
2
2
Значение фактической второй частоты sr' дискретизации аудиосигнала на выходе набора фильтров синтеза и значение желательной частоты sr дискретизации вводят в вычислитель 1040 погрешности. Вычислитель погрешности вычисляет фактическую погрешность , представляющую собой разность между желательной частотой sr дискретизации и фактической частотой sr' дискретизации согласно выбранным установочным параметрам для каналов набора фильтров анализа и набора фильтров синтеза.
2
В одном из вариантов осуществления изобретения фактическая погрешность  может представлять собой абсолютное значение разности между желательной частотой sr дискретизации и фактической частотой дискретизации согласно следующей формуле:
.
В другом варианте осуществления изобретения фактическая погрешность  может представлять собой относительную величину, например, вычисленную согласно следующей формуле:
.
Затем вычислитель погрешности передает фактическую погрешность  в компаратор 1050 погрешностей. Затем компаратор погрешностей сравнивает фактическую погрешность  с допустимой погрешностью . Если фактическая погрешность  не выходит за пределы границ, заданных допустимой погрешностью, например, если , то компаратор 1050 погрешностей дает в блок 1060 передачи сведений о количестве каналов команду передачи данных о фактическом вычисленном количестве каналов набора фильтров анализа, соответственно, в набор фильтров анализа и данных об определенном количестве каналов набора фильтров синтеза, соответственно, в набор фильтров синтеза.
Однако если фактическая погрешность  не выходит за пределы границ, заданных допустимой погрешностью, например, если , то компаратор 1060 погрешностей начинает процедуру определения с самого начала и дает селектору 1010 количества каналов синтеза команду выбрать иное количество каналов синтеза в качестве количества каналов набора фильтров синтеза.
2
2
2
2
2
В различных вариантах осуществления изобретения могут быть реализованы различные стратегии выбора нового количества каналов синтеза. Например, в одном из вариантов осуществления изобретения количество каналов синтеза может быть выбрано случайным образом. В другом варианте осуществления изобретения выбирают большее количество каналов, например, количество каналов в два раза большее, чем величина количества каналов синтеза, выбранного ранее селектором 1010 количества каналов синтеза. Например, sr:=2·sr. Например, в вышеупомянутом примере, количество каналов sr=2000 заменяют на sr:=2·sr=2·2000=4000.
Эту процедуру продолжают до тех пор, пока не будет найдено количество каналов синтеза с приемлемой фактической погрешностью .
2
1
2
1
2
1
1
2
1
2
2
На Фиг.17 проиллюстрирована схема последовательности операций, на которой изображен соответствующий способ. При операции 1110 выбирают количество c каналов синтеза. При операции 1120 вычисляют количество c каналов анализа сигнала на основании выбранного количества c каналов синтеза, первой частоты sr дискретизации и желательной частоты sr дискретизации. В случае необходимости выполняют округление для определения количества c каналов анализа сигнала. При операции 1130 вычисляют фактическую вторую частоту дискретизации на основании первой частоты sr дискретизации, выбранного количества c каналов набора фильтров синтеза и вычисленного количества c каналов набора фильтров анализа. Кроме того, при операции 1140 вычисляют фактическую погрешность , представляющую собой разность между фактической второй частотой sr' дискретизации и желательной второй частотой sr дискретизации. При операции 1150 сравнивают фактическую погрешность  с заданной допустимой погрешностью . В том случае, если погрешность является допустимой, способ продолжают операцией 1160: сведения о выбранном количестве каналов синтеза передают, соответственно, в набор фильтров синтеза, и сведения о вычисленном количестве каналов анализа сигнала передают, соответственно, в набор фильтров анализа. Если же погрешность является недопустимой, то способ продолжают операцией 1110, выбирают новое количество каналов синтеза, и способ повторяют до тех пор, пока не будет определено подходящее количество каналов набора фильтров анализа и количество каналов набора фильтров синтеза.
2
1
2
2
1
2
1
2
1
1
2
На Фиг.18 проиллюстрирован контроллер согласно еще одному варианту осуществления изобретения. Вариант осуществления изобретения, показанный на Фиг.18, отличается от варианта осуществления изобретения, показанного на Фиг.16, тем, что селектор 1010 количества каналов синтеза заменен селектором 1210 количества каналов анализа и что вычислитель 1020 количества каналов анализа заменен вычислителем 1220 количества каналов синтеза. Вместо выбора количества c каналов синтеза селектор 1210 количества каналов анализа выбирает количество c каналов анализа. Затем вычислитель 1220 количества каналов синтеза вычисляет количество c каналов синтеза согласно следующей формуле: c=c·sr/sr. Сведения о вычисленном количестве c каналов синтеза затем передают в вычислитель 1230 второй частоты дискретизации, который также принимает данные о выбранном количестве c каналов анализа, о первой частоте sr дискретизации и о желательной второй частоте sr дискретизации. Кроме этого, вычислитель 1230 второй частоты дискретизации, вычислитель 1240 погрешности, компаратор 1250 погрешностей и блок 1260 передачи сведений о количестве каналов соответствуют, соответственно, вычислителю 1030 второй частоты дискретизации, вычислителю 1040 погрешности, компаратору 1050 погрешностей и блоку 1060 передачи сведений о количестве каналов из варианта осуществления изобретения, показанного на Фиг.16.
Хотя некоторые аспекты были описаны применительно к устройству, ясно, что эти аспекты также представляют собой описание соответствующего способа, где блок или устройство соответствуют операции способа или признаку операции способа. Аналогично, аспекты, описанные применительно к операции способа, также представляют собой описание соответствующего блока или элемента или признака соответствующего устройства.
Предложенный в настоящем изобретении разложенный сигнал может быть сохранен на цифровом носителе информации или может быть передан в среде передачи, например, в среде беспроводной передачи или в среде проводной передачи, например, по сети Интернет.
В зависимости от определенных требований к реализации варианты осуществления настоящего изобретения могут быть реализованы аппаратными средствами или в виде программного обеспечения. Реализация может быть выполнена с использованием цифрового носителя информации, такого как, например, гибкий диск, универсальный цифровой диск (DVD), компакт-диск (CD), постоянное запоминающее устройство (ПЗУ), программируемое постоянное запоминающее устройство (ППЗУ), стираемое программируемое постоянное запоминающее устройство (СППЗУ), электрически стираемое программируемое постоянное запоминающее устройство (ЭСППЗУ) или флэш-память, в которых (на которых) хранят считываемые при помощи электронных устройств управляющие сигналы, взаимодействующие (или способные к взаимодействию) с программируемой компьютерной системой с возможностью выполнения соответствующего способа.
Некоторые варианты осуществления согласно настоящему изобретению содержат носитель информации для длительного хранения информации, имеющий считываемые при помощи электронных устройств управляющие сигналы, которые способны взаимодействовать с программируемой компьютерной системой с возможностью выполнения одного из описанных здесь способов.
В общем, варианты осуществления настоящего изобретения могут быть реализованы в виде компьютерного программного продукта с программным кодом, причем этот программный код действует так, что обеспечивает возможность выполнения одного из способов, когда компьютерный программный продукт выполняется в компьютере. Программный код может храниться, например, на считываемом посредством компьютера носителе.
Другие варианты осуществления изобретения включают в себя компьютерную программу для выполнения одного из описанных здесь способов, хранящуюся на считываемом посредством компьютера носителе.
Другими словами, одним из вариантов осуществления способа, предложенного в настоящем изобретении, является, следовательно, компьютерная программа, имеющая программный код для выполнения одного из описанных здесь способов при выполнении этой компьютерной программы на компьютере.
Следовательно, еще одним вариантом осуществления способов, предложенных в настоящем изобретении, является носитель информации (или цифровая запоминающая среда, или считываемый посредством компьютера носитель информации) содержащий записанную на нем компьютерную программу для выполнения одного из описанных здесь способов.
Следовательно, еще одним вариантом осуществления способа, предложенного в настоящем изобретении, является поток данных или последовательность сигналов, представляющих компьютерную программу для выполнения одного из описанных здесь способов. Поток данных или последовательность сигналов могут быть, например, сконфигурированными для их передачи через коммуникационное соединение для передачи данных, например, через сеть Интернет.
Еще один вариант осуществления изобретения содержит средство обработки, например, компьютер, или программируемое логическое устройство, сконфигурированное или адаптированное для выполнения одного из описанных здесь способов.
Еще один вариант осуществления изобретения содержит компьютер, имеющий установленную на нем компьютерную программу для выполнения одного из описанных здесь способов.
В некоторых вариантах осуществления изобретения для реализации некоторых или всех функциональных возможностей описанных здесь способов может использоваться программируемое логическое устройство (например, программируемая пользователем вентильная матрица). В некоторых вариантах осуществления изобретения программируемая пользователем вентильная матрица может взаимодействовать с микропроцессором для выполнения одного из описанных здесь способов. Как правило, способы предпочтительно выполняет какое-либо аппаратное устройство.
Вышеописанные варианты осуществления изобретения просто приведены в качестве иллюстративных примеров принципов из настоящего изобретения. Понятно, что для специалистов в данной области техники очевидны возможности видоизменений и изменений описанных здесь устройств и подробностей. Следовательно, подразумевают, что настоящее изобретение ограничено только лишь объемом приведенной ниже формулы изобретения, а не конкретными подробностями, представленными здесь посредством описания и объяснения вариантов осуществления изобретения.