УСТРОЙСТВО И СПОСОБ ДЛЯ КОДИРОВАНИЯ ИЛИ ДЕКОДИРОВАНИЯ МНОГОКАНАЛЬНОГО СИГНАЛА С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ КОЭФФИЦИЕНТА ПЕРЕДАЧИ ПОБОЧНОГО СИГНАЛА И КОЭФФИЦИЕНТА ПЕРЕДАЧИ ОСТАТОЧНОГО СИГНАЛА
APPARATUS AND METHOD FOR ENCODING OR DECODING MULTICHANNEL SIGNAL USING SIDE SIGNAL TRANSMISSION COEFFICIENT AND RESIDUAL SIGNAL TRANSMISSION COEFFICIENT

Настоящее изобретение относится к области техники кодирования звукового сигнала и, в частности, к области техники стереофонического или многоканального кодирования/декодирования.
Способы современного уровня техники для параметрического кодирования с потерями стереофонических сигналов на низких скоростях передачи битов основаны на параметрической стереофонии, которая стандартизована в Части 3 MPEG-4. Общая идея состоит в том, чтобы уменьшать количество каналов, вычисляя сигнал понижающего микширования из двух входных каналов после извлечения стереофонических параметров, которые отправляются в виде побочной информации в декодер. Этими стереофоническими параметрами обычно являются межканальную разность уровней, ILD, межканальная разность фаз, IPD, и межканальная когерентность, ICC, которые рассчитываются в поддиапазонах, и которые до известной степени фиксируют пространственный образ.
Декодер выполняет повышающее микширование монофонического входного сигнала, создавая два канала, удовлетворяющих соотношениям ILD, IPD и ICC. Это делается посредством матрицирования входного сигнала вместе с декоррелированным вариантом того сигнала, который сформирован на декодере.
Например, было обнаружено, что использование таких параметров навлекает значительную сложность применительно к расчету и обработке этих параметров. В частности, параметр ILD проблематичен, поскольку он может иметь значения, которые очень малы или очень велики, и этот почти неограниченный диапазон значений провоцирует проблемы в отношении эффективного расчета, квантования, и т.д.
Цель настоящего изобретения состоит в том, чтобы предоставить улучшенную концепцию для обработки многоканальных данных.
Эта цель достигается устройством для кодирования многоканального сигнала в соответствии с пунктом 1 формулы изобретения, устройством для декодирования кодированного многоканального сигнала в соответствии с пунктом 25 формулы изобретения, способом кодирования многоканального сигнала по пункту 41 формулы изобретения, способом декодирования кодированного многоканального сигнала по пункту 42 формулы изобретения, компьютерной программой по пункту 43 формулы изобретения или кодированным многоканальным сигналом по пункту 44 формулы изобретения.
Настоящее изобретение по первому аспекту основано на открытии, что, в противоположность предшествующему уровню техники, перенята иная процедура параметрического кодирования, которая полагается на два параметра коэффициента передачи (усиления), то есть, параметр коэффициента передачи побочного сигнала и параметр коэффициента передачи остаточного сигнала. Оба параметра коэффициента передачи рассчитываются из первого канала по меньшей мере из двух каналов многоканального сигнала и второго канала по меньшей мере из двух каналов многоканального сигнала. Оба из этих параметров коэффициента передачи, то есть, коэффициент передачи побочного сигнала и коэффициент передачи остаточного сигнала, передаются или сохраняются, или, как правило, выводятся вместе с сигналом понижающего микширования, который рассчитан из многоканального сигнала понижающим микшером.
Варианты осуществления настоящего изобретения по первому аспекту основаны на новом подходе среднего/побочного сигналов, приводя к новому набору параметров: в кодировщике, преобразование среднего/побочного сигналов применяется к входным каналам, которые вместе захватывают полную информацию двух входных каналов. Средний сигнал является средневзвешенным значением левого и правого каналов, где веса имеют комплексные значения и выбираются, чтобы компенсировать разности фаз. Соответственно, побочный сигнал является соответствующей взвешенной разностью входных каналов. Только средний сигнал подвергается кодированию формы сигнала, в то время как побочный сигнал моделируется параметрически. Кодировщик действует в поддиапазонах, где он извлекает IPD и два параметра коэффициента передачи в качестве стереофонических параметров. Первый коэффициент передачи, который будет упоминаться как коэффициент передачи побочного сигнала, является результатом прогнозирования побочного сигнала по среднему сигналу и второму коэффициенту передачи, который будет упоминаться как коэффициент передачи остаточного сигнала, захватывает энергию остатка относительно энергии среднего сигнала. Средний сигнал, в таком случае, служит в качестве сигнала понижающего микширования, который передается параллельно стереофоническим параметрам в декодер.
Декодер синтезирует два канала, оценивая утраченный побочный канал на основании коэффициента передачи побочного сигнала и коэффициента передачи остаточного сигнала, и используя замещение остатка.
Настоящее изобретение по первому аспекту полезно по той причине, что, коэффициент передачи побочного сигнала с одной стороны и коэффициент передачи остаточного сигнала с другой стороны являются коэффициентами передачи, которые ограничены некоторым небольшим диапазоном чисел. В частности, коэффициент передачи побочного сигнала, в предпочтительных вариантах осуществления, ограничен диапазоном от -1 до +1, а коэффициент передачи остаточного сигнала также ограничен диапазоном 0 и 1. И то, что даже более полезно в предпочтительном варианте осуществления, состоит в том, что коэффициент передачи остаточного сигнала зависит от коэффициента передачи побочного сигнала, так что диапазон значений, которые может иметь коэффициент передачи остаточного сигнала, становится тем меньшим, чем большим становится коэффициент передачи побочного сигнала.
В частности, коэффициент передачи побочного сигнала рассчитывается в качестве прогнозного коэффициента передачи побочного сигнала, который применим к среднему сигналу первого и второго каналов, для того чтобы прогнозировать побочный сигнал первого и второго каналов. И вычислитель параметров также выполнен с возможностью рассчитывать коэффициент передачи остаточного сигнала в качестве прогнозного коэффициента передачи остаточного сигнала, указывающего энергию или амплитуду остаточного сигнала такого прогноза побочного сигнала по среднему сигналу и коэффициенту передачи побочного сигнала.
Однако, важно, что не нужно фактически выполнять прогнозирование на стороне декодера или фактически кодировать побочный сигнал на стороне кодировщика. Взамен, коэффициент передачи побочного канала и коэффициент передачи остаточного сигнала могут рассчитываться, пользуясь только связанными с амплитудой показателями, такими как энергии, мощности или другие характеристики, связанные с амплитудой левого и правого каналов. Дополнительно, расчет коэффициента передачи побочного сигнала и коэффициента передачи остаточного сигнала связан только со скалярным произведением между обоими каналами, то есть, любые другие каналы кроме левого канала и правого канала, такие как сам канал понижающего микширования или сам побочный канал не обязательно должны подвергаться расчету в вариантах осуществления. Однако в других вариантах осуществления может рассчитываться побочный сигнал, могут рассчитываться испытания для прогнозов, и могут рассчитываться параметры коэффициента передачи, такие как коэффициент передачи побочного сигнала и коэффициент передачи остаточного сигнала, который ассоциативно связан с некоторым прогнозом коэффициента передачи побочного сигнала, давая в результате предопределенный критерий в разных испытаниях, такой как минимальная энергия остаточного или остаточного сигнала. Таким образом, существует высокая гибкость и тем не менее низкая сложность, что касается расчета коэффициента передачи побочного сигнала с одной стороны и коэффициента передачи остаточного сигнала с другой стороны.
Есть два примерных преимущества параметров коэффициента передачи над ILD и ICC. Во-первых, они естественно лежат в конечных интервалах (коэффициент передачи побочного сигнала в [-1,1], а коэффициент передачи остаточного сигнала в [0,1]) в противоположность параметру ILD, который может произвольно принимать большие или малые значения. И, во-вторых, расчет менее сложен, поскольку он включает в себя всего лишь одну оценку специальной функцией, тогда как расчет ILD и ICC включает в себя две.
Предпочтительные варианты осуществления первого аспекта полагаются на расчет параметров в спектральной области, то есть, параметры рассчитываются для разных элементов разрешения по частоте или, предпочтительнее, для разных поддиапазонов, где каждый поддиапазон содержит определенное количество элементов разрешения по частоте. В предпочтительном варианте осуществления, количество элементов разрешения по частоте в пределах поддиапазона возрастает от нижних к верхним поддиапазонам, для того чтобы подражать характеристике слухового восприятия человека, то есть, чтобы верхние полосы покрывали более высокие частотные диапазоны или полосы пропускания, а нижние полосы покрывали более низкие частотные диапазоны или полосы пропускания.
В предпочтительном варианте осуществления, понижающий микшер рассчитывает сигнал понижающего микширования с абсолютной фазовой компенсацией, где, на основании параметра IPD, сдвиги фазы применяются к левому и правому каналам, но фазовая компенсация выполняется таким образом, чтобы канал, имеющий большую энергию, сдвигался меньше, чем канал, имеющий меньшую энергию. Для расчета фазовой компенсации, предпочтительно используется коэффициент передачи побочного сигнала, однако, в других вариантах осуществления, может использоваться любое другое понижающее микширование, и это также является особым преимуществом настоящего изобретения, что параметрическое представление побочного сигнала, то есть, коэффициент передачи побочного сигнала с одной стороны и коэффициент передачи остаточного сигнала с другой стороны, рассчитываются только на основании исходных первого и второго каналов, и никакая информация о передаваемом понижающем микшировании не требуется. Таким образом, понижающее микширование может использоваться вместе с новым параметрическим представлением, состоящим из коэффициента передачи побочного сигнала и коэффициента передачи остаточного сигнала, но настоящее изобретение также особенно полезно для применения вместе с абсолютной фазовой компенсацией, которая основана на коэффициенте передачи побочного сигнала.
-1
В дополнительном варианте осуществления абсолютной фазовой компенсации, параметр фазовой компенсации в частности рассчитывается на основании специального предопределенного числа, так чтобы особая точка функции арктангенса (atan или tan), которая фигурирует в расчете параметра фазовой компенсации, перемещалась от центра в определенное боковое положение. Это смещение особой точки гарантирует, что никакие проблемы, обусловленные особой точкой, не возникают для фазовых сдвигов +/- 180° и параметра коэффициента передачи, близкого к 0, то есть, левого и правого каналов, которые имеют до некоторой степени сходные энергии. Было обнаружено, что такие сигналы встречаются довольно часто, но сигналы, не совпадающие по фазе друг с другом, а имеющие разность, например, между 3 и 12 дБ или около 6 дБ, не встречаются в естественных условиях. Таким образом, хотя особые точки всего лишь смещаются, было обнаружено, что это смещение тем не менее улучшает общие рабочие характеристики понижающего микшера, поскольку это смещение обеспечивает то, что особая точка встречается в ситуации комбинации сигналов, которая возникает, в нормальных условиях, гораздо реже, чем там, где имеет свою особую точку простая функция арктангенса.
Дополнительные варианты осуществления используют зависимость коэффициента передачи побочного сигнала и коэффициента передачи остаточного сигнала для реализации эффективной процедуры квантования. С этой целью, предпочтительно выполнять совместное квантование, которое, в первом варианте осуществления, выполняется так, чтобы сначала квантовался коэффициент передачи побочного сигнала, а затем квантовался коэффициент передачи остаточного сигнала с использованием шагов квантования, которые основаны на значении коэффициента передачи побочного сигнала. Однако, другие варианты осуществления полагаются на совместное квантование, где оба параметра квантуются в единый код, и некоторые порции этого кода полагаются на определенные группы точек квантования, которые принадлежат к некоторой характеристике разности уровней двух каналов, которые кодируются кодировщиком.
Второй аспект относится к устройству для понижающего микширования многоканального сигнала, содержащего по меньшей мере два канала, устройство содержит: понижающий микшер для расчета сигнала понижающего микширования из многоканального сигнала, при этом понижающий микшер выполнен с возможностью рассчитывать понижающее микширование с использованием абсолютной фазовой компенсации, так чтобы сдвигался по фазе только канал, имеющий меньшую энергию среди по меньшей мере двух каналов, или сдвигался по фазе сильнее, чем канал, имеющий большую энергию, при расчете сигнала понижающего микширования; и выходной интерфейс для формирования выходного сигнала, выходной сигнал содержит информацию о сигнале понижающего микширования.
Предпочтительно сдвиг фазы выполняется предпочтительно над второстепенным каналом, но в ситуациях с малой разницей энергий может быть случай, в котором второстепенный канал не всегда сдвигается по фазе больше, чем главный канал. Но, если отношение энергий достаточно велико или достаточно мало, то предпочтительный вариант осуществления сдвигает фазу второстепенного канала больше, чем главного канала. Таким образом, предпочтительно, второстепенный канал сдвигается по фазе больше, чем главный канал, только когда разность энергий значительна или является большей, чем предопределенное пороговое значение, такое как 1 дБ или более. Это применяется не только к понижающему микшеру, но также и к повышающему микшеру.
Предпочтительные варианты осуществления настоящего изобретения впоследствии обсуждены со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых:
фиг. 1 - структурная схема устройства для кодирования многоканального сигнала по варианту осуществления;
фиг. 2 - структурная схема варианта осуществления вычислителя параметров;
фиг. 3 - дополнительный вариант осуществления вычислителя параметров;
фиг. 4 - вариант осуществления понижающего микшера, выполняющего абсолютную фазовую компенсацию;
фиг. 5a - структурная схема варианта осуществления выходного интерфейса, выполняющего специальное квантование;
фиг. 5b указывает примерное кодовое слово;
фиг. 6 - вариант осуществления устройства для декодирования кодированного многоканального сигнала;
фиг. 7 - вариант осуществления повышающего микшера;
фиг. 8 - вариант осуществления синтезатора остаточного сигнала;
фиг. 9 - вариант осуществления для входного интерфейса;
фиг. 10a иллюстрирует обработку перекрывающихся кадров;
фиг. 10b иллюстрирует вариант осуществления время-спектрального преобразователя;
фиг. 10c иллюстрирует спектр левого канала и правого канала и строение разных поддиапазонов;
фиг. 10d иллюстрирует вариант осуществления для спектрально-временного преобразователя;
фиг. 11 иллюстрирует линии для условного квантования в первом варианте осуществления;
фиг. 12 иллюстрирует линии для совместного квантования в соответствии с дополнительным вариантом осуществления; и
фиг. 13 иллюстрирует точки совместного квантования для коэффициента передачи побочного сигнала и коэффициента передачи остаточного сигнала.
Фиг. 1 иллюстрирует устройство для кодирования многоканального сигнала, содержащего по меньшей мере два канала. В частности, многоканальный сигнал проиллюстрирован под 100 на фиг. 1 и имеет первый канал 101 и второй канал 102, и никаких дополнительных каналов или произвольно выбранное количество дополнительных каналов, где добавочный дополнительный канал проиллюстрирован под 103.
Многоканальный сигнал 100 вводится в понижающий микшер 120 для расчета сигнала 122 понижающего микширования из многоканального сигнала 100. Понижающий микшер, для расчета многоканального сигнала, может использовать первый канал 101, второй канал 102 и третий канал 103 или только первый и второй каналы, или все каналы многоканального сигнала в зависимости от конкретной реализации.
Более того, устройство для кодирования содержит вычислитель 140 параметров для расчета коэффициента 141 передачи побочного канала из первого канала 101 и второго канала 102 по меньшей мере из двух каналов и, дополнительно, вычислитель 104 параметров рассчитывает коэффициент 142 передачи остаточного сигнала из первого канала и второго канала. В других вариантах осуществления, необязательная межканальная разность фаз (IPD) также рассчитывается, как проиллюстрировано под 143. Сигнал 122 понижающего микширования, коэффициент 141 передачи побочного сигнала и коэффициент 142 передачи остаточного сигнала пересылаются в выходной интерфейс 160, который формирует кодированный многоканальный сигнал 162, который содержит информацию о сигнале 122 понижающего микширования, о коэффициенте 141 передачи побочного сигнала и коэффициенте 142 передачи остаточного сигнала.
Должно быть отмечено, что коэффициент передачи побочного сигнала и коэффициент передачи остаточного сигнала типично рассчитываются для кадров, так чтобы, применительно к каждому кадру, рассчитывались единый коэффициент передачи побочного сигнала и единый коэффициент передачи остаточного сигнала. В других вариантах осуществления, однако, не только единый коэффициент передачи побочного сигнала и единый коэффициент передачи остаточного сигнала рассчитываются для каждого кадра, но и группа коэффициентов передачи побочного сигнала и группа коэффициентов передачи остаточного сигнала рассчитываются для кадра, где каждый коэффициент передачи побочного сигнала и каждый коэффициент передачи остаточного сигнала связаны с конкретным поддиапазоном первого канала и второго канала. Таким образом, в предпочтительных вариантах осуществления, вычислитель параметров рассчитывает, для каждого кадра первого и второго каналов, группу коэффициентов передачи побочного сигнала и группу коэффициентов передачи остаточного сигнала, где количество коэффициентов передачи побочного и остаточного сигналов для кадра типично равно количеству поддиапазонов. Когда применяется время-спектральное преобразование высокого разрешения, такое как ДПФ (дискретное преобразование Фурье, DFT), коэффициент передачи побочного сигнала и коэффициент передачи остаточного сигнала для конкретного поддиапазона рассчитываются из группы элементов разрешения по частоте первого канала и второго канала. Однако, когда применяется время-частотное преобразование низкого разрешения, которое дает в результате сигналы поддиапазонов, тогда вычислитель 140 параметров рассчитывает, для каждого поддиапазона, или даже для группы поддиапазонов, коэффициент передачи побочного сигнала и коэффициент передачи остаточного сигнала.
Когда коэффициент передачи побочного сигнала и коэффициент передачи остаточного сигнала рассчитываются для группы сигналов поддиапазона, тогда разрешение параметра уменьшается, давая в результате более низкую скорость передачи битов, но также приводя к представлению в более низком качестве параметрического представления побочного сигнала. В других вариантах осуществления, разрешение по времени также может быть модифицировано так, чтобы коэффициент передачи побочного сигнала и коэффициент передачи остаточного сигнала не рассчитывались для каждого кадра, но рассчитывались для группы кадров, где группа кадров содержит два или более кадров. Таким образом, в каждом варианте осуществления, предпочтительно рассчитывать связанные с поддиапазонами коэффициенты передачи побочного/остаточного сигналов, где коэффициенты передачи побочного/остаточного сигналов относятся к конкретному поддиапазону, если не относятся к группе кадров, содержащей два или более кадров. Таким образом, в соответствии с настоящим изобретением, разрешение по времени и частоте расчета параметров, выполняемого блоком 140, может быть модифицировано с высокой гибкостью.
Вычислитель 140 параметров предпочтительно реализован, как в общих чертах обрисовано на фиг. 2, что касается первого варианта осуществления, или как в общих чертах изложено на фиг. 3, что касается второго варианта осуществления. В варианте осуществления по фиг. 2, вычислитель параметров содержит первый время-спектральный преобразователь 21 и второй время-спектральный преобразователь 22. Более того, вычислитель 140 параметров по фиг. 1 содержит вычислитель 23 для расчета первой связанной с амплитудой характеристики и вычислитель 24 для расчета второй связанной с амплитудой характеристики, и вычислитель 25 для расчета скалярного произведения выходных данных блоков 21 и 22, то есть, спектрального представления первого и второго каналов.
Выходные данные блоков 23, 24, 25 пересылаются в вычислитель 26 коэффициента передачи побочного сигнала и также пересылаются в вычислитель 27 коэффициента передачи остаточного сигнала. Вычислитель 26 коэффициента передачи побочного сигнала и вычислитель 27 коэффициента передачи остаточного сигнала применяют конкретное соотношение между первой связанной с амплитудой характеристикой, второй связанной с амплитудой характеристикой и скалярным произведением и соотношение, применяемое вычислителем коэффициента передачи остаточного сигнала для комбинирования обоих входных сигналов, отлично от соотношения, которое применяется вычислителем 26 коэффициента передачи побочного сигнала.
В предпочтительном варианте осуществления, первой и второй связанными с амплитудой характеристиками являются энергии в поддиапазонах. Однако другие связанные с амплитудой характеристики относятся к амплитудам в самих поддиапазонах, относятся к мощностям сигнала в поддиапазонах или относятся к любым другим степеням амплитуд с показателем степени, большим чем 1, где показатель степени может быть вещественным числом, большим, чем 1, или целым числом, большим, чем 1, таким как целое число 2, относящееся к мощности сигнала и энергии, или относящимся к числу 3, которое ассоциативно связано с уровнем громкости, и т.д. Таким образом, каждая связанная с амплитудой характеристика может использоваться для расчета коэффициента передачи побочного сигнала и коэффициента передачи остаточного сигнала.
В предпочтительном варианте осуществления, вычислитель коэффициента передачи побочного сигнала и вычислитель 27 коэффициента передачи остаточного сигнала выполнены с возможностью рассчитывать коэффициент передачи побочного сигнала в качестве прогнозного коэффициента передачи побочного сигнала, который применим к среднему сигналу первого и второго каналов для прогнозирования побочного сигнала первого и второго каналов, или вычислитель параметров и, в частности, вычислитель 27 коэффициента передачи остаточного сигнала выполнен с возможностью рассчитывать коэффициент передачи остаточного сигнала в качестве прогнозного коэффициента передачи остаточного сигнала, указывающего связанный с амплитудой показатель остаточного сигнала прогноза побочного сигнала по среднему сигналу с использованием коэффициента передачи побочного сигнала.
В частности, вычислитель 140 параметров и вычислитель 26 коэффициента передачи побочного сигнала по фиг. 2 выполнены с возможностью рассчитывать побочный сигнал с использованием дроби, имеющей числитель и знаменатель, при этом числитель содержит характеристику амплитуды первого и второго каналов, а знаменатель содержит характеристику амплитуды первого и второго каналов, а также значение, выведенное из скалярного произведения. Значение, выведенное из скалярного произведения, предпочтительно является абсолютным значением скалярного произведения, но, в качестве альтернативы, может быть любой степенью абсолютного значения, такой как степень, большая чем 1, или даже может быть характеристикой, отличной от абсолютного значения, такой как комплексно-сопряженный член или само скалярное произведение, или так далее.
В дополнительном варианте осуществления, вычислитель параметров, вычислитель 27 коэффициента передачи остаточного сигнала по фиг. 2, также использует дробь, имеющую числитель и знаменатель, тот и другой используют значение, выведенное из скалярного произведения и, дополнительно, другие параметры. Вновь, значение, выведенное из скалярного произведения, предпочтительно является абсолютным значением скалярного произведения, но, в качестве альтернативы, может быть любой степенью абсолютного значения, такой как степень, большая чем 1, или даже может быть характеристикой, отличной от абсолютного значения, такой как комплексно-сопряженный член или само скалярное произведение, или так далее.
В частности, вычислитель 26 побочного сигнала по фиг. 2 выполнен с возможностью использовать, для расчета коэффициента передачи побочного сигнала, разность энергий первых каналов, а знаменатель использует сумму энергий или характеристики амплитуды обоих каналов и, дополнительно, скалярное произведение и, предпочтительно, удвоенное скалярное произведение, но также могут использоваться другие множители для скалярного произведения.
Вычислитель 27 коэффициента передачи остаточного сигнала выполнен с возможностью для использования, в числителе, взвешенной суммы характеристик амплитуды первого и второго каналов, и скалярного произведения, где скалярное произведение вычитается из взвешенной суммы характеристик амплитуды первого и второго каналов. Знаменатель для расчета вычислителем коэффициента передачи остаточного сигнала содержит сумму характеристик амплитуды первого и второго каналов, и скалярное произведение, где скалярное произведение предпочтительно умножается на два, но также может умножаться на другие коэффициенты.
Более того, как проиллюстрировано соединительной линией 28, вычислитель 27 коэффициента передачи остаточного сигнала выполнен с возможностью для расчета коэффициента передачи остаточного сигнала с использованием коэффициента передачи побочного сигнала, рассчитанного вычислителем коэффициента передачи побочного сигнала.
В предпочтительном варианте осуществления, коэффициент передачи остаточного сигнала и коэффициент передачи побочного сигнала действуют, как изложено ниже. В частности, могут рассчитываться или не рассчитываться межканальные разности фаз по полосам, которые будут описаны позднее. Однако, перед конкретным изложением в общих чертах расчета коэффициента передачи побочного сигнала, как проиллюстрировано позднее в уравнении (9) и особенно предпочтительного расчета коэффициента передачи побочного сигнала, как проиллюстрировано позднее в уравнении (10), приведено дополнительное описание кодировщика, которое также обращается к расчету IPD и понижающего микширования в дополнение к расчету параметров коэффициента передачи.
Кодирование стереофонических параметров и вычисление сигнала понижающего микширования выполняется в частотной области. Для этой цели время-частотные векторы  и  левого и правого каналов формируются одновременным применением окна анализа, сопровождаемым дискретным преобразованием Фурье (DFT): Элементы разрешения ДПФ группируются в поддиапазоны  ∈ , соответственно,  ∈ , где  обозначает набор индексов поддиапазонов.
Расчет IPD и понижающего микширования
Что касается понижающего микширования, межканальная разность фаз (IPD) по полосам рассчитывается в виде
t,b
IPD = arg()
(1)
z*
z
где  обозначает комплексно-сопряженное значение от . Это используется для формирования среднего и побочного сигналов по полосам
(2)
и
(3)
k
β
для ∈. Параметр  абсолютного сдвига фазы имеет вид
β = )
(4)
(x,y)
x
π
g
=
π
t,b
где  обозначает коэффициент передачи побочного сигнала, который будет задан ниже. Здесь, atan2(y,x) - функция арктангенса двух аргументов, чьим значением является угол между точкой и положительной осью . Она предназначена для выполнения компенсации IPD предпочтительно над каналом, который имеет меньшую энергию. Коэффициент 2 перемещает особую точку в  = ± и 0 на  = ±и  = -1/3. Таким образом, перебрасывание βизбегается в ситуациях несовпадения по фазе с приблизительно равным распределением энергии в левом и правом каналах. Сигнал понижающего микширования формируется посредством применения обратного ДПФ к , сопровождаемого окном синтеза и суммированием с перекрытием.
В других вариантах осуществления, другие функции арктангенса, отличные от функции atan2, также могут использоваться, такие как простая функция арктангенса, но функция atan2 предпочтительна вследствие своего безопасного применения к поставленной задаче.
Расчет параметров коэффициента передачи
Дополнительно к IPD по полосам, извлекаются два дополнительных стереофонических параметра. Оптимальный коэффициент передачи для прогнозирования  по , то есть число , такое чтобы энергия остатка
(5)
была минимальна, а коэффициент усиления , который, если применяется к среднему сигналу , выравнивал энергию , и  в каждой полосе, то есть
(6)
Оптимальный прогнозный коэффициент передачи может рассчитываться из энергий поддиапазонов
(7)
и абсолютного значения скалярного произведения  и
(8)
в виде
(9)
Из этого следует, что  лежит в [-1,1]. Коэффициент передачи остаточного сигнала может рассчитываться аналогично из энергий и скалярного произведения в виде
(10)
что означает
0 ≤  ≤
(11)
В частности, это показывает, что  ∈[0,1].Таким образом, стереофонические параметры могут рассчитываться независимо от понижающего микширования посредством расчета соответствующих энергий и скалярного произведения. В частности, не обязательно вычислять остаточный сигнал , для того чтобы вычислить его энергию. Примечательно, что расчет коэффициентов передачи включает в себя только одну оценку специальной функцией, тогда как расчет ILD и ICC из ,  и  включает в себя две, а именно, корень квадратный и логарифм:
IL
(12)
и
(13)
Понижение разрешения параметров
h
Если требуется более низкое разрешение параметров, которое задано длиной окна, можно вычислять параметры коэффициента передачи на  следующих друг за другом окнах, замещая  на
(14)
и , соответственно,  на
(15)
в (9) и (10). Коэффициент передачи побочного сигнала в таком случае является взвешенным средним коэффициентов передачи побочного сигнала для отдельных окон, где веса зависят от энергии  или зависят от энергий  по поддиапазонам, при этом s - индекс суммирования в уравнениях 14 и 15.
Подобным образом, значения IPD затем рассчитываются на нескольких окнах в виде
(16)
Предпочтительно, вычислитель 140 параметров, проиллюстрированный на фиг. 1, выполнен с возможностью рассчитывать представление по поддиапазонам в виде последовательности комплекснозначных спектров, где каждый спектр связан с временным кадром первого канала или второго канала, где временные кадры последовательности являются смежными друг с другом, и где смежные временные кадры перекрываются друг с другом.
Более того, генератор 140 параметров выполнен с возможностью рассчитывать первый и второй связанные с амплитудой показатели, возводя в квадрат модули комплексных спектральных значений в поддиапазоне и суммируя возведенные в квадрат модули в поддиапазоне, например, как также проиллюстрировано ранее в уравнении (7), где индекс b обозначает поддиапазон.
Более того, как также в общих чертах изложено в уравнении 8, вычислитель 140 параметров и, в частности, вычислитель 25 скалярного произведения по фиг. 2 выполнен с возможностью рассчитывать скалярное произведение, суммируя, в поддиапазоне, произведения, при этом каждое произведение включает в себя спектральное значение в элементе разрешения по частоте первого канала и комплексно-сопряженное спектральное значение второго канала для элемента разрешения по частоте. Впоследствии, формируется модуль результата суммирования.
Как также в общих чертах изложено в уравнениях с 1 по 4, предпочтительно использовать абсолютную фазовую компенсацию. Таким образом, в этом варианте осуществления, понижающий микшер 120 выполнен с возможностью рассчитывать понижающее микширование 122 с использованием абсолютной фазовой компенсации, так чтобы только канал, имеющий меньшую энергию среди двух каналов, сдвигался по фазе или сдвигался по фазе сильнее, чем другой канал, который имеет большую энергию, при расчете сигнала понижающего микширования. Такой понижающий микшер 120 проиллюстрирован на фиг. 4. В частности, понижающий микшер содержит вычислитель 30 межканальной разности фаз (IPD), вычислитель 32 абсолютного сдвига фазы, вычислитель 34 понижающего микширования и вычислитель 36 разности энергий или коэффициента передачи побочного канала. Должно быть подчеркнуто, что вычислитель 36 разности энергий или коэффициента передачи побочного сигнала может быть реализован в качестве вычислителя 26 коэффициента передачи побочного сигнала на фиг. 2. Однако, в качестве альтернативы, в целях сдвига фазы, также может быть другая реализация в блоке 36, которая рассчитывает только разность энергий или, вообще, разность связанных с амплитудой характеристик, которыми могут быть энергия, мощность или сами амплитуды, или степени амплитуд, которые складываются друг с другом, где степень является отличной от двух, такой как степень между одним и двумя, или большая чем два.
В частности, показатель степени или степень три, например, соответствует скорее уровню громкости, чем энергии.
В частности, вычислитель 30 IPD по фиг. 4 выполнен с возможностью рассчитывать межканальную разность фаз типично для каждого поддиапазона из множества поддиапазонов каждого из первого и второго каналов 101, 102, введенных в блок 30. Более того, понижающий микшер имеет параметр абсолютного сдвига фазы, вновь типично для каждого поддиапазона из множества поддиапазонов, который действует на основании разности энергий, предоставленной блоком 36, между первым и вторым каналом или, вообще, на основании разности связанных с амплитудой характеристик между обоими каналами 101, 102. Дополнительно, вычислитель 34 понижающего микширования выполнен с возможностью взвешивать, при расчете сигнала понижающего микширования, первый и второй каналы с использованием параметров IPD и параметров абсолютного сдвига фазы, указанных в качестве β.
Предпочтительно, блок 36 реализован в качестве вычислителя коэффициента передачи побочного сигнала, так что вычислитель абсолютного сдвига фазы действует на основании коэффициента передачи побочного сигнала.
Таким образом, блок 30 по фиг. 4 выполнен с возможностью для реализации уравнения (1), блок 32 выполнен с возможностью для реализации уравнения (4), и блок 34 выполнен с возможностью для реализации уравнения (2) в предпочтительном варианте осуществления.
t,b
В частности, коэффициент 2 в уравнении (4) перед членом, включающим в себя коэффициент g передачи побочного сигнала, может быть установлен отличным от 2 и, например, предпочтительно может быть значением между 0,1 и 100. Естественно, к тому же, также могут использоваться -0,1 и -100. Это значение гарантирует, что особая точка, существующая на IPD в +-180° для почти равных левого и правого каналов, перемещается в другое место, то есть, на другой коэффициент передачи побочного сигнала, например, -1/3, применительно к коэффициенту 2. Однако могут использоваться другие коэффициенты, отличные от 2. Эти другие коэффициенты, в таком случае, перемещают особую точку на другой параметр коэффициента передачи побочного сигнала с -1/3. Было показано, что все эти разные коэффициенты пригодны, поскольку эти коэффициенты добиваются, чтобы проблематичная особая точка находилась на «месте» в звуковом пространстве, имеющем ассоциативно связанные сигналы левого и правого канала, которые типично встречается реже, чем сигналы, не совпадающие по фазе и имеющие равную или почти равную энергию.
В предпочтительном варианте осуществления, выходной интерфейс 160 по фиг. 1 выполнен с возможностью для выполнения квантования параметрической информации, то есть, квантования коэффициента передачи побочного сигнала, как предусмотрено на линии 141 вычислителем 140 параметров, и коэффициента передачи остаточного сигнала, как предусмотрено на линии 142 из вычислителя 140 параметров по фиг. 1.
В частности, в варианте осуществления, где коэффициент передачи остаточного сигнала зависит от коэффициента передачи побочного сигнала, если предпочтительно квантовать коэффициент передачи побочного сигнала, чтобы затем квантовать коэффициент передачи остаточного сигнала, при этом в данном варианте осуществления, шаг квантования для коэффициента передачи остаточного сигнала зависит от значения коэффициента передачи побочного сигнала.
В частности, это проиллюстрировано на фиг. 11 и аналогично также на фиг. 12 и 13.
2
1/2
Фиг. 1 показывает линии для условного квантования. В частности, было показано, что коэффициент передачи остаточного сигнала всегда находится в диапазоне, определенном посредством (1-g). Таким образом, когда g = 0, тогда r может находиться в диапазоне между 0 и 1. Однако, когда g равен 0,5, тогда r может находиться в диапазоне 0,866 и 0. Более того, например, когда g = 0,75, то диапазон r ограничен между 0 и 0,66. В предельном варианте осуществления, где g = 0,9, в таком случае, r может находиться только в диапазоне между 0 и 0,43. Более того, когда g = 0,99, тогда r, например, может находиться только в диапазоне между 0 и 0,14.
Таким образом, эта зависимость может использоваться при уменьшении размера шага квантования применительно к квантованию коэффициента передачи остаточного сигнала для больших коэффициентов передачи побочного сигнала. Таким образом, когда рассматривается фиг. 11, вертикальные линии, которые показывают диапазон значений для r, всегда разделены на некоторое целое число, такое как 8, так чтобы каждая линия имела восемь шагов квантования. Таким образом, ясно, что, применительно к линиям, отражающим более высокие коэффициенты передачи побочного сигнала, шаг квантования является меньшим, чем для линий, которые имеют более низкие коэффициенты передачи побочного сигнала. Таким образом, более высокие коэффициенты передачи побочного сигнала могут квантоваться более мелко без какого бы то ни было повышения скорости передачи битов.
В дополнительном варианте осуществления, квантователь выполнен с возможностью выполнять совместное квантование с использованием групп точек квантования, каждая группа точек квантования определяется постоянным связанным с амплитудой отношением между первым и вторым каналом. Одним из примеров для связанного с амплитудой отношения является энергия между левым и правым каналами, то есть, это означает линии для одного и того же ILD между первым и вторым каналами, как проиллюстрировано на фиг. 12. В этом варианте осуществления, выходной интерфейс сконфигурирован, как проиллюстрировано на фиг. 5a, и содержит вычислитель ILD по поддиапазонам, который принимает, в качестве входного сигнала, первый канал и второй канал или, в качестве альтернативы, коэффициент g передачи побочного сигнала и коэффициент r передачи остаточного сигнала. Вычислитель ILD по поддиапазонам, указанный номером 50 позиции, выдает некоторый ILD для значений g, r параметров, которые должны квантоваться. ILD или, как правило, связанное с амплитудой отношение, пересылается в обнаружитель 52 соответствия группы. Обнаружитель 52 соответствия группы определяет группу с наилучшим соответствием и пересылает эту информацию в обнаружитель 54 соответствия точки. Как обнаружитель 52 соответствия группы, так и обнаружитель 54 соответствия точки поставляют информацию в построитель 56 кодов, который в заключение выдает код, такой как кодовое слово из кодовой книги.
В частности, построитель кодов принимает знак коэффициента g передачи побочного сигнала и определяет знаковый бит 57a, проиллюстрированный на фиг. 5b, показывающей код для g, r применительно к поддиапазону. Более того, обнаружитель соответствия группы, который определил определенную группу точек квантования, соответствующую определенному ILD, выдает биты с 2 по 5, проиллюстрированные под 57b, в качестве ID (идентификатора) группы. В заключение, обнаружитель соответствия точки выдает биты с 6 по 8 в варианте осуществления по фиг. 5b, проиллюстрированные на фигуре под 57c, где эти биты указывают ID точки, то есть, ID точки квантования в пределах группы, указываемой битами 57b. Хотя фиг. 5b указывает восьмибитный код, имеющий одиночный знаковый бит, четыре бита группы и три бита точки, могут использоваться другие коды, имеющие знаковый бит и более или менее многочисленные биты группы и более или менее многочисленные биты точки. Вследствие того обстоятельства, что коэффициент передачи побочного сигнала имеет положительные и отрицательные значения, биты группы и биты точки, то есть, набор битов 57b и набор битов 57c, имеют только чисто отрицательные или, предпочтительно, чисто положительные значения, и если знаковый бит указывает отрицательный знак, то коэффициент передачи остаточного сигнала всегда декодируется в качестве положительного значения, но коэффициент передачи побочного сигнала, в таком случае, декодируется в качестве отрицательного значения, что означает, что энергия левого канала находится ниже, чем энергия правого канала, когда правило, как проиллюстрированное в уравнении 9, применяется для расчета коэффициента передачи побочного сигнала.
Впоследствии, в общих чертах изложены варианты осуществления для квантования.
Квантование коэффициента передачи побочного и остаточного сигналов
g
r
,
,
r
g
Неравенства в (11) показывают строгую зависимость коэффициента передачи остаточного сигнала от коэффициента передачи побочного сигнала, поскольку последний определяет диапазон первого. Квантование коэффициента передачи побочного сигнала и коэффициента передачи остаточного сигнала независимо, посредством выбора точек квантования в [-11] и [01], поэтому, неэффективно, поскольку количество возможных точек квантования для возрастало бы по мере того, как приближается к ±1.
Условное квантование
g
r
Есть разные способы справляться с этой проблемой. Легчайший способ состоит в том, чтобы сначала квантовать , а затем, квантовать  в зависимости от квантованного значения , откуда точки квантования будут лежать в интервале [0, ]. Точки квантования, в таком случае, например, могут выбираться равномерно на этих линиях квантования, некоторые из которых изображены на фиг. 11.
Совместное квантование
g, r
L
R
c
, s
s
c
Более изощренный способ для выбора точек квантования состоит в том, чтобы обратить внимание на линии в плоскости (), которые соответствуют постоянному отношению энергий между и . Если 2 ≥ 1 обозначает такое отношение энергий, то соответствующая линия задана посредством (0) для 0 ≤ ≤ 1, если = 1, или посредством
(s, ) для  ≤ s ≤
(22)
c
<
L
R
g
r
t
t
t,b
t,b
Это также покрывает случай 2 1, поскольку перестановка и всего лишь меняет знак  и оставляет  неизменным.
Этот подход покрывает большую область тем же самым количеством точек квантования, как может быть видно по фиг. 12. Вновь, точки квантования на линиях, например, могут быть выбраны равномерно согласно длине отдельных линий. Другие возможности включают в себя их выбор, для того чтобы соответствовали предварительно выбранным значениям ICC, или их оптимизацию акустическим методом.
Схема квантования, которая была найдена хорошо работающей, основана на линиях энергии, соответствующих значениям ILD
±{0,2,4,6,8,10,13,16,19,22,25,30,35,40,45,50},
(23)
g
g, r
g
на каждом из которых выбираются 8 точек квантования. Это дает начало кодовой книге с 256 записями, которая организована в виде таблицы 8 × 16 точек квантования, хранящей значения, соответствующие неотрицательным значениям  и знаковому биту. Это дает начало 8-битному целочисленному представлению точек () квантования, например, где первый бит задает знак , следующие четыре бита хранят индекс столбца в таблице 8 × 16, а последние три бита хранят индекс строки.
g
, r
t,b
t,b
Квантование () могло бы выполняться посредством полного перебора вариантов кодовой книги, но более эффективно рассчитывать ILD поддиапазона и ограничивать поиск линией с наилучшим соответствием энергий. Таким образом, необходимо рассматривать только 8 точек.
Деквантование выполняется посредством простой справочной таблицы.
g
128 точек квантования для этой схемы, покрывающих неотрицательные значения , отображены на фиг. 12.
Хотя была раскрыта процедура для расчета коэффициента передачи побочного сигнала и коэффициента передачи остаточного сигнала без фактического расчета побочного сигнала, то есть, сигнала разности между левым и правым сигналами, как проиллюстрировано в уравнении (9) и уравнении (10), дополнительный вариант осуществления действует, чтобы рассчитывать коэффициент передачи побочного сигнала и коэффициент передачи остаточного сигнала иначе, то есть, с фактически расчетом побочного сигнала. Эта процедура проиллюстрирована на фиг. 3.
t,k
t,k
В этом варианте осуществления, вычислитель 140 параметров, проиллюстрированный на фиг. 1, содержит вычислитель 60 побочного сигнала, который принимает, в качестве входного сигнала, первый канал 101 и второй канал 102, и который выдает реальный побочный сигнал, который может быть во временной области, но который, предпочтительно, рассчитывается в частотной области, например, как проиллюстрировано уравнением 3. Однако, хотя уравнение 3 указывает ситуацию расчета побочного сигнала с параметром β абсолютного сдвига фазы и параметром IPD для каждых полосы и кадра, побочный сигнал также может рассчитываться без фазовой компенсации. Уравнение 3 становится уравнением, где фигурируют только L и R . Таким образом, побочный сигнал также может рассчитываться в качестве простой разности между левым и правым или первым и вторым каналами, а нормирование корнем квадратным из 2 может использоваться или не использоваться.
d,b
Побочный сигнал в качестве рассчитанного вычислителем 60 побочного сигнала пересылается в вычислитель 61 остаточного сигнала. Вычислитель 62 остаточного сигнала, например, выполняет процедуру, проиллюстрированную в уравнении (5). Вычислитель 61 остаточного сигнала выполнен с возможностью использовать разные испытательные коэффициенты передачи побочного сигнала, то есть, разные значения для коэффициента g передачи побочного сигнала, то есть разные испытательные коэффициенты передачи побочного сигнала для одних и тех же полосы и кадра, и, следовательно, получаются разные остаточные сигналы, как проиллюстрировано многочисленными выходами блока 61.
Селектор 62 коэффициента передачи побочного сигнала на фиг. 3 принимает все разные остаточные сигналы и выбирает один из разных остаточных сигналов или испытательный коэффициент передачи побочного сигнала, ассоциативно связанный с одним из разных остаточных сигналов, который удовлетворяет предопределенному условию. Это предопределенное условие, например, может состоять в том, что выбирается коэффициент передачи побочного сигнала, который дал в результате остаточный сигнал, имеющий наименьшую энергию среди всех разных остаточных сигналов. Однако, могут использоваться другие предопределенные условия, такие как связанное с наименьшей амплитудой условие, отличное от энергии, такое как уровень громкости. Однако, также могут применяться другие процедуры, такие как те, в которых используется остаточный сигнал, который имеет не наименьшую энергию, но энергию, которая находится среди пяти наименьших энергий. Фактически, предопределенное условие также может состоять в том, чтобы выбирать остаточный сигнал, который показывает определенную характеристику звукового сигнала, такую как некоторые признаки в определенных частотных диапазонах.
Выбранный конкретный испытательный коэффициент передачи побочного сигнала определяется селектором 62 коэффициента передачи побочного сигнала в качестве параметра коэффициента передачи побочного сигнала для определенного кадра или для определенной полосы и определенного кадра. Выбранный остаточный сигнал пересылается в вычислитель 63 коэффициента передачи остаточного сигнала, и вычислитель коэффициента передачи остаточного сигнала, в варианте осуществления, может просто рассчитывать связанную с амплитудой характеристику выбранного остаточного сигнала или, предпочтительно, может рассчитывать коэффициент передачи остаточного сигнала в виде соотношения между связанной с амплитудой характеристикой остаточного сигнала относительно связанной с амплитудной характеристикой сигнала понижающего микширования или среднего сигнала. Даже когда используется понижающее микширование, которое отлично от компенсированного по фазе понижающего микширования или отлично от понижающего микширования, состоящего из суммы левого и правого каналов, даже тогда коэффициент передачи остаточного сигнала, тем не менее, может быть связан с не компенсированной по фазе суммой левого и правого каналов в зависимости от обстоятельств.
Таким образом, фиг. 3 иллюстрирует способ для расчета коэффициента передачи побочного сигнала и коэффициента передачи остаточного сигнала с реальным расчетом побочного сигнала, тогда как, в варианте осуществления по фиг. 2, который грубо отражает уравнение 9 и уравнение 10, коэффициент передачи побочного сигнала и коэффициент передачи остаточного сигнала рассчитываются без явного расчета побочного сигнала и без выполнения расчета остаточного сигнала с разными испытательными коэффициентами передачи побочного сигнала. Таки образом, становится ясно, что оба варианта осуществления дают в результате коэффициент передачи побочного сигнала и коэффициент передачи остаточного сигнала, параметризующие остаточный сигнал из прогнозирования, и также возможны другие процедуры для расчета коэффициента передачи побочного сигнала и коэффициента передачи остаточного сигнала помимо того, что проиллюстрировано на фиг. 2 и 3 или соответствующими уравнениями с 5 по 10.
Более того, должно быть отмечено, что все приведенные уравнения всегда являются предпочтительными вариантами осуществления для значений, определяемых соответствующими уравнениями. Однако было обнаружено, что значения, которые различаются в диапазоне предпочтительно +-20% от значений, как определенные соответствующими уравнениями, также пригодны и уже дают преимущества над предшествующим уровнем техники, хотя преимущества становятся большими, когда отклонение от значений, как определенные уравнениями, становится меньшим. Таким образом, в других вариантах осуществления, предпочтительно использовать значения, которые отличаются от значений, как определенные соответствующими уравнениями, всего лишь на +-10%, и, в наиболее предпочтительном варианте осуществления, значения, определенные уравнениями, являются значениями, используемыми для расчета нескольких элементов данных.
Фиг. 6 иллюстрирует устройство для декодирования кодированного многоканального сигнала 200. Устройство для декодирования содержит входной интерфейс 204, синтезатор 208 остаточного сигнала, присоединенный к входному интерфейсу 204, и повышающий микшер 212, присоединенный к входному интерфейсу 204 с одной стороны и синтезатору 208 остаточного сигнала с другой стороны. В предпочтительном варианте осуществления, декодер дополнительно содержит спектрально-временной преобразователь 260, для того чтобы в заключение выдавать первый и второй каналы временной области, как проиллюстрировано под 217 и 218.
В частности, входной интерфейс 204 выполнен с возможностью для приема кодированного многоканального сигнала 200 и для получения сигнала 207 понижающего микширования, коэффициента 206 передачи побочного сигнала, g, и коэффициента 205 передачи остаточного сигнала, r, из кодированного многоканального сигнала 200. Синтезатор 208 остаточного сигнала синтезирует остаточный сигнал с использованием коэффициента 205 передачи остаточного сигнала, и повышающий микшер 212 выполнен с возможностью для повышающего микширования сигнала 207 понижающего микширования с использованием коэффициента 206 передачи побочного сигнала и остаточного сигнала 209, как определяемый синтезатором 208 остаточного сигнала, чтобы получать восстановленный первый канал 213 и восстановленный второй канал 214. В варианте осуществления, в котором синтезатор 208 остаточного сигнала и повышающий микшер 212 действуют в спектральной области, или по меньшей мере повышающий микшер 212 действует в спектральной области, восстановленные первый и второй каналы 213, 214 выдаются в представлениях в спектральной области, и представление в спектральной области для каждого канала может преобразовываться во временную область спектрально-временным преобразователем 216, чтобы в заключение выдавать первый и второй восстановленные каналы временной области.
В частности, повышающий микшер 212 выполнен с возможностью выполнять первую операцию взвешивания с использованием первого взвешивателя 70, проиллюстрированного на фиг. 7, для получения первого взвешенного сигнала понижающего микширования. Более того, повышающий микшер выполняет вторую операцию взвешивания с использованием второго взвешивателя, вновь с использованием коэффициента 206 передачи побочного сигнала с одной стороны и сигнала 207 понижающего микширования с другой стороны, чтобы получать второй взвешенный сигнал понижающего микширования. Предпочтительно, первая операция взвешивания, выполняемая блоком 70, отличается от второй операции взвешивания, выполняемой блоком 71, так что первое взвешенное понижающее микширование 76 отличается от второго взвешенного понижающего микширования 77. Более того, повышающий микшер 212 выполнен с возможностью рассчитывать восстановленный первый канал с использованием комбинирования, выполняемого первым комбинатором 72, первого взвешенного сигнала 76 понижающего микширования и остаточного сигнала 209. Более того, повышающий микшер дополнительно содержит второй комбинатор 73 для выполнения второго комбинирования второго взвешенного сигнала 77 понижающего микширования и остаточного сигнала 209.
Предпочтительно, правила комбинирования, выполняемые первым комбинатором 72 и вторым комбинатором 73 отличны друг от друга, так чтобы выходные сигналы блока 72 с одной стороны и блока 73 с другой стороны были существенно отличны друг от друга вследствие разных правил комбинирования в блоках 72, 73 и вследствие разных правил взвешивания, выполняемых блоком 70 и блоком 71.
Предпочтительно, первое и второе правила комбинирования отличны друг от друга вследствие того обстоятельства, что одно правило комбинирования является операцией сложения, а другое операционное правило - операцией вычитания. Однако, другие пары первого и второго правил комбинирования также могут использоваться.
Более того, правила взвешивания, используемые в блоке 70 и блоке 71, отличаются друг от друга, поскольку одно правило взвешивания использует взвешивание весовым коэффициентом, определяемым разностью между предопределенным числом и коэффициентом передачи побочного сигнала, а другое правило взвешивания использует весовой коэффициент, определяемый суммой между предопределенным числом и коэффициентом передачи побочного сигнала. Предопределенные числа могут быть равны друг другу в обоих взвешивателях или могут быть отличны друг от друга, и предопределенные числа отличны от нуля и могут быть целыми или нецелыми числами, и предпочтительно равны 1.
r
Фиг. 8 иллюстрирует предпочтительную реализацию синтезатора 208 остаточного сигнала. Синтезатор 208 остаточного сигнала содержит разновидность селектора необработанного остаточного сигнала или, как правило, вычислитель 80 декоррелированного сигнала. Более того, сигнал, выдаваемый блоком 80, является входным сигналом во взвешиватель 82, который принимает, в качестве входного сигнала, коэффициент передачи остаточного сигнала, выдаваемый входным интерфейсом 204 по фиг. 6, указанным номером 205 позиции. Более того, синтезатор остаточного сигнала предпочтительно содержит нормализатор 84, который принимает, в качестве входного сигнала, средний сигнал текущего кадра 85, а в качестве дополнительного входного сигнала, сигнал, выдаваемый блоком 80, то есть, необработанный сигнал или декоррелированный сигнал 86. На основании таких двух сигналов, рассчитывается коэффициент 87 нормирования, , где коэффициент 87 нормирования предпочтительно используется взвешивателем 82 вместе с коэффициентом  остаточного сигнала, чтобы в заключение получать синтезированный остаточный сигнал 209.
В предпочтительном варианте осуществления, селектор 80 необработанного остаточного сигнала выполнен с возможностью для выбора сигнала понижающего микширования предыдущего кадра, такого как непосредственно предшествующий кадра или еще более ранний кадр. Однако, и в зависимости от реализации, селектор 80 необработанного остаточного сигнала выполнен с возможностью для выбора левого или правого сигнала, или сигнала первого или второго канала в качестве рассчитанного для предыдущего кадра, или селектор 80 необработанного остаточного сигнала также может определять остаточный сигнал, например, на основании комбинации, такой как сумма, разность, или подобное, левого и правого сигналов, определенных для непосредственно предыдущего кадра или даже более раннего предыдущего кадра. В других вариантах осуществления, вычислитель 80 декоррелированного сигнала также может быть выполнен с возможностью фактически формировать декоррелированный сигнал. Однако, предпочтительно, чтобы селектор 80 необработанного остаточного сигнала действовал без специального декоррелятора, такого как фильтр декорреляции, такой как реверберационный фильтр, но по соображениям низкой сложности, просто выбирает уже существующий сигнал из прошлого, такой как средний сигнал, восстановленный левый сигнал, восстановленный правый сигнал или сигнал, выведенный из восстановленных ранее левого и правого сигналов посредством простых операций, таких как взвешенное комбинирование, то есть (взвешенное) сложение, (взвешенное) вычитание, или подобное, которые не полагаются на специальный реверберационный фильтр или фильтр декорреляции.
r
Как правило, взвешиватель 82 выполнен с возможностью рассчитывать остаточный сигнал, так чтобы энергия остаточного сигнала была равна энергии сигнала, указываемой коэффициентом  остаточного сигнала, где эта энергия может указываться в абсолютных показателях, но предпочтительно указывается в относительных показателях относительно среднего сигнала 207 текущего кадра.
В предпочтительных вариантах осуществления для стороны кодировщика и стороны декодера, значения коэффициента передачи побочного сигнала и, если уместно, у коэффициента передачи остаточного сигнала отличны от нуля.
Впоследствии, дополнительные предпочтительные варианты осуществления для декодера приведены в виде уравнений.
M
t,b
t,b
Повышающее микширование вновь выполняется в частотной области. С этой целью, время-частотное преобразование из кодировщика применяется к декодированному понижающему микшированию, давая время-частотные векторы ˜ . С использованием деквантованных значений IP˜D,  и , левый и правый каналы рассчитываются в виде
=
(17)
и
=
(18)
k
I
g
b
norm
для  ∈ , где  - замещение отсутствующего остаточного сигнала из кодировщика, а - коэффициент коррекции энергии
(19)
которое превращает относительный коэффициент усиления, , в абсолютный. Таковой, например, может принимать вид
= ,
(20)
d
>
β
b
где 0 обозначает задержку кадра по полосе. Коэффициент ˜ сдвига фазы вновь рассчитывается в виде
β
˜ = )
(21)
L
R
t
t
Левый канал и правый канал в таком случае формируются посредством применения обратного ДПФ к ˜и ˜, сопровождаемого окном синтеза и суммированием с перекрытием.
Фиг. 9 иллюстрирует дополнительный вариант осуществления входного интерфейса 204. Данный вариант осуществления отражает операцию деквантования, как обсуждено ранее для стороны кодировщика, что касается фиг. 5a и 5b. В частности, входной интерфейс 204 содержит выделитель 90, извлекающий совместный код из кодированного многоканального сигнала. Этот совместный код 91 пересылается в совместную кодовую книгу 92, которая выполнена с возможностью выдавать, для каждого кода, информацию о знаке, информацию о группе или информацию о точке, или выдавать, для каждого кода, окончательное деквантованное значение g и окончательно деквантованное значение r, то есть, деквантованные коэффициенты передачи побочного и остаточного сигналов.
l(t)
r(t)
Фиг. 10a иллюстрирует схематическое представление первого и второго каналов или левого и правого каналов  и  временной области.
В варианте осуществления, в котором коэффициент передачи побочного сигнала и коэффициент передачи остаточного сигнала рассчитываются в спектральной области, левый и правый каналы или первый и второй каналы предпочтительно разделены на перекрывающиеся кадры F(1), F(2), F(3) и F(4), и так далее. В варианте осуществления, проиллюстрированном на фиг. 10a, кадры перекрываются на 50%, но другие перекрытия также пригодны. Более того, показано только перекрытие в два кадра, то есть всегда только два последующих кадра перекрываются друг с другом. Однако также могут использоваться многочисленные перекрывающиеся кадры, такие как три, четыре или пять перекрывающихся кадров. В таком случае, значением опережения, то есть насколько следующий кадр отличается от текущего кадра, не является 50%, как в варианте осуществления, проиллюстрированном на фиг. 10a, но всего лишь меньшее значение, такое как 10%, 20% или 30%, или так далее.
l(t)
r(t)
Фиг. 10b иллюстрирует предпочтительный вариант осуществления время-спектрального преобразователя, такого как блок 21 или блок 22, проиллюстрированные на фиг. 2. Такой время-частотный преобразователь принимает, в качестве входного сигнала, последовательность кадров  или . Обработчик 1300 окном анализа затем выдает последовательность обработанных окном кадров, все из которых были обработаны окном с помощью предпочтительно одного и того же окна анализа. Окна анализа могут быть синусоидальными окнами или любыми другими окнами, и отдельная последовательность рассчитывается для первого канала, и дополнительная отдельная последовательность рассчитывается для второго канала.
Затем, последовательности обработанных окном кадров вводятся в блок 1302 преобразования. Предпочтительно, блок 1302 преобразования выполняет алгоритм преобразования, давая в результате комплексные спектральные значения, такие как ДПФ, а более точно, БПФ. В других вариантах осуществления, однако, к тому же, алгоритм чисто вещественного преобразования, такой как ДКП или МДКП (модифицированное дискретное косинусное преобразование), также может использоваться и, впоследствии, мнимые части могут оцениваться по чисто вещественным частям, как известно в данной области техники, например, как реализовано в стандарте USAC (унифицированного кодирования речевых и звуковых сигналов). Другими алгоритмами преобразования могут быть гребенки фильтров поддиапазонов, такие как гребенки фильтров QMF (квадратурных зеркальных фильтров), которые дают в результате комплекснозначные сигналы поддиапазонов. Типично, полосы фильтра сигнала поддиапазона имеют более низкое разрешение по частоте, чем алгоритмы БПФ, и спектр БПФ или ДПФ, имеющий определенное количество элементов разрешения ДПФ, может преобразовываться в представление по поддиапазонам посредством сбора некоторых элементов разрешения. Это проиллюстрировано на фиг. 10c.
L
R
t
k
k
В частности, фиг. 10c иллюстрирует комплексный спектр представления частотной области первого или второго канала ,  для конкретного кадра . Спектральные значения выдаются в представлении амплитуды/фазы или в представлении вещественной части/мнимой части. Типично, ДПФ дает в результате элементы разрешения по частоте, имеющие одинаковые разрешения по частоте или полосу пропускания. Однако, предпочтительно, коэффициенты передачи побочного и остаточного сигналов рассчитываются по поддиапазонам, для того чтобы уменьшить количество бит для передачи коэффициентов передачи побочного и остаточного сигналов. Предпочтительно, представление поддиапазона формируется с использованием поддиапазонов, которые возрастают от нижних до верхних частот. Таким образом, в примере, поддиапазон 1 может иметь первое количество элементов разрешения по частоте, такое как два элемента разрешения, а второй более высокий поддиапазон, такой как поддиапазон 2, поддиапазон 3 или любой другой поддиапазон, может иметь большее количество элементов разрешения по частоте, например, такое как восемь элементов разрешения по частоте, как проиллюстрировано поддиапазоном 3. Таким образом, частотная полоса пропускания отдельных поддиапазонов предпочтительно может настраиваться под характеристики человеческого уха, как известно в данной области техники, что касается шкалы Барка.
k
b
Таким образом, фиг. 10c иллюстрирует разные элементы разрешения по частоте, указанные параметрами  в уравнениях, раскрытых раньше, и отдельные поддиапазоны, проиллюстрированные на фиг. 10c, указаны индексом  поддиапазона.
Фиг. 10d иллюстрирует реализацию спектрально-частотного преобразователя, например, как реализованный блоком 216 на фиг. 6. Спектрально-временной преобразователь требует обратного преобразователя 1310, последовательно  присоединенного обработчика 1312 окном синтеза и последовательно присоединенного сумматора 1314 с перекрытием, чтобы в заключение получать каналы временной области. Таким образом, на входе в 1310 находятся восстановленные каналы 213, 314 спектральной области, проиллюстрированные на фиг. 6, а на выходе сумматора 1340 с перекрытием существуют восстановленные первый и второй каналы 217, 218 временной области.
Обратный преобразователь 1310 выполнен с возможностью выполнять алгоритм, дающий в результате обратное преобразование, и, в частности, алгоритм, который предпочтительно является обратным алгоритму, применяемому в блоке 1302 по фиг. 10b на стороне кодировщика. Более того, окно 1312 синтеза выполнено с возможностью применять окно синтеза, которое согласовано с соответствующим окном анализа и, предпочтительно, используются одинаковые окна анализа и синтеза, но это не является обязательным случаем. Сумматор 1314 с перекрытием выполнен с возможностью выполнять перекрытие, как проиллюстрировано на фиг. 10a. Таким образом, сумматор 1314 с перекрытием, например, берет обработанный окном синтеза кадр, соответствующий F(3) по фиг. 10a и дополнительно берет обработанный окном синтеза кадр F(4) по фиг. 10a, а затем, прибавляет соответствующие отсчеты выборки второй половины F(3) к соответствующим отсчетам выборки первой половины F(4) некоторым образом отсчет за отсчетом, чтобы в заключение получать отсчеты выборки действующего выходного канала временной области.
Впоследствии, вкратце приведены разные специфичные аспекты настоящего изобретения.
• Стереофония M/S с компенсацией IPD и абсолютной фазовой компенсацией согласно уравнению (4).
• Стереофония M/S с компенсацией IPD и прогнозированием S по M согласно (10)
• Стереофония M/S с компенсацией IPD, прогнозированием S по M согласно (9) и прогнозированием остаточного сигнала согласно коэффициенту усиления (10)
• Эффективное квантование коэффициентов усиления побочного и остаточного сигналов посредством совместного квантования
• Совместное квантование коэффициентов усиления побочного и остаточного сигналов на линиях, соответствующих постоянному отношению энергий Lt и Rt в плоскости (g, r).
Должно быть отмечено, что, предпочтительно, все из упомянутых выше пяти разных аспектов реализованы в одной и той же инфраструктуре кодировщика/декодера. Однако, дополнительно должно быть отмечено, что отдельные аспекты, приведенные раньше, также могут быть реализованы отдельно друг от друга. Таким образом, первый аспект с компенсацией IPD и абсолютной фазовой компенсацией может выполняться в любом понижающем микшере независимо от какого бы то ни было расчета коэффициента передачи побочного сигнала/коэффициента передачи остаточного сигнала. Более того, например, аспект расчета коэффициента передачи побочного сигнала и расчета коэффициента передачи остаточного сигнала может выполняться с любым понижающим микшированием, то есть также и с понижающим микшированием, которое не рассчитывается посредством некоторой фазовой компенсации.
Более того, расчет коэффициента передачи побочного сигнала с одной стороны и коэффициента передачи остаточного сигнала с другой стороны могут выполняться даже независимо друг от друга, где расчет коэффициента передачи побочного сигнала в одиночку или совместно с другим параметром, отличным от коэффициента передачи остаточного сигнала, также предпочтителен сверх данной области техники, что особенно касается расчета ICC или ILD, и уже также полезен расчет коэффициента передачи остаточного сигнала даже в одиночку или вместе с любым другим параметром, отличным от коэффициента передачи побочного сигнала.
Более того, эффективное совместное или условное квантование коэффициентов передачи или коэффициентов усиления побочного и остаточного сигналов полезно с любым конкретным понижающим микшированием. Таким образом, эффективное квантование также может использоваться вообще без какого бы то ни было понижающего микширования. И это эффективное квантование также может быть применено к любым другим параметрам, где второй параметр зависит, что касается его диапазона значений, от первого параметра, так что очень эффективное и несложное квантование может выполняться для таких зависимых параметров, которые, конечно, также могут быть параметрами, отличными от коэффициента передачи побочного сигнала и коэффициента передачи остаточного сигнала.
Таким образом, все из вышеупомянутых пяти аспектов могут быть выполнены и реализованы независимо друг от друга или совместно в некоторой реализации кодировщика/декодера и, значит, в зависимости от обстоятельств, только подгруппа аспектов может быть реализована совместно, то есть, три аспекта реализованы совместно без других двух аспектов, или только два из пяти аспектов реализованы совместно без других трех аспектов.
Хотя некоторые аспекты были описаны в контексте устройства, ясно, что эти аспекты также представляют собой описание соответствующего способа, где вершина блок-схемы или устройство соответствуют этапу способа или признаку этапа способа. Аналогично, аспекты, описанные в контексте этапа способа, также представляют собой описание соответствующих вершины блок-схемы или элемента, либо признака соответствующего устройства.
В зависимости от требований определенной реализации, варианты осуществления изобретения могут быть реализованы в аппаратных средствах или в программном обеспечении. Реализация может выполняться с использованием цифрового запоминающего носителя, например, гибкого диска, DVD (цифрового многофункционального диска), CD (компакт-диска), ПЗУ (постоянного запоминающего устройства, ROM), ППЗУ (программируемого ПЗУ, PROM), СППЗУ (стираемого ППЗУ, EPROM), ЭСППЗУ (электрически стираемого ППЗУ, EEPROM) или памяти FLASH, имеющего электронным образом считываемые сигналы управления, хранимые на нем, которые взаимодействуют (или способны к взаимодействию) с программируемой компьютерной системой, из условия чтобы выполнялся соответственный способ.
Некоторые варианты осуществления согласно изобретению содержат носитель данных, имеющий электронным образом считываемые сигналы управления, которые способны взаимодействовать с программируемой компьютерной системой, из условия чтобы выполнялся один из способов, описанных в материалах настоящей заявки.
Вообще, варианты осуществления настоящего изобретения могут быть реализованы в виде компьютерного программного продукта с управляющей программой, управляющая программа является действующей для выполнения одного из способов, когда компьютерный программный продукт работает на компьютере. Управляющая программа, например, может храниться на машиночитаемом носителе.
Другие варианты осуществления содержат компьютерную программу для выполнения одного из способов, описанных в материалах настоящей заявки, хранимую на машиночитаемом носителе или неэфемерном запоминающем носителе.
Поэтому, другими словами, вариант осуществления обладающего признаками изобретения способа является компьютерной программой, имеющей управляющую программу для выполнения одного из способов, описанных в материалах настоящей заявки, когда компьютерная программа работает на компьютере.
Поэтому, дополнительным вариантом осуществления обладающих признаками изобретения способов является носитель данных (или цифровой запоминающий носитель, или машинно-читаемый носитель), содержащий, записанную на нем, компьютерную программу для выполнения одного из способов, описанных в материалах настоящей заявки.
Поэтому, дополнительным вариантом осуществления обладающего признаками изобретения способа является поток данных или последовательность сигналов, представляющие собой компьютерную программу для выполнения одного из способов, описанных в материалах настоящей заявки. Поток данных или последовательность сигналов, например, могут быть выполнены с возможностью передаваться через соединение передачи данных, например, через сеть Интернет.
Дополнительный вариант осуществления содержит средство обработки, например, компьютер или программируемое логическое устройство, выполненные с возможностью или приспособленные для выполнения одного из способов, описанных в материалах настоящей заявки.
Дополнительный вариант осуществления содержит компьютер, имеющий установленную на нем компьютерную программу для выполнения одного из способов, описанных в материалах настоящей заявки.
В некоторых вариантах осуществления, программируемое логическое устройство (например, программируемая пользователем вентильная матрица) может использоваться для выполнения некоторых или всех из функциональных возможностей способов, описанных в материалах настоящей заявки. В некоторых вариантах осуществления, программируемая пользователем вентильная матрица может взаимодействовать с микропроцессором, для того чтобы выполнять один из способов, описанных в материалах настоящей заявки. Обычно способы предпочтительно выполняются каким-нибудь аппаратным устройством.
Описанные выше варианты осуществления являются всего лишь иллюстративными применительно к принципам настоящего изобретения. Понятно, что модификации и варианты компоновок и деталей, описанных в материалах настоящей заявки, будут очевидны специалистам в данной области техники. Поэтому замысел состоит в том, чтобы ограничиваться только объемом прилагаемой патентной формулы изобретения, а не конкретными деталями, представленными в качестве описания и пояснения вариантов осуществления, приведенных в материалах настоящей заявки.
Библиографический список
MPEG-4 High Efficiency Advanced Audio Coding (HE-AAC) v2 (Высокоэффективное усовершенствованное кодирование звукового сигнала (HE-AAC) MPEG-4, версия 2)
FROM JOINT STEREO TO SPATIAL AUDIO CODING - RECENT PROGRESS AND STANDARDIZATION (ОТ СОВМЕСТНОЙ СТЕРЕФОНИИ К ПРОСТРАНСТВЕННОМУ КОДИРОВАНИЮ ЗВУКОВОГО СИГНАЛА - ПОСЛЕДНИЕ ДОСТИЖЕНИЯ И СТАНДАРТИЗАЦИЯ)
th
, Proc. of the 7 Int. Conference on digital Audio Effects (DAFX-04), Naples, Italy, October 5-8, 2004.