ОБНАРУЖЕНИЕ ВЫСОКОГО КАЧЕСТВА В СТЕРЕОФОНИЧЕСКИХ РАДИОСИГНАЛАХ С ЧАСТОТНОЙ МОДУЛЯЦИЕЙ
DETECTION OF HIGH QUALITY IN FREQUENCY MODULATED STEREO RADIO SIGNALS

Область технического применения
Настоящий документ относится к обработке звуковых сигналов, в частности к устройству и соответствующему способу улучшения звукового сигнала в приемнике стереофонических радиосигналов с частотной модуляцией. В частности, настоящий документ относится к способу и системе для надежного обнаружения качества принимаемого стереофонического радиосигнала с частотной модуляцией и для выбора соответствующей обработки на основании обнаруженного качества.
Предпосылки
В аналоговой стереофонической радиосистеме с FM (частотной модуляцией) левый канал (L) и правый канал (R) звукового сигнала передаются в среднепобочном (M/S) представлении, т.е. как средний канал (М) и побочный канал (S). Средний канал М соответствует суммарному сигналу L и R, например M=(L+R)/2, а побочный канал S соответствует разностному сигналу L и R, например S=(L-R)/2. Для передачи побочный сигнал S модулируется на подавленной несущей 38 кГц и добавляется к немодулированному среднему сигналу М, образуя обратносовместимый стереофонический уплотненный сигнал. Этот уплотненный немодулированный сигнал затем используется для модуляции HF (высокочастотной) несущей FM-передатчика, который, как правило, функционирует в диапазоне 87,5―108 МГц.
Когда качество приема уменьшается (т.е. уменьшается отношение «сигнал-шум» в радиоканале), канал S в ходе передачи, как правило, страдает сильнее канала М. Во многих реализациях FM-приемника, когда условия приема становятся слишком зашумленными, канал S приглушается. Это означает, что в случае слабого HF-радиосигнала приемник переходит на пониженный уровень от стереофонического сигнала к монофоническому.
Даже в том случае, когда средний сигнал М имеет приемлемое качество, боковой сигнал S может быть зашумленным и, таким образом, может сильно снижать общее качество звука при микшировании в левый и правый каналы выходного сигнала (которые получаются, например, в соответствии с L=M+S и R=M-S). Когда побочный сигнал S имеет лишь качество от низкого до среднего, существует две возможности: либо приемник выбирает прием шума, связанного с побочным сигналом S, и выводит действительный стереофонический сигнал, включающий зашумленные левый и правый сигналы, либо приемник отбрасывает побочный сигнал S и переходит на пониженный уровень монофонического сигнала.
Параметрическое стереофоническое (PS) кодирование представляет собой технологию из области кодирования звуковых сигналов с очень низкой битовой скоростью передачи данных. PS позволяет кодировать 2-канальный стереофонический звуковой сигнал как монофонический низведенный сигнал в сочетании с дополнительной информацией PS, т.е. с параметрами PS. Монофонический низведенный сигнал получается как комбинация обоих каналов стереофонического сигнала. Параметры PS позволяют PS-декодеру реконструировать стереофонический сигнал из монофонического низведенного сигнала и дополнительной информации PS. Как правило, параметры PS являются зависящими от времени и от частоты, и PS-обработка в PS-декодере, как правило, осуществляется в области гибридного блока фильтров, включающего блок QMF. Документ «Low Complexity Parametric Stereo Coding in MPEG-4», Heiko Purnhagen, Proc. Digital Audio Effects Workshop (DAFx), ст. 163-168, Naples, IT, Oct. 2004, описывает одну из иллюстративных систем PS-кодирования для MPEG-4. Обсуждение из этого документа параметрического стереофонического кодирования, в частности в отношении определения параметров параметрического стереофонического кодирования, ссылкой включается в настоящее раскрытие. Параметрическое стереофоническое кодирование поддерживается, например, MPEG-4 Audio. Параметрическое стереофоническое кодирование обсуждается в разделе 8.6.4 и Приложениях 8.A и 8.C документа стандартизации MPEG-4 - ISO/IEC 14496-3:2005 (MPEG-4 Audio, 3-е издание). Эти части документа стандартизации ссылкой включаются в настоящее раскрытие во всех отношениях. Параметрическое стереофоническое кодирование также используется в стандарте MPEG Surround (см. документ ISO/IEC 23003-1:2007, MPEG Surround). Этот документ также включается ссылкой в настоящее раскрытие во всех отношениях. Дальнейшие примеры систем параметрического стереофонического кодирования обсуждаются в документе «Binaural Cue Coding - Part I: Psychoacoustic Fundamentals and Design Principles», Frank Baumgarte and Christof Faller, IEEE Transactions on Speech and Audio Processing, том 11, №6, ст. 509-519, Ноябрь 2003, и в документе «Binaural Cue Coding - Part II: Schemes and Applications», Christof Faller and Frank Baumgarte, IEEE Transactions on Speech and Audio Processing, том 11, №6, ст. 520-531, Ноябрь 2003. В последних двух документах используется термин «бинауральное кодирование сигнала», которое является одним из примеров параметрического стереофонического кодирования.
В WО №2011/029570 и PCT/EP2011/064077 было предложено использовать PS-кодирование принимаемого стереофонического FM-сигнала с целью снижения шума, заключенного в принимаемом побочном сигнале принимаемого стереофонического FM-сигнала. Общим принципом технологии шумоподавления в стереофоническом радиосигнале на основании параметрического стереофонического кодирования (PS) является использование параметров параметрического стереофонического кодирования, получаемых из принимаемого стереофонического FM-сигнала, с целью замены принимаемого зашумленного побочного сигнала S (например, S=(L-R)/2) менее зашумленной версией побочного сигнала, которая была параметрически реконструирована исходя из среднего сигнала M (например, M=(L+R)/2) и одного или нескольких параметров PS. Эффективность этой технологии можно повысить, принимая во внимание характеристические свойства (например, равномерность спектральной характеристики) принимаемого шума в побочном сигнале. Кроме того, WО PCT/EP2011/064084 описывает расширения этой технологии, позволяющие повышать эффективность шумоподавления в стереофоническом FM-сигнале на основании PS в ситуациях, когда прием переключается взад и вперед между монофоническим и стереофоническим режимами. Раскрытие из вышеупомянутых патентных документов ссылкой включается в настоящее раскрытие.
В настоящем документе описаны способ и система, которые могут использоваться для дальнейшего повышения качества принимаемого стереофонического FM-сигнала.
Краткое описание изобретения
Технология шумоподавления в стереофоническом FM-сигнале на основании PS, как правило, является преимущественной при повышении воспринимаемого качества звука в случае промежуточных или плохих условий приема, в которых побочный сигнал страдает от промежуточных или высоких уровней шума. С другой стороны, решением настоящего документа является то, что в случае хороших условий приема, когда побочный сигнал содержит относительно небольшие уровни шума, параметрическая сущность технологии шумоподавления в стереофоническом FM-сигнале на основании PS может ограничивать качество звука по сравнению с необработанным сигналом. Таким образом, предлагается обход шумоподавления в стереофоническом FM-сигнале на основании PS в случае хороших условий приема. В данном контексте трудностью является надежное обнаружение такого высококачественного (HQ) условия приема, т.е. условия, при котором преимущественным в отношении восприятия является обход технологии шумоподавления в стереофоническом FM-сигнале на основании PS.
Согласно одной из особенностей описывается устройство, сконфигурированное для оценки качества принимаемого многоканального FM-радиосигнала. Многоканальный FM-радиосигнал может представлять собой двухканальный звуковой сигнал. В частности, принимаемый многоканальный FM-радиосигнал может быть изобразимым или представимым, или служить признаком среднего сигнала или побочного сигнала. Кроме того, побочный сигнал может служить признаком разности между левым сигналом и правым сигналом стереофонического сигнала.
В одном из вариантов осуществления изобретения устройство включает модуль определения мощностей, сконфигурированный для определения мощности среднего сигнала (т.е. средней мощности) и мощности побочного сигнала (т.е. побочной мощности). Кроме того, устройство включает модуль определения отношений, сконфигурированный для определения отношения средней мощности к побочной мощности, посредством чего получается отношение «средняя-побочная». Модуль определения качества в устройстве может конфигурироваться для определения указателя качества принимаемого FM-радиосигнала на основании, по меньшей мере, отношения «средняя-побочная» (MSR). Иными словами, устройство, которое также может именоваться модулем обнаружения качества, может конфигурироваться для определения указателя качества принимаемого FM-сигнала путем анализа отношения энергий (или мощностей) среднего сигнала и побочного сигнала, т.е. MSR. Решением в настоящем документе, где - особенно, в ситуациях, когда энергия побочного сигнала превышает энергию среднего сигнала на предварительно определенный порог мощности (например, на 6 дБ или 5 дБ, или 4 дБ), - MSR обеспечивает хорошее приближение отношения «сигнал-шум» (SNR) в принимаемом FM-сигнале.
Как указывалось выше, модуль определения мощностей может конфигурироваться для определения средней мощности и/или побочной мощности. Мощность среднего сигнала в момент времени n можно определить как среднеквадратичный средний сигнал для ряда моментов времени поблизости от указанного момента времени n. Иными словами, среднюю мощность в момент времени n можно определить как математическое ожидание для дискретных значений среднеквадратичного сигнала в указанный момент времени n. Мощность побочного сигнала в момент времени n можно определить аналогичным образом.
Модуль определения мощностей может дополнительно конфигурироваться для определения ряда средних мощностей поддиапазонов для ряда поддиапазонов среднего сигнала и ряда побочных мощностей поддиапазонов для ряда соответствующих поддиапазонов побочного сигнала. Ряд поддиапазонов среднего сигнала и ряд поддиапазонов побочного сигнала могут представлять собой поддиапазоны, полученные с использованием блока квадратурных зеркальных фильтров (QMF). С целью определения надежного указателя качества может быть достаточно лишь проанализировать среднюю и побочную мощности в одном из поддиапазонов диапазона частот, охватываемого средним и побочным сигналами. Как следствие, может быть снижена вычислительная сложность определения указателя качества. В частности, может оказаться достаточно проанализировать среднюю и побочную мощности в более высокочастотной части указанного диапазона частот. В более частном случае средний сигнал и побочный сигнал могут охватывать диапазон низких частот вплоть до средней частоты и диапазон высоких частот, начиная от средней частоты. Ряд поддиапазонов среднего сигнала и ряд поддиапазонов побочного сигнала могут лежать в пределах диапазона высоких частот. Например, средняя частота может быть больше или равна 1 кГц, 2 кГц, 3 кГц, 4 кГц, 5 кГц, 6 кГц, 7 кГц, 8 кГц, 9 кГц, 10 кГц, 11 кГц или 12 кГц.
Модуль определения отношений может конфигурироваться для определения на основании ряда средних мощностей поддиапазонов и ряда побочных мощностей поддиапазонов ряда отношений «средняя-побочная» для поддиапазонов. Тогда модуль определения качества может конфигурироваться для определения указателя качества принимаемого FM-радиосигнала исходя из ряда отношений «средняя-побочная» для поддиапазонов. В одном из частных вариантов осуществления изобретения модуль определения качества конфигурируется для определения указателя качества принимаемого FM-радиосигнала исходя из минимального значения из ряда отношений «средняя-побочная» для поддиапазонов по всему ряду поддиапазонов.
В альтернативном варианте, модуль определения качества может конфигурироваться для взвешивания ряда отношений «средняя-побочная» для поддиапазонов по-разному в зависимости от частот, охватываемых соответствующим поддиапазоном, посредством чего получается ряд взвешенных отношений «средняя-побочная» для поддиапазонов. Взвешивание ряда отношений «средняя-побочная» для поддиапазонов в зависимости от частот, охватываемых соответствующими поддиапазонами, может быть полезным для учета неравномерного распределения энергии шума по диапазону частот сигнала, что, как правило, является результатом передачи FM-радиосигнала. В случае взвешенных отношений «средняя-побочная» для поддиапазонов модуль определения качества может конфигурироваться для определения указателя качества принимаемого FM-радиосигнала исходя из минимального значения в ряду взвешенных отношений «средняя-побочная» для поддиапазонов по всему ряду поддиапазонов.
В альтернативном варианте или дополнительно для анализа средних и побочных мощностей в пределах ряда поддиапазонов модуль определения мощностей может конфигурироваться для определения последовательности средних мощностей и соответствующей последовательности побочных мощностей в ряду последовательных моментов времени. Иными словами, дополнительно к анализу средних и побочных мощностей (или средних и побочных мощностей поддиапазонов) в конкретный момент времени n модуль определения мощностей может конфигурироваться для определения средних и побочных мощностей (или средних и побочных мощностей поддиапазонов) для ряда последовательных моментов времени, посредством чего создается последовательность средних и побочных мощностей (или последовательность рядов средних и побочных мощностей поддиапазонов).
В этих случаях модуль определения отношений может конфигурироваться для определения последовательности отношений «средняя-побочная» в последовательности моментов времени исходя из последовательности средних мощностей и последовательности побочных мощностей и/или конфигурироваться для определения последовательности рядов отношений «средняя-побочная» для поддиапазонов в последовательности моментов времени исходя из последовательности рядов средних мощностей поддиапазонов и последовательности рядов побочных мощностей поддиапазонов. Используя эти значения MSR, модуль определения качества может конфигурироваться для определения последовательности указателей качества исходя из последовательности отношений «средняя-побочная» и/или исходя из последовательности рядов отношений «средняя-побочная» для поддиапазонов в последовательности моментов времени.
С целью предотвращения неустойчивого поведения последовательности указателей качества (особенно при переходе от указания FM-сигнала низкого качества к указанию FM-сигнала высокого качества) может оказаться полезным определить последовательность указателей качества исходя из последовательности сглаженных отношений «средняя-побочная» или сглаженных отношений «средняя-побочная» для поддиапазонов. Последовательность сглаженных отношений «средняя-побочная» для поддиапазонов можно определить путем сглаживания выбранных отношений «средняя-побочная» для поддиапазонов из последовательности рядов отношений «средняя-побочная» для поддиапазонов по последовательности моментов времени. В частности, в каждый момент времени n может быть выбрано конкретное значение из ряда отношений «средняя-побочная» для поддиапазонов в этот момент времени n (например, минимальное значение MSR или минимальное взвешенное значение MSR). Сглаживание может выполняться с использованием обращенной функции затухания пиков. В одном из вариантов осуществления изобретения последовательность сглаженных отношений «средняя-побочная» для поддиапазонов определяется путем определения сглаженного отношения «средняя-побочная» для поддиапазонов в момент времени n как меньшего из сглаженных отношений «средняя-побочная» для поддиапазонов в предыдущий момент времени n-1 из последовательности моментов времени, взвешенного посредством коэффициента затухания, и минимального значения из ряда отношений «средняя-побочная» для поддиапазонов в момент времени n.
Модуль определения качества может конфигурироваться для определения указателя качества в момент времени n путем нормировки отношения «средняя-побочная» в момент времени n (или путем нормировки минимального отношения «средняя-побочная» для поддиапазона, или путем нормировки сглаженного отношения «средняя-побочная» для поддиапазона в момент времени n). В общем, модуль определения качества может конфигурироваться для определения указателя качества исходя из нормированной версии одного или нескольких отношений «средняя-побочная», которые используются для определения указателя качества. С этой целью могут использоваться нижний порог мощности и верхний порог мощности. Например, указатель качества в момент времени n может нормироваться как
где q - отношение «средняя-побочная» в момент времени n (например, сглаженное отношение «средняя-побочная» для поддиапазона), MSR_LOW - нижний порог мощности и MSR_HIGH - верхний порог мощности. Нижний порог мощности в логарифмической области может быть меньше или равен -4 дБ, -5 дБ или -6 дБ, и/или верхний порог мощности в логарифмической области может быть больше или равен -5 дБ, -4 дБ или -3 дБ. В результате нормировки указатель качества может принимать значения в предварительно определенном интервале (например, [0,1]), где один конец интервала указывает на низкое качество принимаемого FM-сигнала (например, 0), а другой конец интервала указывает на высокое качество принимаемого FM-сигнала (например, 1).
Ниже описываются различные примеры/варианты осуществления того, каким образом можно усовершенствовать указатель качества так, чтобы он указывал качество принимаемого FM-сигнала с большей степенью надежности. Различные примеры/варианты осуществления могут комбинироваться произвольным образом.
В одном из вариантов осуществления изобретения модуль определения качества конфигурируется для определения указателя качества, также основанного на по меньшей мере значении критерия равномерности спектральной характеристики (SFM), которое является характеристикой спектральной равномерности побочного сигнала. Примеры того, каким образом можно определить это значение SFM, описываются в подробном описании. Равномерность спектральной характеристики побочного сигнала, как правило, является указателем степени шума, заключенного в принимаемом FM-сигнале. Как правило, увеличение равномерности спектральной характеристики побочного сигнала приводит к уменьшению указателя качества, т.е. является указанием пониженного качества принимаемого FM-сигнала. В частности, можно определить модифицированный динамический коэффициент как
HQ
HQ
HQ
HQ
где SFM _impact _ factor - это нормированное значение SFM в интервале от 0 до 1, где 0 указывает на низкую степень равномерности спектральной характеристики, а 1 указывает на высокую степень равномерности спектральной характеристики побочного сигнала; где α' - это модифицированный указатель качества, определяемый на основании по меньшей мере значения SFM и отношения «средняя-побочная»; где α - указатель качества, определяемый по меньшей мере на основании отношения «средняя-побочная»; и где α' и α имеют значения в интервале от 0 до 1, где 0 указывает на низкое качество и 1 указывает на высокое качество.
В другом варианте осуществления изобретения модуль определения качества конфигурируется для определения указателя качества, также основанного на по меньшей мере, полном уровне мощности побочного сигнала. Как правило, уменьшение полного уровня мощности побочного сигнала является указанием малой полезной нагрузки и относительно высокого шума в принимаемом FM-сигнале. Как таковой, уменьшающийся полный уровень мощности побочного сигнала должен уменьшать указатель качества. Например, модифицированный указатель качества может определяться как
,
где
sum
HQ
HQ
HQ
HQ
где S - полный уровень мощности побочного сигнала; где S_THRES_LOW и S_THRES_HIGH - пороговые значения нормировки; где α' - модифицированный указатель качества, определяемый на основании по меньшей мере полного уровня мощности побочного сигнала и отношения «средняя-побочная»; где α - указатель качества, определяемый по меньшей мере на основании отношения «средняя-побочная»; и где α' и α имеют значения в интервале от 0 до 1, где 0 указывает на низкое качество и 1 указывает на высокое качество.
В одном из дальнейших вариантов осуществления изобретения модуль определения качества может конфигурироваться для определения указателя качества также на основании по меньшей мере параметра разности уровней каналов, CLD. Параметр разности уровней каналов может отражать или может соответствовать отношению между мощностью левого сигнала и мощностью правого сигнала. Левый сигнал и правый сигнал стереофонического FM-сигнала могут определяться исходя из среднего и побочного сигналов стереофонического FM-сигнала, как описывается в настоящем документе. В частности, модуль определения качества может конфигурироваться для определения указателя качества по меньшей мере исходя из суммы отношения «средняя-побочная» и абсолютного значения параметра CLD. Как правило, параметр CLD дается в логарифмической шкале. В более частном случае сумма отношения «средняя-побочная» и абсолютного значения параметра CLD в момент времени n может замещать отношения «средняя-побочная» в способах определения указателя качества, описываемых в настоящем документе.
Согласно другой особенности описывается система, сконфигурированная для генерирования улучшенного стереофонического сигнала из принимаемого FM-радиосигнала. Как было указано, FM-радиосигнал, как правило, служит признаком принимаемого левого сигнала и принимаемого правого сигнала. Система включает устройство, которое является сконфигурированным для определения указателя качества принимаемого FM-радиосигнала. С этой целью устройство может содержать любой из характерных признаков и компонентов, описываемых в настоящем документе. Система является сконфигурированной для генерирования улучшенного стереофонического сигнала в зависимости от или на основании определяемого указателя качества.
В одном из вариантов осуществления изобретения система содержит модуль FM-шумоподавления, который может конфигурироваться для генерирования стереофонического сигнала с подавленным шумом из принимаемого FM-радиосигнала на основании одного или нескольких параметров, служащих признаками корреляции и/или разности принимаемых левого и правого сигналов. Кроме того, система может содержать обход, сконфигурированный для доставки принимаемого левого и правого сигнала. Система может конфигурироваться для выбора стереофонического сигнала с подавленным шумом (или его частей) и/или принимаемого левого и правого сигнала (или его частей) как улучшенного стереофонического сигнала на основании определяемого указателя качества. С этой целью система может включать комбинирующий модуль, который конфигурируется для определения улучшенного стереофонического сигнала из стереофонического сигнала с подавленным шумом и принимаемого левого и правого сигнала с использованием указателя качества.
Модуль FM-шумоподавления может конфигурироваться для генерирования стереофонического сигнала с подавленным шумом из параметрического стереофонического представления принимаемого FM-радиосигнала; где параметрическое стереофоническое представление включает один или несколько параметров параметрического стереофонического кодирования. В альтернативном варианте модуль FM-шумоподавления может конфигурироваться для генерирования стереофонического сигнала с подавленным шумом из других представлений принимаемого FM-радиосигнала, например из представления на основании предсказания. Кроме того, модуль FM-шумоподавления может конфигурироваться для маскирования выпадения принимаемого стереофонического FM-сигнала в монофонический сигнал в момент времени n, используя один или несколько параметров параметрического стереофонического кодирования (или параметров одного из альтернативных представлений), определяемых в момент времени, предшествующий моменту времени n. Маскирование в модуле FM-шумоподавления может указывать на низкое качество принимаемого FM-сигнала. Следовательно, система может конфигурироваться для модификации указателя качества, подвергаемого обнаружению маскирования в модуле FM-шумоподавления. В частности, указатель качества может модифицироваться для обеспечения того, чтобы улучшенный стереофонический сигнал выбирался только из стереофонического сигнала с подавленным шумом (а не из принимаемого левого и правого сигнала).
Кроме того, модуль FM-шумоподавления может конфигурироваться для генерирования стереофонического сигнала с подавленным шумом из принимаемого FM-радиосигнала с использованием указателя качества. Как таковой, модуль FM-шумоподавления может учитывать качество принимаемого стереофонического FM-сигнала при определении стереофонического сигнала с подавленным шумом. Это может осуществляться путем корректировки одного или нескольких параметров, служащих признаками корреляции и/или разности принимаемых левых и правых сигналов с использованием указателя качества. Например, модуль FM-шумоподавления может конфигурироваться для определения стереофонического сигнала с подавленным шумом с использованием параметризации на основании предсказания. В этом случае с использованием указателя качества могут корректироваться параметры предсказания a и b параметризации на основании предсказания (см. подробное описание).
В альтернативном варианте или дополнительно модуль FM-шумоподавления может конфигурироваться для генерирования побочного сигнала с подавленным шумом стереофонического сигнала с подавленным шумом из низведенного сигнала, определяемого исходя из суммы принимаемого левого и правого сигналов, скорректированных посредством коэффициента усиления при понижающем микшировании. Коэффициент усиления при понижающем микшировании может указывать на синфазное и/или сдвинутое по фазе поведение принимаемых левого и правого сигналов. Коэффициент усиления при понижающем микшировании может корректироваться с использованием указателя качества.
Комбинирующий модуль может конфигурироваться для плавного перехода между стереофоническим сигналом с подавленным шумом и принимаемым левым и правым сигналом с использованием указателя качества. В частности, комбинирующий модуль может содержать модуль усиления стереофонического сигнала с подавленным шумом, сконфигурированный для взвешивания стереофонического сигнала с подавленным шумом с использованием коэффициента усиления стереофонического сигнала с подавленным шумом. Кроме того, комбинирующий модуль может содержать модуль усиления обхода, сконфигурированный для взвешивания принимаемых левого и правого сигналов с использованием коэффициента усиления обхода. Дополнительно, комбинирующий модуль может содержать модуль сложения, сконфигурированный для сложения соответствующих сигналов взвешенного стереофонического сигнала с подавленным шумом и взвешенных принятых левого и правого сигналов; где коэффициент усиления стереофонического сигнала с подавленным шумом и/или коэффициент усиления обхода может зависеть от указателя качества. В более частном случае левый и правый сигнал улучшенного стереофонического сигнала может определяться в комбинирующем модуле
,
FM
FM
PS
PS
HQ
где L, R- принимаемые левый и правый сигналы; L, R - левый и правый сигнал стереофонического сигнала с подавленным шумом; и α - указатель качества, имеющий значения в интервале от 0 до 1, где 0 указывает на низкое качество и 1 указывает на высокое качество.
Согласно одной из дальнейших особенностей описывается устройство мобильной связи (например, смартфон или мобильный телефон). Устройство мобильной связи содержит систему улучшения качества принимаемого FM-сигнала, описываемую в настоящем документе. Кроме того, устройство мобильной связи может содержать стереофонический FM-приемник, сконфигурированный для приема FM-радиосигнала.
Согласно другой особенности описывается способ оценки качества принимаемого многоканального FM-радиосигнала. Многоканальный FM-радиосигнал может быть представлен как средний сигнал и побочный сигнал. Дополнительно средний сигнал может служить признаком разности между левым сигналом и правым сигналом. Способ может включать определение мощности среднего сигнала, именуемой средней мощностью, и мощности побочного сигнала, именуемой побочной мощностью. Кроме того, способ может включать определение отношения средней мощности и побочной мощности, посредством чего получается отношение «средняя-побочная». Дополнительно способ может включать определение указателя качества принимаемого FM-радиосигнала на основании по меньшей мере отношения «средняя-побочная».
Согласно другой особенности описывается способ генерирования улучшенного стереофонического сигнала из принимаемого FM-радиосигнала. FM-радиосигнал может служить признаком принимаемого левого сигнала и принимаемого правого сигнала. Способ может включать определение указателя качества принимаемого FM-радиосигнала в соответствии с любым из способов, описываемых в настоящем документе. Кроме того, способ может включать генерирование улучшенного стереофонического сигнала из принимаемого FM-радиосигнала с использованием указателя качества.
Согласно одной из дальнейших особенностей описывается программа, реализованная программно. Программа, реализованная программно, может адаптироваться для исполнения на процессоре и для выполнения этапов способов, описываемых в настоящем документе, при осуществлении на вычислительном устройстве.
Согласно другой особенности описывается носитель данных. Носитель данных может включать программу, реализованную программно, адаптированную для исполнения на процессоре и для выполнения этапов способов, описываемых в настоящем документе, при осуществлении на вычислительном устройстве.
Согласно одной из дальнейших особенностей описывается компьютерный программный продукт. Компьютерный программный продукт может содержать исполняемые команды, предназначенные для выполнения этапов способов, описываемых в настоящем документе, при осуществлении на компьютере.
Следует отметить, что способы и системы, в том числе их предпочтительные варианты осуществления, как описано в настоящей патентной заявке, могут использоваться автономно или в сочетании с другими способами и системами, раскрываемыми в настоящем документе. Кроме того, все особенности способов и систем, описываемых в настоящей патентной заявке, могут произвольно комбинироваться. В частности, произвольным образом могут комбинироваться друг с другом характерные признаки формулы изобретения.
Описание графических материалов
Ниже изобретение разъясняется посредством иллюстративных примеров со ссылкой на сопроводительные графические материалы, где
Фиг. 1 иллюстрирует схематический вариант осуществления изобретения, предназначенный для улучшения стереофонического выходного сигнала стереофонического FM-радиоприемника.
Фиг. 2 иллюстрирует один из вариантов осуществления устройства обработки звука на основании концепции параметрического стереофонического кодирования;
Фиг. 3 иллюстрирует другой вариант осуществления устройства обработки звука на основании PS, содержащего PS-кодер и PS-декодер;
Фиг. 4 иллюстрирует расширенную версию устройства обработки звука по фиг. 3;
Фиг. 5 иллюстрирует один из вариантов осуществления PS-кодера и PS-декодера по фиг. 4;
Фиг. 6 иллюстрирует одну из примерных блок-схем усовершенствованной системы для обработки принимаемых FM-радиосигналов;
Фиг. 7 иллюстрирует примерные спектры мощности среднего и побочного сигналов для зашумленного речевого FM-радиосигнала.
Фиг. 8 иллюстрирует примерный спектр шума среднего и побочного сигналов после стереофонического FM-декодирования для радиоканала AWGN (аддитивного белого гауссовского шума; при условии передачи молчания в качестве полезной нагрузки сигнала);
Фиг. 9-12 показывают на верхних схемах примерные кривые минимального значения MSR (отношения «средняя-побочная»), и на нижних схемах - примерные указания полос частот, в пределах которых встречается минимальное MSR;
Фиг. 13 иллюстрирует примерную схему последовательности операций одного из усовершенствованных способов обработки принимаемых FM-радиосигналов; и
Фиг. 14 иллюстрирует примерный конечный автомат, используемый для маскирования параметров PS.
Подробное описание
Фиг. 1 показывает упрощенный схематический вариант осуществления изобретения, предназначенный для улучшения выходного стереофонического сигнала стереофонического FM-радиоприемника 1. Как было рассмотрено в разделе предпосылок данного документа, в FM-радиосвязи стереофонический сигнал намеренно передается как средний сигнал и побочный сигнал. В FM-приемнике 1 побочный сигнал используется для создания стереофонической разности между левым сигналом L и правым сигналом R на выходе FM-приемника 1 (по меньшей мере, когда прием является достаточно хорошим и информация побочного сигнала не приглушается). Иными словами, побочный сигнал используется для создания левого и правого звукового сигнала из среднего сигнала. Левый и правый сигналы L, R могут представлять собой цифровые или аналоговые сигналы.
Для улучшения звуковых сигналов L, R FM-приемника используется устройство 2 обработки звука, которое генерирует на выходе стереофонический звуковой сигнал L' и R'. Устройство 2 обработки звука способно выполнять шумоподавление в принимаемом FM-радиосигнале, используя параметрическое стереофоническое кодирование. Обработка звука в устройстве 2 предпочтительно выполняется в цифровой области; поэтому, в случае аналогового интерфейса между FM-приемником 1 и устройством 2 обработки звука, перед цифровой обработкой звука в устройстве 2 используется аналого-цифровой преобразователь. FM-приемник 1 и устройство 2 обработки звука могут интегрироваться на одной и той же полупроводниковой интегральной схеме или могут быть частями двух полупроводниковых интегральных схем. FM-приемник 1 и устройство 2 обработки звука могут быть частью такого устройства беспроводной связи, как сотовый телефон, персональный цифровой помощник (PDA) или смартфон. В этом случае, FM-приемник 1 может представлять собой часть интегральной схемы радиомодема, которая обладает дополнительной функциональной возможностью FM-радиоприемника. В другом применении FM-приемник 1 и устройство 2 обработки звука могут представлять собой часть акустической системы транспортного средства, нацеленную на компенсацию изменений условий приема в движущемся транспортном средстве.
Вместо использования левого/правого представления на выходе FM-приемника 1 и входе устройства 2 в интерфейсе между FM-приемником 1 и устройством 2 может использоваться среднее/побочное представление (см. M, S на Фиг. 1 для среднего/побочного представления и L, R для левого/правого представления). Такое среднее/побочное представление в интерфейсе между FM-приемником 1 и устройством 2 может в результате приводить к уменьшению нагрузки при обработке, поскольку FM-приемник 1 уже принимает средний/побочный сигнал, а устройство 2 обработки звука может обрабатывать непосредственно средний/побочный сигнал без понижающего микширования. Среднее/побочное представление может являться преимущественным, если FM-приемник 1 является тесно интегрированным с устройством 2 обработки звука, в частности если FM-приемник 1 и устройство 2 обработки звука интегрируются на одной и той же полупроводниковой интегральной схеме.
Необязательно, для адаптации обработки звука в устройстве 2 обработки звука может использоваться сигнал 6 уровня мощности радиосигнала, указывающий условие радиоприема. Он будет описан в данном описании ниже.
Сочетание FM-радиоприемника 1 и устройства 2 обработки звука соответствует FM-радиоприемнику, содержащему встроенную систему шумоподавления.
Фиг. 2 показывает один из вариантов осуществления устройства 2 обработки звука, которое основывается на концепции параметрического стереофонического кодирования. Устройство 2 содержит модуль 3 оценки параметров PS. Модуль 3 оценки параметров сконфигурирован для определения параметров 5 PS на основании входного звукового сигнала, подлежащего улучшению (который может быть либо в левом/правом, либо в среднем/побочном представлении). Параметры 5 PS могут, среди прочего, включать параметр, указывающий разности интенсивностей между каналами (IID, также называемый параметром CLD - разности уровней каналов) и/или параметр, указывающий взаимную корреляцию между каналами (ICC). Предпочтительно, параметры 5 PS являются переменными во времени и по частоте. В случае M/S-представления на входе в модуль 3 оценки параметров модуль 3 оценки параметров может, тем не менее, определять параметры 5 PS, которые относятся к каналам L/R, путем применения соответствующего преобразования каналов L/R.
Из входного сигнала получается звуковой сигнал DM. В случае, когда входной звуковой сигнал уже использует среднее/побочное представление, звуковой сигнал DM может соответствовать непосредственно среднему сигналу. В случае, когда входной звуковой сигнал имеет левое/правое представление, звуковой сигнал может генерироваться путем понижающего микширования звукового сигнала. Предпочтительно, результирующий сигнал DM после понижающего микширования соответствует среднему сигналу М и может генерироваться по следующему уравнению:
, например, при d=2,
т.е. низведенный сигнал DM может соответствовать среднему сигналов L и R. При разных значениях масштабного коэффициента d сигналы L и R усиливаются или ослабляются.
Устройство также содержит модуль 4 повышающего микширования, также называемый модулем стереофонического микширования или стереофоническим повышающим микшером. Модуль 4 повышающего микширования конфигурируется для генерирования стереофонического сигнала L', R' на основании звукового сигнала DM и параметров 5 PS. Предпочтительно, модуль 4 повышающего микширования использует не только сигнал DM, но также использует побочный сигнал или какой-либо псевдопобочный сигнал (не показан). Это будет разъяснено позднее в данном описании в связи с более расширенными вариантами осуществления изобретения по фиг. 4 и 5.
Устройство 2 основывается на идее, заключающейся в том, что, по причине шума, принимаемый побочный сигнал может оказаться слишком зашумленным для реконструкции стереофонического сигнала путем простого сочетания принимаемых среднего и побочного сигналов; тем не менее, в этом случае, побочный сигнал, или компонент побочного сигнала в сигнале L/R, может быть все еще достаточно хорошим для анализа стереофонических параметров в модуле 3 оценки параметров PS. Результирующие параметры 5 PS могут затем использоваться для генерирования стереофонического сигнала L′, R', имеющего пониженный уровень шума по сравнению со звуковым сигналом непосредственно на выходе FM-приемника 1.
Таким образом, используя концепцию параметрического стереофонического кодирования, плохой FM-радиосигнал можно «очистить». Большая часть искажений и шума в FM-радиосигнале располагается в побочном канале, который может не использоваться в понижающем микшировании PS. Тем не менее, побочный канал, даже в случае плохого приема, часто имеет достаточное качество для извлечения параметров PS.
В нижеследующих графических материалах входной сигнал в устройство 2 обработки звука представляет собой левый/правый стереофонический сигнал. При минимальных модификациях некоторых модулей в устройстве 2 обработки звука устройство 2 обработки звука также может обрабатывать входной сигнал в среднем/побочном представлении. Поэтому концепции, обсуждаемые в настоящем раскрытии, могут использоваться в связи с входным сигналом в среднем/побочном представлении.
Фиг. 3 показывает один из вариантов осуществления устройства 2 обработки звука на основании PS, которое использует PS-кодер 7 и PS-декодер 8. Модуль 3 оценки параметров в данном примере является частью PS-кодера 7, и модуль 4 повышающего микширования является частью PS-декодера 8. Термины «PS-кодер» и «PS-декодер» используются в качестве наименований для описания функции блоков обработки звука в устройстве 2. Следует отметить, что вся обработка звука происходит в одном и том же устройстве FM-приемника. Указанные процессы PS-кодирования и PS-декодирования могут быть тесно связанными, и термины «PS-кодирование» и «PS-декодирование» используются только для описания наследования функций обработки звука.
PS-кодер 7 генерирует - на основании входного стереофонического звукового сигнала L, R - звуковой сигнал DM и параметры 5 PS. Необязательно, PS-кодер 7 также использует сигнал 6 уровня радиосигнала. Звуковой сигнал DM представляет собой монофонический низведенный сигнал и предпочтительно соответствует принимаемому среднему сигналу. При суммировании каналов L/R для формирования сигнала DM информация принимаемого побочного канала из сигнала DM исключается. Таким образом, в данном случае в монофоническом низведенном сигнале DM содержится только информация среднего сигнала. Таким образом, в сигнале DM может исключаться любой шум из побочного канала. Однако побочный канал является частью анализа стереофонических параметров в кодере 7, так как кодер 7, как правило, принимает в качестве ввода L=M+S и R=M-S (соответственно, DM=(L+R)/2=M).
Монофонический сигнал DM и параметры 5 PS впоследствии используются в PS-декодере для реконструкции стереофонического сигнала L', R' (как правило, с меньшим уровнем шума по сравнению с оригинальным стереофоническим сигналом L, R).
0
0
0
0
0
Фиг. 4 показывает расширенную версию устройства 2 обработки звука по фиг. 3. Здесь, дополнительно к монофоническому низведенному сигналу DM и параметрам PS, в PS-декодер 8 также передается оригинальный принимаемый побочный сигнал S. Этот подход аналогичен методикам «остаточного кодирования» из PS-кодирования и позволяет использовать по меньшей мере некоторые части (например, некоторые полосы частот) принимаемого побочного сигнала S в случае хороших, но не безупречных условий приема. Принимаемый побочный сигнал S предпочтительно используется в случае, когда монофонический низведенный сигнал соответствует среднему сигналу. Однако в случае, когда монофонический низведенный сигнал не соответствует среднему сигналу, вместо принимаемого побочного сигнала S может использоваться более общий остаточный сигнал. Такой остаточный сигнал указывает на ошибку, связанную с представлением оригинальных каналов и с низведенным сигналом и параметрами PS, и часто используется в схемах PS-кодирования. В нижеследующем описании замечания к использованию принимаемого побочного сигнала S применимы также к остаточному сигналу.
0
Фиг. 5 показывает подробности одного из вариантов осуществления PS-кодера 7 и PS-декодера 8 по фиг. 4. Модуль 7 PS-кодера содержит генератор 9 низведенного сигнала и модуль 3 оценки параметров PS. Например, генератор 9 низведенного сигнала может создавать монофонический низведенный сигнал DM, который предпочтительно соответствует среднему сигналу М (например, DM=M=(L+R)/d), а также, необязательно, может генерировать второй сигнал, который соответствует принимаемому побочному сигналу S=(L-R)/d.
Модуль 3 оценки параметров PS может оценивать в качестве параметров 5 PS корреляцию и разность уровней между входными сигналами L и R. Необязательно, модуль оценки параметров принимает уровень 6 сигнала. Эта информация может использоваться для принятия решения о надежности параметров 5 PS. В случае низкой надежности, например в случае низкого уровня 6 сигнала, параметры 5 PS могут устанавливаться таким образом, чтобы выходной сигнал L', R' представлял собой монофонический выходной сигнал или псевдостереофонический выходной сигнал. В случае монофонического выходного сигнала выходной сигнал L' равен выходному сигналу R′. В случае псевдостереофонического выходного сигнала для генерирования псевдостереофонического или выбранного по умолчанию стереофонического выходного сигнала L', R' могут использоваться параметры PS, выбранные по умолчанию.
Модуль 8 PS-декодера содержит матрицу 4 стереофонического микширования (или повышающего микширования) и декоррелятор 10. Указанный декоррелятор принимает монофонический низведенный сигнал DM и генерирует декоррелированный сигнал S′, который используется как псевдопобочный сигнал. Декоррелятор 10 может реализовываться соответствующим фазовым фильтром, что обсуждается в разделе 4 процитированного документа «Low Complexity Parametric Stereo Coding in MPEG-4». Матрица 4 стереофонического микширования в данном варианте осуществления изобретения представляет собой матрицу повышающего микширования размера 2×2.
0
0
0
В зависимости от оценочных параметров 5 матрица 4 стереофонического микширования микширует сигнал DM с принятым побочным сигналом S или с декоррелированным сигналом S′, создавая стереофонические выходные сигналы L′ и R′. Выбор между принятым сигналом Sи декоррелированным сигналом S′ может зависеть от указателя радиоприема, указывающего на условия приема, таких как уровень 6 сигнала. Вместо или дополнительно можно использовать указатель качества, служащий признаком качества принятого побочного сигнала. Один из примеров такого указателя качества может быть оценочный шум (мощность) принятого побочного сигнала. В случае, когда побочный сигнал включает высокий уровень шума, для создания стереофонического выходного сигнала L′ и R′ может использоваться декоррелированный сигнал S', в то время как в ситуациях с низким шумом может использоваться побочный сигнал S.
Операция повышающего микширования предпочтительно осуществляется в соответствии со следующим матричным уравнением:
0
Здесь весовые коэффициенты ε, β, γ, δ определяют взвешивание сигналов DM и S. Низведенный сигнал DM предпочтительно соответствует принимаемому среднему сигналу. Сигнал S в формуле соответствует либо декоррелированному сигналу S′, либо принимаемому побочному сигналу S. Элементы матрицы повышающего микширования, т.е. весовые коэффициенты ε, β, γ, δ, можно получить, как показано в процитированной статье «Low Complexity Parametric Stereo Coding in MPEG-4» (см. раздел 2.2), как показано в процитированном документе стандартизации MPEG-4 ISO/IEC 14496-3:2005 (см. раздел 8.6.4.6.2) или как показано в документе технических условий MPEG Surround ISO/IEC 23003-1 (см. раздел 6.5.3.2). Указанные разделы документов (а также разделы, на которые делаются ссылки в разделах) ссылкой включаются в настоящее раскрытие во всех отношениях. Как таковые, весовые коэффициенты ε, β, γ, δ могут быть получены с использованием параметров 5 PS, получаемых в модуле 3 оценки параметров.
В некоторых условиях приема FM-приемник 1 создает только монофонический сигнал, где передаваемый побочный сигнал приглушается. Это, как правило, случается тогда, когда условия приема являются чрезвычайно плохими и побочный сигнал является чрезвычайно зашумленным или непригодным для декодирования из уплотненного стереофонического сигнала, поскольку контрольный сигнал 19 кГц, необходимый для демодуляции побочного сигнала, является слишком слабым или вовсе отсутствует. В случае, когда FM-приемник 1 переключается к монофоническому воспроизведению стереофонического радиосигнала, модуль повышающего микширования предпочтительно использует для повышающего микширования вслепую такие параметры повышающего микширования, как имеющиеся параметры повышающего микширования (или (самые) последние параметры повышающего микширования), и генерирует псевдостереофонический сигнал, т.е. модуль повышающего микширования генерирует стереофонический сигнал с использованием параметров повышающего микширования для повышающего микширования вслепую. Также могут существовать варианты осуществления стереофонического FM-приемника 1, который в слишком плохих условиях приема переключаются к монофоническому воспроизведению.
0
Как было описано в контексте фиг. 4, для улучшения качества вывода из PS-декодера 8 могут использоваться методики «остаточного кодирования», известные из PS. Например, в качестве указателя для принятия решения о том, следует ли использовать в PS-кодере по меньшей мере части оригинального принятого побочного сигнала для определения стереофонического сигнала L',R', может использоваться уровень 6 радиосигнала. Однако эксперименты по использованию для управления использованием оригинального принимаемого побочного сигнала S только информации указателя уровня радиосигнала (RSSI), которая доступна из FM-приемника, показывают, что использование RSSI требует системы с относительно сложной конструкцией и не достигает должной эффективности в отношении восприятия.
0
Таким образом, желательно создать детектор высококачественного (HQ) приема принимаемого побочного сигнала S, который допускает конструкцию системы, имеющую уменьшенную сложность, и который в результате приводит к улучшенной эффективности в отношении восприятия. В частности, желательно, чтобы детектор условий HQ-приема принимал в качестве ввода только принятый стереофонический сигнал, т.е. выходные сигналы L, R (или M, S), FM-приемника 1. Кроме того, такой детектор условий HQ-приема должен быть устойчивым (например, он должен работать в разных условиях приема и для различных типов звуковых сигналов). Кроме того, детектор условий HQ-приема должен конструироваться таким образом, чтобы достигаемая эффективность в отношении восприятия для системы в целом (т.е. системы, включающей стереофоническое шумоподавление на основании PS в сочетании с обходом, управляемым детектором HQ) была улучшенной и, по возможности, оптимизированной.
Фиг. 6 иллюстрирует примерную блок-схему системы 50, предназначенной для обработки FM-радиосигнала. Система 50 содержит путь 15 PS-обработки сигнала и обходной путь 16. Путь 15 PS-обработки сигнала содержит устройство 2 PS-обработки звука (или модуль 2 PS-обработки), как описано, например, на фиг. 1-5. Устройство 2 PS-обработки звука сконфигурировано для генерирования стереофонического сигнала L', R' из (возможно, ухудшенного) принимаемого FM-стереофонического сигнала L, R (или M, S). Генерируемый стереофонический сигнал L', R' проходит в модуль 31 усиления PS. Обходной путь 16 доставляет копию принятого стереофонического сигнала L, R в модуль 30 усиления обхода. Модули 30, 31 усиления генерируют из стереофонических сигналов на вводе усиленные и/или ослабленные стереофонические сигналы на их выводе. Усиленные и/или ослабленные стереофонические сигналы объединяются в объединяющем модуле 32 (например, в модуле сложения). Объединяющий модуль 32 сконфигурирован для объединения соответствующих составляющих сигнала, приходящих из модулей 30, 31 усиления. В частности, объединяющий модуль 32 сконфигурирован для объединения левых сигналов и правых сигналов, приходящих соответственно из модулей 30, 31 усиления.
Система 50 также содержит модуль 20 обнаружения HQ, который сконфигурирован для определения или для оценки уровня слышимого шума в принятом стереофоническом FM-сигнале L, R (или M, S). Оценка уровня шума, определяемая в модуле 20 определения HQ, используется для плавного перехода между сигналом, подвергнутым PS-обработке (на выводе модуля 2 PS-обработки), и оригинальным (обходным) сигналом (из обходного пути 16). Для смешивания сигналов на двух путях 15, 16 сигнала модуль 20 обнаружения HQ может конфигурироваться для задания значений коэффициентов усиления модуля 31 усиления PS и модуля 30 усиления обхода. В альтернативном варианте или дополнительно плавный переход между сигналами на двух путях 15, 16 сигнала может достигаться путем интерполяции (линейной или нелинейной) сигналов на двух путях 15, 16 сигнала. В альтернативном варианте на основании оценки уровня слышимого шума, определяемой в модуле 20 обнаружения HQ, может выбираться один из сигналов на двух путях 15, 16 сигнала.
Ниже описывается новый подход к распознаванию шума (который вносится при радиопередаче) от сигнала фактической полезной нагрузки. Иными словами, описывается способ того, каким образом модуль 20 обнаружения HQ может оценивать фактический уровень шума в принимаемом стереофоническом FM-сигнале, и в результате этого принимается решение о том, сделать больший акцент на выходном сигнале модуля 2 PS-обработки (в случае более высокого уровня шума) или сделать больший акцент на обходном сигнале (в случае менее высокого уровня шума).
Для того чтобы отличить шум от фактической полезной нагрузки сигнала, предполагается, что принимаемый побочный сигнал S преимущественно содержит шум, если побочный сигнал S значительно сильнее, чем принимаемый средний сигнал М. Иными словами, предполагается, что если мощность побочного сигнала S превышает мощность среднего сигнала М на предварительно определяемое пороговое значение, то мощность побочного сигнала S, главным образом, обусловлена шумом. Таким образом, отношение «сигнал-шум» (SNR) принимаемого стереофонического сигнала M, S может аппроксимироваться отношением «средняя-побочная» (MSR) для малых значений MSR:
для каждой полосы частот k. MSR_THRESHOLD можно приравнять -6 дБ. Иными словами, если отношение энергии  в полосе частот k побочного сигнала S превышает энергию  в полосе частот k среднего сигнала М на предварительно определяемое пороговое значение (например,+6 дБ), MSR в полосе частот k можно считать равным, или приближенным к, SNR, посредством чего обеспечивается надежная оценка шума, заключенного в принимаемом стереофоническом FM-сигнале.
low
low
low
low
Полосы частот k=1,…,K могут быть получены, например, из ступени анализа блоком квадратурных зеркальных фильтров (QMF), как он используется в высокоэффективном усовершенствованном аудиокодере (HE-AAC), где для обработки используется K=64 каналов аудиоданных QMF. Необязательно, блок QMF может предусматриваться с дополнительно увеличенной разрешающей способностью по частоте, например, путем расщепления низкочастотных полос QMF на большее количество полос с использованием дополнительных фильтров. Например, полосы частот K блока QMF могут расщепляться на p·K полос частот путем использования р дополнительных полосовых фильтров в пределах каждой из полос частот K (в одном из примеров K=16 и р=2). Такие гибридные конструкции фильтров используются в компоненте PS, который является частью HE-AAC v2. Кроме того, указанные гибридные конструкции фильтров также могут использоваться в устройстве 2 PS-обработки звука. Это означает, что при использовании настоящей системы 50 для улучшения принимаемого стереофонического FM-радиосигнала в сочетании с системами кодирования/декодирования, которые выполняют частотный анализ стереофонического FM-радиосигнала (таких, как HE-AAC или HE-AAC v2, или PS-обработка, выполняемая в устройстве 2 PS-обработки звука), значения MSR для каждой полосы частот k могут определяться лишь с небольшой дополнительной вычислительной сложностью.
Следует отметить, что блоки QMF или гибридные блоки QMF могут преимущественно группироваться в уменьшенное количество полос частот, которые соответствуют, например, неравномерной шкале, мотивированной в отношении восприятия, например в шкале Барка. Как таковые, значения MSR могут определяться для ряда полос частот, где разрешающая способность ряда полос частот является мотивированной в отношении восприятия. Например, блок фильтров QMF может содержать 64 полосы QMF, или гибридный блок фильтров QMF может содержать 71 полосу. Разрешающая способность этих блоков фильтров, как правило, является чрезмерно высокой в диапазоне высоких частот. Поэтому может оказаться полезным сгруппировать некоторые из полос способом, мотивированным в отношении восприятия. Как правило, параметры в PS соответствуют сгруппированным таким образом полосам частот (мотивированным в отношении восприятия) и вектору последовательных по времени дискретных значений (гибридного QMF) (т.е. «мозаике» в плоскости время/частота). Например, параметры PS могут определяться с использованием в общей сложности 20 сгруппированных полос частот QMF в пределах временного окна, соответствующего кадру сигнала (в случае HE-AAC включающему, например, 2048 дискретных значений). Такие же полосы частот или параметров, как и используемые в параметрическом стереофоническом кодировании, также могут использоваться для определения значений MSR для каждой полосы частот/параметров, посредством чего уменьшается общая вычислительная сложность.
Мощность полосы параметров k для среднего сигнала М и для некоторой заданной точки во времени n можно вычислить как математическое ожидание:
,
1
1
где используется прямоугольное окно, расположенное между моментами времени, или дискретными значениями, n и n+N-1. Следует отметить, что для определения математического ожидания могут использоваться окна другой формы. Также могут использоваться альтернативные временные/частотные представления (отличные от QMF), такие как дискретное преобразование Фурье (DFT) или другие преобразования. Также в таком случае частотные коэффициенты могут группироваться в полосы параметров меньшего размера (мотивированные в отношении восприятия).
Когда побочный сигнал S не является более сильным, чем средний сигнал М (или не является более сильным с коэффициентом MSR_THRESHOLD), оценка SNR при использовании MSR, как правило, является недоступной. Иными словами, когда побочный сигнал S не является более сильным, чем средний сигнал М (или не является более сильным с коэффициентом MSR_THRESHOLD), MSR, как правило, не является хорошей оценкой для SNR. В этом случае SNR можно определить на основании одной или нескольких предшествующих оценок SNR. Это можно сделать так же, как делается в передовых системах шумоподавления для речевой связи, где профиль шума измеряется в ходе речевых пауз. Например, можно предположить, что мощность шума в побочном сигнале S в момент времени, когда MSR больше или равно MSR_THRESHOLD, соответствует (например, равна) мощности шума в побочном сигнале S в предшествующий момент времени, где MSR было меньше, чем MSR_THRESHOLD. Это предположение можно сделать отдельно для каждой полосы частот k (или параметров). Иными словами, если в момент времени n отношение энергии  в полосе частот k побочного сигнала S не превышает энергию  в полосе частот k среднего сигнала М на предварительно определенное пороговое значение, то энергию шума в момент времени n можно оценить как энергию  в полосе частот k побочного сигнала S в один из предыдущих моментов времени, когда вышеупомянутое условие удовлетворялось. В альтернативном варианте или дополнительно энергию шума в полосе частот k можно оценить при помощи энергии побочного сигнала S в соседней полосе частот (возможно, с компенсацией типичного наклона спектра мощности шума в побочном сигнале).
Как будет описано ниже, использование значений энергии  в предшествующие моменты времени, когда значение MSR больше или равно MSR_THRESHOLD, можно реализовать путем применения сглаживающей функции или функции затухания, как описывается в контексте этапа 104 по фиг. 13.
Фиг. 7 показывает спектр мощности для среднего сигнала 60 и спектр мощности для побочного сигнала 61 в зашумленных условиях приема FM-радиосигнала. Для полос частот со строгим доминированием среднего сигнала М является неоднозначным, представляет ли собой побочный сигнал шум или нет. Побочный сигнал S может, например, являться частью сигнала окружения или частью панорамированного сигнала. Следовательно, эти полосы частот, как правило, не обеспечивают надежного указания мощности шума в принимаемом стереофоническом FM-сигнале L, R (или M, S). Однако при рассмотрении полос частот, где побочный сигнал S значительно сильнее, чем средний сигнал М (например, по меньшей мере на 6 дБ или почти на 10 дБ), его можно принять как весьма вероятное указание на, по существу, чистый шум в побочном сигнале S, вызванный радиопередачей. Такую ситуацию, в которой  можно наблюдать на фиг. 7 приблизительно при 2 кГц и 5 кГц. Как таковое, минимальное из значений MSR среди полос частот k=1,…,K можно считать надежным указателем SNR принимаемого FM-радиосигнала, т.е. указателем качества всего принимаемого стереофонического FM-радиосигнала.
Когда стереофонический FM-передатчик передает молчание в качестве сигнала полезной нагрузки и когда канал радиопередачи моделируется как канал с аддитивным белым гауссовским шумом (AWGN), принимаемый стереофонический сигнал (после FM-демодуляции, стереофонического декодирования и коррекции предыскажений) содержит шум в среднем и побочном сигналах. Из-за методики частотной модуляции, используемой в стереофонической FM-системе, в основной полосе частот для более высоких частот генерируется больший уровень шума, чем для менее высоких частот. Соответственно, больший уровень шума генерируется на поднесущей выше в основной полосе частот (при 38 кГц), которая содержит побочный сигнал. Эта базовая шумовая характеристика должна сочетаться со стандартизованной системой предыскажений/коррекции предыскажений, используемой в системах FM-радиопередачи для компенсации базовой шумовой характеристики. В результате (в предположении передачи молчания по каналу радиопередачи, который генерирует AWGN) получаются полные спектры шума среднего сигнала 70 и побочного сигнала 71, как показано на Фиг. 8. Как можно наблюдать, уровень шума 71 побочного сигнала, как правило, превышает уровень шума 70 среднего сигнала по меньшей мере на 10 дБ (для высоких частот) и вплоть до более чем 30 дБ (для низких частот). Это означает, что сигнал полезной нагрузки в среднем сигнале должен добавлять значительное количество мощности, покрывающее весь диапазон частот, с тем, чтобы перцептивно маскировать весь шум из побочного сигнала. Если это не так, шум побочного сигнала, как правило, будет слышен в принимаемом стереофоническом FM-радиосигнале.
Звуковое содержимое, такое как музыка или речь, как правило, имеют меньшую энергию полезной нагрузки в высокочастотном диапазоне, чем в низкочастотном диапазоне. Кроме того, энергия полезной нагрузки в высокочастотном диапазоне может быть менее непрерывной, чем в низкочастотном диапазоне. Поэтому энергию шума в принимаемом FM-сигнале легче обнаружить в высокочастотном диапазоне, чем в низкочастотном диапазоне. Ввиду этого может оказаться полезным ограничить анализ значений MSR выбранным поддиапазоном из общего числа K полос частот. В частности, может оказаться полезным ограничить анализ значений MSR верхним поддиапазоном из общего числа K полос частот, например верхней половиной общего числа К диапазонов частот. Как таковой, способ обнаружения качества принимаемого FM-сигнала можно сделать более устойчивым.
HQ
HQ
HQ
HQ
HQ
HQ
Ввиду вышесказанного можно определить коэффициент высокого качества α, который зависит от анализа значений MRS по некоторым или всем полосам частот k=1,…,K (например, по полосам высоких частот). Коэффициент высокого качества α может использоваться как указатель слышимого шума в принимаемом стереофоническом FM-радиосигнале. Высококачественный сигнал, не содержащий шум, может указываться как α=1, а сигнал низкого качества с высоким уровнем шума может указываться как α=0. Промежуточные состояния качества могут указываться как 0<α<1. Коэффициент высокого качества α можно получить исходя из значений MSR в соответствии с уравнением:
HQ
где пороговые значения MRS MSR_LOW и MSR_HIGH представляют собой предварительно определяемые пороги нормировки и в примере могут выбираться как равные соответственно -6 дБ и -3 дБ. В результате такой нормировки обеспечивается то, что коэффициент высокого качества α принимает значения от 0 до 1.
В приведенной выше формуле q представляет собой значение, полученное из одного или нескольких значений MSR. Как указывалось выше, q может быть получено из минимального значения MSR по подмножеству полос частот. Кроме того, q может быть приравнено к обращенному значению затухания пика для минимального значения MSR. В альтернативном варианте или дополнительно для сглаживания развития параметра q указателя качества во времени может использоваться любой другой способ сглаживания.
HQ
Коэффициент высокого качества α можно использовать для переключения, или плавного перехода, или интерполяции между стереофоническим сигналом, подвергнутым PS-обработке, на пути 15 PS-обработки и оригинальным необработанным стереофоническим FM-радиосигналом на обходном пути 16. Один из примеров формулы плавного перехода имеет вид:
.
HQ
HQ
Это означает, что коэффициент высокого качества α можно использовать как коэффициент усиления для модуля 30 усиления обхода, в то время как коэффициент (1-α) можно использовать как коэффициент усиления для модуля 31 усиления PS.
Один из вариантов осуществления алгоритма 100 обнаружения HQ можно описать следующими этапами, показанными на фиг. 13:
high
low
• на этапе 101 вычисляются мощности среднего и побочного сигналов, т.е. определяется энергия среднего сигнала,  и энергия побочного сигнала, для некоторых или всех полос частот k, например, В одном из примеров K=K и K=K/2 (т.е. учитывается только верхняя половина полос частот). Средняя и побочная мощности  и  определяются в момент времени n, например, с использованием представленной выше формулы усреднения для математического ожидания.
• На этапе 102 определяются значения отношения средняя-побочная (MSR) для некоторых или всех полос частот k, например, как .
• На этапе 103 определяется минимальное значение MSR  для некоторого диапазона частот, где диапазон частот, например, равен
• На этапе 104 минимальные значения MSR сглаживаются во времени, например, путем определения пикового значения MSR как
s
s
где коэффициент затухания κ=exp(-1/(Fτ)), при этом постоянная времени, например, τ=2 секунд, а F- частота дискретизации, например, частота кадров, т.е. частота осуществления этапа 104. Это реализует обращенную функцию затухания пиков, которая сглаживает минимальные значения MSR во времени.
HQ
• На этапе 105 с использованием пикового значения MSR  в момент времени n, т.е. с использованием сглаженного минимального значения MSR в момент времени n, определяется коэффициент высокого качества αв момент времени n, где
Как указывалось выше, пороговые значения MSR могут быть заданы как, например,
MSR_LOW=-6 дБ, и MSR_HIGH=-3 дБ.
HQ
• На этапе 107 коэффициент высокого качества α в момент времени n может применяться к процессу плавного перехода PS-обработка/обход, проиллюстрированному на фиг. 6, например, путем задания:
.
Вышеупомянутый алгоритм 100 обнаружения HQ может итеративно повторяться для последующих моментов времени (иллюстрируется стрелкой от этапа 107 обратно на этап 101).
HQ
HQ
Способ и система определения высокого качества принимаемого стереофонического FM-радиосигнала могут дополнительно совершенствоваться путем придания коэффициенту высокого качества α зависимости от одного или нескольких дополнительных указателей шума (дополнительно к одному или нескольким значениям MSR). В частности, коэффициент высокого качества α можно сделать зависящим от критерия равномерности спектральной характеристики (SFM) принимаемого стереофонического FM-радиосигнала. Как описано в WO PCT/EP2011/064077, может определяться т.н. SFM _impact _ factor, который нормируется между 0 и 1. SFM _impact_factor=0 может соответствовать низкому значению SFM, указывающему спектр мощности побочного сигнала S, для которого спектральная мощность сконцентрирована в относительно небольшом количестве полос частот. Т.е. динамический коэффициент SFM, равный «0», указывает на низкий уровень шума. С другой стороны, динамический коэффициент SFM, равный «1», соответствует высокому значению SFM, указывающему, что спектр содержит сходные количества мощности во всех спектральных полосах. Следовательно, динамический коэффициент SFM, равный «1», указывает на высокий уровень шума.
HQ
Модифицированный коэффициент высокого качества α можно определить в соответствии с:
,
HQ
HQ
HQ
min
HQ
HQ
посредством чего подчеркивается, что коэффициент высокого качества α=0 (указывает на низкое качество, т.е. высокий уровень шума), если SFM_impact_factor=1 (указывает на высокий уровень шума в принимаемом стереофоническом FM-радиосигнале), и наоборот. Следует отметить, что приведенная выше формула, предназначенная для объединения влияний коэффициента высокого качества α на основании MSR и SFM, представляет собой единственный возможный путь объединения двух указателей шума в объединенный (модифицированный) коэффициент высокого качества α'. Указанный SFM_impact_factor может быть полезен для обнаружения случаев шума, когда как средний, так и побочный сигналы имеют довольно равномерные спектры и являются близкими по энергии. В таких случаях минимальное значение MSR γ, как правило, близко к 0 дБ, несмотря на значительное количество слышимого шума в принимаемом стереофоническом FM-радиосигнале. Модифицированный коэффициент высокого качества α' может замещать коэффициент высокого качества α в вышеописанном процессе плавного перехода PS-обработка/обход.
Ниже описаны примеры определения SFM _impact _ factor. В типичных принимаемых стереофонических FM-радиосигналах спектр мощности среднего сигнала М является относительно крутым с высокими уровнями энергии в диапазоне низких частот. С другой стороны, побочный сигнал S, как правило, имеет низкий общий уровень энергии и относительно равномерный спектр мощности.
Поскольку спектр мощности шума побочного сигнала является относительно равномерным и имеет наклон характеристики, для оценки уровня шума в принятом FM-сигнале может использоваться SFM совместно с компенсацией наклона. Могут использоваться величины SFM различных типов. Т.е. значения SFM могут вычисляться различными способами. В частности, может использоваться мгновенное значение SFM, а также сглаженная версия SFM. Мгновенное значение SFM, как правило, соответствует SFM кадра сигнала для побочного сигнала, в то время как сглаженная версия мгновенного значения SFM также зависит и от SFM предыдущих кадров сигнала для побочного сигнала.
Способ определения динамического коэффициента из побочного сигнала может включать этап определения спектра мощности побочного сигнала. Как правило, этот этап осуществляется с использованием некоторого количества дискретных значений побочного сигнала (например, дискретных значений кадра сигнала). Спектр мощности можно определить как значения энергии побочного сигнала  для ряда полос частот k, k=1,…,K. Период определения спектра мощности может быть выровнен с периодом определения параметров PS. Как таковой, спектр мощности побочного сигнала может определяться для периода достоверности соответствующих параметров PS.
На следующем этапе может компенсироваться наклон характеристики спектра мощности побочного сигнала. Наклон характеристики может определяться экспериментально (в фазе проектирования/настройки), например, путем определения среднего спектра мощности побочных сигналов из ряда монофонических сигналов. В альтернативном варианте или дополнительно наклон характеристики можно определить адаптивно исходя из текущего побочного сигнала, например, используя линейную регрессию спектра мощности текущего побочного сигнала. Компенсация наклона характеристики может выполняться обратным фильтром наклона шума. В результате должен получаться равномерный спектр мощности с компенсацией наклона, который не проявляет наклона характеристики спектра мощности побочного сигнала для монофонического речевого звукового сигнала.
С использованием спектра мощности (с компенсацией наклона) можно определить значение SFM. SFM можно вычислить в соответствии с
,
где  обозначает мощность побочного сигнала в полосе частот k, например в полосе k гибридного блока фильтров. Гибридный блок фильтров, используемый в примере системы PS, состоит из 64 полос QMF, где 3 самых нижних полос дополнительно делятся на 4+2+2 полос (таким образом, N=64-3+4+2+2=69). SFM можно описать как отношение между геометрическим средним спектра мощности и арифметическим средним спектра мощности.
low
high
В альтернативном варианте SFM можно вычислить на подмножестве спектра, включая лишь полосы гибридного блока фильтров в интервале от K до K. Таким образом, например, одна или несколько первых полос могут исключаться с целью устранения смещения постоянной, например, низкочастотной составляющей. При корректировке границ полос в вышеупомянутую формулу должны вноситься соответствующие поправки.
По причинам ограничения вычислительной сложности формулу для SFM можно, в альтернативном варианте, заменить ее численными приближениями, например, на основании разложения в ряд Тейлора, справочной таблицы или аналогичных методик, общеизвестных экспертам в области реализаций программного обеспечения. Кроме того, также существуют другие способы измерения равномерности спектральной характеристики, такие как, например, стандартное отклонение или разность между минимальной и максимальной парами значений частота/мощность и т.д. В настоящем документе термин «SFM» обозначает все эти критерии.
Динамический коэффициент можно определить с использованием значения SFM для определенного периода или кадра побочного сигнала. С этой целью, SFM отображается, например, на шкалу от 0 до 1. Отображение и определение динамического коэффициента SFM может выполняться в соответствии с
где два пороговых значения,  и , выбираются в соответствии со средним диапазоном значений SFM, которые, как правило, находятся в интервале от 0,2 до 0,8. Основной целью ступени нормировки является обеспечение того, чтобы динамический коэффициент SFM регулярно охватывал полную область между «0» и «1». Как таковая, нормировка обеспечивает то, чтобы «нормальный», неравномерный спектр  не обнаруживался как шум и чтобы критерий выходил на насыщение для высоких значений . Иными словами, нормировка предусматривает динамический коэффициент, который более явно отличает ситуацию высокого шума  от ситуации низкого шума .
HQ
HQ
sum
HQ
Ниже описывается другая возможность усовершенствования способов и систем обнаружения HQ, описываемых в настоящем документе. Модифицированный коэффициент высокого качества α' может определяться путем воздействия на коэффициент высокого качества α суммарного побочного уровня S как мягкого вентиля шума, т.е. суммарного уровня (т.е. энергии или мощности) побочного сигнала, который можно определить как энергию побочного сигнала (по всем полосам частот). Как таковой, модифицированный коэффициент высокого качества α' можно определить в соответствии с:
,
где
gate
Пороговые значения S_HRES_LOW и S_THRES_HIGH могут использоваться для нормировки коэффициента усиления g к значениям между 0 и 1. FM-сигналы с побочными сигналами, которые имеют уровень ,считаются имеющими низкое качество, в то время как FM-сигналы с побочными сигналами, которые имеют уровень , могут быть высококачественными.
HQ
HQ
HQ
conceal
conceal
HQ
HQ
conceal
HQ
conceal
conceal
Другая возможность создания усовершенствованного алгоритма обнаружения HQ заключается в том, чтобы дать воздействовать на коэффициент высокого качества α выводу детектора маскирования, как описано в WO PCT/EP2011/064084. Модифицированный коэффициент высокого качества α' может определяться путем принятия во внимание того, действительно ли маскирование действует на пути 15 PS-обработки с целью маскирования нежелательных монофонических выпадений в FM-приемнике. Модифицированный коэффициент высокого качества α' может определяться согласно , где δ=1, если маскирование действует, и где иначе δ=0. Это означает, что принимаемый FM-радиосигнал безусловно считается имеющим низкое качество (α'=0), если в модуле 2 PS-обработки действует маскирование, иначе качество принимаемого FM-радиосигнала оценивается на основании вычисленного значения коэффициента высокого качества α'. С целью избежания (слышимых) неоднородностей при восстановлении из состояния маскирования (т.е. δ=1), т.е. с целью обеспечения плавного перехода модифицированного коэффициента высокого качества α' от 0 к ненулевому значению, минимальное значение MSR  может принудительно приравниваться  всякий раз, когда δ=1 с тем, чтобы обеспечивался плавный переход по способу сглаживания на этапе 104 по фиг. 13. В результате придания коэффициенту высокого качества зависимости от состояния маскирования δ можно реализовать быстрое переключение в режим PS (т.е. быстрый переход к обработке шумоподавления в стереофоническом FM-сигнале при внезапном возникновении плохих условий приема) и медленный, плавный переход обратно в режим обхода (когда условия приема улучшаются).
conceal
Использование маскирования в модуле 2 PS-обработки требует для запуска маскирования надежного обнаружения монофонических выпадений, т.е. установки состояния маскирования δ с 0 на 1. Возможный детектор монофонического/стереофонического сигнала может основываться на обнаружении монофонических отрезков сигнала, которые удовлетворяют условию левый сигнал=правый сигнал (или левый сигнал-правый сигнал=0). Однако такой детектор монофонического/стереофонического сигнала может приводить к неустойчивому поведению для процесса маскирования из-за того, что энергии левого сигнала и правого сигнала, а также энергия побочного сигнала могут сильно флуктуировать даже в благоприятных условиях приема.
S
S
S
Во избежание такого неустойчивого поведения маскирования механизм обнаружения монофонического/стереофонического сигнала и маскирования можно реализовать как конечный автомат. Один из примеров конечного автомата проиллюстрирован на фиг. 14. Конечный автомат по фиг. 14 использует два опорных уровня абсолютной энергии побочного сигнала S, т.е. E(или P, как определено выше). Побочный сигнал S, используемый для вычисления E, может быть пропущен через фильтр пропускания высоких частот с частотой отсечки, как правило, равной 250 Гц. Эти опорные уровни представляют собой верхний опорный уровень ref_high и нижний опорный уровень ref_low. Выше верхнего опорного уровня (ref_high) сигнал считается стереофоническим, а ниже нижнего опорного уровня (ref_low) он считается монофоническим.
S
S
S
S
Энергия побочного сигнала E вычисляется как параметр управления конечного автомата. E может вычисляться по временному окну, которое может, например, соответствовать временному периоду достоверности параметров PS. Иными словами, частота определения энергии побочного сигнала может выравниваться с частотой определения параметров PS. В данном документе промежуток времени для определения энергии побочного сигнала E (и, возможно, параметров PS) именуется кадром сигнала. Конечный автомат по фиг. 14 включает пять условий, которые проверяются каждый раз, когда для нового кадра вычисляется энергия E:
S
- Условие A указывает на то, что энергия побочного сигнала E превышает верхний опорный уровень ref_high. Верхний опорный уровень может именоваться верхним порогом.
S
- Условие B указывает на то, что энергия побочного сигнала E меньше или равна верхнему опорному уровню ref_high и больше или равна нижнему опорному уровню ref_low. Нижний опорный уровень может именоваться нижним порогом.
- Условие В1 соответствует условию В, но добавляет дополнительное временное условие. Временное условие обусловливает, что условие В удовлетворяется для количества кадров, которое меньше порогового количества кадров, или для времени, которое меньше порогового времени. Данное пороговое значение может именоваться пороговым количеством кадров.
- Условие В2 соответствует условию В, но добавляет дополнительное временное условие, обуславливающее, что условие В удовлетворяется для количества кадров, большего или равного пороговому, или для времени, большего или равного пороговому времени.
S
- Условие С указывает на то, что энергия побочного сигнала E меньше нижнего опорного уровня ref_low.
Кроме того, пример конечного автомата по фиг. 14 использует пять состояний. Различные состояния достигаются в зависимости от вышеупомянутых условий и в зависимости от диаграммы состояний, проиллюстрированной на фиг. 14. В различных состояниях в модуле 2 PS-обработки, как правило, выполняются следующие действия:
conceal
- В состоянии 1 выполняется нормальный стереофонический режим, например, на основании параметров PS, которые определяются из текущего звукового сигнала. Состояние маскирования δ остается равным 0.
conceal
- В состоянии 2 выполняется нормальный стереофонический режим на основании параметров PS, определяемых из текущего звукового сигнала. Данное состояние является лишь переходным ввиду того, что условие В удовлетворяется либо для некоторого количества кадров, большего или равного пороговому количеству кадров, либо для времени, большего или равного пороговому времени (т.е. условию В2), либо перед истечением количества кадров, либо перед истечением времени удовлетворяется условие А или С. Состояние маскирования δ остается равным 0.
conceal
- В состоянии 3 стереофонический режим выполняется на основании параметров PS, определяемых на текущем звуковом сигнале. Как видно, состояние 3 достигается на пути от состояния 1 через состояние 2 в состояние 3. Ввиду того, что условие В2 требует минимального количества кадров или минимального количества времени для перехода, путь «состояние 1, состояние 2, состояние 3» представляет собой медленный, т.е. плавный, переход от нормального стереофонического режима (например, музыки) в нормальный монофонический режим (например, речь). Состояние маскирования δ приравнивается или остается равным 0.
S
conceal
- В состоянии 4 запускается маскирование монофонического выпадения с использованием предварительно определенных параметров PS, например самых последних параметров PS, которые были определены в состоянии 1. Как видно, состояние 4 может достигаться непосредственно из состояния 1, если удовлетворяется условие С, т.е. если энергия побочного сигнала E круто падает от энергии выше ref_high до энергии ниже ref_low. В альтернативном варианте состояние 4 может достигаться из состояния 1 через состояние 2, однако только в том случае, если условие В удовлетворяется только для небольшого количества кадров или только для короткого промежутка времени. Как таковые, пути «состояние 1, состояние 4» и «состояние 1, состояние 2, состояние 4» отображают быстрый, т.е. резкий, переход из нормального стереофонического режима (например, музыки) к вынужденному монофоническому режиму. Вынужденный монофонический режим, как правило, возникает из-за FM-приемника, который резко отсекает побочный сигнал, если уровень шума в побочном сигнале превышает предварительно определенный уровень. Состояние маскирования δ устанавливается на 1 с целью указания использования маскирования в модуле 2 PS-обработки.
conceal
- В состоянии 5 маскирование монофонического выпадения продолжается, например, на основании параметров PS, которые были установлены в состоянии 4. В иллюстрируемом варианте осуществления изобретения состояние 5 может достигаться только из состояния 4, если удовлетворяется условие С, т.е. состояние 5 отображает устойчивое состояние маскирования монофонического выпадения, где для генерирования стереофонического звукового сигнала из среднего сигнала используются ранее определенные параметры PS. Параметры PS могут затухать в монофонические с постоянной времени, равной нескольким секундам. Состояние маскирования δ, как правило, остается равным 1.
S
S
Как уже указывалось, проиллюстрированная диаграмма состояний обеспечивает то, что маскирование запускается только в том случае, если звуковой сигнал, принимаемый FM-приемником, переходит от стереофонического к монофоническому в течение нескольких временных окон, т.е. если переход от стереофонического сигнала к монофоническому является резким. С другой стороны, запуск маскирования предотвращается в тех случаях, когда в побочном сигнале имеется шум с энергией Eниже стереофонического уровня (ref_high), но выше монофонического уровня (ref_low), т.е. в случаях, когда в побочном сигнале по-прежнему достаточно информации для генерирования соответствующих параметров PS. В то же время, даже когда сигнал изменяется от стереофонического к монофоническому, например когда сигнал переходит от музыкального к речевому, обнаружение маскирования не будет запускаться, посредством чего обеспечивается то, что оригинальный монофонический сигнал не представляется как искусственный стереофонический сигнал по причине неверного применения маскирования. Верный переход от стереофонического сигнала к монофоническому может обнаруживаться на основании плавного перехода энергии побочного сигнала E от энергии выше ref_high до энергии ниже ref_low.
k
Ниже описывается другая возможность усовершенствования способов обнаружения HQ, описываемых в настоящем документе. Значения MS γ могут корректироваться для больших разностей уровней каналов (CLD) в соответствии с
.
Параметр CLD представляет собой параметр PS, который указывает на степень панорамирования принимаемого стереофонического FM-радиосигнала. Параметр CLD можно определить из отношения энергии принимаемого левого побочного сигнала L и принимаемого правого побочного сигнала R, например, в соответствии с
,
L
2
k
k
min
HQ
где P=E{L} - энергия или мощность принимаемого левого побочного сигнала, а  - энергия или мощность принимаемого правого побочного сигнала. Следовательно, значения MSR γ увеличиваются для сильно панорамированных сигналов, обладающих значительной разностью энергий между левым побочным сигналом L и правым побочным сигналом R. Столь сильная разность между сигналами L и R приводит к тому, что побочный сигнал S будет иметь относительно высокую энергию, даже если побочный сигнал S не содержит шума. При увеличении значений MSR γ увеличивается минимальное значение MSR γ, посредством чего увеличивается коэффициент высокого качества α. Следовательно, использование параметра CLD позволяет избежать ошибочного обнаружения сигналов низкого качества из числа сильных побочных сигналов, что происходит из-за широких (музыкальных) стереофонических микшированных сигналов и процессов постобработки со стереофоническим расширением.
HQ
Другая возможность усовершенствования способов обнаружения высокого качества, описываемых в настоящем документе, заключается в том, чтобы придать коэффициенту высокого качества α способность влиять на коэффициент усиления PS при понижающем микшировании в соответствии с
.
dmx
dmx
dmx
dmx
dmx
dmx
Как описывалось выше, в модуле 2 PS-обработки низведенный сигнал DM может использоваться для генерирования реконструированного левого и правого сигналов L', R' из низведенного сигнала DM. С этой целью низведенный сигнал может компенсироваться по энергии с использованием коэффициента усиления PS при понижающем микшировании g так, чтобы . Коэффициент усиления PS при понижающем микшировании g может быть переменным во времени и/или переменным по частоте. Коэффициент усиления PS при понижающем микшировании g может использоваться для реализации низведенного сигнала с компенсацией энергии, как используется, например, в кодере HE-AAC v2. Как правило, коэффициент усиления PS при понижающем микшировании g используется для компенсации синфазного или сдвинутого по фазе поведения левого и правого сигналов L, R. Коэффициент усиления PS при понижающем микшировании g может использоваться для обеспечения того, чтобы уровень (или энергия, или мощность) низведенного сигнала DM соответствовал (например, был равен) сумме уровня правого сигнала R и уровня левого сигнала L. Коэффициент усиления PS при понижающем микшировании g может ограничиваться максимальной величиной усиления (в случае левого и правого сигналов L, R, которые являются сильно сдвинутыми по фазе).
dmx
HQ
dmx
HQ
dmx
dmx
Вышеупомянутая формула модификации коэффициента усиления PS при понижающем микшировании g для коэффициента качества α означает, что при использовании модифицированного коэффициента усиления при понижающем микшировании g' согласно вышеупомянутой формуле схема понижающего микширования с компенсацией энергии используется в большей степени, если побочный сигнал включает низкую степень шума (α стремится к 1), и сходится к фиксированному коэффициенту усиления при понижающем микшировании (коэффициент, равный 1) для зашумленных сигналов (когда коэффициент компенсации энергии является менее надежным). Иными словами, если принимаемый FM-сигнал содержит высокую степень шума, предлагается не полагаться (или меньше полагаться) на определяемый коэффициент усиления PS при понижающем микшировании g. Модифицированный коэффициент усиления при понижающем микшировании g' может использоваться, например, в кодере HE-AAC v2.
HQ
p
Аналогично, коэффициент высокого качества α может использоваться для корректировки предельных значений предсказания (т.е. для корректировки параметров а и b в схеме шумоподавления в стереофоническом FM-радиосигнале). Как описано в PCT №EP2011/064077, альтернативная параметризация PS для определения реконструированного побочного сигнала S может определяться из следующего процесса повышающего микширования:
HQ
где DM - низведенный сигнал, «а» и «b» - два новых параметра PS, и decorr() - декоррелятор, как правило, фазовый фильтр, используемый в модуле 4 повышающего микширования. Это альтернативное представление может именоваться схемой на основании предсказания, поскольку побочный сигнал предсказывается исходя из сигнала DM. Указанные параметры а и b могут корректироваться с использованием коэффициента высокого качества α.
p
В схеме шумоподавления в стереофоническом FM-радиосигнале может использоваться функция ограничения параметров предсказания а и b, где а′=а/с, и b′=b/c, где с - коэффициент ограничения, и где с=1 приводит к немодифицированным параметрам а и b. Значения c>1 вызывают умножение побочного сигнала с подавленным шумом S на 1/с, то есть ослабление за счет коэффициента с.
Возможны различные подходы к вычислению коэффициента ограничения с исходя из a и b, т.е. с=f(a,b). Двумя возможными подходами являются следующие:
,
или (1)
.
HQ
dmx
HQ
Аналогичным образом, для того чтобы дать указателю качества α возможность ограничивать динамику коэффициента усиления PS при понижающем микшировании g, указатель качества α может оказывать влияние на коэффициент ограничения с. Это можно осуществить, например, в соответствии с уравнением:
,
HQ
где ε - необязательная корректировочная величина (небольшое число), препятствующая выходу a и b на бесконечность (или препятствующее необоснованно высоким числам), когда указатель качества α =1, т.е. когда принимаемый FM-сигнал включает низкую степень шума.
HQ
HQ
HQ
HQ
HQ
HQ
HQ
Целью такой ограничивающей функции, как с=f(a,b, α), является ограничение a и b при низком качестве FM-сигнала (α близок к нулю), в то же время без ограничения (или с небольшим ограничением) a и b для высококачественного FM-сигнала (α близок к единице). Следует отметить, что вышеупомянутая функция, предназначенная для модификации коэффициента ограничения в зависимости от указателя качества α, аппроксимирует первую функцию (1) с при α =0, вторую функцию (2) при α =0,5, и «отсутствие ограничения» параметров a и b выполняется при α =1. Кроме того, следует отметить, что вышеупомянутая формула является лишь одним из примеров реализации модифицированной функции ограничения, которая учитывает качество принимаемого FM-сигнала.
Следует отметить, что вышеупомянутые возможности могут использоваться друг с другом автономно или в произвольном сочетании.
min
min
peak
min
Способы обнаружения HQ на основании одного или нескольких значений MSR дополнительно иллюстрируются на фиг. 9-12. На этих чертежах верхние графики 85 показывают минимальные значения MSR γ 82 (сплошная линия) в последовательности моментов времени. Минимальные значения MSR γ были определены из верхних 10 из 20 полос частот k типичной системы PS. Кроме того, показана обращенная функция затухания пика γ(n) 83 (штриховая линия) для последовательности минимальных значений MSR γ 82. Пунктирными линиями помечены опорные уровни MSR MSR_LOW=-6 дБ (ссылочная позиция 81) и MSR_HIGH=-3 дБ (ссылочная позиция 80).
HQ
В этих примерах значения MSR меньше -6 дБ указывают на слышимый шум, а уровни MSR больше -3 дБ указывают на отсутствие слышимого шума (т.е. «высокое качество»). Между этими опорными уровнями при использовании вышеупомянутых способов и формул получается промежуточный, дробный коэффициент высокого качества α.
Нижние графики 86 указывают полосу частот k 84 (между 10 и 20 в настоящих примерах), в пределах которой были определены минимальные значения 82 MSR. Кроме того, точками 87 можно проиллюстрировать, больше ли минимум MSR в полосе частот k, чем MSR_HIGH.
HQ
На фиг. 9 принятый FM-радиосигнал имеет очень низкие минимальные значения MSR 82 в особенности для более высокочастотных полос. Это вызвано тем, что указанный сигнал содержит классическую оркестровую музыку лишь с умеренными количествами высокочастотной энергии. Поэтому классическая оркестровая музыка не очень хорошо маскирует высокочастотный шум из побочного сигнала. В примере по фиг. 9 минимальные значения MSR никогда не достигают области за нижним пороговым значением MSR_LOW, и поэтому указанный сигнал классифицируется алгоритмом 100 обнаружения HQ как «не-HQ» (т.е. α =0) в любой заданный момент времени.
На фиг. 10 графики 85 и 86 показывают типичное поведение речевых сигналов. Минимальные значения 82 MSR являются очень низкими в ходе речевых пауз и, наоборот, довольно высокими из-за, как правило, громкого микширования речи в содержимом радиосигналов. Данный пример ясно иллюстрирует выгоды использования сглаживания во времени (например, с использованием обращенной функции затухания пика). Сглаживание обладает функцией памяти, которая поддерживает оценку HQ на низком уровне, посредством чего препятствует периодическому переключению между путем 15 PS-обработки (в ходе молчания) и обходным путем 16 (в ходе передачи речи). Периодическое переключение может приводить к нежелательным звуковым эффектам.
HQ
На фиг. 11 графики 85 и 86 показывают типичное поведение для HQ-приема популярной музыки. Минимальные значения 82 MSR на фиг. 11 иногда приближаются к 0 дБ из-за большой стереофонической ширины популярной музыки, однако минимальные значения 82 MSR редко становятся меньше 0 дБ, поскольку популярная музыка обычно включает большое количество высокочастотной энергии также в среднем сигнале (посредством чего маскирует любой шум в высокочастотных полосах). В примере по фиг. 11 минимальные значения 82 MSR никогда не опускаются ниже верхнего порога MSR_HIGH, поэтому сигнал классифицируется как являющийся HQ (т.е. α=1) в любой заданный момент времени. Как таковой, принятый FM-сигнал пропускается к выводу по обходному пути 16. Субъективные качественные оценки показали, что это приводит к улучшенному воспринимаемому качеству по сравнению с обработкой сигнала в пределах пути 15 PS-обработки.
На фиг. 12 графики 85 и 86 показывают поведение, когда принимаемый FM-сигнал включает слышимый шум в отдельные моменты времени (в особенности в моменты времени около 6-8 секунд). Как видно, версия 83 обращенного затухания пика для минимальных значений 82 MSR обеспечивает быстрое переключение к оценке «не-HQ», когда принимаемый FM-сигнал ухудшается из-за шума. С другой стороны, версия 83 обращенного затухания пика для минимальных значений 82 MSR обеспечивает плавный переход через нижнее и верхнее пороговые значения в направлении оценки «HQ». Такое поведение, т.е. быстрая реакция в ответ на шумовые выбросы (и, таким образом, применение PS-обработки на пути 15), но медленный постепенный переход к режиму обхода на пути 16, обычно является желательным с целью максимального увеличения шумоподавления и, в то же время, минимизации артефактов из-за переходов PS-обхода.
В настоящем документе были описаны способ и система улучшения перцептивной эффективности FM-радиоприемников. Указанный способ включает путь PS-обработки и параллельный обходной путь. В зависимости от оценочного качества принимаемого FM-радиосигнала выходной сигнал выбирается из пути PS-обработки и/или из параллельного обходного пути. С целью обеспечения плавного перехода между путем PS-обработки и параллельным обходным путем предлагается плавный переход между выходными сигналами обоих путей. В результате можно улучшить общее воспринимаемое качество FM-радиосигналов.
Описана схема обнаружения высокого качества (HQ), которая позволяет надежно оценивать качество принимаемого FM-радиосигнала. Схема обнаружения HQ оценивает уровень шума или SNR (или отличает шумовую составляющую от составляющей сигнала) в принимаемом FM-радиосигнале путем наблюдения за отрезками побочного сигнала принимаемого FM-радиосигнала (в плоскости время/частота), где побочный сигнал является намного более сильным, чем средний сигнал. Оценка SNR может производиться в отдельных полосах частот (например, в блоке QMF или в сгруппированных полосах блока QMF). Результирующий ряд оценок SNR из разных полос частот может по-разному взвешиваться, и/или некоторые полосы могут исключаться. Для обеспечения плавного развития оценок SNR может использоваться старая оценка SNR, если новые оценки недоступны (например, при помощи сглаживания или удержания/затухания пика). Оценки SNR могут использоваться для определения коэффициента HQ в качестве указателя качества принимаемого FM-радиосигнала. В частности, для определения коэффициентов HQ могут использоваться минимальные оценочные значения SNR. Этот коэффициент HQ может использоваться для управления микшированием между обрабатываемым сигналом (с подавленным шумом) на пути PS-обработки и сигналом, прошедшим в обход. Кроме того, коэффициент HQ может использоваться для управления коэффициентом понижающего микширования в PS-кодере или для предсказания ограничивающих коэффициентов в системе шумоподавления на основании предсказания. Дополнительно к оценкам SNR коэффициенты HQ могут учитывать любые из следующих параметров: SFM, состояние обнаружения монофонического маскирования и/или абсолютный уровень побочного сигнала.
Способы и системы, описанные в настоящем документе, могут реализовываться как программное обеспечение, аппаратно-программное обеспечение и/или как аппаратное обеспечение. Некоторые компоненты могут реализовываться, например, как программное обеспечение, запускаемое на процессоре цифровой обработки сигналов или на микропроцессоре. Другие компоненты могут реализовываться, например, как аппаратное обеспечение или как интегральные схемы специального назначения. Сигналы, которые встречаются в описанных способах и системах, могут храниться в памяти таких носителей данных, как память с произвольным доступом или оптические носители данных. Они могут передаваться по таким сетям, как радиосети, спутниковые сети, беспроводные сети или проводные сети, например Интернет. Типичными устройствами, использующими способы и системы, описанные в настоящем документе, являются переносные электронные устройства или другая бытовая аппаратура, которая используется для хранения и/или представления звуковых сигналов.