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

Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение касается устройства расширения диапазона частот и соответствующего способа, устройства кодирования и соответствующего способа, устройства декодирования и соответствующего способа и программы, в частности, устройства расширения диапазона частот и соответствующего способа, устройства кодирования и соответствующего способа, устройства декодирования и соответствующего способа и программы, с помощью которых музыкальный сигнал может быть воспроизведен с более высоким качеством звучания благодаря расширению диапазона частот.
Уровень техники
Последние годы широко доступными стали службы продажи музыки, предназначенные для продажи музыкальных данных через сеть Internet или подобным образом. В этих службах продажи музыки в качестве музыкальных данных распространяются закодированные данные, полученные кодированием музыкального сигнала. В качестве технологии кодирования музыкального сигнала доминирующими стали технологии кодирования, которые ограничивают размер файла закодированных данных с целью уменьшения битрейта, чтобы загрузка музыкального файла не занимала много времени.
В целом технологии кодирования музыкальных сигналов можно разделить на такие технологии кодирования, как МР3 (MPEG (группа экспертов по движущемуся изображению) Audio Layer 3) (Международный стандарт ISO/IEC 11172-3), и такие технологии кодирования, как НЕ-ААС (высокоэффективное улучшенное MPEG4 кодирование звука) (Международный стандарт ISO/IEC 14496-3).
В таких технологиях кодирования, как МР3, срезают составляющие музыкального сигнала диапазона высоких частот, который начинается с частоты, примерно равной 15 кГц, и расположен выше (сигналы на указанных частотах практически не воспринимаются человеческим ухом), и кодируют оставшиеся составляющие сигнала диапазона низких частот. Такая технология кодирования здесь и далее называется технологией кодирования со срезанием высоких частот. Эта технология кодирования со срезанием высоких частот позволяет ограничить размер файла с закодированными данными. Тем не менее, так как люди, хоть и слабо, но воспринимают звуки высоких частот, то когда звук генерируют и выдают декодированный музыкальный сигнал, полученный декодированием закодированных данных, часто имеет место ухудшение качества звука, заключающееся в потере ощущения правдоподобия исходного сигнала и приглушенности звука.
В отличие от описанного в таких технологиях кодирования, как НЕ-ААС, из составляющих сигнала диапазона высоких частот извлекают специфическую информацию и ее кодируют вместе с составляющими сигнала диапазона низких частот. Такая технология кодирования здесь и далее называется технологией кодирования специфической информации диапазона высоких частот. Так как в технологии кодирования специфической информации диапазона высоких частот в качестве информации, относящейся к составляющим сигнала диапазона высоких частот, кодируют только специфическую информацию составляющих сигнала диапазона высоких частот, то эффективность кодирования может быть улучшена и одновременно уменьшено ухудшение качества звука.
При декодировании данных, закодированных с помощью технологии кодирования специфической информации диапазона высоких частот, декодируют составляющие сигнала диапазона низких частот и специфическую информацию и составляющие сигнала диапазона высоких частот генерируют из декодированных составляющих сигнала диапазона низких частот и специфической информации. Здесь и далее технологией расширения диапазона называется технология расширения диапазона частот составляющих сигнала диапазона низких частот, заключающаяся в генерировании составляющих сигнала диапазона высоких частот из составляющих сигнала диапазона низких частот.
Примером применения этой технологии расширения диапазона является последующая обработка, осуществляемая после декодирования данных, закодированных с помощью упомянутой выше технологии кодирования специфической информации диапазона высоких частот. В ходе этой последующей обработки составляющие сигнала диапазона высоких частот, потерянные при кодировании, генерируют из декодированных составляющих сигнала диапазона низких частот, тем самым расширяют диапазон частот составляющих сигнала диапазона низких частот (смотри, например, патентный документ 1). Заметим, что технологию расширения диапазона частот из патентного документа 1 здесь и далее будем называть технологией расширения диапазона из патентного документа 1.
Согласно технологии расширения диапазона из патентного документа 1, при входном сигнале, представляющем собой декодированные составляющие сигнала диапазона низких частот, в устройстве оценивают спектр мощности диапазона высоких частот (здесь и далее называемых частотной огибающей диапазона высоких частот) исходя из спектра мощности входного сигнала и генерируют составляющие сигнала диапазона высоких частот, при этом частотную огибающую диапазона высоких частот получают по составляющим сигнала диапазона низких частот.
На фиг.1 показан пример спектра мощности декодированного диапазона низких частот, который является входным сигналом, и оценка частотной огибающей диапазона высоких частот.
На фиг.1 по вертикальной оси откладывают логарифм мощности, а по горизонтальной оси откладывают частоту.
В устройстве определяют диапазон на нижнем конце составляющих сигнала диапазона высоких частот (здесь и далее называется начальный диапазон расширения) исходя из информации, касающейся входного сигнала, например, типа схемы кодирования, частоты выборки и битрейта (здесь и далее называется дополнительной информацией). Далее устройство делит входной сигнал, представляющий собой составляющие сигнала диапазона низких частот, на множество сигналов поддиапазонов. Устройство находит для каждой группы для временного направления среднее значение (здесь и далее называется мощностью для группы) соответствующих мощностей множества разделенных сигналов поддиапазонов, то есть множества сигналов поддиапазонов на стороне, расположенной ниже начального диапазона расширения (здесь и далее называется просто стороной диапазона низких частот). Как показано на фиг.1, в качестве значения мощности в устройстве получают среднее значение соответствующих мощностей для группы для множества сигналов поддиапазонов стороны диапазона низких частот и в качестве начальной точки получают точку, в которой частота равняется частоте на нижнем конце начального диапазона расширения. Оценкой частотной огибающей на стороне, расположенной выше начального диапазона расширения (здесь и далее называется просто стороной диапазона высоких частот), в устройстве считают прямую линию первого порядка заранее заданного наклона, проходящую через начальную точку. Заметим, что положение начальной точки по оси, вдоль которой откладывают мощность, может быть скорректировано пользователем. В устройстве генерируют каждый из множества сигналов поддиапазонов стороны диапазона высоких частот из множества сигналов поддиапазонов стороны диапазона низких частот, так что получают оцененную частотную огибающую стороны диапазона высоких частот. В устройстве складывают сгенерированные сигналы поддиапазонов стороны диапазона высоких частот с целью получения составляющих сигнала диапазона высоких частот и дополнительно складывают составляющие сигнала диапазона низких частот и выдают результат. Таким образом, музыкальный сигнал с расширенным диапазоном частот становится ближе к исходному музыкальному сигналу. Следовательно, можно воспроизвести музыкальный сигнал более высокого качества звучания.
Технология расширения диапазона из описанного выше патентного документа 1 имеет следующее достоинство: для данных, закодированных с помощью различных технологий кодирования со срезанием высоких частот или закодированных с различными битрейтами, диапазон частот может быть расширен по сравнению с музыкальным сигналом, полученным после декодирования закодированных данных.
Список цитирования
Патентная литература
Патентный документ 1: нерассмотренная заявка на японский патент No.2008-139844.
Сущность изобретения
Техническая задача
Тем не менее, технология расширения диапазона из патентного документа 1 может быть улучшена, так как оцененная частотная огибающая стороны диапазона высоких частот является прямой линией первого порядка заранее заданного наклона, то есть форма частотной огибающей зафиксирована.
То есть форма спектра мощностей музыкального сигнала может быть различной. В зависимости от музыкального сигнала, нередко встречается ситуация, когда форма значительно отклоняется от частотной огибающей стороны диапазона высоких частот, которая оценена с помощью технологии расширения диапазона из патентного документа 1.
На фиг.2 показан пример исходного спектра мощности музыкального сигнала, в котором внезапные временные изменения сопровождаются ударной частью.
Заметим, что помимо составляющих сигнала стороны диапазона низких частот музыкального сигнала с ударной частью, которые являются входным сигналом, на фиг.2 также показана частотная огибающая стороны диапазона высоких частот, оцененная по входному сигналу.
Как показано на фиг.2, исходный спектр мощности стороны диапазона высоких частот музыкального сигнала с ударной частью по существу является гладким.
В отличие от этого оцененная частотная огибающая стороны диапазона высоких частот имеет заранее заданный отрицательный наклон и даже при выполнении корректировки в начальной точке, чтобы мощность была ближе к исходному спектру мощности, при увеличении частоты различие от исходного спектра мощности становится больше.
Как описано выше, для технологии расширения диапазона из патентного документа 1 оцененная частотная огибающая стороны диапазона высоких частот не может с высокой точностью копировать исходную частотную огибающую стороны диапазона высоких частот. В результате при генерировании и выводе звука из музыкального сигнала с расширением диапазона частот, по слуховым ощущениям иногда теряется чистота звука по сравнению с исходным звуком.
Также относительно такой упомянутой выше технологии кодирования, как НЕ-ААС, частотную огибающую стороны диапазона высоких частот используют в качестве кодируемой специфической информации составляющих сигнала диапазона высоких частот. Тем не менее, если исходная частотная огибающая стороны диапазона высоких частот может быть продублирована с высокой точностью на декодирующей стороне, то становится ненужным кодирование специфической информации составляющих сигнала диапазона высоких частот. Этот ведет к дальнейшему улучшению эффективности кодирования.
Настоящее изобретение было выполнено с учетом описанных выше обстоятельств, и его цель заключается в том, чтобы с помощью расширения диапазона частот получить музыкальный сигнал лучшего качества звучания.
Решение задачи
Устройство расширения диапазона частот, соответствующее одному аспекту настоящего изобретения, содержит: множество полосовых фильтров, в которых из входного сигнала получают множество сигналов поддиапазонов; контур выделения частотной огибающей, в котором выделяют частотную огибающую из множества сигналов поддиапазонов, полученных во множестве полосовых фильтров; и контур генерирования сигналов диапазона высоких частот, в котором генерируют составляющие сигнала диапазона высоких частот, что делают на основе частотной огибающей, полученной в контуре выделения частотной огибающей, и множества сигналов поддиапазонов, полученных в полосовых фильтрах, при этом диапазон частот входного сигнала расширяют с использованием составляющих сигнала высоких частот, сгенерированных контуром генерирования сигналов диапазона высоких частот.
В контуре выделения частотной огибающей получают наклон первого порядка частотной огибающей из множества сигналов поддиапазонов, полученных множеством полосовых фильтров.
В контуре выделения частотной огибающей при выделении частотной огибающей из множества сигналов поддиапазонов, полученных множеством полосовых фильтров, используют мощности множества сигналов поддиапазонов.
В контуре выделения частотной огибающей при выделении частотной огибающей из множества сигналов поддиапазонов, полученных множеством полосовых фильтров, используют амплитуды множества сигналов поддиапазонов.
В частотной огибающей изменяют сегмент частотной огибающей, для которого проводятся вычисления, в зависимости от устойчивости входного сигнала.
В контуре выделения частотной огибающей получают множество наклонов первого порядка частотной огибающей из множества сигналов поддиапазонов, полученных множеством полосовых фильтров.
Контур генерирования сигналов диапазона высоких частот содержит контур вычисления коэффициента усиления, в котором находят коэффициент усиления для каждого поддиапазона по частотной огибающей, полученной в контуре выделения частотной огибающей, и применяют коэффициент усиления к множеству сигналов поддиапазонов, полученных множеством полосовых фильтров.
В контур вычисления коэффициента усиления находят коэффициент усиления для каждого поддиапазона по частотной огибающей, вычисленной в каждом из множества блоков на временной оси.
Наклон первого порядка частотной огибающей вычисляют с использованием весов на основе множества сигналов поддиапазонов, полученных множеством полосовых фильтров.
В контуре вычисления коэффициента усиления этот коэффициент вычисляют с помощью отображающей функции, полученной путем заблаговременного обучения с помощью сигнала широкого диапазона частот, используемого в качестве обучающих данных.
В качестве входа отображающей функции используют наклон первого порядка, а выходом является коэффициент усиления.
В качестве входов отображающей функции используют наклоны первого порядка, а выходом является коэффициент усиления.
В качестве входа отображающей функции используют наклон первого порядка на логарифмической шкале, а выходом является коэффициент усиления на логарифмической шкале.
Устройство расширения частот дополнительно содержит контур генерирования мощностей поддиапазонов высоких частот, в котором генерируют мощности отдельных поддиапазонов высоких частот из диапазона расширения частот из множества сигналов поддиапазонов, полученных множеством полосовых фильтров.
В контуре генерирования мощностей поддиапазонов высоких частот вычисляют мощности отдельных поддиапазонов высоких частот из диапазона расширения частот с помощью линейной комбинации мощностей множества сигналов поддиапазонов, полученных множеством полосовых фильтров.
В контуре генерирования мощностей поддиапазонов высоких частот вычисляют мощности отдельных поддиапазонов высоких частот из диапазона расширения частот с помощью линейной комбинации мощностей множества сигналов поддиапазонов, вычисленных во множестве блоков на временной оси.
В контуре генерирования мощностей поддиапазонов высоких частот вычисляют мощности отдельных поддиапазонов высоких частот из диапазона расширения частот с использованием множества мощностей сигналов поддиапазонов, вычисленных во множестве блоков на временной оси, которые заменены одной переменной для каждого поддиапазона.
В контуре генерирования мощностей поддиапазонов высоких частот вычисляют мощности отдельных поддиапазонов высоких частот из диапазона расширения частот с помощью нелинейной функции мощностей множества сигналов поддиапазонов, полученных множеством полосовых фильтров.
В контуре генерирования мощностей поддиапазонов высоких частот вычисляют мощности отдельных поддиапазонов высоких частот из диапазона расширения частот с помощью нелинейной функции мощностей множества сигналов поддиапазонов, вычисленных во множестве блоков на временной оси.
Нелинейной функцией является функция произвольного порядка.
Входом и выходом контура генерирования мощностей поддиапазонов высоких частот являются соответственно мощности множества сигналов поддиапазонов, полученных множеством полосовых фильтров, и мощности поддиапазонов высоких частот.
Входом и выходом контура генерирования мощностей поддиапазонов высоких частот являются соответственно амплитуды множества сигналов поддиапазонов, полученных множеством полосовых фильтров, и амплитуды поддиапазонов высоких частот.
В контуре вычисления коэффициента усиления этот коэффициент вычисляют с помощью отображающей функции с коэффициентами, полученными путем заблаговременного обучения с помощью сигнала широкого диапазона частот, используемого в качестве обучающих данных.
Способ расширения диапазона частот, соответствующий одному аспекту настоящего изобретения, содержит устройство расширения диапазона частот: из входного сигнала получают множество сигналов поддиапазонов; выделяют частотную огибающую из полученного множества сигналов поддиапазонов; генерируют составляющие сигнала диапазона высоких частот, что делают на основе выделенной частотной огибающей и полученного множества сигналов поддиапазонов; и расширяют диапазон частот входного сигнала с использованием сгенерированных составляющих сигнала диапазона высоких частот.
Программа, соответствующая одному аспекту настоящего изобретения, в результате работы которой управляемое компьютером устройство расширения диапазона частот реализует процесс управления, включающий в себя следующие этапы: из входного сигнала получают множество сигналов поддиапазонов; выделяют частотную огибающую из полученного множества сигналов поддиапазонов; генерируют составляющие сигнала диапазона высоких частот, что делают на основе выделенной частотной огибающей и полученного множества сигналов поддиапазонов; и расширяют диапазон частот входного сигнала с использованием сгенерированных составляющих сигнала диапазона высоких частот.
В устройстве и способе расширения диапазона частот и программе в соответствии с одним аспектом настоящего изобретения: из входного сигнала получают множество сигналов поддиапазонов; частотную огибающую выделяют из полученного множества сигналов поддиапазонов; составляющие сигнала диапазона высоких частот генерируют на основе выделенной частотной огибающей и полученного множества сигналов поддиапазонов; и диапазон частот входного сигнала расширяют с использованием сгенерированных составляющих сигнала диапазона высоких частот.
Устройство кодирования, соответствующее одному аспекту настоящего изобретения, содержит: контур деления на поддиапазоны, в котором входной сигнал делят на множество поддиапазонов и генерируют сигналы поддиапазонов низких частот, содержащие множество поддиапазонов на стороне диапазона низких частот, и сигналы поддиапазонов высоких частот, содержащие множество поддиапазонов на стороне диапазона высоких частот; контур кодирования диапазона низких частот, в котором кодируют сигналы поддиапазонов низких частот и генерируют закодированные данные низких частот; контур выделения частотной огибающей, в котором выделяют частотную огибающую из сигналов поддиапазонов низких частот; контур генерирования псевдосигналов диапазона высоких частот, в котором генерируют псевдосигналы диапазона высоких частот из частотной огибающей, полученной контуром выделения частотной огибающей, и сигналов поддиапазонов низких частот; контур вычисления информации по корректировке псевдосигналов диапазона высоких частот, в котором сравнивают сигналы поддиапазонов высоких частот, полученные в контуре деления на поддиапазоны, и псевдосигналы диапазона высоких, сгенерированные контуром генерирования псевдосигналов диапазона высоких частот, и получают информацию по корректировке псевдосигналов диапазона высоких частот; контур кодирования диапазона высоких частот, в котором кодируют информацию по корректировке псевдосигналов диапазона высоких частот и генерируют закодированные данные диапазона высоких частот; и контур мультиплексирования, в котором объединяют закодированные данные диапазона низких частот, сгенерированные в контуре кодирования диапазона низких частот, и закодированные данные диапазона высоких частот, сгенерированные в контуре кодирования диапазона высоких частот, что делают для получения выходной кодовой строки.
Способ кодирования, в соответствии с одним аспектом настоящего изобретения, включает в себя следующие этапы функционирования устройства кодирования сигналов: делят входной сигнал на множество поддиапазонов и генерируют сигналы поддиапазонов низких частот, содержащие множество поддиапазонов на стороне диапазона низких частот, и сигналы поддиапазонов высоких частот, содержащие множество поддиапазонов на стороне диапазона высоких частот; кодируют сигналы поддиапазонов низких частот и генерируют закодированные данные диапазона низких частот; выделяют частотную огибающую из сигналов поддиапазонов низких частот; генерируют псевдосигналы диапазона высоких частот из выделенной частотной огибающей и сигналов поддиапазонов низких частот; сравнивают сигналы поддиапазонов высоких частот и сгенерированные псевдосигналы диапазона высоких частот и получают информацию по корректировке псевдосигналов диапазона высоких частот; кодируют информацию по корректировке псевдосигналов диапазона высоких частот и генерируют закодированные данные диапазона высоких частот; и объединяют сгенерированные закодированные данные диапазона низких частот и сгенерированные закодированные данные диапазона высоких частот, что делают для получения выходной кодовой строки.
Программа, в соответствии с одним аспектом настоящего изобретения, включает в себя следующие этапы работы компьютера, который управляет устройством кодирования сигналов: делят входной сигнал на множество поддиапазонов и генерируют сигналы поддиапазонов низких частот, содержащие множество поддиапазонов на стороне диапазона низких частот, и сигналы поддиапазонов высоких частот, содержащие множество поддиапазонов на стороне диапазона высоких частот; кодируют сигналы поддиапазонов низких частот и генерируют закодированные данные диапазона низких частот; выделяют частотную огибающую из сигналов поддиапазонов низких частот; генерируют псевдосигналы диапазона высоких частот из выделенной частотной огибающей и сигналов поддиапазонов низких частот; сравнивают сигналы поддиапазонов высоких частот и сгенерированные псевдосигналы диапазона высоких частот и получают информацию по корректировке псевдосигналов диапазона высоких частот; кодируют информацию по корректировке псевдосигналов диапазона высоких частот и генерируют закодированные данные высоких частот; и объединяют сгенерированные закодированные данные диапазона низких частот и сгенерированные закодированные данные диапазона высоких частот, что делают для получения выходной кодовой строки.
В устройстве и способе расширения диапазона частот и программе, в соответствии с одним аспектом настоящего изобретения, входной сигнал делят на множество поддиапазонов с целью генерирования сигналов поддиапазонов низких частот, содержащих множество поддиапазонов на стороне диапазона низких частот, и сигналов поддиапазонов высоких частот, содержащих множество поддиапазонов на стороне диапазона высоких частот, сигналы поддиапазонов низких частот кодируют с целью генерирования закодированных данных диапазонов низких частот, частотную огибающую выделяют из сигналов поддиапазонов низких частот, псевдосигналы диапазона высоких частот генерируют из выделенной частотной огибающей и сигналов поддиапазонов низких частот, сигналы поддиапазонов высоких частот сравнивают со сгенерированными псевдосигналами диапазона высоких частот с целью получения информации по корректировке псевдосигналов диапазона высоких частот, информацию по корректировке псевдосигналов диапазона высоких частот кодируют с целью генерирования закодированных данных диапазона высоких частот и сгенерированные закодированные данные диапазона низких частот и сгенерированные закодированные данные диапазона высоких частот объединяют с целью получения выходной кодовой строки.
Устройство декодирования, соответствующее одному аспекту настоящего изобретения, содержит: контур демультиплексирования, в котором разъединяют входные закодированные данные и генерируют закодированные данные диапазона низких частот и закодированные данные диапазона высоких частот; контур декодирования диапазона низких частот, в котором декодируют закодированные данные диапазона низких частот и генерируют сигналы поддиапазонов низких частот; контур выделения частотной огибающей, в котором выделяют частотную огибающую из множества сигналов поддиапазонов низких частот; контур генерирования псевдосигналов диапазона высоких частот, в котором генерируют псевдосигналы диапазона высоких частот из частотной огибающей, полученной контуром выделения частотной огибающей, и сигналов поддиапазонов низких частот; контур декодирования диапазона высоких частот, в котором декодируют закодированные данные диапазона высоких частот и генерируют информацию по корректировке псевдосигналов диапазона высоких частот; и контур корректировки псевдосигналов диапазона высоких частот, в котором корректируют псевдосигналы диапазона высоких частот с использованием информации по корректировке псевдосигналов диапазона высоких частот, что делают с целью генерирования псевдосигналов диапазона высоких частот.
Способ декодирования, в соответствии с одним аспектом настоящего изобретения, включает в себя следующие этапы функционирования устройства декодирования: разъединяют входные закодированные данные и генерируют закодированные данные диапазона низких частот и закодированные данные диапазона высоких частот; декодируют закодированные данные низких частот и генерируют сигналы поддиапазонов низких частот; выделяют частотную огибающую из множества сигналов поддиапазонов низких частот; генерируют псевдосигналы диапазона высоких частот из выделенной частотной огибающей и сигналов поддиапазонов низких частот; декодируют закодированные данные диапазона высоких частот и генерируют информацию по корректировке псевдосигналов диапазона высоких частот; и корректируют псевдосигналы диапазона высоких частот с использованием информации по корректировке псевдосигналов диапазона высоких частот, что делают с целью генерирования псевдосигналов диапазона высоких частот.
Программа, в соответствии с одним аспектом настоящего изобретения, включает в себя следующие этапы функционирования компьютера, который управляет устройством декодирования: разъединяют входные закодированные данные и генерируют закодированные данные диапазона низких частот и закодированные данные диапазона высоких частот; декодируют закодированные данные диапазонов низких частот и генерируют сигналы поддиапазонов низких частот; выделяют частотную огибающую из множества сигналов поддиапазонов низких частот; генерируют псевдосигналы диапазона высоких частот из выделенной частотной огибающей и сигналов поддиапазонов низких частот; декодируют закодированные данные диапазона высоких частот и генерируют информацию по корректировке псевдосигналов диапазона высоких частот; и корректируют псевдосигналы диапазона высоких частот с использованием информации по корректировке псевдосигналов диапазона высоких частот, что делают с целью генерирования псевдосигналов диапазона высоких частот.
В устройстве декодирования и способе и программе, в соответствии с одним аспектом настоящего изобретения, входные закодированные данные разъединяют с целью генерирования закодированных данных диапазонов низких частот и закодированных данных диапазона высоких частот, закодированные данные диапазона низких частот декодируют с целью генерирования сигналов поддиапазонов низких частот, частотную огибающую выделяют из множества сигналов поддиапазонов низких частот, псевдосигналы диапазона высоких частот генерируют по выделенной частотной огибающей и сигналам поддиапазонов низких частот, закодированные данные диапазона высоких частот декодируют с целью генерирования информации по корректировке псевдосигналов диапазона высоких частот и псевдосигналы диапазона высоких частот корректируют с использованием информации по корректировке псевдосигналов диапазона высоких частот, что делают с целью генерирования псевдосигналов диапазона высоких частот.
Полезный эффект от изобретения
Согласно одному аспекту настоящего изобретения музыкальный сигнал может быть воспроизведен с более высоким качеством звучания с помощью расширения диапазона частот.
Краткое описание чертежей
Фиг.1 - вид, показывающий пример спектра мощности входного сигнала, представляющего собой декодированный диапазон низких частот, и пример оценки частотной огибающей диапазона высоких частот;
фиг.2 - вид, показывающий пример исходного спектра мощности музыкального сигнала, в котором внезапные временные изменения сопровождаются ударной частью;
фиг.3 - функциональная блок-схема, показывающая пример функциональной структуры устройства расширения диапазона частот, соответствующего первому варианту осуществления настоящего изобретения;
фиг.4 - блок-схема, показывающая пример процесса расширения диапазона частот, осуществляемого устройством расширения диапазона частот с фиг.3;
фиг.5 - вид, показывающий спектр сигнала, поданного на устройство расширения диапазона частот с фиг.3, и показывающий расположение полосовых фильтров на оси частот;
фиг.6 - функциональная блок-схема, показывающая пример функциональной структуры устройства получения коэффициентов, предназначенного для получения коэффициентов, используемых в контуре генерирования сигналов диапазона высоких частот устройства расширения диапазона частот с фиг.3;
фиг.7 - вид, показывающий спектр обучающего сигнала широкого диапазона частот, поданного на устройство получения коэффициентов с фиг.6, и показывающий расположение полосовых фильтров на оси частот;
фиг.8 - вид, показывающий форму заданного разложенного по времени сигнала;
фиг.9 - вид, показывающий пример, в котором для неустойчивого интервала применяют короткие временные интервалы;
фиг.10 - функциональная блок-схема, показывающая пример функциональной структуры устройства расширения диапазона частот, соответствующего второму варианту осуществления настоящего изобретения;
фиг.11 - функциональная блок-схема, показывающая пример функциональной структуры устройства расширения диапазона частот, соответствующего третьему варианту осуществления настоящего изобретения;
фиг.12 - блок-схема, показывающая пример процесса кодирования, осуществляемого устройством кодирования с фиг.11;
фиг.13 - вид, показывающий пример кодовой строки, выданной устройством кодирования с фиг.11;
фиг.14 - функциональная блок-схема, показывающая пример функциональной структуры устройства декодирования, соответствующего третьему варианту осуществления настоящего изобретения;
фиг.15 - блок-схема, показывающая пример процесса декодирования, осуществляемого устройством декодирования с фиг.14;
фиг.16 - вид, показывающий другой пример кодовой строки, выданной устройством кодирования с фиг.11;
фиг.17 - структурная схема, показывающая пример структуры аппаратных средств компьютера, выполняющего процессы, в которых используют настоящее изобретение.
Подробное описание изобретения
Далее со ссылками на чертежи будут описаны варианты осуществления настоящего изобретения.
1. Первый вариант осуществления изобретения (случай, в котором настоящее изобретение использовано в устройстве расширения диапазона частот).
2. Второй вариант осуществления изобретения (случай, в котором настоящее изобретение использовано в устройстве расширения диапазона частот).
3. Третий вариант осуществления изобретения (случай, в котором настоящее изобретение использовано в устройстве кодирования и декодирования).
<Первый вариант осуществления изобретения>
Сначала будет описан первый вариант осуществления изобретения.
В первом варианте осуществления изобретения к декодированным составляющим сигнала диапазона низких частот, полученных декодированием данных, закодированных с помощью упомянутой выше технологии со срезанием высоких частот, применяют процесс расширения диапазона частот (здесь и далее называемый процессом расширения диапазона частот).
Пример функциональной структуры устройства расширения диапазона частот, которое соответствует первому варианту осуществления изобретения
На фиг.3 показан пример функциональной структуры устройства расширения диапазона частот, в котором использовано настоящее изобретение.
Когда входным сигналом является декодированные составляющие сигнала диапазона низких частот, в устройстве 10 расширения диапазона частот реализуют для входного сигнала процесс расширения диапазона частот и в качестве выходного сигнала выдают полученный музыкальный сигнал расширенного диапазона частот.
Устройство 10 расширения диапазона частот содержит фильтр 11 низких частот, контур 12 задержки, полосовые фильтры 13, контур 14 выделения частотной огибающей, контур 15 генерирования сигналов диапазона высоких частот, фильтр 16 высоких частот и сумматор 17 сигналов.
Пример обработки, осуществляемой устройством расширения диапазона частот, которое соответствует первому варианту осуществления изобретения
На фиг.4 изображена блок-схема, показывающая пример обработки, осуществляемой в устройстве расширения диапазона частот с фиг.3 (здесь и далее называется процессом расширения диапазона частот).
На этапе S1 в фильтре 11 низких частот осуществляют фильтрацию входного сигнала с заранее заданной частотой среза и подают отфильтрованный сигнал на контур 12 задержки.
Для фильтра 11 низкой частоты в качестве частоты среза может быть установлена произвольная частота. Тем не менее, заметим, что в этом варианте осуществления изобретения для описанного позже заранее заданного диапазона, используемого в качестве начального диапазона расширения, частоту среза устанавливают в соответствии с частотой на нижнем конце начального диапазона расширения. Соответственно фильтр 11 низких частот подает в качестве отфильтрованного сигнала составляющие сигнала в диапазоне, расположенном ниже начального диапазона расширения (здесь и далее называют составляющими сигнала диапазона низких частот) на контур 12 задержки.
Также для фильтра 11 низких частот оптимальная частота может быть установлена как частота среза, соответствующая технологии кодирования со срезанием высоких частот для входного сигнала и соответствующая параметрам кодирования, таким как битрейт. В качестве таких параметров кодирования может быть использована, например, дополнительная информация, применяемая в технологии расширения диапазона из патентного документа 1.
На этапе S2 для обеспечения синхронизации при описываемом далее сложении составляющих сигнала диапазона низких частот и составляющих сигнала диапазона высоких частот в контуре 12 задержки составляющие сигнала диапазона низких частот задерживают на заранее заданное время задержки и подают результат на сумматор 17 сигналов.
На этапе S3 в полосовом фильтре 13 входной сигнал делят на множество сигналов поддиапазонов и подают каждый сигнал из множества выделенных сигналов поддиапазонов на контур 14 выделения частотной огибающей и контур 15 генерирования сигналов диапазона высоких частот.
То есть полосовые фильтры 13 представляют собой полосовые фильтры 13-1-13-N, которые отличаются различными полосами пропускания частот. В полосовом фильтре 13-i (1≤i≤N) из входного сигнала пропускают сигнал, соответствующий некоторой полосе пропускания частот, и выдают прошедший сигнал в качестве заранее заданного одного из множества сигналов поддиапазонов.
На этапе S4 в контуре 14 выделения частотной огибающей выделяют частотную огибающую из множества сигналов поддиапазонов, полученных в полосовых фильтрах 13, и подают частотную огибающую на контур 15 генерирования сигналов диапазона высоких частот.
На этапе S5 в контуре 15 генерирования сигналов диапазона высоких частот генерируют составляющие сигнала высоких частот на основе множества сигналов поддиапазонов, полученных в полосовых фильтрах 13, и частотной огибающей, полученной в контуре 14 выделения частотной огибающей. Составляющими сигнала диапазона высоких частот называются составляющие сигнала в диапазоне, расположенном выше начального диапазона расширения.
Фильтр 16 высоких частот выполнен в виде фильтра высоких частот с частотой среза, соответствующей частоте среза фильтра 11 низких частот. Соответственно, на этапе S6 в фильтре 16 высоких частот осуществляют фильтрацию составляющих сигнала диапазона высоких частот, полученных после контура 15 генерирования сигналов диапазона высоких частот, при этом в фильтре высоких частот удаляют шум, например, составляющие, наложенные в диапазон низких частот из составляющих сигнала высоких частот, и подают результат на сумматор 17 сигналов.
На этапе S7 в сумматоре 17 сигналов суммируют составляющие сигнала диапазона низких частот из контура 12 задержки и составляющие сигнала диапазона высоких частот из фильтра 16 высоких частот и выдают в качестве выходного сигнала на последующие этапы сигнал, полученный после суммирования.
В этом варианте осуществления изобретения полосовые фильтры 13 предназначены для получения сигналов поддиапазонов. Тем не менее, структура фильтра, предназначенного для получения сигналов поддиапазонов, не ограничена примером с фиг.3. Например, в другом варианте осуществления изобретения может быть применен фильтр деления диапазона, аналогичный фильтру, описанному в патентном документе 1.
Также в этом варианте осуществления изобретения сумматор 17 сигналов предназначен для соединения сигналов поддиапазонов. Тем не менее, структура, предназначенная для соединения сигналов поддиапазонов, не ограничена примером с фиг.3. Например, в другом варианте осуществления изобретения может быть применен фильтр соединения диапазонов, аналогичный фильтру, описанному в патентном документе 1.
Далее будет приведен подробный пример обработки, происходящей на участке от каждого полосового фильтре 13 до контура 15 генерирования сигналов диапазона высоких частот.
Подробный пример обработки в полосовых фильтрах 13
Сначала будет описан пример обработки, осуществляемой в полосовых фильтрах 13.
Заметим, что далее для удобства описания предполагается, что количество N полосовых фильтров 13 равно 8.
Например, один из 32 поддиапазонов, полученных делением частоты Найквиста входного сигнала на 32 равные части, считается начальным диапазоном расширения, а среди 32 поддиапазонов заранее заданные восемь поддиапазонов, расположенных ниже начального диапазона расширения, считаются соответствующими полосами пропускания восьми полосовых фильтров 13-1-13-8.
На фиг.5 на оси частот показано расположение соответствующих полос пропускания восьми полосовых фильтров 13-1-13-8.
Как показано на фиг.5, в качестве полос пропускания восьми полосовых фильтров используют соответственно сигналы поддиапазонов от первого sb-1 до восьмого sb-8, если считать от самих высоких по частоте диапазонов (поддиапазонов), расположенных ниже начального диапазона расширения. Заметим, что частота sb обозначает поддиапазон на нижнем конце начального диапазона расширения. Таким образом, здесь и далее эти восемь поддиапазонов обозначаются с использованием sb, что сделано для того, чтобы отличать указанные поддиапазоны их от других.
Заметим, что в этом варианте осуществления изобретения соответствующие полосы пропускания восьми полосовых фильтров 13-1-13-8 являются восемью заранее заданными поддиапазонами из 32 поддиапазонов, полученных делением частоты Найквиста входного сигнала на 32 равные части. Тем не менее, этот пример не ограничивает полосовые фильтры 13. Например, соответствующими восемью полосовыми фильтрами 13-1-13-8 могут быть восемь заранее заданных поддиапазонов из 256 поддиапазонов, полученных делением частоты Найквиста входного сигнала на 256 равных частей. Также соответствующие ширины полос пропускания восьми полосовых фильтров 13-1-13-8 могут отличаться друг от друга.
Пример обработки, осуществляемой в контуре 14 выделения частотной огибающей
Далее будет описан пример обработки, осуществляемой в контуре 14 выделения частотной огибающей.
В контуре 14 выделения частотной огибающей выделяют частотную огибающую из множества сигналов поддиапазонов, полученных в полосовых фильтрах 13. Соответственно, далее в качестве варианта осуществления обработки в контуре 14 выделения частотной огибающей будет описан пример, в котором в качестве частотной огибающей используют наклон первого порядка частотной огибающей.
Сначала контур 14 выделения частотной огибающей находит мощность в заданном заранее определенном временном интервале от восьми сигналов x(ib, n) поддиапазонов sb-8 - sb-1, выданных полосовыми фильтрами 13. Здесь через ib обозначают индекс поддиапазона, а через n обозначают индекс дискретного времени.
Обозначая мощность сигнала поддиапазона для поддиапазона ib в заданном временном интервале с номером J через power (ib, J), значение power (ib, J) можно найти по формуле (I):
где sb-8≤ib≤sb-1.
С использованием этой мощности power(ib, J) из следующей формулы (2) находится наклон slope(J) первого порядка частотной огибающей в заданном временном интервале J:
В формуле (2) через W(ib) обозначают весовой коэффициент для поддиапазона ib. Благодаря нахождению slope(J) с использованием этого весового коэффициента W(ib) возможно уменьшить влияние потерь отдельной составляющей сигнала поддиапазона из-за кодирования. Необходимо заметить, что подробности влияния потерь отдельной составляющей сигнала поддиапазона из-за кодирования описаны в упомянутом выше патентном документе 1.
Как описано выше, в этом примере наклон slope(J) первого порядка частотной огибающей находят с использованием мощности каждого сигнала поддиапазона. Тем не менее, способ нахождения наклона slope(J) первого порядка частотной огибающей не ограничен способом нахождения, основанным на использовании мощности. В качестве альтернативы наклон slope(J) первого порядка частотной огибающей также может быть найден с использованием амплитуды каждого сигнала поддиапазона.
Также в контуре 14 выделения частотной огибающей могут получить множество наклонов первого порядка частотной огибающей по множеству сигналов поддиапазонов, выданных полосовыми фильтрами 13.
Пример обработки, осуществляемой в контуре 15 генерирования сигналов диапазона высоких частот
Далее будет описан пример обработки, осуществляемой в контуре 15 генерирования сигналов диапазона высоких частот.
В контуре 15 генерирования сигналов диапазона высоких частот генерируют составляющие сигнала диапазона высоких частот на основе множества сигналов поддиапазонов, выданных полосовыми фильтрами 13, и на основе частотной огибающей, выданной контуром 14 выделения частотной огибающей. Соответственно, далее в качестве варианта осуществления контура 15 генерирования сигналов диапазона высоких частот будет приведено описание примера, в котором составляющие диапазона высоких частот генерируются с помощью описанного выше наклона первого порядка частотной огибающей, который берут в качестве частотной огибающей.
Сначала в контуре 15 генерирования сигналов диапазона высоких частот считают каждый из сигналов поддиапазонов в диапазоне, который будут расширять от начального диапазона sb расширения частот (здесь и далее называемом диапазоном расширения частот), целевым отображаемым сигналом поддиапазона. Также в контуре 15 генерирования сигналов диапазона высоких частот устанавливают некоторый заранее заданный сигнал поддиапазона из множества выданных полосовыми фильтрами 13 сигналов поддиапазонов и соответствующий целевому отображаемому сигналу поддиапазона в качестве источника отображения. В контуре 15 генерирования сигналов диапазона высоких частот вычисляют (оценивают) коэффициент усиления G(ib, J) целевого отображаемого сигнала поддиапазона относительно сигнала поддиапазона, являющегося источником отображения, с использованием наклона slope(J) первого порядка частотной огибающей. Этот коэффициент усиления G(ib, J) находят с помощью приведенной ниже формулы (3), которая представляет собой линейное преобразование наклона slope(J) первого порядка частотной огибающей на логарифмической шкале:
ib
ib
ib
ib
ib
ib
ib
ib
В формуле (3) α и β - это коэффициенты, имеющие различные значения для каждого ib. Предпочтительно, чтобы каждый из коэффициентов α и β был надлежащим образом установлен, чтобы для различных входных сигналов можно было получить предпочтительные значения G(ib, J). Также предпочтительно при изменении sb изменять значение каждого из коэффициентов α и β на оптимальное значение. Заметим, что далее будет описан конкретный пример технологии вычисления каждого из коэффициентов α и β.
Как описано выше, в этом примере коэффициент усиления G(ib, J) вычисляют с использованием выражения первого порядка относительно slope(J) на логарифмической шкале. Тем не менее, способ нахождения коэффициента усиления G(ib, J) не ограничен способом, в котором используют выражение первого порядка. В качестве альтернативы, например, если доступны достаточные вычислительные ресурсы, коэффициент усиления G(ib, J) может быть вычислен с использованием выражения n-го порядка относительно slope(J) на логарифмической шкале. Более того, для вычисления коэффициента усиления G(ib, J) по частотной огибающей помимо непрерывной аппроксимации или аппроксимации криволинейной функцией также может использоваться кодовая книга.
Далее коэффициент усиления G(ib, J) может быть представлен в виде функции, на вход которой подают все множество наклонов первого порядка частотной огибающей, а на выход выдают коэффициент усиления.
Далее, с использованием формулы (4), которая приведена ниже, в контуре 15 генерирования сигналов диапазона высоких частот умножают коэффициент усиления G(ib, J), полученный в формуле (3), на выходы полосовых фильтров 13, тем самым вычисляют отрегулированные на усиление сигналы поддиапазонов x2(ib, n):
где J*FSIZE≤n≤(J+1)*FSIZE-1, sb≤ib≤eb.
map
В формуле (4) через eb обозначен диапазон наиболее высоких частот в диапазоне расширения частот. Также целевой отображаемый поддиапазон sb(ib), когда поддиапазон ib является поддиапазоном источника отображения, находится исходя из формулы (5), приведенной ниже:
Здесь в контуре 15 генерирования сигналов диапазона высоких частот складывают каждый из сигналов поддиапазонов внутри каждого диапазона, состоящего из восьми поддиапазонов, в диапазоне расширения частот от sb до eb.
Каждый диапазон, состоящий из восьми поддиапазонов, представляют с помощью jb следующим образом:
jb=0(sb<=ib<=sb+7),
jb=1(sb+8<=ib<=sb+15),
jb=2(sb+16<=ib<=eb).
Заметим, что в упомянутом выше примере количество диапазонов, каждый из которых содержит 8 поддиапазонов, равно трем. Тем не менее, не нужно упоминать, что количество диапазонов, каждый из которых содержит 8 поддиапазонов, необязательно должно быть равно трем.
В контуре 15 генерирования сигналов диапазона высоких частот вычисляют сигналы x3(jb, n) поддиапазонов из отрегулированных на усиление сигналов x2(ib, n) поддиапазонов в соответствии с формулой (6), которая приведена ниже:
где *JPFSIZE≤n≤(J+1)*FSIZE-1, sb≤ib≤eb.
Далее в контуре 15 генерирования сигналов диапазона высоких частот осуществляют косинусоидальную модуляцию, при которой частоту, соответствующую sb-8, преобразуют в частоту, соответствующую sb, и которая соответствует формуле (7), приведенной ниже, тем самым вычисляют x4(jb, n) по x3(jb, n):
где J*FSIZE≤n≤(J+1)*FSIZE-1, 0≤jb≤2.
В формуле (7) через pi обозначено число π (отношение длины окружности к ее диаметру). Формула (7) означает, что каждый из отрегулированных на усиление сигналов x2(ib, n) поддиапазонов смещают по частоте к диапазону высоких частот на восемь поддиапазонов.
high
Далее, в соответствии с приведенной ниже формулой (8), в контуре 15 генерирования сигналов диапазона высоких частот по x4(jb, n) вычисляют составляющие x(n) сигнала поддиапазонов высоких частот:
Таким образом, составляющие сигнала поддиапазонов высоких частот могут быть сгенерированы адаптивно на основе частотной огибающей, полученной из множества сигналов поддиапазонов. Также уровень и форма частотной огибающей в диапазоне расширения частоты может изменяться в соответствии со свойствами входного сигнала. В результате может быть сгенерирован сигнал высокого качества звучания.
ib
ib
Способ нахождения коэффициентов α и β из формулы (3)
ib
ib
Далее приведено описание способа нахождения коэффициентов α и β из упомянутой выше формулы (3).
ib
ib
Что касается технологии нахождения коэффициентов α и β, предпочтительно применять технологию осуществления предварительного обучения с использованием обучающего сигнала широкого диапазона частот и определения коэффициентов на основе результатов обучения, так что может быть получен предпочтительный коэффициент усиления G(ib, J) для различных входных сигналов.
ib
ib
Для получения коэффициентов α и β применяют устройство получения коэффициентов, в котором полосовые фильтры, полосы пропускания которых совпадают с полосами пропускания полосовых фильтров 13-1-13-8 с фиг.5, расположены в диапазоне, расположенном выше начального диапазона sb расширения частот. Далее в устройстве получения коэффициентов осуществляют обучение при подаче обучающего сигнала широкого диапазона частот.
Пример функциональной структуры устройства получения коэффициентов
ib
ib
На фиг.6 показан пример функциональной структуры устройства 20 получения коэффициентов, предназначенного для получения коэффициентов α и β.
Устройство 20 получения коэффициентов содержит полосовые фильтры 21,. контур 22 вычисления коэффициента усиления, контур 23 выделения частотной огибающей и контур 24 оценки коэффициентов.
Полосовые фильтры 21 представляют собой множество полосовых фильтров 21-1-21-(K+N) с различными полосами пропускания. Полосовые фильтры 21 делят входной сигнал (обучающий сигнал широкого диапазона частот) на (K+N) сигналов поддиапазонов. Выходные сигналы полосовых фильтров 21-(K+1) - 21-(K+N), то есть множество сигналов поддиапазонов диапазона, расположенного ниже начального диапазона sb расширения частот, подают на контур 23 выделения частотной огибающей. Также все выходные сигналы полосовых фильтров 21-1 - 21-(K+N), то есть все сигналы поддиапазонов подают на контур 22 вычисления коэффициента усиления.
Для каждого заранее заданного временного интервала в контуре 22 вычисления коэффициента усиления вычисляют коэффициент усиления между каждым сигналом поддиапазона из диапазона, расположенного ниже начального диапазона sb расширения частот, и сигналом поддиапазона из диапазона, соответствующего месту назначения при сдвиге частоты для сигнала поддиапазона при обработке в устройстве 10 расширения диапазона, и подают результат на контур 24 оценки коэффициентов.
Дальнейшее описание технологии вычисления коэффициента усиления, которое осуществляют в контуре 22 вычисления коэффициента усиления, опирается на фиг.7.
На фиг.7 показан спектр мощности сигнала широкого диапазона частот во временном интервале, который соответствует входному сигналу, показанному на фиг.5.
Например, в примере с фиг.7 вычисляют коэффициент усиления между сигналом поддиапазона sb-8 и сигналом поддиапазона sb диапазона, соответствующего месту назначения при сдвиге частоты для сигнала поддиапазона при обработке в устройстве 10 расширения диапазона частот. Это соответствует преобразованию сигнала поддиапазона sb-8 в поддиапазон sb после осуществления регулировки усиления. Аналогично вычисляют коэффициент усиления между сигналом поддиапазона sb-7 и сигналом поддиапазона sb+1, соответствующего месту назначения при сдвиге частоты сигнала поддиапазона при обработке в устройстве 10 расширения диапазона частот. Это соответствует отображению сигнала поддиапазона sb-7 в поддиапазон sb+1 после осуществления регулировки усиления в устройстве 10 расширения диапазона частот.
db
db
Как описано выше, в устройстве 20 получения коэффициентов полосовые фильтры 21-1 - 21-K (K=8), полосы пропускания которых совпадают с полосами пропускания полосовых фильтров 13-1 - 13-8 с фиг.5, находятся в диапазоне, расположенном выше начального диапазона sb расширения частот. Далее в устройство 20 получения коэффициентов в качестве входного сигнала поступает обучающий сигнал широкого диапазона частот. Следовательно, возможно вычислить коэффициент усиления G(ib, J) между этими источниками отображения и целевыми отображаемыми сигналами поддиапазонов. Более конкретно, например, коэффициент усиления G(ib, J) вычисляют в соответствии с приведенной ниже формулой (9):
Возвращаясь к фиг.6, в контуре 23 выделения частотной огибающей выделяют частотную огибающую из множества сигналов поддиапазонов аналогично контуру 14 выделения частотной огибающей с фиг.3 для каждого временного интервала, который совпадает с заранее заданным временным интервалом, для которого вычисляют коэффициент усиления в контуре 22 вычисления коэффициента усиления, и подают частотную огибающую на контур 24 оценки коэффициентов.
ib
ib
ib
ib
ib
ib
В контуре 24 оценки коэффициентов осуществляют оценку коэффициентов α и β, на основе большого количества комбинаций частотной огибающей и коэффициента усиления, выданных одновременно контуром 22 вычисления коэффициента усиления и контуром 23 выделения частотной огибающей. В частности, например, для заданного поддиапазона коэффициенты α и β из формулы (3) определяют с использованием метода наименьших квадратов с распределением на двумерной плоскости и шкалой dB, где частотную огибающую откладывают по оси z, а коэффициент усиления - по оси y. Заметим, что естественно технология определения коэффициентов α и β не ограничивается технологией, использующей метод наименьших квадратов, а могут быть применены различные способы определения общего параметра.
Таким образом, благодаря осуществлению заблаговременного обучения с использованием обучающего сигнала широкого диапазона частот в устройстве 10 расширения диапазона частот могут быть получены предпочтительные выходные результаты для различных сигналов.
Заметим, что в упомянутом выше примере в качестве коэффициента усиления во временном интервале J применяют коэффициент усиления, использующий частотную огибающую в том же самом временном интервале. Тем не менее, коэффициент усиления во временном интервале J не ограничивается упомянутым выше примером. В качестве альтернативы может быть применен коэффициент усиления, использующий частотную огибающую в нескольких интервалах, предшествующих и следующих за временным интервалом J.
Здесь, например, в случае использования частотной огибающей, в каждом непосредственно предшествующем и последующем интервалах, коэффициент усиления G(ib, J) из формулы (3) может быть найден из приведенной ниже формулы (10):
Благодаря такому способу нахождения коэффициента усиления G(ib, J) можно добиться большей точности оценки путем учета изменений частотной огибающей на временной оси. Хотя в этом варианте осуществления изобретения используют частотную огибающую в каждом непосредственно предшествующем и последующем интервалах, принимая во внимание количество вычислений, может быть установлено количество указанных интервалов, и настоящее изобретение не ограничивает количество предшествующих и последующих интервалов.
Также учитывая мощность в каждом непосредственно предшествующем и последующем интервалах для временного интервала J или подобные факторы, могут быть применены коэффициенты усиления, вычисленные с отдельным использованием различных функций отображения для устойчивых/неустойчивых случаев. Также учитывая устойчивость/неустойчивость для адаптивного изменения временного интервала FSIZE, в котором вычисляют мощность и частотную огибающую, возможно вычислить оптимальный коэффициент усиления.
Здесь описание устойчивости/неустойчивости будет дано с помощью конкретного примера, показанного на фиг.8 и 9.
На фиг.8 показана форма заданного разложенного по времени сигнала.
Из четырех временных интервалов, расположенных от временного интервала J до временного интервала J+3, устойчивыми временными интервалами являются временной интервал J, временной интервал J+2 и временной интервал J+3. Временной интервал J+1 является неустойчивым.
В целом считается, что ударное воздействие для ударного инструмента или консонантная часть речи имеют неустойчивую форму сигнала. Для обращения с такими устойчивыми/неустойчивыми формами сигналов в обычных схемах кодирования аудиосигналов, таких как упомянутые выше МР3 и ААС, принимают такие меры, как использование коротких временных интервалов в неустойчивом временном интервале.
На фиг.9 показан пример, в котором для неустойчивого временного интервала применяют короткие временные интервалы.
db
Согласно настоящему изобретению временной интервал FSIZE может быть адаптивно изменен с использованием такой технологии, основанной на устойчивости/неустойчивости. Также в соответствии с настоящим изобретением отдельно для случаев устойчивости/неустойчивости с использованием различных функций отображения может быть найден коэффициент усиления G(ib, J). То есть возможно вычислить оптимальный коэффициент усиления.
<Второй вариант осуществления изобретения>
Далее будет описан второй вариант осуществления изобретения.
Так же как в первом варианте осуществления изобретения, во втором варианте осуществления изобретения входной сигнал воспроизводят с более высоким качеством звучания.
Пример функциональной структуры устройства расширения диапазона частот, которое соответствует второму варианту осуществления изобретения
На фиг.10 показан пример функциональной структуры устройства расширения диапазона частот, в котором использовано настоящее изобретение.
Когда входным сигналом являются декодированные составляющие сигнала диапазона низких частот, в устройстве 30 расширения диапазона частот осуществляют для входного сигнала процесс расширения диапазона частот и в качестве выходного сигнала выдают полученный музыкальный сигнал расширенного диапазона частот.
Устройство 30 расширения диапазона частот содержит фильтр 31 низких частот, контур 32 задержки, полосовые фильтры 33, контур 34 генерирования сигналов диапазона высоких частот, фильтр 35 высоких частот и сумматор 36 сигналов.
Здесь в устройстве 30 расширения диапазона частот, которое соответствует второму варианту осуществления изобретения, структура и функции фильтра 31 низких частот, контура 32 задержки, полосовых фильтров 33, фильтра 35 высоких частот и сумматора 36 сигналов совпадают соответственно со структурой и функциями фильтра 11 низких частот, контура 12 задержки, полосовых фильтров 13, фильтра 16 высоких частот и сумматора 17 сигналов, которые соответствуют первому варианту осуществления изобретения.
Соответственно, здесь опущено описание процессов, осуществляемых в этих устройствах, и далее будет описана только обработка, осуществляемая в контуре 34 генерирования сигналов диапазона высоких частот.
Пример обработки, осуществляемой в контуре 34 генерирования сигналов диапазона высоких частот
Сначала контур 34 генерирования сигналов диапазона высоких частот в соответствии с формулой (1) находит мощность power (ib, J) в заранее заданном временном интервале J для восьми сигналов x(ib, n) поддиапазонов sb-8 - sb-1, выданных полосовыми фильтрами 33.
Далее в контуре 34 генерирования сигналов диапазона высоких частот формируют линейную комбинацию с использованием мощности power (ib, J) каждого сигнала поддиапазона и получают оценку мощности power (ib, J) для каждого сигнала поддиапазона в диапазоне расширения частот с помощью приведенной ниже формулы (11):
где J*FSIZE≤n≤(J+1)*FSIZE-1, sb≤ib≤eb.
ib,0,1
ib
ib,0,1
ib
ib,0,1
ib
В формуле (11) A(kb) и B - это коэффициенты, принимающие различные значения для каждого поддиапазона ib. Предпочтительно, чтобы каждый из коэффициентов A(kb) и B был установлен надлежащим образом, чтобы для различных входных сигналов могли получаться предпочтительные значения. Также предпочтительно при изменении sb изменять значение каждого из коэффициентов A(kb) и B на оптимальное.
ib,0,1
ib
Технология вычисления коэффициентов A(kb) и B может заключаться в обучении с использованием обучающего сигнала широкого диапазона частот аналогично первому варианту осуществления изобретения.
Заметим, что оценку мощности каждого сигнала поддиапазона из диапазона расширения частот вычисляют с помощью линейной комбинации с использованием мощности каждого из множества сигналов поддиапазонов, выданных полосовыми фильтрами 33. Тем не менее, технология вычисления оценки мощности каждого сигнала поддиапазона из диапазона расширения частот не ограничивается этим примером. Например, как в первом варианте осуществления изобретения может быть применена технология использования линейной комбинации интервалов, предшествующих и последующих для временного интервала J, или может быть применена технология использования нелинейной функции.
Формулу (12) используют для вычисления мощности сигнала поддиапазона из диапазона расширения частот с использованием линейной комбинации мощностей сигналов поддиапазонов из интервалов, непосредственно предшествующих и последующих относительно временного интервала J:
где J*FSIZE≤n≤(J+1)*FSIZE-1, sb≤ib≤eb.
Благодаря такому способу нахождения мощности power (ib, J) можно добиться большей точности оценки путем учета изменений мощности сигнала поддиапазона на временной оси. Хотя в этом варианте осуществления изобретения используют мощности сигналов поддиапазонов из каждого непосредственно предшествующего и последующего интервалов, принимая во внимание количество вычислений, может быть установлено количество указанных интервалов, и настоящее изобретение не ограничивает количество предшествующих и последующих интервалов.
Формулу (13) используют для вычисления мощности сигнала поддиапазона из диапазона расширения частот с использованием функции третьего порядка, что является вариантом использования нелинейной функции:
где J*FSIZE≤n≤(J+1)*FSIZE-1, sb≤ib≤eb.
Благодаря такому способу нахождения мощности power (ib, J) можно добиться большей точности оценки мощности сигнала поддиапазона в диапазоне расширения частот. Хотя в этом варианте осуществления изобретения применяют нелинейную функцию, а именно выражение третьего порядка, этот порядок может быть установлен, принимая во внимание количество вычислений, и в случае устройства с большими вычислительными возможностями желательно взять большой порядок. Также настоящее изобретение применимо к комбинации формулы (12) и формулы (13), и количество предшествующих и последующих интервалов и порядок нелинейной функции могут быть установлены оптимальным образом в соответствии с вычислительными ресурсами устройства, проводящего вычисления. Также в настоящем изобретении могут быть применены различные нелинейные функции, при этом нет ограничения на порядок или вид этой нелинейной функции.
map
Далее в соответствии с приведенной ниже формулой (14) контур 34 генерирования сигналов диапазона высоких частот находит коэффициент усиления G(ib, J) с использованием мощности power (sb(ib), J) каждого сигнала поддиапазона, выданного полосовыми фильтрами 33, и с использованием оцененной мощности power(ib, J) каждого сигнала поддиапазона из диапазона расширения частот, которые были найдены с помощью формулы (11) (или формулы (12), или формулы (13)):
где sb≤ib≤eb.
В контуре 34 генерирования сигналов диапазона высоких частот генерируют составляющие сигнала высоких частот с использованием найденного коэффициента усиления G(ib, J). Заметим, что в качестве технологии генерирования составляющих сигнала диапазона высоких частот с использованием коэффициента усиления G(ib, J), может быть применена та же технология, что и в первом варианте осуществления изобретения, то есть та же технология, что описана при использовании формул (4)-(8).
Заметим, что во втором варианте осуществления изобретения, так же как и в первом варианте осуществления изобретения, также помимо непрерывной аппроксимации или аппроксимации криволинейной функцией также может использоваться кодовая книга, так что входом является мощность каждого из множества сигналов поддиапазонов, полученных из выходов полосовых фильтров 33, а выходом является коэффициент усиления G(ib, J).
Таким образом, отдельные мощности сигналов множества сигналов поддиапазонов из диапазона расширения частот могут быть найдены непосредственно из мощностей сигналов множества сигналов поддиапазонов, выданных полосовыми фильтрами 33. Далее уровень и форма спектра мощностей в диапазоне расширения частоты может изменяться в соответствии со свойствами входного сигнала. В результате может быть сгенерирован сигнал высокого качества звучания.
Другой пример оценки мощностей сигналов поддиапазонов из диапазона расширения частот
Ранее описание было направлено на случай использования множества интервалов, которые предшествуют или следуют за временным интервалом J. В этом случае в формуле (12) необходимо подготовить коэффициент А, содержащий некоторое количество элементов, равных количеству, полученному умножением всех сигналов поддиапазонов из диапазона расширения частот, сигналов поддиапазонов, используемых для оценки мощностей сигналов поддиапазонов из диапазона расширения частот, и предшествующих и последующих интервалов. Увеличение количества элементов коэффициента А ведет к увеличению необходимого количества памяти, требуемой для вычисления.
В данном случае в формуле (12) мощности сигналов поддиапазонов из диапазона расширения частот оцениваются путем умножения мощности каждого сигнала поддиапазона из каждого интервала на каждый элемент коэффициента А и последующего их суммирования.
То есть величина значения каждого элемента коэффициента А указывает степень вклада мощности каждого сигнала поддиапазона из каждого интервала в оценку мощностей сигналов поддиапазонов из диапазона расширения частот. Также эта степень вклада может рассматриваться как содержащая как компонент, указывающий степень вклада во временном направлении (направление временного интервала), так и компонент, указывающий степень вклада в направлении поддиапазона.
Коэффициент А может быть разделен на коэффициент S, указывающий степень вклада во временном направлении, и коэффициент R, указывающий степень вклада в направлении поддиапазона. Также, предполагая, что степень вклада во временном направлении является общей для всех поддиапазонов, может быть уменьшено количество элементов коэффициента S. В результате возможно уменьшить общее количество используемых для оценки элементов коэффициентов.
Например, в контуре 34 генерирования сигналов диапазона высоких частот могут быть выполнены вычисления согласно формуле (12) аналогично приведенной ниже формуле (15), где коэффициент S, указывающий степень коэффициента на временной шкале, является общим для всех поддиапазонов. Формула (15) предназначена для вычисления мощности сигнала поддиапазона из диапазона расширения частот с использованием линейной комбинации мощностей сигналов поддиапазонов из интервалов, непосредственно предшествующих и следующих за временным интервалом J:
где J*FSIZE≤n≤(J+1)*FSIZE-1, sb≤ib≤eb.
ib
-1
0
+1
В формуле (15) коэффициент R(kb) указывает степень вклада в направлении поддиапазона каждой мощности сигналов поддиапазонов, которые объединяют в линейную комбинацию. Коэффициенты S, S и S указывают степень вклада во временном направлении мощностей сигналов поддиапазонов, которые объединяют в линейную комбинацию.
-1
0
+1
Как ясно из формулы (15), коэффициенты S, S и S, указывающие степень вклада во временном направлении, одинаковы для всех поддиапазонов.
ib
ib
ib
-1
0
+1
ib
ib
-1
0
+1
ib
В формуле (15) коэффициенты R(kb) и C имеют различные значения для каждого поддиапазона ib. Предпочтительно, чтобы значения коэффициентов R(kb), коэффициентов S, S и S и коэффициента C устанавливали надлежащим образом, чтобы для различных входных сигналов могли быть получены предпочтительные значения. Также предпочтительно при изменении sb изменять значения коэффициентов R(kb), коэффициентов S, S и S и коэффициента C на оптимальные значения.
ib
-1
0
+1
ib
Аналогично первому варианту осуществления изобретения эти коэффициенты R(kb), коэффициенты S, S и S и коэффициент C могут быть получены при осуществлении обучения с использованием обучающего сигнала широкого диапазона частот.
J-1
J
J+1
J
-1
0
+1
Например, регрессионный анализ, такой как метод наименьших квадратов, осуществляют с использованием мощностей P, P и P в интервалах, непосредственном предшествующем и следующем за интервалом J, как независимых переменных и мощности P' заданного поддиапазона в интервале J как определяемой переменной, тем самым вычисляют каждый из коэффициентов S, S и S.
Здесь эти коэффициенты S могут быть вычислены с использованием любого поддиапазона (по существу получают одинаковое значение при вычислении коэффициентов S в любом поддиапазоне).
-1
J-1
0
J
+1
J+1
-1
0
+1
ib
ib
Далее для каждого поддиапазона регрессионный анализ, такой как метод наименьших квадратов, осуществляют с использованием в качестве независимых переменных мощности {S*P+S*P+S*P}, в которой использованы коэффициенты S, S и S, и в качестве определяемой переменной использованы мощности в каждом поддиапазоне оцениваемого диапазона, тем самым вычисляют коэффициенты R(kb) и C.
Таким образом, предполагая, что степень вклада во временном направлении одинакова во всех поддиапазонах и с использованием коэффициента, указывающего эту одинаковую во всех поддиапазонах степень вклада во временном направлении, может быть уменьшено общее количество элементов коэффициентов. Например, в случае формулы (12), которая предназначена для оценки мощности сигнала поддиапазона в диапазоне расширения частот с использованием трех поддиапазонов в трех интервалах, общее количество элементов коэффициентов, которые используются для оценки, равно (eb-sb+1)*10. В отличие от этого в способе, соответствующем формуле (15), общее количество элементов коэффициентов, которые используются для оценки, равно (eb-sb+1)*2+3.
Благодаря такому уменьшению общего количества элементов коэффициентов, нужных для оценки, может быть уменьшен объем памяти, требуемый для проведения вычислений при оценке мощности диапазона высоких частот.
Также изменение во времени мощности диапазона высоких частот, которое оценивают в устройстве 30 расширения диапазона частот, обычно принимает большое значение. Это изменение во времени составляющих диапазона высоких частот может привести к тому, что у пользователя появится слуховое ощущение «вибрации».
Как ясно из формулы (15), замена мощностей во множестве временных интервалов на одну переменную для каждого поддиапазона эквивалентно осуществлению сглаживания мощности для каждого поддиапазона во временном направлении. Следовательно, благодаря таким вычислениям уменьшается изменение во времени мощности как переменной, используемой при оценке, и, следовательно, уменьшается изменение во времени оцениваемого значения. Таким образом, может быть смягчено «ощущение вибрации», которое чувствует пользователь.
Заметим, что остаточные среднеквадратичные значения оцениваемой мощности несущественно отличаются при осуществлении оценки с использованием формулы (15) от оценки, получаемой с использованием формулы (12). То есть, по существу, получают одинаковую точность оценивания (точность оценки изменяется незначительно), даже если коэффициент, указывающий степень вклада каждого поддиапазона во временном направлении, полагают одинаковым.
<Третий вариант осуществления изобретения>
Далее будет описан третий вариант осуществления изобретения.
В третьем варианте осуществления настоящее изобретение применяют для кодирования и декодирования сигнала и направлено на реализацию высокоэффективного кодирования.
Пример функциональной структуры устройства кодирования, которое соответствует третьему варианту осуществления изобретения
На фиг.11 показан пример функциональной структуры устройства кодирования, в котором использовано настоящее изобретение.
Устройство 40 кодирования содержит контур 11 деления на поддиапазоны, контур 42 кодирования диапазона низких частот, контур 43 выделения частотной огибающей, контур 44 генерирования псевдосигналов диапазона высоких частот, контур 45 вычисления информации по корректировке псевдосигналов диапазона высоких частот, контур 46 кодирования диапазона высоких частот и контур 47 мультиплексирования.
Пример обработки, осуществляемой устройством кодирования, которое соответствует третьему варианту осуществления изобретения
На фиг.12 изображена блок-схема, показывающая пример обработки, осуществляемой в устройстве кодирования с фиг.11 (здесь и далее называется процессом кодирования).
На этапе S121, в контуре 41 деления на поддиапазоны входной сигнал разделяют на множество сигналов поддиапазонов, имеющих заранее заданную ширину диапазона частот. Те сигналы поддиапазонов из этого множества сигналов поддиапазонов, которые принадлежат диапазону, расположенному ниже заданной частоты (здесь и далее называемые сигналами поддиапазонов низких частот), подают на контур 42 кодирования диапазона низких частот, контур 43 выделения частотной огибающей и контур 44 генерирования псевдосигналов диапазона высоких частот. В отличие от этого сигналы поддиапазонов, которые принадлежат диапазону, расположенному выше заданной частоты (здесь и далее называемые сигналами поддиапазонов высоких частот), подают на контур 45 вычисления информации по корректировке псевдосигналов диапазона высоких частот.
На этапе S122, в контуре 42 кодирования диапазона низких частот кодируют сигналы поддиапазонов низких частот, выданные контуром 41 деления на поддиапазоны, и полученные закодированные данные диапазона низких частот подают в качестве результата на контур 47 мультиплексирования.
Что касается этого кодирования сигналов поддиапазонов низких частот, может быть выбрана надлежащая схема кодирования в соответствии с эффективностью кодирования или требуемым масштабом схемы, и настоящее изобретение не зависит от этой схемы кодирования.
На этапе S123, в контуре 43 выделения частотной огибающей выделяют частотную огибающую из множества сигналов поддиапазонов низких частот, выданных контуром 41 деления на поддиапазоны, и частотную огибающую подают на контур 44 генерирования псевдосигналов диапазона высоких частот. Заметим, что структура и функции контура 43 выделения частотной огибающей в основном совпадают со структурой и функциями контура 14 выделения частотной огибающей первого варианта осуществления изобретения. Следовательно, здесь опущено описание обработки, осуществляемой этим устройством, и подобных элементов.
На этапе S124, в контуре 44 генерирования псевдосигналов диапазона высоких частот генерируют псевдосигналы диапазона высоких частот, что делают на основе множества сигналов поддиапазонов низких частот, выданных контуром 41 деления на поддиапазоны, и на основе частотной огибающей, выданной контуром 43 выделения частотной огибающей, и псевдосигналы диапазона высоких частот подают на контур 45 вычисления информации по корректировке псевдосигналов диапазона высоких частот. Контур 44 генерирования псевдосигналов диапазона высоких частот может работать в основном аналогично контуру 15 генерирования сигналов диапазона высоких частот из первого варианта осуществления изобретения. Единственное отличие заключается в том, что нет необходимости в процессе косинусной модуляции, направленной на изменение частот сигналов поддиапазонов. Следовательно, здесь опущено описание этого процесса и подобных элементов.
На этапе S125, в контуре 45 вычисления информации по корректировке псевдосигналов диапазона высоких частот вычисляют информацию по корректировке псевдосигналов диапазона высоких частот, что делают на основе сигналов поддиапазонов высоких частот, выданных контуром 41 деления на поддиапазоны, и псевдосигналов диапазона высоких частот, выданных контуром 44 генерирования псевдосигналов диапазона высоких частот, и информацию по корректировке псевдосигналов диапазона высоких подают на контур 46 кодирования диапазона высоких частот.
Здесь будет приведен пример обработки, осуществляемой в контуре 45 вычисления информации по корректировке псевдосигналов диапазона высоких частот.
Сначала в контуре 45 вычисления информации по корректировке псевдосигналов диапазона высоких частот вычисляют мощность power (ib, J) в заранее заданном временном интервале J для сигналов поддиапазонов высоких частот, выданных контуром 41 деления на поддиапазоны. Заметим, что в этом варианте осуществления изобретения все поддиапазоны для сигналов поддиапазонов низких частот и поддиапазоны для сигналов поддиапазонов высоких частот идентифицируются с использованием параметра ib. Что касается технологии вычисления мощности, то может быть применена технология, аналогичная технологии из первого варианта осуществления изобретения, то есть технология, использующая формулу (1).
diff
diff
Далее в контуре 45 вычисления информации по корректировке псевдосигналов диапазона высоких частот находят разницу power(ib, J) между мощностью power (ib, J) каждого сигнала поддиапазона высоких частот и мощностью в заранее заданном временном интервале каждого псевдосигнала диапазона высоких частот, выданного контуром 44 генерирования псевдо сигналов диапазона высоких частот. Разница power(ib, J) может быть найдена с помощью приведенной ниже формулы (16):
где sb≤ib≤eb.
lh
В формуле (16) через power(ib, J) обозначают мощность во временном интервале J для, среди сигналов поддиапазонов, являющихся псевдосигналами диапазона высоких частот, выданных контуром 44 генерирования псевдосигналов диапазона высоких частот (здесь и далее называемыми псевдосигналами поддиапазонов высоких частот), псевдосигнала поддиапазона высоких частот для поддиапазона ib. В этом варианте осуществления изобретения sb указывает на самый низкий поддиапазон в сигналах поддиапазонов высоких частот, а eb указывает на самый высокий поддиапазон в подлежащих кодированию сигналах поддиапазонов высоких частот.
diff
Далее в контуре 45 вычисления информации по корректировке псевдосигналов диапазона высоких частот сравнивают абсолютное значение разницы power(ib, J) в каждом поддиапазоне ib и заранее заданный порог А.
diff
Если будет определено, что абсолютное значение разницы power(ib, J) меньше или равно этому порогу А во всех поддиапазонах, то в контуре 45 вычисления информации по корректировке псевдосигналов диапазона высоких частот устанавливают значение флага корректировки псевдосигнала диапазона высоких частот, равное 00. Далее в контуре 45 вычисления информации по корректировке псевдосигналов диапазона высоких частот подают в качестве информации по корректировке псевдосигналов диапазона высоких частот только этот флаг корректировки псевдосигнала диапазона высоких частот в контур 46 кодирования диапазона высоких частот.
diff
diff
В отличие от этого, если будет определено, что абсолютное значение разницы power(ib, J) в заданном поддиапазоне ib больше порога А, то в контуре 45 вычисления информации по корректировке псевдосигналов диапазона высоких частот устанавливают значение флага корректировки псевдосигнала диапазона высоких частот, равное 01. В контуре 45 вычисления информации по корректировке псевдосигналов диапазона высоких частот подают в контур 46 кодирования диапазона высоких частот в качестве информации по корректировке псевдосигналов диапазона высоких частот значение разницы power(ib, J) в поддиапазоне ib и флаг корректировки псевдосигнала диапазона высоких частот.
diff
diff
Также, если будет определено, что абсолютное значение разницы power(ib, J) в заданном поддиапазоне ib больше или равно заданному порогу В, который даже больше порога А, то в контуре 45 вычисления информации по корректировке псевдосигналов диапазона высоких частот устанавливают значение флага корректировки псевдосигнала диапазона высоких частот, равное 10. В контуре 45 вычисления информации по корректировке псевдосигналов диапазона высоких частот значение разницы power(ib, J) в поддиапазоне ib и флаг корректировки псевдосигнала диапазона высоких частот подают в контур 46 кодирования диапазона высоких частот в качестве данных о сигнале диапазона высоких частот.
На этапе S126 в контуре 46 кодирования диапазона высоких частот кодируют информацию по корректировке псевдосигналов диапазона высоких частот. Таким образом, так как каждый сигнал поддиапазона высоких частот кодируют и в результате получают флаг корректировки псевдосигнала диапазона высоких частот, данные корректировки псевдосигналов диапазона высоких частот или данные о сигнале диапазона высоких частот небольшого объема, то может быть осуществлено эффективное кодирование. В контуре 46 кодирования высоких частот подают закодированные данные высоких частот, полученные после кодирования, в контур 47 мультиплексирования.
Заметим, что в качестве схемы кодирования в контуре 46 кодирования высоких частот, аналогичной схеме кодирования сигналов поддиапазонов низких частот, может быть применена хорошо известная схема, осуществляющая кодирование и соответствующая по эффективности кодирования или масштабу схемы.
На этапе S127 в контуре 47 мультиплексирования объединяют закодированные данные диапазона низких частот, которые получены в контуре 42 кодирования диапазона низких частот, и закодированные данные диапазона высоких частот, которые получены в контуре 46 кодирования диапазона высоких частот, и получают выходную кодовую строку.
На фиг.13 показан пример выходной кодовой строки.
Так как кодируют только флаг 00 корректировки псевдосигнала диапазона высоких частот и данные по корректировке псевдосигналов диапазона высоких частот не кодируют во временном интервале J, то для кодирования сигналов поддиапазонов низких частот может быть зарезервировано большее количество бит.
Также в случае временного интервала J+2, в котором значительно различаются сигналы диапазона высоких частот и псевдосигналы диапазона высоких частот, возможно предотвратить ухудшение качества звука путем записывания в качестве данных о сигнале диапазона высоких частот самой мощности power(ib, J).
Пример функциональной структуры устройства декодирования, которое соответствует третьему варианту осуществления изобретения
На фиг.14 показан пример функциональной структуры устройства декодирования, соответствующего устройству кодирования, выполненному в соответствии с третьим вариантом осуществления изобретения с фиг.11. То есть на фиг.14 показан пример структуры устройства 50 декодирования, в котором использовано настоящее изобретение.
Устройство 50 декодирования содержит контур 51 демультиплексирования, контур 52 декодирования диапазона низких частот, контур 53 выделения частотной огибающей, контур 54 генерирования псевдосигналов диапазона высоких частот, контур 55 декодирования диапазона высоких частот, контур 56 корректировки псевдосигналов диапазона высоких частот и контур 57 объединения поддиапазонов.
Пример обработки, осуществляемой устройством декодирования, которое соответствует третьему варианту осуществления изобретения
На фиг.15 изображена блок-схема, показывающая пример обработки, осуществляемой в устройстве декодирования с фиг.14 (здесь и далее называется процессом декодирования).
На этапе S141, в контуре 51 демультиплексирования разъединяют закодированные данные диапазона высоких частот и закодированные данные диапазона низких частот. Закодированные данные диапазона низких частот подают на контур 52 декодирования диапазона низких частот, а закодированные данные диапазона высоких частот подают на контур 55 декодирования диапазона высоких частот.
На этапе S142, в контуре 52 декодирования диапазона низких частот декодируют закодированные данные диапазона низких частот, выданные контуром 51 демультиплексирования. Полученные в результате сигналы поддиапазонов низких частот подают в контур 53 выделения частотной огибающей, контур 54 генерирования псевдосигналов диапазона высоких частот и контур 57 объединения поддиапазонов.
На этапе S143, в контуре 53 выделения частотной огибающей выделяют частотную огибающую из множества сигналов поддиапазонов низких частот, выданных контуром 52 декодирования диапазона низких частот, и частотную огибающую подают на контур 54 генерирования псевдосигналов диапазона высоких частот. Структура и функции контура 53 выделения частотной огибающей в основном совпадают со структурой и функциями контура 43 выделения частотной огибающей устройства 40 кодирования. Следовательно, здесь будет опущено описание обработки, осуществляемой этим устройством, и подобных элементов.
На этапе S144, в контуре 54 генерирования псевдосигналов диапазона высоких частот генерируют псевдосигналы диапазона высоких частот, что делают на основе множества сигналов поддиапазонов низких частот, выданных контуром 52 декодирования диапазона низких частот и частотной огибающей, выданной контуром 53 выделения частотной огибающей. Псевдосигналы диапазона высоких частот подают на контур 56 корректировки псевдосигналов диапазона высоких частот. Структура и функции контура 54 генерирования псевдосигналов диапазона высоких частот в основном совпадают со структурой и функциями контура 44 генерирования псевдосигналов диапазона высоких частот устройства 40 кодирования. Следовательно, здесь опущено описание обработки, осуществляемой этим устройством, и подобных элементов.
На этапе S145, в контуре 55 декодирования диапазона высоких частот декодируют закодированные данные диапазона высоких частот, выданные контуром 51 демультиплексирования, и полученную в результате информацию по корректировке псевдосигналов диапазона высоких частот подают в контур 56 корректировки псевдосигналов диапазона высоких частот.
На этапе S146, в контуре 56 корректировки псевдосигналов диапазона высоких частот корректируют псевдосигналы диапазона высоких частот, выданные контуром 54 генерирования псевдосигналов диапазона высоких частот, что делают с использованием информации по корректировке псевдосигналов диапазона высоких частот, выданной контуром 55 декодирования диапазона высоких частот. В результате получают сигналы диапазона высоких частот и подают их на контур 57 объединения поддиапазонов.
Здесь, если значение флага корректировки псевдосигнала диапазона высоких частот из информации по корректировке псевдосигналов диапазона высоких частот равно 00, то псевдосигналы диапазона высоких частот выдаются как сигналы поддиапазонов высоких частот. Если значение флага корректировки псевдосигнала диапазона высоких частот равно 01, то осуществляют коррекцию псевдосигналов диапазона высоких частот с использованием данных по корректировке псевдосигналов диапазона высоких частот, и если значение флага корректировки псевдосигнала диапазона высоких частот равно 10, то осуществляют коррекцию псевдосигналов диапазона высоких частот с использованием данных о сигналах высоких частот и в качестве результата выдают полученные сигналы поддиапазонов высоких частот.
На этапе S147, в контуре 57 объединения поддиапазонов осуществляют объединение поддиапазонов из сигналов поддиапазонов низких частот, выданных контуром 52 декодирования диапазона низких частот, и сигналов поддиапазонов высоких частот, выданных контуром 56 корректировки псевдосигналов диапазона высоких частот. Полученный в результате сигнал выдается в качестве выходного сигнала.
Таким образом, что касается составляющих сигнала диапазона высоких частот, обычно благодаря использованию псевдосигналов диапазона высоких частот, полученных из диапазона низких частот, кодирование может быть выполнено таким образом, что корректировку сигналов осуществляют только при необходимости и используют небольшое количество бит. В результате можно осуществить высокоэффективное кодирование для различных звуковых источников, даже при малых битрейтах.
Далее, что касается кодирования и декодирования сигналов, с данными по коэффициентам из функций, таких как формулы (3) и (11), вычисления по которым осуществляют в контурах 44 и 54 генерирования псевдосигналов диапазона высоких частот устройства 40 кодирования и устройства 50 декодирования, могут обращаться следующим образом. Таким образом, также возможно использовать различные данные по коэффициентам в соответствии с типом входного сигнала и заранее записывать коэффициенты в начале кодовой строки.
Например, благодаря изменению данных по коэффициентам в зависимости от сигнала, такого как речь или джазовая музыка, может быть достигнуто увеличение эффективности кодирования.
На фиг.16 показана кодовая строка, полученная следующим образом.
Кодовая строка А с фиг.16 получена кодированием речи, и оптимальные данные α по коэффициенту записаны в заголовке.
В отличие от этого кодовая строка В с фиг.16 получена кодированием джазовой музыки, и оптимальные данные β по коэффициенту записаны в заголовке.
Такое множество блоков данных по коэффициенту может быть подготовлено путем предварительного обучения с помощью музыкального сигнала такого же типа, и в устройстве 40 кодирования могут выбрать данные по коэффициенту на основе информации по стилю, такому как стиль, записанный в заголовке входного сигнала. В качестве альтернативы данные по коэффициенту могут быть выбраны путем определения стиля, что делают с помощью анализа формы сигнала. То есть изобретение не ограничивает технологию анализа стиля сигнала.
Также, если позволяет время вычислений, можно встроить упомянутое выше устройство обучения в устройство 40 кодирования, выполнять обработку с использованием коэффициентов, характерных для этого сигнала, и в конце записывать коэффициенты в заголовок.
Также возможно применять такой режим, в котором такие данные по коэффициентам вставлены на каждые несколько интервалов.
Хотя контур 44 генерирования псевдо сигналов диапазона высоких частот и контур 54 генерирования псевдосигналов диапазона высоких частот, соответствующие описанному выше третьему варианту осуществления изобретения, могут работать в основном аналогично контуру 15 генерирования сигналов диапазона высоких частот, который соответствует первому варианту осуществления настоящего изобретения, также возможно выполнять работу этого контура генерирования псевдосигналов диапазона высоких частот путем использования контура 34 генерирования сигналов диапазона высоких частот, который соответствует второму варианту осуществления изобретения. Также возможен способ, в котором информация по корректировке псевдосигналов диапазона высоких частот состоит в выборе флага для способа генерирования псевдосигналов диапазона высоких частот, и какой способ (способ, который соответствует первому варианту осуществления изобретения, или способ, который соответствует второму варианту осуществления изобретения) будет выполняться в качестве способа генерирования псевдосигналов диапазона высоких частот выбирают в зависимости от значения флага.
Описанные выше наборы процессов могут быть выполнены или аппаратными, или программными средствами. Если набор процессов должен выполняться программными средствами, то программу, содержащую эти программные средства, устанавливают на компьютер, встроенный в специальные программные средства, или, например, на персональный компьютер общего назначения или подобное устройство, в котором могут быть реализованы различные функции при установке различных программ с носителя, на который записана программа.
На фиг.17 содержится структурная схема, показывающая пример конфигурации аппаратных средств компьютера, выполняющего упомянутый выше набор процессов с помощью программы.
В компьютере ЦП 101, ПЗУ 102 (постоянное запоминающее устройство) и ОЗУ 103 (оперативное запоминающее устройство) соединены друг с другом через шину 104.
Шина 104 дополнительно соединена с интерфейсом 105 ввода/вывода. Интерфейс 105 ввода/вывода соединен с участком 106 ввода, состоящим из клавиатуры, мыши, микрофона или подобных устройств, участком 107 вывода, состоящим из дисплея, динамика или подобных устройств, участка 108 хранения, состоящего из накопителя на жестких дисках, энергонезависимой памяти или подобных устройств, участка 109 связи, состоящего из сетевого интерфейса или подобных устройств, привода 110, предназначенного для запуска съемных носителей 111, таких как магнитный диск, оптический диск, магнитооптический диск или полупроводниковое запоминающее устройство.
В компьютере, структура которого описана выше, упомянутый выше набор процессов выполняют на ЦП 101, в котором загружают программу, хранящуюся в участке 108 хранения, в ОЗУ 103 через интерфейс 105 ввода/вывода и в котором, например, выполняют программу.
Программа, выполняемая компьютером (ЦП 101), записана на съемном носителе 111, который является носителем, помещенным в упаковку, который является, например, магнитным диском (в том числе гибким диском), оптическим диском (таким как CD-ROM (постоянная память на компакт диске) или DVD (универсальный цифровой диск)), магнитооптическим диском или полупроводниковым запоминающим устройством или подобным устройством или является средой проводной передачи данных или средой беспроводной передачи данных, такой как локальная сеть, Интернет или спутниковым цифровым вещанием.
Далее программа может быть установлена в участке 108 хранения с помощью интерфейса 105 ввода/вывода путем установки съемного носителя 111 в привод 110. Также программа может быть принята через участок 109 связи через среду проводной передачи данных или среду беспроводной передачи данных и может быть установлена в участке 108 хранения. В качестве альтернативы программа может быть предварительно установлена в ПЗУ 102 или участок 108 хранения.
Заметим, что программа, выполняемая на компьютере, может являться программой, в которой процессы выполняются последовательно в порядке, приведенном в этом описании, или может быть программой, в которой процессы выполняются при необходимости, например, при обращении к ним.
Также варианты осуществления настоящего изобретения не ограничены описанными выше вариантами осуществления изобретения и возможны различные модификации, не выходящие за границы объема настоящего изобретения.
Список ссылочных позиций
10 - устройство расширения диапазона частот, 11 - фильтр низких частот, 12 -контур задержки, 13 - полосовые фильтры, 14 - контур выделения частотной огибающей, 15 - контур генерирования сигналов диапазона высоких частот, 16 - фильтр высоких частот, 17 - сумматор сигналов, 20 - устройство расширения диапазона частот, 21 - полосовые фильтры, 22 - контур вычисления коэффициента усиления, 23 - контур выделения частотной огибающей, 24 - контур оценки коэффициентов, 30 - устройство расширения диапазона частот, 31 - фильтр низких частот, 32 - контур задержки, 33 - полосовые фильтры, 34 - контур генерирования сигналов диапазона высоких частот, 35 - фильтр высоких частот, 36 - сумматор сигналов, 40 - устройство кодирования, 41 - контур деления на поддиапазоны, 42 - контур кодирования диапазона низких частот, 43 - контур выделения частотной огибающей, 44 - контур генерирования псевдосигналов диапазона высоких частот, 45 - контур вычисления информации по корректировке псевдосигналов диапазона высоких частот, 46 - контур кодирования высоких частот, 47 - контур мультиплексирования, 50 - устройство декодирования, 51 - контур демультиплексирования, 52 - контур декодирования диапазона низких частот, 53 - контур выделения частотной огибающей, 54 - контур генерирования псевдосигналов диапазона высоких частот, 55 - контур декодирования высоких частот, 56 - контур корректировки псевдосигналов диапазона высоких частот, 57 - контур объединения поддиапазонов, 101 - ЦП, 102 - ПЗУ, 103 - ОЗУ, 104 - шина, 105 - интерфейс ввода/вывода, 106 - участок ввода, 107 - участок вывода, 108 - участок хранения, 109 - участок связи, 110 - привод, 111 - съемный носитель.