EP2380169A1 - Verfahren und mittel zur skalierbaren verbesserung der qualität eines signalcodierverfahrens - Google Patents

Verfahren und mittel zur skalierbaren verbesserung der qualität eines signalcodierverfahrens

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EP2380169A1
EP2380169A1 EP09807441A EP09807441A EP2380169A1 EP 2380169 A1 EP2380169 A1 EP 2380169A1 EP 09807441 A EP09807441 A EP 09807441A EP 09807441 A EP09807441 A EP 09807441A EP 2380169 A1 EP2380169 A1 EP 2380169A1
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Siemens Enterprise Communications GmbH and Co KG
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    • G10L19/00—Speech or audio signals analysis-synthesis techniques for redundancy reduction, e.g. in vocoders; Coding or decoding of speech or audio signals, using source filter models or psychoacoustic analysis
    • G10L19/04—Speech or audio signals analysis-synthesis techniques for redundancy reduction, e.g. in vocoders; Coding or decoding of speech or audio signals, using source filter models or psychoacoustic analysis using predictive techniques
    • G10L19/16—Vocoder architecture
    • G10L19/18—Vocoders using multiple modes
    • G10L19/24—Variable rate codecs, e.g. for generating different qualities using a scalable representation such as hierarchical encoding or layered encoding

Definitions

  • the invention relates to a method for the scalable improvement of the quality of a signal coding method
  • the audio signals to be transmitted are compressed by means of coding methods and decompressed after the transmission.
  • Such a coding method which is intended for transmission of a speech signal in a frequency range of 300 to 3400 Hz with a data rate of 8 kbit / s, is known, for example, from ITU-T Recommendation G.729.
  • the transmission of an extended frequency range from 50 Hz to
  • a so-called broadband voice codec provided for this purpose is, for example, in ITU-T Recommendation G.722. EV described.
  • the method uses subband adaptive differential pulse code modulation (SB-ADPCM) to encode audio signals.
  • SB-ADPCM subband adaptive differential pulse code modulation
  • the invention has for its object to provide a method for scalable improvement of the quality of a coding method according to the Subband Adaptive Differential Pulse Code principle.
  • the information about the reference signal with the minimum error signal is transmitted.
  • FIG. 2 shows the structure of a codec according to the invention
  • FIG. 3 shows the structure of a decoder according to the invention.
  • the reference signal according to FIG. 1 comprises a number of N discrete pulses ⁇ ⁇ n).
  • the Dirac pulses may have a predetermined number of amplitude values L.
  • FIG. 2 shows the structural design of an encoder according to the invention which, in addition to a conventional coder ADPCM according to the Subband Adaptive Differential Pulse Code principle according to IT-U Recommendation G.722, comprises means for generating reference signals which each have one for each stage of the extension Signal generator EHDSl, ... EHDSS for generating the reference signals c (n) and a control unit CB 1, ... CB S has.
  • the reference signals c (n) are compared with a digital error signal e H over a predetermined time interval, a so-called frame, which in a conventional coding method corresponds to IT-U recommen- tion G.722 was determined from an input signal to be coded and a prognosis signal.
  • the reference signal c (n) with the lowest error amount E n is now determined and the information about this signal is transmitted as additional information I ⁇ imin f • ⁇ iHSmin and used in the receiver for decoding the useful signal ,
  • the starting point is a sampling rate of 8 KHz and thus a duration of a sampling interval of 125 ⁇ sec.
  • the duration of a comparison section is 5 msec, the number of possible amplitude values L for the Dirac pulses is 2.
  • Fig. 3 shows the structure of a decoder according to the invention in the received signal from the I H, Im, IH 2 - the audio signal is obtained I HS - -.
  • the received signal includes the recovered with the invention, additional information Inimm / • • • I HS ⁇ H ⁇ depending on the number of selected channels in the expansion stages.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur skalierbaren Verbesserung der Qualität eines Codierungsverfahrens gemäß IT-U Recommendation G.722 mit folgenden Verfahrensschritten, - in einem iterativen Prozess mit einer vom Umfang der Erweiterung abhängigen Anzahl von Wiederholungsschritten wird ein aus einem zu codierenden Eingangssignal und einem Prognosesignal ermitteltes digitales Fehlersignal (E) abschnittsweise mit einer Anzahl von M*LN unterschiedlichen Referenzsignalen verglichen und daraus das Referenzsignal mit einem minimalen Fehlersignal eines vorgegebenen Fehlerkriteriums ermittelt, - die Referenzsignale sind jeweils aus äquidistanten Dirac-Impulsen d(n) gemäß (I) aufgebaut, wobei off = [0.. M-1], den Abstand des ersten Impulses von einem ?ullzeitpunkt angibt, a P ?{a 0 ,a 1 ,..,a L-1 } den Amplitudenwert, M den Abstand zwischen den einzelnen Pulsen, ? die Anzahl der Pulse und L die Anzahl der unterschiedlichen Pegel - Die Information über das Referenzsignal mit dem minimalen Fehlersignal wird übertragen.

Description

Beschreibung
Verfahren und Mittel zur skalierbaren Verbesserung der Qualität eines Signalcodierverfahrens
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur skalierbaren Verbesserung der Qualität eines Signalcodierverfahrens
In digitalen Kommunikationssystemen werden zur Reduktion der benötigen Datenraten die zu übertragenden Audiosignale mittels Kodierungsverfahren komprimiert und nach der Übertragung dekomprimiert .
Ein derartiges Codierverfahren, welches für eine Übertragung eines Sprachsignals in einem Frequenzbereich von 300 bis 3400 Hz mit einer Datenrate von 8 kbit/s vorgesehen ist, ist beispielsweise aus der ITU-T-Empfehlung G.729 bekannt.
Für die Übertragung mit einer höheren Qualität ist die Über- tragung eines erweiterten Frequenzbereiches von 50 Hz bis
7000 Hz bekannt. Ein hierfür vorgesehener, sogenannter breit- bandiger Sprach-Codec ist beispielsweise in der ITU-T- Empfehlung G.722. EV beschrieben.
Das Verfahren nutzt die sogenannte Subband- Adaptive Differential Pulse Code Modulation (SB-ADPCM) zur Codierung von Audiosignalen .
Zur weiteren Erhöhung der Qualität des übertragenen Audiosig- nales besteht die Forderung nach einem skalierbaren Codierungsverfahren .
Die Skalierbarkeit gestattet einerseits eine empfängerseitige Abwärtskompatibilität mit herkömmlichen Dekodierungsverfahren und andererseits bietet sie eine einfache Möglichkeit, im Falle von eingeschränkten Datenübertragungskapazitäten im Übertragungskanal eine sender- und empfängerseitige Anpassung der Datenrate und der Größe von übertragenen Datenrahmen vor- zunehmen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur skalierbaren Verbesserung der Qualität eines Codierungsverfahrens nach dem Subband- Adaptive Differential Pulse Code Prinzip anzugeben.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst mit einem Verfahren zur skalierbaren Verbesserung der Qualität eines Codierungsverfahrens gemäß IT-U Recommendation G.722 mit folgenden Ver- fahrensschritten, in einem iterativen Prozess mit einer vom Umfang der Erweiterung abhängigen Anzahl von Wiederholungsschritten wird ein aus einem zu codierenden Eingangssignal und einem Prognosesignal ermitteltes digitales Fehlersignal abschnittsweise mit einer Anzahl von M*LN unterschiedlichen Referenzsignalen verglichen und daraus das Referenzsignal mit einem minimalen Fehlersignal hinsichtlich eines vorgegebenen Fehlerkriteriums ermittelt, die Referenzsignale c(n) sind jeweils aus äquidistanten Di- rac-Impulsen O\Yl) gemäß p~ aufgebaut, wobei off = [0 .. M-I], den Abstand des ersten Impulses von dem
u Begi-nn *des wVergl1ei•cKhsabKscvh,ni•*t-+t■es angi-Kb+t-, apμE toθ ax '--'CCL-) den Amplitudenwert , M den Abstand zwischen zwei einzelnen Pulsen, N die Anzahl der Pulse und L die Anzahl der unterschiedlichen Pegel ά ;
Die Information über das Referenzsignal mit dem minimalen Fehlersignal wird übertragen.
Dabei ist es vorteilhaft, wenn als Fehlerkriterium ein erweitertes Fehlersignal eHi(n) gemäß eHi(n)= eH -c(n) ermittelt wird und wenn über den Zeitraum des Vergleichab- Schnittes gemäß w=0 ein Fehlerbetrag ermittelt und zur Bestimmung des minimalen Fehlersignales herangezogen wird.
Vorteilhaft ist auch eine Anordnung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, bei dem neben einem herkömmlichen Kodierer (ADPCM) nach dem Subband Adaptive Differential Pulse Code Prinzip gemäß IT-U Recommendation G.722 Mittel zur Erstellung von Referenzsignalen vorgesehen sind, die für jede Stufe der Erweiterung jeweils einen Signalgenerator EHDSl ,... EHDSS zur Erzeugung der Referenzsignale c(n) und eine Steuereinheit CB 1, ...CB S aufweisen.
Im Folgenden wird eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen
Verfahrens anhand der Figuren erläutert.
Es zeigen beispielhaft:
Fig.l den Aufbau eines erfindungsgemäßen Referenzsignales
Fig. 2 die Struktur eines erfindungsgemäßen Codecs und Fig. 3 die Struktur eines erfindungsgemäßen Decoders. Das Referenzsignal gemäß Fig. 1 umfasst eine Anzahl von N Di- rac-Impulsen δ{n) . Die Abstände zwischen den einzelnen Impulsen betragen jeweils M Abtastperioden, der Abstand des ersten Impulses δ(l) vom Beginn des Vergleichsabschnittes beträgt off = [0 .. M-I] Abtastperioden. Die Dirac-Impulse können eine vorgegebene Anzahl von Amplitudenwerten L aufweisen.
Die mathematische Definition eines Referenzsignales ist wie folgt:
Durch Variation der Parameter Amplitudenwert OC mit L unterschiedlichen Werten und des Offsets off = [0 .. M-l]wird nun eine Gruppe mit einer Anzahl M-LN von unterschiedlichen Re- ferenzsignalen erzeugt.
Der erfindungsgemäße Vergleich der solcherart erhaltenen Referenzsignale c(n) wird anhand der Figuren 2 und 3 näher erläutert. Fig. 2 zeigt den strukturellen Aufbau eines erfin- dungsgemäßen Kodierers, der neben einem herkömmlichen Kodierer ADPCM nach dem Subband Adaptive Differential Pulse Code Prinzip gemäß IT-U Recommendation G.722 Mittel zur Erstellung von Referenzsignalen umfasst, die für jede Stufe der Erweiterung jeweils einen Signalgenerator EHDSl ,... EHDSS zur Er- zeugung der Referenzsignale c(n) und eine Steuereinheit CB 1, ...CB S aufweist.
Erfindungsgemäß werden die Referenzsignale c(n) über einen vorgegebenen zeitlichen Abschnitt, , ein sogenanntes Frame, mit einem digitalen Fehlersignal eH verglichen, welches in einem herkömmlichen Codierungsverfahren gemäß IT-U Recommen- dation G.722 aus einem zu codierenden Eingangssignal und einem Prognosesignal ermittelt wurde.
Daraus ergibt sich gemäß eHi(n)= eH -c(n) ein erweitertes Fehlersignal eHi(n) zu dem über den Zeitraum des Vergleichabschnittes gemäß
H=O
ein Fehlerbetrag ermittelt wird.
Mittels Steuereinheit CB 1, ...CB S wird nun das Referenzsignal c(n) mit dem geringsten Fehlerbetrag En ermittelt un- die Information über dieses Signal als zusätzliche Information Iπiminf • ■ • iHSmin übertragen und im Empfänger zur Dekodierung des Nutzsignales herangezogen.
Dabei haben sich in der Praxis für den Aufbau des Referenzsignales c(n) folgende Parameter bewährt.
Ausgangspunkt ist eine Abtastrate von 8 KHz und damit eine Dauer eines Abtastintervalles von 125 μsec. Die Dauer eines Vergleichsabschnittes beträgt 5 msec, die Anzahl der möglichen Amplitudenwerte L für die Dirac-Impulse beträgt 2. Die Zahl der Dirac-Impulse selbst in einem Vergleichsabschnitt beträgt N = 5. Der Abstand zwischen jeweils 2 Dirac-Impulsen beträgt M= 8 Abtastintervalle.
Der oben beschriebene Vergleichsvorgang der Referenzsignale c(n) mit dem digitalen Fehlersignal eH wird nun in Abhängig- keit von der gewählten Skalierung iterativ mehrfach wiederholt, was in der Fig.2 für den S- ten Wiederholungsvorgang durch einen Funktionsblock mit Signalgenerator EHDSS, Steuer- einheit CB S und zusätzliche Informationssignal IHSΠHΠ dargestellt ist.
Das heißt für den ersten Wiederholungsschritt, dass die Refe- renzsignale c(n) mit dem erweiterten ersten Fehlersignal eHi(n) verglichen und daraus ein erweitertes zweites Fehlersignal EH2(n) generiert wird. Dieser Vorgang wird typisch viermal wiederholt.
Fig. 3 zeigt die Struktur eines erfindungsgemäßen Dekoders in dem aus dem empfangenen Signal IH, Im, IH2- - - IHS das Audiosignal gewonnen wird. Das empfangene Signal umfasst neben dem Ausgangssignal IH des herkömmlichen Kodierers ADPCM die mit der Erfindung gewonnene zusätzliche Information Inimm/ • • • IHSΠHΠ in Abhängigkeit von der Anzahl der im Sender gewählten Erweiterungsstufen.
Dabei besteht ein wesentlicher Vorteil auch darin, dass nicht alle Informationen, die im empfangenen Signal vorhanden sind, auch tatsächlich ausgewertet werden müssen. So is es möglich, dass ein Empfänger mit nur einem herkömmlichen Dekoder Core Decoder ein Signal empfängt, welches auch die Zusatzinformationen iHiπunj ••• iHSmin enthält, diese aber für die Gewinnung des Audiosignales nicht heranzieht
Diese Möglichkeit wird als Abwärtskompatibilität bezeichnet.
Bei einem Empfänger, der die erfindungsgemäßen Erweiterungsstufen EDSl, EDS2, ... EDSS zur Dekodierung der Zusatzinfor- mationen IHIΠHΠ/ ••• IHSΠUΠ umfasst, wird hingegen das Signal in voller Qualität dekodiert, sofern nicht aus anderen Gründen eine Einschränkung geboten ist.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur skalierbaren Verbesserung der Qualität eines Codierungsverfahrens gemäß IT-U Recommendation G.722 mit folgenden Verfahrensschritten,
- in einem iterativen Prozess mit einer vom Umfang der Erweiterung abhängigen Anzahl von Wiederholungsschritten wird ein aus einem zu codierenden Eingangssignal und einem Prognosesignal ermitteltes digitales Fehlersignal (eH) abschnittsweise mit einer Anzahl von M*LN unterschiedlichen Referenzsignalen c(n) verglichen und daraus das Referenzsignal mit einem minimalen Fehlersignal hin- sichtlich eines vorgegebenen Fehlerkriteriums ermittelt,
- die Referenzsignale c(n) sind jeweils aus äquidistanten
Dirac-Impulsen uyVl) gemäß
P~ aufgebaut, wobei off = [0 .. M-I], den Abstand des ersten Impulses von dem Beginn des Vergleichsabschnittes angibt,
IXp OCo'tXi'-'tXi-i den Amplitudenwert , M den Abstand zwischen zwei einzelnen Pulsen, Ν die Anzahl der Pulse und L die Anzahl der unterschiedlichen Pegel ά ;
- Die Information (Immin* • • • iHSmm) über das Referenzsignal mit dem minimalen Fehlersignal wird übertragen.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Fehlerkriterium ein erweitertes Fehlersignal eHi(n) gemäß eHi(n)= eH -c(n) ermittelt wird und dass über den Zeitraum des Vergleichabschnittes gemäß
H=O ein Fehlerbetrag ermittelt und zur Bestimmung des minimalen Fehlersignales herangezogen wird.
3. Anordnung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass neben einem herkömmlichen Kodierer (ADPCM) nach dem Subband Adaptive Differential Pulse Code Prinzip gemäß IT-U
Recommendation G.722 Mittel zur Erstellung von Referenzsignalen vorgesehen sind, die für jede Stufe der Erweiterung jeweils einen Signalgenerator EHDSl , ... EHDSS zur Erzeugung der Referenzsignale c(n) und eine Steuereinheit CB 1, ...CB S aufweisen.
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