EP2380169B1

EP2380169B1 - Verfahren und mittel zur skalierbaren verbesserung der qualität eines signalcodierverfahrens

Info

Publication number: EP2380169B1
Application number: EP09807441.2A
Authority: EP
Inventors: Stefan Schandl; Panji Setiawan
Original assignee: Unify GmbH and Co KG
Current assignee: Unify GmbH and Co KG
Priority date: 2008-12-19
Filing date: 2009-12-10
Publication date: 2015-12-09
Anticipated expiration: 2029-12-10
Also published as: AT509439A1; US20120014474A1; AT509439B1; EP2380169A1; CN102257565B; BRPI0922993A2; WO2010069513A1; CN102257565A; US8774312B2

Description

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 Übertragung eines erweiterten Frequenzbereiches von 50 Hz bis 7000 Hz bekannt. Ein hierfür vorgesehener, sogenannter breitbandiger 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, das in der ITU-T- Empfehlung G.722, "7 kHz Audio-Coding within 64 kbit/s"; G.722 (11/88), International Telecommunication Union, Geneva, CH, 25. November 1988, XP017400870, beschrieben ist.
Zur weiteren Erhöhung der Qualität des übertragenen Audiosignales 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 vorzunehmen.
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 durch Anspruch 1 gelöst mit einem 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 abschnittsweise mit einer Anzahl von M*L^N unterschiedlichen Referenzsignalen verglichen und daraus das Referenzsignal mit einem minimalen Fehlersignal hinsichtlich eines vorgegebenen Fehlerkriteriums ermittelt,
die Referenzsignale c(n) sind jeweils aus äquidistanten Dirac-Impulsen δ(n) gemäß $c (n) = \sum_{p = 0}^{N - 1} α_{p} \cdot δ (n - off - M \cdot p)$
aufgebaut, wobei off = [0 .. M-1], den Abstand des ersten Impulses von dem Beginn des Vergleichsabschnittes angibt, α _p ∈{α₀,α₁,···,α_L-1} 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 e_H1(n) gemäß $e_{H 1} (n) = e_{H} - c (n)$
ermittelt wird und wenn über den Zeitraum des Vergleichabschnittes gemäß $E_{n} = \sum_{n = 0}^{Ma} e_{H 1} {(n)}^{2}$
ein Fehlerbetrag ermittelt und zur Bestimmung des minimalen Fehlersignales herangezogen wird.
Vorteilhaft ist auch eine Anordnung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens nach Anspruch 3, 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 EHDS1 ,... 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.1 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 Dirac-Impulsen δ(n). Die Abstände zwischen den einzelnen Impulsen betragen jeweils M Abtastperioden, der Abstand des ersten Impulses δ(1) vom Beginn des Vergleichsabschnittes beträgt off = [0 .. M-1] Abtastperioden. Die Dirac-Impulse können eine vorgegebene Anzahl von Amplitudenwerten L aufweisen.
Die mathematische Definition eines Referenzsignales ist wie folgt: $c (n) = \sum_{p = 0}^{N - 1} α_{p} \cdot δ (n - off - M \cdot p)$
Durch Variation der Parameter Amplitudenwert α mit L unterschiedlichen Werten und des Offsets off = [0 .. M-1]wird nun eine Gruppe mit einer Anzahl M·L^N von unterschiedlichen Referenzsignalen 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 erfindungsgemäßen 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 EHDS1 ,... EHDSS zur Erzeugung 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 e_H verglichen, welches in einem herkömmlichen Codierungsverfahren gemäß IT-U Recommendation G.722 aus einem zu codierenden Eingangssignal und einem Prognosesignal ermittelt wurde.
Daraus ergibt sich gemäß e_H1(n)= e_H -c(n) ein erweitertes Fehlersignal e_H1(n) zu dem über den Zeitraum des Vergleichabschnittes gemäß $E_{n} = \sum_{n = 0}^{Ma} e_{H 1} {(n)}^{2}$
ein Fehlerbetrag ermittelt wird.
Mittels Steuereinheit CB 1, ...CB S wird nun das Referenzsignal c(n) mit dem geringsten Fehlerbetrag E_n ermittelt undie Information über dieses Signal als zusätzliche Information I_H1min,...I_HSmin 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 e_H wird nun in Abhängigkeit von der gewählten Skalierung iterativ mehrfach wiederholt, was in der Fig.2 für den S- ten Wiederholungsvorgang durch einen Funktionsblock mit Signalgenerator EHDSS, Steuereinheit CB S und zusätzliche Informationssignal I_HSmin dargestellt ist.
Das heißt für den ersten Wiederholungsschritt, dass die Referenzsignale c(n) mit dem erweiterten ersten Fehlersignal e_H1(n) verglichen und daraus ein erweitertes zweites Fehlersignal E_H2(n) generiert wird. Dieser Vorgang wird typisch viermal wiederholt.
Fig. 3 zeigt die Struktur eines erfindungsgemäßen Dekoders in dem aus dem empfangenen Signal I_H, I_H1, I_H2... I_HS das Audiosignal gewonnen wird. Das empfangene Signal umfasst neben dem Ausgangssignal I_H des herkömmlichen Kodierers ADPCM die mit der Erfindung gewonnene zusätzliche Information I_H1min,... I_HSmin 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 I_H1min,... I_HSmin enthält, diese aber für die Gewinnung des Audiosignales nicht heranzieht
Diese Möglichkeit wird als Abwärtskompatibilität bezeichnet.
Bei einem Empfänger, der die erfindungsgemäßen Erweiterungsstufen EDS1, EDS2, ... EDSS zur Dekodierung der Zusatzinformationen I_H1min,...I_HSmin umfasst, wird hingegen das Signal in voller Qualität dekodiert, sofern nicht aus anderen Gründen eine Einschränkung geboten ist.

Claims

Verfahren zur skalierbaren Verbesserung der Qualität eines Codierungsverfahrens, bei dem Subband- Adaptive Differential Pulse Code Modulation (SB-ADPCM) zur Codierung von Audiosignalen gemäß IT-U Recommendation G.722 verwendet wird, mit folgenden Verfahrensschritten,
- in einem iterativen Prozess mit einer vom Umfang der Erweiterung abhängigen Anzahl von Wiederholungsschritten wird ein aus einem zu codierenden Subband-Eingangssignal und einem Prognosesignal ermitteltes digitales Fehlersignal (e_H) abschnittsweise mit einer Anzahl von M*L^N unterschiedlichen Referenzsignalen c(n) verglichen und daraus das Referenzsignal mit einem minimalen Fehlersignal hinsichtlich eines vorgegebenen Fehlerkriteriums ermittelt,

- die Referenzsignale c(n) sind jeweils aus äquidistanten Dirac-Impulsen δ(n) gemäß $c (n) = \sum_{p = 0}^{N - 1} α_{p} \cdot δ (n - off - M \cdot p)$
aufgebaut, wobei off = [0 .. M-1], den Abstand des ersten Impulses von dem Beginn des Vergleichsabschnittes angibt, α _p ∈{α₀,α₁,···,α_L-1} den Amplitudenwert , M den Abstand zwischen zwei einzelnen Pulsen, N die Anzahl der Pulse und L die Anzahl der unterschiedlichen Pegel ά ;

- Die Information (I_H1min,...I_HSmin) über das Referenzsignal mit dem minimalen Fehlersignal wird übertragen.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei als Fehlerkriterium ein erweitertes Fehlersignal e_H1(n) gemäß e_H1(n) = e_H -c(n) ermittelt wird und über den Zeitraum des Vergleichabschnittes gemäß $E_{n} = \sum_{n = 0}^{Ma} e_{H 1} {(n)}^{2}$
ein Fehlerbetrag ermittelt und zur Bestimmung des minimalen Fehlersignales herangezogen wird.
Anordnung eingerichtet zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei 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 (EHDS1 ,... EHDSS) zur Erzeugung der Referenzsignale c(n) und eine Steuereinheit (CB 1, ...CB S) aufweisen.