DE102016104665A1

DE102016104665A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Aufbereitung eines verlustbehaftet komprimierten Audiosignals

Info

Publication number: DE102016104665A1
Application number: DE102016104665.5A
Authority: DE
Inventors: Denis Perechnev
Original assignee: Ask Industries GmbH
Current assignee: Ask Industries GmbH
Priority date: 2016-03-14
Filing date: 2016-03-14
Publication date: 2017-09-14
Also published as: EP3403260A1; US20190080702A1; WO2017157841A1; CN108174614B; US10734000B2; EP3403260B1; CN108174614A

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Aufbereitung eines verlustbehaftet komprimierten Audiosignals 2, umfassend folgende Schritte: – Bereitstellung eines verlustbehaftet komprimierten Audiosignals 2, – Übertragung des Audiosignals 2 in ein Frequenzspektrum, in welchem Energien des Audiosignals 2 mit Frequenzen des Audiosignals 2 korreliert werden, – Ermitteln der Frequenzen fi von lokalen Amplitudenmaxima in dem Frequenzspektrum, – Festlegen eines ersten Auswahlkriteriums und Vorauswahl der Frequenzen fi von zwei unmittelbar aufeinander folgenden lokalen Amplitudenmaxima, welche Frequenzen dem ersten Auswahlkriterium genügen, – Festlegen eines zweiten Auswahlkriteriums und Auswahl von vorausgewählten, dem ersten Auswahlkriterium genügenden Frequenzen fi von zwei unmittelbar aufeinander folgenden lokalen Amplitudenmaxima, welche Frequenzen zusätzlich dem zweiten Auswahlkriterium genügen, – Erzeugen eines Audiofüllsignals (AFS) und – Aufbereiten des Audiosignals 2 durch Einbringen des Audiofüllsignals (AFS) in einen Frequenzbereich zwischen den dem zweiten Auswahlkriterium genügenden Frequenzen fi, sodass der Frequenzbereich zumindest abschnittsweise, insbesondere vollständig, mit dem Audiofüllsignal (AFS) befüllt ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Aufbereitung eines verlustbehaftet komprimierten Audiosignals.
Die Datenkompression von Audiosignalen bzw. -informationen, wie z. B. Musikdateien, ist an und für sich bekannt. Zweck der Datenkompression ist eine Reduzierung der Datengröße entsprechender Audiosignale. Die Datenkompression kann grundsätzlich verlustbehaftet oder nicht verlustbehaftet erfolgen. Im Weiteren soll insbesondere die verlustbehaftete Datenkompression betrachtet werden, welche beispielsweise durch datenmäßige Verwerfung von am Rande des menschlichen Hörbereichs liegenden Frequenzanteilen realisiert werden kann. Die subjektive Hörwahrnehmung durch einen Hörer soll derart kaum beeinträchtigt werden.
Aufgrund der im Vergleich reduzierten Klangqualität verlustbehaftet komprimierter Audiosignale, ist es bisweilen gewünscht, verlustbehaftet komprimierte Audiosignale aufzubereiten, d. h. entsprechend verworfene Frequenzanteile zumindest teilweise wieder herzustellen oder durch vergleichbare Frequenzanteile zu ersetzen.
Zur Aufbereitung verlustbehaftet komprimierter Audiosignale sind bis dato unterschiedliche technische Ansätze bekannt. Diese bekannten Ansätze sind regelmäßig vergleichsweise (rechen) aufwändig und wenig effizient konzipiert. Es besteht daher ein Weiterentwicklungsbedarf an verbesserten Verfahren zur Aufbereitung eines verlustbehaftet komprimierten Audiosignals.
Der Erfindung liegt damit die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Verfahren zur Aufbereitung eines verlustbehaftet komprimierten Audiosignals anzugeben.
Die Aufgabe wird durch ein Verfahren gemäß Anspruch 1 gelöst. Die hierzu abhängigen Ansprüche betreffen vorteilhafte Ausführungsformen des Verfahrens. Die Aufgabe wird ferner durch die Vorrichtung gemäß Anspruch 14 sowie durch die Audioeinrichtung gemäß Anspruch 15 gelöst.
Das hierin beschriebene Verfahren dient im Allgemeinen der Aufbereitung eines verlustbehaftet komprimierten Audiosignals. Bei einem verfahrensgemäß aufzubereitenden bzw. aufbereiteten Audiosignal kann es sich z. B. um eine verlustbehaftet komprimierte Audiodatei oder einen Teil einer solchen handeln. Konkret kann es sich z. B. um eine vermittels eines mp3-Algorithmus verlustbehaftet komprimierte Audiodatei, d. h. um eine mp3-codierte Audiodatei bzw. mp3-Datei, handeln.
Die Audiodatei oder Teile davon können bereits dekodiert sein. Für das vorgenannte Beispiel einer mp3-codierten Audiodatei können also beispielsweise geeignete Dekodierungsalgorithmen angewendet worden sein, über welche eine zumindest teilweise Dekodierung der mp3-codierten Audiodatei vorgenommen wurde. Analoges gilt selbstverständlich für Audiodaten, welche nicht über einen mp3-Algorithmus, sondern über andere Algorithmen kodiert wurden.
In allen Fällen kann die Audiodatei z. B. Audiosignale z. B. eines Musikstücks beinhalten.
Unter einer Aufbereitung ist grundsätzlich eine zumindest teilweise Wiederherstellung fehlender, d. h. z. B. im Rahmen der Datenkompression verworfener, Frequenzanteile bzw. ein zumindest teilweiser Ersatz fehlender, d. h. z. B. im Rahmen der Datenkompression verworfener, Frequenzanteile durch vergleichbare Frequenzanteile zu verstehen. Wie sich im Weiteren ergibt, ist für die verfahrensgemäße Aufbereitung verlustbehaftet komprimierter Audiosignale insbesondere ein zumindest teilweiser Ersatz fehlender, d. h. z. B. im Rahmen der Datenkompression verworfener, Frequenzanteile relevant.
Die einzelnen Schritte des hierin beschriebenen Verfahrens werden nachfolgend näher erläutert:
In einem ersten Schritt des Verfahrens wird ein aufzubereitendes verlustbehaftet komprimiertes Audiosignal bereitgestellt. Die Bereitstellung eines entsprechenden Audiosignals kann grundsätzlich über jedwede körperliche oder nicht-körperliche Audioquelle, d. h. z. B. von einer Audioeinrichtung zur Verarbeitung und Ausgabe von Audiosignalen, erfolgen.
In einem zweiten Schritt des Verfahrens erfolgt eine Übertragung des Audiosignals in ein Frequenzspektrum. In dem Frequenzspektrum werden Energien des Audiosignals mit Frequenzen des Audiosignals korreliert. Mit anderen Worten wird der Inhalt des Audiosignals auf seine Energie-, d. h. Amplituden- bzw. Frequenzanteile, untersucht und die einzelnen Energieanteile des Audiosignals datenmäßig in eine frequenzabhängige Darstellung übertragen bzw. umgesetzt. Typischerweise wird das Audiosignal hierfür in einzelne, gegebenenfalls überlappende, Zeitintervalle unterteilt, welche einzeln in das Frequenzspektrum übertragen bzw. umgesetzt werden. Die Übertragung bzw. Umsetzung des Audiosignals in das Frequenzspektrum erfolgt vermittels geeigneter Algorithmen, d. h. z. B. vermittels (schneller) Fourier-Transformations-Algorithmen. Die Länge der Algorithmen ist grundsätzlich variabel. Die Untersuchung des Inhalts des Audiosignals auf seine Energieanteile kann eine Klassifizierung und Gruppierung der Energieanteile sowie eine Abschätzung der Energieanteile des Audiosignals beinhalten.
In einem dritten Schritt des Verfahrens werden in dem Frequenzspektrum Frequenzen von lokalen Amplitudenmaxima ermittelt. Mit anderen Worten wird das Frequenzspektrum auf lokale Amplitudenmaxima untersucht und die den jeweiligen Amplitudenmaxima zugehörigen Frequenzen ermittelt. Unter einem lokalen Amplitudenmaximum ist ein Amplitudenmaximalwert in einem definierten Frequenzumgebungsbereich zu verstehen. Die Ermittlung lokaler Amplitudenmaxima erfolgt vermittels geeigneter Analysealgorithmen.
In einem vierten Schritt des Verfahrens wird ein erstes Auswahlkriterium festgelegt. Auf Grundlage des ersten Auswahlkriteriums werden die Frequenzen zweier unmittelbar aufeinander folgender (lokaler) Amplitudenmaxima vorausgewählt, welche Frequenzen dem ersten Auswahlkriterium genügen. In dem vierten Schritt werden also die Frequenzen von Paaren unmittelbar aufeinanderfolgender Amplitudenmaxima im Hinblick auf das erste Auswahlkriterium untersucht. In dem vierten Schritt erfolgt sonach eine paarweise Untersuchung der Frequenzen von unmittelbar aufeinanderfolgenden Amplitudenmaxima dahin, ob die den jeweiligen Amplitudenmaxima zugehörigen Frequenzen dem ersten Auswahlkriterium genügen. In den weiteren Schritten des Verfahrens werden typischerweise nur die dem ersten Auswahlkriterium genügenden Frequenzen betrachtet. In dem vierten Schritt erfolgt sonach eine Vorauswahl der im Weiteren zu betrachtenden Frequenzen bzw. der zugehörigen Amplitudenmaxima.
Das erste Auswahlkriterium beschreibt typischerweise einen bestimmten Grenzfrequenzwert(bereich) („threshold“). Frequenzen unmittelbar aufeinanderfolgender Amplitudenmaxima genügen dem ersten Auswahlkriterium, wenn deren Frequenzunterschied den durch das erste Auswahlkriterium beschriebenen Grenzfrequenzwert(bereich) betragsmäßig überschreitet, vgl. hierzu den durch nachfolgend wiedergegebene Formel I dargestellten Zusammenhang: Δf_i > |Δf_T| (I)
Dabei gilt Δf_i: Frequenzunterschied zweier unmittelbar aufeinander folgender Amplitudenmaxima; Δf_T: Grenzfrequenzwert(bereich).
Der Grenzfrequenzwert(bereich) kann durch Übertragen der vorausgewählten Frequenzen in eine Bark-Skala festgelegt werden. Bekanntermaßen lassen sich Frequenzen grundsätzlich in eine Bark-Skala übertragen. Die Übertragung der vorausgewählten Frequenzen in eine Bark-Skala erfolgt auf Grundlage des durch nachfolgend wiedergegebene Formel II dargestellten Zusammenhangs: z = 13·arctan(0,00076·f) + 3,5·arctan( f / 7500)² (II)
Dabei gilt z: Bark; f: in die Bark-Skala zu übertragender Frequenzwert.
Über den durch die Formel II dargestellten Zusammenhang lassen sich sowohl vorausgewählte Frequenzen als auch der von dem ersten Auswahlkriterium beschriebene Grenzfrequenzwert in die Bark-Skala übertragen.
Der Grenzfrequenzwert kann grundsätzlich einem Bark oder einem über einen Anpassungsfaktor angepassten bzw. mit einem Anpassungsfaktor multiplizierten Bark entsprechen. Der Anpassungsfaktor liegt typischerweise zwischen 0,7 und 1,1, insbesondere bei 0,9. Der Grenzfrequenzwert entspricht damit typischerweise 0,7 bis 1,1, insbesondere 0,9, Bark. Mit anderen Worten soll der Frequenzunterschied der jeweiligen Frequenzen einem Bark oder nahezu einem Bark entsprechen, um dem ersten Auswahlkriterium zu genügen. Durch den Anpassungsfaktor ist eine gewisse Variabilität des Grenzfrequenzwerts gegeben.
In einem fünften Schritt des Verfahrens wird ein zweites Auswahlkriterium festgelegt. Auf Grundlage des zweiten Auswahlkriteriums werden (auf Grundlage des ersten Auswahlkriteriums) vorausgewählte Frequenzen von zwei unmittelbar aufeinander folgenden lokalen Amplitudenmaxima ausgewählt, welche dem zweiten Auswahlkriterium genügen. In dem fünften Schritt werden vorausgewählte Frequenzen im Hinblick auf das zweite Auswahlkriterium betrachtet. In dem fünften Schritt erfolgt sonach eine Untersuchung vorausgewählter Frequenzen dahin, ob diese (zusätzlich) dem zweiten Auswahlkriterium genügen.
Das zweite Auswahlkriterium kann einen Grenzenergiewert(bereich) beschreiben. Jeweilige vorausgewählte Frequenzen genügen dem zweiten Auswahlkriterium, wenn der Energieinhalt zwischen diesen den durch das zweite Auswahlkriterium beschriebenen Grenzenergiewert(bereich) („threshold“) betragsmäßig unterschreitet.
Der Grenzenergiewert (bereich) kann durch einen festgelegten Grenzenergieinhalt definiert werden. Jeweilige vorausgewählte Frequenzen genügen dem zweiten Auswahlkriterium dann, wenn sie den durch das zweite Auswahlkriterium beschriebenen Grenzenergieinhalt betragsmäßig unterschreiten, vgl. hierzu den durch nachfolgend wiedergegebene Formel III dargestellten Zusammenhang:
Dabei gilt: S(f): die durch die Frequenzen bzw. Frequenzwerte f₁, f₂ der beiden unmittelbar aufeinander folgenden Amplitudenmaxima beschriebene Fläche (Energieinhalt zwischen den Frequenzen bzw. Frequenzwerte f₁, f₂ der beiden unmittelbar aufeinander folgenden Amplitudenmaxima); T: Grenzenergieinhalt.
Der Grenzenergiewert(bereich) kann alternativ auch bestimmt werden, indem ein von der vorausgewählten Frequenz („untere Frequenz“), welche dem unteren (frequenzmäßig niedrigeren) Amplitudenmaximum zugehörig ist, ausgehender erster Energieverlauf und ein von der Frequenz („obere Frequenz“), welche dem unmittelbar folgenden oberen (frequenzmäßig höheren) Amplitudenmaximum zugehörig ist, ausgehender zweiter Energieverlauf erzeugt wird und die beiden Energieverläufe in das Frequenzspektrum übertragen werden. Der Grenzenergiewert wird dann durch die jeweiligen Energieverläufe definiert. Der erste Energieverlauf verläuft ausgehend von der Frequenz des (frequenzmäßig) unteren Amplitudenmaximums der beiden unmittelbar aufeinander folgenden Amplitudenmaxima in Richtung der Frequenz des (frequenzmäßig) oberen (höheren) Amplitudenmaximums der beiden unmittelbar aufeinander folgenden Amplitudenmaxima. Der zweite Energieverlauf verläuft ausgehend von der Frequenz des (frequenzmäßig) oberen Amplitudenmaximums der beiden unmittelbar aufeinander folgenden Amplitudenmaxima in Richtung der Frequenz des (frequenzmäßig) unteren (niedrigeren) Amplitudenmaximums der beiden unmittelbar aufeinander folgenden Amplitudenmaxima. Die erzeugten Energieverläufe können datenmäßig in das Frequenzspektrum übertragen werden. Durch den tatsächlichen Frequenzverlauf zwischen den Frequenzen und die Energieverläufe wird ein abgeschlossener Bereich bzw. eine abgeschlossene Fläche definiert. Der Bereich ist frequenzanteilsmäßig durch die Frequenzen der beiden unmittelbar benachbarten Amplitudenmaxima und energieanteilsmäßig durch den tatsächlichen Frequenzverlauf zwischen den Amplitudenmaxima und die zwischen diesen verlaufenden Energieverläufe definiert. Der Bereich beinhaltet typischerweise nur Energiewerte ≥ Null. Betrachtet man den Bereich geometrisch in Bezug auf das Frequenzspektrum, entspricht der Bereich der durch die beiden unmittelbar benachbarten Amplitudenmaxima, den zwischen diesen verlaufenden Energie- bzw. Frequenzverläufen und der Frequenzachse (x-Achse) geometrisch definierten Fläche.
Die Erzeugung der Energieverläufe erfolgt typischerweise auf Grundlage eines psychoakustischen Modells. Zur Erzeugung der Energieverläufe wird sonach typischerweise ein psychoakustisches Modell herangezogen bzw. werden die Energieverläufe aus einem psychoakustischen Modell abgeleitet. Das psychoakustische Modell beschreibt im Allgemeinen diejenigen Frequenzanteile eines bestimmten Geräuschs, welche von dem menschlichen Gehör in einer bestimmten Geräuschumgebung, d. h. gegebenenfalls in Anwesenheit anderer Geräusche, wahrnehmbar sind. Ein bevorzugt verwendetes psychoakustisches Modell ist das Modell der spektralen Verdeckung bzw. Maskierung, durch welches beschrieben ist, dass das menschliche Hörvermögen bestimmte Frequenzanteile eines bestimmten Geräuschs nicht oder nur mit verringerter Sensitivität wahrnehmen kann. Diese Verdeckungs- bzw. Maskierungseffekte beruhen im Wesentlichen auf den anatomischen bzw. mechanischen Gegebenheiten des menschlichen Innenohrs und bedingen beispielsweise, dass energiearme bzw. leise Töne im mittleren Frequenzbereich bei gleichzeitiger Wiedergabe energiereicher bzw. lauter Töne im tiefen Frequenzbereich nicht wahrnehmbar sind; die Töne im tiefen Frequenzbereich maskieren die Töne im mittleren Frequenzbereich.
Die Energieverläufe werden insbesondere aus den bei jeweiligen vorausgewählten Frequenzen durch das jeweilige psychoakustische Modell gegebenen Hörschwellen des menschlichen Gehörs abgeleitet. Dies bedeutet, dass das psychoakustische Modell jeweils auf die Frequenzen der beiden unmittelbar aufeinander folgenden Amplitudenmaxima angewandt wird. Der erste Energieverlauf entspricht dem Teil der für die Frequenz des unteren Amplitudenmaximums aus dem psychoakustischen Modell abgeleiteten Hörschwelle, welcher sich in Richtung steigender Frequenzen erstreckt. Der zweite Energieverlauf entspricht dem Teil der für die Frequenz des oberen Amplitudenmaximums aus dem psychoakustischen Modell abgeleiteten Hörschwelle, welcher sich in Richtung fallender Frequenzen erstreckt.
Für das Verfahren ist wesentlich, dass Frequenzbereiche zwischen den jeweiligen Frequenzen zweier unmittelbar aufeinander folgender Amplitudenmaxima, welche Frequenzen sowohl dem ersten als auch dem zweiten Auswahlkriterium genügen, aufbereitet werden. Die bisher beschriebenen Schritte des Verfahrens betreffen sonach die Ermittlung von aufzubereitenden Frequenzbereichen innerhalb des aufzubereitenden Audiosignals.
In einem sechsten Schritt des Verfahrens wird ein Audiofüllsignal erzeugt bzw. generiert. Das Audiofüllsignal wird typischerweise gezielt im Hinblick auf die vorher ermittelten aufzubereitenden Frequenzbereiche innerhalb des aufzubereitenden Audiosignals erzeugt. Das Audiofüllsignal wird also typischerweise gezielt im Hinblick auf den durch unmittelbar aufeinander folgende, sowohl dem ersten als auch dem zweiten Auswahlkriterium genügende Frequenzen definierten Frequenzbereich erzeugt, um diesen auszufüllen und das zwischen den Frequenzen gegebene „Energietal“ zumindest abschnittsweise, insbesondere vollständig, zu füllen. Das erzeugte Audiofüllsignal weist daher zweckmäßig einen zwischen den Frequenzen jeweiliger unmittelbar aufeinander folgender Amplitudenmaxima liegenden Frequenzbereich auf. Die Erzeugung des Audiofüllsignals erfolgt z. B. vermittels eines geeigneten Signalgenerators.
In einem siebten Schritt des Verfahrens erfolgt die eigentliche Aufbereitung des Audiosignals durch Einbringen des Audiofüllsignals in jeweilige Frequenzbereiche zwischen jeweiligen dem ersten und zweiten Auswahlkriterium genügenden Frequenzen, sodass ein jeweiliger Frequenzbereich zumindest abschnittsweise, insbesondere vollständig, mit dem Audiofüllsignal befüllt ist.
Mit anderen Worten werden verfahrensgemäß entsprechende aus der Datenkompression des Audiosignals resultierende „Energietäler“ ermittelt und in Form des im Hinblick auf die ermittelten „Energietäler“ erzeugten Audiofüllsignals gezielt mit einem bestimmten Dateninhalt gefüllt, wodurch eine Aufbereitung des Audiosignals realisiert wird. Hieraus ergibt sich, dass die verfahrensgemäße Aufbereitung des Audiosignals, wie weiter oben erwähnt, insbesondere durch einen zumindest teilweisen Ersatz fehlender, d. h. z. B. im Rahmen der Datenkompression verworfener, Frequenzanteile des Audiosignals realisiert wird.
Durch die beschriebenen Schritte des Verfahrens ist ein, insbesondere im Hinblick auf die Effizienz der Aufbereitung und die Qualität des aufbereiteten Audiosignals, verbessertes Verfahren zur Aufbereitung eines verlustbehaftet komprimierten Audiosignals gegeben.
Selbstverständlich ist es in einem optionalen achten Schritt des Verfahrens möglich, das entsprechend aufbereitete Audiosignal über wenigstens eine z. B. als Lautsprechereinrichtung ausgebildete oder wenigstens eine solche umfassende Signalausgabeeinrichtung auszugeben. Ein optionaler achter Schritt des Verfahrens kann sonach ein Ausgeben eines aufbereiteten Audiosignals über wenigstens eine Signalausgabeeinrichtung vorsehen. Alternativ oder ergänzend ist es in dem achten Schritt des Verfahrens möglich, das entsprechend aufbereitete Audiosignal in einer Speichereinrichtung, d. h. z. B. einem Festplattenspeicher, (zwischen) zu speichern. Ein entsprechend aufbereitetes gespeichertes Audiosignal kann zu einem späteren Zeitpunkt über wenigstens eine entsprechende Signalausgabeeinrichtung ausgegeben und/oder über ein geeignetes, insbesondere drahtloses, Kommunikationsnetzwerk an wenigstens einen Kommunikationspartner übertragen werden. Ein optionaler achter Schritt des Verfahrens kann sonach (auch) ein Speichern eines aufbereiteten Audiosignals in wenigstens einer Speichereinrichtung und/oder ein Übertragen eines aufbereiteten Audiosignals an wenigstens einen Kommunikationspartner vorsehen. Das aufbereitete Audiosignal kann vor der Ausgabe und/oder Speicherung und/oder Übertragung einer inversen Fourier-Transformation unterzogen werden.
Es ist möglich, dass vor dem Aufbereiten des Audiosignals durch Einbringen des Audiofüllsignals in den Frequenzbereich zwischen den dem zweiten Auswahlkriterium genügenden Frequenzen ein von der ausgewählten Frequenz („untere Frequenz“), welche dem unteren (frequenzmäßig niedrigeren) Amplitudenmaximum zugehörig ist, ausgehender, gegebenenfalls dritter, Energieverlauf und ein von der ausgewählten Frequenz („obere Frequenz“), welche dem (frequenzmäßig höheren) Amplitudenmaximum zugehörig ist, ausgehender, gegebenenfalls vierter, Energieverlauf erzeugt wird und diese beiden Energieverläufe in das Frequenzspektrum übertragen werden. Der gegebenenfalls dritte Energieverlauf verläuft ausgehend von der Frequenz des (frequenzmäßig) unteren Amplitudenmaximums der beiden unmittelbar aufeinander folgenden Amplitudenmaxima in Richtung der Frequenz des (frequenzmäßig) oberen Amplitudenmaximums der beiden unmittelbar aufeinander folgenden Amplitudenmaxima. Der gegebenenfalls vierte Energieverlauf verläuft ausgehend von der Frequenz des (frequenzmäßig) oberen (höheren) Amplitudenmaximums der beiden unmittelbar aufeinander folgenden Amplitudenmaxima in Richtung der Frequenz des (frequenzmäßig) unteren (niedrigeren) Amplitudenmaximums der beiden unmittelbar aufeinander folgenden Amplitudenmaxima. Die erzeugten Energieverläufe können wiederum datenmäßig in das Frequenzspektrum übertragen werden. Durch die Frequenzen und die Energieverläufe wird ebenso ein abgeschlossener Bereich bzw. eine abgeschlossene Fläche definiert. Der Bereich ist frequenzanteilsmäßig wiederum durch die Frequenzen der beiden unmittelbar aufeinander folgenden Amplitudenmaxima und energieanteilsmäßig durch die zwischen diesen verlaufenden Energieverläufe definiert. Der Bereich beinhaltet typischerweise nur Energiewerte ≥ Null. Betrachtet man den Bereich geometrisch in Bezug auf das Frequenzspektrum, entspricht der Bereich wiederum der durch die beiden unmittelbar benachbarten Amplitudenmaxima, den zwischen diesen verlaufenden Energie- bzw. Frequenzverläufen und der Frequenzachse (x-Achse) geometrisch definierten Fläche.
Die Erzeugung der gegebenenfalls dritten und vierten Energieverläufe erfolgt typischerweise ebenso auf Grundlage eines psychoakustischen Modells. Zur Erzeugung der Energieverläufe wird sonach typischerweise ebenso ein psychoakustisches Modell herangezogen bzw. werden die Energieverläufe aus einem psychoakustischen Modell abgeleitet. Es gelten die Ausführungen im Zusammenhang mit den ersten beiden Energieverläufen analog.
Die gegebenenfalls dritten und vierten Energieverläufe werden ebenso insbesondere aus den bei jeweiligen vorausgewählten Frequenzen durch das jeweilige psychoakustische Modell gegebenen Hörschwellen des menschlichen Gehörs abgeleitet. Dies bedeutet, dass das psychoakustische Modell jeweils auf die Frequenzen der beiden unmittelbar aufeinander folgenden Amplitudenmaxima angewandt wird. Der gegebenenfalls dritte Energieverlauf entspricht dem Teil der für die Frequenz des unteren Amplitudenmaximums aus dem psychoakustischen Modell abgeleiteten Hörschwelle, welcher sich in Richtung steigender Frequenzen erstreckt. Der gegebenenfalls vierte Energieverlauf entspricht dem Teil der für die Frequenz des oberen Amplitudenmaximums aus dem psychoakustischen Modell abgeleiteten Hörschwelle, welcher sich in Richtung fallender Frequenzen erstreckt.
Sofern, wie weiter oben erläutert, auch im Zusammenhang mit dem von dem zweiten Auswahlkriterium beschriebenen Grenzenergiewert entsprechende Energieverläufe erzeugt und in das Frequenzspektrum übertragen werden sollten, können sich diese (ersten beiden) Energieverläufe von den in dem vorherigen Absatz erwähnten (dritten und vierten) Energieverläufen unterscheiden.
Das Audiofüllsignal wird im Weiteren zumindest abschnittsweise, insbesondere vollständig, in den durch die beiden vorausgewählten Frequenzen und die jeweiligen Energieverläufe definierten Bereich des Frequenzspektrums eingebracht. Die Aufbereitung des Audiosignals erfolgt hier also, indem das Audiofüllsignal in den durch die Frequenzen der beiden unmittelbar benachbarten Amplitudenmaxima und die jeweiligen Energieverläufe definierten Frequenzbereich des Frequenzspektrums eingebracht wird, sodass der durch die Frequenzen der beiden unmittelbar aufeinander folgenden Amplitudenmaxima und die jeweiligen Energieverläufe definierte Bereich des Frequenzspektrums zumindest abschnittsweise, insbesondere vollständig, mit dem Audiofüllsignal befüllt ist bzw. wird.
In allen Fällen gilt, dass das Audiofüllsignal abhängig oder unabhängig von akustischen Parametern des aufzubereitenden Audiosignals, insbesondere betreffend jeweilige Energie- und Frequenzanteile des Audiosignals, erzeugt werden kann. Zweckmäßig wird das Audiofüllsignal jedoch unabhängig von akustischen Parametern des Audiosignals, d. h. allein im Hinblick auf die zumindest abschnittsweise Ausfüllung des durch die Frequenzen der beiden unmittelbar benachbarten Amplitudenmaxima definierten Bereichs des Frequenzspektrums, erzeugt, da derart der Rechenaufwand zur Erzeugung des Audiofüllsignals gegebenenfalls erheblich reduziert werden kann.
Sofern das Audiofüllsignal abhängig von akustischen Parametern des Audiosignals erzeugt wird, kann die Aus- bzw. Befüllung des durch die Frequenzen der beiden unmittelbar aufeinander folgenden Amplitudenmaxima definierten Bereichs des Frequenzspektrums in Abhängigkeit bestimmter akustischer Parameter des Audiosignals, insbesondere des Amplituden- und/oder Frequenzverlaufs, oder bestimmter akustischer Parameter eines weiteren aufzubereitenden Audiosignals, insbesondere des Amplituden- und/oder Frequenzverlaufs, erfolgen. Derart kann eine für das menschliche Ohr gegebenenfalls natürlichere Wahrnehmung des aufbereiteten Audiosignals realisiert werden.
Grundsätzlich gilt, dass als Frequenzspektrum, in welches das Audiosignal verfahrensgemäß übertragen wird, eine Bark-Skala verwendet werden kann. Die 24 einzelnen Barken bzw. Banden der Bark-Skala entsprechen bekanntermaßen den 24 einzelnen Frequenzgruppen des menschlichen Gehörs, d. h. denjenigen Frequenzbereichen, die durch das menschliche Gehör gemeinsam ausgewertet werden. Die einzelnen Barken bzw. Banden der Bark-Skala beinhalten unterschiedliche Frequenzen bzw. Frequenzbereiche bzw. Bandbreiten. Mögliche Frequenzbanden des Frequenzspektrums können den 24 Barken bzw. Banden der Bark-Skala entsprechen.
Die Erfindung betrifft neben dem beschriebenen Verfahren weiterhin eine Vorrichtung zur Aufbereitung eines verlustbehaftet komprimierten Audiosignals gemäß dem wie vorstehend beschriebenen Verfahren Die Vorrichtung umfasst wenigstens eine hard- und/oder softwaremäßig implementierte Steuereinrichtung, welche sich dadurch auszeichnet, dass sie zur

– Übertragung eines Audiosignals in ein Frequenzspektrum, in welchem Energien des Audiosignals mit Frequenzen des Audiosignals korreliert werden,
– Ermittlung von Frequenzen lokaler Amplitudenmaxima in dem Frequenzspektrum,
– Festlegung eines ersten Auswahlkriteriums und Vorauswahl der Frequenzen von zwei unmittelbar aufeinander folgenden lokalen Amplitudenmaxima, welche Frequenzen dem ersten Auswahlkriterium genügen,
– Festlegung eines zweiten Auswahlkriteriums und Auswahl von vorausgewählten dem ersten Auswahlkriterium genügenden Frequenzen von zwei unmittelbar aufeinander folgenden Amplitudenmaxima, welche zusätzlich dem zweiten Auswahlkriterium genügen,
– Erzeugung eines Audiofüllsignals und
– Aufbereitung des Audiosignals durch Einbringen des Audiofüllsignals in einen Bereich zwischen den dem zweiten Auswahlkriterium genügenden Frequenzen, sodass der Bereich zumindest abschnittsweise, insbesondere vollständig, mit dem Audiofüllsignal befüllt ist, eingerichtet ist.

Selbstverständlich können einzelne, mehrere oder sämtliche der verfahrensgemäß durchgeführten Schritte auch in gesonderten hard- und/oder softwaremäßig implementierten Einrichtungen der Steuereinrichtung vorgenommen werden. In diesem Fall umfasst die Vorrichtung eine mit entsprechenden Einrichtungen ausgestattete oder kommunizierende Steuereinrichtung. Wie sich im Folgenden ergibt, kann die Vorrichtung Teil einer Audioeinrichtung bzw. eines Audiosystems für ein Kraftfahrzeug sein.
Die Erfindung betrifft ferner eine Audioeinrichtung bzw. ein Audiosystem für ein Kraftfahrzeug. Die Audioeinrichtung kann Teil einer kraftfahrzeugseitigen Multimediaeinrichtung zur Ausgabe von Multimediainhalten, insbesondere von Audio- und/oder Videoinhalten, an Insassen eines Kraftfahrzeugs sein. Die Audioeinrichtung umfasst wenigstens eine Signalausgabeeinrichtung, d. h. z. B. eine Lautsprechereinrichtung, welche zur akustischen Ausgabe aufbereiteter Audiosignale in einen wenigstens einen Teil einer Fahrgastzelle bildenden Innenraum eines Kraftfahrzeugs eingerichtet ist. Die Audioeinrichtung zeichnet sich dadurch aus, dass sie zur Aufbereitung verlustbehaftet komprimierter Audiosignale wenigstens eine wie beschriebene Vorrichtung zur Aufbereitung verlustbehaftet komprimierter Audiosignale aufweist.
Sowohl für die Vorrichtung zur Aufbereitung eines verlustbehaftet komprimierten Audiosignals als auch für die Audioeinrichtung gelten sämtliche Ausführungen im Zusammenhang mit dem beschriebenen Verfahren analog.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand der Zeichnungsfiguren näher erläutert. Dabei zeigen:
1 eine Prinzipdarstellung einer Vorrichtung zur Durchführung eines Verfahrens gemäß einem Ausführungsbeispiel;
2 ein Blockdiagramm eines Verfahrens gemäß einem Ausführungsbeispiel;
3, 4 jeweils eine Prinzipdarstellung eines psychoakustischen Modells gemäß einem Ausführungsbeispiel; und
5–8 jeweils eine Prinzipdarstellung eines Frequenzspektrums, in welchem Energien eines Audiosignals mit Frequenzen des Audiosignals korreliert werden, gemäß einem Ausführungsbeispiel.
1 zeigt eine Prinzipdarstellung einer Vorrichtung 1 zur Aufbereitung eines verlustbehaftet komprimierten Audiosignals 2. Bei dem Audiosignal 2 kann es sich z. B. um eine verlustbehaftet komprimierte Audiodatei handeln. Konkret kann es sich z. B. um eine vermittels eines mp3-Algorithmus verlustbehaftet komprimierte mp3-codierte Audiodatei („mp3-Datei“) handeln. Die Audiodatei kann bereits wenigstens teilweise dekodiert sein. Die Audiodatei kann z. B. ein Musikstück beinhalten.
Die in dem Ausführungsbeispiel gezeigte Vorrichtung 1 bildet einen Teil einer Audioeinrichtung 3 bzw. eines Audiosystems eines Kraftfahrzeugs 4. Die Audioeinrichtung 3 kann Teil einer kraftfahrzeugseitigen Multimediaeinrichtung (nicht gezeigt) zur Ausgabe von Multimediainhalten, insbesondere von Audio- und/oder Videoinhalten, an Insassen des Kraftfahrzeugs 4 sein. Die Audioeinrichtung 3 umfasst wenigstens eine z. B. als Lautsprechereinrichtung ausgebildete oder wenigstens eine solche umfassende Signalausgabeeinrichtung 5, welche zur akustischen Ausgabe aufbereiteter Audiosignale 6 in einen wenigstens einen Teil der Fahrgastzelle bildenden Innenraum 7 des Kraftfahrzeugs 4 eingerichtet ist.
Die Vorrichtung 1 umfasst eine zentrale hard- und/oder softwaremäßig implementierte Steuereinrichtung 8, welche dazu eingerichtet ist, ein im Weiteren näher mit Bezug auf 2 erläutertes Verfahren zur Aufbereitung verlustbehaftet komprimierter Audiosignale 2 zu implementieren.
Einzelne, mehrere oder sämtliche der im Weiteren erläuterten mit Bezug auf 2 verfahrensgemäß durchgeführten Schritte S1–S7 (S8) können in gesonderten hard- und/oder softwaremäßig implementierten Einrichtungen (nicht gezeigt) der Steuereinrichtung 8 vorgenommen werden. In diesem Fall umfasst die Vorrichtung 1 eine mit entsprechenden Einrichtungen ausgestattete Steuereinrichtung 8.
2 zeigt ein Blockdiagramm eines Ausführungsbeispiels eines Verfahrens zur Aufbereitung verlustbehaftet komprimierter Audiosignale 2. Das Verfahren kann mit der vorstehend beschriebenen Vorrichtung 1 durchgeführt werden.
In dem ersten Schritt S1 des Verfahrens wird das aufzubereitende verlustbehaftet komprimierte Audiosignal 2 bereitgestellt. Die Bereitstellung des Audiosignals 2 kann grundsätzlich über jedwede körperliche oder nicht-körperliche Audioquelle, d. h. z. B. von der Audioeinrichtung 3, erfolgen. Konkret kann das Audiosignal 2 z. B. von einem Datenspeicher (nicht gezeigt) der Audioeinrichtung 3 bereitgestellt werden.
In dem zweiten Schritt S2 des Verfahrens erfolgt eine Übertragung des Audiosignals 2 in ein Frequenzspektrum. In dem Frequenzspektrum werden Energien des Audiosignals 2 mit Frequenzen des Audiosignals 2 korreliert. Hierzu wird der Inhalt des Audiosignals 2 auf seine Energie-, d. h. Amplituden- und Frequenzanteile, untersucht und die einzelnen Energieanteile des Audiosignals 2 vermittels geeigneter Algorithmen, d. h. z. B. vermittels (schneller) Fourier-Transformations-Algorithmen, datenmäßig in eine frequenzabhängige Darstellung übertragen. Ein entsprechendes Frequenzspektrum ist u. a. in 5 in einer Prinzipdarstellung dargestellt.
In dem dritten Schritt S3 des Verfahrens werden in dem Frequenzspektrum Frequenzen f_i lokaler Amplitudenmaxima ermittelt; das Frequenzspektrum wird also auf lokale Amplitudenmaxima untersucht und die den jeweiligen Amplitudenmaxima zugehörigen Frequenzen f_i ermittelt. Unter einem in den 5–8 durch einen Punkt graphisch hervorgehobenen lokalen Amplitudenmaximum ist ein Amplitudenmaximalwert in einem definierten Frequenzumgebungsbereich zu verstehen.
In dem vierten Schritt S4 des Verfahrens wird ein erstes Auswahlkriterium festgelegt. Auf Grundlage des ersten Auswahlkriteriums werden die Frequenzen f_i zweier unmittelbar aufeinander folgender (lokaler) Amplitudenmaxima vorausgewählt, welche Frequenzen dem ersten Auswahlkriterium genügen. In dem vierten Schritt S4 werden also die Frequenzen f_i von Paaren unmittelbar aufeinanderfolgender Amplitudenmaxima im Hinblick auf das erste Auswahlkriterium dahin untersucht, ob die Frequenzen f_i dem ersten Auswahlkriterium genügen. In den weiteren Schritten S5–S7 des Verfahrens werden nur die dem ersten Auswahlkriterium genügenden Frequenzen f_i betrachtet. In dem vierten Schritt S4 erfolgt sonach eine Vorauswahl der im Weiteren zu betrachtenden Frequenzen f_i.
Das erste Auswahlkriterium beschreibt einen bestimmten Grenzfrequenzwert Δf_T. Frequenzen f_i unmittelbar aufeinanderfolgender Amplitudenmaxima genügen dem ersten Auswahlkriterium, wenn deren Frequenzunterschied Δf_i den durch das erste Auswahlkriterium beschriebenen Grenzfrequenzwert Δf_T betragsmäßig überschreitet, vgl. hierzu den durch nachfolgend wiedergegebene Formel dargestellten Zusammenhang: Δf_i > |Δf_T|
Dabei gilt Δf_i: Frequenzunterschied zweier unmittelbar aufeinander folgender Amplitudenmaxima; Δf_T: Grenzfrequenzwert.
Der Grenzfrequenzwert Δf_T wird durch Übertragen der vorausgewählten Frequenzen f_i in eine Bark-Skala festgelegt. Die Übertragung der vorausgewählten Frequenzen f_i in eine Bark-Skala erfolgt auf Grundlage des durch nachfolgend wiedergegebene Formel dargestellten Zusammenhangs: z = 13·arctan(0,00076·f) + 3,5·arctan( f / 7500)²
Dabei gilt z: Bark; f: in die Bark-Skala zu übertragender Frequenzwert.
Über den durch die vorstehende Formel dargestellten Zusammenhang lassen sich sowohl vorausgewählte Frequenzen f_i als auch der von dem ersten Auswahlkriterium beschriebene Grenzfrequenzwerte Δf_T in die Bark-Skala übertragen.
Der Grenzfrequenzwert Δf_T kann einem Bark oder einem über einen Anpassungsfaktor angepassten bzw. mit einem Anpassungsfaktor multiplizierten Bark entsprechen. Der Anpassungsfaktor liegt typischerweise zwischen 0,7 und 1,1, insbesondere bei 0,9. Der Grenzfrequenzwert entspricht damit typischerweise 0,7 bis 1,1, insbesondere 0,9, Bark.
In dem fünften Schritt S5 des Verfahrens wird ein zweites Auswahlkriterium festgelegt. Auf Grundlage des zweiten Auswahlkriteriums werden (auf Grundlage des ersten Auswahlkriteriums) vorausgewählte Frequenzen f_i ausgewählt, welche (zusätzlich) dem zweiten Auswahlkriterium genügen. In dem fünften Schritt S5 erfolgt sonach eine Untersuchung vorausgewählter Frequenzen f_i dahin, ob sie (zusätzlich) dem zweiten Auswahlkriterium genügen. Die (zusätzlich) dem zweiten Auswahlkriterium genügenden Frequenzen f_i können wiederum in eine Bark-Skala übertragen werden.
Das zweite Auswahlkriterium kann einen Grenzenergiewert beschreiben. Jeweilige vorausgewählte Frequenzen f_i genügen dem zweiten Auswahlkriterium, wenn der Energieinhalt zwischen diesen den durch das zweite Auswahlkriterium beschriebenen Grenzenergiewert betragsmäßig unterschreitet.
Der Grenzenergiewert kann durch einen festgelegten Grenzenergieinhalt T definiert werden. Jeweilige vorausgewählte Frequenzen f_i genügen dem zweiten Auswahlkriterium dann, wenn sie den durch das zweite Auswahlkriterium beschriebenen Grenzenergieinhalt T betragsmäßig unterschreiten, vgl. hierzu den durch nachfolgend wiedergegebene Formel dargestellten Zusammenhang:
Dabei gilt: S(f): die durch die Frequenzen f₁, f₂ der beiden unmittelbar aufeinander folgenden Amplitudenbeschriebene Fläche (Energieinhalt zwischen den Frequenzen f₁, f₂ der beiden unmittelbar aufeinander folgenden Amplitudenmaxima); T: Grenzenergieinhalt.
In diesem Zusammenhang auf die in 6 dargestellte Prinzipdarstellung eines zwei vorausgewählte Frequenzen f₁, f₂ enthaltenden Frequenzspektrums, bei welchem es sich auch um einen Ausschnitt eines weiteren, nämlich des in 5 gezeigten Frequenzspektrums handelt, zu verweisen. Aus 6 ist die durch die Frequenzen f₁, f₂ der beiden unmittelbar aufeinander folgenden Amplitudenmaxima beschriebene Fläche (schraffiert) sowie der durch eine horizontale Linie dargestellte Grenzenergieinhalt T veranschaulicht. Die schraffierte Fläche entspricht dem durch die vorstehende Formel dargestellten Integral.
Der Grenzenergiewert kann alternativ auch bestimmt werden, indem ein von der vorausgewählten Frequenz f₁ („untere Frequenz“), welche dem unteren (frequenzmäßig niedrigeren) Amplitudenmaximum zugehörig ist, ausgehender erster Energieverlauf EV1 und ein von der vorausgewählten Frequenz f₂ („obere Frequenz), welche dem oberen (frequenzmäßig höheren) Amplitudenmaximum zugehörig ist, ausgehender zweiter Energieverlauf EV2 erzeugt wird und die beiden Energieverläufe EV1, EV2 in das Frequenzspektrum übertragen werden. Der Grenzenergiewert wird dann durch die jeweiligen Energieverläufe EV1, EV2 definiert.
Anhand von 7 ist ersichtlich, dass die erzeugten Energieverläufe EV1, EV2 datenmäßig in das Frequenzspektrum übertragen werden können. Der erste Energieverlauf EV1 verläuft ausgehend von der unteren Frequenz f₁ in Richtung der oberen Frequenz f₂. Der zweite Energieverlauf EV2 verläuft ausgehend von der oberen Frequenz f₂ in Richtung der unteren Frequenz f₁.
Durch den tatsächlichen Frequenzverlauf zwischen den Frequenzen f_1,2 und die Energieverläufe EV1, EV2 wird ein abgeschlossener Bereich bzw. eine abgeschlossene Fläche definiert. Der Bereich ist frequenzanteilsmäßig durch die beiden Frequenzen f_1,2 und energieanteilsmäßig durch den tatsächlichen Frequenzverlauf und die zwischen diesen verlaufenden Energieverläufe EV1, EV2 definiert. Der Bereich beinhaltet typischerweise nur Energiewerte ≥ Null. Betrachtet man den Bereich geometrisch in Bezug auf das Frequenzspektrum, entspricht der Bereich der durch die Frequenzen f_1,2 der beiden unmittelbar benachbarten Amplitudenmaxima, den zwischen diesen verlaufenden Energie- bzw. Frequenzverläufen und der Frequenzachse (x-Achse) geometrisch definierten, in 7 schraffiert dargestellten Fläche.
Die Erzeugung der Energieverläufe EV1, EV2 erfolgt auf Grundlage eines psychoakustischen Modells. Ein bevorzugt verwendetes psychoakustisches Modell ist das Modell der spektralen Verdeckung bzw. Maskierung. Anhand von 3 ist ersichtlich, dass die Energieverläufe EV1, EV2 aus den bei jeweiligen vorausgewählten Frequenzen f_1,2 durch das jeweilige psychoakustische Modell gegebenen Hörschwellen des menschlichen Gehörs abgeleitet werden. Dies bedeutet, dass das verwendete psychoakustische Modell jeweils auf die beiden Frequenzen f_1,2 angewandt wird. Der erste Energieverlauf EV1 entspricht dem Teil der für die untere Frequenz f₁ aus dem psychoakustischen Modell abgeleiteten Hörschwelle, welcher sich in Richtung steigender Frequenzen erstreckt (vgl. linke geschweifte Klammer in 3). Der zweite Energieverlauf EV2 entspricht dem Teil der für die obere Frequenz f₂ aus dem psychoakustischen Modell abgeleiteten Hörschwelle, welcher sich in Richtung fallender Frequenzen erstreckt (vgl. rechte geschweifte Klammer in 3). Selbstverständlich ist es entgegen der Darstellung in 3 auch möglich, dass sich die Energieverläufe EV1, EV2 in einem Wertebereich oberhalb der x-Achse kreuzen bzw. schneiden.
Für das Verfahren ist wesentlich, dass Frequenzbereiche zwischen den jeweiligen Frequenzen f_i bzw. f_1,2 der zwei unmittelbar aufeinander folgenden Amplitudenmaxima, welche Frequenzen sowohl dem ersten als auch dem zweiten Auswahlkriterium genügen, aufbereitet werden. Die bisher beschriebenen Schritte S1–S5 des Verfahrens betreffen sonach die Ermittlung von verfahrensgemäß aufzubereitenden Frequenzbereichen innerhalb des aufzubereitenden Audiosignals 2.
In einem sechsten Schritt S6 des Verfahrens wird vermittels eines geeigneten Signalgenerators ein Audiofüllsignal AFS erzeugt bzw. generiert. Das Audiofüllsignal AFS wird gezielt im Hinblick auf die vorher ermittelten aufzubereitenden Frequenzbereiche innerhalb des aufzubereitenden Audiosignals 2 erzeugt. Das Audiofüllsignal AFS wird also gezielt im Hinblick auf den durch die sowohl dem ersten als auch dem zweiten Auswahlkriterium genügenden Frequenzen f_i bzw. f_1,2 der beiden unmittelbar aufeinander folgenden, Amplitudenmaxima definierten Frequenzbereich erzeugt, um diesen auszufüllen und das zwischen den Frequenzen f_i gegebene „Energietal“ zu füllen. Das erzeugte Audiofüllsignal AFS weist daher einen zwischen den Frequenzen f_i jeweiliger unmittelbar aufeinander folgender Amplitudenmaxima liegenden Frequenzbereich auf.
Das Audiofüllsignal AFS kann abhängig oder unabhängig von akustischen Parametern des Audiosignals 2, insbesondere betreffend jeweilige Energie- und Frequenzanteile des Audiosignals 2, erzeugt werden. In dem beschriebenen Ausführungsbeispiel wird das Audiofüllsignal AFS unabhängig von akustischen Parametern des Audiosignals 2, d. h. allein im Hinblick auf die Ausfüllung des frequenzanteilsmäßig durch die Frequenzen f_1,2 und energieanteilsmäßig durch den tatsächlichen Frequenzverlauf und die zwischen diesen verlaufenden Energieverläufe EV3, EV4 definierten Bereichs, erzeugt.
In einem siebten Schritt S7 des Verfahrens erfolgt die eigentliche Aufbereitung des Audiosignals 2 durch Einbringen des Audiofüllsignals AFS in jeweilige Frequenzbereiche zwischen jeweiligen dem ersten und zweiten Auswahlkriterium genügenden Frequenzen f_i, sodass ein jeweiliger Frequenzbereich mit dem Audiofüllsignal AFS befüllt ist.
Vor dem Aufbereiten des Audiosignals 2 durch Einbringen des Audiofüllsignals AFS wird ein von der ausgewählten unteren (niedrigeren) Frequenz f₁, welche dem unteren (frequenzmäßig niedrigeren) Amplitudenmaximum zugehörig ist, ausgehender weiterer bzw. dritter Energieverlauf EV3 und ein von der ausgewählten oberen (höheren) Frequenz f₂, welche dem oberen (frequenzmäßig höheren) Amplitudenmaximum zugehörig ist, ausgehender weiterer bzw. vierter Energieverlauf EV4 erzeugt.
Anhand von 8 ist ersichtlich, dass die erzeugten Energieverläufe EV3, EV4 – analog den Energieverläufen EV1, EV2 – datenmäßig in das Frequenzspektrum übertragen werden. Der dritte Energieverlauf EV3 verläuft ausgehend von der unteren Frequenz f₁ in Richtung der oberen Frequenz f₂. Der vierte Energieverlauf EV4 verläuft ausgehend von der oberen Frequenz f₂ in Richtung der unteren Frequenz f₁.
Durch den tatsächlichen Frequenzverlauf zwischen den Frequenzen f_1,2 und die Energieverläufe EV3, EV4 wird ein abgeschlossener Bereich bzw. eine abgeschlossene Fläche definiert. Der Bereich ist frequenzanteilsmäßig durch die Frequenzen f_1,2 der Amplitudenmaxima und energieanteilsmäßig durch den tatsächlichen Frequenzverlauf und die zwischen diesen verlaufenden Energieverläufe EV3, EV4 definiert. Der Bereich beinhaltet typischerweise nur Energiewerte ≥ Null. Betrachtet man den Bereich geometrisch in Bezug auf das Frequenzspektrum, entspricht der Bereich der durch die Frequenzen f_1,2 der beiden unmittelbar benachbarten Amplitudenmaxima, den zwischen diesen verlaufenden Energie- bzw. Frequenzverläufen und der Frequenzachse (x-Achse) geometrisch definierten, in 8 schraffiert dargestellten Fläche.
Die Erzeugung der Energieverläufe EV3, EV4 erfolgt ebenso auf Grundlage eines psychoakustischen Modells. Ein bevorzugt verwendetes psychoakustisches Modell ist auch hier das Modell der spektralen Verdeckung bzw. Maskierung (vgl. 4). Anhand von 4 ist ersichtlich, dass die Energieverläufe EV3, EV4 aus den bei jeweiligen vorausgewählten Frequenzen f_1,2 durch das jeweilige psychoakustische Modell gegebenen Hörschwellen des menschlichen Gehörs abgeleitet werden. Dies bedeutet auch hier, dass das verwendete psychoakustische Modell jeweils auf die beiden unmittelbar aufeinander folgenden Frequenzen f_1,2 angewandt wird. Der dritte Energieverlauf EV3 entspricht dem Teil der für die untere Frequenz f₁ aus dem psychoakustischen Modell abgeleiteten Hörschwelle, welcher sich in Richtung steigender Frequenzen erstreckt (vgl. linke geschweifte Klammer in 4). Der vierte Energieverlauf EV4 entspricht dem Teil der für die obere Frequenz f₂ aus dem psychoakustischen Modell abgeleiteten Hörschwelle, welcher sich in Richtung fallender Frequenzen erstreckt (vgl. rechte geschweifte Klammer in 4). Selbstverständlich ist es entgegen der Darstellung in 4 auch hier möglich, dass sich die Energieverläufe EV3, EV4 in einem Wertebereich oberhalb der x-Achse kreuzen bzw. schneiden.
Im Allgemeinen gilt, dass sich die (ersten beiden) Energieverläufe EV1, EV2 von den dritten und vierten Energieverläufen Ev3, EV4 unterscheiden können.
Insgesamt werden verfahrensgemäß also aus der Datenkompression des Audiosignals 2 resultierende „Energietäler“ ermittelt und in Form des im Hinblick auf die ermittelten „Energietäler“ erzeugten Audiofüllsignals AFS gezielt mit einem bestimmten Dateninhalt gefüllt, wodurch eine Aufbereitung des Audiosignals 2 realisiert wird. Hieraus ergibt sich, dass die verfahrensgemäße Aufbereitung des Audiosignals 2 durch einen zumindest teilweisen Ersatz fehlender, d. h. z. B. im Rahmen der Datenkompression verworfener, Frequenzanteile des Audiosignals 2 realisiert wird.
Ein optionaler achter Schritt S8 des Verfahrens kann ein Ausgeben eines aufbereiteten Audiosignals 2 über wenigstens eine Signalausgabeeinrichtung 5 und/oder ein Speichern eines aufbereiteten Audiosignals 2 in wenigstens einer Speichereinrichtung (nicht gezeigt) und/oder ein Übertragen eines aufbereiteten Audiosignals 2 an wenigstens einen Kommunikationspartner (nicht gezeigt) vorsehen. Das aufbereitete Audiosignal 2 kann vor der Ausgabe und/oder Speicherung und/oder Übertragung einer inversen Fourier-Transformation unterzogen werden.
Durch die beschriebenen Schritte S1–S7 (S8) des Verfahrens ist ein, insbesondere im Hinblick auf die Effizienz der Aufbereitung und die Qualität des aufbereiteten Audiosignals 6, verbessertes Verfahren zur Aufbereitung eines verlustbehaftet komprimierten Audiosignals 2 gegeben.
Bezugszeichenliste

1: Vorrichtung
2: Audiosignal (komprimiert)
3: Audioeinrichtung
4: Kraftfahrzeug
5: Signalausgabeeinrichtung
6: Audiosignal (aufbereitet)
7: Innenraum
8: Steuereinrichtung
AFS: Audiofüllsignal
EV1–EV4: Energieverlauf
f_i: Frequenz
Δf_T: Grenzfrequenzwert
T: Grenzenergieinhalt
S1–S8: Verfahrensschritt

Claims

Verfahren zur Aufbereitung eines verlustbehaftet komprimierten Audiosignals (2), gekennzeichnet durch folgende Schritte: – Bereitstellung eines verlustbehaftet komprimierten Audiosignals (2), – Übertragung des Audiosignals (2) in ein Frequenzspektrum, in welchem Energien des Audiosignals (2) mit Frequenzen des Audiosignals (2) korreliert werden, – Ermitteln der Frequenzen (f_i) von lokalen Amplitudenmaxima in dem Frequenzspektrum, – Festlegen eines ersten Auswahlkriteriums und Vorauswahl der Frequenzen (f_i) von zwei unmittelbar aufeinander folgenden lokalen Amplitudenmaxima, welche Frequenzen dem ersten Auswahlkriterium genügen, – Festlegen eines zweiten Auswahlkriteriums und Auswahl von vorausgewählten, dem ersten Auswahlkriterium genügenden Frequenzen (f_i) von zwei unmittelbar aufeinander folgenden lokalen Amplitudenmaxima, welche Frequenzen zusätzlich dem zweiten Auswahlkriterium genügen, – Erzeugen eines Audiofüllsignals (AFS) und – Aufbereiten des Audiosignals (2) durch Einbringen des Audiofüllsignals (AFS) in einen Frequenzbereich zwischen den dem zweiten Auswahlkriterium genügenden Frequenzen (f_i), sodass der Frequenzbereich zumindest abschnittsweise, insbesondere vollständig, mit dem Audiofüllsignal (AFS) befüllt ist.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Frequenzen (f_i) dem ersten Auswahlkriterium genügen, wenn deren Frequenzunterschied einen durch das erste Auswahlkriterium beschriebenen Grenzfrequenzwert (Δf_i) betragsmäßig überschreitet.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Grenzfrequenzwert (Δf_i) durch Übertragung der Frequenzen (f_i) in eine Bark-Skala festgelegt wird, wobei der Grenzfrequenzwert (Δf_i) einem Bark oder einem über einen Anpassungsfaktor angepassten Bark entspricht.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der verwendete Anpassungsfaktor einem Wert zwischen 0,7 und 1,1 Bark, insbesondere 0,9 Bark, entspricht.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Frequenzen (f_i) dem zweiten Auswahlkriterium genügen, wenn der Energieinhalt zwischen den Frequenzen (f_i) einen Grenzenergiewert betragsmäßig unterschreitet.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Grenzenergiewert durch einen festgelegten Grenzenergieinhalt (T) definiert wird.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Grenzenergiewert festgelegt wird, indem ein von der ausgewählten unteren Frequenz (f₁) ausgehender erster Energieverlauf (EV1) und ein von der ausgewählten oberen Frequenz (f₂) ausgehender zweiter Energieverlauf (EV2) erzeugt wird und die beiden Energieverläufe (EV1, EV2) in das Frequenzspektrum übertragen werden, wobei der Grenzenergiewert durch die jeweiligen Energieverläufe (EV1, EV2) definiert wird.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Erzeugung des ersten und zweiten Energieverlaufs (EV1, EV2) auf Grundlage eines psychoakustischen Modells erfolgt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem Aufbereiten des Audiosignals (2) durch Einbringen des Audiofüllsignals (AFS) in den Frequenzbereich zwischen den dem zweiten Auswahlkriterium genügenden Frequenzen (f_i), sodass der Frequenzbereich zumindest abschnittsweise, insbesondere vollständig, mit dem Audiofüllsignal (AFS) befüllt ist, ein von der ausgewählten unteren Frequenz (f₁) ausgehender, gegebenenfalls dritter, Energieverlauf (EV3) und ein von der ausgewählten oberen Frequenz (f₂) ausgehender, gegebenenfalls vierter, Energieverlauf (EV4) erzeugt wird und die beiden Energieverläufe (EV3, EV4) in das Frequenzspektrum übertragen werden.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Audiofüllsignal (AFS) zumindest abschnittsweise, insbesondere vollständig, in einen durch die beiden ausgewählten Frequenzen (f_1, f₂) und die jeweiligen Energieverläufe (EV3, EV4) definierten Bereich des Frequenzspektrums eingebracht wird.
Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Erzeugung der Energieverläufe (EV3, EV4) auf Grundlage eines psychoakustischen Modells erfolgt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Audiofüllsignal (AFS) abhängig oder unabhängig von akustischen Parametern des Audiosignals (2) erzeugt wird.
Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Audiofüllsignal (AFS) abhängig von akustischen Parametern des Audiosignals (2) erzeugt wird, wobei die Befüllung des Bereichs (A) in Abhängigkeit bestimmter akustischer Parameter des Audiosignals (2) oder eines weiteren aufzubereitenden Audiosignals (2) erfolgt.
Vorrichtung (1) zur Aufbereitung eines verlustbehaftet komprimierten Audiosignals (2) gemäß einem Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch wenigstens eine Steuereinrichtung (8), welche zur – Bereitstellung eines verlustbehaftet komprimierten Audiosignals (2), – Übertragung des Audiosignals (2) in ein Frequenzspektrum, in welchem Energien des Audiosignals (2) mit Frequenzen des Audiosignals (2) korreliert werden, – Ermittlung von Frequenzen (f_i) lokaler Amplitudenmaxima in dem Frequenzspektrum, – Festlegung eines ersten Auswahlkriteriums und Vorauswahl der Frequenzen (f_i) von zwei unmittelbar aufeinander folgenden lokalen Amplitudenmaxima, welche Frequenzen dem ersten Auswahlkriterium genügen, – Festlegung eines zweiten Auswahlkriteriums und Auswahl von vorausgewählten dem ersten Auswahlkriterium genügenden Frequenzen (f_i) von zwei unmittelbar aufeinander folgenden lokalen Amplitudenmaxima, welche Frequenzen zusätzlich dem zweiten Auswahlkriterium genügen, – Erzeugung eines Audiofüllsignals (AFS) und – Aufbereitung des Audiosignals (2) durch Einbringen des Audiofüllsignals (AFS) in einen Bereich zwischen den dem zweiten Auswahlkriterium genügenden Frequenzen (f_i), sodass der Bereich zumindest abschnittsweise, insbesondere vollständig, mit dem Audiofüllsignal (AFS) befüllt ist, eingerichtet ist.
Audioeinrichtung (3) für ein Kraftfahrzeug (4), umfassend wenigstens eine Signalausgabeeinrichtung (5), welche zur akustischen Ausgabe aufbereiteter Audiosignale (6) in einen wenigstens einen Teil einer Fahrgastzelle bildenden Innenraum (7) eines Kraftfahrzeugs (4) eingerichtet ist, dadurch gekennzeichnet, dass sie zur Aufbereitung verlustbehaftet komprimierter Audiosignale (2) wenigstens eine Vorrichtung (1) nach Anspruch 14 aufweist.