FI110729B - Menetelmä pakatun audiosignaalin purkamiseksi - Google Patents

Description

110729

Menetelmä pakatun audiosignaalin purkamiseksi

Nyt esillä oleva keksintö kohdistuu oheisen patenttivaatimuksen 1 johdanto-osan mukaiseen menetelmään pakatun audiosignaalin purkami-5 seksi, jossa menetelmässä audiosignaalista muodostetaan näytteitä. Keksintö kohdistuu lisäksi oheisen patenttivaatimuksen 5 mukaiseen audiosignaalin välitysjärjestelmään, oheisen patenttivaatimuksen 7 mukaiseen pakkauksen purkulaitteeseen, ja oheisen patenttivaatimuksen 8 johdanto-osan mukaiseen elektroniikkalaitteeseen.

10

Erilaiset audionpakkausjärjestelmät muodostavat analogisesta audiosignaalista, kuten puhesignaalista, pakattuja signaaleita, jotka tallennetaan ja/tai lähetetään vastaanottimeen/pakkauksen purkulaitteeseen. Vastaanottimessa/pakkauksen purkulaitteessa näiden pakattujen sig-15 naalien perusteella muodostetaan audiosignaali. Pakkauksessa muodostettavan informaation määrään vaikuttaa mm. se, kuinka tehokkaasti lähetysvaiheessa pakkaus pystytään suorittamaan.

Pakkausta varten analogisesta signaalista muodostetaan digitaalisia 20 näytteitä väliajoin, esim. 0,125 ms välein. Näitä näytteitä käsitellään edullisesti määrämittaisina ryhminä, kuten n. 20 ms:n ajalta muodostettujen näytteiden joukkoina, joille suoritetaan pakkaustoimenpiteitä. Näytejoukkojen koko ei kuitenkaan välttämättä ole vakio, vaan voi vaihdella riippuen mm. siitä, kuinka dynaamisesta signaalista kulloinkin 25 on kyse. Esimerkiksi MPEG-4 -järjestelmän AAC-audiokoodauksessa f·.. (Advanced Audio Coding) käytetään kahta eri näytejoukon kokoa: 1024 näytettä ja 256 näytettä. Suurempaa näytejoukkoa käytetään silloin, :*··; kun signaali on suhteellisen tasaista ja vastaavasti pienempää näyte- joukkoa käytetään signaalissa esiintyvien voimakkaiden muutosten .···. 30 (transientit) aikana. Näistä väliajoin otettujen näytteiden joukosta käy- i a tetään myös nimitystä kehys (frame). Lisäksi kehysten muodostuksessa käytetään ikkunasuodatinta, jolla peräkkäisten kehysten väliset mahdolliset transientit voidaan tasoittaa. Jatkossa tässä selityksessä käytetään esimerkkinä tällaista AAC-audiokoodaukseen perustuvaa :· 35 pakkausta, mutta on selvää, että keksintöä voidaan soveltaa myös muissa audiosignaalien pakkausmenetelmissä ja eri kokoisilla näyte-joukoilla.

2 110729 AAC-audiokoodauksessa suoritetaan audiosignaalia aikatasossa kuvaavien näytteiden muuntaminen taajuustasoon, jolloin muodostuu joukko signaalin spektrikomponentteja. Tämä taajuustasoon muuntaminen suoritetaan edullisesti muunnettua diskreettikosinimuunnosta 5 MDCT (Modified discrete cosine transform) käyttäen. Muunnoksen koko on edullisesti joko 1x1024 tai 8x128 sen mukaan, kuinka tasaista tai vaihtelevaa signaalia kulloisessakin tilanteessa muunnetaan. Muunnoksessa muodostetaan tällöin 1024 spektrikomponenttia kutakin kehystä kohden. Muunnoksessa voidaan käyttää myös ns. suodatinpank-10 keja (filter banks), joka koostuu joukosta kaistanpäästösuodattimia, joiden päästökaistat sijaitsevat eri kohdissa käsiteltävää taajuusaluetta. Taajuustasoon muuntamisessa voidaan huomioida ihmiskorvan erilainen herkkyys eri taajuisille äänille. Tällöin kriittisemmillä taajuusalueilla voidaan muodostaa useampia spektrikomponentteja kuin vähemmän 15 kriittisillä taajuusalueilla. Lisäksi voidaan suorittaa kohinanmuokkausta (TNS, Temporal Noise Shaping) mm. kvantisointikohinan vähentämiseksi erityisesti sellaisessa signaalissa, joka on tasaisen ja impulsiivisen signaalin välimuoto.

20 Lisäksi pakkausvaiheessa voidaan tarvittaessa suorittaa ennustavaa pakkausta (BWAP, Backwards Adaptive Prediction), jolloin kulloinkin pakattavana olevaa signaalia verrataan aikaisemmin pakattuun signaaliin ja päätellään, voidaanko välitettävän informaation määrää pienentää lähettämällä esim. viittaus tällaiseen aikaisemmin lähetettyyn ke-25 hykseen sekä erosignaali, joiden perusteella signaalin purkamisvai-\heessa voidaan rekonstruoida lähetettyä signaalia olennaisesti vastaa-va signaali.

Signaalin pakkausvaihe voi sisältää myös stereosignaalin käsittelyä .···. 30 (IS, Intensity Stereo; M/S, Mid/Side stereo), jolloin esimerkiksi tilan- • · teessä, jossa molemmilla stereokanavilla signaali on olennaisesti samansisältöistä, ei molempien stereokanavien signaalia tarvitse lähettää erikseen, vaan riittää, että lähetetään joko yhden stereokanavan signaali (yleensä vasen kanava) tai toinen stereokanava (yleensä vasen :· 35 kanava) kokonaan ja vain osa toisesta stereokanavasta (yleensä oikea kanava). Tällöin vastaanottovaiheessa muodostetaan eri stereokanavien signaalit näiden lähetettyjen signaalien perusteella. Tällä järjeste-v*j lyllä voidaan edelleen vähentää välitettävän signaalin määrää. Tätä 110729 3 menetelmää voidaan soveltaa myös siten, että tutkitaan, voidaanko välitettävän signaalin määrää pienentää lähettämällä stereokanavien signaalien sijasta näiden signaalien summa- ja erotussignaali.

5 Sen jälkeen kun edellä mainittuja toimenpiteitä on pakattavana olevalle audiosignaalille suoritettu, suoritetaan vielä kvantisointi, jossa kukin lähetettävä spektrikomponentti muunnetaan johonkin ennalta määrättyyn arvoon, joka on joko muunnettavaa arvoa seuraava suurempi arvo tai edellinen pienempi arvo. Ennen kvantisointia voidaan kuitenkin suo-10 rittaa skaalaus, jossa tutkitaan kulloinkin kvantisoitavana olevan kehyksen arvoja ja etsitään edullisesti suurin arvo. Muut arvot skaalataan tämän suurimman arvon perusteella siten, että kaikilla arvoilla on yhteinen skaalauskerroin (eksponentti), joka lähetetään vain kerran kutakin kehystä kohden. Lisäksi kehyksen sisältämistä kvantisoiduista ar-15 voista lähetetään ns. mantissa, jolloin vastaanottovaiheessa mantissa-arvo on skaalattavissa takaisin oikeaan suuruusluokkaan mainitun skaalauskertoimen avulla.

Skaalauksen ja kvantisoinnin jälkeen näille kvantisoiduille arvoille suo-20 ritetaan koodaus, jossa informaation määrää edelleen pyritään pienentämään. Esimerkiksi MPEG-4 -järjestelmässä audiosignaalin koodauksessa käytetään Huffman-koodausta, joka on ns. vaihtelevan pituinen koodausmenetelmä (VLC, Variable Length Coding), mikä tarkoittaa sitä, että koodisanojen pituus voi vaihdella. Huffman-koodauk-25 sen eräänä piirteenä on vielä se, että mikään koodisana ei ole toisen f·.. koodisanan alku. Koodauksessa voidaan vielä käyttää useita koodi- tauluja, joista kulloinkin koodattavana olevalle kvantisoidulle näytejou-kolle valitaan sopiva. Koodauksessa valitaan joukko kvantisoituja näytteitä, joille suoritetaan koodaus käyttämällä samaa koodaustauluk- .···. 30 koa. Tällöin pakkauksen purkulaitteelle on koodisanan lisäksi välitettä- • · vä tieto siitä, mitä koodaustaulukkoa kukin koodisanajoukko edustaa.

Koodaustaulukko on muodostettu edullisesti kahden tai neljän etumer-killisen tai etumerkittömän muuttujan taulukkona. Tällöin koodaus voi-:· 35 daan suorittaa usean spektrikomponentin ryhmissä, jolloin koodisana ; ··; valitaan spektrikomponenttiryhmän arvojen perusteella, siis kutakin . ·. kahta tai neljää komponenttia kohden valitaan yksi koodisana, joka lä- 4 110729 hetetään tiedonsiirtokanavaan tai siirretään tallennettavaksi tallennus-välineelle, kuten CDROM-levylle, DVD-levylle, tai kiintolevylle.

Pakattua audiosignaalia purettaessa suoritetaan edelliseen nähden 5 vastakkaiset toimenpiteet olennaisesti päinvastaisessa järjestyksessä. Tällöin vastaanotetun koodisanajoukon koodaustaulukkotiedon perusteella valitaan dekoodaustaulukko, minkä jälkeen määritetään tämän joukon dekoodattavia koodisanoja vastaavat indeksit. Kukin indeksi osoittaa koodaustaulukossa tiettyyn paikkaan, jonka sisältämän arvon 10 perusteella voidaan selvittää lähetetyt, esim. kaksi tai neljä kvantisoitua spektrikomponenttia. Näille dekoodatuille symboleille suoritetaan vielä käänteiskvantisointi ja skaalauksen palauttaminen. Lisäksi suoritetaan mahdolliset stereosignaalikäsittelyvaihe, ennustetun signaalin käsittelyvaihe ja kohinanmuokkaus tarvittaessa. Tämän jälkeen suoritetaan 15 taajuustasossa olevan signaalin muuntaminen aikatasoon, jolloin pakkauksen purkulaitteen lähtösignaalina on koodattua audiosignaalia olennaisesti vastaava signaali. Pakkaaminen, tiedonsiirto ja pakkauksen purkaminen voivat aiheuttaa signaaliin pieniä vääristymiä riippuen mm. siitä, kuinka suuria kvantisointiaskelia käytetään, mutta näillä vää-20 ristymillä ei tavallisesti ole suurta käytännön merkitystä tällaisen järjestelmän suorituskykyvaatimusten puitteissa.

Ongelmana tällaisessa audionpakkausjärjestelmässä on se, että pakkauksen purkamisvaiheessa tarvitaan runsaasti laskentakapasiteettia. 25 Jos halutaan suorittaa esimerkiksi audiosignaalin äänellinen pikake-laus, on tämä toteutettavissa tunnetun tekniikan mukaisissa ratkaisuis-sa siten, että kasvatetaan näytteenottonopeutta, jolloin myös pakkauk-sen purkulaitteessa on nopeutta kasvatettava vastaavasti. Tällöin siis laskennallinen monimutkaisuus lisääntyy verrannollisena pikakelauk-,··. 30 sen nopeuteen. Erityisesti kannettavissa laitteissa laskentateho voi olla • a rajallinen, jolloin pikakelausta ei voida käyttää.

•

Kannettavissa matkaviestinlaitteissa, joissa on mahdollisuus kuunnella ·;·* pakattua tallennettua audiosignaalia (esim. musiikkia), syntyy ongelmia ·:· 35 esim. puhelun tullessa, koska matkaviestinlaitteen laskentakapasiteetti : ei riitä sekä puhelutoimintojen suorittamiseen että audiosignaalin kuuntelemiseen. Tällöin audiosignaalin kuuntelu on keskeytettävä, jotta ‘ · * ·! käyttäjälle voidaan ilmoittaa saapuvasta puhelusta hälytysäänellä.

I t 110729 5

Nyt esillä olevan keksinnön eräänä tarkoituksena on aikaansaada menetelmä audiosignaalien purkamisen tehostamiseksi. Nyt esillä olevan keksinnön mukaiselle menetelmälle on tunnusomaista se, mitä on esi-5 tetty oheisen patenttivaatimuksen 1 tunnusmerkkiosassa. Nyt esillä olevan keksinnön mukaiselle audiosignaalin välitysjärjestelmälle on tunnusomaista se, mitä on esitetty oheisen patenttivaatimuksen 5 tunnusmerkkiosassa. Nyt esillä olevan keksinnön mukaiselle audiosignaalin purkamislaitteelle on tunnusomaista se, mitä on esitetty oheisen 10 patenttivaatimuksen 7 tunnusmerkkiosassa. Nyt esillä olevan keksinnön mukaiselle elektroniikkalaitteelle on tunnusomaista se, mitä on esitetty oheisen patenttivaatimuksen 8 tunnusmerkkiosassa.

Nyt esillä olevalla keksinnöllä saavutetaan merkittäviä etuja tunnetun 15 tekniikan mukaisiin ratkaisuihin verrattuna. Keksinnön mukaista menetelmää sovellettaessa audiosignaalin pikakelaus siten, että käyttäjä kuulee audiosignaalin myös pikakelauksen aikana voidaan suorittaa ilman, että laskentakapasiteettia tarvitsee lisätä normaaliin audiosignaalin kuuntelutilanteeseen verrattuna. Tällöin audiosignaalin pikake-20 laus äänellä on mahdollista toteuttaa myös sellaisissa laitteissa, joissa ei ole käytettävissä tehokkaita signaalinkäsittelyprosessoreita. Lisäksi keksintö mahdollistaa sen, että esim. puhelun tullessa ei audiosignaalin kuuntelua tarvitse kokonaan keskeyttää, vaan samanaikaisesti voidaan suorittaa audiosignaalin purkamista kuuntelua varten ja muodostaa ...· 25 hälytysääni saapuvasta puhelusta.

Keksintöä selostetaan seuraavassa tarkemmin viitaten samalla oheisiin ; ·1: piirustuksiin, joissa ♦ i · · » , 1·. 30 kuva 1 esittää pelkistettynä lohkokaaviona keksinnön erään edulli- * t sen suoritusmuodon mukaista audiosignaalin välitysjärjes-. telmää, kuva 2 esittää keksinnön erään edullisen suoritusmuodon mukaista :· 35 elektroniikkalaitetta, jossa keksinnön mukaista pakkauksen :' 1 ; purkamismenetelmää voidaan soveltaa, ja 1 1 »» >»1 110729 kuva 3 esittää keksinnön erään edullisen suoritusmuodon mukaista pakkauksen purkulaitetta.

Kuvassa 1 on esitetty pelkistetysti lohkokaaviona keksinnön erään 5 edullisen suoritusmuodon mukaista audiosignaalin välitysjärjestelmää 1. Järjestelmässä välitettävä audiosignaali on esimerkiksi tietokantaan 102 tallennettua audiosignaalia, joka voi olla tallennettu pakattuna tai pakkaamattomana. Mikäli audiosignaali on pakkaamatonta, suoritetaan audiosignaalin pakkaus pakkauslohkossa 3. Tätä ennen kuitenkin on 10 suoritettava analogia/digitaalimuunnos analogia/digitaalimuuntimessa 19 (kuva 2), mikäli audiosignaali on analogisessa muodossa, esim. langattoman viestintälaitteen 8 mikrofonisignaalia 21. Pakkauslohko 3 käsittää edullisesti aika/taajuusmuuntimen, kuten MDCT-muuntimen (Modified Discrete Cosine Transform), kohinanmuokkauslohkon, en-15 nustuslohkon, stereokäsittelylohkon ja kvantisointilohkon. Näitä pak-kauslohkon sisältämiä toiminnallisia lohkoja ei kuitenkaan ole erikseen merkitty kuvaan 1. Aika/taajuusmuuntimesta saadaan audiosignaalin taajuusvastetta kuvaava spektri-informaatio, joka käsittää esim. 1024 alitaajuusaluetta. Tällöin kustakin näytekehyksestä muodostetaan 1024 20 spektrikomponenttia. Näille spektrikomponenteille voidaan suorittaa kohinamuokkausta (TNS), ennustavaa pakkausta (BWAP) ja stereo-signaalin käsittelyä (M/S). Näiden vaiheiden jälkeen spektrikomponentit kvantisoidaan kvantisointilohkossa, minkä jälkeen suoritetaan vielä koodaus koodauslohkossa. Koodauksena käytetään esimerkiksi , j 25 Huffman-koodausta tai muuta vaihtuvan pituista koodausta. Koodauk-sessa muodostetut symbolit siirretään esimerkiksi lähetyspuskuriin lä-hetettäväksi tiedonsiirtokanavaan, tai tallennettavaksi tallennusväli-• ·. neelle. Jos informaatiota siirretään tiedonsiirtokanavaan, kuten mo- deemin 4 välityksellä televerkkoon 5, 6, suoritetaan vielä sinänsä tun-.···, 30 nettuja modulointitoimenpiteitä. Televerkko voi käsittää langallisen te leverkon 5 (PSTN, Public Switched Telephone Network) ja/tai langattoman televerkon 6 (PLMN, Public Land Mobile Network), kuten mat-‘ / kaviestinverkon. Matkaviestinverkon tukiaseman 7 välityksellä voidaan ·;·: pakattu audiosignaali välittää elektroniikkalaitteeseen 8, joka käsittää ·· 35 edullisesti välineet matkaviestintoimintojen suorittamiseksi.

»»·

Selostetaan seuraavaksi vastaanotetun, pakatun audiosignaalin pak-‘•‘•j kauksen purkamista normaalissa kuuntelutilanteessa, jossa signaalia 110729 7 puretaan luonnollisella nopeudella. Elektroniikkalaitteessa 8 suoritetaan pakatun signaalin purkaminen pakkauksen purkulohkossa 9. Se käsittää mm. bittivirran purkulohkon 10, jossa vastaanotetusta bittivirrasta erotetaan eri lohkoihin johdettavat tiedot, joita käytetään signaalin 5 purkamisessa. Bittivirran purkulohko 10 selvittää vastaanotettujen symbolien perusteella lähetetyt, kvantisoidut spektrikomponentit ja välittää ne alasnäytteistyksen ohjauslohkon 11 kautta käänteiskvantisoin-tilohkoon 12. Tässä vaiheessa alasnäytteistyksen ohjauslohko 11 ei muokkaa bittivirran purkulohkosta 10 välitettyjä tietoja.

10 Tässä vaiheessa lukuarvot edustavat kvantisoituja spektrikomponent-teja, joten niille suoritetaan käänteiskvantisointi käänteiskvantisointiloh-kossa 12. Lisäksi suoritetaan tarvittaessa stereosignaalin käsittelytoimenpiteitä stereosignaalin käsittelylohkossa 13, ennustavan pakkauk-15 sen purkamistoimenpiteitä ennustesignaalin käsittelylohkossa 14 ja kohinamuokkausta kohinankäsittelylohkossa 15. Edellä mainitut lohkot 12, 13, 14, 15 vastaanottavat keksinnön erään edullisen suoritusmuodon mukaisessa järjestelmässä 1024 spektrikomponentin kehyksiä, joiden perusteella lohkot muokkaavat näitä spektrikomponentteja, tai 20 välittävät ne muokkaamattomina seuraavalle lohkolle.

Spektrikomponentit kuvaavat siis pakatun signaalin taajuusominai-suuksia. Näille spektrikomponenteille on vielä suoritettava muunnos aikatasoon, eli taajuus/aikamuunnos taajuus/aikamuunnoslohkossa 16. 25 Tämä muunnos tehdään edullisesti käänteisellä muunnetulla diskreetti-kosinimuunnoksella IMDCT. Muunnospituus on tässä edullisessa suo-ritusmuodossa joko 1x1024 tai 8x128 riippuen siitä, kumpaa muunnos- » vaihtoehtoa käytettiin pakkausvaiheessa. Tämän jälkeen taa-juus/aikamuunnoslohkon 16 ulostulossa on olennaisesti alkuperäistä

• I

,··. 30 audiosignaalia vastaava signaali olettaen, että merkittäviä siirto- ja

• I

pakkauksen purkamisvirheitä ei audiosignaalin käsittelyvaiheissa muodostunut. Tämä signaali muunnetaan vielä analogiseksi digitaa-li/analogiamuuntimessa 18 (kuva 2), minkä jälkeen signaali on kuultavissa äänenä esim. kaiuttimen 20 välityksellä.

35

Selostetaan seuraavaksi keksinnön erään edullisen suoritusmuodon mukaisen menetelmän toimintaa tilanteessa, jossa halutaan suorittaa

» i I

’·’·[ pakatun audiosignaalin äänellinen pikakelaus, eli käyttäjä kuulee pika- * » 110729 kelauksen aikana audiosignaalia ja voi tällöin helpommin löytää haluamansa kohdan pakatusta audiosignaalista. Jotta pikakelauksen suorittamisessa ei tarvita laskentakapasiteetin lisäystä, on pikakelauksessa käsiteltävien näytteiden lukumäärää pienennettävä aikayksikköä koh-5 den. Keksinnön erään edullisen suoritusmuodon mukaisessa menetelmässä tämä aikaansaadaan seuraavasti. Pakatun audiosignaalin pur-kuvaiheessa suoritetaan alasnäytteistys, millä tässä selityksessä tarkoitetaan sitä, että vain osaa kehyksen sisältämistä spektrikomponen-teista käytetään purkamisessa. Eräs edullinen alasnäytteistyskerroin 10 on 2, jolloin käsiteltävänä olevien näytteiden määrä kutakin kehystä kohden pienenee puoleen. Pikakelauksen aikaansaamiseksi suoritetaan kahden kehyksen näytteiden purkaminen samassa ajassa. Tämä ei kuitenkaan lisää tarvittavaa laskentakapasiteettia, koska purkamisessa suoritettiin alasnäytteistys.

15

Tarkastellaan alasnäytteistystä matemaattisesti. Käänteisen muunnetun diskreettikosinimuunnoksen toimintaa voidaan kuvata seuraavalla kaavalla: 20 y((n) = — ^ X(i,k)cos ^--(n + n0)· k + —1, 0<n<iV (1)

N *==o \N l 2JJ

missä ·,,,·' X = spektrikertoimet . .. i = ikkunan indeksi • k = spektrikertoimenindeksi N = ikkunan pituus .. n0 = (ΛΓ/2+1)/2 . ·. 25 f ·

Rekonstruoidut spektrikertoimet X(i,k) kuvaavat matriiseja, joiden di-, , mensio on joko 1x1024 tai 8x128. Vastaavat aikatason näytteet yi(n) ikkunoidaan ja tuloksena saatavan sekvenssin alkuosa lisätään edelli-;·' sessä muunnosvaiheessa muodostetun ikkunoidun sekvenssin loppu- 30 osaan rekonstruoitujen ulostulonäytteiden outj(n) aikaansaamiseksi.

Ikkunoinnissa käytetään edullisesti kahta ikkunafunktiota Wi(n) aikata-*. son näytteille yj(n). Se, mitä ikkunointifunktiota kulloinkin sovelletaan, 9 110729 valitaan edullisesti purettavassa bittivirrassa olevan parametrin perusteella, joka siis ilmaisee sen, mitä ikkunointifunktiota on pakkausvaiheessa käytetty. Matemaattisesti ikkunointi voidaan esittää seuraavasti.

5 outXn) = vv,.(n)-y.(n)+z,,(4 0 ~n<1% z,-.(») = wi-i(n + NA^yi-^n + NÄ^

Ikkunan pituus N on edullisesti joko 2048 tai 256 riippuen kulloinkin käsiteltävänä olevan kehyksen sisältämistä näytejoukoista (1x1024 tai 10 8x128). Alasnäytteistystilanteessa käytetään ikkunan pituutena joko 1024 tai 128, jos alasnäytteistyskerroin on 2. Tällöin taa-juus/aikamuunnoksessa muunnospituus on vastaavasti joko 1x512 tai 8x64. Myös ikkunointifunktiot lasketaan käyttämällä muutettuja arvoja. Muunnospituuden pienentäminen merkitsee samalla sitä, että taa-15 juus/aikamuunnos yksinkertaistuu vastaavasti, jolloin myös taa-juus/aikamuunnoksessa tarvittava laskentakapasiteetti pienenee. Tällä on käytännön sovelluksissa suuri merkitys, koska tyypillisesti taa-juus/aikamuunnos on eräs eniten laskentakapasiteettia vaativista toiminnoista audiosignaalin purkulaitteissa.

20

Alasnäytteistyksen ohjauslohko 11 suorittaa pikakelaustoiminnon yhteydessä mm. eräiden bittivirran mukana vastaanotettujen parametrien muokkauksen. Eräs tällainen muokattava parametri on maksimi skaa-!;** lausalue (max_sfb, maximum scale factor band). Monet audiosignaalin " 25 purkulaitteen lohkot suorittavat toimenpiteitä peräkkäisten spektrikom- ; " ponenttien joukoille, joita nimitetään skaalausalueiksi (scale factor band). Kullekin saman skaalausalueen spektrikomponentille käytetään pakkauksessa samaa skaalauskerrointa. Kuten jo aikaisemmin tässä selityksessä on mainittu, käsiteltävä audiosignaalien taajuusalue on 30 jaettu ihmisen kuuloaistin ominaisuuksien perusteella pienempiin osa-:·· alueisiin. Tästä syystä näiden osa-alueiden leveys voi vaihdella, jolloin .···. vastaavasti skaalausalueiden lukumäärä ja leveys riippuu aika/taajuusmuunnoksen muunnospituudesta ja näytteistystaajuudesta.

35 Joissakin audiokoodaukseen, kuten AAC, liittyvissä standardeissa esi-; tetään kunkin skaalausalueen alkukohdat eri muunnospituuksilla « > ; 1 # 110729 10 (1024/128) ja eri näytteistystaajuuksilla. Maksimi skaalausalue ilmaisee tällöin suurimman pakkauksessa käytettävän taajuusalueen. Myös keksinnön mukaisessa menetelmässä käytetään tätä maksimi skaa-lausalueparametrin arvoa pakkausvaiheessa. Sen sijaan pakkauksen 5 purkuvaiheessa alasnäytteistyksen ohjauslohko 11 muuttaa tarvittaessa tämän arvon ja siihen liittyvien vakiotaulukoiden rajat siten, että parametrin arvoa vastaava spektrikomponenttien lukumäärä ei ole suurempi kuin alasnäytteistyksestä johtuva spektrikomponenttien lukumäärän rajoitusarvo sbthr, joka määritetään seuraavalla kaavalla: 10 sbihr =--- (3) alasnäytteistyskerroin missä M on joko 1024 tai 128 riippuen kulloinkin käsiteltävänä olevan kehyksen sisältämistä näytejoukoista. Tällöin pakkauksen purkulohkon 15 9 lohkot, jotka operoivat skaalausalueittain, suorittavat purkamistoi- menpiteitä sopivimmin maksimi skaalausalueparametrin määrittämään skaalausalueeseen saakka jättäen käsittelemättä tätä suuremmalla taajuudella olevat skaalausalueet. Ne pakkauksen purkulohkon 9 lohkot, jotka eivät operoi skaalausalueittain, käyttävät sen sijaan toimin-20 nallisena parametrina spektrikomponenttien lukumäärän rajoitusarvoa

Sbthr-

Esimerkiksi muistiin tallennetun pakatun signaalin pikakelauksen suo- , rittamiseksi haetaan pakattuja arvoja muistista alasnäytteistyskertoi- 25 men ilmaisemalla nopeudella normaalitoistoon verrattuna. Spektrikom- :·. ponenttien joukoille suoritetaan tämän jälkeen alasnäytteistys vastaa- • · · vasti alasnäytteistyskertoimen mukaan ja suoritetaan pakkauksen purkaminen pakkauksen purkulohkossa 9. Tällöin ulostulosignaalina on ',, * pikakelattava audiosignaali.

:···: 30

Edellä esitettyä keksinnön edullisen suoritusmuodon mukaista mene-telmää voidaan soveltaa myös useamman kuin yhden audiosignaalin **".· samanaikaisen toiston aikaansaamiseksi elektroniikkalaitteessa. Tämä voi olla tarpeen esim. sellaisessa tilanteessa, jossa elektroniikkalaite 8 35 käsittää välineet 9, 18, 20 pakatun audiosignaalin toistamiseksi ja väli-neet 22 matkaviestintoimintojen suorittamiseksi. Käyttäjä voi olla v,: kuuntelemassa elektroniikkalaitteeseen pakattuna tallennettua audio- 110729 11 signaalia, kun puhelu on tulossa. Tällöin keksinnön mukaisessa elektroniikkalaitteessa suoritetaan kuunneltavan audiosignaalin alasnäyt-teistys sopivimmin siten, että pakatun informaation välitysnopeus pakkauksen purkulohkoon ei muutu, mutta pakkauksen purkulohko käsit-5 telee pakattua informaatiota alasnäytteistysmenetelmää soveltaen. Tällöin voidaan elektroniikkalaitteessa muodostaa myös soittoääni saapuvasta puhelusta ilmoittamiseksi. Tämä soittoääni voi myös olla esim. pakattuna tallennettu sävelmä, jonka toistossa sovelletaan myös alasnäytteistysmenetelmää.

10

Vaikka edellä on keksintöä selostettu käyttämällä esimerkkinä alas-näytteistyskertoimesta lukuarvoa 2, on selvää, että myös muita kertoimia voidaan käyttää. Käytännön sovelluksissa kuitenkin kahden koko-naislukupotenssit ovat edullisimpia mm. siitä syystä, että käänteisen 15 muunnetun diskreettikosinimuunnoksen toteuttamiseen kehitetyt algoritmit toimivat tehokkaimmin näytejoukoilla, joiden pituus on 2n, missä n on periaatteessa mikä tahansa positiivinen kokonaisluku.

Edellä esitetty menetelmä voidaan yleistää sovellettavaksi useissa 20 muissakin audiodekoodausjärjestelmissä, jotka hyödyntävät alikaistoi-hin jakoa ja (aika/taajuus/aika)muunnostekniikoita. Alasnäytteistys suoritetaan tällöin yhdestä kolmeen seuraavista vaiheista, joista viimeinen on välttämätön: 25 Valitaan vastaanotettavasta/purettavasta bittivirrasta vain pakkauksen purkamisessa tarpeelliset bitit. Tyypillisesti muunnostekniikkaa soveltavissa pakkauslaitteissa käytetään Huffman-koodausta kvantisoituihin ··. spektrikomponentteihin. Huffman-koodauksessa muodostetuista bi- !.*: teistä tarvitaan kuitenkin vain osa sovellettaessa keksinnön mukaista 30 alasnäytteistystä signaalin purkamisessa. Se, mitä bittejä tarvitaan, riippuu mm. eri bittien sijoittelusta kehyksessä, siirtoprotokollasta ja käytettävästä tiedostomuodosta. Epäedullisimmassa tilanteessa on ' : kaikille spektrikomponenteille suoritettava Huffman-dekoodaus.

« I I · ··· 35 Puretaan vain alempien taajuusalueiden spektrikomponentit, jotka si sältävät käänteisen muunnoksen kannalta tärkeää informaatiota. Modi- I · fioitu käänteinen diskreettikosinimuunnoslohko jättää tällöin huomioi-• | matta korkeammat taajuudet.

* ' i I » 12 110729

Pienennetään käänteisen muunnoksen muunnospituutta, jolloin käänteisen muuntimen toteutus yksinkertaistuu.

5 Vaikka edellä esitetyssä keksinnön kuvauksessa taajuusaluetta supistettiin jättämällä osa ylemmistä taajuuksista huomioimatta, voidaan keksintöä soveltaa myös siten, että muulla tavoin valitaan pois jätettävät taajuusalueet. Tällöin esim. käsiteltävän spektrin keskellä tai jopa alussa olevia taajuusalueita (skaalausalueita) jätetään huomioimatta 10 käänteisessä muunnoksessa ja silti voidaan muunnospituutta pienentää.

Keksinnön mukaisen menetelmän eri vaiheet voidaan toteuttaa esimerkiksi ohjauselimen 17 sovellusohjelmistossa. Ohjauselimenä 17 15 voidaan käyttää esim. mikroprosessoria, digitaalista signaalinkäsittely-yksikköä tai vastaavaa.

Elektroniikkalaitteena 8 voi olla esimerkiksi langaton tiedonsiirtolaite, kannettava tietokone, tai kannettava äänentoistolaite. Dekoodattavat 20 audiosignaalit välitetään joko tiedonsiirtovälineiden 22 välityksellä, tai audiosignaali voi olla tallennettuna tallennusvälineelle, kuten muistiin 23, levykkeelle, CDROM:ille, DVD-levylle, muistikortille, kuten FLASH, kiintolevylle, tai vastaavalle.

25 Nyt esillä olevaa keksintöä ei ole muutenkaan rajoitettu ainoastaan .. edellä esitettyihin suoritusmuotoihin, vaan sitä voidaan muunnella ; , oheisten patenttivaatimusten puitteissa.

* t * k > » » t » t ; t

Claims (10)

1. Menetelmä pakatun audiosignaalin purkamiseksi, jossa audiosignaalin pakkauksessa audiosignaalista otetaan näytteitä, näytteistä 5 muodostetaan näytejoukkoja, jotka käsittävät tietyn määrän näytteitä, ja näytejoukoille suoritetaan aika/taajuusmuunnos spektrikomponent-tien muodostamiseksi, jolloin menetelmässä suoritetaan spektrikompo-nenteille taajuus/aikamuunnos puretun audiosignaalin muodostamiseksi, tunnettu siitä, että taajuus/aikamuunnoksessa käytetään vain 10 osaa aika/taajuusmuunnoksessa muodostetuista spektrikomponen-teista.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että menetelmää käytetään audiosignaalin pikakelauksen aikaansaamisek- 15 si.

3. Patenttivaatimuksen 2 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että menetelmässä valitaan alasnäytteistyskerroin, kasvatetaan pakkauksessa muodostettujen spektrikomponenttien muodostusnopeutta mai- 20 nitulla alasnäytteistyskertoimella, ja suoritetaan alasnäytteistys, jossa taajuus/aikamuunnoksen muunnospituutta pienennetään mainitulla alasnäytteistyskertoimella.

4. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että ;·' 25 menetelmää käytetään kahden tai useamman audiosignaalin toistamiseksi samanaikaisesti, jolloin ainakin yksi toistettava audiosignaali on pakatussa muodossa.

·: 5. Audiosignaalin välitysjärjestelmä (1), joka käsittää audiosignaalin 30 pakkauslohkon (3) pakatun audiosignaalin muodostamiseksi, ja pakkauksen purkulohkon (9) pakatun audiosignaalin purkamiseksi, jossa .. .: audiosignaalin pakkauksessa audiosignaalista on otettu näytteitä, näyt- .···, teistä on muodostettu näytejoukkoja, jotka käsittävät tietyn määrän näytteitä, ja näytejoukoille on suoritettu aika/taajuusmuunnos spektri-...T 35 komponenttien muodostamiseksi, jolloin pakkauksen purkulohko (9) käsittää taajuus/aikamuuntimen (16) taajuus/aikamuunnoksen suorit-tamiseksi spektrikomponenteille puretun audiosignaalin muodostami-seksi, tunnettu siitä, että taajuus/aikamuunnoksessa on järjestetty käytettäväksi vain osaa aika/taajuusmuunnoksessa muodostetuista spektrikomponenteista. 110729

6. Patenttivaatimuksen 5 mukainen järjestelmä, tunnettu siitä, että se 5 käsittää välineet audiosignaalin pikakelauksen aikaansaamiseksi.

7. Laite pakatun audiosignaalin purkamiseksi, jonka audiosignaalin pakkaamisessa audiosignaalista on otettu näytteitä, näytteistä on muodostettu näytejoukkoja, jotka käsittävät tietyn määrän näytteitä, ja näy- 10 tejoukoille on suoritettu aika/taajuusmuunnos spektrikomponenttien muodostamiseksi, jolloin laite pakatun audiosignaalin purkamiseksi (9) käsittää taajuus/aikamuuntimen (16) taajuus/aikamuunnoksen suorittamiseksi spektrikomponenteille puretun audiosignaalin muodostamiseksi, tunnettu siitä, että taajuus/aikamuunnoksessa on järjestetty 15 käytettäväksi vain osaa aika/taajuusmuunnoksessa muodostetuista spektrikomponenteista.

8. Elektroniikkalaite (108), joka käsittää pakkauksen purkulohkon (9) pakatun audiosignaalin purkamiseksi, jonka audiosignaalin pakkaami- 20 sessa audiosignaalista on otettu näytteitä, näytteistä on muodostettu näytejoukkoja, jotka käsittävät tietyn määrän näytteitä, ja näytejoukoille on suoritettu aika/taajuusmuunnos spektrikomponenttien muodostamiseksi, jolloin pakkauksen purkulohko (9) käsittää taajuus/aikamuuntimen (16) taajuus/aikamuunnoksen suorittamiseksi spektrikomponen-' ··' 25 teille puretun audiosignaalin muodostamiseksi, tunnettu siitä, että • ’· taajuus/aikamuunnoksessa on järjestetty käytettäväksi vain osaa : '·· aika/taajuusmuunnoksessa muodostetuista spektrikomponenteista.

·:··: 9. Patenttivaatimuksen 8 mukainen elektroniikkalaite, tunnettu siitä, 30 että se käsittää välineet audiosignaalin pikakelauksen aikaansaami seksi.

,··. 10. Patenttivaatimuksen 8 tai 9 mukainen elektroniikkalaite, tunnettu siitä, että se käsittää välineet (22) matkaviestintoimintojen suorittami-35 seksi. Patentkrav: 110729