Аудиопроцессор и способ обработки звука с высококачественной коррекцией частоты основного тона (варианты)

Аудиопроцессор и способ обработки звука с высококачественной коррекцией частоты основного тона (варианты)

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Область применения изобретения

Ряд реализации данного изобретения относится к аудиопроцессорам, предназначенным для цифровой обработки звукового сигнала в последовательность фреймов посредством дискретизации и повторной дискретизации сигнала в зависимости от частоты основного тона.

Предпосылки изобретения и известный уровень техники

Косинусные или синусные преобразования с модулированием и наложением, соответствующие модулированным банкам фильтров, часто применяются в кодировании акустических источников благодаря возможности уплотнения энергии. Это означает, что относительно гармонических звуковых тонов с постоянными основными частотами (частотой основного тона) они концентрируют энергию сигнала в малом количестве спектральных компонент (подполос), обеспечивая качественное представление сигнала. Как правило, основной тон сигнала понимают как низшую доминантную частоту в спектре сигнала. Общепринято основным тоном речевой модели считать частоту возбуждающего сигнала, модулируемую человеческой гортанью. Наличие только одной основной частоты делает спектр сверхпростым, состоящим лишь из опорной частоты и обертонов. Кодирование такого спектра очень эффективно. Но в сигналах с переменной частотой основного тона мощностью, соответствующей каждой гармонической составляющей, требуется несколько коэффициентов преобразования, снижая, таким образом, эффективность кодирования.

Эффективность кодирования сигналов с переменной частотой основного тона может быть повышена, прежде всего, путем получения дискретизированного во времени сигнала с виртуальным устойчивым основным тоном. Это выполнимо путем изменения частоты дискретизации пропорционально высоте тона. Такой подход подразумевает повторную дискретизацию всего сигнала перед преобразованием для получения максимально возможной устойчивости основного тона в течение всей длительности сигнала. Это достижимо посредством неравномерной дискретизации, при которой интервалы между отсчетами подвижны и выбираются так, что кривая частоты основного тона повторно дискретизированного сигнала, интерпретируемого с учетом равноудаленных отсчетов, расположена ближе к общей средней частоте основного тона, чем исходный сигнал. В этом смысле контур частоты основного тона должен рассматриваться как частный случай основного тона. Локальная вариативность может быть параметризована, например, как функция времени или количества дискретов.

Аналогично эту операцию можно рассматривать как перемасштабирование оси времени семплированного или непрерывного сигнала перед выполнением равномерной дискретизации. Такое временное преобразование известно также как деформирование частотного разрешения. Частотное преобразование сигнала, предварительно обработанного с выведением частоты основного тона, близкой к постоянной, способно достичь эффективности кодирования, по качеству близкой к сигналу с естественной постоянной частотой тона.

Однако предыдущий подход имеет некоторые недостатки. Во-первых, изменение частоты дискретизации в широком диапазоне, как того требует обработка полного сигнала, согласно теореме о дискретном представлении может дать в результате сильно меняющийся диапазон частот сигнала. Во-вторых, каждый блок коэффициентов преобразования, представляющих фиксированное количество входных отсчетов, будет в дальнейшем представлять в исходном сигнале отрезок времени переменной продолжительности. Это сделает почти невозможными приложения с ограниченной кодовой задержкой и, более того, приведет к трудностям при синхронизации.

Следующий метод предложен заявителями на международный патент 2007/051548. Авторы предлагают способ пофреймового смещения частотного разрешения. Однако это достигается путем внесения нежелательных ограничений в применяемые кривые деформации.

В силу сказанного, существует необходимость альтернативных подходов к повышению эффективности кодирования при сохранении высокого качества закодированных и декодированных аудиосигналов.

Краткое описание изобретения

Варианты реализации настоящего изобретения позволяют повысить эффективность кодирования посредством локального преобразования сигнала внутри каждого блока сигнала (звукового фрейма) для обеспечения (виртуальной) постоянной частоты основного тона в продолжение каждого входного блока, дополняющего набор коэффициентов блочного преобразования. Такой входной блок может быть образован, например, двумя последовательными фреймами аудиосигнала при применении модифицированного дискретного косинусного преобразования в частотной области.

При использовании модулирования с наложением, например, модифицированного дискретного косинусного преобразования (МДКП) два последовательных блока при преобразовании в частотной области вводятся с перекрытием для плавного перехода сигнала на границах блоков с целью подавления слышимых паразитных факторов обработки блоков. Избежать увеличения числа коэффициентов преобразования по сравнению с преобразованием без наложения удается благодаря критической дискретизации. Тем не менее, при МДКП прямое и обратное преобразование каждого входного блока не обеспечивает его полную реконструкцию, так как вследствие критической дискретизации искажения переносятся в реконструируемый сигнал. Расхождение между входным блоком и сигналом после прямого и обратного преобразования обычно называют "эффектом наложения во временной области". Однако при выполнении алгоритма МДКП входной сигнал может быть точно воссоздан с помощью перекрытия реконструированных блоков путем сохранения одной половины блока в реконструированном виде и суммирования перекрывающих отсчетов. Как показали некоторые версии осуществления изобретения, это свойство модифицированного прямого косинусного преобразования может сохраняться, даже когда базовый сигнал деформирован во временной области в каждом блоке (что равнозначно применению локально адаптивных частот дискретизации).

Как описано выше, дискретизация с локально адаптивными частотами (дискретизация с переменной частотой) может рассматриваться как равномерное семплирование на деформированной шкале времени. С этой точки зрения уплотнение временной шкалы перед дискретизацией снижает эффективность частоты дискретизации, в то время как растягивание увеличивает эффективность частоты дискретизации основного сигнала.

Если рассматривать частотное или иное преобразование, где при восстановлении сигнала для компенсации возможных искажений используются перекрытие и суммирование, функция устранения наложения спектров во временной области сохраняется, если на участке перекрывания двух последовательных блоков сохраняется такое же частотное деформирование (корректировка частоты основного тона). Таким образом, исходный сигнал может быть восстановлен после инвертирования деформации. Это справедливо также при варьировании локальных шагов дискретизации для двух блоков, преобразуемых перекрытием, поскольку наложение спектров во временной области соответствующего непрерывного во времени аналогового сигнала по-прежнему нейтрализуется при условии, что выполняется теорема о дискретном представлении.

В некоторых реализациях выбор частоты дискретизации после деформирования шкалы времени сигнала внутри каждого преобразуемого блока выполняется индивидуально для каждого блока. В результате этого постоянное число отсчетов продолжает отображать отрезок фиксированной продолжительности во входном сигнале. При этом может быть использован дискретизатор, который будет разбивать аудиосигнал внутри преобразуемых перекрытием блоков на отсчеты с использованием данных контура основного тона сигнала таким образом, что компонента перекрывающего сигнала первого дискретного представления и второго дискретного представления будут иметь подобную или идентичную кривую частот основного тона в каждом из дискретных представлений. Контур основного тона или данные кривой частот основного тона, используемые при дискретизации, могут быть выведены произвольно, поскольку данные кривой основного тона (контур основного тона) прямо соотносятся с частотой основного тона сигнала. Используемые показатели контура основного тона могут, в частности, соответствовать абсолютному основному тону, относительному основному тону (изменению высоты тона), части абсолютного основного тона или являться однозначной функцией основного тона. При подборе показателей контура основного тона по указанному выше принципу участок первого дискретного представления, соответствующего второму фрейму, имеет контур основного тона, подобный контуру основного тона участка второго дискретного представления, соответствующего второму фрейму. Например, подобие может выражаться в том, что значения основного тона соответствующих компонент сигнала имеют более или менее постоянное отношение, то есть отношение в пределах установленного диапазона допустимых значений. Таким образом, дискретизация может быть выполнена таким образом, что участок первого дискретного представления, соответствующего второму фрейму, имеет контур основного тона в области допустимых значений кривой частот основного тона участка второго дискретного представления, соответствующего второму фрейму.

Поскольку сигнал в блоках преобразования может быть повторно дискретизирован с другими частотами или шагами дискретизации, создаются входные блоки, которые могут быть эффективно закодированы с помощью алгоритма кодирования для последующего преобразования. Это легко выполнимо с помощью одновременного введения полученных показателей кривой частот основного тона, поскольку контур основного тона непрерывен.

Даже если изменение относительной высоты тона не было определено в отдельном входном блоке, контур основного тона может быть сохранен постоянным внутри и на границах тех интервалов между сигналами или блоков сигнала, которые не содержат распознаваемых изменений частоты тона. Это может быть преимуществом при сбое или ошибке отслеживания основного тона, причиной которых могут стать комплексные сигналы. Даже в таком случае коррекция основного тона или передискретизация перед трансформирующим кодированием не вносят никакие дополнительные искажения.

Независимая дискретизация во входных блоках может осуществляться с помощью специальных окон преобразования (окон масштабирования), применяемых до или в ходе преобразования в частотной области. В ряде конструктивных решений такие окна масштабирования находятся в зависимости от контура основного тона фреймов, связанных с блоками преобразования. В целом, окна масштабирования зависят от параметров семплирования примененных при выведении первого дискретного представления или второго дискретного представления. Таким образом, окно масштабирования первого дискретного представления может зависеть от параметров выборки отсчетов, примененных для формирования только первого окна масштабирования, от параметров выборки отсчетов, примененных для формирования только второго окна масштабирования, или и от тех и от других - параметров выборки отсчетов, примененных для формирования первого окна масштабирования и параметров выборки отсчетов, примененных для формирования второго окна масштабирования. То же с необходимыми изменениями применяется к окну масштабирования для второго дискретного представления.

Благодаря этому можно предупредить перекрытие более двух последовательных блоков в какой-то один момент в ходе реконструкции перекрытием и суммированием, что обеспечивает устранение эффекта наложения спектров во временной области.

В некоторых реализациях, в частности, окна масштабирования при обработке сигнала могут формироваться с разной конфигурацией каждой из двух половин каждого блока преобразования. Такая возможность возникает, поскольку каждое окно наполовину выполняет условие устранения наложения спектров вместе с половиной окна соседнего блока в пределах общего интервала перекрытия.

В силу того, что дискретизация этих двух перекрывающихся блоков могла выполняться с различной частотой (то есть разные значения базовых аудиосигналов соответствуют одинаковым дискретным отсчетам), теперь одинаковое количество отсчетов может соответствовать разным составляющим сигнала (формам сигнала). Однако предыдущее требование может быть выполнено путем уменьшения длины переходов (отсчетов) для блока с менее эффективной частотой дискретизации по сравнению с парным блоком перекрытия. Другими словами, может быть использован вычислитель окна преобразования или способ вычисления окна масштабирования, который уравнивал бы окна масштабирования по числу отсчетов для каждого входного блока. При этом число дискретов, использованных на затухание первого входного блока, может отличаться от числа дискретов, необходимых для наплыва второго входного блока. Таким образом, использование окон масштабирования для преобразования перекрывающихся входных блоков в пакеты цифровых отсчетов (первое дискретное представление и второе дискретное представление), что зависит от приложенных к входным блокам параметров дискретизации, позволяет применить внутри перекрывающихся входных блоков дискретизацию с иными показателями, сохраняя при этом работоспособность функции реконструкции перекрытием и суммированием с удалением наложения спектров во временной области.

В итоге, идеально сформированная кривая частот основного тона может быть использована без внесения в нее каких-либо дополнительных изменений, давая возможность одновременно представлять дискретизированные входные блоки, которые могут быть эффективно закодированы с последующим преобразованием в частотной области.

Краткое описание чертежей

Далее представлено описание ряда конструктивных решений настоящего изобретения со ссылкой на прилагаемые иллюстрации, где:

на фиг.1 дана блок-схема реализации аудиопроцессора, предназначенного для цифровой обработки и представления акустического сигнала в виде последовательности фреймов;

на фиг.2А-2D показан пример дискретизации входного звукового сигнала в зависимости от контура его основного тона с использованием окна масштабирования в зависимости от приложенных параметров дискретизации;

на фиг.3 показан пример совмещения периодов выборки и эквидистантных шагов дискретизации входного сигнала;

на фиг.4 показан пример изохроны, определяющей период выборки отсчетов;

на фиг.5 показан пример окна масштабирования;

на фиг.6 показан график зависимости основного тона от последовательности звуковых фреймов, подлежащих обработке;

на фиг.7 показано окно масштабирования дискретизированного блока преобразования;

на фиг.8 показаны окна масштабирования, соответствующие контуру основного тона на фиг.6;

на фиг.9 показан другой пример контура основного тона последовательности фреймов аудиосигнала, подлежащих обработке;

на фиг.10 показаны окна масштабирования, примененные к контуру основного тона на фиг.9;

на фиг.11 показаны окна масштабирования фиг.10, преобразованные в линейном масштабе времени;

на фиг.11А дан следующий пример кривой частот основного тона последовательности фреймов;

на фиг.11B показаны окна масштабирования, соответствующие фиг.11А, на линейной шкале времени;

на фиг.12 отображен алгоритм обработки аудиосигнала;

на фиг.13 показана схема реализации процессора, предназначенного для обработки дискретов аудиосигнала, составленного из последовательности аудиофреймов; и

на фиг.14 отображен алгоритм обработки дискретного представления аудиосигнала.

Подробное описание предпочтительных реализаций изобретения

На фиг.1 представлена блок-схема реализации устройства цифровой обработки звука 2, предназначенного для формирования цифрового представления акустического сигнала в виде последовательности фреймов. Аудиопроцессор 2 включает в себя дискретизатор 4, предназначенный для отбора отсчетов аудиосигнала (входного) 10, вводимого в аудиопроцессор 2 для формирования блоков сигнала (дискретное представление), служащих основой преобразования в частотной области. Кроме того, аудиопроцессор 2 содержит вычислитель окон преобразования 6, предназначенный для подбора окон масштабирования дискретов на выходе дискретизатора 4. Они поступают в оконный преобразователь 8, предназначенный для приложения окон масштабирования к дискретам, полученным на выходе дискретизатора 4. В некоторых вариантах конструкции оконный преобразователь может дополнительно включать в себя преобразователь частотной области 8а для формирования частотного представления масштабированных дискретов. Последние могут пройти дальнейшую обработку или быть переданы дальше как закодированное цифровое представление акустического сигнала 10. Далее аудиопроцессор использует контур основного тона 12 аудиосигнала, который может быть введен в аудиопроцессор или который как вариант конструктивного решения может быть выведен самим аудиопроцессором 2. Таким образом, в аудиопроцессор 2 может быть произвольно введена функция оценки высоты тона для формирования контура основного тона.

Дискретизатор 4 может обрабатывать как непрерывный аналоговый звуковой сигнал, так и аудиосигнал в предварительно дискретизированном представлении. В последнем случае дискретизатор может передискретизировать аудиосигнал, поступающий на его вход, как показано на фиг.2А-2D. Дискретизатор рассчитан на выборку отсчетов в соседних перекрывающихся аудиоблоках таким образом, чтобы после выборки отсчетов перекрывающая часть имела одинаковый или идентичный контур основного тона в каждом из входных блоков.

Случай с предварительно дискретизированным аудиосигналом более подробно рассматривается в контексте фиг.3 и 4.

Вычислитель окон преобразования 6 рассчитывает окна масштабирования для аудиоблоков на основании повторной дискретизации, выполненной дискретизатором 4. Для этих целей в аудиопроцессор может быть дополнительно введен блок настройки частоты дискретизации 14 для определения правила передискретизации для дискретизатора, которое сразу же передается также на вычислитель окна преобразования. Альтернативное техническое решение допускает отсутствие блока настройки частоты дискретизации 14 и прямую передачу параметров контура основного тона 12 на вычислитель окна преобразования 6, который может самостоятельно выполнить необходимые вычисления. В дополнение, дискретизатор 4 может передать информацию о выполненной дискретизации вычислителю окна преобразования 6 для обеспечения расчета соответствующих окон масштабирования.

Повторная дискретизация выполняется так, что частоты основного тона дискретных аудиоблоков, сформированных дискретизатором 4, превышают постоянный контур основного тона оригинального акустического сигнала внутри входного блока. Для этого выводится контур частот основного тона, как показано для типичного случая на фиг.2А и 2D.

На фиг.2А показан контур линейно затухающего основного тона как функция от числа отсчетов предварительно дискретизированного входного звукового сигнала. Таким образом, фиг. с 2А по 2D отображают сценарий, где входные аудиосигналы представлены уже как величины отсчетов. Однако для более наглядного представления концепции аудиосигналы как перед, так и после передискретизации (деформации шкалы времени) показаны в виде непрерывных сигналов. На фиг.2B дан пример качающегося убывания частоты синусоидного сигнала 16 от верхних частот до нижних. Такой характер изменения соответствует контуру основного тона на фиг.2А, что отражено в произвольных единицах. Здесь снова следует обратить внимание на то, что деформация шкалы времени эквивалентна передискретизации сигнала с локально адаптивными шагами дискретизации.

Фиг.2b иллюстрирует процесс преобразования перекрытием и суммированием на примере трех последовательных фреймов 20а, 20b и 20с аудиосигнала, обрабатываемых поблочно с перекрытием одного фрейма (20b). А именно, обработку и передискретизацию проходит первый блок сигнала 22 (блок сигнала 1), включающий в себя отсчеты первого фрейма 20а и второго фрейма 20b, второй блок сигнала 24, включающий в себя отсчеты второго фрейма 20b и третьего фрейма 20с, передискретизируется независимо. Повторная дискретизация первого блока сигнала 22 выполняется для образования первого вторично дискретизированного представления 26, показанного на фиг.2С, а передискретизация второго блока сигнала 24 выполняется для второго вторично дискретизированного представления 28, показанного на фиг.2D. При этом дискретизация выполняется так, что участки, соответствующие перекрывающему фрейму 20b, имеют такой же или немного отличающийся (идентичный в пределах заданного диапазона допустимых значений) контур основного тона в первом семплированном представлении 26 и втором семплированном представлении 28. Это безусловно верно только, когда высота тона оценена в пересчете на количество отсчетов. Первый блок сигнала 22 передискретизируется в первое повторно дискретизированное представление 26 с постоянным (идеальным) основным тоном. Следовательно, при использовании величин отсчетов вторично дискретизированного представления 26 в качестве входных данных для преобразования в частотной области в идеале должен быть получен всего один частотный коэффициент. Очевидно, что это наиболее эффективное воспроизведение аудиосигнала. Детали повторной дискретизации обсуждаются дальше, при рассмотрении фиг.3 и 4. Из графика на фиг.2С очевидно, что в результате передискретизации ось дискретных отсчетов (ось X), соответствующая оси времени при эквидистантном семплировании, видоизменяется так, что форма результирующего сигнала имеет только одну частоту основного тона. Это соответствует деформации шкалы времени по временной оси и последующей равномерной дискретизации деформированного по времени сигнала первого блока сигнала 22.

Повторная дискретизация второго блока сигнала 24 выполняется таким образом, что составляющая сигнала, соответствующая перекрывающему фрейму 20b во втором повторно дискретизированном представлении 28, имеет идентичный или лишь немного отклоняющийся контур основного тона в сравнении с соответствующей составляющей сигнала в повторно дискретизированном представлении 26. При этом частоты дискретизации различаются. В силу этого идентичные формы сигнала при представлении в повторно дискретизированном виде воспроизводятся различным числом дискретов. Тем не менее, каждое повторно дискретизированное представление после кодирования кодером-преобразователем становится высокоэффективным закодированным отображением, содержащим лишь ограниченное число ненулевых частотных коэффициентов.

Благодаря повторной дискретизации составляющие сигнала первой половины блока сигнала 22 смещаются в сторону отсчетов, принадлежащих второй половине блока сигнала в повторно дискретизированном представлении, как показано на фиг.2С. В частности, заштрихованный участок 30 и соответствующий сигнал справа от второго пика (обозначенного II) сдвигается в правую половину повторно дискретизированного представления 26 и, таким образом, воспроизводится с помощью второй половины отсчетов повторно дискретизированного представления 26. Однако эти отсчеты не содержат соответствующую компоненту сигнала в левой половине повторно дискретизированного представления 28 на фиг.2D.

Другими словами, при передискретизации частота дискретизации устанавливается для каждого блока МДКП таким образом, что частота дискретизации дает в результате непрерывность линейного времени в центре блока, где содержится N отсчетов при частотном разрешении N и максимальной длине окна 2N. В предыдущем примере на фиг.2А-2D N=1024, а следовательно, 2N=2048 отсчетам. Повторная дискретизация представляет собой интерполяцию реального сигнала в заданных позициях. Вследствие того что два перекрывающихся блока могли быть дискретизированы с разной частотой, повторная дискретизация должна быть выполнена дважды для каждого сегмента времени (равного одному из фреймов 20а-20с) входного сигнала. Тот же самый контур основного тона, который управляет кодером или аудиопроцессором, осуществляющим кодирование, может быть использован для управления обратным преобразованием и инвертированием деформации, поскольку он может быть реализован внутри аудиодекодера. Поэтому в некоторых приложениях уровень основного тона передается как служебная информация. Во избежание рассогласования между кодером и соответствующим декодером применяются версии кодера с использованием кодируемого, а затем декодируемого контура основного тона вместо вводимого или первоначально вычисленного контура основного тона. Тем не менее, контур основного тона, полученный как дериват или введенный, может быть использован напрямую.

Для того чтобы при выполнении реконструкции перекрытием и суммированием гарантировать наложение только надлежащих составляющих сигнала, формируют соответствующие окна масштабирования. Эти окна масштабирования отвечают за то, чтобы различные компоненты исходных сигналов были представлены в соответствующих половинах окон вторично дискретизированных представлений, поскольку это является результатом описанной ранее передискретизации.

Соответствующие окна масштабирования подбираются для кодируемых сигналов, зависящих от дискретизации или передискретизации, при которой получены первое и второе дискретные представления 26 и 28. В примерах для исходного сигнала на фиг.2B и контура основного тона на фиг.2А соответствующие окна масштабирования для второй половины окна первого дискретного представления 26 и для первой половины окна второго дискретного представления 28 получены с помощью первого окна масштабирования 32 (его второй половины) и второго окна масштабирования 34 соответственно (левая половина окна соответствует первым 1024 отсчетам второго дискретного представления 28).

Так как составляющая сигнала внутри заштрихованного участка 30 первого дискретного представления 26 не имеет соответствующую составляющую сигнала в первой половине окна второго дискретного представления 28, составляющая сигнала внутри заштрихованного участка должна быть целиком реконструирована с помощью первого дискретного представления 26. При реконструкции путем МДКП этого можно достичь, если соответствующие дискреты не используются для обеспечения нарастания или затухания, то есть если дискреты получают масштабный коэффициент 1. Следовательно, дискретные отсчеты окна масштабирования 32, соответствующие заштрихованной области 30, задаются как единица. Вместе с тем, такое же число дискретов должно быть установлено на 0 в конце окна масштабирования во избежание их смешивания с дискретными отсчетами первой заштрихованной области 30 в силу свойств, присущих МДКП и обратному преобразованию.

В силу того что в результате выполнения повторной дискретизации сегмент перекрывающего окна имеет идентичное временное деформирование, отсчеты второй заштрихованной области 36 также не имеют дубликата сигнала в первой половине окна второго дискретного представления 28. Таким образом, эта составляющая сигнала может быть полностью восстановлена с помощью второй половины окна второго дискретного представления 28. Следовательно, установка на 0 дискретных отсчетов первого окна масштабирования, соответствующих второму заштрихованному участку 36, без потери информации о восстанавливаемом сигнале выполнима. Каждая компонента сигнала в пределах первой половины окна второго дискретного представления 28 имеет соответствующий эквивалент в пределах второй половины окна первого дискретного представления 26. В силу этого все дискреты, составляющие первую половину окна второго дискретного представления 28, используются для плавного перехода между первым и вторым дискретными представлениями 26 и 28, так как это обусловлено геометрией второго окна масштабирования 34.

В итоге повторная дискретизация на базе основного тона и использование надлежащим образом сформированных окон масштабирования обеспечивают оптимальный контур основного тона, применение которого не ограничено никакими условиями, кроме непрерывности. Так как повышение эффективности кодирования возможно при изменении только относительной высоты основного тона, контур основного тона может сохраняться постоянным внутри и на границах интервалов сигнала, где нет явно выраженного основного тона или где отсутствуют отклонения основного тона. В ряде альтернативных подходов предлагается выполнять деформирование шкалы времени с привлечением специализированных контуров основного тона или функций деформации шкалы времени, в которые введены специальные ограничения контура. Введение конструктивных решений данного изобретения повысит эффективность кодирования благодаря постоянной доступности оптимального контура основного тона.

Далее, при рассмотрении фиг. с 3 по 5 будут подробно описаны особенности повторной дискретизации и формирования соответствующих окон масштабирования.

Здесь выборка отсчетов также базируется на линейно убывающей изолинии основного тона 50, соответствующей заданному количеству отсчетов N. Соответствующий сигнал 52 представлен в аналоговом виде. Продолжительность сигнала в данном случае составляет 10 миллисекунд. Если обрабатывается предварительно дискретизированный сигнал, сигнал 52, как правило, разбивается на эквидистантные интервалы дискретизации, отложенные на оси времени 54. Если применить деформацию во временной области, преобразуя соответственно ось времени 54, сигнал 52 на деформированной шкале времени 56 превращается в сигнал 58 с постоянным основным тоном. Таким образом, разновременность (разное количество дискретных отсчетов) соседних максимумов сигнала 58 на новой шкале времени 56 выравнивается. Длина фрейма сигнала также изменится на х миллисекунд в зависимости от приложенного деформирования. Следует указать на то, что вариант деформации времени в данном случае представлен только как иллюстрация неравномерной передискретизации, применяемой в ряде реализаций настоящего изобретения, которые могут быть осуществлены, естественно, только с использованием значений контура основного тона 50.

Описываемый ниже пример процедуры дискретизации для упрощения объяснения базируется на условии, что основной тон, до которого задано деформировать сигнал (частота основного тона, выведенная из представления вторичной или первичной дискретизации исходного сигнала), задан как единица. Однако очевидно, что изложенные ниже принципы могут быть без ограничений применены к произвольно взятым частотам основного тона обрабатываемых сегментов сигнала.

Если допустить, что деформирование временной шкалы будет применено во фрейме j, начиная с отсчета jN, с обязательной установкой основного тона на единицу (1), то продолжительность фрейма после деформации времени будет соответствовать сумме N соответствующих отсчетов контура основного тона:

Это значит, что длительность деформированного во времени сигнала 58 (время t′=х на фиг.3) определяется приведенной выше формулой.

Чтобы получить N деформированных по времени отсчетов, интервал дискретизации в деформированном по времени фрейме j должен равняться:

I_j=N/D_j

Изохрона, которая соединяет положения первоначальных дискретов относительно деформированного окна МДКП, может быть воспроизведена многократно по формуле:

time_contour_i+1=time_contour_i+pitch_contour_jN+i·I_j.

На фиг.4 дан пример изохроны. Ось Х содержит отсчеты вторичной дискретизации, а на оси Y отложены позиции этого числа отсчетов в единицах дискретов первоначального представления. Таким образом, в примере на фиг.3 график времени построен с непрерывно убывающей величиной шага. Отсчет №1 деформированной шкалы времени (ось n′) при выражении в единицах первоначальных дискретов соответствует приблизительно позиции 2. Для выполнения зависимой от основного тона вторичной дискретизации с неравномерным шагом необходимо, чтобы позиции деформированных входных отсчетов МДКП были выражены в единицах исходной недеформированной шкалы времени. Координата деформированного входного отсчета МДКП i (на оси Y) может быть найдена путем поиска пары исходных положений отсчета k и k+1, которые определяют интервал, включающий i:

time_contour_k≤i<time_contour_k+1

Например, отсчет i=1 находится в интервале, определяемом отсчетом k=0, k+1=1. Дробная координата отсчета и получается путем выбора линейной изохроны между k=1 и k+1=1 (по оси X). В целом, дробная часть 70 (u) дискрета i определяется с помощью:

Следовательно, период выборки для неравномерной передискретизации исходного сигнала 52 может быть получен в единицах исходных шагов дискретизации. Поэтому сигнал может быть передискретизирован так, что значения вторичной дискретизации будут соответствовать деформированному по времени сигналу. Такая повторная дискретизация может быть выполнена, в частности, с использованием многофазного фильтра-интерполятора h, разделенного на Р подфильтров hp, с точностью до 1/Р первичных интервалов дискретизации. Для этого из координаты дробного отсчета может быть извлечен индекс подфильтра:

,

а затем путем свертки может быть вычислен деформированный входной отсчет МДКП xwi:

xw_i=x_k·h_p,k.

Безусловно, могут быть использованы и другие методы вторичной дискретизации, например на основе сплайновой кривой, линейной интерполяции, квадратичной интерполяции и другие.

После получения представлений повторной дискретизации выводятся соответствующие окна масштабирования, причем ни одно из двух полученных окон перекрытия не должно выходить больше чем на N/2 отсчетов, в центральную область соседнего фрейма МДКП. Как пояснялось выше, этого можно достичь, используя контур основного тона или соответствующие интервалы дискретизации Ij или показатели продолжительности фреймов Dj. Длина "левого" перекрытия фрейма j (т.е. наплыв относительно предыдущего фрейма j-1) определяется как:

а длина "правого" перекрытия фрейма j (т.е. затухание относительно следующего фрейма j+1) определяется с помощью:

Таким образом, результирующее окно для фрейма j длиной 2N, которая является стандартной длиной окна МДКП, используемой для передискретизации фреймов, состоящих из N отсчетов (т.е. с частотным разрешением N), состоит из следующих сегментов, как показано на фиг.5:

Таким образом, дискреты с 0 по N/2-σ1 входного блока j равны 0, если Dj+1 больше или равно Dj. Дискреты в интервале [N/2-σ1; N/2+σ1] служат для плавного входа в окно масштабирования. Дискреты в интервале [N/2+σ1; N] установлены на единицу. Правая половина окна, то есть половина окна, служащая для плавного выхода отсчетов 2N, включает в себя интервал [N; 3/2N-σ r], который установлен на единицу. Дискреты, служащие для плавного выхода из окна, содержатся внутри интервала [3/2N-σr; 3/2N+σr]. Дискреты в интервале [3/2N+σr; 2/N] установлены на 0. Таким образом рассчитываются окна масштабирования, которые содержат одинаковое количество отсчетов, где первый набор отсчетов используется для плавного выхода из окна масштабирования и отличается от второго набора отсчетов, который используется для плавного входа в окно масштабирования.

Точная конфигурация или величины отсчетов, соответствующие полученным окнам масштабирования (включая ширину перекрытия, не являющуюся целым числом), могут быть получены, например, путем линейной интерполяции половин прототипа окна, которые задают оконную функцию в целочисленных точках расположения отсчета (или на сетке с фиксированным шагом с еще большим временным разрешением). Таким образом, прототипные о