Кодер расширения полосы пропускания, декодер расширения полосы пропускания и фазовый вокодер

Кодер расширения полосы пропускания, декодер расширения полосы пропускания и фазовый вокодер

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Заявляемое изобретение относится к цифровой обработке аудиосигнала, в частности, к кодеру расширения полосы пропускания, способу кодирования звукового сигнала, декодеру расширения полосы пропускания, способу декодирования кодированного аудиосигнала, фазовому вокодеру и аудиосигналу.

Вместе с тем, конструктивные решения по настоящему изобретению имеют целью применение фазового вокодера для автономного растягивания временной шкалы независимо от расширения полосы пропускания.

Процесс накопления или передачи звуковых сигналов часто строго ограничен скоростью передачи данных. Причиной таких ограничений чаще всего служит применение кодеров/декодеров („кодеков"), которые эффективно сжимают аудиосигнал для обеспечения скорости обмена информацией при хранении или передаче сигнала. Раньше, когда была доступна только низкая скорость передачи данных (низкий битрейт), кодеры вынужденно резко сужали ширину полосы пропускания звуковых частот. Современные аудиокодеки могут кодировать широкополосные сигналы, используя методы расширения полосы пропускания (BWE), что описано в литературе: М. Dietz, L. Liljeryd, К. Kjörling and О. Kunz, "Spectral Band Replication, a novel approach in audio coding," [„Репликация спектральных полос (SBR), новый подход в кодировании звука"], in 112th AES Convention, Munich, May 2002; S. Meltzer, R. Böhm and F. Henn, "SBR enhanced audio codecs for digital broadcasting such as "Digital Radio Mondiale" (DRM)," [„ Усовершенствованные аудиокодеки с репликацией спектральных полос (SBR) для цифрового радиовещания, такого как „Всемирное цифровое радио (DRM)"] in 112th AES Convention, Munich, May 2002; T. Ziegler, A. Ehret, P. Ekstrand and M. Lutzky, "Enhancing mp3 with SBR: Features and Capabilities of the new mp3PRO Algorithm," [„Расширение mp3 с SBR: особенности и возможности нового алгоритма mpSPRO "] in 112th AES Convention, Munich, May 2002; Международный стандарт ISO/IEC 14496-3:2001/FPDAM 1, "Bandwidth Extension," [„Расширение полосы пропускания"] ISO/IEC, 2002; "Speech bandwidth extension method and apparatus" [„Способ и устройство расширения полосы пропускания речи"], Vasu Iyengar et al. US Patent 5,455,888; E. Larsen, R. M. Aarts, and M. Danessis. Efficient high-frequency bandwidth extension of music and speech [Эффективное расширение высокочастотного диапазона в музыке и речи]. In AES 112th Convention, Munich, Germany, May 2002; R. M. Aarts, E. Larsen, and O. Ouweltjes. A unified approach to low- and high-frequency bandwidth extension [Унифицированный подход к расширению низко- и высокочастотной полосы пропускания]. In AES 115th Convention, New York, USA, October 2003; K. Käyhkö. A Robust Wideband Enhancement for Narrowband Speech Signal [Мощное широкополосное расширение узкополосного голосового сигнала.]. Research Report, Helsinki University of Technology, Laboratory of Acoustics and Audio Signal Processing, 2001; E. Larsen and R. M. Aarts. Audio Bandwidth Extension - Application to psychoacoustics, Signal Processing and Loudspeaker Design [Расширение полосы пропускания звуковых частот - применение в психоакустике, обработке сигналов и конструировании громкоговорителей]. John Wiley & Sons, Ltd, 2004; E. Larsen, R. M. Aarts, and M. Danessis. Efficient high-frequency bandwidth extension of music and speech [Эффективное расширение высокочастотного диапазона в музыке и речи]. In AES 112th Convention, Munich, Germany, May 2002; J. Makhoul. Spectral Analysis of Speech by Linear Prediction [Спектральный анализ речи с помощью линейного предсказания]. IEEE Transactions on Audio and Electroacoustics, AU-21(3), June 1973; United States Patent Application 08/951,029, Ohmori, et al. Audio band width extending system and method [Система и способ расширения диапазона звуковых частот]; United States Patent 6895375, Malah, D & Cox, R. V.: System for bandwidth extension of Narrow-band speech [Система для расширения диапазона частот узкополосной речи]; и Frederik Nagel, Sascha Disch, "A harmonic bandwidth extension method for audio codecs," [„Метод расширения гармонического диапазона частот для аудиокодеков"], ICASSP International Conference on Acoustics, Speech and Signal Processing, IEEE CNF, Taipei, Taiwan, April 2009.

Такие алгоритмы основаны на параметрическом представлении высокочастотного контента (ВЧ). Это представление генерируется из низкочастотной составляющей (НЧ) декодированного сигнала посредством транспонирования в ВЧ спектральную область („патчированием") и применением полученного параметра для последующей обработки сигнала.

На существующем уровне техники известны такие методы расширения полосы пропускания, как репликация спектральных полос (SBR) или гармоническое расширение полосы пропускания (НВЕ). Далее будут кратко рассмотрены эти два метода BWE.

С одной стороны, репликация спектральных полос (SBR), как описано в М. Dietz, L. Liljeryd, К. Kjörling and О. Kunz, "Spectral Band Replication, a novel approach in audio coding," [„Репликация спектральных полос (SBR), новый подход в кодировании звука"], in 112th AES Convention, Munich, May 2002, для генерации ВЧ характеристик использован банк квадратурных зеркальных фильтров (КЗФ). С помощью алгоритма так называемого „патчирования" („заполнения пробела") сигналы нижней полосы КЗФ копируют в верхние полосы КЗФ, дублируя информацию НЧ части в ВЧ часть. Позже выверяют согласование сгенерированной ВЧ составляющей с оригинальной ВЧ составляющей, используя параметры корректировки огибающей спектра и тона.

С другой стороны, альтернативной является схема гармонического расширения полосы пропускания (НВЕ), базирующаяся на фазовых вокодерах. По схеме НВЕ задействовано гармоническое продление спектра в противоположность SBR, которое основано на негармоническом спектральном сдвиге. Такая схема может заменить или усовершенствовать алгоритм SBR.

Предварительная заявка на патент США за номером US 61/079,841 раскрывает способ BWE, который дает выбор между альтернативными алгоритмами патчирования, которые работают или в частотной области, или во временной области. При время-частотном преобразовании с помощью банка фильтров задают определенное окно анализа. Кроме того, классические версии исполнения фазового вокодера по современному состоянию используют одну предварительно заданную форму окна, такую, как окно в виде приподнятого косинуса или окно Бартлетта.

Однако, выбирая одно заранее заданное окно анализа для приложений вокодера, разработчик всегда вынужден идти на компромисс в отношении общего воспринимаемого качества звучания, получаемого для различных классов аудиосигналов. В силу этого, несмотря на то, что усредненное качество звука может быть оптимизировано предварительным выбором определенной оконной функции, качество звучания каждого конкретного класса сигналов остается неоптимальным.

Вместе с тем, было установлено, что некоторые сигналы выигрывают от применения специализированных анализирующих окон для фазового вокодера, который может быть направленно использован для временного распространения аудиосигнала без модификации его основного тона.

Отсюда вытекает необходимость в концепции выбора оптимальных окон анализа, таких как существуют в рамках схемы BWE. В то же время, меры, принимаемые в отношении упомянутой выше деградации качества воспринимаемого звука, предпочтительно, не должны вести к значительному возрастанию вычислительной сложности используемых кодеков.

Целью данного изобретения является выработка концепции кодирования и/или декодирования или концепции фазового вокодера, обеспечивающих улучшенное акустическое качество.

Поставленная цель достигается за счет кодера расширения полосы пропускания по пункту 1 формулы изобретения, декодера расширения полосы пропускания по п.2, фазового вокодера по п.12, способа кодирования по п.13, способа декодирования по п.14, кодированного аудиосигнала по п.15 или компьютерной программы по п.16.

Идея, лежащая в основе настоящего изобретения, состоит в том, что улучшение перцептуальных свойств может быть достигнуто, если аудиосигнал, содержащий блок аудиоотсчетов заданной длины во времени, анализируют, чтобы определить из множества окон анализа анализирующее окно, которое будет использовано для расширения полосы пропускания в декодере расширения полосы пропускания. Благодаря применению такого подхода можно предотвратить ухудшение качества звука, происходящего вследствие применения предварительно заданного окна анализа, и, следовательно, повысить перцепционное качество звучания при относительно малой трудоемкости по сравнению с методиками В WE известного уровня техники.

Один из вариантов реализации настоящего изобретения включает в себя кодер расширения полосы пропускания для кодирования аудиосигнала, состоящий из анализатора сигналов, корневого кодера и вычислителя параметров. Аудиосигнал содержит низкочастотный сигнал, включающий в себя полосу центральной частоты, и высокочастотный сигнал, включающий в себя полосу верхних частот. Анализатор сигналов предназначен для анализа аудиосигнала, содержащего блок аудиоотсчетов, который имеет некоторую длительность во времени. Анализатор сигналов, кроме того, предназначен для выбора из множества окон анализа окна анализа, которое будет применено для расширения полосы пропускания в декодере расширения полосы пропускания. Корневой кодер предназначен для кодирования низкочастотного сигнала с образованием кодированного низкочастотного сигнала. Вычислитель параметров предназначен для расчета параметров расширения полосы пропускания на основе высокочастотного сигнала.

Другой вариант реализации изобретения включает в себя декодер расширения полосы пропускания для декодирования закодированного аудиосигнала, состоящий из корневого декодера, модуля патчирования и комбинатора (блока сведения). Кодированный аудиосигнал содержит закодированный низкочастотный сигнал и параметры верхней полосы частот. Корневой декодер предназначен для декодирования закодированного низкочастотного сигнала, при этом декодированный низкочастотный сигнал содержит полосу центральной частоты. Модуль патчирования предназначен для генерирования патчированного сигнала на основе декодированного низкочастотного сигнала и параметров верхней полосы частот, при этом патчированный сигнал содержит полосу верхних частот, сгенерированную на базе полосы центральной частоты. Комбинатор предназначен для сведения патчированного сигнала и декодированного низкочастотного сигнала для формирования общего выходного сигнал.

Еще один вариант реализации представленного изобретения включает в себя процессор фазового вокодера для обработки аудиосигнала, состоящий из оконного анализатора, время-спектрального преобразователя, процессора частотной области, частотно-временного преобразователя, синтезирующего оконного преобразователя, компаратора и сумматора с наложением. Оконный анализатор (анализирующий оконный преобразователь) предназначен для приложения множества оконных (весовых) функций анализа к аудиосигналу или сигналу, образованному из аудиосигнала, при этом аудиосигнал содержит блок аудиоотсчетов, имеющий определенную длительность во времени, с формированием множества взвешенных аудиосигналов. Время-спектральный преобразователь предназначен для преобразования взвешенных аудиосигналов в спектры. Процессор частотной области предназначен для преобразования спектров в частотную область с формированием модифицированных спектров. Частотно-временной преобразователь предназначен для преобразования модифицированных спектров в модифицированные сигналы временной области. Оконный синтезатор (синтезирующий оконный преобразователь) предназначен для приложения множества оконных (весовых) функций синтеза к модифицированным сигналам временной области, причем оконные функции синтеза соотнесены с оконными функциями анализа, с формированием взвешенных модифицированных сигналов временной области. Компаратор предназначен для расчета множества сравнительных параметров на основании сопоставления множества взвешенных модифицированных сигналов во временной области и аудиосигнала или сигнала, образованного из аудиосигнала, при этом множество сравнительных параметров соответствует множеству оконных функций анализа. Кроме того, компаратор выполнен с возможностью выбора оконной функции анализа и оконной функции синтеза, для которых сравнительный параметр удовлетворяет предварительно заданному условию. Сумматор с наложением предназначен для сложения наложением блоков взвешенного модифицированного сигнала во временной области с образованием развернутого во времени сигнала. Кроме того, сумматор с наложением предназначен для обработки блоков взвешенного модифицированного сигнала во временной области, модифицированного с использованием весовой функции анализа и весовой функции синтеза, подобранной компаратором.

Конструктивные решения по заявляемому изобретению основаны на концепции, согласно которой множество патчированных сигналов может быть генерировано с использованием множества оконных функций анализа, приложенных к аудиосигналу, содержащему полосу центральной частоты. Множество патчированных сигналов может быть сопоставлено с опорным сигналом, которым может служить оригинальный аудиосигнал или дериват аудиосигнала. В результате получают множество сравнительных параметров, которые могут быть интерпретированы как мера оценки качества звука. В дополнение к этому, из множества оконных функций анализа может быть выбрана оконная функция анализа, для которой сравнительный параметр удовлетворяет предварительно заданному условию. Таким образом, использование выбранной оконной функции анализа позволяет добиваться минимального снижения качества звучания, обеспечивая оптимальное перцептуальное акустическое качество в контексте сценария BWE.

Ряд технических решений по предлагаемому изобретению относится к анализатору сигналов, который включает в свой состав классификатор сигнала, предназначенный для выполнения анализа/классификации аудиосигнала или деривата аудиосигнала. В этом случае оконную функцию анализа, которая будет использована для расширения полосы пропускания на стороне декодера расширения полосы пропускания, выбирают на основе характеристики сигнала, прошедшего анализ/классификацию.

В силу этого, в вариантах компоновки реализован способ выбора оптимального окна анализа для расширения полосы пропускания в декодере. Для подбора наиболее подходящего окна анализа могут быть вычислены параметры управления. Это делается с использованием процедуры анализа через синтез; то есть - путем приложения ряда окон и выбора из них наиболее соответствующего поставленной задаче. В предпочтительной форме реализации изобретения такой задачей является обеспечение оптимального качества акустического восприятия восстановленного сигнала. В альтернативных реализациях может быть оптимизирована целевая функция. Например, цель может состоять в максимально точном сохранении равномерности исходных спектральных характеристик ВЧ.

С одной стороны, подбор оконной функции может выполняться только на стороне кодера, исходя из первоначального сигнала, синтезированного сигнала или обоих. Принятое решение (указание на окно) затем пересылается на декодер. С другой стороны, выбор может выполняться синхронно на стороне кодера и на стороне декодера, исходя только из полосы пропускания центральной частоты декодированного сигнала. При использовании последнего метода нет необходимости в формировании сопутствующей служебной информации, что дает преимущество в эффективности битрейта кодека.

Преимущество изобретения заключается в оптимизации перцептуальных свойств выходного сигнала вокодера. Конструктивные решения обеспечивают выбор адаптивных к сигналу окон анализа и синтеза в процессе преобразования речевых сигналов, при котором возможно варьирование временных или частотных характеристик окон анализа и/или синтеза.

Другим преимуществом изобретения является возможность достижения лучшего баланса между снижением вышеназванной деградации и вычислительной трудоемкостью, как, например, в рамках схемы BWE.

Далее будут представлены пояснения к вариантам технических решений по заявляемому изобретению со ссылкой на сопроводительные фигуры, где:

на фиг.1 показана принципиальная модульная схема варианта компоновки кодера расширения полосы пропускания;

на фиг.2 показана принципиальная модульная схема варианта компоновки декодера расширения полосы пропускания;

на фиг.3 показана принципиальная модульная схема развернутого варианта компоновки кодера расширения полосы пропускания;

на фиг.4 показана принципиальная модульная схема развернутого варианта компоновки декодера расширения полосы пропускания;

на фиг.5 показана принципиальная модульная схема развернутого варианта компоновки кодера расширения полосы пропускания;

на фиг.6 показана принципиальная модульная схема развернутого варианта компоновки декодера расширения полосы пропускания;

на фиг.7 показана принципиальная модульная схема конструктивного решения компаратора;

на фиг.8 показана принципиальная модульная схема развернутого варианта компоновки кодера расширения полосы пропускания;

на фиг.9 показана принципиальная модульная схема конструктивного решения классификатора сигналов;

на фиг.10 показана принципиальная модульная схема развернутого варианта компоновки кодера расширения полосы пропускания;

на фиг.11 показана принципиальная модульная схема развернутого варианта компоновки декодера расширения полосы пропускания;

на фиг.12 показана принципиальная модульная схема конструктивного решения процессора фазового вокодера;

на фиг.13 показана принципиальная модульная схема коммутатора вариантов окон анализа и синтеза в зависимости от управляющих параметров; и

на фиг.14 дана блок-схема реализации декодера расширения полосы пропускания на базе фазового вокодера.

На фиг.1 отображена принципиальная модульная схема реализации кодера расширения полосы пропускания 100, предназначенного для кодирования аудиосигнала 101-1 в соответствии с заявляемым изобретением. Аудиосигнал 101-1 включает в себя низкочастотный сигнал 101-2, содержащий полосу центральной частоты 101-3, и высокочастотный сигнал 101-4, содержащий полосу верхних частот 101-5. Кодер расширения полосы пропускания 100 имеет в своем составе анализатор сигналов 110, корневой кодер 120 и вычислитель параметров 130. Анализатор сигналов ПО выполняет функцию анализа аудиосигнала 101-1, который содержит блок 101-6 аудиоотсчетов, имеющий заданную продолжительность во времени. Анализатор сигналов ПО, кроме того, выполнен с возможностью подбора из множества 111-1 окон анализа окна анализа 111-2 для дальнейшего использования при расширении полосы пропускания в декодере расширения полосы пропускания 200. Корневой кодер 120 выполняет функцию кодирования низкочастотного сигнала 101-2 с получением кодированного низкочастотного сигнала 121. Наконец, вычислитель параметров 130 выполняет функцию расчета параметров расширения полосы пропускания 131 на базе высокочастотного сигнала 101-4. Параметры расширения полосы пропускания 131, окно анализа 111-2, которое будет использовано в декодере расширения полосы пропускания 200, и закодированный низкочастотный сигнал 121 составляют кодированный аудиосигнал 103-1 на выходе кодера расширения полосы пропускания 100.

На фиг.2 отображена принципиальная модульная схема декодера расширения полосы пропускания 200, предназначенного для декодирования закодированного аудиосигнала 201-1, в соответствии с другим техническим решением данного изобретения. Кодированный аудиосигнал 201-1 состоит из закодированного низкочастотного сигнала 201-2 и параметров верхней полосы частот 201-3. Здесь кодированный аудиосигнал 201-1 может соответствовать кодированному аудиосигналу 103-1, сгенерированному кодером расширения полосы пропускания 100 на фиг.1. Декодер расширения полосы пропускания 200 имеет в своем составе корневой декодер 210, модуль патчирования 220 и комбинатор 230. Корневой декодер 210 выполняет функцию декодирования закодированного низкочастотного сигнала 201-2 в образованием декодированного низкочастотного сигнала 211-1. Декодированный низкочастотный сигнал 211-1 содержит полосу центральной частоты 211-2. Модуль патчирования 220 генерирует патчированный сигнал 221-1 на базе декодированного низкочастотного сигнала 211-1 и параметров полосы верхних частот 201-3, при этом патчированный сигнал 221-1 включает в себя полосу верхних частот 221-2, генерированную из полосы центральной частоты 211-2. Наконец, комбинатор (блок сведения) 230 выполняет функцию сведения патчированного сигнала 221-1 и декодированного низкочастотного сигнала 211-1 с получением совокупного выходного сигнала. В частности, патчированный сигнал 221-1 может быть сигналом в пределах целевой полосы частот алгоритма расширения полосы пропускания, в то время как сведенный выходной сигнал на выходе декодера расширения полосы пропускания 200 может быть преобразованным сигналом с расширенным диапазоном рабочих частот (231-2).

На фиг.3 отображена принципиальная модульная схема реализации развернутого варианта компоновки кодера расширения полосы пропускания 300. Кодер расширения полосы пропускания 300 может включать в себя фильтр нижних частот (ФНЧ) и фильтр верхних частот (ФВЧ). Фильтры могут генерировать отфильтрованную по нижним частотам версию аудиосигнала 101-1, представляющую собой низкочастотный сигнал 101-2, и отфильтрованную по верхним частотам версию аудиосигнала 101-1, являющуюся высокочастотным сигналом 101-4. Как показано на фиг.3, кодер расширения полосы пропускания 300 может также включать в свой состав оконный контроллер 310 для формирования информации по управлению окнами 311, которая используется вычислителем параметров 320 и модулем патчирования 330. Информация по управлению окнами 311 на выходе оконного контроллера 310 может отображать множество 111-1 оконных функций анализа, которые будут применены к блоку 101-6 аудиоотсчетов, полученных из аудиосигнала 101-1. Вычислитель параметров 320, в частности, может включать в свою компоновку оконный преобразователь, управляемый оконным контроллером 310, причем оконный преобразователь вычислителя параметров 320 применяет множество 111-1 оконных функций анализа и оконную функцию анализа 111 - 2, выбранную компаратором 340, к высокочастотному сигналу 101-4. При этом получают соответственно параметры расширения полосы пропускания 321-1, 321-2, соответствующие множеству 111-1 оконных функций анализа, на что указывает информация по управлению окнами 311, и соответствующие выбранной оконной функции анализа 111-2 согласно индикации окна 341-1 на выходе компаратора 340.

В аппаратной версии на фиг.3 анализатор сигнала 110 имеет в своем составе модуль патчирования 330, генерирующий множество 331-1 патчированных сигналов на базе низкочастотного сигнала 101-2, информации по управлению окнами 311 и параметров расширения полосы пропускания 321-1. При этом патчированные сигналы 331-1 содержат полосы верхних частот 331-2, сгенерированные на основе полосы центральной частоты 101-3. Модуль патчирования 330, в частности, включает в себя оконный преобразователь, управляемый оконным контроллером 310, причем оконный преобразователь модуля патчирования 330 предназначен для приложения множества 111-1 оконных функций анализа к низкочастотному сигналу 101-2.

Далее, анализатор сигнала 110 в составе кодера расширения полосы пропускания 300 включает в себя компаратор 340, предназначенный для определения множества 341-2 сравнительных параметров на основе сопоставления патчированных сигналов 331-1 с опорным сигналом, представляющим собой аудиосигнал 101-1 или сигнал, производный от этого аудиосигнала, такой, как высокочастотный сигнал 101-4, обозначенный пунктирной линией, при этом множество 341-2 сравнительных параметров соответствует множеству 111-1 оконных функций анализа. Компаратор 340, кроме того, генерирует указатель окна 341-1, соответствующий оконной функции анализа 111-2, для которого сравнительный параметр удовлетворяет предварительно заданному условию. И, наконец, кодер расширения полосы пропускания 300 оснащен выходным интерфейсом 350 для вывода кодированного аудиосигнала 351, содержащего указатель окна 341-1.

Упомянув выше процедуру сопоставления, обратимся к фиг.7, отображающей принципиальную блочную схему варианта компоновки компаратора 700, куда может быть включен вычислитель 710 показателя степени спектральной (неравномерности (параметра SFM), компаратор параметра SFM 720 и экстрактор указателя окна 730. Вычислитель параметров SFM 710 реализован с возможностью расчета, например, множества 703-1 параметров SFM на основе множества 701-1 входных сигналов и опорного параметра SFM 703-2 на основе опорного входного сигнала 701-2. Так, каждый показатель SFM может быть рассчитан путем деления среднего геометрического спектральной плотности мощности на среднее арифметическое спектральной плотности мощности, выведенной из соответствующего входного сигнала, при этом относительно высокое значение параметра SFM указывает на однородность распределения плотности мощности по всем полосам спектра, в то время как относительно низкий показатель SFM свидетельствует о том, что спектральная мощность сконцентрирована в относительно небольшом числе полос. Вместе с тем, параметр SFM может быть измерен в пределах какой-либо части полосы (подполосы), а не по всему диапазону входного сигнала. Компаратор параметров SFM 720 реализован с возможностью сравнения параметров SFM 703-1 с опорным параметром SFM 703-2 с получением множества 705 сравнительных параметров, которые могут базироваться, допустим, на отклонениях в сравненных параметрах SFM. Экстрактор указателя окна 730 реализован с возможностью выбора из множества сравнительных параметров 705 сравнительного параметра, которому будет удовлетворять предварительно заданное условие. Предварительно задаваемое условие может быть выбрано так, например, что взятый сравнительный параметр будет минимальным из множества сравнительных параметров 705. В этом случае выбранный сравнительный параметр будет соответствовать одному входному сигналу из множества входных сигналов 701-1, который характеризуется минимальным отклонением от опорного входного сигнала 701-2 по спектральной неравномерности.

На практике входные сигналы 701-1 могут соответствовать патчированным сигналам 331-1, патчированным сигналам 331-1, полученным взвешиванием аудиосигнала 101-1 с помощью множества 111-1 оконных функций анализа, или деривату аудиосигнала 101-1, такому, как низкочастотный сигнал 101-2, в то время как опорный входной сигнал 701-2 может соответствовать оригинальному аудиосигналу 101-1. Кроме того, множество 705 сравнительных параметров компаратора 700 может соответствовать множеству 341-2 сравнительных параметров кодера расширения полосы пропускания 300. Таким образом, оконная функция анализа 111-2 может быть выбрана в соответствии с выделенным сравнительным параметром, в котором девиация параметра SFM патчированных сигналов 331-1 относительно оригинального аудиосигнала 101-1, например, будет минимальной. С выбранной оконной функцией анализа 111-2 также может быть соотнесен указатель окна 707, который может соответствовать указателю окна 341-1 на выходе компаратора 700 или компаратора 340 соответственно. Следовательно, перцептуальное акустическое качество, оцениваемое, например, через спектральную неравномерность, будет изменено или возможно минимально снижено при задействовании отобранной оконной функции анализа 111-2 для выполнения расширения полосы пропускания, например, на стороне декодера расширения полосы пропускания.

Более того, множество 111-1 оконных функций анализа, указанных в информации по управлению окнами 311 на выходе оконного контроллера 310, может включать в себя разные оконные функции анализа, содержащие отличающиеся друг от друга характеристики окон при длине окна, по времени совпадающей с блоком 101-6. В частности, разные оконные функции анализа могут характеризоваться различными амплитудно-частотными характеристиками („передаточными функциями"), полученными в результате спектрального анализа. Передаточные функции, в свою очередь, могут различаться характерными особенностями, такими как ширина основного лепестка, уровень боковых лепестков или спад боковых лепестков. Разные оконные функции анализа также могут быть разделены на несколько групп, исходя из таких их характеристик, как спектральное разрешение или динамический диапазон. Так, окна с высокой и средней разрешающей способностью могут быть представлены оконными функциями - прямоугольными, треугольными, косинусными, приподнято-косинусными, Хемминга, Ханна, Бартлетта, Блэкмана (Блекмена), Гауссовыми, Кайзера или Бартлетта-Ханна, в то время как окна с низким разрешением или с широким динамическим диапазоном могут быть представлены оконными функциями с плоской вершиной, Блэкмана-Харриса или Тукея (Tukey). В альтернативных конструктивных решениях могут быть использованы оконные функции, содержащие иное количество отсчетов (т.е. окна другой длины).

В частности, применяя различные оконные функции анализа 111-1, которые могут принадлежать к разным группам оконных функций анализа, к блоку 101-6 отсчетов аудиосигнала, с использованием модуля патчирования 330, например, даст в результате патчированные сигналы 331-1 с различными отличительными характеристиками, такими как разные показатели степени неравномерности спектра SFM.

На фиг.4 отображена принципиальная блочная схема развернутого конструктивного решения декодера расширения полосы пропускания 400, который однозначно может использовать указатель окна 341-1, принятый, например, от кодера расширения полосы пропускания 300 на фиг.3. Декодер расширения полосы пропускания 400 выполнен, в частности, с возможностью обрабатывать кодированный аудиосигнал 401-1, содержащий, кроме кодированного низкочастотного сигнала 401-2 и параметров полосы верхних частот 401-3, указатель окна 401-4. Здесь закодированный сигнал низких частот 401-2, параметры полосы верхних частот 401-3 и указатель окна 401-4 могут соответствовать кодированному низкочастотному сигналу 121, параметрам расширения полосы пропускания 321-2 и указателю окна 341-1 на выходе выходного интерфейса 350 кодера расширения полосы пропускания 300 соответственно. В аппаратной версии на фиг.4 декодер расширения полосы пропускания 400 имеет в своем составе корневой декодер 410 как возможный аналог корневого декодера 210 в составе декодера расширения полосы пропускания 200, при этом корневой декодер 410 предназначен для декодирования кодированного сигнала нижних частот 401-2, а декодированный низкочастотный сигнал 411-1 содержит полосу центральной частоты 411-2. Кроме того, декодер расширения полосы пропускания 400 включает в свой состав модуль патчирования 420 как возможный аналог модуля патчирования 220 декодера расширения полосы пропускания 200, при этом модуль патчирования 420 содержит в себе управляемый оконный преобразователь, предназначенный для подбора оконной функции анализа из множества оконных функций анализа, исходя из указателя окна 401-4, и для приложения выбранной оконной функции анализа к декодированному низкочастотному сигналу 411-1. В результате этого на выходе модуля патчирования 420 формируется патчированный сигнал 421. Патчированный сигнал 421 далее может быть совмещен комбинатором 430 с сигналом низких частот 411-1 с получением на выходе декодера расширения полосы пропускания 400 совокупного выходного сигнала 431. В данном случае патчированный сигнал 421, декодированный сигнал низких частот 411-1, комбинатор 430 и сведенный выходной сигнал 431 могут быть эквивалентны патчированному сигналу 221-1, декодированному сигналу низких частот 211-1, комбинатору 230 и сведенному выходному сигналу 231-1 соответственно. Как и в предыдущем случае, сведенный выходной сигнал 431 может быть прошедшим обработку сигналом с расширенной полосой пропускания.

Фиг.3 и 4 демонстрируют то преимущество, что указатель окна 341-1; 401-4, соответствующий оптимальной оконной функции анализа, полученной путем анализа сигнала на стороне кодера (фиг.3), может быть передан в составе кодированного аудиосигнала 351; 401-1 и затем использован модулем патчирования 420 в процессе расширения полосы пропускания без необходимости дополнительного анализа сигнала на стороне декодера (фиг.4).

На фиг.5 представлена принципиальная блочная схема развернутого варианта компоновки кодера расширения полосы пропускания 500. Кодер расширения полосы пропускания 500 в основном состоит из блоков, аналогичных кодеру расширения полосы пропускания 300 на фиг.3. Поэтому идентичные компоненты схемы, имеющие сходное конструктивное исполнение и/или функциональное назначение, имеют одинаковое цифровое обозначение. Тем не менее в отличие от аппаратной версии на фиг.3 в кодер расширения полосы пропускания 500 введен компаратор 510, выполняющий функцию сравнения множества патчированных сигналов 333-1 с опорным низкочастотным сигналом, производным от аудиосигнала 101-1. Кодер расширения полосы пропускания 500 может в качестве опции включать в свой состав корневой декодер 520, генерирующий декодированный низкочастотный сигнал 521, декодируя кодированный низкочастотный сигнал 121, принятый с выхода корневого кодера 120. В качестве опорного сигнала нижних частот может служить, например, низкочастотный сигнал 101-2, представляющий собой прошедшую НЧ фильтрацию версию аудиосигнала 101-1 или декодированный низкочастотный сигнал 521, принимаемый с выхода корневого декодера 520. Кроме того, компаратор 510 выводит указатель окна 511, соответствующий выбранной (оптимальной) оконной функции анализа, при этом в таком случае подбор окна основывается на сравнении патчированных сигналов 331-1 с опорным низкочастотным сигналом 101-2 или 521. Как и в случае указателя окна 341-1 на фиг.3 указатель окна 511 может быть передан на вычислитель параметров 320, причем, таким образом, что будет выполняться расчет только параметров В WE 321-2, соответствующих указателю окна 511. Параметры BWE 321-2 вместе с кодированным низкочастотным сигналом 121 могут быть выведены на выходной интерфейс 530. Однако при этом указатель окна 511 может не выводиться на выходной интерфейс 530. В итоге выходной интерфейс 530 предназначен для вывода кодированного аудиосигнала 531, который не содержит указатель окна 511.

На фиг.6 изображена принципиальная блочная схема развернутого варианта компоновки декодера расширения полосы пропускания 600. Декодер расширения полосы пропускания 600, в частности выполнен с возможностью обработки кодированного аудиосигнала 601-1, содержащего закодированный низкочастотный сигнал 601-2 и параметры верхней полосы частот 601-3. Здесь кодированный аудиосигнал 601-1, кодированный низкочастотный сигнал 601-2 и параметры верхней полосы частот 601-3 могут быть аналогами кодированному аудиосигналу 201-1, кодированному сигналу низких частот 201-2 и параметрам полосы верхних частот 201-3 соответственно. Следует обратить внимание на то, что в аппаратной версии на фиг.6 кодированный аудиосигнал 601-1, вводимый в декодер расширения полосы пропускания 600, не содержит указатель окна. Поэтому в данном случае на стороне декодера необходим анализ сигнала для подбора подходящей оконной функции, которая будет применена в рамках схемы расширения полосы пропускания (фиг.6).

Как показано на фиг.6, модуль патчирования 220 декодера расширения полосы пропускания 600 включает в себя оконный анализатор 610, время-спектральный преобразователь 620, процессор частотной области 630, частотно-временной преобразователь 640, оконный синтезатор 650, компаратор 660 и модуль расширения полосы пропускания 670. В дополнение к этому декодер расширения полосы пропускания 600 имеет в своем составе корневой декодер 680 для декодирования кодированного сигнала низких частот 601-2, при этом декодированный низкочастотный сигнал 681-1 содержит полосу центральной частоты 681-2. Здесь корневой декодер 680 и декодированный низкочастотный сигнал 681-1 могут быть идентичными корневому декодеру 210 и декодированному низкочастотному сигналу 211-1 соответственно.

Оконный анализатор 610 предназначен для приложения множества оконных функций анализа, таких как весовые функция анализа 111-1 в вариантах компоновки кодера расширения полосы пропускания 300; 500, к декодированному сигналу низких частот 681-1 с формированием множества 611 оконных (взвешенных) низкочастотных сигналов. Время-спектральный преобразователь 620 предназначен для трансформации взвешенных сигналов низких частот 611 в спектры 621. Процессор частотной области 630 предназначен для обработки спектров 621 в частотной области с получением модифицированных спектров 631. Частотно-временной преобразователь 640 предназначен для преобразования модифицированных спектров 631 в модифицированные сигналы временной области 641. Оконный синтезатор 650 предназначен для взвешивания модифицированных сигналов временной области 641 с помощью множества оконных функций синтеза, где оконные функции синтеза соотнесены с оконными функциями а