Гармоническое преобразование, усовершенствованное перекрестным произведением

Гармоническое преобразование, усовершенствованное перекрестным произведением

Иллюстрации

Показать все

Реферат

ОБЛАСТЬ ТЕХНИЧЕСКОГО ПРИМЕНЕНИЯ

Данное изобретение относится к системам звукового кодирования, использующим способ гармонического преобразования для высокочастотной реконструкции (HFR).

ПРЕДПОСЫЛКИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Технологии высокочастотной реконструкции, такие как технология репликации спектральных полос (SBR), позволяют значительно улучшить эффективность кодирования традиционных кодеков воспринимаемых цифровых аудиосигналов. В сочетании с перспективным звуковым кодированием MPEG-4 (ААС) она образует чрезвычайно эффективный аудиокодек, который уже используется в системах XM Satellite Radio и Digital Radio Mondiale. Комбинация ААС и SBR называется aacPlus. Она является частью стандарта MPEG-4, где именуется High Efficiency AAC Profile. В общем, технология HFR может сочетаться с любым кодеком воспринимаемых цифровых звуковых сигналов в порядке совместимости сверху вниз и снизу вверх, что, таким образом, предоставляет возможность осуществления модернизации уже установленных систем вещания, таких как система MPEG Layer-2, используемая в системе Eureka DAB. Способы HFR-преобразования также могут объединяться с вокодерами, допуская широкополосные речевые сигналы при сверхнизких скоростях цифрового потока.

Основополагающей идеей, лежащей в основе HRF, является наблюдение, что между характеристиками высокочастотного диапазона сигнала и характеристиками низкочастотного диапазона того же сигнала, как правило, существует сильная корреляция. Таким образом, хорошее приближение к представлению высокочастотного диапазона оригинального входного сигнала может достигаться путем преобразования сигнала из низкочастотного диапазона в высокочастотный диапазон.

Концепция преобразования была установлена в документе WO 98/57436 как способ воссоздания высокочастотного диапазона звукового сигнала из диапазона с меньшей частотой. С использованием этой концепции можно получить значительную экономию скорости битового потока при кодировании звуковых и/или речевых сигналов. В нижеследующем описании отсылка будет производиться к кодированию звуковых сигналов, однако следует учитывать, что описанные способы и системы равнозначно применимы для кодирования речевых сигналов и унифицированного кодирования звуковых и речевых сигналов (USAC).

В системе кодирования звуковых сигналов на основе HFR сигнал низкочастотного диапазона передается в базовый кодировщик формы сигнала, и более высокие частоты регенерируются на стороне декодера с использованием преобразования сигнала низкочастотного диапазона и дополнительной информации, которая, как правило, кодируется с чрезвычайно низкими скоростями битового потока и описывает форму целевого спектра. Для низких скоростей битового потока, где полоса пропускания базового кодированного сигнала является узкой, возрастающую важность приобретает воссоздание высокого диапазона, т.е. высокочастотного диапазона звукового сигнала, с приятными для восприятия характеристиками. Ниже упоминается два варианта способов реконструкции гармонических частот, где первый именуется гармоническим преобразованием, а второй ― модуляцией сигнала с одной боковой полосой.

Принцип гармонического преобразования, определенный в документе WO 98/57436, заключается в том, что синусоида с частотой ω преобразуется в синусоиду с частотой Тω, где T > 1 ― целое число, определяющее порядок преобразования. Привлекательной особенностью гармонического преобразования является то, что оно растягивает исходный частотный диапазон в целевой частотный диапазон с кратностью, равной порядку преобразования, т.е. с кратностью, равной Т. Гармоническое преобразование хорошо выполняется для сложного музыкального материала. Кроме того, гармоническое преобразование проявляет низкие частоты перехода, т.е. большой высокочастотный диапазон выше частоты перехода может генерироваться из относительно небольшого низкочастотного диапазона ниже частоты перехода.

В отличие от гармонического преобразования, HFR на основе модуляции сигнала с одной боковой полосой (SSB) преобразует синусоиду с частотой в синусоиду с частотой ω+Δω, где Δω ― фиксированное смещение частоты. Наблюдалось, что для заданного базового сигнала с низким диапазоном частот в результате SSB-преобразования может возникать диссонирующий затухающий артефакт. Также следует учитывать, что для низкой частоты перехода, т.е. для малого исходного диапазона частот, гармоническое преобразование для заполнения требуемого целевого диапазона частот требует меньшего количества фрагментов, чем преобразование на основе SSB. Например, если требуется заполнить высокочастотный диапазон (ω, 4ω], то используемое гармоническое преобразование с T = 4 может заполнить этот частотный диапазон из диапазона частот . С другой стороны, преобразование на основе SSB с использованием того же низкочастотного диапазона должно использовать смещение частоты , и для заполнения высокочастотного диапазона (ω, 4ω] необходимо четырехкратное повторение процесса.

С другой стороны, как недавно указано в документе WO 02/052545 A1, гармоническое преобразование обладает недостатками для сигналов с выраженной периодической структурой. Такие сигналы представляют собой суперпозиции гармонически связанных синусоид с частотами Ω,2Ω,3Ω,…, где Ω ― основная частота. При гармоническом преобразовании порядка Т выходные синусоиды имеют частоты ТΩ, 2ТΩ, 3ТΩ,.., что в случае T > 1 представляет собой лишь строгое подмножество требуемого полного гармонического ряда. В выражении результирующего качества звука, как правило, будет восприниматься «фантомный» основной тон, соответствующий преобразованной основной частоте ТΩ. Часто гармоническое преобразование приводит в «металлическому» характеру звучания кодированного и декодированного звуковых сигналов. Данную ситуацию можно в некоторой степени смягчить путем добавления к HFR нескольких порядков преобразования T=2,3,…,T_max, но этот способ является сложным в вычислительном отношении, если необходимо избежать большинства провалов в спектре.

Альтернативное решение, позволяющее избежать появления «фантомных» основных тонов при использовании гармонического преобразования представлено в документе WO 02/052545 A1. Решение заключается в использовании двух типов преобразования, т.е. традиционного гармонического преобразования и специального «импульсного преобразования». Описанный способ предлагает переключение на специальное «импульсное преобразование» для тех частей звукового сигнала, которые, как обнаруживается, являются периодическими и имеют характер последовательности импульсов. Трудность, связанная с данным подходом, заключается в том, что применение «импульсного преобразования» к сложному музыкальному материалу часто снижает его качество в сравнении с гармоническим преобразованием на основе блока фильтров высокого разрешения. Поэтому механизмы обнаружения должны регулироваться достаточно консервативно так, чтобы импульсное преобразование не использовалось для сложного материала. Речь и музыкальные инструменты с одним основным тоном неизбежно будут в некоторых случаях классифицироваться как комплексные сигналы, запуская этим гармоническое преобразование и, таким образом, приводя к потере гармоник. Кроме того, если переключение происходит в середине сигнала с одним основным тоном, или сигнала с основным тоном, доминирующим на более слабом сложном фоне, само переключение между двумя способами транспонирования, имеющими отличающиеся свойства заполнения спектра, будет генерировать слышимые артефакты.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Данное изобретение предусматривает способ и систему для заполнения гармонического ряда, возникающего в результате гармонического преобразования периодического сигнала. Преобразование в частотной области включает этап отображения нелинейно модифицированных сигналов поддиапазонов из блока анализирующих фильтров в выбранные поддиапазоны блока синтезирующих фильтров. Нелинейная модификация включает модификацию фаз, или вращение фаз, которая в области блока комплексных фильтров может быть получена по степенному закону с последующей коррекцией амплитуды. В то время как на текущем уровне техники преобразование отдельно модифицирует один анализируемый поддиапазон за раз, данное изобретение предлагает добавлять нелинейную комбинацию, по меньшей мере, двух различных анализируемых поддиапазонов к каждому синтезируемому поддиапазону. Расстояние между анализируемыми поддиапазонами, которые подвергаются комбинированию, может быть отнесено к основной частоте доминирующей составляющей сигнала, который подвергается преобразованию.

В наиболее общей форме математическое описание изобретения заключается в том, что набор частотных составляющих ω₁,ω₂,…,ω_k используется для создания новой частотной составляющей:

ω=T₁ω₁+ T₂ω₂+…+ T_Kω_K,

где коэффициенты T₁,T₂…,T_K — это целочисленные порядки преобразования, сумма которых представляет собой общий порядок преобразования T= T₁+T₂+…+T_K. Данный эффект получается путем модификации фаз К подходящим образом выбранных сигналов поддиапазонов посредством множителей T₁,T₂…,T_K и рекомбинации результата умножения в сигнал с фазой, равной сумме модифицированных фаз. Важно отметить, что все указанные операции с фазами вполне определены и точно выражены, поскольку индивидуальные порядки преобразования являются целыми числами, и некоторые из этих целых чисел даже могут быть отрицательными до тех пор, пока общий порядок преобразования удовлетворяет неравенству Τ ≥ 1.

Способы согласно текущему уровню техники соответствуют случаю K=1, а данное изобретение предлагает использование K ≥ 1. В тексте описания в основном рассматривается случай K=2, Τ ≥ 2, поскольку этого достаточно для решения большинства имеющихся конкретных проблем. Однако следует отметить, что случаи K > 2 рассматриваются как равным образом раскрываемые и охватываются настоящим документом.

Изобретение использует информацию от большего количества аналитических каналов низкочастотного диапазона, т.е. от большего количества сигналов анализируемых поддиапазонов, для отображения нелинейно модифицированных сигналов поддиапазонов из блока анализирующих фильтров в выбранные поддиапазоны блока синтезирующих фильтров. Преобразование не только отдельно модифицирует один поддиапазон за раз, но и добавляет к каждому синтезируемому поддиапазону нелинейную комбинацию, по меньшей мере, двух различных анализируемых поддиапазонов. Как уже упоминалось, гармоническое преобразование порядка Т конструируется для того, чтобы отображать синусоиду с частотой ω в синусоиду с частотой Тω, где Т > 1. Согласно изобретению, т.н. усовершенствование перекрестного произведения с параметром основного тона Ω и индексом 0 < r < T предназначается для отображения пары синусоид с частотами (ω,ω+Ω) в синусоиду с частотой (T-r)ω+r(ω+Ω)=Tω+rΩ. Следует учитывать, что для такого перекрестного произведения преобразования все парциальные частоты периодического сигнала с периодом Ω будут генерироваться путем добавления всех перекрестных произведений параметра основного тона Ω с индексом r, находящимся в интервале от 1 до Т – 1, к гармоническому преобразованию порядка Т.

Согласно одной из особенностей изобретения, описывается система и способ генерирования высокочастотной составляющей сигнала из низкочастотной составляющей сигнала. Следует отметить, что особенности, описанные ниже в контексте системы, равным образом применимы к способу изобретения. Сигнал может представлять собой, например, звуковой и/или речевой сигнал. Система и способ могут использоваться для кодирования унифицированного речевого и звукового сигнала. Сигнал включает низкочастотную составляющую и высокочастотную составляющую, где низкочастотная составляющая включает частоты ниже определенной частоты перехода, а высокочастотная составляющая включает частоты выше определенной частоты перехода. При определенных условиях может потребоваться оценка высокочастотной составляющей сигнала, исходя из низкочастотной составляющей сигнала. Например, некоторые схемы звукового кодирования кодируют только низкочастотную составляющую звукового сигнала и направлены на реконструкцию высокочастотной составляющей этого сигнала исключительно из декодированной низкочастотной составляющей, возможно, с использованием определенной информации об огибающей оригинальной высокочастотной составляющей. Описываемые здесь система и способ могут использоваться в контексте указанных систем кодирования и декодирования.

Система для генерирования высокочастотной составляющей включает блок анализирующих фильтров, который создает набор сигналов анализируемых поддиапазонов низкочастотной составляющей сигнала. Блоки анализирующих фильтров могут включать набор полосовых фильтров с постоянной шириной полосы пропускания. Также, в особенности, в контексте речевых сигналов, может оказаться полезным использование набора полосовых фильтров с логарифмическим распределением полос пропускания. Целью блока анализирующих фильтров является разложение низкочастотной составляющей сигнала на ее частотные составляющие. Эти частотные составляющие будут отражаться в наборе сигналов анализируемых поддиапазонов, которые генерируются блоком анализирующих фильтров. Например, сигнал, включающий ноту, которая проигрывается музыкальным инструментом, будет разделяться на сигналы анализируемых поддиапазонов, имеющие достаточно высокие амплитуды для тех поддиапазонов, которые соответствуют гармонической частоте проигранной ноты, в то время как другие поддиапазоны будут проявлять сигналы анализируемых поддиапазонов с низкими амплитудами.

Система также включает блок нелинейной обработки, предназначенный для генерирования сигнала синтезируемого поддиапазона с конкретной синтезируемой частотой путем модификации или вращения фазы первого и второго сигналов из набора сигналов анализируемых поддиапазонов и путем комбинирования сигналов анализируемых поддиапазонов с модифицированной фазой. В общем случае, первый и второй сигналы анализируемых поддиапазонов отличаются. Иными словами, они соответствуют различным поддиапазонам. Блок нелинейной обработки может включать т.н. блок обработки скрещивающихся членов, в котором, как правило, генерируется сигнал синтезируемого поддиапазона. Сигнал синтезируемого поддиапазона включает синтезируемую частоту. Как правило, сигнал синтезируемого поддиапазона включает частоты из определенного диапазона синтезируемых частот. Синтезируемая частота представляет собой частоту, находящуюся в пределах этого частотного диапазона, т.е. центральную частоту частотного диапазона. Синтезируемая частота, а также диапазон синтезируемых частот, как правило, превышает частоту перехода. Аналогично, сигналы анализируемых поддиапазонов включают частоты из определенного диапазона анализируемых частот. Эти диапазоны анализируемых частот, как правило, находятся ниже частоты перехода.

Операция модификации фазы может заключаться в преобразовании частот сигналов анализируемых поддиапазонов. Как правило, блок анализирующих фильтров дает на выходе комплексные сигналы поддиапазонов, которые могут быть представлены как комплексные экспоненциальные функции, включающие амплитуду и фазу. Фаза комплексного сигнала анализируемого поддиапазона соответствует частоте сигнала поддиапазона. Преобразование этих сигналов поддиапазонов посредством определенного порядка преобразования T' может быть выполнено путем возведения сигнала поддиапазона в степень порядка преобразования Т'. В результате получается фаза комплексного сигнала поддиапазона, умноженная на порядок преобразования Т'. В результате преобразованный сигнал поддиапазона проявляет фазу, или частоту, которая в Т' раз больше начальной фазы, или частоты. Такая операция модификации фазы также может называться вращением фазы или умножением фазы.

Кроме того, система включает блок синтезирующих фильтров, предназначенный для генерирования высокочастотной составляющей сигнала из сигнала синтезируемого поддиапазона. Иными словами, целью блока синтезирующих фильтров является объединение, возможно, набора сигналов синтезируемых поддиапазонов из, возможно, набора диапазонов синтезируемых частот и генерирование высокочастотной составляющей сигнала во временной области. Следует отметить, что для сигналов, содержащих основную частоту, например, основную частоту Ω, может быть полезно, чтобы блок синтезирующих фильтров и/или блок анализирующих фильтров проявлял разнос частот, который связан с основной частотой сигнала. В частности, может быть полезно выбирать блоки фильтров с достаточно низким разносом частот или достаточно высоким разрешением с целью разложения основной частоты Ω.

Согласно другой особенности изобретения, блок нелинейной обработки, или блок обработки скрещивающихся членов в блоке нелинейной обработки, включает блок преобразования первого и второго порядка с множеством входов и одним выходом, который генерирует сигнал синтезируемого поддиапазона из первого и второго сигналов анализируемых поддиапазонов, проявляющих, соответственно, первую и вторую анализируемые частоты. Иными словами, блок с множеством входов и одним выходом выполняет преобразование первого и второго сигналов анализируемых поддиапазонов и объединяет два преобразованных сигнала анализируемых поддиапазонов в сигнал синтезируемого поддиапазона. Первый сигнал анализируемого поддиапазона имеет модифицированную фазу, или его фаза является умноженной на первый порядок преобразования, при этом второй сигнал анализируемого поддиапазона имеет модифицированную фазу, или его фаза является умноженной на второй порядок преобразования. В случае комплексных сигналов анализируемых поддиапазонов указанная операция модификации фазы состоит в умножении фазы соответствующего сигнала анализируемого поддиапазона на соответствующий порядок преобразования. Два преобразованных сигнала анализируемых поддиапазонов комбинируются, давая комбинированный сигнал синтезируемого поддиапазона с синтезируемой частотой, которая соответствует первой анализируемой частоте, умноженной на первый порядок преобразования, плюс вторая анализируемая частота, умноженная на второй порядок преобразования. Этап комбинирования может состоять в перемножении двух преобразованных комплексных сигналов анализируемых поддиапазонов. Перемножение двух сигналов может состоять в перемножении их дискретных значений.

Вышеупомянутые особенности также могут быть выражены посредством формул. Пусть первая анализируемая частота ― ω, а вторая анализируемая частота ― (ω+Ω). Следует отметить, что эти переменные могут также представлять соответствующие диапазоны анализируемых частот двух сигналов анализируемых поддиапазонов. Иными словами, частота может подразумеваться как представляющая все частоты, заключаемые внутри конкретного частотного диапазона или частотного поддиапазона, т.е. первую и вторую анализируемые частоты также следует понимать как первый и второй диапазоны анализируемых частот или первый и второй анализируемые поддиапазоны. Кроме того, первым порядком преобразования может являться (T – r), а вторым порядком преобразования может являться r. Может оказаться полезным ограничить порядки преобразования так, чтобы Т > 1 и 1 ≤ r < Т. В этих случаях блок с множеством входов и одним выходом может давать на выходе сигналы синтезируемого поддиапазона с синтезируемой частотой .

Согласно еще одной особенности изобретения, система включает набор блоков с множеством входов и одним выходом и/или набор блоков нелинейной обработки, которые генерируют набор парциальных сигналов синтезируемых поддиапазонов, имеющих синтезируемую частоту. Иными словами, может генерироваться набор парциальных сигналов синтезируемых поддиапазонов, охватывающих тот же самый диапазон синтезируемой частоты. В этих случаях предусматривается блок суммирования поддиапазонов, предназначенный для комбинирования набора парциальных сигналов синтезируемых поддиапазонов. Тогда объединенные парциальные сигналы синтезируемых поддиапазонов представляют сигнал синтезируемого поддиапазона. Операция комбинирования может включать суммирование набора парциальных сигналов синтезируемых поддиапазонов. Также она может включать определение среднего сигнала синтезируемого поддиапазона из набора парциальных сигналов синтезируемых поддиапазонов, где парциальные сигналы синтезируемых поддиапазонов могут взвешиваться в соответствии с их значимостью для сигнала синтезируемого поддиапазона. Операция комбинирования также может включать выбор из набора одного или некоторых сигналов поддиапазонов, имеющих, например, амплитуду, которая превышает заранее заданное пороговое значение. Следует отметить, что может оказаться полезным, чтобы сигнал синтезируемого поддиапазона умножался на коэффициент усиления. Коэффициенты усиления, в особенности в тех случаях, когда присутствует набор парциальных сигналов синтезируемых поддиапазонов, могут вносить вклад в нормировку сигналов синтезируемых поддиапазонов.

Согласно еще одной особенности изобретения, блок нелинейной обработки также включает блок прямой обработки, предназначенный для генерирования дополнительного сигнала синтезируемого поддиапазона из третьего сигнала из набора сигналов анализируемых поддиапазонов. Указанный блок прямой обработки сигналов может реализовывать способы прямого преобразования, описанные, например, в документе WO 98/57436. Если система включает дополнительный блок прямой обработки, тогда может появиться необходимость в блоке суммирования поддиапазонов, предназначенном для комбинирования соответствующих сигналов синтезируемых поддиапазонов. Соответствующие сигналы синтезируемых поддиапазонов, как правило, представляют собой сигналы поддиапазонов, охватывающие один и тот же частотный диапазон и/или проявляющие одну и ту же синтезируемую частоту. Блок суммирования поддиапазонов может выполнять комбинирование в соответствии с описанными выше особенностями. Также он может игнорировать определенные сигналы синтезируемых поддиапазонов, в особенности сигналы, генерируемые блоками с множеством входов и одним выходом в тех случаях, когда минимальное значение амплитуды одного или нескольких сигналов анализируемых поддиапазонов, например, от скрещивающихся членов, вносящих вклад в сигнал синтезируемого поддиапазона, меньше заранее заданной доли амплитуды сигнала. Сигнал может представлять собой низкочастотную составляющую сигнала или отдельный сигнал анализируемого поддиапазона. Этот сигнал также может представлять собой отдельный сигнал синтезируемого поддиапазона. Иными словами, если энергия или амплитуда сигналов анализируемых поддиапазонов, используемых для генерирования сигнала синтезируемого поддиапазона, слишком мала, тогда этот сигнал синтезируемого диапазона может не использоваться для генерирования высокочастотной составляющей сигнала. Энергия, или амплитуда, может определяться для каждой дискретной составляющей или для набора дискретных составляющих сигналов анализируемых поддиапазонов, например, путем определения среднего по времени или среднего скользящего окна по ряду смежных дискретных значений.

Блок прямой обработки может включать блок третьего порядка преобразования T' с одним входом и одним выходом, генерирующий сигнал синтезируемого поддиапазона из третьего сигнала анализируемого поддиапазона, проявляющего третью анализируемую частоту, где третий сигнал анализируемого поддиапазона имеет модифицированную фазу, или его фаза умножена на третий порядок преобразования T', и где T' больше единицы. Тогда синтезируемая частота соответствует третьей анализируемой частоте, умноженной на третий порядок преобразования. Следует отметить, что этот третий порядок преобразования T', предпочтительно, равен системному порядку преобразования, представленному ниже.

Согласно еще одной особенности изобретения, блок анализирующих фильтров содержит N поддиапазонов с, в значительной мере, постоянным расстоянием между поддиапазонами Δω. Как указывалось выше, расстояние между поддиапазонами Δω может быть связано с основной частотой сигнала. Анализируемый поддиапазон связан с индексом анализируемого поддиапазона n, где n∈(1,…,N). Иными словами, анализируемые поддиапазоны блока анализирующих фильтров могут быть идентифицированы по индексу поддиапазона n. Сходным образом, сигналы анализируемых поддиапазонов, включающие частоты из частотного диапазона соответствующего анализируемого поддиапазона, могут быть идентифицированы по индексу поддиапазона n.

Блок синтезирующих фильтров на стороне синтеза содержит синтезируемый поддиапазон, который также связан с индексом синтезируемого поддиапазона n. Индекс синтезируемого поддиапазона также идентифицирует сигнал синтезируемого поддиапазона, который включает частоты из диапазона синтезируемых частот синтезируемого поддиапазона с индексом n. Если система имеет системный порядок преобразования, также называемый общим порядком преобразования Т, то синтезируемые поддиапазоны, как правило, обладают, в значительной мере, постоянным расстоянием между поддиапазонами Δω⋅T, т.е. расстояние между поддиапазонами для синтезируемых поддиапазонов в Т раз больше расстояния между поддиапазонами для анализируемых поддиапазонов. В этих случаях синтезируемый поддиапазон и анализируемый поддиапазон с индексом n содержат частотные интервалы, которые соотносятся друг с другом посредством множителя или системного порядка преобразования Т. Например, если частотный диапазон для анализируемого поддиапазона с индексом n равен [(n-1)⋅ω, n⋅ω], то частотный диапазон для синтезируемого поддиапазона с индексом n равен [T⋅(n-1)⋅ω,T⋅n⋅ω].

Если сигнал синтезируемого поддиапазона связан с синтезируемым поддиапазоном с индексом n, то еще одна особенность изобретения заключается в том, что этот сигнал синтезируемого поддиапазона с индексом n генерируется в блоке с множеством входов и одним выходом из первого и второго сигналов анализируемых поддиапазонов. Первый сигнал анализируемого поддиапазона связан с анализируемым поддиапазоном с индексом n-p₁, второй сигнал анализируемого поддиапазона связан с анализируемым поддиапазоном с индексом n+p₂.

Ниже описано несколько способов выбора пары смещений индексов (р₁, р₂). Выбор может выполняться т.н. блоком выбора индексов. Как правило, оптимальная пара индексов выбирается с целью генерирования сигнала синтезируемого поддиапазона с заранее определенной синтезируемой частотой. В первом способе смещения индексов p₁ и p₂ выбираются из ограниченного перечня пар (р₁, р₂), хранящегося в блоке хранения индексов. Пара (р₁, р₂) может быть выбрана из этого ограниченного перечня пар смещений индексов так, чтобы максимизировать минимальное значение из набора, включающего амплитуду первого анализируемого поддиапазона и амплитуду второго анализируемого поддиапазона. Иными словами, для каждой возможной пары смещений индексов p₁ и p₂ может быть определена амплитуда соответствующих сигналов анализируемых поддиапазонов. В случае комплексных сигналов анализируемых поддиапазонов амплитуда соответствует абсолютному значению. Амплитуда может быть определена для каждого дискретного значения или для набора дискретных значений сигнала анализируемого поддиапазона, например, путем определения среднего по времени или среднего скользящего окна по ряду смежных дискретных значений. На выходе получаются первая и вторая амплитуды соответственно, для первого и второго сигналов анализируемых поддиапазонов. Рассматриваются минимальные значения первой и второй амплитуд, и пара смещений индексов (р₁, р₂) выбирается для того значения, где минимальное значение амплитуды является наибольшим.

Во втором способе смещения индексов р₁ и р₂ выбираются из ограниченного перечня пар (р₁, р₂), где ограниченный перечень определяется по формулам p₁=r⋅I и p₂=(T-r)⋅I. В этих формулах I ― положительное целое число, принимающее значения от 1 до 10. Данный способ особенно полезен в тех ситуациях, когда первый порядок преобразования, используемый для преобразования первого анализируемого поддиапазона (n-p₁) равен (T-r), а второй порядок преобразования, используемый для преобразования второго анализируемого поддиапазона (n+p₂), равен r. Предполагая, что системный порядок преобразования является фиксированным, параметры I и r могут выбираться так, чтобы максимизировать минимальное значение набора, включающего амплитуду сигнала первого анализируемого поддиапазона и амплитуду сигнала второго анализируемого поддиапазона. Иными словами, параметры I и r могут выбираться при помощи вышеописанного подхода (max-min)-оптимизации.

В следующем способе выбор первого и второго сигналов анализируемых поддиапазонов может основываться на характеристиках основного сигнала. В особенности в том случае, если сигнал включает основную частоту Ω, т.е. если сигнал является периодическим и имеет характер последовательности импульсов, может оказаться полезным выбирать смещения индексов р₁ и р₂, принимая во внимание характеристики указанного сигнала. Основная частота Ω может определяться из низкочастотной составляющей сигнала или из оригинального сигнала, включающего обе, низкочастотную и высокочастотную составляющие. В первом случае, основная частота Ω может определяться в декодере сигнала с использованием высокочастотной реконструкции, в то время как во втором случае основная частота Ω, как правило, может определяться в кодировщике сигнала и затем передаваться в декодер сигнала. Если используется блок анализирующих фильтров с расстоянием между поддиапазонами Δω, и если первым порядком преобразования, используемым для преобразования первого анализируемого поддиапазона (n-p₁), является(T-r), а вторым порядком преобразования, используемым для преобразования второго анализируемого поддиапазона (n+p₂), является r, то р₁ и р₂ могут быть выбраны так, чтобы их сумма p₁ + p₂ приближенно равнялась частному Ω/Δω, а их частное p₁/p₂ приближенно равнялось r/(T-r). В частном случае p₁ и p₂ выбираются, так чтобы частное p₁/p₂ было равно r/(T-r).

Согласно еще одной особенности изобретения, система для генерирования высокочастотной составляющей сигнала также включает окно анализа, которое выделяет заранее определенный временной интервал низкочастотной составляющей около заранее определенного момента времени k. Система также может включать окно синтеза, которое выделяет заранее определенный интервал времени высокочастотной составляющей около заранее определенного момента времени k. Эти окна особенно полезны для сигналов с частотными компонентами, которые изменяются во времени. Они позволяют анализировать мгновенный частотный состав сигнала. В сочетании с блоками фильтров, типичный пример такого частотного анализа с временной зависимостью представляет кратковременное преобразование Фурье (STFT). Следует отметить, что часто окно анализа представляет собой версию окна синтеза с разбросом по времени. Для системы с системным порядком преобразования Т окно анализа во временной области может являться версией окна синтеза во временной области с разбросом по времени с коэффициентом расширения Т.

Согласно еще одному варианту осуществления изобретения описывается система для декодирования сигнала. Система принимает кодированную версию низкочастотной составляющей сигнала и включает блок преобразования, соответствующий системе, которая описана выше, и предназначенный для генерирования высокочастотной составляющей сигнала из низкочастотной составляющей сигнала. Как правило, подобные системы декодирования также включают базовый декодер, предназначенный для декодирования низкочастотной составляющей сигнала. Система декодирования также может включать повышающий дискретизатор, предназначенный для выполнения повышающей дискретизации низкочастотной составляющей, чтобы получить на выходе низкочастотную составляющую с повышенной дискретизацией. Это может потребоваться в случае, когда низкочастотная составляющая сигнала была подвергнута понижающей дискретизации в кодировщике, и использует тот факт, что низкочастотная составляющая, в сравнении с оригинальным сигналом, охватывает только диапазон пониженных частот. Кроме того, система декодирования может включать блок ввода, который предназначен для приема кодированного сигнала, включающего низкочастотную составляющую, и блок вывода, предназначенный для создания декодированного сигнала, включающего низкочастотную и генерированную высокочастотную составляющие.

Система декодирования также может включать регулятор огибающей, предназначенный для придания формы высокочастотной составляющей. Поскольку высокие частоты сигнала могут быть регенерированы из низкочастотного диапазона сигнала с использованием систем и способов высокочастотной реконструкции, описанных в настоящем документе, может оказаться полезным извлечение из оригинального сигнала информации, относящейся к огибающей спектра его высокочастотной составляющей. Информация об огибающей может затем передаваться в декодер с целью генерирования высокочастотной составляющей, являющейся хорошим приближением огибающей спектра высокочастотной составляющей оригинального сигнала. Эта операция, как правило, выполняется в регуляторе огибающей системы декодирования. Для приема информации, относящейся к огибающей высокочастотной составляющей сигнала, система декодирования может включать блок приема данных об огибающей. Регенерированная высокочастотная составляющая и декодированная и, возможно, подвергнутая повышающей дискретизации низкочастотная составляющая могут затем суммироваться в блоке суммирования составляющих, определяющем декодированный сигнал.

Как описано выше, система для генерирования высокочастотной составляющей может использовать информацию, относящуюся к сигналам анализируемых поддиапазонов, которые подвергаются преобразованию и комбинированию с целью генерирования индивидуального сигнала синтезируемого поддиапазона. Для этого система декодирования может дополнительно включать блок приема данных о выборе поддиапазона, предназначенный для приема информации, которая позволяет осуществлять выбор первого и второго сигналов анализируемых поддиапазонов, из которых будет генерироваться сигнал синтезируемого поддиапазона. Эта информация может относиться к определенным характеристикам кодированного сигнала, например, информация может быть связана с основной частотой Ω сигнала. Информация также может быть непосредственно связанной с анализируемыми поддиапазонами, которые нужно выбрать. Например, информация может включать перечень возможных пар первых и вторых сигналов анализируемых поддиапазонов или перечень пар (p₁, p₂) возможных смещений индексов.

Согласно еще одной особенности изобретения описывается кодированный сигнал. Кодированный сигнал включает информацию, относящуюся к низкочастотной составляющей кодированного сигнала, где низкочастотная составляющая включает набор сигналов анализируемых поддиапазонов. Кроме того, кодированный сигнал включает информацию, относящуюся к тем двум сигналам анализируемых поддиапазонов, которые должны быть выбраны для генерирования высокочастотной составляющей декодированного сигнала путем преобразования двух выбран