Устройство для кодирования и декодирования звуковых сигналов

 

Изобретение относится к вычислительной технике и технике связи. Его использование в цифровых системах записи,хранения , воспроизведения и передачи звуковых сигналов позволяет повысить пропускную способность устройства за счет повышения эффективности кодирования звуковых сигналов . Кодирующая часть устройства содержит фильтр 1 нижних частот, аналого-цифровой преобразователь 2, буферный блок 3 памяти, блок 4 прямого спектрального преобразования , преобразователь 7 кода с поблочноплавающей запятой и блок синхронизации. Благодаря введению матричного блока 5 памяти, мультиплексора 6 и делителя 8 частот в устройстве обеспечивается передача кода порядка не для одной выборки отсчетов, а для нескольких групп таких выборок. В декодирующей части (не показано) осуществляется обратное преобразование с мгновенным компандированием. 3 ил. Чм Ё

СОЮЗ СОВЕТСКИХ социалистических

РЕСПУБЛИК

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4410285/24 (22) 15.04.88 (46) 07.11.92. Бюл. N 41 . (71) Всесоюзный научно-исследовательский институт радиовещательного приема и акустики им. А.С.Попова (72) M.Н.Моисеев, Г.И.Власов, А,С.Грудинин и А.Н.Абрамов (56) Дворецкий И.М„Дриацкий И.Н. Цифровая передача сигналов звукового вещания.

M.: Радио и связь, 1987, с.62 — 65.

Авторское свидетельство СССР

N 1197085, кл. Н 03 M 3/00, 1984.

Авторское свидетельство СССР

N 1711331, кл. Н 03 М 3/00, 1987. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОДИРОВАНИЯ И

ДЕКОДИРОВАНИЯ ЗВУКОВЫХ СИГНАЛОВ (57) Изобретение относится к вычислительной технике и технике связи. его использоИзобретение относится к вычислительной технике и технике связи и может быть испольэовано в цифровых системах записи, хранения, воспроизведения и передачи звуковых сигналов.

Цель изобретения — повышение информативности устройства за счет повышения эффективности кодирования звукового сигнала.

На фиг.1 и 2 изображены блок-схемы соответственно кодирующей и декодирующей частей устройства; на фиг,3 приведены диаграммы заполнения матричного запоминающего блока.

„„5U„„1774499 А1 (я)л Н 03 М 3/00, Н 04 В 1/64, 14/04 вание в цифровых системах записи, хранения, воспроизведения и передачи звуковых. сигналов позволяет повысить пропускную способность устройства за счет повышения эффективности кодирования звуковых сигналов. Кодирующая часть устройства содержит фильтр 1 нижних частот. аналого-цифровой преобразователь 2, буферный блок 3 памяти, блок 4 прямого спектрального преобразования, преобразователь 7 кода с поблочноплавающей запятой и блок синхронизации.

Благодаря введению матричного блока 5 памяти, мультиплексора 6 и делителя 8 частот в устройстве обеспечивается передача кода порядка не для одной выборки отсчетов, а для нескольких групп таких выборок, 8 декодирующей части (не показано) осуществляется обратное преобразование с мгновенным компандированием. 3 ил.

Устройство состоит из кодирующей и декодирующей частей, соединенных каналом. связи. Кодирующая часть содержит фильтр 1 нижних частот (ФНЧ), аналогоцифровой преобразователь (АЦП) 2, буферный запоминающий блок 3, блок 4 прямого спектрального преобразования, матричный запоминающий блок 5, мультиплексор 6, преобразователь 7 кода с поблочно-плавающей запятой, делитель 8 частот и блок 9 синхронизации.

Декодирующая часть содержит (фиг.2) преобразователь 10 кода с мгновенным компандированием, демультиплексор 11, 1774499 матричный запоминающий блок 12, блок 13 обратного спектрального преобразования, цифроаналоговый преобразователь (ЦАП)

13, ФНЧ 15, делитель 16 частоты и блок 17 синхронизации.

В преобразователь 7 кода с поблочноплавающей запятой обьединены такие блоки прототипа (3): второй запоминающий блок, детектор порядка максимальной составляющей, регистр кода порядков, блок формирования адреса считывания мантиссы и формирователь потока порядков, Блок 9 синхронизации формирует на своих первом — седьмом выходах следующие сигналы (3): — сигнал с частотой 1д дискретизации импульсно-кодовой модуляции (ИКМ); — сигнал тактовой частоты fT, — сигнал с частотой fan смены блоков; — сигналы управления блоком формирования адреса считывания мантиссы в преобразователе 7 кода с частотами соответственно fcnos u fpasp — сигнал управления формирователем потока порядков в преобразователе 7 кода с периодом Т„,р, — сигнал границ частотных групп Т<р, Частоты сигналов fan и Тiр делятся в M раз (значение М поясняется ниже) делителем 8 частот, В преобразователь 10 кода с мгновенным компандированием объединены такие блоки прототипа (3): блок формирования адреса записи спектральных составляющих, регистр кода порядков и запоминающий блок.

Блок 17 синхронизации формирует на своих первом — шестом выходах следующие сигналы (3): 1д, 1т, дабл, слов разр Тпор

Устройство работает следующим образом.

Входной аналоговый сигнал подается на ФНЧ 1, который служит для устранения спектральных составляющих входного сигнала, лежащих выше частоты 1д/2, т.е. выполняет функцию так называемого антиэлайзингового фильтра, и в АЦП 2 преобразуется в цифровой вид ИКМ, Далее выборки по N отсчетов сигнала NKM накапливаются в буферном запоминающем блоке 3 и подвергаются спектральному преобразованию в блоке 4, например, дискретному косинусному преобразованию (ДКП). Вычисление ДКП обычно производится через вычисление дискретного преобразования Фурье, с которым ДКП имеет несложную аналитическую связь.

После преобразования в частотную область выборки по N спектральных отсчетов записывается в строки матричного запоминающего блока 5, При этом в его столбцах оказываются записанными спектральные составляющие с одинаковыми номерами в своих выборках, т.е, соответствующие оди5 наковым частотам и расположенные.в выборках, следующих по времени друг эа другом (фиг.3), В прототипе(3) при кодировании выборки из N спектральных коэффициентов ДКП

10 эти коэффициенты разбиваются на группы, соответствующие в теории восприятия звуковых сигналов частотным группам. Исследования показывают, что таких групп в полосе частот 20 — 16000 Гц 24, Каждая такая

15 группа представляется в коде с поблочноплавающей запятой, причем порядок выбирается по максимальному коэффициенту в группе, Далее в канал связи передаются усеченные мантиссы, разрядность которых

20 в зависимости от величины коэффициентов адаптивно меняется от выборки к выборке.

В рассматриваемом устройстве в виде кода с поблочно-плавающей запятой представляются коэффициенты, входящие в со25 став частотной группы не одной, а сразу нескольких выборок, следующих по времени друг за другом. Такое кодирование приводит к более эффективному представлению звукового сигнала.

30 Если в прототипе 24 группы частот передаютея для каждой выборки по N отсчетов, то в данном устройстве они передаются один раз для всей совокупности из М выборок, 35 Особенность работы преобразователя 7 кода состоит в том, что на его информацион- . ный вход подаются коэффициенты не одной, а нескольких выборок, т.е. вместо k-го коэффициента на вход преобразователя 7 прихо40 дят через мультиплексор 6 M k-ых коэффициентов от М выборок, накопленных в блоке 5. При этом сигнал Тгр блока 9 синхронизации, формирующий границы частотных групп, делится с помощью делителя 8

45 частот в М раз.

Заполнение блока 5 поясняет порядок расположения коэффициентов от М=З выборок. Верхний график временной диаграммы показывает сигналы на

50 информационном входе преобразователя

7 кода, нижний — на синхронизирующем (шестом) его входе, определяющем границы групп коэффициентов, представляемых с поблочно-плавающей запятой.

55 Сформированный таким образом сигнал передается через канал связи.в декодирующую часть.

Сигнал иэ канала связи поступает на вход преобразователя 10.кода, в котором от вида с поблочно-плавающей запятой он

1774499 приводится к виду с мгновенным компандированием.

Преобразователь 10 работает как такой же преобразователь в прототипе (3). Отличия те же, что описаны для работы преобразователя 7 кода кодирующей части, а именно: на синхронизирующий (пятый) вход поступают сигналы, определяющие границы групп, через делитель 16 частоты, т.е. в"М раз реже, и на выходе вместо одного k-ro коэффициента вырабатывается M k-ых коэффициентов для М выборок.

После преобразования к виду с мгновенным компандированием коэффициенты записываются через демультиплексор 11 в матричный запоминающий блок 12 таким образом, что.в строках оказываются записанными выборки по N отсчетов в том же порядке, как они были записаны в блоке 5 кодирующей части, Далее над каждой строкой блока 12 производится обратное спектральное преобразование в блоке 13 и с помощью ЦАП 14 и.

ФНЧ 15 сигнал преобразуется из цифрово. го в аналоговый вид.

В данном устройстве в дополнение к использованному в прототипе эффекту маскировки одновременно звучащих спектральных составляющих удалось использовать еще одно свойство слухового восприятия звука — эффекту пост- и предмаскировки сигналов, следующих по времени друг за другом. Эти эффекты заключаются в том, что большой по уровню сигнал маски. рует слабые сигналы, следующие непосредственно до и после него. Полный временной интервал маскировки, по данным многочисленных исследований, около 200 мс. Исхо дя из этого, можно вычислить, сколько выборок M по К отсчетов можно совместно кодировать, чтобы эффекты маскировки по частоте и по времени нейтрализовали вносимые искажения сигнала и делали их незаметными на слух. Устройство наиболее эффективно при использовании в кодере преобразователя кода, расходующего относительно большое количество разрядов на представление порядка, например при хранении и передаче речевых сигналов, поскольку в таких систе-, мах не предьявляются требования к полному отсутствию искажений и, следовательно, малое количество разрядов расходуется на представление мантисс, но большое.— на представление порядков. Отсюда возрастает и степень повышения эффективности кода.

Формула изобретения

Устройство для кодирования и декодирования звуковых сигналов, содержащее в кодирующей части фильтр нижних частот, вход которого является входом устройства, а выход соединен с информационным входом аналого-цифрового преобразователя.

5 выходы которого подключены к информационным входам буферного запоминающего блока, выходы которого соединены с информационными входами блока прямого спектрального преобразования, преоб10 разователь кода с поблочно-плавающей запятой, блок синхронизации, первый выход которого подключен к входу дискретизациии аналого-цифрового преобразователя и первым управляющим входам буферного

15 запоминающего блока, блока прямого спектрального преобразования и преобразователя кода с поблочно-плавающей запятой, второй и третий выходы блока синхронизации соединены с одноименными управляю20 щими входами буферного запоминающего блока и блока прямого спектрального преобразования, четвертый — шестой выходы блока синхронизации подключены соответственно к второму — четвертому управляю25 щим входам преобразователя кода с поблочно-плавающей запятой, в декодирующей части — преобразователь кода с мгновенным компандированием, блок обратного спектрального преобразования, выходы ко30 торого подключены к информационным входам цифроаналогового преобразователя, выход которого через фильтр нижних частот соединен с выходом устройства, блок синхронизации, первый выход которого

35 подключен к входу дискретизации цифроаналогового преобразователя и первому управляющему входу блока обратного спектрального преобразования, второй выход блока синхронизации соединен с вто40 рым управляющим входом блока обратного спектрального преобразования и первым управляющим входом преобразователя кода с мгновенным компандированием, третий выход блока синхронизации подключен

45 к третьему управляющему входу блока обратного спектрального преобразования, четвертый — шестой выходы блока синхронизации соединены соответственно с вторым — четвертым управляющими входами

50 преобразователя кода с мгновенным компандированием, выход преобразователя кода с поблочно-плавающей запятой через канал связи соединен с информационным входом преобразователя кода с мгновен55 ным компандированием, о т л и ч а ю щ е ес я тем, что, с целью повышения информативности устройства за счет повь шения эффективности кодирования зоукового сигнала, в кодирующую часть введены матричный запоминающий блок, мулi,т плек1774499 сор и делитель частот, первый вход которого подключен к третьему выходу блока синхронизации, седьмой выход которого соединен с вторым входом делителя частот, первый и второй выходы которого подключены соответственно к пятому и шестому управляющим входам преобразователя кода с поблочно-плавающей запятой, выходы блока прямого спектрального преобразования соединены с информационными входами матричного запоминающего блока, первый управляющий вход которого подключен к первому выходу блока синхронизации, выходы матричного запоминающего блока соединены с информационными входами мультиплексора, управляющий вход которого объединен с вторым управляющим входом матричного запоминающего блока и подключен к второму выходу блока синхронизации, выходы мультиплексора соединены с информационными входами преобразователя кода с поблочно-плавающей запятой, в декодирующую часть введены матричный запоминающий блок, демультиплексор и делитель частоты, вход которого

5 подключен к третьему выходу блока синхронизации, выход делителя частоты соединен с пятым управляющим входом преобразователя кода с мгновенным компандированием, выходы которого подключены к

10 информационным входам демультиплексора, управляющий вход которого объединен с первым управляющим входом матричного. запоминающего блока и подключен к второму выходу блока синхронизации, выходы

15 демультиплексора соединены с информационными входами матричного запоминающего блока, второй управляющий вход и выходы которого подключены соответственно к первому выходу блока синхронизации

20 и информационным входам блока обратного спектрального преобразования.

1774499

Составитель Q. Ревинский

Техред М.Моргентал . Корректор И. Шмакова

Редактор

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Óæãoðoä, ул.Гагарина, 101

Заказ 3936 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5