Signalprozessorgeeignete Audiocodierung mit geringer Latenzzeit durch iterative symmetrische interpolierende Wavelets
Seiten
2011
Winter Industries (Verlag)
978-3-86624-535-8 (ISBN)
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Die Codierung von Mikrofonsignalen zur drahtlosen digitalen Übertragung erfordert eine maximale Latenzzeit von zwei Millisekunden, um auch für Anwendungen geeignet zu sein, die dem Sprecher oder Musiker die eigene Darbietung als Monitorsignal zur Verfügung stellen. Da jedoch für jeden einzelnen der digital übertragenen Mikrofonkanäle lediglich eine Bandbreite von 200kHz zur Verfügung steht, wird die den einzelnen Mikrofonsignalen verfügbare Datenrate bei binärer Codierung auf maximal 200kbit/s begrenzt.
Die hohen Dynamikanforderungen typischer Mikrofonsignale stellen zusätzliche Anforderungen an diesen Codierer. Erschwerend kommt hinzu, dass psychoakustische Verfahren, die Verdeckungseffekte des menschlichen Hörsinns zur Verbesserung der subjektiv wahrnehmbaren Qualität ausnutzen, nicht verwendet werden können, da Filterbänke, die eine Frequenzauflösung der kritischen Bänder ermöglichen, aufgrund zu hoher Gruppenlaufzeiten nicht verwendet werden können.
Die Untersuchung der bekannten Verfahren zur Audiocodierung mit geringer Latenzzeit zeigt, dass keines der kommerziell verfügbaren Codierverfahren die von uns gestellten Anforderungen hinsichtlich Dynamik und Signal/Rauschabstand bei einer gegebenen Datenrate und vor allem der erzielten Latenzzeit erfüllt.
Zur Codierung werden Wavelet-Filterbänke verwendet, da diese bei geringer Selektivität eine minimale Latenz ermöglichen. Durch zeitdiskrete Wavelets können Signale zur Codierung mit hoher Lokalisierung sowohl im Zeit- als auch im Frequenzbereich zerlegt werden. Sowohl die Encodierung als auch die Decodierung erfolgt in einem Datenstrom, da auf diese Weise durch Vermeidung einer blockbasierten Signalverarbeitung die Latenz zusätzlich verringert werden kann.
Die Wavelettransformation kann sehr effizient durch das Lifting-Schema implementiert werden. Durch Kaskadierung des Lifting-Schemas lassen sich sehr effiziente Multiraten-Polyphasen Filterbänke mit dyadischer Frequenzbandaufteilung realisieren.
Zur Konstruktion der Multiraten-Polyphasen-Filterbänke, die zur Implementierung der Waveletanalyse und -synthese verwendet werden, wird eine Entwurfsmethode vorgeschlagen, die eine gleichmäßige Verteilung der Rechenlast durch Synchronisation des Algorithmus zum Abtasttakt des Eingangssignals ermöglicht. Hierdurch fällt durch die Rechenlast keine zusätzliche Signallatenz an, so dass sich die Gesamtlatenz des Codierers bereits anhand der Entwurfsmethode zuverlässig bestimmen lässt.
Die eigentliche Codierung erfolgt durch adaptive Bitgruppenzuteilung abhängig von der Signalstatistik der Teilbänder. Durch Spektralformung des Quantisierungsfehlers und Anwendung von additivem Dither vor der Quantisierung der Teilbandsignale lässt sich die subjektiv erzielbare Audioqualität signifikant verbessern.
Die hohen Dynamikanforderungen typischer Mikrofonsignale stellen zusätzliche Anforderungen an diesen Codierer. Erschwerend kommt hinzu, dass psychoakustische Verfahren, die Verdeckungseffekte des menschlichen Hörsinns zur Verbesserung der subjektiv wahrnehmbaren Qualität ausnutzen, nicht verwendet werden können, da Filterbänke, die eine Frequenzauflösung der kritischen Bänder ermöglichen, aufgrund zu hoher Gruppenlaufzeiten nicht verwendet werden können.
Die Untersuchung der bekannten Verfahren zur Audiocodierung mit geringer Latenzzeit zeigt, dass keines der kommerziell verfügbaren Codierverfahren die von uns gestellten Anforderungen hinsichtlich Dynamik und Signal/Rauschabstand bei einer gegebenen Datenrate und vor allem der erzielten Latenzzeit erfüllt.
Zur Codierung werden Wavelet-Filterbänke verwendet, da diese bei geringer Selektivität eine minimale Latenz ermöglichen. Durch zeitdiskrete Wavelets können Signale zur Codierung mit hoher Lokalisierung sowohl im Zeit- als auch im Frequenzbereich zerlegt werden. Sowohl die Encodierung als auch die Decodierung erfolgt in einem Datenstrom, da auf diese Weise durch Vermeidung einer blockbasierten Signalverarbeitung die Latenz zusätzlich verringert werden kann.
Die Wavelettransformation kann sehr effizient durch das Lifting-Schema implementiert werden. Durch Kaskadierung des Lifting-Schemas lassen sich sehr effiziente Multiraten-Polyphasen Filterbänke mit dyadischer Frequenzbandaufteilung realisieren.
Zur Konstruktion der Multiraten-Polyphasen-Filterbänke, die zur Implementierung der Waveletanalyse und -synthese verwendet werden, wird eine Entwurfsmethode vorgeschlagen, die eine gleichmäßige Verteilung der Rechenlast durch Synchronisation des Algorithmus zum Abtasttakt des Eingangssignals ermöglicht. Hierdurch fällt durch die Rechenlast keine zusätzliche Signallatenz an, so dass sich die Gesamtlatenz des Codierers bereits anhand der Entwurfsmethode zuverlässig bestimmen lässt.
Die eigentliche Codierung erfolgt durch adaptive Bitgruppenzuteilung abhängig von der Signalstatistik der Teilbänder. Durch Spektralformung des Quantisierungsfehlers und Anwendung von additivem Dither vor der Quantisierung der Teilbandsignale lässt sich die subjektiv erzielbare Audioqualität signifikant verbessern.
| Reihe/Serie | Dissertation Premium ; 1635 |
|---|---|
| Sprache | deutsch |
| Maße | 150 x 210 mm |
| Gewicht | 388 g |
| Einbandart | Paperback |
| Themenwelt | Technik ► Elektrotechnik / Energietechnik |
| Schlagworte | Audiocodierung • Interpolation • Lifting-Schema • Wavelet, |
| ISBN-10 | 3-86624-535-1 / 3866245351 |
| ISBN-13 | 978-3-86624-535-8 / 9783866245358 |
| Zustand | Neuware |
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