Устройство для кодирования и декодирования звуковых сигналов

(51) Я К ычислительможет быть мах записи ередачи зву ние инфорповышения кового сигнала.На фиг.1 и 2 и соответственно код щей частей устройст диаграммы эаполне нающего блока. ображены рующей и ва; на фиг, ия матрич блок-схемы декодируюприведенц ого запомиГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР ИСАНИЕ ИЗО ТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬС(71) Всесоюзный научно-исследовательский институт радиовещательного приема и акустики им. А.С,Попова(56) Дворецкий И.МДриацкий И.Н. Цифровая передача сигналов звукового вещания, М,: Радио и связь, 1987, с.62-65.Авторское свидетельство СССР М 1197085, кл. Н 03 М 3/00, 1984.Авторское свидетельство СССР М 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 относит ой технике и технике св и спольэовано в цифровы ст ранения, воспроизведен и овых сигналов,Цель изобретения - повыш мативности устройства за сче ффективности кодирования э 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. ство состоит из кодирующей ищей частей, соединенных кана- ОКодирующая часть содержит Онижних частот (ФНЧ), аналогореобрэзователь (АЦП) 2, буфер- ):инающий блок 3, блок 4 прямого аого преобразования, матричныйщий блок 5, мультиплексор 6,ватель 7 кода с поблочно-плаваюой, делитель 8 частот и блок 9ации.рующая часть содержит (фиг.2)ватель 10 кода с мгновеннымованием, демультиплексор 11,Устрои декодирую лом.связи фильтр 1 цифровой и нцй запом спектральн запоминаю преобразо щей запят синхрониз Декоди преобразо компандирматричный запоминающий блок 12, блок 13обратного спектрального преобразования,цифроаналоговый преобразователь (ЦАП)13, ФНЧ 15, делитель 16 частоты и блок 17синхронизации.В преобразователь 7 кода с поблочноплавающей запятой обьединены такие блоки прототипа 3: второй запоминающийблок, детектор порядка максимальной составляющей, регистр кода порядков, блокформирования адреса считывания мантиссы и формирователь потока порядков,Блок 9 синхронизации формирует насвоих первом - седьмом выходах следующие сигналы 3:- сигнал с частотой 1 д дискретизацииимпульсно-кодовой модуляции (ИКМ);- сигнал тактовой частоты т,- СИГНаЛ С Чаетатай 1 бл СМЕНЫ бЛОКОВ;- сигналы управления блоком формирования адреса считывания мантиссы впреобразователе 7 кода с частотами соответственно 1 слол и 1 разр- сигнал управления формирователемпотока порядков в преобразователе 7 кодас периодом Тпор,- сигнал границ частотных групп Тгр,ЧаСтстЫ СИГНаЛОВ дабл И Тгр дЕЛятея В Мраз (значение М поясняется ниже) делителем 8 частот,В преобразователь 10 кода с мгновенным компандированием объединены такиеблоки прототипа 3: блок формирования адреса записи спектральных составляющих,регистр кода порядков и запоминающийблок.Блок 17 синхронизации формирует насвоих первом - шестом выходах следующиесигналы 3: 1 д, 1 т, дабл, 1 слоВ, рэЗр, ТпорУстройство работает следующим образом.Входной аналоговый сигнал подаетсяна ФНЧ 1, который служит дпя устраненияспектральных составляющих входногосигнала, лежащих выше частоты 1 д/2, т.е.выполняет функцию так называемого антиэлайзингового фильтра, и в АЦП 2 преобразуется в цифровой вид ИКМ, Далеевыборки по й отсчетов сигнала ИКМ накапливаются в буферном запоминающемблоке 3 и подвергаются спектральному преобразованию в блоке 4, например, дискретному косинусному преобразованию(ДКП), Вычисление ДКП обычно производится через вычисление дискретногопреобразования Фурье, с которым ДКПимеет несложную аналитическую связь.После преобразования в частотную область выборки по М спектральных отсчетовзаписывается в строки матричного запоминающего блока 5, При этом в его столбцахоказываются записанными спектральныесоставляющие с одинаковыми номерами всвоих выборках, т.е, соответствующие оди 5 наковым частотам и расположенные в выборках, следующих по времени друг эадругом фиг.З),В прототипе 3 при кодировании выборки из К спектральных коэффициентов ДКП10 эти коэффициенты разбиваются на группы,соответствующие в теории восприятия звуковых сигналов частотным группам, Исследования показывают, что таких групп вполосе частот 20 - 1 6000 Гц 24, Каждая такая15 группа представляется в коде с поблочноплавающей запятой, причем порядок выбирается по максимальному коэффициенту вгруппе, Далее в канал связи передаютсяусеченные мантиссы, разрядность которых20 в зависимости от величины коэффициентовадаптивно меняется от выборки к выборке,В рассматриваемом устройстве в видекода с поблочно-плавающей запятой представляются коэффициенты, входящие в со 25 став частотной группы не одной, а сразунескольких выборок, следующих по временидруг за другом. Такое кодирование приводитк более эффективному представлению звукового сигнала.30 Если в прототипе 24 группы частот передаютея для каждой выборки по М отсчетов, то в данном устройстве они передаютсяодин раз для всей совокупности из М выборок,35 Особенность работы преобразователя 7кода состоит в том, что на его информационный вход подаются коэффициенты не одной,а нескольких выборок, т.е. вместо К-го коэффициента на вход преобразователя 7 прихо 40 дят через мультиплексор 6 М М-ыхкоэффициентов от М выборок, накопленныхв блоке 5. При этом сигнал Тгр блока 9 синхронизации, формирующий границы частотных групп, делится с помощью делителя 845 частот в М рэз.Заполнение блока 5 поясняет порядокрасположения коэффициентов от М=З выборок. Верхний график временной диаграммы показывает сигналы на50 информационном входе преобразователя7 кода, нижний - на синхронизирующем(шестом) его входе, определяющем границы групп коэффициентов, представляемыхс поблочно-плавающей запятой,55 Сформированный таким образом сигнал передается через канал связи.в декодирующую часть,Сигнал иэ канала связи поступает навход преобразователя 10 кода, в котором отвида с поблочно-плавающей запятой онприводится к виду с мгновенным компандированием.Преобразователь 10 работает как такойже преобразователь в прототипе 3. Отличия те же, что описаны для работы преобразователя 7 кода кодирующей части, аименно: на синхронизирующий (пятый) входпоступают сигналы, определяющие границы групп, через делитель 16 частоты, т.е. в".М раз реже, и на выходе вместо одного М-гокоэффициента вырабатывается М М-ых коэффициентов для М выборок.После преобразования к виду с мгновенным компандированием коэффициентызаписываются через демультиплексор 11 вматричный запоминающий блок 12 такимобразом, что.в строках оказываются записанными выборки по И отсчетов в том жепорядке, как они были записаны в блоке 5кодирующей 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 цифрового в аналоговый вид,В данном устройстве в дополнение киспользованному в прототипе эффектумаскировки одновременно звучащихспектральных составляющих удалось использовать еще одно свойство слуховоговосприятия звука - эффекту пост- и предмаскировки сигналов, следующих по временидруг за другом. Эти эффекты заключаются втом, что большой по уровню сигнал маски. рует слабые сигналы, следующие непосредственно до и после него. Полный временнойинтервал маскировки, по данным многочисленных исследований, около 200 мс. Исходя из этого, можно вычислить, скольковыборок М по К отсчетов можно совместнокодировать, чтобы эффекты маскировки почастоте и по времени нейтрализовали вносимые искажения сигнала и делали их незаметными на слух.Устройство наиболее эффективно прииспользовании в кодере преобразователякода, расходующего относительно большоеколичество разрядов на представление порядка, например при хранении и передачеречевых сигналов, поскольку в таких систе-,мах не предьявляются требования к полному отсутствию искажений и, следовательно,малое количество разрядов расходуется напредставление мантисс, но большое. - напредставление порядков. Отсюда возрастает и степень повышения эффективности кода.Формула изобретенияУстройство 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, преоб разователь кода с поблочно-плавающейзапятой, 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 управляю щими входами буферного запоминающегоблока и блока прямого спектрального преобразования, четвертый - шестой выходы блока синхронизации подключены соответственно к второму - четвертому управляю щим входам преобразователя кода споблочно-плавающей запятой, в декодирующей части - преобразователь кода с мгновенным компандированием, блок обратного спектрального преобразования, выходы ко 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 вто рым управляющим входом блока обратногоспектрального 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 мгновен ным компандированием, о т л и ч а ю щ е ес я тем, что, с целью повышения информативности устройства за счет повышения эффективности кодирования зоукового сигнала, в кодирующую часть введены матричный запоминающий блок, мул,тчплек 1774499сор 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 Б 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 едактор аказ 3936 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ ССС 113035, Москва, Ж, Раущская наб., 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г.Ужгород, ул.Гага остав ехред ь О. РевинскийМоргентал . Корректор И. Шмаков