Signalprozessorgeeignete Audiocodierung mit geringer Latenzzeit durch iterative symmetrische interpolierende Wavelets:
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| Published: |
Berlin
dissertation.de
2011
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INHALTSVERZEICHNIS
1 EINLEITUNG 1
1.1 UEBERBLICK 3
1.2 AUDIOKOMPRESSION FUER DRAHTLOSE MIKROFONTECHNIK 4
1.3 DIE DIGITALE DIVIDENDE -AUSVERKAUF DER UHF FREQUENZBAENDER . .. 5
1.4 ANALOGE UND DIGITALE DRAHTLOSE UEBERTRAGUNGSSTRECKEN 5
2 ANFORDERUNGEN AN DIGITALE AUDIOCODIERUNG FUER DIE DRAHTLOSE MI-
KROFONTECHNIK 9
2.1 ANFORDERUNG HINSICHTLICH DER LATENZZEIT 9
2.2 WEITERE ANFORDERUNGEN AN DIE TECHNISCHEN EIGENSCHAFTEN 10
2.3 AMPLITUDENSPEKTREN TYPISCHER MIKROFONSIGNALE 11
2.4 DYNAMIKANFORDERUNGEN TYPISCHER MIKROFONSIGNALE 13
3 VERFAHREN UND ANSAETZE ZUR AUDIODATENCODIERUNG MIT GERINGER LA-
TENZZEIT 17
3.1 KLASSIFIZIERUNG VON AUDIOCODIERVERFAHREN 17
3.2 DYNAMIKREDUZIERENDE VERFAHREN 19
3.2.1 DIGITALE NACHBILDUNG ANALOGER KOMPANDERSYSTEME 19
3.3 DATENREDUZIERENDE TRANSFORMATIONSCODIERUNG 22
3.3.1 MPEG-4 AAC LOW DELAY 22
3.3.2 G.722.1C 23
3.3.3 CELT 25
3.4 TEILBANDCODIERUNG 28
3.4.1 SPRACHCODER 29
3.4.2 G.722 29
3.4.3 APT-X 29
3.4.4 PHILIPS SUBBAND CODER (SBC) 31
3.4.5 Z.PAC 32
3.4.6 LOWPAC 33
3.5 LINEARE PRAEDIKTION 34
3.5.1 LINEARE PRAEDIKTION MIT FREQUENZVERZERRTER VOR- UND NACHFILTE- RUNG
35
3.5.2 FRAUNHOFER ULTRA LOW DELAY (ULD) CODER 38
3.5.3 VERZOEGERUNGSFREIE AUDIOCODIERUNG 41
BIBLIOGRAFISCHE INFORMATIONEN HTTP://D-NB.INFO/101535887X
DIGITALISIERT DURCH
IMAGE 2
INHALTSVERZEICHNIS
3.6 WEITERE CODIERUNGSVERFAHREN 44
3.6.1 SPHAERISCHE LOGARITHMISCHE QUANTISIERUNG 44
3.6.2 VERLUSTFREIE AUDIODATENCODIERUNG 45
3.7 VERGLEICHENDE UEBERSICHT DER EIGENSCHAFTEN VON CODIERUNGSVERFAHREN
MIT GERINGER LATENZZEIT 48
3.8 NOTWENDIGKEIT EINES NEUEN AUDIOCODIERVERFAHRENS MIT GERINGER LA-
TENZZEIT 51
3.9 WARUM LOHNT ES SICH, ETWAS NEUES ZU ENTWICKELN? 51
3.10 WELCHE VORTEILE WERDEN ERREICHT? 51
WAVELETS ZUR AUDIODATENCODIERUNG MIT GERINGER LATENZZEIT 53 4.1 WOZU
WAVELETS? 53
4.2 WAVELETANALYSE UND -SYNTHESE 54
4.3 ZEITKONTINUIERLICHE WAVELET-TRANSFORMATION 55
4.3.1 ZEITKONTINUIERLICHE WAVELETS 55
4.3.2 BESTIMMUNG DER WAVELETKOEFFIZIENTEN 58
4.3.3 ZEITKONTINUIERLICHE SKALIERUNGSFUNKTIONEN 60
4.4 ZEITDISKRETE WAVELET-TRANSFORMATION 61
4.4.1 DISKRETE WAVELETS 61
4.4.2 DISKRETE SKALIERUNGSFUNKTIONEN 61
4.5 HAAR FILTERBANK 62
4.5.1 HAAR-WAVELET UND -SKALIERUNGSFUNKTION 62
4.5.2 ABTASTRATENREDUZIERUNG UND -INTERPOLATION 64
4.5.3 PERFEKTE REKONSTRUKTION 65
4.5.4 PRODUKTFILTER UND HALBBANDBEDINGUNG 66
4.6 SYSTEME MIT MEHREREN ABTASTRATEN (MULTIRATENSYSTEME) 67 4.6.1
KASKADIERTE FILTERBAENKE 67
4.6.2 FILTERBAENKE UND WAVELETS 68
4.7 BIORTHOGONALITAET 74
4.7.1 DAS WAVELET CRIME 76
4.7.2 VORTEILE BIORTHOGONALER FILTER 78
4.8 FILTER MIT MAXIMAL FLACHEN AMPLITUDENFREQUENZGAENGEN 78 4.8.1
REGULARITAETSANFORDERUNGEN AN FILTER UND WAVELETS 80 4.8.2 VERSCHWINDENDE
MOMENTE 80
4.8.3 SYMMETRIEANFORDERUNGEN 82
4.9 KRITISCHE DISKUSSION 83
DIE IMPLEMENTIERUNG 85
5.1 EFFIZIENTE IMPLEMENTIERUNG DER WAVELETANALYSE UND -SYNTHESE 85 5.2
LIFTING-SCHEMA ZUR FAKTORISIERUNG NICHTREKURSIVER FILTER 85 5.2.1 DAS
LAZY WAVELET 86
5.2.2 PRAEDIKTION DER DETAILS 87
5.2.3 KORREKTUR DER MITTELWERTE 88
5.2.4 VERALLGEMEINERTES LIFTING-SCHEMA 90
5.2.5 DIE POLYPHASENMATRIX 91
5.2.6 DER EUKLLDISCHE ALGORITHMUS 93
5.3 COHEN-DAUBECHIES-FEAUVEAU CDF-9/7 FILTER 94
IMAGE 3
INHALTSVERZEICHNIS
5.3.1 BLOCKBASIERTE IMPLEMENTIERUNG DES CDF-9/7 FILTERS DURCH DAS
LIFTING-SCHEMA 95
5.3.2 DATENSTROMBASIERTE IMPLEMENTIERUNG DES CDF-9/7 FILTERS DURCH DAS
LIFTING-SCHEMA 97
5.3.3 . MULTIRATEN-POLYPHASEN-IMPLEMENTIERUNG DES LIFTING-SCHEMAS . 97
5.3.4 DATENSTROMBASIERTE MULTIRATEN-POLYPHASEN IMPLEMENTIERUNG DES
CDF-9/7 FILTERS DURCH DAS LIFTING-SCHEMA 101 5.3.5 BESTIMMUNG DER
PIPELINEDIMENSION 104
5.4 KUBISCHES LIFTING DURCH SWELDENS SWE-13/7 FILTER 105 5.4.1
BLOCKBASIERTE IMPLEMENTIERUNG DES SWE-13/7 FILTERS DURCH DAS
LIFTING-SCHEMA 109
5.4.2 DATENSTROMBASIERTE IMPLEMENTIERUNG DES SWE-13/7 FILTERS DURCH DAS
LIFTING-SCHEMA 110
5.4.3 DATENSTROMBASIERTE MULTIRATEN-POLYPHASEN IMPLEMENTIERUNG DES
SWE-13/7 FILTERS DURCH DAS LIFTING-SCHEMA 110 5.4.4 BESTIMMUNG DER
PIPELINEDIMENSION 111
5.5 INTERPOLIERENDE FILTER NACH DESLAURIERS UND DUBUC 114 5.5.1
BLOCKBASIERTE IMPLEMENTIERUNG SYMMETRISCH ITERATIVER INTER- POLATION
NACH DESLAURIERS UND DUBUC 116
5.5.2 DATENSTROMBASIERTE IMPLEMENTIERUNG SYMMETRISCH ITERATIVER
INTERPOLATION NACH DESLAURIERS UND DUBUC 117 5.5.3 DATENSTROMBASIERTE
MULTIRATEN-POLYPHASEN IMPLEMENTIERUNG SYMMETRISCH ITERATIVER
INTERPOLATION NACH DESLAURIERS UND
DUBUEC 119
5.5.4 BESTIMMUNG DER PIPELINEDIMENSION 119
5.6 ITERATIVE SYMMETRISCHE INTERPOLIERENDE SKALIERUNG (ISIS) 119 5.6.1
DIE KONSTRUKTION ITERATIVER SYMMETRISCH INTERPOLIERENDER SKA-
LIERUNGSFUNKTIONEN 123
5.6.2 ZUSAMMENHANG ZWISCHEN ITERATIVER SYMMETRISCHER INTERPOLA- TION UND
DISKRETEN WAVELETS 128
5.6.3 ZUSAMMENHANG ZWISCHEN ITERATIVER SYMMETRISCHER INTERPOLA- TION UND
DEM SHANNONSCHEN ABTASTTHEOREM 130 5.6.4 STRANG-FIX-KRITERIUM [155] 131
5.6.5 ITERATIVE SYMMETRISCHE INTERPOLATION NACH DESLAURIERS UND DUBUC
UND STRANG-FIX-KRITERIUM 132
5.6.6 IMPLIZITE INTERPOLIERENDE WAVELETBASIS 132
5.6.7 BLOCK- UND DATENSTROMBASIERTE ANALYSE UND SYNTHESE ITERATI- VER
SYMMETRISCH INTERPOLIERENDER SKALIERUNGSFUNKTIONEN (ISIS) 134 5.6.8
MULTIRATEN-POLYPHASEN-IMPLEMENTIERUNG ITERATIVER SYMMETRI- SCHER
INTERPOLIERENDER SKALIERUNGSFUNKTIONEN (ISIS) 134 5.6.9 BESTIMMUNG DER
PIPELINEDIMENSION 135
5.7 ERGEBNISSE DER SIMULATION 135
5.7.1 COHEN-DAUBECHIES-FEAUVEAU CDF-9/7 FILTERBANK . . .. 137 5.7.2
SWELDENS SWE-13/7 FILTERBANK 137
5.7.3 INTERPOLIERENDE FILTERBANK NACH DESLAURIERS UND DUBUC . . 138
IMAGE 4
INHALTSVERZEICHNIS
5.7.4 FILTERBANK MIT ITERATIV SYMMETRISCH INTERPOLIERENDEN SKALIE-
RUNGSFUNKTIONEN (ISIS) 138
5.8 MESSERGEBNISSE AN EINER IMPLEMENTIERUNG DER DATENSTROMBASIERTEN
REKONSTRUKTION AUF EINEM SIGNALPROZESSOR 138
5.8.1 COHEN-DAUBECHIES-FEAUVEAU CDF-9/7 FILTERBANK . . .. 140 5.8.2
SWELDENS SWE-13/7 FILTERBANK 140
5.8.3 INTERPOLIERENDE FILTERBANK NACH DESLAURIERS UND DUBUC . . 142
5.8.4 FILTERBANK MIT ITERATIV SYMMETRISCH INTERPOLIERENDEN SKALIE-
RUNGSFUNKTIONEN (ISIS) 142
5.9 SIMULATION DER AUSWIRKUNGEN DER FILTERBAENKE AUF CODIERARTEFAKTE
DURCH ZONAL SAMPLING 142
6 AUDIODATENCODIERUNG DURCH ADAPTIVE BITZUTEILUNG 147
6.1 DATENCODIERUNG 147
6.2 CODIERUNGSGEWINN 148
6.3 ADAPTIVE BITZUTEILUNG ZUR DATENKOMPRESSION 149
6.3.1 OPTIMALE BITZUTEILUNG BASIEREND AUF DEN VARIANZEN DER TEIL-
BANDSIGNALE 150
6.3.2 GREEDY BIT ALLOCATION ALGORITHMUS 153
6.3.3 MODIFIZIERTER GREEDY BIT ALLOCATION ALGORITHMUS 161 6.3.4 ADAPTIVE
BITZUTEILUNG DURCH BITGRUPPENZUWEISUNG 163 6.4 SPEKTRALFORMUNG DES
QUANTISIERUNGSFEHLERS 166
6.4.1 ADDITIVER DITHER 166
6.4.2 SCHLEIFENFILTER ZUR SPEKTRALFORMUNG DES QUANTISIERUNGSFEHLERS .
169
7 ERGEBNISSE 179
7.1 CODIERUNG UNTER VERWENDUNG VON VIER TEILBAENDERN 179 7.1.1 CODIERUNG
MIT 48KHZ ABTASTFREQUENZ 179
7.1.2 MESSUNGEN DER SPEKTRALEN LEISTUNGSDICHTE DES CODERRAUSCHENS BEI
ANREGUNG MIT SINUSSIGNALEN 180
7.1.3 CODIERUNG MIT 96KHZ ABTASTFREQUENZ 187
7.1.4 MULTITONMESSUNGEN 189
8 ZUSAMMENFASSUNG UND AUSBLICK AUF MOEGLICHE WEITERE UNTERSUCHUN- GEN 195
8.1 ZUSAMMENFASSUNG 195
8.2 MOEGLICHE WEITERE UNTERSUCHUNGEN 197
A STOCHASTISCHE PROZESSE IN LINEAREN SYSTEMEN 223
A.L WAHRSCHEINLICHKEITSRAEUME 223
A.2 ZUFALLSVARIABLEN UND -VEKTOREN 225
A.3 ZUFALLSPROZESSE 226
A.4 GAUSS-MARKOV-PROZESSE 227
A.4.1 GAUSS-MARKOV-PROZESSE ERSTER ORDNUNG 228 A.5 ERWARTUNGSWERT 229
IMAGE 5
INHALTSVERZEICHNIS
B DEKORRELATION STOCHASTISCHER PROZESSE 231
B.I FOURIER-ANALYSE UND -SYNTHESE 231
B.L.L ZEITKONTINUIERLICHE FOURLER-ANALYSE UND -SYNTHESE 231 B.1.2
ZEITDISKRETE FOURLER-ANALYSE UND -SYNTHESE 232 B.1.3 HEISENBERGSCHE
UNSCHAERFERELATION 233
B.2 KARHUNEN-LOEVE-TRANSFORMATION ZUR OPTIMALEN DEKORRELATION 238
C LITERATUR ZUR WAVELETANALYSE UND -SYNTHESE 241
D ZUSAETZLICHE DIAGRAMME 243
E LISTE DER VERWENDETEN FORMELZEICHEN 267
|
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