ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ТЕХНИЧЕСКОМУ РЕГУЛИРОВАНИЮ И МЕТРОЛОГИИ

НАЦИОНАЛЬНЫЙ

СТАНДАРТ

РОССИЙСКОЙ

ФЕДЕРАЦИИ

Звуковое вещание цифровое

КОДИРОВАНИЕ СИГНАЛОВ ЗВУКОВОГО ВЕЩАНИЯ С СОКРАЩЕНИЕМ ИЗБЫТОЧНОСТИ ДЛЯ ПЕРЕДАЧИ ПО ЦИФРОВЫМ КАНАЛАМ СВЯЗИ

Часть 3

(MPEG-4 AUDIO)

Кодирование речевых сигналов с использованием линейного предсказания — CELP

ISO/IEC 14496-3:2009 (NEQ)

Издание официальное

Москва

Стандартинформ

2014

Предисловие

1    РАЗРАБОТАН Санкт-Петербургским филиалом Центрального научно-исследовательского института связи «Ленинградское отделение» (ФГУП ЛО ЦНИИС)

2    ВНЕСЕН Техническим комитетом по стандартизации ТК480 «Связь»

3    УТВЕРЖДЕН И ВВЕДЕН В ДЕЙСТВИЕ Приказом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от 20 ноября 2012 г. № 942-ст

4    Настоящий стандарт разработан с учетом основных нормативных положений международного стандарта ИСО/МЭК 14496-3:2009 «Информационные технологии. Кодирование аудиовизуальных объектов. Часть 3. Аудио» (ISO/IEC 14496-3:2009 «Information technology — Coding of audio-visual objects — Part 3: Audio») [1]

5    ВВЕДЕН ВПЕРВЫЕ

Правила применения настоящего стандарта установлены в ГОСТР 1.0-2012 (раздел 8). Информация об изменениях к настоящему стандарту публикуется в ежегодном (по состоянию на 1 января текущего года) информационном указателе «Национальные стандарты», а официальный текст изменений и поправок—в ежемесячном информационном указателе «Национальные стандарты». В случае пересмотра (замены) или отмены настоящего стандарта соответствующее уведомление будет опубликовано в ежемесячно издаваемом информационном указателе «Национальные стандарты». Соответствующая информация, уведомление и тексты размещаются также в информационной системе общего пользования—на официальном сайте Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии в сети Интернет (gost.ru)

©Стандартинформ, 2014

Настоящий стандарт не может быть полностью или частично воспроизведен, тиражирован и распространен в качестве официального издания без разрешения Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии

II

Синтаксис	Количество битов	Мнемосхема
BandScalable LSP() { Ipcjndices [5];	4	uimcbf
Ipcjndices [6];	7	uimcbf
Ipcjndices [7];	4	uimcbf
Ipcjndices [8];	6	uimcbf
Ipcjndices [9];	7	uimcbf
Ipc indices [10];	4	uimcbf
}

Таблица 20 — Синтаксис WideBandLSP ()

Синта ксис Количество битов Мнемосхема WideBand LSPQ { Ipcjndices [0]; 5 uimcbf Ipcjndices [1]; 5 uimcbf Ipcjndices [2]; 7 uimcbf Ipcjndices [3]; 7 uimcbf Ipcjndices [4]; 1 uimcbf Ipcjndices [5]; 4 uimcbf Ipcjndices [6]; 4 uimcbf Ipcjndices [7]; 7 uimcbf Ipcjndices [8]; 5 uimcbf Ipc indices [9]; 1 uimcbf }

3.1.2.2 Синтаксис возбуждения (см. таблицы 21,22)

Таблица 21 — Синтаксис RPE_frame ()

Синтаксис Количество битов Мнемосхема RPE frame]) { for (subframe = 0; subframe < nrof subframes; subframe++) { shapejdeiay [subframe]; 8 uimcbf shapejndex [subframe]; 11 uimcbf gainindices [0][subframe]; 12 uimcbf gainindices [1][subframe]; } 6, 3, 5 uimcbf

Таблица 22 — Синтаксис МРЕ frame ()

Синтаксис Количество битов Мнемосхема MPE frame]) { signalmode; 2 uimcbf mcindex; 6 uimcbf for (subframe = 0; subframe < nrof subframes; subframe++) { 8, 9 uimcbf

Окончание таблицы 22

Синтаксис Количество битов Мнемосхема shape_delay [subframe]; 14... uimcbf shapepositions [subframe]; 32 3... uimcbf shapesigns [subframe]; 12 6, 7 uimcbf gainindex [subframe]; } }

3.2 Тип объекта ER-CELP

3.2.1 Синтаксис заголовка

ErrorResilientCelpSpecificConfig ()

Для типа объекта ER-CELPтребуется следующий ErrorResilientCelpSpecificConfig () (см. таблицы 23,24).

Таблица 23 — Синтаксис ErrorResilientCelpSpecificConfig ()

Синтаксис Количество битов Мнемосхема ErrorResilientCelpSpecificConfig (uint(4) samplingFrequencylndex) { isBaseLayer; if (isBaseLayer) { ER SC CelpHeader (samplingFrequencylndex); } Else 1 uimcbf { isBWS Layer; if (isBWSLayer) { CelpBWSenhHeader (); } else 1 uimcbf { CELP-BRS-id; 2 uimcbf } } }

Таблица 24 — Синтаксис ERSCCelpHeader ()

Синтаксис Количество битов Мнемосхема ER SC CelpHeader (samplingFrequencylndex) { Excita tion Mode; 1 uimcbf SampleRateMode; 1 uimcbf FineRate Control; 1 uimcbf Silence Compression; if (ExcitationMode == RPE) { 1 uimcbf RPE Configuration; } if (ExcitationMode == MPE) [ 3 uimcbf uimcbf MPEConfiguration; 5 uimcbf NumEnhLayers; 2 uimcbf BandwidthScalabilityMode; } } 1

3.2.2 Синтаксис фрейма

Чтобы описать чувствительность к ошибке в символе элементов потока бит, введены категории чувствительности к ошибкам (ESC). Чтобы описать отдельные биты элементов, используется следующая система обозначений.

Усиление, х — у

Обозначает усиление элемента от битах до бита у, в силу чего сначала передается х. Младший бит LSB — нулевой бит и МСВ элемента, который состоит из N бит равен N-1. МСВ всегда первый бит в потоке бит.

Следующий синтаксис является заменой для CelpBaseFrame. Синтаксис для уровня расширения для масштабируемости битовой скорости и полосы пропускания не затронут.

Передача потоков бит CELP

Данные полезной нагрузки для объекта CELP ER передаются как полезная нагрузка sIPacketPayload в базовом уровне и опционном уровне расширения Elementary Stream (элементарный поток).

Базовый уровень эластичного CELP ошибок — полезная нагрузка модуля доступа sIPacketPayload {

ERSCCelpBaseFrame ();

}

Уровень расширения эластичного CELP ошибок — полезная нагрузка модуля доступа.

Чтобы анализировать и декодировать уровни расширения эластичного CELP ошибок, требуется декодированная информация из базового уровня эластичного CELP ошибок. Для режима масштабируемой битовой скорости должны быть включены следующие данные для уровней расширения эластичного CELP ошибок:

sIPacketPayload

{

ERSCCelpBRSenhFrame ();

}

Для режима масштабируемой полосы пропускания должны быть включены следующие данные для уровня расширения эластичного CELP ошибок: sIPacketPayload {

ER_SC_CelpBWSenhFrame ();

}

3.2.2.1 Базовый уровень CELP (см. таблицы 25,26,27)

Таблица 25 — Синтаксис ERSCCelpBaseFrame ()

Синта ксис Количество битов Мнемосхема ER SC CelpBaseFrameQ { if (SilenceCompression == OFF) { ER_CelpBaseFrame(); } else { SC VoiceActivity ESCOQ; if (TXflag == 1){ ER CelpBaseFrameQ; } else if (TX flag == 2) { SID LSP VQ ESCOQ; SID Frame ESCOQ; } else if (TX flag == 3) { SID Frame ESCOQ; } } }

Синтаксис	Количество битов	Мнемосхема
SC VoiceActivity ESC0 ()
{
ТХ flag;	2	uimcbf
}

Таблица 27 — Синтаксис ERCelpBaseFrame ()

Синтаксис Количество битов Мнемосхема ER CelpBaseFrameQ { if (ExcitationMode == МРЕ) { if (SampleRateMode == 8кГц) { MPE_NarrowBand ESCOQ; MPE_NarrowBand_ESC1 (); MPE_NarrowBand_ESC2(); MPE_NarrowBand_ESC3(); MPE NarrowBand ESC4Q; } if (SampleRateMode == 16кГц) { MPE WideBand ESCOQ; MPE WideBand ESC1Q; MPE WideBand ESC2Q; MPE WideBand ESC3Q; MPE WideBand ESC4Q; } } if ((ExcitationMode == RPE) && (SampleRateMode == 16кГи,)) { RPE WideBand ESCOQ; RPE WideBand ESC1Q; RPE WideBand ESC2Q; RPE WideBand ESC3Q; RPE WideBand ESC4Q; }; }

3.2.2.1.1 Синтаксис узкополосного МРЕ (см. таблицы 28,29,30, 31,32)

Таблица 28 — Синтаксис MPE_NarrowBand_ESCO ()

Синтаксис Количество битов Мнемосхема МРЕ NarrowBand ESC0() { if (FineRateControl == ON) { interpolationflag; 1 uimcbf LPC Present; 1 uimcbf } mcjndex, 5-4; for (subframe = 0; subframe < nrof subframes; 2 uimcbf subframe++) { 1 uimcbf shape delay[subframe], 7; } }

Синтаксис	Количество битов	Мнемосхема
МРЕ NarrowBand ESC1 () { if (FineRateControl == ON) { if (LPC Present == YES) {
Ipcjndices [0], 1-0;	2	uimcbf
Ipc indices [1], 0; } } else {	1	uimcbf
Ipcjndices [0], 1-0;	2	uimcbf
Ipc indices [1], 0; } signal mode; for (subframe = 0; subframe < nrof_subframes; subframe++) {	1	uimcbf
	2	uimcbf
shape delay[subframe], 6-5; } }	2	uimcbf

Таблица 30 — Синтаксис MPE_NarrowBand_ESC2 ()

Синта ксис Количество битов Мнемосхема MPE NarrowBand ESC2() { if (FineRateControl == ON) { if (LPC Present == YES) { Ipcjndices [2], 6; 1 uimcbf Ipcjndices [2], 0; 1 uimcbf Ipc indices [4]; } } else { 1 uimcbf Ipcjndices [2], 6; 1 uimcbf Ipcjndices [2], 0; 1 uimcbf Ipc indices [4]; } rMcJndex, 3 for (subframe = 0; subframe < nrof subframes; subframe++) 1 uimcbf 1 uimcbf { 2 uimcbf shape_delay[subframe], 4-3; gain index[subframe], 1-0; } } 2 uimcbf

Таблица 31 — Синтаксис MPE_NarrowBand_ESC3 ()

Синта ксис Количество битов Мнемосхема MPE NarrowBand ESC3() { if (FineRateControl == ON) { if (LPC Present == YES) { Ipc indices [0], 3-2; 2 uimcbf Ipcjndices [1], 2-1; 2 uimcbf Ipc indices [2], 5-1; } } else { 5 uimcbf

ГОСТ Р 53556.3-2012

Синтаксис Количество битов Мнемосхема lpc_indices [0], 3-2; 2 uimcbf Ipcjndices [1], 2-1; 2 uimcbf Ipc indices [2], 5-1; } for (subframe = 0; subframe < nrof subframes; 5 uimcbf subframe++) { 3 uimcbf shape_delay[subframe], 2-0; 3... 12 uimcbf shape signs[subframe]; gain index[subframe], 2; } } 1 uimcbf

Таблица 32 — Синтаксис MPE_NarrowBand_ESC4 ()

Синтаксис Количество битов Мнемосхема MPE NarrowBand ESC4Q { if (FineRateControl == ON) { if (LPCPresent == YES) { Ipcjndices [1], 3; 1 uimcbf Ipc indices [3]; } } else { 6 uimcbf Ipc indices [1], 3; 1 uimcbf Ipc indices [3], } rMcJndex, 2-0 for (subframe = 0; subframe < nrof_subframes; subframe++) { 6 uimcbf 3 uimcbf shape positions[subframe]; CM CO CO uimcbf gain index[subframe], 5-3; } } 3 uimcbf

Таблица 33 — Синтаксис MPE_WideBand_ESCO ()

3.2.2.1.2 Широкополосный синтаксис МРЕ (см. таблицы 33,34,35,36,37)

Синтаксис Количество битов Мнемосхема MPE WideBand ESCOQ { if (FineRateControl == ON) { interpolation flag; 1 uimcbf LPC Present; 1 uimcbf if (LPC Present == YES) { Ipcjndices [0]; 5 uimcbf Ipcjndices [1], 1-0; 2 uimcbf Ipcjndices [2], 6; 1 uimcbf Ipcjndices [2], 4-0; 5 uimcbf Ipcjndices [4]; 1 uimcbf Ipc indices [5], 0; } } else { 1 uimcbf Ipcjndices [0]; 5 uimcbf

13

Синтаксис	Количество битов	Мнемосхема
Ipcjndices [1], 1-0;	2	uimcbf
Ipcjndices [2], 6;	1	uimcbf
Ipcjndices [2], 4-0;	5	uimcbf
Ipcjndices [4];	1	uimcbf
Ipc indices [5], 0; } me index, 4-5;	1	uimcbf
	2	uimcbf
}

Таблица 34 — Синтаксис MPE_WideBand_ESC 1 ()

Синтаксис Количество Мнемосхема битов MPE WideBand ESC1() { if (FineRateControl == ON) { if (LPC_Present == YES) { Ipcjndices [1], 3-2; 2 uimcbf Ipcjndices [2], 5; 1 uimcbf Ipcjndices [5], 1; 1 uimcbf Ipc indices [6], 1-0; } } else { 2 uimcbf Ipcjndices [1], 3-2; 2 uimcbf Ipcjndices [2], 5; 1 uimcbf Ipcjndices [5], 1; 1 uimcbf Ipc indices [6], 1-0; } signal mode; 2 uimcbf 2 uimcbf for (subframe = 0; subframe < nrof_subframes; subframe++) { shape delay [subframe], 8-6; } } 3 uimcbf

Таблица 35 — Синтаксис MPE_WideBand_ESC2 ()

Синтаксис Количество битов Мнемосхема MPE WideBand ESC2Q { if (FineRateControl == ON) { if (LPC_Present == YES) { Ipcjndices [1], 4; 1 uimcbf Ipcjndices [3], 6; 1 uimcbf Ipcjndices [3], 1; 1 uimcbf Ipcjndices [5], 2; 1 uimcbf Ipcjndices [6], 3; 1 uimcbf Ipcjndices [7], 6; 1 uimcbf Ipcjndices [7], 4; 1 uimcbf Ipcjndices [7], 1-0; 2 uimcbf Ipc indices [9]; } } else { 1 uimcbf Ipcjndices [1], 4; 1 uimcbf Ipcjndices [3], 6; 1 uimcbf

Синтаксис	Количество битов	Мнемосхема
Ipcjndices [3], 1;	1	uimcbf
Ipcjndices [5], 2;	1	uimcbf
Ipcjndices [6], 3;	1	uimcbf
Ipcjndices [7], 6;	1	uimcbf
Ipcjndices [7], 4;	1	uimcbf
Ipcjndices [7], 1-0;	2	uimcbf
Ipc indices [9]; } mcjndex, 3; for (subframe = 0; subframe < nrof_subframes;	1	uimcbf
	1	uimcbf
subframe++) {	2	uimcbf
shape_delay[subframe], 5-4; gain indexfsubframe], 1-0; } }	2	uimcbf

Таблица 36 — Синтаксис MPE_WideBand_ESC3 ()

Синтаксис Количество битов Мнемосхема MPE WideBand ESC3Q { if (FineRateControl == ON) { if (LPC_Present == YES) { Ipcjndices [3], 4-2; 3 uimcbf Ipcjndices [3], 0; 1 uimcbf Ipcjndices [5], 3; 1 uimcbf Ipcjndices [6], 2; 1 uimcbf Ipcjndices [7], 5; 1 uimcbf Ipcjndices [7], 3-2; 2 uimcbf Ipc indices [8], 4-1; } } else { 4 uimcbf Ipcjndices [3], 4-2; 3 uimcbf Ipcjndices [3], 0; 1 uimcbf Ipcjndices [5], 3; 1 uimcbf Ipcjndices [6], 2; 1 uimcbf Ipcjndices [7], 5; 1 uimcbf Ipcjndices [7], 3-2; 2 uimcbf Ipc indices [8], 4-1; } for (subframe = 0; subframe < nrof_subframes; subframe++) { 4 uimcbf shape_delay[subframe], 3-2; 2 uimcbf shape signsfsubframe]; 3 ... 12 uimcbf gain indexfsubframe], 2; 1 uimcbf } }

Синта ксис Количество битов Мнемосхема МРЕ WideBand ESC4Q { if (FineRateControl == ON) { if (LPC_Present == YES) { Ipc indices [3], 5; 1 uimcbf Ipc indices [8], 0; } } else { 1 uimcbf Ipc indices [3], 5; 1 uimcbf Ipc indices [8], 0; } me index, 2-0; 1 uimcbf 3 uimcbf for (subframe = 0; subframe < nrof_subframes; subframe++) { shape_delay[subframe], 1-0; 2 uimcbf shape positionsfsubframe]; 14 ... 32 uimcbf gain indexfsubframe], 6-3; } } 4 uimcbf

3.2.2.1.3 Широкополосный синтаксис RPE (см. таблицы 38, 39, 40,41,42)

Таблица 38 — Синтаксис RPEWideBandESCO ()

Синта ксис Количество битов Мнемосхема RPE WideBand ESCOQ { if (FineRateControl == ON){ interpolation flag; 1 uimcbf LPC Present; 1 uimcbf if (LPC_Present == YES) { Lpc indices [0]; 5 uimcbf Ipc indices [1], 1-0; 2 uimcbf Ipc indices [2], 6; 1 uimcbf Ipc indices [2], 4-0; 5 uimcbf Ipc indices [4]; 1 uimcbf Ipc indices [5], 0; } } else { 1 uimcbf Ipc indices [0]; 5 uimcbf Ipc indices [1], 1-0; 2 uimcbf Ipc indices [2], 6; 1 uimcbf Ipc indices [2], 4-0; 5 uimcbf Ipc indices [4]; 1 uimcbf Ipc indices [5], 0; } for (subframe = 0; subframe < nrof_subframes; subframe++) { 1 uimcbf gain_indices[0][subframe], 5-3; if (subframe == 0) { 3 uimcbf gainjndicesf 1 ([subframe], 4-3; } else { 2 uimcbf gain indices[1 ([subframe], 2; } } } 1 uimcbf

Синтаксис	Количество битов	Мнемосхема
RPE WideBand ESC1 () { if (FineRateControl == ON) { if (LPC_Present == YES) {
Ipc indices [1], 3-2;	2	uimcbf
Ipc indices [2], 5;	1	uimcbf
Ipc indices [5], 1;	1	uimcbf
Ipc indices [6], 1-0; } } else {	2	uimcbf
Ipc indices [1], 3-2;	2	uimcbf
Ipc indices [2], 5;	1	uimcbf
Ipc indices [5], 1;	1	uimcbf
Ipc indices [6], 1-0; { for (subframe = 0; subframe < nrof subframes; subframe++) { shape delayfsubframe], 7-5; } }	2	uimcbf
	3	uimcbf

Таблица 40 — Синтаксис RPE_WideBand_ESC2 ()

Синтаксис Количество битов Мнемосхема RPE WideBand ESC2Q { if (FineRateControl == ON) { if (LPC_Present == YES) { Ipcjndices [1], 4; 1 uimcbf Ipcjndices [3], 6; 1 uimcbf Ipcjndices [3], 1; 1 uimcbf Ipc indices [5], 2; 1 uimcbf Ipcjndices [6], 3; 1 uimcbf Ipcjndices [7], 6; 1 uimcbf Ipc indices [7], 4; 1 uimcbf Ipcjndices [7], 1-0; 2 uimcbf Ipc indices [9]; } } else { 1 uimcbf Ipcjndices [1], 4; 1 uimcbf Ipc indices [3], 6; 1 uimcbf Ipcjndices [3], 1; 1 uimcbf Ipc indices [5], 2; 1 uimcbf Ipcjndices [6], 3; 1 uimcbf Ipcjndices [7], 6; 1 uimcbf Ipc indices [7], 4; 1 uimcbf Ipcjndices [7], 1-0; 2 uimcbf Ipc indices [9]; } for (subframe = 0; subframe < nrof subframes; subframe++) 1 uimcbf { 2 uimcbf shape_delay[subframe], 4-3; 1 uimcbf gainjndices[0][subframe], 2; if (subframe == 0) { 1 uimcbf

ГОСТ Р 53556.3-2012

Содержание

1    Область применения....................................... 1

1.1    Общее описание декодера CELP................................ 1

1.2    Функциональные возможности MPEG-4 CELP......................... 1

2    Термины и определения...................................... 4

3    Синтаксис потока бит...................................... 5

3.1    Тип объекта CELP....................................... 5

3.2    Тип объекта ER-CELP..................................... 9

4    Семантики............................................. 20

4.1    Семантики заголовка...................................... 20

4.2    Семантика фрейма...................................... 23

5    Инструменты декодера MPEG-4 CELP............................... 28

5.1    Введение в набор инструментов декодера CELP MPEG-4................... 28

5.2    Конфигурация масштабируемого AAC/CELP.......................... 29

5.3    Переменные помощи...................................... 29

5.4    Элементы потока бит для набора инструментов MPEG-4 CELP................. 30

5.5    Демультиплексор потока бит CELP............................... 30

5.6    Декодер CELP LPC и интерполятор.............................. 30

5.7    Генератор возбуждения CELP................................. 45

5.8    Фильтр синтеза CELP LPC................................... 62

5.9    Инструмент сжатия тишины CELP............................... 63

Приложение А (справочное) Инструменты декодера MPEG-Л CELP................. 69

Приложение В (справочное) Инструменты кодера MPEG-Л CELP................... 71

Библиография............................................ 96

III

Синтаксис Количество битов Мнемосхема gainindices[ 1 ][subframe], 2; } else { gain indices[1][subframe], 1; } } } 1 uimcbf

Таблица 41 — Синтаксис RPE_WideBand_ESC3 ()

Синтаксис Количество битов Мнемосхема RPE WideBand ESC3Q { if (FineRateControl == ON) { if (LPC_Present == YES) { Ipcjndices [3], 4-2; 3 uimcbf Ipcjndices [3], 0; 1 uimcbf Ipcjndices [5], 3; 1 uimcbf Ipcjndices [6], 2; 1 uimcbf Ipcjndices [7], 5; 1 uimcbf Ipcjndices [7], 3-2; 2 uimcbf Ipc indices [8], 4-1; } } else { 4 uimcbf Ipcjndices [3], 4-2; 3 uimcbf Ipcjndices [3], 0; 1 uimcbf Ipcjndices [5], 3; 1 uimcbf Ipcjndices [6], 2; 1 uimcbf Ipcjndices [7], 5; 1 uimcbf Ipcjndices [7], 3-2; 2 uimcbf Ipc indices [8], 4-1; } for (subframe = 0; subframe < nrof subframes; subframe++) 4 uimcbf { 2 uimcbf shape delayfsubframe], 2-1; } }

Таблица 42 — Синтаксис RPE_WideBand_ESC4 ()

Синтаксис Количество битов Мнемосхема RPE WideBand ESC4Q { if (FineRateControl == ON) { if (LPCJPresent == YES) { Ipcjndices [3], 5; 1 uimcbf Ipc indices [8], 0; } } else { Ipcjndices [3], 5; 1 uimcbf 1 uimcbf Ipc indices [8], 0; } for (subframe = 0; subframe < nrof_subframes; subframe++) { shape_delay[subframe], 0; 1 uimcbf 1 uimcbf

18

НАЦИОНАЛЬНЫЙ СТАНДАРТ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Звуковое вещание цифровое КОДИРОВАНИЕ СИГНАЛОВ ЗВУКОВОГО ВЕЩАНИЯ С СОКРАЩЕНИЕМ ИЗБЫТОЧНОСТИ ДЛЯ ПЕРЕДАЧИ ПО ЦИФРОВЫМ КАНАЛАМ СВЯЗИ Ч а с т ь 3 (MPEG-4 AUDIO)

Кодирование речевых сигналов с использованием линейного предсказания — CELP

Sound broadcasting digital. Coding of signals of sound broadcasting with reduction of redundancy for transfer on digital communication channels. Part 3 (MPEG-4 audio). Code excited linear prediction

Дата введения — 2013—09—01

1 Область применения

1.1    Общее описание декодера CELP

Здесь дается краткий обзор декодера CELP (Code Excited Linear Prediction (Линейное предсказание с кодированием)).

Декодер CELP прежде всего состоит из генератора возбуждения и фильтра синтеза. Дополнительно декодеры CELP часто включают в свой состав постфильтр. У генератора возбуждения имеется адаптивная книга шифров для моделирования периодических компонент, фиксированные книги шифров для моделирования случайных компонент и декодер усиления, чтобы представлять уровень речевого сигнала. Индексы для книг шифров и коэффициентов усиления предоставляются кодером. Индексы книги шифров (индекс задержки шага для адаптивной книги шифров и индекс формы для фиксированной книги шифров) и индексы усиления (коэффициенты усиления адаптивной и фиксированной книг шифров) используются, чтобы генерировать сигнал возбуждения. Затем он фильтруется фильтром линейного прогнозирующего синтеза (фильтр синтеза LP). Коэффициенты фильтра реконструируются, используя индексы LPC, затем интерполируются коэффициентами фильтра последовательных фреймов анализа. И наконец, опционно может быть применен постфильтр, чтобы улучшить качество речи.

1.2    Функциональные возможности MPEG-4 CELP

MPEG-4 CELP представляет собой универсальный алгоритм кодирования с новыми функциональными возможностями. Обычные кодеры CELP предлагают сжатие при одной битовой скорости и оптимизированы для определенных приложений. Сжатие является одной из функций, предоставленных CELP MPEG-4, позволяющей использовать один базовый кодер для различных приложений. Это обеспечивает масштабируемость по битовой скорости и полосе пропускания, а также возможность генерировать потоки бит с произвольной битовой скоростью. Кодер CELPMPEG-4 поддерживает две частоты дискретизации, а именно 8 и 16 кГц. Соответствующие полосы пропускания равны 100—3400 Гцдля частоты дискретизации 8 кГц и 50— 7000 Гцдля частоты дискретизации 16 кГц. Кроме того, заново приняты сжатие молчание и переупорядочение эластичного потока бит ошибок.

1.2.1 Конфигурация кодера CELP MPEG-4

Чтобы генерировать сигнал возбуждения, могут использоваться два различных инструмента. Это инструмент Multi-Pulse Excitation (Мультиимпульсное возбуждение) (МРЕ) или инструмент Regular-Pulse Excitation (Возбуждение регулярным импульсом) (RPE). МРЕ используется для дискретизации речи на частотах 8 кГц или 16 кГц. RPE используется только для дискретизации на частоте 16 кГц. Два возможных режима кодирования сведены в таблице 1.

Издание официальное

Таблица 1 — Режимы кодирования в кодере CELP MPEG-4

Режим кодирования Инструмент возбуждения Частота дискретизации 1 RPE 16 кГц II МРЕ 8,16 кГц

1.2.2 Особенности кодера CELP MPEG-4

Кодер CELP MPEG-4 предлагает следующие функциональные возможности в зависимости от режима кодирования (см. таблицу 2).

Таблица 2 — Функциональные возможности кодера CELP MPEG-4

Режим кодирования Функциональность 1 Несколько битовых скоростей, управление FineRate II Несколько битовых скоростей, масштабируемость битовой скорости, масштабируемость полосы пропускания, управление FineRate

Для обоих режимов кодирования доступны сжатие молчания и переупорядочение эластичного потока битошибок.

Доступные битовые скорости зависят от режима кодирования и частоты дискретизации. Поддерживаются следующие фиксированные битовые скорости (см. таблицы 3,4).

Таблица 3 — Фиксированные битовые скорости для режима I кодера Битовые скорости для частоты дискретизации 16 кГц, бит/с

Таблица 4 — Фиксированные битовые скорости для режима II кодера

Битовые скорости для частоты дискретизации 8 кГц (бит/с) Битовые скорости для частоты дискретизации 16 кГц (бит/с) 3850, 4250, 4650, 4900, 5200, 5500, 5700, 6000, 6200, 6300, 6600, 6900, 7100, 7300, 7700, 8300, 8700, 9100, 9500, 9900, 10300, 10500, 10700, 11000, 11400, 11800, 12000, 12200 10900, 11500, 12100, 12700, 13300, 13900, 14300, 14700, 15900, 17100, 17900, 18700, 19500, 20300, 21100, 13600, 14200, 14800, 15400, 16000, 16600, 17000, 17400, 18600, 19800, 20600, 21400, 22200, 23000, 23800

Во время неактивных фреймов используется инструмент сжатия тишины и кодер CELP работает на битовых скоростях, показанных в таблице 5. Битовая скорость зависит от режима кодирования, частоты дискретизации и длины фрейма.

Таблица 5 — Битовые скорости для инструмента сжатия тишины

Режим кодирования Частота взятия выборок, кГц Масштабируемость ширины полосы Длина фрейма Битовая скорость, бит/с TXJlag HD-SID LR-SID 1 (RPE) 16 — 15 133 2533 400 10 200 3800 600 II (МРЕ) 8 On, Off 40 50 525 150 30 67 700 200 20 100 1050 300 10 200 2100 600

Режим кодирования	Частота взятия выборок, кГц	Масштабируемость ширины полосы	Длина фрейма	Битовая скорость, бит/с
				TXJlag	HD-SID	LR-SID
	16	Off	20	100	1900	300
			10	200	3800	600
		On	40	50	1050	150
			30	67	1400	200
			20	100	2100	300
			10	200	4200	600

Управление скоростью: обеспечивает управление битовой скоростью малыми шажками (давая возможность работать на варьируемой битовой скорости). Это достигается только за счет управления скоростью передачи параметров LPC, используя комбинации двух элементов потока бит interpolationflag и флажок LPC_present. Для изменения отношения фреймов LPC к общему числу фреймов между 50 % и 100 % можно использовать управление FineRate. Это позволяет уменьшить битовую скорость относительно битовой скорости привязки, как определено в семантике.

Масштабируемость битовой скорости обеспечивается добавлением уровней расширения. Уровни расширения могут быть добавлены с шагом 2000 бит/сдпя сигналов, дискретизированных с частотой 8 кГц или 4000 бит/с для сигналов, дискретизированных на 16 кГц. С любой битовой скоростью, выбранной из таблицы 4, можно объединить максимум три уровня расширения.

Масштабируемость полосы пропускания с охватом обеих частот дискретизации достигнута включением инструмента расширения полосы пропускания в кодере CELP. Это инструмент расширения, поддерживаемый в Режиме II, который может быть добавлен, если требуется масштабирование с переходом от частоты дискретизации 8 кГц к частоте дискретизации 16 кГц. Полный кодер с масштабируемостью полосы пропускания состоит из основного кодера CELP для частоты дискретизации 8 кГц и инструмента расширения полосы пропускания для обеспечения одного уровня масштабируемости. Основной кодер CELP для частоты дискретизации 8 кГц может включить несколько уровней. Кодер частоты дискретизации 8 кГц с этим инструментом отличается от кодера частоты дискретизации 16 кГц. Обе конфигурации (кодер частоты дискретизации 8 кГц с масштабируемостью полосы пропускания и кодер частоты дискретизации 16 кГц) предлагают большую ясность и естественность декодированной речи, чем дает один только кодер 8 кГц, потому что они разворачивают полосу пропускания до 7 кГц. Дополнительная битовая скорость, требующаяся для инструмента масштабируемости полосы пропускания, может быть выбрана из четырех дискретных шагов для каждой битовой скорости основного уровня, как показано в таблице 6.

Таблица 6 — Битовые скорости для режима масштабируемой полосы пропускания

Битовая скорость основного уровня, бит/с Дополнительная битовая скорость, бит/с 3850 — 4650 +9200, +10400, +11600, +12400 4900 — 5500 +9467, +10667, +11867, +12667 5700 — 10700 +10000, +11200, +12400, +13200 11000 — 12200 +11600, +12800, +14000, +14800

Инструмент сжатия тишины может использоваться, чтобы уменьшить битовую скорость для входных сигналов с небольшой голосовой активностью. В течение таких неактивных периодов декодер заменяет регулярный сигнал возбуждения искусственно сгенерированным шумом. Для периодов голосовой активности всегда используется регулярный процесс синтеза речи. Инструмент сжатия тишины доступен, когда используется тип объекта ER-CELP.

Переупорядочение эластичного потока бит ошибок позволяет эффективно использовать усовершенствованные техники кодирования канала как неравномерная защита от ошибок (UEP). Основная идея состоит в том, чтобы перестроить контент звукового фрейма в зависимости от его чувствительности к ошиб-

з

кам в одном или более случаях, принадлежащих различным категориям чувствительности к ошибкам (ESC). Эта перестановка воздействует на данные поэлементно или даже поразрядно. Фрейм эластичного потока бит ошибок строится, связывая эти случаи. Эти функциональные возможности доступны, когда используется тип объекта ER-CELP.

1.2.3 Алгоритмическая задержка режимов CELP MPEG-4

Алгоритмическая задержка кодера CELP исходит из длины фрейма и длины дополнительного предвидения. Длина фрейма зависит от режима кодирования и битовой скорости. Длина предвидения, которая является информативным параметром, также зависит от режима кодирования. Задержки, представленные ниже, применимы к режимам, где управление FineRate Control выключено (см. таблицы 7, 8, 9). Когда управление FineRate Control включено, вносится дополнительная задержка на один фрейм. Масштабируемость полосы пропускания в кодере режима II требует дополнительного предвидения на 5 мс из-за субдискретизации.

Таблица 7 — Задержка и длина фрейма для кодера режима I частоты дискретизации 16 кГц

Битовая скорость для режима 1, бит/с Задержка, мс Длина фрейма, мс 14400 26,25 15 16000 18,75 10 18667 26,56 15 22533 26,75 15

Таблица 8 — Задержка и длина фрейма для кодера режима II частоты дискретизации 8 кГц

Битовая скорость для режима II, бит/с Задержка, мс Длина фрейма, мс 3850, 4250, 4650 45 40 4900, 5200, 5500, 6200 35 30 5700, 6000, 6300, 6600, 6900, 7100, 7300, 7700, 8300, 8700, 9100, 9500, 9900, 10300, 10500, 10700 25 20 11000, 11400, 11800, 12000, 12200 15 10

Таблица 9 — Задержка и длина фрейма для кодера режима II частоты дискретизации

Битовая скорость для режима II, бит/с Задержка, мс Длина фрейма, мс 10900, 11500, 12100, 12700, 13300, 13900, 14300,14700, 15900, 17100, 17900, 18700, 19500, 20300, 21100 25 20 13600, 14200, 14800, 15400, 16000, 16600, 17000,17400, 18600, 19800, 20600, 21400, 22200, 23000, 23800 15 10

В случае, если сжатие тишины используется, алгоритмическая задержка такая же, как без сжатия тишины, посколку используются такая же длина фрейма и такая же дистанция дополнительного упреждающего просмотра.

2 Термины и определения

Термины и определения в соответствии с ГОСТ Р 53556.0-2009

ГОСТ Р 53556.3-2012

3 Синтаксис потока бит

3.1    Тип объекта CELP

3.1.1    Синтаксис заголовка

CelpSpecificConfig ()

Для типа объекта CELP требуется следующий CelpSpecificConfig () (см. таблицы 10,11,12)

Таблица 10 — Синтаксис CelpSpecificConfig ()

Синтаксис Количество битов Мнемосхема CelpSpecificConfig (uint(4) samplingFrequencylndex) { isBaseLayer if (isBaseLayer) { CelpHeader (samplingFrequencylndex); } else { isBWSLayer; if (isBWSLayer) { CelpBWSenhHeader (); } else { 1 uimsbf CELP-BRS-id;uimcbf } } } 2 uimsbf

Таблица 11 — Синтаксис CelpHeader ()

Синтаксис Количество битов Мнемосхема CelpHeader (samplingFrequencylndex) { Excita tion Mode; 1 uimcbf SampleRateMode; 1 uimcbf FineRate Control; 1 uimcbf if (ExcitationMode == RPE) { RPE Configuration; } if (ExcitationMode == MPE) { 3 uimcbf MPEConfiguration; 5 uimcbf NumEnhLayers; 2 uimcbf BandwidthScalabilityMode; } } 1 uimcbf

Таблица 12 — Синтаксис CelpBWSenhHeader ()

Синтаксис Количество битов Мнемосхема CelpBWSenhHeader () { В WSconfiguration; 2 uimcbf

3.1.2 Синтаксис фрейма

Передача потоков бит CELP

Каждый уровень потока бит аудио CELP MPEG-4 передается в элементарном потоке. В sIPacketPayload должны быть включены следующие динамические данные для Аудио CELP:

Базовый уровень CELP — полезная нагрузка модуля доступа sIPacketPayload {

CelpBaseFrame ();

}

Уровень расширения CELP—полезная нагрузка модуля доступа

Чтобы анализировать и декодировать уровень расширения CELP, требуется информация, декодированная из базового уровня CELP. Для масштабируемого режима битовой скорости должны быть включены следующие данные для уровня расширения CELP: sIPacketPayload {

CelpBRSenhFrame ();

}

Для масштабируемого режима полосы пропускания должны быть включены следующие данные для уровня расширения CELP: sIPacketPayload {

CelpBWSenhFrame 0;

}

В случае, если масштабирование битовой скорости и масштабирование полосы пропускания используются одновременно, сначала должны быть переданы все уровни расширения битовой скорости, а затем уровень масштабируемости полосы пропускания (см. таблицы 13,14,15,16,17,18,19,20)

Таблица 13 — Синтаксис CelpBaseFrame ()

Синтаксис Количество битов Мнемосхема CelpBaseFrameQ { Celp_LPC(); if (ExcitationMode == MPE) { MPE frameQ; } if ((ExcitationMode==RPE) && (SampleRateMode==16Kru,)) { RPE frameQ; } }

Таблица 14 — Синтаксис CelpBRSenhFrame ()

Синтаксис Количество битов Мнемосхема CelpBRSenhFrameQ { for (subframe = 0; subframe < nrof_subframes; subframe++) { shape_enh_positions [subframe][enh_layer]; shape_enh_signs [subframe][enh_layer]; gain enh index [subframe][enh layer]; } } 4, 12 2, 4 4 uimcbf uimcbf uimcbf

Таблица 15 — Синтаксис CelpBWSenhFrame ()

Синтаксис Количество битов Мнемосхема CelpBWSenhFrameQ { BandScalable_LSP() for (subframe=0; subframe<nrof subframe bws; subframe++) { shape_bws_delay [subframe]; shapebwsjpositions [subframe]; shape_bws_signs [subframe]; gain bws index [subframe]; } } 3 22, 26, 30, 32 6, 8, 10, 12 11 uimcbf uimcbf uimcbf uimcbf

3.1.2.1 Синтаксис LPC

Таблица 16 — Синтаксис CelpJLPC ()

Синтаксис Количество битов Мнемосхема Celp LPC() { if (FineRateControl == ON){ interpolationflag; 1 uimcbf LPCPresent; if (LPC Present == YES) { LSP VQ(); } } else { LSP VQQ } } 1 uimcbf

Таблица 17 — Синтаксис LSPVQ ()

Синтаксис Количество битов Мнемосхема LSP VQ() { if (SampleRateMode == 8кГц) [ NarrowBand_ LSP(); } else { WideBand LSP(); } }

Таблица 18 — Синтаксис NarrowBand_LSP ()

Синтаксис Количество битов Мнемосхема NarrowBand LSPQ { Ipc indices [0]; 4 uimcbf Ipc indices [1]; 4 uimcbf Ipc indices [2]; 7 uimcbf Ipc indices [3]; 6 uimcbf Ipc indices [4]; 1 uimcbf }