E-Book, Englisch, 344 Seiten
You Audio Coding
1. Auflage 2010
ISBN: 978-1-4419-1754-6
Verlag: Springer-Verlag
Format: PDF
Kopierschutz: Adobe DRM (»Systemvoraussetzungen)
Theory and Applications
E-Book, Englisch, 344 Seiten
ISBN: 978-1-4419-1754-6
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Weitere Infos & Material
1;Preface
;6
2;Contents
;10
3;Part I:
Prelude;16
3.1;Chapter 1:
Introduction;17
3.1.1;1.1 Audio Coding;18
3.1.2;1.2 Basic Idea;20
3.1.3;1.3 Perceptual Irrelevance;22
3.1.4;1.4 Statistical Redundancy;23
3.1.5;1.5 Data Modeling;23
3.1.6;1.6 Resolution Challenge;25
3.1.7;1.7 Perceptual Models;27
3.1.8;1.8 Global Bit Allocation;27
3.1.9;1.9 Joint Channel Coding;28
3.1.10;1.10 Basic Architecture;28
3.1.11;1.11 Performance Assessment;30
4;Part II:
Quantization;31
4.1;Chapter 2:
Scalar Quantization;32
4.1.1;2.1 Scalar Quantization;34
4.1.2;2.2 Re-Quantization;36
4.1.3;2.3 Uniform Quantization;37
4.1.3.1;2.3.1 Formulation;37
4.1.3.2;2.3.2 Midtread and Midrise Quantizers;38
4.1.3.3;2.3.3 Uniformly Distributed Signals;40
4.1.3.4;2.3.4 Nonuniformly Distributed Signals;41
4.1.3.4.1;2.3.4.1 Granular and Overload Error;41
4.1.3.4.2;2.3.4.2 Optimal SNR and Step Size;43
4.1.4;2.4 Nonuniform Quantization;46
4.1.4.1;2.4.1 Optimal Quantization and Lloyd-Max Algorithm;48
4.1.4.1.1;2.4.1.1 Uniform Quantizer as a Special Case;48
4.1.4.1.2;2.4.1.2 Lloyd-Max Algorithm;49
4.1.4.1.3;2.4.1.3 Performance Gain;50
4.1.4.2;2.4.2 Companding;52
4.1.4.2.1;2.4.2.1 Speech Processing;53
4.1.4.2.2;2.4.2.2 Audio Coding;54
4.2;Chapter 3:
Vector Quantization;56
4.2.1;3.1 The VQ Advantage;56
4.2.2;3.2 Formulation;59
4.2.3;3.3 Optimality Conditions;61
4.2.4;3.4 LBG Algorithm;61
4.2.5;3.5 Implementation;62
5;Part III:
Data Model;64
5.1;Chapter 4:
Linear Prediction;66
5.1.1;4.1 Linear Prediction Coding;66
5.1.2;4.2 Open-Loop DPCM;68
5.1.2.1;4.2.1 Encoder and Decoder;68
5.1.2.2;4.2.2 Quantization Noise Accumulation;70
5.1.3;4.3 DPCM;72
5.1.3.1;4.3.1 Quantization Error;72
5.1.3.2;4.3.2 Coding Gain;73
5.1.4;4.4 Optimal Prediction;74
5.1.4.1;4.4.1 Optimal Predictor;74
5.1.4.2;4.4.2 Levinson–Durbin Algorithm;76
5.1.4.3;4.4.3 Whitening Filter;78
5.1.4.3.1;4.4.3.1 Infinite Prediction Order;78
5.1.4.3.2;4.4.3.2 Markov Process;79
5.1.4.3.3;4.4.3.3 Other Cases;80
5.1.4.4;4.4.4 Spectrum Estimator;81
5.1.5;4.5 Noise Shaping;82
5.1.5.1;4.5.1 DPCM;82
5.1.5.2;4.5.2 Open-Loop DPCM;84
5.1.5.3;4.5.3 Noise-Feedback Coding;84
5.2;Chapter 5:
Transform Coding;86
5.2.1;5.1 Transform Coder;86
5.2.2;5.2 Optimal Bit Allocation and Coding Gain;89
5.2.2.1;5.2.1 Quantization Noise;89
5.2.2.2;5.2.2 AM–GM Inequality;90
5.2.2.3;5.2.3 Optimal Conditions;91
5.2.2.4;5.2.4 Coding Gain;92
5.2.2.5;5.2.5 Optimal Bit Allocation;93
5.2.2.6;5.2.6 Practical Bit Allocation;94
5.2.2.7;5.2.7 Energy Compaction;95
5.2.3;5.3 Optimal Transform;95
5.2.3.1;5.3.1 Karhunen–Loeve Transform;96
5.2.3.2;5.3.2 Maximal Coding Gain;97
5.2.3.3;5.3.3 Spectrum Flatness;98
5.2.4;5.4 Suboptimal Transforms;98
5.2.4.1;5.4.1 Discrete Fourier Transform;99
5.2.4.2;5.4.2 DCT;101
5.2.4.2.1;5.4.2.1 Type-II DCT;101
5.2.4.2.2;5.4.2.2 Type-IV DCT;102
5.3;Chapter 6:
Subband Coding;103
5.3.1;6.1 Subband Filtering;103
5.3.1.1;6.1.1 Transform Viewed as Filter Bank;104
5.3.1.2;6.1.2 DFT Filter Bank;105
5.3.1.3;6.1.3 General Filter Banks;106
5.3.2;6.2 Subband Coder;108
5.3.3;6.3 Reconstruction Error;109
5.3.3.1;6.3.1 Decimation Effects;110
5.3.3.2;6.3.2 Expansion Effects;112
5.3.3.3;6.3.3 Reconstruction Error;114
5.3.4;6.4 Polyphase Implementation;115
5.3.4.1;6.4.1 Polyphase Representation;115
5.3.4.1.1;6.4.1.1 Type-I Polyphase Representation;115
5.3.4.1.2;6.4.1.2 Type-II Polyphase Representation;118
5.3.4.2;6.4.2 Noble Identities;119
5.3.4.2.1;6.4.2.1 Decimation;119
5.3.4.2.2;6.4.2.2 Interpolation;120
5.3.4.3;6.4.3 Efficient Subband Coder;121
5.3.4.4;6.4.4 Transform Coder;121
5.3.5;6.5 Optimal Bit Allocation and Coding Gain;122
5.3.5.1;6.5.1 Ideal Subband Coder;122
5.3.5.2;6.5.2 Optimal Bit Allocation and Coding Gain;123
5.3.5.3;6.5.3 Asymptotic Coding Gain;124
5.4;Chapter 7:
Cosine-Modulated Filter Banks;126
5.4.1;7.1 Cosine Modulation;126
5.4.1.1;7.1.1 Extended DFT Bank;127
5.4.1.2;7.1.2 2M-DFT Bank;128
5.4.1.3;7.1.3 Frequency-Shifted DFT Bank;130
5.4.1.4;7.1.4 CMFB;131
5.4.2;7.2 Design of NPR Filter Banks;133
5.4.3;7.3 Perfect Reconstruction;134
5.4.4;7.4 Design of PR Filter Banks;135
5.4.4.1;7.4.1 Lattice Structure;135
5.4.4.1.1;7.4.1.1 Paraunitary Systems;135
5.4.4.1.2;7.4.1.2 Givens Rotation;136
5.4.4.1.3;7.4.1.3 Delay Matrix;136
5.4.4.1.4;7.4.1.4 Rotation Vector;137
5.4.4.1.5;7.4.1.5 Cascade of Paraunitary Matrices;137
5.4.4.1.6;7.4.1.6 Power-Complementary Condition;138
5.4.4.2;7.4.2 Linear Phase;138
5.4.4.3;7.4.3 Free Optimization Parameters;140
5.4.4.3.1;7.4.3.1 Even M;140
5.4.4.3.2;7.4.3.2 Odd M;141
5.4.5;7.5 Efficient Implementation;142
5.4.5.1;7.5.1 Even m;142
5.4.5.2;7.5.2 Odd m;145
5.4.6;7.6 Modified Discrete Cosine Transform;147
5.4.6.1;7.6.1 Window Function;147
5.4.6.2;7.6.2 MDCT;148
5.4.6.3;7.6.3 Efficient Implementation;149
6;Part IV:
Entropy Coding;153
6.1;Chapter 8:
Entropy and Coding;154
6.1.1;8.1 Entropy Coding;155
6.1.2;8.2 Entropy;157
6.1.2.1;8.2.1 Entropy;157
6.1.2.2;8.2.2 Model Dependency;159
6.1.3;8.3 Uniquely and Instantaneously Decodable Codes;161
6.1.3.1;8.3.1 Uniquely Decodable Code;161
6.1.3.2;8.3.2 Instantaneous and Prefix-Free Code;162
6.1.3.3;8.3.3 Prefix-Free Code and Binary Tree;163
6.1.3.4;8.3.4 Optimal Prefix-Free Code;164
6.1.4;8.4 Shannon's Noiseless Coding Theorem;165
6.1.4.1;8.4.1 Entropy as the Lower Bound;165
6.1.4.2;8.4.2 Upper Bound;167
6.1.4.3;8.4.3 Shannon's Noiseless Coding Theorem;168
6.2;Chapter 9:
Huffman Coding;170
6.2.1;9.1 Huffman's Algorithm;170
6.2.2;9.2 Optimality;172
6.2.2.1;9.2.1 Codeword Siblings;172
6.2.2.2;9.2.2 Proof of Optimality;174
6.2.3;9.3 Block Huffman Code;175
6.2.3.1;9.3.1 Efficiency Improvement;176
6.2.3.2;9.3.2 Block Encoding and Decoding;178
6.2.4;9.4 Recursive Coding;178
6.2.5;9.5 A Fast Decoding Algorithm;179
7;Part V:
Audio Coding;180
7.1;Chapter
10: Perceptual Model;181
7.1.1;10.1 Sound Pressure Level;182
7.1.2;10.2 Absolute Threshold of Hearing;182
7.1.3;10.3 Auditory Subband Filtering;184
7.1.3.1;10.3.1 Subband Filtering;184
7.1.3.2;10.3.2 Auditory Filters;185
7.1.3.3;10.3.3 Bark Scale;187
7.1.3.4;10.3.4 Critical Bands;187
7.1.3.5;10.3.5 Critical Band Level;192
7.1.3.6;10.3.6 Equivalent Rectangular Bandwidth;192
7.1.4;10.4 Simultaneous Masking;193
7.1.4.1;10.4.1 Types of Masking;194
7.1.4.1.1;10.4.1.1 Tone Masking Tone;195
7.1.4.1.2;10.4.1.2 Tone Masking Noise;195
7.1.4.1.3;10.4.1.3 Noise Masking Noise;195
7.1.4.1.4;10.4.1.4 Noise Masking Tone;195
7.1.4.1.5;10.4.1.5 Practical Masking Index;196
7.1.4.2;10.4.2 Spread of Masking;196
7.1.4.3;10.4.3 Global Masking Threshold;199
7.1.5;10.5 Temporal Masking;201
7.1.6;10.6 Perceptual Bit Allocation;202
7.1.7;10.7 Masked Threshold in Subband Domain;203
7.1.8;10.8 Perceptual Entropy;203
7.1.9;10.9 A Simple Perceptual Model;205
7.2;Chapter 11:
Transients;207
7.2.1;11.1 Resolution Challenge;207
7.2.1.1;11.1.1 Pre-Echo Artifacts;210
7.2.1.2;11.1.2 Fourier Uncertainty Principle;212
7.2.1.3;11.1.3 Adaptation of Resolution with Time;213
7.2.2;11.2 Switched-Window MDCT;215
7.2.2.1;11.2.1 Relaxed PR Conditions and Window Switching;215
7.2.2.2;11.2.2 Window Sequencing;217
7.2.3;11.3 Double-Resolution Switched MDCT;218
7.2.3.1;11.3.1 Primary and Transitional Windows;218
7.2.3.2;11.3.2 Look-Ahead and Window Sequencing;221
7.2.3.3;11.3.3 Implementation;222
7.2.3.4;11.3.4 Window Size Compromise;223
7.2.4;11.4 Temporal Noise Shaping;223
7.2.5;11.5 Transient-Localized MDCT;225
7.2.5.1;11.5.1 Brief Window and Pre-Echo Artifacts;225
7.2.5.2;11.5.2 Window Sequencing;228
7.2.5.2.1;11.5.2.1 Long Windows;229
7.2.5.2.2;11.5.2.2 Short Windows;229
7.2.5.3;11.5.3 Indication of Window Sequence to Decoder;230
7.2.5.4;11.5.4 Inverse TLM Implementation;231
7.2.6;11.6 Triple-Resolution Switched MDCT;232
7.2.7;11.7 Transient Detection;234
7.2.7.1;11.7.1 General Procedure;235
7.2.7.2;11.7.2 A Practical Example;236
7.3;Chapter 12:
Joint Channel Coding;238
7.3.1;12.1 M/S Stereo Coding;238
7.3.2;12.2 Joint Intensity Coding;239
7.3.3;12.3 Low-Frequency Effect Channel;241
7.4;Chapter 13:
Implementation Issues;242
7.4.1;13.1 Data Structure;242
7.4.1.1;13.1.1 Frame-Based Processing;243
7.4.1.2;13.1.2 Time–Frequency Tiling;243
7.4.2;13.2 Entropy Codebook Assignment;245
7.4.2.1;13.2.1 Fixed Assignment;246
7.4.2.2;13.2.2 Statistics-Adaptive Assignment;247
7.4.3;13.3 Bit Allocation;248
7.4.3.1;13.3.1 Inter-Frame Allocation;248
7.4.3.2;13.3.2 Intra-Frame Allocation;249
7.4.4;13.4 Bit Stream Format;250
7.4.4.1;13.4.1 Frame Header;250
7.4.4.2;13.4.2 Audio Channels;251
7.4.4.3;13.4.3 Error Protection Codes;252
7.4.4.4;13.4.4 Auxiliary Data;252
7.4.5;13.5 Implementation on Microprocessors;253
7.4.5.1;13.5.1 Fitting to Low-Cost Microprocessors;253
7.4.5.2;13.5.2 Fixed-Point Arithmetic;254
7.5;Chapter 14:
Quality Evaluation;257
7.5.1;14.1 Objective Metrics;258
7.5.2;14.2 Subjective Tests;258
7.5.2.1;14.2.1 Double-Blind Principle;259
7.5.2.2;14.2.2 ABX Test;259
7.5.2.3;14.2.3 ITU-R BS.1116;259
7.6;Chapter 15:
DRA Audio Coding Standard;261
7.6.1;15.1 Design Considerations;261
7.6.2;15.2 Architecture;262
7.6.3;15.3 Bit Stream Format;264
7.6.3.1;15.3.1 Frame Synchronization;265
7.6.3.2;15.3.2 Frame Header;268
7.6.3.3;15.3.3 Audio Channels;270
7.6.3.3.1;15.3.3.1 Window Sequencing;271
7.6.3.3.2;15.3.3.2 Codebook Assignment;274
7.6.3.3.3;15.3.3.3 Quantization Indexes;276
7.6.3.3.4;15.3.3.4 Quantization Step Sizes;281
7.6.3.3.5;15.3.3.5 Sum/Difference Coding Decisions;282
7.6.3.3.6;15.3.3.6 Steering Vector for Joint Intensity Coding;284
7.6.3.4;15.3.4 Window Sequencing for LFE Channels;284
7.6.3.5;15.3.5 End of Frame Signature;285
7.6.3.6;15.3.6 Auxiliary Data;286
7.6.3.7;15.3.7 Unpacking the Whole Frame;286
7.6.4;15.4 Decoding;287
7.6.4.1;15.4.1 Inverse Quantization;287
7.6.4.2;15.4.2 Joint Intensity Decoding;288
7.6.4.3;15.4.3 Sum/Difference Decoding;289
7.6.4.4;15.4.4 De-Interleaving;291
7.6.4.5;15.4.5 Window Sequencing;292
7.6.4.6;15.4.6 Inverse TLM;295
7.6.4.7;15.4.7 Decoding the Whole Frame;295
7.6.5;15.5 Formal Listening Tests;296
8;Appendix A
Large Tables;298
8.1;A.1 Quantization Step Size;298
8.2;A.2 Critical Bands for Short and Long MDCT;299
8.3;A.3 Huffman Codebooks for Codebook Assignment;306
8.4;A.4 Huffman Codebooks for Quotient Width of Quantization Indexes;308
8.5;A.5 Huffman Codebooks for Quantization Indexes in Quasi-Stationary Frames;309
8.6;A.6 Huffman Codebooks for Quantization Indexes in Frames with Transients;323
8.7;A.7 Huffman Codebooks for Indexes of QuantizationStep Sizes;337
9;References;340
10;Index;344




