Inhaltsverzeichnis

Einleitung

1 Grundlagen

1.1 Anwendungsbereiche und Bewertungskriterien von Audiocodierungen
1.2 Bedeutung des gehörorientierten Ansatzes bei Datenreduktion
1.3 Konturierung und Informationsaufnahme durch das Gehör
1.4 Spektralanalyse durch Fourier-t-Transformation (FTT)

1.4.1 Definition der FTT
1.4.2 Systeminterpretation der FTT und ihre Anwendung

1.5 Teiltonzeitmuster(TTZM)-Verfahren nach Heinbach

1.5.1 Berechnung des FTT-Pegelspektrums
1.5.2 Teiltonextraktion/Frequenzkonturierung
1.5.3 Codierung des Teiltonzeitmusters und Datenreduktion
1.5.4 Teiltonsynthese (TTSR und TTSD)

1.5.4.1 Ursprüngliche Teiltonsynthese mit Rechteckfenster (TTSR)
1.5.4.2 Neue Teiltonsynthese mit Dreieckfenster (TTSD)
1.5.4.3 Kombiniert spektral/zeitliche Betrachtung

1.6 Verwandtschaft mit Sinustonrepräsentationen

2 Grenzen des Heinbachschen TTZM-Verfahrens

2.1 Verarbeitung transienter Signale

2.1.1 Unzureichende Repräsentation von Impulsen
2.1.2 Klangverfälschte Repräsentation von Impulsfolgen
2.1.3 Fehlende Knackrepräsentation geschalteter Signale
2.1.4 Zusammenstellung günstiger Effekte bei Sprache

2.2 Glättung der Schmalbandhüllkurve
2.3 Störungen im übergang zeitlicher/spektraler Auflösung

2.3.1 Amplitudenmodulation

2.3.1.1 Teiltonzeitmuster und Kurzverläufe
2.3.1.2 Synthese und grundsätzliche Störungsursachen

2.3.2 Zweitonschwebung

2.3.2.1 Teiltonzeitmuster, Spaltungen und Verschmelzungen
2.3.2.2 Synthese und Komplexität von Verbesserungen

2.3.3 Frequenzmodulation
2.3.4 Zusammenfassung und übertragung auf Sprache

2.4 überhöhte Simultanverdeckung
2.5 Tonalisierung von Rauschsignalen
2.6 Qualitätsbeeinträchtigungen bei Datenreduktion

2.6.1 Spektral/zeitliche Kontrastverschärfung
2.6.2 Tonale Artefakte und Tonalisierung
2.6.3 Periodische Knackstörung
2.6.4 Intensitätsmodulation
2.6.5 Zusammenfassung und Schlußfolgerung

2.7 Zusammenfassung

3 Konturierung im zeitvarianten FTT-Pegelspektrum

3.1 Konturierungskonzept

3.1.1 übergang vom Teiltonzeitmuster auf Frequenzkonturen
3.1.2 Einführung von Zeitkonturierung und Zeitkonturen

3.1.2.1 Zweckmäßigkeit eines weiteren Konturierungsvorganges
3.1.2.2 Zeitkonturierung und Zeitkonturen

3.1.3 Zusammenfassung

3.2 Signalanalyse unter Berücksichtigung von Zeitkonturen

3.2.1 Impulsfolge
3.2.2 Tonsignal mit Hüllkurvenänderung
3.2.3 Sprachsignal
3.2.4 Zusammenfassung

3.3 Zusammenspiel von FTT-Fensterfunktion und Konturierung

3.3.1 Spezifikation und Beurteilungsmaße von Fensterfunktionen
3.3.2 Eignungskriterien für Fensterfunktionen
3.3.3 Variationsspielraum anhand ausgewählter Fensterfunktionen
3.3.4 Laufzeitausgleich
3.3.5 Konturausbildung in Abhängigkeit vom Fensterfunktionsgrad

3.3.5.1 Experimentelle Beobachtungen im Einschaltspektrum
3.3.5.2 Analytische Behandlung des Einschaltspektrums
3.3.5.3 Ausschalten und übergang auf Tonsignal mit Hüllkurvenänderung
3.3.5.4 Zusammenfassung

3.3.6 Bedeutung von Glättung und Ausgeprägtheitsschwellen

3.3.6.1 Entbehrlichkeit der Verbundfunktionalität
3.3.6.2 Problematik der Glättung als Einzelfunktionalität

3.3.7 Zusammenfassung

3.4 Einstellung der Transformations- und Konturierungsparameter

3.4.1 Bestmögliche Verarbeitungsqualität als Einstellziel
3.4.2 Durchführung und Ergebnis (ZFKI, ZFKII, M-TTZM)
3.4.3 Zusammenstellung und Erklärung der Parametereinflüsse

3.4.3.1 Fensterfunktionsgrad
3.4.3.2 Analysebandbreite
3.4.3.3 Analysefrequenzabstand
3.4.3.4 Auswerteintervalldauer
3.4.3.5 Ausgeprägtheitschwelle für Frequenzkonturen
3.4.3.6 Ausgeprägtheitschwelle für Zeitkonturen

3.4.4 Zusammenfassung

3.5 Zusammenfassung

4 Repräsentation mittels Kontur/Textur

4.1 Trennung tonaler, impuls- und rauschhafter Anteile über die Konturlinienlänge

4.1.1 Tonale und rauschhafte Anteile in den Frequenzkonturen
4.1.2 Impulshafte und rauschhafte Anteile in den Zeitkonturen

4.2 Kontur/Textur-Konzept
4.3 Verfahren zur Gewinnung von Kontur/Textur-Repräsentationen
4.4 Kontur/Textur-Repräsentation (KTX) von Sprachsignalen
4.5 Kontur/Textur-Repräsentation ohne Zeitkonturen (KTXOZ)
4.6 Einstellung der Verfahrensparameter und Verarbeitungsqualität

4.6.1 Durchführung und Ergebnis
4.6.2 Zusammenstellung und Erklärung der Parametereinflüsse

4.7 Zusammenfassung

5 Rekonstruktion des Signals aus Konturen

5.1 Entwicklung eines optimalen Rekonstruktionsfahrens

5.1.1 Einführung der FTT-Rücktransformation (RFTT)

5.1.1.1 Ansatz und Korrekturfunktion
5.1.1.2 übertragungseigenschaften und auditive Transparenz
5.1.1.3 Zusammenfassung und Ausblick

5.1.2 Rahmen für eine FTT-Codierung

5.1.2.1 Spektrale Diskretisierung und Einführung Synthesefenster
5.1.2.2 übergang auf FTT-Bandpaßspektrum und Spezifikation Synthesefenster
5.1.2.3 Zeitliche Diskretisierung
5.1.2.4 Besondere Eigenschaften des FTT-Bandpaßspektrums
5.1.2.5 Vergleich mit Ansätzen bekannter Audiocodierungen
5.1.2.6 Zusammenfassung

5.1.3 FTT-Codierung durch konturgesteuerte Auswahl der Abtastwerte
5.1.4 Rekonstruktion aus Konturen mit Originalphasen (RKOP)
5.1.5 Rekonstruktion aus Konturen mit heuristischer Phase (RKHP)

5.1.5.1 Aufstellung einer Phasenregel am Beispiel des Einschaltsinus
5.1.5.2 Notwendigkeit der Phasenregel für Konturlinien
5.1.5.3 Phasenheuristik und ihre Grenzen
5.1.5.4 Existenz und Natur einer optimalen Phasenrekonstruktion
5.1.5.5 Verfahrensansatz einer optimalen Phasenrekonstruktion
5.1.5.6 Zusammenfassung

5.1.6 Einstellung der Verfahrensparameter
5.1.7 Rekonstruktionsfehler im Vergleich mit Teiltonsynthesen

5.1.7.1 Fehlerformung durch das Synthesefenster
5.1.7.2 Nutzen der Störungen als Zeitkonturersatz

5.1.8 Zusammenfassung

5.2 Rekonstruktion aus Kontur/Textur-Repräsentationen

5.2.1 Erweitertes Verfahren RKHP mit Textur (RKHPTX)
5.2.2 Texturrekonstruktion mit Hilfe von Frequenzkonturen

5.3 Zusammenfassung

6 Codierungen mit Konturen

6.1 Quantisierung, Approximation und Quantisierungsveränderung
6.2 Codierung ohne zusätzliche Qualitätseinbußen

6.2.1 Einfache Codierverfahren mit gleichförmiger Quantisierung

6.2.1.1 Ermittlung der kritischen Quantisierung
6.2.1.2 Diskussion der Zeitquantisierungsstufe
6.2.1.3 Diskussion der übrigen Quantisierungsstufen
6.2.1.4 Festlegung der Stützstellencodes
6.2.1.5 Stützstellenstatistik
6.2.1.6 Zeitlagencodierung und Berechnung der Datenraten

6.2.2 Möglichkeiten weiterer Redundanz- und Irrelevanzreduktion
6.2.3 Zusammenfassung und Schlußfolgerung

6.3 Niedrigratige Sprachcodierung

6.3.1 Wahl des Frequenzkontur/Textur-Verfahrens und Modifikation
6.3.2 Codierung 30kbit/s mit Frequenzkontur/Textur (MUM-30k)
6.3.3 Vergleich von MUM-30k mit anderen Verfahren
6.3.4 Codierung 4,4 kbit/s mit Frequenzkontur/Textur (MUM-4k4)

6.3.4.1 änderung der Quantisierung und sonstiger Parameter
6.3.4.2 Verzicht auf Linienlänge als Prägnanzmaß
6.3.4.3 Anwendung der Heinbachschen Pegelcodierung
6.3.4.4 Weiterentwickelte Linienapproximation

6.3.5 Vergleich von MUM-4k4 mit anderen Verfahren

6.3.5.1 Heinbachsches TTZM-Verfahren bei 4,4 kbit/s (HB-4k4)
6.3.5.2 CELP 4,8 kbit/s und LPC-10e 2,4 kbit/s
6.3.5.3 Hybride harmonische Codierung 4,8 kbit/s

6.3.6 Zusammenfassung

6.4 Zusammenfassung und Ausblick

Zusammenfassung

Anhang

A Definitionen

A.1 Konturen und Konturpunkte
A.2 Konturlinien und Konturlinienlänge
A.3 Kontursignal und Konturpunktsignal
A.4 Phasenoperator

B Verfahrensbeschreibungen

B.1 Approximation lokaler Pegelmaxima über der Frequenz
B.2 Realisierung von Modulator/Tiefpaß/Laufzeit-Strukturen
B.3 Realisierung von Tiefpaßfiltern durch Rekursion
B.4 Stufenlose Realisierung von Laufzeiten
B.5 Kontur/Textur-Analyse
B.6 Rekonstruktionsverfahren

C Herleitungen

C.1 FTT-Spektrum einer eingeschalteten komplexen Schwingung
C.2 Spektrale Grenzselektion der FTT
C.3 Frequenzverlaufseigenschaften der FTT

D Spezielle Ergebnisse

D.1 Hörversuch zur Heinbachschen TTZM-Datenreduktion
D.2 FTT-Codierungsrahmen als Wavelet-Transformation
D.3 Signaldarstellung durch Konturpunkt-Wavelets

E Abkürzungen und Formelzeichen

Quellenverzeichnis

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