Ultra Low Delay

Verschiedene Anwendungen von digitalen Audiodaten erfordern unterschiedliche Codieralgorithmen. Für einige Applikationen ist eine möglichst geringe Signalverzögerung essentiell. Für diese Zwecke wurde in Ilmenau ein Ultra Low Delay Codec mit extrem geringen Codierdelays entwickelt.

Insbesondere für drahtlose Mikrofone und Lautsprecher, bei Videokonferenzanlagen, sowie beim Mithören des Signals von Mischpulten (sog. »In-Ear-Monitoring«), ist es entscheidend Sprache und Musik nicht nur mit hoher Qualität, sondern auch mit extrem kurzer Verzögerungszeit zur Verfügung zu stellen. Hier liegt die tolerierbare Verzögerung bei weniger als zehn Millisekunden. Der Ultra Low Delay Codec (ULD) überzeugt mit einer sehr guten Wiedergabequalität der Signale, ohne dass deutliche Verluste in der Kompressionsrate und der Hörqualität im Vergleich zu gängigen Audiocodern akzeptiert werden müssen.

Der mit Unterstützung des Fraunhofer IIS entwickelte ULD Codec verzichtet im Gegensatz zu anderen Codierverfahren (z. B. MPEG-2 AAC oder MPEG-4 AAC Low Delay) auf die Teilbandcodierung und nutzt stattdessen die so genannte prädiktive Codierung. Die prädiktive Codierung ermöglicht prinzipiell eine sehr geringe Verzögerung des Signals, ohne dass deutliche Verluste in der Hörqualität akzeptiert werden müssen. Es ist nicht notwendig, einen Kompromiss zwischen Delay und übertragener Audioqualität einzugehen.

Zunächst jedoch wird beim ULD Coding, wie auch bei anderen Codierverfahren, die Irrelevanz des Audiosignals reduziert. Dies geschieht mit Hilfe eines psychoakustischen Modells und eines Filters. Das psychoakustische Modell wertet dabei das zu übertragende Signal nur aus, das Signal wird hierbei nicht codiert. Dieses Modell berechnet Koeffizienten für ein zeitlich variables Filter. Das zu codierende Signal durchläuft diesen Filter. Das so gefilterte Signal wird dann linear quantisiert, wobei für den Menschen unhörbare Signalanteile entfernt werden

Die Redundanzreduktion des Signals erfolgt mit Hilfe von Prädiktoren und anschliessender Entropiecodierung. Nach erfolgter Übertragung des codierten Restsignals und der Codierungsparameter werden zur Decodierung die aufgeführten Schritte entsprechend rückwärts durchlaufen. Die Wirkung der Prädiktoren und des psychoakustischen Filters werden dabei umgekehrt. Die bei diesem Verfahren erreichte algorithmische Codierungs/Decodierungs-Verzögerung beträgt 5 bis 8 ms (praktisches Systemdelay inklusive Rechenverzögerungen kleiner 20 ms).

Die Entwicklungen am Fraunhofer IDMT zielten insbesondere darauf ab, die Verzögerung und die Datenrate weiter zu minimieren. Mit Hilfe einer speziellen Filtertechnik, dem so genannten »Warping« kann die Datenrate deutlich reduziert werden bzw. die Verzögerungszeit nahezu ohne Datenratenverluste halbiert werden. Außerdem unterstützt der ULD Codec die Multikanal-Audioübertragung. Damit wird dem wachsenden Interesse des Unterhaltungssektors nach Mehrkanal-Lösungen Rechnung getragen. Des Weiteren wurden Modifikationen des ULD Codecs für spezielle Anwendungen untersucht, z.B. für Endgeräte mit nur geringer Rechenleistung, so genannte »embedded systems«.

Aktuell werden die Forschungsarbeiten zu Ultra Low Delay Coding an der Technischen Universität Ilmenau weitergeführt.