BR112015017632B1 - Aparelho e método para gerar um sinal melhorado da frequência utilizando nivelamento temporal de sub-bandas - Google Patents

Aparelho e método para gerar um sinal melhorado da frequência utilizando nivelamento temporal de sub-bandas Download PDF

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Abstract

APARELHO E MÉTODO PARA GERAR UM SINAL MELHORADO DA FREQUÊNCIA UTILIZANDO NIVELAMENTO TEMPORAL DE SUB-BANDAS Um aparelho para gerar um sinal de melhoria da frequência (130) compreende: um gerador de sinal (200) para gerar um sinal de melhoria de um sinal central (120, 110), o sinal de melhoria compreendendo uma faixa de frequência de melhoria não incluída no sinal central, em que um período de tempo atual (320, 340) do sinal de melhoria ou o sinal central compreende sinais de sub-banda para uma pluralidade de sub-bandas; um controlador (800) para calcular a mesma informação de nivelamento (802) para a pluralidade de sinais de sub-banda da faixa de frequência de melhoria ou do sinal central, e em que o gerador de sinal (200) é configurado para nivelar a pluralidade de sinais de sub-banda da faixa de frequência de melhoria ou do sinal central utilizando a mesma informação de nivelamento (802). Figura 8

Description

RELATÓRIO DESCRITIVO
[0001] A presente invenção é baseada na codificação de áudio e, em particular, nos procedimentos de melhoria da frequência como extensão da largura de banda, replicação da banda espectral ou preenchimento de espaço inteligente.
[0002] A presente invenção é particularmente relacionada a procedimentos de melhoria da frequência não guiados, ou seja, onde o lado do decodificador opera sem informação adicional ou apenas com uma quantidade minima de informação adicional.
[0003] Codecs de áudio perceptuais geralmente quantizam e codificam apenas uma parte passa-baixa de toda a faixa de frequência perceptível de um sinal de áudio, especialmente quando operado em taxas de bit (relativamente) baixas. Embora esta abordagem garanta uma qualidade aceitável para o sinal codificado de baixa frequência, a maioria dos ouvintes percebem a ausência da parte passa-alta como uma degradação de qualidade. Para superar esta questão, a parte de frequência mais alta ausente pode ser sintetizar sintetizada pelos esquemas da extensão da largura de banda.
[0004] Codecs do estado da técnica geralmente utilizam tanto um codificador que conserva a forma da onda, como AAC, quanto um codificador paramétrico, como um codificador de fala, para codificar o sinal de baixa frequência de parada. Esta frequência é chamada frequência cruzada. A parte da frequência abaixo da frequência cruzada é chamada banda baixa. 0 sinal acima da frequência cruzada, que é sintetizado por meios de um esquema da extensão da largura de banda, é chamado banda alta.
[0005] Uma extensão da largura de banda tipicamente sintetiza a largura de banda ausente (banda alta) por meios do sinal transmitido (banda baixa) e informação adicional extra. Se aplicado no campo de codificação de áudio de baixa taxa de bit, a informação extra deveria consumir o menos de taxa de bit extra possivel. Assim, geralmente, uma representação paramétrica é escolhida para a informação extra. Esta representação paramétrica é tanto transmitida do codificador na taxa de bit comparavelmente baixa (extensão da largura de banda guiada) ou estimada no decodificador com base nas características especificas do sinal (extensão da largura de banda não guiada). No último caso, os parâmetros não consomem nenhuma taxa de bit.
[0006] A sintese da banda alta consiste tipicamente em duas partes: 1. Geração do conteúdo de alta frequência. Isso pode ser feito tanto copiando quanto virando (partes) do conteúdo de baixa frequência à banda alta, ou inserir ruido branco ou formado ou outras partes do sinal artificial na banda alta. 2. Ajuste do conteúdo gerado de alta frequência de acordo com a informação paramétrica. Isso inclui manipulação de forma, tonalidade/ruidos e energia de acordo com a representação paramétrica.
[0007] O objetivo do processo de sintese é geralmente atingir um sinal que é perceptualmente próximo ao sinal original. Se este objetivo não pode ser correspondido, a parte sintetizada deveria ser menos perturbadora para o ouvinte.
[0008] Outro que não seja o esquema BWE guiado, uma extensão da largura de banda não guiada não pode depender da informação extra para a sintese da banda alta. Ao invés disso, ela tipicamente utiliza regras empiricas para explorar a correlação entre a banda baixa e a banda alta. Enquanto que a maioria das peças musicais e segmentos de fala com voz exibem uma alta correlação entre a faixa de frequência alta e baixa, este geralmente não é o caso para os segmentos de fala sem voz ou fricatives. Sons fricatives têm muito pouca energia na faixa de frequência mais baixa enquanto tem energia alta acima de uma determinada frequência. Se esta frequência está próxima à frequência cruzada, então ela pode ser problemática para gerar o sinal artificial acima da frequência cruzada desde que neste caso a banda baixa não tenha pequenas partes relevantes do sinal. Para cooperar com este problema, uma boa detecção destes sons é útil.
[0009] HE-AAC é um codec bem conhecido que consiste em um codec que preserva a forma de onda para a banda baixa (AAC) e um codec paramétrico para a banda alta (SBR). No lado do decodificador, o sinal da banda alta é gerado pela transformação do sinal AAC decodificado no dominio de frequência utilizando um banco de filtro de QMF. Subsequentemente, as sub-bandas do sinal de banda baixa são copiadas na banda alta (geração do conteúdo de alta frequência). Este sinal de banda alta é então ajustado no envelope espectral, tonalidade e patamar de ruido com base na informação adicional paramétrica transmitida (ajuste do conteúdo gerado de alta frequência). Visto que este método utiliza uma abordagem BWE guiada, uma fraca correlação entre a banda alta e banda baixa não é, no geral, problemática e pode ser superada transmitindo os ajustes apropriados do parâmetro. Entretanto, isso exige taxa de bit adicional, que não pode ser aceitável para um dado cenário da aplicação.
[0010] 0 Padrão ITU G.722.2 é um codec de fala que opera no dominio de tempo apenas, ou seja, sem realizar qualquer cálculo no dominio de frequência. Tal decodificador emite um sinal de dominio de tempo sinal com uma taxa de amostragem de 12,8 kHz, que é subsequentemente amostrada até 16 kHz. A geração do conteúdo de alta frequência (6.4 - 7.0 kHz) é com base na inserção do ruido de passa-banda. Na maioria dos modos operacionais a formação espectral do ruido é feita sem utilizar qualquer informação adicional, apenas no modo operacional com informação da taxa de bit mais alta sobre a energia do ruido que é transmitida no fluxo continuo de dados. Por razões de simplicidade, e visto que nem todos os cenários de aplicação podem suportar a transmissão de ajustes de parâmetros extra, apenas a geração do sinal de banda alta sem utilizar qualquer informação adicional é descrita.
[0011] Para gerar o sinal de banda alta, um sinal de ruido é escalado para ter a mesma energia que o sinal de excitação central. A fim de fornecer mais energia às partes sem voz do sinal, uma inclinação espectral e é calculada:
Figure img0001
[0012] onde s é o sinal central decodificado filtrado por passa-alta com frequência de corte de 400 Hz. n é o indice de amostra. No caso de segmentos com voz onde menos energia está presente em frequências altas, e aproxima 1, enquanto para os segmentos sem voz e está próximo a zero. A fim de ter mais energia no sinal de banda alta, para a fala sem voz a energia do ruido é multiplicada por (1 - e). Finalmente, o sinal de ruído em escala é filtrado por um filtro que é derivado do filtro de Codificação Preditiva Linear central (LPC | Linear Predictive Coding) pela extrapolação no domínio de Frequência Espectral Linear (LSF | Line Spectral Frequency).
[0013] A extensão da largura de banda não guiada de G.722.2, que opera completamente no domínio de tempo, tem as seguintes desvantagens: 1. O conteúdo HF gerado é com base no ruído. Isso cria perturbações sonoras se o sinal HF for combinado com um sinal de baixa frequência tonal harmônico (por exemplo, música). Para evitar estas perturbações, G.722.2 limita muito a energia do sinal HF gerado, que ainda limita os benefícios potenciais da extensão da largura de banda. Assim, infelizmente a possível melhoria máxima da luminosidade de um som ou o aumento máximo alcançável na inteligibilidade de um sinal de fala é limitado. 2. Visto que esta extensão da largura de banda não guiada opera no dominio de tempo, as operações de filtragem causam atraso algorítmico adicional. Este atraso adicional reduz a qualidade da experiência do usuário em cenários de comunicação bidirecionais ou não podem ser permitidos pelos termos de exigência de um dado padrão de tecnologia de comunicação. 3. Ainda, visto que o processamento do sinal é realizado no dominio de tempo, as operações de filtro estão propensas a instabilidades. Além disso, os filtros de dominio de tempo têm uma complexidade computacional alta. 4. Visto que apenas a soma total da energia do sinal de banda alta é adaptada à energia do sinal central (e ainda ponderada pela inclinação espectral), pode haver uma incompatibilidade local significante de energia na frequência cruzada entre a faixa de frequência superior do sinal central (o sinal logo abaixo da frequência cruzada) e o sinal de banda alta. Por exemplo, este será o caso especialmente para os sinais tonais que exibem uma concentração de energia na faixa de frequência muito baixa, mas contém pouca energia na faixa de frequência superior. 5. Ainda, é computacionalmente complexo estimar um declive espectral de uma representação de dominio de tempo. No dominio de frequência, uma extrapolação de um declive espectral pode ser feita muito eficientemente. Visto que a maioria da energia de, por exemplo, fricatives é concentrada na faixa de alta frequência, estes podem soar de forma opaca se uma energia preservadora e estratégia de estimativa do declive espectral como em G.722.2 for aplicada (veja 1.) .
[0014] Para resumir, os esquemas da extensão da largura de banda cega ou não guiada da técnica anterior podem exigir uma complexidade computacional significante no lado do decodificador e independentemente resultar em uma qualidade de áudio limitada especificamente para os sons de fala problemáticos como fricatives. Ainda, esquemas da extensão da largura de banda guiada, embora forneçam uma qualidade de áudio melhor e, às vezes, exijam menos complexidade computacional no lado do decodificador não podem fornecer reduções substanciais da taxa de bit devido ao fato que as informações paramétricas adicionais na banda alta podem exigir uma quantidade significante de taxa de bit adicional com relação ao sinal de áudio central codificado.
[0015] É, então, um objeto da presente invenção fornecer um conceito melhorado para o processamento de áudio no contexto de tecnologias de melhoria da frequência não guiada.
[0016] Este objeto é alcançado por um aparelho para gerar um sinal melhorado da frequência, de acordo com a reivindicação 1, um método para gerar um sinal melhorado da frequência, de acordo com a reivindicação 11, um sistema compreendendo um codificador e um aparelho para gerar um sinal melhorado da frequência, de acordo com a reivindicação 12, um método relacionado, de acordo com a reivindicação 13, ou um programa de computador, de acordo com a reivindicação 14 .
[0017] A presente invenção fornece um esquema de melhoria de frequência como um esquema da extensão da largura de banda para codecs de áudio. Este esquema têm o objetivo de estender a largura de banda de frequência de um codec de áudio sem a necessidade de informação adicional extra ou com apenas uma quantidade minima significantemente reduzida comparada a uma descrição paramétrica completa de bandas ausentes como nos esquemas da extensão da largura de banda guiada.
[0018] Um aparelho para gerar um sinal melhorado da frequência compreende uma calculadora para calcular um valor que descreve uma distribuição de energia com relação à frequência em um sinal central. Um gerador de sinal para gerar um sinal de melhoria compreendendo uma faixa de frequência de melhoria não incluida no sinal central opera utilizando o sinal central e então realiza uma formação do sinal de melhoria ou do sinal central de modo que o envelope espectral do sinal de melhoria depende do valor que descreve a distribuição de energia.
[0019] Assim, o envelope do sinal de melhoria, ou do sinal de melhoria é formado com base neste valor que descreve a distribuição de energia. Este valor pode ser facilmente calculado e este valor então define a forma do envelope total ou a forma total do sinal de melhoria. Assim, o decodificador pode operar com uma baixa complexidade e ao mesmo tempo uma boa qualidade de áudio é obtida. Especificamente, a distribuição de energia no sinal central quando utilizada 3/M para a formação espectral do sinal de melhoria da frequência resulta em uma boa qualidade de áudio embora o processamento para calcular o valor na distribuição de energia como um centroide espectral no sinal central e o ajuste do sinal de melhoria com base neste centroide espectral seja um procedimento que é direto e pode ser realizado com recursos computacionais inferiores.
[0020] Ainda, este procedimento permite que a energia absoluta e o declive (roll-off) do sinal de banda alta sejam derivados da energia absoluta e do declive (rolloff) do sinal central, respectivamente. É preferido realizar estas operações no dominio de frequência de modo que elas possam ser feitas na forma computacionalmente eficiente, visto que a formação de um envelope espectral é equivalente à simples multiplicação da representação de frequência com uma curva de ganho, e esta curva de ganho é derivada do valor que descreve a distribuição de energia com relação à frequência no sinal central.
[0021] Ainda, é computacionalmente complexo estimar precisamente e extrapolar uma dada forma espectral no dominio de tempo. Assim, estas operações são preferivelmente realizadas no dominio de frequência. Sons fricatives, por exemplo, têm tipicamente apenas uma baixa quantidade de energia em baixas frequências e uma alta quantidade de energia em altas frequências. O aumento na energia é dependente do som fricativo real e pode começar apenas logo abaixo da frequência cruzada. No dominio de tempo, é dificil detectar esta situação e computacionalmente complexar para obter uma extrapolação válida dela. Para sons não fricativos é garantido que a energia do espectro artificial gerado sempre cai com o aumento da frequência.
[0022] Em outro aspecto, um procedimento de nivelamento temporal é aplicado. Um gerador de sinal para gerar um sinal de melhoria a partir de um sinal central é fornecido. Um periodo de tempo do sinal de melhoria ou do sinal central compreende sinais de sub-banda para uma pluralidade de sub-bandas. Um controlador para calcular a mesma informação de nivelamento para a pluralidade de sinais de sub-banda da faixa de frequência de melhoria é fornecido e esta informação de nivelamento é então utilizada pelo gerador de sinal para nivelar a pluralidade de sinais de sub-banda da faixa de frequência de melhoria, particularmente utilizando a mesma informação de nivelamento ou, de modo alternativo, quando o nivelamento é realizado antes da geração de alta frequência, então a pluralidade de sinais de sub-banda do sinal central são niveladas utilizando a mesma informação de nivelamento. Este nivelamento temporal evita a continuação de rápidas flutuações de energia menores, que são herdadas da banda baixa, à banda alta, e assim leva a uma impressão perceptual mais agradável. As flutuações de energia de banda baixa são geralmente causadas pelos erros de quantização do codificador central subjacente que levam a instabilidades. O nivelamento é adaptável pelo sinal visto que seja dependente da fase estacionária (longa duração) do sinal. Ainda, o uso de um e da mesma informação de nivelamento para todas as subbandas individuais certifica que a coerência entre as sub- bandas não é mudada pelo nivelamento temporal. Ao invés disso, todas as sub-bandas são niveladas em uma mesma forma, e a informação de nivelamento é derivada de todas as sub-bandas ou apenas das sub-bandas na faixa de frequência de melhoria. Assim, uma qualidade de áudio significantemente melhor comparada a um nivelamento individual de cada sinal de sub-banda individualmente é obtida.
[0023] Outro aspecto está relacionado à realização de uma limitação de energia, preferivelmente no final de todo o procedimento para gerar o sinal de melhoria. Um gerador de sinal para gerar um sinal de melhoria a partir de um sinal central é fornecido, onde o sinal de melhoria compreende uma faixa de frequência de melhoria não incluida no sinal central, onde um periodo de tempo do sinal de melhoria compreende sinais de sub-banda para uma ou uma pluralidade de sub-bandas. Um banco de filtro de sintese para gerar o sinal de melhoria da frequência utilizando o sinal de melhoria é fornecido, onde o gerador de sinal é configurado para realizar uma limitação de energia a fim de certificar que o sinal de melhoria da frequência obtido pelo banco de filtro de sintese é de modo que uma energia de uma banda mais alta seja, no máximo, igual a uma energia em uma banda mais baixa ou maior do que, no máximo, por um limite predefinido. Isso pode ser aplicado para uma banda de única extensão. Então, a comparação ou limitação de energia é feita utilizando a energia da banda central mais alta. Isso pode ainda aplicar para uma pluralidade de bandas de extensão. Então, uma banda de extensão inferior é limitada pela energia utilizando a banda central mais alta, e uma banda de extensão mais alta é limitada pela energia com relação da segunda para a banda de extensão mais alta.
[0024] Este procedimento é particularmente útil para esquemas da extensão da largura de banda não guiada, mas pode ainda ajudar nos esquemas da extensão da largura de banda guiada, visto que os esquemas da extensão da largura de banda não guiada estão propensos a perturbações causadas pelos componentes espectrais que ressaltam artificialmente, especialmente em segmentos que têm uma inclinação espectral negativa. Estes componentes podem levar a rupturas de ruido de alta frequência. Para evitar esta situação, a limitação de energia é preferivelmente aplicada no final do processamento, que limita o aumento de energia sobre a frequência. Em uma implementação, a energia em uma sub-banda de QMF (Filtros em Espelho de Quadratura | Quadrature Mirror Filtering) k não deve exceder a energia em uma sub-banda QMF k-1. Este limite de energia pode ser realizado em uma base de tempo ou para salvar uma complexidade, apenas uma vez por estrutura. Assim, é certificado que qualquer situação artificial em esquemas da extensão da largura de banda é evitada, visto que é muito artificial que uma faixa de frequência mais alta tenha mais energia do que a faixa de frequência mais baixa ou que a energia de uma faixa de frequência mais alta seja mais alta por mais do que o limite predefinido, como um limite de 3dB, do que a energia na banda inferior. Tipicamente, todos os sinais de música/fala têm uma característica passa-baixa, ou seja, têm um conteúdo de energia que reduz mais ou menos uniformemente sobre a frequência. Isso pode ser aplicado em uma banda de única extensão. Então, a comparação ou limitação de energia é feita utilizando a energia da banda central mais alta. Isso ainda pode ser aplicado para uma pluralidade de bandas de extensão. Então uma banda de extensão mais baixa é limitada pela energia utilizando a banda central mais alta, e uma banda de extensão mais alta é limitada pela energia com relação da segunda para a banda de extensão mais alta.
[0025] Embora as tecnologias de formação do sinal de melhoria da frequência, nivelamento temporal dos sinais de sub-banda da melhoria da frequência e limitação de energia possam ser realizadas individualmente e separadamente entre si, estes procedimentos podem ainda ser realizados juntos dentro preferivelmente de um esquema de melhoria de frequência não guiada.
[0026] Ainda, a referência é feita às reivindicações dependentes que se referem às aplicações especificas.
[0027] As aplicações preferidas da presente invenção são subsequentemente descritas com relação aos desenhos anexos, em que:
[0028] Figura 1 ilustra uma aplicação compreendendo as tecnologias de formação de um sinal de melhoria da frequência, do nivelamento do sinal de sub-banda e da limitação de energia;
[0029] Figuras 2a-2c ilustram diferentes implementações do gerador de sinal da figura 1;
[0030] Figura 3 ilustra periodos de tempo individuais, onde uma estrutura tem um longo periodo de tempo e um intervalo tem um curto periodo de tempo e cada estrutura compreende uma pluralidade de intervalos;
[0031] Figura 4 ilustra um gráfico espectral indicando a posição espectral de um sinal central e um sinal de melhoria em uma implementação de uma aplicação da extensão da largura de banda;
[0032] Figura 5 ilustra um aparelho para gerar o sinal melhorado da frequência utilizando uma formação espectral com base no valor que descreve uma distribuição de energia do sinal central;
[0033] Figura 6 ilustra uma implementação da tecnologia de formação;
[0034] Figura 7 ilustra diferentes roll-offs determinados por um determinado centroide espectral;
[0035] Figura 8 ilustra um aparelho para gerar o sinal melhorado da frequência compreendendo a mesma informação de nivelamento para nivelar os sinais de sub-banda do sinal central ou do sinal de melhoria da frequência;
[0036] Figura 9 ilustra um procedimento preferido aplicado pelo controlador e pelo gerador de sinal da figura 8;
[0037] Figura 10 ilustra outro procedimento aplicado pelo controlador e pelo gerador de sinal da figura 8;
[0038] Figura 11 ilustra um aparelho para gerar um sinal melhorado da frequência, que realiza um procedimento de limitação de energia no sinal de melhoria de modo que uma banda mais alta do sinal de melhoria possa, no máximo, ter a mesma energia da banda mais baixa adjacente ou seja, no máximo, mais alta na energia por um limite predefinido;
[0039] Figura 12a ilustra o espectro do sinal de melhoria antes da limitação;
[0040] Figura 12b ilustra o espectro da figura 12a subsequente à limitação;
[0041] Figura 13 ilustra um processo realizado pelo gerador de sinal em uma implementação;
[0042] Figura 14 ilustra a aplicação simultânea das tecnologias de formação, nivelamento e limitação de energia dentro de um dominio de banco de filtro; e
[0043] Figura 15 ilustra um sistema compreendendo um codificador e um decodificador de melhoria da frequência não guiada.
[0044] A figura 1 ilustra um aparelho para gerar um sinal melhorado da frequência 140 em uma implementação preferida, na qual as tecnologias de formação, nivelamento temporal e limitação de energia são realizados todas juntas. Entretanto, estas tecnologias podem ainda ser aplicadas individualmente conforme discutido no contexto das figuras de 5 a 7 para a tecnologia de formação, figuras de 8 a 10 para a tecnologia de nivelamento e figuras de 11 a 13 para a tecnologia de limitação de energia.
[0045] Preferivelmente, o aparelho para gerar o sinal melhorado da frequência 140 da figura 1 compreende um banco de filtro de análise ou um decodificador central 100 ou qualquer outro dispositivo para fornecer o sinal central no dominio de banco de filtro como em um dominio de QMF, quando o decodificador central emite sinais de sub-banda de QMF. De modo alternativo, o banco de filtro de análise 100 pode ser um banco de filtro de QMF ou outro banco de filtro de análise, quando o sinal central é um sinal do dominio de tempo ou é fornecido em qualquer outro dominio do que um dominio espectral ou de sub-banda.
[0046] Os sinais de sub-banda do sinal central 110 individuais que estão disponíveis em 120 são então inseridos em um gerador de sinal 200 e a saida do gerador de sinal 200 é um sinal de melhoria 130. Este sinal de melhoria 130 compreende uma faixa de frequência de melhoria que não é incluida no sinal central 110 e o gerador de sinal gera este sinal de melhoria não, por exemplo, pela formação ruido (apenas) ou assim, mas utilizando o sinal central 110 ou preferivelmente as sub-bandas do sinal central 120. 0 banco de filtro de sintese então combina as sub-bandas do sinal central 120 e o sinal de melhoria da frequência 130, e o banco de filtro de sintese 300 então emite o sinal melhorado da frequência.
[0047] Basicamente, o gerador de sinal 200 compreende um bloco de geração de sinal 202 que é indicado como "Geração de HF" onde HF significa alta frequência. Entretanto, a melhoria de frequência na figura 1 não limitada à tecnologia que uma alta frequência é gerada. Ao invés disso, ainda uma baixa frequência ou uma frequência intermediária ser gerada e pode haver ainda uma regeneração de um furo espectral no sinal central, ou seja, quando o e quando há uma banda intermediária ausente, como é, por exemplo, conhecido do preenchimento de espaço inteligente (IGF I Intelligent Gap Filling). A geração do sinal 202 pode compreender procedimentos de cópia como conhecido de HE-AAC ou dos procedimentos de reflexão, ou seja, onde, a fim de gerar a faixa de alta frequência ou faixa de melhoria da frequência, o sinal central é refletido ao invés de copiado.
[0048] Ainda, o gerador de sinal compreende uma funcionalidade de formação 204, que é controlada pelo cálculo para calcular um valor indicando a distribuição de energia com relação à frequência no sinal central 120. Esta formação pode ser uma formação do sinal gerada pelo bloco 202 ou, de modo alternativo, a formação da baixa frequência, quando a ordem entre funcionalidade 202 e 204 é reversa conforme discutido no contexto da figura 2a a figura 2c.
[0049] Outra funcionalidade é a funcionalidade de nivelamento temporal 206, que é controlada por um controlador de nivelamento 800. Uma limitação de energia 208 é preferivelmente realizada no final do procedimento, mas a limitação de energia pode ainda ser colocada em qualquer posição na cadeia de funcionalidades de processamento de 202 a 208 desde que seja certificado que o sinal combinado emitido pelo banco de filtro de sintese 300 realiza o critério de limitação de energia como o de uma faixa de frequência mais alta não deve ter mais energia do que a faixa de frequência mais baixa adjacente ou da faixa de frequência mais alta não deve ter mais energia comparado com a faixa de frequência mais baixa adjacente, onde o aumento é limitado, no máximo, a um limite predefinido como 3dB.
[0050] A figura 2a ilustra uma ordem diferente, na qual a formação 204 é realizada junto com o nivelamento temporal 206 e a limitação de energia 208 antes de realizar a geração de HF 202. Assim, o sinal central é formado/nivelado/limitado e então o sinal já formado/nivelado/limitado completo é copiado ou refletido na faixa de frequência de melhoria. Ainda, é importante entender que a ordem de blocos 204, 206, 208 pode ser realizada de qualquer forma, pois ainda pode ser visto quando a figura 2a é comparada com a ordem dos blocos correspondentes na figura 1.
[0051] A figura 2b ilustra uma situação, na qual o nivelamento temporal e a formação é realizada na baixa frequência ou no sinal central, e a geração de HF 202 é então realizada antes da limitação de energia 208. Ainda, a figura 2c ilustra uma situação onde a formação do sinal é realizado no sinal de baixa frequência e uma geração de HF subsequente como pela cópia ou reflexão é realizada a fim de obter o sinal para a faixa de frequência de melhoria, e este sinal é então nivelado 206 e limitado pela energia 208.
[0052] Ainda, deve ser enfatizado que as funcionalidades de formação, nivelamento temporal e limitação de energia podem ser todas realizadas aplicando os determinados fatores em um sinal de sub-banda como, por exemplo, ilustrado na figura 14. A formação é implementada pelos multiplicadores 1402a, 1401a e 1400a para bandas individuais i, i + 1, i + 2.
[0053] Ainda, o nivelamento temporal é realizado pelos multiplicadores 1402b, 1401b e 1400b. Adicionalmente, a limitação de energia é realizada pelos fatores de limitação 1402c, 1401c e 1400c para as bandas individuais i + 2, i + 1 e i. Devido ao fato que todas estas funcionalidades são implementadas nesta aplicação pelos fatores de multiplicação, deve ser observado que todas estas podem ainda ser aplicadas aos sinais de sub-banda individuais por um único fator de multiplicação 1402, 1401, 1400 para cada banda individual, e este único fator de multiplicação "mestre" então seria um produto dos fatores individuais 1402a, 1402b e 1402c para uma banda i + 2, e a situação seria análoga a outras bandas i + 1 e i. Assim, os valores de amostra de sub-banda real/imaginária para as sub-bandas são então multiplicados por este único fator de multiplicação "mestre" e a saida é obtida como valores multiplicados de amostra da sub-banda imaginária/real na saida do bloco 1402, 1401 ou 1400. que são então introduzidos ao banco de filtro de sintese 300 da figura 1. Assim, a saida dos blocos 1400. 1401, 1402 corresponde ao sinal de melhoria 1300 tipicamente cobrindo a faixa de frequência de melhoria não incluida no sinal central.
[0054] A figura 3 ilustra um gráfico indicando diferentes resoluções de tempo utilizadas no processo de geração do sinal. Basicamente, o sinal é processado por estrutura. Isso significa que o banco de filtro de análise 100 é preferivelmente implementado para gerar as estruturas subsequentes por tempo 320 de sinais de sub-banda, onde cada estrutura 320 dos sinais de sub-banda compreende um ou uma pluralidade de intervalos ou intervalos do banco de filtro 340. Embora a figura 3 ilustra quatro intervalos por estrutura, ainda podem haver 2, 3 ou ainda mais do que quatro intervalos por estrutura. Conforme ilustrado na figura 14, a formação do sinal de melhoria ou do sinal central com base na distribuição de energia do sinal central é realizada uma vez por estrutura. Por outro lado, o nivelamento temporal é realizado com uma alta resolução de tempo, ou seja, preferivelmente uma vez por intervalo 340 e a limitação de energia pode uma vez novamente ser realizada uma vez por estrutura quando uma baixa complexidade é necessária, ou uma vez por intervalo quando uma complexidade mais alta não é problemática para a implementação especifica.
[0055] A figura 4 ilustra uma representação de um espectro tendo cinco sub-bandas 1, 2, 3, 4, 5 na faixa de frequência do sinal central. Ainda, o exemplo na figura 4 tem quatro sinais de sub-banda ou sub-bandas 6, 7, 8, 9 na faixa do sinal de melhoria e do sinal central range e na faixa do sinal de melhoria que são separadas por uma frequência cruzada 420. Ainda, uma faixa de frequência inicial 410 é ilustrada, sendo utilizada para calcular o valor que descreve uma distribuição de energia com relação à frequência para a finalidade de formação 204, conforme será discutido posteriormente. Este procedimento certifica que as sub-bandas mais baixas ou uma pluralidade de sub-bandas mais baixas não são utilizadas para o cálculo do valor que descreve a distribuição de energia com relação à frequência a fim para obter um ajuste melhor do sinal de melhoria.
[0056] Subsequentemente, uma implementação da geração 202 da faixa de frequência de melhoria não incluida no sinal central utilizando o sinal central é ilustrada.
[0057] A fim de gerar o sinal artificial acima da frequência cruzada, tipicamente os valores de QMF da faixa de frequência abaixo da frequência cruzada são copiados ("colocados em patch") na banda alta. Esta operação de cópia pode ser feita apenas mudando as amostras de QMF da faixa de frequência mais baixa até a área acima da frequência cruzada ou, adicionalmente, refletindo estas amostras. A vantagem da reflexão é que o sinal logo abaixo da frequência cruzada e o sinal gerado artificialmente terão uma energia muito semelhante e estrutura harmônica na frequência cruzada. A reflexão ou cópia pode ser aplicada em uma única sub-banda do sinal central ou em uma pluralidade de sub-bandas do sinal central.
[0058] No caso do referido banco de filtro de QMF, o patch refletido preferivelmente consiste no conjugado complexo negativo da banda base a fim de reduzir o aliasing da sub-banda na região de transição:
Figure img0002
[0059] Aqui, é o valor real do QMF no indice de tempo t e indice de sub-banda f eQi(t,f) é o valor imaginário; xover é a sub-banda de QMF referente à frequência cruzada; nBands é o número inteiro de bandas a ser extrapoladas. O sinal de menos na parte real denota a operação do complexo conjugado negativo.
[0060] Preferivelmente, a geração de HF 202 ou geralmente a geração da faixa de frequência de melhoria depende de uma representação de sub-banda fornecida pelo bloco 100. Preferivelmente, o aparelho inventivo para gerar um sinal melhorado da frequência deveria ser um decodificador com várias larguras de banda que pode testar novamente o sinal decodificado 110 para variar as frequências de amostragem, para suportar, por exemplo, a banda estreita, banda larga e saida de super banda larga. Assim, o banco de filtro de QMF 100 considera o sinal decodificado do dominio de tempo como entrada. Colocando zeros no dominio de frequência, o banco de filtro de QMF pode ser utilizado para testar novamente o sinal decodificado, e o mesmo banco de filtro de QMF é preferivelmente ainda utilizado para criar o sinal de banda alta.
[0061] Preferivelmente, o aparelho para gerar um sinal melhorado da frequência é operativo para realizar todas as operações no dominio de frequência. Assim, um sistema existente que já tem um dominio de representação de frequência interna em um lado do decodificador é estendido conforme ilustrado na figura 1 indicando o bloco 100 como um "decodificador central" que fornece, por exemplo, um sinal de saida do banco de filtro dominio de QMF.
[0062] Esta representação é simplesmente reutilizada para tarefas adicionais como conversão da taxa de amostragem e outras manipulações do sinal que são preferivelmente feitas no dominio de frequência (por exemplo, inserção do ruido de conforto formado, filtragem passa-alta/passa-baixa). Assim, nenhuma transformação de tempo-frequência adicional precisa ser calculada.
[0063] Ao invés de utilizar o ruido para o conteúdo de HF, o sinal de banda alta é gerado com base no sinal de banda baixa apenas nesta aplicação. Isso pode ser feito por meios de uma operação de cópia ou dobra (reflexão) no dominio de frequência. Assim, um sinal de banda alta com uma mesma estrutura fina harmônica e temporal como o sinal de banda baixa é garantido. Isso evita uma dobra computacionalmente cara do sinal de dominio de tempo e atraso adicional.
[0064] Subsequentemente, a funcionalidade da tecnologia de formação 204 da figura 1 é discutida no contexto das figuras 5, 6, e 7, onde a formação pode ser realizada no contexto da figura 1, 2a-2c ou separadamente e individualmente junto com outras funcionalidades conhecidas das tecnologias de melhoria da frequência não guiada e guiada.
[0065] A figura 5 ilustra um aparelho para gerar um sinal melhorado da frequência 140 compreendendo uma calculadora 500 para calcular um valor que descreve uma distribuição de energia com relação à frequência em um sinal central 120. Ainda, o gerador de sinal 200 é configurado para gerar um sinal de melhoria compreendendo uma faixa de frequência de melhoria não incluida no sinal central a partir do sinal central conforme ilustrado pela linha 502. Ainda, o gerador de sinal 200 é configurado para formar o sinal de melhoria como emitido pelo bloco 202 na figura 1 ou o sinal central 120 no contexto da figura 2a de modo que um envelope espectral do sinal de melhoria depende do valor que descreve a distribuição de energia.
[0066] Preferivelmente, o aparelho adicionalmente compreende um combinador 300 para combinar o sinal de melhoria 130 emitido pelo bloco 200 e o sinal central 120 para obter o sinal melhorado da frequência 140. Operações adicionais como nivelamento temporal 206 ou limitação de energia 208 são preferidas para ainda processar o sinal formado, mas não estão necessariamente nas determinadas implementações.
[0067] O gerador de sinal 200 é configurado para formar o sinal de melhoria de modo que uma redução do primeiro envelope espectral de uma primeira frequência na faixa de frequência de melhoria para a segunda frequência mais alta na faixa de frequência de melhoria seja obtida para um primeiro valor que descreve a distribuição de energia. Ainda, uma redução do segundo envelope espectral a partir da primeira frequência na faixa de melhoria para a segunda frequência na faixa de melhoria é obtida para um segundo valor que descreve uma segunda distribuição de energia. Se a segunda frequência for maior do que a primeira frequência e a redução do segundo envelope espectral for maior do que a redução do primeiro envelope espectral, então o primeiro valor indica que o sinal central tem uma concentração de energia em uma faixa de frequência mais alta do sinal central comparado com o segundo valor que descreve uma concentração de energia em uma faixa de frequência mais baixa do sinal central.
[0068] Preferivelmente, a calculadora 500 é configurada para calcular uma medida para um centroide espectral de uma estrutura atual como o valor de informação na distribuição de energia. Então, o gerador de sinal 200 forma de acordo com esta medida para o centroide espectral de modo que um centroide espectral em uma frequência mais alta resulta na inclinação mais superficial do envelope espectral comparado a um centroide espectral em uma frequência mais baixa.
[0069] A informação na distribuição de energia calculada pela calculadora de distribuição de energia 500 é calculada em uma parte da frequência do sinal central começando na primeira frequência e terminando na segunda frequência sendo mais alta do que a primeira frequência. A primeira frequência é menor do que uma frequência mais baixa no sinal central, como, por exemplo, ilustrado em 410 na figura 4. Preferivelmente, a segunda frequência é a frequência cruzada 420, mas ainda pode ser uma frequência menor do que a frequência cruzada 420 como pode ser o caso. Entretanto, estender a segunda frequência utilizada para calcular a medida para a distribuição espectral o máximo possivel à frequência cruzada 420 é preferido e resulta na melhor qualidade de áudio.
[0070] Em uma aplicação, o procedimento da figura 6 é aplicado pela calculadora de distribuição de energia 500 e pelo gerador de sinal 200. Na etapa 602, um valor de energia para cada banda do sinal central indicado em E(i) é calculado. Então, um único valor de distribuição de energia como sp utilizado para o ajuste de todas as bandas da faixa de frequência de melhoria é calculado no bloco 604. Então, na etapa 606, os fatores de ponderação são calculados para todas as bandas da faixa de frequência de melhoria utilizando este único valor, onde os fatores de ponderação são preferivelmente attf.
[0071] Então, na etapa 608 realizada pelo gerador de sinal 208, os fatores de ponderação são aplicados nas partes real e imaginária da amostra de sub-bandas.
[0072] Sons fricatives são detectados pelo cálculo do centroide espectral da estrutura atual no dominio de QMF. O centroide espectral é uma medida que tem uma faixa de 0,0 a 1,0. Um alto centroide espectral (um valor próximo a um) significa que o envelope espectral do som tem um declive crescente. Para os sinais de fala isso significa que a estrutura atual provavelmente contém um fricativo. Quanto mais o valor do centroide espectral se aproxima a um, mais ingreme será o declive do envelope espectral ou mais energia será concentrada na faixa de frequência mais alta.
[0073] O centroide espectral é calculado de acordo com:
Figure img0003
[0074] onde F(i) é a energia da sub-banda de QMF i e start é o índice da sub-banda de QMF referente a 1 kHz. As sub-bandas de QMF copiadas são ponderadas com o fator attf:
Figure img0004
[0075] onde att = 0.5 * sp + 0.5. Geralmente, att pode ser calculado utilizando a seguinte equação: att = p (sp),
[0076] em que p é um polinomial. Preferivelmente, o polinomial tem grau 1: att = a * sp + b,
[0077] em que a, b ou geralmente os coeficientes polinomiais estão todos entre 0 e 1.
[0078] Separado da equação acima, outras equações tendo um desempenho comparável podem ser aplicadas. Estas outras equações são como segue:
Figure img0005
[0079] Em particular, o valor ai deveria ser de modo que o valor seja mais alto para i mais alto e, de forma importante, os valores bi são menores do que os valores a^ pelo menos, para o indice i > 1. Assim, um resultado semelhante, mas com uma diferente equação comparado à equação acima, seja obtido. Geralmente, ai, bi são valores uniformemente crescentes e decrescentes com i.
[0080] Ainda, a referência é feita à figura 7. A figura 7 ilustra fatores de ponderação individuais attf para diferentes valores de distribuição de energia sp. Quando sp é igual a 1, então toda a energia do sinal central é concentrada na banda mais alta do sinal central. Então, att é igual a 1 e os fatores de ponderação attf são constantes sobre a frequência conforme ilustrado em 700. Quando, por outro lado, a energia completa no sinal central é concentrada na banda mais baixa do sinal central, então sp é igual a 0 e att é igual a 0,5 e o curso correspondente dos fatores de ajuste sobre a frequência ilustrada em 706.
[0081] Cursos dos fatores de formação sobre a frequência indicada em 702 e 704 são para valores espectrais de distribuição correspondentemente crescentes. Assim, para o item 704, o valor de distribuição de energia é maior do que 0, mas menor do que o valor de distribuição de energia para o item 702 conforme indicado pela seta paramétrica 708.
[0082] A figura 8 ilustra um aparelho para gerar um sinal melhorado da frequência utilizando a tecnologia do nivelamento temporal. 0 aparelho compreende um gerador de sinal 200 para gerar um sinal de melhoria a partir de um sinal central 120, 110, onde o sinal de melhoria compreende uma faixa de frequência de melhoria não incluida no sinal central. Um periodo de tempo atual como uma estrutura 320 e preferivelmente um intervalo 340 do sinal de melhoria ou o sinal central compreende sinais de sub-banda para uma pluralidade de sub-bandas.
[0083] Um controlador 800 é para calcular a mesma informação de nivelamento 802 para a pluralidade de sinais de sub-banda da faixa de frequência de melhoria ou do sinal central. Ainda, o gerador de sinal 200 é configurado para nivelar a pluralidade de sinais de sub-banda da faixa de frequência de melhoria utilizando a mesma informação de nivelamento 802 ou para nivelar a pluralidade de sinais de sub-banda do sinal central utilizando a mesma informação de nivelamento 802. A saida do gerador de sinal 200 é, na figura 8, um sinal de melhoria melhorado que pode então ser inserido em um combinador 300. Conforme discutido no contexto das figuras 2a-2c, o nivelamento 206 pode ser realizado em qualquer lugar na cadeia de processamento da figura 1 ou pode ainda ser realizado individualmente no contexto de qualquer outro esquema de melhoria de frequência.
[0084] O controlador 800 é preferivelmente configurado para calcular a informação de nivelamento utilizando uma energia combinada da pluralidade de sinais de sub-banda do sinal central e do sinal de melhoria da frequência ou utilizando apenas o sinal de melhoria da frequência do periodo de tempo. Ainda, uma energia média da pluralidade de sinais de sub-banda do sinal central e do sinal de melhoria da frequência ou do sinal central apenas de um ou mais periodos de tempo anteriores precedentes ao periodo de tempo atual é utilizada. A informação de nivelamento é um único fator de correção para a pluralidade de sinais de sub-banda da faixa de frequência de melhoria em todas as bandas e, assim, o gerador de sinal 200 é configurado para aplicar o fator de correção na pluralidade de sinais de sub-banda da faixa de frequência de melhoria.
[0085] Conforme discutido no contexto da figura 1, o aparelho ainda compreende um banco de filtro 100 ou um provedor para fornecer a pluralidade de sinais de sub-banda do sinal central para uma pluralidade de intervalos do banco de filtro subsequente ao tempo. Ainda, o gerador de sinal é configurado para derivar a pluralidade de sinais de sub-banda da faixa de frequência de melhoria para a pluralidade de intervalos do banco de filtro subsequente ao tempo utilizando a pluralidade de sinais de sub-banda do sinal central e o controlador 800 é configurado para calcular uma informação de nivelamento individual 802 para cada intervalo do banco de filtro e o nivelamento é então realizado, para cada intervalo do banco de filtro, com uma nova informação de nivelamento individual.
[0086] O controlador 800 é configurado para calcular um valor de controle da intensidade de nivelamento com base no sinal central ou no sinal melhorado da frequência do periodo de tempo atual e com base em um ou mais periodos de tempo precedentes e o controlador 800 é então configurado para calcular a informação de nivelamento utilizando o valor de controle de nivelamento de modo que a intensidade de nivelamento varia dependendo de uma diferença entre uma energia do sinal central ou do sinal de melhoria da frequência do periodo de tempo atual e a energia média do sinal central ou do sinal de melhoria da frequência de um ou mais periodos de tempo precedentes.
[0087] A referência é feita à figura 9 que ilustra um procedimento realizado pelo controlador 800 e pelo gerador de sinal 200. A etapa 900, que é realizada pelo controlador 800, compreende encontrar uma decisão sobre intensidade de nivelamento que pode, por exemplo, ser encontrada com base em uma diferença entre a energia no periodo de tempo atual e uma energia média em um ou mais periodos de tempo precedentes, mas qualquer outro procedimento para decidir sobre a intensidade de nivelamento pode ser utilizado também. Uma alternativa deve ser utilizada, ao invés ou além dos futuros intervalos de tempo. Outra alternativa é que um tem apenas uma única transformada por estrutura e um então nivelaria sobre as estruturas temporalmente subsequentes. Ambas alternativas, entretanto, podem introduzir um atraso. Isso pode ser não problemático nas aplicações, onde o atraso não é um problema, como a aplicação de transmissão. Para as aplicações, onde um atraso é problemático como para uma comunicação bidimensional, por exemplo, utilizando celulares, as estruturas passadas ou precedentes são preferidas sobre as futuras estruturas, visto que a utilização das estruturas passadas não introduz um atraso.
[0088] Então, na etapa 902, uma informação de nivelamento é calculada com base na decisão da intensidade de nivelamento da etapa 900. Esta etapa 902 é ainda realizada pelo controlador 800. Então, o gerador de sinal 200 realiza 904 compreendendo a aplicação da informação de nivelamento em várias bandas, onde um e a mesma informação de nivelamento 802 é aplicada nestas várias bandas tanto no sinal central quanto na faixa de frequência de melhoria.
[0089] A figura 10 ilustra um procedimento preferido da implementação da sequência da figura 9 de etapas. Na etapa 1000, uma energia de um intervalo atual é calculada. Então, na etapa 1020, uma energia média de um ou mais intervalos prévios é calculada. Então, na etapa 1040, um coeficiente de nivelamento para o intervalo atual é determinado com base na diferença entre os valores obtidos pelo bloco 1000 e 1020. Então, a etapa 1060 compreende o cálculo de um fator de correção para o intervalo atual e as etapas de 1000 a 1060 são todas realizadas pelo controlador 800. Então, na etapa 1080, que é realizada pelo gerador de sinal 200, a operação de nivelamento atual é realizada, ou seja, o fator de correção correspondente é aplicada em todos os sinais de subbanda dentro de um intervalo.
[0090] Em uma aplicação, o nivelamento temporal é realizado em duas etapas:
[0091] Decisão sobre intensidade de nivelamento. Para a decisão sobre a intensidade de nivelamento, a fase estacionária do sinal ao longo do tempo é avaliada. Uma possivel forma de realizar esta avaliação é comparar a energia da janela de curta duração atual ou intervalo de tempo de QMF com valores médios de energia das janelas de curta duração anteriores ou intervalos de tempo de QMF. Para salvar a complexidade, isso pode ser avaliado para a parte da banda alta apenas. Quanto mais próximo ser os valores de energia, o mais baixo deveria ser a intensidade de nivelamento. Isso é refletido no coeficiente de nivelamento a, onde 0<a≤l. Quando maior a, mais alta será a intensidade de nivelamento.
[0092] Aplicação de nivelamento na banda alta. O nivelamento é aplicado para a parte da banda alta em uma base de tempo de QMF. Assim, a energia de banda alta do intervalo de tempo atual Ecurrt é adaptado a uma energia média de banda alta Eavgt de um ou mais intervalos de tempo de QMF anteriores:
Figure img0006
[0093] Ecurr é calculado como a soma das energias da banda alta de QMF em um intervalo de tempo:
Figure img0007
[0094] Eavg é a média móvel ao longo do tempo dasenergias:
Figure img0008
[0095] onde start e stop são os limites do interval utilizado para calcular a média móvel.
[0096] Os valores de QMF real e imaginário utilizados para a sintese são multiplicados com um fator de correção currFac:
Figure img0009
[0097] que é derivado de Ecurr e Eavg:
Figure img0010
[0098] fator a pode ser fixado ou dependente da diferença da energia de Ecurr e Eavg.
[0099] Conforme já discutido na figura 14, a resolução de tempo para o nivelamento temporal é definida para ser mais alta do que a resolução de tempo da formação ou da resolução de tempo da tecnologia de limitação de energia. Isso certifica que um curso temporalmente nivelado dos sinais de sub-banda seja obtido enquanto, ao mesmo tempo, a formação computacionalmente mais intensiva deve ser realizada apenas uma vez por estrutura. Entretanto, qualquer nivelamento de uma sub-banda a outra sub-banda, ou seja, na direção de frequência, não é realizado, visto que, como foi observado, isso reduz substancialmente a qualidade subjetiva da audição.
[0100] É preferido utilizar a mesma informação de nivelamento como o fator de correção para todas as sub-bandas na faixa de melhoria. Entretanto, ainda pode ser uma implementação, na qual a mesma informação de nivelamento não é aplicada para todas as bandas, mas para um grupo de bandas em que este grupo tem, pelo menos, duas sub-bandas.
[0101] A figura 11 ilustra outro aspecto direcionado à tecnologia de limitação de energia 208 ilustrada na figura 1. Especificamente, a figura 11 ilustra um aparelho para gerar um sinal melhorado da frequência compreendendo o gerador de sinal 200 para gerar um sinal de melhoria, o sinal de melhoria compreendendo uma faixa de frequência de melhoria não incluida no sinal central. Ainda, um periodo de tempo do sinal de melhoria compreende sinais de sub-banda para uma pluralidade de sub-bandas. Adicionalmente, o aparelho compreende um banco de filtro de sintese 300 para gerar o sinal melhorado da frequência 140 utilizando o sinal de melhoria 130.
[0102] A fim de implementar o procedimento de limitação de energia, o gerador de sinal 200 é configurado para realizar uma limitação de energia a fim de certificar que o sinal melhorado da frequência 140 obtido pelo banco de filtro de sintese 300 é de modo que uma energia de uma banda mais alta é, no máximo, igual a uma energia na banda mais baixa ou maior do que a energia na banda inferior, no máximo, por um limite predefinido.
[0103] O gerador de sinal é preferivel implementado para certificar que uma sub-banda de QMF mais alta k não deve exceder a energia em uma sub-banda de QMF k - 1. Independentemente, o gerador de sinal 200 pode ainda ser implementado para permitir um determinado aumento incrementai que pode preferivelmente ser um limite de 3dB e um limite pode preferivelmente ser 2dB e ainda mais preferivelmente ldB ou ainda menor. O limite predeterminado pode ser uma constante para cada banda ou dependente do centroide espectral calculada previamente. Uma dependência preferida é que o limite fica mais baixo, quando o centroide se aproxima de frequências mais baixas, ou seja, se torna menor, enquanto o limite pode ficar maior ao centroide mais próximo às frequências mais altas ou sp aproxima a 1.
[0104] Em outra implementação, o gerador de sinal 200 é configurado para examinar um primeiro sinal de subbanda na primeira sub-banda e para examinar um sinal de subbanda na segunda sub-banda sendo adjacente na frequência à primeira sub-banda e tendo uma frequência central sendo mais alta do que uma frequência central da primeira sub-banda e o gerador de sinal não limitará a segundo sinal de sub-banda, quando uma energia do segundo sinal de sub-banda é igual a uma energia do primeiro sinal de sub-banda ou quando a energia do segundo sinal de sub-banda é maior do que a energia do primeiro sinal de sub-banda por menos do que o limite predefinido.
[0105] Ainda, o gerador de sinal é configurado para formar uma pluralidade de operações de processamento na sequência conforme ilustrado, por exemplo, na figura 1 ou nas figuras 2a-2c. Então, o gerador de sinal preferivelmente realiza a limitação de energia em um final da sequência para obter o sinal de melhoria 130 inserido ao banco de filtro de sintese 300. Assim, o banco de filtro de sintese 300 é configurado para receber, como uma entrada, o sinal de melhoria 130 gerado no final da sequência pelo processo final da limitação de energia.
[0106] Ainda, o gerador de sinal é configurado para realizar a formação espectral 204 ou nivelamento temporal 206 antes da limitação de energia.
[0107] Na aplicação preferida, o gerador de sinal 200 é configurado para gerar a pluralidade de sinais de sub-banda do sinal de melhoria pela reflexão de uma pluralidade de sub-bandas do sinal central.
[0108] Para a reflexão, preferivelmente o procedimento de negar tanto a parte real quanto a parte imaginária é realizado conforme discutido anteriormente.
[0109] Em outra aplicação, o gerador de sinal é configurado para calcular um fator de correção limFac e este fator de limitação limFac é então aplicado aos sinais de sub-banda do núcleo ou da faixa de frequência de melhoria como segue:
[0110] Deixamos Ef ser a energia de uma banda media ao longo do tempo stop - start:
Figure img0011
[0111] Se esta energia exceder a energia média da banda prévia em algum nivel, a energia desta banda é multiplicada por um fator de correção/limitação limFac:
Figure img0012
[0112] e os valores reais e imaginários de QMF são corrigidos por:
Figure img0013
[0113] O fator ou limite predefinido fac pode ser uma constante para cada banda ou dependente do centroide espectral calculado previamente.
[0114]
Figure img0014
é a parte real limitada pela energia do sinal de sub-banda na sub-banda indicada por f.
Figure img0015
e a parte imaginária correspondente de um sinal de sub-banda subsequente à limitação de energia na sub-banda f. Qrtj e Qitf são partes real e imaginária correspondentes dos sinais de sub-banda antes da limitação de energia como os sinais de sub-banda diretamente quando qualquer formação ou nivelamento temporal não for realizado ou os sinais de sub-banda temporalmente formados e nivelados.
[0115] Em outra implementação, o fator de limitação limFac é calculado utilizando a seguinte equação:
Figure img0016
[0116] Nesta equação, Elím é a energia de limitação, que é tipicamente a energia da banda mais baixa ou a energia da banda mais baixa aumentada pelo determinado limite fac. Ef(i) é a energia da banda atual f ou i.
[0117] A referência é feita às figuras 12a e 12b que ilustram um determinado exemplo onde há sete bandas na faixa de frequência de melhoria. A banda 1202 é maior do que a banda 1201 com relação à energia. Assim, conforme fica claro da figura 12b, a banda 1202 é limitada pela energia conforme indicado em 1250 na figura 12b para esta banda. Ainda, as bandas 1205, 1204 e 1206 são todas maiores do que a banda 1203. Assim, todas as três bandas são limitadas pela energia conforme ilustrado como 1250 na figura 12b. As únicas bandas não limitadas que permanecem são bandas 1201 (esta é a primeira banda na faixa de reconstrução) e bandas 1203 e 1207.
[0118] Conforme descrito, a figura 12a/12b ilustra a situação onde a limitação é de modo que uma banda mais alta não deve ter mais energia do que uma banda inferior. Entretanto, a situação pareceria um diferente se um determinado aumento fosse permitido.
[0119] A limitação de energia pode aplicar uma banda de única extensão. Então, a comparação ou limitação de energia é feita utilizando a energia da banda central mais alta. Isso ainda pode aplicar para uma pluralidade de bandas de extensão. Então, uma banda de extensão mais baixa é limitada pela energia utilizando a banda central mais alta, e uma banda de extensão mais alta é limitada pela energia com relação à segunda banda de extensão mais alta.
[0120] A figura 15 ilustra um sistema de transmissão ou, geralmente, um sistema compreendendo um codificador 1500 e um decodificador 1510. O codificador é preferivelmente um codificador para gerar o sinal central codificado que realiza uma redução da largura de banda, ou geralmente que exclui várias faixas de frequência no sinal de áudio original 1501, que não necessariamente deve ser uma faixa de frequência superior completa ou faixa superior, mas que pode ainda ser qualquer faixa de frequência entre as faixas de frequência central. Então, o sinal central codificado é transmitido do codificador 1500 ao decodificador 1510 sem qualquer informação adicional e o decodificador 1510 então realiza uma melhoria de frequência não guiada para obter o sinal de melhoria da frequência 140. Assim, o decodificador pode ser implementado conforme discutido em qualquer uma das figuras de 1 a 14.
[0121] Embora a presente invenção foi descrita no contexto de diagramas em blocos onde os blocos representam componentes lógicos ou reais de hardware, a presente invenção pode ainda ser implementada por um método implementado por computador. No último caso, os blocos representam as etapas do método correspondente onde estas etapas suportam as funcionalidades realizadas pelos blocos de hardware lógico e fisico correspondentes.
[0122] Embora alguns aspectos foram descritos no contexto de um aparelho, é claro que estes aspectos ainda representam uma descrição do método correspondente, onde um bloco ou dispositivo corresponde à etapa do método ou um recurso de uma etapa do método. Analogamente, os aspectos descritos no contexto de um etapa do método ainda representam uma descrição de um bloco ou item ou recurso correspondente de um aparelho correspondente. Algumas ou todas as etapas do método podem ser executadas por (ou utilizando) um aparelho de hardware, como, por exemplo, um microprocessador, um computador programável ou um circuito eletrônico. Em algumas aplicações, uma ou mais das etapas do método mais importantes podem ser executadas por tal aparelho.
[0123] O sinal inventivo transmitido ou codificado pode ser armazenado em um meio de armazenamento digital ou pode ser transmitido em um meio de transmissão como um meio de transmissão sem fio ou um meio de transmissão cabeado como a Internet.
[0124] Dependendo das exigências de implementação determinadas, as aplicações da invenção podem ser implementadas em hardware ou em software. A implementação pode ser realizada utilizando um meio de armazenamento digital, por exemplo, um disquete, um DVD, um Blu-Ray, um CD, uma ROM, uma PROM, e EPROM, uma EEPROM ou uma memória FLASH, tendo sinais de controle eletronicamente legiveis armazenados neles, que cooperam (ou podem cooperar) com um sistema de computador programável de modo que o respectivo método seja realizado. Assim, o meio de armazenamento digital pode ser legivel por computador.
[0125] Algumas aplicações de acordo com a invenção compreendem um carregador de dados tendo sinais de controle eletronicamente legiveis que podem cooperar com um sistema de computador programável, de modo que um dos métodos descritos aqui é realizado.
[0126] Geralmente, as aplicações da presente invenção podem ser implementados como um produto do programa de computador com um código do programa, o código do programa sendo operativo para realizar um dos métodos quando o produto do programa de computador é executado em um computador. O código do programa pode, por exemplo, ser armazenado em um transportador legível por máquina.
[0127] Outras aplicações compreendem o programa de computador para realizar um dos métodos descritos aqui, armazenados em um transportador legível por máquina.
[0128] Em outras palavras, uma aplicação do método inventivo é, assim, um programa de computador tendo um código do programa para realizar um dos métodos descritos aqui, quando o programa de computador é executado em um computador.
[0129] Outra aplicação do método inventivo é, assim, um transportador de dados (ou um meio de armazenamento não transitório como um meio de armazenamento digital, ou um meio legível por computador) compreendendo, registrado nele, o programa de computador para realizar um dos métodos descritos aqui. O transportador de dados, o meio de armazenamento digital ou o meio gravado são tipicamente tangíveis e/ou não transitórios.
[0130] Outra aplicação do método inventivo é, assim, um fluxo de dados ou uma sequência de sinais que representa o programa de computador para realizar um dos métodos descritos aqui. O fluxo de dados ou a sequência de sinais pode, por exemplo, ser configurado para ser transferido através de uma conexão de comunicação de dados, por exemplo, através da internet.
[0131] Outra aplicação compreende um meio de processamento, por exemplo, um computador ou um dispositivo lógico programável, configurado para, ou adaptado para realizar um dos métodos descritos aqui.
[0132] Outra aplicação compreende um computador tendo instalado nele o programa de computador para realizar um dos métodos descritos aqui.
[0133] Outra aplicação de acordo com a invenção compreende um aparelho ou um sistema configurado para transferir (por exemplo, eletronicamente e opticamente) um programa de computador para realizar um dos métodos descritos aqui ao receptor. O receptor pode, por exemplo, ser um computador, um dispositivo móvel, um dispositivo de memória ou semelhante. O aparelho ou sistema pode, por exemplo, compreender um servidor de arquivo para transferir o programa de computador ao receptor.
[0134] Em algumas aplicações, um dispositivo lógico programável (por exemplo, uma matriz de campo de portas programáveis) pode ser utilizado para realizar algumas ou mais funcionalidades dos métodos descritos aqui. Em algumas aplicações, uma matriz de campo de portas programáveis pode cooperar com um microprocessador a fim de realizar um dos métodos descritos aqui. Geralmente, os métodos são preferivelmente realizados por qualquer aparelho de hardware. [0135] As aplicações descritas acima são meramente ilustrativas para os principles da presente invenção. Entende-se que as modificações e variações das disposições e dos detalhes descritos aqui serão evidentes aos técnicos no assunto. Assim, é a intensão ser limitada apenas pelo escopo das reivindicações de patente iminentes e não pelos detalhes específicos apresentados em forma de descrição e explicação das aplicações aqui.

Claims (14)

1. Aparelho para gerar um sinal de áudio para melhoria da frequência (130), compreendendo: um gerador de sinal (200) configurado para gerar a frequência de um sinal de melhoria de áudio de um sinal de áudio central (120, 110), a frequência de um sinal de melhoria de áudio compreendendo uma faixa de frequência de melhoria não incluída no sinal de áudio central, caracterizado por um período de tempo atual (320, 340) da frequência de um sinal de melhoria de áudio ou o sinal de áudio central, compreender sinais de sub-banda para uma pluralidade de sub-bandas; e um controlador (800) configurado para calcular a mesma informação de nivelamento (802) para a pluralidade de sinais de sub-banda da faixa de frequência de melhoria ou o sinal de áudio central, e em que o gerador de sinal (200) é configurado para nivelar a pluralidade de sinais de sub-banda da faixa de frequência de melhoria ou do sinal de áudio central utilizando a mesma informação de nivelamento (802), em que o controlador (800) é configurado para calcular a mesma informação de nivelamento (802) utilizando uma energia combinada da pluralidade de sinais de sub-banda do sinal de áudio central e do sinal de melhoria da frequência ou utilizando apenas o sinal de melhoria da frequência do áudio do período de tempo atual, e em que o controlador (800) é configurado para utilizar uma energia média da pluralidade de sinais de sub- banda do sinal de áudio central e do sinal de melhoria da frequência ou do sinal central apenas de um ou mais períodos de tempo anteriores precedentes ao período de tempo atual ou um ou mais períodos de tempo posteriores após o período de tempo atual. em que pelo menos um dentre o controlador 800 e o gerador de sinal (200) compreende uma implementação em hardware.
2. Aparelho, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pela mesma informação de nivelamento (802) ser um único fator de correção (1402b, 1401b, 1400b) para a pluralidade de sinais de sub-banda da faixa de frequência de melhoria, e em que o gerador de sinal (200) é configurado para aplicar o único fator de correção à pluralidade de sinais de sub-banda da faixa de frequência de melhoria.
3. Aparelho, de acordo com a reivindicação 1, que compreende ainda um banco de filtro ou um provedor (100) para fornecer a pluralidade de sinais de sub-banda do sinal de áudio central para uma pluralidade de compartimentos do banco de filtro subsequente ao tempo (340), caracterizado pelo gerador de sinal (200) ser configurado para derivar a pluralidade de sinais de sub-banda da faixa de frequência de melhoria para a pluralidade de compartimentos do banco de filtro subsequente ao tempo (340) utilizando a pluralidade de sinais de sub-banda do sinal de áudio central (120), e em que o controlador (800) é configurado para calcular uma informação de nivelamento individual para cada compartimento do banco de filtro (340).
4. Aparelho, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo controlador (800) Ser configurado para calcular um valor de controle da intensidade de nivelamento (1040) com base no sinal de áudio central ou no sinal de melhoria da frequência do período de tempo atual e um ou mais períodos de tempo precedentes, e em que o controlador (800) é configurado para calcular a mesma informação de nivelamento (802) utilizando o valor de controle de nivelamento (1060) de tal forma que a intensidade de nivelamento varia dependendo de uma diferença entre uma energia do sinal de áudio central ou do sinal de melhoria da frequência do áudio no período de tempo atual e uma energia média no sinal central ou no sinal de melhoria da frequência de um ou mais períodos de tempo precedentes.
5. Aparelho, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo controlador (800) ser configurado para calcular a mesma informação de nivelamento (802) com base na seguinte equação:
Figure img0017
onde Ecurrt é uma energia no período de tempo atual, em que Eaugt é uma média De um ou mais períodos de tempo precedentes ou posteriores, e em que A é um parâmetro que controla a intensidade de nivelamento, e em que o gerador de sinal é configurado para aplicar a mesma informação de nivelamento em cada amostra de sub-banda da pluralidade de sub-bandas do sinal melhorado da frequência.
6. Aparelho, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo gerador de sinal (200) ser configurado para formar (204) o sinal de áudio central ou o sinal de melhoria de frequência de áudio além do nivelamento.
7. Aparelho, de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo período de tempo atual e, pelo menos, outro período de tempo formarem uma estrutura (340), em que o gerador de sinal (200) é configurado para aplicar a mesma informação de formação para toda uma estrutura (340), e em que o gerador de sinal (200) é configurado para nivelar utilizando uma mesma informação de nivelamento individual (802) para cada período de tempo (340) dentro da estrutura (320).
8. Aparelho, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo gerador de sinal (200) ser configurado para realizar uma limitação de energia no sinal de áudio de melhoria da frequência ou no sinal de áudio central a fim de certificar que um sinal obtido por um banco de filtro de síntese (300) é de modo que uma energia de uma banda mais alta é, no máximo, igual a uma energia em uma banda mais baixa ou maior do que, no máximo, por um limite predefinido de 3dB ou menor.
9. Aparelho, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo gerador de sinal (200) ser configurado para refletir (202) um único sinal da sub-banda do sinal de áudio central ou da pluralidade de sinais de sub-banda do sinal de áudio central ao calcular a pluralidade de sinais de sub-banda do sinal de áudio de melhoria da frequência.
10. Método para gerar um sinal de melhoria da frequência do áudio (130), compreendendo: gerar (200) um sinal de melhoria de um sinal de áudio central (120, 110), o sinal de melhoria de frequência de áudio compreendendo uma faixa de frequência de melhoria não incluída no sinal de áudio central, caracterizado por um período de tempo atual (320, 340) do sinal de melhoria da frequência ou o sinal de áudio central compreender sinais de sub-banda para uma pluralidade de sub-bandas; calcular por um controlador (800) a mesma informação de nivelamento (802) para a pluralidade de sinais de sub-banda da faixa de frequência de melhoria do áudio ou do sinal de áudio central, e em que a geração (200) compreende o nivelamento da pluralidade de sinais de sub-banda da faixa de frequência de melhoria ou do sinal de áudio central utilizando a mesma informação de nivelamento (802), em que o cálculo (800) compreende calcular a mesma informação de nivelamento (802) utilizando uma energia combinada da pluralidade de sinais de sub-banda do sinal de áudio central e do sinal de melhoria da frequência ou utilizando apenas o sinal de melhoria da frequência do período de tempo atual, e em que o cálculo (800) compreende a utilização de uma energia média da pluralidade de sinais de sub-banda do sinal de áudio central e do sinal de melhoria da frequência ou do sinal de áudio central apenas de um ou mais períodos de tempo anteriores precedentes ao período de tempo atual ou um ou mais períodos de tempo posteriores após o período de tempo atual, em que pelo menos um dos codificadores e aparelhos compreende uma implementação de hardware.
11. Sistema para processar sinais de áudio, caracterizado por compreender: um codificador (1500) para gerar um sinal de áudio central codificado (110); e um aparelho para gerar um sinal de melhoria da frequência de áudio, da reivindicação 1. em que pelo menos um dos codificadores e aparelhos compreende uma implementação de hardware.
12. Método para processar sinais de áudio, caracterizado por compreender: gerar (1500) por um codificador, um sinal de áudio central codificado (110); e gerar por um aparelho, um sinal de melhoria da frequência de áudio utilizando um métod usando um método para gerar o sinal de áudio para melhoria de frequência, o método para gerar o sinal de áudio para melhoria de frequência compreendendo: gerar o sinal de áudio para melhoria de frequência a partir de um sinal de áudio principal, o áudio para melhoria de frequência de sinal compreendendo uma faixa de frequência de melhoria não compreendida no sinal de áudio principal, em que uma porção de tempo atual do sinal de áudio de melhoria de frequência ou o sinal de áudio principal compreende sinais de sub-banda para uma pluralidade de sub-bandas; calcular a mesma informação de suavização para a pluralidade de sinais de sub-banda da faixa de frequência de melhoria ou o sinal de áudio do núcleo, e em que a geração compreende nivelar a pluralidade de sinais de sub-banda da faixa de frequência de aprimoramento ou o sinal de áudio do núcleo usando a mesma informação de suavização, em que o cálculo compreende calcular a mesma informação de suavização usando uma energia combinada da pluralidade de sinais de sub-banda do sinal de áudio principal e o sinal de áudio para melhoria de frequência ou usando a energia combinada da pluralidade de sinais de sub-banda apenas do sinal de áudio para melhoria de frequência da atual porção de tempo, e em que o cálculo compreende o uso de uma energia média da pluralidade de sinais de sub-banda do sinal de áudio principal e do sinal de áudio para melhoria de frequência ou do sinal de áudio principal apenas de uma ou mais período de tempo anteriores que precedem o período de tempo atual ou uma ou mais período de tempo posteriores após a período de tempo atual, em que pelo menos um dos codificadores e aparelhos compreende uma implementação de hardware.
13. Um meio de armazenamento não transitório legível por máquina, tendo armazenado nele instruções para executar, durante a execução por um processador, um método para gerar um sinal de áudio para aprimoramento de frequência, o método caracterizado por compreender: gerar o sinal de áudio para aprimoramento de frequência a partir de um áudio principal sinal, o sinal de áudio de aprimoramento de frequência compreendendo uma faixa de frequência de aprimoramento não compreendida no sinal de áudio principal, em que uma porção de tempo atual do sinal de áudio de aprimoramento de frequência ou o sinal de áudio principal compreende sinais de sub-bandas para uma pluralidade de sub-bandas; calcular a mesma informação de suavização para a pluralidade de sinais de sub-banda da faixa de frequência de aprimoramento ou o sinal de áudio do núcleo, e em que a geração compreende suavizar a pluralidade de sinais de sub-banda da faixa de frequência de aprimoramento ou o sinal de áudio do núcleo usando a mesma informação de suavização, em que o cálculo compreende calcular a mesma informação de suavização usando uma energia combinada da pluralidade de sinais de sub-banda do sinal de áudio principal e o sinal de áudio para aprimoramento de frequência ou usando a energia combinada da pluralidade de sinais de sub-banda apenas do sinal de áudio para aprimoramento de frequência da corrente porção de tempo, e em que o cálculo compreende o uso de uma energia média da pluralidade de sinais de sub-banda do sinal de áudio principal e do sinal de áudio para aprimoramento de frequência ou do sinal de áudio do sinal de melhoria da frequência ou do sinal central apenas de um ou mais períodos de tempo anteriores precedentes ao período de tempo atual ou um ou mais períodos de tempo posteriores após o período de tempo atual.
14. Um meio de armazenamento não transitório legível por máquina, tendo armazenado nele instruções para executar, durante a execução por um processador, o método de processamento de sinais de áudio que compreende: gerar um sinal de áudio principal codificado; e gerar um sinal de áudio para aprimoramento de frequência usando um método para gerar o sinal de áudio para aprimoramento de frequência, o método para gerar o sinal de áudio para aprimoramento de frequência caracterizado por compreender: gerar o sinal de áudio para aprimoramento de frequência a partir de um sinal de áudio principal, o sinal de áudio para aprimoramento de frequência compreendendo uma frequência de aprimoramento faixa não compreendida no sinal de áudio principal, em que uma porção de tempo atual do sinal de áudio para aprimoramento de frequência ou o sinal de áudio principal compreende sinais de sub-banda para uma pluralidade de sub-bandas; calcular a mesma informação de suavização para a pluralidade de sinais de sub-banda da faixa de frequência de aprimoramento ou o sinal de áudio do núcleo, e em que a geração compreende suavizar a pluralidade de sinais de sub-banda da faixa de frequência de aprimoramento ou o sinal de áudio do núcleo usando a mesma informação de suavização, em que o cálculo compreende calcular a mesma informação de suavização usando uma energia combinada da pluralidade de sinais de sub-banda do sinal de áudio principal e o sinal de áudio para aprimoramento de frequência ou usando apenas o sinal de áudio para aprimoramento de frequência da porção de tempo atual e em que o cálculo compreende o uso de um energia média da pluralidade de sinais de sub-banda do sinal de áudio central e do sinal de áudio de melhoria da frequência apenas de um ou mais períodos de tempo anteriores precedentes ao período de tempo atual ou um ou mais períodos de tempo posteriores após o período de tempo atual.
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