BRPI0821091B1

BRPI0821091B1 - processo e dispositivo de codificação/decodificação por transformada com janelas adaptativas, e memória legível por computador

Info

Publication number: BRPI0821091B1
Application number: BRPI0821091-8A
Authority: BR
Inventors: David Virette; Pierrick Philippe
Original assignee: France Telecom
Priority date: 2007-12-21
Filing date: 2008-12-11
Publication date: 2020-11-10
Also published as: CN101952888A; EP2232489B1; ES2666719T3; KR101408183B1; RU2488898C2; RU2010130311A; EP2232489A1; CN101952888B; JP2011507440A; KR20110111231A; US20100283639A1; US8253609B2; BRPI0821091A2; JP5328804B2; WO2009081003A1

Abstract

CODIFICAÇÃO/DECODIFICAÇÃO POR TRANSFORMADA, COM JANELAS ADAPTATIVAS A presente invenção visa a codificaação/decodificação de um sinal numérico, em particular por transformada com abrangência das janelas de ponderação. No sentido da invenção, dois blocos de amostras do sinal, consecutivos e de mesmo tamanho, podem ser ponderados respectivamente por duas janelas sucessivas diferentes. Essas duas janelas pode ser escolhidas independentemente uma da outra, segundo um critério próprio às características do sinal (entropia, vazão/distorção ou outros) determinadas sobre cada um dos dois blocos.

Description

CAMPO DA INVENÇÃO

[0001] A presente invenção se refere à codificação/decodificação de sinais numéricos.

ANTECEDENTES

[0002] Em um esquema de codificação por transformada, para se obter uma redução de vazão, procura- se habitualmente reduzir a precisão acordada à codificação das amostras, assegurando-se que um minimo de degradação seja percebido.Para esse fim, a redução de precisão, feita por uma operação de quantificação, é controlada a partir de ponderações perceptivas. Esse modelo, baseado em um conhecimento das propriedades do olho (por exemplo, para a codificação video) ou da orelha humana (para codificação áudio), permite dosar o ruido de quantificação nas faixas de freqüência as menos perceptíveis.

[0003] A fim de utilizar as informações oriundas do modelo psicovisual ou psicoacústica, essencialmente dados no dominio freqüencial, é clássico realizar uma transformação tempo/freqüência, a quantificação ocorrendo nesse dominio freqüencial.

[0004] A Figura 1 ilustra esquematicamente a estrutura de um codificador por transformada, com: -um banco BA de filtros de análise FA1,..., FAn, que recebe um sinal de entrada X; -um bloco de quantificação Q (comportando módulo de quantificação por faixas Ql,..., Qn) , seguido de um bloco de codificação COD (comportando módulos de codificação COD1, ... , CODn); e -um banco BS de filtros de sintese FS1, ... , FSn liberando o sinal codificado X'.

[0005] Para reduzir ainda a vazão antes da transmissão, as amostras freqüenciais quantificadas são codificadas, freqüentemente com o auxilio de uma codificação dita "entrópica" (codificação sem perda). A quantificação é realizada, de forma clássica, por um quantificador escalar, uniforme ou não, ou ainda por um quantificador vetorial.

[0006] O ruido introduzido na etapa de quantificação é enformado pelo banco de filtros de sintese (denominado também "transformação inversa"). A transformação inversa, ligada à transformada de análise, deve, portanto, ser escolhida, a fim de concentrar bem o ruido de quantificação, freqüencial ou temporalmente, a fim de evitar que se torne perceptível.

[0007] A transformação de análise deve concentrar ao máximo a energia do sinal, a fim de permitir uma codificação facilitada das amostras no dominio transformada. Fala-se de compactação de energia. Em particular, o ganho de codificação da transformada de análise, que depende do sinal de entrada, deve ser maximizado à medida do possivel. Utiliza-se para isso uma relação (1) do tipo: SNR = GTC + K • R na qual K é um termo constante que pode vantajosamente valer 6,02.

[0008]Assim, a relação sinal de ruido obtido (anotado SNR na relação (1) acima) é proporcional ao número de bits por amostra selecionada (anotado com R na relação (1) acima) aumentado da componente GTC que representa o ganho de codificação da transformada.

[0009] Quanto mais o ganho de codificação for considerável, melhor será a qualidade de reconstrução. Compreende-se, portanto, a importância que assume a transformação em codificação. Ela assegura uma codificação facilitada das amostras, graças à sua aptidão para concentrar, ao mesmo tempo, a energia do sinal (pela parte análise) e o ruido de quantificação (pela parte sintese).

[0010] Os sinais áudio ou video sendo notoriamente não estacionários, convém adaptar a transformação tempo freqüência no decorrer do tempo, em função da natureza do sinal que entra no banco de filtros.

[0011] São descritas a seguir algumas aplicações a técnicas de codificação usuais.

[0012] No caso de transformadas moduladas, as técnicas de codificação áudio normalizadas integram bancos de filtros modulados em cosseno que permitem aplicar essas técnicas de codificação com o auxilio de algoritmos rápidos, baseados em transformadas em cosseno ou transformadas de Fourier rápidas.

[0013] Dentre as transformadas desse tipo, a transformada a mais comumente utilizada (em codificação MP3, MPEG-2 e MPEG-4 AAC, em particular) é a transformada MDCT (para "Modified Discrete Cosine Transform"), da qual uma expressão é apresentada abaixo:

com as seguintes anotações: . M representa o tamanho da transformada;

são as amostras do sinal numerado em um periodo

(inverso da freqüência de amostragem) no instante n + tM . t é um indice de quadro;

são as amostras no dominio transformada pelo quadro t;

Umafunção de base da transformada, da qual: . o termo ha(n) é denominado filtro protótipo ou "Janela de ponderação de análise" e abrange 2M amostras; e . cujo termo

define a modulação.

[0014] Essa transformada se aplica ao tratamento do som. Ela se aplica também ao tratamento do video, em particular em codificação de imagens fixas, nas quais a transformada é aplicada sucessivamente de forma clássica nas linhas e nas colunas. Esse princípio se estende ainda aos sinais de dimensão superior a dois.

[0015] Para restituir as amostras temporais iniciais, a transformação inversa seguinte, à decodificação, é aplicada, a fim de reconstituir as amostras Q<n<M que se situam então em uma zona de sobreposição de duas transformadas consecutivas. As amostras decodificadas são, então, dadas por:

na qual

define a transformada de sintese, a janela de ponderação de sintese sendo anotada hs(n) e abrangendo também 2M amostras.

[0016] A equação de reconstrução dando as amostras decodificadas pode ser escrita também sob a seguinte forma:

[0017] Essa outra apresentação da equação de reconstrução volta a considerar que duas transformadas em cosseno inverso podem ser efetuadas sucessivamente sobre as amostras no dominio transformada

e

seu resultado sendo, em seguida, combinado por uma operação de ponderação e adição. Esse processo de reconstrução é apresentado na Figura 2 (as amostras no dominio transformada sendo anotados com Xt k e as amostras reconstruídas no dominio temporal sendo anotados com xn).

[0018] Habitualmente, uma transformada MDCT utiliza janelas idênticas à análise e à sintese e assim

[0019] A fim de assegurar a reconstrução exata (dita "perfeita") do sinal (seguindo a condição

) , convém escolher uma janela protótipo /?(w) que satisfaz alguns problemas.

[0020] As relações a seguir são satisfatórias, a fim de permitir uma reconstrução perfeita. Elas são habitualmente retidas para construir janelas adaptadas à transformada MDCT:

[0021] As janelas são de simetria par em relação a uma amostra central, conforme ilustrado nos exemplos apresentados na Figura 3.

[0022] É relativamente simples satisfazer esses dois problemas simples e, para isso, um filtro protótipo clássico pode ser constituído de uma janela sinusoidal (em traços cheios na Figura 3) que se escreve conforme a seguir:

[0023] Naturalmente, outras formas de filtro protótipo existem, tais como as janelas definidas na norma MPEG-4 sob o nome de KBD (para as "Derivadas de Kaiser Bessel" correspondentes às curvas em traços pontilhados na Figura 3), ou ainda as janelas com pouca sobreposição (ou "Low Overlap").

[0024] Considerando-se a necessidade de adaptar a transformada ao sinal a codificar, as técnicas da técnica anterior permitem uma mudança no curso do tempo da transformada utilizada, o que é denominado na seqüência uma "comutação de janela". Considera-se no caso que as mudanças de transformadas conservam, todavia, o tamanho das janelas utilizadas, de modo que só os coeficientes de ponderação das janelas podem mudar no decorrer do tempo.

[0025] As expressões apresentadas acima para o caso de uma janela constante são retomadas abaixo e adaptadas ao caso de uma mudança de janela. Sem perda de generalidade, a sobreposição implica apenas dois quadros consecutivos para a transformada MDCT, a transição para dois quadros consecutivos anotados com 7j e é explicitada conforme a seguir. O primeiro quadro Tx utiliza uma janela de análise hal e o segundo quadro T2 utiliza uma janela de análise ha2 . As janelas de sintese utilizadas na reconstrução são escolhidas idênticas às janelas de análise nas partes de sobreposição entre as duas janelas hal e ha2 .Assim:

[0026] Diferentemente do caso precedente, no qual uma mesma janela é utilizada para vários quadros sucessivos, não existe mais relação direta entre a primeira e a segunda metade das janelas de análise, o que significa que o coeficiente de ponderação (n +M) pode ser independente do coeficiente ha](n). De forma análoga, o coeficiente ha2(n) pode ser independente do coeficiente ha2(n + M). Assim, é possível fazer evoluir, no decorrer do tempo, a forma da janela de análise.

[0027] As condições de reconstrução “perfeita’ setornam:

para

[0028] A solução clássica consiste em escolher:

para verificar muito simplesmente as condições acima.

[0029] Assim, com referência à Figura 4, a janela de análise utilizada na primeira metade do quadro T2 (curva em traços pontilhados da Figura 4) é uma versão "espelho" da janela de análise utilizada na segunda metade do quadro T\ (curva em traços cheios da Figura 4) . Em outros termos, a fim de assegurar a reconstrução perfeita, são preconizadas, no sentido do estado da técnica, transições progressivas que passam por trechos que dividem, para um efeito espelho aproximadamente, as mesmas janelas de análise.

[0030] Esse efeito de espelho se acha também no nivel das janelas de sintese pela igualdade imposta entre janelas de sintese e de análise.

[0031] Devido ao efeito espelho, qualquer inserção de "zeros" (coeficientes de ponderação no valor 0) na sequência do coeficiente hal(n + M) na janela hal terá por efeito inserir tantos coeficientes no valor de 1 para as filas inversas M-n . Mais precisamente:

[0032] Dessa forma, a abertura dessa janela incluindo numerosos zeros é semelhante àquela de uma janela retangular, conforme ilustrado na figura 5. Ora, uma janela retangular não tem boa resolução freqüencial e apresenta uma acentuada descontinuidade. Trata-se de um primeiro problema inerente ao funcionamento dos codificadores/decodificadores da técnica anterior.

[0033] Nos codificadores/decodificadores normalizados conhecidos, o codificador seleciona mais freqüentemente a transformada a utilizar no decorrer do tempo. Assim, na norma AAC, tal como descrita no documento: "Information technology - Coding of áudio-visual objects - Part 3: Áudio", ISO/IEC 14496-3 (2001), o codificador seleciona e transmite a forma de janela correspondente à segunda metade da janela de análise, a primeira metade sendo induzida pela seleção feita para o quadro precedente. Na norma AAC, um bit é transmitido ao decodificador, a fim de permitir, na sintese, utilizar janelas do mesmo tipo.

[0034] O decodificador é, portanto, escravo do codificador e aplica fielmente os tipos de janela decididos pelo codificador.

[0035] Compreender-se-á então que um inconveniente da técnica anterior conhecido reside no fato de, para assegurar uma translação do tipo de janela que é utilizado no decorrer do tempo, é necessário introduzir uma semi-janela intercalar, a fim de assegurar a reconstrução perfeita. Assim, as janelas de análise haX e /?a2 precitadas não podem ser tornadas independentes uma da outra sobre seu suporte comum.

[0036] A presente invenção vem melhorar a situação.

SUMÁRIO

[0037] Ela propõe para isso uma transição entre janelas sem dificuldade entre as janelas consecutivas.

[0038] Para isso, ela visa inicialmente um processo de codificação de um sinal numérico, por transformada com sobreposição, utilizando janelas de ponderação, no qual dois blocos de amostras do sinal, consecutivos e de mesmo tamanho 2M, são ponderados respectivamente para uma primeira e uma segunda janela de análise. Essas janelas comportando, cada uma, uma borda descendente e uma borda ascendente, a borda ascendente da segunda janela é diferente da borda descendente da primeira janela inversa no tempo.

[0039] Compreender-se-á que se trata de uma característica distintiva da técnica anterior descrita anteriormente e que manifesta assim o fato de a primeira e a segunda janelas podem ser escolhidas completamente de modo independente uma da outra, por exemplo, segundo um critério próprio com características do sinal determinadas sobre cada um dos dois blocos.

[0040] Assim, são previstos pelo menos dois tipos de janela de ponderação notadamente para a análise na codificação, e é possível trocar de tipo de janela de ponderação para codificar um bloco comum, no qual um evento particular foi detectado, por exemplo. Esse evento particular pode ser tipicamente uma mudança de comportamento estatístico do sinal, ou ainda o aparecimento de um fenômeno particular, tal como um grande aumento na energia do sinal numérico que o quadro comum contém.

[0041] Reiteram-se essas etapas para um bloco seguinte, de modo que é possível, no sentido da invenção, codificar um bloco determinado, utilizando uma janela de ponderação de um tipo determinado e codificar um bloco que segue imediatamente o bloco determinado, utilizando diretamente, em seguida, um outro tipo de janela de ponderação, sem restrição, e, em particular, sem restrição no sentido da técnica anterior, impondo necessariamente uma janela intercalada.

[0042] Os blocos precitados podem, a titulo de exemplo, corresponder a quadros de sinal conforme indicado anteriormente.

[0043] Oferecendo-se a possibilidade de passar diretamente de um tipo de janela a um outro, sem transição, a invenção permite já realizar uma codificação com janelas adaptadas a cada um dos sinais abrangidos por essas janelas. Obtém-se assim um ganho de codificação melhor sobre cada um dos segmentos de sinal abrangidos pelas janelas.

[0044] Em relação à técnica anterior, obter-se-á assim uma qualidade de codificação melhorada pela adaptação precisa das janelas às propriedades do sinal.

[0045] A presente invenção visa, de forma homóloga, um processo de decodificação de um sinal numérico, por transformada com sobreposição, utilizando janelas de ponderação, no qual dois blocos de amostras do sinal, consecutivos e mesmo tamanho, são ponderados respectivamente por uma primeira e uma segunda janela de sintese, as quais comportam, cada uma, uma borda ascendente e uma borda descendente e, em particular, a borda ascendente da segunda janela diferente da borda descendente da primeira janela inversa no tempo.

[0046] Em um modo de realização, as janelas de análise de pelo menos um dos dois tipos precitados de janela de análise incluem pelo menos uma parte de fim, comportando coeficientes todos nulos. Na decodificação, as janelas de sintese comportam então zeros no começo de janela. Essa utilização permite reduzir um retardo de codificação/ decodificação ligado às transformadas aplicadas.

[0047] A invenção encontra, portanto, uma aplicação vantajosa nas comunicações interativas para as quais é importante que o retardo seja o menor possivel.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[0048] Outras características e vantagens da invenção aparecerão com o exame da descrição detalhada a seguir e dos desenhos anexados nos quais, além das Figuras 1 a 5 relativas à técnica anterior e descritas antes: -a Figura 6 ilustra uma mudança de tipo de janelas, com primeira e segunda janelas pré-citadas de forma diferentes no sentido da invenção; -a Figura 7 ilustra janelas de análise comportando Mz coeficientes nulos em seu terminal, em uma realização vantajosa; -Figura 8 ilustra a redução do retardo de codificação/decodificação que implica essa realização vantajosa; -a Figura 9 ilustra um sistema de codificação/ decodificação para a aplicação da invenção; -a Figura 10A ilustra as etapas de um processo de codificação no sentido da invenção; -a Figura 10B ilustra as etapas de um processo de decodificação; e - a Figura 11 ilustra uma forma de janela de sintese vantajosa (traços pontilhados).

DESCRIÇÃO DETALHADA

[0049] Descreve-se a seguir uma realização da invenção que permite passar de uma janela de análise para uma outra, sem precaução particular e, em particular, sem janela de transição. Assim, as janelas de análise escolhidas na codificação são independentes uma da outra, o que contribui para melhorar a qualidade da codificação.

[0050] Considerando-se um quadro comum Ã, é feito como hipótese no caso que uma escolha particular de janela de análise foi feita previamente por um quadro imediatamente precedente 7j . Para o quadro 7'2, uma outra janela de análise é escolhida, a fim de facilitar a codificação no dominio freqüencial das amostras do quadro comum Ã . Um critério possivel a titulo de exemplo consiste no fato de a janela ha2 escolhida para o quadro T2 maximizar o ganho de codificação no dominio transformado determinado por:

na qual representa uma estimativa da variância das amostras transformadas Xk .

[0051] Um outro critério poderia, como variante, ser ainda baseado em uma minimização da entropia das amostras transformadas, e se expressar, por exemplo, sob a forma:

[0052] É possível considerar um critério mais complexo, definindo um ótimo entre a distorção realizada após codif icação/decodificação, por um lado, e a vazão requerida com essa codificação, por outro lado. Esse critério mais complexo, a minimizar, pode, por exemplo, se escrever sob a forma:

na qual:D(x) é uma medida da distorção feita sobre as amostras Xk para uma vazão escolhida; eR(x) é essa vazão escolhida.

[0053] A determinação da melhor janela de análise ha2 acondicionada pelo critério finalmente retido, é feita preferencialmente em um conjunto restrito de combinações. Com efeito, um problema é imposto: o tipo de filtro de análise utilizado (notadamente o filtro protótipo de análise correspondente à janela de ponderação à codificação) deve ser conhecido pelo decodificador e deve, portanto, ser transmitido ao decodificador.

[0054]A escolha da janela ha2 pode, portanto, ser feita entre um dicionário de janelas de análise

na qual Nb representa o número de escolhas possíveis. Pode então ser prevista a codificação do índice da forma de janela escolhida sobre um número de bit inteiro superior ou igual a log2 (Nb) e a transmissão, em seguida, desse indice codificado para o decodificador.

[0055] O conjunto das janelas assim definidas pode ser aplicado para M amostras, as janelas de análise utilizadas hal e/ou ha2 de comprimento 2M sendo, por exemplo, construídas conforme a seguir:

para os inteiros i e j compreendidos entre 0 e Nb—1 .

[0056] As janelas hi e hj são construídas, por exemplo, com o auxilio de: janelas KBD (traços pontilhados da figura 3), parametradas com diferentes valores de coeficiente de forma (anotado freqüentemente a); - de janelas sinusoidais; de janelas com pequena sobreposição, tais como descritas na norma AAC - "low delay"; - ou ainda de janelas otimizadas, segundo diferentes critérios, por exemplo, segundo um critério de ganho de codificação descrita em: "Bancos de Filtros e quantificação vetorial sobre rede - Estudo conjunto para a compressão de imagens", P.Onno, tese da Universidade de Rennes 1 (1996).

[0057] É possível restringir a escolha de janela a uma familia de janelas parametrizáveis (tais como as janelas KBD). Pode-se transmitir, nesse caso, o conjunto dos parâmetros sob a forma codificada (o que se restringe no caso de janelas KBD a um valor quantificado e codificado do fator de forma a ) .

[0058] Na decodificação, sobre recebimento do tipo de janela de análise ha2 utilizado na codificação, e, após decodificação das amostras no dominio da frequência Xk , depois da aplicação de uma transformada DCT inversa, as janelas de sintese devem ser aplicadas, a fim de reconstituir as amostras temporais. A fim de limitar as degradações sobre o sinal reconstruído, escolhem-se preferencialmente, janelas de sintese, assegurando uma reconstrução "perfeita" no nivel da transformada.Na ausência de quantificação, essa transformada inversa sucedendo à transformação direta não acarreta distorção. Reter-se-á, todavia, no caso como critério um erro de reconstrução da transformada que permanece desprezível, perceptivelmente, em relação a um limite de percepção pré-determinado.

[0059] Para reconstituir a parte comum entre o quadro 1\ e Tj, sem distorção devido a transformadas, as partes de janela de sintese afetando essa parte comum (hs2{n) e com 0<n<M) deverão ser ligadas às janelas de análise sobre essa mesma parte comum (hal (n+M) e ha2(n) . A relação seguinte descreve as condições que devem ser respeitadas para assegurar uma reconstrução perfeita nessa parte comum:

com

[0060] Resolvendo-se esse sistema para as janelas hs2(n) e hJn + M), encontra-se, sob a condição

[0061] Assim, por essa escolha de janela de sintese hsl(n + M) e hs2(n), assegura-se a reconstrução "perfeita".

[0062] Assim, na sintese: a janela hsl(n + M) é aplicada para levar a transformada MDCT inversa da segunda parte do quadro Tx , e - a janela hs2{n) é aplicada para levar a transformada MDCT inversa da primeira metade do quadro T2 .

[0063] O resultado das duas ponderações é somado termo a termo para serem obtidas as amostras decodificadas.

[0064] Observa-se que as janelas hs\(n + Af) e hs-,(n) são construídas simplesmente por retorno temporal das janelas de análise, depois por aplicação de um fator corretivo anotado com D'(n) = 1 D(n). Assim, a janela hsX{n + M) é construída por inversão dos indices temporais da janela de análise ha2(n) e, reciprocamente, a janela hs2(n)é construída por inversão dos indices temporais da janela de análise hJn+M) . O fator corretivo (correspondente a um ganho a aplicar sobre cada uma das janelas) é definido por D'(n) = 1 D(n). Entende-se, no caso, por "retorno temporal" ou "inversão de índice temporal" o fato de definir a forma de uma janela em função do oposto (-n) do índice comum de tempo n.

[0065] Poder-se-á aplicar uma janela de tipo hs 2(M − 1 − n) à segunda parte do quadro 7, e uma janela de tipo ha1(2M − 1 − n) à primeira metade do quadro Tj . O resultado dessa ponderação é, então, em seguida somado, depois finalmente ponderado pela ponderação D'(n) = 1/D(n).

[0066] Aparece uma propriedade notável, segundo a qual a ponderação 1/D(n) é um simples fator de ganho que vem corrigir uma distorção de amplitude. Assim, a operação de reconstrução que coloca em jogo as janelas ha 2(M − 1 − n) e ha1(2M − 1 − n) dá um sinal reconstruído desprovido de componentes de recuo temporal. O ganho D'(n) pode, portanto, ser considerado como um simples termo corretivo de amplitude.

[0067] Observando a expressão do ganho D(n) aparece também a seguinte propriedade notável 2D(n) = D (M − 1 − n) o que se traduz pelo fato de só M / 2 coeficientes de ganho D(n) terem necessidade de serem calculados e/ou armazenados. Essa propriedade se encontra também para o ganho D'(ti) na síntese.

[0068] Portanto, é possível, em uma primeira realização, armazenar na decodificação todas as janelas de síntese combinando o conjunto das possibilidades de transição entre janelas de análise, seja, portanto, o resultado de:

com

[0069]Essa aplicação requer então um tamanhomemória substancial.

[0070]Em uma segunda realização, é possivelarmazenar as janelas de análise junto ao decodificador, tais quais ou com indice temporal virado. Calcula-se, então, o ganho

depois se aplica para a reconstrução as janelas de análise viradas temporalmente. Enfim, poder- se-á o resultado obtido após adição pelo ganho

[0071] Para certas combinações particulares de pares (i, j), pode mostrar-se que o ganho

para um conjunto de amostras n. Nesse caso particular, poder-se-á se livrar da ponderação final.

[0072] É possivel estender essa simplificação ao caso no qual o ganho

é muito próximo de 1, em particular no caso em que a distorção de amplitude a corrigir permanece inferior a 0,1 dB, por exemplo, o que pode, na prática, se traduzir por uma diferença em valor absoluto entre o ganho

e 1 inferior a um limite escolhido, por exemplo 0,01.

[0073] As funções de ganho

e suas funçõesinversas

podem ser calculadas no momento de sua utilização ou ser armazenadas inicialmente para serem utilizadas conforme a necessidade, segundo uma ou outra das realizações precitadas.

[0074] Convém anotar ainda que as funções de ganho Di, j(n) requerem apenas M/2 elementos de armazenagem para cada par (i, j). Além disso, todas as combinações não devem ser armazenadas, pois se pode observar que

,independentemente do par (i, j) .

[0075]Descreve-se a seguir uma realizaçãovantajosa aplicada para visar uma redução de retardo.

[0076]Nessa realização particular, são impostaspartes inteiras de janelade ponderação (valores contíguos de coeficientes de ponderação) a zero na janela de análise

. Mais particularmente, a janela

conterá uma parte de Mz zeros no intervalo

com

conforme ilustrado na Figura 7, representando duasjanelas tipicas no sentido dessa realização.

[0077] De acordo com um primeiro modo de realização, e por oposição ao estado da técnica, as janelas ha1 e ha2 são independentes uma da outra no intervalo compreendido entre M e 2M . A única condição, quanto à escolha das janelas ha1 e ha2 é que o valor D(n) não seja nulo para 0<n<M . Essa construção particular da janela + M) permite assegurar que a janela de sintese h.:1 (w) possa conter zeros entre 0 e Mz-1Esse resultado é uma conseqüência da relação:

[0078] Compreender-se-á então que, janela assimétrica hal utilizada na análise, o respeito pela condição sobre o ganho D(n) dado por:

impõe que o número Mz de coeficientes nulos verifique Mz <M/2 .

[0079] Essa colocação em zero de uma parte da janela de análise

tem uma influência vantajosa sobre o retardo de reconstrução das amostras, como se vai ver a seguir.

[0080] Com referência à Figura 8, o quadro 1\ (tendo um tamanho de 2M amostras) é tratado por aplicação da janela hal . O resultado dessa ponderação é tratado pela transformada DCT. Devido ao fato de a janela hai conter zeros, o quadro T} pode simplesmente ser codificado e emitido no fim de 2M − M z amostras. Não é efetivamente necessário esperar o fim das 2M amostras do quadro T1para enviar o quadro codificado correspondente, mas simplesmente esperar o tratamento de suas 2M − M z primeiras amostras. Ganha-se assim um avanço correspondente ao tempo de tratamento de Mz amostras de fim do quadro T1 em relação à utilização de uma janela clássica no sentido do estado da técnica.

[0081] Na sintese, a janela de sintese homóloga hsi comporta Mz primeiros coeficientes em zero (não também em fim, mas em inicio de janela), o que permite, da mesma forma, reconstruir as amostras decodificadas com um avanço de Mz amostras. Com efeito, as Mz amostras correspondendo ao começo da janela de sintese são, já que a influência do inicio de janela hsA é nula, reconstituídas, na realidade, pela janela precedente hs0 da Figura 8. Assim, não é necessário esperar, ainda, as seguintes amostras oriundas da DCT inversa para reconstruir eficazmente as Mz amostras decodificadas, o que permite um avanço de Mz amostras ainda na sintese.

[0082] Assim, impor Mz coeficientes sucessivos nulos em fim de janela de análise permite reduzir o retardo devido às transformadas direta MDCT, depois inversa MDCT-1 de 2Mz amostras. O retardo total é, portanto de 2M - 2MZ amostras. Essa redução de retardo é realizada com janelas de comprimento efetivo de 2M-2Mzr enquanto que uma solução no sentido do estado da técnica teria preconizado classicamente janelas de análise e de sintese idênticas (ao retorno temporal aproximadamente) e de comprimento efetivo de tamanho 2M-2Mz para uma mesma redução de retardo. Assim, graças a essa aplicação, janelas mais longas podem ser utilizadas e, dessa forma, as respostas freqüenciais obtidas são mais vantajosas e a codificação é de melhor qualidade.

[0083] Enquanto o estado da técnica impõe um valor de 1 aos coeficientes centrais das janelas de ponderação, se zeros forem introduzidos no fim ou no começo de janela, o que penaliza as propriedades de codificação com esse tipo de janela (Figura 5), a realização no sentido da invenção não apresentará esse inconveniente. Além disso, como não há problema sobre a escolha das janelas de análise sucessivas, propriedades satisfatórias de codificação poderão ser obtidas.

[0084] Assim, uma transformada de análise, mais adaptada que outras ao sinal a codificar, poderá ser selecionada dentre filtros de análise contendo zeros em seu término (por exemplo, em um dicionário de filtros protótipos), acarretando uma codificação/decodificação a mais adaptada ao sinal e com retardo reduzido de 2M. em relação ao estado da técnica.

[0085] Descreve-se a seguir uma realização particular, na qual, na codificação, se escolhe um par de janelas ha] e ha2, permitindo evitar uma correção D'(n) na sintese. Trata-se de modificar sensivelmente no caso uma janela inicial de análise para garantir uma função de ponderação D'(n) constante e igual a um na sintese.

[0086] Para isso, determinam-se duas partes de janelas de análise a partir de uma janela h(n) definida no intervalo 0<n < 2M e que satisfaz para qualquer indice n uma expressão de fator de normalização Δ(n) não nulo:

com

[0087] Constrói-se então, para 0<n<M:

[0088] Dessa maneira, o ganho D'(n) na decodificação é de 1 para qualquer n e a reconstrução na sintese é feita por ponderação pelas mesmas janelas ha] e ha2 simplesmente viradas temporalmente, essa ponderação sendo seguida de uma simples adição.

[0089] Um exemplo de janela h(n ) para 0 <n< 2M , contendo Mz zeros e permitindo limitar o retardo de 2MZ amostras é:

e h(n)= 0, caso contrário (isto é, para 2M -Mz0<n< 2M

[0090] Indica-se também que uma outra escolha possível, permitindo uma seletividade freqüencial variável segundo um parâmetro de forma a, consiste em uma janela de Kaiser Bessel definida por:

com para

para 0 < n < M-MZ/2 e h(n,a) = 0,caso contrário (para n tal qi 2M -Mz <n<2M

[0091]Destacar-se-á que é possivel determinarassim, a partir de uma janela de inicialização escolhida h(n) , as janelas de análise ha1 e ha2 e, dai, as janelas de sintese por simples retorno temporal.

[0092] É possivel para a aplicação de uma decodificação no sentido da invenção determinar as duas partes de janela de sintese haX e Aa2 diretamente a partir de uma janela de inicialização h(n) contendo Mz coeficientes nulos em seu inicio.

[0093] Baseando-se em uma janela de inicialização sinusoidal (curva em traço cheio da Figura 11), tal como, por exemplo:

para

partes de janelas de síntese hS1ehS2 se deduzementão diretamente conforme a seguir:

[0094] Com, como anteriormente:

com

[0095] Pd representado em traços pontilhados, na figura 11, a abertura de uma janela de sintese global hsX resultante das duas partes de janelas hsX e A obtidas a partir da janela de inicialização h(n) de expressão sinusoidal ilustrada em traços cheios, segundo essa realização.

[0096] A presente invenção visa também um sistema de codificação/decodificação, tal como ilustrado na figura 9, em um modo de realização descrito no caso a titulo de exemplo. Um codificador COD recebe um sinal numérico S a codificar e comportando uma sucessão de amostras Xn . Essa sucessão de amostras é tratada por blocos sucessivos Bt , Bj + 1 , etc., de 2M amostras cada um (etapa 101 da Figura 10A). Meios de tratamento pP do codificador analisam o conteúdo dos blocos Bt um a um (etapa 102 da Figura 10A) , por exemplo, segundo um critério determinado (entropia, ganho de codificação, distorção/vazão, ou outros) e deduzem dai a janela de análise hai assim escolhida é aplicada ao bloco comum Bi (etapa 103 da Figura 10A) , o qual é, em seguida, codificado (etapa 104).

[0097] Um bloco B\ resultante dessa codificação é, em seguida, enviado ao decodificador DECOD da Figura 9 no sinal codificado S' , com um código no dicionário DIC da janela de análise selecionada hai (etapa 105 da figura 10A) . Naturalmente, o decodificador DECOD recebeu com um bloco precedente B\_x um código do dicionário DIC que designa uma janela de análise utilizada anteriormente hai-\. O decodificador DECOD sobre recebimento do sinal codificado S' que comporta uma sucessão de blocos codificados B\ , B'i+l , etc e códigos de janelas hai que serviram para a análise na codificação dos blocos Bt (etapa 106 da figura 10B), determina a partir de seu próprio dicionário DIC' (homólogo do dicionário DIG do codificador) as semi janelas

devendo servir para a sintese (etapa 107) .

[0098] No exemplo descrito, os meios de tratamento pP do decodificador DECOD estimam o fator corretivo D(n) para cada indice temporal n em ligação com a janela

utilizada anteriormente à análise (etapa 108) . Se o fator corretivo for próximo de 1 (a um limite de 0,ldB aproximadamente, por exemplo, medido em valor absoluto), no teste 109 da Figura 10B, o decodificador não aplica correção (seta o na saida do teste 109). Caso contrário (seta n), os meios de tratamento pP aplicam a correção D'(n) = 1/D (n) descrita anteriormente (etapa 110). O tratamento prossegue pela decodificação propriamente dita dos blocos B't ponderados com as janelas hst (corrigidas, se for o caso, pelo fator D') na etapa 111, para liberar blocos decodificados , B1+i do sinal decodificado S, cujas amostras Xn (sem perda) valem as amostras iniciais Xn , já que a reconstrução perfeita é assegurada.

[0099] A presente invenção visa também um codificador COD do tipo representado na Figura 9, assim como um programa informático destinado a ser armazenado na memória desse codificador e do qual um algoritmo pode ser representado pelo organograma da Figura 10A. Ela visa também um decodificador DECOD do tipo representado na Figura 9, assim como um programa informático destinado a ser armazenado na memória desse decodificador e do qual um algoritmo pode ser representado pelo organograma da Figura 10B.

Claims

1.Processo de codificação de um sinal digital, por transformada com sobreposição utilizando janelas de ponderação, caracterizado pelo fato de que dois blocos de amostras do sinal, consecutivos e de mesmo tamanho (2M ) , são ponderados respectivamente por uma primeira (haX) e uma segunda (ha2 } janela de análise, e a primeira e segunda janelas compreendendo, cada uma, uma borda ascendente e uma borda descendente, a borda ascendente da segunda janela (ha2 ) sendo diferente da borda descendente da primeira janela (haX) inversa no tempo.

2.Processo de codificação, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a primeira e segunda janelas são escolhidas independentemente uma da outra, de acordo com um critério especifico com características do sinal que são determinadas sobre cada um dos dois blocos.

3.Processo de codificação, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que o critério de escolha de uma janela de ponderação é um elemento ou uma combinação de elementos dentre: -uma maximização (GTC ) do ganho de codificação; uma minimização (JH ) de entropia das amostras transformadas; -uma otimização (JRD) entre uma distorção devido à codificação/decodificação e uma taxa de bits requerida por pela codificação.

4.Processo de codificação, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado pelo fato de que cada janela de ponderação escolhida para a codificação de um bloco é selecionada em um dicionário de janelas de ponderação possíveis, um indice de janela sendo associado a cada janela do dicionário, e em que o indice da janela selecionada é transmitido para um decodificador, para uso na decodificação de uma janela homóloga à janela selecionada na codificação.

5.Processo de codificação, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizado pelo fato de que pelo menos uma parte das janelas de análise compreende um número escolhido (M z) de coeficientes de ponderação sucessivos de valor nulo no fim da janela, e o número escolhido de coeficientes nulos (A/J é inferior a um quarto do número total de coeficientes (2M) de uma j anela.

6.Processo de decodificação de um sinal digital, por transformada com sobreposição utilizando janelas de ponderação, caracterizado pelo fato de que dois blocos de amostras do sinal, consecutivos e de mesmo tamanho (2M) , são ponderados respectivamente por uma primeira (hsX ) e uma segunda (hs2 } janela de sintese, e em que a primeira e segunda janelas compreendem, cada uma, uma borda ascendente e uma borda descendente, a borda ascendente da segunda janela (hs2 ) sendo diferente da borda descendente da primeira janela (hsX ) inversa no tempo e em que a informação (cod(hai)) é recebida a partir de um codificador sobre janelas de análise usadas sucessivamente na codificação, e a primeira e segunda (. hsl , hs2 ) janelas de sintese sendo deduzidas da primeira e da segunda janelas de análise (haX, ha2 ) utilizadas sucessivamente na codificação, a primeira e respectivamente a segunda janela de sintese sendo deduzidas da segunda e respectivamente da primeira janela de análise por inversão de posições temporais de coeficientes de ponderação da segunda e respectivamente da primeira janela de análise, e por aplicação de um fator corretivo (l/£>(;?)) a cada coeficiente de ponderação da segunda e respectivamente da primeira janela de análise.

7.Processo de decodificação, de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de que a primeira janela de sintese denotada hs} e a segunda janela de sintese denotada hs2 são deduzidas da primeira e da segunda janelas de análise, respectivamente, denotadas hal e ha2 por relações do tipo:

na qual: o número M é compreende 2M amostras; n é um indice entre 0 e M -1; -a notação h{n) designa o coeficiente de ponderação da janela h e de posição temporal de índice n; a notação -n designa o oposto do índice n, manifestando essa inversão de posições temporais; e -D (n) designa o fator corretivo a ser aplicado a um coeficiente de posição temporal n, esse fator sendo não nulo para n compreendido entre 0 e M -1 e dado por:

8.Processo de decodificação, de acordo com a reivindicação 6 ou 7, caracterizado pelo fato de que as informações sobre as janelas de análise são indices de um dicionário (DIC) de janelas utilizado na codificação, e pelo fato de se prever, na decodif icação, um dicionário homólogo (DIC') compreendendo janelas de sintese homólogas às janelas de análise utilizadas na codificação e pré- corrigidas pelo fator corretivo (l/£>(«)), cada janela do dicionário homólogo tendo um indice de dicionário determinável a partir do indice de janela de análise transmitido ao decodificador.

9.Processo de decodificação, de acordo com a reivindicação 6 ou 7, caracterizado pelo fato de que as informações sobre as janelas de análise são indices de um dicionário (DIC) de janelas utilizado na codificação, e no qual se prevê, na decodificação, um e o mesmo dicionário compreendendo janelas respectivas oriundas de filtros protótipos de um banco de filtros de análise na codificação, e pelo fato de, na decodificação, se aplicar: -uma inversão de posições temporais; e -e o fator corretivo (1/D(n)) nos coeficientes de uma janela do dicionário, se a estimativa do fator corretivo para um coeficiente for sensivelmente diferente de 1 até um limite predeterminado.

10.Processo de decodificação, de acordo com qualquer uma das reivindicações 6 a 9, caracterizado pelo fato de que pelo menos uma parte das janelas de sintese compreende um número escolhido de coeficientes de ponderação sucessivos de valor nulo no inicio de uma janela, e o número escolhido de coeficientes nulos (Mz) sendo inferior a um quarto do número total de coeficientes (2M ) de uma j anela.

11.Processo de decodificação, de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo fato de que é fornecida uma operação de sintese utilizando uma janela de ponderação correspondente a duas partes de janelas de análise que são temporalmente inversas, a operação de ponderação pela janela de sintese prosseguindo por uma adição, as partes de janelas de análise, denotadas ha} e ha2 sendo expressas em função de uma janela de inicialização denotadah(n) deacordocom expressõesdo tipo:

na qualonúmero Mé tal queum bloco compreende2M amostras e néum indicetemporaltal que0<n<M ,Δ(n) sendo umfator denormalização não nulo definido para qualquer indice n tal que 0 < n < M .

12.Processo de decodificação, de acordo com a reivindicação 10 ou 11, caracterizado pelo fato de que duas partes de janela de sintese, denotadas hsi e hS2 são determinadas diretamente a partir de uma janela de inicialização denotada Zz(/z) contendo um número escolhido (M z) de coeficientes nulos em seu inicio, de acordo com expressões do tipo:

, no qual o número M é tal que um bloco compreende 2M amostras e n é um índice temporal tal que 0<n<M , Δ(n) sendo um fator de normalização não nulo definido para qualquer índice n tal que 0<n<M.

13.Processo, de acordo com a reivindicação 11 ou 12, caracterizado pelo fato de que o fator de normalização é definido por uma expressão do tipo:

14. Processo, de acordo com a reivindicação 12 ou 13,caracterizado pelo fato de que a janela de inicializaçãoh(n) é expressa por: h(n) = 0 para0<n<MZ,e

na qual MZé o número escolhido de coeficientes nulos no início de umajanela de inicialização.

15.Dispositivo de codificação de um sinal digital, por transformada com sobreposição utilizando janelas de ponderação, caracterizado pelo fato de que é configurado para implementação do processo conforme definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 5.

16.Dispositivo de decodificação de um sinal digital, por transformada com sobreposição utilizando janelas de ponderação, caracterizado pelo fato de que é configurado para implementação do processo conforme definido em qualquer uma das reivindicações 6 a 14.

17.Memória legível por computador caracterizada pelo fato de que compreende instruções armazenadas na mesma, as instruções sendo executáveis por um computador para realizar o processo de codificação conforme definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 5, ou o processo de decodificação conforme definido em qualquer uma das reivindicações 6 a 14.