EP2656344B1 - Filtrage perfectionne dans le domaine transforme - Google Patents
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Definitions
- the present invention relates to the filtering of digital data, especially the filtering of digital audio data.
- SBR processing modulates high frequencies in low frequency areas and adjusts signal energy to frequency. This adjustment makes it possible, after decoding, to obtain a signal similar to the original signal (signal before coding).
- the PS process recreates from a mono signal two composite signals that are tuned into frequency energy so that, again, the decoded signal resembles the original reference signal.
- Extended MPS processing is based on the generation of N signals from M transmitted sound channels (with N ⁇ M ).
- Critical sampling is an important property in rate reduction coding. Indeed, to maintain a good transmission efficiency, it should not transmit more processed samples than there were in the time domain.
- the present invention improves the situation.
- block is meant any succession of samples, such as a frame, or a sub-frame in certain types of signal formats.
- the invention provides improved filtering in the transformed domain.
- This approach is advantageously not very complex because the treatment remains in the field of the initial transform.
- One advantage provided is a limitation of audible folding components, while faithfully maintaining the filtering characteristic initially desired.
- the adjustment processing filtering is performed by a matrix applied to said at least one block adjacent to the current block, the matrix having upper and lower diagonals identical to the near sign.
- the method then comprises a preliminary step of optimizing parameters of the equalization and the adjustment of the filtering, by estimating a folding induced by the equalization.
- Folding is preferentially estimated in a domain obtained from an inverse transform of the domain of the subbands (for example in the time domain).
- the third matrix is the transpose of the second matrix.
- the invention proposes in particular symmetrical structures (for example by filtering in a random-modulated cosine-modulated filter bank) that make it possible to obtain simple functions to be performed.
- the blocks are transformed in the subband domain by at least one modulated transform, for example of the MDCT type.
- the transform may be of the modulated transform type, with complex values (for example of the MCLT type, or else of the PQMF type).
- the present invention makes it possible to implement structures for correcting low-pass, band-pass or other filters in the domain with real or complex values, by means of simple functions as described below.
- the filtering includes a cutoff component beyond a subband corresponding to said given subband.
- the second and third matrices comprise a number of non-zero elements which is a function of a chosen degree of optimization of the parameters of the filter adjustment, minimizing the estimated folding.
- the invention proposes efficient structures in calculation, with a limited number of coefficients to be added. Better yet, it is possible to choose the number of matrix coefficients to manage according to a desired complexity, or alternatively a compromise between complexity and limitation of folding.
- the coefficient - a 1 of the diagonal being applied for the given subband, the third matrix being transposed from the second matrix.
- the coefficients a 0, a 1, a 2, a 3, a 4 and a 5 are positive real numbers, the actual 1, at least, being non-zero.
- a 0 can be zero for a given matrix, which can be offset by another matrix combined with this given matrix.
- the approach in the sense of the invention can be generalized to any filtering and equalization functions, by using filtering adjustment coefficients adapted from an analysis of the distortion to be corrected.
- the present invention is also directed to a computer program comprising instructions for implementing the above method when this program is executed by a processor.
- An example flowchart of the general algorithm of such a program is described below with reference to the figure 13 .
- the present invention is also directed to a signal processing device according to claim 15.
- the analysis filter bank (or the direct transform) is expressed by its polyphase matrix in the order M, E (z) .
- the synthesis filter bank (or inverse transform) is expressed by its polyphase matrix in the order M, R (z).
- M represents the number of transformed coefficients (i.e. the number of frequency coefficients obtained by the transform).
- the polyphase components of the transforms are also written as follows, based on the impulse responses of the analysis filters h a, k, n for the subband k and the coefficient n .
- vs k , not cos ⁇ M not + 1 + M 2 k + 1 2 , with 0 ⁇ not ⁇ 2 M , 0 ⁇ k ⁇ M and h a, n is a prototype (or window ) analysis filter containing 2M samples, some of which may be null (especially those with higher indices).
- E z vs 0 , 0 vs 0 , 1 ⁇ vs 0 , M - 1 vs 1 , 0 vs 1 , 1 ⁇ vs 1 , M - 1 ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ vs M - 1 , 0 vs M - 1 , 1 ⁇ vs M - 1 , M - 1 h at , 0 0 ⁇ 0 0 h at , 1 ⁇ 0 ⁇ ⁇ ⁇ 0 0 ⁇ h at , M - 1 + z - 1 vs 0 , M vs 0 , M + 1 ⁇ vs 0 , 2 M - 1 vs 1 , M vs 1 , M + 1 ⁇ vs 1 , 2 M - 1 ⁇ vs 1 , 2 M - 1 ⁇ vs 1 , 2 M - 1 ⁇ vs 1 , 2 M
- the filter h s, n is here a prototype filter (called " synthesis window ”) containing 2M samples, some of which may be null (especially those with weaker indices).
- the MDCT transform is therefore perfect reconstruction (at the cost of a delay of one frame, that is to say, of M samples, in the case of a signal comprising a succession of frames of M samples each).
- the power of this matrix is deduced by summing the square of the coefficients of this matrix, in order to estimate the amount of folding created.
- the position of the coefficient 1- a 0 , (line i, column i) corresponds to that of the last coefficient at "1" in the uncorrected filtering matrix of the conventional low-pass filter and that of the coefficient a 0 corresponds to the line i +1, column i + 1.
- the evolution of the aliasing distortion (aliasing) is measured.
- the distortion is then lowered to -29.16 dB, which is equivalent to an improvement of 4.47 dB compared to the current situation (in the sense of the state of the art).
- the filter resulting from this modification also has characteristics close to the desired initial filter, as illustrated in FIG. figure 6 .
- a first matrix T 1 is proposed to be applied to the previous frame (in the form of a signal vector) and, because of the symmetry of this type of transform, a second matrix T ' 1 which is deduced from the first matrix T 1 , to be applied to the next frame.
- the second matrix T ' 1 corresponds in particular to the transpose of the first matrix T 1 .
- the matrix T 1 is therefore intended to reduce the level of folding introduced by the matrix T 0 which performs an equalization function.
- index diag (T0, 0) diag (T1,0) Diag (T1,1) diag (T1,3) 0 1 0 0 0 ⁇ M / 4-2 1 0 0 a 5 M / 4-1 1 0 a 3 -a 4 M / 4 1-to 0 -a 1 -a 2 a 5 M / 4 + 1 to 0 a 1 a 3 0 M / 4 + 2 0 0 0 0 ⁇ M-1 0 0 0 0 0 0 0 0 0
- the representation can be "degraded" by increasing the number of zero coefficients, for example by imposing a value of 5 to zero.
- the optimal subband filter solution introduces an aliasing level of -42.90 dB (instead of -45.31 dB).
- a low-pass filter can be transposed to any form of filter, for example a band-pass filter.
- the filtering function performed is illustrated on the figure 9 and the aliasing distortion level is -21.68 dB .
- the filter matrix S sb has the same number of coefficients as for the MDCT transform.
- the number of coefficients to be applied to the total is double, as illustrated on the figure 11 (for a low pass filter) and the figure 12 (for a band-pass filter), which compares the number of coefficients to reduce the aliasing effect for an MDCT transform (in solid lines) and for an MCLT transform (in dashed lines).
- any kind of equalization template can be reproduced by combining weighted basic pass-band functions (and / or low-pass functions) by summing them.
- these gains are reflected on the main diagonal of the matrix T 0 .
- These gains can be adjusted to limit the discontinuities from one band to another (typically the values of the coefficients a 0 ).
- the respective gains are weighted by folding reduction templates defining a modification of the matrices T 1 and T ' 1 intended to weight the preceding and following frames in the transformed domain.
- the filtering is then applied.
- a spectrum is obtained in the MDCT transformed domain, and an inverse MDCT transformation is applied to obtain a time signal having the desired filtering characteristics.
- This approach extends to a complex valued transform (for example of the MCLT type) and more generally to any modulated transform, complex value or not.
- a set of coefficients is chosen at 0 , a 1 , ..., a i , with i less than or equal to n, such that the index i complies with a compromise of complexity / quality of the filtering, fixed for example according to the computing capacity of a terminal or the like, or else by setting a quality level depending on the quality of the coding of the sound .
- a coded sound signal is inevitably distorted: it is therefore unnecessary to reduce the folding to significant values below the noise level generated by the coding.
- the value of the index i can be determined at this step 11, as a function of the above-mentioned conditions, and in the following step 12, for example, the set of coefficients a 0 , a 1 is extracted from a memory, ..., a i , corresponding to the value chosen for the index i.
- a given filtering F For a given filtering F (step 24), all the elementary filterings (F 1 , F 2 ,..., F k ) constituting this given filtering, for example a low pass F 1 (step 13), a pass, are determined.
- F 2 (thus forming a bandpass, by subtraction, with the elementary filtering F 1 ), a complex-party filtering F k (step 20), or others.
- a weighting term ⁇ k (steps 14 to 20) is applied and the weighted matrices are summed one by one to obtain the matrices T. 0 , T 1 , T ' 1 finally corresponding to global filtering F (steps 21 to 23) and which are respectively applied to the vectors representing a given frame TRj, a previous frame TR j-1 and a following frame TR j + 1 .
- the matrix T ' 1 can also be deduced from the matrix T 1 by transpositions.
- the present invention also relates to a computer program comprising instructions for implementing the method in the sense of the invention when this program is executed by a processor. It will be understood that the figure 13 can correspond to a flowchart of the general algorithm of such a program.
- embodiments have been presented at three consecutive spectra resulting from the processing of successive frames by the matrices T 1 , T 0 , T ' 1 . Nevertheless, the number of frames to be processed may be greater if it is desired to produce longer finite impulse response filters.
- the equalization filtering adjustment processing can be performed. to apply to a number of frames before the current frame, different from the number of frames after the current frame. For example, it is possible to process only one frame adjacent to the current frame (anterior or posterior). In this case, an asymmetric linear filter is obtained.
- Processing matrices (in particular the matrices T 1 and T ' 1 ) adapted for MDCT transforms (in particular with regard to the position of the non-null matrix elements) have been described above.
- these matrix forms are susceptible to variations for other types of transforms.
- the matrix T ' 1 may not be in the form of the transpose of the matrix T 1 for a type of transform different from the MDCT transform with Malvar filters as realized here.
Description
- La présente invention concerne le filtrage des données numériques, notamment le filtrage des données audionumériques.
- L'usage du codage audio à réduction de débit nécessite des filtrages en post-traitement du décodage audio qui peuvent se manifester sous de diverses formes :
- en personnalisant une écoute en changeant la couleur sonore de l'enregistrement, en particulier en atténuant ou amplifiant certaines bandes du spectre sonore,
- en faisant intervenir le filtrage aussi en codage audio où des outils paramétriques permettent d'enrichir le signal audio reçu.
- Par exemple des techniques telles que le « Spectral Band Replication » (SBR) ou le « Parametric Stereo » (PS) (norme ISO/IEC 14496-3, norme MPEG-4 Audio) permettent respectivement de reconstruire les sons aigus à partir des basses fréquences et un son stéréo à partir d'un signal mono. Le traitement « MPEG Surround MPS » (norme ISO/IEC 23003-1, norme MPEG-D) étend l'approche du traitement PS à la reconstruction de plus de deux canaux sonores.
- Dans ces techniques, la reconstruction des parties manquantes du son est assurée par des opérations de recopie du signal et de filtrage.
- Par exemple le traitement SBR module vers les hautes fréquences des zones de basses fréquences et ajuste l'énergie du signal en fréquence. Cet ajustement permet, après décodage, d'obtenir un signal semblable au signal original (signal avant codage).
- Le traitement PS recrée à partir d'un signal mono deux signaux composites qui sont ajustés en énergie en fréquence afin, ici encore, de rendre le signal décodé ressemblant au signal original de référence. Le traitement MPS étend se principe à la génération de N signaux à partir de M voies sonores transmises (avec N≥M).
- Les codeurs audio à réduction de débit utilisant des transformées, normalisés à MPEG, de type MP3, AAC ou USAC ou normalisés à l'ITU-T, comme le G.722.1, G.719, G.718 privilégient l'usage de transformées à échantillonnage critique. L'échantillonnage critique est, en codage à réduction de débit, une propriété importante. En effet, pour conserver une bonne efficacité de transmission, il convient de ne pas transmettre plus d'échantillons transformés qu'il n'y en avait dans le domaine temporel.
- Pour cette raison, dans les codeurs à réduction de débit actuels, seules des transformées à échantillonnage critiques sont employées. Il s'agit par exemple des transformées MDCT (pour « Modified Discrete Cosine Transform ») qui sont typiquement des transformées à coefficients réels.
- Ces transformées sont impropres à un filtrage sans artefact (car elles entraînent une distorsion de repliement dite « aliasing »).
- Pour mener des filtrages adéquats, deux familles de techniques peuvent être mises en oeuvre :
- 1. celles consistant à effectuer la transformation inverse, puis à appliquer un filtrage du type convolution ;
- 2. celles consistant à utiliser une transformation adaptée au filtrage (par exemple une transformée de Fourier à court-terme ou une autre transformation à valeur complexe, par exemple des filtres complexes de type PQMF pour « Pseudo Quadrature Mirror Filters »), qui n'est pas à échantillonnage critique, pour pouvoir réaliser cette opération de filtrage sans artefact : le filtrage consiste alors en une simple multiplication par coefficient transformé (égalisation). Cependant, il faut réaliser la transformation inverse de la transformation de codage, puis transposer dans le domaine à valeur complexe les échantillons, qui, après égalisation, sont rétablis, par transformation complexe inverse, dans le domaine temporel. Trois transformations sont donc nécessaires.
- Pour la mise en oeuvre de la première approche (point 1 ci-dessus), il faut réaliser un filtrage du type convolution après transformation inverse de codage, ce qui toutefois est couteux en opérations de calcul et peu polyvalent (peu de flexibilité dans les évolutions du filtre réalisé).
- La seconde approche (point 2) est bien plus polyvalente (voir le document:
- "Aliasing Reduction for Modified Discrete Cosine Transform Domain Filtering and its Application to Speech Enhancement", Fabian Kuech et al, APPLICATIONS OF SIGNAL PROCESSING TO AUDIO AND ACOUSTICS, 2007 IEEE WORKSHOP ON, octobre 2007) et il est aisé de changer les coefficients multiplicatifs (la fonction d'égalisation). En revanche, le nombre de transformations à appliquer entraîne une complexité importante.
- La présente invention vient améliorer la situation.
- Elle propose à cet effet un procédé de traitement d'un signal selon la revendication 1.
- On entend par « bloc » toute succession d'échantillons, telle qu'une trame, ou encore une sous-trame dans certains types de formats de signal.
- Ainsi, l'invention propose un filtrage amélioré, dans le domaine transformé. Cette approche est avantageusement peu complexe car le traitement reste dans le domaine de la transformée initiale. Un avantage procuré consiste en une limitation des composantes de repliement audibles, tout en assurant fidèlement la caractéristique de filtrage initialement désirée.
- Dans un mode de réalisation, le traitement d'ajustement du filtrage est effectué par une matrice appliquée audit au moins un bloc adjacent au bloc courant, la matrice comportant des diagonales supérieures et inférieures identiques au signe près.
- Dans une réalisation, le procédé comporte alors une étape préalable d'optimisation de paramètres de l'égalisation et de l'ajustement du filtrage, par estimation d'un repliement qu'induit l'égalisation.
- Le repliement est préférentiellement estimé dans un domaine obtenu à partir d'une transformée inverse du domaine des sous-bandes (par exemple dans le domaine temporel).
- Cette estimation dans le domaine direct permet une limitation plus efficace de la distorsion audible qu'induit le repliement (ou « aliasing »), et donc une optimisation plus fine des paramètres de l'ajustement de filtrage.
- Avantageusement, l'égalisation et l'ajustement de filtrage dans le domaine transformé comportent :
- un traitement d'égalisation appliqué à un bloc courant,
- un traitement d'ajustement de filtrage appliqué à au moins un bloc précédant dans le temps le bloc courant, et
- un traitement d'ajustement de filtrage appliqué à au moins un bloc suivant dans le temps le bloc courant.
- Ainsi, dans cette réalisation, il est proposé de s'appuyer à la fois sur le bloc précédent, mais aussi sur le bloc qui suit immédiatement le bloc courant
- Dans une réalisation, l'égalisation et l'ajustement de filtrage comportent l'application d'un système matriciel comprenant :
- une première matrice appliquée à un vecteur signal représentant le bloc courant,
- une deuxième matrice appliquée à un vecteur signal représentant le bloc précédent, et
- une troisième matrice appliquée à un vecteur signal représentant le bloc suivant.
- Avantageusement, la troisième matrice est la transposée de la deuxième matrice.
- Ainsi, l'invention propose en particulier des structures symétriques (par exemple par filtrage dans un banc de filtres modulé en cosinus à échantillonnage critique quelconque) qui permettent d'obtenir des fonctions simples à réaliser.
- Dans une réalisation, préalablement aux traitements d'égalisation et d'ajustement et donc préalablement à l'application des matrices, les blocs sont transformés dans le domaine des sous-bandes par au moins une transformée modulée, par exemple de type MDCT.
- Dans une réalisation sophistiquée, la transformée peut être de type transformée modulée, à valeurs complexes (par exemple de type MCLT, ou encore de type PQMF).
- Dans un mode de réalisation de l'invention, dans lequel les blocs courant et adjacent sont représentés par des vecteurs signaux, l'égalisation et l'ajustement de filtrage comportent l'application d'un système matriciel comprenant au moins :
- une première matrice (T 0) appliquée au vecteur signal du bloc courant, et
- une deuxième matrice (T 1) appliquée au vecteur signal du bloc adjacent.
- Plus généralement, la présente invention permet de mettre en oeuvre des structures pour corriger des filtres passe-bas, passe-bande ou autres, dans le domaine à valeurs réelles ou complexes, à l'aide de fonctions simples comme décrit ci-après.
- Dans une réalisation, le filtrage comporte une composante de coupure au-delà d'une sous-bande correspondant à ladite sous-bande donnée.
- Avantageusement, dans le cas où une troisième matrice intervient, les deuxième et troisième matrices comportent un nombre d'éléments non nuls qui est fonction d'un degré choisi d'optimisation des paramètres de l'ajustement de filtrage, minimisant le repliement estimé.
- Ainsi, l'invention propose des structures efficaces en calcul, à nombre restreint de coefficients à ajouter. Mieux encore, il est possible de choisir le nombre de coefficients de matrice à gérer en fonction d'une complexité souhaitée, ou encore en fonction d'un compromis entre complexité et limitation du repliement.
- Dans un mode de réalisation permettant de réduire fortement (voire d'annuler pratiquement) la distorsion liée au repliement, pour un filtrage passe-bas, la première matrice s'exprime sous une forme :
en la deuxième matrice s'exprime sous une forme :
la troisième matrice étant transposée de la deuxième matrice. - Dans ces expressions, les coefficients a 0, a 1, a 2, a 3, a 4 et a 5 sont des nombres réels positifs, le réel a 1, au moins, étant non nul.
- En effet, dans le cas d'une combinaison linéaire de matrices comme décrit ci-après, le terme a 0 peut être nul pour une matrice donnée, ce qui peut être compensé par une autre matrice combinée à cette matrice donnée.
-
- Dans une réalisation où le filtrage à corriger résulte d'une combinaison linéaire de filtrages, le système matriciel de correction au sens de l'invention comporte au moins :
- une combinaison linéaire correspondante de premières matrices appliquée au vecteur signal du bloc courant,
- une combinaison linéaire de deuxièmes matrices appliquée au vecteur signal du bloc précédent, et
- une combinaison linéaire de troisièmes matrices, transposées respectives des deuxièmes matrices, appliquée au vecteur signal du bloc suivant.
- Ainsi, l'approche au sens de l'invention peut être généralisée à des fonctions de filtrage et d'égalisation quelconques, en utilisant des coefficients d'ajustement de filtrage adaptés à partir d'une analyse de la distorsion à corriger.
- La présente invention vise aussi un programme informatique comportant des instructions pour la mise en oeuvre du procédé ci-avant lorsque ce programme est exécuté par un processeur. Un exemple d'organigramme de l'algorithme général d'un tel programme est décrit plus loin en référence à la
figure 13 . - La présente invention vise aussi un dispositif de traitement d'un signal selon la revendication 15.
- Un exemple de réalisation d'un tel dispositif est décrit plus loin en référence à la
figure 14 . D'ailleurs, d'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à l'examen de la description détaillée ci-après, et des dessins annexés sur lesquels : - la
figure 1A illustre schématiquement un premier traitement réalisant un filtrage S(z), puis réalisant une transformation directe suivie d'une transformation inverse, - la
figure 1B illustre schématiquement un second traitement procédant à une transformée directe, suivie du traitement en sous-bandes désiré Ssb(z), et enfin réalisant la transformée inverse, pour distinguer, avec lafigure 1A , deux approches des systèmes polyphasés, - la
figure 2 illustre schématiquement la multiplication d'un scalaire dans chaque sous-bande du domaine transformé pour représenter un filtrage quelconque, - la
figure 3 illustre l'allure d'un filtrage linéaire (filtre passe-bas) appliqué sous forme matricielle dans le domaine transformé, - la
figure 4 détaille l'allure fréquentielle du filtre de lafigure 3 , - la
figure 5 représente la distorsion (en ordonnées), diminuée par optimisation du paramètre d'égalisation a0 (en abscisses), dans une réalisation sans ajustement de filtrage, - la
figure 6 représente les caractéristiques fréquentielles du filtre résultant de l'optimisation d'égalisation illustrée sur lafigure 5 , - la
figure 7 représente les caractéristiques fréquentielles du filtre résultant de l'optimisation de l'égalisation et de l'ajustement de filtrage, - la
figure 8 représente la réduction de distorsion observée du fait du repliement (ordonnées) en fonction du nombre de coefficients intervenant dans l'égalisation et l'ajustement de filtrage (abscisses), - la
figure 9 illustre la fonction de filtrage, égalisation et ajustement de filtrage, réalisée à l'aide d'un jeu de coefficients a 0, a 1, a 2, a 3, a 4, a 5, dans le cas d'un filtre passe bande, - la
figure 10 illustre le cas d'une transformée modulée à valeurs complexes (de type MCLT), - la
figure 11 compare la réduction de distorsion observée du fait du repliement (ordonnées) en fonction du nombre de coefficients intervenant dans l'égalisation et l'ajustement de filtrage (abscisses), pour une transformée à valeurs réelles (de type MDCT, en trait plein) et pour une transformée à valeurs complexes (de type MCLT, en traits pointillés), pour un filtrage passe-bas, - la
figure 12 compare la réduction de distorsion observée du fait du repliement (ordonnées) en fonction du nombre de coefficients intervenant dans l'égalisation et l'ajustement de filtrage (abscisses), pour une transformée à valeurs réelles (de type MDCT, en trait plein) et pour une transformée à valeurs complexes (de type MCLT, en traits pointillés), pour un filtrage passe-bande, - la
figure 13 résume les étapes d'un procédé au sens de l'invention, dans un exemple de réalisation, et - la
figure 14 illustre schématiquement un dispositif pour la mise en oeuvre de l'invention, à titre d'exemple de réalisation. - On rappelle ci-après quelques principes des systèmes polyphasés. On cherche à mesurer en particulier ici l'effet d'une fonction de filtrage en sous-bandes (domaine transformé) dans le domaine temporel (après transformation inverse).
- A cette fin, on cherche à mettre en relation deux traitements :
- un premier traitement (a) réalisant un filtrage S(z), puis réalisant une transformation directe suivie d'une transformation inverse,
- un second traitement (b) procédant à une transformée directe, suivie du traitement en sous-bandes désiré Ssb(z), et enfin réalisant la transformée inverse.
- On en extrait ensuite une expression du filtrage S(z).
- Les deux traitements sont respectivement illustrés sur les
figures 1A et 1B . - Pour identifier simplement ces traitements, on écrit les opérations réalisées dans le domaine polyphasé. Il s'agit d'une approche classique pour simplifier la résolution de systèmes incluant des transformées avec échantillonnage.
- Le banc de filtres d'analyse (ou la transformée directe) est exprimé par sa matrice polyphase à l'ordre M, E(z).
- Le banc de filtres de synthèse (ou transformée inverse) est exprimé par sa matrice polyphase à l'ordre M, R(z).
- M représente le nombre de coefficients transformés (c'est-à-dire le nombre de coefficients fréquentiels obtenus par la transformée).
-
- On écrit également les composantes polyphases des transformées, comme suit, en s'appuyant sur les réponses impulsionnelles des filtres d'analyse ha,k,n pour la sous-bande k et le coefficient n. On se restreint dans cet exemple, sans perte de généralité toutefois, à une transformée dont les réponses impulsionnelles ont une longueur 2M, comme la MDCT.
-
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- Le symbole «'» désigne dans ce qui suit la transposition d'une matrice.
- Le filtre hs,n est ici un filtre prototype (appelé « fenêtre de synthèse ») contenant 2M échantillons, certains pouvant être nuls (notamment ceux d'indices les plus faibles).
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-
- Le transformée MDCT est donc à reconstruction parfaite (au prix d'un retard d'une trame, c'est-à-dire de M échantillons, dans le cas d'un signal comportant une succession de trames de M échantillons chacune).
-
-
- On décrit maintenant l'influence, en termes de repliement (ou « aliasing »), d'une opération d'égalisation de filtrage dans le domaine transformé. Cette influence est analysée dans le domaine temporel après transformée inverse.
- On part donc d'un traitement en sous-bande Ssb(z) et on cherche à estimer la fonction de filtrage résultante S(z). Les traitements étant exprimés dans le domaine polyphasé, les notations Ssb(z) et S(z) visent des matrices de filtres. Il est à noter que S(z) ne représente pas nécessairement un filtre linéaire réalisable par une convolution.
-
- En remplaçant R et E par leur expression, qui dépend du banc de filtres utilisé, on peut alors calculer la matrice S(z).
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- S lin ( z ) est une matrice de filtrage prenant la forme circulante suivante (garantissant le fait qu'elle corresponde à un filtre linéaire réalisable sous forme d'une convolution) :
- et S alias (z) est une matrice de filtrage quelconque qui représente des composantes correspondant à des repliements dus à des inversions dans le signal selon l'axe temporel et/ou fréquentiel et créant des composantes additionnelles associées.
- Pour l'estimation de la partie linéaire S lin (z), on utilise préférentiellement une estimation au sens des moindre carrés, en minimisant la puissance du terme S alias (). On cherche donc à observer la contribution principale de filtrage linéaire présente dans la matrice Ssb (z).
-
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-
- On en déduit la puissance de cette matrice en sommant le carré des coefficients de cette matrice, afin d'estimer la quantité de repliement créé.
- Ainsi, en résumé, suite à une opération effectuée dans le domaine transformé (égalisation notamment), on estime l'effet de cette opération après transformation inverse :
- avec une décomposition en deux parties :
- une partie linéaire, représentant un filtre linéaire (correspondant à une fonction de filtrage classique en traitement du signal) ; ce filtrage a pour effet de modifier le spectre du signal en atténuant ou amplifiant le signal dans certaines fréquences, et
- une partie non linéaire qui contient des composantes de repliement, jugées indésirables,
- et une mesure de la puissance de ces composantes indésirables.
- Ainsi, il est possible par cette mise en oeuvre :
- de mesurer la distorsion introduite par les solutions de l'état de l'art lorsqu'elles appliquent une égalisation dans le domaine transformé,
- de proposer des structures de filtrage en sous-bandes permettant de réduire les distorsions mesurées.
- On décrit maintenant des exemples de réalisation de l'invention utilisant une mesure de ce type.
- Dans un exemple de réalisation, on se propose d'étudier la fonction de transfert obtenue dans le domaine temporel, après multiplication des composantes MDCT. Un exemple de multiplication est l'application d'une multiplication par un scalaire Tk de chaque composante issue de la transformation MDCT, comme illustré sur la
figure 2 . Ce traitement par multiplication de chaque composante Tk est appelé égalisation. -
- Pour la transformation, on utilise dans cet exemple une transformée MDCT de taille M=64, avec une fenêtre sinusoïdale (dite "de Malvar") pour le filtre prototype, à la fois à l'analyse et à la synthèse.
- Après estimation de la partie linéaire dans le domaine temporel, on obtient alors un filtre linéaire d'allure représentée sur la
figure 3 . Il s'agit d'un filtre passe-bas, comme le détaille lafigure 4 . - En estimant la puissance de repliement comme indiqué précédemment, on mesure une puissance de -24,69 dB, ce qui peut créer des effets sonores indésirables.
-
- La position du coefficient 1-a 0, (ligne i, colonne i) correspond à celle du dernier coefficient à « 1 » dans la matrice de filtrage non corrigée du filtre passe-bas classique et cette du coefficient a 0 correspond à la ligne i+1, colonne i+1.
- Avantageusement, en faisant varier le paramètre a0 , on mesure l'évolution de la distorsion d'aliasing (repliement). On a représenté cette distorsion (en ordonnées) en fonction du paramètre a0 (en abscisses) sur la
figure 5 , pour laquelle on trouve un minimum en a 0 = 0,3379. - La distorsion est alors abaissée à -29,16 dB, ce qui revient donc à une amélioration de 4,47 dB par rapport à la situation actuelle (au sens de l'état de l'art).
- Avantageusement, le filtre résultant de cette modification présente en outre des caractéristiques proches du filtre initial désiré, comme illustré sur la
figure 6 . - Il s'agit finalement d'un traitement revenant à une égalisation avec des coefficients adaptés a 0 et 1-a 0 grâce à la détermination de la puissance de repliement (variation de la distorsion) en fonction du coefficient a 0.
- Ainsi, en observant les composantes de repliement créées par la matrice de filtrage en sous-bandes S sb , il apparaît que l'on peut réduire ces composantes de repliement en ajoutant des composantes de filtrage 1-a 0, et a 0 anti-repliement à cette matrice.
- Au sens de l'invention, on va plus loin dans cette approche en tentant une correction de l'effet du repliement dans le domaine temporel. Ainsi, on s'intéresse non seulement au signal à traiter dans une trame donnée pour l'égalisation précédemment décrite, mais on s'intéresse en outre au signal de trame précédente et/ou suivante de cette trame donnée. Toujours dans cet exemple de réalisation d'une transformée de type MDCT, il est proposé une première matrice T1 à appliquer à la trame précédente (sous forme d'un vecteur signal) et, du fait de la symétrie de ce type de transformée, une deuxième matrice T'1 qui se déduit de la première matrice T1 , à appliquer à la trame suivante. Ici, la deuxième matrice T'1 correspond en particulier à la transposée de la première matrice T1 .
-
- On recherche, ici pour un filtrage passe-bas avec égalisation dans le domaine transformé, la forme que peut prendre cette matrice T1 et qui permettrait une minimisation de l'aliasing (mesurée en « puissance de repliement » comme indiqué précédemment). Dans un premier temps, il est recherché une expression simple de la matrice T1 ne comportant d'éléments non nuls que sur sa diagonale principale, pour limiter la complexité du traitement. Après estimation du repliement, il apparaît que cette matrice T1 présente partout des éléments nuls sauf aux positions des coefficients 1-a 0, et a 0, de la matrice T0 . Les coefficients de la matrice T1 occupant ces positions sont respectivement de type -a 1 et a 1. Dans ce cas, bien entendu, la matrice transposée T'1 est identique.
- Cette mise en oeuvre permet déjà de réduire avantageusement la distorsion de quelques dB par rapport à la simple égalisation basée uniquement sur la matrice T0 . On obtient en effet un niveau de distorsion abaissé à -32,71 dB, soit une amélioration de 8 dB vis-à-vis de la situation de l'art antérieur, avec des coefficients optimisés :
- a 0=0,2845 et a 1=0,1311.
-
- On comprendra alors qu'une expression matricielle de l'ajustement de filtrage n'est pas nécessairement mise en oeuvre pour cette simple forme de réalisation.
- Il est possible alors de réduire encore la distorsion en enrichissant la forme de la matrice T1 (en augmentant toutefois la complexité des calculs) et d'y ajouter d'autres termes non nuls au voisinage des coefficients -a 1 et a 1. Dans l'exemple décrit ci-après, 14 coefficients non nuls sont obtenus dans la matrice T1 et sa forme générale minimisant la distorsion est alors du type :
-
- Selon une écriture simplifiée, on a :
-
- appliquer la matrice T0 , corrigée pour l'égalisation, à une trame courante dans le domaine transformé,
- appliquer la matrice T1 sur un signal transformé, calculé à partir du signal utilisant M échantillons antérieurs à celui utilisé pour la matrice T0 , donc finalement à la trame d'échantillons précédant une trame courante qui, elle, est traitée par la matrice T0 ,
- et à appliquer la matrice T1' sur un signal transformé, calculé à partir du signal utilisant M échantillons postérieurs à celui utilisé pour la matrice T0 , donc finalement à la trame d'échantillons qui succède la trame courante.
- On comprendra alors que les matrices T1, T0 et T1' sont respectivement appliquées à trois trames successives d'une transformée MDCT.
- La matrice T1 a donc pour vocation de réduire le niveau de repliement introduit par la matrice T0 qui réalise une fonction d'égalisation.
- Dans l'expression des matrices ci-dessus, tous les éléments sont donc nuls, hormis :
- quelques éléments de la diagonale principale de la matrice T0 et de la matrice T1 , et
- des éléments de la première et troisième diagonale supérieure de la matrice T1 et de la première et troisième diagonale inférieure de la matrice T1 .
- La matrice de filtrage, dans cet exemple de réalisation de l'invention, est donc parfaitement décrite par les éléments diagonaux suivants :
- diag(T0,0)
- diag(T1,0)
- diag(T1,-1)
- diag(T1,-3)
- diag(T1,+1)
- diag(T1,+3)
- On remarquera que les diagonales supérieures et inférieures sont identiques au signe près :
- diag(T1,-1) = -diag(T1,+1)
- diag(T1,-3) = -diag(T1,+3)
- On obtient donc une forme plus compacte en écrivant uniquement les diagonales, comme suit :
indice diag(T0, 0) diag(T1,0) Diag(T1,1) diag(T1,3) 0 1 0 0 0 ··· M/4-2 1 0 0 a5 M/4-1 1 0 a3 -a4 M/4 1-a0 -a1 -a2 a5 M/4+1 a0 a1 a3 0 M/4+2 0 0 0 0 ··· M-1 0 0 0 0 -
- On relèvera ici que les valeurs de ces coefficients a i décroissent avec l'indice i, ce qui signifie que pour réduire par exemple le nombre de coefficient a i à considérer (par exemple pour réduire la complexité du traitement), il suffit de :
- fixer le coefficient a 5 à 0
- et, éventuellement pour réduire encore la complexité, de fixer le coefficient a 4 à 0,
- etc.
- Les coefficients restant non nuls, a 0, a 1, a 2, etc., étant optionnellement ajustés pour réduire la distorsion.
- On peut calculer ainsi un jeu de coefficients a 0, ..., ai pour chaque valeur de i allant de 1 à n (avec n=5 au maximum par exemple), de manière à choisir un jeu de coefficients a 0, ..., ai adapté à une situation donnée (par exemple en termes de complexité de traitement dans un terminal ou autre équipement d'un réseau de télécommunication).
- On observe que le filtre linéaire résultant est toujours très proche de la fonction désirée, comme le montre la
figure 7 illustrant un filtre passe-bas de caractéristiques très similaires. On comprendra en particulier que le contenu de la diagonale de la matrice T0 appliquée à la trame courante fixe finalement le gabarit fréquentiel désiré. - On peut "dégrader" la représentation en augmentant le nombre de coefficients nuls, par exemple en imposant a5 à zéro. Dans ce cas, la solution de filtrage en sous-bande optimale introduit un niveau d'aliasing de -42,90 dB (au lieu -45,31 dB).
- On a représenté sur la
figure 8 une réalisation dans laquelle, l'état de l'art préconisant l'usage de 16 coefficients « classiques », il est proposé d'ajouter ici entre 1 et 29 coefficients non nuls (avec alors le choix d'un jeu de six coefficients de base a 0, a 1, .... a 5) pour obtenir une réduction de la puissance du repliement spectral allant de 4,47 à 20,6 dB. L'exemple de 29 coefficients non nuls ajoutés dans les matrices T1 , T0 et T1' correspond à l'ajout : - du coefficient a 0 dans la matrice T0 ,
- des 14 coefficients non nuls présentés ci-avant dans la matrice T1 , et
- des 14 coefficients non nuls correspondant dans la matrice transposée T'1.
- On montre ci-après que le cas d'un filtre passe-bas peut être transposé à toute forme de filtre, par exemple un filtre passe-bande.
-
- La fonction de filtrage réalisée est illustrée sur la
figure 9 et le niveau de distorsion d'aliasing (repliement) correspond à -21,68 dB. -
- Seules certaines diagonales des matrices T0 et T1 ne sont pas nulles. Leurs valeurs prennent la forme :
indice diag(T0,0) diag(T1,0) Diag(T1,1) diag(T1,3) 0 0 0 0 0 ··· ··· ··· ··· ··· M/8-3 0 0 0 0 M/8-2 0 0 0 -a5 M/8-1 0 0 -a3 a4 M/8 a0 a1 a2 -a5 M/8+1 1-a0 - a1 -a3 0 M/8+2 1 0 0 0 ··· ··· ··· ··· ··· M/4-2 1 0 0 a5 M/4-1 1 0 a3 -a4 M/4 1-a0 -a1 -a2 a5 M/4+1 a0 a1 a3 0 M/4+2 0 0 0 0 ··· ··· ··· ··· ··· M-1 0 0 0 0 - On a donc répliqué les fonctions anti-repliement de la structure passe-bas dans ce nouveau mode de réalisation.
- En cherchant les meilleures valeurs des coefficients an, on diminue significativement la quantité de repliement obtenu.
- En conservant les valeurs obtenues dans le mode de réalisation traitant d'un filtre passe-bas, on obtient un niveau de repliement réduit à -42,59 dB soit une amélioration de 20,91 dB en comparaison de la fonction de filtrage présentée plus haut (qui présente une distorsion de -21,68 dB).
- On présente ci-après un mode de réalisation appliqué à des bancs de filtres à valeur complexe. Un exemple de réalisation concerne les transformées MCLT (pour « Modulated Complex Lapped Transform ») décrites par exemple dans :
- H. Malvar, "A Modulated Complex Lapped Transform And Its Applications to Audio Processing". Proc. International Conference on Acoustics, Speech and Signal Processing, 1999.
- En référence à la
figure 10 , une transformée MCLT consiste en deux composantes : - une composante correspondant à la transformée MDCT du signal, identique aux modes de réalisation précédents, et
- une composante correspondant à une transformée MDST du signal (pour « Modified Discrete Sine Transform ») : on remplace les termes en cosinus de la transformée MDCT par des termes en sinus pour obtenir son expression.
-
-
-
- La transformée MCLT revient donc à effectuer deux transformées directes :
- l'une de type MDCT,
- l'autre de type MDST,
-
- pour paramétrer les traitements en sous-bandes S sb
- et pour estimer la composante linéaire de convolution et la quantité de repliement introduit.
- On peut appliquer simplement ainsi les résultats présentés pour le cas de la transformée MDCT dans les exemples de réalisation précédents. On utilise la matrice S sb paramétrée comme précédemment et la caractéristique de distorsion en fonction du nombre de coefficients peut être déduite de la même manière.
- Il convient de noter que pour le cas de la transformée MCLT, la matrice de filtrage S sb a le même nombre de coefficients que pour la transformée MDCT. En revanche, du fait d'une double application à la fois sur la partie en cosinus et sur la partie en sinus, le nombre de coefficients à appliquer au total est double, comme illustré sur la
figure 11 (pour un filtre passe-bas) et lafigure 12 (pour un filtre passe-bande), lesquelles comparent le nombre de coefficients permettant de réduire l'effet d'aliasing pour une transformée MDCT (en trait plein) et pour une transformée MCLT (en traits pointillés). - On décrit maintenant une mise en oeuvre dans le cas d'un filtrage quelconque. Les fonctions de filtrage présentées dans les modes de réalisation ci-avant peuvent se cumuler. Par exemple, le cas d'un filtre passe-bande présenté ci-avant peut être cumulé à celui d'un filtre passe-bas (sans restriction).
- Ainsi par exemple, la forme du filtre résultant peut être du type :
- filtre passe-bas pour k allant de 0 à M/8,
- et filtre passe-bande pour k allant de M/8 à M/4.
- On cumule simplement les contributions des deux filtres. Les deux tables correspondant aux contributions passe-bande et passe-bas sont présentées côte à côte ci-après.
Passe Bande Passe Bas indice diag(T0,0) diag(T1,0) diag(T1,1) Diag(T1,3) Diag(T0,0) diag(T1,0) diag(T1,1) diag(T1,3) 0 0 0 0 0 1 0 0 0 ··· ··· ··· ··· ··· ··· ··· ··· ··· M / 8 - 3 0 0 0 0 1 0 0 0 M / 8 - 2 0 0 0 -a5 1 0 0 a5 M / 8 - 1 0 0 -a3 a4 1 0 a3 -a4 M/8 a0 a1 a2 -a5 1-a0 -a1 -a2 a5 M/8+1 1-a0 -a1 -a3 0 a0 a1 a3 0 M / 8 + 2 1 0 0 0 0 0 0 0 ··· ··· ··· ··· ··· ··· ··· ··· ··· M / 4 - 2 1 0 0 a5 0 0 0 0 M / 4 - 1 1 0 a3 -a4 0 0 0 0 M/4 1-a0 -a1 -a2 a5 0 0 0 0 M / 4 + 1 a0 a1 a3 0 0 0 0 0 M/4+2 0 0 0 0 0 0 0 0 ··· ··· ··· ··· ··· ··· ··· ··· ··· M-1 0 0 0 0 0 0 0 0 - Les différentes matrices s'additionnent alors par linéarité et le résultat de la combinaison donne :
indice diag(T0,0) Diag(T1,0) Diag(T1,1) diag(T1,3) 0 1 0 0 0 ··· ··· ··· ··· ··· M / 8 - 3 1 0 0 0 M / 8 - 2 1 0 0 0 M/8 - 1 1 0 0 0 M/8 1 0 0 0 M/8+1 1 0 0 0 M/8+2 1 0 0 0 ··· ··· ··· ··· ··· M/4-2 1 0 0 a5 M/4-1 1 0 a3 -a4 M/4 1-a0 -a1 -a2 a5 M/4+1 a0 a1 a3 0 M/4+2 0 0 0 0 ··· ··· ··· ··· ··· M-1 0 0 0 0 - On obtient bien une structure globale d'un filtre passe-bas. On relèvera les valeurs à zéro à la jointure des deux filtres combinés, ce qui signifie qu'une compensation de repliement n'est plus nécessaire ici, comme attendu, et la bande passante est de M/4 coefficients.
- Il est possible, aussi, de pondérer les deux filtres précédents en vue de réaliser une fonction de filtrage plus complexe.
- Par exemple, il peut être mis en oeuvre une fonction de filtrage :
- appliquant un facteur g=10 sur les fréquences en-dessous de M/8,
- conservant les fréquences entre M/8 et M/4 à leur valeur initiales,
- et enfin coupant toute fréquence au-delà de M/4.
- Dans cet exemple de réalisation, on considère les éléments des deux matrices ci-dessous :
Passe-Bande (pondération x1) Passe-Bas (pondération x10) indice diag(T0,0) diag(T1,0) diag(T1,1) Diag(T1,3) Diag(T0,0) diag(T1,0) diag(T1,1) diag(T1,3) 0 0 0 0 0 1 0 0 0 ··· ··· ··· ··· ··· ··· ··· ··· ··· M/8-3 0 0 0 0 1 0 0 0 M/8-2 0 0 0 -a5 1 0 0 a5 M/8-1 0 0 -a3 a4 1 0 a3 -a4 M/8 a0 a1 a2 -a5 1-a0 -a1 -a2 a5 M/8+1 1-a0 -a1 -a3 0 a0 a1 a3 0 M/8+2 1 0 0 0 0 0 0 0 ··· ··· ··· ··· ··· ··· ··· ··· ··· M/4-2 1 0 0 a5 0 0 0 0 M/4-1 1 0 a3 -a4 0 0 0 0 M/4 1-a0 -a1 -a2 a5 0 0 0 0 M/4+1 a0 a1 a3 0 0 0 0 0 M/4+2 0 0 0 0 0 0 0 0 ··· ··· ··· ··· ··· ··· ··· ··· ··· M-1 0 0 0 0 0 0 0 0 - L'application de la pondération précitée mène aux nouvelles matrices :
Passe Bande (pondération x1) Passe Bas (pondération x10) indice diag(T0,0) diag(T1,0) diag(T1,1) diag(T1,3) Diag(T0,0) diag(T1,0) diag(T1,1) diag(T1,3) 0 0 0 0 0 G 0 0 0 ··· ··· ··· ··· ··· ··· ··· ··· ··· M/8-3 0 0 0 0 G 0 0 0 M/8-2 0 0 0 -a5 G 0 0 (g-1).a5 M/8-1 0 0 -a3 a4 G 0 (g-1).a3 -(g-1).a4 M/8 a0 a1 a2 -a5 g.(1-a0)+a0 -(g-1).a1 -(g-1).a2 (g-1).a5 M/8+1 1-a0 -a1 -a3 0 (1-a0)+g.a0 (g-1).a1 (g-1).a3 0 M/8+2 1 0 0 0 1 0 0 0 ··· ··· ··· ··· ··· ··· ··· ··· ··· M/4-2 1 0 0 a5 1 0 0 a5 M/4-1 1 0 a3 -a4 1 0 a3 -a4 M/4 1-a0 -a1 -a2 a5 1-a0 -a1 -a2 a5 M/4+1 a0 a1 a3 0 a0 a1 a3 0 M/4+2 0 0 0 0 0 0 0 0 ··· ··· ··· ··· ··· ··· ··· ··· ··· M-1 0 0 0 0 0 0 0 0 - Les deux matrices peuvent être sommées comme dans la réalisation présentée précédemment. On peut reproduire ainsi toute sorte de gabarits d'égalisation en cumulant des fonctions passe-bande élémentaires (et/ou des fonctions passe-bas), pondérées, en les sommant.
- Ainsi, en termes généraux, partant d'une fonction de filtrage désirée traduite par une série de gains à appliquer à chaque bande d'une transformée, on répercute ces gains sur la diagonale principale de la matrice T0 . On peut ajuster ces gains afin de limiter les discontinuités d'une bande à l'autre (typiquement les valeurs des coefficients a 0).
- Pour chaque différence de gains entre deux bandes, les gains respectifs sont pondérés par des gabarits de réduction de repliement définissant une modification des matrices T1 et T'1 destinées à pondérer les trames précédentes et suivantes dans le domaine transformé.
- On applique ensuite le filtrage.
- Ainsi, pour chaque trame de signal dans le domaine transformé MDCT, on multiplie trois trames consécutives (représentées sous forme de vecteur) respectivement par les matrices de filtrage :
- T1 , pour la trame précédant la trame courante à filtrer,
- T0 , pour la trame courante à filtrer, et
- T'1 , pour la trame suivant la trame courante,
- On obtient un spectre dans le domaine transformé MDCT, et on applique une transformation MDCT inverse pour obtenir un signal temporel présentant les caractéristiques de filtrage désirées.
- Cette démarche s'étend à une transformée à valeur complexe (par exemple de type MCLT) et plus généralement à toute transformée modulée, à valeur complexe ou non.
- On a résumé sur la
figure 13 les principales étapes d'un exemple de réalisation d'un procédé au sens de l'invention. - Dans une première étape 10, pour un filtrage donné, par exemple pour un passe-bande (un passe-bas ou un passe-haut étant considérés comme des cas particuliers de passe-bande), on détermine tous les jeux de coefficients :
- a 0, a 1 ,
- a 0 , a 1, a2 ,
- a 0, a 1, a 2 , a 3,
- a 0, a 1 , a 2 , a 3 , ..., an , par exemple avec n=5,
- Ensuite, pour une étape courante « en ligne » 11, où par exemple un critère de complexité doit être respecté, on choisit un jeu de coefficient a 0, a 1, ..., ai , avec i inférieur ou égal à n, tel que l'indice i respecte un compromis de complexité/qualité du filtrage, fixé par exemple en fonction de la capacité de calcul d'un terminal ou autre, ou encore en se fixant un niveau de qualité dépendant de la qualité de codage du son. En effet, un signal sonore codé est inévitablement distordu : il est donc inutile de réduire le repliement à des valeurs significatives en-dessous du niveau de bruit généré par le codage. Ainsi, la valeur de l'indice i peut être déterminée à cette étape 11, en fonction des conditions précitées, et, à l'étape suivante 12, on extrait par exemple d'une mémoire le jeu de coefficients a 0, a 1, ..., ai , correspondant à la valeur choisie pour l'indice i.
- Pour un filtrage donné F (étape 24), on détermine tous les filtrages élémentaires (F1, F2,..., Fk) constituant ce filtrage donné, par exemple un passe-bas F1 (étape 13), un passe-haut F2 (formant donc un passe-bande, par soustraction, avec le filtrage élémentaire F1), un filtrage à partie complexe Fk (étape 20), ou autres. En particulier, le filtrage global F peut résulter d'une combinaison linéaire de filtrages élémentaires :
- On applique donc aux matrices T0 k, T1 k, T'1 k correspondant à chaque filtrage élémentaire Fk un terme de pondération λk (étapes 14 à 20) et on somme une à une les matrices pondérées pour obtenir les matrices T0, T1, T'1 correspondant finalement au filtrage global F (étapes 21 à 23) et qui sont appliquées respectivement aux vecteurs représentant une trame donnée TRj, une trame précédente TRj-1 et une trame suivante TRj+1. Comme indiqué précédemment, la matrice T'1 peut également être déduite de la matrice T1 par transpositions.
- La présente invention vise aussi un programme informatique comportant des instructions pour la mise en oeuvre du procédé au sens de l'invention lorsque ce programme est exécuté par un processeur. On comprendra que la
figure 13 peut correspondre à un organigramme de l'algorithme général d'un tel programme. - La présente invention vise aussi un dispositif pour la mise en oeuvre du procédé et comportant alors des moyens de filtrage dans un domaine transformé de sous-bandes. En particulier, ces moyens appliquent :
- un traitement d'égalisation à un bloc courant dans le domaine transformé, et
- un traitement d'ajustement de filtrage, dans le domaine transformé, à au moins un bloc adjacent au bloc courant.
- On a représenté sur la
figure 14 un exemple de réalisation d'un tel dispositif, avec, dans l'exemple représenté : - une entrée pour recevoir un signal S à traiter dans le domaine des sous-bandes,
- une deuxième entrée optionnelle pour recevoir des conditions de détermination de l'indice i précité, de manière à choisir un jeu de coefficients a 0, a 1, ..., ai adaptés à un compromis de complexité/qualité du filtrage,
- des moyens de traitement du signal tels que par exemple un processeur PROC et une mémoire de travail MEM,
- et une sortie délivrant le signal filtré S'.
- La présente invention ne se limite pas aux formes de réalisation décrites ci-avant à titre d'exemple ; elle s'étend à d'autres variantes.
- Par exemple, on a présenté des modes de réalisation à trois spectres consécutifs issus des traitements de trames successives par les matrices T1 , T0 , T'1 . Néanmoins, le nombre de trames à traiter peut être plus grand s'il est souhaité réaliser des filtres à réponse impulsionnelle finie plus longs.
- En outre, dans un procédé de filtrage utilisant un filtre prototype d'analyse différent d'un filtre prototype de synthèse (formes de filtrage appelées «fenêtres d'analyse et de synthèse »), le traitement d'ajustement de filtrage par égalisation peut s'appliquer à un nombre de trames avant la trame courante, différent du nombre de trames après la trame courante. Par exemple, il est possible de ne traiter qu'une seule trame adjacente à la trame courante (antérieure ou postérieure). On obtient dans ce cas un filtre linéaire asymétrique.
- On a décrit ci-avant des matrices de traitement (en particulier les matrices T1 et T'1 ) adaptées pour des transformées MDCT (notamment pour ce qui concerne la position des éléments non nuls de matrice). Toutefois, ces formes de matrices sont susceptibles de variantes pour d'autres types de transformée. Par exemple, la matrice T'1 peut ne pas se présenter sous la forme de la transposée de la matrice T1 pour un type de transformée différent de la transformée MDCT avec des filtres de Malvar comme réalisé ici.
Claims (15)
- Procédé de traitement d'un signal audio sous forme de blocs successifs d'échantillons, le procédé comportant un filtrage dans un domaine transformé de sous-bandes, caractérisé en ce qu'il comporte :- un traitement d'égalisation (T0 ) appliqué à un bloc courant dans le domaine transformé, et- un traitement correctif de l'égalisation (T1 , T'1 ) appliqué aussi dans le domaine transforméà au moins un bloc précédent le bloc courant et à au moins un bloc suivant le bloc courant, et en ce que, l'égalisation étant effectuée par application d'une première matrice (T0 ) au bloc courant, le traitement correctif de l'égalisation est effectué par applications respectivement au bloc précédent et au bloc suivant de deuxième et troisième matrices respectives (T1 , T'1 ), lesdites deuxième et troisième matrices comportant chacune des diagonales supérieures et inférieures qui sont identiques au signe près.
- Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte une étape préalable d'optimisation de paramètres de l'égalisation et du traitement correctif de l'égalisation, par estimation d'un repliement qu'induit l'égalisation.
- Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que le repliement est estimé dans un domaine obtenu à partir d'une transformée inverse du domaine des sous-bandes.
- Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la troisième matrice est la transposée de la deuxième matrice.
- Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que, préalablement à l'égalisation et au traitement correctif de l'égalisation, lesdits blocs sont transformés dans le domaine des sous-bandes par au moins une transformée modulée.
- Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que la transformée modulée est de type MDCT.
- Procédé selon l'une des revendications 5 et 6, caractérisé en ce que la transformée est de type transformée modulée à valeur complexe (MCLT).
- Procédé selon l'une des revendications précédentes, dans lequel les blocs courant, précédent et suivant sont représentés par des vecteurs signaux, caractérisé en ce que l'égalisation et le traitement correctif de l'égalisation comportent l'application d'un système matriciel comprenant au moins :- une première matrice (T0 ) appliquée au vecteur signal du bloc courant,- une deuxième matrice (T1 ) appliquée au vecteur signal du bloc précédent, et- une troisième matrice (T'1 ) appliquée au vecteur signal du bloc suivant,et en ce que :- la première matrice (T0 ) appliquée au vecteur signal du bloc courant comporte comme seuls éléments non nuls une succession d'éléments A, identiques, dans la diagonale principale de la matrice, suivis d'un élément A-B pour une sous-bande donnée et d'un élément B pour la sous-bande qui suit la sous-bande donnée, et- les deuxième et troisième matrices (T1 , T'1 ) comportent comme seuls éléments non nuls au moins deux éléments de valeur absolue identique et de signes opposés, disposés sur une diagonale de la matrice, respectivement pour la sous-bande donnée et pour la sous-bande qui suit la sous-bande donnée.
- Procédé selon la revendication 8, caractérisé en ce que le filtrage comporte une composante de coupure au-delà d'une sous-bande correspondant à ladite sous-bande donnée.
- Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que les deuxième et troisième matrices comportent un nombre d'éléments non nuls qui est fonction d'un degré choisi d'optimisation des paramètres du traitement correctif de l'égalisation, minimisant le repliement estimé.
- Procédé selon l'une des revendications 9 à 10, caractérisé en ce que, pour un filtrage passe-bas, la première matrice s'exprime sous une forme :
en ce que la deuxième matrice s'exprime sous une forme :
et en ce que la troisième matrice s'exprime sous une forme :
les coefficients a 0, a 1, a 2, a 3, a 4 et a 5 étant des nombres réels positifs, le réel a 1, au moins, étant non nul. - Procédé selon l'une des revendications 8 à 12, caractérisé en ce que, le filtrage comportant une combinaison linéaire de filtrages, le système matriciel comporte au moins :- une combinaison linéaire correspondante de premières matrices (T0 ) appliquée au vecteur signal du bloc courant,- une combinaison linéaire de deuxièmes matrices (T1 ) appliquée au vecteur signal du bloc précédent, et- une combinaison linéaire de troisièmes matrices (T'1 ), transposées respectives des deuxièmes matrices (T1 ), appliquée au vecteur signal du bloc suivant.
- Programme informatique comportant des instructions pour la mise en oeuvre du procédé selon l'une des revendications 1 à 13 lorsque ce programme est exécuté par un processeur (PROC).
- Dispositif de traitement d'un signal audio sous forme de blocs successifs d'échantillons, comportant des moyens de filtrage dans un domaine transformé de sous-bandes, caractérisé en ce que lesdits moyens appliquent en outre :- un traitement d'égalisation (T0 ) à un bloc courant dans le domaine transformé, et- un traitement correctif de l'égalisation (T1 , T'1 ) appliqué aussi dans le domaine transforméà au moins un bloc précédent le bloc courant et à au moins un bloc suivant le bloc courant, et en ce que, l'égalisation étant effectuée par application d'une première matrice (T0 ) au bloc courant, le traitement correctif de l'égalisation est effectué par applications respectivement au bloc précédent et au bloc suivant de deuxième et troisième matrices respectives (T1 , T'1 ), lesdites deuxième et troisième matrices comportant chacune des diagonales supérieures et inférieures qui sont identiques au signe près.
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