ES2294300T3 - Codificacion de audio. - Google Patents

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ES2294300T3 ES03738406T ES03738406T ES2294300T3 ES 2294300 T3 ES2294300 T3 ES 2294300T3 ES 03738406 T ES03738406 T ES 03738406T ES 03738406 T ES03738406 T ES 03738406T ES 2294300 T3 ES2294300 T3 ES 2294300T3
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Dirk J. Breebaart
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    • G10L19/008Multichannel audio signal coding or decoding using interchannel correlation to reduce redundancy, e.g. joint-stereo, intensity-coding or matrixing
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Abstract

Procedimiento para codificar una señal de audio multicanal que incluye al menos una primera componente de señal, una segunda componente de señal y una tercera componente de señal, comprendiendo el procedimiento: codificar la primera y segunda componente de señal mediante un primer codificador paramétrico dando como resultado una primera señal codificada y un primer conjunto de parámetros de codificación; codificar la primera señal codificada y una señal adicional mediante un segundo codificador paramétrico, dando como resultado una segunda señal codificada y un segundo conjunto de parámetros de codificación, donde la señal adicional se deriva a partir de al menos la tercera componente de señal; y representar la señal de audio multicanal al menos mediante una señal codificada resultante derivada a partir de al menos la segunda señal codificada, mediante el primer conjunto de parámetros de codificación y mediante el segundo conjunto de parámetros de codificación.

Description

Codificación de audio.
Esta invención se refiere a la codificación de una señal de audio multicanal y, más particularmente, a la codificación de una señal de audio de multicanal que incluye al menos una primera componente de señal, una segunda componente de señal y una tercera componente.
En los últimos años, las descripciones paramétricas de señales de audio han ganado interés, especialmente en el campo de la codificación de audio. Se ha mostrado que transmitir parámetros (cuantificados) que describen señales de audio requiere solamente poca capacidad de transmisión y que éstos permiten una descodificación en el extremo de recepción que da como resultado una señal de audio que perceptiblemente no se diferencia de manera significativa de la señal original. Un ejemplo de un sistema de codificación/descodificación multicanal se da a conocer en el documento EP 0 688 113 A2.
La solicitud de patente europea EP 1 107 232 da a conocer un esquema de codificación paramétrica para una señal estéreo que comprende una señal de canal (L) izquierdo y de canal (R) derecho. El esquema de codificación genera una representación de la señal estéreo que incluye información acerca de sólo una de las señales L y R e información paramétrica basándose en la cual, junto con la información anterior acerca de una de las señales L y R, puede recuperarse la otra señal.
Sin embargo, el documento de la técnica anterior no trata el problema de codificar eficazmente las señales multicanal que comprenden más de dos canales.
Los anteriores y otros problemas se resuelven mediante un procedimiento de codificación de una señal de audio multicanal que incluye al menos una primera componente de señal, una segunda componente de señal y una tercera componente de señal, comprendiendo el procedimiento:
codificar la primera y segunda componente de señal mediante un primer codificador paramétrico dando como resultado una primera señal codificada y un primer conjunto de parámetros de codificación;
codificar la primera señal codificada y una señal adicional mediante un segundo codificador paramétrico, dando como resultado una segunda señal codificada y un segundo conjunto de parámetros de codificación, donde la señal adicional se deriva a partir de al menos la tercera componente de señal; y
representar la señal de audio multicanal al menos mediante una señal codificada resultante derivada a partir de al menos la segunda señal codificada, mediante el primer conjunto de parámetros de codificación y mediante el segundo conjunto de parámetros de codificación.
Por tanto, al conectar en cascada una pluralidad de codificadores paramétricos, tales como codificadores estéreo, se proporciona una esquema de codificación eficaz para las señales de audio multicanal. Según el esquema en cascada, la salida de una primera etapa de codificación paramétrica se alimenta como una entrada a una segunda etapa de codificación posterior junto con una señal de entrada adicional, por ejemplo, la salida de otra segunda etapa de codificación paramétrica.
Por consiguiente, según la invención, una señal multicanal con n>2 canales de audio puede codificarse como un único canal de señal codificada y un número de flujos de bits de parámetros de codificación correspondientes a los codificadores paramétricos, proporcionando de ese modo una alta eficacia de codificación.
En una realización preferida, la señal de audio multicanal comprende además una cuarta componente de señal; el procedimiento comprende además codificar la tercera y cuarta componente de señal mediante un tercer codificador paramétrico dando como resultado la señal adicional y un tercer conjunto de parámetros de codificación; y la etapa de representar la señal de audio multicanal comprende la etapa de representar la señal de audio multicanal al menos mediante la señal codificada resultante derivada a partir de al menos la segunda señal codificada, mediante el primer conjunto de parámetros de codificación, mediante el segundo conjunto de parámetros de codificación, y mediante el tercer conjunto de parámetros de codificación. Por tanto, la señal de entrada adicional al segundo codificador paramétrico es también una salida de un codificador anterior.
El término codificador paramétrico se refiere a un codificador para codificar al menos dos canales de audio dando como resultado un único canal de audio codificado y un conjunto de parámetros de codificación que permiten a un descodificador descodificar el canal de audio codificado en dos canales de audio descodificados. Ejemplos de tales esquemas de codificación paramétrica comprenden una codificación de una señal estéreo como una señal de componente principal y un ángulo de rotación correspondiente, una codificación de una señal estéreo en una señal de combinación y un número de parámetros correspondientes a los atributos espaciales de la señal estéreo, etc. Sin embargo, puede utilizarse cualquier esquema de codificación paramétrica adecuado. El primer y segundo módulo de codificación paramétrica pueden implementar los mismos o diferentes esquemas de codificación paramétrica.
\newpage
La señal codificada resultante puede derivarse a partir de sólo la segunda señal codificada, es decir, puede ser idéntica a un resultado de una transformación de la segunda señal codificada. Como alternativa, la señal codificada resultante puede derivarse a partir de una combinación de la segunda señal codificada y otra señal. Por ejemplo, la segunda señal codificada puede servir como una entrada a un módulo de codificación adicional correspondiente a una etapa en cascada adicional.
En el campo de la codificación de audio, es particularmente relevante la codificación de señales de cuatro canales que comprenden un canal izquierdo delantero, un canal izquierdo trasero, un canal derecho delantero, y un canal derecho trasero. Según la invención, una señal de este tipo puede codificarse eficazmente mediante una cadena en cascada de tres codificadores paramétricos: un primer codificador codifica el canal izquierdo delantero y el izquierdo trasero dando como resultado un canal izquierdo combinado y los parámetros de codificación correspondientes. Un segundo codificador codifica el canal derecho delantero y el derecho trasero dando como resultado un canal derecho combinado y los parámetros de codificación correspondientes. El tercer codificador recibe el canal derecho combinado y el canal izquierdo combinado y genera una única señal codificada y un tercer conjunto correspondiente de parámetros de codificación.
Además, las tecnologías emergentes de disco versátil digital (DVD, Digital Versatile Disc) y disco compacto de superaudio (SACD, Super Audio Compact Disc) comprenden cinco canales de audio: los cuatro canales mencionados anteriormente y un canal central adicional. Según la invención, una señal de este tipo puede codificarse eficazmente utilizando cuatro codificadores paramétricos: tres codificadores codifican los canales izquierdo y derecho, como en el caso anterior de cuatro canales, y el cuarto codificador recibe la señal de salida de la cadena en cascada anterior y la señal central como entradas y genera una señal codificada final.
En otra realización preferida, la señal multicanal comprende una señal de audio de cinco canales, la primera componente de señal incluye un canal izquierdo delantero de la señal de audio de cinco canales, la segunda componente de señal incluye un canal izquierdo trasero de la señal de audio de cinco canales, la tercera componente de señal incluye un canal derecho delantero de la señal de audio de cinco canales; la cuarta componente de señal incluye un canal derecho trasero de la señal de audio de cinco canales; la señal de audio de cinco canales incluye además una señal central; y la etapa de codificar la primera señal codificada y una señal adicional comprende además combinar tanto la primera señal codificada como la señal adicional con la señal central. Por tanto, según esta invención, la señal central se combina con el canal izquierdo codificado y con el canal derecho codificado, antes de codificar el canal izquierdo y derecho como una señal codificada final.
Una ventaja adicional de esta invención es que proporciona una codificación eficaz de una señal de cinco canales con sólo tres codificadores estéreo.
Una ventaja adicional de esta invención es que proporciona un esquema de codificación que permite a un codificador en el extremo de recepción adaptarse al número de canales de reproducción que están disponibles en el extremo de recepción.
La presente invención puede implementarse de diferentes maneras incluyendo el procedimiento descrito anteriormente y a continuación, disposiciones para codificación y descodificación, y medios de producto adicionales, proporcionando cada uno una o más de las ventajas y beneficios descritos en conexión con el primer procedimiento mencionado, y presentando cada uno una o más de las realizaciones preferidas correspondientes a las realizaciones preferidas descritas en conexión con el primer procedimiento mencionado y dado a conocer en las reivindicaciones dependientes.
Se observa que las características del procedimiento descrito anteriormente y a continuación pueden implementarse en software y llevarse a cabo en un sistema de procesamiento de datos u otros medios de procesamiento mediante la ejecución de instrucciones ejecutables en un ordenador. Las instrucciones pueden ser medios de código de programa cargados en una memoria, tal como una RAM, desde un medio de almacenamiento o desde otro ordenador a través de una red informática. Como alternativa, las características descritas pueden implementarse mediante un conjunto de circuitos de hardware en lugar de software o en combinación con software.
La invención se refiere además a un procedimiento de descodificación de una señal de audio multicanal codificada, comprendiendo el procedimiento:
obtener una primera señal codificada, un primer conjunto de parámetros de codificación, y un segundo conjunto de parámetros de codificación a partir de la señal de audio multicanal codificada;
obtener una primera y segunda señal descodificada a partir de la primera señal codificada y el primer conjunto de parámetros de codificación, representando la segunda señal descodificada al menos una primera componente de señal de la señal multicanal; y
obtener una tercera y cuarta señal descodificada a partir de la primera señal descodificada y el segundo conjunto de parámetros de codificación.
\newpage
La invención se refiere además a una disposición para codificar una señal de audio multicanal que incluye al menos una primera componente de señal, una segunda componente de señal y una tercera componente de señal, comprendiendo la disposición:
un primer codificador paramétrico adaptado para codificar la primera y segunda componente de señal dando como resultado una primera señal codificada y un primer conjunto de parámetros de codificación;
un segundo codificador paramétrico adaptado para codificar la primera señal codificada y una señal adicional, dando como resultado una segunda señal codificada y un segundo conjunto de parámetros de codificación, donde la señal adicional se deriva a partir de al menos la tercera componente de señal.
La invención se refiere además a una disposición para descodificar una señal de audio multicanal codificada, comprendiendo la disposición:
medios para obtener una primera señal codificada, un primer conjunto de parámetros de codificación, y un segundo conjunto de parámetros de codificación a partir de la señal de audio multicanal codificada;
un primer descodificador adaptado para obtener una primera y segunda señal descodificada a partir de la primera señal codificada y el primer conjunto de parámetros de codificación, representando la segunda señal descodificada al menos una primera componente de señal de la señal multicanal; y
un segundo descodificador adaptado para obtener una tercera y cuarta señal descodificada a partir de la primera señal descodificada y el segundo conjunto de parámetros de codificación.
La invención se refiere además a un aparato para suministrar una señal de audio codificada, comprendiendo el aparato
una unidad para recibir una señal de audio multicanal;
una disposición para la codificación, como se describió anteriormente y a continuación, para codificar la señal de audio multicanal; y
una unidad de salida para proporcionar la señal de audio codificada.
La invención se refiere además a un aparato para suministrar una señal de audio descodificada, comprendiendo el aparato
una unidad de entrada para recibir una señal de audio codificada;
una disposición para la descodificación, como se describió anteriormente y a continuación, para descodificar la señal de audio codificada; y
una unidad de salida para proporcionar la señal de audio descodificada.
La invención se refiere además a una señal de audio multicanal codificada que incluye una señal de audio y un primer y segundo conjunto de parámetros, donde la señal de audio y el primer conjunto de parámetros se generan mediante un primer codificador paramétrico tras la entrada de una primera señal codificada y una señal adicional, donde la primera señal codificada y el segundo conjunto de parámetros se generan mediante un segundo codificador paramétrico tras la entrada de una primera y segunda componente de señal de una señal multicanal, y donde la señal adicional se deriva a partir de al menos una tercera componente de señal de la señal multicanal.
La invención se refiere además a un medio de almacenamiento que tiene almacenado en el mismo una señal de audio codificada de este tipo.
Estos y otros aspectos de la invención serán evidentes y se aclararán a partir de las realizaciones descritas a continuación con referencia a los dibujos, en los que:
la figura 1 muestra una vista esquemática de un sistema para comunicar señales de audio multicanal según una realización de la invención;
la figura 2 muestra un diagrama de bloques de un codificador para codificar una señal de audio de cuatro canales según una realización de la invención;
la figura 3 muestra un diagrama de bloques de un descodificador para descodificar una señal de audio de cuatro canales codificada según una realización de la invención;
la figura 4 muestra un diagrama de bloques de un codificador para codificar una señal de audio de cinco canales según una realización de la invención;
la figura 5 muestra un diagrama de bloques de un descodificador para descodificar una señal de audio de cinco canales codificada según una realización de la invención;
la figura 6 muestra esquemáticamente un primer ejemplo de un módulo de codificación;
la figura 7 ilustra esquemáticamente un segundo ejemplo de un módulo de codificación;
la figura 8 muestra un diagrama de bloques de un codificador para codificar una señal de audio de cinco canales según una realización de la invención;
la figura 9 muestra un diagrama de bloques de un descodificador para descodificar una señal de audio de cinco canales codificada según una realización de la invención;
la figura 10 muestra un diagrama de bloques del descodificador 901 de la figura 9 según una realización de la invención; y
la figura 11 ilustra esquemáticamente ejemplos de formas funcionales de las tres funciones utilizadas para determinar los factores de ponderación en la realización de la figura 10.
La figura 1 muestra una vista esquemática de un sistema para comunicar señales de audio multicanal según una realización de la invención. El sistema comprende un dispositivo 101 de codificación para generar una señal de cuatro canales codificada y un dispositivo 105 de descodificación para descodificar una señal codificada recibida en una señal de cuatro canales. El dispositivo 101 de codificación y el dispositivo 105 de descodificación pueden ser cada uno cualquier equipo electrónico o parte de tal equipo.
En este caso, el término equipo electrónico comprende ordenadores, tales como PC portátiles y de escritorio, equipo de radiocomunicación portátil y de escritorio y otros dispositivos portátiles o de mano, tales como teléfonos móviles, radiolocalizadores, reproductores de audio, reproductores multimedia, comunicadores, es decir, organizadores electrónicos, teléfonos inteligentes, asistentes personales digitales (PDA, Personal Digital Assistant), ordenadores de mano o similares. Se observa que el dispositivo 101 de codificación y el dispositivo de descodificación pueden combinarse en un equipo electrónico donde las señales de audio se almacenan en un medio legible por ordenador para su reproducción posterior.
El dispositivo 101 de codificación comprende una unidad 111 de entrada para recibir una señal multicanal, un codificador 102 para codificar una señal de audio de cuatro canales, incluyendo la señal de cuatro canales una componente LF de señal izquierda delantera, una componente LR de señal izquierda trasera, una componente RF de señal derecha delantera, y una componente RR de señal derecha trasera. El codificador 102 recibe las cuatro componentes de señal a través de la entrada 111 de entrada y genera una señal T codificada. La señal de cuatro canales puede originarse a partir de un conjunto de micrófonos, por ejemplo a través de equipo electrónico adicional, tal como un equipo de mezclas, etc. Las señales pueden recibirse adicionalmente como una salida desde otro reproductor de audio, a través del aire como una señal de radio, o mediante cualquier otro medio adecuado. Posteriormente se describirán realizaciones preferidas de un codificador de este tipo según la invención.
Según una realización, el codificador 102 está conectado a un transmisor 103 para transmitir la señal T codificada a través de un canal 109 de comunicaciones al dispositivo 105 de descodificación. El transmisor 103 puede comprender un conjunto de circuitos adecuado para permitir la comunicación de datos, por ejemplo a través de un enlace 109 de datos cableado o inalámbrico. Ejemplos de un transmisor de este tipo incluyen una interfaz de red, una tarjeta de red, un radiotransmisor, un transmisor para otras señales electromagnéticas adecuadas, tal como un LED para transmitir luz infrarroja, por ejemplo a través de un puerto IrDa, comunicaciones basadas en radio, por ejemplo a través de un transceptor Bluetooth, o similares. Ejemplos adicionales de transmisores adicionales incluyen un módem de cable, un módem de teléfono, un adaptador de red digital de servicios integrados (RDSI), un adaptador de línea de abonado digital (DSL, Digital Subscriber Line), un transceptor por satélite, un adaptador Ethernet, o similares. De la misma manera, el canal 109 de comunicaciones puede ser cualquier enlace de datos cableado o inalámbrico adecuado, por ejemplo de una red de comunicaciones basada en paquetes, tal como Internet u otra red TCP/IP, un enlace de comunicaciones de corto alcance, tal como un enlace infrarrojo, una conexión Bluetooth u otro enlace basado en radio.
Ejemplos adicionales del canal de comunicaciones incluyen redes informáticas y redes de telecomunicaciones inalámbricas, tales como una red de datos por paquetes digitales celulares (CDPD, Cellular Digital Packet Data), una red de sistema global para móviles (GSM, Global System for Mobile), una red de acceso múltiple por división de código (CDMA, Code Division Multiple Access), una red de acceso múltiple por división de tiempo (Time Division Multiple Access), una red de servicio general de radio por paquetes (GPRS, General Packet Radio Service), una red de tercera generación, tal como una red UMTS, o similares.
Como alternativa o adicionalmente, el dispositivo de codificación puede comprender una o más interfaces 104 distintas para comunicar la señal T codificada al dispositivo 105 de descodificación. Ejemplos de tales interfaces incluyen una unidad de disco para almacenar datos en un medio 110 legible por ordenador, por ejemplo, una unidad de disquete, una unidad de CD-ROM de lectura/escritura, una unidad de DVD, etc. Otros ejemplos incluyen una ranura para tarjetas de memoria, un lector/grabador de tarjetas magnéticas, una interfaz para acceder a una tarjeta inteligente, etc.
De la misma manera, el dispositivo 105 de descodificación comprende un receptor 108 correspondiente para recibir la señal transmitida por el transmisor y/u otra interfaz 106 para recibir la señal codificada comunicada a través de la interfaz 104 y el medio 110 legible por ordenador. El dispositivo de descodificación comprende además un descodificador 107 que recibe la señal T recibida y la descodifica en componentes LF', LR', RF' y RR' correspondientes de una señal de cuatro canales descodificada. Posteriormente se describirán realizaciones preferidas de un descodificador de este tipo según la invención. El dispositivo de descodificación comprende además una unidad 112 de salida para emitir las señales descodificadas que pueden alimentarse posteriormente a un reproductor de audio para su reproducción a través de un conjunto de cuatro altavoces, o similar.
La figura 2 muestra un diagrama de bloques de un codificador para codificar una señal de audio de cuatro canales según una realización de la invención. El codificador recibe como una entrada una señal de audio de cuatro canales, donde los cuatro canales de entrada que van a codificarse están designados como izquierdo delantero (LF), derecho delantero (RF), izquierdo trasero (LR) y derecho trasero (RR), que corresponden a los altavoces correspondientes de un sistema de audio de cuatro canales. El codificador comprende módulos 201, 202 y 203 de codificación paramétrica. El módulo 202 de codificación forma un único canal L de audio a partir de ambas señales LF y LR de altavoz del lado izquierdo combinadas con un flujo P2 de bits de parámetros correspondiente. De manera similar, el módulo de codificación forma un único canal R de audio a partir de ambas señales RF y RR de altavoz del lado derecho combinadas con un flujo P3 de bits de parámetros correspondiente.
Posteriormente, el módulo 201 de codificación genera una señal T de audio de banda ancha a partir de las señales L y R total izquierda y total derecha, respectivamente. Además, este proceso de fusión da como resultado un tercer flujo P1 de bits de parámetros que describe las propiedades espaciales entre los canales total izquierdo y total derecho.
El codificador comprende además un circuito 206 combinador que realiza una codificación apropiada de la señal T, por ejemplo según MPEG, por ejemplo MPEG 1 capa 3 (MP3), según una codificación sinusoidal (SSC, Sinusoidal Coding), u otro esquema de codificación adecuado o una combinación de los mismos. El circuito 206 combinador realiza además alineación de tramas, asignación de tasa de bits y codificación sin pérdidas, dando como resultado una señal 207 combinada que va a comunicarse. Como alternativa, el circuito 206 combinador puede suministrar la señal T de audio y los flujos de bits como dos o más señales independientes, como una señal multiplexada, o similar.
Por tanto, el codificador de la figura 2 genera una señal de salida que incluye una señal T de audio de banda ancha y tres flujos P1, P2 y P3 de bits de parámetros que van a comunicarse a un receptor y/o almacenarse en un medio de almacenamiento y/o similar. Se observa que, aun cuando la figura 2 de ejemplo utiliza 4 canales de audio, puede utilizarse un enfoque similar utilizando un número diferentes de canales de audio.
Se entiende que, como alternativa, el codificador 202 puede codificar las señales LR y RR para generar una señal total trasera mientras que el codificador 203 puede codificar las señales LF y RF para generar una señal total delantera. Posteriormente, las señales total delantera y total trasera se combinan mediante un codificador adicional. Los parámetros generados por ese codificador pueden utilizarse entonces para una representación de parámetros bidimensional, es decir, los parámetros de este codificador pueden utilizarse como parámetros globales para descodificar canales delanteros desde canales traseros para los canales tanto izquierdo como derecho. La figura 3 muestra un diagrama de bloques de un descodificador para descodificar una señal de audio de cuatro canales codificada según una realización de la invención. El descodificador comprende un circuito 306 para extraer la señal T codificada y los flujos P1, P2 y P3 paramétricos a partir de la señal 307 recibida, es decir, el circuito 306 realiza una operación inversa a la del combinador 206 de la figura 2.
El descodificador comprende además módulos 301, 302 y 303 de descodificación paramétrica correspondientes a los módulos 201, 202 y 203 de codificación, respectivamente. El proceso de codificación en cascada descrito en conexión con la figura 2 se invierte en el descodificador. El descodificador recibe una señal T de audio de banda ancha y tres flujos P1, P2 y P3 de bits de parámetros. Primero, el módulo 301 de descodificación sintetiza las señales L y R total izquierda y total derecha, respectivamente, a partir de la única señal T de audio entrante utilizando los parámetros P1 apropiados. Si el usuario final actual sólo tiene dos altavoces, aquí finaliza el proceso de descodificación.
Si el usuario final tiene 4 altavoces, se realiza una etapa de descodificación adicional: el descodificador 302 recibe la señal L total izquierda y el flujo P2 de bits de parámetros y sintetiza a partir de los mismos las señales LR y LR izquierda delantera e izquierda trasera, respectivamente.
De manera similar, el descodificador 303 recibe la señal R total derecha y el flujo P3 de bits de parámetros y sintetiza a partir de los mismos las señales RF y RR derecha delantera y derecha trasera, respectivamente.
En una realización, pueden utilizarse los mismos parámetros para el descodificador 302 y 303, reduciendo además de ese modo el ancho de banda requerido para transmitir la señal multicanal, ya que sólo uno de los flujos P2 y P3 de bits de parámetros (o una combinación de los mismos) necesita transmitirse desde el codificador hasta el descodificador. En esta realización, los parámetros P1 que se alimentan al descodificador 301 determinan la imagen de sonido espacial izquierda derecha, mientras que los parámetros que se introducen en el descodificador 302 y 303 determinan la imagen espacial delantera trasera.
La figura 4 muestra un diagrama de bloques de un codificador para codificar una señal de audio de cinco canales según una realización de la invención. El codificador comprende módulos 401, 402, 403 y 404 de codificación. El codificador recibe una señal de audio de cinco canales como una entrada, donde los cinco canales de entrada que van a descodificarse se designan como izquierdo delantero (LF), derecho delantero (RF), izquierdo trasero (LR), derecho trasero (RR), y central (C), que corresponden a los altavoces correspondientes de un sistema de audio de cinco canales.
Los módulos 402 y 403 de codificación generan las señales L y R total izquierda y total derecha, respectivamente, y los flujos P2 y P3 de bits correspondientes, respectivamente, a partir de las señales LF, LR y RF, RR de entrada correspondientes, respectivamente.
Posteriormente, el módulo 401 de codificación genera una señal S de audio y un flujo P1 de bits correspondiente a partir de las señales L y R total izquierda y total derecha, respectivamente. Por tanto, los módulos 401, 402 y 403 de codificación corresponden a los módulos 201, 202 y 203 de codificación de la figura 2.
El codificador de la figura 4 incluye una etapa en cascada adicional que comprende el módulo 404 de codificación que recibe la señal S de salida del codificador 401 y la señal C central. El módulo 404 de codificación genera una señal T de audio de banda ancha y un flujo de bits de parámetros que representa la característica de lado medio de la señal de audio.
El codificador comprende además un circuito 406 combinador que genera una señal 407 de salida, tal como se describió en conexión con el circuito 206 de la figura 2. Por tanto, el codificador de la figura 4 genera una señal 407 de salida que incluye una señal T de audio de banda ancha y cuatro flujos P1, P2, P3 y P4 de bits de parámetros que van a comunicarse a un receptor y/o almacenarse en un medio de almacenamiento y/o similar.
La figura 5 muestra un diagrama de bloques de un descodificador para descodificar una señal de audio de cinco canales codificada según una realización de la invención. El descodificador comprende un circuito 506 para extraer la señal T codificada y los flujos P1, P2, P3 y P4 de parámetros a partir de la señal 507 recibida, es decir, el circuito 506 realiza una operación inversa a la del combinador 406 de la figura 4.
El descodificador comprende además módulos 501, 502, 503 y 504 de descodificación paramétrica correspondientes a los módulos 401, 402, 403 y 404 de codificación, respectivamente, el proceso de codificación en cascada descrito en conexión con la figura 4 se invierte en el descodificador: el descodificador recibe una señal T de audio de banda ancha y tres flujos P1, P2, P3 y P4 de bits de parámetros. Primero, el módulo 504 de descodificación sintetiza la señal S total lateral y la señal C lateral utilizando los parámetros P4.
Posteriormente, los descodificadores 501, 502 y 503 sintetizan las señales LF, LR, RF, y RR izquierda delantera, izquierda trasera, derecha delantera y derecha trasera, respectivamente, a partir de la señal S total lateral y los flujos P1, P2 y P3 de bits de parámetros, tal como se describió en conexión con el descodificador de la figura 3.
Se entiende que, alternativamente, puede conseguirse una transmisión de audio de cinco canales transmitiendo dos canales de audio combinados con tres flujos de bits de parámetros, por ejemplo, transmitiendo una señal de cuatro canales codificada tal como se describió en conexión con las figuras 2 y 3 y un canal mono adicional.
La figura 6 ilustra esquemáticamente un primer ejemplo de un módulo de codificación paramétrica. La disposición recibe una señal de audio que tiene dos componentes L y R de señal. Por ejemplo, estas componentes de señal pueden ser dos de las componentes de señal entrante de una señal multicanal, tal como las componentes de señal LF y LR o las componentes de señal RF y RR de una señal de cuatro canales, o las señales total izquierda y total derecha codificadas generadas por los codificadores 402 y 403, respectivamente, de la figura 4. El módulo de codificación paramétrica comprende un conjunto 601 de circuitos para realizar una rotación de la señal entrante en el espacio L-R en un ángulo \alpha, dando como resultado componentes y y r de señal rotadas según la transformación
\quad
y = L cos \alpha + R sen \alpha = w_{L}L + w_{R}R
\quad
r = -L sen \alpha + R cos \alpha = -w_{R}L + w_{L}R,
donde w_{L} = cos\alpha y W_{R} = sen\alpha se denominarán factores de ponderación.
Preferiblemente, el ángulo \alpha se determina de manera que corresponda a una dirección de varianza de señal alta. La dirección de la varianza de señal máxima, es decir, la componente principal, puede estimarse mediante un análisis de componente principal de manera que la componente y rotada corresponde a la señal de componente principal que incluye la mayor parte de la energía de señal, y r es una señal residual. De la misma manera, el módulo de codificación de la figura 6 comprende además el conjunto 602 de circuitos que determina el ángulo \alpha o, alternativamente, los factores W_{L} y W_{R} de ponderación, por ejemplo realizando un análisis de componente principal (ACP, Principle Component Analysis) de las muestras de señal entrante.
En una realización, el módulo de codificación de la figura 6 emite la señal y de componente principal y el parámetro \alpha de rotación u o uno de W_{L} y W_{R}. En otra realización, el codificador paramétrico puede determinar parámetros de filtro de un filtro lineal adaptativo de manera que el filtro adaptativo genera una estimación de la señal r residual cuando la señal y de componente principal se alimenta al filtro como una entrada. Según esta realización, la señal entrante se codifica según la señal y de componente principal, un parámetro de rotación y un conjunto de parámetros de filtro, permitiendo de ese modo a un descodificador en el receptor predecir la señal r residual a partir de la señal y de componente principal recibida, y rotar de nuevo la señal en la dirección L y R (véase la solicitud de patente europea nº 02076410.6, presentada el 10 de abril de 2002).
La figura 7 ilustra esquemáticamente un segundo ejemplo de un módulo de codificación. El módulo de codificación de la figura 7 describe los atributos espaciales de una señal de audio multicanal especificando una diferencia de nivel interaural, una diferencia de tiempo (o fase) interaural y una correlación máxima en función del tiempo y la frecuencia, tal como se describe en la solicitud de patente europea nº 02076588.9, presentada el 22 de abril de 2002. El módulo de codificación recibe como entradas las componentes L y R de una señal estéreo. Inicialmente, mediante los circuitos 702 y 703 de seccionamiento de tiempo/frecuencia, las componentes R y L, respectivamente, se dividen en diversas ranuras de tiempo/frecuencia, por ejemplo, mediante partición en ventanas de tiempo seguida de una operación de transformación.
Posteriormente, en el circuito 704 de análisis, para cada ranura de tiempo/frecuencia, se analizan las siguientes propiedades de las señales entrantes:
la diferencia de nivel interaural, o ILD (Interaural Level Difference), definida por los niveles relativos de las señales de banda limitada correspondientes que provienen de las dos entradas,
la diferencia de tiempo (o fase) interaural (ITD, Interaural Time Difference o IPD, Interaural Phase Difference), definida por el retardo interaural (o desplazamiento de fase) correspondiente al pico de la función de correlación cruzada interaural, y
la (di)similitud de las formas de onda que no pueden representarse mediante las ITD o las ILD, que pueden parametrizarse por el valor máximo de la función de correlación cruzada (es decir, el valor de la función de correlación cruzada en la posición del pico máximo).
Los tres parámetros descritos anteriormente varían en el tiempo; sin embargo, puesto que se conoce que el sistema auditivo binaural es muy lento en su procesamiento, la tasa de actualización de estas propiedades es bastante baja (normalmente decenas de milisegundos).
El circuito 704 de análisis genera además una señal S de suma (o dominante) que comprende una combinación de las señales izquierda y derecha. Por tanto, las señales L y R se codifican según la señal S de suma y un conjunto de parámetros P en función de la frecuencia y el tiempo, comprendiendo los parámetros P la ILD, la ITD/IPD y el valor máximo de la función de correlación cruzada.
La figura 8 muestra un diagrama de bloques de un codificador para codificar una señal de audio de cinco canales según una realización de la invención. El codificador comprende módulos 801, 802 y 803 de codificación. El codificador recibe como una entrada una señal de audio de cinco canales, donde los cinco canales de entrada que van a codificarse se designan como izquierdo delantero (LF), derecho delantero (RF), izquierdo trasero (LR), derecho trasero (RR) y lateral (C), que corresponden a los altavoces correspondientes de un sistema de audio de cinco canales.
Los módulos 802 y 803 de codificación generan las señales L y R total izquierda y total derecha, respectivamente, y los flujos P2 y P3 de bits correspondientes, respectivamente, a partir de las señales LF, LR y RF, RR de entrada correspondientes, respectivamente.
Posteriormente, el módulo 801 de codificación genera una señal T de audio y un flujo P1 de bits correspondiente a partir de las señales total izquierda y total derecha recibidas desde los módulos 802 y 803 de codificación, respectivamente. Por tanto, los módulos 801, 802 y 803 de codificación corresponden a los módulos 201, 202 y 203 de codificación de la figura 2.
Sin embargo, a diferencia de la realización anterior, la señal C lateral se combina con ambas señales L y R total izquierda y total derecha generadas por los codificadores 802 y 803, respectivamente. El codificador de la figura 8 comprende circuitos 804 sumadores para añadir la señal lateral a cada una de las señales L y R total izquierda y total derecha, dando como resultado señales L' y R' combinadas, respectivamente, que se alimentan al módulo 801 de codificación. El codificador comprende además un circuito 806 combinador para generar la señal 807 de salida final tal como se describió en conexión con el circuito 206 de la figura 2.
Una ventaja de esta realización es que proporciona un procedimiento más económico para codificar audio de cinco canales.
La figura 9 muestra un diagrama de bloques de un descodificador para descodificar una señal de audio de cinco canales codificada según una realización de la invención. El descodificador de la figura 9 es adecuado para descodificar una señal codificada por el codificador de la figura 8. El descodificador comprende un circuito 906 para extraer la señal T codificada y los flujos P1, P2 y P3 de parámetros a partir de la señal 907 recibida, es decir, el circuito 906 realiza una operación inversa a la del combinador 806 de la figura 8.
El descodificador comprende además descodificar módulos 901, 902 y 903. El módulo 901 de codificación recibe la señal T de audio codificada y el conjunto de parámetros P1 correspondiente. Inicialmente, el módulo 901 de descodificación analiza los parámetros P1 transmitidos. Si los parámetros P1 indican que la señal es una señal mono, el descodificador emite la señal recibida como una señal lateral. Por tanto, en este caso, la señal se alimenta a un altavoz lateral y no se alimenta ninguna señal a las salidas L y R de canal izquierdo y derecho del descodificador 901.
Si los parámetros P1 transmitidos indican que la señal es estéreo, la señal se descodifica distribuyendo la señal a las salidas izquierda y derecha.
El procedimiento utilizado para detectar contenido mono o estéreo depende de la estructura exacta del codificador y del flujo de bits de parámetros. Por ejemplo, en una realización que utiliza codificación paramétrica de estéreo espacial descrita en conexión con la figura 7, la ITD, ILD y parámetros de correlación determinan las propiedades de señales espaciales en función de la frecuencia. Por tanto, para cada banda de frecuencia, la señal de banda limitada correspondiente se alimenta al altavoz central, si la ITD y la ILD se aproximan a cero, por ejemplo, son inferiores a una constante predeterminada, y si la correlación se aproxima a +1, es decir, si la diferencia de 1 menos la correlación es inferior a una constante predeterminada, por ejemplo, inferior a 0,1. Por ejemplo, la constante predeterminada para la ITD puede elegirse para que sea del orden de 50-100 microsegundos, y para la ILD la constante predeterminada puede elegirse, por ejemplo, de 1 a 3 dB. Para todos los demás valores de los parámetros, la señal se distribuye entre las salidas izquierda y derecha. Se describirá una realización preferida de un módulo 901 de codificación en conexión con la figura 10.
Los módulos 902 y 903 de descodificación descodifican las señales total derecha y total izquierda tal como se describió anteriormente, dando como resultado las componentes LF, LR, RF y RR de señal izquierda delantera, izquierda derecha, derecha delantera y derecha trasera, respectivamente.
La figura 10 muestra un diagrama de bloques del descodificador 901 de la figura 9 según una realización de la invención. El módulo 901 de codificación recibe la señal T de audio codificada y el conjunto de parámetros P1 correspondiente. La idea general detrás del módulo 901 de descodificación es alimentar (una banda de frecuencia específica de) la señal de entrada al altavoz central sólo si los parámetros espaciales indican que las señales de salida son mono (lo que significa que ILD = 0, ITD = 0, correlación = + 1). Para otros valores de los parámetros espaciales, la señal se enviaría a las salidas izquierda y derecha utilizando el descodificador paramétrico.
Sin embargo, es más deseable conseguir una transición suave entre una distribución a la salida central y a las salidas izquierda y derecha dependiendo de los parámetros espaciales. Por consiguiente, el módulo de descodificación comprende un conjunto 1002 de circuitos que recibe los parámetros P1 y calcula funciones w_{c} y w_{lr} de ponderación. Por tanto, w_{c} denota la cantidad relativa de la señal de entrada mono que va a enviarse a la salida central, mientras que w_{lr} denota la cantidad relativa de la señal de entrada que va a descodificarse según los parámetros espaciales y enviarse al par de salida izquierda y derecha. En una realización, la relación entre las ponderaciones se establece mediante la siguiente restricción:
w_{c}{}^{n} + w_{lr}{}^{n} = 1
Aquí, n denota una potencia que indica si el sistema debería conservar la amplitud (n = 1) global, conservar la cantidad total de potencia (n = 2) o cualquier otra media de nivel de señal global. Por tanto, si se conoce w_{c}, puede obtenerse w_{lr} según la ecuación anterior y viceversa.
El módulo de descodificación comprende además un conjunto 1003 de circuitos que divide cada subbanda de la señal de entrada según los factores w_{c} y w_{lr} de ponderación entre la salida C central y la entrada T_{LR} para un descodificador 1004 paramétrico. El descodificador paramétrico descodifica la señal T_{LR} ajustada a escala tal como se describió anteriormente, dando como resultado las señales L y R total izquierda y total derecha, respectivamente.
Preferiblemente, el conjunto 1002 de circuitos determina la ponderación w_{c} de manera que w_{c} = 1, si la ILD y la ITD de una cierta subbanda son iguales a 0 y si la correlación es igual a +1. Para otros valores de los parámetros, w_{c} debería disminuir hacia cero. En una realización, este comportamiento se obtiene de la siguiente manera: w_{c} se compone del producto de tres funciones P_{1}, P_{2} y P_{3}. P_{1} sólo depende del valor ILD de esa subbandas, P_{2} sólo depende del valor ITD de la subbanda actual, y P_{3} sólo depende de la correlación cruzada de esa subbanda. Por tanto:
w_{c} = P_{1}(ILD) \ \cdot \ P_{2}(ITD) \ \cdot \ P_{3}(\rho)
Las figuras 11a a c ilustran esquemáticamente ejemplos de formas funcionales de las tres funciones utilizadas para determinar los factores de ponderación en la realización de la figura 10.
\newpage
Preferiblemente, la forma funcional de las funciones P_{1}, P_{2} y P_{3} debería cumplir las siguientes restricciones: P_{1} y P_{2} tienen un máximo de +1 para una ILD (respectivamente ITD) de cero y disminuyen hacia cero para valores inferiores o superiores. P_{3} tiene un máximo de +1 en correlación +1 y disminuye hacia cero para valores inferiores. Las figuras 11a a c ilustran ejemplos de funciones P_{1}, P_{2} y P_{3}, respectivamente, que cumplen las condiciones anteriores.
Se observa que pueden utilizarse procedimientos alternativos para distribuir la señal T descodificada entre la salida C central, la salida L izquierda y la salida R derecha. Por ejemplo, inicialmente, la señal T puede descodificarse en una señal L y una señal R utilizando los parámetros P1, tal como se describió anteriormente. Posteriormente, puede emplearse un algoritmo para redistribuir dos señales de entrada entre tres salidas (izquierda, central, derecha). Por tanto, primero se calculan las señales de salida izquierda y derecha del descodificador utilizando cualquier descodificador de estéreo paramétrico conocido, seguido por una redistribución (matrizado) de señales para las tres salidas (izquierda, derecha y central). Tales procedimientos de procesadores de 2 a 5 canales se conocen en la técnica, tal como se describe en la solicitud de patente internacional WO 02/07481.
Se observa que las anteriores disposiciones pueden implementarse como microprocesadores programables de propósito general o especial, procesadores de señales digitales (DSP, Digital Signal Processors), circuitos integrados de aplicación específica (ASIC, Application Specific Integrated Circuits), disposiciones lógicas programables (PLA, Programmable Logic Arrays), disposiciones de puertas programables de campo (FPGA, Field Programmable Gate Arrays), circuitos electrónicos de propósito especial, etc. o una combinación de los mismos.
Debería observarse que las realizaciones mencionadas anteriormente ilustran, en lugar de limitar, la invención, y que los expertos en la técnica podrán diseñar muchas realizaciones alternativas sin apartarse del alcance de las reivindicaciones adjuntas.
En las reivindicaciones, cualquier signo de referencia colocado entre paréntesis no se considerará que limita la reivindicación. La palabra "que comprende" no excluye la presencia de otros elementos o etapas distintos a los enumerados en una reivindicación. Las palabras "un" o "una" delante de un elemento no excluyen la presencia de una pluralidad de tales elementos.
La invención puede implementarse mediante hardware que comprenda varios elementos diferenciados, y mediante un ordenador programado adecuadamente. En la reivindicación de dispositivo que enumera diversos medios, varios de estos medios pueden realizarse mediante el mismo elemento de hardware. El simple hecho de que ciertas medidas se enumeren en reivindicaciones dependientes diferentes entre sí no indica que una combinación de estas medidas no pueda utilizarse como ventaja.

Claims (14)

1. Procedimiento para codificar una señal de audio multicanal que incluye al menos una primera componente de señal, una segunda componente de señal y una tercera componente de señal, comprendiendo el procedimiento:
codificar la primera y segunda componente de señal mediante un primer codificador paramétrico dando como resultado una primera señal codificada y un primer conjunto de parámetros de codificación;
codificar la primera señal codificada y una señal adicional mediante un segundo codificador paramétrico, dando como resultado una segunda señal codificada y un segundo conjunto de parámetros de codificación, donde la señal adicional se deriva a partir de al menos la tercera componente de señal; y
representar la señal de audio multicanal al menos mediante una señal codificada resultante derivada a partir de al menos la segunda señal codificada, mediante el primer conjunto de parámetros de codificación y mediante el segundo conjunto de parámetros de codificación.
2. Procedimiento según la reivindicación 1, en el que la señal de audio multicanal comprende además una cuarta componente de señal; el procedimiento comprende además codificar la tercera y cuarta componente de señal mediante un tercer codificador paramétrico dando como resultado la señal adicional y un tercer conjunto de parámetros de codificación; y la etapa de representar la señal de audio multicanal comprende la etapa de representar la señal de audio multicanal al menos mediante la señal codificada resultante derivada a partir de al menos la segunda señal codificada, mediante el primer conjunto de parámetros de codificación, mediante el segundo conjunto de parámetros de codificación, y mediante el tercer conjunto de parámetros de codificación.
3. Procedimiento según la reivindicación 2, en el que la señal multicanal comprende una señal de audio de cuatro canales, la primera componente de señal incluye un canal izquierdo delantero de la señal de audio de cuatro canales, la segunda componente de señal incluye un canal izquierdo trasero de la señal de audio de cuatro canales, la tercera componente de señal incluye un canal derecho delantero de la señal de audio de cuatro canales, y la cuarta componente de señal incluye un canal derecho trasero de la señal de audio de cuatro canales.
4. Procedimiento según la reivindicación 2, en el que la señal multicanal comprende una señal de audio de cinco canales, la primera componente de señal incluye un canal izquierdo delantero de la señal de audio de cinco canales, la segunda componente de señal incluye un canal izquierdo trasero de la señal de audio de cinco canales, la tercera componente de señal incluye un canal derecho delantero de la señal de audio de cinco canales; la cuarta componente de señal incluye un canal derecho trasero de la señal de audio de cinco canales; la señal de audio de cinco canales incluye además una señal central; el procedimiento comprende además codificar la segunda señal codificada y la señal central mediante un cuarto codificador paramétrico dando como resultado una tercera señal codificada y un cuarto conjunto de parámetros de codificación; y la etapa de representar la señal de audio multicanal comprende representar la señal de audio multicanal al menos mediante la tercera señal codificada y mediante el primer, segundo, tercer y cuarto conjunto de parámetros de codificación.
5. Procedimiento según la reivindicación 2, en el que la señal multicanal comprende una señal de audio de cinco canales, la primera componente de señal incluye un canal izquierdo delantero de la señal de audio de cinco canales, la segunda componente de señal incluye un canal izquierdo trasero de la señal de audio de cinco canales, la tercera componente de señal incluye un canal derecho delantero de la señal de audio de cinco canales; la cuarta componente de señal incluye un canal derecho trasero de la señal de audio de cinco canales; la señal de audio de cinco canales incluye además una señal central; y la etapa de codificar la primera señal codificada y una señal adicional comprende además combinar tanto la primera señal codificada como la señal adicional con la señal central.
6. Procedimiento según la reivindicación 2, en el que la señal multicanal comprende una señal de audio de cinco canales, la primera componente de señal incluye un canal izquierdo delantero de la señal de audio de cinco canales, la segunda componente de señal incluye un canal izquierdo trasero de la señal de audio de cinco canales, la tercera componente de señal incluye un canal derecho delantero de la señal de audio de cinco canales, la cuarta componente de señal incluye un canal derecho trasero de la señal de audio de cinco canales; la señal de audio de cinco canales incluye además una señal central; y la etapa de representar la señal de audio multicanal comprende la etapa de representar la señal de audio multicanal al menos mediante la segunda señal codificada, la señal central y mediante el primer, segundo y tercer conjunto de parámetros de codificación.
7. Procedimiento para descodificar una señal de audio multicanal codificada, comprendiendo el procedimiento:
obtener una primera señal codificada, un primer conjunto de parámetros de codificación, y un segundo conjunto de parámetros de codificación a partir de la señal de audio multicanal codificada;
obtener una primera y segunda señal descodificada a partir de la primera señal codificada y el primer conjunto de parámetros de codificación, representando la segunda señal descodificada al menos una primera componente de señal de la señal multicanal; y
obtener una tercera y cuarta señal descodificada a partir de la primera señal descodificada y el segundo conjunto de parámetros de codificación.
8. Disposición para codificar una señal de audio multicanal que incluye al menos una primera componente de señal, una segunda componente de señal y una tercera componente de señal, comprendiendo la disposición:
un primer codificador paramétrico adaptado para codificar la primera y segunda componente de señal dando como resultado una primera señal codificada y un primer conjunto de parámetros de codificación;
un segundo codificador paramétrico adaptado para codificar la primera señal codificada y una señal adicional, dando como resultado una segunda señal codificada y un segundo conjunto de parámetros de codificación, donde la señal adicional se deriva a partir de al menos la tercera componente de señal.
9. Disposición según la reivindicación 8, que comprende además medios para representar la señal de audio multicanal al menos mediante una señal codificada resultante derivada a partir de al menos la segunda señal codificada, mediante el primer conjunto de parámetros de codificación y mediante el segundo conjunto de parámetros de codificación.
10. Disposición para descodificar una señal de audio multicanal, comprendiendo la disposición:
medios para obtener una primera señal codificada, un primer conjunto de parámetros de codificación, y un segundo conjunto de parámetros de codificación a partir de la señal de audio multicanal codificada;
un primer descodificador adaptado para obtener una primera y segunda señal descodificada a partir de la primera señal codificada y el primer conjunto de parámetros de codificación, representando la segunda señal descodificada al menos una primera componente de señal de la señal multicanal; y
un segundo descodificador adaptado para obtener una tercera y cuarta señal descodificada a partir de la primera señal descodificada y el segundo conjunto de parámetros de codificación.
11. Aparato para suministrar una señal de audio codificada, comprendiendo el aparato
una unidad para recibir una señal de audio multicanal;
una disposición para la codificación según la reivindicación 8 para codificar la señal de audio multicanal; y
una unidad de salida para proporcionar la señal de audio codificada.
12. Aparato para suministrar una señal de audio descodificada, comprendiendo el aparato
una unidad de entrada para recibir una señal de audio codificada;
una disposición para la descodificación según la reivindicación 10 para descodificar la señal de audio codificada; y
una unidad de salida para proporcionar la señal de audio descodificada.
13. Señal de audio multicanal codificada que incluye una señal de audio y un primer y segundo conjunto de parámetros de codificación, donde la señal de audio y el primer conjunto de parámetros de codificación se generan mediante un primer codificador paramétrico tras la entrada de una primera señal codificada y una señal adicional, donde la primera señal codificada y el segundo conjunto de parámetros de codificación se generan mediante un segundo codificador paramétrico tras la entrada de una primera y segunda componente de señal de una señal multicanal, y donde la señal adicional se deriva a partir de al menos una tercera componente de señal de la señal multicanal.
14. Medio de almacenamiento que almacena en el mismo una señal de audio codificada según la reivindicación 13.
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