ES2387943T3 - Ocultación de error de transmisión en una señal de audio digital en una estructura de decodificación jerárquica - Google Patents

Ocultación de error de transmisión en una señal de audio digital en una estructura de decodificación jerárquica Download PDF

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Abstract

Procedimiento de ocultación de error de transmisión en una señal digital descompuesta en una pluralidad detramas sucesivas asociadas a unos intervalos temporales diferentes en los que, en la recepción, la señal essusceptible de incluir unas tramas borradas y unas tramas válidas, comprendiendo las tramas válidas unasinformaciones (inf.) relativas a la ocultación de pérdida de trama, estando caracterizado el procedimiento porque seimplementa durante una decodificación jerárquica utilizando un núcleo de decodificación y una decodificación portransformada que utilizan las ventanas de retardo reducido introduciendo un retardo temporal inferior a una tramacon relación al núcleo de la decodificación, y porque, para sustituir al menos la última trama borrada antes de latrama válida, comprende:- una etapa (23) de ocultación de un primer conjunto de muestras ausentes para la trama borrada, implementada enun primer intervalo temporal;- una etapa (25) de ocultación de un segundo conjunto de muestras ausentes para la trama borrada teniendo encuenta las informaciones de dicha trama válida e implementada en un segundo intervalo temporal; y- una etapa (29) de transición entre el primer conjunto de muestras ausentes y el segundo conjunto de muestrasausentes para obtener al menos una parte de la trama ausente.

Description

Ocultación de error de transmisión en una señal de audio digital en una estructura de decodificación jerárquica
La presente invención se refiere al tratamiento de señales digitales en el campo de las telecomunicaciones. Estas señales pueden ser por ejemplo señales de voz, o de música.
La presente invención interviene en un sistema de codificación/decodificación adaptado para la transmisión/recepción de tales señales. Más particularmente, la presente invención se dirige a un tratamiento en la recepción que permite mejorar la calidad de las señales decodificadas en presencia de pérdidas de bloques de datos.
Existen diferentes técnicas para convertir en formato digital y comprimir una señal de audio digital. Las técnicas más corrientes son:
-
los métodos de codificación de forma de onda, tales como la codificación MIC (de “Modulación por Impulsos Codificados”) y MICDA (de “Modulación por Impulsos y Codificación Diferencial Adaptativa”), denominados también “PCM” y “ADPCM” en inglés,
-
los métodos de codificación paramétrica por análisis de síntesis como la codificación CELP (de “Code Excited Linear Prediction”) y
-
los métodos de codificación perceptual en subbandas o por transformada.
Estas técnicas tratan la señal de entrada de manera secuencial muestra a muestra (MIC o MICDA) o por bloques de muestras denominados “tramas” (CELP y codificación por transformada). Para todos estos codificadores, los valores codificados se transforman a continuación en un tren binario que se transmite sobre un canal de transmisión.
Según la calidad de este canal y el tipo de transporte, unas perturbaciones podrían afectar a la señal transmitida y producir unos errores sobre el tren binario recibido por el decodificador. Estos errores pueden afectar de manera aislada al tren binario aunque se producen muy frecuentemente por ráfagas. Será entonces un paquete de bits que corresponde una parte completa de la señal el que es erróneo o no se recibe. Este tipo de problema se encuentra por ejemplo en las transmisiones de las redes móviles. Se encuentra también en las transmisiones en las redes de paquetes y en particular en las redes del tipo Internet.
Cuando el sistema de transmisión o los módulos encargados de la recepción permiten detectar que los datos recibidos son fuertemente erróneos (por ejemplo en las redes móviles) o que no se ha recibido un bloque de datos o éste está corrupto por unos errores binarios (caso de los sistemas de transmisión en paquetes por ejemplo), se ponen entonces en práctica unos procedimientos de ocultación.
La trama actual a decodificar se declara entonces borrada (“bad frame” en inglés). Estos procedimientos permiten extrapolar en el decodificador las muestras de la señal que faltan a partir de las señales y datos enviados en las tramas precedentes.
Semejantes técnicas se han puesto en práctica principalmente en el caso decodificadores paramétricos y predictivos (técnicas de recuperación/ocultación de las tramas borradas). Permiten limitar fuertemente la degradación subjetiva de la señal percibida en el decodificador en presencia de tramas borradas. Estos algoritmos se basan en la técnica utilizada por el codificador y el decodificador, y constituyen de hecho una extensión del decodificador. Los dispositivos de ocultación de tramas borradas tienen por objetivo extrapolar los parámetros de la trama borrada a partir de la (o de las) últimas tramas precedentes consideradas como válidas.
Ciertos parámetros manipulados o codificados por los codificadores predictivos presentan una fuerte correlación entre tramas (caso de los parámetros LPC (de “Linear Predictive Coding” en inglés) que representan el envolvente espectral y unos parámetros LTP (de “Long Term Prediction” en inglés) de predicción a largo término que representan la periodicidad de la señal (para los sonidos sordos, por ejemplo). Debido a esta correlación, es mucho más ventajoso reutilizar los parámetros de la última trama válida para sintetizar la trama borrada que utilizar unos parámetros erróneos o aleatorios.
En el contexto de la decodificación CELP, los parámetros de la trama borrada se obtiene clásicamente como sigue.
Los parámetros LPC de una trama a reconstruir se obtienen a partir de los parámetros LPC de la última trama válida, por simple nueva copia de los parámetros o incluso con la introducción de una cierta amortiguación (técnica utilizada por ejemplo en el codificador normalizado G723.1). A continuación, se detecta una sonoridad o una no sonoridad en la señal de voz para determinar un grado de armonía de la señal en el nivel de la trama borrada.
Si la señal no es sorda, se puede generar una señal de excitación de manera aleatoria (por elección de la palabra de código de la excitación pasada, mediante ligera amortiguación de la ganancia de la excitación pasada, por selección aleatoria en la excitación pasada o utilizando incluso unos códigos transmitidos que podrían ser totalmente erróneos).
Si la señal es sorda, el período del tono (denominado también “retardo LTP”) es generalmente el calculado para la trama precedente, eventualmente con un ligero “baile” (incremento del valor del retardo LTP para las tramas de error consecutivas, siendo tomada la ganancia LTP próxima a 1 o igual a 1). La señal de excitación se limita por tanto a la previsión a largo término efectuada a partir de una excitación pasada.
La complejidad de cálculo de este tipo de extrapolación de tramas borradas es comparable generalmente a la de una decodificación de una trama válida (o “good frame” en inglés): en lugar de la decodificación y de la cuantificación inversa de los parámetros se utilizan los parámetros estimados a partir del pasado, eventualmente ligeramente modificados, después se sintetiza la señal reconstruida de la misma manera que para una trama válida utilizando los parámetros así obtenidos.
En una estructura de codificación jerárquica, utilizando en el núcleo de la codificación una técnica del tipo CELP y en la codificación de la señal de error, una codificación por transformada, puede ser interesante utilizar el desfase temporal generado por este sistema de decodificación jerárquica para la ocultación de la trama borrada.
La figura 1a ilustra la codificación jerárquica de las tramas CELP C0 a C5 y las transformadas M1 a M5 aplicadas a estas tramas.
Durante la transmisión de estas tramas a un decodificador correspondiente, las tramas C3 y C4 en gris y las transformadas M3 y M4 son borradas.
De ese modo, en el decodificador, con referencia a la figura 1b, la línea referenciada como 10 corresponde a la recepción de las tramas, la línea referenciada como 11 corresponde a la síntesis CELP y la línea referenciada como 12 corresponde a la síntesis total después de la transformada MDCT.
Se puede observar que durante la recepción de la trama 1 (codificación CELP C1 y codificación por transformada M1), el decodificador sintetiza la trama CELP C1 que será utilizada para calcular la señal de síntesis total de la trama siguiente y calcula la señal de síntesis total de la trama actual O1 (línea 12) a partir de la síntesis CELP C0, de la transformada M0 y la transformada M1. Este retardo suplementario en la síntesis total es bien conocido en el contexto de la codificación por transformada.
En este caso, en presencia de errores sobre el tren binario, el decodificador funciona como sigue.
Durante el primer error sobre el tren binario, el decodificador contiene en memoria la síntesis CELP de la trama precedente. De ese modo en la figura 1b, cuando la trama 3 (C3 + M3) es errónea, el decodificador utiliza la síntesis CELP C2 decodificada en la trama precedente.
La sustitución de la trama errónea (C3) es necesaria para generar la salida siguiente (O4), se utiliza para hacer de ella una técnica de ocultación de tramas borradas también denominada FEC (de “frame Erasure Concealment” en inglés), como por ejemplo se describe en el documento titulado “Method of packet errors cancellation suitable for any speech and sound compression scheme” de B. KOVESI y D. Massaloux, ISIVC-2004.
Este desfase temporal entre la detección de la trama errónea y la necesidad de sintetizar la señal correspondiente permite utilizar unas técnicas de transmisión de información de corrección de errores para la trama CELP precedente como se describe en “Efficient frame erasure concealment in predictive speech codecs using global pulse resynchronisation” T. Vaillancourt et ál. publicado en ICASSP 2007.
En ese documento, una trama válida incluye unas informaciones sobre la trama precedente para mejorar la ocultación de las tramas borradas y la resincronización entre las tramas borradas y las tramas válidas.
De ese modo, en la figura 1b, durante la recepción de la trama 5 (C5 + M5) después de la detección de dos tramas erróneas (tramas 3 y 4), el decodificador recibe en el tren binario de la trama 5 unas informaciones sobre la naturaleza de la trama precedente (por ejemplo indicación de la clasificación, información sobre la envolvente espectral). Por información de clasificación se entiende una información sobre la sonoridad, la no sonoridad, la presencia de ataques, etc.
Este tipo de informaciones en el tren binario se describe por ejemplo en el documento “Wideband Speech Coding Advances in VMR-WV Standard" de M. Jelinek y R. Salami publicado en IEEE Transactions on audio, speech and language processing, mayo de 2007.
De ese modo, el decodificador sintetiza la trama errónea precedente (trama 4) utilizando una técnica de ocultación de tramas borradas que se beneficia de la información recibida con la trama 5, antes de sintetizar la señal CELP C5.
Por otro lado, se han desarrollado unas técnicas de codificación jerárquica para disminuir del desfase temporal entre las dos etapas de codificación. De ese modo, existen unas transformadas de retardo reducido que disminuye eldesfase temporal a una semitrama. Éste es por ejemplo el caso de la utilización de una ventana denominada “Low-Overlap” presentada en “Real-Time Implementation of the MPEG-4 Low-Delay Advanced Audio Coding Algorithm (AAC-LD) on Motorola's DSP56300” de J. Hilpert et ál. publicado en la 108ª convención AES en febrero de 2000.
En estas técnicas de transformada de retardo reducido, no es posible entonces beneficiarse de la información de la trama actual válida para generar las muestras ausentes de una trama borrada como para las técnicas descritas anteriormente, siendo inferior el desfase temporal a una trama. La calidad de la señal en caso de tramas erróneas es por lo tanto más reducida.
Existe por lo tanto una necesidad de mejorar la calidad de la ocultación de tramas borradas en un sistema de decodificación jerárquico de retardo reducido sin por otro lado introducir un retardo temporal suplementario.
La presente invención viene a mejorar la situación.
Propone con este fin un procedimiento de ocultación de error de transmisión en una señal digital descompuesta en una pluralidad de tramas sucesivas asociadas a unos intervalos temporales diferentes en los que, en la recepción, la señal es susceptible de incluir unas tramas borradas y unas tramas válidas, comprendiendo las tramas válidas unas informaciones (inf.) relativas a la ocultación de una pérdida de trama. El procedimiento es tal que se implementa durante una decodificación jerárquica utilizando un núcleo de decodificación y una decodificación por transformada que utilizan las ventanas de retardo reducido introduciendo un retardo temporal inferior a una trama con relación al núcleo de la decodificación y para sustituir al menos la última trama borrada antes de la trama válida, que comprende:
-
una etapa de ocultación de un primer conjunto de muestras ausentes para la trama borrada, implementada en un primer intervalo temporal;
-
una etapa de ocultación de un segundo conjunto de muestras ausentes para la trama borrada teniendo en cuenta las informaciones de dicha trama válida e implementada en un segundo intervalo temporal y
-
una etapa de transición entre el primer conjunto de muestras ausentes y el segundo conjunto de muestras ausentes para obtener al menos una parte de la trama ausente.
De ese modo, la utilización de informaciones presentes en una trama válida puede generar un segundo conjunto de muestras ausentes de una trama borrada precedente, permite incrementar la calidad de la señal de audio decodificada adaptando en el mejor de los casos las muestras ausentes. La etapa de transición entre el primer conjunto de muestras ausentes y el segundo conjunto permite asegurar la continuidad en las muestras ausentes producidas.
Esta etapa de transición puede ser ventajosamente una etapa de adición de recubrimiento.
En un segundo modo de realización, esta etapa de transición se puede asegurar por una etapa de filtrado de síntesis de predicción lineal que utiliza para generar el segundo conjunto de muestras ausentes las memorias de filtro en el punto de la transición, almacenadas durante la primera etapa de ocultación.
En este caso, las memorias del filtro de síntesis en el punto de la transición se almacenan en la primera etapa de ocultación. Durante la segunda etapa de ocultación se determina la excitación en función de las informaciones recibidas. La síntesis se efectúa a partir del punto de transición utilizando por un lado la excitación obtenida y por otro lado las memorias del filtro de síntesis almacenadas.
En un modo particular de realización el primer conjunto de muestras supone la totalidad de las muestras ausentes de la trama borrada y el segundo conjunto de muestras es una parte de las muestras ausentes de la trama borrada.
Así, el reparto de la generación de muestras entre dos intervalos temporales diferentes y el hecho de no generar más que una parte de las muestras en el segundo intervalo temporal, permite reducir el pico de complejidad que se puede encontrar en el intervalo temporal correspondiente a la trama válida. En efecto, en este intervalo temporal, el decodificador debe a la vez generar unas muestras ausentes de la trama precedente, efectuar la etapa de transición y decodificar la trama válida. Es por lo tanto en este intervalo temporal donde se sitúa el pico de complejidad de la decodificación.
Las informaciones presentes en una trama válida son por ejemplo unas informaciones sobre la clasificación de la señal y/o sobre el envolvente espectral de la señal.
La información de clasificación de la señal permite por ejemplo en la etapa de ocultación del segundo conjunto de muestras ausentes adaptar unas ganancias respectivas de una parte armónica de la señal de excitación y de una parte aleatoria de la señal de excitación a la señal correspondiente a la trama borrada.
Estas informaciones aseguran por lo tanto una mejor adaptación de las muestras ausentes generadas por la etapa de ocultación.
En un modo particular de realización, estando asociado el primer intervalo temporal a dicha última trama borrada y estando asociado el segundo intervalo temporal a dicha trama válida, una etapa de preparación de la etapa de ocultación del segundo conjunto de muestras ausentes, que no produce ninguna muestra ausente, se implementa en el primer intervalo temporal.
De ese modo, la etapa de preparación de la etapa de ocultación del segundo conjunto de muestras ausentes se efectúa en un intervalo temporal diferente al que corresponde a la decodificación de la trama válida. Esto permite por lo tanto repartir la carga de cálculo de la etapa de ocultación del segundo conjunto de muestras y de ese modo reducir el pico de complejidad en el intervalo temporal correspondiente a la recepción de la primera trama válida. Como se ha presentado anteriormente, es en efecto en este intervalo temporal correspondiente a la trama válida donde se sitúa el pico de complejidad o el peor caso de complejidad de la decodificación.
El reparto de la complejidad así efectuado permite revisar a la baja el dimensionamiento del procesador de un dispositivo de ocultación de error de transmisión que se dimensiona en función del peor caso de complejidad.
En un modo de realización particular la etapa de preparación comprende una etapa de generación de una parte armónica de la señal de excitación y una etapa de generación de una parte aleatoria de la señal de excitación para la señal correspondiente a la trama borrada.
La presente invención concierne igualmente a un dispositivo de ocultación de error de transmisión en una señal digital descompuesta en una pluralidad de tramas sucesivas asociadas a unos intervalos temporales diferentes en los que, durante la recepción, la señal es susceptible de incluir unas tramas borradas y unas tramas válidas, comprendiendo las tramas válidas unas informaciones (inf.) relativas a la ocultación de pérdida de trama. El dispositivo es tal que interviene durante una decodificación jerárquica que utiliza un núcleo de decodificación y una decodificación por transformada que utiliza unas ventanas de retardo reducido que introducen un retardo temporal inferior a una trama con relación a la decodificación del núcleo y que comprende:
-
un módulo de ocultación adecuado para generar, en un primer intervalo temporal, un primer conjunto de muestras ausentes para al menos la última trama borrada antes de una trama válida y adecuado para generar, en un segundo intervalo temporal, un segundo conjunto de muestras ausentes para la trama borrada teniendo en cuenta las informaciones de dicha trama válida y
-
un módulo de transición adecuado para efectuar una transición entre el primer conjunto de muestras ausentes y el segundo conjunto de muestras ausentes para obtener al menos una parte de la trama ausente.
Este dispositivo implementa las etapas del procedimiento de ocultación tal como se ha descrito anteriormente.
La invención concierne también a un decodificador de señal digital que comprende un dispositivo de ocultación de error de transmisión de acuerdo con la invención.
Finalmente, la invención se relaciona con un programa informático destinado a ser almacenado en una memoria en un dispositivo de ocultación de error de transmisión. Este programa informático es tal que comprende las instrucciones de codificación para la implementación de las etapas del procedimiento de ocultación de error de acuerdo con la invención, cuando se ejecuta por un procesador de dicho dispositivo de ocultación de error de transmisión.
Se relaciona con un soporte de almacenamiento, legible por un ordenador o un procesador, integrado o no en el dispositivo, que memoriza un programa informático tal como el descrito anteriormente.
Otras ventajas y características de la invención surgirán con el examen de la descripción detallada, dada a modo de ejemplo a continuación y los dibujos anexos en los que:
-
las figuras 1a y 1b ilustran la tecnología de la técnica anterior de ocultación de tramas erróneas en el contexto de la codificación jerárquica;
-
la figura 2 ilustra un procedimiento de ocultación de acuerdo con la invención en un primer modo de realización;
-
la figura 3 ilustra un procedimiento de ocultación de acuerdo con la invención en un segundo modo de realización;
-
las figuras 4a y 4b ilustran la sincronización de la reconstrucción utilizando procedimientos de ocultación de
acuerdo con la invención;
-
la figura 5 muestra un ejemplo de codificador jerárquico que se puede utilizar en el marco de la invención;
-
la figura 6 ilustra un decodificador jerárquico de acuerdo con la invención;
-
la figura 7 ilustra un dispositivo de ocultación de acuerdo con la invención.
Se describe ahora, con referencia a la figura 2, el procedimiento de ocultación de error de transmisión de acuerdo con un primer modo de realización de la invención. En este ejemplo, la trama N recibida en el decodificador está borrada.
Una trama válida N-1 recibida en el decodificador, que se trata en 20 por un módulo de demultiplexado DEMUX, es decodificada normalmente en 21 por un módulo de decodificación DE-NO. La señal decodificada se memoriza a continuación en una memoria temporal MEM durante una etapa 22. Al menos una parte de esta señal decodificada memorizada se envía a la tarjeta de sonido 30 en la salida del decodificador de la trama N-1, la señal decodificada restante en la memoria temporal se conserva para ser enviada a la tarjeta de sonido 30 después de la decodificación de la trama siguiente.
De ese modo, durante la detección de la trama borrada N, se efectúa una etapa de ocultación de un primer conjunto de muestras para esta trama ausente en 23 con la ayuda de un módulo de ocultación de errores DE-SIM y utilizando la señal decodificada de una trama precedente. La señal así extrapolada se memoriza en la memoria MEM durante la etapa 24.
Al menos una parte de esta señal extrapolada memorizada, conjuntamente con la señal decodificada de la trama N-1 que permanece memorizada, se envía a la tarjeta de sonido 30 en la salida del decodificador de la trama N. La señal extrapolada restante en la memoria temporal se conserva para ser enviada a la tarjeta de sonido después de la decodificación de la trama siguiente.
En la recepción de la trama válida N+1, se efectúa en 25 una etapa de ocultación de un segundo conjunto de muestras ausentes para la trama N borrada por el módulo de ocultación de errores DE-SIM. Esta etapa utiliza las informaciones presentes en la trama válida N+1 que se obtienen durante una etapa 26 de demultiplexado de la trama N+1 por el módulo de demultiplexado DEMUX.
Las informaciones presentes en una trama válida incluyen unas informaciones sobre la trama precedente del tren binario. Son principalmente unas informaciones de clasificación de la señal (señal sorda, sonora, transitoria) o incluso unas informaciones sobre el envolvente espectral de la señal.
Estas informaciones van a permitir adaptar al mejor de los casos la etapa de ocultación de los errores calculando por ejemplo unas ganancias respectivas para la parte armónica de la excitación y la parte aleatoria de la excitación. Por excitación armónica, se entiende la excitación calculada a partir del valor del tono (número de muestras en un período correspondiente a la inversa de la frecuencia fundamental) de la señal de la trama precedente, la parte armónica de la señal de excitación se obtiene por lo tanto mediante nueva copia de la excitación pasada en los instantes que corresponden al retardo del tono. Por excitación aleatoria, se extiende la señal de excitación obtenida a partir de un generador de señal aleatoria o por extracción aleatoria de una palabra de código de la excitación pasada o en un diccionario.
De ese modo, en el caso en que la clasificación de la señal indique una trama sorda, la ganancia más importante se calcula para la parte armónica de la excitación y en el caso en que la clasificación de la señal indique una trama sonora, se calcula una ganancia más importante para la parte aleatoria de la excitación.
Por otro lado, en el caso de una transición entre sonora hacia sorda, la parte de la excitación armónica es completamente errónea. En este caso pueden ser necesarias varias tramas antes de que el decodificador recobre una excitación normal y por tanto una calidad aceptable. De ese modo, se puede utilizar una nueva versión artificial de la excitación armónica para permitir al decodificador recobrar más rápidamente un funcionamiento normal.
La información sobre el envolvente espectral puede ser una información de estabilidad del filtro de predicción lineal LPC. De ese modo si esta información indica que el filtro es estable entre la trama precedente y la trama actual (válida), la etapa de ocultación de un segundo conjunto de muestras ausentes utiliza el filtro de predicción lineal de la trama válida. En caso contrario, se utiliza el filtro resultante de la pasada.
Se efectúa una etapa 29 de transición por un módulo de transición TRANS. Este módulo tiene en cuenta el primer conjunto de muestras generadas en la etapa 23 aun no reproducido en la tarjeta de sonido y el segundo conjunto de muestras generadas en la etapa 25 para obtener una transición suave entre el primer conjunto y el segundo conjunto. En un modo de realización, esta etapa de transición es una etapa de fundido encadenado o de adición de recubrimiento que consiste en disminuir progresivamente el peso de la señal extrapolada en el primer conjunto y de incrementar progresivamente el peso de la señal extrapolada en el segundo conjunto para obtener las muestras ausentes de la trama borrada.
Por ejemplo, esta etapa de fundido encadenado corresponde a la multiplicación de todas las muestras de la señal extrapolada memorizada en la trama N con una función de ponderación decreciente progresivamente de 1 a 0, y la suma de esta señal ponderada con las muestras de la señal extrapolada en la trama N+1 multiplicada por la función de ponderación complementaria de la función de ponderación de la señal memorizada. Por función de ponderación complementaria, se entiende la función obtenida efectuando la resta de la función de ponderación precedente de uno.
En una variante de este modo de realización, esta etapa de fundido encadenado se efectúa sobre una parte solamente (al menos una muestra) de la señal memorizada.
En otro modo de realización, esta etapa de transición se asegura mediante el filtro de síntesis de predicción lineal. En este caso, las memorias del filtro de síntesis en el punto de transición se almacenan en la primera etapa de ocultación. Durante la segunda etapa de ocultación se determina la excitación en función de las informaciones recibidas. La síntesis se efectúa a partir del punto de transición utilizando por un lado la excitación obtenida y por otro lado las memorias del filtro de síntesis almacenadas.
En el mismo intervalo temporal, la trama válida se demultiplexa entonces en 26, se decodifica normalmente en 27 y se memorizara la señal decodificada en 28 en la memoria temporal MEM. La señal resultante del módulo de transición TRANS se envía conjuntamente con la señal decodificada de la trama N+1 a la tarjeta de sonido 30 en la salida del decodificador de la trama N+1.
La señal recibida por la tarjeta de sonido 30 está destinada a ser restituida por unos medios de restitución del tipo altavoz 31.
En un modo de realización del procedimiento de acuerdo con la invención, el primer conjunto de muestras y el segundo conjunto de muestras son el conjunto de las muestras de la trama ausente. En cada intervalo temporal, se genera una señal correspondiente a la trama borrada, se efectúa el fundido encadenado entonces sobre la parte de las dos señales correspondientes a la segunda mitad de la trama borrada (una semitrama) para obtener las muestras de la trama ausente. Este modo de realización tiene la ventaja de utilizar más fácilmente las estructuras de ocultación de error habituales que funcionan sobre una trama completa.
En una variante de realización, en el intervalo temporal que corresponde a la trama borrada, la etapa de ocultación genera la totalidad de las muestras de la trama ausente (estas muestras serán necesarias si la trama siguiente se borra también), mientras que en el intervalo temporal que corresponde a la decodificación de la trama válida, la etapa de ocultación genera únicamente una segunda parte de las muestras, por ejemplo, la segunda mitad de las muestras de la trama ausente. La etapa de adición del recubrimiento se efectúa para asegurar una transición sobre esta segunda mitad de las muestras de la trama ausente.
En esta variante de realización, el número de muestras generadas para la trama ausente en el intervalo temporal que corresponde a la trama válida, es menos importante que en el caso del primer modo de realización descrito anteriormente. Se reduce por tanto la complejidad de decodificación en este intervalo temporal.
Es en efecto en este intervalo temporal en donde se sitúa el peor caso de complejidad. En efecto, en este intervalo temporal, se efectúan a la vez la decodificación de la trama válida y también igualmente la etapa de ocultación del segundo conjunto de muestras. Reduciéndose el número de muestras a generar, se reduce el peor caso de complejidad y por lo tanto el dimensionamiento de un procesador del tipo DSP (de “Digital Signal Processor” en inglés).
En un segundo modo de realización de la invención, se efectúa una distribución de la complejidad permitiendo reducir aún más el peor caso de complejidad sin incrementar sin embargo la complejidad media.
De ese modo, con referencia a la figura 3, se ilustra un segundo modo de realización del procedimiento de acuerdo con la invención en el caso en que la trama N recibida en el decodificador esté borrada.
En este ejemplo, la etapa de ocultación del segundo conjunto de muestras está escindida en dos etapas. Una primera etapa E1 de preparación que no produce muestras ausentes y no utiliza la información resultante de la trama válida, se efectúa en el intervalo temporal precedente. Una segunda etapa E2 que genera unas muestras ausentes y utiliza las informaciones resultantes de la trama válida se efectúa en el intervalo temporal correspondiente a la trama válida.
De ese modo, se efectúan las mismas operaciones que las descritas con referencia a la figura 2, para la trama N-1 recibida en el decodificador, es decir demultiplexado 20, decodificación normal 21 y memorización 22.
En el intervalo temporal que corresponde a la trama N borrada, se efectúa una etapa de preparación E1 referenciada como 32. Esta etapa de preparación es por ejemplo una etapa de obtención de la parte armónica de la excitación utilizando el valor del retardo LTP de la trama precedente, y de obtención de la parte aleatoria de la excitación en una estructura de decodificación CELP.
Esta etapa de preparación utiliza unos parámetros de la trama precedente memorizados en la memoria MEM. No es útil para esta etapa utilizar las informaciones de clasificación o las informaciones sobre la envolvente espectral de la trama borrada.
En este mismo intervalo temporal que corresponde a la trama borrada, se efectúa igualmente la etapa de ocultación 23 del primer conjunto de muestras tal como el descrito con referencia a la figura 2. La señal extrapolada que se obtiene se memoriza en 24 en la memoria MEM. Al menos una parte de esta señal extrapolada memorizada, conjuntamente con la señal decodificada restante en la memoria de la trama N-1, se envía a la tarjeta de sonido 30 en la salida del decodificador de la trama N. La señal extrapolada restante en la memoria temporal se conserva para ser enviada a la tarjeta de sonido después de la decodificación de la trama siguiente.
La etapa E2 referenciada como 33 de ocultación comprende la extrapolación del segundo conjunto de muestras ausentes que corresponden a la trama N borrada, se realiza en el intervalo temporal que corresponde a la trama N+1 recibida en el decodificador. Esta etapa comprende la toma en consideración de las informaciones contenidas en la trama válida N+1 y que conciernen a la trama N.
En este modo de realización particular, la etapa de ocultación corresponde entonces al cálculo de las ganancias asociadas a las dos partes de la excitación y eventualmente a la corrección de la fase de la excitación armónica. En función de la información de clasificación recibida en la primera trama válida, se adaptan las ganancias respectivas de las dos partes de la excitación. De ese modo, por ejemplo en función de la información de clasificación de la última trama válida recibida antes de las tramas borradas y de la información de clasificación recibida, la etapa de ocultación adapta la elección de las excitaciones y las ganancias asociadas para representar del mejor modo posible la clase de la trama. Con esto, la calidad de la señal generada durante la etapa de ocultación se mejora beneficiándose de la información recibida.
Por ejemplo, si la información es que la trama N es una trama de señal sorda, la etapa E2 da preferencia a la situación armónica obtenida en la etapa de preparación E1 antes que la excitación aleatoria y viceversa para una trama de señal sonora.
En el caso en que la información describa una trama N transitoria, la etapa E2 generará unas muestras ausentes en función de la clasificación precisa del transitorio (sorda hacia sonora o sonora hacia sorda).
Se efectúa a continuación una etapa 29 de adición de recubrimiento o de fundido encadenado como la descrita con referencia a la figura 2 entre el primer conjunto de muestras generado en la etapa 23 y el segundo conjunto de muestras generado en la etapa 33.
Durante el intervalo temporal que corresponde a la trama válida N+1, la trama N+1 se trata por el módulo de demultiplexado DEMUX, se decodifica en 27 y se memoriza en 28 como se ha descrito anteriormente con referencia a la figura 2. La señal extrapolada obtenida por la etapa de fundido encadenado 29 y la señal decodificada de la trama N+1 son enviadas conjuntamente a la tarjeta de sonido 30 en la salida del decodificador de la trama N+1.
Las figuras 4a y 4b ilustran la realización de este procedimiento y la sincronización entre la decodificación del tipo CELP y la decodificación por transformada que utiliza unas ventanas de retardo reducido representado aquí en la forma de ventanas tales como las descritas en la solicitud de patente FR 0760258.
En este contexto de decodificación jerárquica, la figura 4a ilustra la codificación jerárquica de las tramas CELP C0 a C5 y las transformadas de retardo reducido M1 a M5 aplicadas a estas tramas.
Durante la transmisión de estas tramas a un decodificador correspondiente, las tramas C3 y C4 en gris son borradas.
La figura 4b ilustra la decodificación de las tramas C0 a C5. La línea 40 ilustra la señal recibida en el decodificador, la línea 41 ilustra la síntesis CELP en la primera etapa de decodificación, la línea 42 ilustra la síntesis total que utiliza la transformada (MDCT) de retardo reducido.
Se observa que en este ejemplo, el desfase temporal entre las dos etapas de decodificación es inferior a una trama, se representa en este caso por razones de simplicidad con un desfase de una semitrama.
De ese modo, para decodificar la trama O1 (línea 42) del decodificador, se utiliza una parte de la síntesis CELP de la trama precedente C0 y la transformada M0, así como una parte de la síntesis CELP de la trama actual C1 y la transformada M1.
Es lo mismo para la trama O2 que utiliza una parte de la síntesis CELP de la trama 1 (C1) y la transformada M1 y una parte de la síntesis CELP de la trama 2 (C2) y la transformada M2.
Durante la detección de la primera trama borrada (C3+M3), el decodificador utiliza la síntesis CELP de la trama precedente 2 (C2) para construir la señal de síntesis total (O3). Es necesario igualmente generar a partir de un algoritmo de ocultación de error, la señal correspondiente a la síntesis CELP de la trama 3 (C3).
Esta señal regenerada se denomina FEC-C3 en la figura 4b. La señal de salida del decodificador O3 se compone por lo tanto de la última mitad de la señal C2 y de la primera mitad de la señal extrapolada FEC-C3.
Durante la segunda trama errónea C4, se efectúa una etapa de ocultación para la trama C4 para generar las muestras correspondientes a la trama ausente C4. Se obtiene de ese modo un primer conjunto de muestras indicado por FEC1-C4 para la trama ausente C4.
De ese modo, la trama 4 de salida O4 del decodificador está construida utilizando una parte de las muestras extrapoladas para C3 (FEC-C3) y una parte del primer conjunto de muestras extrapoladas para C4 (FEC1-C4).
Durante la recepción de la primera trama válida (C5+M5), se efectúa una etapa de ocultación del segundo conjunto de muestras para la trama C4. Esta etapa utiliza las informaciones I5 sobre la trama C4 que se presentan en la trama válida C5. Este segundo conjunto de muestras se referencia como FEC2-C4.
Se efectúa una etapa de transición entre el primer conjunto de muestras FEC1-C4 y el segundo conjunto de muestras FEC2-C4 mediante adición de recubrimiento o fundido encadenado para obtener las muestras ausentes FEC-C4 de la segunda mitad de la trama borrada C4.
La trama 5 de salida O5 del decodificador se construye utilizando una parte de las muestras resultantes de la etapa de fundido encadenado (FEC-C4) y una parte de las muestras decodificadas para la trama válida C5.
En una variante de este modo de realización, durante la etapa de ocultación del segundo conjunto de muestras para la trama C4, sólo se genera la segunda mitad de las muestras ausentes FEC2-C4 para reducir la complejidad. La etapa de fundido encadenado se realiza sobre esta segunda mitad.
La invención se ha descrito aquí con un ejemplo de realización en el que el núcleo de la decodificación es una decodificación del tipo CELP. Este núcleo de la decodificación puede ser de cualquier otro tipo. Por ejemplo, puede ser sustituida por un decodificador del tipo ADPCM (como por ejemplo el codificador/decodificador normalizado G.722). En este modo de realización, a diferencia de la decodificación CELP, la continuidad entre dos tramas no se asegura obligatoriamente mediante el filtrado de síntesis de predicción lineal (LPC). De ese modo, durante la recepción de la primera trama válida después de una o de unas tramas borradas, el procedimiento comprende además una etapa de prolongación de la señal de extrapolación de las tramas borradas y una etapa de adición de recubrimiento entre la señal de al menos una parte de la primera trama válida y de esta prolongación de la señal de extrapolación.
Con referencia a la figura 5, se describe un ejemplo de codificador jerárquico con una etapa de codificación por transformada.
La señal de entrada S del codificador se filtra mediante un filtro paso alto HP 50. En una primera etapa de codificación esta señal filtrada se infra-muestrea por el módulo 51 a la frecuencia del codificador ACELP (de “Algebraic Code Excited Linear Prediction” en inglés) para a continuación ser codificado por un método de codificación ACELP. La señal resultante de esta etapa de codificación se multiplexa a continuación en el módulo de multiplexado 26. Se envía igualmente una información concerniente a la trama precedente (inf.) al módulo de multiplexado para formar el tren binario T.
La señal resultante de la codificación ACELP se sobre-muestra igualmente a una frecuencia de muestreo que corresponde a la señal de origen, por el módulo 53. Esta señal sobre-muestreada se resta de la señal filtrada 54 para entrar en una segunda etapa de codificación en la que se efectúa una transformada MDCT en el módulo 55. La señal se cuantifica a continuación en el módulo 57 y se multiplexa por el módulo de multiplexado MUX para formar el tren binario T.
Con referencia a la figura 6, se describe un decodificador de acuerdo con la invención.
Este comprende un módulo de demultiplexado 60 adecuado para tratar el tren binario T entrante. Se efectúa una primera etapa de decodificación ACELP 61. La señal así decodificada se sobre-muestrea por el módulo 62 a la frecuencia de la señal. A continuación se trata por un módulo de transformada MDCT 63. La transformada utilizada aquí es una transformada de retardo reducido tal como la descrita en el documento “Low-Overlap” presentado en “Real-Time Implementation of the MPEG-4 Low-Delay Advanced Audio Coding Algorithm (AAC-LD) on Motorola's DSP563Q0” de J. Hilpert et ál. publicado en la 108ª convención AES en febrero de 2000 o incluso tal como la descrita en la solicitud de patente FR 07 60258.
El desfase temporal entre la primera etapa de decodificación ACELP y el de la transformada es por tanto de una semitrama.
A la salida del módulo de demultiplexado, la señal, en una segunda etapa de decodificación, se descuantifica en el módulo 68 y es sumada en 67 a la señal resultante de la transformada. Se aplica a continuación una transformada inversa en 64. La señal resultante se trata posteriormente a continuación (PF) 65 utilizando la señal resultante del módulo 62 después se filtra en 66 por un filtro paso alto que suministra la señal de salida Ss del decodificador.
El decodificador comprende un dispositivo 70 de ocultación de error de transmisión que recibe del módulo de multiplexado una información de trama borrada bfi. Este dispositivo comprende un módulo de ocultación 71 que, de acuerdo con la invención, recibe durante la decodificación de una trama válida, unas informaciones inf. relativas a la ocultación de la pérdida de trama.
Este módulo efectúa en un primer intervalo temporal la ocultación de un primer conjunto de muestras de una trama borrada, después, en un intervalo temporal correspondiente a la decodificación de una trama válida, efectúa la ocultación de un segundo conjunto de muestras de la trama borrada.
El dispositivo 70 comprende igualmente un módulo 72 TRANS de transición adecuado para efectuar una transición entre el primer conjunto de muestras y el segundo conjunto de muestras para suministrar al menos una parte de las muestras de la trama borrada.
La señal de salida del núcleo del decodificador jerárquico es o bien la señal resultante del decodificador ACELP 61,
o bien la señal resultante del módulo de ocultación 70. La continuidad entre las dos señales está asegurada por el hecho de que éstas comparten las memorias de síntesis del filtro de predicción lineal LPC.
El dispositivo 70 de ocultación de error de transmisión de acuerdo con la invención es por ejemplo tal como el ilustrado en la figura 7. Materialmente, este dispositivo en el sentido de la invención comprende típicamente, un procesador !P que coopera con un bloque de memoria BM que incluye una memoria de almacenamiento y/o de trabajo, así como una memoria temporal MEM antes citada como medio para memorizar las tramas decodificadas y enviadas con un desfase temporal. Este dispositivo recibe una entrada de las tramas sucesivas de la señal digital Se y suministra la señal de síntesis Ss que comprende las muestras de una trama borrada.
El bloque de memoria BM puede comprender un programa informático que comprende las instrucciones de codificación para la realización de las etapas del procedimiento de acuerdo con la invención cuando estas instrucciones se ejecutan por un procesador !P del dispositivo y principalmente una etapa de ocultación de un primer conjunto de muestras ausentes de la trama borrada, implementada en un primer intervalo temporal, una etapa de ocultación del segundo conjunto de muestras ausentes para la trama borrada que tiene en cuenta las informaciones de dicha trama válida e implementada en un segundo intervalo temporal; y una etapa de adición del recubrimiento en el primer conjunto de muestras ausentes y el segundo conjunto de muestras ausentes para obtener (al menos una parte de) la trama ausente.
Las figuras 2 y 3 pueden ilustrar el algoritmo de un programa informático así.
Este dispositivo de ocultación de acuerdo con la invención puede ser independiente o estar integrado en un decodificador de señal digital.

Claims (11)

  1. REIVINDICACIONES
    1. Procedimiento de ocultación de error de transmisión en una señal digital descompuesta en una pluralidad de tramas sucesivas asociadas a unos intervalos temporales diferentes en los que, en la recepción, la señal es susceptible de incluir unas tramas borradas y unas tramas válidas, comprendiendo las tramas válidas unas informaciones (inf.) relativas a la ocultación de pérdida de trama, estando caracterizado el procedimiento porque se implementa durante una decodificación jerárquica utilizando un núcleo de decodificación y una decodificación por transformada que utilizan las ventanas de retardo reducido introduciendo un retardo temporal inferior a una trama con relación al núcleo de la decodificación, y porque, para sustituir al menos la última trama borrada antes de la trama válida, comprende:
    -
    una etapa (23) de ocultación de un primer conjunto de muestras ausentes para la trama borrada, implementada en un primer intervalo temporal;
    -
    una etapa (25) de ocultación de un segundo conjunto de muestras ausentes para la trama borrada teniendo en cuenta las informaciones de dicha trama válida e implementada en un segundo intervalo temporal; y
    -
    una etapa (29) de transición entre el primer conjunto de muestras ausentes y el segundo conjunto de muestras ausentes para obtener al menos una parte de la trama ausente.
  2. 2.
    Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque la etapa de transición entre el primer conjunto de muestras ausentes y el segundo conjunto de muestras ausentes está asegurada por una etapa de adición del recubrimiento.
  3. 3.
    Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque la etapa de transición entre el primer conjunto de muestras ausentes y el segundo conjunto de muestras ausentes se asegura por una etapa de filtrado de síntesis de predicción lineal que utiliza para generar el segundo conjunto de muestras ausentes la memorias del filtro en el punto de la transición, almacenadas durante la primera etapa de ocultación.
  4. 4.
    Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque el primer conjunto de muestras es la totalidad de las muestras ausentes de la trama borrada y el segundo conjunto de muestras es una parte de las muestras ausentes de la trama borrada.
  5. 5.
    Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque las informaciones de una trama válida relativas a la ocultación de la pérdida de trama son unas informaciones sobre la clasificación de la señal y/o sobre el envolvente espectral de la señal.
  6. 6.
    Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque la etapa de ocultación del segundo conjunto de muestras ausentes utiliza una información de clasificación de la señal para adaptar las ganancias respectivas de una parte armónica de la señal de excitación y de una parte aleatoria de la señal de excitación para la señal correspondiente de la trama borrada.
  7. 7.
    Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque estando asociado el primer intervalo temporal a dicha última trama borrada y estando asociado el segundo intervalo temporal a dicha trama válida, una etapa de preparación de la etapa de ocultación del segundo conjunto de muestras ausentes, que no produce ninguna muestra ausente, se implementa en el primer intervalo temporal.
  8. 8.
    Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 7, caracterizado porque la etapa de preparación incluye una etapa de generación de una parte armónica de la señal de excitación y una parte de generación de una parte aleatoria de la señal de excitación para la señal correspondiente a la trama borrada.
  9. 9.
    Dispositivo de ocultación de error de transmisión en una señal digital descompuesta en una pluralidad de tramas sucesivas asociadas a unos intervalos temporales diferentes en los que, durante la recepción, la señal es susceptible de incluir unas tramas borradas y unas tramas válidas, comprendiendo las tramas válidas unas informaciones (inf.) relativas a la ocultación de pérdida de trama, estando caracterizado el dispositivo porque interviene durante una decodificación jerárquica que utiliza un núcleo de decodificación y una decodificación por transformada que utiliza unas ventanas de retardo reducido que introducen un retardo temporal inferior a una trama con relación a la decodificación del núcleo, y porque comprende:
    -
    un módulo de ocultación (DE-SIM) adecuado para generar, en un primer intervalo temporal, un primer conjunto de muestras ausentes para al menos la última trama borrada antes de una trama válida y adecuado para generar, en un segundo intervalo temporal, un segundo conjunto de muestras ausentes para la trama borrada teniendo en cuenta las informaciones de dicha trama válida; y
    -
    un módulo (TRANS) de transición adecuado para efectuar una transición entre el primer conjunto de muestras ausentes y el segundo conjunto de muestras ausentes para obtener al menos una parte de la trama ausente.
  10. 10.
    Decodificador de señal digital caracterizado porque comprende un dispositivo de ocultación de error de trasmisión de acuerdo con la reivindicación 9.
  11. 11.
    Programa informático destinado a ser almacenado en una memoria de un dispositivo de ocultación de error de transmisión, caracterizado porque comprende unas instrucciones de codificación para la realización de las etapas del procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 8, cuando se ejecuta por un procesador de dicho dispositivo de ocultación de error de transmisión.
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