ES2672811T3 - Filtración eficiente con un banco de filtros modulado complejo - Google Patents

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Abstract

Aparato de filtro para filtrar una senal de entrada de dominio de tiempo para obtener una senal de salida de dominio de tiempo, que es una representacion de la senal de entrada de dominio de tiempo filtrada usando una caracteristica de filtro que tiene una caracteristica de amplitud/frecuencia no uniforme, que comprende: un banco de filtro de analisis complejo (101) para generar una pluralidad de senales de sub-banda complejas a partir de la senal de entrada de dominio de tiempo; una pluralidad de filtros intermedios (190) para filtrar la pluralidad de senales de sub-banda complejas para obtener una pluralidad de senales de sub-banda complejas filtradas, en el que al menos uno de los filtros intermedios (190) de la pluralidad de los filtros intermedios (190) tiene una caracteristica de amplitud/frecuencia no uniforme intermedia, en el que cada filtro intermedio de la pluralidad de filtros intermedios (190) tiene una respuesta de impulso mas corta en comparacion con una respuesta de impulso de un filtro que tiene la caracteristica de filtro que tiene la caracteristica de amplitud/frecuencia no uniforme, y en el que las caracteristicas de amplitud/frecuencia no uniformes intermedias de la pluralidad de filtros intermedios juntas representan la caracteristica de filtro de amplitud/frecuencia no uniforme; y un banco de filtros de sintesis compleja (103) para sintetizar la pluralidad de senales de sub-banda complejas filtradas emitidas por los filtros intermedios (190) para obtener la senal de salida en el dominio del tiempo.

Description

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Filtración eficiente con un banco de filtros modulado complejo DESCRIPCIÓN
Campo técnico
La presente invención se refiere a un aparato de filtro y a un método para filtrar una señal de entrada de dominio de tiempo, un generador de filtro y a un método para generar una señal de definición de filtro intermedio, especialmente para el campo de codificación, decodificación, manipulación y filtración de señales de audio, por ejemplo, en el campo de HRTF (función de transferencia relacionada con la cabeza).
Antecedentes de la invención
Se ha demostrado en [P. Ekstrand, “Bandwidth extension of audio signals by spectral band replication”, Proc. 1st IEEE Benelux Workshop en Model based Processing and Coding of Audio (MpCA-2002), páginas 53-58, Leuven, Bélgica, 2002], que un banco de filtros modulado complejo-exponencial es una herramienta excelente para ajuste espectral de la envoltura de señales de audio. Una aplicación de esta característica es la codificación de audio en base a Replicación de la Banda Espectral (SBR). Otras aplicaciones fructíferas de un banco de filtros complejo incluyen enfoque selectivo de frecuencia y espacialización para el estéreo paramétrico, ver [E. Schuijers, J. Breebart, H. Purnhagen, J. Engdegárd: “Low complexity parametric stereo coding”, Proc. 116th convención AES, 2004, documento 6073] y codificación multicanal paramétrica, ver [J. Herre et al.: “The reference model architecture for MPEG spatial audio coding”, Proc. 118th convención AES, 2005, documento 6447]. En esas aplicaciones la resolución de frecuencia del banco de filtros complejo se mejora además a bajas frecuencias por medio de filtro de sub-sub-banda. El banco de filtros híbrido combinado logra así una resolución de frecuencia que permite el procesamiento de indicaciones espaciales a una resolución espectral que sigue de manera cercana la resolución espectral del sistema auditivo binaural.
Sin embargo, en algunas aplicaciones, la resolución del banco de filtros es aún insuficiente, en el sentido que las modificaciones de ganancia simples en cada sub-banda no son suficientes para modelar de manera real la acción de un filtro dado. Para reproducción binaural de audio multicanal por medio de filtro relacionada con HRTF (función de transferencia relacionada con la cabeza), las características de fase intrincada de los filtros son importantes para la calidad de audio percibida. Por supuesto es posible aplicar métodos de convolución rápida en base a la DFT (Transformada de Fourier Discreta) como un post-proceso a la reproducción multicanal, pero si el dispositivo de reproducción ya contiene las señales en el dominio de sub-banda del banco de filtros modulado complejo exponencial, existen ventajas significativas en términos de complejidad computacional e integración algorítmica para realizar la filtración derivada de HRTF en el dominio de sub-banda, que se delineará en más detalle más adelante. Ya que las HRTF's son diferentes para cada individuo y los filtros derivados dependen de la fuente virtual y/o posiciones del oyente que pueden, por ejemplo, cambiarse por señales de control, interfases de usuario o por otras señales de descripción, es también importante ser capaz de convertir de manera eficiente un filtro relacionado con HRTF dado, en filtros de dominio de sub-banda.
El documento EP 0 531 242 A2 divulga un método de filtrado en sub-bandas que elimina o restringe enormemente los efectos de solapamiento. Una señal fuente se transforma en sub-bandas de frecuencia. Entonces, cada una de las sub-bandas se filtra basándose, al menos en parte, en un perfil de filtrado parcial correspondiente asociado con cada una de las sub-bandas respectivas. Los perfiles de filtrado parcial correspondientes se determinan con la definición del perfil de filtrado global predeterminado para asegurar que el perfil de filtrado global tenga tangentes horizontales en ciertos sonidos de frecuencia que son transitorios entre los diversos filtros de transformación. Diferentes sub-bandas filtradas luego experimentan una transformación inversa.
El documento WO 03/015275 A1 divulga un sistema de procesamiento de señal adaptativo para mejorar la calidad de la señal. El sistema incluye un banco de filtros de análisis para transformar una señal de información primaria en dominio de tiempo en señales primarias de sub-banda sobremuestreadas en un dominio de frecuencia y un banco de filtros de análisis para transformar una señal de referencia en un dominio de tiempo en señales de referencia de sub-banda sobremuestreadas. Los circuitos de procesamiento de sub-banda procesan las señales emitidas desde los bancos de filtros para mejorar la calidad de una señal de salida. Un banco de filtros de síntesis puede combinar las salidas de los circuitos de procesamiento de sub-banda para generar la señal de salida. Los circuitos de procesamiento de sub-banda comprenden un restador para restar una señal de ruido filtrado de una señal más señal de ruido.
Es por lo tanto el objetivo de la presente invención proporcionar un aparato de filtro para filtrar una señal de entrada de dominio de tiempo, un método para filtrar una señal de entrada de dominio de tiempo, un sistema de filtro, que permita una manipulación más eficiente o más flexible de una señal de entrada de dominio de tiempo con una mejor calidad.
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Este objetivo se logra por un aparato de filtro de acuerdo con la reivindicación 1, por un método para filtrar una señal de entrada de dominio de tiempo de acuerdo con la reivindicación 26, o un sistema de filtro de acuerdo con la reivindicación 25.
Sumario de la invención
Una realización de la presente invención se refiere a un aparato de filtro para filtrar una señal de entrada de dominio de tiempo para obtener una señal de salida de dominio de tiempo, que es una representación de la señal de entrada de dominio de tiempo filtrada utilizando una característica de filtro que tiene una característica de amplitud/frecuencia no uniforme que comprende un banco de filtros de análisis complejo para generar una pluralidad de señales de sub-banda complejas de la señal de entrada de dominio de tiempo, una pluralidad de filtros intermedios, en el que un filtro intermedio se proporciona para cada señal de sub-banda compleja, en el que al menos uno de los filtros intermedios de la pluralidad de filtros intermedios tiene una característica de amplitud/frecuencia no uniforme, en el que la pluralidad de filtros intermedios tiene una respuesta más corta al impulso en comparación con una respuesta al impulso de un filtro que tiene la característica de filtro, y en el que la característica de amplitud/frecuencia no uniforme de la pluralidad de filtros intermedios juntos representan la característica de filtro no uniforme, y un banco de filtros de síntesis compleja para sintetizar la salida de los filtros intermedios para obtener la señal de salida del dominio de tiempo.
Como un segundo aspecto, una realización adicional de la presente invención es un generador de filtro para proporcionar una señal de definición de filtro intermedio que comprende un banco de filtros modulado complejo para filtrar una señal de respuesta al impulso indicativa de una característica de filtro de amplitud/frecuencia en un dominio de tiempo para obtener una pluralidad de señales de sub-banda valuadas complejas como la señal de definición de filtro intermedio, en el que cada señal de sub-banda valuada compleja del banco de filtros modulado complejo corresponde a una respuesta al impulso para un filtro intermedio para una señal de sub-banda, en el que al menos una de las señales de sub-banda valuadas complejas comprende al menos dos valores sin disipación diferentes, y en el que cada señal de sub-banda valuada compleja es más corta que la señal de respuesta al impulso.
Las realizaciones del primer aspecto de la presente invención se basan en el descubrimiento que una filtración más eficiente y/o más flexible (o manipulación) de una señal de entrada de dominio de tiempo puede lograrse en el dominio de sub-banda, el cual algunas veces también se refiere como dominio QMF (filtro espejo en cuadratura), con una mejor calidad en comparación con otros esquemas de manipulación. La ganancia con respecto a eficiencia, especialmente eficiencia computacional, es una consecuencia de las respuestas más cortas al impulso de los filtros intermedios en comparación con la respuesta al impulso de un filtro que tiene la característica de filtro no uniforme en el dominio de tiempo y el hecho de que las señales de sub-banda pueden procesarse independientemente una de la otra. Debido a las respuestas al impulso más cortas una realización de un aparato de filtro puede procesar cada una de las señales de sub-banda complejas emitidas por el banco de filtros de análisis complejo de manera individual. Por lo tanto, la filtración puede llevarse a cabo de manera paralela, lo que acelera el procesamiento de la señal de entrada de dominio de tiempo de manera dramática en comparación con la manipulación de la señal de entrada de dominio de tiempo directamente debido a las respuestas al impulso más cortas.
Las realizaciones de acuerdo al primer aspecto de la presente invención son especialmente favorables cuando equilibran la eficiencia computacional por un lado y la calidad por el otro lado. Aunque puede lograrse un procesamiento directo de la señal de entrada de dominio de tiempo en el dominio de tiempo por una convolución con la respuesta al impulso de un filtro que tiene la característica de amplitud/frecuencia no uniforme, que usualmente conduce a una muy buena calidad, la convolución requiere un alto esfuerzo computacional debido a la longitud de la respuesta al impulso del filtro en el dominio de tiempo.
Por otro lado, la transformación de una señal de audio en el dominio de frecuencia al realizar una Transformada de Fourier representa la tremenda desventaja que otras manipulaciones, que son necesarias en los sistemas acústicos modernos, no pueden realizar eficientemente en el dominio de Fourier con una alta calidad.
Por lo tanto, al emplear una pluralidad de filtros intermedios, cada uno teniendo una respuesta al impulso más corta en comparación con una respuesta al impulso de un filtro que tiene la característica de filtro de un filtro correspondiente en el dominio de tiempo, del cual al menos uno tiene una respuesta al impulso con al menos dos valores sin disipación representa un compromiso altamente favorable entre eficiencia computacional por un lado y calidad por el otro lado. Como una consecuencia, las realizaciones de los aparatos de filtro inventivos representan un excelente compromiso entre un procesamiento directo de la señal de entrada de dominio de tiempo, por ejemplo, por medio de la convolución de la señal de entrada de dominio de tiempo con la respuesta al impulso más larga indicativa de la característica de filtro no uniforme, que conduce a un enorme esfuerzo computacional, y emplea una transformada de Fourier, que conduce a más problemas en el curso adicional de procesamiento de las señales.
Las ventajas de las realizaciones del primer aspecto de la presente invención se desarrollan especialmente en el
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contexto de filtros FIR (respuesta al impulso final), ya que cada uno de los filtros intermedios de la pluralidad de filtros intermedios tiene una respuesta al impulso significativamente más corta en comparación con la respuesta al impulso del filtro FIR en el dominio de tiempo. Por lo tanto, al procesar de manera paralela las diferentes señales de sub-banda emitidas por el banco de filtros de análisis complejo la eficiencia computacional puede mejorarse drásticamente. Este aspecto es especialmente importante en el campo de filtros que tienen respuestas al impulso largas. Un campo de aplicación, en el cual los filtros con respuestas al impulso muy largas ocurren frecuentemente, son aplicaciones relacionadas con HRTF (HRTF = función de transferencia relacionada con cabeza), como, por ejemplo, sub-mezclar señales de audio de múltiple canal para retroalimentar a los audífonos, otros sistemas parlantes relacionados con la cabeza o sistemas de sonido estéreo.
En muchas aplicaciones concretas la eficiencia computacional se incrementa aún más, ya que las señales de audio ya están presentes en la sub-banda (compleja) o dominio QMF. Por lo tanto, en muchas implementaciones concretas, el banco de filtros de análisis complejo y el banco de filtros de síntesis compleja para generar la pluralidad de señales de sub-banda complejas de la señal de entrada de dominio de tiempo y para sintetizar la señal de salida del dominio de tiempo ya está presente.
Con respecto al segundo aspecto, las realizaciones de la presente invención se basan en el descubrimiento de que una filtración más flexible y más eficiente de la señal de entrada de dominio de tiempo con una mejor calidad puede lograrse al proporcionar una señal de definición de filtro intermedio, que puede, por ejemplo, proporcionarse en un aparato de filtro de acuerdo al primer aspecto para definir sus filtros intermedios.
Una ventaja significativa de las realizaciones de acuerdo al segundo aspecto de la presente invención es que se obtiene una señal de definición de filtro intermedio para un conjunto de filtros intermedios al proporcionar una realización del generador de filtro inventivo con una señal que define el filtro, tal como una señal de respuesta al impulso indicativa de una característica de filtro de amplitud/frecuencia de un filtro en el dominio de tiempo u otras señales de definición de filtro. Por lo tanto, una realización de un generador de filtro proporciona una señal de definición de filtro para un conjunto de filtros intermedios para la misma filtración de manera efectiva como un filtro en el dominio de tiempo definido por la señal de definición de filtro virtualmente sin introducir efectos de alineación. Como una consecuencia, las realizaciones de un generador de filtro inventivo permiten un desempeño libre virtualmente de alias de un filtro arbitrario en el dominio de sub-banda. Al utilizar una realización del generador de filtro inventivo, características de filtro arbitrario pueden transferirse del dominio de tiempo al dominio de señal de sub-banda, como ecualización libre virtualmente de alias, características de filtro de paso bajo características de filtro de paso alto, características de filtro de paso de banda, características de filtro de rechazo de banda, características de filtro de resonancia, características de filtro de muesca o características de filtro más complejas. Entre las características de filtro más complejas, es importante mencionar una combinación de varias características, así como características de filtro relacionadas con HRTf.
Especialmente en el contexto de aplicaciones relacionadas con HRTF en el campo de sistemas multicanal de audio y otras aplicaciones de alta calidad es importante observar que las realizaciones del generador de filtro inventivo permiten modelar de manera real una acción de un filtro dado en el dominio de tiempo en el dominio de sub-banda. El desempeño libre virtualmente de alias, que especialmente importante en aplicaciones relacionadas con HRTF, se hace posible ya que las características de fase de un filtro en el dominio de tiempo se (casi) transfieren perfectamente hacia el dominio de sub-banda. Los ejemplos que ilustran esto se delinearán en el curso adicional de la presente solicitud.
Entre las ventajas de las realizaciones del segundo aspecto de la presente invención está especialmente la ganancia significativa con respecto a la eficiencia computacional que se puede lograr. Los bancos de filtros modulados complejos de las realizaciones del generador de filtro inventivo producen una pluralidad de señales de sub-banda valuadas complejas como la señal de definición de filtro intermedio, en el que cada señal de sub-banda valuada compleja es más corta que la señal de respuesta al impulso indicativa de la característica de filtro de amplitud/frecuencia en el dominio de tiempo. El generador de filtro, por lo tanto, produce una señal de definición de filtro intermedio que comprende la salida del banco de filtros modulado complejo con su pluralidad de señales cortas de sub-banda valuadas complejas, lo que no solamente permite una computación rápida, eficiente y paralela con respecto a la filtración de una señal de entrada de dominio de tiempo para obtener una señal de salida de dominio de tiempo en el marco de una realización de un aparato de filtro, sino que también permite una computación rápida, eficiente y paralela de la señal de definición de filtro intermedio por si misma. En comparación con una aplicación directa de la señal de respuesta al impulso indicativa de la característica de filtro de amplitud/frecuencia en el dominio de tiempo al convolucionar la señal de respuesta al impulso con la señal de entrada de dominio de tiempo, la aplicación de una realización de un generador de filtro inventivo de acuerdo al segundo aspecto de la presente invención permite una computación simplificada, más rápida y más eficiente, la cual conduce a un resultado auditivamente indistinguible en comparación con el método de convolución más complejo.
Además, una realización del generador de filtro inventivo también ofrece la ventaja de una flexibilidad significativamente mejorada con respecto a las características de filtro posibles aplicadas en el dominio de sub
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banda. Ya que las características de filtro arbitrario pueden transferirse del dominio de tiempo al dominio de subbanda por una realización de un generador de filtro inventivo, se introduce una enorme flexibilidad al procesamiento y manipulación de la señal de audio. Por ejemplo, una realización de un generador de filtro inventivo es capaz de proporcionar una señal de definición de filtro intermedio que corresponde a una característica de filtro individualmente alterada de un filtro relacionado con HRTF. En el campo de HRTF esto ofrece la oportunidad de modificar de manera individual los filtros HRTF de acuerdo con las necesidades y capacidades auditivas de un individuo. Además, puede adaptarse la posición de la fuente, así como la posición del oyente con respecto una a la otra y con respecto a un ambiente (simulado o calculado) (por ejemplo, una sala de conciertos, un espacio abierto, o estadio). Esto ofrece la gran ventaja de proporcionar a un oyente con una gran flexibilidad con respecto a las condiciones acústicas. Una realización del generador de filtro inventivo, por lo tanto, proporciona la posibilidad de cambiar virtualmente de un estadio a una sala de conciertos o un campo abierto, sin emplear la necesidad de transferir las señales de audio entre el dominio de tiempo, el dominio de sub-banda y/o el dominio de frecuencia. Al emplear una realización de un generador de filtro inventivo todas estas manipulaciones de la señal de audio pueden realizarse dentro del dominio de sub-banda con una muy alta calidad, que es indistinguible de manera perceptual de un procesamiento de señal en el dominio de tiempo, pero que ofrece una enorme mejora en la eficiencia computacional.
Esta flexibilidad no se limita solamente al cambio de un ambiente a otro, por ejemplo, cambio de un estadio a una sala de conciertos y visa versa. Una realización de un generador de filtro inventivo ofrece la posibilidad de alterar las características de filtro de la pluralidad de los filtros intermedios en una manera cuasi-continua. Una aplicación en el campo de HRTF es una aplicación de una realización del generador de filtro y/o del aparato de filtro en una aplicación de rastreo, en la cual, por ejemplo, la posición del oyente con respecto a diferentes fuentes de audio varía en una manera cuasi-continua. Las aplicaciones posibles comprenden, por ejemplo, simulaciones y juegos de ordenador con una calidad muy alta.
Otra ventaja de una realización de un generador de filtro es que la aplicación de una realización de un generador de filtro es más eficiente con respecto al uso de memoria, ya que una señal de respuesta al impulso proporcionada al banco de filtros modulado complejo del generador de filtro es típicamente una señal valuada real, mientras que la señal de definición de filtro intermedio es una señal valuada compleja de aproximadamente la misma longitud total. Como una consecuencia, el almacenamiento de las señales de respuesta al impulso en comparación con las señales de definición de filtro intermedio (o las conexiones de filtro de los filtros intermedios) ahorra memoria, más o menos, de un orden de 2. Debido a la posibilidad de una computación paralela rápida y eficiente, especialmente en el campo de aplicaciones sensibles a memoria que comprende un mayor espacio de parámetro con respecto a las posibles señales de respuesta al impulso, esto representa una ventaja significativa.
En una realización de un generador de filtro inventivo el generador de filtro se proporciona con una señal de definición de filtro, que puede comprender por ejemplo las conexiones de filtro de un filtro digital en el dominio de tiempo o por una función de transferencia en el dominio de frecuencia, que puede comprender la característica de amplitud/frecuencia y/o la característica de fase/frecuencia de un filtro. En estos casos, una realización del generador de filtro además comprende un generador de señal de respuesta al impulso, que proporciona la señal de respuesta al impulso apropiada indicativa de la característica de filtro de amplitud/frecuencia resultante en el dominio de tiempo al banco de filtros modulado complejo del generador de filtro. Por lo tanto, la inclusión de una generador de señal de respuesta al impulso en algunas realizaciones de un generador de filtro inventivo ofrece aún más flexibilidad con respecto a proporcionar la señal de definición de filtro intermedio, ya que no solamente las señales de respuesta al impulso en la forma de señales de tiempo discreto pueden proporcionarse a una realización del generador de filtro sino que también las conexiones de filtro o la descripción del dominio de frecuencia de un filtro en el dominio de tiempo puede transferirse hacia el dominio de sub-banda por una realización apropiada de un generador de filtro.
Breve descripción de los dibujos
La presente invención se describirá ahora a modo de ejemplos ilustrativos, que no limitan el alcance o espíritu de la invención, con referencia a los dibujos adjuntos, en los cuales:
La Figura 1a ilustra el procesamiento de una señal de audio digital por medio de filtro por sub-banda en un sistema que comprende un generador de filtro y un aparato de filtro;
La Figura 1b ilustra una posible solución para un banco de análisis complejo;
La Figura 1c ilustra una posible solución para un banco de filtros de síntesis complejo;
La Figura 1d ilustra una posible solución adicional para un banco de filtros de síntesis complejo;
La Figura 1e ilustra una interacción de una realización de un generador de filtro con una pluralidad de filtros intermedios de una realización de un aparato de filtro;
La Figura 2 ilustra el procesamiento de una señal de audio digital por medio de filtro de forma directa;
La Figura 3 ilustra una realización preferida de un sistema con un convertidor de filtro;
La Figura 4 ilustra una respuesta dada al impulso del filtro;
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La Figura 5 ilustra una respuesta al impulso obtenida por el ajuste de ganancia complejo de las sub-bandas;
La Figura 6 ilustra la respuesta de magnitud de un filtro dado;
La Figura 7 ilustra la respuesta de magnitud de un filtro obtenida por el ajuste de ganancia complejo de las subbandas;
La Figura 8 compara el desempeño de la presente invención con el ajuste de ganancia complejo de las subbandas;
La Figura 9 ilustra una realización preferida de un aparato de filtro que comprende una realización opcional de un
generador de filtro y componentes adicionales;
La Figura 10 ilustra una característica de filtro junto con varias bandas de frecuencia para diferentes sub-bandas;
y
La Figura 11 ilustra una realización preferida de un generador de filtro.
Descripción de realizaciones preferidas
Las realizaciones descritas a continuación son meramente ilustrativas para los principios de la presente invención de filtro eficiente con un banco de filtros modulado complejo. Debe entenderse que las modificaciones y variaciones de las instalaciones y los detalles descritos en la presente serán aparentes para otros expertos en la materia. Por lo tanto, es el intento de limitarse solamente por el alcance de las reivindicaciones inminentes de la patente y no por los detalles específicos presentados a modo de descripción y explicación de las realizaciones en la misma.
A continuación, los objetos con las mismas propiedades funcionales o similares se denotan con los mismos signos de referencia. Al menos que se observe explícitamente de otra manera, la descripción con respecto a objetos con propiedades funcionales similares o iguales pueden intercambiarse entre sí.
La Figura 1a ilustra en la forma de un sistema que comprende realizaciones de tanto un aparato de filtro como un generador de filtro el procesamiento de una señal de audio digital por medio de filtro por sub-banda de acuerdo con la presente invención. Esta trayectoria de señal, por ejemplo, puede representar una parte de un sistema de reproducción de audio espacial en el que la entrada es un canal de audio recibido y la salida es un componente de una señal a reproducirse en el oído derecho. La señal de entrada (señal de audio Digital o señal de entrada de dominio de tiempo) se analiza por el banco de análisis complejo 101 por medio de filtro con un conjunto de L filtros de análisis seguido por el submuestreo de un factor L, en el que L es un número entero positivo, preferentemente más grande que 1. Típicamente el factor L es un poder de 2, preferentemente L = 64. Los filtros de análisis se obtienen usualmente por una modulación compleja de un filtro prototipo p(v), en el que v es un número entero positivo que indica un índice en un conjunto de datos o un índice de un valor en una señal no submuestreada por el factor L. La salida del banco de filtros consiste de L señales de sub-banda que se procesan por una filtración de subbanda 102. Esta filtración de sub-banda consiste de una combinación de manipulaciones tal como el ajuste de ganancia de sub-banda de acuerdo con datos de control recibidos y aplicación de filtros de respuesta finita al impulso aplicada por separado en cada sub-banda. Las conexiones de filtro de los filtros de sub-banda se obtienen de un convertidor de filtro (inventivo) 104 como una realización de un generador de filtro que toma como entrada un filtro descrito por conexiones de filtro de forma directa, una descripción del dominio de frecuencia o una respuesta al impulso (señal). El banco de síntesis compleja 103 reconstruye una señal de salida por medio de muestreo ascendente por un factor L, filtración por L filtros de síntesis, sumando todos los resultados, y extrayendo la parte real. La suma de todos los resultados y la extracción de la parte real también pueden cambiarse con respecto a su orden, como se delineará de manera más cercana con respecto a las Figuras 1c y 1d.
La Figura 1b muestra un banco de análisis complejo 101 en más detalle. El banco de análisis complejo 101 comprende una pluralidad de L filtros de análisis intermedios 120 para cada sub-banda a emitirse por el banco de análisis complejo 101. Para ser más precisos, cada uno de los L filtros de análisis intermedios 120 se conecta en paralelo a un nodo 130 al cual se proporciona la señal de entrada de dominio de tiempo a procesarse. Cada uno de los filtros de análisis intermedios 120 se adapta para filtrar la señal de entrada del banco de análisis complejo 101 con respecto a una frecuencia central de cada sub-banda. De acuerdo con las frecuencias centrales de las diferentes sub-bandas, cada sub-banda se marca por un índice de sub-banda o índice n, en el que n es un número entero no negativo, típicamente en el rango de 0 a L-1. Los filtros de análisis intermedios 120 del banco de análisis complejo 101 pueden derivarse de un filtro prototipo p(v) por una modulación compleja de acuerdo al índice de subbanda n de la sub-banda a la cual se aplica el filtro de análisis intermedio 120. Se explican abajo más detalles que se refieren a la modulación compleja de un filtro prototipo.
Ya sea directamente por los filtros de análisis intermedios 120 o por un submuestreador opcional 140 (denotado por la línea punteada en la Figura 1b) la frecuencia de muestreo de la señal emitida por el banco de filtros de análisis intermedios 120 se reduce por un factor L. Como se menciona antes, los submuestreadores 140 suministrados a cada señal de sub-banda emitida por los filtros de análisis intermedios correspondientes 120 son opcionales ya que, dependiendo de la implementación concreta, el submuestreo también puede llevarse a cabo en el framework de los filtros de análisis intermedios 120. En principio, no se requiere el submuestreo de la señal emitida por los filtros de análisis intermedios 120. Sin embargo, la presencia de los submuestreadores explícitos o implícitos 140 es una
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opción preferida ya que la cantidad de datos proporcionados por el banco de análisis complejo 101 se elevaría alternativamente por un factor de L, lo que conduce a una redundancia significativa de datos.
La Figura 1c ilustra una posible solución para un banco de síntesis compleja 103. El banco de síntesis compleja 103 comprende L filtros de síntesis intermedios a los cuales se proporcionan las L señales de sub-banda de la filtración de sub-banda 102. Dependiendo de la implementación concreta del banco de síntesis compleja 103 antes de la filtración en el marco de los filtros de síntesis intermedios 150, las señales de sub-banda se muestrean de manera ascendente por L muestreador ascendente 160, el cual reconstruye la frecuencia muestreada de las señales de subbanda al incrementar la frecuencia de muestreo por un factor de L. En otras palabras, el muestreador ascendente opcional 160 reconstruye o vuelve a formar las señales de sub-banda proporcionadas al muestreador ascendente 160 en tal manera que la información contenida en cada una de las señales de sub-banda se retiene mientras la frecuencia de muestreo se incrementa por un factor de L. Sin embargo, como ya se explicó en el contexto de la Figura 1b, los muestreadores ascendentes 160 son componentes opcionales, ya que el muestreo ascendente también puede llevarse a cabo en el marco de los filtros de síntesis intermedios 150. Por lo tanto, la etapa de muestreo ascendente de las señales de sub-banda llevada a cabo por el muestreador ascendente 160 puede procesarse de manera simultánea en el marco de los filtros de síntesis intermedios 150. Sin embargo, si los submuestreadores 190 no se implementan ni explícita ni implícitamente, los muestreadores ascendentes 160 no tienen que implementarse explícita o implícitamente.
Los filtros de síntesis intermedios 150 se conectan a través de una salida a un adicionador 170 el cual suma las señales de sub-banda filtradas emitidas por los L filtros de síntesis intermedios 150. El adicionador 170 se conecta además a un extractor de parte real 180, el cual extrae o forma una señal valuada real o en su lugar una señal de salida del dominio de tiempo (valuada real) en base a la señal valuada compleja proporcionada por el adicionador 170. El extractor de parte real 180 puede realizar esta tarea, por ejemplo, al extraer la parte real de una señal valuada compleja proporcionada por el adicionador 170, al calcular el valor absoluto de la señal valuada compleja proporcionada por el adicionador 170 o por otro método que forma una señal de salida valuada real en base a una señal de entrada valuada compleja. En el caso del sistema mostrado en la Figura 1a, la señal emitida por el extractor de parte real 180 es la señal de salida del dominio de tiempo emitida por la realización del aparato de filtro inventivo.
La segunda posible solución para un banco de síntesis compleja 103 mostrado en la Figura 1d difiere de la primer posible solución mostrada en la Figura 1c que concierne solamente al extractor de partes reales 180 y el adicionador 170. Para ser más precisos, las salidas de los filtros de síntesis intermedios 150 se conectan por separado de cada sub-banda a un extractor de parte real 180 que extrae o forma una señal valuada real en base a la señal valuada compleja emitida por los filtros de síntesis intermedios 150. El extractor de parte real 180 se conecta entonces al adicionador 170, el cual suma las L señales valuadas reales derivadas de las L señales de sub-banda filtradas para formar la señal de salida valuada real proporcionada por el adicionador 170, que en el caso del sistema mostrado en la Figura 1a es la señal de salida del dominio de tiempo.
La Figura 1e muestra la filtración de sub-banda 102 y su interacción con el convertidor de filtro 104 en más detalles. La filtración de sub-banda 102 comprende una pluralidad de filtros intermedios 190, en el que un filtro intermedio 190 se proporciona para cada señal de sub-banda valuada compleja proporcionada a la filtración de sub-banda 102. Por lo tanto, la filtración de sub-banda 102 comprende L filtros intermedios 190.
El convertidor de filtro 104 se conecta a cada uno de los filtros intermedios 190. Como una consecuencia, el convertidor de filtro 104 es capaz de proporcionar las conexiones de filtro para cada uno de los filtros intermedios 190 de la filtración de sub-banda 102. Más detalles que conciernen a la filtración hecha por los filtros intermedios 190 se explicarán en el curso adicional de la solicitud. Por lo tanto, las conexiones de filtro proporcionadas a los diferentes filtros intermedios 190 y emitidas por el convertidor de filtro 104 forman la señal de definición de filtro intermedio.
Además, debe observarse que las realizaciones, soluciones e implementaciones pueden comprender retrasos adicionales y/u opcionales para retrasar cualquiera de las señales o un subconjunto de señales, que se han omitido en la Figura 1a a 1e para simplicidad. También en las Figuras 2 a 11 los retrasos opcionales se han emitido para simplicidad. Sin embargo, los retrasos o retrasadores pueden comprenderse en los elementos mostrados (por ejemplo, filtros) o agregados como elementos opcionales en todas las realizaciones dependiendo de su implementación concreta.
La Figura 2 ilustra el procesamiento de una señal de audio digital por medio de filtro de forma directa 201. Si el mismo filtro se da como entrada al convertidor de filtro 104 de la Figura 1 y la filtración directa 201, un objetivo de diseño para el convertidor de filtro 104 es que la salida de audio digital de 103 debe ser perceptualmente (o auditivamente) indistinguible de la salida de audio digital de la filtración directa 201, si las entradas de audio digital al banco de análisis complejo 101 y la filtración directa 201 son idénticas y el procesamiento en la filtración directa 102 consiste de filtro de sub-banda fija pura.
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En la realización del sistema mostrado en las Figuras 1a a Figura 1e el filtro entrada al convertidor de filtro 104 se da como una señal de definición de filtro, la cual, por ejemplo, puede comprender las conexiones de filtro de un filtro de dominio de tiempo correspondiente, una descripción del dominio de frecuencia (característica de amplitud/frecuencia y/o característica de fase/frecuencia) o una señal de respuesta al impulso del filtro apropiado.
En el caso de la filtración directa 201 la misma señal de definición de filtro, en principio, puede utilizarse. Dependiendo de la implementación concreta y la señal de definición de filtro, la filtración puede llevarse a cabo por aplicación directa de las conexiones de filtro en el marco de un filtro digital, por una transformada de Fourier discreta junto con una función de transferencia u otra descripción del dominio de frecuencia o por medio de convolución con la señal de respuesta al impulso.
La Figura 3 ilustra una realización preferida de un convertidor de filtro 104 de acuerdo con la presente invención como una realización de un generador de filtro. Se asume que el filtro se da por su respuesta al impulso. Viendo esta respuesta al impulso como una señal de tiempo discreto, se analiza por un banco (de filtros) de análisis complejo de L-banda 301. Las salidas de señal de sub-banda resultantes son entonces exactamente las respuestas al impulso de filtros a aplicarse por separado en cada sub-banda en la filtración de sub-banda 102. En la realización preferida mostrada en la Figura 3, la señal de definición de filtro proporcionada al convertidor de filtro 104 y su banco de análisis complejo o banco de filtros de análisis complejo 301 es la señal de respuesta al impulso indicativa de la característica de amplitud/frecuencia de un filtro, que está por transferirse hacia el dominio de sub-banda. Por lo tanto, la salida del banco (de filtros) de análisis complejo 301 de cada una de las L sub-bandas representa la respuesta al impulso de los filtros intermedios comprendidos en la filtración de sub-banda 102.
El banco de análisis complejo 301, en principio, se deriva del banco de análisis 101 pero tiene un filtro prototipo diferente y una estructura de modulación ligeramente diferente, los detalles de la cual se delinearán en la siguiente descripción. Los mismos algoritmos rápidos que se utilizan para una implementación del banco de análisis complejo 101 pueden volverse a utilizar por el banco de análisis complejo 301, conduciendo a un proceso de conversión muy rápido y muy eficiente.
Además, la longitud del filtro prototipo q(v) puede diseñarse para ser solamente una fracción de la longitud del filtro prototipo p(v). Debido al submuestreo por un factor L, la longitud de filtros de sub-banda también es un factor L más pequeño que la suma de las longitudes del filtro de dominio de tiempo dado y el filtro prototipo q(v). El esfuerzo computacional se reduce de esta manera en comparación con la filtración de forma directa 201 por aproximadamente un factor de L/4. El factor de compensación de 4 se debe al reemplazo de filtro real con filtración compleja. Otra compensación es el costo computacional de los bancos complejos de análisis y síntesis 101 y 103. Para implementaciones eficientes este costo es comparable con el costo de filtros FIR preferentemente cortos, y por lo tanto insignificante, como se subraya antes. Además, esta compensación de la reducción en costo computacional no existe para sistemas que ya emplean estos dos bancos de filtros 101 y 103.
La Figura 4 ilustra un ejemplo de una respuesta dada al impulso del filtro 400. Consiste de 192 (= 64 3) conexiones sin cero. En otras palabras, la respuesta al impulso 400 mostrada en la Figura 4 comprende 192 valores sin disipación.
En la presente aplicación, una llave no disipante o valor es una llave o un valor que es idealmente no igual a cero. Sin embargo, debido a los límites de implementación en el marco de esta aplicación un valor no disipante o llave es una llave valuada compleja o valuada real o valor con un valor absoluto que es más grande que un umbral predeterminado, por ejemplo 10-s o 2-s, en el que s es un número entero positivo dependiendo de los requerimientos de una implementación concreta. En sistemas digitales este umbral se define preferentemente en el sistema binario (base 2), en el que el número entero s tiene un valor predeterminado dependiendo de las especificaciones de la implementación. Típicamente, el valor s es 4, 5, 6, 7, 8, 10, 12, 14, 16 o 32.
La respuesta al impulso 400 del sistema de la Figura 1 es indistinguible de esta respuesta al impulso dada en la resolución de la imagen, en un caso en el que se aplica un banco de filtros de banda L = 64 con un filtro prototipo de longitud 640 (= 64 10) y un filtro prototipo de longitud 192 (= 64 3) se utiliza para el convertidor de filtro 104 de la Figura 3. Los filtros de sub-banda intermedios correspondiente tienen solamente 5 (= 3+3-1) conexiones cada uno, como se explicará más adelante.
La Figura 5 ilustra la respuesta al impulso 410 del sistema de la Figura 1 con un banco de filtros 64 de banda, en un caso especial que corresponde a un uso de la técnica anterior para el ajuste de envoltura y ecualización. En este caso, los filtros de sub-banda o preferentemente los filtros intermedios 190 son todos de una llave solamente, de manera que se aplica una ganancia compleja constante a cada sub-banda. Para cada sub-banda, la ganancia correspondiente se elige por ser igual a la respuesta de frecuencia compleja del filtro de la Figura 4 evaluado en la frecuencia central de la sub-banda particular. Como puede observarse a partir del resultado, existen artefactos preeco severos y habrá una diferencia perceptual significativa entre la aplicación de esta respuesta de filtro en comparación con la respuesta al impulso objetivo 400 de la Figura 4.
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La Figura 6 ilustra la respuesta de magnitud 420 del filtro de la Figura 4. La escala de frecuencias de la Figura 6 se ajusta a la resolución de un banco de filtros de 64 banda (L = 64).
La Figura 7 ilustra la respuesta de magnitud 430 del filtro subyacente a la respuesta al impulso 410 mostrada en la Figura 5. Como puede observarse, el uso de solamente una ganancia por sub-banda resultado en una aproximación deficiente a la respuesta de frecuencia deseada. La razón principal de esto es la rápida variación del espectro de fase objetivo. De hecho, este método de la técnica anterior se adecua mejor en el modelado de respuestas de fase lineal.
La Figura 8 finalmente compara el desempeño de una realización de la presente invención y del método de la técnica anterior de ajuste de ganancia complejo de las sub-bandas. La curva punteada es un diseño de la respuesta de magnitud objetivo 420 de la Figura 6. La curva rayada 440 es la respuesta de magnitud de la diferencia entre las respuestas de frecuencia complejas del filtro objetivo y su aproximación por el método de la técnica anterior. La curva sólida 450 es la respuesta de magnitud de la diferencia entre las respuestas de frecuencia complejas del filtro objetivo y su aproximación por el método enseñado por la presente invención con los parámetros como se tratan durante la descripción de la Figura 4. Como puede observarse, el error del método de la técnica anterior es pequeño solamente en los 64 puntos medios de las sub-bandas del banco de filtros mientras el método inventivo conduce a una calidad de aproximación en el rango 50 dB. Debe señalarse que esto también es el nivel de desempeño que se mide cuando se compara la salida del sistema inventivo con la salida del sistema de referencia para una señal de entrada arbitraria.
Como la comparación de las dos curvas 440 y 450 en la Figura 8 muestra, una realización de un aparato de filtro inventivo, una realización de un generador de filtro y un sistema que comprende ambas realizaciones ofrece una ventaja significativa que concierne a la calidad de la manipulación de una señal de entrada. La diferencia significativa que concierne a la calidad de filtro (o manipulación) de la señal de entrada subrayada arriba es una consecuencia del hecho de que al menos uno de los filtros intermedios 190 tiene una respuesta al impulso con dos o más valores sin disipación. En otras palabras, al menos uno de los filtros intermedios 190 comprende al menos dos conexiones de filtro sin disipación. Además, es importante observar que el número de las sub-bandas L procesado por una realización de un aparato de filtro es más grande o al menos igual a 2. Sin embargo, el número de las subbandas L es significativamente más pequeño que el número de bandas de frecuencia requeridas para una calidad comparable en el caso de una filtración a base de la transformada de Fourier combinada con un filtro principalmente descrito por una característica de amplitud/frecuencia y/o una característica de fase/frecuencia como la función de transferencia del filtro.
Debido al hecho de que la respuesta al impulso de los filtros intermedios 190 es significativamente más corta que la respuesta al impulso de la característica subyacente de filtro en el dominio de tiempo, las computaciones con respecto a cada sub-banda pueden llevarse a cabo significativamente más rápido. Además, ya que las diferentes señales de sub-banda pueden procesarse independientemente, tanto una realización del aparato de filtro, así como una realización del generador de filtro 104 pueden procesar las señales de entrada respectivas altamente de manera eficiente en una manera rápida y paralela. Por lo tanto, el procesamiento de tanto una entrada de audio digital como una señal de entrada, así como una respuesta al impulso indicativa de una característica de filtro puede llevarse a cabo altamente de manera eficiente en una manera paralela. Como se subraya anteriormente, una realización de un aparato de filtro inventivo así como una realización de un generador de filtro inventivo combinan las ventajas de tanto un procesamiento directo de señales de audio en el dominio de tiempo que conduce a una muy alta calidad como el uso de una combinación de una transformada de Fourier junto con una función de transferencia en el dominio de frecuencia ofreciendo una alta eficiencia ya que cada banda de frecuencia solamente se multiplica con una llave (valuada real o compleja) en el proceso de filtro de la señal.
Por otro lado, las desventajas de tanto, procesar puramente las señales de entrada en el dominio de tiempo, que conduce a un enorme esfuerzo de computación, como aquel de una transformada de Fourier, pueden reducirse significativamente y suprimirse a un nivel que la salida de una realización de un aparato de filtro es perceptualmente indistinguible de la calidad de un procesamiento directo en el dominio de tiempo.
Estas dos ventajas ofrecen una mayor flexibilidad para filtrar señales digitales con características de filtro variables. Esto es especialmente importante en el campo de HRTF, ya que los filtros relacionados con HRTF usualmente tienen una respuesta al impulso muy larga. Por lo tanto, una realización de un aparato de filtro inventivo que comprende un banco de filtros de análisis complejo 101, una pluralidad de filtros intermedios 190 en la filtración de sub-banda 102 y un banco de filtros de síntesis compleja 103 ofrece especialmente en el campo de aplicaciones relacionadas con HRTF ventajas computacionales significativas debido al posible procesamiento paralelo de las señales de sub-banda.
Las realizaciones de un generador de filtro y realizaciones de sistemas que comprenden tanto un aparato de filtro como un generador de filtro ofrecen además la ventaja de que los filtros pueden adaptarse fácilmente a ambientes,
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parámetros específicos u otras necesidades específicas de la aplicación a mano. Especialmente, en términos de las aplicaciones relacionadas con HRTF, una realización de tal un sistema puede utilizarse en aplicaciones de rastreo, en las cuales varias fuentes de sonidos y ruidos, así como la posición del oyente varían con el tiempo. Tal una realización de un sistema que comprende un aparato de filtro y un generador de filtro ofrece por lo tanto una manera altamente eficiente y flexible de presentar una impresión de audio de una instalación tridimensional de fuentes de sonido con respecto a una posición variable y orientación de un oyente hipotético a través de audífonos u otros sistemas de sonido relacionados con la cabeza (sistemas de sonido estéreo).
Como este último ejemplo ilustra, una realización de un aparato de filtro inventivo junto con un generador de filtro inventivo ofrece no solamente un sistema altamente eficiente para manipulación de audio con una calidad excelente, sino que también una manera muy flexible de introducir impresiones de audio en alteración en una manera eficiente.
Bancos de filtros modulados complejos
A continuación, se deja que v=-“ sea la transformada de Fourier del tiempo discreto de una
señal de tiempo discreto z(v). Como antes, v es un número entero que indica un índice o un índice de tiempo de una señal de tiempo, mientras w = 2 n f es la frecuencia circular asociada con la frecuencia f, n es el número circular (n
= 3,1415926...) e i = j =
v-r
es la unidad imaginaria.
El banco de filtros de L -banda modulado exponencial, complejo se define de un filtro prototipo valuado real p(v) de longitud finita. Para las computaciones de abajo se asumirá por extensión con ceros que el filtro prototipo se define para todos los números enteros v. Dada una señal de tiempo discreto valuada real x(v) el banco de filtros de análisis 101 aplica, como ya se explicó, los filtros prototipos modulados complejos seguido por submuestreo por un factor L para emitir las señales de sub-banda,
C,(A) = J] + kL)p(v)exp -/y(*+|){V' + 0)
Vm B *. b J
(1)
para cada índice de sub-banda n= 0,1,...,L-1, e índice de tiempo de número entero k. El índice de tiempo k difiere del índice de tiempo v con respecto al hecho de que k se refiere a las señales submuestreadas, mientras el número entero v indica las señales con la frecuencia muestra completa.
Dadas las señales de sub-banda valuadas complejas dn(k), el banco de filtros de síntesis 103 aplica filtración seguida por muestreo ascendente por un factor de L y una extracción de valor real para emitir las señales valuadas reales, como ya se explicó, para obtener la señal de salida
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(2)
En las ecuaciones (1) y (2) 9 y y representan factores de fase (constantes) para filtrar la señal de tiempo discreto valuada real x(v) hacia la señal de sub-banda valuada compleja y para reconstruir las muestras de salida valuadas reales y(v) de señales de sub-banda valuadas complejas dn(k). Se sabe bien que un filtro prototipo y factores de fase fijos 9y y pueden elegirse para dar la reconstrucción perfecta, y(v) = x(v), en el caso en el que dn(k) = Cn(k), es decir cuando las señales de sub-banda no se alteran. En la práctica, la propiedad de reconstrucción perfecta se mantendrá hasta un retraso (y/o un cambio de señal), pero en las computaciones que siguen, este detalle se ignorará al permitir el uso de un filtro prototipo acausal. La presente invención es aplicable al tipo pseudo QMF del diseño como se enseña por PCT/SE02/00626 “Aliasing reduction using complex exponential modulated filter banks”. Aquí el filtro prototipo es simétrico p(-v) = p(v), y su transformada de Fourier del tiempo discreto P(m) esencialmente
se disipa fuera del intervalo
m\ <n iL
. La reconstrucción perfecta también se reemplaza por una propiedad de reconstrucción casi perfecta. Para la derivación que sigue se asumirá para simplicidad que tanto la reconstrucción
ni L <|^<n
perfecta se mantiene como aquella P(a) = 0 para . Además, se asume que los factores de fase
satisfacen la condición de que y- 9es igual a un número entero múltiplo de 4L.
En un banco de filtros críticamente muestreado, la alteración de las señales de sub-banda antes de la síntesis usualmente conduce a la introducción de artefactos de alineación. Esto se supera aquí debido al hecho de que un sobremuestreo por un factor dos se introduce al utilizar señales valuadas complejas. Aunque la velocidad de muestreo total de las muestras de sub-banda es idéntica a la velocidad de muestreo de la señal de entrada del tiempo discreto, la señal de entrada es valuada en real y las muestras de sub-banda son valuadas complejas. Como
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se delineará abajo, la ausencia de alias abre la puerta para procesamiento de señal invariante eficiente en tiempo. Filtración de sub-banda en un banco de filtros modulado complejo
Considerar la modificación de filtro de sub-banda 102 de cada señal de sub-banda obtenida al filtrar las muestras de análisis Cn(k) del banco de análisis complejo 101 con un filtro con respuesta al impulso gn(k) antes de la síntesis (2) realizada por el banco (de filtros) de síntesis compleja 103
■ (3)
Las computaciones elementales muestran que dada las suposiciones en la respuesta de frecuencia del filtro prototipo, el efecto resultante en la señal de tiempo reconstruida es aquella de una filtración de tiempo discreto.
Y (m) = G(m) X (m)
(4)
en el que
imagen2
(5)
A . Gn (m) = Z kgn (k )exp(-ikm) Aquí, k
sub-banda n para n > 0 y
es la transformada de Fourier del tiempo discreto del filtro aplicada en la
:: i ' para n < 0. (6)
en el que * indica conjugación compleja. Observar aquí que el caso especial Gn(m) = 1 conduce a Gn(m) = 1 en (5) debido al diseño especial asumido del prototipo p(v), que implica
(7)
imagen3
Otro caso de interés es Gn(m) = exp(-i®) que conduce a Gn(m) = exp(-iLm), de manera que y(v) = x(v-L).
Aproximación de una respuesta de filtro dada por la filtración de sub-banda
Si H(m) es un filtro dado (por ejemplo, función de transferencia) con respuesta al impulso valuada real h(v). Este dato se considera como entrada al convertidor de filtro 104. En vista de (5) y (7), se da una elección trivial para los filtros de sub-banda que resulta en la respuesta deseada G(m) = H(m) por
Gn(&)=H(a/L)
' para
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(8)
La desventaja de esta fórmula es que, aunque H(m) es una función lisa de m, el segmento en periodos de ella definido por (8) mostrará saltos y la respuesta al impulso de los filtros de sub-banda será innecesariamente larga. El uso de la técnica anterior del banco pseudo QMF complejo para ecualización o ajuste de envoltura consiste de aplicar una ganancia única gn en cada sub-banda, lo que resulta en la función de transferencia
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(9)
con la extensión gn = -g*-i-n para n < 0 definida de acuerdo con (6). En vista de (7), uno logra
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para
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(10)
y la función de transferencia se interpola entre aquellas frecuencias. Para respuestas de filtro objetivo H(a>) que varían lentamente como una función de la frecuencia m, un primer método de aproximación del filtro por lo tanto se obtiene al elegir
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(11)
Un ejemplo de la calidad resultante de este procedimiento se da en las Figuras 5 y 7.
De acuerdo con una realización de la presente invención un generador de filtro o un convertidor de filtro 104 se utiliza para enseñar a convertir el filtro (definido por su respuesta al impulso) h(v) en filtros de sub-banda intermedios 190 por medio del segundo banco de filtros de análisis 301 que emplea el filtro prototipo valuado real q(v),
2n(k)= ¿ My +*£)í(y)ttÉpl -4(íJ+f)l
V = -SS \ i
(12)
En términos de transformadas de Fourier esto lee
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(13)
La ventaja de este procedimiento es que cualquier filtro dado h(v) puede transformarse de manera eficiente en respuestas de filtro de sub-banda intermedio. Si q(v) tiene conexiones Kq ■ L, un filtro de dominio de tiempo h(v) de conexiones Kh ■ L se convierte en filtros de dominio de sub-banda (12) con conexiones Kh + Kq - 1, en el que Kh y Kq son números enteros positivos. Con respecto a los números ejemplificativos dados en el contexto de la descripción de la Figura 4, Kh y Kq son iguales a 3 y con una longitud de filtro prototipo y una respuesta al impulso que corresponde a una longitud de 3 64 = 192 (L = 64) cada uno. Por lo tanto, cada filtro de sub-banda intermedio 190 tiene una longitud de respuesta al impulso de solamente 3 + 3 - 1 = 5 conexiones cada uno.
Diseño del filtro prototipo para el convertidor de filtro
La inserción (13) en (5) produce
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(14)
Así, la condición para G(m) = H(m) para mantener es que
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(15)
en el que ¿[/] = 1 para l = 0 y ó[l] = 0 para l * 0. Una solución simple a (15) se da por el filtro de pared de ladrillo
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Este filtro prototipo corresponde a la elección (8) y tiene la desventaja de tener una respuesta lentamente en decadencia e infinita al impulso q(v). En su lugar, la presente invención enseña a resolver (15) aproximadamente (por ejemplo, en el sentido de mínimos cuadrados) con un filtro de respuesta finita al impulso q(v). El equivalente de dominio de tiempo de (15) es el sistema de ecuaciones lineales para n = 0,1,...,L-1 y para todos los números enteros
k,
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¿ ^~^L)q(n + vQ = r
en el que
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' (17)
es la autocorrelación de p(v). Para cualquier longitud de soporte dada, el sistema de ecuaciones lineales (16) puede resolverse en el sentido de mínimos cuadrados para un filtro prototipo q(v). Es deseable utilizar un soporte significativamente más corto que aquel del filtro prototipo del banco de filtros original p(v), y en ese caso el sistema lineal (16) se sobredetermina. Una calidad dada de aproximación también puede intercambiarse por otras propiedades deseables a través de la optimización de unión. Un ejemplo de tal una propiedad es un tipo paso bajo de respuesta de frecuencia Q(a>).
A continuación, se describe la determinación de una representación QMF multi-ranuras (dominio de sub-banda) de los filtros HRTF. La conversión de filtro del dominio de tiempo en el dominio de sub-banda QMF complejo se realiza por un filtro FIR en el convertidor de filtro 104 de la Figura 1a. Para ser más precisos, la siguiente descripción subraya un método para implementar un filtro FIR dado h(v) de longitud Nh en el dominio de sub-banda QMF complejo. El principio de la operación se ilustra en la Figura 1a en el caso de un sistema que también comprende una realización de un aparato de filtro inventivo.
La filtración de sub-banda por si misma se lleva a cabo por un conjunto de o una pluralidad de filtros intermedios 190 dentro de la filtración de sub-banda 102. Para ser más precisos, la filtración de sub-banda consiste de la aplicación separada de un filtro intermedio FIR valuado complejo gn(l) para cada sub-banda QMF con un índice n = 0,1,...,63. En otras palabras, en la siguiente descripción se hará especial referencia a las realizaciones con L = 64 diferentes señales de sub-banda. Sin embargo, este número de señales de sub-banda específico no es esencial y las ecuaciones apropiadas también se darán en una forma más general.
Uno de los componentes clave del sistema mostrado en la Figura 1a es el convertidor de filtro 104, que convierte el filtro FIR de dominio de tiempo dado h(v) en los filtros de dominio de sub-banda complejos gn(l). El convertidor de filtro 104 comprende un banco de análisis complejo 301 similar al banco de análisis QMF 101. El filtro prototipo del banco de filtros de análisis complejo 301 del convertidor de filtro 104 q(v) de longitud 192 (= 3 64) para el caso específico de L = 64 señales de sub-banda se crea al resolver en el sentido de mínimos cuadrados el sistema sobredeterminado de la ecuación (16). Los coeficientes de filtro q(v) o preferentemente las relaciones que cumplen, se describirán en más detalle para el caso de L = 64 señales de sub-banda más adelante.
Para ser más exactos en términos de descripción matemática, una extensión con ceros en el filtro FIR de dominio de tiempo se define por
h(o) =
[h(o), v = 0,l,—,Nh -1,
[0 , de otro modo
(18)
Los filtros de dominio de sub-banda intermedios resultantes se basan en la ecuación (12) y pueden expresarse en el caso general como
£,(0 = ¿Hu+Mí- Ü8- fffa)■ expí- í y Íh + - y, )1
■ ■' ' (19)
en el que lo y vo son retrasos, l es un número entero que indica un índice de las conexiones de filtro y Nq (= Nq) es la longitud de la respuesta al impulso del filtro prototipo q(v).
Debe observarse, que en el marco de la presente aplicación bajo una ecuación que se basa en una ecuación, se entiende una introducción de factores de retrasos adicionales (cf. lo y vo), coeficientes adicionales y una introducción de una función de ventana u otra función simple.
En el caso L = 64, la expresión para los filtros de dominio de sub-banda o filtros intermedios 190 se vuelve
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
55
imagen13
(20)
Estos filtros de subdominio tienen una longitud Lq = Kh + 2, donde
Kh =¡N„ /64"| (21)
y Nh es la longitud de la respuesta al impulso h(v) de las características de filtro a transferirse hacia el dominio de sub-banda.
En este caso, el número entero n = 0, 1, 63 de nuevo es el índice de una sub-banda y l = 0, 1, (Kh+1) es un
número entero que indica las conexiones de los filtros intermedios resultantes 190.
La adición extra de (-2) en la ecuación (20) en comparación con la ecuación (12) está ahí, debido a que la ecuación (12) se desarrolla sin considerar la baja de filtros. Las implementaciones reales siempre causarán introducir retrasos. Por lo tanto, dependiendo de la implementación concreta, los retrasadores o retrasos adicionales pueden implementarse en las realizaciones mostradas en las Figuras 1a a 1e y las Figuras 2 a 11, que se han omitido para simplicidad en las Figuras mencionadas.
Como se subraya anteriormente, en muchos casos el sistema de ecuaciones lineales (16) se sobredetermina. Sin embargo, puede resolverse o aproximarse en el sentido de mínimos cuadrados con respecto a los coeficientes de filtro prototipo q(v). La resolución del sistema de ecuaciones lineales (16) en el sentido de mínimos cuadrados, conduce a las conexiones de filtro del filtro prototipo q(v) para cumplir las siguientes relaciones para números enteros v de 0 a 191:
-0
"3- o CM < ■O O IA CM O CM O
-0
,199 < q[1] < ; -0,197
-0
,194 < q[2] < ; -0,192
-0
,189 < q[3] < ; -0,187
-0
,183 < q[4] < ; -0,181
-0
,178 < q[5] < ; -0,176
-0
,172 < q[6] < ; -0,170
-0
,166 < q[7] < ; -0,164
-0
,160 < q[8] < ; -0,158
-0
,154 < q[9] < ; -0,152
-0
,148 < q[10] < -0,146
-0
,142 < q[11] < -0,140
-0
,135 < q[12] < -0,133
-0
,129 < q[13] < -0,127
-0
,122 < q[14] < -0,120
-0
,116 < q[15] < -0,114
-0
,109 < q[16] < -0,107
-0
,102 < q[17] < -0,100
-0
096 < q[18] < -0,094
-0
089 < q[19] < -0,087
-0
082 < q[20] < -0,080
-0
075 < q[21] < -0,073
-0
068 < q[22] < -0,066
-0
,061 < q[23] < -0,059
-0
054 < q[24] < -0,052
-0
046 < q[25] < -0,044
-0
039 < q[26] < -0,037
-0
032 < q[27] < -0,030
-0
024 < q[28] < -0,022
-0
,017 < q[29] < -0,015
-0
009 < q[30] < -0,007
-0
002 < q[31] < 0,000
0,006 < q[32] < 0,008 0,014 < q[33] < 0,016 0,021 < q[34] < 0,023

Claims (27)

  1. 5
    10
    15
    20
    25
    30
    35
    40
    45
    50
    55
    60
    REIVINDICACIONES
    1. Aparato de filtro para filtrar una señal de entrada de dominio de tiempo para obtener una señal de salida de dominio de tiempo, que es una representación de la señal de entrada de dominio de tiempo filtrada usando una característica de filtro que tiene una característica de amplitud/frecuencia no uniforme, que comprende:
    un banco de filtro de análisis complejo (101) para generar una pluralidad de señales de sub-banda complejas a partir de la señal de entrada de dominio de tiempo;
    una pluralidad de filtros intermedios (190) para filtrar la pluralidad de señales de sub-banda complejas para obtener una pluralidad de señales de sub-banda complejas filtradas,
    en el que al menos uno de los filtros intermedios (190) de la pluralidad de los filtros intermedios (190) tiene una característica de amplitud/frecuencia no uniforme intermedia,
    en el que cada filtro intermedio de la pluralidad de filtros intermedios (190) tiene una respuesta de impulso más corta en comparación con una respuesta de impulso de un filtro que tiene la característica de filtro que tiene la característica de amplitud/frecuencia no uniforme, y
    en el que las características de amplitud/frecuencia no uniformes intermedias de la pluralidad de filtros intermedios juntas representan la característica de filtro de amplitud/frecuencia no uniforme; y un banco de filtros de síntesis compleja (103) para sintetizar la pluralidad de señales de sub-banda complejas filtradas emitidas por los filtros intermedios (190) para obtener la señal de salida en el dominio del tiempo.
  2. 2. Aparato de filtro según la reivindicación 1, en el que al menos uno de los filtros inmediatos (190) tiene, como característica de amplitud/frecuencia no uniforme intermedia, una característica de filtro de paso bajo, una característica de filtro de paso alto, una característica de filtro de paso de banda, una característica de filtro de rechazo de banda o característica de filtro de muesca.
  3. 3. Aparato de filtro según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que los filtros intermedios (190) de la pluralidad de filtros intermedios (190) son filtros de respuesta de impulso finitos.
  4. 4. Aparato de filtro según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que cada filtro intermedio (190) es operativo para tener una respuesta de impulso que depende de una señal de definición de filtro intermedia.
  5. 5. Aparato de filtro según la reivindicación 4, en el que la pluralidad de filtros intermedios (190) es operativa para recibir la señal de definición de filtro intermedia desde una base de datos (500) o desde un procesador (510).
  6. 6. Aparato de filtro según cualquiera de las reivindicaciones 4 o 5, en el que la pluralidad de filtros intermedios es operativa para recibir la señal de definición de filtro intermedia desde un proveedor de señal de definición de filtro intermedio (104) para proporcionar la señal de definición de filtro intermedio, comprendiendo el generador de filtro:
    un banco de filtros modulados complejos (301) para filtrar una señal de respuesta de impulso indicativa de la característica de filtro de amplitud/frecuencia en un dominio de tiempo para obtener una pluralidad de señales de sub-banda de valor complejo como la señal de definición de filtro intermedio,
    en el que cada filtro intermedio (190) de la pluralidad de filtros intermedios (190) se define de manera que la respuesta de impulso para el filtro intermedio (190) corresponde a una señal de sub-banda de valor complejo de la pluralidad de señales de sub-banda de valor complejo,
    en el que el banco de filtros modulados complejos (301) y la señal de respuesta de impulso indicativa de las características de filtro de amplitud/frecuencia intermedias son tales que al menos una de las señales de subbanda con valores complejos comprende al menos dos valores diferentes de cero, y
    en el que cada señal compleja de sub-banda es más corta en las muestras que la señal de respuesta al impulso.
  7. 7. Aparato de filtro según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el banco de filtros de análisis complejos (101) está operativo para dar salida a L señales de sub-banda complejas, en el que la pluralidad de filtros intermedios (190) comprende L filtros intermedios (190), en el que el banco de filtro de síntesis compleja (103) es operativo para sintetizar la salida de L filtros intermedios (190), y en el que L es un entero positivo mayor que 1.
  8. 8. Aparato de filtro según la reivindicación 7, en el que el banco de filtros de análisis complejos (101), la pluralidad de filtros intermedios (190) y el banco de filtros de síntesis compleja (103) son operativos para tener L = 64.
  9. 9. Aparato de filtro según cualquiera de las reivindicaciones 7 u 8, en el que la pluralidad de filtros intermedios (190) es operativa para filtrar las señales complejas de sub-banda según la ecuación
    = (3)
    en la que n es un número entero en el rango de 0 a (L-1) que indica un índice de las señales de sub-banda, en la
    5
    10
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    25
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    35
    40
    45
    50
    55
    que L y k son enteros, en la que dn(k) es la salida del filtro intermedio (190) de la señal de sub-banda con el índice n, en la que cn(k) es la señal de sub-banda con el índice n y en la que gn(l) es la respuesta de impulso del filtro intermedio (190) para la señal de sub-banda con el índice n.
  10. 10. Aparato de filtro según cualquiera de las reivindicaciones 7 a 9, en el que el filtro intermedio (190) con un índice n tiene una respuesta de impulso gn(k), que se basa en la ecuación
    imagen1
    en la que n es un número entero en el rango de 0 a (L-1) que indica el índice de la señal de sub-banda, en la que k y v son enteros, en la que h(v) es la respuesta de un filtro que tiene la característica de filtro, en la que n = 3,1415926 ... es el número circular, en la que i = V-1 es la unidad compleja, y en donde q(v) son grifos de filtro de prototipo con valor real.
  11. 11. Aparato de filtro según cualquiera de las reivindicaciones 7 a 9, en el que al menos uno de los filtros intermedios (190) con un índice n tiene una respuesta de impulso gn(k), que se basa en la ecuación
    Sn{l) = + 64 • Q - 2))- exP^- - 95)
    (20)
    en la que
    h(o) =
    h(u), u = 0,l,—,Nh -1, 0 , de otro modo
    (18)
    donde Nh es la duración de la respuesta al impulso h(v) de un filtro que tiene la característica de filtro, en la que n = 3,1415926 ... es el número circular, en la que i = V-1 es la unidad compleja, y en la que q(v) son grifos de filtro prototipo con valor real.
  12. 12. Aparato de filtro según cualquiera de las reivindicaciones 10 u 11, en el que los filtros intermedios (190) están adaptados para que el prototipo de filtro q(v) cumpla para enteros v de 0 a 191 las relaciones:
    -0,204 < q[0] < -0,202 -0,199 < q[1] < -0,197 -0,194 < q[2] < -0,192 -0,189 < q[3] < -0,187 -0,183 < q[4] < -0,181 -0,178 < q[5] < -0,176 -0,172 < q[6] < -0,170 -0,166 < q[7] < -0,164 -0,160 < q[8] < -0,158 -0,154 < q[9] < -0,152 -0,148 < q[10] < -0,146 -0,142 < q[11] < -0,140 -0,135 < q[12] < -0,133 -0,129 < q[13] < -0,127 -0,122 < q[14] < -0,120 -0,116 < q[15] < -0,114 -0,109 < q[16] < -0,107 -0,102 < q[17] < -0,100 -0,096 < q[18] < -0,094 -0,089 < q[19] < -0,087 -0,082 < q[20] < -0,080 -0,075 < q[21] < -0,073 -0,068 < q[22] < -0,066 -0,061 < q[23] < -0,059 -0,054 < q[24] < -0,052 -0,046 < q[25] < -0,044
    5
    10
    15
    20
    25
    30
    35
    40
    45
    50
    55
    60
    -0,039 < q[26] < -0,037 -0,032 < q[27] < -0,030 -0,024 < q[28] < -0,022 -0,017 < q[29] < -0,015 -0,009 < q[30] < -0,007 -0,002 < q[31] < 0,000 0,006 < q[32] < 0,008 0,014 < q[33] < 0,016 0,021 < q[34] < 0,023 0,029 < q[35] < 0,031 0,037 < q[36] < 0,039 0,045 < q[37] < 0,047 0,054 < q[38] < 0,056 0,062 < q[39] < 0,064 0,070 < q[40] < 0,072 0,079 < q[41] < 0,081 0,087 < q[42] < 0,089 0,096 < q[43] < 0,098 0,105 < q[44] < 0,107 0,113 < q[45] < 0,115 0,122 < q[46] < 0,124 0,132 < q[47] < 0,134 0,141 < q[48] < 0,143 0,150 < q[49] < 0,152 0,160 < q[50] < 0,162 0,170 < q[51] < 0,172 0,180 < q[52] < 0,182 0,190 < q[53] < 0,192 0,200 < q[54] < 0,202 0,210 < q[55] < 0,212 0,221 < q[56] < 0,223 0,232 < q[57] < 0,234 0,243 < q[58] < 0,245 0,254 < q[59] < 0,256 0,266 < q[60] < 0,268 0,278 < q[61] < 0,280 0,290 < q[62] < 0,292 0,303 < q[63] < 0,305 0,902 < q[64] < 0,904 0,909 < q[65] < 0,911 0,917 < q[66] < 0,919 0,924 < q[67] < 0,926 0,930 < q[68] < 0,932 0,936 < q[69] < 0,938 0,942 < q[70] < 0,944 0,947 < q[71] < 0,949 0,952 < q[72] < 0,954 0,957 < q[73] < 0,959 0,961 < q[74] < 0,963 0,965 < q[75] < 0,967 0,969 < q[76] < 0,971 0,972 < q[77] < 0,974 0,975 < q[78] < 0,977 0,978 < q[79] < 0,980 0,981 < q[80] < 0,983 0,984 < q[81] < 0,986 0,986 < q[82] < 0,988 0,988 < q[83] < 0,990 0,990 < q[84] < 0,992 0,992 < q[85] < 0,994
    5
    10
    15
    20
    25
    30
    35
    40
    45
    50
    55
    60
    0,993 < q[86] < 0,995 < q[87] < 0,996 < q[88] < 0,997 < q[89] < 0,998 < q[90] < 0,999 < q[91] < 0,999 < q[92] <
    1.000 < q[93] <
    1.000 < q[94] <
    1.000 < q[95] <
    1.000 < q[96] <
    1.000 < q[97] < 0,999 < q[98] < 0,999 < q[99] < 0,998 < q[100] 0,997 < q[101 ] 0,996 < q[102] 0,995 < q[103] 0,993 < q[104] 0,992 < q[105] 0,990 < q[106] 0,988 < q[107] 0,986 < q[108] 0,984 < q[109] 0,981 < q[110] 0,978 < q[111] 0,975 < q[112] 0,972 < q[113] 0,969 < q[114] 0,965 < q[115] 0,961 < q[116] 0,957 < q[117] 0,952 < q[118] 0,947 < q[119] 0,942 < q[120] 0,936 < q[121 ] 0,930 < q[122] 0,924 < q[123] 0,917 < q[124] 0,909 < q[125] 0,902 < q[126] 0,893 < q[127] 0,290 < q[128] 0,278 < q[129] 0,266 < q[130] 0,254 < q[131 ] 0,243 < q[132] 0,232 < q[133] 0,221 < q[134] 0,210 < q[135] 0,200 < q[136] 0,190 < q[137] 0,180 < q[138] 0,170 < q[139] 0,160 < q[140] 0,150 < q[141 ] 0,141 < q[142] 0,132 < q[143] 0,122 < q[144] 0,113 < q[145]
    0,995 0,997 0,998 0,999 1,000 1,001 1,001 1,002 1,002 1,002 1,002 1,002 1,001 1,001 < 1,000

    < 0,999

    < 0,998

    < 0,997

    < 0,995

    < 0,994

    < 0,992

    < 0,990

    < 0,988

    < 0,986

    < 0,983

    < 0,980

    < 0,977

    < 0,974

    < 0,971

    < 0,967

    < 0,963

    < 0,959

    < 0,954

    < 0,949

    < 0,944

    < 0,938

    < 0,932

    < 0,926

    < 0,919

    < 0,911

    < 0,904

    < 0,895

    < 0,292
    < 0,280 < 0,268

    < 0,256

    < 0,245

    < 0,234

    < 0,223
    < 0,212 < 0,202

    < 0,192

    < 0,182

    < 0,172

    < 0,162

    < 0,152

    < 0,143

    < 0,134

    < 0,124

    < 0,115
    5
    10
    15
    20
    25
    30
    35
    40
    45
    50
    55
    60
    0,105 < q[146] 0,096 < q[147] 0,087 < q[148] 0,079 < q[149] 0,070 < q[150] 0,062 < q[151 ] 0,054 < q[152] 0,045 < q[153] 0,037 < q[154] 0,029 < q[155] 0,021 < q[156] 0,014 < q[157] 0,006 < q[158] -0,002 < q[159] -0,009 < q[160] -0,017 < q[161 ] -0,024 < q[162] -0,032 < q[163] -0,039 < q[164] -0,046 < q[165] -0,054 < q[166] -0,061 < q[167] -0,068 < q[168] -0,075 < q[169] -0,082 < q[170] -0,089 < q[171] -0,096 < q[172] -0,102 < q[173] -0,109 < q[174] -0,116 < q[175] -0,122 < q[176] -0,129 < q[177] -0,135 < q[178] -0,142 < q[179] -0,148 < q[180] -0,154 < q[181 ] -0,160 < q[182] -0,166 < q[183] -0,172 < q[184] -0,178 < q[185] -0,183 < q[186] -0,189 < q[187] -0,194 < q[188] -0,199 < q[189] -0,204 < q[190] -0,209 < q[191 ]

    < 0,107

    < 0,098

    < 0,089

    < 0,081

    < 0,072

    < 0,064

    < 0,056

    < 0,047

    < 0,039

    < 0,031

    < 0,023
    < 0,016 < 0,008
    VI
    o o o o
    VI
    -0, o o -vi
    VI
    -0, o en
    VI
    -0, CM CM o
    VI
    -0, o co o
    VI
    -0, 037
    VI
    -0, 044
    VI
    -0, CM LO o
    VI
    -0, o en co
    VI
    -0, co co o
    VI
    -0, 073
    VI
    -0, o 00 o
    VI
    -0, o 00 -vi
    VI
    -0, o co 4^
    VI
    -0, o o
    VI
    -0, 107
    VI
    -0, 114
    VI
    -0, 120
    VI
    -0, 127
    VI
    -0, 133
    VI
    -0, 140
    VI
    -0, 146
    VI
    -0, CM LO
    VI
    -0, en 00
    VI
    -0, 164
    VI
    -0, 170
    VI
    -0, 176
    VI
    -0, 00
    VI
    -0, 00 -vi
    VI
    -0, 192
    VI
    -0, 197
    VI
    -0, CM o CM
    VI
    -0, 207
  13. 13. Aparato de filtro según cualquiera de las reivindicaciones 10 a 12, en el que los filtros intermedios (190) están adaptados para que los grifos de filtro de prototipo q(v) cumplan para enteros v de 0 a 191 las relaciones:
    -0,20294 < q[0] < -0,20292 -0,19804 < q[1] < -0,19802 -0,19295 < q[2] < -0,19293 -0,18768 < q[3] < -0,18766 -0,18226 < q[4] < -0,18224 -0,17668 < q[5] < -0,17666 -0,17097 < q[6] < -0,17095 -0,16514 < q[7] < -0,16512 -0,15919 < q[8] < -0,15917 -0,15313 < q[9] < -0,15311 -0,14697 < q[10] < -0,14695
    5
    10
    15
    20
    25
    30
    35
    40
    45
    50
    55
    60
    -0,14071 < q[11] < -0,14069 -0,13437 < q[12] < -0,13435 -0,12794 < q[13] < -0,12792 -0,12144 < q[14] < -0,12142 -0,11486 < q[15] < -0,11484 -0,10821 < q[16] < -0,10819 -0,10149 < q[17] < -0,10147 -0,09471 < q[18] < -0,09469 -0,08786 < q[19] < -0,08784 -0,08095 < q[20] < -0,08093 -0,07397 < q[21] < -0,07395 -0,06694 < q[22] < -0,06692 -0,05984 < q[23] < -0,05982 -0,05269 < q[24] < -0,05267 -0,04547 < q[25] < -0,04545 -0,03819 < q[26] < -0,03817 -0,03085 < q[27] < -0,03083 -0,02345 < q[28] < -0,02343 -0,01598 < q[29] < -0,01596 -0,00845 < q[30] < -0,00843 -0,00084 < q[31] < -0,00082 0,00683 < q[32] < 0,00685 0,01458 < q[33] < 0,01460 0,02240 < q[34] < 0,02242 0,03030 < q[35] < 0,03032 0,03828 < q[36] < 0,03830 0,04635 < q[37] < 0,04637 0,05451 < q[38] < 0,05453 0,06275 < q[39] < 0,06277 0,07110 < q[40] < 0,07112 0,07954 < q[41] < 0,07956 0,08809 < q[42] < 0,08811 0,09675 < q[43] < 0,09677 0,10552 < q[44] < 0,10554 0,11442 < q[45] < 0,11444 0,12344 < q[46] < 0,12346 0,13259 < q[47] < 0,13261 0,14189 < q[48] < 0,14191 0,15132 < q[49] < 0,15134 0,16091 < q[50] < 0,16093 0,17066 < q[51] < 0,17068 0,18058 < q[52] < 0,18060 0,19067 < q[53] < 0,19069 0,20095 < q[54] < 0,20097 0,21143 < q[55] < 0,21145 0,22211 < q[56] < 0,22213 0,23300 < q[57] < 0,23302 0,24412 < q[58] < 0,24414 0,25549 < q[59] < 0,25551 0,26711 < q[60] < 0,26713 0,27899 < q[61] < 0,27901 0,29117 < q[62] < 0,29119 0,30364 < q[63] < 0,30366 0,90252 < q[64] < 0,90254 0,91035 < q[65] < 0,91037 0,91769 < q[66] < 0,91771 0,92457 < q[67] < 0,92459 0,93101 < q[68] < 0,93103 0,93705 < q[69] < 0,93707 0,94270 < q[70] < 0,94272
    5
    10
    15
    20
    25
    30
    35
    40
    45
    50
    55
    60
    0,94800 < q[71] < 0,94802 0,95295 < q[72] < 0,95297 0,95758 < q[73] < 0,95760 0,96190 < q[74] < 0,96192 0,96593 < q[75] < 0,96595 0,96968 < q[76] < 0,96970 0,97317 < q[77] < 0,97319 0,97641 < q[78] < 0,97643 0,97940 < q[79] < 0,97942 0,98217 < q[80] < 0,98219 0,98472 < q[81] < 0,98474 0,98706 < q[82] < 0,98708 0,98919 < q[83] < 0,98921 0,99113 < q[84] < 0,99115 0,99288 < q[85] < 0,99290 0,99444 < q[86] < 0,99446 0,99583 < q[87] < 0,99585 0,99704 < q[88] < 0,99706 0,99809 < q[89] < 0,99811 0,99896 < q[90] < 0,99898 0,99967 < q[91] < 0,99969
    1.00023 < q[92] < 1,00025
    1.00062 < q[93] < 1,00064
    1.00086 < q[94] < 1,00088 1,00093 < q[95] < 1,00095
    1.00086 < q[96] < 1,00088
    1.00062 < q[97] < 1,00064
    1.00023 < q[98] < 1,00025 0,99967 < q[99] < 0,99969 0,99896 < q[100] < 0,99898 0,99809 < q[101] < 0,99811 0,99704 < q[102] < 0,99706 0,99583 < q[103] < 0,99585 0,99444 < q[104] < 0,99446 0,99288 < q[105] < 0,99290 0,99113 < q[106] < 0,99115 0,98919 < q[107] < 0,98921 0,98706 < q[108] < 0,98708 0,98472 < q[109] < 0,98474 0,98217 < q[110] < 0,98219 0,97940 < q[111] < 0,97942 0,97641 < q[112] < 0,97643 0,97317 < q[113] < 0,97319 0,96968 < q[114] < 0,96970 0,96593 < q[115] < 0,96595 0,96190 < q[116] < 0,96192 0,95758 < q[117] < 0,95760 0,95295 < q[118] < 0,95297 0,94800 < q[119] < 0,94802 0,94270 < q[120] < 0,94272 0,93705 < q[121] < 0,93707 0,93101 < q[122] < 0,93103 0,92457 < q[123] < 0,92459 0,91769 < q[124] < 0,91771 0,91035 < q[125] < 0,91037 0,90252 < q[126] < 0,90254 0,89416 < q[127] < 0,89418 0,29117 < q[128] < 0,29119 0,27899 < q[129] < 0,27901 0,26711 < q[130] < 0,26713
    5
    10
    15
    20
    25
    30
    35
    40
    45
    50
    55
    60
    0,25549 < q[131] < 0,25551 0,24412 < q[132] < 0,24414 0,23300 < q[133] < 0,23302 0,22211 < q[134] < 0,22213 0,21143 < q[135] < 0,21145 0,20095 < q[136] < 0,20097 0,19067 < q[137] < 0,19069 0,18058 < q[138] < 0,18060 0,17066 < q[139] < 0,17068 0,16091 < q[140] < 0,16093 0,15132 < q[141] < 0,15134 0,14189 < q[142] < 0,14191 0,13259 < q[143] < 0,13261 0,12344 < q[144] < 0,12346 0,11442 < q[145] < 0,11444 0,10552 < q[146] < 0,10554 0,09675 < q[147] < 0,09677 0,08809 < q[148] < 0,08811 0,07954 < q[149] < 0,07956 0,07110 < q[150] < 0,07112 0,06275 < q[151] < 0,06277 0,05451 < q[152] < 0,05453 0,04635 < q[153] < 0,04637 0,03828 < q[154] < 0,03830 0,03030 < q[155] < 0,03032 0,02240 < q[156] < 0,02242 0,01458 < q[157] < 0,01460 0,00683 < q[158] < 0,00685 -0,00084 < q[159] < -0,00082 -0,00845 < q[160] < -0,00843 -0,01598 < q[161 ] < -0,01596 -0,02345 < q[162] < -0,02343 -0,03085 < q[163] < -0,03083 -0,03819 < q[164] < -0,03817 -0,04547 < q[165] < -0,04545 -0,05269 < q[166] < -0,05267 -0,05984 < q[167] < -0,05982 -0,06694 < q[168] < -0,06692 -0,07397 < q[169] < -0,07395 -0,08095 < q[170] < -0,08093 -0,08786 < q[171] < -0,08784 -0,09471 < q[172] < -0,09469 -0,10149 < q[173] < -0,10147 -0,10821 < q[174] < -0,10819 -0,11486 < q[175] < -0,11484 -0,12144 < q[176] < -0,12142 -0,12794 < q[177] < -0,12792 -0,13437 < q[178] < -0,13435 -0,14071 < q[179] < -0,14069 -0,14697 < q[180] < -0,14695 -0,15313 < q[181 ] < -0,15311 -0,15919 < q[182] < -0,15917 -0,16514 < q[183] < -0,16512 -0,17097 < q[184] < -0,17095 -0,17668 < q[185] < -0,17666 -0,18226 < q[186] < -0,18224 -0,18768 < q[187] < -0,18766 -0,19295 < q[188] < -0,19293 -0,19804 < q[189] < -0,19802 -0,20294 < q[190] < -0,20292
    5
    10
    15
    20
    25
    30
    35
    40
    45
    50
    55
    60
    -0,20764 < q[191] < -0,20762
  14. 14. Aparato de filtro según cualquiera de las reivindicaciones 10 a 13, en el que los filtros intermedios (190) están adaptados, de modo que los coeficientes del filtro prototipo con valor real q(v) para el entero v en el rango de 0 a 191 están dados por
    q[0] = -0,2029343380 q[1] = -0,1980331588 q[2] = -0,1929411519 q[3] = -0,1876744222 q[4] = -0,1822474011 q[5] = -0,1766730202 q[6] = -0,1709628636 q[7] = -0,1651273005 q[8] = -0,1591756024 q[9] = -0,1531160455 q[10] = -0,1469560005 q[11] = -0,1407020132 q[12] = -0,1343598738 q[13] = -0,1279346790 q[14] = -0,1214308876 q[15] = -0,1148523686 q[16] = -0,1082024454 q[17] = -0,1014839341 q[18] = -0,0946991783 q[19] = -0,0878500799 q[20] = -0,0809381268 q[21] = -0,0739644174 q[22] = -0,0669296831 q[23] = -0,0598343081 q[24] = -0,0526783466 q[25] = -0,0454615388 q[26] = -0,0381833249 q[27] = -0,0308428572 q[28] = -0,0234390115 q[29] = -0,0159703957 q[30] = -0,0084353584 q[31] = -0,0008319956 q[32] = 0,0068418435 q[33] = 0,0145885527 q[34] = 0,0224107648 q[35] = 0,0303113495 q[36] = 0,0382934126 q[37] = 0,0463602959 q[38] = 0,0545155789 q[39] = 0,0627630810 q[40] = 0,0711068657 q[41] = 0,0795512453 q[42] = 0,0881007879 q[43] = 0,0967603259 q[44] = 0,1055349658 q[45] = 0,1144301000 q[46] = 0,1234514222 q[47] = 0,1326049434 q[48] = 0,1418970123 q[49] = 0,1513343370 q[50] = 0,1609240126 q[51] = 0,1706735517 q[52] = 0,1805909194 q[53] = 0,1906845753 q[54] = 0,2009635191 q[55] = 0,2114373458 q[56] = 0,2221163080 q[57] = 0,2330113868
    5
    10
    15
    20
    25
    30
    35
    40
    45
    50
    55
    60
    q[58] = 0,2441343742 q[59] = 0,2554979664 q[60] = 0,2671158700 q[61] = 0,2790029236 q[62] = 0,2911752349 q[63] = 0,3036503350 q[64] = 0,9025275713 q[65] = 0,9103585196 q[66] = 0,9176977825 q[67] = 0,9245760683 q[68] = 0,9310214581 q[69] = 0,9370596739 q[70] = 0,9427143143 q[71] = 0,9480070606 q[72] = 0,9529578566 q[73] = 0,9575850672 q[74] = 0,9619056158 q[75] = 0,9659351065 q[76] = 0,9696879297 q[77] = 0,9731773547 q[78] = 0,9764156119 q[79] = 0,9794139640 q[80] = 0,9821827692 q[81] = 0,9847315377 q[82] = 0,9870689790 q[83] = 0,9892030462 q[84] = 0,9911409728 q[85] = 0,9928893067 q[86] = 0,9944539395 q[87] = 0,9958401318 q[88] = 0,9970525352 q[89] = 0,9980952118 q[90] = 0,9989716504 q[91] = 0,9996847806 q[92] = 1,0002369837 q[93] = 1,0006301028 q[94] = 1,0008654482 q[95] = 1,0009438063 q[96] = 1,0008654482 q[97] = 1,0006301028 q[98] = 1,0002369837 q[99] = 0,9996847806 q[100] = 0,9989716504 q[101 ] = 0,9980952118 q[102] = 0,9970525352 q[103] = 0,9958401318 q[104] = 0,9944539395 q[105] = 0,9928893067 q[106] = 0,9911409728 q[107] = 0,9892030462 q[108] = 0,9870689790 q[109] = 0,9847315377 q[110] = 0,9821827692 q[111] = 0,9794139640 q[112] = 0,9764156119 q[113] = 0,9731773547 q[114] = 0,9696879297 q[115] = 0,9659351065 q[116] = 0,9619056158 q[117] = 0,9575850672 q[118] = 0,9529578566 q[119] = 0,9480070606 q[120] = 0,9427143143 q[121] = 0,9370596739
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    q[122] = 0,9310214581 q[123] = 0,9245760683 q[124] = 0,9176977825 q[125] = 0,9103585196 q[126] = 0,9025275713 q[127] = 0,8941712974 q[128] = 0,2911752349 q[129] = 0,2790029236 q[130] = 0,2671158700 q[131 ] = 0,2554979664 q[132] = 0,2441343742 q[133] = 0,2330113868 q[134] = 0,2221163080 q[135] = 0,2114373458 q[136] = 0,2009635191 q[137] = 0,1906845753 q[138] = 0,1805909194 q[139] = 0,1706735517 q[140] = 0,1609240126 q[141] = 0,1513343370 q[142] = 0,1418970123 q[143] = 0,1326049434 q[144] = 0,1234514222 q[145] = 0,1144301000 q[146] = 0,1055349658 q[147] = 0,0967603259 q[148] = 0,0881007879 q[149] = 0,0795512453 q[150] = 0,0711068657 q[151 ] = 0,0627630810 q[152] = 0,0545155789 q[153] = 0,0463602959 q[154] = 0,0382934126 q[155] = 0,0303113495 q[156] = 0,0224107648 q[157] = 0,0145885527 q[158] = 0,0068418435 q[159] = -0,0008319956 q[160] = -0,0084353584 q[161] = -0,0159703957 q[162] = -0,0234390115 q[163] = -0,0308428572 q[164] = -0,0381833249 q[165] = -0,0454615388 q[166] = -0,0526783466 q[167] = -0,0598343081 q[168] = -0,0669296831 q[169] = -0,0739644174 q[170] = -0,0809381268 q[171 ] = -0,0878500799 q[172] = -0,0946991783 q[173] = -0,1014839341 q[174] = -0,1082024454 q[175] = -0,1148523686 q[176] = -0,1214308876 q[177] = -0,1279346790 q[178] = -0,1343598738 q[179] = -0,1407020132 q[180] = -0,1469560005 q[181 ] = -0,1531160455 q[182] = -0,1591756024 q[183] = -0,1651273005 q[184] = -0,1709628636 q[185] = -0,1766730202
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    q[186] = -0,1822474011 q[187] = -0,1876744222 q[188] = -0,1929411519 q[189] = -0,1980331588 q[190] = -0,2029343380 q[191 ] = -0,2076267137
  15. 15. Aparato de filtro según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que la característica de filtro que tiene la característica de amplitud/frecuencia no uniforme se basa en una característica de filtro HRTF.
  16. 16. Aparato de filtro según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el banco de filtros de análisis complejos (101) comprende un submuestreador (140) para cada señal de sub-banda emitida por el banco de filtros de análisis complejos (101).
  17. 17. Aparato de filtro según la reivindicación 16, en el que el banco de filtros de análisis complejos (101) se adapta para emitir L señales de sub-banda complejas, en las que L es un entero positivo mayor que 1, y en el que cada uno de los submuestreadores (140) está adaptado para reducir la resolución de las señales de sub-banda por un factor de L.
  18. 18. Aparato de filtro según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el banco de filtros de análisis complejos (101) comprende un filtro complejo modulado para cada señal de sub-banda compleja basada en un filtro de prototipo.
  19. 19. Aparato de filtro según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el banco de filtros de síntesis complejas (103) comprende un muestreador ascendente (160) para cada una de las señales de sub-banda.
  20. 20. Aparato de filtro según la reivindicación 19, en el que el banco de filtros de síntesis complejas (103) es operativo para sintetizar L señales de los filtros intermedios para obtener la señal de salida de dominio de tiempo, en el que L es un entero positivo mayor que 1, en el que el banco de filtros de síntesis complejas (103) comprende L muestreadores ascendentes (160) y en el que cada uno de los muestreadores ascendentes (160) está adaptado para el muestreo ascendente de la salida de los filtros intermedios (190) por un factor de L.
  21. 21. Aparato de filtro según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el banco de filtros de síntesis complejas (103) comprende para cada señal de sub-banda un filtro de síntesis intermedio, en el que el banco de filtros de síntesis complejas (103) comprende un extractor de parte real (180) para cada salida de señal mediante filtros de síntesis intermedios (150), y en el que el banco de filtros de síntesis complejas (103) comprende además un sumador (170) para añadir la salida de cada uno de los extractores de parte real (180) para obtener la señal de salida de dominio de tiempo.
  22. 22. Aparato de filtro según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 20, en el que el banco de filtros de síntesis complejas (103) comprende un filtro de síntesis intermedio (150) para cada una de las señales de sub-banda emitidas por los filtros intermedios (190), en el que el banco de filtros de síntesis complejas (103) comprende además un sumador (170) para sumar las salidas de cada filtro de síntesis intermedio (150) y en el que el banco de filtros de síntesis complejas (103) comprende además un extractor de parte real (180) para extraer una señal de valor real como señal de salida de dominio de tiempo de la salida del sumador (170).
  23. 23. Aparato de filtro según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el aparato de filtro comprende además un ajustador de ganancia para al menos una señal de sub-banda o para al menos una señal emitida por un filtro intermedio de la pluralidad de filtros intermedios (190) para ajustar una ganancia.
  24. 24. Aparato de filtro según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el aparato de filtro comprende además un filtro intermedio adicional para filtrar al menos una de las señales de sub-banda con valores complejos o para filtrar al menos una de las señales emitidas por uno de la pluralidad de filtros intermedios (190).
  25. 25. Sistema de filtro para filtrar la señal de entrada de dominio de tiempo para obtener una señal de salida de dominio de tiempo, que comprende:
    un aparato de filtro según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 24, al que se proporciona la señal de entrada de dominio de tiempo como la señal de entrada de dominio de tiempo, y a partir del cual se obtiene la señal de salida de dominio de tiempo como señal de salida de dominio de tiempo del sistema de filtro; y un proveedor de señal de definición de filtro intermedio (104) configurado para proporcionar una señal de definición de filtro intermedio, que comprende:
    un banco de filtro modulado complejo (301) para filtrar una señal de respuesta de impulso indicativa de una
    5
    10
    15
    20
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    30
    35
    característica de filtro de amplitud/frecuencia en un dominio de tiempo para obtener una pluralidad de señales de sub-banda de valor complejo como la señal de definición de filtro intermedio,
    en el que cada señal de sub-banda de valor complejo del banco de filtros modulados complejos (301) corresponde a una respuesta de impulso para un filtro intermedio para una señal de sub-banda; en el que al menos una de las señales de sub-banda valoradas complejas comprende al menos dos valores distintos diferentes de cero; y
    en el que cada señal compleja de sub-banda valorada es más corta en muestras que la señal de respuesta de impulso,
    en el que un proveedor de señal de definición de filtro intermedio (104) está acoplado al aparato de filtro para proporcionar a la pluralidad de filtros intermedios (190) una definición de filtro intermedio,
    en el que la pluralidad de filtros intermedios (190) del aparato de filtro están adaptados para tener respuestas de impulso basadas en la señal de definición de filtro intermedio.
  26. 26. Método para filtrar la señal de entrada de dominio de tiempo para obtener una señal de salida de dominio de tiempo, que es una representación de la señal de entrada de dominio de tiempo filtrada usando una característica de filtro que tiene una característica de amplitud/frecuencia no uniforme, que comprende:
    generar una pluralidad de señales de sub-banda complejas basadas en un filtrado complejo de la señal de entrada de dominio de tiempo usando un banco de filtros de análisis complejos (101);
    filtrar cada señal de sub-banda compleja de la pluralidad de señales de sub-banda complejas usando un filtro intermedio de una pluralidad de filtros intermedios (190) para obtener una pluralidad de señales de sub-banda complejas filtradas,
    en el que al menos una de las señales de sub-banda complejas se filtra mediante un filtro intermedio de la pluralidad de filtros intermedios (190) que tienen una característica de amplitud/frecuencia no uniforme intermedia,
    en el que cada filtro intermedio de la pluralidad de filtros intermedios (190) tiene una respuesta de impulso que es más corta en muestras que la respuesta de impulso de un filtro que tiene la característica de filtro que tiene la característica de amplitud/frecuencia no uniforme, y
    en el que las características de amplitud/frecuencia no uniformes intermedias de la pluralidad de filtros intermedios (190) juntas representan la característica de filtro de amplitud/frecuencia no uniforme; y sintetizar la pluralidad de señales de sub-banda complejas filtradas emitidas por la pluralidad de filtros intermedios (190) usando un banco de filtros de síntesis complejas (103) para obtener la señal de salida en el dominio de tiempo.
  27. 27. Programa de ordenador para realizar, cuando se ejecuta en un ordenador, un método de acuerdo con la reivindicación 26.
    imagen2
    FG a
    ^ 101
    103
    I. mraiJa d?. gueto digital/
    Salida de audio digitel'
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    imagen3
    imagen4
    Banco de análisis complejo
    FG 2
    ?oi
    Entrada de
    Salida de
    audfo digital
    audio digital
    F. Miado
    Filtro
    FIG 3
    m
    Sub-bandas
    nitro
    de filtras
    FIG 4
    1U0
    Indice de tiempo discreto
    imagen5
    Magnilud de respuesta [dB]
    imagen6
    FIG 8
    Frecuencia [n/$4]
    imagen7
    imagen8
    Banco de análisis
    complfio
    Filtro i-Jc-nve-rlidc-
    56D
    i íG 9
    m
    -103
    Z
    Banco de
    Sub-canda
    de exilada
    síntesis
    33 rihro
    Carpe ¡ o
    Z
    Base de
    ¡ Base üe | datos I
    datos
    FIG10
    imagen9
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