ES2719102T3 - Aparato, procedimiento y programa informático para generar una señal de banda ancha que utiliza extensión de ancho de banda guiada y extensión de ancho de banda ciega - Google Patents
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Abstract
Aparato para generar una señal de banda ancha (13) que utiliza una señal de alimentación de banda baja (20) y un primer juego de parámetros (21) que describe el contenido de frecuencia sobre una frecuencia máxima (25b) de la señal de alimentación de banda baja (20) y hasta una primera frecuencia (25d), en el que parámetros que describen un contenido de frecuencia sobre la primera frecuencia (25d) no se incluyen en el primer juego de parámetros (21), que comprende: un procesador (23) para realizar una operación de extensión de banda ancha paramétrica mediante el uso de la señal de alimentación de banda baja y el primer juego de parámetros para generar un contenido de primera frecuencia (25c) que se extiende hasta la primera frecuencia (25d) y para realizar una operación de extensión ciega de ancho de banda empleando el contenido de primera frecuencia (25c) y un segundo juego de parámetros para generar un contenido de segunda frecuencia (25e) que se extiende hasta una segunda frecuencia (25f) que es superior a la primera frecuencia (25d), en el que el procesador (23) está configurado para extraer (50) el primer juego de parámetros (21) y la señal de alimentación de banda baja (20) de una corriente de bits; realizar (51, 52) la extensión de ancho de banda paramétrica mediante el uso de un parche de la señal de alimentación de banda baja y el primer juego de parámetros que comprende corrección mediante el uso del primer juego de parámetros para obtener una primera señal corregida, en el que el parcheado genera el primer contenido de frecuencia; y realizar (54, 55) la extensión ciega de ancho de banda mediante el uso de un parcheado de la primera señal corregida y el segundo juego de parámetros, en el que el parcheado de la primera señal corregida genera el segundo contenido de frecuencia, en el que el procesador (23) comprende un generador de parámetros (24) para generar el segundo juego de parámetros a partir del primer contenido de frecuencias (25c), en el que el generador de parámetros (23) está configurado para derivar parámetros de envolvente espectral para el segundo juego de parámetros por el segundo contenido de frecuencia por una extrapolación de frecuencias inferior a superior de información de energía de una envolvente espectral corregida del primer contenido de frecuencias.
Description
DESCRIPCIÓN
Aparato, procedimiento y programa informático para generar una señal de banda ancha que utiliza extensión de ancho de banda guiada y extensión de ancho de banda ciega
[0001] La presente invención se refiere al procesamiento de audio y, específicamente, a un dispositivo, procedimiento y programa informático para combinar extensión de ancho de banda guiada y ciega.
[0002] Almacenamiento o transmisión de señales de audio a menudo están sujetos a estrictas restricciones de velocidad de bits. En el pasado, los codificadores fueron forzados a reducir drásticamente el ancho de banda de audio transmitido cuando solo estaba disponible una muy baja velocidad de bits. Los códecs de audio modernos en la actualidad son capaces de codificar señales de banda ancha al utilizar procedimientos de extensión de ancho de banda (BWE = Bandwidth Extension). Estos algoritmos se basan en una representación paramétrica del contenido de alta frecuencia (HF) - que se genera de la parte de baja frecuencia codificada en forma de onda (LF = Low-Frequency) de la señal decodificada mediante transposición en la región espectral HF ("parche") y aplicación de un post-procesamiento dirigido por parámetro.
[0003] El post procesamiento incluye la adaptación de niveles de energía para dirigirse a la distribución de energía de la señal original (también conocido como modelado de envolvente) pero también la adaptación de la tonalidad percibida en las bandas HF transpuestas con el auxilio de filtrado inverso selectivo de banda (tonalidad decreciente), adición de un umbral mínimo de ruido sintético (tonalidad decreciente) o adición de sinusoides individuales (tonalidad creciente).
[0004] BWE explota la correlación entre LF y HF y tiene como objetivo generar información de HF que es tan similar al contenido de HF original como sea posible. Dicha BWE extiende la frecuencia hasta una cierta frecuencia más alta Fmax. La decisión de más alta frecuencia de esta manera depende de una compensación de calidad y velocidad de bits.
[0005] La Patente de EE.UU. 6,680,972 B1 describe una técnica de mejora de codificación fuente que utiliza replicación de banda espectral. La reducción de ancho de banda antes de o en el codificador es seguida por replicación de banda espectral en el decodificador. Esto se logra por el uso de procedimientos de transposición en combinación con ajustes de envolvente espectral. Se obtiene una velocidad de bits reducida a una calidad perceptual determinada o una calidad perceptual mejorada a una velocidad de bits determinada.
[0006] Una tecnología relacionada se incluye en la norma MPEG-4 (ISO/IEC 14496-3: 2005(E)). Particularmente, la sección 4.6.18 de esta norma comprende la herramienta de replicación de banda espectral (SBR = Spectral Band Replication). Esta herramienta extiende el ancho de banda de audio de la señal de audio limitada en ancho de banda decodificada. Este proceso se basa en replicación de las secuencias de armónicos, previamente truncadas a fin de reducir la velocidad de datos de la señal limitada en ancho de banda disponible y controlar datos que se obtienen del codificador. La proporción entre componentes tonal y tipo ruido o interferencia se mantiene por filtrado inverso adaptativo, así como una adición de ruido y sinusoidales. Los datos de control que se obtienen del codificador comprenden datos de ajuste de envolvente espectral para ajustar la envolvente espectral de la señal parcheada y adicionalmente datos de filtrado inverso para ajustar la proporción entre componentes tonales y tipo ruido, información de ruido para agregar a la señal parcheada e información en armónicos faltantes que se agregan a la señal parcheada dentro de una operación SBR para generar una señal de banda ancha.
[0007] Este procedimiento estandarizado solo realiza una extensión guiada de ancho de banda, ya que la frecuencia máxima hasta la cual se genera una señal de banda ancha también se refleja por los datos paramétricos conectados a la señal de alta resolución de banda baja. Por lo tanto, para mejorar la calidad de la señal de audio al generar una señal de ancho de banda superior, datos paramétricos adicionales se requieren que mejoran adicionalmente la velocidad de bits de los datos transmitidos. Por otra parte, cuando la velocidad de bits se va a reducir por razones de capacidad de canal de transmisión, la primera puede cortar datos paramétricos para las más altas o algunas de las más altas bandas de la señal replicada en el codificador. Esto resulta automáticamente en una reducción de la calidad de audio, ya que un decodificador SBR solo generará una porción de alta frecuencia hasta una frecuencia, es decir hasta una cierta banda, para lo cual se incluyen datos paramétricos en los datos entrantes o corriente de bits. Aquí, reducir la velocidad de bits resulta en una reducción de la calidad de audio o una mejora de los resultados de la calidad de audio en un aumento de la velocidad de bits.
[0008] La publicación técnica "Artificial Bandwidth Extension without Side Information for ITU-T G.729.1", B. Geiser, et al., INTERSPEECH 2007, August 27, 2007, pgs. 2493-2496, describe un concepto para una extensión de ancho de banda artificial con información lateral, donde se realiza una estimación de parámetros de banda alta mediante el uso de una estimación MMSE, las probabilidades a posteriori y el post-procesamiento de los parámetros estimados.
[0009] El documento WO 2010/003557 describe un aparato y un procedimiento para generar una señal
extendida de ancho de banda que comprende un generador de parches y un combinador. El generador de parches genera dos parches diferentes, y el combinador combina la señal de entrada y los dos parches.
[0010] La publicación de la técnica anterior "Beyond Wideband Telephony - Bandwidth Extension for Super-Wideband Speech", B. Geiser, et al., DAGA 2008, March 13, 2008, pgs. 635-636, describe un procedimiento para la extensión de ancho de banda artificial de señales de voz de banda ancha, donde los parámetros de banda súper ancha se estiman en base a la señal de voz de banda ancha.
[0011] "T.729-Based Embedded Variable Bit-Rate Coder: an 8-32 kbit/s Scalable Wideband Coder Bitstream Interoperable with G.729, ITU-T Recommendation G.729.1" (05/2006) describe el codificador de velocidad de bits variable incrustado basado en G.729.
[0012] Es el objeto de la presente invención proporcionar el concepto de extensión de ancho de banda mejorado, que permite, por una parte, una alta calidad y por otra parte una baja velocidad de bits.
[0013] Este objeto se logra por un aparato para generar una señal de banda ancha según la reivindicación 1, un procedimiento para generar una señal de banda ancha según la reivindicación 12, o un programa informático según la reivindicación 13.
[0014] La presente invención se basa en el hallazgo de que para mejorar la calidad de audio y/o disminuir la velocidad de bits, se combina una operación de extensión guiada de ancho de banda con una operación de extensión ciega de ancho de banda. Una operación de extensión ciega de ancho de banda es una operación de extensión de ancho de banda para la cual no se han transmitido parámetros. Dicho de forma diferente, una operación de extensión ciega de ancho de banda resultará en componentes espectrales de una señal que pertenece a frecuencias sobre una frecuencia máxima, para lo cual se han transmitido parámetros de extensión de ancho de banda en la corriente de bits.
[0015] Un procesador para realizar una operación de extensión guiada de ancho de banda mediante el uso de la señal de alimentación de banda baja y un parámetro transmitido que se ajusta para generar un primer contenido de frecuencia que se extiende hasta la primera frecuencia, se adapta adicionalmente para realizar una operación de extensión ciega de ancho de banda mediante el uso de la señal de banda baja o el primer contenido de frecuencia y un segundo parámetro ajustado para generar un segundo contenido de frecuencia que se extiende hasta una segunda frecuencia que es superior a la primera frecuencia. El segundo parámetro no se transmite desde un codificador de extensión de ancho de banda, pero se genera por un generador de parámetro, para generar el segundo parámetro ajustado para el primer parámetro o del primer contenido de frecuencia solo en el lado del decodificador de extensión de ancho de banda. Dicho de forma diferente, la operación de extensión ciega de ancho de banda puede operar de manera similar a la operación de extensión guiada de ancho de banda. La diferencia, sin embargo, es que cualquier dato paramétrico que se utiliza por la operación de extensión de ancho de banda se genera en un lado de codificador y se transmite desde el codificador al decodificador. Para una operación de extensión ciega de ancho de banda, sin embargo, no se generan parámetros en el lado del codificador y no se transmiten del codificador al decodificador, pero se producen de forma única y exclusiva en el lado del decodificador mediante el uso de la información disponible en el decodificador, pero sin utilizar ninguna información en el contenido de frecuencia correspondiente de la señal original. La información de la señal de audio original correspondiente a los componentes de frecuencia generados por la operación de extensión ciega de ancho de banda no está toda disponible en el decodificador, ya que ni la señal de banda baja ni los datos paramétricos transmitidos para el primer contenido de frecuencia incluyen ninguna información del segundo contenido de frecuencia. Esta información se genera en el lado del decodificador solo sin utilizar ningún dato paramétrico transmitido, es decir una forma "ciega".
[0016] Es una ventaja de la presente invención que la presente invención mejora adicionalmente la calidad perceptual de señales extendidas en ancho de banda al combinar una extensión guiada de ancho de banda (gBWE = guided bandwidth extension), con una extensión ciega de ancho de banda (bBWE = blind bandwidth extension). La presente invención se basa en explotar la correlación de un contenido de alta frecuencia y contenido de muy alta frecuencia, en donde el contenido de alta frecuencia corresponde al ancho de banda de frecuencia cubierto por los datos paramétricos transmitidos empleados en los esquemas de extensión de ancho de banda contemporáneos anteriormente referidos.
[0017] El objeto de la presente invención es mejorar adicionalmente la calidad perceptual de las señales BWE al combinar BWE guiada (gBWE) con BWE ciega (bBWE). Esto se logra al explotar la correlación de un contenido de alta y muy alta frecuencia.
[0018] Esquemas de extensión de ancho de banda contemporáneos, como la replicación de banda espectral (SBR) o la extensión de ancho de banda armónica (HBE) primero llevan a cabo una operación de parcheado a fin de generar contenido HF. Este parcheado puede ser cualquier tipo de procesamiento no lineal tal como recorte, tomar valores absolutos o codificadores de voz de fase (vocoders); también pueden incorporar modulación de banda lateral
sencilla o interpolación. Los parches generados después se adaptan al contenido de HF original con el auxilio de parámetros adicionales.
[0019] Además de gBWE, hay procedimientos bBWE que simplemente se dirigen a extender ancho de banda de señales de audio. Esto puede realizarse al insertar ruido de HF, recorte, etc., pero sin ninguna información secundaria o lateral.
[0020] La aplicación de procedimientos BWE del estado-de-la-técnica produce señales limitadas en banda y no explota completamente redundancia dentro del contenido de HF de las señales. Por lo tanto, el ancho de banda máxima posible no se logra. Una señal filtrada de paso bajo dura puede adicionalmente ser percibida como tonal con el paso de la frecuencia de corte del filtro de paso bajo, en particular si la señal es tipo ruido o interferencia. Adicionalmente, este filtro de paso bajo puede producir distorsiones temporales.
[0021] Estas desventajas son abordadas por la presente invención ya que la operación de extensión ciega de ancho de banda se aplica a contenido de muy alta frecuencia, es decir el segundo contenido de frecuencia se extiende a la segunda frecuencia que es superior a la primera frecuencia. Sin embargo, para mantener baja la velocidad de transmisión, no se transmiten datos paramétricos de un codificador a un decodificador para este contenido de segunda frecuencia y por lo tanto no se recibe por el aparato para generar una señal de banda ancha.
[0022] El concepto propuesto, por lo tanto, evita una tonalidad debido a una pendiente de filtro de corte a una frecuencia de corte de una señal. Además, se reducen distorsiones temporales debido a estas características de filtro. Adicionalmente, la presente invención resulta en un ensanchamiento del ancho de banda percibido de la señal sin información secundaria adicional o solo muy pequeña. Puede aplicarse como un post procesador sobre cualquier procedimiento de extensión de ancho de banda subyacente.
[0023] El concepto inventivo por lo tanto es adecuado para todas las aplicaciones de audio que utilizan un esquema de extensión de ancho de banda dirigido por parámetro o también es utilizable para cualquier codificador de audio o habla que se mejora con una operación de extensión de ancho de banda del lado del decodificador para una calidad de audio mejorada.
[0024] Formas de realización preferidas de la presente invención se discuten subsecuentemente con respecto a los dibujos adjuntos, en los que:
Las Figuras 1a a 1c ilustran diferentes aplicaciones de conceptos de extensión guiada y ciega de ancho de banda; La Figura 2a ilustra un diagrama del contenido de frecuencia de una señal de banda ancha generada a partir de una señal de banda baja mediante el uso de una extensión guiada de ancho de banda, para generar el primer contenido de frecuencia y una operación de extensión ciega de ancho de banda, para generar un segundo contenido de frecuencia;
La Figura 2b ilustra una forma de realización preferida del aparato para generar una señal de banda ancha;
La Figura 3 ilustra una forma de realización preferida adicional de un aparato o procedimiento para generar una señal de banda ancha; y
La Figura 4 ilustra un diagrama de flujo para implementar una forma de realización preferida del concepto inventivo.
[0025] La Figura 2b ilustra un aparato para generar una señal de banda ancha mediante el uso de una señal de alimentación de banda baja 20 y un primer juego de parámetros 21. El primer juego de parámetros describe un contenido de frecuencia sobre una frecuencia máxima de la señal de alimentación de banda baja y hasta una primera frecuencia. Parámetros que describen un contenido de frecuencia sobre la primera frecuencia no se incluyen en el primer juego de parámetros 21. Estos datos se alimentan en una interfaz de alimentación 22, que separa la señal de banda baja 20 de los datos paramétricos 21. Estos datos son enviados a un procesador 23 para realizar una operación de extensión guiada de ancho de banda (BWE) mediante el uso de la señal de alimentación de banda baja 20 y el primer juego de parámetros 21 para generar un primer contenido de frecuencia que se extiende hasta la primera frecuencia. Adicionalmente, el procesador 23 se configura para realizar una operación de extensión ciega de ancho de banda mediante el uso de la señal de alimentación de banda baja o el primer contenido de frecuencia y/o un segundo juego de parámetros para generar un segundo contenido de frecuencia que se extiende hasta una segunda frecuencia que es superior a la primera frecuencia. El procesador comprende, para generar el segundo juego de parámetros, un generador de parámetros 24, para generar el segundo juego de parámetros del primer juego de parámetros 21 o del primer contenido de frecuencia solo. Cuando el segundo juego de parámetros se genera del primer contenido de frecuencia solo, entonces el primer juego de parámetros 21 no se introduce en el generador de parámetros. Sin embargo, cuando el generador de parámetros 24 utiliza los primeros datos paramétricos 21 a fin de generar el segundo juego de parámetros, entonces la situación es como se ilustra en la Figura 2b, es decir que la interfaz de alimentación 22 tiene una conexión al generador de parámetros 24.
[0026] La Figura 2a ilustra un diagrama de frecuencia a fin de ilustrar la situación de frecuencia. La señal de alimentación de banda baja solo tiene un ancho de banda bajo 25a. El ancho de banda bajo 25a se extiende desde una frecuencia minima tal como por ejemplo aproximadamente 20 Hz hasta una frecuencia máxima de banda baja
25b, que puede por ejemplo ser 4 kHz. El contenido de primera frecuencia 25c cubierto por los datos paramétricos transmitidos y generado por el concepto de extensión guiada de ancho de banda se extiende hasta una primera frecuencia 25d. La primera frecuencia 25d puede por ejemplo estar a 12 kHz. El contenido de segunda frecuencia 25e se extiende hasta una segunda frecuencia 25f, y para el contenido de segunda frecuencia 25e que se extiende entre la primera frecuencia 25d y la segunda frecuencia 25f, no se han transmitido datos paramétricos o generado en un lado del codificador. De manera ejemplar, la segunda frecuencia 25f puede ser por ejemplo 16 kHz.
[0027] Como se ilustra en la Figura 2a, la operación de extensión guiada de ancho de banda se realiza para generar el contenido de primera frecuencia y la operación ciega de ancho de banda se realiza para generar el contenido de segunda frecuencia que es superior en frecuencia al contenido de primera frecuencia. Los contenidos de primera y segunda frecuencias pueden ser de no-superposición.
[0028] El contenido de primera frecuencia 25c y el contenido de segunda frecuencia 25d se transmiten en conjunto con la señal de alimentación de banda baja 20 a un combinador 26 en la Figura 2b, que genera una señal de banda ancha. Dependiendo de la aplicación, el combinador puede ser un banco de filtros de síntesis o puede ser un combinador de dominio de tiempo. La implementación específica del combinador 26 depende de la implementación del procesador 23, es decir si la señal de banda baja, el contenido de primera frecuencia y el contenido de segunda frecuencia están disponibles como señales de dominio de tiempo que tiene contenidos de frecuencia correspondientes, disponibles como señales de sub-banda o señales transformadas, es decir señales disponibles en una representación de frecuencia.
[0029] La Figura 1a ilustra una primera implementación para el procesador 23 que aplica la operación de extensión guiada de ancho de banda y la operación de extensión ciega de ancho de banda. La señal de banda baja 21 se alimenta a un parcheador 10, a fin de generar una señal parcheada a la salida del parcheador 10. La operación de parcheado utiliza básicamente una porción de baja frecuencia y genera una señal en una porción de frecuencia superior. Las operaciones de parcheado de preferencia comprenden, para una extensión guiada de ancho de banda, el parcheado de sub-bandas adyacentes en un intervalo fuente en un banco de filtros a sub-bandas adyacentes en un intervalo objetivo de banco de filtros, parchear armónicamente sub-bandas en el intervalo fuente al intervalo objetivo, recortar, tomar valores absolutos o utilizar un codificador de voz en fase, una modulación de banda lateral sencilla o una interpolación. Las operaciones de parcheado para la extensión ciega de ancho de banda comprenden insertar interferencia o ruido en el contenido de segunda frecuencia o recortar una señal que comprende el contenido de primera frecuencia o la banda baja para generar componentes espectrales superiores.
[0030] La señal parcheada es introducida en un corrector 11 y a la salida del corrector 11 se obtiene una señal parcheada corregida. Después, en un combinador 12, la señal de banda baja 21 y la señal parcheada corregida que salen del corrector 11, se combinan para obtener la señal de banda ancha 13 a la salida del combinador.
[0031] La Figura 1b ilustra una implementación diferente, en donde el orden del parcheador 10 y el corrector 11 se invierte. El corrector 11 se configura para corregir la señal de banda baja 21 mediante el uso del primer juego de parámetros para el procesamiento de extensión guiada de ancho de banda y el conjunto de segundos parámetros y/o información del contenido de primera frecuencia para generar una señal de banda baja conformada o corregida. Esta señal de banda baja corregida a la salida del corrector 11 tiene el mismo contenido de frecuencia que la señal de banda baja original, pero ahora está parcheada por un parcheador 10 al intervalo de alta frecuencia que comprende el contenido de primera frecuencia 25a, y el contenido de segunda frecuencia 25e como se ilustra en la Figura 2a. Después, la señal parcheada a la salida del parcheador, que ya está corregida por el hecho de que se realizó la corrección antes del parcheado, se combina con la señal de banda baja 21 en el combinador 12.
[0032] Por tanto, la diferencia entre la Figura 1b y la Figura 1a es que el orden entre el corrector 11 y el parcheador 10 se invierte.
[0033] En una implementación alterna, el parcheador se aplica directamente a la señal de banda baja como en la Figura 1a. Sin embargo, la señal de banda baja 21 y la señal parcheada pero aún no corregida, se combinan para obtener una señal combinada a la salida del bloque 12. Esta señal combinada ya tiene el contenido de frecuencia 25a, 25c, 25e de la Figura 2a, pero el contenido de primera frecuencia 25c y el contenido de segunda frecuencia 25e aún no están corregidos. Esta corrección del contenido de alta frecuencia de la señal combinada después se realiza por el corrector 11 conectado subsecuente al combinador 12.
[0034] En todas las implementaciones del corrector en las Figuras 1a, 1b y 1c, el corrector utiliza el primer juego de parámetros para realizar la extensión guiada de ancho de banda y el segundo juego de parámetros para realizar la extensión ciega de ancho de banda, en donde el segundo juego de parámetros se deriva del primer juego de parámetros y/o el contenido de primera frecuencia por el generador de parámetros 24 ilustrado en la Figura 2b, pero no ilustrado en las Figuras 1a, 1b o 1c.
[0035] La Figura 3 ilustra una forma de realización preferida adicional de la presente invención. La corriente de bits 20 se recibe de un codificador no mostrado en la Figura 3. La corriente de bits se separa en la señal de alimentación de banda baja o paso bajo (LP) 20 y el primer juego de parámetro 21 ilustrado en la “información lateral de ancho de banda” (sideinfo) en la Figura 3. La señal de alimentación de paso bajo 20 se envía a un bloque de extensión de ancho de banda I 30 para realizar el parcheado que se ilustra por el parcheador en las Figuras 1a, 1b o 1c. Después, la señal parcheada generada por el bloque de extensión de ancho de banda 30 para implementar la operación de extensión guiada de ancho de banda se envía a un corrector espectral 11a para realizar la corrección espectral mediante el uso de la información lateral de ancho de banda 21 incluida en la corriente de bits. La salida del bloque de corrección espectral 11a se envía después a un bloque de corrección de tonalidad 21 a fin de obtener la señal de salida de la extensión guiada de ancho de banda. Esta señal de salida que cubre el contenido de primera frecuencia 25c se envía a un combinador 12 por una parte y al bloque de extensión ciega de ancho de banda II 32. El bloque de extensión de ancho de banda II 32 realiza un parcheado mediante el uso del primer contenido de frecuencia 25c en esta forma de realización preferida, aunque el bloque de extensión de ancho de banda II 32 también puede utilizar la señal de banda baja. Sin embargo, debido a la mejor correlación entre el contenido de primera frecuencia y el contenido de segunda frecuencia, se prefiere utilizar el contenido de primera frecuencia 25c para realizar la extensión ciega de ancho de banda en el bloque 32. A continuación, se realiza corrección espectral en el bloque 11b con el contenido de segunda frecuencia 25e, en donde la información para realizar esta corrección espectral se envía por el generador de parámetros o el bloque de extrapolación sideinfo 24, que calculan el segundo juego de parámetros a partir del primer juego de parámetros. Después, el contenido de segunda frecuencia espectralmente corregido 25e se combina con el contenido de primera frecuencia 25c y la señal de banda baja 20 en el combinador 12 para obtener la señal de banda ancha 13.
[0036] En formas de realización preferidas de la presente invención, se aplica una operación de extensión ciega de ancho de banda en la parte superior de la operación de extensión guiada de ancho de banda. En la Figura 3, esto se ilustra al utilizar el primer juego de parámetros transmitidos en los bloques 11a y 31, y al utilizar el segundo juego de parámetros no transmitido del codificador al decodificador por el bloque 11b. La salida de la operación de extensión guiada de ancho de banda se emplea para mayor extensión del ancho de banda de la señal sin ninguna información lateral adicional como se ilustra al enviar el contenido de primera frecuencia 25c al bloque 32 en la Figura 3. Como ya están adaptadas la forma espectral y tonalidad a la señal y se puede considerar que el contenido de alta frecuencia no cambia de manera significativa para muy altas frecuencias, la señal extendida procesada que se obtiene en el bloque 31 se parchea para extenderla adicionalmente. Se prefiere utilizar el contenido de frecuencia superior, es decir, el contenido de primera frecuencia, para la parte de extensión ciega de ancho de banda, pero también pueden utilizarse partes arbitrarias del espectro.
[0037] Para la extensión ciega de ancho de banda, la información lateral que se empleó para la extensión guiada de ancho de banda puede ser extrapolada como se ilustra por el generador de parámetros o bloque de extrapolación sideinfo 24. La corrección espectral de la parte de extensión ciega de ancho de banda, es decir la aplicación de energía o parámetros de energía por banda de la parte de extensión ciega de ancho de banda, corresponde a la corrección espectral en el bloque 11b. Para este objetivo, los parámetros de energía, es decir parámetros que son una medida dependiendo de la energía en una banda de frecuencia, para las bandas de frecuencia del contenido de segunda frecuencia 25e deben ser calculados. Esto puede realizarse al definir la línea de regresión para un logaritmo de la energía de la más alta de 1 a 4 kHz de la señal de extensión guiada de ancho de banda. Esta línea de regresión se ilustra en 29 en la Figura 2a. Es preferible que la derivada de esta línea extrapolada sea inferior a uno.
[0038] Una implementación alternativa puede ser que la energía de la banda más alta del primer contenido de frecuencia ilustrada en 14 en la Figura 2a se mide y después las energías para las siguientes bandas 41, 42, 43 y 44 del contenido de segunda frecuencia 25e se reducen por una cantidad arbitraria tal como 1,5 o 3 dB.
[0039] Por consiguiente, el segundo juego de parámetros comprende como mínimo, los valores de energía para las bandas 41 a 44 del contenido de segunda frecuencia. Estos valores de energía pueden calcularse mediante el uso de los valores de energía incluidos en el primer juego de parámetros, pero como se ilustra en el contexto de la Figura 2a, pueden también ser calculados sin el primer juego de parámetros. Por lo tanto, el generador de parámetros 24 recibe solo opcionalmente el primer juego de parámetros y recibe el primer contenido de frecuencia ya sea para determinar la línea de regresión o para determinar la energía de la banda más alta 40 del contenido de primera frecuencia. Cuando, sin embargo, los valores de energía para las bandas 41 a 44 se calculan a partir del primer juego de parámetros solo, entonces el contenido de primera frecuencia no se requiere para calcular el juego de segundos parámetros. En otras formas de realización, los valores de energía para el contenido de segunda frecuencia también pueden calcularse mediante el uso de una combinación del contenido de primera frecuencia y los valores de energía incluidos en el primer juego de parámetros.
[0040] Parámetros adicionales tales como umbral mínimo de ruido y filtrado inverso ya pueden ser extrapolados o ignorados para la extensión ciega de ancho de banda. Si no se tienen en cuenta en la extensión ciega de ancho de banda, los parámetros empleados para extensión guiada de ancho de banda, es decir los parámetros transmitidos 21, también se aplican para controlar la parte espectral procesada por la extensión ciega de
ancho de banda (BWE II) ilustrada en 32 en la Figura 3. Alternativamente, cualquier otra operación de corrección diferente de la corrección espectral mediante el uso de los parámetros de energía, puede ser omitida.
[0041] La Figura 4 ilustra una implementación preferida del concepto inventivo en la forma de un diagrama de flujo. En la etapa 50, que se implementa por la interfaz de alimentación 22 de la Figura 2b, la señal de banda baja y el primer juego de parámetros se extraen de la señal transmitida (corriente de bits). La señal de banda baja 20 después se emplea en la etapa 51 para parchear la señal de banda baja para obtener una primera señal parcheada que tiene un ancho de banda que se extiende hasta la primera frecuencia. Después, en la etapa 52, la primera señal parcheada generada por la etapa 51 se corrige mediante el uso del primer juego de parámetros para obtener la primera señal corregida correspondiente a la salida de señal del bloque de corrección de tonalidad 31 ilustrado en 25c en la Figura 3. La etapa 53 ilustra el cálculo del segundo juego de parámetros mediante el uso del primer juego de parámetros y/o la primera señal corregida. La etapa 54 ilustra un parcheado de la primera señal corregida para obtener una segunda señal corregida que se extiende hasta la segunda frecuencia 25f ilustrada en la Figura 2a. Como se muestra en la etapa 55, la segunda señal de parche se corrige para obtener la segunda señal corregida y en una etapa adicional 56, la banda baja, la primera señal corregida y la segunda señal corregida se combinan para obtener finalmente la señal de banda ancha 13.
[0042] Como se ha tratado con anterioridad, el segundo juego de parámetros puede derivarse del primer juego de parámetros y/o el primer contenido de frecuencia en formas diferentes, en donde para algunas implementaciones solo el primer contenido de frecuencias se emplea y el primer juego de parámetros no se emplea, en donde para otras aplicaciones solo el primer juego de parámetros se emplea y el primer contenido de frecuencia no se emplea, y en donde para implementaciones adicionales, se emplea una combinación del primer juego de parámetros y el primer contenido de frecuencia. Además, cabe destacar que, para parámetros diferentes a los parámetros de energía de ajuste de envolvente, esos parámetros no pueden emplearse por completo en la operación de extensión ciega de ancho de banda o pueden extrapolarse del primer juego de parámetros en donde una forma muy directa de extrapolar es utilizar los mismos parámetros en el contenido de segunda frecuencia 25e, que se han generado por el codificador para el contenido de primera frecuencia 25c. Cuando por ejemplo, se considera que el primer contenido de frecuencia consiste en veinte bandas, y cuando el segundo contenido de frecuencia consiste en treinta bandas, entonces los parámetros para las primeras veinte bandas del contenido de segunda frecuencia serán idénticos a los parámetros para las primeras veinte bandas del primer contenido de frecuencia, y los diez parámetros restantes para las últimas diez bandas de frecuencia del contenido de segunda frecuencia se derivarán por extrapolación, o no se aplicará una corrección de tonalidad en estas últimas diez bandas de frecuencia, por completo.
[0043] Aunque algunos aspectos se han descrito en el contexto de un aparato, es claro que estos aspectos también representan una descripción del procedimiento correspondiente, en donde un bloque o dispositivo corresponde a una etapa de procedimiento o una característica de una etapa de procedimiento. De forma análoga, los aspectos descritos en el contexto de una etapa de procedimiento representan también una descripción de un bloque o elemento o característica correspondiente de un aparato correspondiente.
[0044] La señal transmitida de la invención puede ser almacenada en un medio de almacenamiento digital o puede ser transmitida en un medio de transmisión tal como un medio de transmisión inalámbrico o un medio de transmisión por cable tal como Internet.
[0045] Dependiendo de ciertos requisitos de implementación, formas de realización de la invención pueden ser implementadas en equipo físico o en soporte lógico. La implementación puede realizarse mediante el uso de un medio de almacenamiento digital, por ejemplo, un disco flexible, un DVD, un CD, una ROM, una PROM, una EPROM, una EEPROM o una memoria FLASH, que tiene señales de control legibles electrónicamente, que cooperan (o son capaces de cooperar) con un sistema informático programable tal que se realice el procedimiento respectivo.
[0046] Algunas formas de realización según la invención comprenden un soporte de datos no transitorio que tiene señales de control legibles electrónicamente, que son capaces de cooperar con un sistema informático programable, tal que uno de los procedimientos descritos en esta invención se lleve a cabo.
[0047] En general, las formas de realización de la presente invención pueden ser implementadas como un producto de programa informático con un código de programa, el código de programa es operativo para ejecutar uno de los procedimientos cuando el producto de programa informático se ejecuta en un ordenador. El código de programa puede ser almacenado por ejemplo en un soporte legible por máquina.
[0048] Otras formas de realización comprenden el programa informático para realizar uno de los procedimientos descritos en esta invención, almacenado en un soporte legible por máquina.
[0049] En otras palabras, una forma de realización del procedimiento de la invención, por lo tanto, es un programa informático que tiene un código de programa para realizar uno de los procedimientos descritos en esta invención, cuando el programa informático se ejecuta en un ordenador.
[0050] Una forma de realización adicional de los procedimientos de la invención es, por lo tanto, un soporte de datos (o un medio de almacenamiento digital, o un medio legible por ordenador) que comprende, grabado en él, el programa informático para realizar uno de los procedimientos descritos en esta invención.
[0051] Una forma de realización adicional del procedimiento de la invención es, por lo tanto, una corriente de datos o una secuencia de señales que representan el programa informático para realizar uno de los procedimientos descritos en esta invención. La corriente de datos o la secuencia de señales pueden estar configuradas, por ejemplo, para ser transferida por una conexión para comunicación de datos, por ejemplo, por Internet.
[0052] Una forma de realización adicional comprende medios de procesamiento, por ejemplo, un ordenador o un dispositivo lógico programable, configurado o adaptado para realizar uno de los procedimientos descritos en esta invención.
[0053] Una forma de realización adicional comprende un ordenador que tiene instalado el programa informático para realizar uno de los procedimientos descritos en esta invención.
[0054] En algunas formas de realización, un dispositivo lógico programable (por ejemplo, matriz de puertas programable in situ (field programmable gate array)) puede emplearse para realizar algunas o todas las funcionalidades de los procedimientos descritos en esta invención. En algunas formas de realización, una matriz de puertas programable in situ, puede cooperar con un microprocesador a fin de realizar uno de los procedimientos descritos en esta invención. En general, los procedimientos son ejecutados de preferencia por cualquier aparato de hardware.
[0055] Las formas de realización anteriormente descritas son solamente ilustrativas para los principios de la presente invención. Se entiende que modificaciones y variaciones de los arreglos y los detalles descritos en esta invención serán aparentes para otros expertos en la técnica. Es la intención, por lo tanto, estar limitados solo por el alcance de las reivindicaciones de patente pendientes y no por los detalles específicos presentados a modo de descripción y explicación de las formas de realización de esta invención.
Claims (13)
1. Aparato para generar una señal de banda ancha (13) que utiliza una señal de alimentación de banda baja (20) y un primer juego de parámetros (21) que describe el contenido de frecuencia sobre una frecuencia máxima (25b) de la señal de alimentación de banda baja (20) y hasta una primera frecuencia (25d), en el que parámetros que describen un contenido de frecuencia sobre la primera frecuencia (25d) no se incluyen en el primer juego de parámetros (21), que comprende:
un procesador (23) para realizar una operación de extensión de banda ancha paramétrica mediante el uso de la señal de alimentación de banda baja y el primer juego de parámetros para generar un contenido de primera frecuencia (25c) que se extiende hasta la primera frecuencia (25d) y para realizar una operación de extensión ciega de ancho de banda empleando el contenido de primera frecuencia (25c) y un segundo juego de parámetros para generar un contenido de segunda frecuencia (25e) que se extiende hasta una segunda frecuencia (25f) que es superior a la primera frecuencia (25d),
en el que el procesador (23) está configurado para extraer (50) el primer juego de parámetros (21) y la señal de alimentación de banda baja (20) de una corriente de bits; realizar (51, 52) la extensión de ancho de banda paramétrica mediante el uso de un parche de la señal de alimentación de banda baja y el primer juego de parámetros que comprende corrección mediante el uso del primer juego de parámetros para obtener una primera señal corregida, en el que el parcheado genera el primer contenido de frecuencia; y
realizar (54, 55) la extensión ciega de ancho de banda mediante el uso de un parcheado de la primera señal corregida y el segundo juego de parámetros, en el que el parcheado de la primera señal corregida genera el segundo contenido de frecuencia,
en el que el procesador (23) comprende un generador de parámetros (24) para generar el segundo juego de parámetros a partir del primer contenido de frecuencias (25c), en el que el generador de parámetros (23) está configurado para derivar parámetros de envolvente espectral para el segundo juego de parámetros por el segundo contenido de frecuencia por una extrapolación de frecuencias inferior a superior de información de energía de una envolvente espectral corregida del primer contenido de frecuencias.
2. Aparato según la reivindicación 1, en el que el procesador (23) comprende:
un parcheador (10) para generar una señal parcheada que tiene el contenido de primera frecuencia que se extiende hasta la primera frecuencia y el contenido de segunda de frecuencia que se extiende hasta la segunda frecuencia; un corrector (11), para corregir la señal de alimentación de banda baja antes de generar la señal parcheada, para corregir la señal parcheada o para corregir una señal de combinación mediante el uso de una operación de corrección; y
un combinador (12), para combinar la señal de alimentación de banda baja y la señal parcheada antes o subsecuente a la operación de corrección para obtener una señal de combinación, en donde la señal de combinación es la señal de banda ancha o en donde la señal de banda ancha se deriva de la señal de combinación por la operación de corrección,
en el que el corrector (11) está configurado para realizar la operación de corrección de tal manera que el primer contenido de frecuencia de la señal de banda ancha se corrige mediante el uso del primer juego de parámetros y que el contenido de segunda frecuencia a la señal de banda ancha amplia se ve influido por el contenido de primera frecuencia y por el juego de segundo parámetro derivado del primer juego de parámetro por el generador de parámetros (23).
3. Aparato según la reivindicación 1, en el que el generador de parámetros (24) está configurado para realizar la extrapolación al disminuir una energía de una banda del contenido de segunda frecuencia con respecto a una energía en una banda adyacente de frecuencia menor por un valor predeterminado, en el que una energía en una banda de más alta frecuencia del contenido de primera frecuencia se emplea como un valor inicial.
4. Aparato según la reivindicación 1, en el que el generador de parámetros (24) está configurado para realizar extrapolación al calcular una línea de regresión mediante el uso de una porción predeterminada del primer contenido de frecuencia y al extrapolar la línea de regresión en frecuencia al contenido de segunda frecuencia para obtener valores de energía para bandas de frecuencia en el segundo contenido de frecuencia.
5. Aparato según la reivindicación 4, en el que el generador de parámetros está configurado para realizar la extrapolación al calcular una línea de regresión de tal manera que una derivada de la línea de regresión es menor que uno.
6. Aparato según una de las reivindicaciones anteriores, en el cual el juego de primeros parámetros que comprende una secuencia de parámetros de un tipo de parámetro, estando la secuencia definida sobre una frecuencia en el primer contenido de frecuencia, y en el que el generador de parámetros (24) está configurado para extrapolar la secuencia al contenido de segunda frecuencia para derivar una secuencia de parámetros del mismo tipo para el juego de segundos parámetros.
7. Aparato según la reivindicación 6, en el cual el juego de primeros parámetros comprende, como tipos de parámetros, uno o más miembros del grupo que está constituido por parámetros de ruido, parámetros de tonalidad o parámetros de armónicos que faltan.
8. Aparato según una de las reivindicaciones anteriores, en el cual el procesador (23) está configurado para utilizar los parámetros de ruido y los parámetros de tonalidad en el primer juego de parámetros para la extensión de ancho de banda paramétrica y para no utilizar parámetros de tonalidad o parámetros de ruido en la extensión ciega de ancho de banda, en el que la extensión ciega de ancho de banda se basa en un parcheado de un resultado de la extensión de ancho de banda paramétrica.
9. Aparato según una de las reivindicaciones anteriores, en el cual la señal de alimentación de banda baja se codifica, en el que el aparato comprende además un decodificador para decodificar la señal de alimentación de banda baja codificada.
10. Aparato según una de las reivindicaciones anteriores, en el cual el procesador (23) está configurado para utilizar, como un procedimiento de parcheado para una extensión de ancho de banda paramétrica, el parcheado de subbandas adyacentes en un intervalo fuente en un banco de filtros a subbandas adyacentes en un intervalo objetivo del banco de filtros, parchear armónicamente subbandas en el intervalo fuente al intervalo objetivo, recortar, tomar valores absolutos o utilizar un codificador de voz en fase, una modulación de banda lateral sencilla o una interpolación.
11. Aparato según una de las reivindicaciones 1 a 9, en el que el procesador (23) está configurado para utilizar, como un procedimiento de parcheado para la extensión ciega de ancho de banda, la inserción de ruido de alta frecuencia o recorte.
12. Procedimiento de generación de una señal de banda ancha (13) mediante el uso de una señal de alimentación de banda baja (20) y un primer juego de parámetros (21) que describe el contenido de frecuencias sobre una frecuencia máxima (25b) de la señal de alimentación de banda baja (20) y hasta una primera frecuencia (25d), en el que parámetros que describen un contenido de frecuencias sobre la primera frecuencia (25d) no se incluyen en el primer juego de parámetros (21), que comprende:
realizar una operación de extensión de ancho de banda paramétrica mediante el uso de la señal de alimentación de banda baja y el primer juego de parámetros para generar un primer contenido de frecuencia (25c) que se extiende hasta la primera frecuencia (25d) al extraer (50) el primer juego de parámetros (21) y la señal de alimentación de banda baja (20) de una corriente de bits y al realizar (51, 52) la extensión de ancho de banda paramétrica mediante el uso del parcheado de la señal de alimentación de banda baja y comprendiendo el primer juego de parámetros la corrección mediante el uso del primer juego de parámetros para obtener una primera señal corregida, en el que el parcheado de la señal de alimentación de banda baja genera el contenido de primera frecuencia; y
realizar una operación de extensión ciega de ancho de banda mediante el uso del primer contenido de frecuencia (25c) y un segundo juego de parámetros para generar un segundo contenido de frecuencia (25e), extendiéndose hasta una segunda frecuencia (25f) que es superior a la primera frecuencia (25d) mediante el uso de un parcheado de la primera señal corregida y mediante el uso del segundo juego de parámetros, en el que el parcheado de la primera señal corregida genera el segundo contenido de frecuencia, en el que la realización de una operación de extensión ciega de ancho de banda, comprende la generación del segundo juego de parámetros del primer contenido de frecuencia (25c) al derivar parámetros de envolvente espectral para el segundo juego de parámetros por el segundo contenido de frecuencia por una extrapolación de frecuencias inferior a superior de información de energía de una envolvente espectral corregida del primer contenido de frecuencia.
13. Programa informático que comprende un código de programa para llevar a cabo, cuando se ejecuta en un ordenador, el procedimiento de la reivindicación 12.
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