MX2014000409A

MX2014000409A - Adaptaciones de ventanas de ponderacion de analisis o sintesis para codificacion o decodificacion de transformada.

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Publication number: MX2014000409A
Application number: MX2014000409A
Authority: MX
Inventors: Julien Faure; Pierrick Philippe
Original assignee: Orange
Priority date: 2011-07-12
Filing date: 2012-07-09
Publication date: 2014-09-15
Also published as: RU2607230C2; US10373622B2; CN103814406B; KR20190124331A; BR122021011683B1; WO2013007943A1; US20140142930A1; KR20140050056A; US9368121B2; ES2556268T3; BR112014000611A2; EP2732448B1; JP6177239B2; KR102089273B1; JP2014524048A; FR2977969A1; CA2841303A1; BR122021011692B1; EP2732448A1; RU2014104488A

Abstract

La presente invención se refiere a un método para codificar o decodificar una señal de audio digital mediante transformada utilizando las ventanas de ponderación de análisis (ha) o síntesis (hs) aplicadas a los cuadros muestra; el método es tal que éste comprende un muestreo irregular (E10) de una ventana inicial proporcionada para una transformada de tamaño inicial determinado N, para aplicar una transformada secundaria de tamaño M diferente de N; la invención también se refiere a un dispositivo emparejado para implementar el método anterior.

Description

ADAPTACIONES DE VENTANAS DE PONDERACION DE ANALISIS O SINTESIS PARA CODIFICACION O DECODIFICACION DE TRANSFORMADA CAMPO DE LA INVENCION La presente invención se refiere al procesamiento de señales, notablemente al procesamiento de una señal de audio (tal como una señal de diálogo) y/o video, en la forma de una sucesión de muestras. Esta se refiere en particular a la codificación y la decodificación de una señal de audio digital mediante la transformada y la adaptación de las ventanas de análisis o síntesis al tamaño de la transformada.

BREVE DESCRIPCION DE LA INVENCION La codificación de transformada consiste en la codificación de señales temporales en el dominio de transformada (frecuencia) . Esta transformada notablemente hace posible utilizar las características de frecuencia de las señales de audio para optimizar y mejorar el desempeño de la codificación. Por ejemplo, se hace uso del hecho de que un sonido armónico es representado en el dominio de frecuencia por un número reducido de rayos espectrales que entonces pueden ser codificados de manera concisa. Los efectos de enmascaramiento de frecuencia también son utilizados, por ejemplo, de manera conveniente para formatear el ruido de la codificación en una manera .en que sea lo más poco audible posible .

De manera convencional, la codificación y decodificación mediante transformada es ejecutada por la aplicación de cinco pasos : La corriente de audio digital (muestreada a una frecuencia de muestreo determinada Fs) que se va a codificar es cortada en cuadros de números finitos de muestras (por ejemplo, 2N) . Cada cuadro convencionalmente traslapa el cuadro precedente por 50%.

- Un paso de transformada es aplicado a la señal. En el caso de la transformada denominada MDCT (Transformada Discreta del Coseno Modificada) , una ventana de ponderación ha (denominada ventana de análisis) de tamaño L=2N es aplicada a cada cuadro.

- El cuadro ponderado es "doblado" de acuerdo con una transformada 2N a N. El "doblez" del cuadro T2N de tamaño 2N ponderado por ha al cuadro TN del tamaño N, por ejemplo, se puede realizar de la siguiente forma: una DCT IV es aplicada al cuadro doblado T„ a fin de obtener un cuadro de tamaño ? en el dominio de transformada. Este se expresa de la siguiente forma: - El cuadro en el dominio de transformada entonces es cuantificado mediante el uso de un cuantificador emparejado. La cuantificación hace posible reducir el tamaño de los datos que van a ser transmitidos pero introduce un ruido (audible o no) en el cuadro original. Mientras más alta es la tasa de transferencia de bits de la codificación, más se reduce este ruido y más cerca está el cuadro cuantificado del cuadro original .

Una transformada MDCT inversa es aplicada en la decodificación al cuadro cuantificado. Esta comprende dos pasos: el cuadro cuantificado de tamaño N es convertido en un cuadro de tamaño N en el dominio de tiempo TN* utilizando una DCT IV inversa (lo cual se expresa como una transformada directa) .

Un segundo paso de "desdoblar" de N a 2N entonces es aplicado al cuadro de tiempo TH* de tamaño N. Las ventanas de ponderación hs, denominadas ventanas de síntesis, son aplicadas a los cuadros T2N* de tamaños 2N de acuerdo con la siguiente ecuación. ¿ £ [0;N/2 - l] La corriente de audio decodificada entonces es sintetizada sumando las partes que se traslapan de dos cuadros consecutivos.

Observar que este esquema se extiende a transformadas que tienen un mayor traslape, tal como las ELTs para las cuales los filtros de análisis y síntesis tienen una longitud L=2KM para un traslape de (2K-1)N. La MDCT entonces es un caso particular de la ELT con K=l.

Para una transformada y un traslape determinado, se determinan las ventanas de análisis y síntesis, lo cual hace posible obtener una denominada reconstrucción (perfecta) de la señal que se va a codificar (en la ausencia de cuantificación) .

La reconstrucción también puede ser una reconstrucción "casi perfecta" cuando la diferencia entre las señales X original y J? reconstruida se puede considerar insignificante. Por ejemplo, en la codificación de audio, se puede considerar insignificante una diferencia que tiene una potencia de error de 50 dB inferior que la potencia de la señal procesada X.

Por ejemplo, en el caso donde las ventanas de análisis y síntesis no cambian en dos cuadros consecutivos, estas debieran observar las siguientes condiciones de reconstrucción perfecta: ~ha(N + k)hs{N + k)+ha(k)hs(k) = \ _ha(N + k)hs(2N-k-1)- ha{k)h,(N -1 -k) = 0 ( 3 } k=[0;N-l] Por lo tanto fácilmente se entenderá que, en al mayoría de los codees, las ventanas de análisis y síntesis son almacenadas en memoria, éstas son calculadas por anticipado y almacenadas en memoria ROM o inicializadas utilizando fórmulas y, no obstante, almacenadas en memoria RAM.

La mayor parte del tiempo, las ventanas de análisis y síntesis son idénticas (hs (k) =ha (k) ) , algunas veces excepto para una inversión del índice (hs (k) =ha (2N-l-k) ) , éstas entonces requieren solamente un solo espacio de memoria de tamaño 2N para su almacenamiento en memoria.

Los nuevos codees trabajan con diferentes tamaños de cuadro N, ya sea para gestionar una pluralidad de frecuencias de muestreo, o para adaptar el tamaño de la ventana de análisis (y por lo tanto la síntesis) al contenido de audio (por ejemplo, en el caso de transiciones). En estos codees, la memoria ROM o RAM contiene tantas ventanas de análisis y/o síntesis como tamaños de cuadro diferentes existen.

Los coeficientes (también denominados muestras) de las ventanas de análisis o síntesis del codificador o decodificador, debieran ser almacenados en memoria para ejecutar la transformada de análisis o síntesis. Obviamente, en un caso particular que utiliza transformadas de diferentes tamaños, la ventana de ponderación para cada uno de los tamaños utilizados debe ser representada en memoria.

En el caso favorable donde las ventanas son simétricas, solamente se necesitan almacenar L/2 coeficientes, los otros L/2 son deducidos sin alguna operación aritmética de estos coeficientes almacenados. Por lo tanto, para una DCT (K=l), si hay necesidad de una transformada de tamaño M y 2.M, entonces (M+2M) =3M coeficientes deben ser almacenados en caso que las ventanas sean simétricas y (2M+4M)=6M coeficientes deben ser almacenados de otra manera. Un ejemplo típico para la codificación de audio es M=320 o M=1024. Por lo tanto, para el caso asimétrico, $sto significa que 1920 y 6144 coeficientes deben ser almacenados respectivamente.

Dependiendo de la precisión deseada para la representación de los coeficientes, se necesitan 16 bits, incluso 24 bits, para cada coeficiente. Esto significa un espacio de memoria significativo para computadoras de bajo costo.

Existen técnicas de decimación de ventana de análisis o síntesis .

Una decimación de ventana simple, por ejemplo a fin de cambiar de N muestras a M (N siendo un múltiplo de M) , consiste en tomar una muestra en N/M con N/M siendo un entero > 1.

Dicho cálculo no hace posible observar la ecuación de reconstrucción perfecta proporcionada en la ecuación (3) .

Por ejemplo, en el caso donde la ventana de síntesis es el inverso temporal de la ventana de análisis, aplica lo siguiente : hs (2N - k -\) = ha (k) = h(k) para · * e [0; 2N- 1] (4> La condición de reconstrucción perfecta se convierte en: h(N + k)h{N - k - \)+ h(k)h{2N - k -1)= 1 para *e[0;2tf-l] (5) Una ventana convencionalmente utilizada en la codificación para cumplir con esta condición es la ventana sinusoidal de Malvar: A(*)=sin(^(*+0.5)) Para fce[0;2iV-l] (6) Si la ventana h(k) es decimada tomando una muestra en N/M, esta ventana se convierte en: ara ke[0;2M Para h*(k) de tamaño 2M a fin de confirmar la condición de reconstrucción perfecta (en la ecuación (3)), N/M debe ser igual a 1; ahora, N/M es definido como un entero >1, por lo tanto, para dicha decimación, la condición de reconstrucción perfecta no se puede confirmar.

El ejemplo ilustrativo aquí tomado es fácilmente generalizado. Por lo tanto, a través de decimación directa de una ventana básica para obtener una ventana de tamaño reducido, no se puede asegurar la propiedad de reconstrucción perfecta .

También existen técnicas de interpolación de ventana de ponderación. Dicha técnica se describe, por ejemplo, en la solicitud de patente publicada EP 2319039.

Esta técnica hace posible reducir el tamaño de las ventanas almacenadas en ROM cuando se necesita una ventana de mayor tamaño.

Por lo tanto, en lugar de almacenar una ventana de tamaño 2N y una ventana de tamaño 4N, la solicitud de patente propone asignar las muestras de la ventana 2N a una muestra en dos de la ventana 4N y almacenar en ROM únicamente las 2N muestras faltantes. El tamaño del almacenamiento en ROM entonces se reduce de 4N + 2N a 2N + 2N .

Sin embargo, esta técnica también requiere un cálculo preliminar de ventana de análisis y síntesis antes de aplicar la transformada real.

Por lo tanto existe la necesidad de almacenar solamente un número reducido de ventanas de análisis y ventanas de síntesis en memoria para aplicar transformadas de diferentes tamaños mientras . se observan las condiciones de reconstrucción perfectas. Además, existe la sensación de que hay necesidad de evitar los pasos del cálculo preliminar de estas ventanas antes de la codificación por parte de la transformada .

La presente invención mejora la situación. Para este fin, se propone un método para codificar o decodificar una señal de audio digital mediante transformada utilizando ventanas de ponderación de análisis (ha) o síntesis (hs) aplicadas a cuadros muestra. El método es tal que comprende un muestreo irregular (E10) de una ventana inicial proporcionada para una transformada de tamaño inicial determinado N, para aplicar una transformada secundaria de tamaño M diferente de N.

Por lo tanto, a partir de una ventana inicial almacenada, proporcionada para una transformada de tamaño N, es posible aplicar una transformada de diferente tamaño sin ejecutar cálculos preliminares y sin almacenar otras ventanas de diferentes tamaños.

Una sola ventana de cualquier tamaño entonces puede ser suficiente para adaptarla a transformadas de diferentes tamaños .

El muestreo irregular hace posible observar las denominadas condiciones de reconstrucción "perfectas" o "casi perfectas" durante la decodificación.

Las diversas modalidades particulares que se mencionan a continuación se pueden agregar de manera independiente o en combinación unas con otras, a los pasos del método de codificación o decodificación antes definido.

De acuerdo con una modalidad preferida, el paso de muestreo comprende la selección, a partir de un primer coeficiente d de la ventana inicial (con 0=d<N/M), de un conjunto definido de coeficientes N-d-1, N+d, 2N-d-l, observando una condición de reconstrucción perfecta predeterminada .

Por lo tanto, es posible a partir de un conjunto de coeficientes determinar ventanas emparejadas con transformadas secundarias de diferentes tamaños mientras se observan las condiciones de reconstrucción perfectas.

De manera conveniente, cuando N es mayor que M, una decimación de la ventana inicial es ejecutada mediante la retención de al menos los coeficientes del conjunto definido para obtener una ventana decimada.

Por lo tanto, a partir de una ventana de análisis o síntesis almacenada de mayor tamaño, es posible obtener una ventana de tamaño más pequeño que también observa las condiciones de reconstrucción perfectas en la decodificación .

En una modalidad ejemplar particular, el método comprende la selección de un segundo conjunto de coeficientes separados por una diferencia constante con los coeficientes del conjunto definido y la decimación es ejecutada también reteniendo los coeficientes del segundo conjunto para obtener la ventana decimada.

Por lo tanto, se puede obtener una decimación emparejada al tamaño de transformada deseado. Esto hace posible conservar mejor la respuesta de frecuencia de las ventanas obtenidas.

En una modalidad particular, la decimación de una ventana de tamaño 2N en una ventana de tamaño 2M es ejecutada de acuerdo con las siguientes ecuaciones: donde h* es la ventana de análisis o síntesis decimada, h es la ventana de análisis o síntesis inicial, |_Xj es el entero más cercano < x, |~X es el entero más cercano = x y d es el valor del primer coeficiente del conjunto definido.

Por lo tanto, es posible obtener ventanas de diferentes tamaños a partir de una ventana de tamaño más grande incluso cuando el número de coeficientes entre la ventana inicial y la ventana obtenida no es un múltiplo.

Cuando N es menor que M, se ejecuta una interpolación insertando un coeficiente entre cada uno de los coeficientes del conjunto de coeficientes definidos y cada uno de los coeficientes de un conjunto de coeficientes adyacentes para obtener una ventana interpolada.

La ventana interpolada también observa una reconstrucción perfecta y se puede calcular en el aire a partir de una ventana almacenada de tamaño más pequeño.

En una modalidad particular, el método comprende la selección de un segundo conjunto de coeficientes separados por una diferencia constante con los coeficientes del conjunto definido y la interpolación es ejecutada también insertando un coeficiente entre cada uno de los coeficientes del segundo conjunto y cada uno de los coeficientes de un conjunto de coeficientes adyacentes para obtener la ventana interpolada.

Por lo tanto, se puede obtener una interpolación emparejada al tamaño de transformada deseado. Esto hace posible retener mejor la respuesta de frecuencia de las ventanas obtenidas.

A fin de optimizar la respuesta de frecuencia de la ventana interpolada, en una modalidad particular, el método comprende el cálculo de una ventana complementaria que comprende coeficientes calculados a partir de los coeficientes definidos del conjunto y a partir de los coeficientes adyacentes para interpolar dicha ventana.

En una modalidad preferida, el paso de muestreo irregular y una decimación o interpolación de la ventana inicial son ejecutados durante el paso de implementar el doblez o desdoblado temporal utilizado para el cálculo de la transformada secundaria.

Por lo tanto, la decimación o la interpolación de una ventana de análisis o síntesis se ejecuta al mismo tiempo que el paso de transformada real, por lo tanto en el aire. Por lo tanto, ya no resulta útil ejecutar pasos de cómputo preliminares antes de la codificación, las ventanas emparejadas al tamaño de la transformada se obtienen durante la codificación.

En una modalidad ejemplar, tanto una decimación como una interpolación de la ventana inicial son ejecutadas durante el paso de implementar el doblez o 'desdoblado temporal utilizados para el cálculo de la transformada secundaria .

Esto hace posible ofrecer más posibilidades para obtener ventanas de diferentes tamaños a partir de una sola ventana almacenada en memoria.

En un caso de una modalidad particular para la decimación, la decimación durante el doblez temporal es ejecutada de acuerdo con la siguiente ecuación: *e[0;A /2-l] con TM siendo un cuadro de M muestras, T2M, un cuadro de 2M muestras y la decimación durante el desdoblado temporal se ejecuta de acuerdo con la siguiente ecuación: con T*M siendo un cuadro de M muestras, T*2M, un cuadro de 2M muestras .

En una modalidad ejemplar particularmente emparejada, cuando la transformada secundaria es de tamaño M=3/2N, se ejecuta una decimación de la ventana inicial seguido por una interpolación durante el doblez temporal de acuerdo con las siguientes ecuaciones: con TM siendo un cuadro de M muestras, T2M un cuadro de 2M muestras, hcomp la ventana complementaria y, cuando la transformada secundaria es de tamaño M=3/2N, se ejecuta una decimación de la ventana inicial seguida por una interpolación durante el desdoblado temporal de acuerdo con las siguientes ecuaciones: T*M(k + \) = T^ + k + l}icomp(2N-k/2-í) T;M^ + k + l)=-rM(N-{k + l)-l)h(^-k/2-l) T; + k)=-T {N -k-\)comp{^-kl2-\) T;M(^ + k + l)=-T^(k + l)h(^-k/2-l) (~ + k)= -TM* (k)hcomp(N2 -k/2-l) £/2e[0;N/2-l] con TM siendo un cuadro de M muestras, T2M un cuadro de 2M muestras, hcomp la ventana complementaria.

La presente invención también tiene como objetivo un dispositivo para codificar o decodificar una señal de audio digital mediante transformada utilizando ventanas de ponderación de análisis o síntesis aplicadas a cuadros muestra. El dispositivo es tal que éste comprende un módulo de muestreo emparejado para muestrear de manera irregular una ventana inicial proporcionada para una transformada de tamaño inicial determinado N, a fin de aplicar una transformada secundaria de tamaño M diferente de N.

Este dispositivo ofrece las mismas ventajas que el método previamente descrito, el cual es el que implementa.

Este tiene como objetivo un programa de computadora comprende instrucciones de código para implementación de los pasos del método de codificación o decodificación tal como se describió, cuando estas instrucciones son corridas por un procesador.

Finalmente, la invención se refiere a un medio de almacenamiento legible por procesador, incorporado o no en el dispositivo de codificación o decodificación, posiblemente removible, almacenando un programa de computadora que implementa un método de codificación o decodificación tal como se describió previamente.

BREVE DESCRIPCION DE LAS FIGURAS Otras características y ventajas de la invención serán más claras a partir de la lectura de la siguiente descripción, proporcionada simplemente como un ejemplo no limitativo, y con referencia a los dibujos acompañantes en los cuales: La figura 1 ilustra un ejemplo de un sistema de codificación y decodificación que implementa la invención en una modalidad; La figura 2 ilustra un ejemplo de decimación de ventana de análisis o síntesis de acuerdo con la invención; Las figuras 3(a) y 3(b) ilustran un muestreo irregular de una ventana de análisis o síntesis para obtener una ventana de acuerdo con una modalidad de la invención; Las figuras 4 (a) y 4 (b) ilustran un muestreo irregular de una ventana de análisis o síntesis del factor proporcional (2/3) en una modalidad de la invención. La figura 4(a) ilustra un subpaso de la decimación mientras que la figura 4 (b) presenta un subpaso de interpolación; y La figura 5 ilustra un ejemplo de una modalidad de hardware de un dispositivo de codificación o decodificación de acuerdo con la invención.

DESCRIPCION DETALLADA DE LA INVENCION La figura 1 ilustra un sistema para codificar y decodificar mediante transformada en el cual una sola ventana de análisis y una sola ventana de síntesis de tamaño 2N son almacenadas en memoria.

La corriente de audio digital X(t) es muestreada por el módulo de muestreo 101 a una frecuencia de muestreo Fs, los cuadros T2M(t) de 2M muestras son entonces así obtenidos. Cada cuadro convencionalmente traslapa por un 50% el cuadro precedente .

Un paso de transformada entonces es aplicado a la señal por los bloques 102 y 103. El bloque 102 ejecuta un muestreo de la ventana inicial almacenada proporcionada para una transformada de tamaño N para aplicar una transformada secundaria de tamaño M diferente de N . Un muestreo de la ventana de análisis ha de 2N coeficientes entonces es ejecutado para adaptarlo a los cuadros de 2M muestras de la señal .

En el caso donde N es un múltiplo de M, se trata de una decimación y, en el caso donde N es un submúltiplo de M, se trata de una interpolación. Se proporciona el caso donde N/M es cualquiera de estos.

Los pasos implementados por el bloque 102 se detallarán más adelante con referencia a las figuras 2 y 3.

El bloque 102 también ejecuta un doblez en el cuadro ponderado de acuerdo con la transformada 2 a . De manera conveniente, este paso de doblez es ejecutado en combinación con el paso irregular de muestreo y decimación o interpolación tal como se describe más adelante.

Por lo tanto, después del bloque 102, la señal es en la forma de un cuadro TM(t) de M muestras. Una transformada de tipo DCT IV, entonces es aplicada por el bloque 103 para obtener cuadros TM de tamaño M en el dominio de transformada, es decir, aquí, en el dominio de frecuencia.

Estos cuadros entonces son cuantificados por el módulo de cuantificación 104 para que sean transmitidos a un decodificador en el índice de cuantificación en forma de IQ.

El decodificador ejecuta una cuantificación inversa mediante el módulo 114 para obtener los cuadros en el dominio transformado. El módulo de transformada inversa 113 ejecuta, por ejemplo, una DCT IV inversa para obtener cuadros en el dominio de tiempo.

Un desdoblado de M a 2 muestras entonces es ejecutado por el bloque 112 en el cuadro f^ít) . Una ventana de ponderación de síntesis de tamaño 2 es obtenida por el bloque 112 mediante decimación o interpolación de una ventana hs de tamaño 2N.

En el caso donde N es mayor que , se trata de una decimación y, en el caso donde N es menor que M, se trata de una interpolación.

Los pasos implementados por el bloque 112 se detallarán más adelante con referencia a las figuras 2 , 3(a) y 3(b).

En lo que respecta a la codificación, de manera conveniente, este paso de desdoblado es ejecutado en combinación con el paso de muestreo y decimación o interpolación irregular y se describirá más adelante.

La corriente de audio decodificada X t) entonces es sintetizada sumando las partes en traslape en el bloque 111.

El bloque 102 así como el bloque 112 ahora se describirán con más detalle.

Estos bloques ejecutan los pasos de muestreo irregulares E10 para definir una ventana emparejada al tamaño M de una transformada secundaria.

Por lo tanto, a partir de un primer coeficiente d (con 0<d<N/M) de la ventana almacenada (ha o hs) de tamaño 2N, se selecciona un conjunto definido de coeficientes N-d-1, N+d, 2N-d-l, observando una condición de reconstrucción perfecta predeterminada .

A partir de este conjunto, se ejecuta una decimación o una interpolación de dicha ventana en Ell de acuerdo con si N es mayor que o menor que M, para cambiar de una ventana de 2N muestras a una ventana de 2M muestras.

Se busca una condición de reconstrucción perfecta predeterminada. Para esto, el muestreo tiene que ser ejecutado en una manera en que se observen las siguientes ecuaciones (asegurando que los coeficientes elegidos para la síntesis y el análisis permitan la reconstrucción perfecta para una transformada de tamaño N) : ~ha (N + k)hs (N + k)+ ha {k)hs {k) = \ _ha (N + k)hs (2N - k - 1)- ha (k)hs (N - 1 - k) = 0 ¿ e [0;N - l] Por lo tanto, para que una ventana decimada observe las condiciones de reconstrucción perfectas de la ecuación (3), desde un punto ha(k) (para k € [0 ;2N-1]) en la ventana de análisis, solamente la selección adicional de los puntos ha (?+k) en la ventana de análisis y de los puntos hs(k) , hs(N+ k) , hs(2N-l-k) y hs(N-l-k) en la condición de ventana de síntesis de la reconstrucción perfecta.

Sin embargo, al retener solo estos 6 puntos, se observará que entonces existe una disparidad, la ventana de análisis es decimaza por N y la ventana de síntesis por N/2.

De manera similar se observará que, si la decimación involucra la selección del punto N-k-1 en la ventana de análisis ha (N-k-1), solamente la selección de los puntos ha (2N-l-k) en la ventana de análisis y de los cuatro mismos puntos hs(k), hs(N+k), hs(2N-l-k) y hs(N-l-k) en la ventana de análisis hace posible observar la condición de reconstrucción perfecta.

Por lo tanto, durante una decimación tal como se ilustra con referencia a la figura 2, para observar las condiciones de reconstrucción perfecta en (3), a partir de un coeficiente d tomado para 0<d<N/M, es absolutamente esencial que los siguientes coeficientes N-d-1, N+d, 2N-l-d en la ventana de análisis y d, N+ d, 2N-l-d y N-l-d en la ventana de síntesis también sean seleccionados para tener una decimación del mismo tamaño entre la ventana de análisis y la ventana de síntesis .

En la práctica, la condición de reconstrucción perfecta aplica solamente a subconjuntos de 8 puntos de manera independiente tal como se ilustra en la figura 2.

Por lo tanto, se ejecuta la selección del conjunto definido de coeficientes d, N-d-1, N+d, 2N-l-d en la ventana de análisis y la ventana de síntesis.

La decimación entonces es ejecutada mediante la retención de al menos los coeficientes del conjunto definido para obtener la ventana decimada, los otros coeficientes pueden ser eliminados. Por lo tanto, se obtiene la ventana decimada más pequeña que observa las condiciones de reconstrucción perfectas.

Por lo tanto, para obtener la ventana de análisis decimada más pequeña, solamente se mantienen los puntos ha(k), ha(N+k), ha(2N-l-k) y ha(N-l-k) tal como se ilustra en el ejemplo referido en la figura 2.

Para la ventana de síntesis, el mismo conjunto de coeficientes es seleccionado y la decimación se ejecuta reteniendo al menos los coeficientes del conjunto definido para obtener la ventana decimada.

Por lo tanto, para obtener la ventana de síntesis decimada más pequeña, solamente se mantienen los puntos (ha(k), ha(N+k), ha(2N-l-k) y ha(N-l-k)) tal como se ilustra en el ejemplo referido en la figura 2.

Dadas las simetrías entre los puntos, en el caso donde la ventana de síntesis es el inverso temporal de la ventana de análisis, solamente un conjunto de 4 puntos (h(k), h(N+ k) , h(2N-l-k) y h(N-l-k) ) es necesario para la decimación .

Por lo tanto, al seleccionar el conjunto antes definido, es posible decimar una ventana de análisis y/o síntesis eligiendo cualesquiera valores de k entre 0 y N-l al tiempo que se conservan las propiedades de reconstrucción perfectas.

Una decimación emparejada hace posible conservar mejora la respuesta de frecuencia de la ventana que se va a decimar.

En el caso de una decimación emparejada, con un tamaño de transformada , se toma un coeficiente N/M en el primer cuarto de la ventana de análisis (o síntesis) y se selecciona un segundo conjunto de coeficientes separado por una diferencia constante (de M/N) con coeficientes del conjunto definido. Por lo tanto, la decimación es ejecutada conservando, además de los coeficientes d, N-l-d, N+d, 2N-1-d, los coeficientes del segundo conjunto para obtener la ventana decimada.

Las figuras 3(a) y 3(b) ilustran un ejemplo de muestreo irregular emparejado a un tamaño de transformada M. La ventana representada es dividida en cuatro cuartos.

Dadas las condiciones de reconstrucción perfectas, se obtienen las siguientes ecuaciones para obtener la ventana decimada de tamaño 2 . donde h* es la ventana de análisis o síntesis interpolada o decimada, h es la ventana de análisis o síntesis inicial, |_Xj es el entero más cercano = X, [~X] es el entero más cercano = X. d es la compensación.

La compensación es una función de la muestra de inicio d en el primer cuarto de la ventana.

Por lo tanto, el paso E10 del bloque 102 comprende la selección de un segundo conjunto de coeficientes separado por una diferencia constante (aquí N/ ) de los coeficientes del conjunto definido (d, N-d-1, N+d, 2N-d-l) . La misma diferencia constante se puede aplicar para seleccionar un tercer conjunto de coeficientes.

En la práctica, por ejemplo si la ventana es decimada por 3, es decir que N/M=3, la diferencia entonces es 3 en casa porción de ventana. Si d=0 es el primer coeficiente del conjunto definido, los coeficientes de un segundo o tercer conjunto separado por una diferencia constante entonces son 3 y 6, y así sucesivamente.

De manera similar, si d=l, los primeros coeficientes del segundo o tercer conjunto separados por una diferencia constante son 1, 4, 7... o incluso los coeficientes 2 , 5, 8... para d=2. "d" en la ecuación 7 entonces puede asumir los valores 0, 1 o 2 (entre 0 y N/M-1 inclusivo) .

Las figuras 3(a) y 3(b) representan el caso donde el primer coeficiente elegido en el primer cuarto de la ventana es d=l .

Los coeficientes del segundo y tercer conjuntos separados por una diferencia constante son entonces 4 y 7.

La tabla 1 a continuación ilustra los puntos retenidos para el cambio de una transformada de tamaño N=48 a transformadas de tamaño más pequeño (M=24, 16, 12 y 8). Por lo tanto se observará que, para implementar la transformada de tamaño M=8, las muestras 0, 6, 12, 18, 29, 35, 41, 47, 48 , 54 , 60 , 66, 77 , 83 , 89 y 95 son consideradas en la ventana de análisis o síntesis, mostrando por lo tanto el muestreo irregular.

TABLA. 1 La tabla 2 a continuación ilustra una modalidad para cambiar de una ventana inicial proporcionada para una transformada de tamaño N=48 a una ventana conveniente para producir una transformada de tamaño N=6. Después existe una decimación de N/M=8 y 7 posibilidades para el valor de d: d=0...7. La tabla indica los índices correspondientes a los valores retenidos en la ventana inicial.

TABLA 2 De esta manera para tener una respuesta de frecuencia que sea más cercana a la ventana original, la invención propone establecer el valor a d =max(o, o.5(^ -l) ) . Esta condición no es una limitación.

Si se considera que el punto de inicio es el final de cada segmento, la ecuación 7 se convierte en: En cada porción, también es posible ejecutar la transformada de tamaño M para elegir de manera arbitraria los puntos en la ventana inicial de tamaño 2N. A partir de un primer coeficiente (h(d))M/2-l coeficientes pueden ser tomados arbitrariamente del primer cuarto de la ventana, con los índices dk, condicionales sobre la selección de los coeficientes de índices 2N-l-dk , N-l-dk y N+dk en las otras tres porciones. Esto es particularmente conveniente para mejorar la continuidad o la respuesta de frecuencia de la ventana de tamaño 2M que está construida: las discontinuidades en particular pueden estar limitadas por una elección sagaz de los índices dk.

La tabla 3 a continuación ilustra una modalidad particular con 2N=48, 2M=16.

TABLA 3 En una modalidad conveniente, los bloques 102 y 112 ejecutan los pasos de muestreo al mismo tiempo que el paso de doblez o desdoblado de los cuadros de señal.

En el caso aquí descrito, se aplica una ventana de ponderación de análisis ha de tamaño 2N a cada cuadro de tamaño 2 decimándolo o interpolándolo en el aire en el bloque 102.

Este paso es ejecutado agrupando las ecuaciones (1) que describen el paso de doblez y las ecuaciones (7) que describen una decimación irregular.

El cuadro ponderado es "doblado" de acuerdo con una transformada 2M a M. El "doblez" del cuadro T2M de tamaño 2 ponderado por ha (de tamaño 2M) al cuadro TM de tamaño M puede realizarse por ejemplo de la siguiente forma: <')-r«(í+*)¾(L TM(M/2+k)= T2M(k)ha(\k^]+d)-T2M(M-k-l)ha([N-l ¿e[0; /2-l] (9) Por lo tanto, el paso de decimación de una ventana de tamaño 2N a una ventana de tamaño 2M se realiza al mismo tiempo que el doblez de un cuadro de tamaño 2M a un cuadro de tamaño M.

Los cálculos ejecutados son de la misma complejidad que aquellos utilizados para un doblez convencional, solamente se cambian los índices. Esta operación de decimación en el aire no conlleva una complejidad adicional.

De manera similar, al momento de la decodificación, una ventana de ponderación de síntesis hs de tamaño 2N es decimada en el aire en el bloque 112, en una ventana de tamaño 2M que se va a aplicar a cada cuadro de tamaño 2M. Este paso es ejecutado agrupando las ecuaciones desdobladas (2) con las ecuaciones de decimación (7) u (8).

Entonces se obtiene la siguiente ecuación: Aquí una vez más, estas ecuaciones no tienen como resultado alguna complejidad adicional en comparación con las ecuaciones de desdoblado convencionales. Estas hacen posible obtener una decimación de ventana en el aire sin tener que ejecutar cálculos preliminares y sin tener que almacenar ventanas adicionales.

En el caso donde la ventana de síntesis es el inverso temporal de la ventana de análisis (hs ( k) =ha (2N-l-k) ) , y la proporción N/M es un entero (por lo tanto solamente una decimación), las ecuaciones 10 se convierten en: ¡M (k) = TM (£+ k) hs ((2 -*)¿ - 1 - d) T;M(M +k) = -T^(«-k-l)hs((M-k)^-l-d) (ID T (^ + k) = -T^k)hs(^-k-l]^ +d) Jfce[0;_V/2-l] Esta modalidad hace posible tener en memoria una sola ventana utilizada a la vez para el análisis y la síntesis.

Por lo tanto se ha mostrado que los pasos de doblez/desdoblado y decimación se pueden combinar a fin de ejecutar una transformada de tamaño M utilizando una ventana de análisis/síntesis proporcionada para un tamaño N. en virtud de la invención, se obtiene una complejidad idéntica a la aplicación de una transformada de tamaño M con una ventana de análisis/síntesis proporcionada para un tamaño M, y sin el uso de memoria adicional. Observar que este efecto es revelado para una iraplementación efectiva de la transformada MDCT con base en una DCT IV (tal como se sugiere en H. S. Malvar, Signal Processing with Lapped Transforms, Artech House, 1992), este efecto también se podría llevar a la luz con otras implementaciones efectivas, notablemente una propuesta por Duhamel et al. en "A fast algorithm for the implementation of filter banks based on TDAC" presentada en la conferencia ICASSP91) .

Este método no es una limitación, éste se puede aplicar notablemente en el caso donde la ventana de análisis presenta Os y donde se aplica al cuadro mediante compensación (las muestras de sonido más recientes son ponderadas por la porción de ventana justo antes que la porción que presenta Os) para reducir el retraso de la codificación. En este caso, los índices asignados a los cuadros y aquellos asignados a las ventanas están compensados.

En una modalidad particular, ahora se tiene una descripción de un método de interpolación en el caso donde hay una ventana h de tamaño 2N y hay cuadros de tamaño M.

En el caso donde N es menor que M, también se realiza una selección similar de un conjunto de coeficientes que observan las condiciones de reconstrucción perfectas. También se determina un conjunto de coeficientes adyacentes a los coeficientes del conjunto definido. La interpolación entonces es ejecutada mediante la inserción de un coeficiente entre cada uno de los coeficientes del conjunto de coeficientes definidos y cada uno de los coeficientes de un conjunto de coeficientes adyacentes para obtener la ventana interpolada.

Por lo tanto, para observar las condiciones de reconstrucción perfectas definidas por la ecuación (3), si el objetivo es insertar una muestra entre las posiciones k y k+1, se propone insertar puntos entre las posiciones ha(k) y ha(k+l), ha(N-k-l) y ha(N-k-2), ha(N+k) y ha(N+k+l), ha(2N-l-k) y ha(2N-k-2) en la ventana de análisis y puntos entre las posiciones hs(k) y hs(k+l), hs (N+k) y hs(N+k+l), hs(2N-l-k) y hs(2N-k-2), hs (N-l-k) y hs(N-k-2) en la ventana de síntesis. Los 8 puntos nuevos insertados también observan las condiciones de reconstrucción perfecta de la ecuación (3) .

En una primera modalidad, la interpolación es ejecutada por la repetición de un coeficiente del conjunto definido o del conjunto de coeficientes adyacentes.

En una segunda modalidad, la interpolación es ejecutada por el cálculo de un coeficiente (hcomp) a fin de obtener una mejor respuesta de frecuencia para la ventana obtenida.

Para esto, se ejecuta un primer paso de cálculo de una ventana complementaria hinit de tamaño 2N. Esta ventana es una versión interpolada entre los coeficientes de h de tamaño 2N, de manera que: En un segundo paso, la ventana hcomp es calculada de acuerdo con EP 2319039 de manera que exhibe una reconstrucción perfecta. Para esto, la ventana es calculada sobre los coeficientes del conjunto definido de acuerdo con las siguientes ecuaciones: hcomp(k) = kcomp(k + ^ Esta ventana es calculada al momento de la inicialización o almacenada en ROM.

Los pasos de interpolación y decimación se pueden integrar para exhibir una modalidad en la cual se aplica de manera efectiva una transformada.

Esta modalidad se ilustra con referencia a las figuras 4 (a) y 4 (b) .

Esta se descompone en dos pasos: - En un primer paso ilustrado en la figura 4 (a) , el método inicia desde una ventana ha de tamaño 2? para obtener una segunda ventana h de tamaño 2N' (aquí 2N=96 y 2N'=32, es decir que se ejecuta una decimación por un factor de 3) . Esta decimación es irregular y se ajusta a la ecuación (7).

- En un segundo paso ilustrado en la figura 4 (b) , se agrega un conjunto de coeficientes complementarios hcomp a los coeficientes 2N' de h para obtener un total de 2 coeficientes (aquí el número de coeficientes complementarios es 2N' , de manera que se obtienen 2M=4N' ) .

En el ejemplo particular en las figuras 4 (a) y 4 (b) , ha habido una conversión de una ventana inicial de tamaño 2N=96 proporcionado para una MDCT de tamaño N=48 a una ventana destinada a implementar una MDCT de tamaño M=32, construyendo una ventana de tamaño 2M=64.

Al momento de la transformada, en el bloque 102, la ventana h y la ventana hcomp se aplican de manera alternativa observando las siguientes ecuaciones: G^(*+1) =-G?^-(-?+1)-?)¾^-*/2-?)-G2„(^+ *+ (¥ + */2) TM (*) = -TMl8-k- l)hcomp(™ -k/2-\)-T2M( + k)hcomp(^ + k/l) TM(N/2 + k)= Tm (k)h{k 12)- T1M (N-k- l)h{N -k/2-?) Tu {N 12 + k +1)= T2M {k + \)comp{k 12)- T2U (iV-(jfc +1)- \)hcomp{N -kl2-\) (14) De manera similar, al momento de la transformada inversa en el bloque 112, la ventana h después la ventana hcomp se aplican de manera alternativa de acuerdo con las ecuaciones: T;M(k) = (^ + k)h{2N-k/2-\) T¡u (k + l)=Tü(± + k + l)comp(2N -k/2-l) T;M{^ + k + \)=-TM'{N -{k + \)-\){^-kl2-\) T;M(^ + k)=-T^{N-k-\)hcomp(™-k/2-\) (15) T;M(N + k) = -T^-k-\)h{N-k/2-l) T;M (N + k + \) = -TM' ( -(A: +1) - l)hcomp(N -k/2-?) T;M{^ + k + \)=-T^{k + l)h^-k/2-\) L + = -T (k)hcomp(^ -k/2-l) */2e[0;_V/2-l] Son posibles numerosas declinaciones de acuerdo con la invención. Por lo tanto, a partir de una sola ventana almacenada en memoria, es posible obtener una ventana de diferente tamaño ya sea mediante interpolación, mediante decimación o mediante interpolación de una ventana decimada o viceversa .

La flexibilidad de la codificación y de la decodificación es entonces grande sin que en alguna forma se incremente el espacio de memoria o los cálculos que se van a ej ecutar .

La implementación de la decimación o la interpolación al momento del doblez o del desdoblado de la MDCT proporciona un ahorro adicional en complejidad y en flexibilidad.

La figura 5 representa una modalidad de hardware de un dispositivo de codificación o decodificación de acuerdo con la invención. Este dispositivo comprende un procesador PROC que coopera con un bloque de memoria BM que comprende una memoria MEM de almacenamiento y/o funcionamiento.

El bloque de memoria de manera conveniente puede incluir un programa de computadora que comprende instrucciones de código para la implementación de los pasos del método de codificación o decodificación en lo que respecta a la invención, cuando estas instrucciones son corridas por el procesador PROC, y notablemente un muestreo irregular de una ventana inicial proporcionado para una transformada de tamaño inicial determinado N, a fin de aplicar una transformada secundaria de tamaño M diferente de N.

Típicamente, la descripción de la figura 1 retoma los pasos de un algoritmo de dicho programa de computadora. El programa de computadora también se puede almacenar en un medio de memoria que se puede leer a través de una unidad del dispositivo o que se puede descargar en el espacio de memoria del mismo.

Dicho equipo comprende un módulo de entrada conveniente para recibir una corriente de audio X(t) en el caso del codificador o índices de cuantificación IQ en el caso de un decodificador .

El dispositivo comprende un módulo de salida conveniente para transmitir índices de cuantificación IQ en el caso de un codificador o la corriente decodificada J?(t) en el caso del decodificador .

En una modalidad posible, el dispositivo entonces descrito puede comprender las funciones tanto de codificación como de decodificación.

Claims

NOVEDAD DE LA INVENCION Habiendo descrito la presente invención, se considera como una novedad y, por lo tanto, se reclama como propiedad lo contenido en las siguientes: REIVINDICACIONES

1. - Un método para codificar o decodificar una señal de audio digital mediante transformada utilizando ventanas de ponderación de análisis (ha) o síntesis (hs) aplicadas a cuadros muestra, caracterizado porque comprende un muestreo irregular (E10) de una ventana inicial proporcionada para una transformada de tamaño inicial determinado N, para aplicar una transformada secundaria de tamaño M diferente de N.

2. - El método de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el paso de muestreo comprende la selección, a partir de un primer coeficiente d de la ventana inicial (con 0=d<N/M) , de un conjunto definido de coeficientes N-d-1, N+d, 2N-d-l, observando una condición de reconstrucción perfecta predeterminada.

3. - El método de conformidad con la reivindicación 2, caracterizado porque, cuando N es mayor que M, se ejecuta una decimación de la ventana inicial reteniendo al menos los coeficientes del conjunto definido para obtener una ventana decimada .

4. - El método de conformidad con la reivindicación 3, caracterizado porque comprende la selección de un segundo conjunto de coeficientes separados por una diferencia constante con los coeficientes del conjunto definido y porque la decimación es ejecutada también reteniendo los coeficientes del segundo conjunto para obtener la ventana decimada .

5. - El método de conformidad con la reivindicación 4, caracterizado porque la decimación de una ventana de tamaño 2N en una ventana de tamaño 2M es ejecutada de acuerdo con las siguientes ecuaciones: en donde h* es la ventana de análisis o síntesis decimada, h es la ventana de análisis o síntesis inicial, xj es e^ entero más cercano < X, |~x] es el entero más cercano = X y d es el valor del primer coeficiente del conjunto definido.

6.- El método de conformidad con la reivindicación 2, caracterizado porque, cuando N es menor que M, se ejecuta una interpolación insertando un coeficiente entre cada uno de los coeficientes del conjunto de coeficientes definidos y cada uno de los coeficientes de un conjunto de coeficientes adyacentes para obtener una ventana interpolada.

7. - El método de conformidad con la reivindicación 6, caracterizado porque comprende la selección de un segundo conjunto de coeficientes separados por una diferencia constante con los coeficientes del conjunto definido y porque la interpolación es ejecutada insertando también un coeficiente entre cada uno de los coeficientes del segundo conjunto y cada uno de los coeficientes de un conjunto de coeficientes adyacentes para obtener la ventana interpolada.

8. - El método de conformidad con una de las reivindicaciones 6 a 7, caracterizado porque éste comprende el cálculo de una ventana complementaria que comprende coeficientes calculados a partir de los coeficientes definidos del conjunto y de los coeficientes adyacentes para interpolar dicha ventana.

9. - El método de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8, caracterizado porque el paso de muestreo irregular y una decimación o interpolación de la ventana inicial son ejecutados durante el paso de implementar el doblez o desdoblado temporal utilizado para el cálculo de la transformada secundaria.

10. - El método de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8, caracterizado porque tanto una decimacion como una interpolación de la ventana inicial son ejecutadas durante el paso de implementar el doblez o desdoblado temporal utilizado para el cálculo de la transformada secundaria.

11. - El método de conformidad con la reivindicación 9, caracterizado porque la decimacion durante el doblez temporal es ejecutado de acuerdo con la siguiente ecuación: Tu (k) = -T2„ (^-*-?)?ß(G^-?+? 1+^)-7'?«(^+?)?.(?^-1 +?*+ ,>^-</) £e[0;M/2-l] con TM siendo un cuadro de M muestras, T2M un cuadro de 2M muestras .

12. - El método de conformidad con la reivindicación 9, caracterizado porque la decimacion durante el desdoblado temporal es ejecutado de acuerdo con la siguiente ecuación: con T*M siendo un cuadro de M muestras, T*2M un cuadro de M muestras .

13. - El método de conformidad con las reivindicaciones 8 y 10, caracterizado porque, cuando la transformada secundaria es de tamaño M=3/2N, se ejecuta una decimación de la ventana inicial seguido por una interpolación durante el doblez temporal de acuerdo con las siguientes ecuaciones: con TM siendo un cuadro de M muestras, T2M un cuadro de 2M muestras, hcomp la ventana complementaria.

14.- El método de conformidad con las reivindicaciones 8 y 10, caracterizado porque, cuando la transformada secundaria es de tamaño M=3/2N, se ejecuta una decimación de la ventana inicial seguido por una interpolación durante el desdoblado temporal de acuerdo con las siguientes ecuaciones: TM (k + \) = T^ + k + \}icomp(2N -k/2-l) T;M{^ + k + \)=-T {N-{k + \)-\)h(;L-kl2-\) T;M{^ + k)=-rM{N -k-\)hcomp^-kl2-\) T;M(N + k) = -T^-k-l)h{N-k/2-l) Tl'u (N + k + \)= -TM' (j - (k + 1) - \ icomp{N -kl2-\) T¡M^k + x)=-M{k + l)h^-kl2-x) Jut fe + *) = ~TÍÍ (k) comp(~ -k/2-l) ifc/2e[0;N/2-l] con TM siendo un cuadro de M muestras, 2M un cuadro de 2M muestras, hcomp la ventana complementaria.

15. - Un dispositivo para codificar o decodificar una señal de audio digital mediante transformada utilizando las ventanas de ponderación de análisis (ha) o síntesis (hs) aplicadas a los cuadros muestra, caracterizado porque comprende un módulo de muestreo (102, 112) emparejado para muestrear de manera irregular una ventana inicial proporcionada para una transformada de tamaño inicial determinado N, a fin de aplicar una transformada secundaria de tamaño M diferente de N.

16. - Un programa de computadora que comprende instrucciones de código para la implementación de los pasos del método de codificación o decodificación de conformidad con una de las reivindicaciones 1 a 14, cuando estas instrucciones son corridas por un procesador.