PT1851997E

PT1851997E - Esquema codificador/descodificador multicanal transparente ou quase-transparente

Info

Publication number: PT1851997E
Application number: PT05797659T
Authority: PT
Inventors: Jonas Lindblom
Original assignee: Fraunhofer Gelellschaft Zur Fo
Priority date: 2005-02-22
Filing date: 2005-10-04
Publication date: 2008-12-04
Also published as: NO339907B1; EP1851997B1; CN102270452A; HK1107495A1; EP1851997A1; CA2598541A1; IL185304A0; CN102270452B; AU2005328264B2; JP4887307B2; US7573912B2; ES2312025T3; KR20070098930A; NO20074829L; RU2007135178A; BRPI0520053B1; ATE406076T1; MX2007009887A; CN101120615B; WO2006089570A1

Description

DESCRIÇÃO

ESQUEMA CODIFICADOR/DESCODIFICADOR MULTICANAL TRANSPARENTE OU QUASE-TRANSPARENTE

Campo da Invenção A presente invenção refere-se a esquemas de codificação de multicanal e, em especial, a esquemas de codificação multicanal paramétrica.

Antecedentes da Invenção e Estado da Técnica

Actualmente, duas técnicas dominam a exploração da redundância e irrelevância do estéreo contida em sinais áudio estereofónicos. Codificação estéreo Mid-Side (M/S) [1], pretende principalmente a eliminação de redundância, e é baseada no facto de, uma vez que frequentemente os dois canais estão razoavelmente correlacionados, ser melhor codificar a soma e a diferença entre os dois. Mais bits (relativamente) podem, então, ser gastos no sinal soma de alta potência, do que no sinal do lado de baixa potência (ou diferença). A codificação estéreo de intensidade [2, 3], por outro lado, atinge remoção de irrelevância por, em cada sub-banda, substituir os dois sinais por um sinal soma e um ângulo azimute. No descodificador, o parâmetro azimute é usado para controlar a localização espacial do evento auditivo representado pelo sinal soma da sub-banda. Ambos os estéreos Mid-Side e estéreo de Intensidade são usados extensivamente nos padrões de codificação de áudio existentes [4]. 1

Um problema com a abordagem M/S na direcção da exploração da redundância é que, se os dois componentes estiverem fora de fase (um estiver atrasado em relação ao outro), o ganho de codificação M/S dissipa-se. Este é um problema conceptual, visto que atrasos temporais são frequentes em sinais áudio reais. Por exemplo, a audição espacial baseia-se muito nas diferenças de tempo entre sinais (especialmente em baixas frequências) [5] . Nas gravações, os atrasos temporais podem originar-se tanto de ajustamentos do microfone estereofónico como de pós-processamento artificial (efeitos sonoros). Na codificação Mid-Side, uma solução ad-hoc é frequentemente usada para o problema de atraso temporal: a codificação M/S é empregada apenas quando a potência do sinal diferença for menor do que um factor constante daquela do sinal soma [1]. 0 problema de alinhamento é melhor resolvido [6] em que um dos componentes do sinal é previsto a partir do outro. Os filtros de predição são derivados numa base de quadro a quadro no codificador, e são transmitidos como informação de lado. Em [7], é considerada uma alternativa adaptativa retrógrada. Observa-se que o ganho de desempenho é grandemente dependente do tipo de sinal, mas para certos tipos de sinais, é obtido um ganho drástico comparado com a codificação estéreo M/S. A codificação estéreo paramétrica tem recebido muita atenção nos últimos tempos [8-11] . Com base num codificador mono de núcleo (canal único), estes esquemas paramétricos extraem o componente estéreo (multicanais) , e codificam-no separadamente a uma taxa de bits relativamente baixa. Isto pode ser entendido como uma generalização da codificação estéreo de intensidade. Métodos de 2 codificação estéreo paramétricos são particularmente úteis na gama de taxa de bits baixa da codificação áudio, resultando num aumento significativo na qualidade, gastando apenas uma pequena parte do orçamento de bits total no componente estéreo. Os métodos paramétricos são, também, atractivos por serem extensíveis ao caso de multicanal (mais do que dois canais), e têm a capacidade para oferecer compatibilidade retrógrada: MP3 surround[12] é um exemplo onde os dados multicanal são codificados e transmitidos no campo data Street auxiliar da corrente de dados. Isto permite que receptores sem capacidade multicanal descodifiquem um sinal estéreo normal, enquanto que receptores com capacidade surround podem desfrutar de áudio multicanal. Os métodos paramétricos frequentemente baseiam-se na extracção e codificação de pistas psicoacústicas, principalmente Diferenças de Nível Inter-Canais (ICLDs) e Diferenças de Tempo Inter-Canais (ICTDs). Em [11], relata-se que é importante um parâmetro de coerência para um resultado sonoro natural. Contudo, os métodos paramétricos são limitados no sentido de que com taxas de bit mais elevadas, os codificadores não são capazes de atingir qualidade transparente devido à restrição de modelação inerente.

0 problema relacionado com codificadores multicanais paramétricos é o facto do valor máximo de qualidade que se pode obter está limitado a um valor que está significativamente abaixo da qualidade transparente. 0 limite de qualidade paramétrica é mostrado em 1100 na Figura 11. Como pode ser observado de uma curva esquemática representando a dependência/qualidade taxa de bits de um codificador mono BCC 3 melhorado (1102), a qualidade não pode ultrapassar o patamar de qualidade paramétrica 1100 independentemente da taxa de bits. Isto significa que mesmo com uma taxa de bits aumentada, a qualidade deste codificador de multicanais paramétricos não pode aumentar mais. O codificador mono BCC melhorado é um exemplo dos codificadores estéreo ou codificadores multicanais actualmente existentes, nos quais se realiza uma submistura estéreo ou uma submistura multicanal. Adicionalmente, parâmetros são derivados descrevendo relações de nível intercanais, relações de tempo intercanais, relações de coerência intercanais, etc.

Os parâmetros são diferentes de sinal em forma de onda, tal como um sinal de lado de um codificador Mid/Side, visto que o sinal de lado descreve uma diferença entre dois canais num estilo formato em forma de onda, comparado com a representação paramétrica, que descreve similaridades ou diferenças entre dois canais ao dar certos parâmetros em vez de uma representação de forma de onda tipo amostra. Embora os parâmetros requeiram um número baixo de bits para serem transmitidos de um codificador para um descodificador, as descrições da forma de onda, isto é, sinais residuais derivados num estilo em forma de onda, requerem mais bits e permitem, em princípio, uma reconstrução transparente. A Figura 11 mostra a dependência/qualidade taxa de bits típica de um tal codificador estéreo convencional baseado em forma de onda (1104) . Fica claro a partir da Figura 11 que, aumentando a 4 taxa de bits mais e mais, a qualidade do codificador estéreo convencional, tal como o codificador estéreo Mid/Side, aumenta cada vez mais, até a qualidade atingir a qualidade transparente. Há um tipo de "taxa de bits de cruzamento", na qual a curva caracteristica 1102 do codificador multicanais paramétrico e a curva 1104 do codificador estéreo baseado em forma de onda se cruzam.

Abaixo desta taxa de bits de cruzamento, o codificador multicanal paramétrico é muito melhor do que o codificador estéreo convencional. Quando se considera a mesma taxa de bits para ambos os codificadores, o codificador de canais múltiplos paramétricos proporciona uma qualidade que é mais elevada do que a qualidade do codificador estéreo a base de forma de onda convencional, na diferença de qualidade 1108. Dito de forma diferente, quando se deseja ter uma certa qualidade 1110, esta qualidade pode ser obtida usando o codificador paramétrico a uma taxa de bits que está reduzida no valor da taxa de bits diferença 1112 em comparação com um codificador estéreo baseado em forma de onda convencional.

Contudo, acima da taxa de bits de cruzamento, no entanto, a situação é completamente diferente. Visto que o codificador paramétrico está no seu limite máximo de qualidade do codificador paramétrico 1100, só se pode obter uma qualidade melhor pelo uso de um codificador estéreo baseado em forma de onda convencional usando o mesmo número de bits do codificador paramétrico. 5

Sumário da Invenção 0 objectivo da presente invenção é proporcionar um esquema de codificação/descodificação que permita qualidade aumentada e taxa de bits reduzida quando comparado com os esquemas de codificação multicanais existentes.

De acordo com o primeiro aspecto da presente invenção, este objectivo é atingido por um codificador multicanais para codificação de um sinal multicanal original tendo pelo menos dois canais, compreendendo: fornecedor de parâmetro para proporcionar um ou mais parâmetros, sendo os referidos um ou mais parâmetros formados de tal modo que se possa formar um sinal multicanal reconstruído usando um ou mais canais de submistura derivados do sinal multicanais e dos referidos um ou mais parâmetros; codificador residual para gerar um sinal residual codificado com base no sinal multicanais original, nos referidos um ou mais canais de submistura ou nos referidos um ou mais parâmetros, de modo que o sinal multicanais reconstruído, quando formado usando o sinal residual, é mais semelhante ao sinal multicanais original do que quando formado sem o uso do sinal residual; e formador de corrente incluindo o codificador residual um descodificador multicanal para gerar um sinal multicanal descodificado usando um ou mais canais de submistura e o um ou mais parâmetros; um calculador de erro para calcular uma representação de sinal de erro multicanal com base no sinal multicanal descodificado e no sinal multicanal original, e um processador residual para processar a representação do sinal de erro multicanal de modo a obter o sinal residual codificado. 6

De acordo com um segundo aspecto da presente invenção, este objectivo é atingido por um descodificador multicanal para descodificar um sinal multicanal tendo um ou mais canais de submistura, um ou mais parâmetros e um sinal residual codificado, dependendo ou um ou mais canais de submistura de um parâmetro de alinhamento ou de um parâmetro de ganho compreendendo: um descodificador residual para gerar um sinal residual descodificado baseado no sinal residual codificado; e um descodificador multicanal para gerar um primeiro sinal multicanal reconstruído usando um ou mais canais de submistura e os referidos um ou mais parâmetros, sendo o descodificador multicanal adicionalmente operativo para gerar um segundo sinal multicanal reconstruído usando os referidos um ou mais canais de submistura e o sinal residual descodificado, sendo o descodificador multicanal ainda operativo para pesar o canal de submistura usando o parâmetro de ganho, para adicional o sinal residual descodificado a um canal de submistura pesado, e para pesar novamente um canal resultante de modo a obter o primeiro sinal multicanal reconstruído, e para subtrair o sinal residual descodificado a partir do canal de submistura e para pesar um canal resultante de subtracção usando o parâmetro de ganho ou para desalinhar a diferença entre o canal de submistura e o sinal residual descodificado guando se obtém o segundo sinal multicanal reconstruído.

De acordo com um terceiro aspecto da presente invenção, este objectivo é conseguido com um codificador multicanal para codificar um sinal multicanal original tendo pelo menos dois canais, compreendendo: um dispositivo de alinhamento de tempo 7 para alinhar um primeiro canal e um segundo canal de pelo menos dois canais usando um parâmetro de alinhamento; um dispositivo de submistura para gerar um canal de submistura usando os canais alinhados; um calculador de ganho para calcular um parâmetro de ganho não igual ao de pesagem de um canal alinhado, de modo que a diferença entre os canais alinhados é reduzida, se comparada com um valor de ganho de 1; e um formador de corrente de dados para formar uma corrente de dados tendo informação sobre o canal de submistura, informação sobre o parâmetro de alinhamento e informação sobre o parâmetro de ganho.

De acordo com um quarto aspecto da presente invenção, este objectivo é atingido por um descodificador multicanais para descodificar um sinal multicanal codificado tendo informação sobre um ou mais canais de submistura, informação sobre um parâmetro de ganho, informação sobre um parâmetro de alinhamento, em um sinal residual codificado compreendendo: um descodificador de canal de submistura para gerar um canal de submistura descodificado; e um processador para processar o canal de submistura descodificado usando o parâmetro de ganho para obter um primeiro canal de saida descodificado e para processar o canal de submistura descodificado usando o parâmetro de ganho e para desalinhar, usando o parâmetro de alinhamento, de modo a obter um segundo canal de saída descodificado e um descodificador residual para gerar um sinal residual descodificado sendo o processador operativo fundamentalmente para pesar o canal de submistura, usando o parâmetro de ganho, para adicionar o sinal residual descodificado e para secundariamente, pesar usando o parâmetro de ganho, de modo a obter um primeiro canal reconstruído, e para subtrair o canal residual descodificado do canal de submistura antes da pesagem e para desalinhar de modo a obter um segundo canal reconstruído. Outros aspectos da presente invenção incluem os métodos correspondentes, correntes de dados/ficheiros de dados e programas de computador. A presente invenção baseia-se na constatação de que os problemas relacionados com codificadores paramétricos convencionais e codificadores baseados em forma de onda são solucionados pela combinação da codificação paramétrica com a codificação baseada em forma de onda. Este codificador inventivo gera uma corrente de dados escalonada tendo, como uma primeira camada melhoramento, uma representação do parâmetro codificado, e tendo, como uma segunda camada de melhoramento, um sinal residual codificado, que é, preferivelmente, um sinal do estilo de forma de onda. De forma geral, um sinal residual adicional, que não é proporcionado por um codificador multicanal paramétrico puro permite melhorar a qualidade alcançável, em particular entre as taxas de bits de cruzamento da Figura 11 e a qualidade transparente máxima. Como pode ser observado na Figura 11, mesmo abaixo da taxa de bits de cruzamento, o algoritmo do codificador da invenção excede em desempenho um codificador multicanal paramétrico puro com relação à qualidade a taxas de bits comparáveis. Contudo, comparado com um codificador estéreo convencional baseado totalmente em forma de onda, no entanto, o esquema descodificação/codificação parâmetro/forma de onda combinado é muito mais eficiente em termos de bits. Dito de outra forma, os dispositivos da invenção combinam as vantagens 9 da codificação paramétrica e da codificação baseada em forma de onda, de modo que, mesmo acima da taxa de bits de cruzamento, o codificador inventivo beneficia do conceito paramétrico, mas excede o desempenho do codificador paramétrico puro.

Dependendo de certas concretizações, as vantagens da presente invenção excedem o desempenho do codificador paramétrico ou do codificador baseado em forma de onda convencional da técnica anterior em maior ou menor grau. As concretizações mais avançadas proporcionam uma caracteristica melhor de qualidade/taxa de bits, enquanto concretizações de nivel baixo da presente invenção requerem menos potência de processamento no lado do codificador e/ou do descodificador, mas, devido aos sinais residuais adicionalmente codificados, permitem uma qualidade melhor do que um codificador paramétrico puro, visto que a qualidade do codificador paramétrico puro está limitada pela qualidade patamar 1100 na Figura 11. O esquema de codificação/descodificação inventivo é vantajoso por ser capaz de mover-se, sem costura, da codificação paramétrica para a codificação próxima da forma de onda ou pela codificação de forma de onda transparente perfeita.

Preferivelmente, a codificação paramétrica estéreo e a codificação Mid/Side estéreo são combinadas num esquema que tem a capacidade de convergir para a qualidade transparente. Neste esquema relacionado com estéreo Mid/Side, preferido, a correlação entre os componentes de sinal, isto é, o canal esquerdo e o canal direito, é mais eficientemente explorada. 10

De forma geral, a ideia inventiva pode ser aplicada em várias concretizações a um codificador multicanal paramétrico. Numa configuração, o sinal residual é derivado do sinal original sem usar a informação de parâmetro também disponível no codificador. Esta concretização é preferível em situações em que a potência de processamento e, possivelmente, o consumo de potência do processador sejam um problema. Esta situação pode ocorrer em dispositivos portáteis tendo capacidades limitadas em potência tais como telefones móveis, computadores de mão, etc. 0 sinal residual é derivado apenas do sinal original e não se baseia numa submistura ou nos parâmetros. Portanto, no lado descodificador, o primeiro sinal multicanal reconstruído, que é gerado usando o canal de submistura e os parâmetros, não é usado para gerar o segundo sinal multicanal reconstruído.

No entanto, existe alguma redundância nos parâmetros, por um lado, e no sinal residual, por outro lado. Uma redução de redundância pode ser obtida por outros sistemas de codificadores/descodificadores, os quais, para calcularem o sinal residual codificado, fazem uso da informação de parâmetro disponível no codificador e, opcionalmente, também do canal de submistura, que pode também estar disponível no codificador.

Dependendo da situação particular, o codificador residual pode ser analisado por dispositivo de síntese que calcula um sinal multicanal reconstruído completo usando o canal de submistura e a informação de parâmetro. Então, com base no sinal reconstruído, pode ser gerado um sinal diferença para cada canal, de modo que se obtenha uma representação de erro 11 multicanal, que pode ser processada de diferentes maneiras. Uma maneira, poderia ser aplicar um outro esquema de codificação multicanal paramétrico à representação de erro multicanal. Uma outra possibilidade poderia ser realizar um esquema de matriz para subministrar a representação de erro multicanal. Uma outra possibilidade poderia ser eliminar os sinais de erro dos canais surround esquerdo e direito e codificar apenas o sinal de erro do canal central ou, adicionalmente, codificar também o sinal de erro do canal esquerdo e o sinal de erro do canal direito.

Existem assim muitas possibilidades para implementar um processador residual com base numa representação de erro. A concretização mencionada acima permite elevada flexibilidade para codificar de forma escalonada o sinal residual. Isto requer, no entanto, muita energia de processamento, visto que o codificador executa uma reconstrução completa multicanal e deve ser gerada uma representação de erro para cada canal do sinal multicanal e inserida no processador residual. No lado do descodificador, é necessário, primeiramente, calcular o primeiro sinal multicanal reconstruído e, então, baseado no sinal residual descodificado, que é qualquer representação do sinal de erro, gerar o segundo sinal reconstruído. Dessa maneira, independente do facto do primeiro sinal reconstruído ter que ser enviado ou não, ele tem que ser calculado no lado do descodificador.

Numa outra concretização preferida da presente invenção, a análise por abordagem da síntese no lado do codificador e o 12 cálculo do primeiro sinal multicanal reconstruído, independente do facto de ter que ser enviado ou não, são substituídos por um cálculo directo do sinal residual do lado do codificador. Isto é baseado num canal original pesado, que depende de um parâmetro multicanal ou é baseado num tipo de submistura modificado cujo ganho depende novamente de um parâmetro de alinhamento. Neste esquema, a informação adicional, isto é, 0 sinal residual é calculado de forma não iterativa usando os parâmetros e os sinais originais, mas sem usar o um ou ma is canais de submistura.

Este esquema é muito eficiente nos lados do codificador e de descodificador. Quando o sinal residual não é transmitido ou foi extraído de uma corrente de dados escalonável devido a requisitos de largura de banda, o descodificador inventivo gera automaticamente um primeiro sinal multicanal reconstruído, baseado no canal de submistura e nos parâmetros de ganho e de alinhamento, embora, quando um sinal residual seja inserido, diferente de zero, o reconstrutor multicanal não calcule o primeiro sinal multicanal reconstruído, mas calcule apenas o segundo sinal multicanal reconstruído. Dessa maneira, este esquema de codificador/descodificador é vantajoso por permitir um cálculo bastante eficiente no lado do codificador, assim como no lado do descodif icador, e usar a representação de parâmetro para reduzir a redundância no sinal residual, de modo que se obtém um esquema de processamento muito eficiente em potência e codificação/descodificação eficiente em taxa de bits. 13

Breve Descrição dos Desenhos

As concretizações preferidas da presente invenção são descritas em detalhe com relação às Figuras em anexo, nas quais: A Fig. 1 é um diagrama de blocos de uma representação geral do codificador multicanal da invenção; A Fig. 2 é um diagrama de blocos de uma representação geral do descodificador multicanal da invenção; A Fig. 3 é um diagrama de blocos de uma concretização do lado do codificador de baixa potência de processamento; A Fig. 4 é um diagrama de blocos de uma concretização do descodificador para o sistema de codificador da Figura 3; A Fig. 5 é um diagrama de blocos de uma concretização do codificador baseado em análise por síntese; A Fig. 6 é um diagrama de blocos de uma concretização de descodificador correspondente à concretização do codificador da

Figura 5; A Fig. 7 é um diagrama de blocos geral de uma concretização do codificador directo tendo redundância reduzida no sinal residual codificado; A Fig. 8 é uma concretização preferida de um descodificador correspondente ao codificador da Figura 7; A Fig. 9a é uma concretização preferida de um esquema de codificador/descodificador baseado no conceito da Figura 7 e Figura 8; A Fig. 9b é uma concretização preferida da concretização da Figura 9a, quando nenhum sinal residual, mas apenas parâmetros de alinhamento e ganho são transmitidos; A Fig. 9c é um conjunto de equações usadas no lado do 14 codificador na Figura 9a e Figura 9b; A Fig. 9d é um conjunto de equações usadas no lado do descodificador na Figura 9a e Figura 9b; A Fig. 10 é uma concretização baseada em banco de filtro de análise /banco de filtro de sintese do esquema da Figura 9a até a Figura 9d; e A Fig. 11 ilustra uma comparação entre o desempenho tipico de codificadores paramétricos e convencionais baseados em forma de onda e o codificador melhorado da invenção.

Descrição Detalhada das concretizações preferidas A Figura 1 mostra uma concretização preferida de um codificador multicanal para codificar um sinal multicanal original, tendo pelo menos dois canais. O primeiro canal pode ser um canal esquerdo 10a, e o segundo canal pode ser um canal direito 10b, num ambiente estéreo. Embora as concretizações inventivas sejam descritas no contexto de um esquema estéreo, a extensão para um esquema multicanal é simples, visto que uma representação multicanal tendo, por exemplo, cinco canais, possui vários pares de um primeiro canal e um segundo canal. No contexto de um esquema surround 5.1, o primeiro canal pode ser o canal esquerdo frontal e o segundo canal pode ser o canal direito frontal. Alternativamente, o primeiro canal pode ser o canal esquerdo frontal e o segundo canal pode ser o canal central.

Alternativamente, o primeiro canal pode ser o canal central e o segundo canal pode ser o canal direito frontal.

Alternativamente, o primeiro canal pode ser o canal esquerdo traseiro (canal surround esquerdo), e o segundo canal pode ser o 15 canal direito traseiro (canal surround direito).

Um codificador inventivo pode incluir um sub-misturador 12 para gerar um ou mais canais de submistura. No ambiente estéreo, sub-ministrador 12 gerará um canal de submistura único. Em ambiente multicanal, contudo, sub-ministrador 12 pode gerar vários canais de submistura. Num ambiente multicanal 5.1, o sub-ministrador 13 gera, preferivelmente, dois canais de submistura. De forma geral, o número de canais de submistura é menor que o número de canais no sinal de canais múltiplos original. 0 codificador multicanal inventivo também inclui um fornecedor de parâmetro 14 para fornecer um ou mais parâmetros, sendo os referidos um ou mais parâmetros formados de modo que um sinal multicanal reconstruído possa ser formado usando os referidos um ou mais canais de submistura, derivados do sinal multicanal e dos referidos um ou mais parâmetros. É importante que o codificador multicanal inventivo inclua ainda um codificador residual 16 para gerar um sinal residual codificado. 0 sinal residual codificado é gerado com base no sinal multicanal original, nos referidos um ou mais canais de submistura e nos referidos um ou mais parâmetros. Em geral, o sinal residual codificado é gerado de tal modo que o sinal multicanal reconstruído, quando formado usando o sinal residual, é mais semelhante ao sinal multicanal original do que quando é formado sem o sinal residual. Desta maneira, o sinal residual codificado permite que o descodificador gere um sinal multicanal reconstruído tendo uma qualidade melhor que o limite de qualidade paramétrica 1100 mostrado na Figura 11. Os referidos 16 um ou mais parâmetros e o sinal residual codificado são inseridos num formador de corrente de dados 18, que forma uma corrente de dados tendo o sinal residual e os referidos um ou mais parâmetros. Preferivelmente, a corrente de dados enviada pelo formador de corrente de dados 18 é uma corrente de dados escalonada tendo uma primeira camada de aumento incluindo informação sobre os referidos um ou mais parâmetros e uma segunda camada de aumento incluindo informação sobre o sinal residual codificado. Como é conhecido na técnica, as diferentes camadas de escalonamento numa corrente de dados escalonada podem ser descodificadas individualmente, de modo que um dispositivo de nível baixo tal como um descodificador paramétrico puro está em posição para descodificar a corrente de dados escalonada simplesmente ignorando a segunda camada de aumento.

Numa concretização da presente invenção, a corrente de dados escalonada inclui ainda, como uma camada base, o referido um ou mais canais de submistura. A presente invenção é, contudo, aplicável também num ambiente no qual o utilizador já possua do canal submistura. Esta situação pode ocorrer quando o canal submistura é um sinal mono ou estéreo, que o utilizador já recebeu através de um outro canal de transmissão ou através do mesmo canal de transmissão mais cedo se comparado com a recepção da primeira camada de aumento e da segunda camada de aumento. Quando existe uma transmissão separada do(s) canal(is) de submistura e da primeira e segunda camadas de aumento, o codificador não tem, necessariamente, que incluir o sub-ministrador 12. Esta situação é indicada pela linha tracejada no bloco do dispositivo de submistura. 17

Adicionalmente, o provedor de parâmetro 14 não tem, necessariamente, que calcular realmente os parâmetros com base no primeiro e segundo canal original. Em situações nas quais os parâmetros para certo sinal de canal já existem, é suficiente proporcionar os parâmetros já gerados para o codificador da Figura 1, de modo que estes parâmetros sejam fornecidos ao formador de corrente de dados 18 e ao codificador residual para serem opcionalmente usados para cálculo do sinal residual e para serem introduzidos na corrente de dados escalonada. Preferivelmente, no entanto, o codificador residual usa adicionalmente os parâmetros conforme mostrado por uma linha de conexão tracejada 19.

Numa concretização preferida da presente invenção, o codificador residual 16 pode ser controlado por uma entrada de controlo de taxa de bits separada. Neste caso, o codificador residual compreende um determinado codificador com perdas tal como um quantificador tendo um tamanho de etapa de quantificador controlável. Quando é assinalado um tamanho de passo de quantificador grande através da entrada de controlo da taxa de bits, o sinal residual codificado terá uma faixa de valores menor (a maior saída de quantificação indexada pelo quantif icador) comparada a um caso no qual um menor tamanho de passo de quantificador é sinalizado através da entrada de controlo de taxa de bits. 0 tamanho de passo de quantificador grande resultará numa menor necessidade de bits para o sinal residual codificado e, portanto, resultará numa corrente de dados escalonada tendo uma taxa de bit reduzida se comparada com o caso no qual o quantificador dentro do codificador residual 16 18 tem um tamanho de etapa de quantificador menor resultando num sinal residual codificado que necessita de mais bits.

Falando, riqorosamente as observações feitas acima se aplicam a quantificação escalonada. De forma geral, no entanto, é preferido usar um codificador tendo resolução controlável, que é baseado numa técnica de quantificação de vector. Quando a resolução é alta, são necessários mais bits para codificação do sinal residual, se comparado com o caso no qual a resolução é baixa. A Figura 2 mostra uma concretização preferida de um descodificador multicanal inventivo, que pode ser usado em conexão com o codificador da Figura 1. Em especial, a Figura 2 mostra um descodificador multicanal para descodificar um sinal multicanal codificado tendo um ou mais canais de submistura, um ou mais parâmetros e um sinal residual codificado. Toda esta informação, isto é, o canal de submistura, os parâmetros e os sinais residuais codificados são incluídos numa entrada de corrente de dados escalonada 20 num analisador sintáctico de corrente de dados que extrai o sinal residual codificado da corrente de dados escalonada 20 e envia o sinal residual codificado para um descodificador residual 22. Analogamente, o referido um ou mais canais de submistura preferivelmente codificados são proprocionados num descodificador de submistura 24. Adicionalmente, os referidos um ou mais parâmetros preferivelmente codificados são proporcionados para um descodificador de parâmetro 23 para proporcionar o referido um ou mais parâmetros numa forma descodificada. A informação saída 19 pelos blocos 22, 23 e 24 é inserida num descodif icador multicanal 25 para gerar um primeiro sinal multicanal reconstruído 26 ou um segundo sinal multicanal reconstruído 27. 0 primeiro sinal multicanal reconstruído é gerado pelo descodificador multicanal 25 usando os referidos um ou mais canais de submistura e os referidos um ou mais parâmetros, mas sem usar o sinal residual. 0 segundo sinal multicanal reconstruído 27, no entanto, é gerado usando os referidos um ou mais canais de submistura e o sinal residual descodificado. Uma vez que o sinal residual inclui informação adicional, e, preferivelmente, informação de forma de onda, o segundo sinal multicanal reconstruído 27 é mais semelhante a um sinal multicanal original (tais como os canais 10a e 10b da Figura 1) do que o primeiro sinal multicanal reconstruído.

Dependendo da implementação do descodificador multicanal 25, em concreto o descodificador multicanal 25 enviará tanto o primeiro canal reconstruído 26 como o segundo sinal multicanal reconstruído 27. Alternativamente, o descodificador multicanal 25 calcula o primeiro sinal multicanal reconstruído, além do segundo sinal multicanal reconstruído. Naturalmente, em todas as implementações o descodificador de canais múltiplos 25 emitirá apenas o segundo sinal multicanal reconstruído, quando a corrente de dados escalonada incluir o sinal residual codificado. Quando, no entanto, a corrente de dados escalonada for processada no seu percurso a partir do codificador para o descodificar por separação da segunda camada de aumento, o descodificador multicanal 25 emitirá apenas o primeiro sinal multicanal reconstruído. Esta separação da segunda camada de 20 aumento pode ocorrer quando se tenha verificado que um canal de transmissão, no percurso entre o codificador e o descodificador, que tinha recursos de largura de banda altamente limitados, de modo que a transmissão da corrente de dados escalonada, somente seria possível sem a segunda camada de aumento.

As Figura 3 e Figura 4 ilustram uma concretização do conceito inventivo que requer apenas uma potência de processamento reduzida no lado do codificador (Figura 3), assim como no lado do descodificador (Figura 4) . 0 codificador da Figura 3 inclui um codificador estéreo de intensidade 30, que emite um sinal de submistura mono por um lado e informação de direcção de estéreo de intensidade paramétrica por outro lado. A submistura mono, que é preferivelmente formada pela adição do primeiro e do segundo canal de entrada, e a informação de direcção paramétrica é inserida num redutor de taxa de dados 31. Para o canal submistura mono, o redutor de taxa de dados 31 pode incluir qualquer um dos codificadores áudio bem conhecidos tal como um codificador de MP3, um codificador AAC ou qualquer outro codificador áudio para sinais mono. Para a informação de direcção paramétrica, o redutor de taxa de dados 31 pode incluir qualquer um dos codificadores conhecidos para informação paramétrica, tal como um codificador de diferença, um quantificador e/ou um codificador de entropia tal como um codificador Huffman ou um codificador aritmético. Dessa maneira, os blocos 30 e 31 da Figura 3 proporcionam as funcionalidades esquematicamente ilustradas pelos blocos 12 e 14 do codificador da Figura 1. 21 0 codificador residual 16 inclui um calculador de sinal de lado 32 e, colocado em sequência, um redutor de taxa de dados 33. 0 calculador de sinal de lado 32 executa um cálculo de sinal de lado conhecido nos codificadores estéreo Mid/Side da técnica anterior. Um exemplo preferido é um cálculo de diferença relativo à amostra entre o primeiro canal 10a e o segundo canal 10b para obter um sinal de lado do tipo de forma de onda, que é, então, inserido no redutor de taxa de dados 33 para compressão de taxa de dados. O redutor de taxa de dados 33 pode incluir os mesmos elementos descritos acima com relação ao redutor de taxa de dados 31. Na saida do bloco 33, obtém-se um sinal residual codificado e que é inserido no formador de corrente de dados 18, de modo que se obtenha uma corrente de dados preferivelmente escalonada. A saida da corrente de dados pelo bloco 18 agora inclui, além da submistura mono, informação de direcção de estéreo intensidade paramétrica assim como um sinal residual codificado do tipo de forma de onda. 0 redutor de taxa de dados 33 pode ser controlado por uma entrada de controlo de taxa de bits conforme discutido anteriormente em conexão com a Figura 1. Numa outra concretização, o redutor de taxa de dados 33 está disposto de forma a gerar uma corrente de dados de saida escalonada que tem, na sua camada base, um residual codificado com um número baixo de bits por amostra, e que tem, na sua primeira camada de aumento, um residual codificado com um número médio de bits por amostra, e que tem, na sua camada de aumento seguinte, um 22 residual codificado com um número novamente mais elevado de bits por amostra. Para a camada base da saida do redutor de taxa de dados, pode-se, por exemplo, usar 0,5 bit por amostra. Para a primeira camada de aumento podem ser usados, por exemplo, 4 bits por amostra, e para a segunda camada de aumento podem ser usados, por exemplo, 16 bits por amostra.

Um descodificador correspondente é mostrado na Figura 4. A entrada da corrente de dados no analisador sintáctico da corrente de dados 21 é analisada sintacticamente para emitir separadamente informação de parâmetro para o descompressor 23. A informação de submistura codificada é emitida para o descompressor 24, e o sinal residual codificado é emitido para o descompressor residual 22. O descodificador da figura 4 inclui ainda um descodificador estéreo de intensidade simples 40 e, adicionalmente, um descodificador Mid/Side 41. Ambos os descodificadores 40 e 41 executam as funções do descodificador multicanal 25 para emitir o primeiro sinal multicanal reconstruído 26, que é gerado unicamente pelo descodificador estéreo de intensidade 40, e para enviar o segundo sinal multicanal reconstruído 27, que é unicamente gerado pelo descodificador MS 41.

Quando a corrente de dados inclui um sinal residual codificado, a implementação directa na Figura 4 poderia enviar o primeiro sinal multicanal reconstruído 26 assim como o segundo sinal multicanal reconstruído. Nesta situação naturalmente, apenas o melhor segundo sinal multicanal reconstruído 27 tem interesse para o utilizador. Pode portanto, ser proporcionado um controlo 23 do descodificador 42 para captar se existe um sinal residual codificado na corrente de dados. Quando for captado que não existe tal sinal residual codificado na corrente de dados, o controlo de descodificador 42 fica operativo para desactivar o descodificador Mid/Side 40 de modo a economizar potência de processamento e, portanto, energia da bateria, o que é especialmente útil em dispositivos portáteis de baixa energia, tal como um telefone móvel, etc. A Figura 5 mostra uma outra configuração da presente invenção, na qual o sinal residual codificado é gerado com base numa abordagem de análise por síntese. Novamente, os primeiro e segundo canais 10a, 10b são inseridos num dispositivo de submistura 50, que é seguido por um redutor de taxa de dados 51. À saída do bloco 51, obtém-se um sinal de submistura preferivelmente comprimido tendo um ou mais canais de submistura e fornecido ao formador de corrente de dados 18. Dessa maneira, os blocos 50 e 51 proporcionam a funcionalidade do dispositivo de submistura 12 da Figura 1. Adicionalmente, os primeiro e segundo canais de entrada 10a, 10b são fornecidos a um calculador de parâmetro 53 e os parâmetros emitidos pelo calculador de parâmetro são enviados para um outro redutor de taxa de dados 54 para comprimir os referidos um ou mais parâmetros. Dessa maneira, os blocos 53 e 54 proporcionam a mesma funcionalidade do que o provedor de parâmetro 14 na Figura 1.

Contudo, em contraste com a concretização da Figura 3, no entanto, o codificador residual 16 é mais sofisticado. Em 24 especial, o codificador residual 16 inclui um reconstrutor multicanal paramétrico 55. 0 reconstrutor multicanal gera, no exemplo com dois canais, um primeiro canal reconstruído e um segundo canal reconstruído. Uma vez gue o reconstrutor multicanal paramétrico apenas usa os canais submistura e os parâmetros, a qualidade do sinal multicanal reconstruído à saída do bloco 55 corresponderá à curva 1102 na Figura 11 e estará sempre abaixo do patamar paramétrico 1100 na Figura 11. 0 sinal multicanal reconstruído é inserido num calculador de erro 56. O calculador de erro 56 está operativo para também receber o primeiro e o segundo canais de entrada 10a e 10b, e emite um primeiro sinal de erro e um segundo sinal de erro. Preferivelmente, o calculador de erro calcula uma diferença tipo amostra entre um canal original e um canal reconstruído correspondente saída do (bloco de saída 55). Este procedimento é executado para cada par de canais originais e canais reconstruídos. A saída do calculador de erro 56 é - novamente -uma representação multicanal, mas agora, em contraste com o sinal multicanal original, de um sinal de erro multicanal. Este sinal de erro multicanal, que tem o mesmo número de canais do que o sinal multicanal original, é enviado para um processador residual 57 para gerar o sinal residual codificado.

Existem numerosas implementações do processador residual 57, dependendo todas dos requisitos de largura de banda, grau requerido de capacidade de escalonamento, requisitos de qualidade, etc. 25

Numa implementação preferida, o processador residual 57 é novamente implementado como um codificador multicanal que gera um ou mais canais de submistura de erro e parâmetros de submistura de erro. Pode-se dizer que esta concretização é um tipo de codificador multicanal iterativo, visto que o processador residual 57 pode incluir blocos 50, 51, 53 e 54.

Alternativamente, o processador residual 57 pode ser operativo apenas para seleccionar um único canal de erro ou dois canais de erro a partir do seu sinal de entrada, que tem a potência mais elevada, e apenas processar o sinal de erro de maior potência para obter o sinal residual codificado. Além deste critério, ou em vez dele, podem ser usados critérios mais avançados, os quais são baseados em medições de erro motivadas com maior percepção. Alternativamente, o processador residual pode incluir um esquema de matriz para submisturar os canais de entrada num ou mais canais de submistura, de modo que um dispositivo descodificador correspondente executasse um procedimento de inversão de processo de matriz análogo. Os referidos um ou mais canais de submistura podem, então, ser processados usando elementos de um codificador mono ou estéreo bem conhecido, ou podem ser completamente processados usando um dos codificadores mono/estéreo mencionados acima para obter o sinal residual codificado.

Na Figura 6 mostra-se um descodificador para o codificador da Figura 5. Comparado com a concretização da Figura 2, a Figura 6 revela que o descodificador multicanal 25 inclui um reconstrutor multicanal paramétrico 60 e um combinador 61. O reconstrutor 26 multicanal paramétrico 60 gera o primeiro sinal multicanal reconstruído 26 apenas com base numa submistura descodificada e na informação de parâmetro descodificada. O primeiro sinal reconstruído 26 pode ser emitido, quando não estiver incluído nenhum sinal residual codificado na corrente de dados. Quando, contudo, estiver incluído na corrente de dados, um sinal residual codificado, o primeiro sinal reconstruído não é emitido, mas inserido num combinador 61 para combinação do sinal multicanal parametricamente reconstruído 26 com o sinal residual descodificado, que é uma das representações da representação de erro na saída do calculador de erro 56 da Figura 5, conforme discutido acima. O combinador 61 combina o sinal residual descodificado, isto é, qualquer representação do sinal de erro e o sinal multicanal parametricamente reconstruído para eemitir o segundo sinal reconstruído 27. Quando o descodificador da Figura 6 é tido em consideração em relação à Figura 11, torna-se claro que, para uma certa taxa de bits, o primeiro sinal reconstruído tem uma qualidade determinada pela linha 1102, enquanto o segundo sinal reconstruído 27 tem uma qualidade mais elevada para a mesma taxa de bits determinada pela linha 1114. A concretização da Figura 5/Figura 6 é preferível em relação à concretização da Figura 3/Figura 4, visto que a redundância do sinal residual codificado é reduzida. Contudo, a concretização da Figura 5/Figura 6 requer uma quantidade mais elevada de potência de processamento, armazenagem, recursos de bateria e atraso algorítmico. 27

Um compromisso preferido entre a concretização da Figura 3/Figura 4 e a concretização da Figura 5/Figura 6 é a seguir descrito com referência à Figura 7 em relação a uma representação de codificador e a Figura 8 em relação a uma representação de descodificador. 0 codificador inclui um certo dispositivo de submistura 70 para executar uma submistura usando o primeiro e o segundo canais de entrada 10a, 10b. Em contraste com uma submistura simples, que é gerada apenas pela adição de ambos os canais originais 10a, 10b para obter um sinal mono, o dispositivo de submistura 70 é controlado por um parâmetro de alinhamento gerado por um calculador de parâmetro 71. Aqui, ambos os canais de entrada 10a, 10b, são alinhados no tempo entre si antes de ambos os sinais serem adicionados um ao outro. Desta maneira, obtém-se um sinal mono especial à saída do dispositivo de submistura 70, sinal mono esse que é diferente de um sinal mono, por exemplo, gerado por um codificador estéreo de intensidade de baixo nível, conforme mostrado em 30 na Figura 3. Adicionalmente ao parâmetro de alinhamento, ou em lugar do parâmetro de alinhamento, o calculador de parâmetro 71 é operativo para gerar um parâmetro de ganho. O parâmetro de ganho é inserido num dispositivo de pesagem 72 para, preferivelmente, pesar o segundo canal 10b usando o parâmetro de ganho, antes de ser executado o cálculo de um sinal de lado. A pesagem do segundo canal antes do cálculo da diferença de tipo de forma de onda entre o primeiro e o segundo canal resulta num sinal residual menor, que é mostrado como o sinal de lado especial inserido em qualquer redutor de taxa de dados 33 adequado. O redutor da taxa de dados 33 mostrado na Figura 7 pode ser implementado exactamente como o redutor de taxa de dados 33 28 mostrado na Figura 3. A concretização da Figura 7 é diferente da concretização da Figura 3 pelo facto da informação de parâmetro ser considerada, preferivelmente, para o dispositivo de submistura 70, assim como para o cálculo do sinal residual, de modo que o sinal residual emitido pelo redutor de taxa de dados 33 da Figura 7 pode ser representado por um número de bits mais baixo do que o sinal emitido pelo redutor da taxa de dados 33. Isto deve-se ao facto do sinal residual da figura 7 incluir menor redundância do que o sinal residual da Figura 3. A Figura 8 mostra uma concretização preferida de uma implementação de descodificador correspondendo à implementação de codificador na Figura 7. Contrariamente ao descodificador da Figura 6, o reconstrutor multicanal 25 é operativo para enviar automaticamente o primeiro sinal multicanal reconstruído 26, quando o sinal de lado, isto é, o sinal residual for zero, ou para enviar automaticamente o segundo sinal multicanal reconstruído 27 quando o sinal residual não for igual a zero. Dessa maneira, o reconstrutor multicanal 25 da Figura 8 não pode enviar ambos os sinais 26 e 27 simultaneamente, mas pode enviar apenas um primeiro dentre os dois sinais ou um segundo dentre os dois sinais. Desta maneira, a concretização da Figura 8 não requer qualquer controlo de descodificador tal como mostrado na Figura 4.

Em especial, o descodificador de sinal residual 22 na Figura 8 envia o sinal de lado especial à medida que é gerado pelo 29 elemento 72 do codificador correspondente da Figura 7. Adicionalmente, o descodificador de submistura 24 envia o sinal mono especial à medida que é gerado pelo dispositivo de submistura 70 na Figura 7.

Em seguida, o sinal de lado especial e o sinal mono especial são enviados para o descodificador multicanal juntamente com o parâmetro de ganho e o parâmetro de alinhamento de tempo. O parâmetro de ganho é operativo para controlar o nível de ganho 84, aplicando um ganho de acordo com a primeira regra de ganho. Adicionalmente, o parâmetro de ganho controla níveis de ganho adicionais 82, 83 para aplicar um ganho de acordo com uma segunda regra de ganho diferente. Adicionalmente, o reconstrutor multicanal inclui um subtraidor 84 e um adicionador 85, assim como um bloco de desalinhamento de tempo 86 para gerar um primeiro canal reconstruído e um segundo canal reconstruído.

Subsequentemente, é feita referência a uma configuração preferida do esquema de codificador/descodificador da Figura 7 e Figura 8. A Figura 9a mostra um esquema de codificador/descodificador completo de acordo com um aspecto da presente invenção, no qual o sinal residual d(n) não é igual a zero. Adicionalmente, a Figura 9b indica o codificador/descodificador escalonável da Figura 9a, quando nenhum sinal de diferença d(n) foi calculado, ou quando a corrente de dados foi removida para reduzir o sinal residual, por exemplo, devido a um requisito relacionado com a largura de banda de transmissão. No caso de separação do sinal residual codificado da corrente de dados transmitido de um codificador 30 para um descodificador na configuração da Figura 9a, a configuração da Figura 9a torna-se um cenário multicanais paramétricos puro, no qual o parâmetro de alinhamento e o parâmetro de ganho são os parâmetros de canais múltiplos, e o sinal mono especial é o canal de submistura transmitido a partir de um lado do codificador para um lado do descodificador. A reconstrução de multicanais no lado do descodificador é executada usando apenas os parâmetros de alinhamento e de ganho, visto que nenhum sinal residual é recebido no lado do descodificador, isto é, d(n) é igual a zero. A Figura 9c mostra as equações subjacentes ao codificador inventivo, enquanto a Figura 9d indica a equação subjacente ao descodificador inventivo.

Em especial, o codificador inventivo inclui, como um provedor de parâmetro 14 da Figura 1, um calculador de parâmetro 71. 0 calculador de parâmetro 71 é operativo para calcular um parâmetro de alinhamento de tempo para alinhamento do canal direito r(n) com o canal esquerdo l(n) . Na Figura 9a até a Figura 9d, o canal direito alinhado é indicado por ra(n). 0 parâmetro de alinhamento é preferivelmente extraído de blocos do sinal de entrada sobrepostos. 0 parâmetro de alinhamento corresponde ao atraso de tempo entre o canal esquerdo e o canal direito e é avaliado, usando preferivelmente, técnicas de correlação cruzada de domínio de tempo. Neste caso, quando não existe ganho de alinhamento numa sub-banda, por exemplo, no caso de sinais independentes, o parâmetro de atraso é ajustado para 31 zero. Preferivelmente, um parâmetro de atraso (alinhamento de tempo) é estimado por sub-banda numa estrutura da sub-banda. Numa concretização preferida, foram empregues uma taxa de análise fixa de 46 ms e de sobreposição com 50% de janelas de Hamming. 0 calculador de parâmetro 71 calcula adicionalmente o valor de ganho. O valor de ganho é também, preferivelmente, extraído de blocos do sinal com sobreposição. Normalmente, o parâmetro de ganho é idêntico ao parâmetro de diferença de nível comummente usado na codificação paramétrica, tal como o esquema de codificação de pista tridimensional bem conhecida. Alternativamente, o valor de ganho pode ser calculado usando uma abordagem iterativa, na qual o sinal de diferença é retroalimentado para o calculador de parâmetro, e o valor de ganho é ajustado de modo que o sinal de diferença atinja o valor mínimo conforme mostrado por uma linha tracejada 90 na Figura 9a. Logo que o alinhamento e o ganho do parâmetro são calculados, o dispositivo de submistura 70 na Figura 7, assim como o codificador residual 16 na Figura 7, podem ser accionados. Em especial, o dispositivo de submistura 70 na Figura 7 inclui um bloco de alinhamento 91 para atrasar um canal pelo parâmetro de alinhamento de tempo calculado. O segundo canal atrasado ra(n) é, então, adicionado ao primeiro canal usando um dispositivo adicionador 92. Na saída do adicionador 92, está presente o canal de submistura. Desta maneira, o dispositivo de submistura 70 na Figura 7 inclui os blocos 91 e 92 para formar o sinal mono especial. 32 0 codificador residual 16 na Figura 7 inclui, ainda, o dispositivo de pesagem 93 e o calculador de sinal de lado subsequente 94, que calcula a diferença entre o primeiro canal original e o segundo canal alinhado e pesado. Em especial, para pesagem do segundo canal alinhado, executa-se a primeira regra de pesagem usada num bloco de lado do descodificador correspondente 80. Deste modo, o codificador residual 16 inclui o dispositivo de alinhamento 91, o dispositivo de pesagem 93 e calculador de sinal de lado 94. Visto que o segundo canal alinhado é usado para a submistura, assim como para o cálculo residual, é suficiente calcular o canal direito alinhado apenas uma vez e enviar o resultado para o sub-misturador 70, assim como para o calculador de sinal de dispositivo de pesagem/lado 72 na Figura 7.

Preferivelmente, os factores de alinhamento e ganho são escolhidos de modo que o processo seja reversível e assim as equações da Figura 9d são bem definidas e numericamente bem condicionadas.

Pode ser usado um codificador mono genérico como o codificador mono 51 para codificar o sinal soma, e um codificador residual 33 preferivelmente dedicado é empregue para o residual.

Quando o codificador mono 51 é de perda pequena, isto é, quando o sinal mono não for adicionalmente quantificado, e o codificador residual for também de perda pequena ou o modelo de sinal de alinhamento corresponder perfeitamente ao sinal de 33 fonte, então a estrutura de codificação inventiva mostrada na Figura 9a terá a propriedade de reconstrução perfeita, presumindo também que os parâmetros de alinhamento e de ganho estejam apenas submetidos a um esquema de codificação de perda pequena. 0 sistema inventivo na Figura 9a proporciona uma estrutura para um esquema que pode operar com degradação graciosa numa variedade de faixas, conforme indicado na Figura 11, linha 1114. Em especial, sem codificação residual, isto é, d(n) = 0, o esquema reduz para codificação paramétrica estéreo, pela transmissão apenas dos parâmetros de alinhamento e de ganho (como parâmetros multicanais) em adição ao sinal mono (como o canal de submistura) . Esta situação é ilustrada na Figura 9b. Adicionalmente, o sistema inventivo tem a vantagem de o método de alinhamento solucionar automaticamente o problema de submistura mono.

Subsequentemente, é feita referência à Figura 10, que ilustra uma implementação da configuração inventiva ilustrada nas Figuras 9a a 9d numa estrutura de codificação de sub-banda. Os canais esquerdo e direito originais são inseridos num banco de filtro de análise 1000 para obter vários sinais de sub-banda. Para cada sinal de sub-banda, é usado um esquema de codificação/descodificação conforme mostrado nas Figuras 9a a 9d. No lado do descodif icador, os sinais de sub-banda reconstruídos são combinados num banco de filtro de síntese 1010 para finalmente chegar aos sinais multicanal reconstruídos de banda total. Naturalmente, para cada sub-banda, devem ser 34 transmitidos um parâmetro de alinhamento e um parâmetro de ganho a partir do lado do codificador para o lado do descodificador conforme ilustrado por uma seta 1020 na Figura 10. A implementação preferida da estrutura de codificação de sub-banda da Figura 10 é baseada num banco de filtro modulado de co-seno com dois níveis, de modo a atingir larguras de banda de sub-banda desiguais (numa escala motivada por percepção). O primeiro nível separa o sinal em M bandas. Os M sinais da sub-banda são criticamente reduzidos, e alimentados para o banco de filtro do segundo nível. 0 k-ésimo filtro do segundo nível, k e {1, ..., M}, tem Mk bandas. Numa implementação preferida são usadas, "M = 8" bandas e prefere-se uma estrutura de sub-banda, como na tabela na Figura 10, resultando em 36 sub-bandas efectivas após dois níveis. Os filtros protótipo são designados de acordo com [13] com pelo menos 100 kB de amortecimento na banda de paragem. A ordem de filtros no primeiro nível é 116, e a ordem de filtros máxima no segundo nível é 256. A estrutura de codificação é, então, aplicada aos pares de sub-banda (correspondendo aos canais de sub-banda esquerdo e direito). O agrupamento correspondente das sub-bandas entre o banco de filtro do primeiro e do segundo nível é mostrado na tabela à direita da Figura 10, que torna claro que a primeira sub-banda k inclui 16 sub-sub-bandas. Adicionalmente, a segunda sub-banda inclui 8 sub-sub-bandas, etc.

Consegue-se uma codificação paramétrica eficiente utilizando técnicas de quantificação de vector (VQ) de mistura de Gauss 35 (GM) . Quantificação baseada em modelos GM é popular na área de codificação de voz [14-16], e facilita a implementação com baixa complexidade de VQ com dimensões elevadas. Numa implementação preferida, efectuamos a quantificação por vector de vectores dimensionais 36 de parâmetros de ganho e de atraso. Todos os modelos GM têm 16 componentes de mistura, e são testados numa base de dados de parâmetros extraídos de 60 minutos de dados áudio (com contexto variado, e desligados de sinais de teste de avaliação subsequente). Os métodos baseados em modelos estatísticos explícitos são usados com menor frequência na codificação áudio do que na codificação de voz. Uma razão para tal é a descrença na capacidade dos modelos estatísticos para capturarem toda a informação relevante contida em áudio geral. Num caso preferido, a avaliação preliminar usando procedimentos de teste abertos e fechados de modelos de parâmetro indicam, no entanto, que este não é um problema neste caso. A taxa de bits resultante para os parâmetros de ganho e atraso é 2,3 kbps. A estrutura de sub-banda é explorada para codificar os sinais residuais. Com o mesmo processamento de bloco conforme descrito acima, avalia-se a variância em cada sub-banda e quantificam-se as variâncias por vector usando GM VQ através das sub-bandas (isto é, um vector com dimensão de 36 é codificado de uma vez). As variâncias facilitam a alocação de bits entre as sub-bandas empregando um algoritmo de alocação de bits ávido [17, pág. 234]. Os sinais de sub-banda são, em seguida, codificados usando quantificadores escalares uniformes. 36 0 ganho instantâneo g(n) e o atraso τ (n) são obtidos por interpolação linear das estimativas dos blocos. 0 atraso de variação de tempo é executado através de um filtro de atraso de fracção de 73- ordem, baseado numa resposta de impulso sinc. de janela Hamming truncado [18]. Os coeficientes de filtro são actualizados com base em amostras usando o parâmetro de atraso interpolado.

Propõe-se uma estrutura para codificação flexível da imagem estéreo em áudio geral. Com a nova estrutura, é possível mover sem costuras de um modo estéreo paramétrico para uma codificação aproximadamente em forma de onda. Foi testada uma implementação exemplificativa das ideias, usando um residual não codificado para avaliar o efeito do aumento da taxa de bits do codificador residual, e foi usado um codificador de núcleo MP3, de modo a avaliar o esquema num cenário mais realista.

Para estabilização da imagem estéreo, prefere-se a filtragem passa-baixo dos parâmetros num sistema paramétrico puro ou num sistema escalonável, tendo uma parte paramétrica pura que pode ser usada por um descodificador sem processamento do sinal residual, conforme é feito, por exemplo, na referência [9]. Isto reduz o ganho de alinhamento do sistema. Pela codificação do residual usando codificação de sub-banda escalar, a qualidade é adicionalmente melhorada, e aproxima-se da qualidade transparente. Em especial, a adição de bits ao residual estabiliza a imagem estéreo, e a largura estéreo é aumentada também. Além do mais, preferem-se técnicas de segmentação flexível de tempo, e técnicas de taxa variável (por exemplo, 37 reservatório de bit) para explorar melhor a natureza dinâmica do áudio geral. É incluído preferivelmente um parâmetro de coerência no filtro de alinhamento para melhorar o modo paramétrico. A codificação residual melhorada empregando máscara de percepção, quantificação de vector, e codificação diferencial conduz à remoção de irrelevância e de redundância mais eficiente.

Embora o sistema inventivo tenha sido descrito no contexto da codificação estéreo e no contexto de um esquema de codificação Mid/Side parametricamente aumentado, deve ser aqui observado que cada esquema de codificação/descodificação paramétrico multicanal, tal como um tipo de codificação de estéreo de intensidade generalizado, pode beneficiar de um componente de lado fechado adicional para, finalmente, atingir a propriedade de reconstrução perfeita. Embora uma concretização preferida de um esquema de codificador/descodificador inventivo tenha sido descrita usando um alinhamento de tempo no lado do codificador, a transmissão do parâmetro de alinhamento e usando um desalinhamento de tempo no lado do descodificador, existem outras alternativas, que executam o alinhamento de tempo no lado do codificador para gerar um sinal de diferença pequeno, mas que não realizam o desalinhamento de tempo no lado do descodif icador, de modo que o parâmetro de alinhamento não seja transmitido do codificador para o descodificador. Nesta concretização, a negligência do desalinhamento de tempo fez incluir naturalmente um artefacto. Entretanto, este artefacto não é, na maioria dos casos, muito grave, de modo que esta configuração é especialmente adequada para descodificadores de 38 canais múltiplos de baixo preço. A presente invenção pode, portanto, também ser considerada como uma extensão de um esquema de codificação paramétrica estéreo preferivelmente do tipo BCC ou qualquer outro esquema de codificação multicanal, que caia completamente num esquema paramétrico puro, quando o sinal residual codificado é separado. De acordo com a presente invenção, um sistema puramente paramétrico é melhorado pela transmissão de vários tipos de informação adicional que preferivelmente incluem o sinal residual num estilo de forma de onda, o parâmetro de ganho e/ou o parâmetro de alinhamento de tempo. Desta maneira, uma operação de descodificação, usando a informação adicional, resulta numa qualidade mais elevada do que a que estaria disponível somente com as técnicas paramétricas.

Dependendo dos requisitos, os métodos inventivos de codificação ou descodificação podem ser implementados em hardware, software ou em firmware. Portanto, a invenção também se refere a um meio legível por computador tendo armazenado um código de programa que, quando operando num computador, resulta num dos métodos inventivos. Dessa maneira, a presente invenção é um programa de computador tendo um código de programa que, quando operando num computador, resulta num método inventivo. 39

Lista de Referências [1] J.D. Johnston e A.J. Ferreira, .Sum-difference stereo transform coding," em Proc. IEEE Int. Conf. Acoust., Speech, Signal Processing (ICASSP), 1992, vol. 2, pág. 569.572.

[2] R. Waal e R. Veldhuis, .Subband coding of stereophonic digital audio signals," em Proc. IEEE Int. Conf. Acoust., Speech, Signal Processing (ICASSP), 1991, pág. 3601.3604.

[3] J. Herre, K. Brandenburg, e D. Lederer, .Intensity stereo coding," na Pré-publicação 3799, 96th AES Convention, 1994.

[4] K. Brandenburg, .MP3 and AAC explained," no Proc. of the AES 17th International Conference, documento número 17-009, 1999.

[5] J. Blauert, Spatial hearing: the psychophysics of human sound localization, The MIT Press, Cambridge, Massachusetts, 1997.

[6] H. Fuchs, .Improving joint stereo audio coding by adaptive inter-channel prediction," no Proc. of IEEE Workshop on Applications of Signal Processing to Audio and Acoustics, 1993, pág. 39.42.

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[8] F. Baumgarte e C. Faller, .Binaural cue coding. part I: Psychoacoustic fundamentais and design principies," IEEE

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[9] C. Faller e F. Baumgarte, .Binaural cue coding. part II: Schemes and applications," IEEE Trans. Speech Audio Processing, vol. 11, n£ 6, pág. 520.531, 2003.

[10] C. Faller, Parametric Coding of Spatial Audio, Tese de 40

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[11] J. Breebaart, S. van de Par, A. Kohlrausch, e E. Schuijers, "High-quality parametric spatial audio coding at low bitrates," em Pré-publicação 6072, 116th AES Convention, 2004.

[12] J. Herre, C. Faller, C. Ertel, J. Hilpert, A. Hoelzer, e C.

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multi-channel audio," em Pré-publicação 6049, 116th AES

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[13] Y-P. Lin e P.P. Vaidyanaythan, .A Kaiser window approach for the design of prototype filters of cosine modulated filterbanks," IEEE Signal Processing Letters, vol. 5, n£ 6, pág. 132.134, 1998.

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Lisboa, 20 de Novembro de 2008. 42

Claims

REIVINDICAÇÕES 1. Codificador multicanal para codificação de um sinal multicanal original tendo pelo menos dois canais, caracterizado por compreender: um provedor de parâmetro para proporcionar um ou mais parâmetros, sendo os referidos um ou mais parâmetros formados de modo que um sinal multicanal reconstruído possa ser formado usando um ou mais canais de submistura derivados do sinal multicanal e dos referidos um ou mais parâmetros; um codificador residual para gerar um sinal residual codificado baseado no sinal multicanal original, nos referidos um ou mais canais de submistura ou nos referidos um ou mais parâmetros, de modo que o sinal multicanal reconstruído, quando formado usando o sinal residual, é mais semelhante ao sinal multicanais original do que quando formado sem o uso do sinal residual, o codificador residual incluindo um descodificador multicanal para gerar um sinal multicanal descodificado usando os referidos um ou mais canais de submistura e os referidos um ou mais parâmetros; um calculador de erro para calcular uma representação de sinal de erro multicanal baseada no sinal multicanal descodificado e no sinal multicanal original; e um processador residual para processar a representação do sinal de erro multicanal para obter o sinal residual codificado; - e um formador de corrente de dados para formar uma corrente de dados tendo o sinal residual codificado e os referidos um ou mais parâmetros.
2. Codificador multicanal, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por o formador de corrente de dados estar 1 operativo para formar uma corrente de dados escalonável, na qual os referidos um ou mais parâmetros e o sinal residual estão em camadas de escalonamento diferentes.
3. Codificador multicanal, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por o codificador residual estar operativo para calcular o sinal residual codificado como um sinal residual de forma de onda.
4. Codificador multicanal, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por o codificador residual estar operativo para gerar o sinal residual com base nos referidos um ou mais parâmetros e no sinal multicanal original sem os referidos um ou mais canais de submistura, de modo que o sinal residual tem uma potência menor em comparação com a geração do sinal residual sem o uso dos referidos um ou mais parâmetros.
5. Codificador multicanal, de acordo com a reivindicação 4, caracterizado por o provedor de parâmetro compreender: - um calculador de alinhamento para calcular um parâmetro de alinhamento de tempo a ser fornecido a um dispositivo de alinhamento de tempo para alinhar um primeiro canal e um segundo canal dos pelo menos dois canais; ou - um calculador de ganho para calcular um ganho não igual a 1 para pesagem de um canal, de modo que uma diferença entre os dois canais é reduzida, comparada com um valor de ganho de um.
6. Codificador multicanal, de acordo com a reivindicação 5, caracterizado por o codificador residual estar operativo para 2 calcular e codificar um sinal de diferença derivado de um primeiro canal e de um segundo canal alinhado ou pesado.
7. Codificador multicanal, de acordo com a reivindicação 5, caracterizado por compreender ainda um dispositivo de submistura para gerar um canal de submistura usando os canais alinhados.
8. Codificador multicanal, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por compreender ainda um banco de filtro de análise para dividir o sinal multicanal em uma pluralidade de bandas de frequência, em que o provedor de parâmetro e o codificador residual estão operativos para actuar sobre os sinais de sub-banda, e onde o formador de corrente de dados está operativo para recolher sinais residuais codificados e parâmetros de uma pluralidade de bandas de frequência.
9. Codificador multicanal, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por o processador residual incluir um codificador de canais múltiplos para gerar uma representação de canais múltiplos da representação de sinal de erro de canais múltiplos.
10. Codificador multicanal, de acordo com a reivindicação 9, caracterizado por o processador residual estar operativo para gerar ainda um ou mais canais de submistura da representação de sinal de erro multicanal.
11. Codificador multicanal, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por o provedor de parâmetro estar operativo para 3 prover parâmetros de codificação de pista tridimensional (BCC) tais como diferenças de nível entre canais, parâmetros de coerência entre canais, diferenças de tempo entre canais ou pistas de envelope de canal.
12. Método de codificação de um sinal multicanal original tendo pelo menos dois canais, caracterizado por compreender: fornecer um ou mais parâmetros, sendo os referidos um ou mais parâmetros formados de tal modo que um sinal multicanal reconstruído possa ser formado usando um ou mais canais de submistura derivados do sinal multicanal e dos referidos um ou mais parâmetros; geração de um sinal residual codificado baseado no sinal multicanal original, nos referidos um ou mais canais de submistura ou nos referidos um ou mais parâmetros, de modo que o sinal multicanal reconstruído, quando formado usando o sinal residual, seja mais semelhante ao sinal multicanal original do que quando formado sem o uso do sinal residual, incluindo a etapa de geração, gerar um sinal multicanal descodificado usando os referidos um ou mais canais de submistura e os referidos um ou mais parâmetros, calcular uma representação de sinal de erro multicanal com base no sinal multicanal descodificado e no sinal multicanal original; e processar a representação de sinal de erro multicanal para obter o sinal residual codificado; e formação de uma corrente de dados tendo o sinal residual codificado e os referidos um ou mais parâmetros.
13. Descodificador de multicanal para descodificar um sinal multicanal codificado tendo um ou mais canais de submistura, um 4 ou mais parâmetros e um sinal residual codificado, os referidos um ou mais canais de submistura dependendo de um parâmetro de alinhamento ou de um parâmetro de ganho, compreendendo: - um descodificador residual para gerar um sinal residual descodificado baseado no sinal residual codificado; e um descodificador multicanal para gerar um primeiro sinal multicanal reconstruído usando um ou mais canais de submistura e os referidos um ou mais parâmetros, caracterizado por o descodificador de canais múltiplos estar ainda operativo para gerar um segundo sinal multicanal reconstruído usando os referidos um ou mais canais de submistura e o sinal residual descodificado, o descodificador de canais múltiplos ser adicionalmente operativo para pesar o canal de submistura usando o parâmetro de ganho, para adicionar o sinal residual descodificado a um canal de submistura pesado e para novamente pesar um canal resultante para obter o primeiro sinal multicanal reconstruído, e para subtrair o sinal residual descodificado do canal de submistura e para pesar um canal resultante da subtracção usando o parâmetro de ganho, ou para desalinhar uma diferença entre o canal de submistura e o sinal residual descodificado ao obter o segundo sinal de canais múltiplos reconstruído.
14. Descodificador multicanal, de acordo com a reivindicação 13, caracterizado por o sinal multicanal codificado ser representado por uma corrente de dados escalonada, a corrente de dados escalonada tendo uma primeira camada de escalonamento incluindo os referidos um ou mais parâmetros e uma segunda camada de escalonamento incluindo o sinal residual codificado, em que o 5 codificador multicanal compreende ainda: - um analisador sintáctico de corrente de dados para extrair a primeira camada de escalonamento ou a segunda camada de escalonamento.
15. Descodificador multicanal, de acordo com a reivindicação 13, caracterizado por o sinal residual codificado depender dos referidos um ou mais parâmetros; e - e de o descodificador multicanal estar operativo para usar os referidos um ou mais canais de subministrar, os referidos um ou mais parâmetros e o sinal residual descodificado para gerar o segundo sinal multicanal reconstruído.
16. Descodificador multicanal, de acordo com a reivindicação 13, caracterizado por o canal de subministrar depender de um parâmetro de alinhamento ou de um parâmetro de ganho, e - o descodificador multicanal estar operativo para pesar o canal de subministar usando uma primeira regra de pesagem baseada no parâmetro de ganho e para pesar o canal de subministrar usando uma segunda regra de pesagem usando o parâmetro de ganho, ou - para desalinhar um canal de saída em relação ao outro canal de saída usando o parâmetro de alinhamento.
17. Descodificador multicanal, de acordo com a reivindicação 13, caracterizado por os parâmetros incluírem parâmetros de codificação de pista tridimensional (BCC) tais como diferenças de nível entre canais, parâmetros de coerência entre canais, diferenças de tempo entre canais ou pistas de envelope de canal, e no qual o descodificador multicanal está operativo para 6 executar uma operação de descodificação multicanal de acordo com um esquema de codificação de pista tridimensional (BCC).
18. Descodificador multicanal, de acordo com a reivindicação 13, caracterizado por os referidos um ou mais canais de submistura, os referidos um ou mais parâmetros e o sinal residual codificado serem representados por dados específicos de sub-banda, compreendendo adicionalmente: - um banco de filtro de síntese para combinar dados de sub-banda reconstruídos gerados pelo descodificador multicanal para obter uma representação de banda total do primeiro ou do segundo sinal multicanal reconstruído.
19. Método de descodificação de um sinal multicanal codificado tendo um ou mais canais de submistura, um ou mais parâmetros e um sinal residual codificado, caracterizado por compreender: - geração de um sinal residual descodificado baseado no sinal residual codificado; e - geração de um primeiro sinal multicanal reconstruído usando um ou mais canais de submistura e os referidos um ou mais parâmetros, e - geração de um segundo sinal multicanal reconstruído usando os referidos um ou mais canais de submistura e o sinal residual descodificado, incluindo a etapa de geração a pesagem do canal de submistura usando o parâmetro de ganho, a adicionar do sinal residual descodificado a um canal de submistura pesado e novamente a pesagem de um canal resultante para obter o primeiro sinal multicanal reconstruído, e subtrair do sinal residual descodificado do canal de submistura e pesagem um canal 7 resultante da subtracção usando o parâmetro de ganho, ou desalinhamento de uma diferença entre o canal de submistura e o sinal residual descodificado, ao obter o segundo sinal multicanal reconstruído.
20. Codificador multicanal para codificar um sinal multicanal original com pelo menos dois canais caracterizado por compreender: - um dispositivo de alinhamento de tempo para alinhar um primeiro canal e um segundo canal de entre os pelo menos dois canais usando um parâmetro de alinhamento; um sub-ministrador de submistura para gerar um canal de submistura usando os canais alinhados; - um calculador de ganho para calcular um parâmetro de ganho não igual a um para pesagem de um canal alinhado de modo que a diferença entre os canais alinhados é reduzida quando comparada com um valor de ganho de 1; - e um formador de corrente de dados para formar uma corrente de dados que tem informação sobre o canal de submistura, informação sobre o parâmetro de alinhamento e informação sobre o parâmetro de ganho.
21. Codificador multicanal, de acordo com a reivindicação 20, caracterizado por compreender ainda um codificador residual para calcular e codificar um sinal de diferença derivado do primeiro canal e de um segundo canal alinhado e pesado, o formador de corrente de dados estar adicionalmente operativo para incluir um sinal residual codificado na corrente de dados. Descodificador
22. Descodificador multicanal para descodificar um sinal multicanal codificado que tem informação sobre um ou mais canais de submistura, informação sobre um parâmetro de ganho, e informação sobre um parâmetro de alinhamento, e um sinal residual codificado, caracterizado por compreender: um descodificador de canal de submistura para gerar um canal de submistura descodificado; um processador para processar o canal de submistura descodificado usando o parâmetro de ganho para obter um primeiro canal de saida descodificado e para processar o canal de submistura descodificado usando o parâmetro de ganho e para desalinhar usando o parâmetro de alinhamento para obter um segundo canal de saida descodificado; e um descodificador residual para gerar um sinal residual descodificado, em que o processador está operativo para principalmente pesar o canal de submistura usando o parâmetro de ganho, para adicionar o sinal residual descodificado e para, em segundo lugar, pesar usando o parâmetro de ganho para obter um primeiro canal reconstruído, e para subtrair o sinal residual descodificado do canal de submistura antes da pesagem e para desalinhar de modo a obter o segundo canal reconstruído.
23. Método de codificação de um sinal multicanal original tendo, pelo menos dois canais, caracterizado por compreender: -alinhamento de tempo de um primeiro canal e de um segundo canal de entre os pelo menos dois canais usando um parâmetro de alinhamento; - geração de um canal de submistura usando os canais alinhados; - cálculo de um parâmetro de ganho não igual a um para pesagem 9 de um canal alinhado, de modo que a diferença entre os canais alinhados seja reduzida, quando comparada com um valor de ganho de 1; e - formação de uma corrente de dados tendo informação sobre o canal de submistura, informação sobre o parâmetro de alinhamento e informação sobre o parâmetro de ganho.
24. Método de descodificação de um sinal multicanal codificado tendo informação sobre um ou mais canais de submistura, informação sobre um parâmetro de ganho, informação sobre um parâmetro de alinhamento, e um sinal residual codificado compreendendo: - geração de um canal de submistura descodificado; - processamento do canal de submistura descodificado usando o parâmetro de ganho para obter um primeiro canal de saída descodificado e para processar o canal de submistura descodificado usando o parâmetro de ganho e um desalinhamento baseado no parâmetro de alinhamento para obter um segundo canal de saída descodificado, e descodificação do sinal residual codificado para obter um sinal residual descodificado, caracterizado por a etapa de processamento incluir primariamente a pesagem o canal de submistura usando o parâmetro de ganho, adicionar o sinal residual descodificado e, em segundo lugar, a pesagem usando o parâmetro de ganho para obter um primeiro canal reconstruído, e subtracção do sinal residual descodificado do canal de submistura antes da pesagem e do desalinhamento para obter o segundo canal reconstruído. 10
25. Sinal multicanal codificado tendo informação sobre um ou mais canais de submistura, sobre um ou mais parâmetros, resultantes do, quando combinado com os referidos um ou mais canais de submistura, num primeiro sinal multicanal reconstruído, e num sinal residual codificado, resultando, quando combinado com os referidos um ou mais canais de submistura, em um segundo sinal multicanal reconstruído, caracterizado por o segundo sinal de canais múltiplos reconstruído ser mais semelhante a um sinal multicanal original do que o primeiro sinal multicanal reconstruído, de o sinal multicanal codificado ser uma corrente de dados escalonável, na qual os referidos um ou mais parâmetros e o sinal residual estão em camadas de escalonamento diferentes, ou os referidos um ou mais parâmetros incluem parâmetros de codificação de pista tridimensional (BCC) tais como diferenças de nível entre canais, parâmetros de coerência entre canais, diferenças de tempo entre canais ou pistas de envelope de canal.
26. Programa de computador para executar, caracterizado por executar, quando em funcionamento num computador, o método de qualquer uma das reivindicações 12, 19, 23 ou 24. Lisboa, 20 de Novembro de 2008. 11