PT945045E - Dispositivo e um metodo para a determinacao da qualidade de um sinal - Google Patents

Description

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DESCRIÇÃO " DISPOSITIVO E UM MÉTODO PARA A DETERMINAÇÃO DA QUALIDADE DE UM SINAL "

Antecedentes da invenção A invenção trata de um dispositivo para determinar a qualidade de um sinal de saída gerado por um circuito de processamento de sinal em relação a um sinal de referência, em que o dispositivo é fornecido com: um primeiro circuito em série tendo uma primeira entrada para receber o sinal de saída em que o primeiro circuito em série é fornecido com: um primeiro arranjo de processamento de sinal acoplado à primeira entrada do primeiro circuito em série, para gerar um primeiro parâmetro de sinal em função do tempo e da frequência e, um primeiro arranjo de compressão, acoplado ao primeiro arranjo de processamento de sinal para comprimir um primeiro parâmetro de sinal e para gerar um primeiro parâmetro de sinal comprimido, um segundo circuito em série tendo uma segunda entrada para receber o sinal de referência, em que o segundo circuito em serie é fornecido com: um segundo arranjo de compressão, acoplado à segunda entrada, para gerar um segundo parâmetro de sinal comprimido, -2- um circuito de combinação, acoplado à primeira saída do primeiro circuito em série e à segunda saída do segundo circuito em série, para gerar um sinal de qualidade em que o circuito de combinação é fornecido com um arranjo diferencial, acoplado aos dois arranjos de compressão, para determinar um sinal diferencial com base nos parâmetros de sinal comprimido, um arranjo de integração, acoplado ao arranjo diferencial, para integrar o sinal diferencial em relação à frequência, e um arranjo de médias no tempo para gerar o sinal de qualidade através da integração, em relação ao tempo, do sinal diferencia integrado em relação à frequência, um circuito de escalamento que está situado entre as entradas de ambos os arranjos de compressão, em que o circuito de escalamento é fornecido com: um arranjo de integração adicional para integrar um sinal do primeiro do circuito em série e um sinal do segundo circuito em série, e um arranjo de comparação, acoplado ao arranjo adicional de integração, para comparar os dois sinais integrados dos dois circuitos iniciais e para escalar pelo menos um sinal do circuito em série, em resposta à comparação.

Tais dispositivos foram apresentados na WO 96/28953, WO 96/28952 e WO 96/28950, cujas aplicações da patente internacional definem invenções para melhorar um dispositivo conhecido apresentado na J. Audio Eng. Soc., Vol. 40, No. 12, Dezembro 1992, em particular “A Perceptual Audio Quality Measure Based on a Psychoascoustic Sound Representatio ” por John G. Beerends e Jan Stemerdink, páginas 963-978, mais particularmente.

Fig.7. O dispositivo apresentado na WO 96/28953 determina a qualidade de um sinal de saída gerado por um circuito de processamento de sinal, tal como, por exemplo, um codifícador/descodifícador, ou codec, com respeito a um sinal de referência. O dito sinal de referência é, por exemplo, um sinal de entrada a ser apresentado ao circuito de processamento de sinal, todavia também se pode usar como sinal de referência uma versão ideal pre-calculada do sinal de saída. O primeiro parâmetro de sinal é gerado em função do tempo e da frequência, através do primeiro arranjo de processamento de sinal associado com o primeiro circuito em série, em resposta ao sinal de saída, depois do que o primeiro parâmetro de sinal é comprimido pelo primeiro arranjo de compressão associado com o primeiro circuito em serie. Nesta ligação, não deve ser considerado, de forma alguma, o processamento operacional intermédio do dito primeiro parâmetro de sinal. O segundo parâmetro de sinal é comprimido através do segundo arranjo de compressão, associado com o segundo circuito em serie, como resposta ao sinal de referência. Nesta ligação, também o processamento operacional adicional do dito segundo parâmetro de sinal também não deve, de forma alguma, ser considerado. A partir de ambos os parâmetros de sinais comprimidos, o sinal diferencial é determinado através do arranjo diferencial asssociado com o circuito de combinação, depois do que o sinal de qualidade é gerado pela integração do sinal diferencial, em relação ao tempo e à frequência, à custa do arranjo de integração associado com o circuito de combinação. Estes dispositivo conhecido é melhorado pela adição de um circuito de escalamento. Devido a este circuito de escalamento, o sinal de qualidade objectivo a ser avaliado pelo dito dispositivo melhorado e um sinal subjectivo de qualidade a ser avaliado por observadores humanos, tem um a boa correlação .

Contudo, tal dispositivo tem, entre outras, a desvantagem de no caso do circuito de processamento de sinal conter um a ligação rádio, o sinal de

qualidade final, a ser avaliado através do dito dispositivo, e o sinal de qualidade subjectivo, a ser avaliado por observadores humanos têm uma fraca correlação. WO 96/28952 apresenta um dispositivo similar, no qual a correlação é melhorada pela utilização do sinal a ser avaliado (ou do sinal de referência) dando origem a uma compensação local no domínio do tempo ou no domínio do tempo/frequência antes do sinal final de qualidade ser gerado. Tal compensação não funciona nos casos em que a intensidade total (isto é em todas as frequências) do sinal a ser avaliado, em certo instante do tempo, deve determinar a compensação a ser executada. Tal caso existe e.g. para sinais transportados via rádio. WO 96/28950 apresenta, também, um dispositivo similar no qual um melhoramento na correlação é atingido pela adição de um arranjo de ajustamento ou arranjo de diferenciação (de diferença) para reduzir o sinal diferencial. Também esta publicação não fornece uma solução para o problema de compensação mencionado. B - Sumário da Invenção O objecto da invenção é, entre outros, fornecer um dispositivo do tipo mencionado no preambulo, que proporcione uma melhor correlação, entre o sinal de qualidade em vista a ser avaliado pelos meios do dito dispositivo e o sinal de qualidade de subjectivo a ser avaliado por observadores humanos.

Para este fim , o dispositivo, de acordo com a invenção, tem a característica do dispositivo compreender ainda: -5- um arranjo de processamento para processar um sinal de comparação originado a partir do arranjo de comparação, e um arranjo de multiplicação compreendendo uma primeira entrada acoplada a uma saída do arranjo de processamento, uma segunda entrada acoplada a uma saída do arranjo de integração e uma saída acoplada a uma entrada do arranjo de médias no tempo.

Como resultado das medidas obtidas na presente invenção, em particular das grandes diferenças de amplitude presentes entre ambos os sinais dos circuitos em série podem ser tomadas em atenção no arranjo de integração. Devido ao foi dito e tomado em atenção, uma boa correlação é obtida entre o sinal de qualidade objectivo, para ser avaliado através do dito dispositivo, e um sinal de qualidade subjectivo, a ser avaliado por observadores humanos, mesmo quando o sinal de cuja qualidade tem de ser determinada é transportado por via rádio. A invenção é baseada, entre outros, na compreensão de que a fraca correlação entre sinais de qualidade objectivos a serem avaliados através dos dispositivos conhecidos e os sinais de qualidade subjectivos, a serem avaliados por observadores humanos, pode resultar, inter alia, do facto de que em particular, grandes diferenças de amplitude presentes entre ambos os sinais dos circuitos em série originam implicitamente uma má qualidade. O problema da fraca correlação é então resolvido pela utilização de um arranjo de multiplicador acoplado ao circuito de escalamento através o arranjo de processamento. -6-

Deve ser notado de que o dispositivo da presente invenção também melhorará a correlação no caso do circuito de processamento de sinal compreender uma ligação ATM e no caso do circuito de processamento de sinal gerar sinais que diferem bastante dos sinais originados a partir ou pertencentes ao sinal de referência.

Uma primeira concretização do dispositivo, de acordo com a invenção, tem a característica que o circuito de escalamento estar dotado com: uma unidade de escalamento contendo uma entrada acoplada a uma saída do primeiro arranjo de processamento de sinal, uma saída acoplada a uma entrada do primeiro arranjo de compressão e uma entrada de controlo acoplada a uma saída do arranjo de comparação para escalar o primeiro sinal do circuito em série como resposta à comparação.

Como resultado de ter um circuito de escalamento com a unidades de escalamento para escalar o primeiro sinal do circuito em série, o circuito de escalamento funciona melhor. Por isso, a correlação é melhorada ainda mais.

Uma segunda concretização do dispositivo, de acordo com a invenção, tem a característica de o arranjo de processamento elevar o sinal de comparação à potência p, em que 0<p<l.

Nesta ligação, grandes diferenças de amplitude são re-escaladas de acordo com uma relação entre ambos os sinais dos circuitos em série. -7-

Uma terceira concretização do dispositivo, de acordo com a invenção, tem a característica de o segundo circuito em série ser também dotado com um segundo arranjo de processamento de sinal, acoplado à segunda entrada, para gerar um segundo parâmetro de sinal em função quer do tempo quer da frequência, e o segundo arranjo de compressão ser acoplado ao segundo arranjo de processamento de sinal afim de comprimir o segundo parâmetro de sinal. A invenção tratará, para além disso, de um método para determinar a qualidade de um sinal de saída a ser gerado por um circuito de processamento de sinal relativamente a um sinal de referência, cujo método compreende os passos conhecidos e caracterizados de acordo com a reivindicação 5.

As concretizações adicionais do método, de acordo com a invenção, são resumidas nas sub-reivindicações do método.

C- REFERÊNCIAS WO 96/28953 WO 96/28950 WO 96/28952 J. Audio Eng. Soc., Vol. 40, No. 12, Decemberl992, em particular, “A Perceptual Audio Quality Measure on a Psychoacoustic Sound Representation” por John G. Beerenders e Jan A. Stemerdink, pag. 963-978

D- UM EXEMPLO DE CONCRETIZAÇÃO -8- A invenção será explicada com maior detalhe, através de um exemplo concretização, mostrado nas figuras. Nas figuras: a Fig.l mostra um dispositivo, de acordo com a invenção, compreendendo os arranjos de processamento de sinal conhecidos, os arranjos de compressão conhecidos, um circuito de escalamento, de acordo com a invenção, e um circuito de combinação também de acordo com a invenção, a Fig.2 mostra um arranjo de processamento de sinal já conhecido que será usado no dispositivo, de acordo com a invenção, a Fig.3 mostra um arranjo de compressão conhecido que é usado no dispositivo, de acordo com a invenção, a Fig. 4 mostra um circuito de escalamento, de acordo com a invenção, para ser utilizado no dispositivo, de acordo com a invenção, e a Fig.5 mostra um circuito combinatório, de acordo com a invenção, para ser usado no dispositivo de acordo com a invenção. O dispositivo mostrado na Fig.l, de acordo com a invenção, compreende um primeiro arranjo de processamento de sinal 1, tendo um a primeira entrada 7 para receber um sinal de saída com origem num circuito de processamento de sinal, tal como, por exemplo, um codificador/descodifícador ou codec. Uma a primeira saída do primeiro arranjo de processamento de sinal 1 é ligado por um acoplamento 9 a uma primeira entrada de um circuito de escalamento 3. O dispositivo, de acordo com a invenção, compreende, para além disso, um segundo arranjo de processamento de sinal 2 tendo uma segunda entrada 8 para receber um sinal de entrada fornecido pelos os circuitos de processamento de sinal tal como, por exemplo, o codificador/descodifícador, ou codec. Uma segunda saída do segundo arranjo de processamento de sinal 2 é ligada por um acoplamento 10 a uma segunda entrada do circuito de escalamento 3. Uma primeira saída do circuito de escalamento 3 está ligada através do -9- acoplamento 11a uma primeira entrada de um arranjo de compressão 4, e uma segunda saída do circuito de escalamento 3 é ligada pelo acoplamento 12 a uma segunda entrada de um segundo arranjo de compressão 5. A primeira saída do primeiro arranjo de compressão 4 é ligada por um acoplamento 13 a uma primeira entrada de um circuito de combinação 6 e uma segunda saída do segundo arranjo de compressão 5 é ligada por um acoplamento 16 a uma segunda entrada do circuito de combinação 6. Uma terceira saída do circuito de escalamento 3 é ligada por um acoplamento 14 a uma terceira entrada do circuito de combinação 6, e a segunda saída do segundo arranjo de compressão 5, ou acoplamento 16, é ligada através de um acoplamento 15 a uma quarta entrada do circuito de combinação 6, o qual tem uma saída 17 para gerar um sinal de qualidade. Uma quarta saída do circuito de escalamento 3 é ligada através de um acoplamento 18 a uma quinta entrada do circuito de combinação 6. O primeiro arranjo de processamento de sinal 1 e o primeiro arranjo de compressão 4, em conjunto, correspondem a um primeiro circuito em série, e o segundo arranjo de processamento de sinal 2 e o segundo arranjo de compressão 5, correspondem, em conjunto, a um segundo circuito em série. O conhecido primeiro arranjo de processamento de sinal 1 (ou o segundo), mostrado na Fig.2 contém um primeiro (ou segundo) multiplicador 20, para multiplicar no domínio do tempo o sinal de saída (ou sinal de entrada) para ser alimentado à primeira entrada 7 (ou segunda entrada 8) do primeiro (ou segundo) arranjo de processamento de sinal 1 (ou 2) e originando a partir do circuito de processamento de sinal, tal como, por exemplo, o codificador/descodificador ou Codec através de uma função janela, um primeiro ou segundo transformador 21, acoplado ao primeiro (ou segundo) multiplicador 20, para converter o sinal com origem no primeiro (ou segundo) multiplicador 20 para o domínio da frequência, um primeiro (ou 2a) arranjo de valor absoluto, 22, para determinar o valor absoluto de um sinal com origem no primeiro (ou segundo) conversor 21, para gerar um primeiro (ou segundo) parâmetro de sinal positivo em função do tempo e da frequência, um primeiro (ou segundo) conversor 23 para converter o primeiro ( ou segundo) parâmetro de sinal positivo com origem no primeiro (ou segundo) arranjo de valor absoluto 22 e que é representado através de um espectro no tempo e de um espectro na frequência num primeiro (ou segundo) parâmetro de sinal representado através de um espectro no tempo e num espectro de Bark e um primeiro (ou segundo) decrementador 24 para decrementar uma função de audição no caso do primeiro (ou segundo) parâmetro de sinal com origem no primeiro (ou segundo) conversor e que é representado através de um espectro no tempo e de um espectro de Bark, parâmetro de sinal que é então transmitido através do acoplamento 9 ou (10). O primeiro ou (segundo) conhecido arranjo de compressão 4 (ou 5) mostrado na fig. 3 recebe através do acoplamento 11 (ou 12) um parâmetro de sinal que é fornecido a uma primeira (ou 2a) entrada de um primeiro (ou segundo) somador 30, um primeiro (ou 2a) saída do qual está ligada através de um acoplamento 31, por um lado, a uma Ia (ou 2a) entrada de um terceiro ( ou quarto) multiplicador 32 e, por outro lado, a um primeiro (ou segundo) arranjo de convolução não linear 36 o qual está ligado para além disso a uma primeira (ou segunda ) unidade de compressão 37 para gerar através do acoplamento 13 (ou 16) um primeiro (ou segundo) parâmetro de sinal comprimido. O terceiro (ou quarto) multiplicador 32 tem uma primeira entrada adicional (ou segunda) para receber um sinal de alimentação e tem uma primeira (ou segunda) saída a qual está ligada a uma primeira (ou segunda) entrada de um primeiro (ou segundo ) arranjo de atraso 34, uma primeira (ou segunda saída) do qual está ligada a uma primeira (ou segunda) entrada adicional do primeiro (ou segundo) somador 30. O circuito de escalamento 3, mostrado na Fig. 4 compreende um arranjo de integração adicional 40 uma primeira entrada do qual está ligada a uma - 11 - primeira entrada do circuito de escalamento 3 e, consequentemente, ao acoplamento 9, para receber um primeiro sinal do circuito em série (o primeiro parâmetro de sinal apresentado através de um espectro no tempo e de um espectro de Bark) e uma segunda entrada do qual está ligada à segunda entrada do circuito de escalamento 3, e consequentemente, ao acoplamento 10 para receber um segundo sinal do circuito série (o segundo parâmetro de sinal representado através de um espectro no tempo de um espectro de Bark). Uma primeira saída do arranjo adicional de integração 40, para gerar o sinal integrado do primeiro circuito em serie, está ligada a uma primeira entrada de um arranjo de comparação 41 e uma segunda saída do arranjo de integração adicional 40 para gerar o segundo sinal integrado do circuito em série está ligada a uma segunda entrada do arranjo de comparação 41. A primeira entrada do circuito de escalamento 3 está ligada a uma primeira entrada de uma unidade de escalamento 42 e uma segunda saída está ligada a uma saída da unidade de escalamento 42 e, através do circuito de escalamento 3, o acoplamento 9 está ligado consequentemente através do acoplamento 11 à unidade de escalamento 42. A segunda entrada do circuito de escalamento 3 está ligada a uma segunda saída e, através do circuito de escalamento 3, o acoplamento 10 está, consequentemente ligado através do acoplamento 12 a uma saída do arranjo de comparação 41 para gerar um sinal de comparação está ligada a uma entrada de controlo da unidade de e escalamento 42 e, através do acoplamento 18, pela quarta saída do circuito de escalamento 3. A saída da unidade de escalamento 42, ou acoplamento 11, está ligada a uma primeira entrada de um arranjo de determinação de cociente 43 e uma segunda entrada do circuito de escalamento 3, ou acoplamento 10, ou acoplamento 12, está ligada a uma segunda entrada do arranjo de determinação de cociente 43 e uma saída do qual está ligada a uma terceira saída do circuito de escalamento 3, e consequentemente ao acoplamento 14, para gerar um sinal de escalamento. - 12- O circuito de combinação 6, mostrado na Fig. 5, compreende um arranjo de comparação adicional 50, em que uma sua primeira entrada está ligada a uma primeira entrada do circuito de combinação 6 para receber o primeiro parâmetro de sinal comprimido, através do acoplamento 13, e uma segunda entrada do qual está ligada a uma segunda entrada do circuito de combinação 6 para receber o segundo parâmetro de sinal comprimido através do acoplamento 16. A primeira entrada do circuito de combinação 6 está ligada, para além disso, a uma primeira entrada do arranjo diferencial 54, 56. Uma saída do arranjo adicional de comparação 50, para gerar um sinal de escalamento adicional, está ligada por um acoplamento 51 a uma entrada de controlo do arranjo de escalamento 52, e uma entrada do qual está ligada à segunda entrada do circuito de combinação 6 para receber o segundo parâmetro de sinal comprimido, através do acoplamento 16, e uma saída do qual está ligada por um acoplamento 53 a uma segunda entrada do arranjo diferencial 54, 56, para calcular um sinal diferença com base nos parâmetros de sinal comprimidos, mutuamente escalados. Uma terceira entrada do arranjo diferencial 54, 56, está ligada a quarta entrada do circuito de combinação 6 para receber, pelo acoplamento 15, o segundo parâmetro de sinal comprimido, a ser recebido pelo acoplamento 16. O arranjo diferencial 54, 56 contém um subtractor 54 para gerar um sinal de diferença e um arranjo adicional 56 de módulo (valor absoluto) 56, para determinar o valor absoluto do sinal diferença, e uma saída do qual está ligada a uma entrada de a unidade de escalamento adicional 57, uma entrada de controlo da qual está ligada à terceira entrada do circuito de combinação 6, para receber o sinal de escalamento através do acoplamento 14. Uma saída da unidade adicional de escalamento 57, está ligada a uma entrada de um arranjo de integração 58, 59 para integrar no tempo e na frequência o valor absoluto escalado do sinal diferencial. O circuito de combinação está dotado, adicionalmente, de um arranjo de decrementação 60, 61 o qual compreende um arranjo de processamento 60 e um arranjo de multiplicação 61. Uma entrada do arranjo de processamento 60 - 13- está acoplada à quinta entrada do circuito de combinação 6, pelo acoplamento 18, para receber o sinal de comparação, e uma saída do arranjo de processamento 60 está acoplada a uma primeira entrada do arranjo de multiplicação 61.0 arranjo de integração 58, 59 compreende um arranjo em serie de um integrador 58 e de um arranjo de médias no tempo 59, cuja saída está ligada a saída 17 do circuito de combinação 6, para gerar um sinal de qualidade. Uma saída do integrador 58 está acoplada a uma segunda entrada do arranjo de multiplicação 61, uma saída do qual está acoplada a uma entrada do arranjo de médias no tempo 59. A operação, de um dispositivo conhecido é de facto, também descrita, como se segue, na aplicação da patente internacional referenciada, para determinar a qualidade do sinal de saída a ser gerado por um circuito de processamento de sinal, tal como, por exemplo, o codificador /descodificador ou codec, em que o dispositivo conhecido é constituído sem o arranjo decrementador 60 61 mostrado em grande detalhe na Fig.5. O sinal de saída do circuito de processamento de sinal, tal como, por exemplo, o codifícador/descodifícador ou codec, dá entrada na entrada 7, depois do que o primeiro circuito de processamento de sinal 1 converte o dito sinal de saída num primeiro parâmetro de sinal representado por um espectro temporal e um espectro de Bark. Isto tem lugar por meio do primeiro multiplicador 20 o qual multiplica o sinal de saída representado por um espectro temporal, por uma função janela representada através de um espectro no tempo, depois do que o sinal então obtido (e representado por meio de um espectro temporal) é transformado ou convertido, por meio do primeiro transformador 21 para o domínio da frequência, por exemplo, através de uma FFT ou transformada rápida de Fourier, depois do que o valor absoluto do sinal, então obtido e que é representado por meio de um espectro temporal e de um espectro na frequência, é determinado por meio do primeiro arranjo de valor absoluto 22, por exemplo, - 14- elevando ao quadrado, depois do que o parâmetro de sinal então obtido, e que é representado por meio de um espectro temporal e por meio de um espectro na frequência é convertido por meio do primeiro conversor 23 num parâmetro de sinal representado através de um espectro temporal e por um espectro de Bark. por exemplo, por reamostragem com base numa escala de frequência não linear, também referida por escala de Bark, o parâmetro de sinal é então ajustado por meio de um primeiro decrementador 24 a uma função de audição, ou é filtrado, por exemplo, pela multiplicação por uma característica representada por meio de um espectro de Bark.

Numa maneira semelhante, o sinal de entrada do circuito de processamento de sinal, tal como, por exemplo, o codificador/descodoficador, ou codec, alimenta a entrada 8, depois do que o segundo circuito de processamento de sinal 2 converte o dito sinal de entrada num segundo parâmetro de sinal representado por meio de um espectro temporal e de um espectro de Bark. O primeiro sinal do circuito em série (o primeiro parâmetro de sinal representado por um espectro no tempo e por um espectro de Bark) a ser recebido pelo acoplamento 9 e a primeira entrada do circuito de escalamento 3 dá entrada na primeira entrada do arranjo de integração adicional 40, e o segundo sinal do circuito em série (o 2 0 parâmetro de sinal representado por um espectro temporal e por um espectro de Bark), a ser recebido pelo acoplamento 10 e a segunda entrada do circuito de escalamento 3 alimenta a segunda entrada do arranjo de integração adicional 40, o qual integra na frequência os dois sinais dos circuitos em série, e depois do que o primeiro sinal integrado do circuito em série é alimentado pela primeira saída do arranjo de integração adicional 40 para a primeira entrada do arranjo de comparação 41, e o segundo sinal integrado do circuito em série é alimentado pela segunda saída do arranjo de integração adicional 40 para a segunda entrada do arranjo de comparação 41. Este último - 15 - circuito compara os dois sinais integrados dos circuitos em série e gera, como resposta, o sinal de comparação o qual entra na entrada de controlo da unidade de escalamento 42. Este último circuito escala o primeiro sinal do circuito em série (o primeiro parâmetro de sinal representado por meio de um espectro no tempo e por um espectro de Bark) a ser recebido pelo acoplamento 9 e a primeira entrada do circuito de escalamento 3, como uma função do dito sinal de comparação (isto quer dizer que aumenta ou reduz a amplitude do dito sinal do circuito em série) e gera o primeiro sinal do circuito em série escalado, na da saída da unidade de escalamento 42, para a primeira saída do circuito de escalamento 3, enquanto que a segunda entrada do circuito de escalamento 3 é ligada através, neste exemplo, directamente para a segunda saída do circuito de escalamento 3. Neste exemplo, o primeiro sinal do circuito em série escalado e o segundo sinal do circuito em série são passados através do circuito de escalamento 3 para o primeiro arranjo de compressão 4 e para o segundo arranjo de compressão 5, respectivamente. O primeiro parâmetro de sinal escalado, obtido dessa forma, e que é representado por meio de um espectro temporal e por meio de um espectro de Bark, é então convertido por meio do primeiro arranjo de compressão 4 num primeiro parâmetro de sinal comprimido representado por meio de um espectro temporal e por um espectro de Bark. Isto tem lugar por meio do primeiro somador 30, do terceiro multiplicador 32 e do primeiro arranjo de atraso 34, o parâmetro de sinal, representado por meio de um espectro temporal e por um espectro de Bark, sendo multiplicado por um sinal de alimentação representado por meio de um espectro de Bark tal como por exemplo, um sinal exponencial decrescente, depois do que o parâmetro de sinal, assim obtido, e que é representado por meio de um espectro temporal e por um espectro de Bark, é adicionado com um atraso no tempo, ao parâmetro de sinal representado por meio de um espectro temporal e de um espectro de Bark, depois do que o parâmetro de sinal, assim obtido, e representado por meio de um espectro temporal e por meio de um espectro de - 16-

Bark é convoluido por meio de um primeiro arranjo de convolução linear 36, com uma funçào de espalhamento representado por meio de um espectro de Bark, depois do que o parâmetro de sinal assim obtido, e representado por meio de um espectro temporal e por meio de um espectro de Bark, é comprimido por meio da primeira unidade de compressão 37.

De um modo semelhante, o segundo parâmetro de sinal, representado por meio de um espectro temporal e por meio de um espectro de Bark, é convertido por meio do segundo arranjo de compressão 5 num segundo parâmetro de sinal comprimido, representado por meio de um espectro temporal e de um espectro de Bark. O primeiro e o segundo parâmetros de sinal comprimidos dão então entrada por meio dos respectivos acoplamentos 13 e 16 para o circuito de combinação 6, sendo assumido por momento que este é um circuito de combinação normalizado, ao qual falta o arranjo de decrementação 61, mostrado com maior detalhe na Fig. 5. Os dois parâmetros de sinais comprimidos são integrados pelo arranjo adicional de comparação adicional 50 e são mutuamente comparados, depois do que o arranjo de comparação adicional 50 gera o sinal de escalamento adicional o qual representa, por exemplo, a relação média entre os dois parâmetros de sinais comprimidos. O dito sinal adicional de escalamento dá entrada no arranjo de escalamento 52, o qual em reposta, escala o segundo parâmetro de sinal comprimido (isto significa que o aumenta ou reduz em função do sinal de escalamento). Obviamente, que o arranjo de escalamento 52 também pode ser usado, numa maneira conhecida por uma pessoa habilitada na matéria, para escalar o primeiro parâmetro de sinal comprimido em vez de escalar o segundo parâmetro de sinal comprimido e a utilização adicional poderá ser feita, de uma maneira conhecida por uma pessoa com conhecimentos na matéria dos dois arranjos de escalamento para escalarem mutuamente os dois parâmetros de sinal comprimidos ao mesmo tempo. O sinal diferencial é derivado por meio de - 17- um circuito de diferença 54 dos parâmetros de sinal comprimidos mutuamente escalados , e o valor absoluto do sinal diferencial é calculado então por meio do arranjo de valor absoluto adicional 56. O sinal assim obtido é integrado por meio do integrador 58 em relação a um espectro de Bark e é integrado por meio do arranjo de média no tempo, 59, com respeito a um espectro de Bark e é gerado por meio da saída 17 como um sinal de qualidade o qual indica, numa maneira objectiva, a qualidade do circuito de processamento de sinal, tal como, por exemplo, o codificador/descodificador ou codec.

Como resultado da utilização do circuito de escalamento 3, é usualmente obtida uma boa correlação entre o sinal de qualidade objectivo para ser avaliado por meio do dispositivo, de acordo com a invenção, e um sinal subjectivo de qualidade a ser avaliado por observadores humanos. Tudo isto é baseado, entre outros aspectos, na perspectiva de que uma correlação fraca entre os sinais de qualidade objectivos a serem avaliados por meio dos dispositivos conhecidos e os sinais de qualidade subjectivos a serem avaliados por observadores humanos é consequência, inter alia, do facto de algumas distorções que são encontradas são mais sentidas por observadores humanos, que outras distorções, sendo correlação fraca melhorada pela utilização de dois arranjos de compressão, e é baseada para além disso, entre outros aspectos, na perspectiva de que como resultado da utilização do circuito de escalamento 3 os dois arranjos de compressão 4 e 5, funcionam melhor relativamente ao outro o qual melhora ainda mais a correlação.

Como resultado do facto de a segunda entrada do circuito de escalamento 3, ou acoplamento 10 ou acoplamento 12, estar ligada à segunda entrada do arranjo de cálculo da relação 43, e a saída da unidade de escalamento 42, ou acoplamento 11, estar ligada à primeira entrada do arranjo de cálculo de relação 43, e o arranjo de cálculo de relação 43 é capaz de avaliar a razão mútua, cociente entre primeiro sinal escalado do circuito em série e do segundo sinal do circuito em série, e gerar um sinal de escalamento, em função disso, por meio da saída do arranjo de cálculo de razão 43, sinal de escalamento que dá entrada proveniente da terceira saída do circuito de escalamento 3 e, consequentemente, por meio do acoplamento 14, dar entrada para a terceira entrada para o circuito de combinação 6. O dito sinal de escalamento é fornecido ao circuito de combinação 6 para unidade de escalamento adicional 57, a qual escala, em função do dito sinal de escalamento, o valor absoluto do sinal diferencial originado no arranjo diferencial 54, 56 (quer isto dizer que aumenta ou reduz a amplitude do dito valor absoluto). Como consequência disto a correlação já foi melhorada, é ainda mais melhorada como resultado do facto de que uma diferença (amplitude) ainda presente entre o primeiro sinal escalado do circuito em série e o segundo sinal do circuito em série no circuito de combinação ser descontada e arranjo de integração 58 ,59 funciona melhor assim.

Um melhoramento adicional da correlação é obtido se o circuito de diferença 54 (ou o arranjo de valor absoluto adicional 56) for dotado de um arranjo de ajustamento adicional, não mostrado nas figuras, por exemplo na forma de um circuito subtractor o qual reduz, de alguma forma, a amplitude do sinal diferencial. Preferivelmente, a amplitude do sinal diferencial é reduzida em função de um sinal do circuito em série, justamente como neste exemplo é reduzido em função do segunda parâmetro de sinal comprimido com origem no segundo arranjo de compressão 5, em resultado do qual o arranjo de integração 58 e 59 funciona ainda melhor. Como resultado a já muito boa correlação é melhorada ainda mais.

Contudo, no caso do circuito de processamento de sinal incluir, por exemplo, uma ligação rádio, o sinal objectivo de qualidade a ser avaliado por meio do dito dispositivo e um sinal de qualidade subjectivo a ser avaliado por - 19- observadores humanos podem ter uma fraca correlação. Este problema é eficazmente resolvido pelo dispositivo de acordo com a invenção, o qual é fornecido com o arranjo decrementador 60 ,61. A operação do dispositivo, de acordo com a invenção, para determinar a qualidade do sinal de saída a ser gerado pelo circuito de processamento de sinal, tal como, por exemplo, o codifícador/descodifícador, ou codec, é descrita anteriormente, e é complementada pelo que se segue. O arranjo de processamento 60 recebe o sinal de comparação do arranjo de comparação 41 por meio do acoplamento 18, sinal de comparação que é processado, por exemplo, pela elevação deste sinal de comparação à potência p, em que 0<p<l. Os possíveis valores para p podem ser, por exemplo, p = 0,2 ou p = 0,3 ou p =0,4 ou p=0,5. Pelo arranjo de multiplicação 61o sinal de comparação anterior é então multiplicado pelo sinal integrado ( integrado com respeito a um espectro de Bark), e o sinal resultante é então integrado por meio de um arranjo de média no tempo 59 em relação a um espectro temporal sendo gerado, através da saída 17, o sinal de qualidade o qual indica de um a maneira objectiva a qualidade do circuito de processamento de sinal.

Como resultado de dotar o dispositivo com o arranjo decrementador 60, 61, em particular, grandes diferenças de amplitude presentes entre ambos os sinais dos circuitos em série podem ser descontadas no arranjo de integração 58, 59. Devido ao dito desconto, uma boa correlação é obtida entre o sinal de qualidade objectivo a ser avaliado por meio do dito dispositivo e o sinal subjectivo de qualidade a ser avaliado por observadores humanos, mesmo quando o sinal cuja qualidade tem de ser determinada é transmitido via rádio. -20- A invenção é baseada, entre outros aspectos, na perspectiva de que a fraca correlação entre o sinal objectivo de qualidade a ser avaliada por meio de dispositivos conhecidos e os sinais subjectivos de qualidade, a serem avaliados por observadores humanos, também poder ser a consequência, entre outros, do facto de que em particular as grandes diferenças de amplitude presentes entre ambos os sinais dos circuitos em série implicar uma má qualidade.

Deve ser notado que a utilização do arranjo de decrementação 60, 61 também melhorará a correlação no caso do circuito de processamento de sinal incluir um a ligação ATM e no caso do circuito de processamento de sinal gerar sinais que diferem bastante dos sinais com origem no sinal de referência.

Os componentes mostrados na Fig.2, do primeiro arranjo de processamento de sinal 1 são descritos como foi afirmado anteriormente, adequadamente e de uma maneira conhecida por uma pessoa com habilitações na matéria e nos assuntos das referências. Um sinal digital de saída com origem no circuito de processamento de sinal, tal como, por exemplo, o codificador/descodificador, ou codec, e que é, por exemplo, discreto quer no tempo quer na amplitude, é multiplicado por meio de um primeiro multiplicador 20, por uma função de janela, tal como, por exemplo, a chamada função coseno quadrado representada por meio de um espectro temporal, depois do que o sinal assim obtido e representado por meio de um espectro temporal é transformado por meio de o primeiro transformador 21, para o domínio da frequência, por exemplo, por uma FFT ou transformada rápida de Fourier, depois do que o valor absoluto do sinal assim obtido, e representado por meio de um espectro temporal e por um espectro na frequência é calculado por meio do primeiro arranjo de valor absoluto 22, por exemplo pela elevação ao quadrado. Finalmente, é então obtida uma função densidade de potência por unidade de tempo/frequência. Uma maneira alternativa de obter o dito sinal é usar um arranjo de filtragem em sub- banda para filtrar o sinal digital de saída, o arranjo de filtragem em sub bandas gera, depois de determinar ou calcular o valor absoluto, um parâmetro de sinal em função do tempo e da frequência na forma de uma função onde densidade de potência por unidade de tempo/frequência. O primeiro conversor 23, converte a dita função densidade de potência por unidade de tempo/frequência, por exemplo pela reamostragem com base numa escala de frequências não linear, também referida por escala de Bark, numa função densidade de potência por unidade de tempo/Bark, conversão que é descrita exaustivamente no Apêndice da quarta referência, e o primeiro decrementador 24 multiplica a dita função de densidade de potência por unidade de tempo/Bark, por exemplo, por uma característica, representada por meio de um espectro de Bark, para executar o ajuste numa função de audição.

Os componentes, mostrados na fig. 3, do primeiro arranjo de compressão 4, são, como foi anteriormente apresentado, descritos adequadamente na quarta referência e de uma forma conhecida por pessoas habilitadas na matéria. A função densidade de potência por unidade de tempo/Bark ajustada a uma função de audição é multiplicada pelo multiplicador 32 por um sinal exponencial decrescente, tal como, por exemplo, exp (-Τ/τ(ζ)). Aqui, T é igual a cinquenta por cento do comprimento da função janela e representa, consequentemente, metade de um certo intervalo de tempo, passado certo intervalo de tempo o primeiro multiplicador 20 multiplica sempre o sinal de saída por uma função janela representada por meio de um espectro temporal (por exemplo, cinquenta por cento de quarenta milisegundos é vinte milisegundos). Nesta expressão, x(z) é uma característica que é representada por meio de um espectro de Bark e é mostrada em detalhe na figura 6 da primeira referência. O primeiro arranjo de atraso 34 atrasa no tempo o produto desta multiplicação, de uma duração T, ou seja metade de certo intervalo de tempo. O primeiro arranjo de convolução não linear 36 convolve o sinal fornecido com uma função de espalhamento representada por meio de um espectro de Bark, ou espalha uma função de densidade de potência representada por unidade de tempo/Bark ao longo de uma escala Bark a qual é descrita exaustivamente, no apêndice B da quarta referência. A primeira unidade de compressão 37 comprime o sinal fornecido na forma de uma função de densidade de potência representada por unidade de tempo/Bark com uma função, que, eleva a função densidade de potência representada por unidade de tempo/Bark à potência oc em que 0<α<1.

Os componentes do circuito de escalamento 3, mostrados na fig.4, podem ser agrupados de forma conhecida por uma pessoa com conhecimentos na matéria. O arranjo adicional de integração 40 compreende, por exemplo, dois integradores separados que integram separadamente os dois sinais dos circuitos em série por meio de um espectro de Bark, depois do que o arranjo de comparação 41, na forma de, por exemplo, um divisor, divide os dois sinais integrados, um pelo outro, e fornece o resultado da divisão ou o seu inverso como sinal de controlo à unidades de escalamento 42 a qual, na forma de, por exemplo, um multiplicador ou um divisor, multiplica ou divide o segundo sinal do circuito em série pelo resultado da divisão, ou pelo inverso do resultado da divisão, por forma a igualar a amplitude média dos dois sinais dos circuitos em série. O arranjo de cálculo de cociente 43 recebe o primeiro e o sinal escalado do segundo circuito em série, na forma comprimida, as funções densidade e potência espalhadas representadas por unidade de tempo/Bark e divide uma pela outra para gerar o sinal de escalamento na forma de resultado de divisão representado por unidade de tempo/Bark ou pelo seu inverso, dependendo do facto da unidade de escalamento adicional 57, ser construída como multiplicador ou como divisor.

Os componentes, mostrados na fig.5, do primeiro circuito de comunicação 6 são, como foi afirmado anteriormente, descritos adequadamente e de uma maneira conhecida para uma pessoa com conhecimentos da matéria -23 - apresentada na quarta referência, com excepção do componente 57 e de uma parte do componente 54. O arranjo adicional de comparação 50 compreende, por exemplo, dois integradores separados os quais integram separadamente os dois sinais dos circuitos em série fornecidos sobre, por exemplo, três partes separadas de um espectro de Bark e compreende, por exemplo, um divisor que divide os dois sinais integrados um pelo outro e por parte do espectro de Bark e fornece o resultado da divisão ou o seu inverso, como sinal de escalamento ao arranjo de escalamento 52, o qual, na forma de, por exemplo, um multiplicador ou um divisor, multiplica, ou divide, os respectivos sinais dos circuitos em série pelo resultado da divisão ou pelo seu inverso de forma a tomar os dois sinais dos circuitos em série de igual amplitude, em média, por secção de espectro de Bark. Tudo isto é descrito exaustivamente no apêndice F da quarta referência. O circuito de diferença 54 determina a diferença entre os dois sinais dos circuitos em série mutuamente escalados. Se a diferença for negativa, a dita diferença pode ser aumentada de um valor constante e, se a diferença for positiva, a dita diferença pode ser reduzida de um valor constante, por exemplo pela detecção de onde é menor ou maior do que o valor zero e adicionando ou subtraindo então o valor constante. E, contudo, também possível calcular primeiro o valor absoluto da diferença por meio de um arranjo de valor absoluto 56 e, então, subtrair um valor constante do dito valor absoluto, em cuja ligação um valor final negativo não deve ser permitido obviamente ser obtido. Neste caso, o arranjo de valor absoluto 56 deve ser fornecido com um circuito subtractor. Para além disso, é possível, descontar da diferença um (ou parte de um) sinal do circuito em série, de forma similar, em vez de um valor constante ou em conjunto com um valor constante. O integrador 58 integra o sinal com origem na unidade adicional de escalamento 57 relativamente a um espectro de Bark, e o arranjo de médias no tempo 59 integra o sinal assim obtido relativamente a um espectro no tempo resultando daqui a obtenção de um sinal de qualidade, o qual tem um valor que é tanto mais pequeno quanto maior for a qualidade do circuito de processamento de sinal.

Deverá ser reservado ao termo circuito de processamento de sinal o significado mais amplo, em consequência do que, por exemplo, podem ser considerados todos os tipos de equipamentos de áudio ou/ vídeo. Então, o circuito de processamento de sinal poderia ser um codec, e nesse caso, o sinal de entrada é o sinal de referência relativamente ao qual a qualidade do sinal de saída deveria ser determinada. O circuito de processamento de sinal também poderia ser um igualizador, no qual a qualidade do sinal de saída deveria ser determinada relativamente a um sinal de referência o qual é calculado tendo por base um igualizador virtualmente ideal já existente ou é simplesmente calculado. O circuito de processamento de sinal poderia ainda ser um altifalante, neste caso um sinal de saída suavizado poderia ser usado como sinal de referência, relativamente ao qual a qualidade de um sinal de saída sonoro é então calculada (o escalamento já tem lugar automaticamente, no dispositivo, de acordo com a invenção). O circuito de processamento de sinal poderia ainda ser um modelo em computador de um altifalante que é usado para projectar altifalantes com base nos valores para serem colocados no modelo em computador do altifalante; neste caso um sinal de saída de reduzida amplitude do dito modelo em computador do altifalante, serve como sinal de referência, e o sinal de saída com elevada amplitude do dito modelo em computador do altifalante, serve então, como sinal de saída do circuito de processamento de sinal.

No caso de um sinal de referência calculado, o segundo arranjo de processamento de sinal do segundo circuito em série, poderia ser omitido como resultado do facto de as operações, a serem executadas pelo segundo arranjo de -25- processamento de sinal, poderem ser descontadas no cálculo do sinal de referência.

Lisboa, 21 de Julho de 2000

JORGE CRUZ

Agente Oficial da Propriedade Industrial RUA VICTOR CORDON, 14 1200 LISBOA

Claims (8)

1. - 1 - ¢8-35==3===¾ REIVINDICAÇÕES 1. Um dispositivo para determinar a qualidade de um sinal de saída a ser gerado por um circuito de processamento de sinal relativamente a um sinal de referência, que é dotado de um primeiro circuito em série tendo uma primeira entrada (7) para receber o sinal de saída, fornecido com um primeiro arranjo de processamento de sinal (1) acoplado à primeira entrada do primeiro circuito em série, para gerar um primeiro parâmetro de sinal como uma função do tempo e da frequência, e um primeiro arranjo de compressão (4) acoplado ao primeiro arranjo de processamento de sinal, para comprimir um primeiro parâmetro de sinal e para gerar um primeiro parâmetro de sinal comprimido, um segundo circuito em série tendo uma segunda entrada (8) par receber o sinal de referência, que é dotado de o segundo arranjo de compressão (5), acoplado à segunda entrada, para gerar um segundo parâmetro de sinal comprimido, um circuito de combinação (6), acoplado à primeira saída (13) do primeiro circuito em série e à segunda saída (16) do segundo circuito em série, para gerar um sinal de qualidade, cujo circuito de combinação é dotado de -2- um arranjo diferencial (54,56), acoplado aos dois arranjos de compressão (4,5), para determinar um sinal diferencial com base nos parâmetros de sinal comprimidos, um arranjo de integração (58) acoplado ao arranjo diferencial, par integrar o sinal diferencial em relação à frequência e, um arranjo de cálculo de médias no tempo (59) para gerar o sinal de qualidade pela integração do sinal diferencial integrado em relação ao tempo, um circuito de escalamento (3) o qual está situado entre as entradas (11,12) de ambos os arranjos de compressão (4,5), cujo circuito de escalamento é fornecido com um arranjo de integração adicional (40) para integrar um sinal do primeiro circuito em série e um sinal do segundo circuito em série em relação à frequência e um arranjo de comparação (41), acoplado ao arranjo de integração adicional, para comparar os dois sinais integrados dos circuitos em série e para escalar pelo menos um sinal do circuito em série como resposta a comparação, caracterizado pelo dispositivo compreender para além disso um arranjo de processamento (60) para processar um sinal de comparação com origem no arranjo de comparação e um arranjo de multiplicação (61) compreendendo uma primeira entrada acoplada a uma saída do arranjo de processamento (60), uma segunda entrada acoplada a uma saída do arranjo de integração (58), e (59). uma saída acoplada a uma entrada do arranjo de médias no tempo
2. 2. Um dispositivo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo circuito de escalamento (3), ser fornecido com uma unidade de escalamento (42) compreendendo uma entrada acoplada a uma saída (9) do primeiro arranjo de processamento de sinal (1), uma saída (11) acoplada a uma entrada do primeiro arranjo de compressão (4), e uma entrada de controlo acoplada a uma saída do arranjo de comparação (41) para escalar o sinal do primeiro circuito em série como resposta à comparação.
3. 3. Um dispositivo de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo arranjo de processamento (60) elevar à potência p o sinal de comparação, em que 0<p<l.
4. 4. Um dispositivo de acordo com as reivindicações 1,2 ou 3, caracterizado por o segundo circuito em série ser fornecido adicionalmente com o segundo arranjo de processamento de sinal (2) acoplado à segunda entrada (8), para gerar um segundo parâmetro de sinal, em função quer do tempo quer da frequência, e o segundo arranjo de compressão (5) sendo acoplado ao segundo arranjo de processamento de sinal de forma a comprimir o segundo parâmetro de sinal. -4-
5. 5. Um método para determinar a qualidade de um sinal de saída a ser gerado por um circuito de processamento de sinal em relação a um sinal de referência cujo método compreende os seguintes passos gerar um primeiro parâmetro de sinal em função do tempo e da frequência como resposta ao sinal de saída, integrar em relação à frequência, um primeiro parâmetro de sinal e um segundo parâmetro de sinal, comparar o primeiro e o segundo sinal de parâmetros integrados, escalar pelo menos um do primeiro ou do segundo parâmetro de sinal em resposta a um sinal de comparação, comprimir um primeiro parâmetro de sinal e um segundo parâmetro, determinar um sinal diferencial com base nos parâmetros de sinal comprimido, gerar um sinal de qualidade pela integração do sinal diferencial num primeiro sub-passo em relação à frequência e no segundo sub-passo, em relação ao tempo, caracterizado pelo método compreender para além os seguintes passos de processar o sinal de comparação, e multiplicar o sinal diferencial integrado resultante do primeiro sub passo de integração na frequência, com o sinal de comparação processado para gerar um sinal resultante, antes de integrar o sinal resultante em relação ao tempo no segundo sub passo de integração.
6. 6. O método de acordo com a reivindicação 5, caracterizado por o método compreender o passo de escalar o primeiro parâmetro de sinal em resposta à comparação. -5-
7. 7. O método de acordo com a reivindicação 5 ou 6, caracterizado por o passo de processamento do sinal de comparação compreender o passo de elevar à potência p o sinal de comparação, em que 0<p<l.
8. 8. O método de acordo com as reivindicações 5, 6 ou 7, caracterizado por o método compreender o passo de gerar o segundo parâmetro de sinal, em função quer do tempo quer da frequência, em resposta ao sinal de referência. Lisboa, 21 de Julho de 2000

   JORGE CRUZ Agente Oficial da Propriedade Industrial RUA VICTOR CORDON, 14 1200 LISBOA