BRPI0305434B1 - Methods and arrangements for encoding and decoding a multichannel audio signal, and multichannel audio coded signal - Google Patents

Abstract

"métodos e arranjos para codificar e para decodificar um sinal de áudio multicanal, aparelhos para fornecer um sinal de áudio codificado e um sinal de áudio decodificado, sinal de áudio multicanal codificado, e, meio de armazenagem". um método para codificar um sinal de áudio multicanal que inclui no mínimo um primeiro componente de sinal (lf), um segundo componente de sinal (lr) e um terceiro componente de sinal (rf). o método compreende as etapas de codificar os primeiro e segundo componentes de sinal por meio de um primeiro codificador paramétrico (202) resultando em um primeiro sinal codificado (l) e um primeiro conjunto de parâmetros de codificação (p2); codificar o primeiro sinal codificado e um outro sinal (r) por meio de um segundo codificador paramétrico (201) resultando em um segundo sinal codificado (t) e um segundo conjunto de parâmetros de codificação (pi), onde o outro sinal é derivado do no mínimo terceiro componente de sinal, e que representa o sinal de áudio multicanal no mínimo por meio de um sinal codificado resultante (t) derivado do no mínimo segundo sinal codificado por meio do primeiro conjunto de parâmetros de codificação e por meio do segundo conjunto de parâmetros de codificação.

Description

“MÉTODOS E ARRANJOS PARA CODIFICAR E PARA DECODIFICAR UM SINAL DE ÁUDIO MULTICANAL, E, SINAL DE ÁUDIO MULTICANAL CODIFICADO” A invenção é relativa à codificação de um sinal de áudio multicanal e, mais particularmente, à codificação de um sinal de áudio multicanal que inclui no mínimo um primeiro componente de sinal, um segundo componente de sinal e um terceiro componente de sinal.

Descrições paramétricas de sinais de áudio ganharam interesse durante os últimos anos, especialmente no campo de codificação de áudio. Foi mostrado que transmitir parâmetros quantizados que descrevem sinais de áudio requer apenas pequena capacidade de transmissão, e que eles permitem uma decodificação na extremidade de recepção que resulta em um sinal de áudio que perceptivelmente não difere de maneira significativa do sinal original. O Pedido de Patente Europeu EP 1.107.232 divulga um esquema de codificação paramétrico para um sinal estéreo que compreende um sinal de canal esquerdo L e um direito R. O esquema de codificação gera uma representação do sinal estéreo que inclui informação relativa apenas a um dos sinais L e R, e informação paramétrica baseada na qual, em conjunto com a informação acima relativa a um dos sinais L e R, o outro sinal pode ser recuperado.

Contudo, o documento acima da técnica precedente não está preocupado com o problema de codificar de maneira eficiente sinais multicanais que compreendem mais do que dois canais. O problema acima, e outros problemas, são solucionados por meio de um método para codificar um sinal de áudio multicanal que inclui, no mínimo, um primeiro componente de sinal, um segundo componente de sinal e um terceiro componente de sinal, o método compreendendo: codificar o primeiro e segundo componentes de sinal por meio de um primeiro codificador paramétrico resultando em um primeiro sinal codificado e um primeiro conjunto de parâmetros de codificação; codificar o primeiro sinal codificado e um outro sinal por meio de um segundo codificador paramétrico, resultando em um segundo sinal codificado e um segundo conjunto de parâmetros de codificação, onde o outro sinal é derivado do no mínimo terceiro sinal componente; e representar o sinal de áudio multicanal no mínimo por meio de um sinal codificado resultante derivado do no mínimo segundo sinal codificado por meio do primeiro conjunto de parâmetros de codificação e por meio do segundo conjunto de parâmetros de codificação.

Daí, colocar em cascata uma pluralidade decodificadores paramédicos tais como codificadores estéreo, um esquema de codificação eficiente para sinais de áudio multicanal é fornecido. De acordo com o esquema de colocação em cascata, a saída de uma primeira etapa de codificação paramétrica é alimentada como uma entrada para uma segunda etapa de codificação subseqüente, juntamente com um outro sinal de entrada, a saber, a saída de uma outra segunda etapa de codificação paramétrica.

Conseqüentemente, de acordo com a invenção, um sinal multicanal com n>2 canais de áudio, pode ser codificado como um único canal de sinal codificado e um número de correntes de bit de codificação paramétricas que correspondem aos codificadores paramétricos, fornecendo com isto um rendimento de codificação elevado.

Em uma configuração preferencial, o sinal de áudio multicanal ainda compreende um quarto componente de sinal; o método ainda compreende codificar os terceiro e quarto componentes de sinal por meio de um terceiro codificador paramétrico que resulta no outro sinal, e um terceiro conjunto de parâmetros de codificação; e a etapa de representar o sinal de áudio multicanal compreende a etapa de representar o sinal de áudio multicanal no mínimo por meio do sinal codificado resultante derivado do no mínimo segundo canal codificado, por meio do primeiro conjunto de parâmetros de codificação, por meio do segundo conjunto de parâmetros de codificação e por meio do terceiro conjunto de parâmetros de codificação. Daí, o outro sinal de entrada para o segundo codificador paramétrico é também uma saída de um codificador precedente. A expressão codificador paramétrico se refere a um codificador para codificar no mínimo dois canais de áudio que resultam em um único canal de áudio codificado e um conjunto de parâmetros de codificação que permitem a um decodificador decodificar o canal de áudio codificado para dois canais de áudio decodificados. Exemplos de tais esquemas de codificação paramétrica compreendem uma codificação de um sinal estéreo como um sinal componente principal e um ângulo de rotação correspondente, uma codificação de um sinal estéreo para uma combinação de sinal e um número de parâmetros que correspondem aos atributos espaciais do sinal estéreo, etc. Contudo, qualquer esquema de codificação paramétrica adequado conhecido pode ser utilizado. O primeiro e segundo módulos de codificação paramétrica podem implementar o mesmo esquema, ou esquemas de codificação paramétrica diferentes. O sinal codificado resultante pode ser derivado do segundo sinal codificado apenas, isto é, ele pode ser idêntico a, ou um resultado de uma transformação do segundo sinal codificado. Altemativamente, o sinal codificado resultante pode ser derivado de uma combinação do segundo sinal codificado e um outro sinal. Por exemplo, o segundo sinal codificado pode servir como uma entrada para um outro módulo de codificação que corresponde a um outro estágio de formação de cascata.

Dentro do campo de codificação de áudio, a codificação dos sinais de quatro canais que compreendem um canal frontal esquerdo, um canal traseiro esquerdo, um canal frontal direito e um canal traseiro direito é particularmente relevante. De acordo com a invenção, um tal sinal pode ser codificado de maneira eficiente por meio de uma corrente em cascata dos três codificadores paramétricos: um primeiro codificador codifica o canal frontal esquerdo e o canal traseiro esquerdo resultando em um canal esquerdo combinado e os parâmetros de codificação correspondentes. Um segundo codificador codifica o canal frontal direito e o canal traseiro direito resultando em um canal direito combinado e os parâmetros de codificação correspondentes. O terceiro codificador recebe o canal direito combinado e o canal esquerdo combinado e gera um único sinal codificado e um terceiro conjunto de parâmetros de codificação correspondente.

Além disto, as tecnologias emergentes de Disco Versátil Digital (DVD - Digital Versatile Disc) e Super Disco Compacto de Áudio (SACD - Super Audio Compact Disc) compreendem cinco canais de áudio: os quatro canais mencionados acima e um canal central adicional. De acordo com a invenção, um tal sinal pode ser codificado de maneira eficiente utilizando quatro codificadores paramétricos: três codificadores codificam os canais esquerdo e direito como no caso de um caso de quatro canais acima, e o quarto codificador recebe o sinal de saída da corrente em cascata acima e o sinal central como entradas, e gera um sinal codificado final.

Em uma outra configuração preferencial o sinal multicanal compreende um sinal de áudio de cinco canais, o primeiro componente de . sinal inclui um canal frontal esquerdo do sinal de áudio de cinco canais, o segundo componente de sinal inclui um canal traseiro esquerdo do sinal de áudio de cinco canais, o terceiro componente de sinal inclui um canal frontal direito do sinal de áudio de cinco canais; o quarto componente de sinal inclui um canal traseiro direito do sinal de áudio de cinco canais; o sinal de áudio de cinco canais ainda inclui um sinal central; e a etapa de codificar o primeiro sinal codificado e um outro sinal, ainda compreende combinar cada um dos primeiro sinal codificado e o outro sinal, com o sinal central. Daí, de acordo com esta configuração, o sinal central é combinado com o canal esquerdo codificado e com o canal direito codificado antes de codificar os canais esquerdo e direito como um sinal codificado final. 5 É uma outra vantagem desta configuração que ela fornece uma codificação eficiente de um sinal de cinco canais com apenas três codificadores estéreo. É uma outra vantagem da invenção que ela fornece um esquema de codificação que permite a um decodificador na extremidade de D recepção adaptar-se para o número de canais de reprodução que estão disponíveis na extremidade de recepção. A presente invenção pode ser implementada em diferentes maneiras, as quais incluem o método descrito acima, e no que segue, arranjos para codificar e decodificar e outros meios produto, cada um produzindo um 5 ou mais dos benefícios e vantagens descritos em conexão com o método mencionado primeiramente, e cada um tendo uma ou mais configurações preferenciais que correspondem às configurações preferenciais descritas em conexão com o método mencionado primeiramente e divulgado nas reivindicações dependentes. r 0 E observado que os aspectos do método descrito acima, e no que segue, podem ser implementados em software e realizados em um sistema de processamento de dados ou outros meios de processamento provocados pela execução de instruções executáveis por computador. As instruções podem ser meios de código de programa carregados em uma memória tal 5 como uma RAM, a partir de um meio de armazenagem ou a partir de um outro computador por meio de uma rede de computadores. Altemativamente, os aspectos descritos podem ser implementados por meio de circuitos incorporados ao invés de software, ou em combinação com software. A invenção ainda é relativa a um método para decodificar um sinal de áudio multicanal codificado, o método compreendendo: obter um primeiro sinal codificado, um primeiro conjunto de parâmetros de codificação, e um segundo conjunto de parâmetros de codificação a partir do sinal de áudio multicanal codificado; obter primeiro e segundo sinais decodificados a partir do primeiro sinal codificado e do primeiro conjunto de parâmetros de codificação, o segundo sinal decodificado representando, no mínimo, um primeiro componente de sinal do sinal multicanal; e obter terceiro e quarto sinais decodificados a partir do primeiro sinal decodificado e do segundo conjunto de parâmetros de codificação. A invenção é ainda relativa a um arranjo para codificar um sinal de áudio multicanal que inclui no mínimo um primeiro componente de sinal, um segundo componente de sinal e um terceiro componente de sinal, o arranjo compreendendo: um primeiro codificador paramétrico adaptado para codificar os primeiro e segundo componentes de sinal resultando em um primeiro sinal codificado e um primeiro conjunto de parâmetros de codificação; um segundo codificador paramétrico adaptado para codificar o primeiro sinal codificado e um outro sinal, resultando em um segundo sinal codificado e um segundo conjunto de parâmetros de codificação, onde o outro sinal é derivado do no mínimo terceiro componente de sinal. A invenção ainda é relativa a um arranjo para decodificar um sinal de áudio multicanal codificado, o arranjo compreendendo: meio para obter um primeiro sinal codificado, um primeiro conjunto de parâmetros de codificação, e um segundo conjunto de parâmetros de codificação a partir do sinal de áudio multicanal codificado; um primeiro decodificador adaptado para obter primeiro e segundo sinais decodificados a partir do primeiro sinal codificado e do primeiro conjunto de parâmetros de codificação, o segundo sinal decodificado representando, no mínimo, um primeiro componente de sinal do sinal multicanal; e um segundo decodificador adaptado para obter terceiro e quarto sinais decodificados a partir do primeiro sinal decodificado e do segundo conjunto de parâmetros de codificação. A invenção ainda é relativa a um aparelho para fornecer um sinal de áudio codificado, o aparelho compreendendo uma unidade para receber um sinal de áudio multicanal; um arranjo para codificar como descrito acima e no que segue para codificar o sinal de áudio multicanal; e uma unidade de saída para fornecer o sinal de áudio codificado. A invenção ainda é relativa a um aparelho para fornecer um sinal de áudio decodificado, o aparelho compreendendo: uma unidade de entrada para receber um sinal de áudio codificado; um arranjo para decodificar como descrito acima e no que segue para decodificar o sinal de áudio codificado; e uma unidade de saída para fornecer o sinal de áudio de codificado. A invenção ainda é relativa a um sinal de áudio multicanal codificado que inclui um sinal de áudio e primeiro e segundo conjuntos de parâmetros, onde o sinal de áudio e o primeiro conjunto de parâmetros são gerados por meio de um primeiro codificador paramétrico quando da introdução de um primeiro sinal codificado e um outro sinal, onde o primeiro sinal codificado e o segundo conjunto de parâmetros são gerados por meio de um segundo codificador paramétrico quando da introdução de um primeiro e segundo componentes de sinal de um sinal multicanal, e onde o outro sinal é derivado do no mínimo um terceiro componente de sinal do sinal multicanal. A invenção ainda é relativa a um meio de armazenagem que tem armazenado sobre ele tal sinal de áudio codificado.

Estes e outros aspectos da invenção serão evidentes e elucidados das configurações descritas no que segue com referência ao desenho, no qual: A figura 1 mostra uma vista esquemática de um sistema para comunicar sinais de áudio multicanal de acordo com uma configuração da invenção; A figura 2 mostra um diagrama de blocos de um codificador para codificar um sinal de áudio de quatro canais de acordo com uma configuração da invenção; A figura 3 mostra um diagrama de blocos de um decodificador para decodificar um sinal de áudio de quatro canais codificado de acordo com uma configuração da invenção; A figura 4 mostra um diagrama de blocos de um codificador para codificar um sinal de áudio de cinco canais de acordo com uma configuração da invenção; A figura 5 mostra um diagrama de blocos de um decodificador para decodificar um sinal de áudio de cinco canais de acordo com uma configuração da invenção; A figura 6 ilustra esquematicamente um primeiro exemplo de um módulo de codificação; A figura 7 ilustra esquematicamente um segundo exemplo de um módulo de codificação; A figura 8 mostra um diagrama de blocos de um codificador para codificar um sinal de áudio de cinco canais de acordo com uma configuração da invenção; A figura 9 mostra um diagrama de blocos de um decodificador para decodificar um sinal de áudio de cinco canais de acordo com uma configuração da invenção; A figura 10 mostra um diagrama de blocos do decodificador 901 da figura 9 de acordo com uma configuração da invenção; e A figura 11 ilustra esquematicamente exemplos de formas funcionais das três funções utilizadas para determinar os fatores de ponderação na configuração da figura 10. A figura 1 mostra uma vista esquemática de um sistema para comunicar sinais de áudio multicanal de acordo com uma configuração da invenção. O sistema compreende um dispositivo de codificação 101 para gerar um sinal de quatro canais codificado e um dispositivo de decodificação 105 para decodificar um sinal codificado recebido, em um sinal de quatro canais. O dispositivo de codificação 101 e o dispositivo de decodificação 105, cada um, pode ser qualquer equipamento eletrônico ou parte de tal equipamento.

Aqui o termo eletrônico compreende computadores tais como PCs estacionários e portáteis, equipamento de rádio comunicação estacionário e portátil e outros dispositivos portáteis ou manuais, tais como telefones móveis, localizadores de pessoa, tocadores de áudio, tocadores multimídia, comunicadores, isto é, organizadores eletrônicos, telefones inteligentes, assistentes pessoais digitais (PDAs), computadores manuais ou similares. E observado que o dispositivo de codificação 101 e o dispositivo de decodificação podem ser combinados em um equipamento eletrônico onde sinais de áudio são armazenados em um meio legível por computador para reprodução posterior. O dispositivo de codificação 101 compreende uma unidade de entrada 111 para receber um sinal multicanal, um codificador 102 para codificar um sinal de áudio de quatro canais, o sinal de quatro canais incluindo um componente de sinal frontal esquerdo LF, um componente de sinal traseiro esquerdo LR, um componente de sinal frontal direito RF e um componente de sinal traseiro direito RR. O codificador 102 recebe os quatro componentes de sinal por meio da unidade de entrada 111 e gera um sinal codificado T. O sinal de quatro canais pode se originar a partir de um conjunto de microfones, a saber, por meio de outro equipamento eletrônico tal como um equipamento de mixagem, etc. Os sinais podem ainda ser recebidos como uma saída a partir de um outro tocador de áudio, pelo ar como um sinal de rádio, ou por meio de qualquer outro meio adequado. Configurações preferenciais de tal codificador de acordo com a invenção serão descritas abaixo.

De acordo com uma configuração, o codificador 102 é conectado a um transmissor 103 para transmitir o sinal codificado T através de um canal de comunicações 109 para o dispositivo de decodificação 105. O transmissor 103 pode compreender circuitos adequados para possibilitar a comunicação de dados, a saber, através de um enlace de dados com fio ou sem fio 109. Exemplos de um tal transmissor incluem uma interface de rede, um cartão de rede, um transmissor de rádio, um transmissor para outros sinais eletromagnéticos adequados, tais como um LED para transmitir luz infravermelha, a saber, através de uma porta IrDa, comunicações baseadas em rádio, a saber, através de um transmissor-receptor Bluetooth, ou similar. Outros exemplos de transmissores adequados incluem um modem a cabo, um modem telefônico, um adaptador de Rede Digital de Serviços Integrados (ISDN - Integrated Services Digital Network), um adaptador de Linha de . Assinante Digital (DSL - Digital Subscriber Line), um transmissor-receptor por satélite, um adaptador Ethernet, ou similar. De maneira correspondente, o canal de comunicações 109 pode ser qualquer enlace de dados adequado, com fio ou sem fio, por exemplo, de uma rede de comunicações baseada em pacote tal como a Internet, ou uma outra rede TCP/IP, um enlace de comunicações de alcance curto, tal como um enlace infravermelho ou uma conexão Bluetooth, ou um outro enlace baseado em rádio.

Outros exemplos do canal de comunicações incluem redes de computadores e redes de telecomunicações sem fio tais como uma rede de Dados em pacote Digital Celular (CDPD- Cellular Digital Packet Data), uma rede para Sistema Global para Celulares (GSM - Global System for Mobile), uma rede de Acesso Múltiplo por Divisão de Código (CDMA - Code Division Multiple Access), uma rede de Acesso Múltiplo por Divisão de Tempo (TDMA - Time Division Multiple Access Network), uma rede de serviço Rádio de Pacote Genérico ( GPRS - General Packet Radio Service) uma rede de Terceira Geração tal como uma rede UMTS, ou similar.

Altemativamente ou adicionalmente, o dispositivo de codificação pode compreender uma ou mais outras interfaces 104 para comunicar o sinal codificado T ao dispositivo de decodificação 105. Exemplos de tais interfaces incluem um acionamento de disco para armazenar dados em um meio legível por computador 110, a saber um acionamento de disco flexível, um acionamento de CD-ROM para ler e escrever, um acionamento de DVD etc. Outros exemplos incluem uma fenda de cartão de memória, um leitor/escritor de cartão magnético e uma interface para acessar um cartão inteligente, etc.

De maneira correspondente, o dispositivo de decodificação 105 compreende um receptor correspondente 108, para receber o sinal transmitido pelo transmissor e/ou uma outra interface 106 para receber o sinal codificado comunicado através da interface 104 e o meio legível por computador 110. O dispositivo de decodificação ainda compreende um decodificador 107 que recebe o sinal recebido T e o decodifica para componentes correspondentes LF', LR', RF' e RR' de um sinal de quatro canais decodificado. Configurações preferenciais de tal decodificador de acordo com a invenção serão descritas abaixo. O dispositivo de decodificação ainda compreende uma unidade de saída 110 para dar saída aos sinais decodificados que podem, em seguida, ser alimentados para um tocador de áudio para a reprodução por meio de um conjunto de quatro alto-falantes ou similar. A figura 2 mostra um diagrama de blocos de um codificador para codificar um sinal de áudio de quatro canais de acordo com uma configuração da invenção. O codificador recebe um sinal de áudio de quatro canais como uma entrada, onde os quatro canais de entrada a serem codificados são denominado os frontal esquerdo LF, frontal direito RF, traseiro esquerdo LR e traseiro direito RR que correspondem aos alto-falantes correspondentes de um sistema de áudio de quatro canais. O codificador compreende módulos de codificação paramétricos 201, 202 e 203. O módulo de codificação 202 forma um único canal de áudio L a partir de ambos os sinais de alto-falante do lado esquerdo LF e LR combinados com uma corrente de bits paramétrica correspondente P2. De maneira similar o módulo de codificação forma um único canal de áudio R a partir de ambos os sinais de alto-falante do lado direito RF e RR combinados com uma corrente de bits paramétrica correspondente P3.

Em seguida, o módulo de codificação 201 gera um sinal de áudio de banda alarga T a partir dos sinais total esquerdo e total direito L e R, respectivamente. Além disto, este processo para fusão resulta em uma terceira corrente de bits paramétrica PI que descreve as propriedades espaciais entre os canais total esquerdo e total direito. O codificador ainda compreende um circuito combinador 206 que realiza uma codificação adequada do sinal T, por exemplo, de acordo com a MPEG, a saber, MPEG I camada 3 (MP3), de acordo com codificação senoidal (SSC), ou um outro esquema de codificação adequado, ou uma combinação deles. O circuito combinador 206 ainda realiza enquadramento, alocação de taxa de bit, e codificação sem perda, resultando em um sinal combinado 207 a ser comunicado. Altemativamente, o circuito combinador 206 pode fornecer o sinal de áudio T e as correntes de bit como dois ou mais sinais separados, como um sinal multiplexado, ou similar.

Daí, o codificador da figura 2 gera um sinal de saída que inclui um sinal de áudio de banda larga T e três correntes de bit paramétricas Pl, P2 e P3 a serem comunicadas para um receptor e/ou a armazenadas em um meio de armazenagem e/ou similar. É observado que mesmo embora o exemplo da figura 2 utilize quatro canais de áudio, uma abordagem similar pode ser utilizada empregando um número diferente de canais de áudio. É entendido que, altemativamente, o codificador 202 pode codificar os sinais LR e RR para gerar um sinal traseiro total enquanto o codificador 203 pode codificar os sinais LF e RF para gerar um sinal frontal total. Em seguida os sinais frontal total e traseiro total são combinados por meio de um outro codificador. Os parâmetros gerados por aquele codificador podem então ser utilizados para uma representação paramétrica em 2D, isto é, os parâmetros a partir deste codificador podem ser utilizados como parâmetros globais para decodificar canais frontais de canais traseiros para ambos os canais esquerdo e direito. A figura 3 mostra um diagrama de blocos de um decodificador para decodificar um sinal de áudio de quatro canais codificado de acordo com uma configuração da invenção. O decodificador compreende um circuito 306 para extrair o sinal codificado T e as correntes paramétricas Pl, P2 e P3 do sinal recebido 307, isto é, o circuito 306 realiza uma operação inversa do combinador 206 da figura 2. O decodificador ainda compreende módulos de decodificação paramétrica 301, 302 e 303 que correspondem aos módulos de codificação 201, 202 e 203, respectivamente. O processo para codificação em cascata descrito em conexão com a figura 2 é invertido no decodificador: o decodificador recebe um sinal de áudio de banda larga T em três correntes de bit paramétricas Pl, P2 e P3. Primeiro o módulo de decodificação 301 sintetiza os sinais total esquerdo e total direito L e R, respectivamente, a partir do um único sinal de áudio de entrada T utilizando os parâmetros Pl apropriados. Se o usuário final corrente tem apenas dois alto-falantes, o processo para decodificação termina aqui.

Se o usuário final tem quatro alto-falantes, uma etapa de decodificação adicional é realizada: o decodificador 302 recebe o sinal total esquerdo L e a corrente de bits paramétrica P2 e sintetiza a partir dele os sinais frontal esquerdo e traseiro esquerdo LF e LR, respectivamente.

De maneira similar, o decodificador 303 recebe o sinal total direito R e a corrente de bits paramétrica P3 é sintetiza a partir dele os sinais frontal direito e traseiro direito RF e RR, respectivamente.

Em uma configuração, os mesmos parâmetros podem ser utilizados para decodificador 302 e 303, reduzindo com isto ainda mais a largura de banda requerida para transmitir o sinal multicanal, uma vez que apenas uma das correntes de bits paramétricas P2 e P3 (ou uma combinação delas) precisa ser transmitida do codificador para o decodificador. Nesta configuração os parâmetros PI que são alimentados para o decodificador 301 determinam a imagem de som espacial esquerda-direita, enquanto os parâmetros que entram no decodificador 302 e 303 determinam a imagem espacial frente-traseira. A figura 4 mostra um diagrama de blocos de um codificador para codificar um sinal de áudio de cinco canais de acordo com uma configuração da invenção. O codificador compreende módulos de codificação 401, 402, 403 e 404. O codificador recebe um sinal de áudio de cinco canais como uma entrada, onde os canais de cinco entradas a serem codificados são designados frontal esquerdo LF, frontal direito RF, traseiro esquerdo LR, traseiro direito RR e central C, que correspondem aos alto-falantes correspondentes em um sistema de áudio de cinco canais. Os módulos de codificação 402 e 403 geram os sinais total esquerdo e total direito L e R, respectivamente, e correntes de bits correspondentes P2 e P3, respectivamente, a partir dos sinais de entrada correspondentes LF, LR, RF e RR, respectivamente.

Em seguida o módulo de codificação 401 gera um sinal de áudio S e corrente de bits correspondente Pia partir dos sinais total esquerdo e total direito L e R, respectivamente. Daí os módulos de codificação 401,402 e 403 correspondem aos módulos de codificação 201, 202 e 203 da figura 2. O codificador da figura 4 inclui o um estágio de formação de cascata adicional que compreende o módulo de codificação 404 que recebe o sinal de saída S do codificador 401 e o sinal central C. O módulo de codificação 404 gera um sinal de áudio de banda larga T e uma corrente de bits paramétrica que representa as características de lado médio do sinal de áudio. O codificador ainda compreende um circuito combinador 406 que gera um sinal de saída 407 como descrito em conexão com o circuito 206 na figura 2. Daí, o codificador da figura 4 gera um sinal de saída 407 que inclui um sinal de áudio de banda larga T e quatro correntes de bits paramétricas, Pl, P2, P3 e P4, a serem comunicadas a um receptor e/ou armazenados em um meio de armazenagem, e/ou similar. A figura 5 mostra um diagrama de blocos de um decodificador para decodificar um sinal de áudio de cinco canais codificado de acordo com uma configuração da invenção. O decodificador compreende um circuito 506 para extrair o sinal codificado T e as correntes paramétricas Pl, P2, P3, P4 a partir do sinal recebido 507, isto é, o circuito 506 realiza uma operação inversa do combinador 406 da figura 4. O decodificador ainda compreende módulos de decodificação paramétrica 501, 502, 503 e 504 que correspondem aos módulos de codificação 401,402,403 e 404, respectivamente, o processo para codificação em cascata descrito em conexão com a figura 4 é invertido no decodificador: o decodificador recebe um sinal de áudio de banda larga T e três (?) correntes de bits paramétricas Pl, P2, P3 e P4. Primeiro o módulo de decodificação 504 sintetiza o sinal do lado total S o sinal do lado C utilizando os parâmetros P4.

Em seguida os decodificadores 501, 502 e 503 sintetizam os sinais frontal esquerdo, traseiro esquerdo, frontal direito e traseiro direito, LF, LR, RF e RR, respectivamente, a partir do sinal do lado total S e as correntes de bits paramétricas Pl, P2 e P3 como foi descrito em conexão com o decodificador da figura 3. É entendido que, altemativamente, uma transmissão de áudio de cinco canais pode ser conseguida transmitindo dois canais de áudio combinados com três correntes de bits paramétricas, a saber, transmitindo um sinal de quatro canais codificados como descrito em conexão com as figuras 2 e 3 e um canal mono adicional. A figura 6 ilustra de maneira esquemática um primeiro exemplo de um módulo de codificação paramétrico. O arranjo recebe um sinal de áudio que tem dois componentes de sinal L e R. Por exemplo, estes componentes de sinal podem ser dois dos componentes de sinal que entram a partir de um sinal multicanal tal como os componentes de sinal LF e LR ou os componentes de sinal RF e RR de um sinal de quatro canais, ou os sinais codificados total esquerdo e total direito gerados pelos codificadores 402 e 403, respectivamente, na figura 4. O módulo de codificação paramétrico compreende circuitos 601 para realizar uma rotação do sinal que entra no espaço L-R por um ângulo cc resultando em componentes de sinal girados y e r de acordo com a transformação .

y = L cos α + R sen α = wlL + wrR r = - L sen α + R cos α = - wRL + wLR

Onde wL = cos α e wR = sen α serão referidos como fatores de ponderação.

Preferivelmente o ângulo α é determinado de tal modo que ele corresponda a uma direção de variância de sinal elevada. A direção de variância de sinal máxima, isto é, o componente principal, pode ser estimada por uma análise de componente principal de tal modo que o componente y girado corresponda ao sinal componente principal que inclui a maior parte da energia do sinal, e r é um sinal residual. De maneira correspondente, o módulo de codificação da figura 6 ainda compreende circuitos 602 que determinam o ângulo a, ou altemativamente, os fatores de ponderação wL e wR, por exemplo, realizando uma análise de componente principal (PCA) das amostras de sinal que entra.

Em uma configuração, o módulo de codificação da figura 6 dá saída ao sinal componente principal y e o parâmetro de rotação α ou um dentre wL e wR. Em uma outra configuração, o codificador paramétrico pode determinar parâmetros de filtro de um filtro linear adaptador tal que o filtro adaptador gera uma estimativa do sinal residual r quando o sinal y do componente principal é alimentado para o filtro como uma entrada. De acordo com esta configuração, o sinal que entra é codificado como o sinal componente principal y, um parâmetro de rotação e um conjunto de parâmetros de filtro, permitindo com isto que um decodificador no receptor prediga o sinal residual r a partir do sinal componente principal recebido y e gire o sinal de volta para a direção L e R (ver, por exemplo, o Pedido de Patente Europeu No. 02076410.6, depositado em 10 de abril de 2002. A figura 7 ilustra de maneira esquemática um segundo exemplo de um módulo de codificação. O módulo de codificação da figura 7 descreve os atributos espaciais de um sinal de áudio multicanal especificando uma diferença de nível inter-aural, uma diferença de tempo inter-aural (ou fase), e uma correlação máxima como uma função de tempo e ffeqüência, como está descrito no Pedido de Patente Europeu No. 02076588.9, depositado em 22 de abril de 2002. O módulo de codificação recebe os componentes L e R de um sinal estéreo como entradas. Inicialmente, por meio de circuitos de corte de tempo/ffeqüência 702 e 703, os componentes R e L, respectivamente, são divididos em diversas faixas de tempo/freqüência, a saber, por meio de enquadramento de janela no tempo, seguido por uma operação de transformação.

Em seguida, no circuito de análise 704, para cada faixa de tempo/ffeqüência as seguintes propriedades dos sinais de entrada são analisadas: A diferença de nível inter-aural ou ILD definida por meio dos níveis relativos dos sinais correspondentes limitados em banda que derivam das duas entradas, A diferença de tempo inter-aural (ou fase) (ITD ou IPD), definida por meio do atraso inter-aural (ou deslocamento de fase) que corresponde ao pico na função de correlação cruzada inter-aural, e A (dis)similaridade das formas de onda que não podem ser consideradas pelos ITDs ou ILDs, as quais podem ser parametrizadas por meio do valor máximo da função de correlação cruzada, isto é, o valor da função correlação cruzada na posição do pico máximo.

Os três parâmetros descritos acima podem variar com o tempo, contudo, uma vez que é conhecido que o sistema de auditoria binaural é muito lento em seu processamento, a velocidade de atualização destas propriedades é bastante baixa, tipicamente dezenas de milissegundos. O circuito de análise 704 ainda gera um sinal soma (ou dominante) S que compreende uma combinação dos sinais esquerdo e direito. Daí, os sinais L e R são codificados como o sinal soma S e um conjunto de parâmetros P como uma função de freqüência e tempo, os parâmetros P compreendendo o ILD, o ITD/IPD, e o valor máximo da função correlação cruzada. A figura 8 mostra um diagrama de blocos de um codificador para codificar um sinal de áudio de cinco canais de acordo com uma configuração da invenção. O codificador compreende módulos de codificação 801, 802 e 803. O codificador recebe um sinal de áudio de cinco canais como uma entrada, onde os cinco canais de entrada a serem codificados são designados frontal esquerdo LF, frontal direito RF, traseiro esquerdo LR, traseiro direito RR e lateral C correspondentes aos alto-falantes correspondentes de um sistema de áudio de cinco canais. Os módulos de codificação 802 e 803 geram os sinais total esquerdo é total direito L e R, respectivamente, e correntes de bits correspondentes P2 e P3, respectivamente, a partir dos sinais de entrada correspondentes LF, LR e RF, RR, respectivamente.

Em seguida o módulo de codificação 801 gera um sinal de áudio T e corrente de bits correspondente Pia partir dos sinais total esquerdo e total direito recebidos a partir dos módulos de codificação 802 e 803 respectivamente. Daí, os módulos de codificação 801, 802 e 803 correspondem aos módulos de codificação 201, 202, e 203 da figura 2.

Contudo, em contraste com a configuração preferida precedente, o sinal lateral C é combinado com ambos os sinais total esquerdo e total direito L e R gerados por meio dos codificadores 802 e 803, respectivamente. O codificador da figura 8 compreende circuitos de adição 804 para somar o sinal lateral a cada um dos sinais total esquerdo e total direito L e R, resultando em sinais combinados L'e R', respectivamente, que são alimentados para o módulo de codificação 801. O codificador ainda compreende um circuito combinador 806 para gerar o sinal de saída final 807 como descrito em conexão com o circuito 206 na figura 2. r E uma vantagem desta configuração que ela fornece um método mais efetivo em custo para codificar áudio de cinco canais. A figura 9 mostra um diagrama de blocos de um decodificador para decodificar um sinal de áudio de cinco canais de acordo com uma configuração da invenção. O decodificador da figura 9 é adequado para decodificar um sinal codificado por meio do codificador da figura 8. O decodificador compreende um circuito 906 para extrair o sinal codificado T e as correntes paramétricas Pl, P2 e P3 a partir do sinal recebido 907, isto é, o circuito 906 realiza uma operação inversa do combinador 806 da figura 8. O decodificador ainda compreende módulos de decodificação 901, 902 e 903. O módulo de codificação 901 recebe o sinal de áudio codificado T e o conjunto correspondente de parâmetros Pl. Inicialmente o módulo de decodificação 901 analisa os parâmetros Pl transmitidos. Se os parâmetros Pl indicam que o sinal é um sinal mono, o decodificador dá saída ao sinal recebido como um sinal lateral. Daí, neste caso, o sinal é alimentado para um alto-falante lateral e nenhum sinal é alimentado para as saídas de canal esquerdo e direito L e R do decodificador 901.

Se os parâmetros transmitidos Pl indicam que o sinal é estéreo, o sinal é decodificado distribuindo o sinal para as saídas esquerda e direita. O método utilizado para detectar conteúdo mono ou estéreo depende da estrutura codificadora exata e corrente de bits paramétrica. Por exemplo, em uma configuração que utiliza a codificação paramétrica de estéreo espacial descrita em conexão com a figura 7, o ITD, ILD e parâmetros de correlação determinam as propriedades do sinal espacial como uma função de freqüência. Daí, para cada banda de freqüência, o sinal limitado em banda correspondente é alimentado para o alto-falante central, se o ITD e ILD estão próximos de zero, a saber menor do que uma constante predeterminada, e se a correlação está perto de + 1, isto é, se a diferença de 1 menos a correlação é menor do que uma constante predeterminada, a saber menor do que 0,1. Por exemplo, a constante predeterminada para o IDT pode ser escolhida para ser da ordem de 50 - 100 microssegundos, e para o ILD a constante predeterminada pode ser escolhida a saber 1 até 3 decibéis. Para todos os outros valores dos parâmetros o sinal é distribuído sobre as saídas esquerda e direita. Uma configuração preferencial de um módulo de codificação 901 será descrita em conexão com a figura 10.

Os módulos de decodificação 902 a 903 decodificam os sinais total direito e total esquerdo como descrito acima, resultando nos componentes frontal esquerdo, traseiro esquerdo, frontal direito e traseiro direito LF, LR, RF e RR, respectivamente. A figura 10 mostra um diagrama de blocos do decodificador 901 da figura 9 de acordo com uma configuração da invenção. O módulo de codificação 901 recebe o sinal de áudio codificado T e o conjunto correspondente de parâmetros Pl. A idéia geral por trás do módulo de decodificação 901 é alimentar (uma banda de freqüência especifica do) sinal de entrada para o alto-falante central somente se os parâmetros espaciais indicarem que os sinais de saída são mono (o que significa ILD = 0, ITD = 0, correlação = +1). Para outros valores dos parâmetros espaciais o sinal deveria ser enviado para as saídas esquerda e direita utilizando o decodificador paramétrico.

Contudo, é mais desejável conseguir uma transição suave entre uma distribuição para a saída central e as saídas esquerda e direita dependendo dos parâmetros espaciais. Conseqüentemente, o módulo de decodificação compreende circuitos 1002 que recebem os parâmetros Pl e computam funções de ponderação wc e wir. Aqui wc indica a quantidade relativa do sinal de entrada mono que deve ser enviada para a saída central enquanto wjr indica a quantidade relativa do sinal de entrada que deve ser decodificada de acordo com os parâmetros espaciais e enviada para o par de saída esquerda e direita. Em uma configuração, a relação entre os pesos é estabelecida pela restrição a seguir: wcn + wlrn = 1 Aqui n indica uma potência que indica se o sistema deveria preservar a amplitude global (n = 1), preservar a quantidade total de energia (n = 2) ou qualquer outra medida global de nível de sinal. Daí, se wc é conhecido, wir pode ser obtido de acordo com a equação acima e vice-versa. O módulo de decodificação ainda compreende circuitos 1003 que dividem cada sub-banda do sinal de entrada de acordo com os fatores de ponderação wc e wlr entre a saída central Cea entrada TLR para um decodificador paramétrico 1004. O decodificador paramétrico decodifica o sinal em escala Tlr como descrito acima, resultando nos sinais total esquerdo e total direito L e R, respectivamente.

Preferivelmente os circuitos 1002 determinam o peso wc de tal modo que wc = 1 se o ILD e ITD de uma certa sub-banda igualam a zero e se a correlação iguala + 1. Para outros valores dos parâmetros, wc deveria diminuir para zero. Em uma configuração este comportamento é obtido da seguinte maneira: wc é composto do produto de três funções Pl, P2 e P3. PI somente depende do valor de ILD daquela sub-banda, P2 somente depende do valor ITD da sub-banda corrente, e P 3 somente depende da correlação cruzada daquela sub-banda. Assim: wc = P, (ILD) . P2 (ITD) . P3 (p) As figuras 1 la-c ilustram de maneira esquemática exemplos de formas funcionais das três funções utilizadas para determinar os fatores de ponderação na configuração da figura 10.

Preferivelmente a forma funcional das funções Pl, P2 e P3 deveria obedecer as seguintes restrições: Pl e P2 têm um máximo de + 1 para um ILD (respectivamente ITD) de zero e diminui para zero para valores maiores ou menores. P3 tem um máximo de + 1 na correlação + 1 e diminui para zero para valores mais baixos. As figuras lla-c ilustram exemplos de . funções Pl, P2 e P3, respectivamente, que preenchem as condições acima. É observado que métodos alternativos para distribuir os sinais decodificados T entre a saída central C, a saída esquerda L e a saída direita R, podem ser utilizados. Por exemplo, inicialmente o sinal T pode ser decodificado para um sinal L e um sinal R utilizando os parâmetros Pl como descrito acima. Em seguida um algoritmo para redistribuir dois sinais de entrada sobre três saídas (esquerda, central, direita) pode ser empregado. Daí, primeiro os sinais de saída esquerdo e direito do decodificador são computados utilizando qualquer decodificador estéreo paramétrico conhecido, seguido por uma redistribuição (colocação em matriz) de sinais para as três saídas (esquerda, direita e central). Tais métodos são conhecidos na técnica de processadores de dois a cinco canais, como descrito no Pedido de Patente Internacional WO 02/07481. É observado que os arranjos acima podem ser implementados como microprocessadores programáveis de finalidade genérica ou especial, processadores de sinal digital (DSP), circuitos integrados de aplicação específica (ASIC), arranjos lógicos programáveis (PLA), arranjos de porta lógica programável de campo (FPGA), circuitos eletrônicos de finalidade especial, etc., ou uma combinação deles.

Deveria ser observado que as configurações acima mencionadas ilustram ao invés de limitarem a invenção, e que aqueles versados na técnica serão capazes de projetar diversas configurações alternativas, sem se afastar do escopo das reivindicações anexas.

Nas reivindicações, quaisquer sinais de referência colocados entre parênteses não devem ser construídos como limitando a reivindicação. A palavra “compreendendo” não exclui a presença de elementos ou etapas diferentes daquelas listada em uma reivindicação. As palavras “um ou uma” que precedem um elemento, não excluem a presença de uma pluralidade de tais elementos. A invenção pode ser implementada por meio de hardware que compreende diversos elementos distintos e por meio de um computador programado de maneira adequada. Na reivindicação de dispositivo, que enumera diversos meios, diversos destes meios podem ser configurados por meio de um ou do mesmo item de hardware. O simples fato que certas medidas são descritas em reivindicações dependentes reciprocamente diferentes, não indica que uma combinação destas medidas não possa ser utilizada com vantagem.

REIVINDICAÇÕES

Claims (11)

1. Método para codificar um sinal de áudio multícanal que inclui no mínimo um primeiro componente de sinal, um segundo componente de sinal e um terceiro componente de sinal, caracterizado pelo fato de compreender: codificar o primeiro e segundo componentes de sinal por meio de uni primeiro codificador paramétrico resultando em um primeiro sinal codificado e um primeiro conjunto de parâmetros de codificação; codificar o primeiro sinal codificado e um outro sinal por meio de um segundo codificador paramétrico, resultando em um segundo sinal codificado e um segundo conjunto de parâmetros de codificação, onde o outro sinal é derivado do no mínimo o terceiro sinal componente; e representar o sinal de áudio multícanal no mínimo por meio de um sinal codificado resultante, derivado do no mínimo segundo sinal codificado por meio do primeiro conjunto de parâmetros de codificação e por meio do segundo conjunto de parâmetros de codificação.

2. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de o sinal de áudio multícanal ainda compreender um quarto componente de sinal; ainda compreendendo codificar os terceiro e quarto componentes de sinal por meio de um terceiro codificador paramétrico resultando no outro sinal e um terceiro conjunto de parâmetros de codificação; e a etapa de representar o sinal de áudio multícanal compreender a etapa de representar o sinal de áudio multícanal no mínimo por meio do sinal codificado resultante derivado do no mínimo segundo canal codificado, por meio do primeiro conjunto de parâmetros de codificação, por meio do segundo conjunto de parâmetros de codificação e por meio do terceiro conjunto de parâmetros de codificação.

3. Método de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de o sinal multícanal compreender um sinal de áudio de quatro canais, o primeiro componente de sinal incluir um canal frontal esquerdo do sinal de áudio de quatro canais, o segundo componente de sinal incluir um canal traseiro esquerdo do sinal de áudio de quatro canais, o terceiro componente de sinal incluir um canal frontal direito do sinal de áudio de quatro canais e o quarto componente de sinal incluir um canal traseiro direito do sinal de áudio de quatro canais.

4. Método de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de o sinal multicanal compreender um sinal de áudio de cinco canais, o primeiro componente de sinal incluir um canal frontal esquerdo do sinal de áudio de cinco canais, o segundo componente de sinal incluir um canal traseiro esquerdo do sinal de áudio de cinco canais, o terceiro componente de sinal incluir um canal frontal direito do sinal de áudio de cinco canais; o quarto componente de. sinal incluir um canal traseiro direito do sinal de áudio de cinco canais; o sinal de áudio de cinco canais ainda incluir um sinal central; e o método ainda compreender codificar o segundo sinal codificado e o sinal central por meio de um quarto codificador paramétrico, resultando em um terceiro sinal codificado e um quarto conjunto de parâmetros de codificação, e a etapa de representar o sinal de áudio multicanal compreender representar o sinal de áudio multicanal no mínimo por meio do terceiro sinal codificado, e por meio dos primeiro, segundo, terceiro e quarto conjuntos de parâmetros de codificação.

5. Método de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de o sinal multicanal compreender um sinal de áudio de cinco canais, o primeiro componente de sinal incluir um canal frontal esquerdo do sinal de áudio de cinco canais, o segundo componente de sinal incluir um canal traseiro esquerdo do sinal de áudio de cinco canais, o terceiro componente de sinal incluir um canal frontal direito do sinal de áudio de cinco canais; o quarto componente de sinal incluir um canal traseiro direito do sinal de áudio de cinco canais; o sinal de áudio de cinco canais ainda incluir um sinal central; e a etapa de codificar o primeiro sinal codificado e um outro sinal ainda compreender combinar cada um dos primeiro sinal codificado c o outro sinal com o sinal central

6. Método de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de o sinal multícanal compreender um sinal de áudio de cinco canais, o primeiro componente dc sinal incluir um canal frontal esquerdo do sinal de áudio de cinco canais, o segundo componente de sinal incluir um canal traseiro esquerdo do sinal de áudio de cinco canais, o terceiro componente de sinal incluir um canal frontal direito do sinal de áudio de cinco canais; o quarto componente de sinal incluir um canal traseiro direito do sinal de áudio de cinco canais; o sinal de áudio de cinco canais ainda incluir um sinal central; e a etapa de representar o sinal áudio multicanal compreender a etapa de representar o sinal áudio multicanal no mínimo por meio do segundo canal codificado, do sinal central e por meio dos primeiro, segundo, e terceiro conjuntos de parâmetros de codificação.

7. Método para decodificar um sinal de áudio multicanal codificado, caracterizado pelo fato de compreender; obter um primeiro sinal codificado, um primeiro conjunto de parâmetros de codificação, e um segundo conjunto de parâmetros de codificação a partir do sinal de áudio multicanal codificado; obter primeiro e segundo sinais decodificados a partir do primeiro sinal codificado e do primeiro conjunto de parâmetros de codificação, o segundo sinal decodificado representando, no mínimo, um primeiro componente de sinal do sinal multicanal; c obter terceiro e quarto sinais decodificados a partir do primeiro sinal decodificado e do segundo conjunto de parâmetros de codificação.

8, Arranjo para codificar um sinal de áudio multicanal que incluí no mínimo um primeiro componente dc sinal, um segundo componente de sinal e um terceiro componente de sinal, caracterizado pelo fato de compreender: um primeiro codificador paramétrico adaptado para codificar os primeiro e segundo componentes de sinal resultando em um primeiro sinal codificado e um primeiro conjunto de parâmetros de codificação; um segundo codificador paramétrico adaptado para codificar o primeiro sinal codificado e um outro sinal, resultando em um segundo sinal codificado e um segundo conjunto de parâmetros de codificação, onde o outro sinal é derivado do no mínimo terceiro componente de sinal.

9. Arranjo de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato de ainda compreender meio para representar o sinal de áudio multicanal no mínimo por meio de um sinal codificado resultante derivado de no mínimo o segundo sinal codificado, por meio do primeiro conjunto de parâmetros de codificação e por meio do segundo conjunto de parâmetros de codificação.

10. Arranjo para decodificar um sinal de áudio, multicanal codificado, caracterizado pelo fato de compreender: meio para obter um primeiro sinal codificado, um primeiro conjunto de parâmetros de codificação, e um segundo conjunto de parâmetros de codificação a partir do sinal de áudio multicanal codificado; um primeiro decodificador adaptado para obter primeiro e segundo sinais decodificados a partir do primeiro sinal codificado e do primeiro conjunto de parâmetros de codificação, o segundo sinal decodificado representando, no mínimo, um primeiro componente de sinal do sinal multicanal; e um segundo decodificador adaptado para obter terceiro e quarto sinais decodificados a partir do primeiro sinal decodificado e do segundo conjunto de parâmetros de codificação.

11. Sinal de áudio multicanal codificado, caracterizado pelo fato. de incluir um sinal de áudio e primeiro e segundo conjuntos de parâmetros, onde o sinal de áudio e o primeiro conjunto de parâmetros são gerados por meio de um primeiro codificador paramétrico na introdução de um primeiro sinal codificado e um outro sinal, onde o primeiro sinal codificado e o segundo conjunto de parâmetros são gerados por meio de um segundo codificador paramétrico na introdução de um primeiro e segundo componentes de sinal de um sinal multicanal, e onde o outro sinal é derivado de no mínimo um terceiro componente de sinal do sinal multicanal.