BRPI0817982B1 - aparelho e método para codificar um sinal de áudio multicanal - Google Patents

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Abstract

afarelho e método para codificar um sinal de áudio multicanal um aparelho de codificação compreende um processador de quadro (105) que recebe um sinal de áudio multicanal que compreende pelo menos um primeiro sinal de áudio de um primeiro microfone (101) e um segundo sinal de áudio de um segundo microfone ( 103) . um processador itd ( 107) então determina uma diferença entre tempo entre o primeiro sinal de áudio e o segundo sinal de áudio e um conjunto de retardes (109, 111) gera um sinal de áudio multicanal compensado do sinal de áudio mul ticanal ao retardar pelo menos um do primeiro e do segundo sinais de áudio em resposta ao sinal de diferença entre tempos. um combinador (113) então gera um sinal mono ao combinar canais do sinal de áudio multicanal compensado e o codificador do sinal mono (115) codifica o sinal mono. a diferença entre tempos poderá ser especificamente determinada por um algoritmo com base em determinar correlações cruzadas entre o primeiro e o segundo sinais de áudio.

Description

APARELHO E MÉTODO PARA CODIFICAR UM SINAL DE ÁUDIO MULTICANAL
CAMPO DA INVENÇÃO
A invenção relaciona-se a um aparelho e método para codificar um sinal de áudio multicanal e, em particular, mas não exclusivamente, para misturar para baixo um sinal de fala estéreo para um sinal mono para codificar com um codificador mono, como o codificador de Código Preditivo por Excitação Linear (Code Excited Linear Prediction).
HISTÓRICO DA INVENÇÃO
A codificação eficiente de sinais de áudio é crítica para um número crescente de aplicações e de sistemas. Por exemplo, a comunicação móvel utiliza codificadores de fala eficientes para reduzir a quantidade de dados que precisa ser transmitida sobre a interface de ar.
Por exemplo, a União International de Telecomunicação (ITU) está normalizando um codificador conhecido como o Codificador de Taxa de Bit Variável Embutida (EV-VBR: Embedded Variable Bit Rate Codec) que pode codificar um sinal de fala em alta qualidade com velocidades de dados que variam de 8 a 64 kbps. Este codificador, bem como muitos outros codificadores de fala eficientes, utiliza as técnicas de Código Preditivo por Excitação Linear (CELP: Code Excited Linear Prediction) para alcançar a alta proporção de compressão do processo de codificação nas mais baixas velocidades de bit da operação.
Em algumas aplicações, mais de um sinal de áudio poderá ser capturado e, em particular, um sinal estéreo poderá ser gravado em sistemas de áudio utilizando dois microfones. Por exemplo, a gravação estéreo poderá ser
2/24 tipicamente utilizada em conferências de áudio e de vídeo bem como aplicações de difusão.
Em muitos sistemas de codificação multicanal e, em particular, em muitos sistemas de codificação de fala multicanal, a codificação de nível baixo tem por base a codificação de um único canal. Nesses sistemas, o sinal multicanal poderá ser convertido para um sinal mono para as camadas mais baixas do codificador codificar. A geração deste sinal mono é referida como mistura para baixo (downmixing) . Essa mistura poderá ser associada a parâmetros que descrevem aspectos do sinal estéreo em relação ao sinal mono. Especificamente, a mistura para baixo poderá gerar informação de diferença de tempo inter-canal (ITD) que caracteriza a diferença de tempo entre os canais esquerdo e direito. Por exemplo, se os dois microfones estiverem localizados a uma distância um do outro. O sinal de um alto-falante localizado mais próximo de um microfone do que do outro atingirá este último microfone com um retardo em relação ao primeiro. Este ITD poderá ser determinado e poderá, no decodificador, ser utilizado para recriar o sinal estéreo do sinal mono. O ITD poderá melhorar significativamente a qualidade da perspectiva estéreo recriada, pois ITD foi verificado como sendo a influência perceptual dominante na localização do estéreo para freqüências abaixo de aproximadamente 1kHz. Assim, é crítico que o ITD também seja estimado.
Convencionalmente, o sinal mono é gerado pela soma juntas dos sinais estéreo. O sinal mono é então codificado e transmitido para o decodificador junto com o ITD.
Por exemplo, o Instituto Europeu de Padrões de
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Telecomunicação, em sua Especificação Técnica ETSI TS126290 Extended Adaptive Multi-Rate - Wideband (AMR-WB+) Codec; Transcoding Functions definiu a mistura para baixo do sinal estéreo em que o sinal mono é simplesmente determinado como a média dos canais esquerdo e direito conforme segue.
Xml (n) =0,5 (XLL (n) +XRL (N) ) em que XML(n) representa a n esima amostra do sinal mono, XLL(n) representa a nésima amostra do sinal do canal esquerdo e XRL(n) representa a n esima amostra do sinal do canal direito.
Outro exemplo de uma mistura para pbaixo é fornecido em H. Purnhagen, Low Complexity Parametric Stereo Coding in MPEG-4, Proceedings 7th International Conference on Digital Audio Effects (DAFx'04), Nápoles, Italia, 5 a 8 de outubro de 2004, pp 163-168. Neste documento, um método de mistura para baixo é descrito que obtém um sinal mono de saída como a soma ponderada dos canais de entrada em base na freqüência banda-a-banda utilizando informação obtida a respeito da diferença da intensidade inter-canal (IID). Especificamente:
M [k, i] =giL [k, i] +grR [k, i] em que M[k,i] representa a ieSima amostra do késimo escaninho de freqüência do sinal mono, L[k,i] representa a iesiraa amostra do kesirao escaninho de freqüência do sinal do canal esquerdo, e R[k,i] representa a iesima amostra do kesimo escaninho de freqüência do sinal do canal direito, gi é o peso do canal esquerdo, e gr é o peso do canal direito.
Uma característica dessas abordagens é que elas resultam ou em sinais mono tendo um tempo de reverberação
4/24 alto ou então têm alta complexidade e/ou retardo. Por exemplo, o método AMR-WB+ da mistura para baixo fornece uma saída cujo tempo de reverberação é aproximadamente aquele da sala mais o tempo de vôo entre os dois microfones. A mistura para baixo fornecida em Purnhagen é de alta complexidade e impõe um retardo devido à análise de freqüência e reconstrução.
No entanto, muitos codificadores mono fornecem os melhores resultados para sinais com tempos de reverberação baixos. Por exemplo, codificadores CELP de baixa velocidade de bit, e outros codificadores que empregam excitação com base no pulso para representar sinais de fala e de áudio, realizam melhor quando apresentados com sinais dotados de tempos de reverberação curtos. Assim, o desempenho do codificador e a qualidade do sinal codificado resultante tendem a ser sub-ótimos.
Assim, um sistema melhorado seria vantajoso e, em particular, um sistema que permita flexibilidade aumentada, implementação facilitada, qualidade de codificação melhorada, eficiência de codificação melhorada, retardo reduzido e/ou desempenho melhorado seria vantajoso.
SUMÁRIO DA INVENÇÃO
Assim, a invenção procura preferivelmente mitigar, aliviar ou eliminar um ou mais das desvantagens mencionadas acima individualmente ou em qualquer combinação.
De acordo com um aspecto da invenção, é fornecido um aparelho para codificar um sinal de áudio multicanal, o aparelho compreendendo: um receptor para receber o sinal de áudio multicanal que compreende pelo menos um primeiro sinal de áudio de um primeiro microfone e um segundo sinal
5/24 de áudio de um segundo microfone; uma unidade de diferença de tempo para determinar uma diferença entre tempos entre o primeiro sinal de áudio e o segundo sinal de áudio; uma unidade de retardo para gerar um sinal de áudio multicanal compensado para o sinal de áudio multicanal ao retardar pelo menos um do primeiro sinal de áudio e do segundo sinal de áudio em resposta ao sinal de diferença entre tempos; uma unidade mono para gerar um sinal mono ao combinar canais do sinal de áudio multicanal compensado; e um codificador do sinal mono para codificar o sinal mono.
A invenção poderá fornecer codificação melhorada de um sinal de áudio multicanal. Em particular, uma qualidade melhorada para uma velocidade de dados dada poderá ser alcançada em muitas versões. A invenção poderá fornecer codificação mono melhorada de um sinal misturado para baixo mono de um sinal estéreo ao reduzir tempos de reverberação do sinal misturado para baixo mono. A unidade de retardo poderá retardar quer o primeiro sinal de áudio ou o segundo sinal de áudio dependendo de qual microfone estiver mais próximo da (principal) fonte de áudio. A diferença entre tempos poderá ser uma indicação de uma diferença no tempo entre componentes de áudio correspondentes do primeiro e do segundo sinais de áudio originados da mesma fonte de áudio. A unidade para gerar o sinal mono poderá ser disposta para somar os dois canais do sinal de áudio multicanal combinado que correspondem ao primeiro e ao segundo sinais de áudio. Em algumas versões, a somatória poderá ser uma somatória ponderada.
De acordo com um recurso opcional da invenção, a unidade de diferença de tempo está disposta para determinar
6/24 correlações cruzadas entre o primeiro sinal de áudio e o segundo sinal de áudio para uma pluralidade de recuos de tempo, e determinar a diferença entre tempos em resposta às correlações cruzadas.
O recurso poderá permitir uma determinação melhorada da diferença entre tempos. O recurso poderá melhorar a qualidade do sinal de áudio codificado e/ou poderá facilitar a implementação e/ou reduzir a complexidade. Em particular, o recurso poderá permitir a percepção de estéreo melhorada de um sinal estéreo renderizado do sinal mono e a diferente entre tempos. As correlações cruzadas poderão indicar a probabilidade da diferença entre tempos ser igual ao recuo de tempo das correlações cruzadas individuais.
De acordo com outro aspecto da invenção, é fornecido um método de codificar um sinal de áudio multicanal, o método compreendendo: receber o sinal de áudio multicanal que compreende pelo menos um primeiro sinal de áudio de um primeiro microfone e um segundo sinal de áudio de um segundo microfone; determinar uma diferença entre tempos entre o primeiro sinal de áudio e o segundo sinal de áudio; gerar um sinal de áudio multicanal compensado do sinal de áudio multicanal ao retardar pelo menos um do primeiro sinal de áudio e o segundo sinal de áudio em resposta ao sinal de diferença entre tempos; gerar um sinal mono ao combinar canais do sinal de áudio multicanal compensado; e codificar o sinal mono em um codificador de sinal mono.
Esses e outros aspectos, recursos e vantagens da invenção serão aparente e elucidados com referência às versões descritas doravante.
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BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS
Versões da invenção serão descritas, apenas por meio de exemplo, com referência aos desenhos, em que:
A Figura 1 ilustra um exemplo de um aparelho para codificar um sinal de áudio multicanal de acordo com algumas versões da invenção.
A Figura 2 ilustra um exemplo de uma unidade de processamento para estimar uma diferença entre tempos de acordo com algumas versões da invenção.
A Figura 3 ilustra um exemplo de um processador de branqueamento de acordo com algumas versões da invenção.
A Figura 4 ilustra um exemplo de atualização de estado para uma máquina de estado de treliça de acordo com algumas versões da invenção. E
A Figura 5 ilustra um exemplo de um método para codificar um sinal de áudio multicanal de acordo com algumas versões da invenção.
DESCRIÇÃO DETALHADA DE ALGUMAS VERSÕES DA INVENÇÃO
A descrição seguinte enfoca versões da invenção aplicáveis à codificação de um sinal de áudio multicanal utilizando um codificador mono e, em particular, à codificação de um sinal de fala estéreo utilizando um codificador CELP mono.
A Figura 1 ilustra um aparelho para codificar um sinal de áudio multicanal de acordo com algumas versões da invenção. No exemplo específico, um sinal de fala estéreo é misturado para baixo para um sinal mono e codificado utilizando um codificador mono.
O aparelho compreende dois microfones 101, 103 que capturam sinais de áudio do ambiente de áudio em que os
8/24 dois microfones estão localizados. No exemplo, os dois microfones são utilizados para gravar sinais de fala em uma sala e estão localizados com uma distância interna de até 3 metros. Na aplicação específica, os microfones 101, 103 poderão, por exemplo, estar gravando sinais de fala de uma pluralidade de pessoas na sala e a utilização de dois microfones poderá fornecer melhor cobertura de áudio da sala.
Os microfones 101, 103 são acoplados a um processador de quadro 105 que recebe o primeiro e o segundo sinais do primeiro e segundo microfones 101, 103 respectivamente. O processador de quadro divide os sinais em quadros seqüenciais. No exemplo específico, a freqüência de amostra é de 16 kamostras/seg e a duração de um quadro é de 20 mseg resultando em cada quadro compreendendo 320 amostras. Deve ser observado que o processamento de quadro não precisa resultar em um atraso adicional à via de fala pois este quadro poderá ser o mesmo quadro que aquele utilizado para a codificação da fala ou o processamento do quadro poderá ser, por exemplo, executado em amostras de fala antigas.
O processador de quadro 105 é acoplado a um processador ITD 107 que está disposto para determinar uma diferença entre tempos entre o primeiro sinal de áudio e o segundo sinal de áudio. A diferença entre tempos é uma indicação do retardo do sinal em um canal em relação ao sinal no outro. No exemplo, a diferença entre tempos poderá ser positiva ou negativa dependendo de qual dos canais é retardado em relação ao outro. O retardo tipicamente ocorrerá devido a diferença nos retardos entre a fonte de fala dominante (isto é, aquele que estiver falando
9/24 atualmente) e os microfones 101, 103.
O processador ITD 107 é ainda acoplado a dois retardos 109, 111. O primeiro retardo 109 está disposto para introduzir um retardo no primeiro canal de áudio e o segundo retardo 111 está disposto para introduzir um retardo no segundo canal de áudio. A quantidade de retardo que é introduzida depende da diferença entre tempos estimada. Ademais, no exemplo específico apenas um dos retardos é utilizado em qualquer tempo dado. Assim, dependendo do sinal da diferença entre tempos estimada, o retardo é introduzido quer para o primeiro ou para o segundo sinal de áudio. A quantidade de retardo é especificamente fixada para ser tão próxima da diferença entre tempos estimada quanto possível. Como conseqüência, os sinais de áudio na saída dos retardos 109, 111 estão intimamente alinhados no tempo e especificamente terão uma diferença entre tempos que será tipicamente próxima do zero.
Os retardos 109, 111 são acoplados a um combinador 113 que gera um sinal mono ao combinar os canais do sinal de áudio multicanal compensado e especificamente ao combinar os dois sinais de saída dos retardos 109, 111. No exemplo, o combinador 113 é uma simples unidade somadora que soma juntos os dois sinais. Ademais, os sinais são escalonados por um fator de 0,5 para manter a amplitude do sinal mono similar à amplitude dos sinais individuais antes da combinação.
Assim, a saída do combinador 113 é um sinal mono que é uma mistura para baixo dos dois sinais capturados. Ademais, devido ao retardo e à redução da diferença entre tempos, o
10/24 sinal mono gerado tem reverberação significativamente reduzida.
O combinador 113 é acoplado a um codificador mono 115 que efetua a codificação mono do sinal mono para gerar dados codificados. No exemplo específico, o codificador mono é um codificador de Código Preditivo por Excitação Linear (CELP: Code Excited Linear Prediction de acordo com o Codificador de Taxa de Bit Variável Embutida (EV-VBR: Embedded Variable Bit Rate Codec) a ser normatizado pela União Internacional Telecomunicação (ITU).
Os codificadores CELP são conhecidos por fornecer codificação extremamente eficiente e especificamente por fornecer boa qualidade de fala mesmo para baixas taxas de velocidade. No entanto, os codificadores CELP tendem a não desempenhar tão bem para sinais com altos tempos de reverberação e, portanto, não têm sido adequados para a codificação de misturas para baixo mono convencionalmente geradas. No entanto, devido à compensação de retardo e a reverberação reduzida resultante, codificadores mono CELP poderão ser utilizados no aparelho da Figura 1 para fornecer uma codificação muito eficiente de um sinal misturado para baixo mono de fala. Será apreciado que essas vantagens são particularmente apropriadas para os codificadores mono CELP mas não são a eles limitada e poderão aplicar a muitos outros codificadores.
O codificador mono 115 é acoplado a um multiplexador de saída 117 que é ademais acoplado ao processador ITD 107. No exemplo, o multiplexador de saída 117 multiplexa os dados de codificação do codificador mono 115 e dados que representam a diferença entre tempos do processador ITD 107
11/24 em um único fluxo de bits de saída. A inclusão da diferença entre tempos no fluxo de bits poderá auxiliar o decodificador ao recriar um sinal de estéreo de um sinal mono decodificado dos dados de codificação.
Assim, o sistema descrito fornece desempenho melhorado e poderá, em particular, fornecer uma qualidade de áudio melhorada para uma velocidade de dados dada. Em particular, a utilização melhorada de um codificador mono como o codificador CELP poderá resultar em uma qualidade significativamente melhorada. Ademais, a funcionalidade descrita é simples de implementar e tem requisitos de recursos relativamente baixos.
No que segue, a estimativa da diferença entre tempos efetuada pelo processador ITD 107 será descrita com referência à Figura 2.
O algoritmo utilizado pelo processador ITD 107 determina uma estimativa da diferença entre tempos ao combinar observações sucessivas das correlações cruzadas entre o primeiro e o segundo sinais de áudio para diferentes recuos de tempo possíveis entre os canais. As correlações são efetuadas em um domínio residual LPC dizimado para fornecer correlações mais bem definidas, facilitar a implementação e reduzir as exigências de computação. No exemplo, as correlações cruzadas são processadas para derivar uma probabilidade associada a cada retardo potencial entre -12 ms e +12 ms (+/- ~4 metros) e as probabilidades são então acumuladas utilizando um algoritmo assemelhado ao Viterbi. O resultado é uma estimativa da diferença entre tempos com histerese embutida.
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O processador ITD 107 compreende um processador de dizimação 201 que recebe os quadros das amostras para os dois canais do processador de quadro 105. O processador de dizimação 201 primeiro efetua uma filtragem de passagem baixa seguida de uma dizimação. No exemplo específico, o filtro de passagem baixa, que tem uma largura de banda ao redor de 2 kHz e um fator de dizimação de quatro, é utilizado para um sinal de 16 kamostras/seg resultando em uma freqüência de amostra dizimada de 4 kamostras/seg. O efeito da filtragem e da dizimação é parcialmente de reduzir o número de amostras processadas, assim reduzindo a exigência computacional. No entanto, além disso, a abordagem permite que a estimação da diferença entre tempos seja focalizada em freqüências mais baixas em que o significado perceptivo da diferença entre tempos é mais significativa. Assim, a filtragem e a dizimação não apenas reduz o ônus computacional mas também fornece o efeito sinergético de assegurar que a estimativa da diferença
entre tempos é relevante para as freqüências mais
sensíveis.
0 processador de dizimação 201 é acoplado a um
processador de branqueamento 203 que está disposto para
aplicar um algoritmo de branqueamento espectral no primeiro e no segundo sinais de áudio antes da correlação. O branqueamento espectral leva os sinais no domínio de tempo dos dois sinais a mais proximamente se assemelhar a um conjunto de impulsos, no caso de fala tonal ou de voz, assim permitindo que a correlação subseqüente resulte em valores de correlação cruzada mais bem definidos e especificamente resultar em picos de correlação mais
13/24 estreitos (a resposta de freqüência de um impulso corresponde a um espectro plano ou branco e inversamente a representação no domínio do tempo de um espectro branco é um impulso).
No exemplo específico, o branqueamento espectral compreende calcular coeficientes preditivos lineares para o primeiro e o segundo sinais de áudio e filtrar o primeiro e o segundo sinais de áudio em respost5a aos coeficientes preditivos lineares.
Elementos do processador de branqueamento 203 estão mostrados na Figura 3. Especificamente, os sinais do processador de dizimação 201 são alimentados para os processadores LPC 301, 303 que determinam Linear Predictive Coefficients (LPCs - Coeficientes Preditivos Lineares) para filtros preditivos lineares para os dois sinais. Será apreciado que diferentes algoritmos para determinar LPCs serão conhecidos da pessoa habilitada e que qualquer algoritmo adequado poderá ser utilizado sem detrair da invenção.
No exemplo, os dois sinais de áudio são alimentados a dois filtros 305, 307, que são acoplados aos processadores LPC 301, 303. Os dois filtros são determinados tal que eles são os filtros inversos dos filtros preditivos lineares determinados pelos processadores LPC 301, 303. Especificamente, os processadores LPC 301, 303 determinam os coeficientes para os filtros inversos dos filtros preditivos lineares e os coeficientes dos dois filtros são fixados para esses valores.
A saída dos dois filtros inversos 305, 307 assemelhamse a conjuntos de trens de impulso no caso da fala de voz e
14/24 com isso permitem que uma correlação cruzada significativamente mais precisa seja efetuada do que seria possível no domínio da fala.
O processador de branqueamento 203 é acoplado a um correlacionador 205 que está disposto para determinar correlações cruzadas entre os sinais de saída dos dois filtros 305, 307 para uma pluralidade de recuos de tempo.
Especificamente, o correlacionador pode determinar os valores:
c‘
N em que t é o recuo de tempo, x e y são amostras dos dois sinais e N representa as amostras no quadro específico.
A correlação é efetuada para um conjunto de recuos de tempo possíveis. No exemplo específico, a correlação é efetuada para um total de 97 recuos de tempo correspondentes a um recuo de tempo máximo de +/- 12 mseg. No entanto, será apreciado que outros conjuntos de recuos de tempo poderão ser utilizados em outras versões.
Assim, o correlacionador gera 97 valores de correlação cruzada com cada correlação cruzada correspondente a um recuo de tempo específico entre os dois canais e assim a uma diferença de tempo possível. O valor da correlação cruzada corresponde a uma indicação de quanto os dois sinais casam para o recuo de tempo específico. Assim, para um valor de correlação cruzada alto, os sinais casam de perto e há, de acordo, uma alta probabilidade de que o recuo de tempo seja uma estimativa de diferença entre tempos precisa. Inversamente, para um valor de correlação cruzada baixo, os sinais não casam de perto e há, assim, uma baixa probabilidade de que o recuo de tempo seja uma
15/24 estimativa de diferença entre tempos precisa. Assim, para cada quadro o correlacionador 205 gera 97 valores de correlação cruzada com cada valor sendo uma indicação da probabilidade de que o recuo de tempo correspondente seja a diferença entre tempos correta.
No exemplo, o correlacionador 205 está disposto para efetuar múltiplas aberturas no primeiro e no segundo sinais de áudio antes da correlação cruzada. Especificamente, cada bloco de amostras de quadro dos dois sinais é multiplamente aberto com uma janela de 2 0 ms que compreende uma seção central retangular de 14 ms e duas parcelas Hann de 2 ms a cada extremidade. Estas múltiplas aberturas poderão melhorar a precisão e reduzir o impacto de efeitos de fronteira na borda da janela de correlação.
Outrossim, no exemplo, a correlação cruzada é normalizada. A normalização é especificamente para assegurar que o valor de correlação cruzada máximo que pode ser alcançado (isto é, quando os dois sinais forem idênticos) tem valor da unidade. A normalização fornece valores de correlação cruzada que são relativamente independentes dos níveis de sinal dos sinais de entrada e os recuos de tempo de correlação testados, assim fornecendo uma indicação de probabilidade mais precisa. Em particular, ele permite comparação melhorada e processamento para uma seqüência de quadros.
Em uma versão simples, a saída do correlacionador 205 poderá ser avaliada diretamente e a diferença entre tempos para o quadro atual poderá ser fixada ao valor que tem a probabilidade mais alta conforme indicado pelo valor de correlação cruzada. No entanto, esse método tendería a
16/24 fornecer uma saída menos confiável pois o sinal de fala flutua de vocalizado, para não vocalizado para silêncio e no exemplo descrito, o correlacionador é alimentado a um processador de estado 207 que processa valores de correlação para uma pluralidade de estados para fornecer uma estimativa da diferença entre tempos mais precisa.
No exemplo, os valores de correlação são utilizados como etapas de atualização para um acumulador métrico de algoritmo de Viterbi implementado no processador de estado 207 .
Assim, o processador de estado 207 implementa especificamente um acumulador métrico que tem um número de estados correspondentes aos recuos de tempo. Cada estado, assim, representa um recuo de tempo e tem um valor métrico acumulado associado.
Assim, uma máquina de estado de treliça com base em Viterbi na forma de um acumulador métrico armazena um valor métrico para cada um dos recuos de tempo para os quais um valor de correlação foi calculado (isto é, 97 estados/recuos de tempo no exemplo específico). Cada estado/recuo de tempo é especificamente associado a uma métrica de probabilidade que é indicativo da probabilidade de que a diferença entre tempos corresponde ao recuo de tempo daquele estado.
A métrica de probabilidade para todos os recuos de tempo são recalculadas em cada quadro para levar em conta os valores de correlação que foram determinados para o quadro atual. Especificamente, métricas de via são calculadas para os estados/recuos de tempo dependendo das correlações cruzadas. No exemplo específico, as correlações
17/24 cruzadas são convertidas dentro do domínio logarítmico ao aplicar a fórmula log (0,5 + pi) em que pi é o iésimo valor de correlação (que é entre 0 e 1 devido ao processo . de normalização e corresponde a uma probabilidade de que a diferença entre tempos corresponde ao recuo de tempo associado.
No exemplo, a contribuição para uma métrica de probabilidade dada é determinada da métrica de probabilidade anterior daquele recuo de tempo e o valor de correlação para o recuo calculado para o quadro atual. Além disso, uma contribuição é feita dos valores de correlação associados a recuos de tempo vizinhos correspondentes a situação em que a diferença entre tempos muda de um valor para outro (isto é, tal que o estado mais provável muda de ser aquele de um recuo de tempo para ser aquele de outro recuo de tempo).
A métrica de via para as vias dos estados vizinhos correspondente a valores de diferença entre tempos adjacentes são ponderadas substancialmente mais baixas do que a métrica de via para a via do mesmo estado. Especificamente, experimentos demonstraram que desempenho particular vantajoso tem sido encontrado para os valores de correlação vizinhos serem ponderados pelo menos cinco vezes mais altos do que as correlações cruzadas para o mesmo estado. No exemplo específico, a métrica de via de estado adjacente são ponderadas por um fator de 0,009 e a mesma métrica de via de estado é ponderada por um fator de 0,982.
A Figura 4 ilustra um exemplo de uma atualização métrica para o quadro t para a máquina de estado de treliça. No exemplo específico, a métrica de probabilidade
18/24 de estado para o estado Sn no tempo t é calculada da métrica de via das vias do subconjunto dos estados anteriores que compreende o estado sn no tempo t-1 e os estados adjacentes sn_i no tempo t-1. Especificamente, a métrica de probabilidade de estado sn é dada por:
= C' + P'n + Pn-\ + P'n+x (COPIAR FÓRMULA)
Em que ρ’η é a métrica de via ponderada calculada do estado x para o estado n no quadro t.
No exemplo, as métricas de probabilidade são modificadas em cada quadro ao subtrair a métrica de probabilidade de estado mais baixa de todas as métricas de probabilidade de estado. Isso mitiga os problemas de transbordamento de continuamente aumentar as métricas de probabilidade de estado.
No exemplo, contribuições para uma métrica de recuo de tempo dado são apenas incluídas para o subconjunto de recuos que compreende o próprio recuo e os recuos adjacentes. No entanto, será apreciado que em outras versões outros subconjuntos de recuos de tempo poderão ser considerados.
No exemplo, as métricas de estado para a máquina de estado de treliça são atualizadas em cada quadro. Entretanto, em contraste com os algoritmos Viterbi convencionais, o processador de estado 207 não seleciona uma via preferida para cada estado mas calcula a métrica de probabilidade de estado para um estado dado como a contribuição combinada de todas as vias que entram aquele estado. Outrossim, o processador de estado 207 não efetua um tracejamento de volta através da treliça para determinar vias sobreviventes. Em vez disso, no exemplo, a estimativa
19/24 de diferença entre tempos atual pode ser simplesmente selecionada como o recuo de tempo correspondente ao estado tendo atualmente a métrica de probabilidade de estado mais alta. Assim, nenhum retardo é incorrido na máquina de estado. Ademais, à medida que a métrica de estado de probabilidade depende de valores anteriores (e de outros estados) uma histerese é inerentemente atingida.
Especificamente, o processador de estado 207 é acoplado a um processador ITD 209 que determina a diferença entre tempos para o recuo de tempo associado a um estado tendo a métrica de probabilidade de estado mais alta. Especificamente, ele poderá fixar diretamente a diferença entre tempos como sendo igual ao recuo de tempo do estado tendo a métrica de probabilidade de estado mais alta.
O processador ITD 2 09 é acoplado a um processador de retardo 211 que determina o retardo a ser aplicado aos retardos 109, 111. Primeiramente, o processador de retardo 211 compensa a diferença entre tempos pelo fator de dizimação aplicado no processador de dizimação 201. Em uma versão simples, a diferença entre tempos estimada poderá ser dada como o número de amostras dizimadas *por exemplo, a 4 kHz correspondente a uma resolução de 250 ps) e isso poderá ser convertido para um número de amostras nãodizimadas ao multiplicá-lo pelo fator de dizimação (por exemplo, para amostras de 16 kHz ao multiplicá-las por um fator de 4).
No exemplo, o processador de retardo 211 fixa os valores para ambos os retardos 109, 111. Especificamente, dependendo do sinal da diferença entre tempos, um dos retardos e fixado para zero e o outro retardo é fixado para
20/24 o número calculado de amostras não-dizimadas.
A abordagem descrita para calcular a diferença entre tempos fornece qualidade melhorada do sinal codificado e, em particular, fornece reverberação reduzida do sinal mono antes da codificação, assim melhorando a operação e o desempenho do codificador mono CELP 115.
Testes específicos foram realizados em que três sinais de teste estéreo foram gravados em uma sala de conferência com um par de microfones em diferentes configurações. Na primeira configuração, os microfones foram colocados aim de distância e dois falantes masculinos sentados em eixo além de cada um dos dois microfones e uma conversação de teste foi gravada. Na segunda configuração, os dois microfones foram colocados 3 m distantes um do outro e os falantes masculinos estavam novamente em eixo além de cada um dos dois microfones. Na configuração final, os microfones estavam distanciados 2 m um do outro e os dois falantes estavam de lado do eixo dos microfones mas em lados opostos ao eixo que defronta cada um dos dois microfones. Em todos esses cenários o algoritmo acompanhou os re tardos bem e quando o sinal mono resultante foi codificado com o algoritmo de linha base para o codec ITU-T EV-VBR, um ganho de aproximadamente 0,3 dB em SEGSNR e WSEGSNR foi observado em cada cenário.
Em algumas versões, a transição de um retardo para outro é simplesmente atingida pela mudança do número de amostras em que o sinal apropriado é retardado pelos retardos 109, 111. No entanto, em algumas versões, funcionalidade poderá ser incluída para efetuar uma transição suave de um retardo para outro.
21/24
Especificamente, o aparelho poderá estar disposto para mudar de um primeiro retardo para um segundo retardo ao gerar um primeiro sinal que é retardado pelo retardo anterior à transição e o segundo sinal que é retardado pelo retardo seguido à transição. O primeiro e o segundo sinais são então combinados para gerar um sinal combinado que inclui uma contribuição tanto do sinal anterior à transição como o sinal que segue a transição. A contribuição dos dois sinais é gradativamente modificada tal que inicialmente a contribuição é predominantemente ou exclusivamente do primeiro sinal e ao final da transição a contribuição é predominantemente ou exclusivamente do segundo sinal.
Assim, o aparelho poderá, durante uma transição de retardo, sintetizar dois sinais correspondentes ao retardo inicial e o retardo final. Os dois sinais poderão ser combinados por uma somatória ponderada como:
s=a. Si+b. s2 em que Si e s2 representam o primeiro e o segundo sinais e a e b são ponderações que são modificadas durante o intervalo de transição (que especificamente poderá ser igual a um único quadro). Especificamente, inicialmente os valores poderão ser fixados para a=l e b=0 e os valores finais poderão ser fixados para a=0 e b=l. A transição entre esses valores poderá ser efetuada de acordo com qualquer função adequada e poderá especificamente manter a relação a+b=l durante a transição.
Assim, em tais versões uma transição suave entre retardos diferentes é atingida ao sintetizar sinais para ambos os retardos e gradativamente mudar de um para o outro no domínio do tempo.
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No exemplo específico, uma janela sobrepostaadicionada meia-Hann de 20 ms é aplicada para assegurar que a transição de um retardo para o seguinte é tão imperceptível quanto possível.
A Figura 5 ilustra um método de codificar um sinal de áudio multicanal de acordo com algumas versões da invenção.
O método tem início da etapa 501 em que o sinal de áudio multicanal que compreende pelo menos um primeiro sinal de áudio de um primeiro microfone e um segundo sinal de áudio de um segundo microfone é recebido.
A etapa 501 é seguida pela etapa 503 em que uma diferença entre tempos entre o primeiro sinal de áudio e o segundo sinal de áudio é determinada.
A etapa 503 é seguida pela etapa 505 em que um sinal de áudio multicanal compensado é gerado do sinal de áudio multicanal ao retardar pelo menos um do primeiro e do segundo sinais estéreo em resposta ao sinal de diferença entre tempos.
A etapa 505 é seguida pela etapa 507 em que um sinal mono é gerado ao combinar canais do sinal de áudio multicanal compensado.
A etapa 507 é seguida pela etapa 509 em que o sinal mono é codificado por um codificador de sinal mono.
Será apreciado que a descrição acima por clareza descreveu versões da invenção com referência a diferentes unidades funcionais e processadores. No entanto, será aparente que qualquer distribuição adequada da funcionalidade entre unidades funcionais diferentes ou processadores poderá ser utilizada sem detrair da invenção. Por exemplo, a funcionalidade ilustrada para ser efetuada
23/24 por processadores separados ou controladoras poderá ser efetuado pelo mesmo processador ou controladoras. Assim, referências a unidades funcionais específicas são apenas para serem vistas como referências a meio adequado para fornecer a funcionalidade descrita e não indicativo de uma estrutura ou organização lógica ou física rígida.
A invenção pode ser implementada em qualquer forma adequada incluindo hardware, software, firmware ou qualquer combinação destas. A invenção poderá opcionalmente ser implementada pelo menos parcialmente como software de computador processando em um ou mais processadores de dados e/o processadores de sinal digital. Os elementos e componentes de uma versão da invenção poderão ser física, funcional e logicamente implementados de qualquer maneira adequada. Em verdade, a funcionalidade poderá ser implementada em uma única unidade, em uma pluralidade de unidades ou como parte de outras unidades funcionais. Como tal, a invenção poderá ser implementada em uma única unidade ou poderá ser física e funcionalmente distribuída entre unidades e processadores diferentes.
Embora a presente invenção tenha sido descrita em conexão com algumas versões, não se pretende que seja limitada à forma específica aqui explicitada. Em vez disso, o escopo da presente invenção é limitado apenas pelas reivindicações acompanhantes. Adicionalmente, embora um recurso poderá parecer ser descrito em conexão com versões particulares, alguém habilitado na tecnologia reconhecería que vários recursos das versões descritas poderão ser combinados de acordo com a invenção. Nas reivindicações, o termo compreender não exclui a presença de outros elementos
24/24 ou etapas.
Ademais, embora individualmente listado, uma pluralidade de unidades, meios, elementos ou etapas de métodos poderão ser implementados, por exemplo, em uma única unidade ou processador. Adicionalmente, embora recursos individuais poderão ser incluídos em diferentes reivindicações, estas poderão possivelmente ser combinadas com vantagem e a inclusão em diferentes reivindicações não implica que uma combinação de recursos não seja viável e/ou vantajosa. Outrossim a inclusão de um recurso em uma categoria de reivindicações não implica uma limitação a esta categoria mas em vez disso indica que o recurso é igualmente aplicável a outras categorias de reivindicações conforme apropriado. Ademais, a ordem dos recursos nas reivindicações não implica qualquer ordem específica em que os recursos precisam ser trabalhados e, em particular, a ordem das etapas individuais em uma reivindicação de método não implica que as etapas precisem ser efetuadas nesta ordem. Em vez disso, as etapas poderão ser efetuadas em qualquer ordem adequada.

Claims (4)

  1. REIVINDICAÇÕES
    1. Aparelho para codificar um sinal de áudio multicanal, o aparelho comprendendo:
    um receptor para receber o sinal de áudio multicanal que compreende pelo menos um primeiro sinal de áudio de um primeiro microfone e um segundo sinal de áudio de um segundo microfone;
    uma unidade de diferença de tempo para determinar a diferença entre tempos entre o primeiro sinal de áudio e o segundo sinal de áudio;
    uma unidade de retardo para gerar um sinal de áudio multicanal compensado do sinal de áudio multicanal ao retardar pelo menos um do primeiro sinal de áudio e o segundo sinal de áudio em resposta ao sinal de diferença entre tempos;
    uma unidade mono para gerar um sinal mono ao combinar canais do sinal de áudio multicanal compensado; e um codificador de sinal mono para codificar o sinal mono; o aparelho caracterizado pelo fato da unidade de diferença de tempo estar disposta para determinar correlações cruzadas entre o primeiro sinal de áudio e o segundo sinal de áudio para uma pluralidade de recuos de tempo, e determinar a diferença entre tempos em resposta às correlações cruzadas; e uma unidade de diferença de tempo comprendendo:
    uma máquina de estado de treliça tendo uma pluralidade de estados, cada uma da pluralidade de estados correspondendo a um recuo de tempo da pluralidade de recuos de tempo;
    uma unidade de via para determinar métrica de via para
    Petição 870190118717, de 16/11/2019, pág. 13/21
  2. 2/4 estados da máquina de estado de treliça em resposta às correlações cruzadas; e uma unidade computacional para determinar métrica de estado para os estados em resposta a métrica de via associada a vias de estados anteriores para os estados atuais; e uma unidade para determinar a diferença entre tempos em resposta a métrica de estado.
    2. Aparelho, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato da unidade de diferença de tempo
    estar disposta para filtrar por passagem baixa o primeiro sinal de áudio e o segundo sinal de áudio antes da correlação cruzada. 3 . Aparelho, de acordo com a reivindicação 1,
    caracterizado pelo fato da unidade de diferença de tempo estar disposta para dizimar o primeiro sinal de áudio e o segundo sinal de áudio antes da correlação cruzada.
    4. Aparelho, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato da unidade de retardo estar disposta para compensar a diferença entre tempos para um fator de dizimação da dizimação para determinar um retardo para pelo menos um do primeiro sinal de áudio e o segundo sinal de áudio.
    5. Aparelho, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato da unidade de diferença de tempo estar disposta para aplicar um branqueamento espectral no primeiro sinal de áudio e no segundo sinal de áudio antes da correlação.
    6. Aparelho, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato da unidade de diferença de tempo
    Petição 870190118717, de 16/11/2019, pág. 14/21
  3. 3/4 estar disposta para efetuar aberturas múltiplas do primeiro sinal de áudio e do segundo sinal de áudio antes da correlação cruzada.
    7. Aparelho, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato da unidade de retardo estar disposta para mudar de um primeiro retardo para um segundo retardo ao gerar um primeiro sinal de áudio multicanal compensado em resposta ao primeiro retardo e um segundo sinal de áudio multicanal compensado em resposta ao segundo retardo e combinar o primeiro sinal de áudio multicanal compensado e o segundo sinal de áudio multicanal compensado para gerar o sinal de áudio multicanal compensado.
    8. Método de codificar um sinal de áudio multicanal, o método comprendendo:
    receber o sinal de áudio multicanal que compreende pelo menos um primeiro sinal de áudio de um primeiro microfone e um segundo sinal de áudio de um segundo microfone;
    determinar uma diferença entre tempos entre o primeiro sinal de áudio e o segundo sinal de áudio;
    gerar um sinal de áudio multicanal compensado do sinal de áudio multicanal ao retardar pelo menos um de o primeiro sinal de áudio e o segundo sinal de áudio em resposta ao sinal de diferente entre tempos;
    gerar um sinal mono ao combinar canais do sinal de áudio multicanal compensado; e codificar o sinal mono em um codificador de sinal mono;
    e o método sendo caracterizado pelo fato de compreender ainda a etapa de determinar uma diferença entre tempos
    Petição 870190118717, de 16/11/2019, pág. 15/21
  4. 4/4 compreendendo determinar correlações cruzadas entre o primeiro sinal de áudio e o segundo sinal de áudio para uma pluralidade de recuos de tempo, e determinar a diferença entre tempos em resposta às correlações cruzadas por 5 efetuar as etapas de:
    proporcionar uma máquina de estado de treliça tendo uma pluralidade de estados, cada uma da pluralidade de estados correspondendo a um recuo de tempo da pluralidade de recuos de tempo;
    10 determinar métrica de via para estados da máquina de estado de treliça em resposta às correlações cruzadas;
    determinar métrica de estado para os estados em resposta a métrica de via associada a vias de estados anteriores para os estados atuais; e
    15 determinar a diferença entre tempos em resposta a métrica de estado.
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