ES2045902T5 - Procedimiento para la transmision de una señal. - Google Patents

Abstract

EL INVENTO SE REFIERE A UN PROCEDIMIENTO QUE SE UTILIZA PARA TRANSMITIR UNAS SEÑALES DISTRIBUIDAS EN UNA SUCESION DE BLOQUES SOLAPADOS A TRAVES DE VENTANA; CONSISTE EN: CONVERTIR LAS SEÑALES CONTENIDAS EN LOS BLOQUES EN UN ESPECTRO POR MEDIO DE UNA TRANSFORMACION; CODIFICAR EL ESPECTRO; TRANSMITIR EL ESPECTRO; DESCODIFICAR LA TRANSMISION; TRANSFORMAR LAS SEÑALES EN SEÑALES PARCIALES; JUNTAR LAS SEÑALES EN BLOQUES Y SOLAPAR LOS BLOQUES CONTENIENDO SEÑALES PARCIALES. SE CARACTERIZA PORQUE: LA ZONA DE SOLAPAMIENTO SE CEDE AL BLOQUE PARA PRODUCIR UN RESULTADO FINAL DE LAS FUNCIONES DE VENTANA Y SE SELECCIONA LA LONGITUD DE LAS FUNCIONES VENTANE SEGUN LA MODIFICACION DE SEÑALES, PARA IMPEDIR LA PERTURBACION EN BLOQUES CERNANOS, LA MODIFICACION DE SEÑALES Y ES APROPIADO PARA EL TRATAMIENTO DE SEÑALES DE VIDEO Y DE AUDIO SOMETIDAS EN LA TRANSMISION A UNA REDUCCION DE DATOS.

Description

Procedimiento para la transmisión de una señal.

La invención se refiere a un procedimiento para la transmisión de una señal según el preámbulo de la reivindicación 1.

En la transmisión de una señal de audio, por ejemplo en la transmisión radiofónica, la transmisión por cable y la transmisión por satélite, y en aparatos de registro es conocido el recurso de transformar la señal de audio analógica en una señal de audio digital con una resolución determinada, transmitirla en esta forma y, en la reproducción, convertirla de nuevo en una señal analógica. Mediante la transmisión digital se consigue una mayor relación señal/ruido, particularmente durante la reproducción.

La anchura de banda necesaria para la transmisión de una señal de esta clase viene determinada sustancialmente por el número de valores de exploración a transmitir por unidad de tiempo y por la resolución.

En la práctica, existe el requisito de mantener lo más pequeña posible la anchura de banda necesaria para la transmisión, con el fin de arreglarse con un canal de banda estrecha o bien poder transmitir simultáneamente el mayor número posible de señales de audio a través de un canal existente. La anchura de banda necesaria se puede reducir en sí por medio de una reducción de los valores de exploración o del número de bits por valor de exploración.

Sin embargo, esta medida tiene generalmente la consecuencia de un empeoramiento durante la reproducción. En un procedimiento conocido (DE OS 35 06 912.0) la señal de audio digital se transforma en segmentos cronológicamente consecutivos, para mejorar la calidad de reproducción, en un espectro de corta duración que representa para los respectivos intervalos de tiempo, por ejemplo 20 ms, las componentes espectrales de la señal. En virtud de las leyes psicoacústicas, en el espectro de corta duración se pueden descubrir, en general, mejor que en el dominio del tiempo, componentes que no son percibidas por el oyente, es decir que son irrelevantes en el sentido de las telecomunicaciones. Estas componentes se ponderan menos o se suprimen por completo durante la transmisión. Por medio de a esta medida, se puede prescindir, en la transmisión, de una parte considerable de los datos que otro modo serían necesarios, con lo que se puede reducir sensiblemente la tasa media de bits. Perfeccionamientos de este procedimiento conocido por DE-A-35 06 912 se describen en EP-A-0 251 028.

Para la división de la señal en segmentos es adecuado el procedimiento descrito por J. P. Princen y A. B. Bradley en "Analysis/Synthesis Filterbank Design based on Time Domain Aliasing Cancellation", IEEE-Transactions Acoustics, Speach, Signal-Processing, volumen ASSP-34, páginas 1153-1161, Octubre de 1986. Se describen en este artículo una transformación en la que los bloques solapados con funciones de ventanas redondeadas se generan en las ventanas sin coeficientes adicionales en el dominio de la frecuencia. En este procedimiento se recortan primero N valores de la señal de entrada con ayuda de una función de ventana f(n) de longitud N y a continuación esos valores se transforman en N/2 coeficientes significativos en el dominio de la frecuencia. La transformación de retorno calcula, a partir del coeficiente N/2, N valores de exploración que se ponderan nuevamente con la función de ventana f(n).

Sin embargo, la señal de salida de la transformación de retorno se diferencia de la señal de entrada de la transformación de ida. La reconstrucción exacta de la señal de entrada se hace posible únicamente sumando los valores de salida de transformaciones de retorno consecutivas en la zona de solape de N/2 valores de exploración respectivos. Para que por medio de esta denominada "suma de solape", se pueda recuperar la señal de entrada, la función de ventana f(n) ha de satisfacer las condiciones siguientes:

(1)f (N-1-n) = f(n)

\hskip3cm

0 \leq n \leq N-1

(2)f^{2}(N/2-1-n) + f^{2}(n) = 2

\hskip2cm

0 \leq n \leq N/2-1

La primera condición corresponde a una simetría de f(n). La segunda condición corresponde a la simetría puntual del cuadrado de f(n), cada vez en una mitad de ventana. Teniendo en cuenta estas condiciones, la longitud de ventana efectiva de la transformación puede hacerse variar entre N/2 y N valores de exploración.

La elección de la longitud de ventana con aplicación de estos procedimientos en codificadores de transformación conduce a las repercusiones siguientes. Una longitud de ventana grande con una forma a ser posible redondeada permite una buena selectividad de la frecuencia. En este caso, el error por cuantificación de los coeficientes después de la transformación de retorno se extiende por toda la longitud de ventana efectiva. Particularmente, en el caso de fuertes saltos de la amplitud de la señal a codificar, esto puede repercutir negativamente sobre la calidad subjetiva de la señal codificada.

La elección de ventanas más cortas produce un empeoramiento de la selectividad de la frecuencia, lo que, particularmente con señales de entrada fuertemente correlacionadas, repercute negativamente sobre la ganancia de transformación que se pretende lograr. Por el contrario, los errores por cuantificación de los coeficientes con fuertes saltos de señal pueden restringirse a la ventana correspondiente, con lo que se impiden sus repercusiones sobre ventanas contiguas.

La invención se basa en el problema de mejorar un procedimiento para la transmisión de una señal según el preámbulo de la reivindicación 1, en el sentido de que se logren una óptima selectividad de la frecuencia y una alta calidad subjetiva de la señal codificada y descodificada.

Este problema se soluciona a través de las características de la reivindicación.

Las funciones de una ventana siguiente en la zona de solape con la ventana precedente se forman reflejando las funciones de la ventana precedente, que se hallan presentes en esta zona. Se puede lograr así una adaptación aún mejor a variaciones rápidas de las señales. En la función de ventana anteriormente descrita se ha partido aún de la consideración de que en todas las transformaciones se emplean funciones de ventana idénticas. Sin embargo, si se parte del empleo de funciones de ventana diferentes, por ejemplo f(n) y g(n) en bloques consecutivos, se pone entonces de manifiesto que las ecuaciones (1) y (2) se refieren aún solamente a la zona en la que se solapan las dos mitades de las ventanas:

(3)f (N-1-n) = g(n)

\hskip3cm

0 \leq n \leq N/2-1

(4)f^{2} (N/2 + n) + g^{2}(n) = 2

\hskip2cm

0 \leq n \leq N/2-1

Ambas ecuaciones se refieren en este caso únicamente a la segunda mitad de la función f y a la primera mitad de la función g. Por lo tanto, las mitades de ventana de un bloque se pueden elegir independientemente una de otra cuando las ecuaciones (3) y (4) se cumplan juntas solamente con las mitades de ventana correspondientes de los bloques contiguos.

El procedimiento según la invención se explica con ayuda del dibujo. En éste:

En las figuras 1a-c se muestran funciones de ventana con anchura diferente.

En la figura 2 se muestran funciones de ventana asimétricas y

En la figura 3a se muestra la evolución de una señal de entrada, y

En la figura 3b se muestra una función de ventana que está adaptada a esta señal de entrada.

En la figura 1 se han representado varias ventanas de anchura constante (b) con funciones de ventana diferentes f(n). Las ventanas se ensamblan siempre entre sí, de modo que las ventanas contiguas se solapen hasta la mitad. De este modo, en la función de ventana de forma sinusoidal f(n) de la figura 1a se produce también un solape hasta la mitad, en la representación según la figura 1b se produce un solape parcial que vale menos de la mitad, y en la figura 1c se produce sólo un contacto de las dos ramas de la función de ventana f(n).

La figura 2 muestra la superposición de dos ventanas con funciones asimétricas f(n) y g(n). Sin embargo, las funciones de ventana están configuradas en su zona de solape común de modo que sus resultantes se complementan para dar 1.

En la figura 3a se ha representado una curva de la amplitud A(t) de una señal de entrada. Como puede apreciarse, la señal posee primero una amplitud uniforme pequeña, a la que sigue un salto de señal, tras lo cual se continúa la amplitud original. Más abajo, en la figura 3b, se han representado funciones de las ventanas con las que puede procesarse óptimamente esta señal. En la primera zona 1 se trata de funciones de ventana de forma sinusoidal que hacen posible una alta selectividad de la frecuencia. Por el contrario, la ventana 3, en la que penetra la señal con la alta amplitud, posee una función de ventana que es muy estrecha. Las funciones de las ventanas contiguas 2 y 4, es decir, de la ventana precedente y de la ventana siguiente, poseen en la zona de solape una función de ventana correspondiente adaptada, de modo que en estas zonas las funciones de ventana se complementan a uno. Por lo tanto, las funciones de ventana en estas dos ventanas adyacentes 2 y 4 tienen una configuración asimétrica. Las perturbaciones de cuantificación que se presentaran dentro de la ventana 3 en la que cae el salto de señal, se restringen a la zona de las funciones de la ventana 3, y por tanto, se reducen a la mitad de la extensión cronológica, por ejemplo con respecto a una función de ventana con curso evolutivo de forma sinusoidal. Mediante el efecto de ocultamiento del salto de señal se logra así, a pesar de la selectividad de la frecuencia reducida, una mejora subjetiva de la calidad de audio.

Claims (1)

1. Procedimiento para la transmisión de una señal que se divide por medio de funciones de ventana (f(n), g(n)) en ventanas solapadas consecutivas, de tal manera que entonces las señales parciales contenidas en las ventanas se convierten en un espectro por medio de transformaciones respectivas, a continuación los espectros son codificados, transmitidos, descodificados después de la transmisión y transferidos de nuevo a señales parciales por medio de transformación de retorno, y finalmente las ventanas que contienen las señales parciales se ensamblan entre sí de manera que se solapan, siendo ponderadas las zonas solapadas de las ventanas de tal manera que la resultante de las funciones de ventana (f(n), g(n)) dan como resultado uno, y la función de ventana de una ventana siguiente en la zona de solape con la ventana precedente se forman reflejando la función de ventana, que se encuentra en esta zona, de la ventana precedente, caracterizado porque la longitud de las funciones de ventana (f(n), g(n)) se selecciona en función de las variaciones de la señal, siendo seleccionada pequeña la longitud de las funciones de ventana en el caso de variaciones grandes de la señal y siendo seleccionada grande en el caso de variaciones pequeñas de la señal, y porque se define un conjunto de funciones de ventana (f(n), g(n)) diferentes, a partir de las cuales se asocia, respectivamente, una función de ventana en función de las variaciones de la señal y durante la transmisión se transmite un número indicativo que determina de una manera unívoca la función de ventana asignada, y estando contenidas en el conjunto una función de ventana sinusoidal con alta selectividad de frecuencia y una función de ventana estrecha en contraste con ella y dos funciones de ventana diferentes con configuración asimétrica, estando localizado un salto de la señal con alta amplitud en una ventana con función de ventana estrecha y estando adyacente a la ventana con función de ventana estrecha, respectivamente, una ventana con la función de ventana asimétrica correspondiente y estando adyacente a ésta, respectivamente, una ventana con función de ventana sinusoidal, y cumpliendo las semi-ventanas correspondientes de las funciones de ventana (f(n), g(n)) de las ventanas adyacentes conjuntamente las siguientes ecuaciones en la zona de solape:

f (N-1-n) = g(n)

\hskip3cm

0 \leq n \leq N/2-1

f^{2} (N/2 + n) + g^{2}(n) = 2

\hskip2cm

0 \leq n \leq N/2-1

siendo N igual al número de los valores de barrido de estas ventanas.