ES2218148T3 - Empleo de cuantificacion de ganancia adaptable y longitudes no uniformes de simbolos para codificcion de audio. - Google Patents
Empleo de cuantificacion de ganancia adaptable y longitudes no uniformes de simbolos para codificcion de audio.Info
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Abstract
Un método para codificar una señal de entrada que comprende: recibir la señal de entrada y generar un bloque de señales de subbanda de componentes de señal de subbanda que representan una subbanda de frecuencia de la señal de entrada; comparar las magnitudes de las componentes del bloque de señales de subbanda con un umbral, poner cada componente en una de entre dos o más clases, de acuerdo con la magnitud de la componente, y obtener un factor de ganancia; aplicar el factor de ganancia a las componentes puestas en una de las clases para modificar las magnitudes de algunas de las componentes en el bloque de señales de subbanda; cuantificar las componentes en el bloque de subbandas; y ensamblar en una señal codificada la información de control que conduce la clasificación de las componentes y los símbolos de longitud no uniforme que representan las componentes de la señal de subbanda cuantificadas.
Description
Empleo de cuantificación de ganancia adaptable y
longitudes no uniformes de símbolos para codificación de audio.
El presente invento se refiere en general a
señales de codificación y descodificación. El presente invento puede
usarse ventajosamente para codificación y descodificación en banda
partida, en que las señales de subbanda de frecuencia son
codificadas por separado. El presente invento es particularmente
útil en sistemas de codificación de audio perceptual.
Existe un interés continuado en codificar señales
de audio digitales en una forma que impone bajos requisitos de
capacidad de información en los canales de transmisión y en los
medios de almacenamiento, y que sin embargo puede conducir las
señales de audio codificadas con un alto nivel de calidad subjetiva.
Los sistemas de codificación perceptual tratan de conseguir estos
objetivos contradictorios usando para ello un proceso por el que se
codifican y cuantifican las señales de audio de manera que se hace
uso de mayores componentes espectrales dentro de la señal de audio
para enmascarar o hacer inaudible el ruido de cuantificación
resultante. En general, es ventajoso controlar la forma y la
amplitud del espectro del ruido de cuantificación de modo que el
mismo esté justamente por debajo del umbral de enmascaramiento
psicoacústico de la señal a ser codificada.
Un proceso de codificación perceptual puede
llevarse a cabo mediante un denominado codificador de banda partida,
que aplica un banco de filtros de análisis a la señal de audio para
obtener señales de subbanda que tienen anchuras de banda que son
conmensurables con las bandas críticas del sistema auditivo humano,
estima el umbral de enmascaramiento de la señal de audio aplicando
para ello un modelo perceptual a las señales de subbanda o a alguna
otra medida del contenido espectral de la señal de audio, establece
tamaños del paso de cuantificación para cuantificar las señales de
subbanda que son justo lo suficientemente pequeños como para que el
ruido de cuantificación resultante esté justo por debajo del umbral
de enmascaramiento estimado de la señal de audio, cuantifica las
señales de subbanda de acuerdo con los tamaños del paso de
cuantificación establecidos, y ensambla en una señal codificada una
pluralidad de símbolos que representan las señales de subbanda
cuantificadas. Un proceso de descodificación perceptual
complementario puede ser efectuado mediante un descodificador de
banda partida que extrae los símbolos de la señal codificada y
recupera de la misma las señales de subbanda cuantificadas, obtiene
una representación descuantificada de las señales de subbanda
cuantificadas, y aplica un banco de filtros de síntesis a las
representaciones descuantificadas para generar una señal de audio
que es, idealmente, indiferenciable perceptualmente de la señal de
audio original.
En los procesos de codificación en estos sistemas
de codificación se suele usar un símbolo de longitud uniforme para
representar los elementos o componentes de la señal cuantificados en
cada señal de subbanda. Desafortunadamente, el uso de símbolos de
longitud uniforme impone una capacidad de información mayor de la
que es necesaria. La capacidad de información requerida puede
reducirse usando para ello símbolos de longitud no uniforme para
representar las componentes cuantificadas en cada señal de
subbanda.
Una técnica para proporcionar símbolos de
longitud no uniforme para codificar señales de subbanda se ha
descrito en la Patente de EE.UU. Nº 5.924.064. De acuerdo con esta
técnica, se usa la potencia calculada de cada señal de subbanda para
categorizar la señal de subbanda, lo cual determina un tamaño del
paso de cuantificación respectivo y una tabla de codificación de
entropía para la codificación de Huffman de las componentes de la
señal de subbanda cuantificadas. Típicamente, las tablas de códigos
de Huffman se han diseñado usando "señales de entrenamiento"
que han sido seleccionadas para representar las señales a ser
codificadas en aplicaciones reales. La codificación de Huffman puede
proporcionar muy buena ganancia de codificación si la función de
densidad de probabilidad (PDF) media de las señales de entrenamiento
está razonablemente próxima a la PDF de la señal real a ser
codificada, y si la PDF no es plana.
Si la PDF de la señal real a ser codificada no
está próxima a la PDF media de las señales de entrenamiento, la
codificación de Huffman no realizará una ganancia de la
codificación, sino que puede incurrir en una falta de codificación,
aumentando los requisitos de capacidad de información de la señal
codificada. Este problema puede reducirse al mínimo usando para ello
múltiples libros de código correspondientes a las diferentes señales
de PDF; sin embargo, se requiere un espacio adicional de
almacenamiento para almacenar los libros de código y se requiere un
procesado adicional para codificar la señal de acuerdo con cada
libro de código y escoger luego la que proporcione los mejores
resultados.
Subsiste la necesidad de una técnica de
codificación que pueda representar bloques de componentes de señal
de subbanda cuantificadas usando símbolos de longitud no uniforme
dentro de cada subbanda, es decir, que no dependa de ninguna PDF
particular de los valores de las componentes, y que pueda ser
llevada a cabo eficazmente usando un mínimo de recursos de cálculo y
de memoria.
Un objeto del presente invento es el de
proporcionar las ventajas que pueden obtenerse mediante el uso de
símbolos de longitud no uniforme para representar componentes de
señal cuantificadas, tales como componentes de señal de subbanda
dentro de una subbanda de frecuencia respectiva en un sistema de
codificación de banda partida.
El presente invento consigue este objetivo usando
una técnica que no depende de ningún PDF particular de valores de
las componentes para conseguir una buena ganancia de codificación y
que puede ser puesta en práctica eficazmente usando un mínimo de
recursos de cálculo y de memoria. En algunas aplicaciones, los
sistemas de codificación pueden usar ventajosamente características
del presente invento, conjuntamente con otras técnicas, como la de
codificación de Huffman.
De acuerdo con los principios según un aspecto
del presente invento, un método para codificar una señal de entrada
comprende recibir la señal de entrada y generar un bloque de señales
de subbanda de componentes de señal de subbanda que representan una
subbanda de frecuencia de la señal de entrada; comparar las
magnitudes de las componentes del bloque de la señal de subbanda con
un umbral, poner cada componente en una de entre dos o más clases de
acuerdo con la magnitud de la componente, y obtener un factor de
ganancia; aplicar el factor de ganancia a las componentes situadas
en una de las clases para modificar las magnitudes de algunas de las
componentes en el bloque de señales de subbanda, cuantificar las
componentes en el bloque de señales de subbanda; y ensamblar en una
señal codificada la información de control que conduce a la
clasificación de las componentes y símbolos de longitud no uniforme
que representan las componentes de la señal de subbanda
cuantificadas.
De acuerdo con los principios según otro aspecto
del presente invento, un método para descodificar una señal
codificada comprende recibir la señal codificada y obtener de ella
información de control y símbolos de longitud no uniforme, y obtener
de los símbolos de longitud no uniforme componentes de señal de
subbanda cuantificadas que representan una subbanda de frecuencia de
una señal de entrada; descuantificar las componentes de la señal de
subbanda para obtener componentes descuantificadas de la señal de
subbanda; aplicar un factor de ganancia para modificar magnitudes de
algunos de los componentes descuantificados, de acuerdo con la
información de control; y generar una señal de salida en respuesta a
las componentes descuantificadas de la señal de subbanda.
Estos métodos pueden ser incorporados en un medio
como un programa de instrucciones que puede ser ejecutado por un
dispositivo para pone en práctica el presente invento.
De acuerdo con los principios según otro aspecto
de presente invento, un aparato para calificar una señal de entrada
comprende un filtro de análisis que tiene una entrada que recibe la
señal de entrada y que tiene una salida a través de la cual se
proporciona un bloque de señales de subbanda de componentes de señal
de subbanda que representan una subbanda de frecuencia de la señal
de entrada; un analizador del bloque de señales de subbanda acoplado
al filtro de análisis, que compara magnitudes de las componentes en
el bloque de señales de subbanda con un umbral, pone a cada
componente en una de entre dos o más clases, de acuerdo con la
magnitud de la componente, y obtiene un factor de ganancia; un
procesador de componentes de señal de subbanda acoplado al
analizador del bloque de señales de subbanda que aplica el factor de
ganancia a las componentes puestas en una de las clases para
modificar las magnitudes de algunas de las componentes en el bloque
de señales de subbanda; un primer cuantificador acoplado al
procesador de señales de subbanda que cuantifica las componentes del
bloque de señales de subbanda que tienen las magnitudes modificadas
de acuerdo con el factor de ganancia; y un formateador acoplado al
primer cuantificador que ensambla símbolos de longitud no uniforme
que representan las componentes de la señal de subbanda
cuantificadas e información de control que conduce a la
clasificación de las componentes en una señal codificada.
De acuerdo con los principios según todavía otro
aspecto del presente invento, en un aparato para descodificar una
señal codificada, el aparato comprende un desformateador que recibe
la señal codificada y obtiene de la misma información de control y
símbolos de longitud no uniforme, y obtiene de los símbolos de
longitud no uniforme componentes de la señal de subbanda
cuantificadas; un primer descuantificador acoplado al
desformateador, que descuantifica algunas de las componentes de la
señal de subbanda en el bloque, de acuerdo con la información de
control, para obtener primeras componentes descuantificadas; un
procesador de bloque de señales de subbanda acoplado al primer
descuantificador, que aplica un factor de ganancia para modificar
las magnitudes de algunas de las primeras componentes
descuantificadas en el bloque de señales de subbanda, de acuerdo con
la información de control; y un filtro de síntesis que tiene una
entrada acoplada al procesador de las señales de subbanda y que
tiene una salida a través de la cual se proporciona una señal de
salida.
De acuerdo con los principios según todavía otro
aspecto del presente invento, un medio conduce (1) símbolos de
longitud no uniforme que representan componentes de señal de
subbanda cuantificadas, en que las componentes de la señal de
subbanda cuantificadas corresponden a elementos de un bloque de
señales de subbanda que representa una subbanda de frecuencia de una
señal de audio; (2) información de control, que indica una
clasificación de las componentes de la señal de subbanda
cuantificadas, de acuerdo con las magnitudes de los correspondientes
elementos del bloque de señales de subbanda; y (3) una indicación de
un factor de ganancia que pertenece a magnitudes de las componentes
de la señal de subbanda cuantificadas, de acuerdo con la información
de control.
Las diversas características del presente invento
y sus realizaciones preferidas podrán comprenderse mejor si se hace
referencia al estudio que sigue y a los dibujos que se acompañan, en
los cuales los números de referencia que son iguales hacen
referencia a los mismos elementos en las varias figuras. El
contenido del estudio que sigue, y los dibujos, se exponen
únicamente como ejemplos, y no debe entenderse que representen
limitaciones en cuanto al alcance del presente invento.
La Fig. 1 es un diagrama bloque de un codificador
de onda partida que incorpora cuantificación adaptable por la
ganancia.
La Fig. 2 es un diagrama bloque de un
descodificador de onda partida que incorpora descuantificación
adaptable por la ganancia.
La Fig. 3 es un organigrama en el que se ilustran
los pasos de un proceso de asignación de bits reiterativo.
Las Figs. 4 y 5 son ilustraciones gráficas de
bloques hipotéticos de componentes de señales de subbanda y de los
efectos de aplicar la ganancia a las componentes.
La Fig. 6 es un diagrama bloque de etapas de
ganancia en cascada, para cuantificación adaptable por la
ganancia.
Las Figs. 7 y 8 son ilustraciones gráficas de
funciones de cuantificación.
Las Figs. 9A a 9C ilustran cómo se puede realizar
una función de cuantificación de intervalo partido usando una
transformación de planificación.
Las Figs. 10 a 12 son ilustraciones gráficas de
funciones de cuantificación.
La Fig. 13 es un diagrama bloque de un aparato
que puede usarse para poner en práctica varios aspectos del presente
invento.
El presente invento está orientado hacia la
mejora del rendimiento de la representación de información
cuantificada, tal como de información de audio, y encuentra
aplicación ventajosa en los sistemas de codificación que usan
codificadores de banda partida y descodificadores de banda partida.
En las Figs. 1 y 2 se han ilustrado, respectivamente, realizaciones
de un codificador de banda partida y de un descodificador de banda
partida que incorporan varios aspectos del presente invento.
En la Fig. 1, el banco de filtros de análisis 12
recibe una señal de entrada por el camino 11, divide la señal de
entrada en señales de subbanda que representan subbandas de
frecuencia de la señal de entrada, y pasa las señales de subbanda a
lo largo de los caminos 13 y 23. Para claridad de la ilustración,
las realizaciones representadas en las Figs. 1 y 2 ilustran
componentes para solamente dos subbandas; no obstante, es corriente
que un codificador y un descodificador de banda partida en un
sistema de codificación perceptual procesen muchas más subbandas que
tengan anchuras de banda que sean conmensurables con las anchuras de
banda críticas del sistema auditivo humano.
El banco de filtros de análisis 12 puede ser
realizado en una gran diversidad de modos, incluidos los de filtros
de polifase, filtros de malla, filtros de espejo de cuadratura
(QMF), varias transformaciones de bloque de dominio de tiempo a
dominio de frecuencia, incluyendo transformaciones del tipo se serie
de Fourier, transformaciones de bancos de filtros modulados según la
función coseno y transformaciones de pequeñas ondas. En
realizaciones preferidas, el banco de filtros se realiza por
ponderación o modulación de bloques solapados de muestras de audio
digitales con una función de ventana de análisis y aplicando una
Transformación de Función Coseno Discreta Modificada (MDCT)
particular a los bloques de ventana-ponderados. Esta
MDCT se denomina transformación de Cancelación de la "Aliasing"
en el Dominio del Tiempo (TDAC) (Aliasing = Aspecto serrado de las
diagonales al imprimir o en el monitor de vídeo) y se ha descrito
por Princen, Johnson y Bradley en "Subband/Transform Coding Using
Filter Bank Designs Based on Time Domain Aliasing Cancellation"
(Codificación de Subbanda/Transformación Usando Diseños de Banco de
Filtros Basados en Cancelación de "Aliasing" en el Dominio del
Tiempo), Proc. Inc. Conf. Acoust. Speech and Signal Proc.
mayo 1987, págs. 2161-2164. Aunque la elección de la
forma de la realización puede tener un profundo efecto en las
actuaciones del sistema de codificación, ninguna realización
particular del banco de filtros de análisis es importante en cuanto
a su concepto para el presente invento.
Las señales de subbanda pasadas a lo largo de los
caminos 13 y 23 comprenden, cada una, componentes de señal de
subbanda que están dispuestas en bloques. En una realización
preferida, cada bloque de señales de subbanda está representado en
una forma de bloque escalado, en la cual las componentes están
escaladas con respecto a un factor de escala. Puede usarse, por
ejemplo, una forma de bloque en coma flotante (BFF).
Si se realiza el banco de filtros de análisis 12
en una forma de bloque, por ejemplo, se generan señales de subbanda
aplicando para ello la transformación a un bloque de muestras de
señales de entrada para generar un bloque de coeficientes de
transformación, y agrupando después uno o más coeficientes de
transformación adyacentes, para formar los bloques de señales de
subbanda. Si se realiza el banco de filtros de análisis 12 mediante
otro tipo de filtro digital, tal como un QMF, por ejemplo, se
generan las señales de subbanda aplicando para ello el filtro a una
secuencia de muestras de señales de entrada para generar una
secuencia de muestras de señales de subbanda para cada subbanda de
frecuencia y agrupando luego las muestras de señales de subbanda en
bloques. Las componentes de las señales de subbanda para estos dos
ejemplos son coeficientes de transformación y muestras de señales de
subbanda, respectivamente.
En una realización preferida de un sistema de
codificación perceptual, el codificador usa un modelo perceptual
para establecer un tamaño del paso de cuantificación respectivo para
cuantificar cada señal de subbanda. En la Fig. 3 se ha ilustrado un
método en el que se usa un modelo perceptual para asignar bits por
adaptación. De acuerdo con este método, en el paso 51 se aplica un
modelo perceptual a información que representa características de la
señal de entrada para establecer un espectro de ruido de
cuantificación deseado. En muchas realizaciones, los niveles de
ruido en este espectro corresponden al umbral de enmascaramiento
psicoacústico estimado de la señal de entrada. En el paso 52 se
establecen los tamaños del paso de cuantificación de los pasos de
cuantificación propuestos para cuantificar las componentes de los
bloques de las señales de subbanda. En el paso 53 se determinan las
asignaciones de bits que se requieren para obtener los tamaños del
paso de cuantificación propuestos para todas las componentes de
señales de subbanda. Preferiblemente, se deja un margen para tener
en cuanta los efectos de extensión del ruido del banco de filtros de
síntesis en el descodificador de banda partida a ser usado para
descodificar la señal codificada. En la Patente de EE.UU. Nº
5.623.577 y en la Solicitud de Patente de EE.UU. Nº de Serie
09/289.865 de Ubale, y otros, titulada "Quantization in Perceptual
Audio Coders with Compensation for Synthesis Filter Noise
Spreading" ("Cuantificación en Codificadores de Audio
Perceptuales con Compensación de la Extensión del Ruido del Filtro
de Síntesis", presentada con fecha 12 de abril de 1999. que
quedan aquí ambas incorporadas por sus referencias, se han descrito
varios métodos para determinar tal
margen.
margen.
En al paso 54 se determina si el total de las
asignaciones requeridas difiere significativamente del número total
de bits de que se dispone para cuantificación. Si la asignación
total es demasiado alta, en el paso 55 se aumentan los tamaños del
paso de cuantificación propuestos. Si la asignación total es
demasiado baja, en el paso 55 se disminuyen los tamaños del paso de
cuantificación propuestos. El proceso retorna al paso 53 y reitera
este proceso hasta que en el paso 54 determine que la asignación
total requerida para obtener los tamaños del paso de cuantificación
propuestos está suficientemente próxima al número total de bits
disponibles. A continuación, en el paso 56 se cuantifican las
componentes de las señales de subbanda de acuerdo con los tamaños
del paso de cuantificación esta-
blecidos.
blecidos.
Se puede incorporar la cuantificación adaptable
por la ganancia en el método descrito en lo que antecede incluyendo
para ello varios aspectos del presente invento en el paso 53, por
ejemplo. Aunque el método descrito en lo que antecede es típico de
muchos sistemas de codificación perceptual, el mismo es tan solo un
ejemplo de un proceso de codificación que puede incorporar el
presente invento. Se puede usar el presente invento en sistemas de
codificación en los que se usen esencialmente cualesquiera criterios
subjetivos y/o objetivos para establecer el tamaño del paso para
cuantificar las componentes de la señal. Para facilitar su estudio,
se han usado aquí realizaciones simplificadas para explicar varios
aspectos del presente invento.
El bloque de señales de subbanda para una
subbanda de frecuencia es hecho pasar a lo largo del camino 13 al
analizador 14 de señales de subbanda, el cual compara la magnitud de
las componentes de las señales de subbanda de cada bloque con un
umbral, y pone a cada componente en una de entre dos clases, de
acuerdo con la magnitud de la componente. La información de control
que conduce la clasificación de los componentes es hecha pasar al
formateador 19. En una realización preferida, las componentes que
son de una magnitud igual o menor que el umbral son puestas en una
primera clase. El analizador 14 de señales de subbanda obtiene
también un factor de ganancia para uso posterior. Como se explicará
en lo que sigue, preferiblemente el valor del factor de ganancia
está relacionado de alguna manera con el nivel del umbral. Por
ejemplo, el umbral puede ser expresado como una función de solamente
el factor de ganancia. Alternativamente, se puede expresar el umbral
como una función del factor de ganancia y por otras
consideraciones.
Las componentes de la señal de subbanda que son
puestas en la primera clase son pasadas al elemento de ganancia 15,
el cual aplica el factor de ganancia obtenido por el analizador 14
de señales de subbanda a cada componente de la primera clase, y las
componentes modificadas por la ganancia son luego pasadas al
cuantificador 17. El cuantificador 17 cuantifica las componentes
modificadas por la ganancia de acuerdo con un primer tamaño del paso
de cuantificación y pasa las componentes cuantificadas resultantes
al formateador 19. En una realización preferida, el primer tamaño
del paso de cuantificación se establece de acuerdo con un modelo
perceptual y de acuerdo con el valor del umbral usado por el
analizador 14 de señales de subbanda.
Las componentes de la señal de subbanda que no
son puestas en la primera clase son pasadas a lo largo del camino 16
al cuantificador 18, el cual cuantifica esas componentes de acuerdo
con un segundo tamaño del paso de cuantificación. El segundo tamaño
del paso de cuantificación puede ser igual al primer tamaño del paso
de cuantificación; sin embargo, en una realización preferida, el
segundo tamaño del paso de cuantificación es menor que el primer
tamaño del paso de cuantificación.
El bloque de señales de subbanda para la segunda
subbanda de frecuencia es hecho pasar a lo largo del camino 23 y es
procesado por el analizador 24 de señales de subbanda, el elemento
de ganancia 25, y los cuantificadores 27 y 28, de la misma manera
que se describió en lo que antecede para la primera subbanda de
frecuencia. En una realización preferida, el umbral usado para cada
subbanda de frecuencia es adaptable e independiente del umbral usado
para otras subbandas de frecuencia.
El formateador 19 ensambla la información de
control que conduce la clasificación de las componentes y los
símbolos de longitud no uniforme que representan las componentes de
señal de subbanda cuantificadas en una señal codificada, y pasa la
señal codificada a lo largo del camino 20 para que sea conducida por
medios de transmisión que incluyen caminos de comunicación de banda
de base o modulada a través del espectro que incluye desde las
frecuencias supersónicas a las ultravioleta, o bien por medios de
almacenamiento que incluyen cinta magnética, disco magnético y disco
óptico, que conducen información usando una tecnología de registro
magnético o de registro
óptico.
óptico.
Los símbolos usados para representar las
componentes cuantificadas pueden ser idénticos a los valores
cuantificados, o bien pueden ser de algún tipo de código derivado de
los valores cuantificados. Por ejemplo, los símbolos pueden ser
obtenidos directamente de un cuantificador, o bien pueden ser
obtenidos por algún proceso tal como el de codificación de Huffman
de los valores cuantificados. Los propios valores cuantificados
pueden ser fácilmente usados como los símbolos de longitud no
uniforme, debido a que se pueden asignar números de bits no
uniformes a las componentes de la señal de subbanda cuantificadas en
una subbanda.
En la Fig. 2, el desformatedor 32 recibe una
señal codificada por el camino 31 y obtiene de la misma símbolos que
representan componentes de la señal de subbanda cuantificadas e
información de control que conduce la clasificación de las
componentes. Se pueden aplicar procesos de descodificación en la
medida en que sea necesario para deducir las componentes
cuantificadas de los símbolos. En una realización preferida, se
ponen las componentes modificadas por la ganancia en una primera
clase. El desformateador 32 obtiene también cualquier información
que pueda ser necesaria, mediante cualesquiera modelos perceptuales
o procesos de asignación de bits, por ejemplo.
El descuantificador 33 recibe las componentes
para un bloque de señales de subbanda que son puestas en la primera
clase, las descuantifica de acuerdo con un primer tamaño del paso de
cuantificación, y pasa el resultado al elemento de ganancia 35. En
una realización preferida, el primer tamaño del paso de
cuantificación se establece de acuerdo con un modelo perceptual y de
acuerdo con un umbral que se usó para clasificar las componentes de
la señal de sub-
banda.
banda.
El elemento de ganancia 35 aplica un factor de
ganancia a las componentes descuantificadas recibidas del
descuantificador 33, y pasa las componentes modificadas por la
ganancia a la fusión 37. El funcionamiento del elemento de ganancia
35 invierte las modificaciones por la ganancia proporcionadas por el
elemento de ganancia 15 en el codificador compañero. Como se ha
explicado en lo que antecede, preferiblemente este factor de
ganancia está asociado al umbral que se usó para clasificar las
componentes de la señal de subbanda.
Las componentes de la señal de subbanda que no
están puestas en la primera clase son pasadas al descuantificador
34, el cual descuantifica esas componentes de acuerdo con un segundo
tamaño del paso de cuantificación, y pasa el resultado a la fusión
37. El segundo tamaño del paso de cuantificación puede ser igual al
primer tamaño del paso de cuantificación; no obstante, en una
realización preferida, el segundo tamaño del paso de cuantificación
es más pequeño que el primer tamaño del paso de cuantificación.
En la fusión 37 se forma un bloque de señales de
subbanda fundiendo para ello las componentes descuantificadas
modificadas por la ganancia recibidas del elemento de ganancia 35
con las componentes descuantificadas recibidas del descuantificador
36, y pasa el bloque de señales de subbanda resultante a lo largo
del camino 38, al banco de filtros de síntesis 39.
Las componentes cuantificadas en el bloque de
señales de subbanda para la segunda subbanda de frecuencia son
procesadas por descuantificadores 43 y 44, el elemento de ganancia
45, y la fusión 47, de la misma manera que se describió en lo que
antecede para la primera subbanda de frecuencia, y pasa el bloque de
señales de subbanda resultante a lo largo del camino 48, al banco de
filtros de síntesis 39.
El banco de filtros de síntesis 39 puede
realizarse en una gran diversidad de formas, que con complementarias
a las formas antes consideradas para realizar el banco de filtros de
análisis 12. Se genera una señal de salida a lo largo del camino 40
en respuesta a los bloques de componentes de señal de subbanda
recibidas por los caminos 38 y 48.
Los efectos de la cuantificación adaptable por la
ganancia pueden apreciarse haciendo para ello referencia a la Fig.
4, en la que se han ilustrado los bloques hipotéticos 111, 112 y 113
de componentes de la señal de subbanda. En el ejemplo ilustrado,
cada bloque de señal de subbanda comprende ocho componentes
numerados del 1 al 8. Cada componente está representada por una
línea vertical, y la magnitud de cada componente está representada
por la altura de la respectiva línea. Por ejemplo, la componente 1
en el bloque 111 tiene una magnitud ligeramente mayor que el valor
0,25, como se ha ilustrado en el eje de ordenadas en el gráfico.
La línea 102 representa un umbral al nivel 0,50.
Cada componente del bloque 111 puede ponerse en una de entre dos
clases, comparando para ello las magnitudes de las respectivas
componentes con el umbral. Las componentes que tienen una magnitud
igual o menor que el umbral se ponen en una primera clase. Las
restantes componentes se ponen en una segunda clase.
Alternativamente, se pueden obtener resultados ligeramente
diferentes si se clasifican las componentes poniendo para ello en la
primera clase aquellas componentes que tengan una magnitud
estrictamente menor que el umbral. Para facilitar el análisis, las
comparaciones con el umbral hechas de acuerdo con el primer ejemplo
se asumirán y se mencionarán aquí más en particular.
Las componentes en el bloque 112 se obtienen
aplicando para ello un factor de ganancia de dos a cada componente
del bloque 111 que se ponga en la primera clase. Por ejemplo, la
magnitud de la componente 1 en el bloque 112, la cual es ligeramente
mayor que 0,500, se obtiene multiplicando para ello la magnitud de
la componente 1 en el bloque 111 por un factor de ganancia igual a
dos. A la inversa, la magnitud de la componente 2 en el bloque 112
es igual a la magnitud de la componente 2 en el bloque 111, debido a
que esa componente fue puesta en la segunda clase y no es modificada
por el factor de ganancia.
La línea 104 representa un umbral al nivel 0,25.
Cada componente en el bloque 111 puede ser puesta en una de entre
dos clases, comparando para ello las magnitudes de las respectivas
componentes con ese umbral y poniendo las componentes que tengan una
magnitud igual o menor que el umbral en una primera clase. Las
restantes componentes se ponen en una segunda clase.
Las componentes en el bloque 113 se obtienen
aplicando un factor de ganancia de cuatro a cada componente en el
bloque 111 que hay sido puesta en la primera clase. Por ejemplo, la
magnitud de la componente 3 en el bloque 113, que es de
aproximadamente 0,44, se obtiene multiplicando la magnitud de la
componente 3 del bloque 111, que es de aproximadamente 0,11, por un
factor de ganancia igual a cuatro. A la inversa, la magnitud de la
componente 1 en el bloque 113 es igual a la magnitud de la
componente 1 en el bloque 111, debido a que esta componente fue
puesta en la segunda clase y no es modificada por el factor de
ganancia.
El umbral puede expresarse como función de
solamente el factor de ganancia. Como se ha ilustrado mediante estos
dos ejemplos, el umbral puede expresarse como
(1)Th =
1/G
donde
Th = el valor umbral; y
G = factor de ganancia.
Desafortunadamente, un umbral obtenido mediante
la expresión (1) puede ser demasiado grande, debido a que una
componente de la señal de subbanda que tenga una magnitud que sea
ligeramente menor que el umbral Th, cuando sea modificada por
el factor de ganancia G, puede sobrecargar al cuantificador.
Se dice que un valor sobrecarga a un
cuantificador si el error de cuantificación de ese valor excede de
la mitad del tamaño del paso de cuantificación. Para cuantificadores
simétricos que tengan un tamaño del paso de cuantificación uniforme
que cuantifique valores dentro de un margen desde aproximadamente -1
hasta +1, la región de cantidades positivas que sobrecargan al
cuantificador puede expresarse como
(2a)Q_{OL} > Q_{MAX} +
\frac{\Delta
Q}{2}
y la región de valores negativos que sobrecarga
al cuantificador puede expresarse
como
(2b)Q_{OL} <- Q_{MAX} -
\frac{\Delta
Q}{2}
donde
Q_{OL}= un valor que sobrecarga al
cuantificador;
Q_{MAX}= valor cuantificado positivo máximo;
y
\DeltaQ = tamaño del paso de
cuantificación.
Para un cuantificador con signo de media huella
simétrico de b bits que tenga un tamaño del paso de
cuantificación uniforme, que cuantifique valores dentro de un margen
desde aproximadamente -1 a +1, el valor cuantificado positivo máximo
Q_{MAX} es igual a 1-2^{1-b}, el
tamaño del paso de cuantificación \DeltaQ es igual a
2^{1-b}, y la mitad del tamaño del paso de
cuantificación es igual a 2^{-b}. La expresión (2a) para valores
de sobrecarga positivos puede escribirse también como
(3a)Q_{OL} > 1 -
2^{1-b} + 2^{-b} = 1 -
2^{-b}
y la expresión (2b) para valores negativos de la
sobrecarga puede escribirse también
como
(3b)Q_{OL} <
-(1-2^{1-b}) - 2^{-b} = -1 +
2^{-b}
La línea 100 en la Fig. 4 representa el límite de
los valores positivos de la sobrecarga para un cuantificador con
signo de media huella simétrico de 3 bits. El margen negativo de
este cuantificador no se ha representado. El valor cuantificado
positivo máximo para este cuantificador es de 0,75 =
(1-2^{1-3*}) y la mitad del tamaño
del paso de cuantificación es 0,125 = 2^{-3}; por lo tanto, el
límite para los valores positivos de la sobrecarga para este
cuantificador es de 0,875 = (1 - 2^{-3}). El límite para los
valores negativos de la sobrecarga es de -0,875.
La componente 5 en el bloque 111 tiene una
magnitud que es ligeramente menor que el umbral del valor 0,500.
Cuando se aplica a esta componente un factor de ganancia igual a
dos, la magnitud resultante excede del límite de sobrecarga del
cuantificador. Un problema similar se planta para la componente 6
cuando se usa un umbral igual a 0,250, con un factor de ganancia
igual a 4.
Un valor umbral para cantidades positivas que
evite la sobrecarga y planifique de modo óptimo el dominio de los
valores de las componentes positivas en la primera clase en el
margen positivo de un cuantificador puede expresarse como
(4a)Th=\frac{Q_{OL}}{G}
El umbral para las cantidades negativas puede
expresarse como
(4b)Th-\frac{Q_{OL}}{G}
En todo lo que queda de este estudio, solamente
se considerará el umbral positivo. Con esta simplificación no se
pierde ninguna generalidad, debido a que aquellas operaciones en que
se comparan magnitudes de componentes con un umbral positivo son
equivalentes a otras operaciones en que se comparen amplitudes de
componentes con umbrales positivos y negativos.
Para el cuantificador con signo de media huella,
simétrico, de b bits descrito en lo que antecede, la función
umbral de la expresión (4a) puede escribirse también como
(5)Th=\frac{1-2^{-b}}{G}
Los efectos de la cuantificación adaptable por la
ganancia usando ese umbral alternativo se han ilustrado en la Fig.
5, en la cual se han ilustrado los bloques hipotéticos 121, 122, 123
y 124 de las componentes de la señal de subbanda. En el ejemplo
ilustrado, cada bloque de señales de subbanda comprende ocho
componentes numeradas del 1 al 8, cuyas magnitudes están
representadas por las longitudes de las respectivas líneas
verticales. Las líneas 102 y 104 representan los umbrales para un
cuantificador con signo de media huella simétrico de 3 bits para
factores de ganancia iguales a 2 y 4, respectivamente. La línea 100
representa el límite de los valores positivos de sobrecarga para
este cuantificador.
Las componentes del bloque 122 de señales de
subbanda pueden obtenerse comparando las magnitudes de las
componentes del bloque 121 con el umbral 102 y aplicando una
ganancia de G = 2 a las componentes que tengan magnitudes iguales o
menores que el umbral. Análogamente, las componentes del bloque 123
de señales de subbanda pueden obtenerse comparando las magnitudes de
las componentes del bloque 121 con el umbral 104 y aplicando una
ganancia de G = 4 a las componentes que tengan magnitudes iguales o
menores que ese umbral. Las componentes del bloque 124 de señales de
subbanda pueden obtenerse usando una técnica de cascada, que se
describe en lo que sigue. A diferencia de los ejemplos ilustrados en
la Fig. 4 para el primer umbral considerado en lo que antecede,
ninguna de las componentes modificadas por la ganancia representadas
en la Fig. 5 excede del límite de sobrecarga del cuantificador.
Por una parte, el umbral alternativo de acuerdo
con la expresión (5) es deseable, debido a que el mismo evita la
sobrecarga del cuantificador para componentes de pequeña magnitud de
la primera clase y carga de modo óptimo el cuantificador. Por otra
parte, este umbral puede no ser deseable en algunas realizaciones,
en las que se busque un tamaño del paso de cuantificación óptimo,
debido a que el umbral no puede ser determinado hasta que se haya
establecido el tamaño del paso de cuantificación. En realizaciones
en las que se adapte el tamaño del paso de cuantificación mediante
la asignación de bits, no se puede establecer el tamaño del paso de
cuantificación hasta que sea conocida la asignación de bits b
para un bloque de señales de subbanda respectivo. Esta desventaja se
explica con más detalle en lo que sigue.
Preferiblemente, el tamaño del paso de
cuantificación de los cuantificadores usados para cuantificar
componentes de un bloque de señales de subbanda es adaptado en
respuesta al factor de ganancia para ese bloque. En una realización
en la que se usa un proceso similar al considerado en lo que
antecede e ilustrado en la Fig. 3, se signa un número de bits
b a cada componente dentro de un bloque de señales de
subbanda, y luego se adaptan el tamaño del paso de cuantificación, y
posiblemente la asignación de bits, para cada componente, de acuerdo
con el factor de ganancia seleccionado para ese bloque. Para esta
realización, el factor de ganancia se selecciona de entre cuatro
posibles valores que representan ganancias de 1, 2, 4 y 8. Las
componentes dentro de ese bloque se cuantifican usando un
cuantificador con signo de media huella simétrico.
A las componentes de magnitudes mayores que no
estén clasificadas en la primera clase y que no hayan sido
modificadas por la ganancia se les asigna el mismo número b
de bits que el que se habría asignado sin el beneficio del presente
invento. En una realización alternativa, en la que se usa una
función de cuantificación de intervalo partido considerada en lo que
sigue, la asignación de bits para esas componentes de magnitudes
mayores puede reducirse en lo correspondiente a algunos factores de
ganancia.
A las componentes de magnitudes menores que se
hayan clasificado en la primera clase y que sean modificadas por la
ganancia se les asigna un número de bits de acuerdo con los valores
representados en la Tabla I.
| Ganancia | Asignación |
| 1 | b |
| 2 | b-1 |
| 3 | b-2 |
| 4 | b-3 |
Un factor de ganancia igual a 1 para un bloque de
señales de subbanda particular indica que la característica de
modificación por la ganancia del presente invento no es aplicada a
ese bloque; por lo tanto, se asigna a cada componente el mismo
número b de bits que el que se asignaría sin el beneficio del
presente invento. El uso del factor de ganancia G = 2, 4 y 8 para un
bloque de señales de subbanda particular puede proporcionar
potencialmente el beneficio de una asignación reducida de 1, 2, y 3
bits, respectivamente, para cada componente de magnitud más pequeña
en el bloque de subbandas.
Las asignaciones ilustradas en la Tabla I están
sujetas a la limitación de que el número de bits asignados cada
componente no puede ser menor que uno. Por ejemplo, si el proceso de
asignación de bits asignase b = 3 bits a las componentes de
un bloque de señales de subbanda particular, y se seleccionase un
factor de ganancia G = 8 para ese bloque, la asignación de bits para
las componentes de magnitud más pequeña se reduciría a un bit, en
vez de a cero bits, como sugiere la Tabla I. El efecto que se
pretende con la modificación de la ganancia y el ajuste de la
asignación de bits es el de conservar esencialmente la misma
relación de señal a ruido de cuantificación usando un menor número
de bits. Si se desea, en una realización se puede evitar la
selección de cualquier factor de ganancia que no reduzca el número
de bits asignados.
Como se ha explicado en lo que antecede, el
analizador 14 de señales de subbanda proporciona información de
control al formateador 19 para ensamblaje en la señal codificada.
Esa información de control conduce la clasificación para cada
componente de un bloque de señales de subbanda. Esta información de
control puede ser incluida en la señal codificada en una diversidad
de formas.
Una forma de incluir la información de control es
la de meter dentro de la señal codificada una cadena de bits para
cada bloque de señales de subbanda, en la cual corresponda un bit a
cada componente del bloque. Un bit establecido en un valor, en el
valor 1, por ejemplo, indicaría que la correspondiente componente no
es una componente modificada por la ganancia, y un bit establecido
en el otro valor, el cual es el valor 0 en este ejemplo, indicaría
que la componente correspondiente es una componente modificada por
la ganancia. Otra forma de incluir la información de control es la
de meter un "código de escape" especial en la señal codificada
inmediatamente antes de cada componente que sea modificada por la
ganancia, o bien, alternativamente, que no sea modificada por la
ganancia.
En la realización preferida antes considerada, en
la que se usa un cuantificador con signo de media huella simétrico,
cada componente de magnitud mayor que no esté modificada por la
ganancia va precedida de un código de escape que es igual a un valor
de cuantificación no usado. Por ejemplo, los valores de
cuantificación para un cuantificador con signo de complemento a dos
de 3 bits varía desde un mínimo de -0,750, representado por la
cadena binaria b'101 de 3 bits, hasta un máximo de +0,75
representado por la cadena binaria b'011. La cadena binaria b'100,
la cual corresponde a -1.000, no se usa para cuantificación y está
disponible para uso como información de control. Análogamente, la
cadena binaria no usada para un cuantificador con signo de
complemento a dos de 4 bits es b'1000.
Con referencia al bloque 121 de señales de
subbanda de la Fig. 5, las componentes 4 y 5 son componentes de
magnitud grande que excede del umbral 102. Si se usa este umbral
conjuntamente con un factor de ganancia G = 2, la asignación de bits
para todas las componentes de magnitud pequeña puestas en la primera
clase es b-1, como se ha ilustrado en lo que
antecede, en la Tabla I. Si el proceso de asignación de bits asigna
b = 4 bits a cada componente del bloque 121, por ejemplo, la
asignación para cada componente de la señal de subbanda se reduciría
a 3=(b-1) bits, y se usaría un cuantificador de 3
bits para cuantificar las componentes de magnitud pequeña. Cada
componente de magnitud grande, que en este ejemplo son las
componentes 4 y 5, sería cuantificada con un cuantificador de 4 bits
e identificada mediante información de control que es igual a la
cadena binaria no usada del cuantificador de 3 bits, o bien b'100.
Esta información de control para cada componente de magnitud grande
puede ser convenientemente ensamblada en la señal codificada que
precede inmediatamente a la respectiva componente de magnitud
grande.
Puede ser instructivo señalar que el presente
invento no proporciona beneficio alguno en el ejemplo considerado en
el párrafo precedente. El coste o los "gastos generales" que se
requieren par conducir la información de control, que en este
ejemplo es de seis bits, es igual al número de bits que se
economizan reduciendo la asignación de bits para las componentes de
magnitud pequeña. Con referencia al ejemplo anterior, si solamente
una componente del bloque 121 fuera una componente de magnitud
grande, el presente invento reduciría en cuatro el número de bits
requeridos para conducir ese bloque. Se economizarían siete bits
mediante las asignaciones reducidas a siete componentes de magnitud
pequeña, y solamente se requerirían tres bits para conducir la
información de control para la componente de magnitud grande.
En este último ejemplo se ignora un aspecto
adicional. Se requieren dos bits para cada bloque de señales de
subbanda en esta realización que sirve de ejemplo, para conducir lo
cual se usan cuatro factores de ganancia para ese bloque. Como se ha
mencionado en lo que antecede, puede usarse un factor de ganancia
igual a 1 para indicar que las características del presente invento
no se aplican para un bloque de señales de subbanda particular.
El presente invento no proporciona usualmente
ventaja alguna para cuantificar bloques de señales de subbanda con
cuatro o menos componentes. En los sistemas de codificación
perceptuales que generan señales de subbanda que tienen anchuras de
banda conmensurables con las anchuras de banda críticas del sistema
auditivo humano, el número de componentes en los bloques de señales
de subbanda para señales de subbanda de baja frecuencia es bajo,
quizás de solamente una componente por bloque, pero el número de
componentes por bloque de señales de subbanda aumenta al aumentar la
frecuencia de la subbanda. Como resultado, en realizaciones
preferidas, el procesado requerido para realizar las características
del presente invento puede limitarse a las señales de subbanda más
anchas. Se puede meter en la señal codificada una pieza de
información de control adicional para indicar la subbanda de
frecuencia más baja en la cual se use cuantificación adaptable por
la ganancia. El codificador puede seleccionar en forma adaptable
esta subbanda, de acuerdo con las características de la señal de
entrada. Con esta técnica se evita la necesidad de proporcionar
información de control para señales de subbanda que no usen
cuantificación adaptable por la ganancia.
Un descodificador que incorpore las
características del presente invento puede cambiar de modo adaptable
el tamaño del paso de cuantificación de sus descuantificadores,
esencialmente de cualquier manera. Por ejemplo, un descodificador
que esté destinado a descodificar una señal codificada generada por
realizaciones de codificador antes consideradas, puede usar
asignación de bits adaptable para establecer el tamaño del paso de
cuantificación. El descodificador puede operar en un denominado
sistema adaptable hacia delante, en el cual se puede obtener la
asignación de bits directamente de la señal codificada, puede operar
en un sistema denominado adaptable hacia atrás, en el cual las
asignaciones de bits se obtienen repitiendo para ello el mismo
proceso de asignación que fue usado en el codificador, o bien puede
operar en un sistema híbrido de esos dos sistemas. Los valores de la
asignación obtenidos de esta manera se denominan asignaciones de
bits "convencionales".
El descodificador obtiene información de control
de la señal codificada para identificar factores de ganancia y la
clasificación de las componentes en cada bloque de señales de
subbanda. Continuando con el ejemplo considerado en lo que antecede,
la información de control que conduce un factor de ganancia G=1
indica que no se ha usado la característica de adaptable por la
ganancia y que deberá usarse la asignación b de bits
convencional para descuantificar las componentes en ese bloque de
señales de subbanda particular. Para otros valores del factor de
ganancia, se usa la asignación b de bits convencional para un
bloque para determinar el valor del "código de escape" o
información de control que identifica las componentes de magnitud
grande. En el ejemplo antes citado, una asignación de b=4 con un
factor de ganancia G=2 indica que la información de control es la
cadena binaria b'100, la cual tiene una longitud igual a
3=(b-1) bits. La presencia de esa información de
control en la señal codificada indica que sigue inmediatamente una
componente de magnitud grande.
La asignación de bits para cada componente
modificada por la ganancia se ajusta como se ha visto en loo que
antecede y se ha ilustrado en la Tabla I. La descuantificación se
lleva a cabo usando el tamaño del paso de cuantificación apropiado,
y se someten las componentes modificadas por la ganancia a un factor
de ganancia que es el recíproco del factor de ganancia usado para
llevar a cabo la modificación de la ganancia en el codificador. Por
ejemplo, si se multiplicasen las componentes de magnitud pequeña por
un factor de ganancia G=2 en el codificador, el descodificador
aplica una ganancia recíproca G=0,5 a las correspondientes
componentes descuantificadas.
Además de las variantes antes consideradas, se
consideran a continuación varias alternativas.
De acuerdo con una alternativa, se comparan las
magnitudes de las componentes de un bloque de señales de subbanda
con dos o más umbrales, y se ponen en más de dos clases. Con
referencia a la Fig. 5, por ejemplo, se podría comparar la magnitud
de cada componente del bloque 121 con umbrales 102 y 104 y ponerla
en una de entre tres clases. Podrían obtenerse factor de ganancia
para dos de las clases y aplicarlos a las componentes apropiadas.
Por ejemplo, se podría aplicar un factor de ganancia G=4 a las
componentes que fueran de magnitudes iguales o menores que el umbral
104, y podría aplicarse un factor de ganancia G=2 a las componentes
que fueran de una magnitud igual o menor que el umbral 102, pero
mayor que el umbral 104. Alternativamente, se podría aplicar un
factor de ganancia G=2 a todas las componentes de magnitudes iguales
o menores que el umbral 102, y se podría aplicar de nuevo un factor
de ganancia G=2 a las componentes de magnitudes iguales o menores
que el umbral 104.
El proceso de modificación por la ganancia
descrito en lo que antecede se puede llevar a cabo múltiples veces
antes de la cuantificación. La Fig. 6 es un diagrama bloque que
ilustra una realización de dos etapas de ganancia en cascada. En
esta realización, el analizador 61 de señales de subbanda compara
las magnitudes de las componentes en un bloque de señales de
subbanda con un primer umbral, y pone las componentes en una de
entre dos clases. El elemento de ganancia 62 aplica un primer factor
de ganancia a la componente puesta en una de las clases. El valor
del primer factor de ganancia está relacionado con el valor del
primer umbral.
El analizador 64 de señales de subbanda compara
las magnitudes de las componentes modificadas por la ganancia, y
posiblemente de las restantes componentes en el bloque, con un
segundo umbral, y pone a las componentes en una de entre dos clases.
El elemento de ganancia 65 aplica un segundo factor de ganancia a
las componentes puestas en una de las clases. El valor del segundo
factor de ganancia está relacionado con el valor del segundo umbral.
Si el segundo umbral es igual o menor que el prime umbral, el
analizador 64 de señales de subbanda no necesita analizar las
componentes que el analizador 61 puso en la clase para magnitudes
mayores que el primer umbral.
Las componentes del bloque de señales de subbanda
son cuantificadas por los cuantificadores 67 y 68 de una manera
similar a la considerada en lo que antecede.
Con referencia a la Fig. 5, las componentes en el
bloque 124 de señales de subbanda pueden obtenerse mediante la
aplicación sucesiva de etapas de ganancia, en las cuales un
analizador 61 de señales de subbanda y el elemento de ganancia 62
aplican un factor de ganancia G=2 a las componentes que tengan una
magnitud igual o menor que el umbral 102, y el analizador 64 de
señales de subbanda y el elemento de ganancia 65 aplican un factor
de ganancia G=2 a las componentes modificadas por la ganancia cuya
magnitud que sea todavía igual o menor que el umbral 102. Por
ejemplo, las componentes 1 a 3 y 6 a 8 en el bloque 121 son
modificadas por un factor de ganancia G=2 en la primera etapa, lo
cual produce un resultado provisional que se ha ilustrado en el
bloque 122. Las componentes 1, 3, 7 y 8 son modificadas por un
factor de ganancia G=2 en la segunda etapa, para obtener el
resultado ilustrado para el bloque 124.
En las realizaciones en las que se usen etapas de
ganancia en cascada, se deberá proporcionar información de control
adecuada en la señal codificada, de modo que el descodificador pueda
llevar a cabo un conjunto complementario de etapas de ganancia en
cascada.
Hay varias estrategias posibles para aplicar
cuantificación adaptable por la ganancia. Según una simple
estrategia se analizan las componentes de un bloque de señales de
subbanda respectivo partiendo para ello de un primer umbral y del
primer factor de ganancia asociado G=2 y se determina si la
cuantificación adaptable por la ganancia de acuerdo con el primer
umbral y el primer factor de ganancia produce una reducción en los
requisitos de asignación de bits. Si no lo hace, se detiene el
análisis y no se lleva a cabo la cuantificación adaptable por la
ganancia. Si produce una reducción, el análisis continúa con un
segundo umbral y un segundo factor de ganancia asociado G=4. Si el
uso del segundo umbral y el factor de ganancia asociado no produce
una reducción en la asignación de bits, se lleva a cabo la
cuantificación adaptable por la ganancia usando para ello el primer
umbral y el primer factor de ganancia. Si el uso del segundo umbral
y el segundo factor de ganancia produce una reducción, continúa el
análisis con un tercer umbral y un tercer factor de ganancia
asociado G=8. Se continúa este proceso hasta que o bien el uso de un
umbral y un factor de ganancia asociado no produce una reducción en
la asignación de bits, o bien hasta que hayan sido consideradas
todas las combinaciones de umbrales y factores de ganancia
asociados.
Según otra estrategia, se busca optimizar la
elección del factor de ganancia calculando para ello el coste y el
beneficio que proporcionen cada posible umbral y factor de ganancia
asociado, y usando el umbral y el factor de ganancia que produzcan
el mayor beneficio neto. Para el ejemplo considerado en lo que
antecede, el beneficio neto para un umbral y un factor de ganancia
asociado particulares es el beneficio bruto menos el coste. El
beneficio bruto es el número de bits que se economizan al reducir la
asignación de bits para las componentes de magnitud pequeña que son
modificadas por la ganancia. El coste es el número de bits que se
requieren para conducir la información de control para las
componentes de magnitud grande que no sean modificadas por la
ganancia.
Un modo en que puede ponerse en práctica esta
estrategia preferida se ha representado en el siguiente fragmento de
programa. Este fragmento de programa se ha expresado en pseudo
código, usando una sintaxis que incluye algunas características
sintácticas de los lenguajes de programación C, FRTRAN y BASIC. Este
fragmento de programa y los otros programas aquí representados no
están destinados a ser segmentos de código fuente que sean adecuados
para compilación, sino que se han proporcionado para conducir unos
pocos aspectos de posibles realizaciones.
La función Gain se proporciona con una
matriz X de componentes de bloque de señales de subbanda, el número
N de componentes del bloque, y la asignación b de bits
convencional para el bloque de componentes. En la primera expresión
de la función se hace uso de un cálculo de acuerdo con la expresión
(5), antes especificada, para inicializar la variable Th2 para que
represente el umbral que está asociado a un factor de ganancia G=2
que se ha obtenido de una matriz gf. En este ejemplo, los factores
de ganancia gf[1], gf[2] y gf[3] son iguales a
G=2, 4 y 8, respectivamente. Las siguientes expresiones inicializan
las variables para los umbrales que están relacionados con factores
de ganancia G=4 y 8. A continuación se inicializan los contadores a
cero, lo que se usará para determinar en varias clases el número de
componentes de magnitud grande.
Las expresiones contenidas en el bucle invocan la
función Abs para obtener la magnitud para cada componente del bloque
de señales de subbanda en la matriz X y comparar luego la magnitud
de la componente con los umbrales, partiendo del umbral más alto. Si
la magnitud es mayor que el umbral Th2, por ejemplo, se incrementa
en uno la variable n2. Cuando se haya acabado el bucle, la variable
n2 contiene el número de componentes cuya magnitud es mayor que el
umbral Th2, la variable n4 contiene el número de componentes cuya
magnitud es mayor que el umbral Th4 pero igual o menor que el umbral
Th2, y la variable n8 contiene el número de componentes cuya
magnitud es mayor que el umbral Th8 pero igual o menor que el umbral
Th4.
Las dos expresiones que siguen inmediatamente en
el bucle calculan el número total de componentes que están por
encima de los respectivos umbrales. El número en la variable n24
representa el número de componentes cuya magnitud es mayor que el
umbral Th4, y el número en la variable n248 representa el número de
componentes cuya magnitud es mayor que el umbral Th8.
Las tres siguientes expresiones calculan el
beneficio por componente de magnitud pequeña por el uso de cada
factor de ganancia. Este beneficio puede ser de hasta 1, 2 o 3 bits
por componente, como se ha ilustrado en lo que antecede en la Tabla
I, pero el beneficio está también limitado a que no sea de más de
b-1 por componente, ya que la asignación a cada
componente está limitada a un mínimo de un bit. Por ejemplo, el
número en la variable benefit2 representa el número de bits por
componente de magnitud pequeña que son economizados por el uso de un
factor de ganancia G=2. Como se ha ilustrado en la Tabla I, ese
beneficio puede ser de hasta un bit; sin embargo, el beneficio está
también limitado a que no sea mayor que la asignación b de
bits convencional menos uno. El cálculo de este beneficio se obtiene
usando para ello la función Min para retornar al mínimo de
los dos valores b-1 y 1.
Luego se calculan los beneficios netos y se
asignan a los elementos de la matriz net. El elemento net[0]
representa el beneficio neto de no usar cuantificación adaptable por
la ganancia, la cual es cero. El beneficio neto de usar un factor de
ganancia G=2 es asignado al net[1] multiplicando el beneficio
apropiado por componentes de magnitud pequeña benefit2 por el número
apropiado de componentes de magnitud
pequeña(N-n2) y restando luego el coste, el
cual es el número de componentes n2 de magnitud grande multiplicado
por la longitud del valor no usado del cuantificador empleado para
la información de control. Esta longitud es la longitud en bits de
las componentes de magnitud pequeña, la cual puede obtenerse de la
asignación b de bits convencional reducida en los bits
economizados por componentes de magnitud pequeña. Por ejemplo, la
longitud en bits de las componentes de magnitud pequeña cuando el
factor de ganancia G=2 es la cantidad (b-benefit2).
Se efectúan cálculos similares para asignar el beneficio neto por
usar factores de ganancia G= 4 y 8 a variables net[2] y
net[3], respectivamente.
La función IndexMax se invoca para obtener el
índice j de la matriz para el máximo beneficio neto en la matriz de
net. Se usa este índice para obtener el factor de ganancia apropiado
de la matriz gf, el cual es hecho retornar mediante la función
Gain.
Se mencionó en lo que antecede que se pueden
incorporar varias características del presente invento en un proceso
de asignación de bits perceptual, tal como el ilustrado en la Fig.
3. en particular, estas características pueden activarse en el paso
53. El paso 53 se efectúa dentro de un bucle que determina
reiterativamente una asignación de bits propuesta para cuantificar
componentes en cada bloque de señales de subbanda a ser codificadas.
Debido a esto, el rendimiento de las operaciones efectuadas en el
paso 53 es muy importante.
El proceso considerado en lo que antecede para la
función Gain, el cual determina el factor de ganancia óptimo
para cada bloque, es relativamente ineficaz, debido a que debe
contar el número de componentes del bloque de señales de subbanda
que son puestas en las diversas clases. Los recuentos de componentes
deben ser calculados durante cada iteración, debido a que los
umbrales que se obtienen de acuerdo con la expresión (5) no pueden
calcularse hasta que no sea conocida la asignación b de bits
propuesta para cada iteración.
En contraste con los umbrales obtenidos de
acuerdo con la expresión (5), los umbrales obtenidos de acuerdo con
la expresión (1) son menos exactos, pero pueden ser calculados antes
de que sea conocida la asignación b de bits propuesta. Esto
permite que los umbrales y los recuentos de componentes sean
calculados fuera de la reiteración. Con referencia al método
ilustrado en la Fig. 3, se pueden calcular los umbrales Th1, Th2 y
Th3 y los recuentos de componentes n2, n24 y n248 en el paso 52, por
ejemplo.
En el fragmento de programa que sigue se ha
representado una versión alternativa de la función Gain
considerada en lo que antecede, que puede ser usada en esta
realización.
Las expresiones en la función Gain 2 son
idénticas a las correspondientes expresiones en la función
Gain antes considerada, que calcula los beneficios netos para
cada factor de ganancia y luego selecciona el factor de ganancia
óptimo.
Se puede mejorar la precisión de la
cuantificación de las componentes de magnitud grande usando para
ello una función de cuantificación de intervalo partido que
cuantifica los valores de entrada dentro de dos intervalos no
contiguos.
La línea 105 en la Fig. 7 es una ilustración
gráfica de una función que representa el efecto de extremo a extremo
de un cuantificador con signo de media huella simétrico de 3 bits y
un descodificador complementario. Los valores a lo largo del eje x
representan valores de entrada al cuantificador, y los valores a lo
largo del eje qx representan los correspondientes valores de salida
obtenidos del descuantificador. Las líneas 100 y 109 representan los
límites de los valores positivos y negativos de sobrecarga,
respectivamente, para este cuantificador. Las líneas 102 y 108
representan los umbrales positivo y negativo, respectivamente, para
el factor de ganancia G=2, de acuerdo con la expresión (1) y como se
ha ilustrado en la Fig. 4. Las líneas 104 y 107 representan los
umbrales positivo y negativo, respectivamente, para el factor de
ganancia G=4.
Con referencia a la Fig. 1, si el analizador 14
de señales de subbanda clasifica las componentes del bloque de
señales de subbanda de acuerdo con el umbral 102, es entonces sabido
que las magnitudes de las componentes proporcionadas al
cuantificador 18 son todas mayores que el umbral 102. En otras
palabras, el cuantificador 18 no sería usado para cuantificar ningún
valor que quedase comprendido entre los umbrales 108 y 102. Este
vacío representa una infrautilización del cuantificador.
Esta infrautilización puede contrarrestarse
usando un cuantificador que desempeñe una función de cuantificación
de intervalo partido. Son posibles una diversidad de funciones de
intervalo partido. La Fig. 8 es una ilustración gráfica de una
función que representa el efecto de extremo a extremo de un
cuantificador con signo de 3 bits de intervalo partido y un
descuantificador complementario. La línea 101 representa la función
para cantidades positivas, y la línea 106 representa la función para
cantidades negativas.
La función ilustrada en la Fig. 8 tiene ocho
niveles de cuantificación, en contraste con la función ilustrada en
la Fig. 7, la cual tiene solamente siete niveles de cuantificación.
El nivel de cuantificación adicional se obtiene usando el nivel
antes considerado que, para una función de cuantificación de huella
media, corresponde a 1.
Se prefieren un cuantificador de 3 bits y un
descuantificador complementario que desempeñen la función ilustrada
en la Fig. 8 para cuantificar valores dentro de un intervalo
partido, desde -1,0 hasta aproximadamente -0,5 y desde
aproximadamente +0,5 hasta +1,0, debido a que el cuantificador no
puede ser sobrecargado. Como se ha explicado en lo que antecede, un
valor sobrecarga a un cuantificador si el error de cuantificación de
es valor excede de la mitad del tamaño del paso de cuantificación.
En el ejemplo ilustrado en la Fig. 8, las salidas del
descuantificador están definidas para valores iguales a -0,9375,
-0,8125, -0,6875, -0,5625, +0,5625, +0,6875, + 0,8125 y +0,9375, y
el tamaño del paso de cuantificación es igual a 0,125. La magnitud
del error de cuantificación para todos los valores dentro del
intervalo partido antes mencionado no es mayor de 0,0625, que es
igual a la mitad del tamaño del paso de cuantificación. A tal
cuantificador se le denomina aquí como un "cuantificador no de
sobrecarga", puesto que es inmune a la sobrecarga.
Se pueden realizar cuantificadores no de
sobrecarga sencillo y de intervalo partido para esencialmente
cualquier tamaño del paso de cuantificación, activando para ello una
función de cuantificación que tiene salidas de cuantificador que
están limitadas por "puntos de decisión" de cuantificador
apropiadamente espaciados dentro de los intervalos de valores a ser
cuantificados. Hablando en términos generales, los puntos de
decisión están espaciados unos de otros a una cierta distancia
d y los puntos de decisión que están más próximos a un
extremo respectivo de un intervalo de valores de entrada están
espaciados del respectivo extremo por la cantidad d. Este
espaciamiento proporciona un cuantificador que, cuando se usa con un
descuantificador complementario, proporciona valores de salida
cuantificados, uniformemente espaciados separados unos de otros por
un tamaño del paso de cuantificación particular y que tienen un
error de cuantificación máximo que es igual a la mitad de ese tamaño
del paso de cuantificación particular.
Se puede realizar un cuantificador de intervalo
partido de una diversidad de formas. No es crítica ninguna
realización particular. Una realización, ilustrada en la Fig. 9A,
comprende transformación de planificación 72 en cascada con el
cuantificador 74. La transformación de planificación 72 recibe
valores de entrada por el camino 71, planifica esos valores de
entrada en un intervalo apropiado, y pasa los valores planificados a
lo largo del camino 73, al cuantificador 74.
Si el cuantificador 74 es un cuantificador con
signo de media huella asimétrico, entonces la función de
planificación representada por las líneas 80 y 81 ilustradas en la
Fig. 9B sería adecuada para la función de planificación 72. De
acuerdo con esta función de planificación, los valores que estén
dentro del intervalo desde -1,0 hasta -0,5 son planificados
linealmente en un intervalo que va desde -1,0 - 1/2\DeltaQ hasta
-1/2\DeltaQ, donde \DeltaQ es el tamaño del paso de
cuantificación del cuantificador 74, y los valores dentro del
intervalo desde +0,5 hasta +1,0 son planificados linealmente en un
intervalo que va desde -1/2\DeltaQ hasta +1,0-½\DeltaQ. En este
ejemplo, ninguna componente de magnitud grande puede tener un valor
que sea exactamente igual a -0,5 ni a +0,5, debido a que las
componentes que tienen esos valores están clasificadas como
componentes de magnitud pequeña. Debido a esto, la transformación de
planificación 72 no planificará valor de entrada alguno a
-½\DeltaQ exactamente; sin embargo, puede planificar valores de
entrada arbitrariamente próximos a, y a uno y otro lado de
-½\DeltaQ.
El efecto de esta planificación puede verse si se
hace referencia a las Figs. 9B y 9C. Con referencia a la Fig. 9B,
puede verse en ella que la transformación de planificación 72
transforma puntos de entrada 82 y 84 en puntos planificados 86 y 88,
respectivamente. Con referencia a la Fig. 9C, la cual ilustra una
función que representa los efectos de extremo a extremo de un
cuantificador con signo de media huella asimétrico de 3 bits y un
descuantificador complementario, puede verse que los puntos
planificados 86 y 88 están a uno y otro lado del punto 87 de
decisión del cuantificador, el cual tiene el valor ½\DeltaQ.
Se puede realizar un descuantificador de
intervalo partido complementario mediante un descuantificador con
signo de media huella asimétrico, que sea complementario del
cuantificador 74 seguido de una transformación de planificación que
es la inversa de la transformación de planificación 72.
En un ejemplo considerado en lo que antecede, se
usa la cuantificación adaptable por la ganancia con un factor de
ganancia G=2 para cuantificar componentes de una señal de subbanda
para la cual la asignación b de bits convencional es igual a
tres bits. Como se ha explicado en lo que antecede en relación con
la Tabla I, se usan 3 bits para cuantificar las componentes de
magnitud grande, y se usan 2=(b-1) bits para
cuantificar las componentes modificadas por la ganancia de magnitud
pequeña. Preferiblemente, se usa un cuantificador que realice la
función de cuantificación de la Fig. 8 para cuantificar las
componentes de magnitud grande.
Se pueden usar un cuantificador con signo de
media huella simétrico de 2 bits y un descuantificador
complementario que realicen la función 111 ilustrada en la Fig. 10,
para las componentes modificada por la ganancia de magnitud pequeña.
La función 111, como se ha ilustrado, tiene en cuenta los efectos de
escalación y de desescalación del factor de ganancia G=2 usado
conjuntamente con el cuantificador y el descuantificador,
respectivamente. Los valores de salida para el descuantificador son
-0,3333..., 0,0 y +0,3333..., y los puntos de decisión del
cuantificador están en -0,1666... y +0,1666... .
En la Fig. 11 se ha ilustrado un compuesto de las
funciones para las componentes de magnitud de grande y de magnitud
pequeña.
El uso de un cuantificador de intervalo partido
con un factor de ganancia G=2 y un umbral en, o aproximadamente en,
0,500, proporciona una mejora de la resolución de la cuantificación
de aproximadamente un bit. Esta resolución mejorada puede usarse
para preservar la resolución de cuantificación de las componentes de
magnitud grande, al tiempo que se reduce la asignación de bits a
esas componentes en un bit. En el ejemplo antes considerado, podrían
usarse cuantificadores de 2 bits para cuantificar las componentes,
tanto las de magnitud grande como las de magnitud pequeña. En la
Fig. 12 se ha representado un compuesto de las funciones de
cuantificación realizadas por los dos cuantificadores. Podrían
usarse cuantificadores que realicen las funciones de cuantificación
112 y 113 para cuantificar las componentes de magnitud grande que
tenga amplitudes positivas y negativas, respectivamente, y podría
usarse un cuantificador que realice la función de cuantificación 111
para cuantificar las componentes de magnitud pequeña.
El uso de funciones de cuantificación de
intervalo partido con factores de ganancia mayores y umbrales
menores, no proporciona un bit completo de resolución de
cuantificación mejorada; por lo tanto, no se puede reducir la
asignación de bits sin sacrificar la resolución de la
cuantificación. En realizaciones preferidas, la asignación b
de bits para mantisas de magnitud grande, se reduce en un bit
para bloques que sean cuantificados de modo adaptable por la
ganancia, usando un factor de ganancia G=2.
La función de descuantificación proporcionada en
el descodificador deberá ser complementaria de la función de
cuantificación usada en el codificador.
La denominación de "bloque de señales
codificadas" se usa aquí para hacer referencia a la información
codificada que representa todos los bloques de señales de subbanda
para las subbandas de frecuencia a través de la anchura de banda
útil de la señal de entrada. Algunos sistemas de codificación
ensamblan múltiples bloques de señales codificadas en unidades
mayores, a las que denominamos aquí como "un encuadre" de la
señal codificada. Una estructura de encuadre es útil en muchas
aplicaciones para compartir información a través de bloques de
señales codificadas, reduciéndose con ello los "gastos
generales" de la información, o bien para facilitar señales de
sincronización tales como señales de audio y de vídeo. Se han
considerado una diversidad de temas que implican la codificación de
la información de audio en encuadres para aplicaciones de
audio/vídeo en la solicitud de patente de EE.UU. Número de Serie
PCT/US 98 20751, presentada con fecha 17 de octubre de 1998, la cual
queda aquí incorporada por su referencia.
Las características de la cuantificación
adaptable por la ganancia, antes consideradas, pueden aplicarse a
grupos de bloques de señales de subbanda que estén en diferentes
bloques de señales codificadas. Se puede usar este aspecto
ventajosamente en aplicaciones que, por ejemplo, agrupen en
encuadres bloques de señales codificadas. Esta técnica agrupa
esencialmente dentro de un encuadre las componentes de múltiples
bloques de señales de subbanda, y luego clasifica las componentes y
aplica un factor de ganancia a ese grupo de componentes, como se ha
descrito en lo que antecede. Esta denominada técnica de codificación
intra encuadre puede compartir información de control entre los
bloques dentro de un encuadre. Para la práctica de esta técnica no
es crítica ninguna agrupación particular de bloques de señales
codificadas.
El presente invento puede ser realizado en una
gran diversidad de formas, incluyendo el software en un sistema de
ordenador para fines generales o bien algún otro aparato que incluya
componentes más especializadas, tales como circuitos de procesador
de señales digitales (DSP) acoplados a componentes, similares a los
que se encuentran en un sistema de ordenador para fines generales.
La Fig. 13 es un diagrama bloque del dispositivo 90 que puede usarse
para poner en práctica varios aspectos del presente invento. El DSP
92 proporciona recursos de cálculo. La memoria RAM 93 es una memoria
de acceso directo (RAM) del sistema. La memoria ROM 94 representa
una forma de almacenamiento persistente, tal como la de una memoria
de solo lectura (ROM) para almacenar los programas que se necesitan
para operar el dispositivo 90 y para poner en práctica varios
aspectos del presente invento. El control 95 de I/O (Entrada/Salida)
representa circuitos de interfaz para recibir y transmitir señales
de audio por medio del canal de comunicaciones 96. En el control 95
de I/O pueden incluirse convertidores de analógico a digital y
convertidores de digital a analógico, como se desee, para recibir
y/o transmitir señales de audio analógicas. En la realización
ilustrada, todos los componentes del sistema principales conectan
con el bus 91, el cual puede representar más que un bus físico; sin
embargo, no se requiere una arquitectura de bus para realizar el
presente invento.
En realizaciones puestas en práctica en un
sistema de ordenador para fines generales, pueden incluirse
componentes adicionales para interfaz con dispositivos tales como un
teclado o un ratón, y una presentación, y para controlar un
dispositivo de almacenamiento que tenga un medio de almacenamiento
tal como una cinta magnética o un disco magnético, o bien un medio
óptico. El medio de almacenamiento puede usarse para registrar
programas de instrucciones para operar sistemas, servicios y
aplicaciones, y puede incluir realizaciones de programas que lleven
a la práctica varios aspectos del presente invento.
Las funciones requeridas para la puesta en
práctica de varios aspectos del presente invento pueden realizarse
mediante componentes que son materializadas en una gran diversidad
de formas, incluyendo las de componentes lógicos discretos, unos o
más ASIC (Circuito Integrado para Aplicaciones Específicas) y/o
procesadores controlados por programa. La manera en que se
materialicen esos componentes no es importante para el presente
invento.
Las realizaciones de software del presente
invento pueden conducirse mediante una diversidad de medios legibles
con máquina, tales como caminos de comunicaciones en banda de base o
moduladas a través del espectro, incluyendo desde las frecuencias
supersónicas hasta las ultravioleta, o bien medios de almacenamiento
incluyendo los que conducen información usando esencialmente
cualquier tecnología de registro magnético u óptico, incluyendo
cintas magnéticas, discos magnéticos y discos ópticos. También
pueden ponerse en práctica varios aspectos en diversos componentes
de sistema de ordenador 90 mediante circuitos de procesado tales
como los ASICs, los circuitos integrados para fines generales, los
microprocesadores controlados por programas realizados en diversas
formas de memoria de solo lectura (ROM) o de memoria RAM, y otras
técnicas.
Claims (29)
1. Un método para codificar una señal de entrada
que comprende:
- recibir la señal de entrada y generar un bloque de señales de subbanda de componentes de señal de subbanda que representan una subbanda de frecuencia de la señal de entrada;
- comparar las magnitudes de las componentes del bloque de señales de subbanda con un umbral, poner cada componente en una de entre dos o más clases, de acuerdo con la magnitud de la componente, y obtener un factor de ganancia;
- aplicar el factor de ganancia a las componentes puestas en una de las clases para modificar las magnitudes de algunas de las componentes en el bloque de señales de subbanda;
- cuantificar las componentes en el bloque de subbandas; y
- ensamblar en una señal codificada la información de control que conduce la clasificación de las componentes y los símbolos de longitud no uniforme que representan las componentes de la señal de subbanda cuantificadas.
2. Un método de acuerdo con la reivindicación 1,
por el que se ensambla la información de control en la señal
codificada que indica aquellas componentes de la señal de subbanda
cuantificadas que tienen magnitudes que no son modificadas de
acuerdo con el factor de ganancia, en que la información de control
es conducida por uno o más símbolos reservados que no son usados
para representar componentes de la señal de subbanda
cuantificadas.
3. Un método de acuerdo con la reivindicación 1 ó
2, que comprende obtener el umbral de una función que es dependiente
del factor de ganancia pero independiente del tamaño del paso de
cuantificación de las componentes cuantificadas.
4. Un método de acuerdo con la reivindicación 1 ó
2, que comprende obtener el umbral de una función que es dependiente
del factor de ganancia y del tamaño del paso de cuantificación de
las componentes cuantificadas.
5. Un método de acuerdo con una cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 4, que comprende:
- cambiar por adaptación un tamaño del paso de cuantificación respectivo para cada componente del bloque de señales de subbanda de acuerdo con la clase en la cual esté puesta la componente, asignando para ello por adaptación bits a la componente, y
- obtener el factor de ganancia de tal modo que el número de bits asignados a las componentes con magnitudes modificadas sea reducido, al tiempo que se preserva el respectivo tamaño del paso de cuantificación.
6. Un método de acuerdo con una cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 5, que comprende cuantificar las componentes
puestas en una de las clases de acuerdo con una función de
cuantificación de intervalo partido.
7. Un método de acuerdo con una cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 6, que pone a cada componente en una de entre
tres o más clases, de acuerdo con la magnitud de la componente, y
que comprende:
- obtener uno o más factores de ganancia adicionales, cada uno de ellos asociado a una clase respectiva; y
- aplicar cada uno de los factores de ganancia adicionales a las componentes puestas en la respectiva clase asociada.
8. Un método de acuerdo con una cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 7, que comprende:
- comparar las magnitudes de al menos algunas de las componentes del bloque de señales de subbanda con un segundo umbral, poner cada componente en una de entre dos o más segundas clases de acuerdo con la magnitud de la componente, y obtener un segundo factor de ganancia; y
- aplicar el segundo factor de ganancia a las componentes puestas en una de las segundas clases para modificar las magnitudes de algunas de las componentes del bloque de señales de subbanda;
en que los símbolos de longitud no uniforme
representan las componentes cuantificadas, tal como son modificadas
por el factor de ganancia y por el segundo factor de
ganancia.
9. Un método de acuerdo con una cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 8, que cuantifica al menos algunas de las
componentes usando uno o más cuantificadores no de sobrecarga.
10. Un método para descodificar una señal
codificada, que comprende:
- recibir la señal codificada y obtener de la misma información de control y símbolos de longitud no uniforme, y obtener de los símbolos de longitud no uniforme componentes de la señal de subbanda cuantificadas que representan una subbanda de frecuencia de una señal de entrada;
- descuantificar las componentes de la señal de subbanda para obtener componentes descuantificadas de la señal de subbanda;
- aplicar un factor de ganancia para modificar las magnitudes de algunas de las componentes descuantificadas, de acuerdo con la información de control; y
- generar una señal de salida en respuesta a las componentes descuantificadas de la señal de subbanda.
11. Un método de acuerdo con la reivindicación
10, por el que se obtiene información de control de la señal
codificada que indica aquellas componentes de la señal de subbanda
cuantificadas que tienen magnitudes que no han de ser modificadas de
acuerdo con el factor de ganancia, en que la información de control
es conducida por uno o más símbolos reservados, que no son usados
para representar componentes de la señal de subbanda
cuantificadas.
12. Un método de acuerdo con la reivindicación 10
u 11, que comprende descuantificar algunas de las componentes
cuantificadas en el bloque de señales de subbanda de acuerdo con una
función de descuantificación que es complementaria de una función de
cuantificación de intervalo partido.
13. Un método de acuerdo con una cualquiera de
las reivindicaciones 10 a 12, que comprende aplicar un segundo
factor de ganancia para modificar las magnitudes de algunas de las
componentes descuantificadas de acuerdo con la información de
control.
14. Un método de acuerdo con una cualquiera de
las reivindicaciones 10 a 13, por el que se descuantifican al menos
algunas de las componentes cuantificadas usando uno o más
descuantificadores que son complementarios de un cuantificador no de
sobrecarga respectivo.
15. Un aparato para codificar una señal de
entrada, que comprende:
- un filtro de análisis (12) que tiene una entrada (11) que recibe la señal de entrada y que tiene una salida (13, 23) a través de la cual se proporciona un bloque de señales de subbanda de componentes de la señal de subbanda que representan una subbanda de frecuencia de la señal de entrada;
- un analizador (12, 24; 61) del bloque de señales de subbanda acoplado al filtro de análisis (12), que compara las magnitudes de las componentes en el bloque de señales de subbanda con un umbral, pone a cada componente en una de entre dos o más clases, de acuerdo con la magnitud de la componente, y obtiene un factor de ganancia;
- un procesador (15, 25; 62) de componentes de la señal de subbanda acoplado al analizador (14, 24; 61) del bloque de señales de subbanda que aplica el factor de ganancia a las componentes puestas en una de las clases, para modificar las magnitudes de algunas de las componentes del bloque de señales de subbanda;
- un primer cuantificador (17, 27; 67) acoplado al procesador de señales de subbanda que cuantifica las componentes del bloque de señales de subbanda que tienen las magnitudes modificadas de acuerdo con el factor de ganancia; y
- un formateador (19) acoplado al primer cuantificador (17, 27; 67) que ensambla símbolos de longitud no uniforme que representan las componentes de la señal de subbanda cuantificadas, e información de control que conduce la clasificación de las componentes en una señal codificada.
16. Un aparato de acuerdo con la reivindicación
15, que comprende un segundo cuantificador (18, 28; 68) acoplado al
analizador (14, 24; 61) del bloque de señales de subbanda, que
cuantifica las componentes puestas en una de las clases, de acuerdo
con una función de cuantificación de intervalo partido, en que el
formateador (19) está también acoplado al segundo cuantificador (18,
28; 68).
17. Un aparato de acuerdo con la reivindicación
15 ó 16, en el que el formateador (19) ensambla información de
control en la señal codificada, que indica aquellas componentes de
la señal de subbanda cuantificadas de magnitudes que no son
modificadas de acuerdo con el factor de ganancia, en que la
información de control es conducida por uno o más símbolos
reservados, que no son usados para representar componentes de la
señal de subbanda cuantificada.
18. Un aparato de acuerdo con una cualquiera de
las reivindicaciones 15 a 17, que obtiene el umbral de una función
que es dependiente del factor de ganancia pero independiente del
tamaño del paso de cuantificación de las componentes
cuantificadas.
19. Un aparato de acuerdo con una cualquiera de
las reivindicaciones 15 a 17, que obtiene el umbral de una función
que es dependiente del factor de ganancia y del tamaño del paso de
cuantificación de las componentes cuantificadas.
20. Un aparato de acuerdo con una cualquiera de
las reivindicaciones 15 a 19, que cambia por adaptación un tamaño
del paso de cuantificación respectivo para cada componente del
bloque de señales de subbanda, de acuerdo con la clase en la cual
sea puesta la componente mediante la asignación por adaptación de
bits a la componente, y obtiene el factor de ganancia tal que el
número de bits asignados a las componentes de magnitudes modificados
sea reducido, al tiempo que se preserva el respectivo tamaño del
paso de cuantificación.
21. Un aparato de acuerdo con una cualquiera de
las reivindicaciones 15 a 20, que pone a cada componente en una de
entre tres o más clases, de acuerdo con la magnitud de la
componente, obtiene uno o más factores de ganancia adicionales, cada
uno asociado a una clase respectiva, y aplica cada uno de los
factores de ganancia adicionales a las componentes puestas en la
respectiva clase asociada.
22. Un aparato de acuerdo con una cualquiera de
las reivindicaciones 15 a 1, en el que:
- el analizador (14, 24; 64) del bloque de señales de subbanda compara las magnitudes de al menos algunas de las componentes del bloque de señales de subbanda con un segundo umbral, pone a cada componente en una de entre dos o más segundas clases, de acuerdo con la magnitud de la componente, y obtiene un segundo factor de ganancia; y
- el procesador (15, 25; 65) de componentes de la señal de subbanda aplica el segundo factor de ganancia a las componentes puestas en una de las segundas clases, para modificar las magnitudes de algunas de las componentes del bloque de señales de subbanda;
en que los símbolos de longitud no uniforme
representan las componentes cuantificadas, tal como son modificadas
por el factor de ganancia y por el segundo factor de
ganancia.
23. Un aparato de acuerdo con una cualquiera de
las reivindicaciones 15 a 22, que cuantifica al menos algunas de las
componentes usando uno o más cuantificadores no de sobrecarga.
24. Un aparato para descodificar una señal
codificada, que comprende:
- un desformateador (32) que recibe la señal codificada y obtiene de la misma información de control y símbolos de longitud no uniforme, y obtiene de los símbolos de longitud no uniforme componentes de la señal de subbanda cuantificadas;
- un primer descuantificador (33, 43) acoplado al desformateador (32), que descuantifica algunas de las componentes de la señal de subbanda del bloque, de acuerdo con la información de control, para obtener primeras componentes descuantificadas;
- un procesador (35, 45) del bloque de señales de subbanda acoplado al primer descuantificador (33, 43) que aplica un factor de ganancia para modificar las magnitudes de algunas de las primeras componentes descuantificadas del bloque de señales de subbanda, de acuerdo con la información de control; y
- un filtro de síntesis (39) que tiene una entrada (38, 48) acoplada al procesador de señales de subbanda y que tiene una salida (40) a través de la cual se proporciona una señal de salida.
25. Un aparato de acuerdo con la reivindicación
24, que comprende un segundo descuantificador (34, 44) acoplado al
desformateador (32) que descuantifica otras componentes de la señal
de subbanda del bloque, de acuerdo con una función de
descuantificación que es complementaria de una función de
cuantificación de intervalo partido, para obtener segundas
componentes descuantificadas, y en que el filtro de síntesis (39)
tiene una entrada (38, 48) acoplada al segundo descuantificador (34,
44).
26. Un aparato de acuerdo con la reivindicación
24 ó 25, en el que el desformateador (32) obtiene información de
control de la señal codificada que indica aquellas componentes de la
señal de subbanda cuantificadas que tienen magnitudes que no han de
ser modificadas de acuerdo con el factor de ganancia, en que la
información de control es conducida por uno o más símbolos
reservados, que no son usados para representar componentes de la
señal de subbanda cuantificadas.
27. Un aparato de acuerdo con una cualquiera de
las reivindicaciones 24 a 26, en que el procesador (35, 45) del
bloque de señales de subbanda aplica un segundo factor de ganancia
para modificar las magnitudes de algunas de las componentes
descuantificadas, de acuerdo con la información de control.
28. Un aparato de acuerdo con una cualquiera de
las reivindicaciones 24 a 27, que descuantifica al menos algunas de
las componentes cuantificadas usando uno más descuantificadores que
son complementarios de un cuantificador no de sobrecarga
respectivo.
29. Un producto de programa de ordenador
realizado en un medio legible con máquina, comprendiendo dicho
producto de programa de ordenador instrucciones de programa
ejecutables por dicha máquina para poner en práctica un método tal
como el definido en una cualquiera de las reivindicaciones 1 a
14.
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