ES2294703T3 - Metodo para representar señales de audio multicanal. - Google Patents
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Abstract
Aparato para generar una representación de parámetros de una señal de entrada multicanal que presenta canales originales, incluyendo los canales originales un canal (B) izquierdo, un canal (D) derecho, un canal (C) central, un canal (A) posterior izquierdo, y un canal (E) posterior derecho, que comprende: un generador (203) de parámetros para generar un primer parámetro (r1) de equilibrio, un primer parámetro de coherencia o un primer parámetro de diferencia de tiempo entre un primer par de canales, para generar un segundo parámetro (r2) de equilibrio entre un segundo par de canales, y para generar un tercer parámetro (r3) de equilibrio entre un tercer par de canales, formando los parámetros de equilibrio, los parámetros de coherencia o los parámetros de tiempo la representación de parámetros, en el que cada canal del par de dos canales es uno de los canales originales o una combinación ponderada o no ponderada de los canales originales, y en el que el primer parámetro (r1) de equilibrio esun parámetro de equilibrio izquierdo/derecho, y en el que el primer par de canales incluye, como un primer canal, un canal izquierdo o un canal de downmix izquierdo y, como un segundo canal, un canal derecho, o un canal de downmix derecho en el que el segundo parámetro (r2) de equilibrio es un parámetro de equilibrio central y el segundo par de canales incluye, como un primer canal, el canal central o una combinación de canales de canales originales que incluye el canal central, y, como un segundo canal, una combinación de canales que incluye el canal izquierdo y el canal derecho, y en el que el tercer parámetro (r3) de equilibrio es un parámetro de equilibrio delantero/trasero y el tercer par de canales presenta, como un primer canal, una combinación de canales que incluye el canal posterior izquierdo y el canal posterior derecho y, como un segundo canal, una combinación de canales que incluye un canal izquierdo y un canal derecho.
Description
Método para representar señales de audio
multicanal.
La presente invención se refiere a la
codificación de representaciones multicanal de señales de audio
utilizando parámetros espaciales. La presente invención enseña
nuevos métodos para estimar y definir parámetros apropiados para
recrear una señal multicanal a partir de un número de canales que es
menor que el número de canales de salida. En particular, tiene como
objetivo minimizar la tasa de bits para la representación
multicanal, y proporcionar una representación codificada de la
señal multicanal permitiendo una codificación y descodificación
fáciles de los datos para todas las posibles configuraciones de
canales.
Se ha mostrado en el documento
WO-A-03/007656 "Efficient and
scalable Parametric Stereo Coding for Low Bit rate Audio Coding
Applications", que es posible recrear una imagen estéreo que se
parece mucho a la imagen estéreo original a partir de una señal
mono dada una representación muy compacta de la imagen estéreo. El
principio básico es dividir la señal de entrada en bandas de
frecuencia y segmentos de tiempo, y para estas bandas de frecuencia
y segmentos de tiempo, estimar la diferencia de intensidad entre
canales (IID, inter channel intensity difference), y
coherencia entre canales (ICC, inter channel coherence). El
primer parámetro es una medición de la distribución de potencia
entre los dos canales en la banda de frecuencia específica y el
segundo parámetro es una estimación de la correlación entre los dos
canales para la banda de frecuencia específica. En el lado del
descodificador, la imagen estéreo se recrea a partir de la señal
mono distribuyendo la señal mono entre los dos canales de salida
según los datos IID, y sumando una señal descorrelacionada con el
fin de conservar la correlación de canales de los canales estéreo
originales.
Para un caso multicanal (significando multicanal
en este contexto más de dos canales de salida), tienen que tomarse
en cuenta varios problemas adicionales. Existen diversas
configuraciones multicanal. La más comúnmente conocida es la
configuración 5.1 (canal central, delantero izquierdo/derecho,
envolvente izquierdo/derecho, y el canal LFE). Sin embargo, existen
muchas otras configuraciones. Desde el punto de vista de sistemas de
codificador/descodificador completos, es deseable tener un sistema
que pueda utilizar el mismo conjunto de parámetros (por ejemplo,
IID e ICC) o subconjuntos de los mismos para todas las
configuraciones de canales. ITU-R BS.775 define
varios esquemas de downmix (esquemas de conversión de señal
envolvente a señal mono o estéreo) que pueden obtener una
configuración de canales que comprende menos canales a partir de una
configuración de canales dada. En lugar de tener que descodificar
siempre todos los canales y basarse en un downmix, puede ser
deseable tener una representación multicanal que permita a un
receptor extraer de antemano los parámetros relevantes para la
configuración de canales, antes de descodificar los canales. Además,
es deseable un conjunto de parámetros escalable de manera inherente
desde un punto de vista de codificación embebida o escalable, en el
que es posible, por ejemplo, almacenar los datos correspondientes a
los canales envolventes en una capa de mejora en el flujo de
bits.
Contrariamente a lo anterior, también puede ser
deseable poder utilizar diferentes definiciones de parámetros
basándose en las características de la señal que está procesándose,
con el fin de conmutar entre la parametrización que da como
resultado la sobrecarga de tasa de bits más baja para el segmento de
señal actual que está procesándose.
Otra representación de señales multicanal
utilizando una señal de suma o señal de downmix e información
lateral paramétrica adicional se conoce en la técnica como
codificación de indicación binaural (BCC, binaural cue
coding). Esta técnica se describe en "Binaural Cue Coding -
Part 1: Psycho-Acoustic Fundamentals and Design
Principles", IEE Transactions on Speech and Audio Processing,
volumen 11, número 6, noviembre de 2003, F. Baumgarte, C. Faller, y
"Binaural Cue Coding. Part II: Schemes and Applications", IEEE
Transactions on Speech and Audio Processing volumen 11, número 6,
noviembre de 2003, C. Faller y F. Baumgarte.
Generalmente, la codificación de indicación
binaural es un método para la interpretación espacial multicanal
basándose en un canal de audio de downmix e información lateral.
Varios parámetros que van a calcularse mediante un codificador BCC
y que van a utilizarse por un descodificador BCC para la
reconstrucción de audio o la interpretación de audio incluyen
diferencias de nivel entre canales, diferencias de tiempo entre
canales, y parámetros de coherencia entre canales. Estas
indicaciones entre canales son el factor determinante para la
percepción de una imagen espacial. Estos parámetros se dan para
bloques de muestras de tiempo de la señal multicanal original y
también se dan como selectivos en función de las frecuencias de tal
modo que cada bloque de muestras de señal multicanal presenta
varias indicaciones para varias bandas de frecuencia. En el caso
general de canales C de reproducción, las diferencias de nivel
entre canales y las diferencias de tiempo entre canales se
consideran en cada subbanda entre pares de canales, es decir, para
cada canal respecto a un canal de referencia. Un canal se define
como el canal de referencia para cada diferencia de nivel entre
canales. Con las diferencias de nivel entre canales y las
diferencias de tiempo entre canales, es posible interpretar una
fuente hacia cualquier dirección entre uno de los pares de
altavoces de una disposición de reproducción que se utiliza. Para
determinar el ancho o el carácter difuso de una fuente
interpretada, es suficiente considerar un parámetro por subbanda
para todos los canales de audio. Este parámetro es el parámetro de
coherencia entre canales. El ancho de la fuente interpretada se
controla modificando las señales de subbanda de tal modo que todos
los posibles pares de canales presentan el mismo parámetro de
coherencia entre canales.
En la codificación BCC, todas las diferencias de
nivel entre canales se determinan entre el canal 1 de referencia y
cualquier otro canal. Cuando, por ejemplo, se determina que el canal
central es el canal de referencia, se calculan una primera
diferencia de nivel entre canales entre el canal izquierdo y el
canal central, una segunda diferencia de nivel entre canales entre
el canal derecho y el canal central, una tercera diferencia de
nivel entre canales entre el canal envolvente izquierdo y el canal
central, y una cuarta diferencia de nivel entre canales entre el
canal envolvente izquierdo y el canal central. Este escenario
describe un esquema de cinco canales. Cuando el esquema de cinco
canales incluye adicionalmente un canal de mejora de bajas
frecuencias, que también se conoce como un canal "de altavoz de
graves" ("sub-woofer"), se calcula
una quinta diferencia de nivel entre canales entre el canal de
mejora de bajas frecuencias y el canal central, que es el único
canal de referencia.
Cuando se reconstruye la señal multicanal
original utilizando el canal de downmix único, que también se
denomina como el canal "mono", y las indicaciones transmitidas
tales como ICLD (diferencia de nivel entre canales, Interchannel
Level Difference), ICTD (diferencia de tiempo entre canales,
Interchannel Time Difference) e ICC (coherencia entre
canales, Interchannel Coherente), los coeficientes
espectrales de la señal mono se modifican utilizando estas
indicaciones. La modificación de nivel se realiza utilizando un
número real positivo que determina la modificación de nivel para
cada coeficiente espectral. La diferencia de tiempo entre canales
se genera utilizando un número complejo de magnitud de uno que
determina una modificación de fase para cada coeficiente espectral.
Otra función determina la influencia de la coherencia. Los factores
para las modificaciones de nivel de cada canal se calculan
calculando en primer lugar el factor para el canal de referencia.
El factor para el canal de referencia se calcula de manera que para
cada partición de frecuencia, la suma de la potencia de todos los
canales es la misma que la potencia de la señal de suma. Entonces,
basándose en el factor de modificación de nivel para el canal de
referencia, se calculan los factores de modificación de nivel para
los otros canales utilizando los parámetros ICLD respectivos.
Por tanto, con el fin de realizar síntesis BCC,
ha de calcularse el factor de modificación de nivel para el canal
de referencia. Para este cálculo, son necesarios todos los
parámetros ICLD para una banda de frecuencia. Entonces, basándose
en esta modificación de nivel para el canal único, pueden calcularse
los factores de modificación de nivel para los otros canales, es
decir, los canales que no son el canal de referencia.
Este enfoque no es ventajoso porque, para una
reconstrucción perfecta, se necesita todas y cada una de las
diferencias de nivel entre canales. Este requisito es incluso más
problemático cuando está presente un canal de transmisión propenso
a errores. Cada error dentro de una diferencia de nivel entre
canales transmitida dará como resultado un error en la señal
multicanal reconstruida, puesto que se requiere cada diferencia de
nivel entre canales para calcular cada una de las señales de salida
multicanal. Adicionalmente, no es posible la reconstrucción cuando
se ha perdido durante la transmisión una diferencia de nivel entre
canales, aunque esta diferencia de nivel entre canales sólo sea
necesaria para, por ejemplo, el canal envolvente izquierdo o el
canal envolvente derecho, canales que no son muy importantes para la
reconstrucción multicanal, puesto que la mayoría de la información
está incluida en el canal delantero izquierdo, al que posteriormente
se le llama el canal izquierdo, en el canal delantero derecho, al
que posteriormente se le llama el canal derecho, o en el canal
central. Esta situación se vuelve incluso peor cuando la diferencia
de nivel entre canales del canal de mejora de bajas frecuencias se
ha perdido durante la transmisión. En esta situación, no es posible
ninguna o sólo una reconstrucción multicanal errónea, aunque el
canal de mejora de bajas frecuencias no es tan decisivo para la
comodidad de escucha de los oyentes. Por tanto, los errores en una
única diferencia de nivel entre canales se propagan a errores
dentro de cada uno de los canales de salida reconstruidos.
Adicionalmente, el esquema BCC existente, que
también se describe en el documento 5574 de la convención AES,
"Binaural Cue Coding applied to Stereo and
Multi-channel Audio Compression", C. Faller, F.
Baumgarte, 10 a 13 de mayo de 2002, Munich, Alemania, no es tan
adecuado cuando se considera un escenario de escucha intuitivo
debido al canal de referencia único. No es natural para un ser
humano, lo que es, por supuesto, el fin último del procesamiento de
audio completo, que todo se refiera a un canal de referencia único.
En su lugar, un ser humano tiene dos oídos, que están situados en
lados diferentes de la cabeza de un ser humano. Por tanto, una
impresión de escucha natural de un ser humano es si una señal se
equilibra más hacia la izquierda o más hacia la derecha, o se
equilibra entre la parte delantera y la parte trasera.
Contrariamente a lo anterior, no es natural para un ser humano
sentir si una cierta fuente de sonido en el campo de audición está
en un cierto equilibrio entre cada altavoz con respecto a un
altavoz de referencia único. Esta divergencia entre la impresión de
escucha natural, por un lado, y el modelo matemático/físico de BCC,
por otro lado, puede llevar a consecuencias negativas del esquema
de codificación, cuando se consideran requisitos de tasa de bits,
requisitos de escalabilidad, requisitos de flexibilidad, requisitos
de artefactos de reconstrucción, o requisitos de robustez ante
errores.
Otra técnica de codificación estéreo se da a
conocer por J. Herre et al: "INTENSITY STEREO CODING"
PREPRINTS OF PAPERS PRESENTED AT THE AES CONVENTION, volumen 96, nº
3799, 26 de febrero de 1994
(26-02-1994), páginas 1 a 10,
XP009025131.
Es un objetivo de la presente invención
proporcionar un concepto mejorado para presentar señales de audio
multicanal.
Este objetivo se consigue mediante un aparato
para generar una representación de parámetros de una señal de
entrada multicanal según la reivindicación 1, un aparato para
generar una representación multicanal reconstruida según la
reivindicación 16, un método según las reivindicaciones 23 ó 24, un
programa informático según la reivindicación 25, o una
representación de parámetros según la reivindicación 26.
La presente invención se basa en el
descubrimiento de que, para una representación multicanal, hay de
basarse en parámetros de equilibrio entre pares de canales.
Adicionalmente, se ha descubierto que es posible una representación
de parámetros de señal multicanal proporcionando al menos dos
parámetros de equilibrio diferentes que indican un equilibrio entre
dos pares de canales diferentes. En particular, la flexibilidad,
escalabilidad, robustez ante errores, e incluso la eficacia de tasa
de bits son el resultado del hecho de que el primer par de canales,
que es la base para el primer parámetro de equilibrio, sea diferente
del segundo par de canales, que es la base para el segundo
parámetro de equilibrio, donde los cuatro canales que forman estos
pares de canales son todos diferentes entre sí.
Por tanto, el concepto inventivo se aparta del
concepto de canal de referencia único y utiliza un concepto de
multiequilibrio o superequilibrio, que es más intuitivo y más
natural para la impresión de sonido de un ser humano. En
particular, los pares de canales que subyacen a los primeros y
segundos parámetros de equilibrio pueden incluir canales
originales, canales de downmix o preferiblemente, ciertas
combinaciones entre canales de entrada.
Se ha descubierto que un parámetro de equilibrio
derivado a partir del canal central como el primer canal y una suma
del canal original izquierdo y el canal original derecho como el
segundo canal del par de canales es especialmente útil para
proporcionar una distribución de energía exacta entre el canal
central y los canales izquierdo y derecho. Ha de observarse en este
contexto que estos tres canales normalmente incluyen la mayoría de
la información de la escena de audio, en el que particularmente la
localización estéreo izquierda-derecha no sólo está
influenciada por el equilibrio entre izquierda y derecha sino
también por el equilibrio entre el centro y la suma de izquierda y
derecha. Esta observación se refleja utilizando este parámetro de
equilibrio según una realización preferida de la presente
invención.
Preferiblemente, cuando se transmite una única
señal de downmix mono, se ha descubierto que, además del parámetro
de equilibrio centro/izquierdo más derecho, un parámetro de
equilibrio izquierdo/derecho, un parámetro de equilibrio posterior
izquierdo/posterior derecho, y un parámetro de equilibrio
delantero/trasero son una solución óptima para una representación
de parámetros eficaz en la tasa de bits, que es flexible, robusta
ante errores y en gran medida está libre de artefactos.
En el lado del receptor, a diferencia de la
síntesis BCC en la que cada canal se calcula sólo mediante la
información transmitida, la representación multiequilibrio inventiva
hace uso adicionalmente de información sobre el esquema de downmix
utilizado para generar el (los) canal(es) de downmix. Por
tanto, según la presente invención, la información sobre el esquema
de downmix, que no se utiliza en sistemas de la técnica anterior,
también se utiliza para realizar upmix (conversión de señal mono o
estéreo en señal envolvente) además del parámetro de equilibrio.
Por lo tanto, la operación de upmix se realiza de tal manera que el
equilibrio entre los canales dentro de una señal multicanal
reconstruida que forma un par de canales para un parámetro de
equilibrio se determina mediante el parámetro de equilibrio.
Este concepto, es decir, presentar diferentes
pares de canales para diferentes parámetros de equilibrio, hace
posible generar algunos canales sin el conocimiento de todos y cada
uno de los parámetros de equilibrio transmitidos. En particular,
según la presente invención, los canales izquierdo, derecho y
central pueden reconstruirse sin ningún conocimiento sobre algún
equilibrio trasero izquierdo/trasero derecho o sin ningún
conocimiento sobre un equilibrio delantero/trasero. Este efecto
permite la escalabilidad afinada muy precisa, ya que extraer un
parámetro adicional de un flujo de bits o transmitir un parámetro de
equilibrio adicional a un receptor permite por consiguiente la
reconstrucción de uno o más canales adicionales. Esto se deferencia
del sistema de referencia única de la técnica anterior, en el que
se necesitaban todas y cada una de las diferencias de nivel entre
canales para reconstruir todos o sólo un subgrupo de todos los
canales de salida reconstruidos.
El concepto inventivo también es flexible porque
la elección de los parámetros de equilibrio puede adaptarse a un
cierto entorno de reconstrucción. Por ejemplo, cuando una
disposición de cinco canales forma la disposición de señal
multicanal original, y cuando una disposición de cuatro canales
forma una disposición multicanal de reconstrucción, que presenta
sólo un único altavoz envolvente, que está situado por ejemplo
detrás del oyente, un parámetro de equilibrio
delantero-trasero permite calcular el canal
envolvente combinado sin ningún conocimiento sobre el canal
envolvente izquierdo y el canal envolvente derecho. Esto se
diferencia de un sistema de canal de referencia único, en el que se
tiene que extraer una diferencia de nivel entre canales para el
canal envolvente izquierdo y una diferencia de nivel entre canales
para el canal envolvente derecho a partir del flujo de datos.
Entonces, se tiene que calcular el canal envolvente izquierdo y el
canal envolvente derecho. Finalmente, se tienen que sumar ambos
canales para obtener el canal de altavoz envolvente único para una
disposición de reproducción de cuatro canales. Todas estas etapas
no tienen que realizarse en la representación de parámetros de
equilibrio más dirigida al usuario y más intuitiva, ya que esta
representación entrega automáticamente el canal envolvente
combinado debido a la representación de parámetros de equilibrio,
que no está ligada a un canal de referencia único, sino que también
permite utilizar una combinación de canales originales como un
canal de un par de canales de parámetros de equilibrio.
La presente invención se refiere al problema de
una representación multicanal parametrizada de señales de audio.
Proporciona una manera eficaz de definir los parámetros apropiados
para la representación multicanal y también la capacidad de extraer
los parámetros que representan la configuración de canales deseada
sin tener que descodificar todos los canales. La invención resuelve
además el problema de elegir la configuración de parámetros óptima
para un segmento de señal dado con el fin de minimizar la tasa de
bits requerida para codificar los parámetros espaciales para el
segmento de señal dado. La presente invención también expone cómo
aplicar previamente los métodos de descorrelación sólo aplicables
para el caso de dos canales en un entorno multicanal general.
En realizaciones preferidas la presente
invención comprende las siguientes características:
- realizar downmix sobre la señal multicanal
para obtener una representación de uno o dos canales en el lado de
los codificadores;
- dada la señal multicanal, definir los
parámetros que representan las señales multicanal, de manera o bien
flexible o bien por trama con el fin de minimizar la tasa de bits o
con el fin de permitir al descodificador extraer la configuración
de canales en un nivel de flujo de bits;
- en el lado del descodificador, extraer el
conjunto de parámetros relevantes dada la configuración de canales
soportada actualmente por el descodificador;
- crear el número requerido de señales
mutuamente descorrelacionadas dada la presente configuración de
canales;
- recrear las señales de salida dado el conjunto
de parámetros descodificados a partir de los datos de flujo de bits
y las señales descorrelacionadas.
- definición de una parametrización de la señal
de audio multicanal, de tal manera que los mismos parámetros o un
subconjunto de los parámetros pueden utilizarse independientemente
de la configuración de canales.
- definición de una parametrización de la señal
de audio multicanal, de tal manera que los parámetros pueden
utilizarse en un esquema de codificación escalable, en el que se
transmiten subconjuntos del conjunto de parámetros en diferentes
capas del flujo escalable.
- definición de una parametrización de la señal
de audio multicanal, de tal manera que la reconstrucción de energía
de las señales de salida del descodificador no se ve afectada por el
códec de audio subyacente utilizado para codificar la señal de
downmix.
- conmutación entre diferentes parametrizaciones
de la señal de audio multicanal, de tal manera que se minimiza la
sobrecarga de tasa de bits para codificar la parametrización.
- definición de una parametrización de la señal
de audio multicanal, en la que se incluye un parámetro que
representa el factor de corrección de energía para la señal de
downmix.
- utilización de varios descorreladores
mutuamente descorrelacionados para recrear la señal multicanal.
- recrear la señal multicanal a partir de una
matriz H de upmix que se calcula basándose en el conjunto de
parámetros transmitidos.
La presente invención se describirá a
continuación a modo de ejemplos ilustrativos que no limitan el
alcance o espíritu de la invención, con referencia a los dibujos
adjuntos, en los que:
la figura 1 ilustra una nomenclatura utilizada
para una configuración de 5,1 canales tal como se utiliza en la
presente invención;
la figura 2 ilustra una posible implementación
de codificador de la presente invención;
la figura 3 ilustra una posible implementación
de descodificador de la presente invención;
la figura 4 ilustra una parametrización
preferida de la señal multicanal según la presente invención;
la figura 5 ilustra una parametrización
preferida de la señal multicanal según la presente invención;
la figura 6 ilustra una parametrización
preferida de la señal multicanal según la presente invención;
la figura 7 ilustra una disposición esquemática
para un esquema de downmix que genera un canal base único o dos
canales base;
la figura 8 ilustra una representación
esquemática de un esquema de upmix, que se basa en los parámetros de
equilibrio inventivos y en información sobre el esquema de
downmix;
la figura 9a ilustra una determinación de un
parámetro de nivel en un lado de codificador;
la figura 9b ilustra la utilización del
parámetro de nivel en el lado del codificador;
la figura 10a ilustra un flujo de bits escalable
que presenta diferentes partes de la parametrización multicanal en
diferentes capas del flujo de bits;
la figura 10b ilustra una tabla de escalabilidad
que indica qué canales pueden construirse utilizando qué parámetros
de equilibrio, y qué parámetros de equilibrio y canales no se
utilizan o calculan; y
la figura 11 ilustra la aplicación de la matriz
de upmix según la presente invención.
Las realizaciones descritas posteriormente son
meramente ilustrativas para los principios de la presente invención
sobre representación multicanal de señales de audio. Se entiende que
las modificaciones y variaciones de las disposiciones y los
detalles descritos en el presente documento serán evidentes para
otros expertos en la técnica. Por lo tanto, la intención es estar
limitada sólo por el alcance de las reivindicaciones de patente
inminentes y no por los detalles específicos presentados a modo de
descripción y explicación de las realizaciones del presente
documento.
En la siguiente descripción de la presente
invención que expone cómo parametrizar parámetros IID e ICC y cómo
aplicarlos con el fin de recrear una representación multicanal de
señales de audio, se supone que todas las señales a las que se hace
referencia son señales de subbanda en un banco de filtros o alguna
otra representación selectiva en función de la frecuencia de una
parte del intervalo total de frecuencia para el canal
correspondiente. Por lo tanto, se entiende que la presente
invención no se limita a un banco de filtros específico, y que la
presente invención se expone posteriormente para una banda de
frecuencia de la representación de subbandas de la señal, y que las
mismas operaciones se aplican a todas las señales de subbanda.
Aunque un parámetro de equilibrio también se
denomina un parámetro de "diferencia de intensidad entre canales
(IDD)", ha de resaltarse que un parámetro de equilibrio entre un
par de canales no tiene necesariamente que ser la relación entre la
energía o intensidad en el primer canal del par de canales y la
energía o intensidad del segundo canal en el par de canales.
Generalmente, el parámetro de equilibrio indica la localización de
una fuente de sonido entre los dos canales del par de canales.
Aunque esta localización viene dada normalmente por diferencias de
energía/nivel/intensidad, pueden utilizarse otras características de
una señal tales como una medida de potencia para ambos canales o
envolventes de frecuencia o tiempo de los canales, etc.
En la figura 1 se visualizan los diferentes
canales para una configuración de 5,1 canales, donde a(t) 101
representa el canal envolvente izquierdo, b(t) 102
representa el canal delantero izquierdo, c(t) 103 representa
el canal central, d(t) 104 representa el canal delantero
derecho, e(t) 105 representa el canal envolvente derecho y
f(t) 106 representa el canal LFE (efectos de bajas
frecuencias, low frequency effects).
Suponiendo que el operador de esperanza se
define como
y por tanto las energías para los
canales expuestos anteriormente pueden definirse según (mostrado a
modo de ejemplo en este caso mediante el canal envolvente
izquierdo):
En el lado del codificador se realiza downmix
sobre los cinco canales para obtener una representación de dos
canales o una representación de un canal. Esto puede realizarse de
varias maneras y una comúnmente utilizada es el downmix ITU
definido según:
el downmix de 5,1 a dos canales:
y el downmix de 5,1 a un
canal:
Valores utilizados comúnmente para las
constantes \alpha, \beta, \gamma y \delta son
Los parámetros IID se definen como relaciones de
energía de dos canales elegidos arbitrariamente o grupos de canales
ponderados. Dadas las energías de los canales expuestos
anteriormente para la configuración de 5,1 canales pueden definirse
varios conjuntos de parámetros IID.
La figura 7 indica un elemento 700 de downmix
general que utiliza las ecuaciones a las que se hizo referencia
anteriormente para calcular un canal m único o dos canales I_{d} y
r_{d} preferiblemente estéreo. Generalmente, el elemento de
downmix utiliza cierta información de downmix. En la realización
preferida de un downmix lineal, esta información de downmix incluye
factores de ponderación \alpha, \beta, \gamma y \delta. En
la técnica se conoce que pueden utilizarse factores de ponderación
más o menos constantes o no constantes.
En un downmix recomendado por ITU, \alpha se
fija a 1, \beta y \gamma se fijan para que sean iguales e
iguales a la raíz cuadrada de 0,5, y \delta se fija a 0.
Generalmente, el factor \alpha puede variar entre 1,5 y 0,5.
Adicionalmente, los factores \beta y \gamma pueden ser
diferentes entre sí y variar entre 0 y 1. Lo mismo se cumple para
el canal f(t) de mejora de bajas frecuencias. El factor
\delta para este canal puede variar entre 0 y 1. Adicionalmente,
los factores para el downmix izquierdo y el downmix derecho no
tienen que ser iguales entre sí. Esto se vuelve claro cuando se
considera un downmix no automático que, por ejemplo, realiza un
ingeniero de sonido. El ingeniero de sonido se dedica más a realizar
un downmix creativo más que un downmix que se guía por cualquier
ley matemática. En su lugar, el ingeniero de sonido se guía por su
propio sentimiento creativo. Cuando este downmix "creativo" se
graba por un cierto conjunto de parámetros, se utilizará según la
presente invención mediante un elemento de upmix inventivo tal como
se muestra en la figura 8, que no sólo se guía por los parámetros,
sino también por la información adicional sobre el esquema de
downmix.
Cuando se ha realizado un downmix lineal tal
como en la figura 7, los parámetros de ponderación son la
información preferida sobre el esquema de downmix para utilizarse
por el elemento de upmix. Sin embargo, cuando está presente otra
información, que se utiliza en el esquema de downmix, también puede
utilizarse esta otra información por un elemento de upmix como la
información sobre el esquema de downmix. Tal otra información puede,
por ejemplo, ser ciertos elementos de matriz o ciertos factores o
funciones dentro de los elementos de matriz de una matriz de upmix
tal como, por ejemplo, se indica en la figura 11.
Dada la configuración de 5,1 canales expuesta en
la figura 1 y observando cómo otras configuraciones de canales se
relacionan con la configuración de 5,1 canales para un caso de tres
canales en el que no hay disponible ningún canal envolvente, es
decir, B, C y D están disponibles según la notación anterior. Para
una configuración de cuatro canales, B, C y D están disponibles
pero también una combinación de A y E que representa el canal
envolvente único, o denotado más comúnmente denominado en este
contexto, el canal trasero.
La presente invención define parámetros IID que
se aplican a todos estos canales, es decir, el subconjunto de
cuatro canales de la configuración de 5,1 canales presenta un
subconjunto correspondiente dentro del conjunto de parámetros IID
que describe los 5,1 canales. El siguiente conjunto de parámetros
IID resuelve este problema:
Es evidente que el parámetro r_{1} corresponde
a la relación de energía entre el canal de downmix izquierdo y el
canal de downmix derecho. El parámetro r_{2} corresponde a la
relación de energía entre el canal central y los canales delanteros
izquierdo y derecho. El parámetro r_{3} corresponde a la relación
de energía entre los tres canales delanteros y los dos canales
envolventes. El parámetro r_{4} corresponde a la relación de
energía entre los dos canales envolventes. El parámetro r_{5}
corresponde a la relación de energía entre el canal LFE y todos los
demás canales.
En la figura 4 se ilustran las relaciones de
energía tal como se explicó anteriormente. Los diferentes canales
de salida se indican por 101 a 105 y son los mismos que en la figura
1 y por tanto no se detallan adicionalmente en este momento. La
disposición de altavoces está dividida en una mitad izquierda y una
derecha, en la que el canal 103 central es parte de ambas mitades.
La relación de energía entre el plano de la mitad izquierda y el
plano de la mitad derecha es exactamente el parámetro denominado
como r_{1} según la presente invención. Esto se indica mediante
la línea continua por debajo de r_{1} en la figura 4. Además, la
distribución de energía entre el canal 103 central y el canal 102
delantero izquierdo y el canal 103 delantero derecho se indica por
r_{2} según la presente invención. Finalmente, la distribución de
energía entre toda la disposición de canales delanteros (102, 103 y
104) y los canales traseros (101 y 105) se ilustra mediante la
flecha en la figura 5 por el parámetro r_{3}.
Dada la parametrización anterior y la energía
del canal de downmix único transmitido:
las energías de los canales
reconstruidos pueden expresarse
como:
Por tanto, la energía de la señal M puede
distribuirse a los canales reconstruidos dando como resultado
canales reconstruidos que presentan las mismas energías que los
canales originales.
El esquema anterior preferido de upmix se
ilustra en la figura 8. Se vuelve claro a partir de las ecuaciones
para F, A, E, C, B y D que la información sobre el esquema de
downmix que va a utilizarse por el elemento de upmix son los
factores \alpha, \beta, \gamma y \delta de ponderación, que
se utilizan para ponderar los canales originales antes de que tales
canales ponderados o no ponderados se sumen juntos o se resten entre
sí con el fin de llegar a un número de canales de downmix, que es
menor que el número de canales originales. Por tanto, a partir de
la figura 8 está claro que según la presente invención, las energías
de los canales reconstruidos no sólo se determinan por los
parámetros de equilibrio transmitidos desde un lado de codificador
a un lado de descodificador, sino que también se determinan por el
factor \alpha, \beta, \gamma y \delta de downmix.
Cuando se considera la figura 8, se vuelve claro
que, para calcular las energías B y D izquierda y derecha, las
energías F, A, E, C de canales ya calculadas se utilizan dentro de
la ecuación. Sin embargo, esto no implica necesariamente un esquema
de upmix secuencial. En su lugar, para obtener un esquema de upmix
completamente paralelo que, por ejemplo, se realiza utilizando una
cierta matriz de upmix que presenta ciertos elementos de matriz de
upmix, las ecuaciones para A, C, E y F se insertan en las ecuaciones
B y D. Por tanto, se vuelve claro que la energía de canales
reconstruidos sólo se determina por los parámetros de equilibrio, el
(los) canal(es) de downmix y la información sobre el esquema
de downmix tal como los factores de downmix.
Dados los parámetros IID anteriores es evidente
que se ha resuelto el problema de definir un conjunto de parámetros
de parámetros IID que puede utilizarse para varias configuraciones
de canales tal como será obvio a partir de lo comentado
posteriormente. Como un ejemplo, observando la configuración de tres
canales (es decir, recreando tres canales delanteros a partir de un
canal disponible), es evidente que los parámetros r_{3}, r_{4}
y r_{5} están obsoletos puesto que los canales A, E y f no
existen. También es evidente que los parámetros r_{1} y r_{2}
son suficientes para recrear los tres canales a partir de un canal
único de downmix ya que r_{1} describe la relación de energía
entre los canales delanteros izquierdo y derecho, y r_{2} describe
la relación de energía entre el canal central y los canales
delanteros izquierdo y derecho.
En el caso más general se observa fácilmente que
los parámetros IID (r_{1}...r_{5}), tal como se definieron
anteriormente, se aplican a todos los subconjuntos de recreación de
n canales a partir de m canales donde m<n\leq6. Observando la
figura 4 puede decirse que:
- para un sistema que recrea 2 canales a partir
de 1 canal, se obtiene suficiente información a partir del
parámetro r_{1} para conservar la relación de energía correcta
entre los canales;
- para un sistema que recrea 3 canales a partir
de 1 canal, se obtiene suficiente información a partir de los
parámetros r_{1} y r_{2} para conservar la relación de energía
correcta entre los canales;
- para un sistema que recrea 4 canales a partir
de 1 canal, se obtiene suficiente información a partir de los
parámetros r_{1}, r_{2} y r_{3} para conservar la relación de
energía correcta entre los canales;
- para un sistema que recrea 5 canales a partir
de 1 canal, se obtiene suficiente información a partir de los
parámetros r_{1}, r_{2}, r_{3} y r_{4} para conservar la
relación de energía correcta entre los canales;
- para un sistema que recrea 5,1 canales a
partir de 1 canal, se obtiene suficiente información a partir de
los parámetros r_{1}, r_{2}, r_{3}, r_{4} y r_{5} para
conservar la relación de energía correcta entre los canales;
- para un sistema que recrea 5,1 canales a
partir de 2 canales, se obtiene suficiente información a partir de
los parámetros r_{2}, r_{3}, r_{4} y r_{5} para conservar la
relación de energía correcta entre los canales.
La característica de escalabilidad descrita
anteriormente se ilustra mediante la tabla en la figura 10b. El
flujo de bits escalable ilustrado en la figura 10a y explicado
posteriormente también puede adaptarse a la tabla de la figura 10b
para obtener una escalabilidad más precisa que la mostrada en la
figura 10a.
El concepto inventivo es especialmente ventajoso
porque los canales izquierdo y derecho pueden reconstruirse
fácilmente a partir de un único parámetro r_{1} de equilibrio sin
conocimiento o extracción de cualquier otro parámetro de
equilibrio. Con este fin, en las ecuaciones para B, D en la figura
8, los canales A, C, F y E se fijan simplemente a cero.
Como alternativa, cuando sólo se considera el
parámetro r_{2} de equilibrio, los canales reconstruidos son por
un lado la suma entre el canal central y el canal de bajas
frecuencias (cuando este canal no se fija a cero) y por otro lado
la suma entre los canales izquierdo y derecho. Por tanto, el canal
central por un lado y la señal mono por otro lado pueden
reconstruirse utilizando sólo un único parámetro. Esta
característica ya puede ser útil para una representación de 3
canales sencilla, en la que las señales izquierda y derecha se
derivan a partir de la suma de la parte izquierda y la parte derecha
dividida por dos, y en la que la energía entre la parte central y
la suma de la parte izquierda y la parte derecha se determina
exactamente por el parámetro r_{2} de equilibrio.
En este contexto, los parámetros r_{1} y
r_{2} de equilibrio se sitúan en una capa de escalado
inferior.
\newpage
En cuanto a la segunda entrada en la tabla de la
figura 10b, que indica cómo pueden generarse 3 canales B, D y la
suma entre C y F utilizando sólo dos parámetros de equilibrio en
lugar de todos los 5 parámetros de equilibrio, uno de esos
parámetros r_{1} y r_{2} ya puede estar en una capa de escalado
superior que el parámetro r_{1} o r_{2}, que está situado en la
capa de escalado inferior.
Cuando se consideran las ecuaciones en la figura
8, se vuelve claro que, para calcular C, el parámetro r_{5} no
extraído y el otro parámetro r_{3} no extraído se fijan a cero.
Adicionalmente, los canales A, E, F no utilizados también se fijan
a 0, de tal modo que pueden calcularse los 3 canales B, D y la
combinación entre el canal C central y el canal F de mejora de
bajas frecuencias.
Cuando va a realizarse upmix sobre una
representación de 4 canales, es suficiente extraer sólo los
parámetros r_{1}, r_{2} y r_{3} del flujo de datos de
parámetros. En este contexto, r_{3} podría estar en una capa de
escalado próxima superior que el otro parámetro r_{1} o r_{2}.
La configuración de 4 canales es especialmente adecuada en conexión
con la representación de parámetros de superequilibrio de la
presente invención puesto que, tal como se describirá
posteriormente en conexión con la figura 6, el tercer parámetro
r_{3} de equilibrio ya se deriva a partir de una combinación de
los canales delanteros por un lado y los canales traseros por otro
lado. Esto se debe al hecho de que el parámetro r_{3} es un
parámetro de equilibrio delantero-trasero, que se
deriva a partir del par de canales que presenta, como un primer
canal, una combinación de los canales A y E traseros, y que
presenta, como los canales delanteros, una combinación del canal B
izquierdo, el canal E derecho, y el canal C central.
Por tanto, la energía del canal combinado de
ambos canales envolventes se obtiene automáticamente sin ningún
cálculo aparte y combinación posterior, tal como sería el caso en
una disposición de canal de referencia único.
Cuando tienen que recrearse 5 canales a partir
de un canal único, es necesario el parámetro r_{4} de equilibrio
adicional. Este parámetro r_{4} puede de nuevo estar en una capa
de escalado próxima superior.
Cuando tiene que realizarse una reconstrucción
5.1, se requiere cada parámetro de equilibrio. Por tanto, una capa
de escalado próxima superior que incluya el siguiente parámetro
r_{5} de equilibrio tendrá que transmitirse a un receptor y
evaluarse por el receptor.
Sin embargo, utilizando el mismo enfoque de
ampliar los parámetros IID según el número ampliado de canales, los
parámetros IID anteriores pueden ampliarse para cubrir
configuraciones de canales con un número mayor de canales que la
configuración 5.1. Por tanto, la presente invención no se limita a
los ejemplos expuestos anteriormente.
Obsérvese ahora el caso en el que la
configuración de canales es una configuración de 5,1 canales siendo
éste uno de los casos más comúnmente utilizados. Además, supóngase
que los 5,1 canales se recrean a partir de dos canales. Puede
definirse para este caso un conjunto de parámetros diferente
sustituyendo los parámetros r_{3} y r_{4} por:
\vskip1.000000\baselineskip
\vskip1.000000\baselineskip
Los parámetros q_{3} y q_{4} representan la
relación de energía entre los canales izquierdos delantero y
trasero, y la relación de energía entre los canales derechos
delantero y posterior. Pueden preverse varias otras
parametrizaciones.
En la figura 5 se visualiza la parametrización
modificada. En lugar de tener un parámetro que representa la
distribución de energía entre los canales delantero y trasero (tal
como se representó mediante r_{3} en la figura 4) y un parámetro
que describe la distribución de energía entre el canal envolvente
izquierdo y el canal envolvente derecho (tal como se representó
mediante r_{4} en la figura 4) los parámetros q_{3} y q_{4}
se utilizan para describir la relación de energía entre el canal 102
delantero izquierdo y el canal 101 envolvente izquierdo, y la
relación de energía entre el canal 104 delantero derecho y el canal
105 envolvente derecho.
La presente invención enseña que puedan
utilizarse varios conjuntos de parámetros para representar las
señales multicanal. Una característica adicional de la presente
invención es que pueden elegirse diferentes parametrizaciones
dependiendo del tipo de cuantificación de los parámetros que se
utilice.
Como un ejemplo, en un sistema que utiliza
cuantificación aproximada de la parametrización, debido a
limitaciones de alta tasa de bits, debería utilizarse una
parametrización que no amplificase errores durante el proceso de
upmix.
\newpage
Obsérvense dos de las expresiones anteriores
para las energías reconstruidas en un sistema que recrea 5,1
canales a partir de un canal:
\vskip1.000000\baselineskip
Es evidente que las restas pueden dar lugar a
grandes variaciones de las energías B y D debido a efectos de
cuantificación bastante pequeños de los parámetros M, A, C y F.
Según la presente invención, debería utilizarse
una parametrización diferente que sea menos sensible a la
cuantificación de los parámetros. Por tanto, si se utiliza
cuantificación aproximada, el parámetro r_{1} tal como se definió
anteriormente:
\vskip1.000000\baselineskip
puede sustituirse por la definición
alternativa
según:
\vskip1.000000\baselineskip
Esto da lugar a ecuaciones para las energías
reconstruidas según:
\vskip1.000000\baselineskip
y las ecuaciones para las energías
reconstruidas de A, E, C y F siguen siendo las mismas que
anteriormente. Es evidente que esta parametrización representa un
sistema mejor acondicionado desde un punto de vista de la
cuantificación.
En la figura 6 se ilustran las relaciones de
energía tal como se explicaron anteriormente. Los diferentes
canales de salida se indican por 101 a 105 y son los mismos que en
la figura 1 y por tanto no se detallan en este momento. La
disposición de altavoces está dividida en una parte delantera y una
parte trasera. La distribución de energía entre toda la disposición
de canales (102, 103 y 104) delanteros y los canales (101 a 105)
traseros se ilustra mediante la flecha en la figura 6 indicada por
en parámetro r_{3}.
Otra característica notable e importante de la
presente invención es que cuando se observa la parametrización
\vskip1.000000\baselineskip
no es sólo un sistema mejor
acondicionado desde un punto de vista de la cuantificación. La
parametrización anterior también tiene la ventaja de que los
parámetros utilizados para reconstruir los tres canales delanteros
se derivan sin ninguna influencia de los canales envolventes. Podría
preverse un parámetro r_{2} que describa la relación entre el
canal central y todos los demás canales. Sin embargo, esto tendría
la desventaja de que los canales envolventes se incluirían en la
estimación de los parámetros que describen los canales
delanteros.
Recuérdese que, en la presente invención, la
parametrización descrita también puede aplicarse a mediciones de
correlación o coherencia entre canales, es evidente que incluir los
canales traseros en el cálculo de r_{2} puede tener influencia
negativa significativa en el éxito de recrear con precisión los
canales delanteros.
Como ejemplo, podría imaginarse una situación
con la misma señal en todos los canales delanteros y señales
completamente no correlacionadas en los canales traseros. Esto no es
infrecuente, dado que los canales posteriores se utilizan
frecuentemente para recrear información de ambiente del sonido
original.
Si el canal central se describe en relación a
todos los demás canales, la medida de correlación entre el central
y la suma de todos los demás canales será bastante baja, puesto que
los canales traseros están completamente no correlacionados. Lo
mismo será cierto para un parámetro que estima la correlación entre
los canales delanteros izquierdo/derecho y los canales traseros
izquierdo/derecho.
Por tanto, se llega a una parametrización que
puede reconstruir las energías correctamente, pero que no incluye
la información de que todos los canales delanteros fuesen idénticos,
es decir, fuertemente correlacionados. Incluye la información de
que los canales delanteros izquierdo y derecho están
descorrelacionados con los canales posteriores, y que el canal
central también está correlacionado con los canales posteriores. Sin
embargo, el hecho de que todos los canales delanteros son los
mismos no puede derivarse a partir de una parametrización de este
tipo.
Esto se resuelve utilizando la
parametrización
\vskip1.000000\baselineskip
tal como se enseña mediante la
presente invención, puesto que los canales traseros no están
incluidos en la estimación de los parámetros utilizados en el lado
del descodificador para recrear los canales
delanteros.
La distribución de energía entre el canal 103
central y el canal 102 delantero izquierdo y el canal 103 delantero
derecho se indica por r_{2} según la presente invención. La
distribución de energía entre el canal 101 envolvente izquierdo y
el canal 105 envolvente derecho se ilustra por r_{4}. Finalmente,
la distribución de energía entre el canal 102 delantero izquierdo y
el canal 104 delantero derecho se da mediante r_{1}. Como es
evidente, todos los parámetros son los mismos que los representados
en la figura 4 aparte de r_{1} que en este caso corresponde a la
distribución de energía entre el altavoz delantero izquierdo y el
altavoz delantero derecho, como opuestos a todo el lado izquierdo y
a todo el lado derecho. Para terminar, también se da el parámetro
r5 que representa la distribución de energía entre el canal 103
central y el canal 106 lfe.
La figura 6 muestra una perspectiva general de
la realización de parametrización preferida de la presente
invención. El primer parámetro r_{1} de equilibrio (indicado por
la línea continua) constituye un parámetro de equilibrio delantero
izquierdo/delantero derecho. El segundo parámetro r_{2} de
equilibrio es un parámetro de equilibrio
izquierdo-derecho. El tercer parámetro r_{3} de
equilibrio constituye un parámetro de equilibrio delantero/trasero.
El cuarto parámetro r_{4} de equilibrio constituye un parámetro de
equilibrio posterior izquierdo/posterior derecho. Finalmente, el
quinto parámetro r_{5} de equilibrio constituye un parámetro de
equilibrio centro/lfe.
La figura 4 muestra una situación relacionada.
El primer parámetro r_{1} de equilibrio, que se ilustra en la
figura 4 mediante líneas continuas en el caso de un equilibrio
izquierdo/derecho de downmix puede sustituirse por un parámetro de
equilibrio delantero izquierdo/delantero derecho original definido
entre los canales B y D como el par de canales subyacentes. Esto se
ilustra mediante la línea r_{1} discontinua en la figura 4 y
corresponde a la línea r_{1} continua en la figura 5 y en la
figura 6.
En una situación de dos canales base, los
parámetros r_{3} y r_{4}, es decir, el parámetro de equilibrio
delantero/trasero y el parámetro de equilibrio posterior
izquierdo/derecho se sustituyen por dos parámetros
delantero/posterior de un único lado. El primer parámetro q_{3}
delantero/posterior de un único lado también puede denominarse como
el primer parámetro de equilibrio, que se deriva a partir del par de
canales que está constituido por el canal A envolvente izquierdo y
el canal B izquierdo. El segundo parámetro de equilibrio
delantero/izquierdo de un único lado es el parámetro q_{4}, que
puede denominarse como el segundo parámetro, que se basa en el
segundo par de canales que está constituido por el canal D derecho y
el canal E envolvente derecho. De nuevo, ambos pares de canales son
independientes entre sí. Lo mismo es cierto para el parámetro
r_{2} de equilibrio centro/izquierdo-derecho, que
presenta, como un primer canal, un canal C central, y como un
segundo canal, la suma de los canales B y D izquierdo y derecho.
Otra parametrización que se presta adecuadamente
para la cuantificación aproximada para un sistema que recrea 5,1
canales a partir de uno o dos canales se define posteriormente según
la presente invención.
Para el caso de 1 a 5,1 canales:
\vskip1.000000\baselineskip
Y para el caso de dos a 5,1 canales:
Es evidente que las parametrizaciones anteriores
incluyen más parámetros de lo que se requiere desde el punto de
vista estrictamente teórico para redistribuir correctamente la
energía de las señales transmitidas a las señales recreadas. Sin
embargo, la parametrización es muy insensible a errores de
cuantificación.
El conjunto de parámetros al que se hizo
referencia anteriormente para una disposición de dos canales base,
hace uso de varios canales de referencia. Sin embargo, a diferencia
de la configuración de parámetros en la figura 6, el conjunto de
parámetros en la figura 7 se basa únicamente en canales de downmix
en vez de en canales originales como canales de referencia. Los
parámetros q_{1}, q_{3} y q_{4} de equilibrio se derivan a
partir de pares de canales completamente diferentes.
Aunque se han descrito varias realizaciones
inventivas, en las que los pares de canales para derivar parámetros
de equilibrio incluyen sólo canales originales (figura 4, figura 5,
figura 6) o incluyen canales originales así como canales de downmix
(figura 4, figura 5) o únicamente se basan en canales de downmix
como los canales de referencia tal como se indica en la parte
inferior de la figura 7, se prefiere que el generador de parámetros
incluido dentro del codificador 206 de datos envolventes de la
figura 2 esté operativo para utilizar sólo canales originales o
combinaciones de canales originales en lugar de un canal base o una
combinación de canales base para los canales en los pares de
canales, en los que se basan los parámetros de equilibrio. Esto se
debe al hecho de que no puede garantizarse completamente que no se
producirá un cambio de energía para el único canal base o los dos
canales base estéreo durante su transmisión desde un codificador
envolvente hasta un descodificador envolvente. Tales variaciones de
energía para los canales de downmix o el canal de downmix único
pueden provocarse por un codificador 205 de audio (figura 2) o un
descodificador 302 de audio (figura 3) que funcionan bajo una
condición de tasa de bits baja. Tales situaciones pueden dar como
resultado la manipulación de la energía del canal de downmix mono o
los canales de downmix estéreo, manipulación que puede ser diferente
entre los canales de downmix estéreo izquierdo y derecho, o incluso
puede ser selectivo en función de la frecuencia y en función del
tiempo.
Con el fin de estar completamente seguro frente
a tales variaciones de energía, se transmite un parámetro de nivel
adicional para cada bloque y banda de frecuencia para todos los
canales de downmix según la presente invención. Cuando los
parámetros de equilibrio se basan en la señal original en lugar de
en la señal de downmix, un factor de corrección único es suficiente
para cada banda, puesto que cualquier corrección de energía no
influirá en una situación de equilibrio entre los canales
originales. Incluso cuando no se transmite ningún parámetro de
nivel adicional, cualquier variación de energía de canal de downmix
no dará como resultado una ubicación distorsionada de fuentes de
sonido en la imagen de audio sino que sólo dará como resultado una
variación de sonoridad general, que no es tan desagradable como una
migración de una fuente de sonido provocada por condiciones de
equilibrio variables.
Es importante observar que se necesita tener
cuidado de tal modo que la energía M (de los canales de downmix),
sea la suma de las energías B, D, A, E, C y F tal como se expuso
anteriormente. Este no es siempre el caso debido a dependencias de
fase entre los diferentes canales sobre los que se está realizando
downmix para obtener un canal. El factor de corrección de energía
puede transmitirse como un parámetro r_{M} adicional, y la
energía de la señal de downmix recibida en el lado del
descodificador se define por tanto como:
En la figura 9 se representa la aplicación del
parámetro r_{M} adicional. La señal de entrada de downmix se
modifica por el parámetro r_{M} en 901 antes de enviarla hacia los
módulos 701 a 705 de upmix. Éstos son los mismos que en la figura 7
y por lo tanto no se detallarán en lo sucesivo. Para los expertos en
la técnica es obvio que el parámetro rM para el ejemplo de downmix
de canal único anterior puede ampliarse a un parámetro por canal de
downmix, y, por tanto, no está limitado a un canal de downmix
único.
La figura 9a ilustra un calculador 900 de
parámetro de nivel inventivo, mientras que la figura 9b indica un
corrector 902 de nivel inventivo. La figura 9a indica la situación
en el lado del codificador y la figura 9b ilustra la situación
correspondiente en el lado del descodificador. El parámetro de nivel
o parámetro r_{M} "adicional" es un factor de corrección que
da una cierta relación de energía. Para explicar esto, se supone el
siguiente escenario a modo de ejemplo. Para una cierta señal
multicanal original, existe un "downmix maestro" por un lado y
un "downmix de parámetros" por el otro. El downmix maestro lo
ha generado un ingeniero de sonido en un estudio de sonido
basándose en, por ejemplo, impresiones de calidad subjetivas.
Adicionalmente, un cierto medio de almacenamiento de audio también
incluye el downmix de parámetros que se ha realizado mediante, por
ejemplo, el codificador 203 envolvente de la figura 2. El downmix de
parámetros incluye un canal base o dos canales base, canales base
que forman la base para la reconstrucción multicanal utilizando el
conjunto de parámetros de equilibrio o cualquier otra
representación paramétrica de la señal multicanal original.
Puede darse el caso, por ejemplo, de que un
radiodifusor desee no transmitir el downmix de parámetros sino el
downmix maestro desde un transmisor hasta un receptor.
Adicionalmente, para mejorar el downmix maestro a una
representación multicanal, el radiodifusor también transmite una
representación paramétrica de la señal multicanal original. Puesto
que la energía (en una banda y en un bloque) puede variar (y
normalmente lo hará) entre el downmix maestro y el downmix de
parámetros, se genera un parámetro r_{M} de nivel relativo en el
bloque 900 y se transmite al receptor como un parámetro adicional.
El parámetro de nivel se deriva a partir del downmix maestro y el
downmix de parámetros y es, preferiblemente, una relación entre las
energías dentro de un bloque y una banda del downmix maestro y el
downmix de parámetros.
Generalmente, el parámetro de nivel se calcula
como la relación de la suma de las energías (E_{orig}) de los
canales originales y la energía del (de los) canal(es) de
downmix, en la que este (estos) canal(es) de downmix
puede(n) ser el downmix (E_{PD}) de parámetros o el downmix
(E_{MD}) maestro o cualquier otra señal de downmix. Normalmente,
se utiliza la energía de la señal de downmix específica, que se
transmite desde un codificador hasta un descodificador.
La figura 9b ilustra una implementación del lado
del descodificador de la utilización del parámetro de nivel. El
parámetro de nivel así como la señal de downmix se introducen en el
bloque 902 corrector de nivel. El corrector de nivel corrige el
canal base único o los diversos canales base dependiendo del
parámetro de nivel. Puesto que el parámetro r_{M} adicional es un
valor relativo, este valor relativo se multiplica por la energía
del canal base correspondiente.
Aunque las figuras 9a y 9b indican una situación
en la que se aplica la corrección de nivel al canal de downmix o a
los canales de downmix, el parámetro de nivel también puede
integrarse en la matriz de upmix. Con este fin, cada vez que
aparece M en las ecuaciones de la figura 8 se sustituye por el
término "r_{M}M".
Estudiando el caso cuando se recrean 5,1 canales
a partir de 2 canales, se realiza la siguiente observación.
Si la presente invención se utiliza con un códec
de audio subyacente tal como se representa en la figura 2 y en la
figura 3 por 205 y 302, se necesita realizar algunas consideraciones
más. Obsérvese que los parámetros IID, tal como se definieron
anteriormente, donde r_{1} se definió según
este parámetro está disponible
implícitamente en el lado del descodificador puesto que el sistema
está recreando 5,1 canales a partir de 2 canales, siempre que los
dos canales transmitidos sean el downmix estéreo de los canales
envolventes.
Sin embargo, el códec de audio que funciona bajo
una limitación de tasa de bits puede modificar la distribución
espectral de tal modo que las energías L y R tal como se miden en el
descodificador difieren de sus valores en el lado del codificador.
Según la presente invención tal influencia sobre la distribución de
energía de los canales recreados se desvanece transmitiendo el
parámetro
también para el caso cuando se
reconstruyen 5,1 canales a partir de dos
canales.
\global\parskip0.900000\baselineskip
Si se proporcionan medios de señalización, el
codificador puede codificar el presente segmento de señal utilizando
diferentes conjuntos de parámetros y elegir el conjunto de
parámetros IID que dan la sobrecarga más baja para el segmento de
señal particular que está procesándose. Es posible que los niveles
de energía entre los canales delantero y trasero derechos sean
similares, y que los niveles de energía entre el canal izquierdo
delantero y trasero sean similares pero significativamente
diferentes a los niveles en el canal delantero y trasero derecho.
Dada la codificación delta de parámetros y posteriormente la
codificación de entropía, puede ser más eficaz utilizar los
parámetros q_{3} y q_{4} en lugar de r_{3} y r_{4}. Para
otro segmento de señal con características diferentes, un conjunto
de parámetros diferente puede dar una sobrecarga de tasa de bits
inferior. La presente invención permite conmutar libremente entre
diferentes representaciones de parámetros con el fin de minimizar
la sobrecarga de tasa de bits para el segmento de señal codificado
actualmente dadas las características del segmento de señal. La
capacidad para conmutar entre diferentes parametrizaciones de los
parámetros IID con el fin de obtener la sobrecarga de tasa de bits
más baja posible y proporcionar medios de señali-
zación para indicar qué parametrización se utiliza actualmente, es una característica esencial de la presente invención.
zación para indicar qué parametrización se utiliza actualmente, es una característica esencial de la presente invención.
Además, la codificación delta de los parámetros
puede realizarse en o bien la dirección de frecuencia o bien en la
dirección del tiempo, así como codificación delta entre diferentes
parámetros. Según la presente invención, un parámetro puede
codificarse mediante codificación delta con respecto a cualquier
otro parámetro, dado que se proporcionan medios de señalización que
indican la codificación delta particular utilizada.
Una característica interesante para cualquier
esquema de codificación es la capacidad para realizar codificación
escalable. Esto significa que el flujo de bits codificado puede
dividirse en varias capas diferentes. La capa de núcleo puede
descodificarse por sí misma y las capas superiores pueden
descodificarse para mejorar la señal de capa de núcleo codificada.
Por diferentes circunstancias, el número de capas disponibles puede
variar, pero mientras que la capa de núcleo esté disponible el
descodificador puede producir muestras de salida. La
parametrización para la codificación multicanal, tal como se expuso
anteriormente utilizando los parámetros r_{1} a r_{5,} es muy
adecuada para la codificación escalable. Por tanto, es posible
almacenar los datos para, por ejemplo, los dos canales (A y E)
envolventes en una capa de mejora, es decir, los parámetros r_{3}
y r_{4}, y los parámetros correspondientes a los canales
delanteros en una capa de núcleo, representados por los parámetros
r_{1} y r_{2}.
En la figura 10 se representa una implementación
de flujo de bits escalable según la presente invención. Las capas
de flujos de bits se ilustran por 1001 y 1002, donde 1001 es la capa
de núcleo que aloja las señales de downmix codificadas por forma de
onda y los parámetros r1 y r2 requeridos para recrear los canales
(102, 103 y 104) delanteros. La capa de mejora ilustrada por 1002
aloja los parámetros para recrear los canales (101 y 105)
posteriores.
Otro aspecto importante de la presente invención
es la utilización de descorreladores en una configuración
multicanal. El concepto de utilizar un descorrelador se detalló para
el caso de uno a dos canales en el documento PCT/SE02/01372. Sin
embargo, cuando se amplía esta teoría a más de dos canales, surgen
varios problemas que resuelve la presente invención.
La matemática elemental muestra que con el fin
de conseguir M señales mutuamente descorrelacionadas a partir de N
señales, se requieren M-N descorreladores, donde
todos los diferentes correladores son funciones que crean señales
de salida mutuamente ortogonales a partir de una señal de entrada
común. Un descorrelador es normalmente un filtro de todo paso o
casi de todo paso que dada una entrada x(t) produce una
salida y(t) con E-[|y|^{2}]= E[|x|^{2}] y
casi correlación cruzada desvaneciente E[yx^{\text{*}}].
Criterios de percepción adicionales entran en el diseño de un buen
correlador, pudiéndose también utilizar algunos ejemplos de métodos
de diseño para minimizar el carácter de filtro de peine cuando se
suma la señal original a la señal descorrelacionada y para
minimizar el efecto de una respuesta de impulso a veces demasiado
larga en señales transitorias. Algunos descorreladores de la
técnica anterior utilizan un reverberador artificial para la
descorrelación. La técnica anterior también incluye retardos
fraccionales, por ejemplo modificando la fase de las muestras de
subbanda complejas, para conseguir densidad de eco superior y por
tanto más dispersión de tiempo.
La presente invención sugiere métodos de
modificación de un descorrelador basado en reverberaciones con el
fin de conseguir que múltiples descorreladores creen señales de
salida mutuamente descorrelacionadas a partir de una señal de
entrada común. Dos correladores están mutuamente descorrelacionados
si sus salidas y_{1}(y) e y_{2}(t) presentan una
correlación cruzada desvaneciente o casi desvaneciente dada la misma
entrada. Suponiendo que la entrada es ruido blanco estacionario, se
sigue que las respuestas h_{1} y h_{2} de impulso deben ser
ortogonales en el sentido de que
E[h_{1}h_{2}^{\text{*}}] sea desvaneciente o
casi desvaneciente. Pueden construirse de varias maneras conjuntos
de descorreladores mutuamente descorrelacionados por pares de
varias maneras. Una manera eficaz de realizar tales modificaciones
es alterar el factor q de rotación de fase que es parte del retardo
fraccional.
\global\parskip1.000000\baselineskip
La presente invención estipula que los factores
de rotación de fase pueden ser parte de las líneas de retardo en
los filtros de todo paso o simplemente un retardo fraccional total.
En el último caso, este método no está limitado a filtros de tipo
de todo paso o de reverberación, sino que también puede aplicarse a,
por ejemplo, retardos sencillos que incluyen una parte de retardo
fraccional. Un enlace de filtro de todo paso en el descorrelador
puede describirse en el dominio Z como:
donde q es el factor (|q|=1) de
rotación de fase de valor complejo, m es la longitud de línea
de retardo en muestras y a es el coeficiente de filtro. Por
razones de estabilidad, la magnitud del coeficiente de filtro tiene
que limitarse a |a|<1. Sin embargo, utilizando el
coeficiente a'=-a de filtro alternativo, se define un
nuevo reverberador que presenta las mismas propiedades de
decaimiento de reverberación pero con una salida significativamente
no correlacionada con la salida del reverberador no modificado.
Además, puede realizarse una modificación del factor q de
rotación de fase, por ejemplo añadiendo un desfase de fase
constante, q'=qe^{iC}. La constante C puede utilizarse como
un desfase de fase constante o podría escalarse de una manera que
correspondería a un desfase de tiempo constante para todas las
bandas de frecuencia sobre las que se aplica. La constante C de
desfase de fase también puede ser un valor aleatorio que sea
diferente para todas las bandas de
frecuencia.
Según la presente invención, la generación de
n canales a partir de m canales se realiza aplicando
una matriz H de upmix de tamaño n\times(m+p)
a un vector columna de tamaño (m+p)\times1 de señales
en el que m son las m
señales codificadas y de downmix, y las p señales en s están
descorrelacionadas y mutuamente descorrelacionadas de todas las
señales en m. Estas señales descorrelacionadas se producen a partir
de las señales en m mediante los descorreladores. Las n
señales a', b',... reconstruidas están entonces contenidas
en el vector
columna
Lo anterior se ilustra mediante la figura 11,
donde las señales descorrelacionadas se crean mediante los
descorreladores 1102, 1103 y 1104. La matriz H de upmix se da
mediante 1101 operando sobre el vector y dando la señal x' de
salida.
Sea R=E[xx^{\text{*}}] la matriz de
correlación del vector de señal origina, sea
R'=E[x'x'^{\text{*}}] la matriz de correlación de la señal
reconstruida. En este caso y en lo sucesivo, para una matriz o un
vector X con entradas complejas, X^{\text{*}} denota la matriz
adjunta, el complejo conjugado traspuesto de X.
La diagonal de R contiene los valores A, B,
C, ... de energía y pueden descodificarse hasta un nivel de
energía total a partir de las cantidades de energía definidas
anteriormente. Puesto que R^{\text{*}}=R, sólo hay
n(n-1)/2 valores de correlación cruzada fuera de la
diagonal diferentes que contienen información que va a
reconstruirse completa o parcialmente ajustando la matriz H de
upmix. Una reconstrucción de la estructura de correlación completa
corresponde al caso R'=R. La reconstrucción de niveles de energía
correctos sólo corresponde al caso en el que R' y R son iguales en
sus diagonales.
En el caso de n canales a partir de
m=1 canal, se consigue una reconstrucción de la estructura de
correlación completa utilizando p=n-1 descorreladores
mutuamente descorrelacionados, una matriz H de upmix que satisface
la condición
donde M es la energía de la
señal transmitida
única.
Puesto que R es semidefinida positiva, es
ampliamente conocido que existe una solución de este tipo. Además,
se dejan n(n-1)/2 grados de libertad para el diseño de
H, que se utilizan en la presente invención para obtener
propiedades deseables adicionales de la matriz de upmix. Un criterio
de diseño central es que la dependencia de H sobre los datos de
correlación transmitidos deberá ser suave.
Una manera conveniente de parametrizar la matriz
de upmix es H=UDV donde U y V son matrices ortogonales y D es una
matriz diagonal. Los cuadrados de los valores absolutos de D pueden
elegirse igual a los autovalores de R/M. Omitir V y clasificar los
autovalores de tal modo que el valor más grande se aplique a la
primera coordenada minimizará la energía total de señales
descorrelacionadas en la salida. La matriz U ortogonal se
parametriza en el caso real por n(n-1)/2 ángulos de
rotación. Transmitir datos de correlación en la forma de esos
ángulos y los n valores diagonales de D daría inmediatamente
la dependencia suave deseada de H. Sin embargo, puesto que los
datos de energía tienen que transformarse en autovalores, en este
enfoque se sacrifica la escalabilidad.
Un segundo método enseñado por la presente
invención consiste en separar la parte de energía de la parte de
correlación en R definiendo una matriz R_{0} de correlación
normalizada mediante R=GR_{0}G donde G es una matriz diagonal con
los valores diagonales iguales a las raíces cuadradas de las
entradas diagonales de R, es decir,
\sqrt{A}, \sqrt{B}..., y R_{0} presenta unos en la diagonal. Sea H_{0} una matriz de upmix ortogonal que define el upmix normalizado preferido en el caso de señales no correlacionadas totalmente de igual energía. Ejemplos de tales matrices de upmix preferidas son
\sqrt{A}, \sqrt{B}..., y R_{0} presenta unos en la diagonal. Sea H_{0} una matriz de upmix ortogonal que define el upmix normalizado preferido en el caso de señales no correlacionadas totalmente de igual energía. Ejemplos de tales matrices de upmix preferidas son
El upmix se define entonces por H =
GSH_{0}/\sqrt{M}, donde la matriz S resuelve
SS^{\text{*}}=R_{0}. La dependencia de esta solución sobre los
valores de correlación cruzada normalizada en R_{0} se elige para
que sea continua y de manera que S sea igual a la matriz I
identidad en el caso R_{0}=I.
Dividir los n canales en grupos de menos
canales es una manera conveniente para reconstruir la estructura de
correlación cruzada parcial. Según la presente invención, un
agrupamiento ventajoso particular para el caso de 5,1 canales a
partir de 1 canal es
{a,e},{c},{b,d},{f}, donde
no se aplica descorrelación para los grupos {c},{f} y
los grupos {a,e},{b,d} se producen
mediante upmix del mismo par de downmix/descorrelacionado. Para
estos dos subsistemas, los upmix normalizados preferidos en el caso
de no totalmente correlacionados deben elegirse como
respectivamente. Por tanto, sólo se
transmitirán y reconstruirán dos de la totalidad de 15 correlaciones
cruzadas, concretamente aquellas entre los canales
{a,e} y {b,d}. En la terminología
utilizada anteriormente, esto es un ejemplo de un diseño pare el
caso n=6, m=1 y p=1. La matriz H de upmix es de
tamaño 6\times2 con ceros en las dos entradas en la segunda
columna en las filas 3 y 6 correspondientes a las salidas c'
y
f'.
Un tercer enfoque enseñado por la presente
invención para incorporar señales descorrelacionadas es el punto de
vista más sencillo en el que cada canal de salida presente un
descorrelador diferente ocasionando señales s_{a},
s_{b}, ... descorrelacionadas. Las señales reconstruidas se
forman entonces como
etc...
Los parámetros \varphi_{a},
\varphi_{b},... controlan la cantidad de señal descorrelacionada
presente en los canales a', b',... de salida. Los
datos de descorrelación se transmiten en forma de estos ángulos. Es
fácil calcular que la correlación cruzada normalizada resultante
entre, por ejemplo, el canal a' y el b' es igual al
producto cos\varphi_{a}cos\varphi_{b}. Puesto que el número
de correlaciones cruzadas por pares es n(n-1)/2 y que
hay n descorreladores, no será posible en general con este
enfoque ajustarse a una estructura de correlación dada si
n>3, pero las ventajas son un método de descodificación
estable y muy simple, y el control directo sobre la cantidad
producida de señal descorrelacionada presente en cada canal de
salida. Esto permite que el mezclado de señales descorrelacionadas
se base en criterios de percepción que incorporan, por ejemplo,
diferencias de nivel de energía de pares de canales.
Para el caso de n canales a partir de
m>1 canales, la matriz R_{y}=E[yy^{\text{*}}]
de correlación ya no puede suponerse diagonal, y esto tiene que
tenerse en cuenta en el ajuste de R'=HR_{y}H^{\text{*}} para la
R objetivo. Se produce una simplificación, puesto que R_{y}
presenta la estructura de matriz de bloque
donde
R_{m}=E[mn^{\text{*}}] y
R_{s}=E[ss^{\text{*}}]. Además, suponiendo
descorreladores mutuamente descorrelacionados, la matriz R_{s} es
diagonal. Obsérvese que esto también afecta al diseño de upmix con
respecto a la reconstrucción de energías correctas. La solución es
calcular en el descodificador, o transmitir desde el codificador,
información acerca de la estructura R_{m} de correlación de las
señales de
downmix.
Para el caso de 5,1 canales a partir de 2
canales un método preferido para downmix es
donde s_{1} se obtiene a
partir de la descorrelación de m_{1}=I_{d} y
s_{2} se obtiene a partir de la descorrelación de
m_{2}=r_{d}.
En este caso los grupos {a,b}y
{d,e} se tratan como sistemas de canales
1\rightarrow2 separados tomando en cuenta las correlaciones
cruzadas por pares. Para los canales c y f, las
ponderaciones han de ajustarse de tal manera que
\vskip1.000000\baselineskip
La presente invención puede implementarse tanto
en chips de hardware como en DSP, para diversos tipos de sistemas,
para almacenamiento o transmisión de señales, analógicas o
digitales, utilizando códecs arbitrarios. La figura 2 y la figura 3
muestran una posible implementación de la presente invención. En
este ejemplo, se muestra un sistema que funciona sobre seis señales
de entrada (una configuración de 5,1 canales). En la figura 2 se
muestra el lado del codificador y las señales de entrada analógicas
para los canales individuales se convierten en una señal 201
digital y se analizan utilizando un banco de filtros para cada canal
202. La salida de los bancos de filtros se alimenta al codificador
203 envolvente que incluye un generador de parámetros que realiza
un downmix que crea el uno o los dos canales codificados por el
codificador 205 de audio. Además, los parámetros envolventes tales
como los parámetros IID e ICC se extraen según la presente
invención, y los datos de control que representan la cuadrícula de
frecuencia de tiempo de los datos, así como qué parametrización se
utilizó, se extraen 204 según la presente invención. Los parámetros
extraídos se codifican 206 tal como se enseña mediante la presente
invención, o bien conmutando entre diferentes parametrizaciones o
bien disponiendo los parámetros en una forma escalable. Los
parámetros 207 envolventes, las señales de control y las señales 208
de downmix codificadas se multiplexan 209 en un flujo de bits
serie.
En la figura 3 se muestra una implementación de
descodificador típica, es decir, un aparato para generar
reconstrucción multicanal. En este caso se supone que el
descodificador de audio emite una señal en una representación en el
dominio de frecuencia, por ejemplo, la salida del descodificador AAC
de alta eficacia MPEG-4 antes del banco de filtros
de síntesis QMF. El flujo de bits serie se desmultiplexa 301 y los
datos envolventes codificados se alimentan al descodificador 303 de
datos envolventes y los canales codificados de downmix se alimentan
al descodificador 302 de audio, en este ejemplo un descodificador
AAC de alta eficacia MPEG-4. El descodificador de
datos envolventes descodifica los datos envolventes y los alimenta
al descodificador 305 envolvente, que incluye un elemento de upmix,
que recrea seis canales basándose en los canales de downmix
descodificados y los datos envolventes y las señales de control. La
salida del dominio de la frecuencia del descodificador envolvente
se sintetiza 306 a señales del dominio de tiempo que se convierten
posteriormente en señales analógicas mediante el DAC 307.
Aunque la presente invención se ha descrito
principalmente con referencia a la generación y utilización de
parámetros de equilibrio, ha se resaltarse en este momento que
también se utiliza preferiblemente el mismo agrupamiento de pares
de canales para derivar parámetros de equilibrio para calcular
parámetros de coherencia entre canales o parámetros de "ancho"
entre estos pares de dos canales. Adicionalmente, también pueden
derivarse diferencias de tiempo entre canales o un tipo de
"indicaciones de fase" utilizando los mismos pares de canales
que los utilizados para el cálculo de parámetros de equilibrio. En
el lado del receptor, estos parámetros pueden utilizarse además de
o como una alternativa a los parámetros de equilibrio para generar
una reconstrucción multicanal. Como alternativa, los parámetros de
coherencia entre canales o incluso las diferencias de tiempo entre
canales también pueden utilizarse además de otras diferencias de
nivel entre canales determinadas por otros canales de referencia.
En vista de la característica de escalabilidad de la presente
invención, tal como se comentó en conexión con la figura 10a y la
figura 10b, se prefiere, sin embargo, utilizar los mismos pares de
canales para todos los parámetros de tal modo que, en un flujo de
bits escalables, cada capa de escalado incluye todos los parámetros
para reconstruir el subgrupo de canales de salida, que pueden
generarse mediante la capa de escalado respectiva tal como se
expone en la penúltima columna de la tabla de la figura 10b. La
presente invención es útil cuando sólo se calculan y transmite a un
descodificador los parámetros de coherencia o los parámetros de
diferencia de tiempo entre los respectivos pares de canales. En este
caso, los parámetros de nivel ya existen en el descodificador para
su utilización cuando se realiza una reconstrucción multicanal.
Dependiendo de ciertos requisitos de
implementación de los métodos inventivos, los métodos inventivos
pueden implementarse en hardware o en software. La implementación
puede realizarse utilizando un medio de almacenamiento digital, en
particular un disco o un CD que presente señales de control legibles
electrónicamente almacenadas sobre el mismo, que actúe
conjuntamente con un sistema informático programable de tal forma
que se realicen los métodos inventivos. Por lo tanto, generalmente
la presente invención es un producto de programa informático con un
código de programa almacenado en un portador legible por máquina,
estando operativo el código del programa para realizar los métodos
inventivos cuando el producto de programa informático se ejecuta en
un ordenador. Dicho de otro modo, los métodos inventivos son, por
lo tanto, un programa informático que presenta un código de
programa para realizar al menos uno de los métodos inventivos cuando
el programa informático se ejecuta en un ordenador.
Claims (27)
1. Aparato para generar una representación de
parámetros de una señal de entrada multicanal que presenta canales
originales, incluyendo los canales originales un canal (B)
izquierdo, un canal (D) derecho, un canal (C) central, un canal (A)
posterior izquierdo, y un canal (E) posterior derecho, que
comprende:
un generador (203) de parámetros para generar un
primer parámetro (r_{1}) de equilibrio, un primer parámetro de
coherencia o un primer parámetro de diferencia de tiempo entre un
primer par de canales, para generar un segundo parámetro (r_{2})
de equilibrio entre un segundo par de canales, y para generar un
tercer parámetro (r_{3}) de equilibrio entre un tercer par de
canales, formando los parámetros de equilibrio, los parámetros de
coherencia o los parámetros de tiempo la representación de
parámetros,
en el que cada canal del par de dos canales es
uno de los canales originales o una combinación ponderada o no
ponderada de los canales originales, y
en el que el primer parámetro (r_{1}) de
equilibrio es un parámetro de equilibrio izquierdo/derecho, y en el
que el primer par de canales incluye, como un primer canal, un canal
izquierdo o un canal de downmix izquierdo y, como un segundo canal,
un canal derecho, o un canal de downmix derecho
en el que el segundo parámetro (r_{2}) de
equilibrio es un parámetro de equilibrio central y el segundo par
de canales incluye, como un primer canal, el canal central o una
combinación de canales de canales originales que incluye el canal
central, y, como un segundo canal, una combinación de canales que
incluye el canal izquierdo y el canal derecho, y
en el que el tercer parámetro (r_{3}) de
equilibrio es un parámetro de equilibrio delantero/trasero y el
tercer par de canales presenta, como un primer canal, una
combinación de canales que incluye el canal posterior izquierdo y
el canal posterior derecho y, como un segundo canal, una combinación
de canales que incluye un canal izquierdo y un canal derecho.
2. Aparato según la reivindicación 1, en el que
los canales originales incluyen adicionalmente un canal de mejora
de bajas frecuencias, y en el que la combinación de canales de
canales originales que incluye el canal central incluye una
combinación del canal central y el canal de mejora de bajas
frecuencias.
3. Aparato según la reivindicación 1, en el que
el generador de parámetros está operativo para calcular el
parámetro de equilibrio central según la siguiente ecuación
en la que r_{2} es el parámetro
de equilibrio central, en la que C representa el canal central, en
la que B representa el canal izquierdo, en la que D representa el
canal derecho, y en la que \gamma y \alpha representan factores
de
downmix.
4. Aparato según la reivindicación 1, en el que
el generador de parámetros está operativo para calcular el primer
parámetro de equilibrio según la siguiente ecuación:
en la que r_{1} es el primer
parámetro de equilibrio, en la que L es un primer canal de downmix,
en la que R es un segundo canal de downmix, en la que B representa
el canal izquierdo, en la que D representa el canal derecho, en la
que A representa el canal posterior izquierdo, en la que E
representa el canal posterior derecho, en la que C representa el
canal central, en la que F representa un canal de mejora de bajas
frecuencias, y en la que \alpha, \beta, \gamma y \delta son
factores de
downmix.
5. Aparato según la reivindicación 1, en el que
el generador de parámetros está operativo para calcular el
parámetro (r_{3}) delantero/trasero basándose en la siguiente
ecuación:
en la que r_{3} es el parámetro
de equilibrio
delantero/trasero,
en la que A es el canal posterior izquierdo, en
la que E es el canal posterior derecho, en la que B representa el
canal izquierdo, en la que D representa el canal derecho,
en la que C representa el canal central, y en la
que \alpha, \beta, \gamma y \delta son factores de
downmix.
6. Aparato según una de las reivindicaciones
anteriores,
en el que el generador de parámetros está
operativo para generar, como un parámetro de equilibrio adicional,
un parámetro (r_{4}) de equilibrio trasero izquierdo/derecho entre
un par de canales traseros izquierdo/derecho que presenta, como el
primer canal, el canal posterior izquierdo y, como un segundo canal,
el canal posterior derecho.
7. Aparato según una de las reivindicaciones
anteriores, en el que la señal multicanal original incluye
adicionalmente un canal de mejora de bajas frecuencias,
en el que el generador de parámetros está
operativo para generar, como un parámetro de equilibrio adicional
un parámetro (r_{5}) de equilibrio de mejora de bajas frecuencias
entre un par de canales de mejora de bajas frecuencias que
presenta, como un primer canal, el canal de mejora de bajas
frecuencias y, como un segundo canal, el canal central o una
combinación de canales que incluye el canal central y un canal
izquierdo y uno derecho de los canales originales.
8. Aparato según la reivindicación 7, en el que
el generador de parámetros está operativo para calcular el
parámetro de equilibrio de mejora de bajas frecuencias, según la
siguiente ecuación:
en la que A corresponde al canal
posterior izquierdo, en la que E corresponde al canal posterior
derecho, en la que B corresponde al canal izquierdo, en la que D
corresponde al canal derecho, en la que C corresponde al canal
central, en la que F corresponde al canal de mejora de bajas
frecuencias, en la que \alpha, \beta, \gamma y \delta son
factores de downmix, y en la que r_{5} es el parámetro de
equilibrio de mejora de bajas
frecuencias.
9. Aparato según una de las reivindicaciones
anteriores, que comprende además un generador de flujo de datos
para generar un flujo (1001, 1002) de datos escalable, estando
operativo el generador de flujo de datos para introducir el primer
o el segundo parámetro de equilibrio en una capa de escalado
inferior y cualquier parámetro adicional en una capa de escalado
superior.
10. Aparato según la reivindicación 9, en el que
el generador de parámetros está operativo para generar uno o más
parámetros de equilibrio además del primer o el segundo parámetro de
equilibrio, y en el que el generador de flujo de datos está
operativo para introducir el uno o más parámetros de equilibrio
adicionales en una única o en una pluralidad de capas de escalado
superior.
11. Aparato según la reivindicación 10, en el
que el generador de flujo de datos está operativo para introducir
cada parámetro adicional en una capa de escalado dedicado.
12. Aparato según una de las reivindicaciones
anteriores, en el que el generador de parámetros está operativo
para generar como un cuarto parámetro de equilibrio un parámetro de
equilibrio posterior izquierdo/derecho, y como un quinto parámetro
de equilibrio, un parámetro de equilibrio de mejora de bajas
frecuencias, y
en el que el generador de flujo de datos está
operativo para introducir el primer y segundo parámetro de
equilibrio en una capa de escalado inferior y para introducir del
tercer al cuarto parámetro de equilibrio o parámetros de coherencia
correspondientes o diferencias de tiempo correspondientes en una o
más capas de escalado superior.
13. Aparato según una de las reivindicaciones
anteriores, en el que el generador de parámetros está operativo
para generar, como un parámetro de equilibrio adicional, al menos un
parámetro (q_{3}, q_{4}) de equilibrio delantero/trasero de un
único lado entre un par de canales delantero/trasero de un único
lado que presenta, como un primer canal, un canal posterior
izquierdo y, como un segundo canal, un canal izquierdo o, como un
primer canal, un canal posterior derecho y, como un segundo canal,
un canal derecho.
14. Aparato según una de las reivindicaciones
anteriores, que comprende además:
un codificador de parámetros para generar una
versión codificada de los parámetros de equilibrio, los parámetros
de coherencia, o las diferencia de tiempo entre canales, incluyendo
el codificador de parámetros el cuantificador.
15. Aparato según una de las reivindicaciones
anteriores,
en el que el generador de parámetros está
operativo para generar diferentes conjuntos de parámetros,
incluyendo cada conjunto al menos dos parámetros, en el que los
pares de canales utilizados para calcular los parámetros en los
diferentes conjuntos son diferentes entre sí,
en el que el generador de parámetros está
operativo además para seleccionar un conjunto de los diferentes
conjuntos para la salida, lo que da como resultado una tasa de bits
inferior dado un cierto esquema de codificación de parámetros,
comprendiendo además el aparato un codificador
de parámetros para codificar el conjunto seleccionado utilizando un
cierto esquema de codificación de parámetros; y
un generador de información de control de
parámetros para generar información de control que indica una
característica del esquema de parámetros seleccionado.
16. Aparato para generar una representación
multicanal reconstruida de una señal multicanal original que
presenta canales originales incluyendo los canales originales un
canal (B) izquierdo, un canal (D) derecho, un canal (C) central, un
canal (A) posterior izquierdo, y un canal (D) posterior derecho,
utilizando uno o más canales base que se generan convirtiendo la
señal multicanal original utilizando un esquema de downmix, y
utilizando un primer parámetro de equilibrio, entre un primer par de
canales, un segundo parámetro de equilibrio entre un segundo par de
canales, y un tercer parámetro de equilibrio entre un tercer par de
canales, en el que el primer parámetro (r_{1}) de equilibrio es
un parámetro de equilibrio izquierdo/derecho, y en el que el primer
par de canales incluye, como un primer canal, un canal izquierdo o
un canal de downmix izquierdo y, como un segundo canal, un canal
derecho, o un canal de downmix derecho,
en el que el segundo parámetro (r_{2}) de
equilibrio es un parámetro de equilibrio central y el segundo par
de canales incluye, como un primer canal, el canal central o una
combinación de canales de canales originales que incluye el canal
central y, como un segundo canal, una combinación de canales que
incluye el canal izquierdo y el canal derecho, y en el que el
tercer parámetro (r_{3}) de equilibrio es un parámetro de
equilibrio delantero/trasero y el tercer par de canales presenta,
como un primer canal, una combinación de canales que incluye el
canal posterior izquierdo y el canal posterior derecho y, como un
segundo canal, una combinación de canales que incluye un canal
izquierdo y un canal derecho, comprendiendo el aparato:
un elemento (305) de upmix para generar un
número de canales de upmix, siendo el número de canales de upmix
mayor que el número de canales base y menor que o igual a un número
de canales originales,
en el que el elemento de upmix está operativo
para generar canales reconstruidos basándose en información sobre
el esquema de downmix y utilizando el primer, segundo y tercer
parámetro de equilibrio,
en el que el elemento de upmix está operativo
para generar un canal central reconstruido basándose en el segundo
parámetro (r_{2}) de equilibrio,
en el que el elemento de upmix está operativo
para generar un canal izquierdo reconstruido y un canal derecho
reconstruido basándose en el primer parámetro (r_{1}), y
en el que el elemento de upmix está operativo
para reconstruir canales posteriores utilizando el parámetro
(r_{3}) de equilibrio delantero/trasero.
17. Aparato según la reivindicación 16, en el
que la representación de parámetros incluye como un parámetro de
equilibrio adicional un parámetro (r_{4}) de equilibrio trasero
izquierdo/derecho entre un par de canales traseros
izquierdo/derecho que presenta, como el primer canal, el canal
posterior izquierdo y, como un segundo canal, el canal posterior
derecho, y
en el que el elemento de upmix está operativo
para generar un canal posterior izquierdo reconstruido y un canal
posterior derecho reconstruido basándose en el parámetro de
equilibrio trasero izquierdo/derecho.
18. Aparato según la reivindicación 16 ó 17,
en el que una información de parámetros incluye
además como un quinto parámetro de equilibrio, un parámetro de
equilibrio de mejora de bajas frecuencias, y en el que un flujo de
datos incluye el primer y segundo parámetro de equilibrio en una
capa de escalado inferior y el tercer y cuarto parámetro de
equilibrio o parámetros de coherencia correspondientes o
diferencias de tiempo correspondientes en una o más capas de
escalado superior, y
en el que el elemento de upmix está operativo
para utilizar el primer parámetro de equilibrio y el segundo
parámetro de equilibrio para generar un canal de salida izquierdo,
un canal de salida derecho, y un canal de salida que incluye el
canal central, o
en el que el elemento de upmix está operativo
para utilizar adicionalmente el parámetro de equilibrio
delantero/trasero para reconstruir adicionalmente una suma entre el
canal posterior izquierdo y construir una suma entre el canal
posterior izquierdo y el canal posterior derecho; o
en el que el elemento de upmix está operativo
para utilizar, además, el parámetro de equilibrio posterior
izquierdo/derecho para reconstruir un canal posterior izquierdo y un
canal posterior derecho.
19. Aparato según la reivindicación 18, en el
que el elemento de upmix está operativo para generar la señal
multicanal reconstruida de tal manera que se cumplen las siguientes
ecuaciones:
en las que F corresponde a un canal
de mejora de bajas frecuencias, en las que A corresponde a un canal
envolvente izquierdo, en las que E corresponde a un canal
envolvente derecho, en las que C corresponde a un canal central, en
las que B corresponde a un canal izquierdo, en las que D corresponde
a un canal derecho, en las que r_{1} es un parámetro de
equilibrio izquierdo/derecho, en las que r_{2} es un parámetro de
equilibrio central/izquierdo-derecho, en las que
r_{3} es un parámetro de equilibrio delantero/derecho, en las que
r_{4} es un parámetro de equilibrio posterior izquierdo/derecho,
en las que r5 es un parámetro de equilibrio central/mejora de bajas
frecuencias, y en las que \alpha, \beta, \gamma y \delta son
factores de
downmix.
20. Aparato según una de las reivindicaciones 16
a 19,
en el que el número de canales base es mayor que
o igual a dos, y en el que la representación de parámetros incluye,
como un parámetro de equilibrio adicional al menos un parámetro
(q_{3}, q_{4}) de equilibrio delantero/trasero de un único lado
entre un par de canales delantero/trasero de un único lado que
presenta, como un primer canal, un canal posterior izquierdo y,
como un segundo canal, un canal izquierdo o, como un primer canal,
un canal posterior derecho y, como un segundo canal, un canal
derecho, y
en el que el elemento de upmix está operativo
para generar un canal posterior izquierdo reconstruido o un canal
posterior derecho reconstruido basándose en un canal izquierdo o en
un canal derecho y en el parámetro de equilibrio delantero/trasero
de un único lado correspondiente.
21. Aparato según una de las reivindicaciones 16
a 20, en el que los parámetros de equilibrio son parte de un flujo
de bits escalable que presenta, en la capa de escalado inferior, el
primer y el segundo parámetro de equilibrio y, en al menos una capa
de escalado superior, al menos un parámetro de equilibrio adicional,
y
que comprende además un extractor de flujo de
datos para extraer la capa de escalado inferior y un número de
capas de escalado superior, estando el número de capas de escalado
superior entre 0 y un número menor que un número completo de capas
de escalado,
en el que el extractor de flujo de datos está
operativo para extraer el número de capas de escalado superior
dependiendo de una configuración de canales de salida asociada con
el aparato, presentando la configuración de canales menos canales
que una configuración de canales de la señal multicanal
original.
22. Aparato según una de las reivindicaciones 16
a 21, que comprende además:
un selector de esquema de parámetros para
controlar el elemento de upmix de tal manera que el elemento de
upmix aplica un esquema de parámetros indicado por la información de
control de esquema de parámetros.
23. Método de generación de una representación
de parámetros de una señal de entrada multicanal que presenta
canales originales, incluyendo los canales originales un canal (B)
izquierdo, un canal (D) derecho, un canal (C) central, un canal (A)
posterior izquierdo, y un canal (E) posterior derecho, que
comprende:
generar (203) un primer parámetro de equilibrio,
en el que el primer parámetro (r_{1}) de equilibrio es un
parámetro de equilibrio izquierdo/derecho, y en el que el primer par
de canales incluye, como un primer canal, un canal izquierdo o un
canal de downmix izquierdo y, como un segundo canal, un canal
derecho, o un canal de downmix derecho,
generar un segundo parámetro de equilibrio, en
el que el segundo parámetro (r_{2}) de equilibrio es un parámetro
de equilibrio central y el segundo par de canales incluye, como un
primer canal, el canal central o una combinación de canales de
canales originales que incluye el canal central y, como un segundo
canal, una combinación de canales que incluye el canal izquierdo y
el canal derecho,
generar un tercer parámetro de equilibrio, en el
que el tercer parámetro (r_{3}) de equilibrio es un parámetro de
equilibrio delantero/trasero y el tercer par de canales presenta,
como un primer canal, una combinación de canales que incluye el
canal posterior izquierdo y el canal posterior derecho y, como un
segundo canal, una combinación de canales que incluye un canal
izquierdo y un canal derecho, y
en el que cada canal del par de dos canales es
uno de los canales originales, una combinación ponderada o no
ponderada de los canales originales, un canal de downmix, o una
combinación ponderada o no ponderada de al menos dos canales de
downmix.
24. Método de generación de una representación
multicanal reconstruida de una señal multicanal original que
presenta canales originales, incluyendo los canales originales un
canal (B) izquierdo, un canal (D) derecho, un canal (C) central, un
canal (A) posterior izquierdo, y un canal (E) posterior derecho,
utilizando uno o más canales base que se generan convirtiendo la
señal multicanal original utilizando un esquema de downmix, y
utilizando un primer parámetro de equilibrio, entre un primer par de
canales, un segundo parámetro de equilibrio entre un segundo par de
canales, y un tercer parámetro de equilibrio entre un tercer par de
canales, en el que el primer parámetro (r_{1}) de equilibrio es
un parámetro de equilibrio izquierdo/derecho, y en el que el primer
par de canales incluye, como un primer canal, un canal izquierdo o
un canal de downmix izquierdo y, como un segundo canal, un canal
derecho, o un canal de downmix derecho,
en el que el segundo parámetro (r_{2}) de
equilibrio es un parámetro de equilibrio central y el segundo par
de canales incluye, como un primer canal, el canal central o una
combinación de canales de canales originales que incluye el canal
central y, como un segundo canal, una combinación de canales que
incluye el canal izquierdo y el canal derecho, y en el que el
tercer parámetro (r_{3}) de equilibrio es un parámetro de
equilibrio delantero/trasero y el tercer par de canales presenta,
como un primer canal, una combinación de canales que incluye el
canal posterior izquierdo y el canal posterior derecho y, como un
segundo canal, una combinación de canales que incluye un canal
izquierdo y un canal derecho, comprendiendo el método:
generar (305) un número de canales de upmix,
siendo el número de canales de upmix mayor que el número de canales
base y menor que o igual a un número de canales originales,
en el que la etapa de generación incluye generar
canales reconstruidos basándose en información sobre el esquema de
downmix y utilizando el primer, segundo y tercer parámetro de
equilibrio, generando un canal central reconstruido basándose en el
segundo parámetro (r_{2}) de equilibrio, generando un canal
izquierdo reconstruido y un canal derecho reconstruido basándose en
el primer parámetro (r_{1}), y reconstruyendo canales posteriores
utilizando el parámetro (r_{3}) de equilibrio
delantero/trasero.
25. Programa informático que presenta
instrucciones legibles por máquina adaptadas para realizar un método
según la reivindicación 23 ó 24, cuando se ejecuta en un
ordenador.
26. Representación de parámetros de una señal de
entrada multicanal que presenta canales originales, incluyendo los
canales originales un canal (B) izquierdo, un canal (D) derecho, un
canal (C) central, un canal (A) posterior izquierdo, y un canal (E)
posterior derecho, que comprende: un primer parámetro de equilibrio
entre un primer par de canales, un segundo parámetro de equilibrio
entre un segundo par de canales, y un tercer parámetro de
equilibrio entre un tercer par de canales,
en la que cada canal del par de dos canales es
uno de los canales originales, una combinación ponderada o no
ponderada de los canales originales, un canal de downmix, o una
combinación ponderada o no ponderada de al menos dos canales de
downmix, y
en la que el primer parámetro (r_{1}) de
equilibrio es un parámetro de equilibrio izquierdo/derecho, y en la
que el primer par de canales incluye, como un primer canal, un canal
izquierdo o un canal de downmix izquierdo y, como un segundo canal,
un canal derecho, o un canal de downmix derecho
en la que el segundo parámetro (r_{2}) de
equilibrio es un parámetro de equilibrio central y el segundo par
de canales incluye, como un primer canal, el canal central o una
combinación de canales de canales originales que incluye el canal
central y, como un segundo canal, una combinación de canales que
incluye el canal izquierdo y el canal derecho, y
en la que el tercer parámetro (r_{3}) de
equilibrio es un parámetro de equilibrio delantero/trasero y el
tercer par de canales presenta, como un primer canal, una
combinación de canales que incluye el canal posterior izquierdo y
el canal posterior derecho y, como un segundo canal, una combinación
de canales que incluye un canal izquierdo y un canal derecho.
27. Representación de parámetros según la
reivindicación 26, para controlar una reconstrucción multicanal
cuando se introduce en un aparato según la reivindicación 16.
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