ES2347274T3 - Codificacion de audio multicanal ajustable a escala. - Google Patents
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Abstract
Codificador de audio adaptado para codificar una señal de audio multicanal, comprendiendo el codificador: - un módulo de combinación de codificador (ECM) para generar una parte de señal dominante (m) y una parte de señal residual (s) que son una representación combinada de señales de audio primera y segunda (x1, x2), obteniéndose las partes de señal dominante y residual (m, s) aplicando un procedimiento matemático a las señales de audio primera y segunda (x1, x2), en el que el procedimiento matemático implica un primer parámetro espacial (SP1) que comprende una descripción de propiedades espaciales de las señales de audio primera y segunda (x1, x2), - un generador de parámetros (PG) para generar - un primer conjunto de parámetros (PS1) que comprende un segundo parámetro espacial (SP2), y - un segundo conjunto de parámetros (PS2) que comprende un tercer parámetro espacial (SP3), y caracterizado porque el codificador comprende - un generador de salida para generar una señal de salida codificada que comprende - una primera parte de salida (OP1) que comprende la parte de señal dominante (m) y el primer conjunto de parámetros (PS1), y - una segunda parte de salida (OP2) que comprende la parte de señal residual (s) y el segundo conjunto de parámetros (PS2).
Description
Codificación de audio multicanal ajustable a
escala.
La invención se refiere al campo de la
codificación de audio de alta calidad. Especialmente, la invención
se refiere al campo de la codificación de alta calidad de datos de
audio multicanal. Más específicamente, la invención define
codificadores y decodificadores y procedimientos para codificar y
decodificar datos de audio multicanal.
Aunque son posibles numerosas
disposiciones/configuraciones multicanal, la
disposición/configuración 5.1 es la más popular (véase también la
figura 1). La configuración 5.1 multicanal típica consiste en cinco
altavoces, concretamente altavoces frontal izquierdo (Lf), frontal
derecho (Rf), central (C), envolvente izquierdo (Ls) y envolvente
derecho (Rs) complementados por un altavoz LFE (mejora de baja
frecuencia) adicional que se colocará en un ángulo arbitrario. En
el pasado se consideraron diversos enfoques para comprimir datos de
audio multicanal, tal como los datos de audio multicanal 5.1. A
continuación se da una breve visión general.
En la norma de audio MPEG-2,
ISO/IEC 13818-3:1998 Information technology
- - Generic coding of moving pictures and associated
audio information - - Part 3: Audio, se realiza una
provisión para codificación de audio multicanal mientras se
mantiene la retrocompatibilidad con la norma de audio
MPEG-1, ISO/IEC 11172-3:1993
Information technology Coding of moving pictures and associated
audio for digital storage media at up to about 1,5 Mbit/s
- - Part 3: Audio, que se centra únicamente en la
codificación de audio mono y estéreo. La retrocompatibilidad se
logra formando una señal estéreo básica, derivada a partir del
contenido multicanal, que se coloca en la parte de datos del flujo
de bits de MPEG-1. Tres señales adicionales se
colocan entonces en la parte de datos auxiliares del flujo de bits
de MPEG-1. Esta técnica se denomina matrización. Un
decodificador de audio MPEG-1 puede generar una
señal estéreo significativa (Lo, Ro) a partir del flujo de bits,
mientras que un decodificador de audio MPEG-2 puede
extraer los canales adicionales y reconstruir una versión
decodificada de los cinco canales de entrada. La
retrocompatibilidad se consigue a costa de una alta tasa de
transmisión de bits. Normalmente, se requiere una tasa de
transmisión de bits de 640 kbit/s para obtener una alta calidad de
audio para material de cinco canales con
MPEG-2
Capa II.
Capa II.
En la codificación de audio avanzada (AAC) de
MPEG-2, norma ISO/IEC TR
13818-5:1997/Amd 1:1999 Advanced Audio Coding
(AAC), se codifica audio multicanal en un formato no
retrocompatible. Esto permite más libertad al codificador y tiene
la ventaja de que puede conseguirse una calidad de audio superior
(transparente) a una tasa de transmisión de bits de 320 kbit/s, en
comparación con MPEG-2 Capa II a 640 kbit/s. En una
configuración de 5(.1) canales, AAC puede codificar los pares de
canales que son simétricos respecto al oyente empleando la
herramienta Mid-Side (MS) stereo: (Lf, Rf) y
(Ls, Rs). Los canales central (C) y (opcionalmente) LFE se
codifican por separado. Alternativamente, la codificación estéreo de
intensidad (IS) puede emplearse para combinar varios canales de
audio en un canal y, adicionalmente, proporcionar información de
ajuste a escala para cada canal.
En la codificación de audio multicanal
paramétrica, indicaciones (o parámetros espaciales) perceptivamente
relevantes, tales como diferencias de intensidad entre canales
(IID), diferencias de tiempo entre canales (ITD) y coherencia entre
canales (ICC), se miden entre canales en una señal multicanal. Una
descripción más detallada de los parámetros espaciales puede
encontrarse en Christof Faller: "Coding of Spatial Audio
Compatible with Different Playback Formats", AES Convention
Paper, AES 117th Convention, San Francisco, EE.UU.,
28-31 de octubre de 2004. Además, la representación
multicanal se mezcla de manera descendente para dar una señal
estéreo o mono que puede codificarse con un codificador convencional
mono o estéreo. Un requisito importante es que la mezcla
descendente estéreo o mono debe tener una calidad de audio
suficiente, por ejemplo al menos comparable con la Recomendación de
la ITU-R BS.775-1 sobre mezcla
descendente. La información transmitida comprende por tanto una
versión codificada de la señal mono o estéreo y de los parámetros
espaciales. La mezcla descendente mono o estéreo se codifica a una
tasa de transmisión de bits sustancialmente inferior que la
requerida para codificar la señal de audio multicanal original, y
los parámetros espaciales requieren un ancho de banda de
transmisión muy pequeño. Por tanto, la mezcla descendente y los
parámetros espaciales pueden codificarse a una tasa de transmisión
de bits total que es tan sólo una fracción de la tasa de transmisión
de bits requerida cuando se codifican todos los canales. El
decodificador paramétrico genera una aproximación de alta calidad
de la señal de audio multicanal original a partir de la mezcla
descendente mono o estéreo transmitida y los parámetros
espaciales.
Un enfoque de codificación/decodificación de
audio estéreo ajustable a escala se describe en la solicitud de
patente europea publicada con el número EP 0918407 A2.
Puede considerarse que un objeto de la presente
invención es proporcionar un codificador de señal de audio
multicanal ajustable a escala que proporcione una gran eficacia, que
proporcione una alta calidad de señal y, al mismo tiempo, que
proporcione una señal codificada que sea retrocompatible.
Según un primer aspecto, la invención
proporciona un codificador de audio adaptado para codificar una
señal de audio multicanal, comprendiendo el codificador:
- un módulo de combinación de codificador para
generar una parte de señal dominante y una parte de señal residual
que son una representación combinada de señales de audio primera y
segunda, obteniéndose las partes de señal dominante y residual
aplicando un procedimiento matemático a las señales de audio primera
y segunda, en el que el procedimiento matemático implica un primer
parámetro espacial que comprende una descripción de propiedades
espaciales de las señales de audio primera y segunda,
- un generador de parámetros para generar
- -
- un primer conjunto de parámetros que comprende un segundo parámetro espacial, y
- -
- un segundo conjunto de parámetros que comprende un tercer parámetro espacial, y
- un generador de salida para generar una señal
de salida codificada que comprende
- -
- una primera parte de salida que comprende la parte de señal dominante y el primer conjunto de parámetros, y
- -
- una segunda parte de salida que comprende la parte de señal residual y el segundo conjunto de parámetros.
En el módulo de combinación de codificador, se
combinan señales de audio primera y segunda en partes de señal
dominante y residual. Por "partes de señal dominante y
residual" se entienden dos señales de audio en las que la señal
dominante contiene las partes dominantes o principales de las
señales de audio primera y segunda, mientras que la señal residual
contiene una parte residual o menos importante de las señales de
audio primera y segunda. Por "parámetro espacial" se entiende
un parámetro que puede expresarse matemáticamente y estar basado en
o derivarse de una o más propiedades espaciales de un par de
señales. Una lista no exhaustiva de tales propiedades espaciales
que es posible calcular es: diferencias de intensidad entre canales
(IID), diferencias de tiempo entre canales (ITD) y coherencia entre
canales (ICC). El módulo de combinación de codificador
preferiblemente genera las partes de señal dominante y residual de
tal manera que estas partes de señal están menos correlacionadas
que las señales de audio primera y segunda. Preferiblemente, las
partes de señal dominante y residual se generan de modo que no
están correlacionadas, es decir son ortogonales, o al menos deben
estar lo menos correlacionadas posible.
La parte de señal residual puede filtrarse paso
bajo antes de convertirse en un flujo de bits de salida, con el fin
de representarse en un flujo de bits que requiera de este modo sólo
una cantidad muy limitada de tasa de transmisión de bits. Una
frecuencia de corte para tal filtrado paso bajo puede estar en el
intervalo de 500 Hz a 10 kHz, por ejemplo 2 kHz.
El módulo de combinación de codificador puede
estar adaptado para combinar señales de audio primera, segunda y
tercera, para dar partes de señal dominante primera y segunda en
lugar de combinar dos señales de audio en una señal dominante, tal
como se ha descrito anteriormente.
El codificador según el primer aspecto
proporciona una representación codificada ajustable a escala de las
señales de audio primera y segunda. Usando la primera parte de
salida, o parte de capa base, es posible decodificar las señales de
audio primera y segunda con una calidad de sonido resultante
aceptable usando decodificadores existentes. Sin embargo, usando un
decodificador que pueda utilizar la segunda parte de salida, o parte
de capa de refinamiento, es posible obtener una calidad de señal
superior. Por tanto, el uso de la segunda parte de salida en un
decodificador puede considerarse opcional y sólo es necesario en
caso de que se desee la mejor calidad de sonido posible.
En una realización preferida, la parte de señal
residual comprende una diferencia entre las señales de audio
primera y segunda. La parte de señal residual puede definirse
precisamente como una diferencia entre las señales de audio primera
y segunda.
En realizaciones preferidas, el procedimiento
matemático comprende una rotación en un espacio de señal
bidimensional.
El tercer parámetro espacial puede comprender
una diferencia entre el segundo parámetro espacial y el primer
parámetro espacial. El tercer parámetro espacial puede implicar
codificación diferencial.
El segundo parámetro espacial puede comprender
un parámetro ICC basado en coherencia. El tercer parámetro espacial
puede comprender una diferencia entre un parámetro ICC basado en
coherencia y un parámetro ICC basado en correlación. En una
realización preferida, el segundo parámetro espacial comprende un
parámetro ICC basado en coherencia, mientras que el tercer
parámetro espacial comprende una diferencia entre el segundo
parámetro espacial y un parámetro ICC basado en correlación.
El codificador puede estar adaptado además para
codificar una señal de audio tercera, cuarta, quinta y sexta, o
incluso más, según los principios del primer aspecto combinando
estas señales de audio junto con las señales de audio primera y
segunda y generar las partes de salida primera y segunda en
respuesta a ello. Preferiblemente, un codificador de este tipo está
adaptado para codificar una señal de audio 5.1 usando una
configuración que comprende una pluralidad de módulos de
combinación de codificador. En principio, el principio del
codificador según el primer aspecto puede usarse para codificar
cualquier dato de audio con formato multicanal.
En un segundo aspecto, la invención proporciona
un decodificador de audio para generar una señal de audio
multicanal basándose en una señal codificada, comprendiendo el
decodificador:
- un módulo de combinación de decodificador para
generar señales de audio primera y segunda basándose en una parte
de señal dominante, una parte de señal residual y conjuntos de
parámetros espaciales primero y segundo, comprendiendo los
parámetros espaciales una descripción de propiedades espaciales de
las señales de audio primera y segunda, en el que la parte de señal
residual y los segundos parámetros espaciales están implicados en
la determinación de una matriz de mezclado que se usa para generar
las señales de audio primera y segunda.
Tal como se describe en conexión con el primer
aspecto, pueden usarse decodificadores existentes para decodificar
la señal de salida codificada a partir de un codificador según la
invención utilizando únicamente la parte de señal dominante y los
primeros parámetros espaciales. Sin embargo, el decodificador según
el segundo aspecto podrá utilizar la segunda parte de salida
codificada, es decir la parte de señal residual y un parámetro
espacial, para determinar una matriz de mezclado que es inversa de
manera idéntica a la combinación de codificador implicada en el
proceso de codificación, y por tanto puede obtenerse una
regeneración perfecta de las señales de audio primera y
segunda.
En realizaciones preferidas, el decodificador
comprende un decorrelacionador para recibir la parte de señal
dominante y generar una parte de señal dominante decorrelacionada en
respuesta a ello. Preferiblemente, una suma de la parte de señal
residual y la parte de señal dominante decorrelacionada está
implicada en la determinación de la matriz de mezclado. El
decodificador puede comprender un atenuador para atenuar la parte de
señal dominante decorrelacionada antes de sumarla a la parte de
señal residual.
En realizaciones preferidas, la matriz de
mezclado aplica una rotación en un espacio de señal bidimensional a
las partes de señal dominante y residual.
El decodificador puede estar adaptado para
recibir una pluralidad de conjuntos de conjuntos de parámetros
primero y segundo y una pluralidad de partes de señal residual para
generar una pluralidad de conjuntos de señales de audio primera y
segunda en respuesta a ello. En una realización preferida, el
decodificador está adaptado para recibir tres conjuntos de
conjuntos de parámetros primero y segundo y tres partes de señal
residual para generar tres conjuntos de señales de audio primera y
segunda en respuesta a ello, en esta realización, el decodificador
puede generar seis canales de audio independientes, tales como según
el formato 5.1 u otro formato multicanal.
En realizaciones preferidas, el decodificador
comprende una pluralidad de matrices de mezclado de canal uno a dos
dispuestas en una configuración adecuada para permitir al
decodificador decodificar una señal codificada que represente más
de dos señales de audio. Por ejemplo, el decodificador puede
comprender una configuración de cinco matrices de mezclado
dispuestas para generar seis señales de audio y de este modo
decodificar, por ejemplo, una señal de audio 5.1 codificada.
En un tercer aspecto, la invención proporciona
un procedimiento de codificación de una señal de audio multicanal
que comprende las etapas de
1) generar una parte de señal dominante y una
parte de señal residual que son una representación combinada de
señales de audio primera y segunda, obteniéndose la partes de señal
dominante y residual aplicando un procedimiento matemático a las
señales de audio primera y segunda, en el que el procedimiento
matemático implica un primer parámetro espacial que comprende una
descripción de propiedades espaciales de las señales de audio
primera y
segunda,
segunda,
2) generar un primer conjunto de parámetros que
comprende un segundo parámetro espacial,
3) generar un segundo conjunto de parámetros que
comprende un tercer parámetro espacial, y
4) generar una señal de salida codificada que
comprende una primera parte de salida que comprende la parte de
señal dominante y el primer conjunto de parámetros, y una segunda
parte de salida que comprende la parte de señal residual y el
segundo conjunto de parámetros.
Las mismas ventajas y comentarios descritos en
conexión con el primer aspecto se aplican al tercer aspecto.
En un cuarto aspecto, la invención proporciona
un procedimiento para generar una señal de audio multicanal
basándose en una señal codificada, comprendiendo el procedimiento
las etapas de:
1) recibir la señal codificada que comprende una
parte de señal dominante, una parte de señal residual, y conjuntos
de parámetros espaciales primero y segundo que comprenden una
descripción de propiedades espaciales de señales de audio primera y
segunda,
2) determinar una matriz de mezclado basándose
en la parte de señal residual y el segundo conjunto de parámetros
espaciales,
3) generar las señales de audio primera y
segunda basándose en la matriz de mezclado determinada.
El procedimiento puede comprender la etapa de
decorrelacionar la parte de señal dominante y generar una parte de
señal dominante decorrelacionada en respuesta a ello. El
procedimiento puede comprender además la etapa de sumar la parte de
señal residual y la parte de señal dominante decorrelacionada. La
determinación de la matriz de mezclado puede basarse en la parte de
señal residual y la parte de señal dominante decorrelacionada
sumadas.
Preferiblemente, el procedimiento comprende
recibir una pluralidad de conjuntos de conjuntos de parámetros
primero y segundo y una pluralidad de partes de señal residual para
generar una pluralidad de conjuntos de señales de audio primera y
segunda en respuesta a ello. En una realización preferida, el
procedimiento comprende recibir tres conjuntos de conjuntos de
parámetros primero y segundo y tres partes de señal residual para
generar tres conjuntos de señales de audio primera y segunda en
respuesta a ello. En esta realización, el procedimiento puede
generar seis canales de audio independientes tal como en un formato
multicanal 5.1 o equivalente.
Las mismas ventajas y comentarios descritos para
el segundo aspecto se aplican para el cuarto aspecto.
En un quinto aspecto, la invención proporciona
una señal de audio multicanal codificada que comprende
- una primera parte de señal que comprende una
parte de señal dominante y un primer conjunto de parámetros que
comprenden una descripción de propiedades espaciales de señales de
audio primera y segunda, y
- una segunda parte de señal que comprende una
parte de señal residual y un segundo conjunto de parámetros que
comprenden una descripción de propiedades espaciales de las señales
de audio primera y segunda.
La señal de audio según el quinto aspecto
proporciona las mismas ventajas que las expuestas en conexión con
el primer aspecto, puesto que esta señal es idéntica a una señal de
salida codificada a partir del codificador según el primer
aspecto.
En un sexto aspecto, la invención proporciona un
medio de almacenamiento que tiene almacenada en el mismo una señal
tal como en el quinto aspecto. El medio de almacenamiento puede ser
un disco duro, un disco flexible, un CD, un DVD, una tarjeta SD,
una tarjeta Memory Stick, un chip de memoria, etc.
En un séptimo aspecto, la invención proporciona
un código de programa ejecutable por ordenador adaptado para
realizar el procedimiento según el tercer aspecto cuando se ejecuta
en un ordenador.
En un octavo aspecto, la invención proporciona
un medio de almacenamiento legible por ordenador que comprende un
código de programa ejecutable por ordenador según el séptimo
aspecto. El medio de almacenamiento puede ser un disco duro, un
disco flexible, un CD, un DVD, una tarjeta SD, una tarjeta Memory
Stick, un chip de memoria, etc.
En un noveno aspecto, la invención proporciona
un código de programa ejecutable por ordenador adaptado para
realizar el procedimiento según el cuarto aspecto cuando se ejecuta
en un ordenador.
En un décimo aspecto, la invención proporciona
un medio de almacenamiento legible por ordenador que comprende un
código de programa ejecutable por ordenador según el noveno aspecto.
El medio de almacenamiento puede ser un disco duro, un disco
flexible, un CD, un DVD, una tarjeta SD, una tarjeta Memory Stick,
un chip de memoria, etc.
En un undécimo aspecto, la invención proporciona
un dispositivo que comprende un codificador según el primer
aspecto. El dispositivo puede ser tal como un equipo de audio de
entretenimiento en casa tal como amplificadores de sonido
envolvente, receptores de sonido envolvente,
reproductores/grabadores de DVD, etc. En principio, el dispositivo
puede ser cualquier dispositivo de audio que pueda tratar datos de
audio multicanal, por ejemplo en el formato 5.1.
En un duodécimo aspecto, la invención
proporciona un dispositivo que comprende un decodificador según el
segundo aspecto. El dispositivo puede ser tal como un equipo de
audio de entretenimiento en casa tal como amplificadores de sonido
envolvente, receptores de sonido envolvente, receptores de A/V,
módulos decodificadores, reproductores/grabadores de DVD, etc.
La señal según el quinto aspecto es adecuada
para su transmisión a través de una cadena de transmisión. Una
cadena de transmisión de este tipo puede comprender un servidor que
almacene las señales, una red para la distribución de las señales y
clientes que reciban las señales. El lado del cliente puede
comprender hardware tal como por ejemplo ordenadores, receptores de
A/V, módulos decodificadores, etc. Por tanto, la señal según el
quinto aspecto es adecuada para la transmisión de difusión de vídeo
digital, difusión de audio digital o radio por Internet, etc.
Se apreciará que en todos los aspectos
anteriores, las señales de audio primera y segunda pueden ser
señales de ancho de banda completo. Opcionalmente, las señales de
audio primera y segunda representan representaciones de subbandas
de señales de audio de ancho de banda completo respectivas. En otras
palabras, el procesamiento de señales según la invención puede
aplicarse a señales de ancho de banda completo o aplicarse en
subbandas.
A continuación se describe la invención con más
detalle con referencia a las figuras adjuntas, de las que
la figura 1 muestra un esquema de una
disposición de altavoces multicanal 5.1,
la figura 2 muestra una unidad de combinación de
codificador según la invención,
la figura 3 muestra un codificador preferido
para codificar una señal de audio 5.1 basándose en una combinación
de codificador para dar una señal mono,
la figura 4 muestra un decodificador preferido
correspondiente al codificador de la figura 3,
la figura 5 muestra un codificador preferido
para codificar una señal de audio 5.1 basándose en una combinación
de codificador para dar una señal estéreo,
la figura 6 muestra un decodificador preferido
correspondiente al codificador de la figura 5, y
la figura 7 muestra una gráfica que ilustra los
resultados de una prueba de audición realizada con el principio de
codificación según la invención.
Aunque la invención es susceptible de diversas
modificaciones y formas alternativas, se han mostrado realizaciones
específicas a modo de ejemplo en los dibujos y se describirán más
detalladamente a continuación en el presente documento. Ha de
entenderse, sin embargo, que la invención no pretende limitarse a
las formas particulares dadas a conocer. Más bien, la invención
cubrirá todas las modificaciones, equivalentes y alternativas que
se encuentren dentro del alcance de la invención según se define en
las reivindicaciones adjuntas.
La figura 1 muestra un esquema de una
disposición de audio multicanal 5.1 típica con un oyente LP situado
en el centro de cinco altavoces C, Lf, Ls, Rf y Rs que reciben
señales de audio independientes. Éstas se proporcionan para
producir en el oyente LP una impresión de audio espacial. La
disposición 5.1 proporciona además una señal LFE de
subwoofer separada. Por tanto, una representación de señal
completa para tal disposición multicanal requiere en total de seis
canales de audio independientes, y por tanto es necesaria una gran
tasa de transmisión de bits para representar una señal de audio
para un sistema de este tipo con una calidad de audio total. A
continuación se describirán realizaciones de la invención que pueden
proporcionar una alta calidad de audio en un sistema 5.1 con una
baja tasa de transmisión de bits.
La figura 2 muestra una unidad de combinación de
codificador 2-1 EU según la invención. Se introducen
señales de audio primera y segunda x1, x2 en un módulo de
combinación de codificador ECM en el que se realiza un procedimiento
matemático sobre las señales de audio primera y segunda x1, x2, que
comprende preferiblemente una rotación de señal, con el fin de
combinar las señales de audio primera y segunda x1, x2 y generar una
representación paramétrica de las mismas que comprende una parte de
señal dominante m y una parte de señal residual s. Un primer
parámetro espacial SP1, es decir un parámetro que describe
propiedades de señal espaciales de las señales de audio primera y
segunda x1, x2, está implicado en el procedimiento matemático de
combinación de codificador.
Un generador de parámetros PG genera conjuntos
de parámetros primero y segundo PS1, PS2 basándose en las señales
de audio primera y segunda x1, x2. El primer conjunto de parámetros
PS1 comprende un segundo parámetro espacial SP2, y el segundo
conjunto de parámetros PS2 comprende un tercer parámetro espacial
SP3. La señal de salida codificada comprende una primera parte de
salida OP1 que comprende la parte de señal dominante m y el primer
conjunto de parámetros PS1, mientras que una segunda parte de salida
OP2 comprende la parte de señal residual s y el segundo conjunto de
parámetros PS2.
Mediante una elección apropiada de los
parámetros espaciales segundo y tercero SP2, SP3 en relación con el
primer parámetro espacial SP1 es posible obtener la inversa de la
combinación de codificador o procedimiento de rotación en el lado
del decodificador, y por tanto pueden decodificarse las señales de
audio primera y segunda x1, x2 de manera transparente.
Preferiblemente, el codificador pone la primera
parte de salida en una capa base de su flujo de bits de salida,
mientras que la segunda parte de salida se pone en una capa de
refinamiento del flujo de bits de salida. Durante la decodificación
es posible usar sólo la capa base, si es aceptable una calidad de
señal reducida, mientras que puede obtenerse la mejor calidad de
señal posible si también se incluye la capa de refinamiento en el
proceso de decodificación.
El principio de codificación descrito
proporciona un codificador de audio multicanal híbrido ajustable a
escala con retrocompatibilidad total. El decodificador puede usarse
para los siguientes escenarios: 1) señal mono o estéreo
decodificada sólo, 2) salida multicanal decodificada sin usar las
señales residuales, y 3) salida multicanal decodificada con señales
residuales.
A continuación se describen realizaciones
preferidas de módulos de combinación de codificador y parámetros
espaciales. Un módulo de combinación de codificador preferido
combina señales de audio primera y segunda x1, x2 para dar una
parte de señal dominante m y una parte de señal residual s
maximizando la amplitud de la suma de las señales rotadas
según:
Los coeficientes de rotación de amplitud
implicados en sc_{corr} se derivan a partir de ICC e IID, es decir
se basan en propiedades espaciales de las señales de audio primera
y segunda x1, x2. Estos coeficientes de rotación de amplitud se
calculan preferiblemente según:
La señal residual s se selecciona para que sea
la diferencia entre x1 y x2. Obsérvese que esta matriz es siempre
invertible, ya que sc_{corr} nunca puede ser cero, lo que
significa que puede conseguirse una reconstrucción perfecta siempre
que se conozca sc_{corr}. Un valor adecuado para la constante de
corte sc_{corr,max} es 1,2.
Para derivar sc_{corr} en el decodificador, el
segundo conjunto de parámetros PS2 preferiblemente comprende una
diferencia entre parámetros de coherencia y correlación y por tanto
se transmiten junto con la correspondiente señal residual s en una
capa de refinamiento en el flujo de bits ajustable a escala. El
primer conjunto de parámetros PS1 se selecciona para comprender o
bien parámetros de coherencia o bien parámetros de correlación y
por tanto para transmitirse en la capa base junto con la parte de
señal dominante m.
Cuando la señal residual s está disponible para
el decodificador, se derivan parámetros de correlación, lo que
facilita el cálculo de sc_{corr}, y puede determinarse la inversa
de la matriz de mezclado de Ec 1:
En otra realización preferida, el módulo de
combinación de codificador se basa en el análisis de componentes
principales (PCA) y mezcla las señales de audio primera y segunda
x1, x2 según:
donde un coeficiente \alpha
preferido se basa en ICC e IID
según:
Opciones preferidas para codificar el segundo
conjunto de parámetros PS2 que ha de incluirse en la capa de
refinamiento son los parámetros de correlación que incluyen lo
siguiente:
1) Codificación diferencial en tiempo o
frecuencia de los parámetros de correlación, independientemente de
los parámetros de coherencia en la capa base.
2) Codificación diferencial de los parámetros de
correlación con respecto a los parámetros de coherencia en la capa
base (es decir, \DeltaICC =
ICC_{correlación}-ICC_{coherencia}).
Una combinación de 1 y 2, dependiendo de cuál
requiera la menor cantidad de bits.
3) Las figuras 3 y 4 ilustran configuraciones
preferidas de un codificador en formato 5.1 y un decodificador 5.1
correspondiente, respectivamente, que se basan en una combinación de
codificador para dar una señal mono codificada. Las figuras 5 y 6
ilustran un codificador en formato 5.1 alternativo y un
decodificador correspondiente, respectivamente, que se basan en una
combinación de codificador para dar una señal estéreo
codificada.
La figura 3 muestra una configuración de
codificador basada en una combinación de seis señales de audio
independientes lf, ls, rf, rs, co, lfe para dar una señal mono m,
por ejemplo las seis señales de audio representan las señales lf,
ls, rf, rs, co, lfe en un formato 5.1. El codificador comprende
cinco unidades de combinación de codificador EU, tal como se ha
descrito anteriormente, estando dispuestas estas unidades EU para
combinar de manera sucesiva las seis señales lf, ls, rf, rs, co,
lfe en una única señal mono m. Una etapa de segmentación y
transformación inicial ST se realiza para pares de señales antes de
la combinación de codificador. Esta etapa ST comprende la
segmentación de las señales de audio en el dominio del tiempo para
dar segmentos superpuestos y entonces la transformación de estos
segmentos superpuestos en representaciones en el dominio de la
frecuencia (indicadas mediante letras mayúsculas).
Tras la segmentación y la transformación ST, los
dos canales izquierdos Lf y Ls se combinan para dar una parte de
señal dominante L, conjuntos de parámetros primero y segundo PS1a,
PS1b y una señal residual ResL. Los dos canales derechos Rf, Rs se
combinan para dar una parte de señal dominante R, conjuntos de
parámetros primero y segundo PS2a, PS2b y una señal residual ResR.
Las partes de señal dominante L y R resultantes se combinan
entonces para dar una parte de señal dominante LR, una parte de
señal residual ResLR y parámetros primero y segundo PS4a, PS4b. El
canal central C0 y el canal LFE de subwoofer se combinan para
dar una parte de señal dominante C, conjuntos de parámetros primero
y segundo PS3a, PS3b y una señal residual ResC. Finalmente, las
partes de señal dominante C y LR se combinan para dar una parte de
señal dominante M, una parte de señal residual ResM y parámetros
primero y segundo PS5a, PS5b.
Preferiblemente, los conjuntos de parámetros
primero y segundo PS1a-PS5a,
PS1b-PS5b se determinan independientemente para
varias bandas de frecuencia (subbandas) en un segmento antes de la
cuantificación, la codificación y la transmisión, sin embargo, si
se prefiere, el procesamiento puede realizarse sobre señales de
ancho de banda completo. Tras aplicar el análisis y el
procesamiento de las señales, puede aplicarse un procesamiento
opcional IT, OLA: pueden transformarse de manera inversa segmentos
IT de vuelta al dominio del tiempo, y pueden superponerse segmentos
y sumarse OLA para obtener la señal de audio mono m en el dominio
del tiempo. En general, el codificador genera una primera parte de
salida que comprende la parte de señal dominante m y cinco conjuntos
de parámetros PS1a-PS5a, y una segunda parte de
salida que comprende cinco partes de señal residual ResL, ResR,
ResLR, ResM, ResC, y cinco conjuntos de parámetros PS1b, PS5b.
La figura 4 muestra un decodificador
correspondiente al codificador de la figura 3, es decir que está
adaptado para recibir la señal de salida desde el codificador de la
figura 3. El decodificador esencialmente aplica la inversa del
procesamiento descrito para la figura 3. El decodificador comprende
una segmentación (opcional) inicial y se aplica transformación en
frecuencia ST a la parte de señal dominante m. El decodificador
comprende cinco unidades de combinación de decodificador DU
similares, de las que se indica una con una línea discontinua. La
unidad de combinación de decodificador DU comprende una matriz de
mezclado MM que genera señales primera y segunda basándose en una
parte de señal dominante. La matriz de mezclado MM, es decir la
inversa de la matriz de mezclado aplicada en el módulo de
combinación de codificador ECM, se determina basándose en la parte
de señal dominante, la parte residual y conjuntos de parámetros
primero y segundo recibidos.
En la primera unidad de combinación de
decodificador DU indicada en la figura 4, la señal dominante M se
decorrelaciona en primer lugar en un decorrelacionador Dec y
después se atenúa en un atenuador Att. La parte de señal dominante
decorrelacionada y atenuada se suma entonces a la parte de señal
residual ResM. Esta señal sumada se usa entonces para determinar la
matriz de mezclado MM. El atenuador Att se ajusta en respuesta a la
parte de señal residual ResM y el primer conjunto de parámetros
PS5a. Finalmente, la matriz de mezclado MM se determina usando los
conjuntos de parámetros primero y segundo PS5a, PS5b. La matriz de
mezclado MM determinada combina entonces la parte de señal
dominante M para dar una primera señal de salida LR y una segunda
señal de salida C. Estas señales de salida primera y segunda LR, C
se aplican entonces a unidades de combinación de codificador
respectivas y se combinan sucesivamente para producir L, R, y C0,
LFE, respectivamente. Finalmente, se aplica a L una combinación de
decodificador para dar Lf y Lr, mientras que se aplica a R una
combinación de decodificador para producir Rf y Rr. Tras aplicar
análisis y procesamiento de señales, los segmentos se transforman de
manera inversa IT de vuelta al dominio del tiempo, y se superponen
los segmentos y suman OLA para obtener las representaciones lf, lr,
rf, rr, co, lfe en el dominio del tiempo. Esta transformación
inversa y superposición-suma IT, OLA son
opcionales.
La figura 5 muestra una realización de
codificador en la que se usan tres unidades de combinación de
codificador, que funcionan cada una según los principios descritos
en conexión con el codificador de la figura 3, para combinar seis
señales de audio Lf, Lr, Rf, Rr, C0, LFE en pares para dar tres
partes de señal dominante L, R, C con primeros conjuntos de
parámetros PS1a-PS3a, segundos conjuntos de
parámetros PS1b-PS3b y partes de señal residual
ResL, ResR, ResC asociados. Una unidad de combinación de codificador
3-2 se aplica entonces a las tres partes de señal
dominante L, R y C dando como resultado dos partes de señal
dominante L0, R0 y una parte de señal residual ResEo y un conjunto
de parámetros PS4. Opcionalmente, se aplica una segmentación y
transformación al dominio de la frecuencia ST inicial, y se aplica
(opcionalmente) una transformación inversa IT y una
superposición-suma OLA final, tal como se describe
también en conexión con la figura 3.
La figura 6 muestra una configuración de
decodificador adaptada para decodificar una salida del codificador
de la figura 5. Tras una segmentación y transformación al dominio de
la frecuencia ST (opcional) inicial de señales de entrada lo, ro,
un módulo de combinación de decodificador 2-3 genera
partes de señal dominante L, R, C en respuesta a las partes de
señal dominante Lo, Ro y la parte de señal residual ResEo junto con
el conjunto de parámetros PS4. Estas tres partes de señal dominante
L, R, C se procesan entonces en respectivas unidades de combinación
de decodificador similares a las unidades de combinación de
decodificador DU descritas en conexión con el decodificador de la
figura 4. Una transformación inversa IT y
superposición-suma OLA final se aplica
(opcionalmente) tal como también se describió anteriormente.
La figura 7 ilustra los resultados de una prueba
de audición realizada para cinco oyentes entrenados. Los elementos
musicales A-K usados son los especificados en el
trabajo MPEG "Spatial Audio Coding". Para cada elemento
A-K, se incluyeron en la prueba resultados para tres
versiones codificadas: 1) decodificador sin residuales - mostrado a
la izquierda, 2) codificador espacial con residuales, es decir un
decodificador según la invención - mostrado en el centro y 3)
referencia (oculta) - mostrada a la derecha. Un promedio total de
los elementos A-K se muestra como TOT. Para cada
versión codificada se indica un grado promedio GRD con un asterisco
(*), mientras que se indican +/- desviación estándar respecto al
mismo para respuestas de los oyentes.
Para el escenario 2) y 3) se usó el principio de
codificador/decodificador ilustrado en las figuras 5 y 6. En el
escenario 2) se descartaron las partes de señal residual. Para el
escenario 3) se usaron tres partes de señal residual, banda
limitada a 2 kHz: parte de señal residual para el canal izquierdo
ResL, parte de señal residual para el canal central ResR, y parte
de señal residual ResEo para el módulo de combinación de
decodificador 3-2. Cada una de las señales
residuales ResL, ResR, ResEo se codificó a una tasa de transmisión
de bits de 8 kbit/s, y los parámetros espaciales adicionales (que
fueron diferencias entre parámetros de correlación (capa de
refinamiento) y coherencia (capa base)) requirieron una tasa de
transmisión de bits estimada de 700 bit/s. Por tanto, la tasa de
transmisión de bits total relacionada con los residuales adicionales
es entonces de aproximadamente 25 kbit/s. Los parámetros espaciales
convencionales (que van a colocarse en la capa base), requirieron
de forma estimada 10 kbit/s. La tasa de transmisión de datos
espaciales total es por tanto de aproximadamente 35 kbit/s. No se
aplicó ningún códec central a la señal estéreo lo, ro.
A partir de los resultados, queda claro que
puede obtenerse una gran mejora de la calidad utilizando tres
señales residuales codificadas a una baja tasa de transmisión de
bits. Además, el grado de calidad promedio total es de +/- 92, muy
próximo a lo que se considera calidad de audio
"transparente".
El codificador y el decodificador según la
invención pueden aplicarse en todas las aplicaciones que impliquen
codificación de audio multicanal, incluyendo: difusión de vídeo
digital (DVB), difusión de audio digital (DAB), radio por Internet,
distribución de música electrónica.
Los símbolos de referencia en las
reivindicaciones sirven meramente para aumentar la legibilidad.
Estos símbolos de referencia no deben en ningún caso interpretarse
como que limitan el alcance de las reivindicaciones, sino que son
únicamente ejemplos ilustrativos incluidos.
Claims (28)
1. Codificador de audio adaptado para codificar
una señal de audio multicanal, comprendiendo el codificador:
- un módulo de combinación de codificador (ECM)
para generar una parte de señal dominante (m) y una parte de señal
residual (s) que son una representación combinada de señales de
audio primera y segunda (x1, x2), obteniéndose las partes de señal
dominante y residual (m, s) aplicando un procedimiento matemático a
las señales de audio primera y segunda (x1, x2), en el que el
procedimiento matemático implica un primer parámetro espacial (SP1)
que comprende una descripción de propiedades espaciales de las
señales de audio primera y segunda (x1, x2),
- un generador de parámetros (PG) para
generar
- -
- un primer conjunto de parámetros (PS1) que comprende un segundo parámetro espacial (SP2), y
- -
- un segundo conjunto de parámetros (PS2) que comprende un tercer parámetro espacial (SP3), y
caracterizado porque el codificador
comprende
- un generador de salida para generar una señal
de salida codificada que comprende
- -
- una primera parte de salida (OP1) que comprende la parte de señal dominante (m) y el primer conjunto de parámetros (PS1), y
- -
- una segunda parte de salida (OP2) que comprende la parte de señal residual (s) y el segundo conjunto de parámetros (PS2).
\vskip1.000000\baselineskip
2. Codificador de audio según la reivindicación
1, en el que el tercer parámetro espacial (SP3) comprende una
diferencia entre el segundo parámetro espacial (SP2) y el primer
parámetro espacial (SP1).
3. Codificador de audio según la reivindicación
1, en el que el segundo parámetro espacial (SP2) comprende un
parámetro basado en coherencia.
4. Codificador de audio según la reivindicación
1, en el que el tercer parámetro espacial (SP3) comprende una
diferencia entre un parámetro basado en coherencia y un parámetro
basado en correlación.
5. Codificador de audio según la reivindicación
1, en el que la parte de señal residual (s) comprende una diferencia
entre las señales de audio primera y segunda (x1, x2).
6. Codificador de audio según la reivindicación
1, en el que el módulo de combinación de codificador (ECM) está
adaptado para generar las partes de señal dominante y residual (m,
s) de tal manera que estas partes de señal (m, s) estén menos
correlacionadas que las señales de audio primera y segunda (x1,
x2).
7. Codificador de audio según la reivindicación
1, que está adaptado además para recibir señales de audio tercera,
cuarta, quinta y sexta y mezclar de manera descendente estas señales
junto con las señales de audio primera y segunda (x1, x2) y para
generar las partes de salida primera y segunda en respuesta a
ello.
8. Decodificador de audio para generar una señal
de audio multicanal basándose en una señal codificada, comprendiendo
el decodificador:
- una unidad de combinación de decodificador
(DU) para generar señales de audio primera y segunda basándose en
una parte de señal dominante, una parte de señal residual y
conjuntos de parámetros primero y segundo, comprendiendo los
conjuntos de parámetros primero y segundo una descripción de
propiedades espaciales de las señales de audio primera y segunda,
en el que la parte de señal residual y el segundo conjunto de
parámetros están implicados en la determinación de una matriz de
mezclado (MM) que se usa para generar las señales de audio primera
y
segunda.
segunda.
9. Decodificador de audio según la
reivindicación 8, comprendiendo el decodificador un
decorrelacionador (Dec) para recibir la parte de señal dominante y
generar una parte de señal dominante decorrelacionada en respuesta
a ello.
10. Decodificador de audio según reivindicación
9, en el que una suma de la parte de señal residual y la parte de
señal dominante decorrelacionada está implicada en la determinación
de la matriz de mezclado (MM).
11. Decodificador de audio según la
reivindicación 10, comprendiendo el decodificador un atenuador (Att)
para atenuar la parte de señal dominante decorrelacionada antes de
sumarla a la parte de señal residual.
\newpage
12. Decodificador de audio según la
reivindicación 8, adaptado para recibir una pluralidad de conjuntos
de conjuntos de parámetros primero y segundo y una pluralidad de
partes de señal residual para generar una pluralidad de conjuntos
de señales de audio primera y segunda en respuesta a ello.
13. Decodificador de audio según la
reivindicación 12, estando adaptado el decodificador para recibir
tres conjuntos de conjuntos de parámetros primero y segundo y tres
partes de señal residual para generar tres conjuntos de señales de
audio primera y segunda en respuesta a ello.
14. Procedimiento de codificación de una señal
de audio multicanal que comprende las etapas de:
1) generar una parte de señal dominante (m) y
una parte de señal residual (s) que son una representación combinada
de señales de audio primera y segunda (x1, x2), obteniéndose las
partes de señal dominante y residual (m, s) aplicando un
procedimiento matemático a las señales de audio primera y segunda
(x1, x2), en el que el procedimiento matemático implica un primer
parámetro espacial que comprende una descripción de propiedades
espaciales de las señales de audio primera y segunda (x1, x2),
2) generar un primer conjunto de parámetros que
comprende un segundo parámetro espacial,
3) generar un segundo conjunto de parámetros que
comprende un tercer parámetro espacial, y
caracterizado por
4) generar una señal de salida codificada que
comprende una primera parte de salida que comprende la parte de
señal dominante (m) y el primer conjunto de parámetros, y una
segunda parte de salida que comprende la parte de señal residual
(s) y el segundo conjunto de parámetros.
15. Procedimiento de generación de una señal de
audio multicanal basándose en una señal codificada, comprendiendo
el procedimiento las etapas de:
1) recibir la señal codificada que comprende una
parte de señal dominante, una parte de señal residual, y conjuntos
de parámetros primero y segundo que comprenden una descripción de
propiedades espaciales de señales de audio primera y segunda,
2) determinar una matriz de mezclado (MM)
basándose en la parte de señal residual y el segundo conjunto de
parámetros,
3) generar las señales de audio primera y
segunda basándose en la matriz de mezclado determinada.
16. Procedimiento según la reivindicación 15,
que comprende la etapa de decorrelacionar la parte de señal
dominante y generar una parte de señal dominante decorrelacionada
en respuesta a ello.
17. Procedimiento según la reivindicación 16,
que comprende además la etapa de sumar la parte de señal residual y
la parte de señal dominante decorrelacionada.
18. Procedimiento según la reivindicación 17, en
el que la determinación de la matriz de mezclado (MM) se basa en la
parte de señal residual y la parte de señal dominante
decorrelacionada sumadas.
19. Procedimiento según la reivindicación 15,
que comprende recibir una pluralidad de conjuntos de conjuntos de
parámetros primero y segundo y una pluralidad de partes de señal
residual para generar una pluralidad de conjuntos de señales de
audio primera y segunda en respuesta a ello.
20. Procedimiento según la reivindicación 19,
que comprende recibir tres conjuntos de conjuntos de parámetros
primero y segundo y tres partes de señal residual para generar tres
conjuntos de señales de audio primera y segunda en respuesta a
ello.
21. Señal de audio multicanal codificada que
comprende:
- una primera parte de señal (OP1) que comprende
una parte de señal dominante (m) y un primer conjunto de parámetros
(PS1) que comprende una descripción de propiedades espaciales de
señales de audio primera y segunda (x1, x2), y
- una segunda parte de señal (OP2) que comprende
una parte de señal residual (s) y un segundo conjunto de parámetros
(PS2) que comprende una descripción de propiedades espaciales de las
señales de audio primera y segunda (x1, x2).
22. Medio de almacenamiento que tiene almacenada
en el mismo una señal según la reivindicación 21.
\newpage
23. Código de programa ejecutable por ordenador
adaptado para realizar el procedimiento según la reivindicación 14
cuando se ejecuta en un ordenador.
24. Medio de almacenamiento legible por
ordenador que comprende un código de programa ejecutable por
ordenador según la reivindicación 23.
25. Código de programa ejecutable por ordenador
adaptado para realizar el procedimiento según la reivindicación 15
cuando se ejecuta en un ordenador.
26. Medio de almacenamiento legible por
ordenador que comprende un código de programa ejecutable por
ordenador según la reivindicación 25.
27. Dispositivo que comprende un codificador
según la reivindicación 1.
28. Dispositivo que comprende un decodificador
según la reivindicación 8.
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