ES2612385T3 - Atenuación eficaz de pre-ecos en una señal de audio digital - Google Patents

Atenuación eficaz de pre-ecos en una señal de audio digital Download PDF

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ES2612385T3 ES13820844.2T ES13820844T ES2612385T3 ES 2612385 T3 ES2612385 T3 ES 2612385T3 ES 13820844 T ES13820844 T ES 13820844T ES 2612385 T3 ES2612385 T3 ES 2612385T3
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Abstract

Procedimiento de tratamiento de atenuación de pre-eco en una señal de audio digital decodificada según una decodificación por transformada, caracterizada por que incluye las siguientes etapas: - descomponer (E603) la señal decodificada en al menos dos sub-señales según un criterio de descomposición predeterminado; - calcular (E604) factores de atenuación por sub-señal y por muestra de una zona de pre-eco previamente determinada; - atenuar (E605) el pre-eco en la zona de pre-eco de cada una de las sub-señales mediante aplicación de los factores de atenuación a las sub-señales; y - obtener (E606) la señal atenuada por combinación de las sub-señales atenuadas.

Description

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DESCRIPCION
Atenuacion eficaz de pre-ecos en una senal de audio digital
La invencion se refiere a un procedimiento y un dispositivo de tratamiento de atenuacion de los pre-ecos durante una decodificacion de la senal de audio digital.
Para la transmision de las senales de audio digitales en unas redes de telecomunicaciones, tanto si se trata por ejemplo de redes fijas como de moviles, o para el almacenamiento de las senales, se recurre a unos procedimientos de compresion (o codificacion de la fuente) que implementan unos sistemas de codificacion que son en general de tipo de codificacion temporal por prediccion lineal o codificacion en frecuencia por transformada.
El procedimiento y el dispositivo, objetos de la invencion, tienen as! como campo de aplicacion la compresion de las senales sonoras, en particular las senales de audio digitales codificadas mediante transformada en frecuencia.
La figura 1 representa a tltulo ilustrativo, un esquema de principio de la codificacion y de la decodificacion de la senal de audio digital mediante transformada que incluye un analisis-slntesis por adicion/recubrimiento segun la tecnica anterior.
Ciertas secuencias musicales, tales como las percusiones y ciertos segmentos de la voz, como las plosivas (/k/, /t/,...), se caracterizan por unos ataques extremadamente bruscos que se traducen en unas transiciones muy rapidas y una variacion muy fuerte de la dinamica de la senal en el espacio de algunas muestras. Un ejemplo de transicion se da en la figura 1 a partir de la muestra 410.
Para el tratamiento de codificacion/decodificacion, la senal de entrada se recorta en bloques de muestras de longitud L cuyos llmites se representan en la figura 1 por unos trazados verticales discontinuos. La senal de entrada se indica por x(n), en la que n es el Indice de la muestra. El recorte en bloques sucesivos (o tramas) conduce a definir los bloques XN(n) = [ x(N.L) ... x(N.L+L-1) ] = [ xN(0) ... xN(L-1) ], en las que N es el Indice del bloque (o de la trama), L es la longitud de la trama. En la figura 1 se tiene una L = 160 muestras. En el caso de la transformada discreta del coseno modificada MDCT (por “Modified Discrete Cosine Transform” en ingles), se analizan conjuntamente dos bloques XN(n) y XN+1(n) para dar un bloque de coeficientes transformados asociados a la trama de Indice N y la ventana de analisis es sinusoidal.
La division en bloques, tambien llamados tramas, realizada por la codificacion por transformada es totalmente independiente de la senal sonora y las transiciones pueden aparecer por tanto en un punto cualquiera de la ventana de analisis. Ahora bien despues de la decodificacion por transformada, la senal reconstruida esta enturbiada con “ruido” (o distorsion) engendrado por la operacion de cuantificacion (Q) - cuantificacion inversa (Q-1). Este ruido de codificacion se reparte temporalmente de manera relativamente uniforme sobre todo el soporte temporal del bloque transformado, es decir sobre toda la longitud de la ventana de longitud 2L de muestras (con recubrimiento de L muestras). La energla del ruido de codificacion es en general proporcional a la energla del bloque y es funcion de la tasa de codificacion/decodificacion.
Para un bloque que incluye un ataque (como el bloque 320-480 de la figura 1) la energla de la senal es elevada, el ruido es por tanto igualmente de nivel elevado.
En la codificacion por transformada, el nivel del ruido de codificacion es tlpicamente inferior al de la senal para los segmentos de fuerte energla que siguen inmediatamente a la transicion, pero nivel es superior al de la senal para los segmentos de energla mas reducida, particularmente en la parte que precede a la transicion (muestras 160-410 de la figura 1). Para la parte antes mencionada, la relacion senal a ruido es negativa y la degradation resultante puede aparecer como muy molesta para la escucha. Se denomina pre-eco al ruido de codificacion anterior a la transicion y post-eco al ruido posterior a la transicion.
Se puede observar en la figura 1 que el pre-eco afecta a la trama que precede a la transicion as! como a la trama en donde se produce la transicion.
Las experiencias psico-acusticas han demostrado que el oldo humano efectua un pre-enmascarado temporal de los sonidos bastante limitado, del orden de algunos milisegundos. El ruido que precede al ataque, o pre-eco, es audible cuando la duration del pre-eco es superior a la duration del pre-enmascarado.
El oldo humano efectua igualmente un post-enmascarado de una duracion mas larga, de 5 a 60 milisegundos, durante el paso de secuencias de fuerte energla a unas secuencias de energla reducida. La tasa o nivel de molestia aceptable para los post-ecos es por tanto mayor que para los pre-ecos.
El fenomeno de los pre-ecos, mas crltico, es tanto mas molesto cuanto mayor sea la longitud de los bloques en numero de muestras. Ahora bien, en codificacion por transformada, es bien conocido que para las senales estacionarias cuanto mas aumenta la longitud de la transformada, mayor es la ganancia de codificacion. A
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frecuencia de muestreo fija y a tasa fija, si se incrementa el numero de puntos de la ventana (por tanto la longitud de la transformada) se dispondra de mas bits por trama para codificar las rayas de frecuencia que se juzgan utiles por el modelo psico-acustico, de ahl la ventaja de utilizar unos bloques de gran longitud. La codificacion MPEG AAC (Advanced Audio Coding), por ejemplo, utiliza una ventana de gran longitud que contiene un numero fijo de muestras, 2048, es decir sobre una duracion de 64 ms si la frecuencia de muestreo es de 32 kHz; el problema de los pre-ecos se gestiona en este caso permitiendo conmutar desde estas ventanas largas a 8 ventanas cortas por medio de ventanas intermedias (denominadas de transicion), lo que necesita de un cierto retardo en la codificacion para detectar la presencia de una transicion y adaptar las ventanas. La longitud de estas ventanas cortas es por tanto de 256 muestras (8 ms a 32 kHz). Con baja tasa se puede tener siempre un pre-eco audible de algunos milisegundos. La conmutacion de las ventanas permite atenuar el pre-eco pero no suprimirlo. Los codificadores por transformada utilizados para las aplicaciones de conversacion, como UIT-T G.722.1, G.722.1C o G.719, utilizan frecuentemente una longitud de trama de 20 ms y una ventana de duracion de 40 ms a 16, 32 o 48 kHz (respectivamente). Se puede observar que el codificador UlT-T G.719 integra un mecanismo de conmutacion de ventanas con detection de transitorios, sin embargo el pre-eco no se reduce completamente a baja velocidad (tlpicamente a 32 kb/s).
Con el objetivo de reducir el efecto molesto antes mencionado del fenomeno de los pre-ecos, se han propuesto diferentes soluciones en el codificador y/o en el decodificador.
Se ha citado anteriormente la conmutacion de ventanas; necesita transmitir una information auxiliar para identificar el tipo de ventanas utilizadas en la trama actual. Otra solution consiste en aplicar un filtrado adaptativo. En la zona que precede al ataque, la senal reconstruida se ve como la suma de la senal original y el ruido de cuantificacion.
Una tecnica de filtrado correspondiente se ha descrito en el artlculo titulado High Quality Audio Transform Coding at 64 kbits, IEEE Trans. on Communications Vol. 42, N.° 11, noviembre de 1994, publicado por Y. Mahieux y J. P. Petit.
La implementation de un filtrado de ese tipo necesita el conocimiento de parametros de los que algunos, como los coeficientes de prediction y la varianza de la senal corrompida por el pre-eco, se estiman en el decodificador a partir de las muestras con ruido. Por el contrario, unas informaciones tales como la energla de la senal de origen no pueden ser conocidas mas que en el codificador y deben transmitirse en consecuencia. Esto hace necesario transmitir unas informaciones suplementarias, lo que a una velocidad limitada disminuye los recursos relativos asignados a la codificacion por transformada. Cuando el bloque recibido contiene una variation brusca de dinamica, se le aplica el tratamiento de filtrado.
El proceso de filtrado antes mencionado no permite recuperar la senal de origen, sino que proporciona una fuerte reduction de los pre-ecos. Necesita sin embargo transmitir los parametros suplementarios al decodificador.
A diferencia de las soluciones anteriores, se han propuesto diferentes tecnicas de reduccion del pre-eco sin transmision especlfica de la informacion. Por ejemplo, una revision de la reduccion de los pre-ecos en el contexto de la codificacion jerarquica se presenta en el artlculo de B. Kovesi, S. Ragot, M. Gartner, H. Taddei, “Pre-echo reduction in the ITU-T G.729.1 embedded coder”, EUSIPCO, Lausana, Suiza, agosto de 2008.
Un ejemplo tlpico de procedimiento de atenuacion de pre-ecos sin informacion auxiliar se describe en la solicitud de patente francesa FR 08 56248. En este ejemplo, se determinan los factores de atenuacion por sub-bloque, en los sub-bloques de reducida energla que preceden a un sub-bloque en el que se ha detectado una transicion o ataque.
El factor de atenuacion g(k) en el sub-bloque k-esimo se calcula por ejemplo en funcion de la relation R(k) entre la energla del sub-bloque de energla mayor y la energla del k-esimo sub-bloque en cuestion:
g(k) = nm)
en la que f es una funcion decreciente a valores entre 0 y 1 y k es el numero del sub-bloque. Son posibles otras definiciones del factor g(k), por ejemplo en funcion de la energla En(k) en el sub-bloque actual y de la energla En(k-1) en el sub-bloque precedente.
Si la energla de los sub-bloques varla poco con relacion a la energla maxima en los sub-bloques considerados en la trama actual, no es necesario entonces ninguna atenuacion; el factor g(k) se fija a un valor de atenuacion que inhibe la atenuacion, es decir 1. Si no, el factor de atenuacion esta comprendido entre 0 y 1.
En la mayor parte de los casos, sobre todo cuando el pre-eco es molesto, la trama que precede a la trama de pre- eco tiene una energla homogenea que corresponde a la energla de un segmento de reducida energla (tlpicamente un ruido de fondo). Segun la experiencia no es util ni incluso deseable que tras el tratamiento de atenuacion del pre- eco la energla de la senal se haga inferior a la energla media (por sub-bloque) de la senal que precede a la zona de
tratamiento —tlpicamente la de la trama precedente, indicada por En, o la de la segunda mitad de la trama precedente, indicada por En' —.
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Para el sub-bloque de Indice k a tratar se puede calcular el valor ilmite, indicado por limg (k), del factor de atenuacion con el fin de obtener exactamente la misma energla que la energla media por sub-bloque del segmento precedente al sub-bloque a tratar. Este valor esta por supuesto limitado a un maximo de 1 puesto que se trata en este caso de los valores de atenuacion. Mas precisamente se define aqul:
(
limg (k) = min
v
lmax(En, Enj 1 V En(k) ,
/
En donde la energla media del segmento precedente se
El valor limg (k) as! obtenido sirve de llmite inferior en utiliza por tanto como sigue:
g(k) = max( g(k), limg (k) )
aproxima por el valor max(En,En').
el calculo final del factor de atenuacion del sub-bloque, se
Los factores de atenuacion (o ganancias) g(k) determinadas por sub-bloques pueden alisarse a continuation por una funcion de alisado aplicada muestra por muestra para evitar variaciones bruscas del factor de atenuacion en los llmites de los bloques.
Por ejemplo, se puede definir inicialmente la ganancia por muestra como una funcion constante por fragmento:
gpre(n) = g(k), n = kL', ..., (k+1)L'-1
en donde L' representa la longitud de un sub-bloque.
La funcion se alisa a continuacion segun la ecuacion siguiente:
gpre(n) = a gpre(n-1)+(1-a) gpre(n), n = 0, ..., L-1
con la convention de que gpre(-1) es el ultimo factor de atenuacion obtenido para la ultima muestra del sub-bloque precedente, a es el coeficiente de alisado, tlpicamente a = 0,85.
Son igualmente posibles otras funciones de alisado como por ejemplo el fundido encadenado lineal sobre u muestras:
1 u-1
gpre(n) = gpre'(n-i), n = 0, ■■■, L-1
u i=0
En donde gpre’(n) es la atenuacion no alisada y gpre(n) es la atenuacion alisada, gpre’(n) con n = -(u-1), ..., -1 son los ultimos u-1 factores de atenuacion obtenidos para las ultimas muestras del sub-bloque precedente. Se puede por ejemplo tomar u = 5.
Una vez as! calculados los factores gpre(n), la atenuacion de los pre-ecos se realiza sobre la senal reconstruida en la trama actual, Xrec(n), multiplicando cada muestra por el factor correspondiente:
xrec,g(n) = gpre(n) xrec(n), n = ° ■ ■■, L-1
donde xrec,g(n) es la senal decodificada y post-tratada por la reduction del pre-eco.
Las figuras 2 y 3 ilustran la implementation del procedimiento de atenuacion tal como se ha descrito en la solicitud de patente del estado de la tecnica, antes mencionada, y resumida anteriormente.
En estos ejemplos la senal se muestrea a 32 kHz, la longitud de la trama es L = 640 muestras y cada trama se divide en 8 sub-bloques de K = 80 muestras.
En la parte a) de la figura 2, se representa una trama de una senal original muestreada a 32 kHz. Se situa un ataque (o transition) en la senal en el sub-bloque que comienza en el Indice 320. Esta senal se ha codificado mediante un codificador por transformada de tipo MDCT con baja tasa (24 kb/s).
En la parte b) de la figura 2, se ilustra el resultado de la decodificacion sin tratamiento de pre-eco. Se puede observar el pre-eco a partir de la muestra 160, en los sub-bloques precedentes al que contiene el ataque.
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La parte c) muestra la evolucion del factor de atenuacion del pre-eco (llnea continua) obtenido mediante el procedimiento descrito en la solicitud de patente del estado de la tecnica antes mencionada. La llnea de puntos representa el factor antes de alisado. Se observa en este caso que la posicion del ataque se estima alrededor de la muestra 380 (en el bloque delimitado por las muestras 320 y 400).
La parte d) ilustra el resultado de la decodificacion despues de la aplicacion del tratamiento de pre-eco (multiplicacion de la senal b) por la senal c)). Se ve que el pre-eco se ha atenuado correctamente. La figura 2 muestra igualmente que el factor de alisado no se eleva a 1 en el momento del ataque, lo que implica una disminucion de la amplitud del ataque. El impacto perceptible de esta disminucion es muy reducido pero puede sin embargo evitarse. La figura 3 ilustra el mismo ejemplo que la figura 2, en el que, antes del alisado, el valor del factor de atenuacion se fuerza a 1 para las algunas muestras del sub-bloque precedente al sub-bloque en donde se situa el ataque. La parte c) de la figura 3 da un ejemplo de una correction de ese tipo.
En este ejemplo se ha afectado por el valor del factor 1 a las 16 ultimas muestras del sub-bloque precedente al ataque, a partir del Indice 364. De ese modo la funcion de alisado incrementa progresivamente el factor para tener un valor proximo a 1 en el momento del ataque. La amplitud del ataque es entonces preservada, como se ilustra en la parte d) de la figura 3, por el contrario algunas muestras del pre-eco no se atenuan.
En el ejemplo de la figura 3 la reduction de pre-eco por atenuacion no permite reducir el pre-eco hasta un nivel del ataque, a causa del alisado de la ganancia.
Otro ejemplo con el mismo ajuste que el de la figura 3 se ilustra en la figura 4. Esta figura representa 2 tramas para mostrar mejor la naturaleza de la senal antes del ataque. En este caso, la energla de la senal original antes del ataque es mayor (parte a)) que en el caso ilustrado en la figura 3, y la senal antes del ataque es audible (muestras 0850). En la parte b) puede observarse el pre-eco en la senal decodificada sin tratamiento de pre-eco en la zona 700850. Segun el procedimiento de limitation de la atenuacion explicado anteriormente se atenua la energla de la senal de la zona de pre-eco hasta la energla media de la senal precedente a la zona de tratamiento. Se observa en la parte c) que el factor de atenuacion calculado teniendo en cuenta la limitacion de energla es proximo a 1 y que el pre-eco esta siempre presente sobre la parte d) despues de la aplicacion del tratamiento de pre-eco (multiplicacion de la senal b) con la senal c)), a pesar de la buena nivelacion de la senal en la zona de pre-eco. Se puede distinguir bien en efecto este pre-eco en la forma de onda en donde se remarca que en esta zona se superpone a la senal una componente de alta frecuencia.
Este componente de alta frecuencia es bien audible y molesto, y el ataque es menos neto (parte d) de la figura 4).
La explication de este fenomeno es la siguiente: en el caso de un ataque muy brusco, impulsivo (como el ilustrado en la figura 4) el espectro de la senal (en la trama que contiene el ataque) es mas bien blanco y por tanto contiene igualmente muchas altas frecuencias. De ese modo el ruido de cuantificacion esta igualmente repartido y relativamente plano en frecuencias (blanco) y compuesto de altas frecuencias, lo que no es el caso de la senal precedente a la zona de pre-eco. Hay por tanto un cambio brusco en el espectro de una trama a otra, lo que da como resultado un pre-eco audible a pesar del hecho de que la energla se ha nivelado correctamente.
Este fenomeno se ha representado de nuevo en las figuras 5a y 5b que muestran respectivamente los espectrogramas de la senal original en 5a, que corresponden a la senal representada en la parte a) de la figura 4 y el espectrograma de la senal con atenuacion de pre-ecos segun el estado de la tecnica, en 5b, que corresponde a la senal representada en la parte d) de la figura 4.
Se observa bien un pre-eco aun audible en la parte recuadrada en la figura 5b.
Otros ejemplos de estos procedimientos de atenuacion de pre-ecos se describen en la solicitud de patente FR2897733 y FR2888704, as! como en la ITU-T Recomendation G.729.1, “G.729 based Embedded Variable bit-rate coder: An 8-32 kb/s scalable wideband coder bitstream interoperable with G.729” (05/2006).
Existe por tanto una necesidad de una tecnica mejorada de atenuacion de pre-ecos en la decodificacion, que permita atenuar las altas frecuencias indeseables y mas generalmente los pre-ecos parasitos de manera precisa y universal y sin que sea transmitida por el codificador ninguna information auxiliar.
La presente invention mejora la situation del estado de la tecnica.
Con este fin, la presente invencion se refiere a un procedimiento de tratamiento de la atenuacion de pre-eco en una senal de audio digital decodificada segun una decodificacion por transformada. El procedimiento es tal que incluye las siguientes etapas:
- descomponer la senal decodificada en al menos dos sub-senales segun un criterio de descomposicion predeterminado;
- calcular factores de atenuacion por sub-senal y por muestra de una zona de pre-eco previamente determinada;
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- atenuar el pre-eco en la zona de pre-eco de cada una de las sub-senales mediante aplicacion de los factores de atenuacion a las sub-senales; y
- obtener la senal atenuada por combinacion de las sub-senales atenuadas.
De ese modo, el procedimiento permite controlar de manera precisa, la atenuacion a aplicar a cada una de las sub- senales. Estas sub-senales tienen unas componentes representativas de caracterlsticas particulares de la senal decodificada, segun el criterio de descomposicion elegido. De ese modo, puede adaptarse la cantidad de atenuacion a aplicar para estas diferentes caracterlsticas. La atenuacion de pre-eco en esta senal decodificada es entonces mas precisa y mas eficaz.
Los diferentes modos particulares de realization mencionados en el presente documento a continuation pueden anadirse independientemente o en combinacion unos con los otros, a las etapas del procedimiento definido anteriormente en el presente documento.
En un primer modo de realizacion, el criterio de descomposicion predeterminado es un criterio de frecuencia.
De ese modo, la atenuacion se adapta de manera precisa a las caracterlsticas de frecuencia de la senal decodificada.
En un modo particular de realizacion, la descomposicion de la senal decodificada se efectua mediante un primer filtrado paso bajo o paso alto para obtener una primera sub-senal.
Una primera sub-senal incluye por tanto unas componentes de baja frecuencia en el caso de filtrado paso bajo o unas componentes de alta frecuencia en el caso de un filtrado paso alto. La atenuacion para esta primera sub-senal esta adaptada a sus componentes de frecuencia.
Segun un modo posible de realizacion, la descomposicion de la senal se efectua ademas mediante un segundo filtrado paso alto o paso bajo, complementario al primer filtrado, para obtener una segunda sub-senal.
Una segunda sub-senal incluye por tanto unas componentes de alta frecuencia en el caso de un filtro paso alto complementario o unas componentes de baja frecuencia en el caso de filtrado paso bajo complementario. La atenuacion para esta segunda sub-senal se adapta tambien a sus componentes de frecuencia.
Segun otro modo posible de realizacion, se obtiene una segunda sub-senal por resta de la primera sub-senal a la senal decodificada, de manera que se evite un segundo filtrado para obtener la segunda sub-senal. Esto reduce por tanto la complejidad de la etapa de descomposicion del procedimiento.
De manera particular, el filtrado es una respuesta a impulsos finita de fase nula de la funcion de transferencia: c(n)z'1 + (1-2c(n)) + c(n)z
siendo c(n) un coeficiente comprendido entre 0 y 0,25.
Este tipo de filtrado es de reducida complejidad.
En una variante de realizacion, la descomposicion de la senal decodificada se efectua por filtrado QMF y PQMF para obtener unas sub-senales en sub-bandas.
Se obtienen as! varias sub-senales, estando representada cada una de las sub-senales en una banda de frecuencia diferente. La atenuacion resultante permite tener en cuenta de ese modo el reparto espectral del pre-eco. La atenuacion esta adaptada entonces a estas caracterlsticas espectrales.
En un segundo modo de realizacion, el criterio de descomposicion predeterminado es un criterio de periodicidad de la senal.
En este modo de realizacion, la atenuacion se adapta a las caracterlsticas de periodicidad de la senal. Una primera sub-senal que incluye por ejemplo unas componentes periodicas de tipo sinusoidal y una segunda sub-senal que incluye unas componentes de ruido.
Segun un modo posible de realizacion, la zona de pre-eco se determina segun las siguientes etapas:
- detectar una position de ataque en la senal decodificada, antes de la etapa de descomposicion;
- determinar una zona de pre-eco que precede a la posicion de ataque detectada en la senal decodificada antes de la etapa de descomposicion o en las sub-senales despues de la etapa de descomposicion.
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De ese modo, la etapa de detection de la position de ataque se uniformiza para todas las sub-senales, permitiendo de ese modo reducir la complejidad de tratamiento. La etapa de determination de la zona de pre-eco puede uniformizarse igualmente en interes de la reducida complejidad o puede realizarse en las sub-senales para un buen compromiso complejidad reducida/adaptacion a la senal.
Segun otro modo posible de realization, la zona de pre-eco se determina segun las siguientes etapas:
- detectar una posicion de ataque en cada una de las sub-senales obtenidas despues de la etapa de descomposicion;
- determinar una zona de pre-eco que precede a la posicion de ataque detectada en cada una de las sub-senales.
La deteccion de la posicion de ataque puede efectuarse de diferente manera segun la sub-senal a la que se aplica. Esto permite adaptar mejor la deteccion en funcion de la sub-senal, en detrimento de una complejidad de tratamiento mayor.
De manera que se simplifique aun mas el procedimiento segun un modo de realizacion de la invention, al menos para una sub-senal, el calculo del factor de atenuacion se efectua utilizando al menos un parametro de la etapa de deteccion de una posicion de ataque en la senal decodificada.
Este puede ser en efecto el caso para la sub-senal que incluye unas componentes de baja frecuencia que son generalmente mucho mas energeticas de las componentes de alta frecuencia, estando entonces muy proximas las energlas por sub-bloque de la senal decodificada Xrec(n) y de la sub-senal que incluye mayoritariamente unas componentes de baja frecuencia xrec,ssi(n). No es por tanto necesario recalcular unas energlas de los sub-bloques para calcular el factor de atenuacion de la sub-senal porque para esta senal los valores de energla por sub-bloque ya se han calculado para detectar los ataques.
En un modo particular de realizacion, se aplica una etapa de alisado del factor de atenuacion al menos para una sub-senal.
Este alisado permite evitar las variaciones bruscas del factor de atenuacion en los llmites de los bloques de muestras.
En un modo ventajoso de realizacion, el factor de atenuacion se fuerza a 1 para un numero predeterminado de muestras que preceden al inicio del ataque.
De ese modo, el factor de atenuacion tiene un valor de 1 en el momento del ataque, lo que permite preservar la amplitud del ataque.
La invencion se refiere igualmente a un dispositivo de tratamiento de atenuacion de pre-eco en una senal de audio digital decodificada a partir de un decodificador por transformada. Este dispositivo es tal que comprende:
- un modulo de descomposicion de la senal decodificada en al menos dos sub-senales segun un criterio de descomposicion predeterminado;
- un modulo de calculo de los factores de atenuacion por sub-senal y por muestra de una zona de pre-eco previamente determinada;
- un modulo de atenuacion de pre-eco en la zona de pre-eco de cada una de las sub-senales por aplicacion de los factores de atenuacion a las sub-senales;
- un modulo de obtencion de la senal atenuada por combination de las sub-senales atenuadas.
Las ventajas de este dispositivo son las mismas que aquellas descritas para el procedimiento de tratamiento de atenuacion que implementa.
La invencion se refiere a un decodificador de una senal de audio digital que incluye un dispositivo tal como el descrito anteriormente.
La invencion se refiere tambien a un programa informatico que incluye unas instrucciones de codigo para la implementation de las etapas del procedimiento tal como se ha descrito anteriormente, cuando se ejecutan estas instrucciones mediante un procesador.
Finalmente, la invencion se refiere a un soporte de almacenamiento, legible por un procesador, integrado o no en el dispositivo de tratamiento, eventualmente extralble, que memoriza un programa informatico que implementa un procedimiento de tratamiento como el descrito anteriormente.
Surgiran mas claramente otras caracterlsticas y ventajas de la invencion con la lectura de la description que sigue, dada unicamente a tltulo de ejemplo no limitativo, y realizada en referencia a los dibujos adjuntos, en los que:
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- la figura 1 descrita anteriormente ilustra un sistema de codificacion-decodificacion por transformada segun el estado de la tecnica;
- la figura 2 descrita anteriormente ilustra un ejemplo de senal de audio digital para el que se efectua un metodo de atenuacion segun el estado de la tecnica;
- la figura 3 descrita anteriormente ilustra otro ejemplo de senal de audio digital para el que se efectua un metodo de atenuacion segun el estado de la tecnica;
- la figura 4 descrita anteriormente ilustra otro ejemplo mas de senal de audio digital para el que se aplica un metodo de atenuacion segun el estado de la tecnica;
- las figuras 5a y 5b ilustran respectivamente el espectrograma de la senal original y el espectrograma de la senal con atenuacion de pre-ecos segun el estado de la tecnica (correspondiente respectivamente las partes a) y d) de la figura 4);
- la figura 6 ilustra un dispositivo de tratamiento de atenuacion de pre-ecos en un decodificador de senal de audio digital, as! como las etapas implementadas por el procedimiento de tratamiento segun un modo de realization de la invention;
- la figura 7a ilustra la respuesta en frecuencia de un filtro paso bajo implementado segun un modo de realizacion de la invencion en la etapa de descomposicion de la senal, para diferentes valores de parametros del filtro;
- la figura 7b ilustra la respuesta en frecuencia de un filtro paso alto implementado segun un modo de realizacion
de la invencion en la etapa de descomposicion de la senal, para diferentes valores de parametros del filtro;
- la figura 8 ilustra un ejemplo de ventanas de analisis y de ventanas de slntesis con reducido retardo para la
codification y la decodificacion por transformada susceptible de crear el fenomeno de pre-eco;
- la figura 9 ilustra un ejemplo de senal de audio digital para el que se implementa el metodo de atenuacion de pre- ecos segun la invencion;
- la figura 10 ilustra un ejemplo de descomposicion de una senal de audio digital segun la invencion para la implementation del tratamiento de atenuacion de pre-eco;
- la figura 11 retoma las senales de la figura 10 ampliandola sobre las muestras proximas a la zona de ataque;
- las figuras 12a, 12b y 12c ilustran los espectrogramas respectivos de una senal de audio digital de origen, de la
senal decodificada sin tratamiento de atenuacion de pre-eco y de la senal decodificada con tratamiento de atenuacion de pre-eco segun la invencion;
- la figura 13 ilustra un ejemplo material de dispositivo de tratamiento de atenuacion segun la invencion.
En referencia a la figura 6, se describe un dispositivo 600 de tratamiento de atenuacion de pre-eco. El dispositivo de tratamiento de atenuacion 600, tal como se describe en el presente documento a continuation, esta comprendido en un decodificador que incluye un modulo 610 de cuantificacion inversa (Q-1) que recibe una senal S, un modulo 620 de transformada inversa (MDCT-1), un modulo 630 de reconstruction de la senal por adicion/recubrimiento (add/rec) tal como se ha descrito en referencia a la figura 1 y que suministra una senal reconstruida xrec(n) al dispositivo de tratamiento de atenuacion segun la invencion. Se puede observar que se toma en este caso el ejemplo de la transformada MDCT que es la mas corriente en codificacion de voz y de audio, sin embargo el dispositivo 600 se aplica igualmente a cualquier otro tipo de transformada (FFT, DCT, etc.).
En la salida del dispositivo 600, se proporciona una senal tratada Sa en la que se ha efectuado una atenuacion de pre-eco.
El dispositivo 600 implementa un metodo de atenuacion de los pre-ecos en la senal decodificada Xrec(n) que se descompone en sub-senales —esta descomposicion es propia del tratamiento de los pre-ecos—.
En un modo de realizacion de la invencion, el procedimiento de tratamiento de atenuacion incluye una etapa de detection (E601) de los ataques que pueden engendrar un pre-eco, en la senal decodificada xrec(n). Se puede observar que el dispositivo de atenuacion 600 puede aplicarse tambien tanto en el caso de que la division en ventanas MDCT de slntesis sea fija como en aquellos en los que la division en ventanas sea adaptativa.
De ese modo, el dispositivo 600 incluye un modulo de deteccion 601 adecuado para implementar una etapa de deteccion (E601) de la position de un ataque en una senal de audio decodificada.
Un ataque (u onset en ingles) es una transition rapida y una variation brusca de la dinamica (o amplitud) de la senal. Se pueden designar este tipo de senales mediante el termino mas general de “transitorio”. En lo que sigue y sin perdida de generalidad, se utilizaran unicamente los terminos de ataque o de transicion para designar igualmente unos transitorios.
En este modo de realizacion, ilustrado por las flechas en trazos mixtos “a”, la deteccion del pre-eco se realiza sobre la senal decodificada antes de la etapa de descomposicion (E603) en sub-senales del modulo 603 descrito posteriormente.
Cada trama actual de L muestras de senal decodificada Xrec(n) se divide en K sub-bloques de longitud L', por ejemplo con L = 640 muestras (20 ms) a 32 kHz, L' = 80 muestras (2,5 ms) y K = 8. Preferentemente el tamano de estos sub- bloques es por tanto identico pero la invencion continua siendo valida y facilmente generalizable cuando los sub-
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bloques tienen un tamano variable. Este puede ser el caso por ejemplo cuando la longitud de la trama L no es divisible por el numero de sub-bloques K o si la longitud de la trama es variable.
Se utilizan unas ventanas de analisis-slntesis especiales de bajo retardo similares a las descritas en la norma UIT-T G.718 para la parte de analisis y para la parte de slntesis de la transformation MDCT. Un ejemplo de tales ventanas se ilustra en referencia a la figura 8. El retardo engendrado por la transformacion es de unicamente 192 muestras contrariamente al retardo de 640 muestras en el caso de utilization de las ventanas sinusoidales clasicas. De ese modo la memoria MDCT con unas ventanas de analisis-slntesis especiales de bajo retardo no contiene mas que 96 muestras independientes (no replicadas con la trama actual) contrariamente a las 320 muestras en el caso de utilizacion de las ventanas sinusoidales clasicas.
Se puede en efecto observar en la figura 8 para las ventanas de analisis (Ana.), que la zona de repliegue esta limitada por los trazos discontinuos entre las muestras 864 y 1055. La llnea de repliegue se representa en trazo mixto en la muestra 960.
Para la slntesis (Sint.), solo son necesarias las muestras representadas por el intervalo M (96 muestras) para obtener la information sobre la zona de repliegue del analisis, aprovechando la simetrla. Estas muestras contenidas en la memoria son utiles entonces para decodificar esta zona de repliegue utilizando igualmente las muestras replegadas de la ventana de la trama siguiente. En el caso de un ataque en esta zona entre las muestras 864 y 1055 la energla media de las muestras representadas por el intervalo M es netamente superior a la energla de las sub- tramas que preceden a la muestra 864. El incremento brusco de la energla del intervalo M contenido en la memoria MDCT puede por tanto senalizar un ataque en la trama siguiente que puede engendrar un pre-eco en la trama actual.
En una variante de este modo de realization, pueden utilizarse otras ventanas de analisis/slntesis, o pueden utilizarse unas comunicaciones entre ventanas largas y cortas.
Se utiliza la memoria MDCT xMDCT(n) que da una version con repliegue temporal (“folding” en ingles) de la senal futura. Esta memoria o una parte de esta memoria (a causa de la redundancia) se divide tambien en K' sub-bloques de longitud Lm(n), n = 0, ..., K' en donde Lm(n) es comparable pero no forzosamente identica a L'. En el caso de utilizacion de ventanas sinusoidales clasicas, no se requieren mas que los K' = 4 primeros sub-bloques de longitud Lm(n) = L' = 80 de la senal XMDCT(n) porque los 4 ultimos sub-bloques son simetricos con relation a los 4 primeros sub-bloques y no transportan as! ninguna informacion suplementaria para la detection de un ataque en la trama siguiente. Por el contrario, si se utilizan unas ventanas de analisis-slntesis especiales de bajo retardo como se ha ilustrado en la figura 8, no se retiene mas que un (K' = 1) bloque de longitud Lm(0) = 96 que contiene todas las muestras independientes de la memoria MDCT. A pesar del numero de muestras superior en este sub-bloque, su energla permanece comparable con la de los sub-bloques de la trama actual porque la parte de memoria se ha enmarcado (por tanto atenuado) por la ventana de analisis. Se puede observar que el numero de muestras es de 96 (en lugar de 80) y que la division en ventanas podrla compensarse; la invention se aplica paralelamente en el caso en el que se implementa una compensation de ese tipo.
En efecto, la figura 1 muestra que el pre-eco influencia a la trama que precede a la trama en donde se situa el ataque, y que es deseable detectar un ataque en la trama futura que esta en parte contenida en la memoria MDCT.
Puede observarse que la senal contenida en la memoria MDCT incluye un repliegue temporal (que se compensa cuando se recibe la trama siguiente). Como se explica en la presente memoria a continuation, la senal xMDCT(n) en la memoria MDCT sirve aqul esencialmente para estimar la energla por sub-bloque de la senal en la trama siguiente (futura) y se considera que esta estimation es suficientemente precisa para las necesidades de la deteccion y de la atenuacion de pre-eco cuando se realiza a partir de la memoria MDCT disponible en la trama actual en lugar de la senal completamente decodificada en la trama futura.
La trama actual y la memoria MDCT pueden ser vistas como unas senales concatenadas que forman una senal recortada en (K + K') sub-bloques consecutivos. En estas condiciones, se define la energla en el k-esimo sub-bloque como:
(k +1)L'-1
En(k) = X Xrec (n)2, k = 0, ..., K - 1
n=kL'
cuando el k-esimo sub-bloque se situa en la trama actual y, como:
Lcm (k-K+1)-1
En(k) = X Xmdct (n)2, k = K, ..., K + K - 1
n=Lcm (k-K)
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cuando el sub-bloque esta en la memoria MDCT (que representa la senal disponible para la trama futura) y Lcm(i) contiene los Kmites de los sub-bloques de la parte en memoria:
f 0 si i = 0
Lcnii) = If Lm(k)si i > 0
U=0
La energfa media de los sub-bloques en la trama actual se obtiene por tanto como:
En = K f En(k)
K k=0
Se define igualmente la energfa media de los sub-bloques en la segunda parte de la trama actual como (suponiendo que K es un numero par):
__ 2 K-1
En' = - f En(k)
K k=K/2
max (En(n))
Un ataque asociado a un pre-eco se detecta si la relacion R(k) = ——-------------sobrepasa un umbral predefinido,
En(k)
en uno de los sub-bloques considerados. Son posibles otros criterios de deteccion del pre-eco sin cambiar la naturaleza de la invencion.
Por otro lado, se considera que la posicion del ataque se define como
pos :
mini L' l
arg max
is , is< a
(En(k))], L I
en donde la limitacion en L asegura que la memoria MDCT no se modifica nunca. Son igualmente posibles otros metodos de estimacion mas precisa de la posicion del ataque.
En las variantes de realizacion con conmutacion de las ventanas —dicho de otra manera con una division de ventanas MDCT adaptativa—, pueden utilizarse otros metodos que dan la posicion del ataque con una precision que va desde la escala de un sub-bloque hasta una posicion proxima a la muestra.
En el ejemplo dado en el presente documento anteriormente la deteccion de los ataques que pueden engendrar un pre-eco se realiza sobre la senal decodificada, comun para todas las sub-senales. En una variante de realizacion, esta deteccion se puede realizar por separado en las sub-senales obtenidas a continuacion de la etapa E603 descrita posteriormente. Este caso se ilustra por las flechas en trazos discontinuos “b”.
El dispositivo 600 incluye igualmente un modulo 602 de determinacion que implementa una etapa de determination (E602) de una zona de pre-eco (ZPE) que precede a la posicion de ataque detectada. Se denomina en este caso zona de pre-eco a la zona que cubre las muestras antes de la posicion estimada del ataque que son perturbadas por el pre-eco engendrado por el ataque y donde es deseable la atenuacion de este pre-eco. Segun la invencion, la zona de pre-eco puede determinarse sobre la senal decodificada (flechas a de la figura 6). En una variante de realizacion, puede determinarse por separado para cada sub-senal.
En esta variante de realizacion, la zona de pre-eco se determina independientemente para las sub-senales obtenidas por la etapa E603 descrita posteriormente, segun el modo de realizacion descrito por las flechas b de la figura 6. De ese modo la zona de pre-eco puede ser diferente para las diferentes sub-senales.
Esta diferencia se ilustra por ejemplo en las figuras 10 y 11 que representan en a) un ejemplo de senal decodificada (antes de la atenuacion de pre-eco), en b), una primera sub-senal con unas componentes mayoritariamente de baja frecuencia (sin atenuacion de pre-eco), en c), una segunda sub-senal con unos componentes mayoritariamente de alta frecuencia (sin atenuacion de pre-eco) y en d), la segunda sub-senal despues de la atenuacion de pre-eco segun la invencion. La figura 11 retoma las mismas senales pero con una ampliation sobre las muestras que van de la 560 a 1040.
Se puede observar en estas figuras que el pre-eco es mas importante en la segunda sub-senal que en la primera. La zona de pre-eco de las dos sub-senales ilustradas en este caso, es por tanto muy diferente. Como resultado de ello, en la figura 9 c) que ilustra las ganancias de atenuacion obtenidas para las dos sub-senales, se puede observar que las ganancias de atenuacion (en puntos para la primera sub-senal y en trazo continuo para la segunda) son tales
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que para la segunda sub-senal con unos componentes de alta frecuencia, se atenuan mas muestras (muestras 640 a 860) que para la primera sub-senal con unas componentes de baja frecuencia (muestras 720 a 860).
En un modo de realizacion de obtencion de las zonas de pre-ecos, las energlas En(k) estan concatenadas en orden cronologico, inicialmente con la envolvente temporal de la senal decodificada, posteriormente la envolvente de la senal de la trama siguiente estimada partir de la memoria de la transformada MDCT. En funcion de esta envolvente
temporal concatenada y de las energlas medias En y En' de la trama precedente, se detecta la presencia de pre- eco por ejemplo si la relacion R(k) sobrepasa un umbral, tlpicamente este umbral es 32.
Los sub-bloques en los que se ha detectado un pre-eco constituyen as! una zona de pre-eco, que en general cubre las muestras n = 0, ..., pos-1, es decir desde el inicio de la trama actual a la posicion del ataque (pos).
En las variantes de realizacion, la zona de pre-eco no comienza necesariamente al inicio de la trama, y puede hacer intervenir una estimacion de la longitud del pre-eco. Si se utiliza una conmutacion de ventanas, la zona de pre-eco debera definirse para tener en cuenta las ventanas utilizadas. Se puede observar as! que la zona de pre-eco puede extenderse perfectamente en toda la trama actual si el ataque se ha detectado en la trama futura.
El dispositivo 600 incluye un modulo 603 de descomposicion de la senal, adecuado para efectuar una etapa E603 de descomposicion de la senal decodificada en al menos dos sub-senales segun un criterio predeterminado.
Este criterio puede ser por ejemplo un criterio de frecuencia que permita as! obtener unas sub-senales con unos componentes de frecuencias diferentes como se ha ilustrado en las figuras 10 y 11 descritas anteriormente.
El criterio puede ser por ejemplo un criterio de periodicidad de la senal que da as! unas sub-senales con unos componentes representativos de la periodicidad de la senal o por el contrario de su ruido.
En una realizacion particular de la invention, la senal decodificada Xrec(n) se descompone en la etapa E603 en dos sub-senales de la siguiente manera:
- la primera sub-senal Xec,ss1(n) se obtiene mediante filtrado paso bajo utilizando un filtro FIR (filtro de respuesta a impulsos finita) de 3 coeficientes y de fase nula de funcion de transferencia c(n)z'1 + (1-2c(n)) + c(n)z siendo c(n) un valor comprendido entre 0 y 0,25, donde [c(n), 1-2c(n), c(n)] son los coeficientes del filtro paso bajo; este filtro se implementa con la ecuacion de las diferencias:
Xrec,ss1(n) = c(n) xrec(n-1) + (1-2c(n)) Xrec(n) + c(n) x(n+1)
En un modo particular de realizacion, se utiliza un valor constante c(n) = 0,25. La respuesta en frecuencia de este filtro se ilustra en la figura 7a, en funcion de los coeficientes [c(n), 1-2c(n), c(n)], para c(n) = 0,05, 0,1, 0,15, 0,2 y 0,25.
Se puede observar que la sub-senal xrec,ss1(n) resultante de este filtrado, contiene por tanto unas componentes mas bien de baja frecuencia de la senal decodificada.
- la segunda sub-senal Xrec,ss2(n) se obtiene mediante filtrado paso alto utilizando un filtro FIR de 3 coeficientes y de fase nula de funcion de transferencia -c(n)z'1 + 2c(n) - c(n)z, en donde [-c(n), 2c(n), -c(n)] son los coeficientes del filtro paso alto; este filtro se implementa con la ecuacion de las diferencias:
Xrec,ss2(n) = -c(n) Xrec(n-1) + 2c(n) Xrec(n) - c(n) x(n+1)
La respuesta en frecuencia de este filtro se ilustra en la figura 7b, en funcion de los coeficientes [-c(n), 2c(n), - c(n)], para c(n) = 0,05, 0,1, 0,15, 0,2 y 0,25. La sub-senal Xrec,ss2(n) resultante de este filtrado, contiene por tanto unas componentes mas bien de alta frecuencia de la senal decodificada.
La motivation para utilizar estos filtros es su muy reducida complejidad de implementation (en terminos de numero de calculos por muestra), su fase nula y el reducido retardo asociado (una muestra) —a observar que estos filtros son de hecho utilizados en retardos, debido a que la senal futura (“lookahead” en ingles) se reduce a una muestra y que se predice a partir de la senal decodificada, siendo esta prevision descrita mas adelante—. Sus respuestas en frecuencia corresponden mucho a las caracterlsticas de los filtros paso bajo y paso alto y permiten descomponer la senal en 2 sub-senales segun su contenido de frecuencia. A observar que Xrec,ss1(n) + Xrec,ss2(n) = Xrec(n).
Es por tanto igualmente posible obtener Xrec,ss2(n) restando Xrec,ss1(n) de Xrec(n), lo que reduce la complejidad de los
calculos: Xrec,ss2(n) = Xrec(n) - Xrec,ss1(n).
En los dos casos, la combination de las sub-senales atenuadas para la obtencion de la senal atenuada se realiza mediante simple adicion de las sub-senales atenuadas en la etapa E606 descrita posteriormente.
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Para no utilizar una senal futura para estos filtrados, se puede completar por ejemplo la senal decodificada por una muestra a 0 al final del bloque. Son posibles otros valores para completar (predecir) la senal futura: por ejemplo se puede repetir la ultima muestra (el ultimo valor del bloque o predecir la muestra futura, por ejemplo por simple extrapolacion lineal. En el caso de la senal decodificada completada por una muestra a 0 al final del bloque para n = L-1 la sub-senal xrecss1(n) se obtiene mediante:
xrec,ss1 (L-1) = c(L-1) Xrec(L-2) + (1 — 2c(L-1)) xrec(L—1),
Xrec,ss2(n) se calcula siempre como Xrec,ss2(n) = Xrec(n) - Xrec,ss1(n).
Se puede observar que las dos sub-senales permanecen en este caso en la misma frecuencia de muestreo que la senal decodificada. En unas variantes del modo de realizacion se podra extender el orden de los filtros paso bajo y paso alto, por ejemplo pasando al orden 4 (en lugar de 2), manteniendo sus caracterlsticas de fase nula.
Se implementa una etapa E604 de calculo de los factores de atenuacion del pre-eco en el modulo de calculo 604. Este calculo se realiza por separado para las dos sub-senales.
Estos factores de atenuacion se obtienen por muestra de la zona de pre-eco determinada en funcion de la trama en la que se ha detectado el ataque y de la trama precedente.
Se obtienen entonces los factores gpre,ss1’(n) y gpre.ssi(n) en donde n es el Indice de la muestra correspondiente. Estos factores eventualmente se alisaran para obtener los factores gpre, ss1(n) y gpre, ss2(n), respectivamente. Este alisado es sobretodo importante para las sub-senales que contienen los componentes de baja frecuencia (por tanto para gpre,ss1(n) en este ejemplo).
Por razones de simplicidad detallamos en este caso el ejemplo de la descomposicion en dos sub-senales de la senal decodificada por filtrado FIR de 3 coeficientes, en donde estas dos sub-senales contienen respectivamente las componentes mayoritariamente de baja frecuencia y de alta frecuencia de la senal decodificada.
De ese modo el factor de atenuacion se puede elegir totalmente independiente para las sub-senales y el nivel de atenuacion puede ajustarse precisamente, en funcion del pasado y del futuro de cada sub-senal.
Un ejemplo de realizacion de calculos de atenuacion se describe en la solicitud de patente FR 08 56248. Los factores de las atenuaciones se calculan por sub-bloque. En el procedimiento descrito en este caso, se calculan ademas separadamente para cada sub-senal. Para las muestras que preceden al ataque detectado, se calculan por tanto los factores de atenuacion gpre, ss1'(n) y gpe ss2'(n). A continuacion se alisan eventualmente estos valores de atenuaciones para obtener los valores de atenuacion por muestra.
El calculo del factor de atenuacion de una sub-senal (por ejemplo gpre, ss2'(n)) puede ser similar al descrito en la solicitud de patente FR 08 56248 para la senal decodificada en funcion de la relacion R(k) (utilizada igualmente para la deteccion del ataque) entre la energla del sub-bloque de mayor energla y la energla del k-esimo sub-bloque de la senal decodificada. Se inicializa gpre,ss2(n) como:
gpre,ss2'(n) = g(k) = f(R(k)), n = kL\ ..., (k+1)L-1; k = 0, ..., K-1
en donde f es una funcion decreciente en valores entre 0 y 1. Son posibles otras definiciones del factor g(k), por ejemplo en funcion de En(k) y de En(k-1).
Si la variacion de la energla con relacion a la energla maxima es reducida, no es necesaria entonces ninguna atenuacion. El factor se fija entonces a un valor de atenuacion que inhibe la atenuacion, es decir 1. Si no, el factor de atenuacion esta comprendido entre 0 y 1. Esta inicializacion puede ser comun para todas las sub-senales.
En una variante de realizacion, la inicializacion puede ser diferente para las sub-senales.
En otra variante de realizacion, en lugar de utilizar la misma relacion R(k) para la deteccion del ataque y el tratamiento en el campo de la senal decodificada, se puede recalcular el mismo tipo de relacion para la sub-senal en cuestion.
En otra variante mas de realizacion f(R(k)) puede ser constante para toda la zona de pre-eco, por ejemplo f(R(k)) = 0,01.
Los valores de atenuacion se afinan a continuacion por sub-senal para poder ajustar el nivel de atenuacion optimo por sub-senal en funcion de las caracterlsticas de la senal decodificada. Por ejemplo las atenuaciones pueden limitarse en funcion de la energla media de la sub-senal de la trama precedente porque no es deseable que despues del tratamiento de atenuacion de pre-eco, la energla de la senal se haga inferior a la energla media por sub-bloque
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de la senal que precede a la zona de tratamiento (tlpicamente la de la trama precedente o la de la segunda mitad de la trama precedente).
Esta limitacion puede realizarse de manera similar a la descrita en la solicitud de patente FR 08 56248. Por ejemplo para la segunda sub-senal xrecss2(n) se calcula inicialmente la energla en los K sub-bloques de la trama actual como:
EnSS2(k) =
(k +1)L'-1
Z Xrec,ss2(n)2
k = 0, K-1
Se conoce igualmente por memorizacion la energla media de la trama precedente Enss2 y la de la segunda mitad de la trama precedente Enss2' que pueden calcularse (en la trama precedente) como:
Enss 2
_1_
K
K-1
Z Enss2(k)
k=0
y
____ 2 K-1
Enss2'= K ZEnss2(k)
K k =K/2
donde los Indices de sub-bloque de 0 a K corresponden a la trama actual.
Para el sub-bloque k a tratar se puede calcular el valor llmite del factor limg>SS2 (k) con el fin de obtener exactamente la misma energla que la energla media por sub-bloque del segmento precedente al sub-bloque a tratar. Este valor se limita por supuesto a un maximo de 1 puesto que se afecta en este caso a los valores de atenuacion. Mas precisamente:
limg,ss2 (k) = min
/max(Enss 2. Enss2~T.
I Enss2(k) .
donde la energla media del segmento precedente se aproxima mediante max(Enss2,Enss2').
El valor limgsS2 (k) as! obtenido sirve de llmite inferior en el calculo final del factor de atenuacion del sub-bloque:
gpre,ss2'(n) = max( gPre,ss2'(n), limg,ss2 (k) ), n = kL’,..., (k + 1)L-1; k = 0.....K-1
En una primera variante de realization la zona de pre-eco en la que la atenuacion se extiende desde el inicio de la trama actual hasta el inicio del sub-bloque en el que se ha detectado el ataque —hasta el Indice pos en donde pos =
min^L'-^arg^ max (En(k))j,Lj —. Las atenuaciones asociadas a las muestras del sub-bloque del ataque son todas
puestas a 1 incluso si el ataque se situa hacia el final de este sub-bloque.
En otra variante de realizacion la position de inicio del ataque pos se afina en el sub-bloque del ataque, por ejemplo recortando el sub-bloque en sub-sub-bloques y observando la evolution de la energla en estos sub-sub-bloques. Supongamos que la posicion de inicio del ataque se detecta en el sub-bloque k, k>0 y el inicio del ataque afinado de nuevo pos se encuentra en este sub-bloque, los valores de atenuacion para las muestras de este sub-bloque que se encuentran antes del Indice pos pueden inicializarse en funcion del valor de atenuacion correspondiente a la ultima muestra del sub-bloque precedente:
gpre,ss2 (n) = gpre,ss2’(kL'-1), n = kL',., pos-1
Todas las atenuaciones a partir del Indice pos se ponen a 1.
Para la primera sub-senal que contiene las componentes de baja frecuencia de la senal decodificada, el calculo de los valores de atenuacion que se basa en la sub-senal xrecss1(n) puede ser similar al calculo de los valores de atenuacion que se basa en la senal decodificada Xrec(n). De ese modo, en una variante de realizacion, por razones de reduction de complejidad de calculo, los valores de atenuacion pueden determinarse basandose en la senal decodificada Xrec(n). En el caso en el que la detection de los ataques se realiza sobre la senal decodificada no es necesario ya por tanto recalcular unas energlas de los sub-bloques porque para esta senal los valores de energla por sub-bloque ya se han calculado para detectar los ataques. Como para la gran mayorla de las senales las bajas
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frecuencias son mucho mas energeticas que las altas frecuencias, las energlas por sub-bloque de la senal decodificada Xrec(n) y de la sub-senal Xrec,ss1(n) estan muy proximas, esta aproximacion da un resultado muy satisfactorio. Esto puede observarse en las figuras 10 y 11 en donde la amplitud de la senal decodificada en a) y de la sub-senal que incluye mayoritariamente unas componentes de baja frecuencia en b) estan muy proximas, contrariamente a la de la sub-senal que incluye mayoritariamente unas componentes de alta frecuencia en c) mucho menos energetica. As! en esta variante, al menos para una sub-senal, el calculo del factor de atenuacion se efectua utilizando al menos un parametro de la etapa de deteccion de una posicion de ataque en la senal decodificada, lo que reduce de nuevo la complejidad.
Los factores de atenuacion gpre,ss1(n) y gpre,ss2(n) determinados por sub-bloques pueden alisarse a continuacion mediante la funcion de alisado aplicada muestra por muestra para evitar unas variaciones bruscas del factor de atenuacion en los llmites de los bloques. Esto es particularmente importante para las sub-senales que contienen unas componentes de baja frecuencia como la sub-senal xrec,ss1(n) pero no es necesario para la sub-senales que no contienen mas que componentes de alta frecuencia como la sub-senal xrecss2(n).
La figura 9 ilustra un ejemplo de aplicacion de una ganancia de atenuacion con unas funciones de alisado representadas por las flechas L.
Esta figura ilustra en a), un ejemplo de senal original, en b), la senal decodificada sin atenuacion de pre-eco, en c), las ganancias de atenuacion para las dos sub-senales obtenidas segun el procedimiento de la invencion en la etapa de descomposicion y en d), la senal decodificada con atenuacion de eco segun la invencion (es decir despues de la combinacion de las dos sub-senales atenuadas).
Se puede observar en esta figura que la ganancia de atenuacion representada en trazos de puntos y correspondiente a la ganancia calculada para la primera sub-senal que incluye unas componentes de baja frecuencia, incluye unas funciones de alisado como se ha descrito en el presente documento anteriormente. La ganancia de atenuacion representada en trazo continuo y calculada para la segunda sub-senal que incluye unas componentes de alta frecuencia, no incluye una ganancia de alisado.
La senal representada en d) muestra correctamente que el pre-eco se ha atenuado de manera eficaz mediante el procedimiento segun la invencion.
La funcion de alisado se define por ejemplo preferentemente por las siguientes ecuaciones:
1 u-1
gpre,ss1(n) = gpre,ss1'(n-i), n = 0, ■■■, L-1
u i=0
con la convencion de que gpre,ss1(n), n = -(u-1), ..., -1 son los ultimos u-1 factores de atenuacion obtenidos para las ultimas muestras del sub-bloque precedente de la sub-senal Xrec, ss1(n). Tlpicamente u = 5 pero podrla utilizarse otro valor. En funcion del alisado utilizado, la zona de pre-eco (el numero de muestras atenuadas) puede ser por tanto diferente para las 2 sub-senales tratadas por separado, incluso si la deteccion del ataque se realiza en comun basandose en la senal decodificada.
El factor de atenuacion alisado no se eleva a 1 en el momento del ataque, lo que implica una disminucion de la amplitud del ataque. El impacto perceptible de esta disminucion es muy reducido pero debe sin embargo evitarse. Para paliar este problema el valor del factor de atenuacion puede forzarse a 1 para las u-1 muestras que preceden al Indice pos en donde se situa el inicio del ataque. Esto es equivalente a avanzar el marcador pos en u-1 muestras para la sub-senal donde se aplica el alisado. De ese modo la funcion de alisado incrementa progresivamente el factor para tener un valor 1 en el momento del ataque. Entonces se preserva la amplitud del ataque.
Son posibles otras funciones de alisado como por ejemplo:
gpre,ss1(n) = a gpre,ss1(n-1) + (1-a) gpre,ss1'(n) siendo tlpicamente a = 0,85.
Si no se aplica el alisado:
gpre,ss2(n) = gpre,ss2 (n)
El modulo 605 del dispositivo 600 de la figura 6 implementa la etapa E605 de atenuacion de pre-eco en la zona de pre-eco de cada una de las sub-senales por aplicacion a las sub-senales de los factores de atenuacion as! calculados.
La atenuacion de pre-eco se realiza por tanto de manera independiente en las sub-senales. De ese modo, en las sub-senales que representan diferentes bandas de frecuencia, la atenuacion puede elegirse en funcion del reparto espectral del pre-eco.
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Finalmente, en una etapa E606 del modulo de obtencion 606 permite obtener la senal de salida atenuada (la senal decodificada despues de la atenuacion de pre-eco) por combinacion (en este ejemplo por simple adicion) de las sub- senales atenuadas, segun la ecuacion:
xrec,f(n) Qpre,ss1(n) xrec,ss1(n) + Qpre,ss2(n) xrec,ss2(n), n 0, ■■■, L 1
Contrariamente a una descomposicion en sub-bandas clasica, se puede observar aqul que los filtrados utilizados no estan asociados a unas operaciones de diezmado de las sub-senales y la complejidad y el retardo (“lookahead” o trama futura) se reducen al mlnimo.
Pueden aplicarse evidentemente otros ejemplos de descomposicion de la senal decodificada en el marco de la presente invention.
Por ejemplo, la descomposicion de la senal decodificada puede efectuarse utilizando unos bancos de filtros de diezmado crltico, por ejemplo de tipo QMF (por “Quadrature Mirror Filter” en ingles), PWMF (por “Pseudo Quadrature Mirror Filter” en ingles), para obtener unas senales en sub-bandas, teniendo estas senales en sub-bandas una frecuencia de muestreo inferior a la de la senal decodificada.
Una vez que se realiza la atenuacion de pre-eco en las sub-bandas, se obtiene la senal de salida mediante filtrado QMF de slntesis.
La senal decodificada a tratar puede descomponerse en varias sub-senales, por ejemplo utilizando un filtro QMF o PQMF de 4 sub-bandas. Este enfoque tiene sin embargo el inconveniente de ser mas complejo y de ocasionar un retardo de varias muestras.
De ese modo, mas generalmente, la descomposicion puede permitir obtener mas de dos sub-senales.
Ademas, la descomposicion puede efectuarse segun un criterio diferente del criterio de frecuencia.
Puede utilizarse por ejemplo un criterio del tipo periodicidad de la senal. En este ejemplo de criterio, la descomposicion de la senal decodificada da as! una primera sub-senal con unas componentes sinusoidales y una segunda sub-senal con unas componentes de tipo ruido cuando el modelo de senal este tipo seno + ruido. Tambien aqul, esta descomposicion tiene el inconveniente de ser mas compleja.
Cualquiera que sea el criterio de descomposicion utilizado, la descomposicion en sub-senales, en el marco de la presente invencion, se aplica especlficamente para el tratamiento de los pre-ecos sin que esten naturalmente disponibles en el decodificador.
De ese modo, los factores de atenuacion calculados se adaptan especlficamente a las componentes de las sub- senales obtenidas segun el criterio de descomposicion. Esto permite hacer la atenuacion del pre-eco mas precisa y mejor adaptada a la senal.
La utilization de un criterio de frecuencia permite controlar con precision la cantidad de atenuacion aplicada en las diferentes zonas de frecuencia y de ese modo atenuar mas eficazmente el pre-eco.
Este resultado es particularmente visible en las figuras 9 a 11 descritas anteriormente en donde se puede ver que la atenuacion de pre-eco de la senal (particularmente de la segunda sub-senal) (representada en d)) se efectua de manera precisa.
Las figuras 12a a 12c muestran igualmente este resultado. En efecto, la figura 12a ilustra el espectrograma de una senal original donde puede verse netamente el ataque. La figura 12b ilustra la senal decodificada sin tratamiento de atenuacion de pre-eco. El ataque es entonces mas visible. La figura 12c ilustra el espectrograma de la senal decodificada con tratamiento de atenuacion de pre-eco segun la invencion. Se puede distinguir de nuevo precisamente el ataque tanto si es en la parte de alta frecuencia como en la de baja frecuencia.
Se describe ahora en referencia a la figura 13 un ejemplo de realization de un dispositivo de tratamiento de atenuacion segun la invencion.
Materialmente, este dispositivo 100 en el sentido de la invencion incluye tlpicamente, un procesador pP que coopera con un bloque de memoria BM que incluye una memoria de almacenamiento y/o de trabajo, as! como una memoria tampon MEM antes mencionada en tanto que medio para memorizar todos los datos necesarios para la implementation del procedimiento de tratamiento de atenuacion tal como se describe en referencia a la figura 6. Este dispositivo recibe en la entrada unas tramas sucesivas de la senal digital Se y suministra la senal Sa reconstruida con atenuacion de pre-eco en cada una de las sub-senales y reconstruction de la senal atenuada por combinacion de las sub-senales atenuadas.
El bloque de memoria BM puede incluir un programa informatico que incluye las instrucciones de codigos para la implementacion de las etapas del procedimiento segun la invencion cuando estas instrucciones se ejecutan por un procesador pP del dispositivo y particularmente una etapa de descomposicion de la senal decodificada en al menos dos sub-senales segun un criterio de descomposicion predeterminado, de calculo de factores de atenuacion por sub- 5 senal y por muestra de una zona de pre-eco previamente determinada, de atenuacion de pre-eco en la zona de pre- eco de cada una de las sub-senales mediante aplicacion de los factores de atenuacion a las sub-senales y de obtencion de la senal atenuada por combination de las sub-senales atenuadas.
La figura 6 puede ilustrar el algoritmo de un programa informatico de ese tipo.
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Este dispositivo de atenuacion segun la invencion puede ser independiente o estar integrado en un decodificador de senal digital. Un decodificador de ese tipo puede estar integrado en unos equipos de almacenamiento o de transmision de senales de audio digitales tales como unas pasarelas de comunicacion, unos terminales de comunicacion o unos servidores de una red de comunicacion.
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    REIVINDICACIONES
    1. Procedimiento de tratamiento de atenuacion de pre-eco en una senal de audio digital decodificada segun una decodificacion por transformada, caracterizada por que incluye las siguientes etapas:
    - descomponer (E603) la senal decodificada en al menos dos sub-senales segun un criterio de descomposicion predeterminado;
    - calcular (E604) factores de atenuacion por sub-senal y por muestra de una zona de pre-eco previamente determinada;
    - atenuar (E605) el pre-eco en la zona de pre-eco de cada una de las sub-senales mediante aplicacion de los factores de atenuacion a las sub-senales; y
    - obtener (E606) la senal atenuada por combinacion de las sub-senales atenuadas.
  2. 2. Procedimiento segun la reivindicacion 1, caracterizado por que el criterio de descomposicion predeterminado es un criterio de frecuencia.
  3. 3. Procedimiento segun la reivindicacion 2, caracterizado por que la descomposicion de la senal decodificada se efectua mediante un primer filtrado paso bajo o paso alto para obtener una primera sub-senal.
  4. 4. Procedimiento segun la reivindicacion 3, caracterizado por que la descomposicion de la senal se efectua ademas mediante un segundo filtrado paso alto o paso bajo, complementario del primer filtrado, para obtener una segunda sub-senal.
  5. 5. Procedimiento segun la reivindicacion 3, caracterizado por que se obtiene una segunda sub-senal por sustraccion de la primera sub-senal a la senal decodificada.
  6. 6. Procedimiento segun la reivindicacion 1, caracterizado por que la descomposicion de la senal decodificada se efectua por filtrado QMF y PQMF para obtener unas sub-senales en sub-bandas.
  7. 7. Procedimiento segun la reivindicacion 1, caracterizado por que el criterio de descomposicion predeterminado es un criterio de periodicidad de la senal.
  8. 8. Procedimiento segun la reivindicacion 1, caracterizado por que la zona de pre-eco se determina segun las siguientes etapas:
    - detectar una posicion de ataque en la senal decodificada, antes de la etapa de descomposicion;
    - determinar una zona de pre-eco que precede a la posicion de ataque detectada en la senal decodificada antes de la etapa de descomposicion o en las sub-senales despues de la etapa de descomposicion.
  9. 9. Procedimiento segun la reivindicacion 1, caracterizado por que la zona de pre-eco se determina segun las siguientes etapas:
    - detectar una posicion de ataque en cada una de las sub-senales obtenidas despues de la etapa de descomposicion;
    - determinar una zona de pre-eco que precede a la posicion de ataque detectada en cada una de las sub- senales.
  10. 10. Procedimiento segun la reivindicacion 8, caracterizado por que al menos para una sub-senal, el calculo del factor de atenuacion se efectua utilizando al menos un parametro de la etapa de deteccion de una posicion de ataque en la senal decodificada.
  11. 11. Procedimiento segun la reivindicacion 1, caracterizado por que se aplica una etapa de alisado del factor de atenuacion al menos para una sub-senal.
  12. 12. Procedimiento segun la reivindicacion 1, caracterizado por que el factor de atenuacion se fuerza a 1 para un numero predeterminado de muestras que preceden al inicio del ataque.
  13. 13. Dispositivo de tratamiento de atenuacion de pre-eco en una senal de audio digital decodificada a partir de un decodificador por transformada, caracterizado por que comprende:
    - un modulo (603) de descomposicion de la senal decodificada en al menos dos sub-senales segun un criterio de descomposicion predeterminado;
    - un modulo (604) de calculo de los factores de atenuacion por sub-senal y por muestra de una zona de pre-eco previamente determinada;
    - un modulo (605) de atenuacion de pre-eco en la zona de pre-eco de cada una de las sub-senales por aplicacion de los factores de atenuacion a las sub-senales;
    - un modulo (606) de obtencion de la senal atenuada por adicion de las sub-senales atenuadas.
  14. 14. Decodificador de una senal de audio digital que incluye un dispositivo segun la reivindicacion 11.
    5 15. Programa informatico que incluye unas instrucciones de codigo para la implementacion de las etapas del
    procedimiento segun una de las reivindicaciones 1 a 10, cuando se ejecutan estas instrucciones mediante un procesador.
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