Codificador y procedimiento para codificar predictivamente, decodificador y procedimiento para decodificar, sistema y procedimiento para codificar predictivamente y decodificar.

Un codificador (100) para codificar predictivamente una señal (105) que tiene una secuencia de valores de señal

(s(n)),

comprendiendo el codificador (100):

un predictor (110) para realizar una predicción adaptativa dependiente de la señal (105) (s(n)), y dependiente de uno o más valores de ponderación (111) (ωi), para obtener valores de señal previstos (115) (s'(n)),

en donde el predictor (110) está configurado para reestablecer los valores de ponderación (111) en los tiempos en que dependen de la señal (105), y

en donde el predictor (110) está configurado para ajustar los valores de ponderación (111) a la señal (105) entre los reajustes posteriores;

en donde el codificador (200) está configurado para obtener un flujo de bits (255) que representa la señal (105), y en donde el predictor (210) está configurado para realizar los reajustes dependientes de una reserva de velocidad de transferencia actual (233) (R0) disponible para proporcionar el flujo de bits (255).

en donde la señal es una señal de audio o de video.

Tipo: Patente Internacional (Tratado de Cooperación de Patentes). Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: PCT/EP2011/072776.

Solicitante: FRAUNHOFER-GESELLSCHAFT ZUR FORDERUNG DER ANGEWANDTEN FORSCHUNG E.V..

Nacionalidad solicitante: Alemania.

Dirección: HANSASTRASSE 27C 80686 MUNCHEN ALEMANIA.

Inventor/es: WERNER, MICHAEL, SCHULLER, GERALD, SCHNABEL, MICHAEL, LUTZKY,MANFRED.

Fecha de Publicación: .

Clasificación Internacional de Patentes:

  • SECCION G — FISICA > INSTRUMENTOS DE MUSICA; ACUSTICA > ANALISIS O SINTESIS DE LA VOZ; RECONOCIMIENTO DE... > Técnicas de análisis-síntesis de la voz o de señales... > G10L19/06 (Determinación o codificación de las características del espectro, p.ej. de los coeficientes de predicción a corto plazo)

PDF original: ES-2528021_T3.pdf

 

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Fragmento de la descripción:

Codificador y procedimiento para codificar predictivamente, decodificador y procedimiento para decodificar, sistema y procedimiento para codificar predictivamente y decodificar

Campo técnico

[1] La presente invención en general se refiere a codificación predictiva de señales de información, y en particular, a un codificador y un procedimiento para codificar predictivamente una señal, a un decodificador y un procedimiento para decodificar una señal predictivamente codificada, a un sistema y un procedimiento para codificar predictivamente una señal y para decodificar una versión predictivamente codificada de la señal. Otras realizaciones de la presente invención se refieren a un esquema de codificación predictivo con tiempos de reajuste variables.

Antecedentes de la invención

[2] Un codificador predictivo (transmisor) codifica señales mediante la predicción de un valor actual de la señal a ser codificada utilizando los valores previos o precedentes de la señal. Esta predicción o presunción a veces se logra mediante una suma ponderada de valores previos de la señal. Las ponderaciones de predicción o coeficientes de predicción se ajustan de manera que la diferencia entre la señal prevista y la señal real se minimice en una manera predeterminada. Los coeficientes de predicción, por ejemplo, so optimizados con respecto al cuadrado del error de predicción. Sólo se transmiten las diferencias entre los valores previstos y los valores reales de la señal al decodificador o receptor. Estos valores también se denominan errores residuales o de predicción. El valor de señal real puede ser reconstruido en el receptor utilizando el mismo predictor (por ejemplo, idéntico al predictor utilizado en el codificador) y agregando el valor previsto obtenido de la misma manera que en el codificador al error de predicción transmitido por el codificador.

[3] En el caso de errores de transmisión, es decir, si se producen diferencias o errores de predicción transmitidos incorrectamente, la predicción ya no será la misma en los lados del transmisor y receptor. Los valores incorrectos de la señal decodificada serán reconstruidos debido a los errores de predicción incorrectamente transmitidos del lado del receptor. Unos enfoques de reajuste se conocen por ejemplo de WO 21/453 A2, US 5 752 222 A, US 21/27392 A1 o V. Cuperman y otros: "Backward adaptation para codificación de excitación de vector de bajo retardo de habla a 16kbit/s", Conf. Rec., 1989 lEEEGIobal Telecommun. Conf., pp. 1242-1246, 27.11.1989, XP183656.

[4] A fin de obtener la resincronización o ajuste entre el transmisor y el receptor, las ponderaciones de predicción se reajustan hasta un estado predefinido en los lados del transmisor y receptor en los tiempos iguales ara ambos lados, un proceso también denominado reajuste.

[5] En el documento US 7.386.446 B2, se describe que si se comienza a partir de un algoritmo de predicción adaptativa controlable por un coeficiente de velocidad para operar con una primera velocidad de adaptación y una primera precisión de adaptación y una primera precisión de predicción de acompañamiento en el caso de que el coeficiente de velocidad tenga un primer valor y para operar con una segunda, en comparación con la primera, velocidad de adaptación inferior y una segunda, pero en comparación con la primera, mayor precisión en el caso de que el parámetro de velocidad tenga un segundo valor, las duraciones de adaptación que se producen después de los tiempos de reajuste donde los errores de predicción al principio son incrementados debido a los coeficientes de predicción aún no adaptados pueden reducirse fijando primera el parámetro de velocidad hasta el primer valor y, después de un momento, hasta un segundo valor. Después de que el parámetro de velocidad ha sido nuevamente fijado hasta el segundo valor después de una duración predeterminada después de los tiempos de reajuste, los errores de predicción y de ese modo los residuales a ser transmitidos son más optimizados o más pequeños de lo que sería posible con los primeros valores de parámetros de velocidad.

[6] En S. Wabnik, G. Schuller, F. Kraemer: "An Error Robust Ultra Low Delay Audio Coder Using an MA Prediction Model", ICASSP 19-24 de abril de 29, Taipei, Taiwán, se describen dos estructuras de predicción para la codificación de audio perceptual predictiva en el contexto del esquema de codificación con Retardo Ultra Bajo (ULD). Una estructura se basa en el modelo de señal AR comúnmente utilizado, llevando a un predictor MR en el decodificador. La otra estructura se basa en un modelo de señal MA, llevando a un predictor FIR en el decodificador.

[7] En S. Wabnik, Gerald Schuller, J. Hirschfeld, U. Kraemer: "Packet Loss Concealment in Predictive Audio Coding", Taller de IEEE de 25 sobre Aplicaciones de Audio y Acústica de Procesamiento de Señal, Mohonk Mountain House, New Paltz, Nueva York, 16-19 de octubre de 25, se describen diversas estrategias de ocultación para pérdidas de paquete en el contexto de un codificados de audio predictivo.

[8] A fin de facilitar el entendimiento de la codificación predictiva de señales de información, también se hace eferencia a los siguientes documentos:

J. Makhoul. Linear Prediction: A Tutorial Review, PROCEEDINGS OF THE IEEE, Volumen 63, Núm. 4, abril de

1975; Al¡ H. Sayed: "Fundamentáis of Adaptive Filtering", Wiley-IEEE Press, 23; y Simón S. Haykin, "Adaptive Filter Theory", Prentice Hall International, 21.

[9] Sin embargo, un problema general de soluciones conocidas es que debido a dichos reajustes, los errores de predicción aumentarán en los tiempos de reajuste. Un mayor error de predicción, a su vez, resulta en un Incremento en la velocidad de transferencia requerida para la transmisión. En el caso de que solamente una cantidad de velocidad de transferencia limitada esté disponible, tal como en la "Codificación de Velocidad de Transferencia Constante", la calidad señal será reducida (por ejemplo, debido a distorsiones o ruido).

[1] Por ello, es objeto de la presente invención proporcionar un esquema de codificación y/o decodificación predictivo que permita una mejora en el intercambio entre la confiabilidad de predicción, velocidad de transferencia requerida y calidad de señal.

Resumen de la invención

[11] Este objeto se logra mediante un codificador en conformidad con la reivindicación 1, un decodificador en conformidad con una de las reivindicaciones 13 a 15, un sistema en conformidad con la reivindicación 16, una señal codificada en conformidad con la reivindicación 17, un procedimiento para codificar predictivamente en conformidad con la reivindicación 19, un procedimiento para decodificar en conformidad con una de las reivindicaciones 2 a 22, un procedimiento para predictivamente codificar y decodificar en conformidad con la reivindicación 23 o un programa informático en conformidad con la reivindicación 24.

[12] En conformidad con una realización de la presente invención, un codificador para codificar predictivamente una señal que tiene una secuencia de valores de señal comprende un predictor. El predictor está configurado para realizar una predicción adaptativa dependiente de la señal, y dependiente de uno o más valores de ponderación, para obtener valores de señal previstos. Aquí el predictor está configurado para reestablecer los valores de ponderación en los tiempos que dependen de la señal. Además, el predictor está configurado para ajustar los valores de ponderación a la señal entre los reajustes posteriores.

[13] El codificador está configurado para obtener una corriente de bits que representa la señal, y el predictor está configurado para realizar los reajustes en función de la reserva de tasa de bits... [Seguir leyendo]

 


Reivindicaciones:

1. Un codificador (100) para codificar predictivamente una señal (105) que tiene una secuencia de valores de señal (s (n) ) , comprendiendo el codificador (100) :

un predictor (110) para realizar una predicción adaptativa dependiente de la señal (105) (s (n) ) , y dependiente de uno o más valores de ponderación (111) (Ïi) , para obtener valores de señal previstos (115) (s' (n) ) , en donde el predictor (110) está configurado para reestablecer los valores de ponderación (111) en los tiempos en que dependen de la señal (105) , y en donde el predictor (110) está configurado para ajustar los valores de ponderación (111) a la señal (105) entre los 10 reajustes posteriores;

en donde el codificador (200) está configurado para obtener un flujo de bits (255) que representa la señal (105) , y en donde el predictor (210) está configurado para realizar los reajustes dependientes de una reserva de velocidad de transferencia actual (233) (R0) disponible para proporcionar el flujo de bits (255) .

en donde la señal es una señal de audio o de video. 15

2. El codificador (100) en conformidad con la reivindicación 1, en donde el predictor (110) está configurado para realizar los reajustes de los valores de ponderación (111) en los tiempos en que se adaptan a la señal (105) , y en donde el codificador (110) está configurado para seleccionar selectivamente los tiempos de reajuste para reestablecer los valores de ponderación (111) de manera tal que una perceptibilidad de las distorsiones causadas 20 por los reajustes en los tiempos de reajuste elegidos sea menor que la perceptibilidad de las distorsiones que serían causadas por el reajuste de los valores de ponderación (111) en tiempos diferentes.

3. El codificador (200) en conformidad con la reivindicación 1 o la 2, en donde el codificador (200) está configurado para generar una señal residual en base a diferencias entre los valores de señal (105) (s (n) ) y los valores de señal 25 previstos (115) (s' (n) ) , se manera que el flujo de bits comprende valores de señal residual codificados (235) (ï?' (n) ) , codificados con una tasa de bits variable, y en donde el predictor (210) está configurado para realizar los reajustes de los valores de ponderación (111) en tiempos variables, de manera tal que los reajustes se realizan en los tiempos en los que hay una reserva de velocidad de transferencia (233) (R0) que es mayor que o igual a un nivel de reserva de velocidad de transferencia predeterminado (239) (Rp) . 30

4. El codificador (300) en conformidad con una de las reivindicaciones 1 a 3, en donde el codificador (300) está configurado para realizar un análisis de señal de la señal (105) (s (n) ) y para realizar selectivamente los reajustes dependientes del análisis de señal de la señal, y en donde el codificador (300) está configurado para obtener un flujo de bits (355) que representa la señal (105) y para proporcionar una información de reajuste (345) codificada dentro 35 del flujo de bits dependiente del análisis de señal.

5. El codificador (300) en conformidad con una de las reivindicaciones 1 a 4, en donde el codificador (300) está configurado para determinar un parámetro de tonalidad a partir de los valores de señal (s (n) ) y para realizar selectivamente los reajustes en los tiempos durante los que la señal es no tonal dependiente de la determinación de 40 la tonalidad.

6. El codificador (300) en conformidad con una de las reivindicaciones 1 a 5, en donde el codificador (300) está configurado para determinar un comportamiento transitorio a partir de los valores de señal (s (n) ) y para realizar los reajustes en los tiempos durante los que la señal es no estacionaria. 45

7. El codificador (300) en conformidad con una de las reivindicaciones 1 a 6, en donde el codificador (300) está configurado para determinar un comportamiento de discontinuidad a partir de los valores de señal (s (n) ) y para realizar los reajustes en los tiempos durante los que la señal comprende un intervalo.

8. El codificador (360) en conformidad con una de las reivindicaciones 1 a 3, en donde el codificador (360) está configurado para realizar un análisis de señal residual de una señal residual (325) (Î (n) ) , donde la señal residual es en base a diferencias entre los valores de señal (105) (s (n) ) y los valores de señal previstos (115) (s' (n) ) , y para realizar selectivamente los reajustes dependientes del análisis de señal residual de la señal residual, y en donde el codificador (360) está configurado para obtener un flujo de bits (355) que representa la señal (105) y que comprende 55 una secuencia de valores de señal residual codificados (335) (ï?' (n) ) , en donde el codificador está configurado para impedir la inclusión de una bandera de reajuste que indica un reajuste de los valores de ponderación en el flujo de bits.

9. El codificador (360) en conformidad con la reivindicación 8, en donde el codificador (360) está configurado para 60 determinar una medición de una ganancia de codificación a partir de la señal residual (325) (Î (n) ) y para realizar selectivamente los reajustes dependientes de la medición de la ganancia de codificación.

10. El codificador (100) en conformidad con una de las reivindicaciones 1 a 9, en donde el predictor (110) está configurado para realizar los reajustes en tiempos irregulares, que dependen de la señal.

11. El codificador (400) en conformidad con una de las reivindicaciones 1 a 11, en donde el predictor (110) está

configurado para realizar la adaptación de los valores de ponderación (415) en base a un error de predicción (435) .

12. Un decodificador (900) para decodificar una señal predictivamente codificada (905) que comprende una secuencia de valores de señal residual (915) (Î (n) ) codificada dentro de un flujo de bits, comprendiendo el decodificador (900) : 5

un analizador sintáctico de flujo de bits (910) configurado para obtener los valores de señal residual (915) (Î (n) ) a partir del flujo de bits;

un determinador de tiempo de reajuste (950) configurado para determinar los tiempos de reajuste dependientes de los valores de señal residual (915) ; y 10

un predictor (920) que está configurado para realizar una predicción adaptativa (921) para obtener valores de señal previstos (925) (s' (n) ) y para agregar (930) los valores de señal previstos (925) (s' (n) ) y los valores de señal residual (915) (Î (n) ) para obtener valores de señal decodificados (935) (s* (n) ) , en donde el predictor (920) está configurado para reestablecer uno o más valores de ponderación (911) (Ïi) para la predicción adaptativa en los tiempos de reajuste determinados, y 15

en donde el predictor (920) está configurado para adaptar los valores de ponderación (911) a la señal a ser decodificada entre los reajustes posteriores;

donde la señal es una señal de audio o de video.

13. Un decodificador (1000) para decodificar una señal predictivamente codificada (905) que tiene una secuencia de 20 valores de señal residual (915) (Î (n) ) codificada dentro de un flujo de bits, comprendiendo el decodificador (1000) :

un analizador sintáctico de flujo de bits (910) configurado para obtener los valores de señal residual (915) (Î (n) ) a partir del flujo de bits;

un determinador de tiempo de reajuste (1020) configurado para determinar tiempos de reajuste dependientes de una 25 reserva de velocidad de transferencia actual (1011) (R0) de un flujo de bits que representa la señal predictivamente codificada (905) ; y un predictor (920) que está configurado para realizar una predicción adaptativa (921) para obtener valores de señal previstos (925) (s' (n) ) y para agregar (930) los valores de señal previstos (925) (s' (n) ) y los valores de señal residual (915) (Î (n) ) para obtener valores de señal decodificados (935) (s* (n) ) , 30

en donde el predictor (920) está configurado para reestablecer uno o más valores de ponderación (911) (Ïi) para la predicción adaptativa en los tiempos de reajuste determinados, y en donde el predictor (920) está configurado para ajustar los valores de ponderación (911) a la señal a ser decodificada entre los reajustes posteriores.

donde la señal es una señal de audio o de video. 35

14. Un sistema (1100) para codificar predictivamente una señal (1101) que tiene una secuencia de valores de señal (s (n) ) y para decodificar una versión predictivamente codificada de la señal (1105) que tiene una secuencia de valores de señal residual (Î (n) ) , el sistema (1100) que comprende:

un codificador (1110) en conformidad con una de las reivindicaciones 1 a 11; y un decodificador (1120) en conformidad con una de las reivindicaciones 12 a 13;

en donde los predictores (110) del codificador (1110) y el decodificador (1120) están configurados para realizar los reajustes sincrónicamente.

15. Un procedimiento para codificar predictivamente una señal (105) que tiene una secuencia de valores de señal (s (n) ) , comprendiendo el procedimiento que comprende:

realizar una predicción adaptativa dependiente de la señal (105) (s (n) ) , y dependiente de uno o más valores de ponderación (111) (Ïi) , para obtener valores de señal previstos (115) (s' (n) ) , 50

en donde el paso de realizar una predicción adaptativa comprende reajustar los valores de ponderación (111) en los tiempos que dependen de la señal (105) , y adaptar los valores de ponderación (111) a la señal (105) entre los reajustes posteriores.

en donde procedimiento comprende obtener un flujo de bits (255) que representa la señal (105) , y en donde los reajustes se realizan en función de una reserva de velocidad de transferencia actual (233) (R0) disponible para 55 proporcionar el flujo de bits (255) ;

en donde la señal es una señal de audio o de video.

16. Un procedimiento para decodificar una señal predictivamente codificada (905) que tiene una secuencia de valores de señal residual (915) (Î (n) ) codificada dentro de un flujo de bits, comprendiendo el procedimiento: 60

obtener los valores de señal residual (915) (Î (n) ) a partir del flujo de bits;

determinar los tiempos de reajuste dependientes de los valores de señal residual (915) ;

realizar una predicción adaptativa (921) para obtener valores de señal previstos (925) (s' (n) ) y agregar (930) los valores de señal previstos (925) (s' (n) ) y los valores de señal residual (915) (Î (n) ) para obtener valores de señal 65 decodificados (935) (s* (n) ) , en donde los pasos de realizar una predicción adaptativa (921) y agregar (930) comprenden reajustar uno o más valores de ponderación (911) (Ïi) para la predicción adaptativa en los tiempos de reajuste determinados, y adaptar los valores de ponderación (911) a la señal a ser decodificada entre los reajustes posteriores.

donde la señal es una señal de audio o de video.

17. Un procedimiento para decodificar una señal predictivamente codificada (905) que tiene una secuencia de valores de señal residual (915) (Î (n) ) codificada dentro de un flujo de bits, comprendiendo el procedimiento:

obtener los valores de señal residual (915) (Î (n) ) a partir del flujo de bits; 10

determinar tiempos de reajuste en función de una reserva de tasa de bits actual (1011) (R0) de una corriente de bits que representa la señal codificada de manera predictiva (905) ; y realizar una predicción adaptativa (921) para obtener valores de señal previstos (925) (s' (n) ) y agregar (930) los valores de señal previstos (925) (s' (n) ) y los valores de señal residual (915) (Î (n) ) para obtener valores de señal decodificados (935) (s* (n) ) , 15

en donde los pasos de realizar una predicción adaptativa (921) y agregar (930) comprenden reajustar uno o más valores de ponderación (911) (Ïi) para la predicción adaptativa en los tiempos de reajuste determinados, y adaptando los valores de ponderación (911) a la señal a ser decodificada entre los reajustes posteriores;

donde la señal es una señal de audio o de video.

18. Un procedimiento para codificar predictivamente una señal (1101) que tiene una secuencia de valores de señal (s (n) ) y para decodificar una versión predictivamente codificada de la señal (1105) que tiene una secuencia de valores de señal residual (Î (n) ) , comprendiendo el procedimiento:

un procedimiento para codificar en conformidad con la reivindicación 15; 25

un procedimiento para decodificar en conformidad con una de las reivindicaciones 16 a 17;

en donde en el paso de reajuste de uno o más valores de ponderación, los reajustes se realizan sincrónicamente.

19. Un codificador (100) para codificar predictivamente una señal (105) que tiene una secuencia de valores de señal (s (n) ) , comprendiendo el codificador: 30

un predictor (110) para realizar una predicción adaptativa dependiente de la señal (105) (s (n) ) , y dependiente de uno o más valores de ponderación (111) (Ïi) , para obtener valores de señal previstos (115) (s' (n) ) , en donde el predictor (110) está configurado para reestablecer los valores de ponderación (111) en los tiempos en que dependen de la señal (105) , y 35

en donde el predictor (110) está configurado para adaptar los valores de ponderación (111) de la señal entre los reajustes posteriores;

en donde el codificador (360) está configurado para realizar un análisis de señal residual de una señal residual (325) (Î (n) ) , donde la señal residual es en base a diferencias entre los valores de señal (105) (s (n) ) y los valores de señal previstos (115) (s' (n) ) , y para realizar selectivamente los reajustes dependientes del análisis de señal residual de la 40 señal residual, y en donde el codificador (360) está configurado para obtener un flujo de bits (355) que representa la señal (105) y que comprende una secuencia de valores de señal residual codificados (335) (ï?' (n) ) , en donde el codificador está configurado para impedir la inclusión de una bandera de reajuste que indica un reajuste de los valores de ponderación en el flujo de bits.

donde la señal es una señal de audio o de video. 45

20. El codificador (360) en conformidad con la reivindicación 19, en donde el codificador (360) está configurado para determinar una medición de una ganancia de codificación a partir de la señal residual (325) (Î (n) ) y para realizar selectivamente los reajustes dependientes de la medición de la ganancia de codificación.

21. Un procedimiento para codificar predictivamente una señal (105) que tiene una secuencia de valores de señal (s (n) ) , comprendiendo el procedimiento que comprende:

realizar una predicción adaptativa dependiente de la señal (105) (s (n) ) , y dependiente de uno o más valores de ponderación (111) (Ïi) , para obtener valores de señal previstos (115) (s' (n) ) , 55

en donde el paso de realizar una predicción adaptativa comprende reajustar los valores de ponderación (111) en los tiempos que dependen de la señal (105) , y

adaptar los valores de ponderación (111) a la señal (105) entre los reajustes posteriores.

donde el procedimiento comprende realizar un análisis de señal residual de una señal residual (325) (Î (n) ) , donde la señal residual es en base a diferencias entre los valores de señal (105) (s (n) ) y los valores de señal previstos (115) 60 (s' (n) ) , y donde los reajustes se realizan selectivamente en función del análisis de señal residual de la señal residual, y un flujo de bits (355) que representa la señal (105) y que comprende una secuencia de valores de señal residual codificados (335) (ï?' (n) ) , en donde el codificador está configurado para impedir la inclusión de una bandera de reajuste que indica un reajuste de los valores de ponderación en el flujo de bits.

donde la señal es una señal de audio o de video. 65

22. Un programa informático que tiene un código de programa para realizar el procedimiento para codificar predictivamente en conformidad con la reivindicación 15 o la 21, el procedimiento para decodificar en conformidad con una de las reivindicaciones 16 a 17, o el procedimiento para codificar predictivamente y decodificar en conformidad con la reivindicación 18, cuando el programa informático es ejecutado en una computadora.