Método para suavizar un nivel variable con el tiempo de una señal,

comprendiendo el método: estimar (33) una densidad de probabilidad variable con el tiempo del nivel variable con el tiempo de la señal; computar (34) la probabilidad de un nivel variable con el tiempo suavizado anterior usando la estimación de densidad de probabilidad variable con el tiempo; adaptar (35) un filtro de suavizado en respuesta a la probabilidad; y aplicar (32) el filtro de suavizado adaptado al nivel variable con el tiempo para generar el nivel variable con el tiempo suavizado

Campo técnico

La invención se refiere al procesamiento de señales de audio. En particular, la invención se refiere a computar una medida variable con el tiempo del nivel de una señal de audio suavizando el nivel a corto plazo de la señal de audio, en la que los parámetros del procedimiento de suavizado se controlan, al menos en parte, mediante una estimación 5 variable con el tiempo de la densidad de probabilidad del nivel a corto plazo.

Referencias e incorporación como referencia

En la solicitud de patente internacional publicada WO 2004/11994 A2, de Alan Jeffrey Seefeldt et al, publicada el 23 de diciembre de 2004, titulada “Method, Apparatus and Computer Program for Calculating and Adjusting the Perceived Loudness of an Audio Signal” y en “A New Objective Measure of Perceived Loudness” de Alan Seefeldt et al, 10 Audio Engineering Society Convention Paper 6236, San Francisco, 28 de octubre de 2004 se describen determinadas técnicas para medir la sonoridad (psicoacústica) percibida útiles para entender mejor la presente invención .

Antecedentes de la técnica

En el procesamiento de señales de audio, con frecuencia es necesario generar una medida variable con el tiempo del nivel de señal de audio. (En el presente documento el término “nivel” se refiere genéricamente a una medida 15 del nivel tal como nivel de pico, nivel de rms, nivel de sonoridad, etc.). Por ejemplo, un medidor de sonoridad puede presentar una medida variable con el tiempo de una sonoridad perceptiva de la señal de audio, suavizándose esta medida significativamente con el fin de indicar la sonoridad promedio durante los últimos segundos. En otro ejemplo, un procedimiento de control automático de ganancia (AGC) puede computar una medida variable con el tiempo altamente estabilizada de un nivel de la señal de audio y entonces usar la medida resultante para generar una ganancia 20 ligeramente variable que, cuando se aplica a la señal de audio, acerca automáticamente el nivel promedio del audio a un nivel objetivo deseado.

En estos dos de muchos ejemplos, puede computarse la medida del nivel suavizado aplicando alguna forma de filtro de suavizado a una medida del nivel a corto plazo. (“Corto plazo” significa computar por un intervalo de tiempo significativamente más corto que el intervalo por el que el suavizado posterior es eficaz). Por ejemplo, puede 25 computarse el nivel de rms de la señal o el nivel de sonoridad perceptiva, tal como se describe en la solicitud WO 2004/111994 A2, por un intervalo de decenas de milisegundos para generar el nivel a corto plazo. Entonces el suavizado posterior de este nivel a corto plazo puede implicar constantes de tiempo en el orden de varios segundos. En la siguiente discusión, esta medida del nivel a corto plazo variable con el tiempo se representa como la señal L[t], y la medida del nivel suavizado posteriormente se representa como [t], donde t representa el índice de tiempo discreto. 30 L

Pueden aplicarse muchos tipos diferentes de filtros de suavizado a L[t] para generar [t]. Puede usarse un filtro de respuesta finita al impulso (FIR) o un filtro de respuesta infinita al impulso de polos múltiples (IIR). El filtro particular empleado no es crítico. Para fines ilustrativos puede considerarse el suavizador de IIR de polo único de liberación lenta/ataque rápido comúnmente usado. Con un filtro de este tipo, puede actualizarse la medida del nivel suavizado [t] según la ecuación: 35

(1)

Los coeficientes de suavizado ataque y liberación pueden elegirse de tal manera que ataque < liberación. Esto significa que [t] realiza un seguimiento de L[t] más rápidamente cuando L[t] está aumentando (ataque) en comparación a cuando L[t] está disminuyendo (liberación). Para un AGC, puede elegirse, por ejemplo, ataque 40 correspondiendo a una constante de tiempo de un segundo y liberación correspondiendo a una constante de tiempo de cuatro segundos. De esta manera, [t] varía muy lentamente con el tiempo, y como resultado, la ganancia correspondiente que modifica el audio también varía lentamente, manteniendo de ese modo la dinámica a corto plazo del audio original. Sin embargo, pueden surgir problemas, cuando se usan tales constantes de tiempo grandes. Supóngase que un AGC de este tipo está operando en el audio de un televisor con la intención de mantener un nivel 45 promedio consistente a través de la programación y a través de diversos canales. En una situación de este tipo, el contenido de la señal de audio que se procesa por el AGC puede cambiar repentinamente, por ejemplo, cuando se cambia de canal y por tanto el nivel promedio asociado de la señal de audio también puede cambiar repentinamente. Sin embargo, con sus constantes de tiempo grandes, el AGC requiere una cantidad de tiempo considerable para converger a un nivel nuevo y hacer que el nivel modificado del audio procesado sea según el nivel objetivo deseado. 50

Durante este tiempo de adaptación, un televidente puede percibir el nivel del audio como demasiado alto o demasiado bajo. Como resultado, el televidente puede agarrar rápidamente el mando a distancia para ajustar el volumen sólo para encontrarse a sí mismo luchando contra el AGC según converge.

Algunos tipos de suavizado de señal conocidos en la técnica anterior usan una forma de control automático de ganancia. Una técnica dada a conocer en la publicación de solicitud de patente estadounidense n.º 2006/274620 A1 5 ajusta la ganancia de un amplificador para controlar el nivel de una señal obtenida de un sistema óptico láser que lee información codificada digitalmente con longitud de ejecución limitada (RLL) a partir de un medio óptico tal como un DVD o un disco compacto. Se ajusta la ganancia del amplificador para conducir una parte optimizada de la señal hacia la región de saturación de un convertidor analógico-digital (ADC) de modo que puede recuperarse la información digital con mayor precisión. Se usa un histograma de longitudes de símbolos de RLL para ajustar la ganancia del amplificador 10 aunque este ajuste se realiza instantáneamente. Este ajuste de ganancia no se basa en la probabilidad de ningún nivel de señal y no hay ningún ajuste de constantes de tiempo para ningún filtro de suavizado.

Otra técnica, que se da a conocer en la patente estadounidense n.º 5.101.416, calcula la densidad de probabilidad de valores de señales detectadas y compara la densidad de probabilidad calculada frente a una densidad prototipo ideal para determinar si la ganancia del amplificador está establecida apropiadamente. Si la comparación 15 indica que determinadas partes de la densidad de probabilidad calculada son superiores o inferiores a las de la densidad prototipo, la ganancia del amplificador se disminuye o aumenta de forma inmediata, respectivamente. Este ajuste de ganancia no se basa en la probabilidad de ningún nivel de señal particular y no hay ningún ajuste de constantes de tiempo para ningún filtro de suavizado.

En la patente estadounidense n.º 6.768.979, en la publicación de solicitud de patente estadounidense n.º 20 2002/196510 A1 y en la publicación de solicitud de patente internacional n.º WO 92/15150 A se dan a conocer otras técnicas. Ninguna de estas técnicas ajusta las constantes de tiempo de ningún filtro de suavizado.

Otra técnica anterior soluciona normalmente el problema recién descrito usando constantes de tiempo basándose en la relación relativa del nivel a corto plazo L[t] con respecto al nivel suavizado [t]. Por ejemplo, si el nivel a corto plazo de la señal es significativamente mayor o menor que el nivel suavizado tal como se define mediante 25 algunos límites umbral alrededor del nivel suavizado, entonces la operación de suavizado cambia a constantes de tiempo de ataque y/o liberación más rápidas, respectivamente, hasta que el nivel a corto plazo vuelve a estar en los límites umbral alrededor del nivel suavizado. Posteriormente, el sistema cambia de nuevo a las constantes de tiempo más lentas originales. Puede modificarse la ecuación 1 para implementar esta técnica de suavizado más sofisticada incluyendo cuatro casos en lugar de dos: 30

En la ecuación 2, ataque rápido < ataque y liberación rápida < liberación lo que significa que ataque rápido y liberación rápida corresponden a constantes de tiempo más rápidas que ataque y liberación, respectivamente. Si ataque...

1. Método para suavizar un nivel variable con el tiempo de una señal, comprendiendo el método:

estimar (33) una densidad de probabilidad variable con el tiempo del nivel variable con el tiempo de la señal;

computar (34) la probabilidad de un nivel variable con el tiempo suavizado anterior usando la estimación de densidad de probabilidad variable con el tiempo; 5

adaptar (35) un filtro de suavizado en respuesta a la probabilidad; y

aplicar (32) el filtro de suavizado adaptado al nivel variable con el tiempo para generar el nivel variable con el tiempo suavizado.

2. Método según la reivindicación 1, que comprende adaptar constantes de tiempo del filtrado de suavizado para estar en proporción con la tasa de variación de la densidad de probabilidad estimada. 10

3. Método según la reivindicación 1, en el que el nivel variable con el tiempo y el nivel variable con el tiempo suavizado son series cronológicas, teniendo cada una índices de tiempo anteriores y actuales, y comprendiendo el método:

computar la probabilidad del nivel variable con el tiempo suavizado en el índice de tiempo anterior;

adaptar el filtro de suavizado en respuesta a la probabilidad del nivel variable con el tiempo suavizado en el índice de tiempo anterior; y 15

aplicar el filtro de suavizado adaptado al nivel variable con el tiempo en el índice de tiempo actual.

4. Método según la reivindicación 3, comprendiendo el método adaptar el filtro de suavizado en respuesta a:

el nivel variable con el tiempo suavizado en el índice de tiempo anterior, el nivel variable con el tiempo en el índice de tiempo actual y

la probabilidad del nivel variable con el tiempo suavizado en el índice de tiempo anterior. 20

5. Método según la reivindicación 4, que comprende adaptar constantes de tiempo de ataque y liberación del filtro de suavizado de tal manera que:

la constante de ataque es igual a un primer valor de ataque y la constante de liberación es igual a un primer valor de liberación cuando la probabilidad computada del nivel variable con el tiempo suavizado en el índice de tiempo anterior es menor que o igual a una probabilidad umbral; y 25

la constante de ataque es igual a un segundo valor de ataque y la constante de liberación es igual a un segundo valor de liberación cuando la probabilidad computada del nivel variable con el tiempo suavizado en el índice de tiempo anterior es mayor que la probabilidad umbral, en el que o bien el segundo valor de ataque es mayor que el primer valor de ataque o bien el segundo valor de liberación es mayor que el primer valor de liberación.

6. Método según la reivindicación 1, que adapta el filtro de suavizado modificando constantes de tiempo del filtro de 30 suavizado en respuesta a la probabilidad, en el que se usan constantes de tiempo más rápidas cuando la probabilidad es inferior y se usan constantes de tiempo más lentas cuando la probabilidad es superior.

7. Método según la reivindicación 1, que comprende adaptar el filtro de suavizado en respuesta al ancho de la densidad de probabilidad variable con el tiempo.

8. Método según la reivindicación 5, que comprende adaptar la probabilidad umbral en respuesta a la densidad de 35 probabilidad estimada.

9. Método según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8, que comprende estimar la densidad de probabilidad adaptando una representación paramétrica a valores anteriores del nivel variable con el tiempo.

10. Método según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8, que comprende estimar la densidad de probabilidad computando un histograma de valores anteriores del nivel variable con el tiempo. 40

11. Memoria legible por ordenador que contiene un programa informático para su ejecución mediante un ordenador para realizar uno cualquiera de los métodos según las reivindicaciones 1 a 10.

12. Sistema informático que comprende:

una CPU;

la memoria según la reivindicación 11; y

un bus que acopla con comunicación la CPU y la memoria.

13. Aparato para suavizar un nivel variable con el tiempo de una señal de audio, comprendiendo el aparato:

un terminal de entrada para recibir la señal de audio;

una unidad de cómputo de nivel a corto plazo acoplada al terminal de entrada para computar un nivel a corto plazo de la 5 señal de audio;

un suavizador (32) de nivel acoplado a una salida de la unidad de cómputo de nivel a corto plazo para suavizar el nivel a corto plazo de la señal de audio usando parámetros de suavizado;

un estimador (33) de densidad de probabilidad acoplado a la salida de la unidad de cómputo de nivel a corto plazo para estimar una densidad de probabilidad del nivel a corto plazo; 10

un retardador (36) acoplado a una salida del suavizador de nivel para retardar el nivel a corto plazo suavizado de la señal de audio;

una unidad (34) de cómputo de probabilidad acoplado a una salida del estimador de densidad de probabilidad y a una salida del retardador para computar una probabilidad del nivel a corto plazo suavizado retardado; y

un calculador (35) de parámetros de suavizado acoplado a la salida de la unidad de cómputo de nivel a corto plazo, 15 acoplado a una salida de la unidad de cómputo de probabilidad, y acoplado a la salida del retardador para calcular los parámetros de suavizado, en el que el suavizador de nivel también está acoplado a una salida del calculador de parámetros de suavizado.

14. Aparato según la reivindicación 13, en el que el estimador de densidad de probabilidad estima la densidad de probabilidad usando una serie cronológica del nivel a corto plazo de la señal de audio. 20

15. Aparato según la reivindicación 13, en el que la unidad de cómputo de probabilidad computa la probabilidad usando la densidad de probabilidad estimada y el nivel a corto plazo suavizado retardado.

16. Aparato según la reivindicación 13, en el que el calculador de parámetros de suavizado calcula los parámetros de suavizado usando la probabilidad, el nivel a corto plazo suavizado retardado y el nivel a corto plazo.

17. Aparato según la reivindicación 14, en el que 25

la unidad de cómputo de probabilidad computa la probabilidad usando la densidad de probabilidad estimada y el nivel a corto plazo suavizado retardado; y

el calculador de parámetros de suavizado calcula los parámetros de suavizado usando la probabilidad, el nivel a corto plazo suavizado retardado y el nivel a corto plazo.

18. Aparato según las reivindicaciones 13 a 17, en el que el estimador de densidad de probabilidad adapta una 30 representación paramétrica a valores anteriores del nivel a corto plazo.

19. Aparato según las reivindicaciones 13 a 17, en el que el estimador de densidad de probabilidad computa un histograma de valores anteriores del nivel a corto plazo.