Un procedimiento de codificación de datos de audio o vídeo en un dispositivo informático que implementa un codificador (200),

comprendiendo el procedimiento:

realizar una transformación (230) de frecuencia sobre un bloque de muestras plurales para producir coeficientes de transformación plurales;

cuantizar (260) los coeficientes de transformación plurales;

y codificar (270) por entropía los coeficientes de transformación plurales cuantizados, caracterizado porque la codificación por entropía incluye:

codificar uno o más de los coeficientes de transformación plurales cuantizados utilizando una primera modalidad de codificación, que incluye realizar una primera codificación aritmética adaptable al contexto de un valor de nivel de un coeficiente dado de los coeficientes de transformación plurales cuantizados, en donde la primera codificación aritmética adaptable al contexto utiliza un primer conjunto de contextos plurales, y en donde la primera codificación aritmética adaptable al contexto incluye seleccionar uno entre el primer conjunto de contextos plurales en base, al menos en parte, a valores de niveles de dos coeficientes de transformación cuantizados previamente codificados;

conmutar a una segunda modalidad de codificación para los restantes coeficientes de los coeficientes de transformación plurales cuantizados; y codificar los restantes coeficientes de los coeficientes de transformación plurales cuantizados utilizando la segunda modalidad de codificación, que incluye:

realizar la segunda codificación aritmética adaptable al contexto de un primer valor de nivel y un segundo valor de nivel de un primer coeficiente restante y de un segundo coeficiente restante, respectivamente, de los restantes coeficientes de transformación cuantizados, en donde la segunda codificación aritmética adaptable al contexto utiliza un segundo conjunto de contextos plurales distinto al primer conjunto de contextos plurales, y en donde:

para el primer valor de nivel en la segunda modalidad de codificación, la selección de uno entre el segundo conjunto de contextos plurales considera el valor de nivel del coeficiente de transformación cuantizado dado proveniente de la primera modalidad de codificación;

y para el segundo valor de nivel en la segunda modalidad de codificación, la selección de uno entre el segundo conjunto de contextos plurales considera el primer valor de nivel.

Codificación entrópica por adaptación de codificación entre modalidades de nivel y de longitud / nivel de cadencia Campo La presente invención se refiere a codificación entrópica adaptativa de datos de audio. Por ejemplo, un codificador de 5 audio conmuta entre codificación de Huffman de niveles directos de datos de audio cuantizados y codificación aritmética de longitudes y niveles de cadencia de datos de audio cuantizados.

Antecedentes

Con la introducción de los discos compactos, las redes de telefonía inalámbrica digital y el suministro de audio por Internet, el audio digital se ha convertido en algo trivial. Los ingenieros hacen uso de una diversidad de técnicas para procesar 10 eficazmente el audio digital mientras que a la vez mantienen la calidad del audio digital. Para entender estas técnicas, ayuda entender cómo se representa y se procesa la información de audio en un ordenador.

I. Representación de Información de Audio en un Ordenador

Un ordenador procesa la información de audio como una serie de números que representan la información de audio. Por ejemplo, un número simple puede representar una muestra de audio, que es un valor de amplitud (es decir, una intensidad 15 de sonido) en un instante particular. Diversos factores afectan a la calidad de la información de audio, incluyendo la profundidad de muestreo, la frecuencia de muestreo y la modalidad de canal.

La profundidad (o precisión) de muestreo indica la gama de números utilizados para representar una muestra. A mayor número de valores posibles para la muestra, más alta es la calidad debido a que el número puede capturar más variaciones leves de amplitud. Por ejemplo, una muestra de 8 bits tiene 256 valores posibles, mientras que una muestra de 16 bits tiene 65.536 valores posibles.

La frecuencia de muestreo (medida normalmente como el número de muestras por segundo) , también afecta a la calidad. Cuanto más elevada sea la frecuencia de muestreo, más alta es la calidad debido a que se pueden representar más frecuencias de sonido. Algunas frecuencias de muestreo habituales son 8.000, 11.025, 22.050, 32.000, 44.100, 48.000 y

96.000 muestras/ segundo.

La Tabla 1 muestra varios formatos de audio con diferentes niveles de calidad, junto con los costes correspondientes de velocidad de bits en bruto.

Tabla 1: Velocidades de bit para información de audio de calidad diferente

Según muestra la Tabla 1, el coste de la información de audio de alta calidad tal como el audio de CD, es una alta velocidad de bits. La información de audio de alta calidad consume grandes cantidades de capacidad de almacenamiento en ordenador y de transmisión. Las compañías y los consumidores dependen sin embargo crecientemente de los ordenadores, para crear, distribuir y reproducir contenidos de audio de alta calidad.

II. Compresión y Descompresión de Audio

Muchos ordenadores y redes de ordenadores carecen de recursos para procesar el audio digital en bruto. La compresión (conocida también como codificación) reduce el coste del almacenaje y la transmisión de información de audio al convertir la información a una forma de velocidad de bits más baja. La compresión puede ser sin pérdidas (en la que no se ve perjudicada la calidad) o con pérdidas (en la que se ve perjudicada la calidad, pero la reducción de velocidad de bits mediante la compresión sin pérdidas es más drástica) . La descompresión (también llamada descodificación) extrae una versión reconstruida de la información original a partir de la forma comprimida.

En general, el objetivo de la compresión de audio consiste en representar digitalmente las señales de audio para proporcionar una máxima calidad de señal con la menor cantidad de bits posible. Un sistema convencional de codificador/ descodificador ("códec") de audio utiliza codificación de sub-banda/ transformación, cuantización, control de velocidad, y codificación de longitud variable, para conseguir su compresión. La cuantización y otras técnicas de compresión con pérdidas introducen ruido potencialmente audible en la señal de audio. La audibilidad del ruido depende de cuánto ruido exista y de cuánto de ese ruido perciba el oyente. El primer factor se refiere principalmente a la calidad objetiva, mientras que el segundo factor depende de la percepción humana del sonido. La codificación de audio convencional comprime entonces sin pérdidas los datos cuantizados utilizando codificación de longitud variable para reducir aún más la velocidad de bits.

A. Compresión y Descompresión de Datos de Audio con Pérdidas

Convencionalmente, un codificador de audio utiliza una diversidad de técnicas diferentes de compresión con pérdidas. Estas técnicas de compresión con pérdidas incluyen habitualmente transformaciones de frecuencia, modelación/ ponderación perceptual y cuantización. La descompresión correspondiente incluye cuantización inversa, ponderación inversa, y transformaciones inversas de frecuencia.

Las técnicas de transformación de frecuencia convierten datos en una forma que hace que sea más fácil separar la información perceptualmente importante de la información perceptualmente no importante. La información menos importante puede ser sometida entonces a compresión con más pérdidas, mientras que la información más importante se reserva, con el fin de proporcionar la calidad mejor percibida para una velocidad de bits dada. Un transformador de frecuencia recibe habitualmente las muestras de audio y las convierte en datos en el dominio de la frecuencia, denominados a veces coeficientes de frecuencia o coeficientes espectrales.

La mayor parte de la energía de los sonidos naturales, tales como la palabra y la música, se concentra en la gama de baja frecuencia. Esto significa que, estadísticamente, las gamas de frecuencias más altas tendrán más coeficientes de frecuencia que sean cero o próximos a cero, reflejando la falta de energía en las gamas de frecuencias más altas.

La modelación perceptual incluye procesar datos de audio de acuerdo con un modelo del sistema auditivo humano para mejorar la calidad percibida de la señal de audio reconstruida para una velocidad de bits dada. Por ejemplo, un modelo auditivo considera habitualmente la gama de bandas críticas y de audición humanas. Utilizando los resultados de la modelación perceptual, un codificador configura el ruido (por ejemplo, el ruido de cuantización) de los datos de audio con el objetivo de minimizar la audibilidad del ruido para una velocidad de bits dada. Mientras que el codificador debe introducir ruido a veces (por ejemplo, ruido de cuantización) para reducir la velocidad de bits, la ponderación permite que el codificador ponga más ruido en las bandas en las que es menos audible, y viceversa.

La cuantización asocia las gamas de valores de entrada a valores simples, introduciendo pérdidas irreversibles de información o de ruido de cuantización, así como permitiendo también que un codificador regule la calidad y la velocidad de bits de la salida. A veces, el codificador realiza la cuantización junto con un controlador de velocidad que ajusta la cuantización para regular la velocidad de bits y/o la calidad. Existen varias clases de cuantización, incluyendo la adaptativa y la no adaptativa, la escalar y la vectorial, la uniforme y la no uniforme. La ponderación perceptual puede ser considerada como una forma de cuantización no uniforme.

La cuantización inversa y la ponderación inversa reconstruyen los datos de coeficientes de frecuencia cuantizados y ponderados, en una aproximación de los datos de coeficientes de frecuencia originales. El transformador de frecuencia inversa convierte a continuación los datos de coeficientes de frecuencia en muestras de audio reconstruidas en el dominio del tiempo.

B. Compresión y Descompresión de Datos de Audio sin Pérdidas

Convencionalmente, el codificador de audio utiliza una o más entre una diversidad de técnicas diferentes de compresión sin pérdidas. En general, las técnicas de compresión sin pérdidas incluyen codificación de longitud de cadencia, codificación de Huffman y codificación aritmética. Las técnicas de descompresión correspondientes incluyen descodificación... [Seguir leyendo]

1. Un procedimiento de codificación de datos de audio o vídeo en un dispositivo informático que implementa un codificador (200) , comprendiendo el procedimiento:

realizar una transformación (230) de frecuencia sobre un bloque de muestras plurales para producir coeficientes de transformación plurales;

cuantizar (260) los coeficientes de transformación plurales; y codificar (270) por entropía los coeficientes de transformación plurales cuantizados, caracterizado porque la codificación por entropía incluye:

codificar uno o más de los coeficientes de transformación plurales cuantizados utilizando una primera modalidad de codificación, que incluye realizar una primera codificación aritmética adaptable al contexto de un valor de nivel de un coeficiente dado de los coeficientes de transformación plurales cuantizados, en donde la primera codificación aritmética adaptable al contexto utiliza un primer conjunto de contextos plurales, y en donde la primera codificación aritmética adaptable al contexto incluye seleccionar uno entre el primer conjunto de contextos plurales en base, al menos en parte, a valores de niveles de dos coeficientes de transformación cuantizados previamente codificados;

conmutar a una segunda modalidad de codificación para los restantes coeficientes de los coeficientes de transformación plurales cuantizados; y codificar los restantes coeficientes de los coeficientes de transformación plurales cuantizados utilizando la segunda modalidad de codificación, que incluye:

realizar la segunda codificación aritmética adaptable al contexto de un primer valor de nivel y un segundo valor de nivel de un primer coeficiente restante y de un segundo coeficiente restante, respectivamente, de los restantes coeficientes de transformación cuantizados, en donde la segunda codificación aritmética adaptable al contexto utiliza un segundo conjunto de contextos plurales distinto al primer conjunto de contextos plurales, y en donde:

para el primer valor de nivel en la segunda modalidad de codificación, la selección de uno entre el segundo conjunto de contextos plurales considera el valor de nivel del coeficiente de transformación cuantizado dado proveniente de la primera modalidad de codificación; y para el segundo valor de nivel en la segunda modalidad de codificación, la selección de uno entre el segundo conjunto de contextos plurales considera el primer valor de nivel.

2. El procedimiento de la reivindicación 1, en el cual la primera modalidad de codificación es una modalidad de codificación de nivel directo, en el cual la segunda modalidad de codificación es una modalidad de codificación de nivel de cadencia, y en el cual la codificación de los restantes coeficientes de los coeficientes de transformación plurales cuantizados, utilizando la segunda modalidad de codificación, incluye adicionalmente:

realizar la tercera codificación aritmética adaptable al contexto de un valor de cadencia, indicando el valor de cadencia un conteo de coeficientes consecutivos de transformación cuantizados restantes, adyacentes al primero o segundo valor de nivel en la segunda modalidad de codificación, en donde la tercera codificación aritmética adaptable al contexto utiliza un tercer conjunto de contextos plurales distinto al primer conjunto de contextos plurales y distinto al segundo conjunto de contextos plurales.

3. El procedimiento de la reivindicación 2, en el cual la codificación por entropía incluye adicionalmente:

seleccionar la primera codificación aritmética adaptable al contexto entre múltiples técnicas de codificación disponibles para la modalidad de codificación de nivel directo, en donde las múltiples técnicas de codificación disponibles para la modalidad de codificación de nivel directo incluyen la codificación de longitud variable de valores de nivel; y seleccionar la segunda codificación aritmética adaptable al contexto y la tercera codificación aritmética adaptable al contexto entre múltiples técnicas de codificación disponibles para la modalidad de codificación de nivel de cadencia, en donde las múltiples técnicas de codificación disponibles para la modalidad de codificación de nivel de cadencia incluyen adicionalmente la codificación de longitud variable de valores de cadencia y valores de nivel.

4. El procedimiento de la reivindicación 2, en el cual la conmutación desde la modalidad de codificación de nivel directo a la modalidad de codificación de nivel de cadencia ocurre en un punto de conmutación predeterminado.

5. El procedimiento de la reivindicación 2, en el cual el contexto seleccionado entre el primer conjunto de contextos plurales cambia según (1) que el valor de nivel de un primero de los dos coeficientes de transformación cuantizados previamente codificados sea cero o no cero y (2) que el valor de nivel de un segundo de los dos coeficientes de transformación cuantizados previamente codificados sea cero o no cero.

6. El procedimiento de la reivindicación 2, en el cual el contexto seleccionado entre el segundo conjunto de contextos plurales cambia según que el valor absoluto del valor de nivel del coeficiente de transformación cuantizado previamente codificado sea cero, uno o mayor que uno.

7. El procedimiento de la reivindicación 1, en el cual, al codificar utilizando la primera modalidad de codificación, el contexto seleccionado entre el primer conjunto de contextos plurales cambia según que (1) el valor de nivel de un primero de los dos coeficientes de transformación cuantizados previamente codificados sea cero o no cero, y que (2) el valor de nivel de un segundo de los dos coeficientes de transformación cuantizados previamente codificados sea cero o no cero;

en el cual, para el primer valor de nivel en la segunda modalidad de codificación, el contexto seleccionado entre el segundo conjunto de contextos plurales cambia según que el valor absoluto del valor de nivel del coeficiente de transformación cuantizado dado en la primera modalidad de codificación sea cero, uno o mayor que uno; y en el cual, para el segundo valor de nivel en la segunda modalidad de codificación, el contexto seleccionado entre el segundo conjunto de contextos plurales cambia según que el valor absoluto del primer valor de nivel en la segunda modalidad de codificación sea cero, uno o mayor que uno.

8. Un procedimiento de descodificación de datos de audio o vídeo en un dispositivo informático que implementa un descodificador (300) , comprendiendo el procedimiento:

descodificar (320) por entropía coeficientes de transformación plurales cuantizados en un bloque, caracterizado porque la descodificación por entropía incluye:

descodificar uno o más de los coeficientes de transformación plurales cuantizados utilizando una primera modalidad de descodificación, que incluye realizar la primera descodificación aritmética adaptable al contexto de un valor de nivel de un coeficiente dado de los coeficientes de transformación plurales cuantizados, en donde la primera descodificación aritmética adaptable al contexto utiliza un primer conjunto de contextos plurales, y en donde la primera descodificación aritmética adaptable al contexto incluye seleccionar uno entre el primer conjunto de contextos plurales, en base, al menos en parte, a valores de nivel de dos coeficientes de transformación cuantizados previamente descodificados;

conmutar a una segunda modalidad de descodificación para los restantes coeficientes de los coeficientes de transformación plurales cuantizados en el bloque; y descodificar los restantes coeficientes de transformación cuantizados utilizando la segunda modalidad de descodificación, que incluye:

realizar una segunda descodificación aritmética adaptable al contexto de un primer valor de nivel y un segundo valor de nivel de un primer coeficiente restante y un segundo coeficiente restante, respectivamente, de los restantes coeficientes de transformación cuantizados, en donde la segunda descodificación aritmética adaptable al contexto utiliza un segundo conjunto de contextos plurales distinto al primer conjunto de contextos plurales, y en donde:

para el primer valor de nivel en la segunda modalidad de descodificación, la selección de uno entre el segundo conjunto de contextos plurales considera el valor de nivel del coeficiente de transformación cuantizado dado proveniente de la primera modalidad de descodificación; y para el segundo valor de nivel en la segunda modalidad de descodificación, la selección de uno entre el segundo conjunto de contextos plurales considera el primer valor de nivel; y cuantizar inversamente (350) los coeficientes de transformación plurales en el bloque; y realizar una transformación (360) de frecuencia inversa sobre los coeficientes de transformación plurales para producir un bloque de muestras plurales.

9. El procedimiento de la reivindicación 8, en el cual la primera modalidad de descodificación es una modalidad de descodificación de nivel directo, en el cual la segunda modalidad de descodificación es una modalidad de descodificación de nivel de cadencia, y en el cual la descodificación de los restantes coeficientes, utilizando la segunda modalidad de descodificación, incluye adicionalmente:

realizar la tercera descodificación aritmética adaptable al contexto de un valor de cadencia, indicando el valor de cadencia un conteo de coeficientes consecutivos de transformación cuantizados restantes, de valor cero, adyacentes al primero o segundo valor de nivel en la segunda modalidad de descodificación, en donde la tercera descodificación aritmética adaptable al contexto utiliza un tercer conjunto de contextos plurales distinto al primer conjunto de contextos plurales y distinto al segundo conjunto de contextos plurales.

10. El procedimiento de la reivindicación 9, en el cual la descodificación por entropía incluye adicionalmente:

seleccionar la primera descodificación aritmética adaptable al contexto entre múltiples técnicas de descodificación disponibles para la modalidad de descodificación de nivel directo, en donde las múltiples técnicas de descodificación disponibles para la modalidad de descodificación de nivel directo incluyen la descodificación de longitud variable de valores de nivel; y seleccionar la segunda descodificación aritmética adaptable al contexto y la tercera descodificación aritmética adaptable al contexto entre múltiples técnicas de descodificación disponibles para la modalidad de descodificación de nivel de cadencia, en donde las múltiples técnicas de descodificación disponibles para la modalidad de descodificación de nivel de cadencia incluyen adicionalmente la descodificación de longitud variable de valores de cadencia y de valores de nivel.

11. El procedimiento de la reivindicación 9, en el cual la conmutación entre la modalidad de descodificación de nivel directo y la modalidad de descodificación de nivel de cadencia ocurre en un punto de conmutación predeterminado.

12. El procedimiento de la reivindicación 9, en el cual el contexto seleccionado entre el primer conjunto de contextos plurales cambia según que (1) el valor de nivel de un primero de los dos coeficientes de transformación cuantizados previamente descodificados sea cero o no cero, y que (2) el valor de nivel de un segundo de los dos coeficientes de transformación cuantizados previamente descodificados sea cero o no cero.

13. El procedimiento de la reivindicación 9, en el cual el contexto seleccionado entre el segundo conjunto de contextos plurales cambia según que el valor absoluto del valor de nivel del coeficiente de transformación cuantizado previamente descodificado sea cero, uno o mayor que uno.

14. El procedimiento de la reivindicación 8, en el cual, al descodificar utilizando la primera modalidad de descodificación, el contexto seleccionado entre el primer conjunto de contextos plurales cambia según que (1) el valor de nivel de un primero de los dos coeficientes de transformación cuantizados previamente descodificados sea cero o no cero, y que (2) el valor de nivel de un segundo de los dos coeficientes de transformación cuantizados previamente descodificados sea cero o no cero;

en el cual, para el primer valor de nivel en la segunda modalidad de descodificación, el contexto seleccionado entre el segundo conjunto de contextos plurales cambia según que el valor absoluto del valor de nivel del coeficiente de transformación cuantizado dado en la primera modalidad de descodificación sea cero, uno o mayor que uno; y en el cual, para el segundo valor de nivel en la segunda modalidad de descodificación, el contexto seleccionado entre el segundo conjunto de contextos plurales cambia según que el valor absoluto del primer valor de nivel en la segunda modalidad de descodificación sea cero, uno o mayor que uno.

15. Un medio legible por ordenador que almacena instrucciones ejecutables por ordenador para llevar a cabo el procedimiento de cualquiera de las reivindicaciones 1 a 14.