Ocultación de error de transmisión en una señal de audio digital en una estructura de decodificación jerárquica.

Procedimiento de ocultación de error de transmisión en una señal digital descompuesta en una pluralidad detramas sucesivas asociadas a unos intervalos temporales diferentes en los que,

en la recepción, la señal essusceptible de incluir unas tramas borradas y unas tramas válidas, comprendiendo las tramas válidas unasinformaciones (inf.) relativas a la ocultación de pérdida de trama, estando caracterizado el procedimiento porque seimplementa durante una decodificación jerárquica utilizando un núcleo de decodificación y una decodificación portransformada que utilizan las ventanas de retardo reducido introduciendo un retardo temporal inferior a una tramacon relación al núcleo de la decodificación, y porque, para sustituir al menos la última trama borrada antes de latrama válida, comprende:

- una etapa (23) de ocultación de un primer conjunto de muestras ausentes para la trama borrada, implementada enun primer intervalo temporal;

- una etapa (25) de ocultación de un segundo conjunto de muestras ausentes para la trama borrada teniendo encuenta las informaciones de dicha trama válida e implementada en un segundo intervalo temporal; y

- una etapa (29) de transición entre el primer conjunto de muestras ausentes y el segundo conjunto de muestrasausentes para obtener al menos una parte de la trama ausente.

Ocultación de error de transmisión en una señal de audio digital en una estructura de decodificación jerárquica

La presente invención se refiere al tratamiento de señales digitales en el campo de las telecomunicaciones. Estas señales pueden ser por ejemplo señales de voz, o de música.

La presente invención interviene en un sistema de codificación/decodificación adaptado para la transmisión/recepción de tales señales. Más particularmente, la presente invención se dirige a un tratamiento en la recepción que permite mejorar la calidad de las señales decodificadas en presencia de pérdidas de bloques de datos.

Existen diferentes técnicas para convertir en formato digital y comprimir una señal de audio digital. Las técnicas más corrientes son:

- los métodos de codificación de forma de onda, tales como la codificación MIC (de “Modulación por Impulsos Codificados”) y MICDA (de “Modulación por Impulsos y Codificación Diferencial Adaptativa”) , denominados también “PCM” y “ADPCM” en inglés,

- los métodos de codificación paramétrica por análisis de síntesis como la codificación CELP (de “Code Excited Linear Prediction”) y

- los métodos de codificación perceptual en subbandas o por transformada.

Estas técnicas tratan la señal de entrada de manera secuencial muestra a muestra (MIC o MICDA) o por bloques de muestras denominados “tramas” (CELP y codificación por transformada) . Para todos estos codificadores, los valores codificados se transforman a continuación en un tren binario que se transmite sobre un canal de transmisión.

Según la calidad de este canal y el tipo de transporte, unas perturbaciones podrían afectar a la señal transmitida y producir unos errores sobre el tren binario recibido por el decodificador. Estos errores pueden afectar de manera aislada al tren binario aunque se producen muy frecuentemente por ráfagas. Será entonces un paquete de bits que corresponde una parte completa de la señal el que es erróneo o no se recibe. Este tipo de problema se encuentra por ejemplo en las transmisiones de las redes móviles. Se encuentra también en las transmisiones en las redes de paquetes y en particular en las redes del tipo Internet.

Cuando el sistema de transmisión o los módulos encargados de la recepción permiten detectar que los datos recibidos son fuertemente erróneos (por ejemplo en las redes móviles) o que no se ha recibido un bloque de datos o éste está corrupto por unos errores binarios (caso de los sistemas de transmisión en paquetes por ejemplo) , se ponen entonces en práctica unos procedimientos de ocultación.

La trama actual a decodificar se declara entonces borrada (“bad frame” en inglés) . Estos procedimientos permiten extrapolar en el decodificador las muestras de la señal que faltan a partir de las señales y datos enviados en las tramas precedentes.

Semejantes técnicas se han puesto en práctica principalmente en el caso decodificadores paramétricos y predictivos (técnicas de recuperación/ocultación de las tramas borradas) . Permiten limitar fuertemente la degradación subjetiva de la señal percibida en el decodificador en presencia de tramas borradas. Estos algoritmos se basan en la técnica utilizada por el codificador y el decodificador, y constituyen de hecho una extensión del decodificador. Los dispositivos de ocultación de tramas borradas tienen por objetivo extrapolar los parámetros de la trama borrada a partir de la (o de las) últimas tramas precedentes consideradas como válidas.

Ciertos parámetros manipulados o codificados por los codificadores predictivos presentan una fuerte correlación entre tramas (caso de los parámetros LPC (de “Linear Predictive Coding” en inglés) que representan el envolvente espectral y unos parámetros LTP (de “Long Term Prediction” en inglés) de predicción a largo término que representan la periodicidad de la señal (para los sonidos sordos, por ejemplo) . Debido a esta correlación, es mucho más ventajoso reutilizar los parámetros de la última trama válida para sintetizar la trama borrada que utilizar unos parámetros erróneos o aleatorios.

En el contexto de la decodificación CELP, los parámetros de la trama borrada se obtiene clásicamente como sigue.

Los parámetros LPC de una trama a reconstruir se obtienen a partir de los parámetros LPC de la última trama válida, por simple nueva copia de los parámetros o incluso con la introducción de una cierta amortiguación (técnica utilizada por ejemplo en el codificador normalizado G723.1) . A continuación, se detecta una sonoridad o una no sonoridad en la señal de voz para determinar un grado de armonía de la señal en el nivel de la trama borrada.

Si la señal no es sorda, se puede generar una señal de excitación de manera aleatoria (por elección de la palabra de código de la excitación pasada, mediante ligera amortiguación de la ganancia de la excitación pasada, por selección aleatoria en la excitación pasada o utilizando incluso unos códigos transmitidos que podrían ser totalmente erróneos) .

Si la señal es sorda, el período del tono (denominado también “retardo LTP”) es generalmente el calculado para la trama precedente, eventualmente con un ligero “baile” (incremento del valor del retardo LTP para las tramas de error consecutivas, siendo tomada la ganancia LTP próxima a 1 o igual a 1) . La señal de excitación se limita por tanto a la previsión a largo término efectuada a partir de una excitación pasada.

La complejidad de cálculo de este tipo de extrapolación de tramas borradas es comparable generalmente a la de una decodificación de una trama válida (o “good frame” en inglés) : en lugar de la decodificación y de la cuantificación inversa de los parámetros se utilizan los parámetros estimados a partir del pasado, eventualmente ligeramente modificados, después se sintetiza la señal reconstruida de la misma manera que para una trama válida utilizando los parámetros así obtenidos.

En una estructura de codificación jerárquica, utilizando en el núcleo de la codificación una técnica del tipo CELP y en la codificación de la señal de error, una codificación por transformada, puede ser interesante utilizar el desfase temporal generado por este sistema de decodificación jerárquica para la ocultación de la trama borrada.

La figura 1a ilustra la codificación jerárquica de las tramas CELP C0 a C5 y las transformadas M1 a M5 aplicadas a estas tramas.

Durante la transmisión de estas tramas a un decodificador correspondiente, las tramas C3 y C4 en gris y las transformadas M3 y M4 son borradas.

De ese modo, en el decodificador, con referencia a la figura 1b, la línea referenciada como 10 corresponde a la recepción de las tramas, la línea referenciada como 11 corresponde a la síntesis CELP y la línea referenciada como 12 corresponde a la síntesis total después de la transformada MDCT.

Se puede observar que durante la recepción de la trama 1 (codificación CELP C1 y codificación por transformada M1) , el decodificador sintetiza la trama CELP C1 que será utilizada para calcular la señal de síntesis total de la trama siguiente y calcula la señal de síntesis total de la trama actual O1 (línea 12) a partir de la síntesis CELP C0, de la transformada M0 y la transformada M1. Este retardo suplementario en la síntesis total es bien conocido en el contexto de la codificación por transformada.

En este caso, en presencia de errores sobre el tren binario, el decodificador funciona como sigue.

Durante el primer error sobre el tren binario, el decodificador contiene en memoria la síntesis CELP de la trama precedente. De ese modo en la figura 1b, cuando la trama 3 (C3 + M3) es errónea, el decodificador utiliza la síntesis CELP C2 decodificada en la trama precedente.

La sustitución de la trama errónea (C3) es necesaria para generar la salida siguiente (O4) , se utiliza para hacer de ella una técnica de ocultación de tramas borradas también denominada FEC (de “frame Erasure Concealment” en inglés) , como por ejemplo se describe en el documento titulado “Method of packet errors cancellation suitable for any speech and sound compression scheme” de B. KOVESI... [Seguir leyendo]

1. Procedimiento de ocultación de error de transmisión en una señal digital descompuesta en una pluralidad de tramas sucesivas asociadas a unos intervalos temporales diferentes en los que, en la recepción, la señal es susceptible de incluir unas tramas borradas y unas tramas válidas, comprendiendo las tramas válidas unas informaciones (inf.) relativas a la ocultación de pérdida de trama, estando caracterizado el procedimiento porque se implementa durante una decodificación jerárquica utilizando un núcleo de decodificación y una decodificación por transformada que utilizan las ventanas de retardo reducido introduciendo un retardo temporal inferior a una trama con relación al núcleo de la decodificación, y porque, para sustituir al menos la última trama borrada antes de la trama válida, comprende:

- una etapa (23) de ocultación de un primer conjunto de muestras ausentes para la trama borrada, implementada en un primer intervalo temporal;

- una etapa (25) de ocultación de un segundo conjunto de muestras ausentes para la trama borrada teniendo en cuenta las informaciones de dicha trama válida e implementada en un segundo intervalo temporal; y

- una etapa (29) de transición entre el primer conjunto de muestras ausentes y el segundo conjunto de muestras ausentes para obtener al menos una parte de la trama ausente.

2. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque la etapa de transición entre el primer conjunto de muestras ausentes y el segundo conjunto de muestras ausentes está asegurada por una etapa de adición del recubrimiento.

3. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque la etapa de transición entre el primer conjunto de muestras ausentes y el segundo conjunto de muestras ausentes se asegura por una etapa de filtrado de síntesis de predicción lineal que utiliza para generar el segundo conjunto de muestras ausentes la memorias del filtro en el punto de la transición, almacenadas durante la primera etapa de ocultación.

4. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque el primer conjunto de muestras es la totalidad de las muestras ausentes de la trama borrada y el segundo conjunto de muestras es una parte de las muestras ausentes de la trama borrada.

5. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque las informaciones de una trama válida relativas a la ocultación de la pérdida de trama son unas informaciones sobre la clasificación de la señal y/o sobre el envolvente espectral de la señal.

6. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque la etapa de ocultación del segundo conjunto de muestras ausentes utiliza una información de clasificación de la señal para adaptar las ganancias respectivas de una parte armónica de la señal de excitación y de una parte aleatoria de la señal de excitación para la señal correspondiente de la trama borrada.

7. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque estando asociado el primer intervalo temporal a dicha última trama borrada y estando asociado el segundo intervalo temporal a dicha trama válida, una etapa de preparación de la etapa de ocultación del segundo conjunto de muestras ausentes, que no produce ninguna muestra ausente, se implementa en el primer intervalo temporal.

8. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 7, caracterizado porque la etapa de preparación incluye una etapa de generación de una parte armónica de la señal de excitación y una parte de generación de una parte aleatoria de la señal de excitación para la señal correspondiente a la trama borrada.

9. Dispositivo de ocultación de error de transmisión en una señal digital descompuesta en una pluralidad de tramas sucesivas asociadas a unos intervalos temporales diferentes en los que, durante la recepción, la señal es susceptible de incluir unas tramas borradas y unas tramas válidas, comprendiendo las tramas válidas unas informaciones (inf.) relativas a la ocultación de pérdida de trama, estando caracterizado el dispositivo porque interviene durante una decodificación jerárquica que utiliza un núcleo de decodificación y una decodificación por transformada que utiliza unas ventanas de retardo reducido que introducen un retardo temporal inferior a una trama con relación a la decodificación del núcleo, y porque comprende:

- un módulo de ocultación (DE-SIM) adecuado para generar, en un primer intervalo temporal, un primer conjunto de muestras ausentes para al menos la última trama borrada antes de una trama válida y adecuado para generar, en un segundo intervalo temporal, un segundo conjunto de muestras ausentes para la trama borrada teniendo en cuenta las informaciones de dicha trama válida; y

- un módulo (TRANS) de transición adecuado para efectuar una transición entre el primer conjunto de muestras ausentes y el segundo conjunto de muestras ausentes para obtener al menos una parte de la trama ausente.

10. Decodificador de señal digital caracterizado porque comprende un dispositivo de ocultación de error de trasmisión de acuerdo con la reivindicación 9.

11. Programa informático destinado a ser almacenado en una memoria de un dispositivo de ocultación de error de transmisión, caracterizado porque comprende unas instrucciones de codificación para la realización de las etapas del procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 8, cuando se ejecuta por un procesador de dicho dispositivo de ocultación de error de transmisión.