Ocultación de error de transmisión en una señal digital con distribución de la complejidad.

Procedimiento de ocultación de errores de transmisión en una señal digital dividida en una multitud de tramastemporales sucesivas en el cual,

en la recepción, la señal es susceptible de comprender unas tramas borradas yunas tramas válidas, y para sustituir al menos la primera trama borrada (N) después de una trama válida, se realizanal menos dos etapas, una primera etapa (E1) de preparación que no produce ninguna muestra faltante y quecomprende al menos un análisis de una señal decodificada válida para estimar unos parámetros de ocultación, y unasegunda etapa (E2) de ocultación que produce las muestras faltantes de la señal correspondiente a dicha tramaborrada por medio de unos parámetros estimados, que se caracteriza porque la carga computacional del proceso deocultación de tramas borradas se divide al realizar las etapas que constituyen el proceso de ocultación de tramasborradas en unos intervalos temporales diferentes, la primera etapa realizándose en el intervalo temporal reservadopara el tratamiento de una primera trama y la segunda etapa realizándose en el intervalo temporal reservado para eltratamiento de una segunda trama sucesiva a la primera trama.

Ocultación de error de transmisión en una señal digital con distribución de la complejidad

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, de música, señales de vídeo o, de manera más general, señales multimedia.

La presente invención interviene en un sistema de codificación/decodificación adaptado para la transmisión/recepción de este tipo de señales. De manera más particular, la presente invención se refiere 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 al formato digital y comprimir una señal digital de audio. Las técnicas más 15 habituales son:

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

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

- los métodos de codificación perceptual en sub-bandas o por transformada.

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

De acuerdo con la calidad de este canal y el tipo de transporte, algunas perturbaciones pueden afectar a la señal transmitida y producir errores en el tren de datos que recibe el decodificador. Estos errores pueden intervenir de manera aislada en el tren de datos, pero se producen muy a menudo por ráfagas. Es entonces un paquete de bits correspondiente a una porción completa de señal el que resulta erróneo o no recibido. Este tipo de problema se encuentra, por ejemplo, en el caso de las transmisiones en las redes móviles. También se encuentra en las

transmisiones en las redes por paquetes y, en particular, en las redes de tipo Internet.

Cuando el sistema de transmisión o los módulos encargados de la recepción permiten detectar que los datos recibidos tienen muchos errores (por ejemplo en las redes móviles) , o que un bloque de datos no se ha recibido o está corrompido por unos errores binarios (es el caso de sistemas de transmisión por paquetes, por ejemplo) , entonces se ponen en marcha unos procedimientos de ocultación de los errores.

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

45 Este tipo de técnicas se han puesto en práctica principalmente en el caso de los codificadores paramétricos y predictivos (técnicas de recuperación/ocultación de las tramas borradas) . Estas permiten limitar mucho la degradación subjetiva de la señal que se percibe en el decodificador en presencia de tramas borradas. Estos algoritmos se basan en la técnica que se utiliza para el codificador y el decodificador, y constituyen de hecho una extensión del decodificador. Los dispositivos de ocultación de tramas borradas tienen como objetivo extrapolar los parámetros de la trama borrada a partir de la (o de las) últimas tramas anteriores consideradas válidas.

Ciertos parámetros manipulados o codificados por los codificadores predictivos presentan una fuerte correlación entre tramas (es el caso de los parámetros LPC (por « Linear Predictive Coding » en inglés) que representan la

55 envolvente del espectro, y de los parámetros LTP (por « Long Term Prediction » en inglés) de predicción a largo plazo que representa la periodicidad de la señal (para los sonidos sonoros, por ejemplo) . A causa de esta correlación, resulta mucho más ventajoso reutilizar los parámetros de la última trama válida para sintetizar la trama borrada que utilizar unos parámetros erróneos o aleatorios.

En la generación de excitación CELP, los parámetros de la trama borrada se obtienen tradicionalmente de la siguiente manera.

Los parámetros LPC de una trama que hay que reconstruir se obtienen a partir de los parámetros LPC de la última trama válida, mediante la simple copia de los parámetros o también con la introducción de un cierto amortiguamiento

65 (técnica que se utiliza, por ejemplo, en el codificador normalizado G723.1) . Véase también el documento US 2006/0171373. A continuación se detecta una sonorización o una no sonorización en la señal de voz para

determinar el grado de armonicidad de la señal al nivel de la trama borrada.

Si la señal es sorda, se puede generar una señal de excitación de manera aleatoria (mediante la extracción de una palabra de código de la excitación pasada, mediante un ligero amortiguamiento de la ganancia de la excitación 5 pasada, mediante la selección aleatoria en la excitación pasada, o utilizando también unos códigos transmitidos que pueden ser totalmente erróneos) .

Si la señal es sonora, el periodo de pitch (denominado también “plazo LTP”) es, por lo general, el calculado para la trama anterior, eventualmente con una ligera “fluctuación” (aumento del valor del plazo LTP para las tramas de error consecutivo, la ganancia LTP considerándose muy próxima a 1 o igual a 1) . La señal de excitación está, por lo tanto, limitada a la predicción a largo plazo realizada a partir de una excitación pasada.

La complejidad de cálculo de este tipo de extrapolación de tramas borradas es, por lo general, comparable 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, y a continuación se sintetiza la señal reconstruida de la misma manera que para una trama válida utilizando los parámetros que se han obtenido de este modo.

Otros tipos de codificación no permiten la extrapolación de una trama borrada por extensión del decodificador utilizando los parámetros estimados a partir del pasado. Es el caso, por ejemplo, de la codificación temporal MIC que codifica la señal muestra por muestra, sin recurrir a un modelo de predicción de voz. Ningún parámetro está directamente disponible en el decodificador para realizar la extrapolación.

Para extrapolar las tramas borradas con la misma eficacia que en el caso de los codificadores paramétricos, el

algoritmo de ocultación de tramas borradas debe, por lo tanto, en primer lugar estimar él mismo los parámetros de extrapolación a partir de la señal decodificada pasada. Este necesita tradicionalmente unos análisis de correlación a corto plazo (LPC) y a largo plazo (LTP) , y eventualmente la clasificación de la señal (sonora, sorda, explosiva, etc.) lo que aumenta de manera considerable la carga computacional. Estos análisis se describen, por ejemplo, en el documento titulado “Method of packet errors cancellation suitable for any speech and sound compression scheme” de B. KOVESI y D. Massaloux, en ISIVC-2004, International Symposium on Image/Video Communications over fixed and mobile networks, julio de 2004. De acuerdo con la técnica que se ha descrito, el procedimiento de ocultación de una trama borrada consiste, por lo tanto, en una primera parte de análisis y una segunda parte de extrapolación que produce unas muestras faltantes de la señal correspondiente a la trama borrada.

No obstante, para los borrados consecutivos estos análisis solo se hacen una única vez, en la primera trama borrada, a continuación los parámetros estimados de este modo (eventualmente atenuados ligeramente según la longitud de borrado) se utilizan durante toda la duración de la extrapolación.

En otras palabras, este aumento de carga computacional debido a los análisis... [Seguir leyendo]

1. Procedimiento de ocultación de errores de transmisión en una señal digital dividida en una multitud de tramas temporales sucesivas en el cual, en la recepción, la señal es susceptible de comprender unas tramas borradas y 5 unas tramas válidas, y para sustituir al menos la primera trama borrada (N) después de una trama válida, se realizan al menos dos etapas, una primera etapa (E1) de preparación que no produce ninguna muestra faltante y que comprende al menos un análisis de una señal decodificada válida para estimar unos parámetros de ocultación, y una segunda etapa (E2) de ocultación que produce las muestras faltantes de la señal correspondiente a dicha trama borrada por medio de unos parámetros estimados, que se caracteriza porque la carga computacional del proceso de

ocultación de tramas borradas se divide al realizar las etapas que constituyen el proceso de ocultación de tramas borradas en unos intervalos temporales diferentes, la primera etapa realizándose en el intervalo temporal reservado para el tratamiento de una primera trama y la segunda etapa realizándose en el intervalo temporal reservado para el tratamiento de una segunda trama sucesiva a la primera trama.

2. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1, que se caracteriza porque la etapa de preparación se realiza para cualquier trama decodificada válida en previsión de una potencial trama borrada y la etapa de ocultación se realiza en el intervalo temporal reservado para el tratamiento de la trama borrada.

3. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1, que se caracteriza porque la etapa de preparación se realiza en

el intervalo temporal reservado para el tratamiento de la trama borrada y la etapa de ocultación se realiza en un intervalo temporal reservado para el tratamiento de la trama que sucede a la trama borrada.

4. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 3, que se caracteriza porque este se lleva a cabo durante la decodificación de una primera banda de frecuencia en un sistema de decodificación que comprende una

decodificación en una primera banda de frecuencia y una decodificación en una segunda banda de frecuencia, la decodificación de una trama temporal de señal comprendiendo un retardo temporal en la segunda banda de frecuencia con respecto a la decodificación de esta misma trama temporal en la primera banda de frecuencia.

5. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 4, que se caracteriza porque la primera banda de frecuencia

corresponde a la banda baja de una decodificación de tipo G.711 WB y la segunda banda de frecuencia corresponde a la banda alta de una decodificación de tipo G.711 WB.

6. Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 5, que se caracteriza porque la etapa de preparación comprende una etapa de análisis LPC y una etapa de análisis LTP, y la etapa de ocultación comprende

una etapa de cálculo de una señal residual LPC, una etapa de clasificación y una etapa de extrapolación de las muestras faltantes.

7. Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 5, que se caracteriza porque la etapa de preparación comprende una etapa de análisis LPC, una etapa de análisis LTP y una etapa de cálculo de una señal

residual LPC, y la etapa de ocultación comprende una etapa de clasificación y una etapa de extrapolación de muestras faltantes.

8. Dispositivo de ocultación de errores de transmisión en una señal digital dividida en una multitud de tramas temporales sucesivas que comprende unos dispositivos de preparación que no producen ninguna muestra faltante y 45 que comprende al menos unos dispositivos de análisis de una señal decodificada válida para estimar unos parámetros de ocultación y unos dispositivos de ocultación que producen las muestras faltantes de la señal correspondiente a una trama borrada por medio de unos parámetros estimados, que se caracteriza porque dichos dispositivos de preparación se aplican en el intervalo temporal reservado para el tratamiento de una primera trama y dichos dispositivos de ocultación se aplican en el intervalo temporal reservado para el tratamiento de una segunda

50 trama sucesiva a la primera trama, para distribuir la carga computacional del proceso de ocultación de tramas borradas.

9. Decodificador de señal digital que se caracteriza porque comprende un dispositivo de ocultación de errores de

transmisión de acuerdo con la reivindicación 8. 55

10. Programa informático destinado a almacenarse en una memoria de un dispositivo de ocultación de errores de transmisión, que se caracteriza porque comprende unas instrucciones de código para la puesta en marcha de las etapas del procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 7, cuando lo ejecuta un procesador de dicho dispositivo de ocultación de errores de transmisión.