Codificación de entropía con libros de código compactos.

Codificador para codificar valores de entrada, que comprende:

un codificador diferencial destinado a codificar de manera diferencial los valores de entrada,

para obtener una representación codificada de manera diferencial de los valores de entrada como valores de información, estando los valores de información centrados alrededor de cero, de manera que se obtengan los valores de información con mismo valor absoluto con signos diferentes;

un agrupador (102) destinado a agrupar un primer valor de información a y un segundo valor de información b, para obtener una tupla (134a, 134b, 134c) según un orden de tupla;

un generador de información de código (104) destinado a generar un código de sufijo y una palabra de código para la tupla con ayuda de una regla de codificación, donde el código de sufijo comprende una información de orden que indica el orden de los valores de información absolutos en la tupla y una información de signo para la tupla que indica una combinación de signos de los valores de información en la tupla, en el que la regla de codificación es tal que para cada tupla en el que el valor absoluto del primer valor de información es |a| y el valor absoluto del segundo valor de información es |b|, la palabra de código sea una primera palabra de código atribuida a la tupla +|a|, +|b|, a la tupla +|b|, +|a|, a la tupla -|a|, -|b| y a la tupla -|b|, -|a|, y la palabra de código sea una segunda palabra de código atribuida a la tupla +|a|, -|b|, a la tupla -|b|, +|a|, a la tupla -|a|, +|b| y a la tupla +|b|, -|a|, donde la primera palabra de código es diferente de la segunda palabra de código;

y una interfaz de salida (124) destinada a dar como salida la palabra de código y, en asociación, el código de sufijo.

Codificación de entropía con libros de código compactos.

Antecedentes de la invención [0001] La presente invención se refiere a codificación/descodificación de valores de información y en particular a codificación de entropía, que utiliza libros de códigos compactos para generar un código eficiente.

Antecedentes de la Invención y Técnica Previa [0002] En los últimos tiempos, la técnica de reproducción de audio de múltiples canales se está volviendo cada vez más importante. Esto puede deberse al hecho de que técnicas de compresión/codificación de audio tales como la técnica mp3 bien conocida, han hecho posible distribuir grabaciones de audio por Internet u otros canales de transmisión que tienen un ancho de banda limitado. La técnica de codificación mp3 se ha vuelto tan famosa debido al hecho de que permite distribución de todos los registros en un formato estéreo, es decir una representación digital del registro de audio incluyendo un primer canal de estéreo o izquierdo y un segundo canal de estéreo o derecho.

Sin embargo, hay desventajas básicas de los sistemas de sonido de dos canales convencionales. Por lo tanto, se ha desarrollado la técnica de expansión de imagen espacial de audio a dos o tres dimensiones. Una representación de expansión de imagen espacial de audio a o tres dimensiones de múltiples canales recomendada incluye, además de los dos canales en estéreo L y R, un canal central adicional C y dos canales de expansión de imagen espacial Ls, Rs. Este formato de sonido de referencia también es referido como estéreo tres/dos, que significa tres canales frontales y dos canales de expansión de imagen espacial. En general, se requieren cinco canales de transmisión. En un ambiente de reproducción, se requieren al menos cinco bocinas en cinco sitios decentes para obtener un punto ideal u óptimo a una cierta distancia de las cinco bocinas bien colocadas.

Se conocen varias técnicas en la especialidad para reducir la cantidad de datos requeridos para transmisión de una señal de audio de múltiples canales. Estas técnicas se denominan técnicas estéreo conjuntas. Para este objetivo, se hace referencia a la Figura 9, que muestra un dispositivo de estéreo conjunto 60. Este dispositivo puede ser un dispositivo que implementa por ejemplo estéreo de intensidad (IS = intensity stereo) o codificación de datos binaural (BCC = binaural cue coding) . Dicho dispositivo en general recibe-como alimentación-al menos dos canales (CH1, CH2, … CHn) , y envía de salida al menos a un solo canal portador y datos paramétricos. Los datos paramétricos se definen de manera tal que, en un descodificador, puede calcularse una aproximación de un canal

original (CH1, CH2, … CHn) .

Normalmente, el canal portador incluirá muestras de sub-banda, coeficientes espectrales, muestras de dominio de tiempo, etc., que proporcionan una representación comparativamente fina de la señal subyacente, mientras que los datos paramétricos no incluye estas muestras de coeficientes espectrales pero incluyen parámetros de control para un cierto algoritmo de reconstrucción tal como ponderación por multiplicación, desplazamiento de tiempo, desplazamiento de frecuencia, desplazamiento de fase, etc. Los datos paramétricos por lo tanto incluyen sólo una representación comparativamente tosca de la señal o el canal asociado. Dicho en números, la cantidad de datos requeridos por un canal portador estará el rango de 60 – 70 kbit/s, mientras que la cantidad de datos requeridos por la información de lado paramétricos para un canal típicamente estará el rango de 1, 5 – 2, 5 kbit/s. Un ejemplo de datos paramétricos son los factores de escala bien conocidos, información de intensidad estéreo o parámetros de datos binaurales como se describirá a continuación.

La técnica BCC por ejemplo se describe en el documento de la convención AES 5574 "Binaural Cue Coding applied to Stereo and Multi-Channel Audio Compression", C. Faller, F. Baumgarte, Mayo 2002, Munich, en el documento IEEE WASPAA Paper "Efficient representation of spatial audio using perceptual parametrization", octubre 2001, Mohonk, NY, en "Binaural cue coding applied to audio compression with flexible ren-dering", C. Faller y F. Baumgarte, AES 113th Convention, Los Angeles, Pre-impresión 5686, octubre 2002 y en "Binaural cue coding – Part

II: Schemes and applications", C. Faller y F. Baumgarte, IEEE Trans. on Speech and Audio Proc., volume level. 11, no 6, nov. 2003.

En codificación BCC, una cantidad de canales de alimentación de audio se convierten a una representación espectral utilizando una transformadora basada en transformado Fourier discreta (DFT = Discrete Fourier Transform) con ventanas superpuestas. El espectro uniforme resultante se divide en dos separaciones no superpuestas. Cada separación aproximadamente tienen un ancho de banda proporcional al ancho de banda rectangular equivalente (ERB = equivalent rectangular bandwidth) . Los parámetros BCC se estiman entonces entre dos canales por cada separación. Estos parámetros BCC normalmente están dados para cada canal respecto a un canal de referencia y además se cuantifican. Los parámetros transmitidos finalmente se calculan de acuerdo con las fórmulas predeterminadas (codificadas) , que también pueden depender de separaciones específicas de la señal a procesar.

Una cantidad de parámetros BCC existen. El parámetro ICLD, por ejemplo describe la diferencia (proporción) de las energías contenidas en 2 canales comparados. El parámetro coherencia/correlación entre canales (ICC = inter-channel coherence/correlation) describe la correlación entre los dos canales, que puede comprenderse como la similaridad de las formas de onda de los canales. El parámetro diferencia de tiempo entre canales (ICTD = interchannel time difference) describe un desplazamiento de tiempo global entre los dos canales mientras que el parámetro diferencia de fase entre canales (IPD = inter-channel phase difference) describe lo mismo respecto a las fases de las señales.

Se deberá estar al tanto de que, en un procesamiento a manera de cuadros de una señal de audio, el análisis BCC también se realiza a manera de cuadros, es decir variando en tiempo y también variando a manera de frecuencia. Esto significa que, para cada banda espectral, los parámetros BCC se obtienen individualmente. Esto además significa que, en el caso de que un banco de filtros de audio descompone la señal de alimentación por ejemplo en 32 señales de paso de banda, un bloque de análisis BCC obtiene un conjunto de parámetros BCC para cada una de las 32 bandas.

Una técnica relacionada, también conocida como estéreo paramétrico se describe en J. Breebaart, S. van de Par, A. Kohlrausch, E. Schuijers, "High-Quality Parametric Spatial Audio Coding at Low Bitrates", AES 116th Convention, Berlin, Preimpresión 6072, mayo 2004, y en E. Schuijers, J. Breebaart, H. Purnhagen, J. Engdegard, "Low Complexity Parametric Stereo Coding", AES 116th Convention, Berlin, Preimpresión 6073, mayo 2004.

En resumen, recientes enfoques para codificación paramétrica de señales de audio de múltiples canales ("Spatial Audio Coding", "Binaural Cue Coding" (BCC) etc.) representa una señal grado de múltiples canales mediante una señal para pasar de un formato de más a menos canales (puede ser monofóniica o comprende varios canales) e información lateral paramétrica ("datos espaciales") que caracterizan su ámbito de sonido espacial percibido. Es conveniente el mantener la proporción de información lateral lo más bajo posible a fin de minimizar la información general y dejar la mayor capacidad de transmisión disponible para la codificación de las señales para pasar de un formato de más a menos canales.

Una forma de mantener la velocidad de bits baja en la información lateral es codificar sin pérdidas la información lateral de un esquema de audio aplicando por ejemplo algoritmos de codificación de entropía a la información lateral.

La codificación sin pérdidas se ha aplicado extensamente en codificación de audio general a fin de asegurar una representación compacta óptima para coeficientes espectrales cuantificados y otra información lateral. Ejemplos para esquemas y procedimientos de codificación apropiados se dan dentro de las normas ISO/IEC MPEG1 parte 3, MPEG2 parte 7 y MPEG4 parte 3.

Estas normas y por ejemplo también el documento de IEEE "Noiseless Coding of Quantized Spectral Coefficients in MPEG-2 Advanced Audio Coding", S. R. Quackenbush, J. D. Johnston, IEEE WASPAA, Mohonk, NY, octubre 1997 describe las técnicas de la especialidad que incluyen las siguientes medidas para codificar sin pérdidas parámetros cuantificados:... [Seguir leyendo]

1. Codificador para codificar valores de entrada, que comprende:

un codificador diferencial destinado a codificar de manera diferencial los valores de entrada, para obtener una representación codificada de manera diferencial de los valores de entrada como valores de información, estando los valores de información centrados alrededor de cero, de manera que se obtengan los valores de información con mismo valor absoluto con signos diferentes;

un agrupador (102) destinado a agrupar un primer valor de información a y un segundo valor de información b, para obtener una tupla (134a, 134b, 134c) según un orden de tupla;

un generador de información de código (104) destinado a generar un código de sufijo y una palabra de código para la tupla con ayuda de una regla de codificación, donde el código de sufijo comprende una información de orden que indica el orden de los valores de información absolutos en la tupla y una información de signo para la tupla que indica una combinación de signos de los valores de información en la tupla, en el que la regla de codificación es tal que para cada tupla en el que el valor absoluto del primer valor de información es |a| y el valor absoluto del segundo valor de información es |b|, la palabra de código sea una primera palabra de código atribuida a la tupla +|a|, +|b|, a la tupla +|b|, +|a|, a la tupla -|a|, -|b| y a la tupla -|b|, -|a|, y la palabra de código sea una segunda palabra de código atribuida a la tupla +|a|, -|b|, a la tupla -|b|, +|a|, a la tupla -|a|, +|b| y a la tupla +|b|, -|a|, donde la primera palabra de código es diferente de la segunda palabra de código;

y una interfaz de salida (124) destinada a dar como salida la palabra de código y, en asociación, el código de sufijo.

2. Codificador según la reivindicación 1, en el cual el generador de información de código comprende un codificador de orden (120) destinado a derivar la información de orden y un codificador de entropía (122) destinado a derivar la palabra de código con ayuda de un libro de códigos.

3. Codificador de conformidad con las reivindicaciones 1 y 2, en el que la representación diferencialmente codificada es una representación de los valores de alimentación codificados en forma diferencial en tiempo o en frecuencia.

4. Codificador de conformidad con las reivindicaciones 1 a 3, en el que los valores de información comprenden valores de información que describen un cuadro de una señal de videos o una señal de audio.

5. Codificador de conformidad con las reivindicaciones 1 a 4, en el que los valores información comprenden parámetros BCC que describen una correlación espacial entre un primer y un segundo canales de audio y en donde los parámetros BCC se eligen de la siguiente lista de parámetros BCC:

coherencia entre canales (ICC=inter-channel coherence) ,

diferencia de nivel entre canales (ICLD=inter-channel level difference) ,

diferencia de tiempo entre canales (ICTD=inter-channel time difference) ,

diferencia de fase entre canales (IPD=inter-channel phase difference) .

6. Codificador de conformidad con las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado porque la regla de codificación es tal que una codificación de valores de información resulta en una secuencia de palabras de código que tienen diferentes longitudes.

7. Descodificador para descodificar una palabra de código a partir de valores de información, que comprende:

una interfaz de entrada (202) destinada a suministrar la palabra de código para una tupla, comprendiendo la tupla un primer valor de información a y un segundo valor de información b y, en asociación, un código de sufijo, donde el código de sufijo comprende una información de orden que indica el orden de los valores de información absolutos en la tupla y una información de signo para la tupla que indica una combinación de signos de los valores de información en la tupla, en el que los valores de información están centrados alrededor de cero, de manera que se puedan producir valores de información de mismo valor absoluto con signos diferentes;

un procesador de código (222, 224, 230) destinado a derivar una tupla de una palabra de código y del código de sufijo asociado con ayuda de una regla de descodificación función de una regla de codificación utilizada para crear la palabra de código, en el que la regla de descodificación es tal que la tupla +|a|, +|b|, la tupla +|b|, +|a|, la tupla -|a|, |b| y la tupla -|b|, -|a| se deriven de una primera palabra de código, donde el valor absoluto del primer valor de información es |a| y el valor absoluto del segundo valor de información es |b|, y la tupla +|a|, -|b|, la tupla -|b|, +|a|, la tupla -|a|, +|b| y la tupla +|b|, -|a| se deriven de una segunda palabra de código diferente de la primera palabra de código;

y un descodificador diferencial destinado a descodificar de manera diferencial los valores de información representados por la palabra de código y el código de sufijo asociado, para obtener una representación descodificada de manera diferencial de los valores de información.

8. Descodificador de conformidad con la reivindicación 7, en el que el procesado de códigos incluye:

un descodificador de entropía (222) para derivar una tupla preliminar utilizando un libro de códigos asignando cada palabra de código a una tupla preliminar; y

un descodificador de orden (224) para derivar la tupla por reordenamiento de los valores de información dentro de la tupla preliminar como se indica por la información de orden.

9. Descodificador de conformidad con la reivindicación 8, en el que el descodificador de orden (224) es operativo para reordenar los valores de información de la tupla preliminar al intercambiar un primer valor de información con un segundo valor de información.

10. Descodificador de conformidad con las reivindicaciones 7 a 9, en el que la representación diferencialmente descodificada de los valores de información se descodifica diferencialmente en tiempo o en frecuencia.

11. Descodificador de conformidad con las reivindicaciones 7 a 10, en el que los valores de información comprenden valores de información que describen un cuadro de una señal de video o una señal de audio.

12. Descodificador de conformidad con las reivindicaciones 7 a 11, en el que los valores información comprenden parámetros BCC que describen una correlación espacial entre un primer y un segundo canal de audio y en donde los parámetros BCC se eligen de la siguiente lista de parámetros BCC:

coherencia entre canales (ICC=inter-channel coherence) ,

diferencia de nivel entre canales (ICLD=inter-channel level difference) ,

diferencia de tiempo entre canales (ICTD=inter-channel time difference) ,

diferencia de fase entre canales (IPD=inter-channel phase difference) .

13. Procedimiento de codificación de valores de entrada, comprendiendo el procedimiento:

codificar de manera diferencial los valores de entrada, para obtener una representación codificada de manera diferencial de los valores de entrada como valores de información, estando los valores de información centrados alrededor de cero, de manera que sean obtenidas los valores de información de mismo valor absoluto con signos diferentes;

agrupar (102) un primer valor de información a y un segundo valor de información b, para obtener una tupla según un orden de tupla;

generar (120, 130) un código de sufijo, donde el código de sufijo comprende una información de orden que indica el orden de los valores de información absolutos en la tupla y una información de signo para la tupla que indica una combinación de signos de los valores de información en la tupla;

generar (122) una palabra de código para la tupla con ayuda de una regla de codificación, en el que la regla de codificación es tal que para cada tupla donde el valor absoluto del primer valor de información es |a| y el valor absoluto del segundo valor de información es |b|, la palabra de código sea una primera palabra de código atribuida a la tupla +|a|, +|b|, a la tupla +|b|, +|a|, a la tupla -|a|, +|b| y a la tupla -|b|, -|a|, y la palabra de código sea una segunda palabra de código atribuida a la tupla +|a|, -|b|, a la tupla -|b|, +|a|, a la tupla -|a|, +|b| y a la tupla +|b|, -|a|, donde la primera palabra de código es diferente de la segunda palabra de código;

y dar como salida (124) la palabra de código y, en asociación, el código de sufijo.

14. Procedimiento de descodificación de palabras de código a partir de valores de información, comprendiendo el procedimiento:

suministrar (202) la palabra de código para una tupla, comprendiendo la tupla un primer valor de información a y un segundo valor de información b y, en asociación, un código de sufijo, donde el código de sufijo comprende una información de orden que indica el orden de los valores de información absolutos en la tupla y una información de signo para la tupla que indica una combinación de signos de los valores de información en la tupla, en el que los valores de información están centrados alrededor de cero, de manera que se puedan producir valores de información de mismo valor absoluto con signos diferentes;

derivar (222, 224, 230) una tupla de una palabra de código y del código de sufijo asociado con ayuda de una regla de descodificación función de una regla de codificación utilizada para crear la palabra de código, en el que la regla de descodificación es tal que la tupla +|a|, +|b|, la tupla +|b|, +|a|, la tupla -|a|, -|b| y la tupla -|b|, -|a| se deriven de la primera palabra de código, donde el valor absoluto del primer valor de información es |a| y el valor absoluto del segundo valor de información es |b|, y la tupla +|a|, -|b|, la tupla -|b|, +|a|, la tupla -|a|, +|b| y la tupla +|b|, -|a| se deriven de una segunda palabra de código diferente de la primera palabra de código;

desagrupar (206) la tupla representada por la palabra de código y el código de sufijo, para obtener dos valores de información;

y descodificar de manera diferencial los valores de información representados por la palabra de código y el código de sufijo, para obtener una representación descodificada de manera diferencial de los valores de información.

15. Programa de ordenador que tiene un código de programa para realizar, cuando se ejecuta en un ordenador, un procedimiento para codificar valores de entrada, comprendiendo el procedimiento:

codificar de manera diferencial los valores de entrada, para obtener una representación codificada de manera diferencial de los valores de entrada como valor de información, estando los valores de información centrados alrededor de cero, de manera que sean obtenidas los valores de información de mismo valor absoluto con signos diferentes;

agrupar (102) un primer valor de información a y un segundo valor de información b, para obtener una tupla según un orden de tupla;

generar (120, 130) un código de sufijo, donde el código de sufijo comprende una información de orden que indica el orden de los valores de información absolutos en la tupla y una información de signo para la tupla que indica una combinación de signos de los valores de información en la tupla;

generar (122) una palabra de código para la tupla con ayuda de una regla de codificación, en el que la regla de codificación es tal que para cada tupla donde el valor absoluto del primer valor de información es |a| y el valor absoluto del segundo valor de información es |b|, la palabra de código sea una primera palabra de código atribuida a la tupla +|a|, +|b|, a la tupla +|b|, +|a|, a la tupla -|a|, -|b| y a la tupla -|b|, -|a|, y la palabra de código sea una segunda palabra de código atribuida a la tupla +|a|, - |b|, a la tupla -|b|, +|a|, a la tupla -|a|, +|b| y a la tupla +|b|, -|a|, donde la primera palabra de código es diferente de la segunda palabra de código;

y dar como salida (124) la palabra de código y, en asociación, el código de sufijo.

16. Programa de ordenador que tiene un código de programa para realizar, cuando se ejecuta en un ordenador, un procedimiento de descodificación de palabras de código a partir de valores de información, comprendiendo el procedimiento:

suministrar (202) la palabra de código para una tupla, comprendiendo la tupla un primer valor de información a y un segundo valor de información b y, en asociación, un código de sufijo, donde el código de sufijo comprende una información de orden que indica el orden de los valores de información absolutos en la tupla y una información de signo para la tupla que indica una combinación de signos de los valores de información en la tupla, en el que los valores de información están centrados alrededor de cero, de manera que se puedan producir valores de información de mismo valor absoluto con signos diferentes;

derivar (222, 224, 230) una tupla de una palabra de código y del código de sufijo asociado con ayuda de una regla de descodificación función de una regla de codificación utilizada para crear la palabra de código, en el que la regla de descodificación es tal que la tupla +|a|, +|b|, la tupla +|b|, +|a|, la tupla -|a|, -|b| y la tupla -|b|, -|a| se deriven de la primera palabra de código, donde el valor absoluto del primer valor de información es |a| y el valor absoluto del segundo valor de información es |b|, y la tupla +|a|, -|b|, la tupla -|b|, +|a|, la tupla -|a|, +|b| y la tupla +|b|, -|a| se deriven de una segunda palabra de código diferente de la primera palabra de código;

desagrupar (206) la tupla representada por la palabra de código y el código de sufijo, para obtener des valores de información;

y descodificar de manera diferencial los valores de información representados por la palabra de código y el código de sufijo, para obtener una representación descodificada de manera diferencial de los valores de información.

17. Datos codificados a partir de valores de información, comprendiendo los datos codificados:

una palabra de código para una tupla que consiste en dos valores de información dispuestos en la tupla según un orden de tupla, estando la palabra de código definida por una regla de codificación, siendo los dos valores de información una representación codificada de manera diferencial de los valores de entrada, estando los valores de información centrados alrededor de cero, de manera que se puedan producir valores de información de mismo valor absoluto con signos diferentes;

en el que la regla de codificación es tal que para cada tupla donde el valor absoluto del primer valor de información es |a| y el valor absoluto del segundo valor de información es |b|, la palabra de código sea una primera palabra de código atribuida a la tupla +|a|, +|b|, a la tupla +|b|, +|a|, a la tupla -|a|, +|b| y a la tupla -|b|, -|a|, y la palabra de código sea una segunda palabra de código atribuida a la tupla +|a|, -|b|, a la tupla -|b|, +|a|, a la tupla -|a|, +|b| y a la tupla +|b|, -|a|, donde la primera palabra de código es diferente de la segunda palabra de código;

y un código de sufijo asociado a la palabra de código, indicando el código de sufijo el orden de los valores de información absolutos en la tupla y una combinación de signos para los valores de información en una tupla.

18. Datos codificados de acuerdo con la reivindicación 17, que se almacena en un medio legible por ordenador.