Brevet FR2891098A1 — publié le 20070323

Procédé et dispositif de mixage de flux audio numériques dans le domaine compressé L'invention concerne un procédé de mixage de flux audio dans le domaine compressé. En particulier, l'invention s'applique au mixage de flux audio numériques compressés selon la norme MPEG-1 sans dégradation perceptible de la qualité sonore. L'invention a encore pour objet un dispositif de mixage de flux audio numériques dans le domaine compressé, notamment selon la norme MPEG-1. Dans le domaine du multimédia et de la télévision numérique, le mélange et le mixage de flux audio numériques sont des opérations mises en oeuvre par des systèmes de mixage. Lorsque les flux audio numériques ne sont pas compressés, ces opérations peuvent être réalisées sans perte sensible de qualité par des procédés connus de mélange et de mixage. Lorsque les flux audio numériques sont compressés, par exemple lorsque les flux audio sont au format MPEG-1 ou encore AC-3, les systèmes de mixage procèdent en trois étapes successives. Dans une première étape, les flux audio numériques sont décompressés. Puis, dans une deuxième étape, les flux audio numériques décompressés sont mixés. Enfin dans une troisième étape, les flux audio numériques décompressés et mixés sont à nouveau compressés. Les procédés de compression effectuent une analyse psycho-acoustique des informations du flux audio numérique. Cette analyse a notamment pour objet d'identifier les opportunités de réduction de la quantité d'information nécessaire au codage des informations sonores du flux audio numérique. Cette analyse est fonction de l'acuité et du niveau de perception d'un auditeur moyen pour chaque fréquence du signal sonore. Les procédés de compression utilisent notamment ces informations pour compresser les flux audio numériques. Le taux de compression est ainsi augmenté en contrepartie d'une perte d'information irréversible. Les procédés de mixage dans le domaine compressé tel que mis en oeuvre dans les systèmes de mixage comporte des cycles de décompression / compression des flux audio numériques. C'est pourquoi ces systèmes de mixage dégradent sensiblement la qualité du message sonore. De plus, un cycle de décompression / compression d'un flux audio numérique nécessite une quantité importante de calcul. L'invention a notamment pour but de pallier au moins les inconvénients précités. A cet effet, l'invention a pour objet un procédé de mixage d'au moins deux flux audio numériques dans le domaine compressé. Le procédé comprend une étape où chaque échantillon sonore extrait d'une des trames des flux audio numériques reçus en entrée sont décompressés. Des paramètres relatifs à la compression propre à chaque échantillon sonore sont dans une étape d'acquisition des paramètres extraits des flux audio numériques et mémorisés. Les échantillons sonores sont ensuite mixés en un échantillon sonore mixé. L'échantillon sonore mixé est compressé en utilisant des paramètres relatifs à la compression calculés grâce aux paramètres relatifs à la compression propre à chaque échantillon sonore mémorisés à l'étape d'acquisition des paramètres. Avantageusement, les paramètres relatifs à la compression propre à chaque échantillon sonore sont des paramètres relatifs à la distribution des résolutions binaires et au facteur d'échelle de chaque échantillon sonore. Par exemple, chaque échantillon sonore mixé est compressé en utilisant des paramètres relatifs: à la résolution binaire choisie pour chaque sous bande de fréquence de manière à ce que le niveau du bruit de quantification de l'échantillon sonore mixé une fois quantifié soit inférieur au seuil de perception sonore d'un auditeur, le seuil de perception sonore d'un auditeur étant calculé à partir de la distribution des résolutions binaires mémorisées à l'étape d'acquisition des paramètres pour chaque échantillon sonore extraits des flux audio numériques reçus en entrée; au facteur d'échelle recalculé pour chaque sous-bande de fréquence en fonction de la résolution binaire choisie. En outre, un facteur d'échelle pour une sous-bande de fréquence pour un 30 échantillon sonore mixé peut être calculé : (a) en sommant les facteurs d'échelle correspondant aux échantillons sonores extraits des flux audio numériques en entrée; (b) en multipliant par un coefficient multiplicatif le résultat obtenu à l'étape (a) ; (c) en cherchant la valeur de la plus proche autorisée par la norme de compression utilisée sur l'échantillon sonore mixé majorant la valeur obtenue à l'étape (b). Le coefficient multiplicatif de l'étape (b) peut être choisi égal à l'inverse du 5 nombre de facteurs d'échelle correspondant aux échantillons sonores extraits des flux audio numériques en entrée. Avantageusement, une résolution binaire pour une sous-bande de fréquence pour un échantillon sonore mixé peut être calculée: (d) en évaluant le niveau de bruit de quantification acceptable pour le seuil calculé de perception sonore d'un auditeur calculé ; (e) en cherchant la valeur de la plus proche autorisée par la norme de compression utilisée sur l'échantillon sonore mixé permettant d'obtenir un bruit de quantification inférieure ou égal à celui déterminer à l'étape (d). Dans un mode de réalisation, les flux audio numériques sont compressés selon l'une des normes MPEG-1. Les paramètres relatifs à la distribution des résolutions binaires peuvent alors être extraits du champ résolution binaire compris dans les trames par lesquelles sont transportés les flux audio numériques. Les paramètres relatifs au facteur d'échelle peuvent être extraits du champ facteur d'échelle compris dans les trames par lesquelles sont transportés les flux audio numériques. L'invention a encore pour objet un dispositif de mixage d'au moins deux flux audio numériques dans le domaine compressé, mettant en ceuvre un procédé selon l'invention de mixage d'au moins deux flux audio numériques dans le domaine compressé. L'invention a notamment pour avantage qu'aucune nouvelle modélisation psycho-accoustique n'est nécessaire à la génération d'un flux audio numérique mixé. De plus, l'invention permet de réduire très sensiblement le temps de latence entre l'entrée des flux audio numériques et la sortie du flux audio numérique mixé. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront mieux à l'aide de la description illustrative et nullement limitative qui suit faite en regard des dessins annexés qui représentent: É la figure 1, un procédé de mixage de flux audio numériques dans le domaine compressé selon l'état de l'art; É la figure 2, un dispositif de mixage de flux audio numériques dans le domaine compressé selon l'invention; É la figure 3, les étapes d'un procédé d'encodage de données audio numériques non compressées selon la norme MPEG-1; É la figure 4, les étapes mises en oeuvre dans un procédé de mixage de 15 flux audio numériques dans le domaine compressé selon l'invention; É la figure 5, un procédé d'actualisation des facteurs d'échelle selon l'invention; É la figure 6, un procédé d'actualisation des résolutions binaire selon l'invention. La figure 1 illustre un procédé de mixage de flux audio numériques dans le domaine compressé selon l'état de l'art. Un procédé de mixage de flux audio numériques dans le domaine compressé a notamment pour objet la génération d'un flux audio numérique compressé à partir des informations sonores comprises dans plusieurs flux audio numériques compressés. La figure 1 montre un tel procédé selon l'état de l'art. Des flux audio numériques compressés 1 sont acheminés aux entrées de décodeurs 2. Les flux audio numériques compressés 1 peuvent par exemple être au format MPEG 1 Layer 1/2/3 ou encore AC-3. Les décodeurs 2 ont pour fonction de générer un flux audio numérique non compressé 3 à partir d'un flux audio numérique compressé 1. Une étape de mixage 4 génère à partir des informations sonores des flux audio numériques non compressés 3 un flux audio numérique mixé non compressé 5. Puis, le flux audio numérique mixé non compressé 5 est encodé 6, par exemple au format MPEG 1 Layer 1/2/3 ou encore AC-3. On obtient alors un flux audio numérique mixé compressé 7 en sortie. Au cours de l'étape d'encodage 6, le flux audio numérique mixé non compressé 5 est compressé notamment selon des critères psycho- accoustiques qui peuvent sensiblement différer des critères psychoaccoustiques qui ont été utilisés pour compresser les flux audio numériques compressés 1. II peut en résulter une dégradation qualitative du flux audio numérique mixé compressé 7. Cette dégradation est liée notamment à l'étape d'encodage 7. De plus, la modélisation psycho- accoustique utilisée par les encodeurs utilisés pour compresser les flux audio numériques compressés 1 n'est pas nécessairement connue et reproductible dans le temps. La figure 2 illustre un dispositif de mixage de flux audio numériques dans le domaine compressé selon l'invention. Les éléments identiques aux éléments déjà présentés portent les mêmes références. Les flux audio numériques compressés 1, au nombre de deux dans l'exemple de la figure 2, sont acheminés aux entrées d'un dispositif de mixage de flux audio numériques compressés 10 selon l'invention. Le dispositif de mixage de flux audio numériques compressés 10 génère à partir des flux audio numériques compressés 1 un flux audio numérique compressé mixé 7. Avant de décrire les étapes spécifiques au procédé de mixage de flux audio-numérique selon l'invention, on rappelle les principes d'encodages de données selon la norme MPEG-1 nécessaire à la compréhension du procédé selon l'invention. La figure 3 illustre les étapes d'un procédé d'encodage de données audio numériques selon la norme MPEG-1. La norme MPEG-1 définit notamment des moyens de compression avec perte d'informations de données audio numériques. Des données audio numériques 11 dans le domaine temporel sont transposées dans le domaine fréquentiel et découpées en plusieurs sous-bandes de fréquences à l'étape 12. Parallèlement, les données audio numériques 11 sont transmises à une étape 13 qui procède à la modélisation psycho-accoustique des données reçues. L'étape de modélisation psycho-accoustique 13 permet de repérer les informations sonores pouvant être réduites ou perdues au prix d'une baisse de qualité faiblement audible ou inaudible pour un auditeur moyen. En effet, la sensibilité de perception d'un auditeur moyen sur une gamme de son n'est pas linéaire, mais fonction de la fréquence et de l'intensité d'un son. Certaines informations sonores sont donc perçues plus aisément par l'auditeur et nécessitent donc plus de résolution dans leur codage en comparaison des informations sonores plus faiblement perçues par l'auditeur. De même, certaines informations sonores, de part leur amplitude perçue par un auditeur, masquent les informations sonores proche dans le domaine fréquentiel et temporel. L'étape de modélisation psychoaccoustique 13 tient notamment compte de ces phénomènes pour calculer le seuil de perception d'un auditeur et par extension les informations sonores pouvant être supprimées ainsi que la quantité d'information optimale pour coder une information sonore. L'étape de quantification et d'attribution binaire 14 prend en entrée pour chaque sous-bande de fréquence les données audio numériques 11 et le modèle psycho-accoustique à appliquer. L'objet de l'étape 14 est notamment la détermination du pas de quantification des données audio numériques non compressées 11 pour chaque sous-bande fréquentielle ainsi que le nombre de codes utilisés pour coder l'information sonore pour chaque sous-bande de fréquence. L'étape 15 de multiplexage et d'encodage a notamment pour fonction de coder des informations sonores en fonction des paramètres déterminés dans les étapes précédentes. Le codage des informations sonores est mis en oeuvre par des procédés d'encodage reposant sur le principe d'entropie, comme le codage d'Huffman. L'étape 15 a encore pour but de transposer le signal dans le domaine temporel. L'étape 15 encapsule dans des trames les données audio numériques ainsi compressées et génère en sortie un flux audio numérique compressé 16. La figure 4 montre les étapes mises en oeuvre dans un procédé de mixage de flux audio numériques dans le domaine compressé selon l'invention. Les éléments identiques aux éléments déjà présentés portent les mêmes références. Dans l'exemple présenté à la figure 4, les flux audio numériques compressés 1 sont compressés selon la norme MPEG-1, selon les étapes décrit à la figure 3 par exemple. Les flux audio numériques compressés 1 sont transportés dans des trames. La structure de chaque trame est définie par la norme employée pour le codage des flux audio numériques compressés 1. Dans le cas de la norme MPEG-1 une trame comporte notamment un en-tête, un code de vérification d'erreur, des échantillons sonores. Une trame à la norme MPEG-1 comporte de plus un champ dit de résolution binaire (ou selon l'expression anglo-saxonne Bit Allocation) donnant le nombre de codes alloués à chaque sous-bande de fréquence. Une trame à la norme MPEG-1 comporte aussi un champ dit de facteur d'échelle (ou selon l'expression anglo-saxonne Scale Factor) pour chaque sous-bande de fréquence, les échantillons sonores d'une sous-bande de fréquence donnée étant multipliés par un même facteur d'échelle. Dans une étape 20 du procédé selon l'invention, les informations présentes dans les trames des flux audio numériques compressés 1 sont décodées et extraites. Parmi les informations extraites, on peut notamment citer les échantillons sonores, présents sous une forme compressée. Plus particulièrement, une étape 21 d'acquisition des paramètres se charge de collecter et de mémoriser pour chaque trame de chaque flux audio numérique compressé 1 entrant les paramètres relatifs à la compression, comme par exemple les résolutions binaires et les facteurs d'échelle pour les échantillons sonores sous une forme compressée compris dans une trame donnée. A partir des paramètres relatifs à la compression acquis à l'étape 21 et des données véhiculées dans les trames décodées à l'étape 21, les échantillons sonores sous une forme compressée sont dé-quantifiées et dénormalisées dans une étape 22. Les procédés employés dans cette étape 22 de de-quantification/de-normalisation peuvent être identiques aux procédés de de-quantification/de-normalisation tels que mis en oeuvre dans un décodeur de flux audio numérique compressé. L'étape 23 de mixage génère notamment des échantillons sonores à partir des échantillons sonores dé-normalisés et dé-quantifiés produits à l'étape 22. L'étape 23 met notamment en oeuvre un procédé de mixage de données sonores. La description qui suit présente un exemple de procédé de mixage 35 tel qu'il peut être mis en oeuvre à l'étape 23. Dans le cas où l'étape 22 de mixage reçoit en entrée des échantillons sonores El extraits d'un flux audio numérique compressé FI et des échantillons sonores E2 extraits d'un flux audio numérique compressé F2, des échantillons E3 vont être générés en sortie de l'étape 23 de mixage. Un paramètre Coeff1 est affecté par configuration au flux audio numérique compressé Fi. De même, un paramètre Coeff2 est affecté par configuration au flux audio numérique compressé F2. Les paramètres Coeff1 et Coeff2 sont choisis par exemple de telle sorte que leur somme soit égale à 1. Un échantillon mixé E3 peut alors être calculé en appliquant la formule suivante: E3 = El x Coeff, + E2 x Coeff2. Les paramètres de compression relatifs aux échantillons mixés sont calculés à l'étape 24 d'actualisation des paramètres acquis à l'étape 21. Pour un échantillon sonore donné d'un flux audio numérique compressé 1, les champs de résolution binaire sont extraits et enregistrés par l'étape 21 d'acquisition des paramètres. Le seuil de perception d'un auditeur, tel qu'il a été prédit par la modélisation psycho-accoustique de l'encodeur utilisé pour compresser ledit échantillon sonore, est calculé avec une bonne précision à partir de la distribution des résolutions binaires par sous-bande fréquentielle extraites à l'étape 21. L'étape 24 d'actualisation des paramètres acquis à l'étape 21 construit, à partir de la distribution des champs de résolution binaire pour chaque échantillon mixé, un seuil de perception d'un auditeur. L'étape 24 détermine pour les échantillons sonores E3 mixés pour chaque sous-bande fréquentielle un seuil de perception d'un auditeur. Par exemple, le seuil de perception d'un auditeur calculé pour une sous-bande fréquentielle pour un échantillon E3 est choisi égal au majorant des seuils de perception des échantillons E, et E2. Pour un échantillon E3, la résolution binaire pour chaque sous-bande fréquentielle est choisie par exemple de manière à ce que le niveau du bruit de quantification résultant soit inférieur au seuil de perception de l'auditeur. Les facteurs d'échelle sont aussi recalculés pour chaque sous-bande de fréquence. La figure 5 illustre un procédé d'actualisation des facteurs d'échelle selon l'invention. Il peut notamment être mis en oeuvre dans l'étape 24 d'actualisation des paramètres. Dans une étape 30, un facteur d'échelle pour un échantillon E3 est 35 obtenu par le produit d'un facteur d'échelle FE1 de l'échantillon El, d'un facteur d'échelle FE2 de l'échantillon E2 et d'un coefficient CoeffFE. Le coefficient CoeffFE peut être choisi égal à l'inverse du nombre de facteurs d'échelle correspondant aux échantillons sonores extraits des flux audio numériques en entrée, soit % dans notre exemple comportant deux flux audio numériques. Le facteur d'échelle FE3 de l'échantillon E3 mixé peut être calculé en appliquant la formule suivante: FE3 = CoeffFE x ( FEI + FE2). Dans les trames à la norme MPEG-1, la valeur numérique du facteur d'échelle est codée par un indice. Il existe des tables de correspondance entre les indices et les valeurs numériques. La norme MPEG-1 comporte 62 indices. Après avoir déterminé la valeur numérique du facteur d'échelle FE3 de l'échantillon E3 mixé, on extrait d'une table de correspondance l'indice auquel correspond la plus petite valeur numérique majorant le facteur d'échelle FE3 de l'échantillon E3 mixé calculé à l'étape 30. La figure 6 illustre un procédé d'actualisation des résolutions binaire selon l'invention. Il peut notamment être mis en oeuvre dans l'étape 24 d'actualisation des paramètres. Dans une étape 40, pour chaque sous-bande fréquentielle d'un échantillon E3, on évalue le niveau de bruit de quantification acceptable. Dans une étape 41, on cherche la résolution binaire à appliquer à une sous-bande fréquentielle de l'échantillon E3 permettant d'obtenir un bruit de quantification inférieure ou égal à celui déterminer à l'étape 40. Les flux audio numériques présentés dans la description ci-dessus sont à la norme MPEG-1. Cependant, sans sortir du cadre de l'invention, le procédé selon l'invention est applicable à toute autre norme de compression utilisant une modélisation psycho-accoustique pour déterminer les paramètres relatifs à la compression comme la distribution des résolutions binaires. Le procédé selon l'invention peut être mis en oeuvre par le dispositif de mixage de flux audio numériques dans le domaine compressé selon l'invention, présenté notamment à la figure 2. Le dispositif de mixage de flux audio numériques dans le domaine compressé selon l'invention peut être mis en oeuvre dans tout système de mixage de flux audio numériques. Il peut être implémenter sur un matériel dédié ou encore être mis en oeuvre par un logiciel. REVENDICATIONS 1. Procédé de mixage d'au moins deux flux audio numériques (1) dans le domaine compressé, comprenant une étape où chaque échantillon sonore (El, E2) extrait (20) d'une des trames des flux audio numériques (1) reçus en entrée est décompressé, caractérisé en ce que des paramètres relatifs à la compression propre à chaque échantillon sonore (El, E2) sont dans une étape d'acquisition des paramètres (21) extraits des flux audio numériques (1) et mémorisés, lesdits échantillons sonores (El, E2) étant ensuite mixés (23) en un échantillon sonore mixé (E3), ledit échantillon sonore mixé (E3) étant compressé en utilisant des paramètres relatifs à la compression calculés grâce aux paramètres relatifs à la compression propre à chaque échantillon sonore (El, E2) mémorisés à l'étape d'acquisition des paramètres (21). 2. Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce que les paramètres relatifs à la compression propre à chaque échantillon sonore (El, E2) sont des paramètres relatifs à la distribution des résolutions binaires et au facteur d'échelle (FE1, FE2) de chaque échantillon sonore (El, E2). 3. Procédé selon la revendication 2 caractérisé en ce que chaque échantillon sonore mixé (E3) est compressé en utilisant des paramètres relatifs: à la résolution binaire choisie (24) pour chaque sous bande de fréquence de manière à ce que le niveau du bruit de quantification de l'échantillon sonore mixé (E3) une fois quantifié soit inférieur au seuil de perception sonore d'un auditeur, le seuil de perception sonore d'un auditeur étant calculé (24) à partir de la distribution des résolutions binaires mémorisées à l'étape d'acquisition des paramètres (21) pour chaque échantillon sonore (El, E2) extraits (20) des flux audio numériques (1) reçus en entrée; au facteur d'échelle (FE3) recalculé pour chaque sous-bande de 30 fréquence en fonction de la résolution binaire choisie (24). 4. Procédé selon la revendication 3 caractérisé en ce qu'un facteur d'échelle (FE3) pour une sous-bande de fréquence pour un échantillon sonore mixé est calculé : (a) en sommant (30) les facteurs d'échelle (FEI, FE2) correspondant aux échantillons sonores (El, E2) extraits des flux audio numériques (1) en entrée; (b) en multipliant (30) par un coefficient multiplicatif le résultat obtenu à 5 l'étape (a) ; (c) en cherchant (31) la valeur de la plus proche autorisée par la norme de compression utilisée sur l'échantillon sonore mixé (E3) majorant la valeur obtenue à l'étape (b). 5. Procédé selon la revendication 4 caractérisé en ce que le coefficient multiplicatif de l'étape (b) est égal à l'inverse du nombre de facteurs d'échelle (FE1, FE2) correspondant aux échantillons sonores (El, E2) extraits des flux audio numériques (1) en entrée. 6. Procédé selon l'une des quelconques revendications 3 à 5 caractérisé en ce qu'une résolution binaire pour une sous-bande de fréquence pour un échantillon sonore mixé est calculée: (d) en évaluant (40) le niveau de bruit de quantification acceptable pour le seuil calculé (24) de perception sonore d'un auditeur calculé ; (e) en cherchant (41) la valeur de la plus proche autorisée par la norme de compression utilisée sur l'échantillon sonore mixé (E3) permettant d'obtenir un bruit de quantification inférieure ou égal à celui déterminer à l'étape (d). 7. Procédé selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce que les flux audio numériques (1) sont compressés selon l'une des normes MPEG. 8. Procédé selon la revendication 7 caractérisé en ce que les paramètres relatifs à la distribution des résolutions binaires sont extraits (21) du champ résolution binaire compris dans les trames par lesquelles sont transportés les flux audio numériques (1). 9. Procédé selon l'une des quelconques revendications 7 à 8 caractérisé en 35 ce que les paramètres relatifs au facteur d'échelle sont extraits (21) du champ facteur d'échelle compris dans les trames par lesquelles sont transportés les flux audio numériques (1).