Nouvelles techniques de quantification vectorielle algébrique basées sur le codage de Voronoi : application au codage AMR-WB+

L'objet de cette thèse est l'étude de la quantification (vectorielle) par réseau de points et de son application au modèle de codage audio ACELP/TCX multi-mode. Le modèle ACELP/TCX constitue une solution possible au problème du codage audio universel---par codage universel, on entend la représentation unifiée de bonne qualité des signaux de parole et de musique à différents débits et fréquences d'échantillonnage. On considère ici comme applications la quantification des coefficients de prédiction linéaire et surtout le codage par transformée au sein du modèle TCX; l'application au codage TCX a un fort intérêt pratique, car le modèle TCX conditionne en grande partie le caractère universel du codage ACELP/TCX. La quantification par réseau de points est une technique de quantification par contrainte, exploitant la structure linéaire des réseaux réguliers. Elle a toujours été considérée, par rapport à la quantification vectorielle non structurée, comme une technique prometteuse du fait de sa complexité réduite (en stockage et quantité de calculs). On montre ici qu'elle possède d'autres avantages importants: elle rend possible la construction de codes efficaces en dimension relativement élevée et à débit arbitrairement élevé, adaptés au codage multi-débit (par transformée ou autre); en outre, elle permet de ramener la distorsion à la seule erreur granulaire au prix d'un codage à débit variable. Plusieurs techniques de quantification par réseau de points sont présentées dans cette thèse. Elles sont toutes élaborées à partir du codage de Voronoï. Le codage de Voronoï quasi-ellipsoïdal est adapté au codage d'une source gaussienne vectorielle dans le contexte du codage paramétrique de coefficients de prédiction linéaire à l'aide d'un modèle de mélange gaussien. La quantification vectorielle multi-débit par extension de Voronoï ou par codage de Voronoï à troncature adaptative est adaptée au codage audio par transformée multi-débit. L'application de la quantification vectorielle multi-débit au codage TCX est plus particulièrement étudiée. Une nouvelle technique de codage algébrique de la cible TCX est ainsi conçue à partir du principe d'allocation des bits par remplissage inverse des eaux

Survey of error concealment schemes for real-time audio transmission systems

This thesis presents an overview of the main strategies employed for error detection and error concealment in different real-time transmission systems for digital audio. The “Adaptive Differential Pulse-Code Modulation (ADPCM)”, the “Audio Processing Technology Apt-x100”, the “Extended Adaptive Multi-Rate Wideband (AMR-WB+)”, the “Advanced Audio Coding (AAC)”, the “MPEG-1 Audio Layer II (MP2)”, the “MPEG-1 Audio Layer III (MP3)” and finally the “Adaptive Transform Coder 3 (AC3)” are considered. As an example of error management, a simulation of the AMR-WB+ codec is included. The simulation allows an evaluation of the mechanisms included in the codec definition and enables also an evaluation of the different bit error sensitivities of the encoded audio payload.Ingeniería Técnica en Telemátic

Codage large bande de la parole par encapsulation du codeur itu G-729 (CS-ACELP)

Les technologies modernes en codage numérique de la parole ont atteint un niveau de qualité qui permet de répondre à un grand nombre de besoins.Les communications téléphoniques en bande réduite peuvent ainsi être traitées sans difficulté avec un débit de 8 Kb/s (G.729). Le codage audio de haute qualité (CD) peut être compressé à des débits aussi faibles que 64 Kb/s. À un niveau intermédiaire, le codage large bande est satisfaisant pour un débit de 16 à 24 Kb/s. Le développement des applications multimédia sur l'Internet ainsi que les systèmes de conférence téléphonique feraient bon usage d'un système adaptatif permettant de régler le niveau de qualité du codage selon le débit disponible. Cette étude propose une solution destinée à répondre à ce besoin. Le projet qui va être décrit présente un système de codage encastré permettant d'offrir deux niveaux de qualité bande étroite/bande réduite pour les transmissions de parole. On utilise pour cela un codeur déjà normalisé, soit la norme G.729, que l'on cherche à encapsuler en un codeur large bande. Le débit du codeur de moins bonne qualité est celui du G.729. Pour la qualité supérieure, on reprend le débit de départ que l'on complète à 16 Kb/s à l'aide d'un second canal à 8 Kb/s

Encodage entropique des indices binaires d'un quantificateur algébrique encastré

Ce mémoire propose un algorithme de compression sans perte des indices binaires d'un quantificateur algébrique encastré utilisé par le codec AMR-WB+ pour encoder certaines des trames d'un signal audio. Une étude détaillée des statistiques a été menée dans le but de développer un algorithme efficace de compression et réduire par conséquent la longueur moyenne du code binaire utilisé par le codec AMR-WB+. En se basant sur cette étude des statistiques, deux techniques ont été combinées : l'encodage par plage et l'encodage par contexte qui se sont montrés très efficaces pour estimer les probabilités des différents indices. En utilisant l'encodage arithmétique en version entière pour générer le code binaire, l'algorithme proposé permet de réduire sans perte jusqu'à 10% de la longueur du code utilisé par le AMR-WB+ tout en respectant la contrainte d'une application temps réel destinée à des terminaux GSM

L'hexacode, le code de Golay et le réseau de Leech construction, décodage, application en quantification

Ce mémoire traite spécifiquement de l'utilisation du code quaternaire [6,3,4], l' hexacode , en quantification vectorielle. Celui-ci permet de construire et surtout de décoder très efficacement le code de Golay binaire étendu [24,12,8] et le réseau de Leech tourné R ? 24 . Ces objets sont exceptionnels; ils servent tout particulièrement de base de comparaison dans l'étude des algorithmes de décodage algébrique. Le sujet est inspiré de travaux de recherche sur le codage de canal et la modulation codée, mais les résultats sont appliqués ici à la quantification uniquement. Les algorithmes proposés dans la littérature (à distance minimale et à distance bornée) sont détaillés; de nouveaux al gorithmes, fondés sur une recherche en profondeur d'abord, sont proposés. Les algorithmes de décodage algébrique sont appliqués à la quantification d'une source gaussienne sans mémoire . En effet, de par la dualité source-canal, ce qui est décodage au sens du canal peut servir au codage au sens de la source. Il ressort qu'en 24 dimensions le décodage algébrique sous-optimal offre un meilleur compromis entre performance et complexité que le décodage algébrique à distance minimale. Ce résultat incite donc à explorer les dimensions élévées de quantification au moyen de techniques algébriques et d'algorithmes de décodage sous-optimaux

Amélioration de codecs audio standardisés avec maintien de l'interopérabilité

Résumé : L’audio numérique s’est déployé de façon phénoménale au cours des dernières décennies, notamment grâce à l’établissement de standards internationaux. En revanche, l’imposition de normes introduit forcément une certaine rigidité qui peut constituer un frein à l’amélioration des technologies déjà déployées et pousser vers une multiplication de nouveaux standards. Cette thèse établit que les codecs existants peuvent être davantage valorisés en améliorant leur qualité ou leur débit, même à l’intérieur du cadre rigide posé par les standards établis. Trois volets sont étudiés, soit le rehaussement à l’encodeur, au décodeur et au niveau du train binaire. Dans tous les cas, la compatibilité est préservée avec les éléments existants. Ainsi, il est démontré que le signal audio peut être amélioré au décodeur sans transmettre de nouvelles informations, qu’un encodeur peut produire un signal amélioré sans ajout au décodeur et qu’un train binaire peut être mieux optimisé pour une nouvelle application. En particulier, cette thèse démontre que même un standard déployé depuis plusieurs décennies comme le G.711 a le potentiel d’être significativement amélioré à postériori, servant même de cœur à un nouveau standard de codage par couches qui devait préserver cette compatibilité. Ensuite, les travaux menés mettent en lumière que la qualité subjective et même objective d’un décodeur AAC (Advanced Audio Coding) peut être améliorée sans l’ajout d’information supplémentaire de la part de l’encodeur. Ces résultats ouvrent la voie à davantage de recherches sur les traitements qui exploitent une connaissance des limites des modèles de codage employés. Enfin, cette thèse établit que le train binaire à débit fixe de l’AMR WB+ (Extended Adaptive Multi-Rate Wideband) peut être compressé davantage pour le cas des applications à débit variable. Cela démontre qu’il est profitable d’adapter un codec au contexte dans lequel il est employé.Abstract : Digital audio applications have grown exponentially during the last decades, in good part because of the establishment of international standards. However, imposing such norms necessarily introduces hurdles that can impede the improvement of technologies that have already been deployed, potentially leading to a proliferation of new standards. This thesis shows that existent coders can be better exploited by improving their quality or their bitrate, even within the rigid constraints posed by established standards. Three aspects are studied, being the enhancement of the encoder, the decoder and the bit stream. In every case, the compatibility with the other elements of the existent coder is maintained. Thus, it is shown that the audio signal can be improved at the decoder without transmitting new information, that an encoder can produce an improved signal without modifying its decoder, and that a bit stream can be optimized for a new application. In particular, this thesis shows that even a standard like G.711, which has been deployed for decades, has the potential to be significantly improved after the fact. This contribution has even served as the core for a new standard embedded coder that had to maintain that compatibility. It is also shown that the subjective and objective audio quality of the AAC (Advanced Audio Coding) decoder can be improved, without adding any extra information from the encoder, by better exploiting the knowledge of the coder model’s limitations. Finally, it is shown that the fixed rate bit stream of the AMR-WB+ (Extended Adaptive Multi-Rate Wideband) can be compressed more efficiently when considering a variable bit rate scenario, showing the need to adapt a coder to its use case