replicación de banda espectral

La replicación de banda espectral ( SBR , por sus siglas en inglés) es una tecnología para mejorar los códecs de audio o voz , especialmente a bajas tasas de bits , y se basa en la redundancia armónica en el dominio de la frecuencia.

Se puede combinar con cualquier códec de compresión de audio : el propio códec transmite las frecuencias bajas y medias del espectro, mientras que SBR replica el contenido de alta frecuencia transponiendo armónicos ascendentes de las frecuencias bajas y medias en el decodificador. ^{[ 1 ]} Se transmite información de guía para la reconstrucción de la envolvente espectral de alta frecuencia como información lateral.

Cuando es necesario, también reconstruye o mezcla de forma adaptativa información similar al ruido en bandas de frecuencia seleccionadas para replicar fielmente señales que originalmente no contenían componentes tonales o contenían muy pocos.

La idea de SBR se basa en el principio de que la parte psicoacústica del cerebro humano tiende a analizar las frecuencias más altas con menor precisión; por lo tanto, los fenómenos armónicos asociados con el proceso de replicación de la banda espectral solo necesitan ser precisos en un sentido perceptivo y no técnica o matemáticamente exactos.

Una empresa sueca , Coding Technologies (adquirida por Dolby en 2007), desarrolló y fue pionera en el uso de SBR en su códec derivado de MPEG-2 AAC llamado aacPlus, que apareció por primera vez en 2001. Este códec se presentó a MPEG y formó la base de MPEG-4 High-Efficiency AAC (HE-AAC), estandarizado en 2003. ^{[ 2 ]} Lars Liljeryd , Kristofer Kjörling y Martin Dietz recibieron el premio IEEE Masaru Ibuka de electrónica de consumo en 2013 por su trabajo en el desarrollo y la comercialización de HE-AAC. ^{[ 3 ] [ 4 ]} El método SBR de Coding Technologies también se ha utilizado con WMA 10 Professional para crear WMA 10 Pro LBR y con MP3 para crear mp3PRO .

HE-AAC, que utiliza SBR, se utiliza en sistemas de radiodifusión como DAB+ , Digital Radio Mondiale (incluido xHE-AAC ), HD Radio y XM Satellite Radio . ^{[ 5 ]}

Si el reproductor no puede utilizar la información adicional transmitida junto con los datos de audio comprimidos "normales", aún podría reproducir los datos de banda base (por ejemplo, muestreados a 22,05  kHz en lugar de 44,1  kHz) como de costumbre, lo que resultaría en un sonido apagado (ya que faltan las altas frecuencias), pero en general aceptable. Este es el caso, por ejemplo, si se reproduce un archivo mp3PRO con un software MP3 incapaz de utilizar la información SBR.

La parte CELT de Opus realiza el plegado espectral a nivel de bin MDCT, lo que la convierte en una técnica mucho menos avanzada pero con menor retardo en comparación con SBR. ^{[ 6 ]}

Dolby Digital Plus (E-AC3) realiza la Extensión Espectral (SPX). La SPX reduce los componentes de alta frecuencia a metadatos y es similar al cálculo de acoplamiento multicanal de E-AC3. ^{[ 7 ]} Dolby AC-4 amplía la técnica a la Extensión Espectral Avanzada (A-SPX), con la opción de intercalar con datos regulares, no extendidos, en el dominio del tiempo o de la frecuencia. Como resultado, la SPX se puede desactivar selectivamente para las partes difíciles. ^{[ 8 ]}

La codificación de SBR produce una señal de audio submuestreada (generalmente 2:1) e información de guía. En una publicación anterior, se describe que los datos de guía se producen mediante análisis de filtro de espejo en cuadratura (QMF) y un estimador de envolvente . ^{[ 9 ]}

La decodificación de SBR requiere transponer armónicos, un caso de estiramiento de tiempo de audio y escalado de tono . ^{[ 10 ]}

• Un enfoque tradicional comienza con pequeños intervalos de transformada discreta de Fourier (DFT), ajustes de fase, transformada inversa de Fourier discreta (IDFT) y finaliza con la suma de superposiciones. Este método es sensible a señales transitorias que pueden causar ecos, lo que requiere cierto relleno (50 % en USAC) en la DFT.
• Un enfoque más reciente es el QMF. Un único banco de filtros puede realizar una operación completa de estiramiento temporal y escalado de tono con una menor complejidad computacional.

• MPEG-4 Parte 3
• Psicoacústica
• Bandas espectrales

• SBR se explica en la página de Tecnologías de codificación de Wayback Machine (archivada el 27/12/2014) , donde se describe SBR tal como apareció en 2007 en la adquisición de Dolby.