Cap´ıtulo
5.4.2 Sistema de Compress˜ ao de ´ Audio
O AAC (Advanced Audio Coding) ´e um padr˜ao de codifica¸c˜ao de ´audio propriet´ario para compress˜ao de ´audio digital com perdas. Projetado para ser o sucessor do formato MP3 (MPEG-1 Audio Layer III), o AAC segue essencialmente os mesmos padr˜oes base de co- difica¸c˜ao que o MP3, onde s˜ao utilizadas duas principais estrat´egias para reduzir drastica- mente a quantidade de dados necess´arios para representar ´audio digital de alta qualidade: descartar componentes do sinal perceptualmente irrelevantes e eliminar as redundˆancias na codifica¸c˜ao de ´audio. Ele tamb´em utiliza novas ferramentas de codifica¸c˜ao de forma a conseguir taxas de transmiss˜ao mais baixas, por´em mantendo a qualidade [91].
- Main Profile: utiliza todas as ferramentas dispon´ıveis, necessitando de muita me- m´oria e capacidade de processamento para atingir uma qualidade elevada;
- LC (Low Complexity): Modo simples e muito utilizado para diminuir significativa- mente o uso da mem´oria e do processamento, embora com menor qualidade final e taxa de compress˜ao;
- SSR (Scalable Sample Rate): O ´audio ´e dividido em 4 bandas de frequˆencia discreta, adaptando-se a diversas larguras de banda. Este modo tem menor complexidade; - LTP (Long Term Prediction): Modo semelhante ao Main Profile, mas com baixa
complexidade. Utiliza forward predition.
HE-AAC
O HE-AAC (High-Efficiency Advanced Audio Coding) ´e uma extens˜ao do Low Complexity AAC (AAC LC) otimizada para aplica¸c˜oes de baixa taxa de bits, como streaming de ´audio. Perfil HE-AAC vers˜ao 1 (HE-AAC v1): utiliza SBR (Spectral Band Replication) Pelo fato da percep¸c˜ao auditiva humana ser mais sens´ıvel a baixas frequˆencias, o SBR n˜ao transmite a parte alta do espectro de frequˆencias. Ela ´e regenerada pelo deco- dificador com base na transposi¸c˜ao das frequˆencias baixas e um conjunto de parˆametros que estimam o envelope espectral [95], como se pode ver nas Figuras 5.6 e 5.7.
Figura 5.6: Exemplo de limita¸c˜ao de banda em um sinal t´ıpico [92].
Figura 5.7: Regenera¸c˜ao das frequˆencias altas [92].
Perfil HE-AAC vers˜ao 2 (HE-AACC v2): utiliza SBR com PS (Parametric Stereo)
O PS ´e uma t´ecnica eficiente que codifica um sinal est´ereo em duas componentes: uma componente monof´asica e outra com os parˆametros est´ereo do sinal. ´E um recurso utilizado para aumentar a eficiˆencia em larguras de bandas baixas em m´ıdia est´ereo [95]. O sinal monof´asico ´e codificado usando um codificador de ´audio mono e os parˆa- metros est´ereo s˜ao quantizados e codificados. Logo os dois s˜ao misturados e enviados por um fluxo de bits, como pode ser visto nas Figuras 5.8a e 5.8b.
(a) Codificador PS [95]. (b) Decodificador PS [95].
Perfis e N´ıveis
Os n´ıveis dos perfis podem ser determinados de acordo com o n´umero de canais e as frequˆencias de amostragem. Quatro n´ıveis foram definidos [96]:
Na Figura 5.9, temos uma estrutura hier´arquica do perfil AAC, perfil HE-AAC e perfil HE-AAC v2 quanto a compatibilidade entre eles. O decodificador do perfil HE- AAC ´e totalmente capaz de decodificar qualquer fluxo de perfil AAC. Da mesma forma, o decodificador HE-AAC v2 pode manipular todos os fluxos do perfil HE-AAC, bem como todos os fluxos do perfil AAC. ´E baseado na especifica¸c˜ao t´ecnica MPEG-4 Part 3 [97].
Figura 5.9: Estrutura Hier´arquica [98].
Na Figura 5.10, temos indicadas as faixas t´ıpicas para uso dos codificadores MPEG- 4 HE-AAC v2, MPEG-4 HE-AAC e MPEG-4 AAC na codifica¸c˜ao de sinais est´ereo.
Figura 5.10: Taxas de codifica¸c˜ao informativas [99].
Nas Tabelas 5.6 e 5.7, temos os principais parˆametros de ´audio utilizados no SBTVD.
Tabela 5.6: Principais parˆametros do sistema de codifica¸c˜ao de ´audio – Servi¸co full-seg [100].
Parˆametro Restri¸c˜ao
Mecanismos de
transporte permitidos LATM/LOAS, (conforme ISO/IEC 14496-3)
N´umeros de canais
recomendados Mono (1.0), 2 canais (est´ereo ou 2.0), ou multicanal (5.1)
Perfis e n´ıveis permitidos
Low complexity AAC: n´ıvel 2 (LC-AAC@L2) para dois canais Low complexity AAC : n´ıvel 4 (LC-AAC@L4) para multicanal High Efficiency (HE): n´ıvel 2 (HE-AAC v1@L2) para dois canais High Efficiency (HE): n´ıvel 4 (HE-AAC v1@L4) para multicanal Taxa m´axima de bits
permitida Conforme ISO/IEC 14496-3
Amostras por quadro
frameLengthFlag em GASpecificConfig() deve ter valor 0, indicando que a extens˜ao do quadro deve ser de 1024 amostras para AAC e 2048 quando usando SBR. 960 amostras para AAC
N´umero m´aximo de
canais codificados 2 canais por fluxo de bits (est´ereo ou 2 canais monaurais) Taxa m´axima de bits
permitida Conforme ISO/IEC 14496-3
5.5
Multiplex
Sua fun¸c˜ao ´e receber as sequˆencias elementares de bits geradas pelos codificadores de aplica¸c˜oes dos diferentes subsistemas (v´ıdeo, ´audio, dados auxiliares, etc) e, atrav´es da multiplexa¸c˜ao, gerar em sua sa´ıda uma sequˆencia ´unica de pacotes, cujo formato ´e definido pelo padr˜ao MPEG-2 Systems. No receptor, ´e respons´avel pela recupera¸c˜ao do fluxo de transporte ´unico e sua decomposi¸c˜ao nos diversos elementos de programa que ser˜ao entregues aos decodificadores.
Na Figura 5.11, temos o diagrama de um sistema de multiplexa¸c˜ao utilizado no padr˜ao SBTVD. Ele faz a jun¸c˜ao dos fluxos de ´audio e v´ıdeo, que foram codificados no encoder (Se¸c˜ao 5.4), com o fluxo de dados vinculados, que s˜ao os dados relativos a legendas, informa¸c˜oes adicionais e quaisquer tipos de dados que possam acompanhar a transmiss˜ao do sinal de TV.
Figura 5.11: Estrutura Multiplexa¸c˜ao [101].
Esses dados chegam ao mux empacotados - PES (Packtized Elementary Streams) -, que por sua vez multiplexa as informa¸c˜oes e cria um fluxo TS para o segundo n´ıvel de multiplexa¸c˜ao, para fazer a multiplexa¸c˜ao de outros TSs, como por exemplo programas codificados em HD, SD ou LD (Low-definition), este ´ultimo voltado para dispositivos m´oveis [102].
O bloco codificador de dados apresenta duas possibilidades de mecanismos de trans- porte, que s˜ao o Carrossel e o Encapsulamento Multiprotocolo - MPE (Multiprotocol En- capsulation).
Os mecanismos de transporte s˜ao respons´aveis pela sua confiabilidade e pela frag- menta¸c˜ao e recomposi¸c˜ao dos dados, al´em de suportarem detec¸c˜ao de erros atrav´es do endere¸camento dos mesmos.
Os carross´eis s˜ao projetados para a transmiss˜ao peri´odica de informa¸c˜ao sobre um fluxo TS, de modo que um servidor de aplica¸c˜oes de um sistema de difus˜ao de dados apre- sente, de forma c´ıclica, um conjunto de dados a um decodificador, repetindo o conte´udo do carrossel uma ou mais vezes, como pode ser visto na Figura 5.12.
Figura 5.12: Carrosel de Dados [101].
Se uma aplica¸c˜ao necessitar de um dado particular do carrossel, o decodificador dever´a esperar a pr´oxima vez em que os dados pedidos ser˜ao transmitidos.
H´a dois tipos de carross´eis [101]:
- Carross´eis de dados - contˆem somente dados cujo conte´udo n˜ao ´e especificado ou identific´avel, cabendo ao receptor alvo saber como tratar os dados que recebe, como atualiza¸c˜ao remota do firmware do Set-Top Box (STB).
- Carross´eis de objeto - ´E utilizado para a¸c˜oes do usu´ario que requerem identi- fica¸c˜ao do dado a ser acessado, tais como imagens, arquivos de texto ou arquivos execut´aveis da aplica¸c˜ao, a partir de uma lista de diret´orios de todos os objetos do carrossel. Entre os servi¸cos que utilizam o Carrosel de Objetos podemos citar o EPG (Guia Eletrˆonico de Programa¸c˜ao), servi¸cos de compra e envio de aplica¸c˜oes e jogos.
Os dois tipos de carrossel utilizam a estrutura DSM-CC (Digital Storage Media – Com- mand and Control ) para transmiss˜ao [103].
J´a o MPE permite que um datagrama de qualquer protocolo de comunica¸c˜ao seja transmitido na se¸c˜ao de uma tabela privada DSM-CC sobre um fluxo de transporte (TS) atrav´es do seu mapeamento em uma estrutura espec´ıfica definida no padr˜ao MPEG-2 Systems.
Essas informa¸c˜oes advindas do bloco Codificador de Dados s˜ao multiplexadas e seguem em um fluxo TS para a pr´oxima estrutura, o modulador (Se¸c˜ao 5.6), que vai realizar a codifica¸c˜ao de canal.