DE69827775T2

DE69827775T2 - Tonkanalsmischung

Info

Publication number: DE69827775T2
Application number: DE69827775T
Authority: DE
Inventors: Shuichi Maeda
Original assignee: Sony Electronics Inc
Current assignee: Sony Electronics Inc
Priority date: 1997-03-21
Filing date: 1998-02-20
Publication date: 2005-12-22
Anticipated expiration: 2018-02-21
Also published as: ATE283621T1; KR20000076214A; AU6658598A; JP2001518267A; EP0968625A1; DE69827775D1; US6005948A; CN1257639A; WO1998043466A1; EP0968625B1

Description

Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft das Mischen mehrerer Kanäle von Eingangsaudiosignalen in die gleiche oder andere Anzahl von mehreren Kanälen eines Ausgangsaudiosignals.
Hintergrund der Erfindung
Seit der weitverbreiteten Einführung der Unterhaltungselektronik besteht das Bestreben, Unterhaltungselektroniksysteme näher an Live-Unterhaltung oder kommerzielle Lichtspieltheater heranzubringen. Neben anderen Verbesserungen sind Anstrengungen gemacht worden, zur Steigerung des Heimtheaterempfindens die Anzahl der Tonkanäle zu erhöhen, um eine umfangendere und überzeugendere Tonwiedergabe zu erzeugen. Dieser Trend ist zu einem nicht geringen Teil durch das Aufkommen der digitalen Signalübertragung und -speicherung, welche die zur Verfügung stehenden Möglichkeiten und Alternativen stark vermehrt haben, beschleunigt worden.
Ein neuerer Standard für digitales Audio ist als AC-3 bekannt, der von den Dolby Laboratories promulgiert und gegenwärtig für weitverbreiteten Gebrauch in Verbindung mit digitalen Fernseh- und Audioübertragungen sowie digitalen Speichermedien antizipiert wird. Der AC-3-Standard sorgt für die Ausgabe von bis zu sechs Audioinformationskanälen, insbesondere eines Left(Links)-, Right(Rechts)- und Center(Mitte)-Kanals sowie eines Left Surround(Linksumgebungs)-, Right Surround(Rechtsumgebungs)und Low Frequency Effect(Niedrigfrequenzeffekt)-Kanals von einem Speicher oder Rundfunk. Weitere Information bezüglich des AC-3-Standards kann „Digital Audio Compression (AC-3) Standard", veröffentlicht vom United States Advanced Television Systems Commitee, 20. Dezember 1995 und C. Topp et al: „AC-3: Flexible Perceptual Coding for Audio Transmission and Storage", AES 96tn Convention (Februar 1994) entnommen werden.
Wenngleich der AC-3-Standard bis zu fünf Breitbandvideoinformationskanäle plus einem einzelnen Niedrigfrequenzeffektekanal ermöglicht, kann in vielen Fällen ein gegebenes Audioprogramm weniger als fünf Breitband- und einen Niedrigfrequenzkanal aufweisen. Beispielsweise kann ein typisches älteres Stereoprogramm nur einen Links- und Rechtskanal aufweisen. Der AC-3-Standard begegnet solchen Situationen durch Definieren von 8 unterschiedlichen Audiocodierungsmoden, bekannt als „ac-modes (ac-Moden)", bei denen die fünf Breitbandkanäle mit dem AC-3-Standard kompatibel gespeichert oder übertragen werden können. (Außerdem kann das digital gespeicherte oder übertragene Programm weiter einen sechsten Niedrigfrequenzkanal aufweisen oder nicht). Die Anzahl und Natur der durch sieben der acht ac-modes bereitgestellten Breitbandkanäle sind in der folgenden Tabelle beschrieben:
Außerdem gibt es zu den in der vorhergehenden Tabelle identifizierten sieben Eingangsmoden auch einen achten Audiocodierungsmodus, der als ac-mode0 (ac-Modus0) bekannt ist. Wenn Audio im ac-mode0 empfangen wird, können, wie unten detailliert beschrieben, spezielle Ausgangsformate aufgerufen werden.
Die Anzahl von Kanälen, die bei einer speziellen Installation wiedergegeben werden können, variiert. Da viele Tonsysteme nicht mit einer vollständigen Ergänzung von Lautsprechern ausgerüstet sind, die zur Ausgabe der Kanäle, die unter AC-3 codiert werden können, fähig sind, müssen die durch ein AC-3-formatiertes Signal bereitgestellten Kanäle zur Ausgabe über weniger als einer vollständigen Ergänzung von Lautsprechern „abwärtsgemischt (downmixed)" werden.
Insbesondere wenn das Eingangssignal in ein AC-3-kompatibles Tonsystem einen der durch die obige Tabelle identifizierten ac-modes 1-7 benutzt, kann das Ausgangssignal in einem von acht Ausgangsmoden, die als „output_modes (Ausgangs_Moden)" bekannt sind, erzeugt werden. Die acht output_modes und die unter jedem mode erzeugte Anzahl und Natur der Kanäle sind in der folgenden Tabelle beschrieben.
Zusätzlich zu diesen Ausgangsmoden sind, wie oben dargelegt, spezielle Ausgangsmoden verfügbar, wenn ein Eingangssignal als ein ac-mode 0 ausgegeben wird. Insbesondere wenn die Eingabe im ac-mode 0 ausgegeben wird, wird das Ausgabeformat durch Identifizieren (a) der Anzahl von Fronlautsprechern (1, 2 oder 3), ob die Ausgabe ein Stereoformat (DUAL_STEREO), ein vom Left-Kanal abgeleitetes monophones Format (DUAL_LEFTMONO), ein vom Right-Kanal abgeleitetes monophones Format (DUAL_RIGHTMONO), oder ein von einer Mischung beider Stereokanäle abgeleitetes monophones Format (DUAL_MIXMONO) sein soll.
Für jede Kombination eines Eingangsmodus (ac-mode-Wert) und eines Ausgangsmodus (output_mode-Wert oder, im Fall eines ac-mode 0, Anzahl von Frontlautsprechern, und STEREO_MONO-Einstellungen, wie oben beschrieben), werden die Ausgangskanäle erzeugt durch Zusammenfassen von Abtastwerten bzw. Samples vom Breitbandeingangskanal in einem fünfdimensionalen Vektor i und Vormultiplizieren des Vektors i mit einer 5 × 5-Abwärtsmischungsmatrix D, um einen resultierenden fünfdimensionalen Vektor o zu bilden, der die korrespondierenden Samples der Ausgangskanäle enthält. Insbesondere ist die Abwärtsmischungsgleichung gleich o=D·i,wobei i ein fünfdimensionaler Vektor ist, der aus Samples des Left-, Center-, Right-, Left Surround- und Right Surround-Eingangskanals i_L, i_C, I_R, I_LS bzw. i_RS gebildet ist, das heißt
gilt. o ist ein fünfdimensionaler Vektor, der aus korrespondierenden Samples des Left-, Center-, Right-, Left Surrounding- und Right Surrounding-Ausgangskanals, o_L, o_C, o_R, o_LS bzw. o_RS gebildet ist, das heißt
gilt, und D eine 5 × 5-Matrix aus Herabmischungskoeffizienten ist, das heißt
gilt.
Der Leser erkennt, dass diese Matrixberechnung ein Multiplizieren jedes der Koeffizienten d.. in der Abwärtsmischungsmatrix D mit einem der Eingangskanalsamples, um ein Produkt zu bilden, beinhaltet. Diese Produkte werden dann zur Bildung von Samples des Ausgangskanals akkumuliert.
In jeder der 71 möglichen Kombinationen der von AC-3 unterstützten Eingangs- und Ausgangsmoden werden verschiedene Werte der Koeffizienten d.. in der Abwärtsmischungsmatrix D zum Abwärtsmischen benutzt. In manchen Fällen werden die Abwärtsmischungskoeffizienten d.. aus Parametern berechnet, die mit den AC-3-konformen digitalen Audiodaten gespeichert und rundfunkgesendet werden, oder Parametern, die vom Hörer eingegeben werden, berechnet. Zur Referenz beschreibt der Anhang zu dieser Anmeldung die Werte der Koeffizienten in der Abwärtsmischungsmatrix für jede der 71 erlaubten Kombinationen der Eingangs- und Ausgangsmoden.
EP-A-757 506 offenbart ein Hardware-Abwärtsmischungssystem, bei dem sechs Koeffizienten einem Hardware-Abwärtsmischer zugeführt und beim Abwärtsmischen von Eingangskanälen in Ausgangskanäle benutzt werden.
Zusammenfassung der Erfindung
Der Prozess des Multiplizierens einer 5 × 5-Abwärtsmischmatrix mit einem fünfdimensionalen Eingangsvektor zur Erzeugung eines fünfdimensionalen Ausgangsvektors ist rechnerisch intensiv bzw. aufwendig. Insbesondere benötigt eine solche Berechnung 25 Multiplizier-und-Akkumulier-Operationen (MAC-Operationen (MAC = multiply-and accumulate)). Da die Abwärtsmischungsoperation für jedes Sample im Audiosignal (das von der benutzten Abtastrate abhängig mit 32, 44,1 oder 48 kHz empfangen wird) ausgeführt werden muss, wären etwa 1,25 Millionen MAC-Operationen pro Sekunde erforderlich, die einen Prozessor belasten können, insbesondere wenn andere Operationen (beispielsweise Filterung, Dekompression usw.) gleichzeitig auszuführen sind.
Beim Durchsehen der im Anhang identifizierten Abwärtsmischungsmatrizen kann festgestellt werden, dass trotzt der breiten Mannigfaltigkeit von Koeffizientenanordnungen in den verschiedenen Abwärtsmischungsmatrizen in jeder speziellen Matrix eine beträchtliche Anzahl der Koeffizienten d.. den Wert 0 aufweisen. Demgemäss würden viele der MAC-Operationen, die bei einer Methode, wie sie beispielsweise im vorhergehenden Abschnitt beschrieben worden ist, ausgeführt würden, eine Multiplikation mit 0 beinhalten und könnten deshalb ohne irgendeine wesentliche Änderung im Resultat aus der Berechnung eliminiert werden.
Eine Alternative zur obigen Methode wäre deshalb, für jede der 71 Kombinationen der unter AC-3 unterstützten Eingangs- und Ausgangsmoden eine spezialisierte Rechenroutine zu präparieren, die nur die MAC-Operationen ausführt, bei denen die korrespondierenden Abwärtsmischungseingaben nicht 0 sind. Eine solche Methode würde durch Vermeidung aller unnötigen MAC-Operationen eine wesentliche Einsparungen in der Verarbeitungszeit realisieren.
Unglücklicherweise würde diese zweite Methode eine Kundenprogrammierung von 71 Rechenroutinen, eine für jede unterstützte Kombination von Eingangs- und Ausgangsmoden, erfordern. Dies würde einen wesentlichen Programmierungsaufwand bilden sowie in einem relativ großen Programm resultieren.
Gemäß den Prinzipien der vorliegenden Erfindung wird bei der Abwärtsmischungsberechnung eine wie in den unabhängigen Ansprüchen dargelegte dritte Methode benutzt, eine, die eine wesentliche Reduzierung der Verarbeitungszeit im Vergleich zur oben beschrieben ersten Methode erzielt, wobei nur eine Kundenprogrammierung von vier Softwareroutinen erforderlich ist.
Insbesondere stellt die Erfindung unter einem Aspekt ein Verfahren zur Abwärtsmischung bereit, bei dem die Abwärtsmischung wie bei den oben beschriebenen Methoden durch Erzeugung einer Anzahl von Abwärtsmischungskoeffizienten und Multiplizieren jedes Koeffizienten mit einem der Eingangskanäle und dann akkumulieren von Gruppen der resultierenden Produkte ausgeführt wird, um die Ausgangskanäle zu bilden. Jedoch ist das Verfahren anders als entweder die Vollberechnungsmethode (wie oben zuerst beschrieben) oder eine völlige Kundenmethode (wie oben als zweites beschrieben). Insbesondere unterscheidet sich das Verfahren von der Vollberechnungsmethode darin, dass es mehr als eine Abwärtsmischungsroutine gibt, insbesondere, dass es wenigstens zwei solche Routinen gibt, die Berechnungen unter Verwendung unterschiedlicher Kombinationen von Abwärtsmischungskoeffizienten erzeugen. Das Verfahren unterscheidet sich auch von der völligen Kundenmethode darin, dass von den Abwärtsmischungsroutinen wenigstens in manchen Fällen nullwertige Koeffizienten benutzt werden.
Bei einer offenbarten speziellen Ausführungsform gibt es vier solche Abwärtsmischungsroutinen. Für jede der 71 Kombinationen von unter AC-3 spezifizierten Eingangs- und Ausgangskanälen wird eine dieser Abwärtsmischungsroutinen ausgewählt und bei der Berechnung des Ausgangskanals benutzt. Jede der Abwärtsmischungsroutinen berechnet die Ausgangskanäle unter Verwendung einer Teilmenge der Koeffizienten der Abwärtsmischungsmatrix D, das heißt, es wird der Effizienz wegen jede Abwärtsmischungsroutine unter der Annahme geschrieben, dass einige der Koeffizienten in der Matrix D gleich null sind, und es werden die korrespondierenden Berechnungen aus dieser Abwärtsmischungsroutine fortgelassen. Aus den verschiedenen Abwärtsmischungsroutinen werden unterschiedliche Koeffizienten und Berechnungen fortgelassen, so dass es für jede Kombination von Eingangs- und Ausgangskanälen eine Abwärtsmischungsroutine gibt, die bei diesen Berechnungen wenigstens alle von den Nichtnullkoeffizienten der geeigneten Abwärtsmischungsmatrix D enthält. Bei vielen Eingangs/Ausgangs-Kombinationen ist jedoch bei den von der Abwärtsmischungsroutine ausgeführten Berechnungen wenigstens ein nullwertiger Koeffizient enthalten. Wenngleich dies in einem geringfügigen Verlust bei der Recheneffizienz resultiert, wird dieser Verlust an Effizienz durch die wesentliche Reduzierung des beim Schreiben von vier Abwärtsmischungsroutinen im Vergleich zu 71 Kundenroutinen sowie der Reduzierung der Programmgröße mehr als kompensiert.
Der erste Schritt des erfindungsgemäßen Verfahrens ist, die geeignete Abwärtsmischungsmatrix D für die laufende Eingangs/Ausgangs-Kombination zu erzeugen. Die Matrizen und ihre Berechnungsweise sind im Anhang identifiziert. Wie oben dargelegt werden in manchen Fällen die Koeffizienten der Abwärtsmischungsroutinen aus Parametern berechnet, die durch den AC-3-konformen digitalen Bitstrom, der abwärtsgemischt wird, identifiziert werden, oder alternativ (oder zusätzlich) aus Parametern, die vom Hörer identifiziert werden. Demgemäss kann dieser Schritt auch die Gewinnung der geeigneten Parameter und deren Benutzung zum Erzeugen der Abwärtsmischungsmatrix involvieren.
Der zweite Schritt des erfindungsgemäßen Verfahrens ist, die geeignete Abwärtsmischungsroutine auszuwählen, das heißt die Abwärtsmischungsroutine zu wählen, die bei ihren Berechnungen wenigstens alle Nichtnullkoeffizienten der erzeugten Abwärtsmischungsmatrix enthält.
Schließlich wird die ausgewählte Abwärtsmischungsroutine zum Berechnen von Werten der Ausgangskanäle benutzt, welche Werte dann ausgegeben werden können.
Die obigen und andere Aspekte, Aufgaben und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus den beigefügten Zeichnungen und deren Beschreibung.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die beigefügten Zeichnungen, die dieser Anmeldung beigefügt sind und einen Teil derselben bilden, stellen Ausführungsformen der Erfindung dar und dienen zusammen mit der oben gegebenen generellen Beschreibung der Erfindung und der unten gegebenen detaillierten Beschreibung der Ausführungsformen zur Erläuterung der Prinzipien der Erfindung.
1 ist ein Blockschaltbild einer Berechnungsschaltung zur Abwärtsmischung eines AC-3-kompatiblen Bitstroms zur Erzeugung mehrerer Ausgangskanäle bei der Anweisung eines Benutzers;
2 ist ein Flussdiagramm eines vor der Berechnungsschaltung nach 1 ausgeführten Abwärtsmischungsverfahrens gemäß Prinzipien der vorliegenden Erfindung; und
3 ist eine grafische Darstellung der Koeffizienten, die in den von den in 2 dargestellten vier Abwärtsmischungsroutinen enthalten sind.
Detaillierte Beschreibung spezieller Ausführungsformen
Bezugnehmend nun auf die 1 weist ein Gerät 10 zur Ausführung von Prinzipien der vorliegenden Erfindung verschiedene funktionelle Elemente auf, die auf einer digitalen Eingangsleitung 12 empfangene AC-3-codierte digitale Signale verarbeiten. Typischerweise werden die AC-3-codierten digitalen Signale in einem seriellen Format als ein Bitstrom empfangen. Es sei angenommen, dass ein solches Format empfangen wird, wenngleich gemäß Prinzipien der vorliegenden Erfindung auch andere Formate empfangen werden können.
Der auf der Leitung 12 ankommende Bitstrom wird zuerst von einem Parameterextraktor 14, ein Kundenhardwareelement, das zum syntaktischen Analysieren eines AC-3-formatierten Bitstroms ausgebildet ist, verarbeitet, um entsprechend dem AC-3-Format digitale Samples und Steuerinformation aus dem Bitstrom zu extrahieren. Insbesondere werden aus dem Bitstrom extrahierte digitale Samples über eine digitale Übertragungsleitung 15 an einen Pufferspeicher 16 abgegeben.
Wie oben dargelegt können in einem AC-3-konformen Signal bis zu sechs Kanäle codiert werden: fünf Breitbandkanäle und ein sechster Niedrigfrequenzeffektekanal. Da der Niedrigfrequenzeffektekanal bei der Abwärtsmischungsoperation nicht benutzt wird, werden Samples für die Niedrigfrequenzeffekte in einem separaten Bereich 18 des Speichers 16 zur späteren Benutzung gespeichert. Samples für die verbleibenden 1-5 Breitbandkanäle werden in einem Bereich 20 des Speichers 16 zur Benutzung von unten beschriebenen Abwärtsmischungsoperationen gespeichert.
Der Parameterextraktor 14 extrahiert aus dem auf der Leitung 12 ankommenden Bitstrom auch Abwärtsmischungsparameter. Insbesondere gewinnt der Extraktor 14 die Anzeige des Eingangs-acmode (der ein Dreibitwert ist) und gibt diesen Wert an Leitungen 22 aus. Außerdem werden, wo anwendbar, zusätzliche Parameter c_mix_val und sur_mix_val aus dem Bitstrom wiedergewonnen und auf Leitungen 24 bzw. 26 ausgegeben. Wie dem Anhang zu dieser Anmeldung zu entnehmen ist, werden c_mix_val und sur_mix_val bei gewissen acmode/output_mode-Kombinationen benutzt, um Abwärtsmischungskoeffizienten zu berechnen. Insbesondere zeigen c_mix_val und sur_mix_val jeweils das Ausmaß an, bis zu welchem der Center-Kanal bzw. Surround-Kanäle in Situationen, bei denen nach der Abwärtsmischungsoperation kein Center- bzw. Surround-Kanal auszugeben ist, in andere Kanäle gemischt werden soll bzw. sollen. Schließlich liest der Parameterextraktor 14 einen als „bsmod" bekannten Bereich des Bitstroms, um zu bestimmen, ob die Eingangssignale für KARAOKE-Ausgangssignale formatiert sind (KARAOKE-Format-Eingangssignale weisen von einer Instrumentalbegleitung separierte Sprachspuren auf, die ein Singen zusammen mit Playback erlauben). „Bsmod" ist ein Dreibitwort, das den Wert „111" aufweist, wenn die Eingabe im KARAOKE-mode (KARAOKE-Modus) ist. Ein Bit, das identifiziert, ob das Eingangssignal im Karaoke-Format ist, wird auf einer Leitung 28 ausgegeben.
Die vom Extraktor 14 aus dem Bitstrom extrahierten Samples und Parameter werden vom Abwärtsmischungsprozessor 30 dazu benutzt, die Abwärtsmischungsoperation auszuführen. Insbesondere gewinnt der Abwärtsmischungsprozessor 30 ankommende Samples aus dem Bereich 20 des Speichers 16 wieder, berechnet Abwärtsmischungskoeffizienten, führt geeignete Multiplizier-und-Akkumulier-Operationen (MAC-Operationen) aus, um Ausgangssamples zu erzeugen, und speichert diese Ausgangssamples im Bereich 32 des Speichers 16.
Bei der Erzeugung der Abwärtsmischungskoeffizienten und bei der Auswahl einer geeigneten Abwärtsmischungsroutine werden vom Abwärtsmischungsprozessor 30 hörerausgewählte Parameter benutzt. Diese Parameter werden von einer Benutzerschnittstellenschaltung 32 erhalten. Die Benutzerschnittstellenschaltung 32 weist Knöpfe bzw. Buttons, Berührungsschirme oder andere Eingabeeinrichtungen sowie Anzeigen oder andere Ausgabesysteme zur Anzeige des laufenden Status des Systems an einen Benutzer 34 auf und ermöglichen auch dem Benutzer 34, diesen Status unter Benutzung der Eingabeeinrichtungen zu ändern.
Durch diese Interaktion mit dem Hörer 34 erzeugt die Benutzerschnittstellenschaltung 32 die vom AC-3-Standard spezifizierten geeigneten hörerausgewählten Parameter, welche die Ausgangsmodusauswahl output_mode auf der Leitung 36 (ein Dreibitwert) enthalten.
Außerdem erhält die Benutzerschnittstellenschaltung 32 andere Parameterwerte, die anstelle des output_mode-Wertes benutzt werden, um das Ausgabeverfahren zu bestimmen, wenn die Eingabe ac-mode0 ist. Insbesondere erhält die Benutzerschnittstellenschaltung 32 die Zahl von Frontlautsprechern (ein Wert von 1, 2 oder 3) und gibt diesen Wert an Leitungen 38 aus. Auch erlaubt die Benutzerschnittstellenschaltung dem Benutzer, einen STEREO-Ausgabemodus, einen von drei monophonen Ausgangsmoden (insbesondere einen LEFTMONO-Ausgangsmodus, bei dem die Ausgangskanäle monophon und vom linken Eingangskanal abgeleitet sind, ein RIGHTMONO-Ausgangsmodus, bei dem die Ausgangskanäle monophon sind und vom rechten Eingangskanal abgeleitet sind, und einen MIXMONO-Ausgangsmodus, bei dem die Ausgangskanäle monophon sind und von einer gemischten Kombination des Left- und Right-Eingangskanals abgeleitet sind) auszuwählen. Die Auswahl des Dualmodus (einer von einem STEREO- oder verschiedenen MONO-Ausgangsmoden) wird auf Leitungen 40 angezeigt.
Wenn das Eingangssignal ein KARAOKE-mode-Signal ist, werden vom Center-, Left Surround- bzw. Right Surround-Kanal Melodie, erste Sprach- und zweite Sprachinformation getragen. Der AC-3-Standard ermöglicht dem Hörer zu kontrollieren, ob die erste Sprachspur „V1" und/oder die zweite Sprachspur „V2" im Ausgangssignal enthalten ist. Demgemäss ermöglicht die Benutzerschnittstellenschaltung 32 dem Hörer, zwei Parameter für Sprachwiedergabe zu identifizieren, V1 (Leitung 44), der anzeigt, ob die erste Sprachspur in der Ausgabe enthalten ist, und V2 (Leitung 46), der anzeigt, ob die zweite Sprachspur in der Ausgabe enthalten ist.
Der Abwärtsmischungsprozessor 30 empfängt die Eingangsmodusparameter auf den Leitungen 22–28 und die benutzerausgewählten Ausgangsmodusparameter auf den Leitungen 36–46 und benutzt diese Parameter zur Ausführung der Abwärtsmischung. Insbesondere weist der Abwärtsmischungsprozessor 30 einen Multiplizier-und-Addier-Prozessor (MAC-Prozessor) 50 zur Ausführung einer Multiplizier-und-Addier-Verarbeitung als Teil der Abwärtsmischungsroutinen auf. Außerdem weist der Abwärtsmischungsprozessor 30 einen Koeffizientengenerator 52 zur Erzeugung von Abwärtsmischungskoeffizienten zur Benutzung durch die Abwärtsmischungsroutinen entsprechend den im Anhang zu dieser Anmeldung spezifizierten verschiedenen Berechnungen auf. Der Abwärtsmischungsprozessor weist außerdem vier gespeicherte Softwareroutinen 54, 56, 58 und 60 auf, die den MAC-Prozessor 50 zur Ausführung der Abwärtsmischung, wie sie unten bei der 2 und der korrespondierenden Diskussion beschrieben ist, zu steuern.
Nach Berechnung von Ausgangssamples durch die Abwärtsmischung gibt der Abwärtsmischungsprozessor 30 berechnete Ausgangssamples an den Bereich 62 des Speichers 16 aus, so dass diese Samples zur geeigneten Zeit für eine Ausgabe verfügbar sind. Wenn Samples auszugeben sind, werden Samples vom Bereich 62 und vom LFE-Bereich 18 (LFE = low frequency effects (Niedrigfrequenzeffekte)) durch einen Digital-zu-Analog-Umsetzer 70 wiedergewonnen und in analoge Signale umgesetzt, die dann verstärkt werden können, um die vom Hörer benutzten Lautsprecher 72 zu betreiben. Bei der in 1 dargestellten Situation gibt es zwei solche Lautsprecher, jedoch können in anderen Fällen zusätzliche Lautsprecher für Umgebungston(surround sound)- , Center-Kanal- und/oder Niedrigfrequenz-Ausgabe vorhanden sein, wie es durch gestrichelte Linien angedeutet ist.
Bezugnehmend nun auf die 2 kann der Abwärtsmischungsprozess zur Umsetzung eines Satzes von Eingangssamples in einen korrespondierenden Satz von Ausgangssamples verstanden werden. Der erste Prozessor 30 sammelt die geeigneten Parameter zur Abwärtsmischung, die vom Parameterextraktor 14 aus dem Bitstrom auf der Leitung 12 erhalten werden, und auch die vom Hörer eingestellten Parameter aus der Benutzerschnittstelle 32. Diese Parameter enthalten die acmode- und output_mode-Einstellungen sowie c_mix_val, sur_mix_val, die Zahl der Frontlautsprecher, Dualmoduseinstellungen (STEREO/LEFTMONO/RIGHTMONO/MIXMONO-Einstellung) und die V1- und V2-Einstellung.
Nachdem diese Parameter vom Abwärtsmischungsprozessor 30 gesammelt worden sind, erzeugt der Prozessor 30 die geeigneten Abwärtsmischungsmatrixkoeffizienten (Schritt 102) für die laufende Eingabe- und Ausgabeeinstellung. Die bei der Berechnung der Abwärtsmischungskoeffizienten benutzten speziellen Formeln sind im Anhang zu dieser Anmeldung identifiziert. Es sei darauf hingewiesen, dass, wenn die Eingabe nicht im KARAOKE-mode ist und das Eingangssignal in irgendeinem Modus anders als acmode0 ist, die output_mode/acmode-Kombination zum Auswählen des geeigneten Verfahrens zur Berechnung der Abwärtsmischungskoeffizienten benutzt wird. Wenn die Eingabe nicht im KARAOKE-mode ist und das Eingangssignal im acmode0 ist, wird das Verfahren zur Berechnung der Abwärtsmischungskoeffizienten aus der Zahl der Frontlautsprecher und der STEREO/LEFTMONO/RIGHTMONO/MIXMONO-Einstellung bestimmt. Wenn die Eingabe im KARAOKE-mode ist, wird das Verfahren zur Berechnung der Abwärtsmischungskoeffizienten aus der Zahl der Frontlautsprecher bestimmt. In jedem Fall kann es notwendig sein, die Abwärtsmischungskoeffizienten aus den oben genannten verschiedenen Parametern zu berechnen, wie sie im Anhang zusammengefasst sind.
Nach Berechnung der Koeffizienten für die Abwärtsmischungsoperation fährt der Prozessor 30 fort, die im Speicherbereich 62 zu speichernden Ausgangssamples aus den im Speicherbereich 20 gespeicherten Eingangssamples zu berechnen. Wie oben dargelegt involviert diese Berechnung nicht jeden Koeffizienten in der Abwärtsmischungsmatrix, sondern es werden vielmehr bei der Berechnung wenigstens einige der nullwertigen Koeffizienten ignoriert.
Es gibt vier Abwärtsmischungsroutinen, deren jede Berechnungen unter Benutzung eines anderen Satzes von Abwärtsmischungskoeffizienten ausführt. Bezugnehmend nun auf die 3 können die bei jeder der Routinen involvierten Koeffizienten in graphischer Form dargestellt werden. Die Routine A berechnet beispielsweise Ausgangssamples aus den Eingangssamples unter Benutzung nur der Koeffizienten d_11, d_13, d_21, d_23, d₃₁ und d_33. Bei der Routine A werden alle anderen Abwärtsmischungskoeffizienten als null angenommen und bei den Ausgangskanalberechnungen fortgelassen. Bei jeder der Routinen B, C und D werden, wie in 3 zu sehen ist, andere Muster von Koeffizienten benutzt und unten detaillierter erläutert.
Um die geeignete Routine zur Abwärtsmischung auszuwählen, bestimmt der Prozessor 30 zuerst, ob die Eingabe im KARAOKE-mode (Schritt 104) ist. Wenn ja, geht der Prozessor 30 zum Schritt 106 weiter und bestimmt, ob nur ein Frontlautsprecher vorhanden ist. Wenn ja, geht der Prozessor 30 beim Schritt 126 zur Routine D weiter, um die Ausgangskanäle zu berechnen. Gibt es beim Schritt 106 mehr als einen Frontlautsprecher, geht der Prozessor 30 beim Schritt 124 zur Routine C weiter, um die Ausgangskanäle zu berechnen.
Wenn die Eingabe nicht im KARAOKE-mode ist, geht der Prozessor 30 vom Schritt 104 zum Schritt 108 weiter, bei dem der Prozessor 30 bestimmt, ob die Ausgabe im acmode0 ist. Wenn ja, geht der Prozessor 30 beim Schritt 120 zur Routine A weiter, um die Ausgangskanäle zu berechnen. Wenn jedoch die Eingabe in einem anderen acmode ist, geht der Prozessor 30 zum Schritt 110 weiter und bestimmt, ob die Ausgabe im output_mode 1/0 ist. Ist beim Schritt 110 die Ausgabe im output_mode 1/0, geht der Prozessor 30 beim Schritt 126 zur Routine D, um die Ausgangskanäle zu berechnen. Ist andernfalls die Ausgabe in einem anderen output_mode, geht der Prozessor 30 zum Schritt 112 und bestimmt, ob die Ausgabe im output_mode 2/0 (Dolby surround compatible (Dolby-Umgebungskompatibel)), output_mode 2/0 oder output_mode 3/0 ist, in welchem Fall der Prozessor 30 beim Schritt 124 zur Routine C weitergeht. Andernfalls geht der Prozessor 30 beim Schritt 122 zur Routine B weiter.
Wie oben dargelegt benutzt jede der vier Abwärtsmischungsroutinen andere Kombinationen von Abwärtsmischungskoeffizienten aus der Matrix D und nimmt an, dass die verbleibenden Koeffizienten nullwertig sind. Die Routine A gewinnt beim Schritt 120 die Koeffizienten d_11, d_13, d_21, d_23, d₃₁ und d₃₃ wieder. Dann berechnet die Routine A Werte von Samples für die Ausgangskanäle o_L, o_C, o_R, o_LS, o_RS entsprechend den Gleichungen oL = d11iL + d13iR oC = d21iL + d23iR oR = d31iL + d33iR oLS = 0 oRS = 0.
Die Routine B gewinnt beim Schritt 122 Werte für die Koeffizienten d_11, d_12, d_22, d_32, d_33, d_44, d_45, d_54, d₅₅ wieder. Dann berechnet die Routine B die Werte von Samples für die Ausgangskanäle o_L, o_C,o_R, o_LS, o_RS entsprechend den Gleichungen oL = d11iL + d12iC oC = d22iC oR = d32iC + d33iR oLS = d44iLS + d45iRS oRS = d54iLS + d55iRS.
Die Routine C gewinnt beim Schritt 124 Werte für die Koeffizienten d_11, d_12, d_22, d_32, d_33, d_14, d_24, d_34, d_15, d₂₅ und d₃₅ wieder. Dann berechnet die Routine C die Werte von Samples für die Ausgangskanäle o_L, o_C,o_R, o_LS, o_RS entsprechend den Gleichungen oL = d11iL + d12iC + d14iLS + d15iRS oC = d22iC + d24iLS + d25iRS oR = d32iC + d33iR + d34iLS + d35iRS oRS = 0 oRS = 0.
Die Routine D gewinnt beim Schritt 124 Werte für die Koeffizienten d₂₁, d₂₂, d₂₃, d₂₄ und d₂₅ wieder. Dann berechnet die Routine D die Werte von Samples für die Ausgangskanäle o_L, o_C, o_R, o_RS, o_RS entsprechend den Gleichungen oL = 0 oC = d21iL + d22iC + d23iR + d24iLS + d25iRS oR = 0 oRS = 0 oRS = 0
Der Leser bemerkt, dass die oben identifizierten Gleichungen das Gleiche sind, wie die im Hintergrund diskutierte Matrixberechnung o=D·iist, wenn gewisse Abwärtsmischungskoeffizienten d.. ignoriert werden.
Nach der oben beschriebenen Berechnung von Ausgangssamples aus Eingangssamples speichert der Abwärtsmischungsprozessor 30 die Ausgangssamples im Bereich 62 des Speichers 16 zur Ausgabe (Schritt 128) und wiederholt dann den Abwärtsmischungsprozess für den nächsten Satz von Eingangssamples i.
Wenn die vorliegende Erfindung durch Beschreibung verschiedener Ausführungsformen dargestellt worden ist, und wenn diese Ausführungsformen eingehend detailliert beschrieben worden sind, so ist es nicht Absicht der Anmelderin, den Schutzbereich der beigefügten Ansprüche auf solche Details einzuschränken oder in irgendeiner Weise zu beschränken. Außerdem erkennt der Fachmann ohne Weiteres Vorteile und Modifikationen. Beispielsweise können Prinzipien der vorliegenden Erfindung bei der Abwärtsmischung von entsprechend Standards anders als AC-3 formatierter Information angewendet werden. Außerdem können die speziellen Abwärtsmischungsroutinen und -muster von hier dargestellten fortgelassenen Eingängen ohne Verlassen der Prinzipien der vorliegenden Erfindung geändert werden.
ANHANG – Abwärtsmischungskoeffizienten für zulässige Eingangs- und Ausgangsmoden entsprechend dem AC-3-Standard.
Unten sind die bei der Umsetzung von Eingangssamples in Ausgangssamples benutzten Abwärtsmischungsmatrizen D für die 71 Kombinationen von unter AC-3 unterstützten Eingangs- und Ausgangsmoden identifiziert.

Claims

Verfahren zur Umsetzung eines Mehrkanal-Audioeingangssignals in ein Mehrkanal-Audioausgangssignal in einer zu einer Behandlung einer variablen Anzahl von Kanälen im Eingangsoder Ausgangssignal fähigen Weise, für eine erste Kombination von Kanälen in einem Eingangs- und einem Ausgangssignal die Schritte aufweisend: Erzeugen einer ersten Anzahl von Koeffizienten zur Umsetzung vorderer oder vorderer und hinterer Eingangskanäle im Eingangssignal in nur vordere Ausgangskanäle, die im Ausgangssignal enthalten sein müssen, wobei wenigstens einer der ersten Anzahl von Koeffizienten einen Nullwert aufweist, Bilden eines in der Anzahl der ersten Anzahl von Koeffizienten gleichen ersten Satzes von Produkten, wobei jedes Produkt aus einem ausgewählten der vorderen und/oder hinteren Eingangskanäle multipliziert mit einem ausgewählten der ersten Anzahl von Koeffizienten gebildet wird, und Berechnen nur eines vorderen Ausgangskanals von einer Summe aus einem oder mehreren Produkten des ersten Satzes von Produkten, und außerdem nach Detektieren einer Änderung in der Kombination von Kanälen in einem Eingangs- und einem Ausgangssignal in eine zweite sich unterscheidende Kombination von Kanälen in einem Eingangs- und einem Ausgangssignal, die Schritte aufweisend: Erzeugen einer zweiten Anzahl von Koeffizienten zur Umsetzung höchstens zweier der vorderen und hinteren Eingangskanäle im Eingangssignal in vordere und hintere Ausgangskanäle, die im Ausgangssignal enthalten sein müssen, wobei die zweite Anzahl von Koeffizienten ungleich der ersten Anzahl von Koeffizienten ist, Bilden eines in der Anzahl der zweiten Anzahl von Koeffizienten gleichen zweiten Satzes von Produkten, wobei jedes Produkt von einem ausgewählten der vorderen und hinteren Eingangskanäle multipliziert mit einem ausgewählten der zweiten Anzahl von Koeffizienten gebildet wird, und Berechnen eines vorderen und eines hinteren Ausgangskanals von Summen aus einem oder mehren Produkten des zweiten Satzes von Produkten.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Eingangssignal mit einem von Dolby Laboratories promulgierten Dolby AC-3-Standard konform ist, und die Erzeugungsschritte das Erzeugen von durch den AC-3-Standard spezifizierten Koeffizienten aufweisen.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der erste Berechnungsschritt außerdem das Berechnen weiterer Ausgangskanäle von Summen aus einem oder mehreren produkten des ersten Satzes von Produkten aufweist.
Verfahren nach Anspruch 3, wobei der zweite Berechnungsschritt außerdem das Berechnen weiterer Ausgangskanäle von Summen aus einem oder mehreren produkten des zweiten Satzes von Produkten aufweist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der zweite Berechnungsschritt außerdem das Berechnen weiterer Ausgangskanäle von Summen aus einem oder mehreren produkten des zweiten Satzes von Produkten aufweist.
Verfahren nach Anspruch 1, außerdem das Extrahieren eines ersten Parameters aus dem Eingangssignal aufweisend, und wobei einer der Koeffizienten in Reaktion auf den extrahierten ersten Parameter erzeugt wird.
Verfahren nach Anspruch 6, außerdem das Extrahieren eines zweiten Parameters aus dem Eingangssignal aufweisend, und wobei einer der Koeffizienten in Reaktion auf den extrahieren zweiten Parameter erzeugt wird.
Verfahren nach Anspruch 7, wobei einer der Koeffizienten in Reaktion auf den extrahierten ersten und zweiten Parameter erzeugt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, außerdem, nach Detektieren einer Änderung in der Kombination von Kanälen in einem Eingangs- und einem Ausgangssignal in eine dritte sich unterscheidende Kombination von Kanälen in einem Eingangsund einem Ausgangssignal, die Schritte aufweisend: Erzeugen einer dritten Anzahl von Koeffizienten zum Umsetzen von Eingangskanälen im Eingangssignal in Ausgangskanäle, die im Ausgangssignal enthalten sein müssen, wobei die dritte Anzahl von Koeffizienten ungleich der ersten und zweiten Anzahl von Koeffizienten ist, Bilden eines in der Anzahl der dritten Anzahl von Koeffizienten gleichen dritten Satzes von Produkten, wobei jedes Produkt von einem ausgewählten der Eingangskanäle multipliziert mit einem ausgewählten der dritten Anzahl von Koeffizienten gebildet wird, und Berechnen eines Ausgangskanals von einer Summe aus einem oder mehreren Produkten des dritten Satzes von Produkten.
Verfahren nach Anspruch 1, außerdem das Erhalten eines einen Ausgangsmodus anzeigenden ersten Parameters von einem Operator aufweisend, und wobei einer der Koeffizienten in Reaktion auf den ersten Parameter erzeugt wird.
Verfahren nach Anspruch 10, außerdem das Erhalten eines einen Ausgangsmodus anzeigenden zweiten Parameters von einem Operator aufweisend, und wobei einer der Koeffizienten in Reaktion auf den zweiten Parameter erzeugt wird.
Verfahren nach Anspruch 11, wobei einer der Koeffizienten in Reaktion auf den ersten und zweiten Parameter erzeugt wird.
Gerät (10) zur Umsetzung eines Mehrkanal-Audioeingabesignals in ein Mehrkanal-Audioausgabesignal in einer zur Behandlung einer variablen Anzahl von Kanälen im Eingangsoder Ausgangssignal fähigen Weise, aufweisend: einen Speicher (16), der Samples des Mehrkanal-Audioeingangssignals und Samples des Mehrkanal-Audioausgabesignals speichert, eine erste Schaltungsanordnung (52), die für eine erste Kombination von Kanälen in einem Eingangs- und einem Ausgangssignal eine erste Anzahl von Koeffizienten zur Umsetzung vorderer oder vorderer und hinterer Eingangskanälen im Eingangssignal in nur vordere Ausgangskanäle, die im Ausgangssignal enthalten sein müssen, erzeugt, wobei wenigstens einer der ersten Anzahl von Koeffizienten einen Nullwert aufweist, und die nach einer Änderung in eine zweite sich unterscheidende Kombination eines Eingangs- und eines Ausgangssignals eine zweite Anzahl von Koeffizienten zur Umsetzung höchstens zweier der vorderen und hinteren Eingangskanäle im Eingangssignal in vordere und hintere Ausgangskanäle, die im Ausgangssignal enthalten sein müssen, erzeugt, wobei die zweite Anzahl von Koeffizienten ungleich der ersten Anzahl von Koeffizienten ist, eine zweite Schaltungsanordnung, die einen in der Anzahl einer Anzahl erzeugter Koeffizienten gleichen Satz von Produkten erzeugt, wobei jedes Produkt von einem ausgewählten der Eingangskanäle multipliziert mit einem ausgewählten der Koeffizienten gebildet ist, und eine dritte Schaltungsanordnung, die ein Ausgangssignal von einer Summe aus einem oder mehreren Produkten des Satzes von Produkten berechnet.
Gerät nach Anspruch 13, wobei das Eingangssignal mit einem von Dolby Laboratories promulgierten Dolby AC-3-Standard konform ist, und die erste Schaltungsanordnung (52) Koeffizienten wie vom AC-3-Standard spezifiziert erzeugt.
Gerät nach Anspruch 13, wobei die dritte Schaltungsanordnung außerdem Ausgangskanäle von Summen aus einem oder mehreren Produkten im ersten Satz von Produkten berechnet.
Gerät nach Anspruch 13, außerdem eine vierte Schaltungsanordnung (14) aufweisend, die einen ersten Parameter vom Eingangssignal extrahiert, und wobei die erste Schaltungsanordnung (52) einen der Koeffizienten in Reaktion auf den extrahierten ersten Parameter erzeugt.
Gerät nach Anspruch 16, wobei die vierte Schaltungsanordnung (14) einen zweiten Parameter vom Eingangssignal extrahiert, und wobei die erste Schaltungsanordnung (52) einen der Koeffizienten in Reaktion auf den extrahierten zweiten Parameter erzeugt.
Gerät nach Anspruch 17, wobei die erste Schaltungsanordnung (52) einen der Koeffizienten in Reaktion auf den extrahierten ersten und zweiten Parameter erzeugt.
Gerät nach Anspruch 13, wobei nach einer Änderung in eine dritte sich unterscheidende Kombination von Kanälen in einem Eingangs- und einem Ausgangssignal, die erste Schaltungsanordnung (52) eine dritte Anzahl von Koeffizienten zur Umsetzung von Eingangskanälen im Eingangssignal in Ausgangskanäle, die im Ausgangssignal enthalten sein müssen, erzeugt, wobei die dritte Anzahl von Koeffizienten ungleich der ersten und zweiten Anzahl von Koeffizienten ist, wobei die zweite Schaltungsanordnung einen in der Anzahl der dritten Anzahl erzeugter Koeffizienten gleichen Satz von Produkten bildet, wobei jedes Produkt von einem ausgewählten der Eingangskanäle multipliziert mit einem ausgewählten der dritten Anzahl von Koeffizienten gebildet ist, und wobei die dritte Schaltungsanordnung einen Ausgangskanal von einer Summe aus einem oder mehreren Produkten des Satzes von Produkten berechnet.
Gerät nach Anspruch 13, außerdem eine Benutzerschnittstellenschaltungsanordnung (32) aufweisend, die von einem Operator einen ersten Parameter, der einen Ausgangsmodus anzeigt, erhält, und wobei die erste Schaltungsanordnung (52) einen der Koeffizienten in Reaktion auf den ersten Parameter erzeugt.
Gerät nach Anspruch 20, wobei die Benutzerschnittstelle (32) von einem Operator (34) einen zweiten Parameter, der einen Ausgangsmodus anzeigt, erhält, und wobei die erste Schaltungsanordnung (52) einen der Koeffizienten in Reaktion auf den zweiten Parameter erzeugt.
Gerät nach Anspruch 22, wobei die erste Schaltungsanordnung (52) einen der Koeffizienten in Reaktion auf den ersten und zweiten Parameter erzeugt.