EP0750811B1 - Verfahren zum codieren mehrerer audiosignale - Google Patents

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EP0750811B1
EP0750811B1 EP95907637A EP95907637A EP0750811B1 EP 0750811 B1 EP0750811 B1 EP 0750811B1 EP 95907637 A EP95907637 A EP 95907637A EP 95907637 A EP95907637 A EP 95907637A EP 0750811 B1 EP0750811 B1 EP 0750811B1
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EP
European Patent Office
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signals
decoded
compatible
stand
channels
Prior art date
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EP95907637A
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Jürgen HERRE
Bernhard Grill
Ernst Eberlein
Karlheinz Brandenburg
Dieter Seitzer
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Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Original Assignee
Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
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    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04H—BROADCAST COMMUNICATION
    • H04H20/00—Arrangements for broadcast or for distribution combined with broadcast
    • H04H20/86—Arrangements characterised by the broadcast information itself
    • H04H20/88—Stereophonic broadcast systems
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04S—STEREOPHONIC SYSTEMS 
    • H04S3/00—Systems employing more than two channels, e.g. quadraphonic
    • H04S3/02—Systems employing more than two channels, e.g. quadraphonic of the matrix type, i.e. in which input signals are combined algebraically, e.g. after having been phase shifted with respect to each other

Definitions

  • the present invention relates to a method for coding several audio signals, in which at least two signals by common stereo coding to a jointly coded Signal are summarized, whereupon the common encoded signal to create simulated decoded Signals are decoded, which together with other signals to create compatible with existing decoders Signals in a compatibility matrix through matrixing are summarized according to the preamble of the claim 1.
  • the present invention is concerned with a Multi-channel coding technology for audio signals, which is the coding standard MPEG-2 can be used.
  • MPEG2 audio standard is not in itself represents a new coding algorithm, but defines extensions the coding algorithms according to the standards MPEG-1 Layer I, II and III.
  • MPEG-1 decoder is not in the Are able to decode an MPEG-2 bit stream the expansion to a multi-channel system with up to 5 Full-range audio channels with an additional low-frequency channel and up to 7 multilingual channels a so-called Backward compatibility for decoders of the standard MPEG-1.
  • MPEG-2 coding for multiple audio channels typically a center channel, a left and a right Basic channel and a left and a right so-called “Surround” channel encoded, optionally a low-frequency enhancement channel for independent transmission and Reproduction of low-frequency information is provided is.
  • a so-called “backwards compatible" Transmission set i.e. the coding is supposed to be made so that the coded signal with already existing two-channel decoders of the MPEG-1 standard are decoded can be.
  • the left and right Basic channel L, R of the MPEG-1 standard through matrixed signals Lc, Rc replaced by a compatibility matrix be generated.
  • the left compatible signal Lc is from the left main channel, the center channel and the left surround channel gained by using these signals with different Matrix coefficients are multiplied and then added up.
  • the bit stream generated in this way is with an MPEG-1 decoder decodable, however, the center information and the Surround information not separately in the MPEG-1 decodable compatible signals Lc, Rc are included.
  • the two-channel signal obtained by matrixing contains all relevant signal components to be backwards compatible To enable decoding. Therefore, in most cases sufficient, in addition to these compatible signals three more channels as part of the multichannel extension data stream transferred to.
  • the missing up to two channels are in the decoder by inverse matrixing or a so-called Reconstructed dematriculation.
  • Common stereo coding techniques are used to use multi-channel irrelevance used, such as the Joint stereo coding based on the "Intensity stereo coding technique" is based. All are coded together Signals transmitted through scaled executions of a single Signals replaced. This is done in such a way that the hearing-relevant signal properties, namely for example the energy or the time envelopes of the Signals, largely preserved.
  • the encoder has five input channels, namely a left and a right basic channel L, R, a center channel C, and a left and a right Surround channel Ls, Rs.
  • the left and right basic channel L, R and the center channel C become one in a first block 1 Joint stereo encoding subjected to a jointly encoded Signal y results.
  • This signal is after quantization fed to a block 3 in a quantization block 2a, who packs the bitstream, i.e. the Standard arrangement of the respective signals and information within the bitstream.
  • the jointly coded signal y also becomes a fourth Block 4 fed a joint stereo decoding of this Signals to create simulated decoded signals L ', R', C 'for the left and right basic channels as well as the Middle channel.
  • These simulated, decoded signals L ', R', C 'on the one hand and the left and right surround channels Ls, Rs are fed to a compatibility matrix 5, which generates the left and right compatible signals Lc ', Rc'.
  • These signals are quantized in the Blocks 2b, 2c also the third block 3 for packing of the bit stream supplied.
  • Fig. 4b the joint stereo decoder is shown, the Is part of the decoder shown in Fig. 4c.
  • the latter decoder comprises a block 6 for unpacking of the bit stream, which is followed by several blocks 7a, 7b, 7c are whose function is inverse to the function of the Blocks 2a to 2c and which on the output side this is common encoded signal y, the left compatible signal Lc 'and the generate right compatible signal Rc '.
  • the coded together Signal y undergoes a joint stereo decoding within of block 8 subjected to the decoded signals L ', R' for the left and right basic channels as well as the decoded Generate signal C 'for the center signal.
  • the latter Signals are compatible with the two signals Lc ', Rc' fed to an inverse compatibility matrix 9, through which the missing channels, namely the left and right Surround channel Ls ', Rs' can be recovered.
  • the invention is based on the knowledge that this Procedure in which the IS coding is applied first and then by matrixing the compatible signals generated, the consistency of all involved Forces signals and therefore correct dematriated channels causes, however, to a changed coherence of the IS coding leads to signals involved, which may cause it to audible interference of the compatible channels Lc, Rc is coming.
  • the invention is based on the knowledge that the original Signals are generally considered uncorrelated can be, so that in a "right" compatible signal add up their energies. Treads however, the last explained way, in which the IS coding is performed and then by matrixing the compatible signals Lc, Rc are generated, so add due to the complete coherence of the signals, the amplitudes, so that usually a signal with a significant greater energy is generated.
  • the above article also deals with the stereo compatible Surround sound transmission using the "Hidden Channel Technique".
  • This technique serves one Audio signal to add inaudible information.
  • the matrixing coefficients are chosen such that the Matrix can be inverted. It will use both of fixed coefficients as well as the use of themselves changing coefficients envisaged.
  • the present The invention is therefore based on the object of a method for Coding several audio signals of the type mentioned above to further develop that despite the use of common stereo coding techniques on at least part of the code to be encoded Audio signals the compatible generated by matrixing Signals do not cause audible interference.
  • a dynamic rescaling or modification of the matrixing / dematricing operation is done by that the compatible signals or the simulated decoded Signals using at least one dynamic correction factor be dynamically weighted so that the compatible signals with regard to their hearing-relevant signal properties, namely preferably their energies or their time envelopes, to the corresponding signal properties, namely again preferably the energies or the time envelopes of the signals which are approximated at a direct matrixing (without common stereo coding) of the Signals would be created using the compatibility matrix.
  • the encoder comprises a circuit 10 for calculating a single dynamic correction factor m, to which the following input signals are supplied: the left and right basic channels L, R and the center channel C as well as those by means of joint stereo coding within of block 1 and simulated decoded right and left basic channels L 'R- and the simulated decoded center channel C' generated by subsequent joint stereo decoding within block 4.
  • the adaptation of the signal properties relevant to hearing with regard to the energies of the opposing signals L, R, C or L ', R', C ' is to be achieved.
  • the compatible signals should therefore achieve energy conservation in comparison to "correct" compatible signals.
  • This common correction factor is used to weight each of the simulated decoded signals L ', R', C 'at the output of block 4 (by means of a multiplier, not shown) before the signals L', R ', C' of the compatibility matrix 5, which are scaled dynamically in this way be fed.
  • the dynamic correction factor m is called side information within the signal packed by block 3 to the decoder transmitted, which is shown in Fig. 1c.
  • Block 6 provides functions for unpacking the bit stream the correction factor m transmitted as side information.
  • a and b and c denote Coefficients of the inverse compatibility matrix.
  • FIGS. 2a and 2c of the encoder or decoder according to the invention with the exception of the differences explained below those described with reference to Figs. 4 and 1, respectively Structures and functions are used accordingly, so that matching or comparable circuit blocks designated with the same reference numerals are.
  • the left and right Correction factor ml, mr as side information of the circuit 3 fed to pack the bit stream and through the circuit 6 recovered for unpacking the bit stream.
  • 2nd kr
  • a, b and c again designate factors the compatibility matrix used in block 5.
  • the left and right correction factors kl, kr (using multiplier (not shown) the left or right compatible signal Lc ', Rc' at the output of the compatibility matrix Multiplied by 3.
  • These correction factors are in turn the block 3 for packing the bit stream, which these correction factors as side information to the decoder transmits, which is shown in Fig. 3c.
  • the block 6 shown there for unpacking the bit stream delivers again the two correction factors kr, kl.
  • the decoded left or right compatible signal Lc ', Rc' (by means of a multiplier, not shown) with the Reciprocal 1 / kl; Multiplied 1 / kr before the weighted so Signals along with the decoded left and right Channel L ', R' and the decoded center channel C 'of the inverse Compatibility matrix 9 for recovering the left or right surround channel Ls ', Rs' are supplied.
  • the embodiment described above relates to the special application of an extended multi-channel audio coding according to the MPEG-2 standard.
  • teachings of the present invention can be used wherever at least two signals by common stereo coding to one coded Signal summarized and simulated decoded from this Signals are obtained, which with other signals in a compatibility matrix for compatible signals be summarized.
  • the dynamic correction factors calculated such that energy conservation of the compatible signals compared to such signals results when directly applied to the Compatibility matrix without prior common stereo coding would be preserved.
  • energy conservation comes instead of looking at squared signals use for the consideration of energy conservation exponent other than exponent 2 into consideration.

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Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Codieren mehrerer Audiosignale, bei dem wenigstens zwei Signale durch gemeinsame Stereocodierung zu einem gemeinsam codierten Signal zusammengefaßt werden, woraufhin das gemeinsam codierte Signal zum Schaffen von simulierten decodierten Signalen decodiert wird, welche zusammen mit weiteren Signalen zur Schaffung von mit vorhandenen Decodern kompatiblen Signalen in einer Kompatibilitätsmatrix durch Matrizierung zusammengefaßt werden, nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Insbesondere befaßt sich die vorliegende Erfindung mit einer Vielkanalcodierungstechnik für Audiosignale, die bei dem Codierungsstandard MPEG-2 einsetzbar ist.
Der zukünftige MPEG2-Audiostandard stellt keinen an sich neuen Codierungsalgorithmus dar, sondern definiert Erweiterungen der Codierungsalgorithmen nach den Standards MPEG-1 Layer I, II und III. Obgleich MPEG-1-Decoder nicht in der Lage sind, einen MPEG-2-Bitstrom zu decodieren, ermöglicht die Erweiterung auf ein Multikanalsystem mit bis zu 5 Vollbereichsaudiokanälen mit einem zusätzlichen Niederfrequenzkanal und bis zu 7 mehrsprachigen Kanälen eine sogenannte Rückwärtskompatibilität für Decoder des Standards MPEG-1.
Bei einer MPEG-2-Codierung für mehrere Audiokanäle werden typischerweise ein Mittenkanal, ein linker und ein rechter Grundkanal und ein linker sowie ein rechter sogenannter "Surround"-Kanal codiert, wobei wahlweise ein Niederfrequenzverbesserungskanal für die unabhängige Übertragung und Wiedergabe von niederfrequenten Informationen vorgesehen ist.
Bei dem MPEG-2-Standard wird Wert auf eine sogenannte "rückwärtskompatible" Übertragung gelegt, d.h. die Codierung soll so vorgenommen werden, daß das codierte Signal mit bereits vorhandenen Zweikanaldecodern des Standards MPEG-1 decodiert werden kann. Zu diesem Zweck werden der linke und rechte Grundkanal L, R des MPEG-1-Standards durch matrizierte Signale Lc, Rc ersetzt, die durch eine Kompatibilitätsmatrix erzeugt werden. Das linke kompatible Signal Lc wird aus dem linken Grundkanal, dem Mittenkanal und dem linken Surround-Kanal gewonnen, indem diese Signale mit unterschiedlichen Matrixkoeffizienten multipliziert und sodann aufaddiert werden. Der so erzeugte Bitstrom ist mit einem MPEG-1-Decoder decodierbar, wobei jedoch die Mitteninformation und die Surround-Information nicht separat in den MPEG-1-decodierbaren kompatiblen Signalen Lc, Rc enthalten sind.
Das durch Matrizierung gewonnene zweikanalige Signal enthält alle relevanten Signalanteile, um eine rückwärtskompatible Decodierung zu ermöglichen. Daher ist es in den meisten Fällen ausreichend, zusätzlich zu diesen kompatiblen Signalen drei weitere Kanäle im Rahmen des Mehrkanalerweiterungsdatenstroms zu übertragen. Die fehlenden bis zu zwei Kanäle werden im Decoder durch inverse Matrizierung bzw. eine sogenannte Dematrizierung rekonstruiert.
Zur Nutzung der Mehrkanalirrelevanz werden gemeinsame Stereocodierungstechniken eingesetzt, wie beispielsweise die Joint-Stereo-Codierung, die auf der "Intensity-Stereo-Codie-rungstechnik" beruht. Es werden alle gemeinsam codierten Signale durch skalierte Ausführungen eines einzigen übertragenen Signales ersetzt. Dies wird in einer solchen Weise getan, daß die gehörrelevanten Signaleigenschaften, nämlich beispielsweise die Energie oder die Zeit-Hüllkurven der Signale, weitgehend erhalten bleiben.
Bei der Erzeugung der rückwärtskompatiblen Signale und gleichzeitiger Nutzung der Mehrkanalirrelevanz durch Verwendung gemeinsamer Stereocodierungstechniken treten jedoch folgende Schwierigkeiten auf:
Erzeugt man zuerst die kompatiblen Signale Lc, Rc durch Matrizierung und wendet man anschließend auf die restlichen Kanäle die "Intensity-Stereo"-Codierung bzw. IS-Codierung an, so passen diese Signale nicht mehr zu den "kompatiblen" Signalen. Folglich führt eine Dematrizierungsoperation im Decoder zu völlig anderen rekonstruierten Kanalsignalen, die gegenüber den Originalsignalen hörbar verzerrt sind.
Diesem Problem kann man begegnen, indem man zuerst die IS-Codierung anwendet und sodann durch Matrizierung die kompatiblen Signale erzeugt. Dies erzwingt die Konsistenz aller beteiligten Signale und bewirkt daher korrekte dematrizierte Kanäle.
Das oben erläuterte bekannte Codierungsverfahren, bei dem zuerst die IS-Codierung angewandt wird und sodann durch Matrizierung die kompatiblen Signale erzeugt werden, wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Fig. 4a bis 4c erläutert, welche die Struktur und Funktionsweise eines bekannten Encoders und eines bekannten Decoders darlegen.
Wie in Fig. 4a zu sehen ist, hat der Encoder fünf Eingangskanäle, nämlich einen linken und einen rechten Grundkanal L, R, einen Mittenkanal C, sowie einen linken und einen rechten Surround-Kanal Ls, Rs. Der linke und rechte Grundkanal L, R sowie der Mittenkanal C werden in einem ersten Block 1 einer Joint-Stereo-Codierung unterworfen, die ein gemeinsam codiertes Signal y ergibt. Dieses Signal wird nach Quantisierung in einem Quantisierungsblock 2a einem Block 3 zugeführt, der ein Packen des Bitstromes vornimmt, also die dem Standard gemäße Anordnung der jeweiligen Signale und Informationen innerhalb des Bitstromes vornimmt.
Das gemeinsam codierte Signal y wird ferner einem vierten Block 4 zugeführt, der eine Joint-Stereo-Decodierung dieses Signales zur Schaffung von simulierten decodierten Signalen L', R', C' für den linken und rechten Grundkanal sowie den Mittenkanal vornimmt. Diese simulierten, decodierten Signale L', R', C' einerseits sowie der linke und rechte Surround-Kanal Ls, Rs werden einer Kompatibilitätsmatrix 5 zugeführt, welche das linke und rechte kompatible Signal Lc', Rc' erzeugt. Diese Signale werden nach ihrer Quantisierung in den Blöcken 2b, 2c gleichfalls dem dritten Block 3 zum Packen des Bitstromes zugeführt.
In Fig. 4b ist der Joint-Stereo-Decoder dargestellt, der Bestandteil des in Fig. 4c dargestellten Decoders ist. Der letztgenannte Decoder umfaßt einen Block 6 für das Entpacken des Bitstromes, welchem mehrere Blöcke 7a, 7b, 7c nachgeschaltet sind, deren Funktion invers zu der Funktion des Blöcke 2a bis 2c ist und welche ausgangsseitig das gemeinsam codierte Signal y, das linke kompatible Signal Lc' und das rechte kompatible Signal Rc' erzeugen. Das gemeinsam codierte Signal y wird einer Joint-Stereo-Decodierung innerhalb des Blockes 8 unterworfen, um die decodierten Signale L', R' für den linken und rechten Grundkanal sowie das decodierte Signal C' für den Mittensignal zu erzeugen. Die letztgenannten Signale werden mit den beiden kompatiblen Signalen Lc', Rc' einer inversen Kompatibilitätsmatrix 9 zugeführt, durch die die fehlenden Kanäle, nämlich der linke und rechte Surround-Kanal Ls', Rs' wiedergewonnen werden.
Der Erfindung liegt jedoch die Erkenntnis zugrunde, daß diese Vorgehensweise, bei der zuerst die IS-Codierung angewandt wird und sodann durch Matrizierung die kompatiblen Signale erzeugt werden, zwar die Konsistenz aller beteiligten Signale erzwingt und daher korrekte dematrizierte Kanäle bewirkt, jedoch zu einer veränderten Kohärenz der an der IS-Codierung beteiligten Signale führt, wodurch es unter Umständen zu hörbaren Störungen der kompatiblen Kanäle Lc, Rc kommt.
Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß die ursprünglichen Signale im allgemeinen als unkorreliert betrachtet werden können, so daß sich in einem "richtigen" kompatiblen Signal deren Energien aufaddieren. Beschreitet man jedoch den zuletzt erläuterten Weg, bei dem zuerst die IS-Codierung durchgeführt wird und sodann durch Matrizierung die kompatiblen Signale Lc, Rc erzeugt werden, so addieren sich aufgrund der völligen Kohärenz der Signale die Amplituden, so daß im Regelfall ein Signal mit einer erheblich größeren Energie erzeugt wird.
Ein Verfahren zum Matrizieren von bezüglich der Bitrate reduzierten Audiosignalen ist in dem Artikel "Matrixing of bit rate reduced audio signals" von W.R.TH. Ten Kate u.a. in IEEE INTERNATIONAL CONFERENCE ON ACOUSTICS, SPEECH AND SIGNAL PROCESSING, Bd. 2, 23. März 1992, San Francisco, CA, USA, Seiten 205 bis 208, beschrieben. In diesem Artikel ist eine Bitratenreduktion offenbart, bei der das Quantisierungsrauschen nicht wahrgenommen werden kann. Dies wird durch eine Quantisierung im Teilband-Bereich und durch das Anwenden eines adaptiven Bitzuordnungsschemas erreicht.
Der oben genannte Artikel befaßt sich ferner mit der Stereo-kompatiblen Übertragung des Surround-Klanges mittels der "Hidden Channel Technique". Diese Technik dient dazu, einem Audio-Signal unhörbar Informationen hinzuzufügen. Die Matrizierungskoeffizienten werden dabei derart gewählt, daß die Matrix invertiert werden kann. Es wird sowohl die Verwendung von festen Koeffizienten als auch die Verwendung von sich ändernden Koeffizienten ins Auge gefaßt.
Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der vorliegenden Erfindung daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Codieren mehrerer Audiosignale der eingangs genannten Art so weiterzubilden, daß trotz Anwendung gemeinsamer Stereocodierungstechniken auf zumindest einen Teil der zu codierenden Audiosignale die durch Matrizierung erzeugten kompatiblen Signale keine hörbaren Störungen mit sich bringen.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren gemäß Patentanspruch 1 gelöst.
Die Erfindung schafft ein Verfahren zum Codieren mehrerer Audiosignale, bei dem
  • wenigstens zwei Signale durch gemeinsame Stereocodierung zu einem gemeinsam codierten Signal zusammengefaßt werden,
  • das gemeinsam codierte Signal zum Schaffen simulierter decodierter Signale decodiert wird,
  • das simulierte decodierte Signal und wenigstens ein weiteres Signal zur Schaffung von zu vorhandenen Decodern kompatiblen Signalen in einer Kompatibilitätsmatrix durch Matrizierung zusammengefaßt werden,
gekennzeichnet durch folgenden Schritt:
  • dynamisches Gewichten entweder der kompatiblen Signale oder der simulierten decodierten Signale mittels wenigstens eines dynamischen Korrekturfaktors, um die kompatiblen Signale bezüglich ihrer gehörrelevanten Signaleigenschaften an die Signale anzunähern, die bei direkter Matrizierung dieser wenigstens zwei Signale und des weiteren Signales mittels dieser Kompatibilitätsmatrix entstünden.
Eine dynamische Umskalierung oder Modifikation der Matrizierungs/Dematrizierungs-Operation wird dadurch vorgenommen, daß die kompatiblen Signale oder die simulierten decodierten Signale mittels wenigstens eines dynamischen Korrekturfaktors dynamisch gewichtet werden, so daß die kompatiblen Signale bezüglich ihrer gehörrelevanten Signaleigenschaften, nämlich vorzugsweise ihrer Energien oder auch ihrer Zeit-Hüllkurven, an die entsprechenden Signaleigenschaften, nämlich wiederum vorzugsweise der Energien oder der Zeit-Hüllkurven derjenigen Signale angenähert werden, die bei einer direkten Matrizierung (ohne gemeinsame Stereocodierung) der Signale mittels der Kompatiblitätsmatrix entstünden.
Weiterbildungen und Konkretisierungen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind in den Unteransprüchen definiert.
Nachfolgend werden unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen bevorzugte Ausführungsbeispiele von Encodern und Decodern zur Durchführung beispielshafter Verfahren zum Codieren und Decodieren nach der vorliegenden Erfindung näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1a
einen Encoder gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel;
Fig. 1b
ein Blockdiagramm einer Schaltung zum Gewinnen eines dynamischen Korrekturfaktors;
Fig. 1c
ein erstes Ausführungsbeispiel eines Decoders;
Fig. 2a
ein zweites Ausführungsbeispiel eines Encoders;
Fig. 2b
ein Blockdiagramm eines zweiten Ausführungsbeispiels einer Schaltung zum Gewinnen zweier dynamischer Korrekturfaktoren;
Fig. 2c
ein zweites Ausführungsbeispiel eines Decoders;
Fig. 3a
ein drittes Ausführungsbeispiel eines Encoders;
Fig. 3b
ein Blockdiagramm eines dritten Ausführungsbeispiels einer Schaltung zum Gewinnen zweier dynamischer Korrekturfaktoren;
Fig. 3c
ein drittes Ausführungsbeispiel eines Decoders;
Fig. 4a
ein Blockdiagramm eines bekannten Encoders;
Fig. 4b
ein Diagramm zur Verdeutlichung der Funktion eines Joint-Stereo-Decoders; und
Fig. 4c
ein Blockdiagramm eines bekannten Decoders.
Das nachfolgend unter Bezugnahme auf Fig. 1a erläuterte erste Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Encoders zum Durchführen des erfindungsgemäßen Codierverfahrens stimmt mit Ausnahme der nachfolgend erläuterten Abweichungen mit dem unter Bezugnahme auf Fig. 4a beschriebenen Ausführungsbeispiel des bekannten Encoders überein. Übereinstimmende oder entsprechende Komponenten bzw. Blöcke sind mit übereinstimmenden Bezugszeichen bezeichnet.
Wie in Fig. lb verdeutlicht ist, umfaßt der erfindungsgemäße Encoder eine Schaltung 10 zur Berechnung eines einzigen dynamischen Korrekturfaktors m, welcher folgende Eingangssignale zugeführt werden: der linke und rechte Grundkanal L, R sowie der Mittenkanal C sowie die durch Joint-Stereo-Codierung innerhalb des Blockes 1 und durch nachfolgende Joint-Stereo-Decodierung innerhalb des Blockes 4 erzeugten simulierten decodierten rechten und linken Grundkanäle L' R- sowie der simulierte decodierte Mittenkanal C'. Bei diesem Ausführungsbeispiel der Erfindung soll die Anpassung der gehörrelevanten Signaleigenschaften bezüglich der Energien der sich gegenüberstehenden Signale L, R, C bzw. L', R', C' erreicht werden. Es sollen also die kompatiblen Signale eine Energieerhaltung in Vergleich zu "richtigen" kompatiblen Signalen erreichen. Zu diesem Zweck berechnet die Schaltung 10 den einzigen dynamischen Korrekturfaktor m gemäß folgendem Zusammenhang: (1)    m = | a · L + a · R + b · C | 2 | a · L'+ a · R'+ b · C' | 2 Mit diesem gemeinsamen Korrekturfaktor, wird jedes der simulierten decodierten Signale L', R', C' am Ausgang des Blockes 4 (mittels eines nicht gezeigten Multiplizierers) gewichtet, bevor die so dynamisch skalierten signale L', R', C' der Kompatibilitätsmatrix 5 zugeführt werden. Die Kompatibilitätsmatrix berechnet die kompatiblen Signale Lc', Rc' gemäß folgenden Gleichungen: (2)    Lc' = a·L'+ b·C' + c·Ls ; Rc' = a·R' + b·C' + c·Rs.
Der dynamische Korrekturfaktor m wird als Seiteninformation innerhalb des von dem Block 3 gepackten Signales zu dem Decoder übertragen, der in Fig. 1c gezeigt ist.
Neben denen bereits unter Bezugnahme auf Fig. 4c erläuterten Funktionen liefert der Block 6 zum Entpacken des Bitstromes den als Seiteninformation übertragenen Korrekturfaktor m.
Die von dem Block 8 für die Durchführung der Joint-Stereo-Decodierung des gemeinsam codierten Signales Y erzeugten decodierten Signale L', R', C' für den linken und rechten Kanal sowie für den Mittenkanal werden (mittels nicht gezeigter Multiplizierer) mit diesem dynamischen Korrekturfaktor multipliziert, bevor die so gewonnenen gewichteten Signale zusammen mit dem linken und rechten kompatiblen Signal Lc', Rc' der inversen Kompatibilitätsmatrix 9 zugeführt werden, welche aufgrund der ihr zugeführten Signale den linken und rechten Surround-Kanal Ls', Rs' gemäß den folgenden Gleichungen der inversen Kompatibilitätsmatrix berechnet: (3)    Ls' = (Lc'- a·L' - b·C') / c Rs' = (Rc'- a·R' - b·C') / c
In der obigen Gleichung bezeichnen a und b sowie c Koeffizienten der inversen Kompatibilitätsmatrix.
Bei dem obigen ersten Ausführugsbeispiel wird nur ein einziger dynamischer Korrekturfaktor verwendet, durch den es lediglich möglich ist, eine gewisse Annäherung der Kurzzeitenergieverläufe in den kompatiblen Signalen an denjenigen Energiezustand zu erreichen, den diese Signale im Idealfall haben würden, der darin besteht, daß diese Signale direkt ohne vorhergehende gemeinsame Codierung und Decodierung durch die Kompatibilitätsmatrix matriziert würden. Da bei realen Systemen die Blockzeit der Kanäle im Bereich von 10 ms liegt, wobei dieser Wert von der Abtastfrequenz und dem Codiersystem abhängt, kann diese Lösung unter psychoakustischen Gesichtspunkten zu grob sein. Die nachfolgend erläuterten Lösungen erlauben eine weitere Optimierung zur Erzielung der Energieerhaltung in den kompatiblen Signalen Lc', Rc'.
Bei dem in den Fig. 2a und 2c gezeigten zweiten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Encoders bzw. Decoders werden mit Ausnahme der nachfolgend erläuterten Unterschiede die unter Bezugnahme auf die Fig. 4 bzw. 1 beschriebenen Strukturen und Funktionen in entsprechender Weise eingesetzt, so daß übereinstimmende oder vergleichbare Schaltungsblöcke mit übereinstimmenden Bezugszeichen bezeichnet sind.
Der Encoder gemäß Fig. 2a arbeitet mit einer Schaltung 11 zum Berechnen zweier dynamischer Korrekturfaktoren ml, mr aufgrund des linken und rechten Grundkanals L, R, des Mittenkanals C, des linken und rechten Surround-Kanals Ls, Rs sowie aufgrund der simulierten decodierten Signale L', R', C' für den linken Kanal, den rechten Kanal und den Mittenkanal, wobei der linke und rechte Korrekturfaktor ml, mr folgenden Gleichungen genügen: (4)    | a·L + b·C + c·Ls | 2 = | ml · (a·L' + b·C') + c·Ls | 2 | a·R + b·C + c·Rs | 2 = | mr · (a·R' + b·C') + c·Rs | 2
Der simulierte, decodierte linke Kanal L' sowie der simulierte decodierte Mittenkanal C' werden (mittels nicht gezeigter Multiplizierer) mit dem linken Korrekturfaktor ml multipliziert, während andererseits der simulierte decodierte Mittenkanal C' und der simulierte decodierte rechte Kanal R' (mittels nicht gezeiger Multiplizierer) mit dem rechten Korrekturfaktor mr multipliziert werden, bevor die so dynamisch gewichteten Signale zusammen mit den linken Surround-Kanal Ls und dem rechten Surround-Kanal Rs der Kompatibilitäts-Matrix 5 zugeführt werden. Diese stimmt mit der oben erläuterten Kompatibilitätsmatrix (vergleiche Gleichung 2) mit Ausnahme der Tatsache überein, daß zur Berechnung des linken kompatiblen Signals Lc' nur das mit dem linken Korrekturfaktor ml bewertete Mittensignal herangezogen wird, und umgekehrt.
Auch bei dieser Ausführungsform werden der linke und rechte Korrekturfaktor ml, mr als Seiteninformation der Schaltung 3 zum Packen des Bitstromes zugeführt und durch die Schaltung 6 zum Entpacken des Bitstromes wiedergewonnen. (Vergleiche Fig. 2).
Nach der Joint-Stereo-Decodierung im Block 8 werden einerseits der decodierte linke Kanal L' und der decodierte Mittenkanal C' (mittels nicht gezeigter Multiplizierer) mit dem linken Korrekturkoeffizienten ml multipliziert, während andererseits der decodierte Mittenkanal C' und der decodierte rechte Kanal R' mit dem rechten Korrekturkoeffizienten mr bewertet werden, bevor die so gewonnenen Signale zusammen mit den beiden decodierten kompatiblen Signalen Lc', Rc' der inversen Kompatibilitätsmatrix 9 zur Wiedergewinnung des linken und rechten Surround-Kanales Ls', Rs' zugeführt werden.
Bei der nunmehr unter Bezugnahme auf die Fig. 3a bis 3c zu beschreibenden dritten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Encoders bzw. Decoders werden durch die Schaltung 12 ein linker und ein rechter dynamischer Korrekturfaktor kl, kr gemäß folgenden Gleichungen berechnet: (5)    kl = | a·L + b·c + c·Ls | 2 | a·L' + b·C' + c·Ls' | 2 kr = | a·R + b·C + c·Rs | 2 | a·R' + b·C' + c·Rs' | 2
In der obigen Gleichung bezeichnen wiederum a, b und c Faktoren der im Block 5 verwendeten Kompatibilitätsmatrix. Mit dem linken bzw. rechten Korrekturfaktor kl, kr werden (mittels nicht gezeigter Multiplizierer) das linke bzw. rechte kompatible Signal Lc', Rc' am Ausgang der Kompatibilitätsmatrix 3 multipliziert. Diese Korrekturfaktoren werden wiederum dem Block 3 zum Packen des Bitstromes zugeführt, welcher diese Korrekturfaktoren als Seiteninformation zum Decoder überträgt, welcher in Fig. 3c gezeigt ist.
Der dort gezeigte Block 6 zum Entpacken des Bitstromes liefert wiederum die beiden Korrekturfaktoren kr, kl. Das decodierte linke bzw. rechte kompatible Signal Lc', Rc' werden (mittels nicht gezeigter Multiplizierer) jeweils mit dem Kehrwert 1/kl; 1/kr multipliziert, bevor die so gewichteten Signale zusammen mit dem decodierten linken und rechten Kanal L', R' und dem decodierten Mittenkanal C' der inversen Kompatiblitätsmatrix 9 zur Wiedergewinnung des linken bzw. rechten Surround-Kanales Ls', Rs' zugeführt werden.
Das oben beschriebene Ausführungsbeispiel bezieht sich auf den speziellen Anwendungsfall einer erweiterten Multikanalaudiocodierung nach dem MPEG-2-Standard. Für den Fachmann ist es offenkundig, daß die Lehren der vorliegenden Erfindung überall dort eingesetzt werden können, wo wenigstens zwei Signale durch gemeinsame Stereocodierung zu einem codierten Signal zusammengefaßt und aus diesem simulierte decodierte Signale gewonnen werden, welche mit weiteren Signalen in einer Kompatibilitätsmatrix zu kompatiblen Signalen zusammengefaßt werden.
Bei den oben beschriebenen Ausführungsbeispielen werden die dynamischen Korrekturfaktoren derart berechnet, daß sich eine Energieerhaltung der kompatiblen Signale verglichen mit solchen Signalen ergibt, die bei direktem Anlegen an die Kompatibilitätsmatrix ohne vorherige gemeinsame Stereocodierung erhalten werden würden. Es ist jedoch ebenfalls möglich, andere Kriterien zur Berechnung der dynamischen Korrekturfaktoren als die Energieerhaltung heranzuziehen. Beispielsweise kommt anstelle der Betrachtung quadrierter Signale für die Betrachtung der Energieerhaltung die Verwendung anderer Exponenten als des Exponenten 2 in Betracht.
Ferner ist es möglich, die Signale hinsichtlich ihrer Zeit-Hüllkurven aneinander anzugleichen. Kurz gesagt können die kompatiblen Signale hinsichtlich jeglicher gehörrelevanter Signaleigenschaften durch geeignete Wahl des Korrekturfaktors an die Signale angeglichen werden, die sich bei Anwendung der Kompatibilitätsmatrix auf Signale ergeben würden, welche nicht der gemeinsamen Sterocodierung und anschließenden Decodierung unterworfen worden sind.
Ferner sei angemerkt, daß die Lehre der vorliegenden Erfindung nicht auf eine spezielle Zahl von Kanälen begrenzt ist, sondern auf jegliche Mehrkanalaudiosysteme Anwendung findet.

Claims (11)

  1. Verfahren zum Codieren mehrerer Audiosignale, bei dem
    wenigstens zwei Signale (L, R, C) durch gemeinsame Stereocodierung zu einem gemeinsam codierten Signal (y) zusammengefaßt werden,
    das gemeinsam codierte Signal (y) zum Schaffen simulierter decodierter Signale (L', R', C') decodiert wird,
    das simulierte decodierte Signal (L', R', C') und wenigstens ein weiteres Signal (Ls, Rs) zur Schaffung von zu vorhandenen Decodern kompatiblen Signalen (Lc', Rc') in einer Kompatibilitätsmatrix durch Matrizierung zusammengefaßt werden,
    gekennzeichnet durch folgenden Schritt:
    dynamisches Gewichten entweder der kompatiblen Signale (Lc', Rc') oder der simulierten decodierten Signale (L', R', C') mittels wenigstens eines dynamischen Korrekturfaktors (m; ml, mr; kl, kr), um die kompatiblen Signale (Lc', Rc') bezüglich ihrer gehörrelevanten Signaleigenschaften an die Signale anzunähern, die bei direkter Matrizierung dieser wenigstens zwei Signale (L, R, C) und des weiteren Signales (Ls, Rs) mittels dieser Kompatibilitätsmatrix entstünden.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
    daß der Schritt des dynamischen Gewichtens der kompatiblen Signale (Lc', Rc') oder der simulierten decodierten Signale (L', R', C') mittels des dynamischen Korrekturfaktors (m; ml, mr; kl, kr) in der Weise ausgeführt wird, daß die kompatiblen Signale (Lc', Rc') bezüglich ihrer Energie an die Energie der Signale angenähert werden, die bei der direkten Matrizierung dieser wenigstens zwei Signale (L, R, C) und des weiteren Signales (Ls, Rs) mittels der Kompatibilitätsmatrix entstünden.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,
    daß der Schritt der gemeinsamen Stereocodierung eine Joint-Stereo-Codierung des linken und des rechten Grundkanals (L, R) und des Mittenkanals (C) umfaßt, und
    daß die weiteren Signale dem linken und dem rechten Surround-Kanal (Ls, Rs) entsprechen.
  4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet,
    daß die Kompatibilitätsmatrix folgendermaßen lautet: Lc' = a·L' + b·C' + c·Ls; Rc' = a·R' + b·C' + c·Rs. wobei (Ls, Rs) den linken und rechten Surround-Kanal, (L' und R') den simulierten decodierten linken und rechten Grundkanal, (C') den simulierten decodierten Mittenkanal, (a, b und c) Koeffizienten der Kompatibilitätsmatrix und (Lc', Rc') die kompatiblen Signale darstellen.
  5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet,
    daß ein einziger dynamischer Korrekturfaktor (m) aus den wenigstens zwei Signalen (L, R, C), die der gemeinsamen Stereocodierung zu unterwerfen sind, und aus wenigstens einem Teil der simulierten decodierten Signale (L', R', C') berechnet wird, und
    daß jedes der simulierten decodierten Signale mit diesem dynamischen Korrekturfaktor (m) vor dessen Matrizierung multipliziert wird.
  6. Verfahren zum Decodieren der nach Anspruch 5 codierten Audiosignale in Rückbeziehung auf Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß
    der Korrekturfaktor (m) zum Decoder übertragen wird,
    das gemeinsam codierte Signal (y) einer Joint-Stereo-Decodierung zur Gewinnung des decodierten linken und rechten Grundkanals (L', R') sowie des decodierten Mittenkanals (C') unterworfen wird,
    der decodierte linke und rechte Grundkanal (L', R') sowie der decodierte Mittenkanal (C') mit dem Korrekturfaktor durch Multiplikation gewichtet werden, und
    die so gewichteten Signale (mL', mR', mC') zusammen mit den kompatiblen Signalen (Lc, Rc) zur Matrizierung mittels einer inversen Kompatibilitätsmatrix zur Wiedergewinnung des rechten und linken Surroundkanales (Ls', Rs') unterworfen werden.
  7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet,
    daß der einzige dynamische Korrekturfaktor (m) gemäß folgender Beziehung bestimmt wird: m = | a · L + a · R + b · C | 2 | a · L' + a · R' + b · C' | 2 wobei (L) und (R) den linken und rechten Grundkanal, (C) den Mittenkanal, (a und b) Koeffizienten der Kompatibilitätsmatrix und (L' und R') durch Joint-Stereo-Codierung und Joint-Stereo-Decodierung erzeugte simulierte decodierte linke und rechte Grundkanäle bezeichnen.
  8. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet,
    daß zwei dynamische Korrekturfaktoren (ml, mr) derart bestimmt werden, daß folgende Gleichungen erfüllt sind: | a·L + b·C + c·Ls | 2 = | ml · (a·L' + b·C') + c·Ls | 2 | a·R + b·C + c·Rs | 2 = | mr · (a·R' + b·C') + c·Rs | 2 wobei (Ls, Rs) den linken und rechten Surround-Kanal, (L und R) den linken und rechten Grundkanal, (C) der Mittenkanal, (a, b und c) Koeffizienten der Kompatibilitätsmatrix und (Lc', Rc') die kompatiblen Signale darstellen, und
    daß der durch Joint-Stereo-Codierung und durch anschließende Joint-Stereo-Decodierung gewonnene simulierte decodierte linke Kanal (L') sowie der simulierte decodierte Mittenkanal (C') mit einem der Korrekturfaktoren (ml) und der durch Joint-Stereo-Codierung und anschließende Joint-Stereo-Decodierung gewonnene simulierte decodierte rechte Kanal (R') sowie der simulierte decodierte Mittenkanal (C') mit dem anderen Korrekturfaktor (mr) gewichtet werden, bevor sie der Matrizierung mittels der Kompatibilitätsmatrix zusammen mit dem linken und rechten Surround-Kanal (Ls, Rs) zur Schaffung der kompatiblen Signale unterworfen werden.
  9. Verfahren zum Decodieren der nach Anspruch 8 codierten Audiosignale, dadurch gekennzeichnet, daß
    die beiden Korrekturfaktoren (ml, mr) zum Decoder übertragen werden,
    das gemeinsam codierte Signal (y) einer Joint-Stereo-Decodierung zur Gewinnung des decodierten linken und rechten Grundkanals (L', R') sowie des decodierten Mittenkanals (C') unterworfen wird,
    der linke decodierte Grundkanal (L') und der decodierte Mittenkanal (C') mit dem einen der Korrekturfaktoren (ml) und der decodierte Mittenkanal (C') sowie der decodierte rechte Grundkanal (R') mit dem anderen Korrekturfaktor (mr) durch Multiplikation gewichtet werden, und
    die so gewichteten Signale (ml·L', mr·R', ml·c', mr·C') zusammen mit den kompatiblen Signalen (Lc', Rc') zur Matrizierung mittels einer inversen Kompatibilitätsmatrix zur Wiedergewinnung des rechten und linken Surroundkanals (Rs', Ls') unterworfen werden.
  10. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet,
    daß zwei dynamische Korrekturfaktoren (kl, kr) derart bestimmt werden, daß folgende Gleichungen erfüllt sind: kl = | a·L + b·C + c·Ls | 2 | a·L' + b·C' + c·Ls' | 2 kr = | a·R + b·C + c·Rs | 2 | a·R' + b·C' + c·Rs' | 2 wobei (L', R' und C') den simulierten decodierten linken, rechten und Mittenkanal, (Ls, Rs) den linken und rechten Surround-Kanal, (L und R) den linken und rechten Grundkanal, (C) den Mittenkanal, (a, b und c) Koeffizienten der Kompatibilitätsmatrix und (Lc', Rc') die kompatiblen Signale darstellen, und
    daß je eines der kompatiblen Signale (Lc', Rc'), die durch Matrizierung erzeugt sind, durch Multiplikation mit je einem der Korrekturfaktoren (kl, kr) gewichtet wird.
  11. Verfahren zum Decodieren der nach Anspruch 10 codierten Audiosignale, dadurch gekennzeichnet, daß
    die Korrekturfaktoren (kl, kr) zum Decoder übertragen werden,
    die kompatiblen Signale (Lc', Rc') durch die Korrekturfaktoren (kl, kr) geteilt werden; und
    die so gewichteten kompatiblen Signale (Lc'/kl, Rc'/kr) zusammen mit den durch die Joint-Stereo-Decodierung des gemeinsam codierten Signales (y) gewonnenen Signalen (L', R', C') einer inversen Kompatibilitätsmatrix zur Schaffung des linken und rechten Surround-Kanales (Ls', Rs') unterworfen werden.
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