EP2952016B1 - Verfahren zur mehrkanaltonbearbeitung in einem mehrkanaltonsystem - Google Patents
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- H04S5/02—Pseudo-stereo systems, e.g. in which additional channel signals are derived from monophonic signals by means of phase shifting, time delay or reverberation of the pseudo four-channel type, e.g. in which rear channel signals are derived from two-channel stereo signals
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- H04S2400/13—Aspects of volume control, not necessarily automatic, in stereophonic sound systems
Definitions
- the invention relates to a method for multi-channel sound processing in a multi-channel sound system according to the preamble of claim 1.
- the front signals Lo and Ro, the center signal Co and the surround signals L RO and R RO are derived from stereo signals, ie from the input signals L and R.
- the respective other signals are subtracted from the signals L, R, L + R and LR with a weighting.
- frequency-dependent weighting factors are derived in addition to the level ratio calculations.
- the center signal C is varied only in the level, whereas the two surround signals L and R RO RO in two frequency bands and phase inverted derived.
- the coefficients a 1 ... A 8 of these weighted summations are derived from level measurements.
- two control signals from the level difference of a left and right channel D LR and level difference of a sum and difference signal Des are calculated.
- the two front signals L out and R out are thereby from the two input signals L and R and the subtraction of a weighted sum signal (L + R) and of a weighted difference signal (LR) obtained.
- the center signal C results from the sum (L + R) and the subtraction of the weighted input signals L and R.
- the surround signal S is made up of the sum (LR) and the subtraction of the weighted input signals L and R.
- the weighting coefficients g l , g r , g c and g s are obtained from a level matching of the signals L and R and L + R and LR in a recursive structure.
- This time-variant multi-channel control ensures a spatial displacement of the signal, if then again a stereo encoding is made.
- Much more decisive for a spatial resolution improvement of stereo signals is an extraction of directional signal components and their weighting by static or frequency-dependent weighting. Therefore, the document WO 2010/015275 A1 represents a significant advance of the method of the type mentioned, since here the decomposition of stereo signals in spatial proportions takes place in order to assess these with different level controls. Thereafter, the valued spatial signals are reassembled into a stereo signal. Due to the weighting of the spatial signal components, the stereo signal experiences an improvement of the spatial reproduction.
- US2012 / 0263306 A1 discloses a four-channel stereophonic device. It is therefore an object of the invention to further develop a method of the type mentioned above, that on the basis of an extraction of directional signal components, a further improvement of the spatial reproduction of the input signals L and R is achieved. This object is achieved with the features of claim 1.
- the derivation of the surround signals from the difference LR has proven to be another important step for improved stereo and spatial expansion.
- a space signal R is formed into a center signal.
- the space signal is formed from the difference between the signals L and R (R L ) and / or the difference between the signals R and L (R R ).
- the inventive method a spatial and Stereo extension of a stereo signal achieved by an extension of the stereo decomposition.
- the advantage here is a frequency-dependent weighting of the surround signals.
- a frequency-dependent weighting of the signals S L and S R takes place .
- the frequency-dependent weighting is preferably carried out by means of a height-helving filter.
- the signals L and R are expediently added to the signals L P and R P.
- the invention also provides software residing on a signal processor, i. is imported to the signal processor.
- the software contains an algorithm which is processed by the signal processor, the algorithm detecting the method.
- the method begins with the fact that in the context of decoding the input signals L and R, which are present as stereo signals, are divided into three signal components, wherein the signals L and R can be retained.
- the signal components are the center signal C, the spatial signal R and the surround signals S L and S R.
- the center signal C is single-channel, ie it contains only the channel C, whereas the space signal R and the surround signal S are two-channel, ie they contain the signals R L and R R and S L and S R.
- the surround and space signals S L , S R and R L and R R contain the direction and spatial information of the stereo signals L and R.
- the process section A is followed by the process section B, in which the processing of the channels C, R L , R R , S L and S R takes place.
- these signals are provided by first level control 1, 2 with a level weighting, which manifests itself in the factor 1.5.
- the further level controls 3, 4 provide a further variable level weighting, which weights the sound characteristics of the decoded signals to L, R.
- the filters 5, 6 have a minimum phase shift in the frequency range of preferably 2 kHz, so that extinction effects are minimized in the taking place in process section C encoding, at the same time the actual gain effect is emphasized with a height helving frequency response of, for example, 3 dB, preferably 2KHZ.
- the surround signals S L , S R are supplied to the level selectors 7, 8 which weight the sound characteristics of the decoded signals to S L , S R.
- the encoded weighted signals are found L P , R P a post-processing by stereo equalizer 9, 10.
- a special non-linear characteristic NL is used. This non-linear characteristic maps an input amplitude x to an output amplitude y.
- the signals L P , R P undergo further post-processing in the method section D such that the level adjusters 11, 12 determine the degree of overtone mixing to the direct signal. Further processing is finally carried out by the level control 13, 14, which make the overall level of the process result adjustable.
- the present invention is not limited in its execution to the embodiment given above. Rather, a number of variants is conceivable, which make use of the solution shown in other types.
- ie compressors / limiters are used to further enrich the sound image.
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Description
- Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Mehrkanaltonbearbeitung in einem Mehrkanaltonsystem gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
- Ein Verfahren der eingangs genannten Art ist dem Fachmann bekannt und geläufig und wird in der
DE 24 39 863 A1 offenbart. - In dem in der Druckschrift
US 5,771,295 beschriebenen Mehrkanaltonverfahren werden aus Stereo-Signalen, d.h. aus den Eingangssignalen L und R die Frontsignale Lo und Ro, das Center-Signal Co und die Surround-Signale LRO und RRO abgeleitet. Für jedes der Signale werden von den Signalen L, R, L+R und L-R die jeweils anderen Signale mit einer Gewichtung subtrahiert. Im Rahmen dieses vorbekannten Verfahrens zur Mehrkanaltonbearbeitung werden neben den Pegelverhältnisberechnungen auch frequenzabhängige Gewichtsfaktoren abgeleitet. Dabei wird das Center-Signal C nur in dem Pegel variiert, wohingegen die beiden Surround-Signale LRO und RRO in zwei Frequenzbändern und phaseninvertiert abgeleitet werden. In dem der DruckschriftUS 5,046,098 offenbarten vorbekannten Verfahren werden die Frontsignale L' und R' sowie das Center-Signal C und das Surround-Signal S erzeugt, in dem durch Summen und Differenzbildung das Center-Signal C=a1*L+a2*R und das Surround-Signal S=a3*L-a4*R und die Frontsignale L'=a5*L-a6*C und R'=a7*R-a8*C aus den beiden Eingangssignalen L und R gebildet werden. Die Koeffizienten a1...a8 dieser gewichteten Summationen werden aus Pegelmessungen abgeleitet. Zur Steuerung dieser Differenzbildung werden zwei Steuersignale aus der Pegeldifferenz eines linken und rechten Kanals DLR und aus Pegeldifferenz eines Summen- und Differenzsignales Des berechnet. Diese beiden Steuersignale werden mit zeitvarianten Ansprechzeiten in dieser Dynamik verändert. Aus diesen beiden zeitvarianten neuen Steuersignalen werden dann vier einzelne Gewichtsfaktoren EC, ES, EL und ER abgeleitet, die eine zeitvariante Ausgangsmatrix zur Berechnung der Frontsignale L' und R' sowie des Center-Signales C und des Surround-Signales S ermöglichen. - Ein weiteres Verfahren der eingangs genannten Art offenbart die Druckschrift
US 2004/0125960 A1 , die eine Erweiterung der Decodierung mit zeitvarianten Steuersignalen zum Inhalt hat. Die beiden Frontsignale Lout und Rout werden dabei aus den beiden Eingangssignalen L und R und der Subtraktion eines gewichteten Summensignales (L+R) und eines gewichteten Differenzsignales (L-R) gewonnen. Das Center-Signal C ergibt sich aus der Summe (L+R) und der Subtraktion der gewichteten Eingangssignale L und R. Das Surround-Signal S erfolgt aus der Summe (L-R) und der Subtraktion der gewichteten Eingangssignale L und R. Die Gewichtskoeffizienten gl, gr, gc und gs werden aus einer Pegelanpassung der Signale L und R bzw. L+R und L-R in einer rekursiven Struktur gewonnen. - Auch dient in der Druckschrift
US 6,697,491 B1 die Pegeldifferenzberechnung für L/R und (L+R)/(L-R) zur Ableitung von Steuersignalen für die gewichtete Matrixdecodierung in der Mehrkanaltonbearbeitung. - Die beschriebenen Verfahren zur Mehrkanalbearbeitung in einem Mehrkanaltonsystem sind hauptsächlich für die Verarbeitung von Kinoton-Signalen entwickelt worden. Hierbei ist es wichtig gewesen, dynamisch auftretende Richtungen von Signalen, zumeist in Form von Sprach- und Effektsignalen, räumlich über mehrere Lautsprecher richtungsadäquat wiederzugeben. Die dynamische Ansteuerung dieser Mehrkanalsignale unterstützt die Richtungswahrnehmung bei derartigen Signalarten. Demgegenüber ist jedoch die Richtungsinformation in musikalischen Stereo-Aufnahmen zu einem hohen Prozentsatz nicht dynamisch, sondern eher statisch und ändert sich bei speziellen Raumeffekten eher geringfügig. Akustische Untersuchungen im Rahmen des in der Druckschrift
US 2004/0125960 A1 offenbarten Verfahrens zeigen ein minimales Steuern der Richtungsinformationen, da dominante Richtungen innerhalb eines Stereo-Mixes selten auftreten. Diese zeitvariante Mehrkanal-Steuerung sorgt für eine räumliche Verschiebung des Signales, wenn anschließend wieder eine Stereo-Encodierung vorgenommen wird.
Wesentlich entscheidender für eine räumliche Auflösungsverbesserung von Stereo-Signalen ist dagegen eine Extraktion von Richtungssignalanteilen und deren Gewichtung durch statische oder frequenzabhängige Gewichtung. Von daher stellt die DruckschriftWO 2010/015275 A1 einen wesentlichen Fortschritt des Verfahrens der eingangs genannten Art dar, da hier die Zerlegung von Stereo-Signalen in Raumanteile erfolgt, um diese mit unterschiedlichen Pegelstellern zu bewerten. Danach werden die bewerteten Raumsignale wieder zu einem Stereo-Signal zusammengesetzt. Aufgrund der Gewichtung der Raumsignalanteile erfährt das Stereo-Signal eine Verbesserung der räumlichen Wiedergabe. - Die Veröffentlichung "QA-800, A single unit, four-channel pre/main amplifier for the creation of a living presence quadraphonic sound field" von Pioneer, 2010, offenbart verschiedene Beispiele von Vierkanalstereofoniesystemen.
-
US2012/0263306 A1 offenbart eine Vierkanalstereofonievorrichtung. Es ist deshalb Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren der eingangs genannten Art derart weiterzuentwickeln, dass auf Grundlage einer Extraktion von Richtungssignalanteilen eine weitere Verbesserung der räumlichen Wiedergabe der Eingangssignale L und R erzielt wird.
Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Gemäß der Erfindung werden im Rahmen einer Decodierung aus den Signalen R und L, die räumlich wiedergegeben werden, mindestens zwei Signale der Form nL-mR mit n, m = 1, 2, 3, 4 gebildet. Hierdurch wird vorteilhafterweise eine Verbesserung der räumlichen Wiedergabe und Transparenz der Eingangs-Signale L und R erzielt. Hierzu werden bei der Decodierung vorzugsweise die Signale L-R (das heißt mit n,m=l) und 2L-R (das heißt mit n=2 und m=l) gebildet. Im Rahmen von psychoakustischen Untersuchungen hat sich zudem die Ableitung der Surround-Signale aus der Differenz L-R als weiterer wichtiger Schritt für eine verbesserte Stereo- und Raumaufweitung erwiesen. Hierbei hat sich wiederum nach intensivem Hörtest das Verhältnis der Surround-Signale SL=2L-R und SR=2R-L als günstig herausgestellt. Die Erfindung sieht daher vor, dass das Surround-Signal SL=2L-R und das Surround-Signal SR aus der Differenz SR=2R-L gebildet werden. - Vorzugsweise werden im Rahmen der Decodierung aus den Signalen L und R ein Raumsignal R und in ein Center-Signal gebildet. Das Raumsignal wird dabei aus der Differenz der Signale L und R (RL) und/oder aus der Differenz der Signale R und L (RR) gebildet.
- Entgegen den herkömmlichen Verfahren, die eine Zerlegung der Signale L und R in die Front-Signale Lfront und Rfront, das Center-Signal C und die Surround-Signale SL und SR vorsehen, wird durch das erfindungsgemäße Verfahren eine Raum- und Stereo-Erweiterung eines Stereo-Signales durch eine Erweiterung der Stereo-Zerlegung erreicht. Hierzu werden die Raum-Signale RL=L-R und RR=R-L zusätzlich aus den Eingangskanälen R und L gerechnet.
- Diese Eigenschaften sind bei den folgenden Systemen verifiziert:
- MS40 Behringer-Monitor-Lautsprecher
- Notebook Toshiba
- IMAC27 Rechner
- Mobiltelefon LG GM205 mit DolbyMobile
- Philips Flatscreen-Fernseher 42PFL9703D mit BBE Surround
- Dockingstation JBL On Stage 400p.
- Vergleiche zu DolbyMobile, Virtual Dolby Surround und anderen Stereo-Spatializern zeigen, dass das erfindungsgemäße Verfahren eine wesentlich neutralere Verbesserung des Stereo-Klangbildes erzeugt.
- Von Vorteil ist dabei eine frequenzabhängige Gewichtung der Surround-Signale. Zweckmäßigerweise erfolgt daher eine frequenzabhängige Gewichtung der Signale SL und SR. Die frequenzabhängige Gewichtung erfolgt vorzugsweise mittels eines Höhenshelving-Filters.
- Zweckmäßigerweise werden zu den Signalen LP und RP die Signale L und R addiert.
- Im Rahmen der Erfindung ist auch eine Software vorgesehen, die sich auf einem Signalprozessor befindet, d.h. auf den Signalprozessor importiert ist. Die Software enthält dabei einen Algorithmus, der von dem Signalprozessor abgearbeitet wird, wobei der Algorithmus das Verfahren erfasst.
- Im Folgenden wird die Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt in schematischer Darstellung:
- Fig. 1
- ein Verfahren gemäß der Erfindung und
- Fig. 2
- eine weitere Ausführungsform des Verfahrens aus
Fig. 1 . - die Decodierung (Verfahrensabschnitt A),
- die Verarbeitung der decodierten Signale (Verfahrensabschnitt B),
- die Encodierung (Verfahrensabschnitt C),
- die Verarbeitung der encodierten Signale (Verfahrensabschnitt D).
- Das Verfahren beginnt damit, dass im Rahmen der Decodierung die Eingangs-Signale L und R, die als Stereo-Signale vorliegen, in drei Signalanteile zerlegt werden, wobei die Signale L und R erhalten bleiben können. Bei den Signalanteilen handelt es sich um das Center-Signal C, das Raumsignal R sowie die Surround-Signale SL und SR. Das Center-Signal C ist dabei einkanalig, d.h. es enthält nur den Kanal C, wohingegen das Raum-Signal R und das Surround-Signal S zweikanalig sind, d.h. sie enthalten die Signale RL und RR bzw. SL und SR. Die Surround- und Raum-Signale SL, SR sowie RL und RR enthalten dabei die Richtung und Rauminformation der Stereo-Signale L und R.
- In Verfahrensabschnitt A werden die Signale, d.h.
- der einkanalige Center-Signal C=L+R, auch Mono-Signal genannt,
- der Stereo-Anteil RL=L-R und RR=R-L des zweikanaligen Raum-Signales R sowie
- die beiden zweikanaligen Surround-Kanäle SL=2L-R und SR=2R-L,
- Dem Verfahrensabschnitt A schließt sich der Verfahrensabschnitt B an, in dem die Verarbeitung der Kanäle C, RL, RR, SL und SR erfolgt. Um die Lautstärke des Center-Signales C und des Raum-Signales RL=L-R und RR=R-L einzustellen, werden diese Signale durch erste Pegelsteller 1, 2 mit einer Pegelgewichtung versehen, die sich in dem Faktor 1,5 manifestiert. Nach dieser ersten Pegelgewichtung erfolgt durch die weiteren Pegelsteller 3, 4 eine weitere variable Pegelgewichtung, die die Klangcharakteristika der decodierten Signale zu L, R gewichten.
- Die beiden Surround-Signale SL=2L-R und SR=2R-L werden dagegen Höhenshelving-Filtern 5, 6 zugeführt, durch die der Frequenzgang der Surround-Signale SL und SR eingestellt werden. Es findet also eine frequenzabhängige Gewichtung der Signale SL und SR statt, wobei die Filter 5, 6 eine minimale Phasenverschiebung im Frequenzbereich um vorzugsweise 2 kHz aufweisen, so dass Auslöschungseffekte bei der in Verfahrensabschnitt C stattfindenden Encodierung minimiert werden, gleichzeitig der eigentliche Verstärkungseffekt jedoch betont wird und zwar mit einem Höhenshelving-Frequenzgang um beispielsweise 3 dB bei vorzugsweise 2KHZ. Danach werden die Surround-Signale SL, SR den Pegelstellern 7, 8 zugeführt, die die Klangcharakteristika der decodierten Signale zu SL, SR gewichten.
-
- In dem letzten Verfahrensabschnitt D erfahren die encodierten gewichteten Signale LP, RP eine Nachbearbeitung durch Stereo-Equalizer 9, 10. Zur weitere Anreicherung des Klangbildes wird eine spezielle nichtlineare Kennlinie NL verwendet. Diese nichtlineare Kennlinie bildet eine Eingangsamplitude x auf eine Ausgangsamplitude y ab. Die eingesetzte, nicht lineare Kennlinie y=f(x) lautet
- Durch diese Kennlinie werden dem Direkt-Musiksignal harmonische Obertöne hinzugefügt. Schließlich erfahren die Signale LP, RP eine weitere Nachverarbeitung in dem Verfahrensabschnitt D derart, dass die Pegelsteller 11, 12 den Grad der Obertonzumischung zum Direktsignal bestimmen. Eine weitere Bearbeitung erfolgt schließlich durch die Pegelsteller 13, 14, die den Gesamtpegel des Verfahrensergebnisses regelbar machen.
- Die vorliegende Erfindung beschränkt sich in ihrer Ausführung nicht auf das vorstehend angegebene Ausführungsbeispiel. Vielmehr ist eine Anzahl von Varianten denkbar, welche von der dargestellten Lösung auch bei anders gearteten Ausführungen Gebrauch machen. Beispielsweise können im Rahmen des Verfahrensabschnittes D Maximizer, d.h. Kompressoren/Limiter Anwendung finden, um das Klangbild weiter anzureichern.
-
- 1, 2
- erste Pegelsteller
- 3, 4
- weitere Pegelsteller
- 5, 6
- Höhenshelving-Filter
- 7, 8
- Pegelsteller
- 9, 10
- Stereo-Equalizer
- 11, 12,
- 13, 14
- weitere Komponenten
Das erfindungsgemäße Verfahren zeichnet sich dadurch aus, dass im Rahmen einer Decodierung aus den Signalen R und L mindestens zwei Signale der Form nL-mR mit n, m =1, 2, 3, 4 gebildet werden. Wie aus
Claims (11)
- Verfahren zur Mehrkanaltonbearbeitung in einem Mehrkanaltonsystem, bei dem die Eingangssignale L und R, vorzugsweise als Stereo-Signale, decodiert werden, wobei im Rahmen der Decodierung aus den Signalen R und L mindestens zwei Signale der Form nL-mR mit n, m = 1, 2, 3, 4 gebildet werden, dadurch gekennzeichnet, dass die Eingangssignale L und R räumlich wiedergegeben werden und ein Surround-Signal SL aus der Differenz SL = 2L-R und ein Surround-Signal SR aus der Differenz SR = 2R-L gebildet werden.
- Verfahren nach Anspruch 1, wobei im Rahmen der Decodierung aus den Signalen L und R ein Raumsignal R und in ein Center-Signal gebildet werden, wobei ein Raumsignal RL aus der Differenz der Signale L und R und/oder ein Raumsignal RR aus der Differenz der Signale R und L gebildet wird.
- Verfahren nach Anspruch 3, wobei die Signale RL, RR, C, SL und SR eine Pegelgewichtung VC, VR, VS erhalten.
- Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 5, wobei eine frequenzabhängige Gewichtung der Signale SL und SR erfolgt.
- Verfahren nach Anspruch 6, wobei die frequenzabhängige Gewichtung mittels eines Höhenshelving-Filters (5,6) erfolgt.
- Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 6, wobei die Signale LP, RP mittels eines Equalizers (9,10) gefiltert werden.
- Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 7, wobei den Signalen LP, RP harmonische Obertöne hinzugefügt werden.
- Software, die auf einen Signalprozessor importiert ist,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Software einen Algorithmus enthält, der von dem Signalprozessor abgearbeitet wird, wobei der Algorithmus das Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 10 erfasst.
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