ES2340784T3 - Aparato y metodo para sintetizar tres canales de salida, utilizando dos canales de entrada. - Google Patents
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Abstract
Aparato para sintetizar tres canales (12a, 12b, 12c) de salida utilizando dos canales (10a, 10b) de entrada, en el que un segundo canal de los tres canales de salida puede alimentarse a un altavoz en un esquema de representación de audio pretendido, que está ubicado entre dos altavoces que pueden alimentarse con el primer canal de salida y el tercer canal de salida, que comprende: un analizador (15) para analizar los dos canales de entrada, para detectar componentes de señal que ocurren en ambos canales de entrada para obtener componentes de señal detectadas; y un generador (16) de señal, para generar los tres canales (12a, 12b, 12c) de salida utilizando los dos canales (10a, 10b) de entrada, en el que el generador de señal comprende: un mezclador (16a) ascendente dos-tres, para generar al menos un segundo canal (12b) intermedio incluyendo al menos una parte de las componentes de señal detectadas; un detector (16b) de recorte, para detectar una parte del segundo canal que tiene una amplitud por encima del umbral máximo; y un controlador (30, 31) de mezclador ascendente dos-tres para controlar el mezclador (16a) ascendente dos-tres de tal manera que sólo una parte de las componentes de señal detectadas se alimenta al segundo canal y un resto de las componentes de señal permanecen ubicadas en los canales de salida primero y tercero, cuando una alimentación completa de las componentes de señal detectadas daría como resultado la superación de un umbral (61a, 61b) máximo para el segundo canal.
Description
Aparato y método para sintetizar tres canales de
salida, utilizando dos canales de entrada.
La presente invención se refiere a
sintetizadores de múltiples canales y, en particular, a dispositivos
que generan tres o más canales de salida, utilizando dos canales de
entrada estéreo.
El material de audio de múltiples canales cada
vez se está volviendo más popular también en el ámbito del consumo
doméstico. Esto primordialmente se debe al hecho de que películas en
DVD ofrecen sonido 5.1 de múltiples canales y por lo tanto incluso
los usuarios domésticos frecuentemente instalan sistemas de
reproducción de audio que pueden reproducir audio de múltiples
canales. Una configuración de este tipo consiste por ejemplo en 3
altavoces, L, C, R en la parte frontal, 2 altavoces Ls, Rs en la
parte posterior y un canal de mejora de baja frecuencia (LFE, low
frequency enhancement) y proporciona varias ventajas bien
conocidas frente a la reproducción estéreo de 2 canales, por
ejemplo:
- -
- estabilidad de imagen frontal mejorada, incluso fuera de la posición de audición central óptima debido al canal central ("zona de sonido óptimo" más grande = posición de audición óptima)
- -
- mayor sensación de "envolvimiento" del oyente, creada por las altavoces posteriores.
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Sin embargo, existe una enorme cantidad de
contenido de audio legado, que sólo consiste de dos canales de audio
("estéreo"), por ejemplo en Discos Compactos (CDCompact
Disc).
Para reproducir material de audio legado en dos
canales a través de una configuración de múltiples canales 5.1, hay
dos opciones básicas:
- 1.
- Reproducir las señales estéreo del canal izquierdo y derecho a través de los altavoces L y R, respectivamente, es decir reproducirlas en la forma legada. Esta solución no aprovecha la configuración de altavoces ampliada (altavoces centrales y posteriores).
- 2.
- Puede utilizarse un método para convertir los dos canales del material del contenido en una señal de múltiples canales (esto puede suceder "sobre la marcha" o mediante preprocesamiento) que utiliza todos los altavoces 5.1 y de esta forma se beneficia de las ventajas previamente comentadas de la configuración de múltiples canales.
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La solución n.º 2 claramente tiene ventajas
frente a la n.º 1, pero también contiene algunos problemas
especialmente con respecto a la conversión de los dos canales
frontales (izquierdo y derecho = LR) en tres canales frontales
(múltiples canales izquierdo, central y derecho = L'C'R').
Una buena solución de conversión de LR a L'C'R'
debe cumplir los siguientes requisitos:
- 1)
- Para recrear una imagen frontal similar pero más estable en el caso de reproducción L'C'R' que en el de LR, el canal central deberá reproducir todos los eventos de sonido que usualmente se percibe que provienen desde el centro entre el altavoz izquierdo y derecho, si el oyente está es la "zona de sonido óptimo". Además, las señales en las posiciones frontal izquierda deberán reproducirse por L'C' y las señales en las posiciones frontal derecha deberán reproducirse por R'C', respectivamente (véase J.M. Jot y C. Avendano, "Spatial Enhancement of Audio Recordings", AES 23rd Conference, Copenhague, 2003).
- 2)
- La suma de la energía acústica emitida por los canales L'C'R' debe ser igual a la suma de la energía acústica de los canales fuente LR con el fin de lograr una impresión de sonido igualmente fuerte tanto para L'C'R como para LR. Considerando que existen iguales características en todos los canales de reproducción, esto se traduce en "la suma de la energía eléctrica de los canales L'C'R' debe ser igual a la suma de la energía eléctrica de los canales fuente LR".
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Debido al requisito n.º 1, las señales de los
canales izquierdo y derecho pueden mezclarse en un (único) canal
central. Esto es particularmente cierto si las señales de canal
izquierdo y derecho son casi idénticas, es decir representan una
fuente de sonido ficticio en el centro de la fase de sonido frontal.
Esta imagen ficticia se reemplaza ahora por una imagen "real"
generada por el altavoz central. Debido al requisito n.º 2, esta
señal central deberá transportar la suma de la energía izquierda y
derecha. Si el nivel de las señales de canal izquierdo y derecho
está cerca de la amplitud máxima que puede transmitirse por el canal
(= 0 dBFS; dBFS = Escala Completa de dB), la suma de los niveles de
ambos canales superará el nivel máximo que puede representarse por
el canal/sistema. Esto usualmente da como resultado el efecto
indeseado de "recorte".
La situación de recorte se ilustra en la figura
6. La figura 6 ilustra una forma de onda en tiempo de una señal 60
procesada por un procesador que tiene un umbral 61a positivo máximo
y un umbral 61b negativo máximo. Dependiendo de la capacidad del
procesador digital que procesa la señal digital, el umbral positivo
máximo y el umbral negativo máximo pueden ser +1 y -1. De forma
alternativa, cuando se utiliza procesador digital que representa los
números en enteros, el umbral positivo máximo será 32768
correspondiente a 2^{15}-1, y el umbral negativo
máximo será -32768 correspondiente a -2^{15}.
Dado que una señal de forma de onda en tiempo se
representa por una secuencia de muestras, siendo cada muestra un
número digital entre -32768 y +32767, queda fácilmente claro que
pueden obtenerse números superiores cuando, para una cierta
instancia de tiempo, el primer canal tiene un valor bastante elevado
y el segundo canal también tiene un valor bastante elevado, y cuando
estos valores bastante elevados se suman conjuntamente.
Teóricamente, el número máximo que se obtiene mediante esta suma
conjunta de los dos canales puede ser 65536. Sin embargo, el
procesador de señal digital no puede representar este elevado
número. En lugar de ello, el procesador digital sólo representará
números iguales al umbral positivo máximo o al umbral negativo
máximo. Por lo tanto, el procesador de señal digital realiza un
recorte en cuanto que un número superior o igual al umbral positivo
máximo o al umbral negativo máximo se reemplaza por un número igual
al umbral positivo máximo y al umbral negativo máximo, de tal manera
que, con respecto a la figura 6, se da la situación ilustrada.
Dentro de una parte 62 de tiempo de recorte, la forma 60 de onda no
tiene su forma natural (sinusoidal), sino que se aplana o recorta.
Cuando esta forma de onda recortada se evalúa desde un punto de
vista espectral, queda claro que este recorte en el dominio de
tiempo da como resultado fuertes componentes armónicas provocadas
por la alta magnitud de gradiente al inicio y al final de la parte
62 de tiempo de recorte.
Este "recorte digital" no está relacionado
con la configuración de reproducción, es decir el amplificador y los
altavoces utilizados para la representación de la señal de audio.
Sin embargo, cada combinación amplificador/altavoz también tiene
sólo un rango lineal limitado, y cuando este rango lineal se supera
por una señal procesada, también tiene lugar una especie de recorte,
que puede evitarse utilizando el concepto de la invención.
En cualquier caso, la aparición de recorte
introduce fuertes distorsiones en la señal de audio, que degradan
mucho la calidad de sonido percibido. De esta manera, la aparición
de recorte tiene que evitarse. Aún más debido al hecho de que la
mejora de sonido al representar una señal estéreo mediante una
configuración de múltiples canales, tal como un sistema de altavoces
5.1, es pequeña en comparación con las distorsiones de recorte muy
molestas. Por lo tanto, si no se puede garantizar que no se
producirá un recorte, se preferirá utilizar sólo los altavoces
izquierdo y derecho de una configuración de múltiples canales para
representar una señal estéreo.
Existen soluciones en la técnica anterior para
superar este problema de recorte.
Una solución simple para superar este problema
es reducir en escala todos los canales de la misma manera hasta un
nivel en el que ninguna de las señales de canal (en especial la
señal central) supere el límite de 0 dBFS. Esto puede realizarse
estáticamente mediante un valor fijo predeterminado. En este caso,
el valor fijo también debe ser válido para las situaciones del peor
caso, en las que el canal izquierdo y derecho tienen niveles
máximos. Para la conversión promedio de LR a L'C'R', esto lleva a
una versión L'C'R' significativamente más silenciosa que la de LR
estéreo original, lo que es indeseable, especialmente cuando los
usuarios cambian entre reproducción estéreo y de múltiples canales.
Este comportamiento puede observarse en decodificadores de matriz
comercialmente disponibles (Dolby ProLogicII y Logic7 Decoder) que
pueden utilizarse como convertidores de LR a L'C'R'. Véase la
publicación de Dolby: "Dolby Surround Pro Logic II Decoder -
Principies of Operation",
htp://www.dolby.com/assets/pdf/tech_library/209
_Dolby_Surround_Pro_Logic_II_Decoder_Principles_of_Operation.pdf, o
Griesinger, D.: "Multichannel Matrix Surround Decoders for
Two-Eared Listeners", 101st AES Convention, Los
Angeles, EE.UU., 1996, Preprint 4402.
Otra solución simple es utilizar compresión de
rango dinámico, con el fin de limitar de forma dinámica (dependiendo
de la señal) la señal pico, en ocasiones denominada como un
"limitador". Una desventaja de este enfoque es que no se
reproduce el rango dinámico real del programa de audio, sino que se
somete a compresión (véase Digital Audio Effects DAFX; Udo Zólzer,
Editor; 2002; Wiley & Sons; pág. 99 y sigs.:
"Limiter").
El problema de reducción en escala es
indeseable, ya que reduce el nivel o el volumen de una señal de
sonido en comparación con el nivel de la señal original. Para evitar
completamente cualquier aparición incluso teórica de recorte,
tendrían que reducirse en escala todos los canales por un factor de
escala igual a 0,5. Esto da como resultado un nivel de salida
fuertemente reducido de la señal de múltiples canales en comparación
con la señal original. Cuando sólo se escucha esta señal de
múltiples canales reducida en escala, puede compensarse esta
reducción de nivel aumentando la amplificación del amplificador de
sonido. Sin embargo, cuando se cambia entre varias fuentes, la señal
estéreo (legada), le parecerá muy fuerte a un oyente, cuando se
reproduce utilizando la misma configuración de amplificación del
amplificador que la establecida para la reproducción de múltiples
canales.
De esta manera, un usuario tendría que pensar en
reducir la configuración de amplificación de su amplificador antes
de cambiar de una representación de múltiples canales de una señal
estéreo a una representación estéreo real de la señal estéreo con el
fin de no dañar sus oídos o el equipo.
El otro método de la técnica anterior que
utiliza compresión de rango dinámico evita efectivamente el recorte.
Sin embargo, se cambia la propia señal de audio. De esta manera, la
compresión dinámica lleva a una señal de audio no auténtica que,
incluso cuando los artefactos introducidos no son demasiado
molestos, es cuestionable desde el punto de vista de
autenticidad.
Un objetivo de la presente invención es
proporcionar un concepto mejorado para síntesis de múltiples canales
utilizando dos canales de entrada.
Este objetivo se logra mediante un aparato para
sintetizar según las reivindicaciones 1 ó 12, un método de
sintetización según las reivindicaciones 11 ó 13, un programa
informático según la reivindicación 14.
La presente invención se basa en el hallazgo de
que, para superar el problema del recorte y para lograr aun así las
ventajas que conlleva el reproducir una señal estéreo utilizando
tres o más canales de una configuración de múltiples canales, el
canal central generalmente se genera de la manera habitual, es decir
recibe eventos de sonido ubicados en el centro entre los altavoces
izquierdo y derecho, lo que también se denomina una representación
"de centro real". Sin embargo, cuando el centro real entra en
el rango de recorte, sólo una parte de la energía de las componentes
de señal que representan los eventos en el centro de la
configuración de audio se alimenta al canal central. El resto de la
energía de estos eventos de sonido se alimenta de nuevo a los
canales primero y tercero (o izquierdo y derecho) o permanece allí
desde el inicio.
De esta manera, para una trama de tiempo, en la
que puede producirse un recorte, cuando se realiza el procedimiento
de mezcla ascendente dos/tres sin modificaciones, el canal central
se reduce en escala hasta el nivel por debajo de o igual al nivel
máximo posible sin recorte. Sin embargo, la energía/parte que falta
de la señal, que no puede representarse por el canal central, se
reproduce con el canal izquierdo y el canal derecho como un
"centro virtual" o "centro ficticio".
La señal del centro real y el centro virtual se
combinan entonces acústicamente durante la reproducción, recreando
un centro pretendido sin recorte. Este "mezclado" del centro
real y el centro virtual da como resultado una imagen frontal
mejorada, más estable, de una señal de audio estéreo, es decir, una
zona de sonido óptimo aumentada, aunque la zona de sonido óptimo no
es tan grande como si no hubiera en absoluto un centro ficticio. Sin
embargo, el procedimiento de la invención no tiene ningún artefacto
de recorte, ya que el resto de la energía no procesable dentro del
segundo canal debido al problema del recorte no se pierde, sino que
se representa mediante los canales izquierdo y derecho
originales.
Se indica aquí que, para cualquier situación, la
energía de los canales izquierdo y derecho en la configuración de
múltiples canales es menor que la energía en los canales izquierdo y
derecho originales, ya que la energía del canal central se toma de
los canales izquierdo y derecho. Por lo tanto, incluso cuando, según
la presente invención, una parte restante de la energía se alimenta
de nuevo a los canales de salida izquierdo y derecho, nunca existirá
un problema de recorte en estos canales.
Una ventaja adicional de la presente invención
es que la generación de señal de la invención se realiza de una
forma que, en una realización preferida, la energía total eléctrica
o acústica de los tres canales de salida generados (y canales de
salida adicionales opcionalmente generados tales como Ls, Rs, Cs,
LFE,...) se conserva respecto a la energía de la señal estéreo
original. Puede garantizarse el mismo volumen global
independientemente de la forma de presentación de la señal, es decir
si la señal se presenta utilizando una configuración estéreo que
sólo tiene dos altavoces o si la señal se representa usando una
configuración de múltiples canales que tiene más de dos
altavoces.
Además, la generación de señal y la distribución
de energía de sonido de la invención al canal central y a los
canales izquierdo y derecho se aplica dinámicamente sólo si es
inevitable el recorte, es decir el segundo canal central se mantiene
completamente sin cambio en situaciones que no se ven afectadas por
recorte, es decir cuando los valores de muestreo del segundo canal
permanecen por debajo de o son sólo iguales al umbral máximo.
Además, la combinación acústica resultante del
"centro real" y el "centro ficticio", produce una señal
que es mucho más cercana a la configuración de tres canales óptima,
es decir tres canales sin recorte o tres canales en los que son
admisibles valores de muestreo sin ningún umbral mínimo/máximo. La
imagen de sonido de la invención, por lo tanto, en realizaciones
preferidas, ni es diferente en nivel en comparación con la señal de
entrada estéreo ni deja de ser auténtica como sería el caso cuando
se utiliza un limitador o un recortador simple.
Realizaciones preferidas de la presente
invención se explican a continuación con respecto a los dibujos
adjuntos, en los que:
la figura 1 ilustra un aparato para sintetizar
los canales superiores según la realización preferida de la presente
invención;
la figura 2a, una realización preferida del
generador de señal de la figura 1, que tiene un postprocesador;
la figura 2b, una implementación preferida del
postprocesador de la figura 2a;
la figura 3, una realización adicional del
generador de señal de la invención que tiene un control de mezcla
ascendente iterativo;
la figura 4, una realización adicional del
generador de señal de la invención que opera completamente en el
dominio de parámetros;
la figura 5, un ejemplo de un sistema de sonido
5.1 que opcionalmente también tiene un canal central envolvente
C_{s};
la figura 6, una ilustración de una forma de
onda recortada;
la figura 7, una ilustración esquemática de la
situación de energía de la señal de entrada de dos canales original
y la señal de salida de tres canales antes y después del recorte;
y
la figura 8 ilustra un analizador de canales de
entrada preferido.
La figura 1 ilustra una realización preferida de
un aparato de la invención para sintetizar tres canales de salida
utilizando dos canales de entrada, en el que un segundo canal de los
tres canales de salida está previsto para un altavoz en una
configuración de reproducción de audio, que está ubicado entre dos
altavoces, que están previstos para recibir el primer canal de
salida y el tercer canal de salida. Los canales de entrada se
indican por 10a, canal que puede ser por ejemplo el canal izquierdo
L, y 10b para el segundo canal, que puede ser el canal derecho R.
Los canales de salida se indican como 12a para el canal derecho, 12b
para el canal central y 12c para el canal izquierdo. Pueden
generarse canales de salida adicionales tales como un canal 14a de
salida envolvente izquierdo, un canal 14b de salida envolvente
derecho y un canal 14c de mejora de baja frecuencia. La disposición
de los altavoces correspondientes para estos canales se ilustra en
la figura 5. En el centro de estos altavoces 12a, 12b, 12c, 14a, 14b
se encuentra una zona 50 de sonido óptimo. Cuando un oyente está
situado dentro de la zona de sonido óptimo, entonces tendrá una
impresión de sonido óptimo.
Adicionalmente, puede añadirse un canal 51
envolvente central C_{s}, que está ubicado entre el canal 14a
envolvente izquierdo y el canal 14a envolvente derecho. La señal
para el canal 51 envolvente central puede calcularse utilizando el
mismo procedimiento que para calcular la señal para el canal 12b
central. Adicionalmente, los métodos de la invención por lo tanto
también pueden aplicarse para el cálculo del canal envolvente
central con el fin de evitar el recorte en el canal envolvente
central.
Debe indicarse que el procedimiento de la
invención puede utilizarse para cualquier constelación de canales de
audio en la que se utilizan dos canales de entrada previstos para
dos posiciones espaciales diferentes en una configuración de
reproducción y en la que se generan tres canales de salida
utilizando estos dos canales de entrada, en el que el segundo canal
de los tres canales está ubicado entre dos altavoces adicionales en
la configuración de reproducción, a los que se proporcionan las
señales de canal de entrada primero y tercero.
El aparato sintetizador de la invención de la
figura 1 incluye un analizador 15 de canal de entrada para analizar
los dos canales de entrada con el fin de determinar componentes de
señal que ocurren en ambos canales de entrada. Estas componentes de
señal que ocurren en ambos canales de entrada pueden utilizarse para
construir el canal de centro real, es decir pueden representarse por
medio del canal central C mostrado en la figura 5. Normalmente, una
señal de estéreo incluye muchas de estas componentes de señal
monofónica tales como un interlocutor o, cuando se consideran
señales de música, un cantante o un instrumento para solo ubicado
frente a una orquesta y por lo tanto situado frente al
auditorio.
El aparato sintetizador de la invención
adicionalmente incluye un generador 16 de señal selectivo en tiempo
y en frecuencia y, además, dependiente de la señal, para generar los
tres canales 12a, 12b, 12c de salida utilizando los dos canales 10a,
10b de entrada e información sobre componentes de señal detectadas
que ocurren en ambos canales de entrada, como se proporciona
mediante la línea 13. Particularmente, el generador de señal de la
invención es operativo para alimentar componentes de señal
detectadas al menos parcialmente al segundo canal. Además, el
generador es operativo para alimentar sólo una parte de las
componentes de señal detectadas en el segundo canal, cuando existe
una situación en la que una alimentación completa de las componentes
de señal detectadas dará como resultado la superación del umbral
máximo.
De esta manera, el segundo canal de salida tiene
una parte de tiempo que sólo incluye una parte de las componentes de
señal detectadas para evitar el recorte, mientras que en una parte
diferente del segundo canal de salida, las componentes de señal
detectadas completas se han alimentado al segundo canal de salida.
El resto de las componentes de señal detectadas se incluyen en los
canales de salida primero y tercero y, por lo tanto, forman el
"centro ficticio" cuando se representan estos canales por medio
de la configuración de altavoces por ejemplo mostrada en la
fi-
gura 5.
gura 5.
Dependiendo de la implementación del concepto de
la invención, la "parte" de las componentes de señal detectadas
ubicadas en el segundo canal, y el resto de las componentes de señal
detectadas ubicadas en los canales primero y tercero, pueden ser una
parte de energía o una parte de frecuencia o cualquier otra parte,
de tal manera que el segundo canal sólo incluye una parte de las
componentes de señal detectadas y no tendrá ningún valor por encima
del umbral máximo y, por lo tanto, no inducirá distorsiones de
recorte.
La figura 2a ilustra una realización preferida
del analizador 16 de señal de la invención de la figura 1.
Particularmente, en la realización de la figura 2a, el analizador de
señal incluye un mezclador 16 ascendente 2-3 que
realiza un proceso de mezcla ascendente controlado por el analizador
15 de canales de entrada de la figura 1. La salida del mezclador
ascendente 2-3, L, R, C son canales mezclados de
manera ascendente. Sin embargo, el canal C puede estar sujeto a
recorte, ya que el canal C se genera utilizando un procedimiento de
adición, en el que las componentes de señal del canal izquierdo y
del canal derecho se suman conjuntamente.
El canal central C se introduce en un detector
16b de recorte, que alimenta un postprocesador 16c, que también
recibe información sobre componentes de señal detectadas.
Particularmente, el detector 16b de recorte es operativo para
examinar la forma de onda en tiempo del canal 12c central.
Dependiendo de la implementación, el detector de
recorte puede construirse de formas diferentes. Cuando se considera
que el generador de señal de la figura 2a puede procesar números que
tienen una magnitud que es superior a un umbral máximo
predeterminado, entonces el detector 16b de recorte simplemente
examina la forma de onda en tiempo para ver si existen números
superiores al umbral máximo de la fase de procesamiento
subsiguiente. Cuando se detecta dicha situación, el postprocesador
16c se activa mediante la línea 16c de activación para empezar el
postprocesamiento, de tal manera que la energía del canal central se
reduce y la energía de los canales izquierdo y derecho se
incrementa, de tal modo que los tres canales 12a, 12b, 12c de salida
finalmente se emiten por el postprocesador 16c. De esta manera,
según la realización de la figura 2a, el proceso de conversión de LR
a LCR se realiza de la manera habitual. La señal 20b de canal
central de la primera fase interna se analiza para comprobar si
ocurriría un recorte si tiene que emitirse como una señal externa
tal como en un formato AES/EBU o SPDIF. Cuando esto sucede, una
parte de la señal 20b se retira en el postprocesador 16c dando como
resultado una señal de canal 12b central modificada y se distribuye
en su lugar a los canales 20a, 20c izquierdo y derecho intermedios
como una contribución de "centro ficticio". Después del
postprocesamiento, la señal de canal 12b central de nuevo está por
debajo de 0 dBFS.
Una realización preferida del postprocesador 16c
se muestra en la figura 2b. El canal 20b central después del
mezclador 16a ascendente se introduce en un extractor 25 de partes.
El extractor de partes recibe información 13 sobre componentes de
señal detectadas y una señal de control por medio de la línea 16d
desde el detector de recorte, que también puede incluir una
indicación de una cantidad de extracción. De forma alternativa, la
cantidad de extracción por etapa de iteración puede fijarse
independientemente de que ocurra cualquier recorte, y un proceso
iterativo de prueba/error puede aplicarse para extraer cantidades
crecientes de las componentes de señal detectadas de una forma
progresiva, hasta que el detector 16b de recorte ya no detecte más
recorte. Después, el canal 12b central modificado se emite por el
extractor de partes, y el resto de las componentes de señal
detectadas correspondientes a la parte extraída tienen que
redistribuirse a los canales 20c, 20a izquierdo y derecho emitidos
por el mezclador ascendente tras la multiplicación por 0,5. Con este
fin, el postprocesador incluye dos multiplicadores 26 en cada
ramificación o un único multiplicador antes de la ramificación, y un
sumador 27a izquierdo y un sumador 27b derecho.
Cuando la detección de las componentes de señal
que ocurren en ambos canales de entrada ha sido perfecta, entonces
los 20a, 20c canales izquierdo y derecho no incluyen ningún
"centro ficticio". Sin embargo, al añadir las componentes
extraídas (después de la multiplicación por 0,5) a estos canales, se
añade un centro ficticio a los canales izquierdo y derecho.
A continuación se comenta en conexión con la
figura 3 una realización adicional de la presente invención y,
particularmente, del generador 16 de señal de la figura 1. Los
canales de entrada se introducen en un mezclador ascendente
2-3 controlable, que recibe información sobre
componentes de señal detectadas para generar tres canales de salida
en una primera etapa de iteración controlada por un controlador 30
de iteración. La primera etapa será igual a la operación del
mezclador ascendente en la figura 2a, es decir el canal 20b central
puede tener problemas de recorte. Esta situación de recorte se
detectará por un detector 16b de recorte. A diferencia de la
realización de la figura 2a, el detector 16b de recorte controla el
mezclador 16a ascendente a modo de retroalimentación mediante la
línea 31 de control del mezclador ascendente para cambiar la regla
de mezcla ascendente de una forma determinada, de tal manera que el
canal 20b central generado recibe, después de una o más etapas de
iteración según se controla por el controlador 30 de iteración,
solamente una parte permitida de las componentes de señal
detectadas, de tal manera que ya no ocurre más recorte.
De esta manera, la realización de la figura 3
ilustra un proceso iterativo. En una primera pasada del
procedimiento iterativo, la operación del mezclador ascendente se
realiza de la manera habitual. En la salida, un detector 16b
comprueba si ocurre recorte. Cuando se detecta recorte, esta trama
de tiempo se procesa de nuevo, utilizando ahora el procedimiento de
remapeado y utilizando redireccionamiento de una parte de la energía
de señal central a los canales izquierdo y derecho como una
contribución de centro ficticio.
La realización de la figura 4 opera
completamente en el dominio de parámetros. Con este fin se
proporciona un calculador 40 de parámetros de mezclador ascendente,
que se conecta a un cambiador 41 de parámetros. Adicionalmente, se
proporciona un detector 42 de recorte, que es operativo para
examinar los canales izquierdo y derecho originales o los parámetros
del mezclador ascendente calculados, para averiguar si ocurrirá
recorte o no después de un proceso de mezcla ascendente directo.
Cuando el detector 42 de recorte detecta un peligro de recorte,
controla un cambio 41 de parámetros mediante una línea 44 de control
para proporcionar parámetros de mezcla ascendente cambiados, que se
proporcionan entonces a un mezclador 16a ascendente directo, que
entonces genera los canales de salida primero, segundo y tercero de
tal manera que no ocurre recorte en el segundo canal y, para una
trama de tiempo en la que el detector 42 de recorte ha detectado
originalmente un problema de recorte, los canales 12c, 12a izquierdo
y derecho tienen una contribución de centro ficticio.
\newpage
A diferencia de las realizaciones de la figura 2
y la figura 3, el procedimiento de la invención se lleva a cabo
basándose en parámetros de procesamiento que se utilizan para
derivar las señales 20a, 20b, 20c o 12a, 12b, 12c de salida a partir
de las señales estéreo de entrada. De esta manera, para proporcionar
implementaciones con aún menor complejidad computacional, también la
detección de recorte y la manipulación de los niveles de señal o
parte de ella se basan en los parámetros de procesamiento. Esto
contrasta con las realizaciones de las figuras 2 y 3, en las que el
procedimiento de la invención se lleva a cabo en señales de canal de
audio reales que ya se habían creado para el canal central, después
de que pudiera detectarse un posible recorte.
El control/detección de recorte de la invención
puede realizarse mediante un postprocesamiento. De esta manera, los
parámetros de conversión pretendidos se analizan y modifican según
el concepto de la invención para evitar recorte después de la
síntesis de las señales de audio de salida reales. Una forma
alternativa para controlar el cambio 41 de parámetros es mediante
una forma iterativa. Se analizan los parámetros de conversión
pretendidos. Cuando, después de la síntesis de la señal de audio
real, puede ocurrir recorte, los parámetros de conversión se
modifican. Entonces, el proceso se inicia de nuevo y, finalmente,
las señales de canal de salida se sintetizan sin ningún recorte y
con contribuciones de centro real y centro ficticio en los canales
correspondientes.
A continuación, se comentará una implementación
preferida del analizador de canales de entrada. Con este fin, se
hace referencia a la figura 8, que ilustra un analizador 15 de
canales de entrada preferido de este tipo. Antes que nada, se
generan tramas sucesivas o superpuestas que se suceden unas tras
otras utilizando un bloque 80 de formación de ventanas, de tal
manera que, en la salida del bloque 80, hay en la línea 81a un
bloque de valores del canal izquierdo y, en la línea 81b, un bloque
de valores del canal derecho. Después, se realiza un análisis de
frecuencia para cada bloque individualmente. Con este fin se
proporciona un analizador 82 de frecuencia para cada canal.
El analizador de frecuencia puede ser cualquier
dispositivo para generar una representación en el dominio de
frecuencia de una señal en el dominio de tiempo. Un analizador de
frecuencia de este tipo puede incluir una transformada de Fourier a
corto plazo, un algoritmo de FFT, o una transformada MDCT o
cualquier otro dispositivo de transformación. De forma alternativa,
el bloque 82 analizador de frecuencia también puede incluir un banco
de filtros de subbanda para generar, por ejemplo, 32 canales de
subbanda o un número superior o inferior de canales de subbanda a
partir de un bloque de valores de señal de entrada. Dependiendo de
la implementación del banco de filtros de subbanda, la funcionalidad
del dispositivo 80 de formación de tramas y el bloque 82 de análisis
de frecuencia puede implementarse en un único banco de filtros de
subbanda implementado digitalmente.
A continuación se realiza una correlación
cruzada por bandas como se indica por el dispositivo 84. De esta
manera, el dispositivo de correlación cruzada determina una medida
de correlación cruzada entre bandas correspondientes, es decir,
bandas que tienen el mismo índice de frecuencia. La medida de
correlación cruzada determinada por el bloque 84 puede tener un
valor entre 0 y 1, donde 0 indica que no hay correlación y donde 1
indica correlación completa. Cuando el dispositivo 84 emite una
medida de correlación cruzada baja, esto significa que las
componentes de señal izquierda y derecha en la banda respectiva son
diferentes entre sí, de tal manera que esta banda no incluye
componentes de señal que ocurren en ambas bandas que deban
insertarse en un canal central. Cuando, sin embargo, la medida de
correlación cruzada es alta, indicando que las señales en ambas
bandas son muy similares entre sí, entonces esta banda tiene una
componente de señal que ocurre en los canales izquierdo y derecho,
de tal manera que esta banda deberá insertarse en el canal
central.
Un criterio adicional para decidir si las
señales en las bandas son similares entre sí, es la energía de
señal. Por lo tanto, la realización preferida del analizador de
canales de entrada de la invención incluye un calculador 85 de
energía por bandas, que calcula la energía en cada banda y que emite
una medida de similitud de energía indicando si las energías en las
bandas correspondientes son similares entre sí o diferentes entre
sí.
La medida de similitud de energía emitida por el
dispositivo 85 y la medida de correlación cruzada emitida por el
dispositivo 84 se introducen ambas en una fase 86 de decisión final,
que llega a la conclusión de que, en una determinada trama, una
determinada banda i ocurre en ambos canales o no. Cuando la fase 86
de decisión determina que la señal ocurre en ambos canales, entonces
esta parte de señal se alimenta al canal central para generar un
"centro real".
La figura 8 muestra una realización para
implementar el analizador de canales de entrada. Realizaciones
adicionales se conocen en la técnica y, por ejemplo, se ilustran en
"Spatial enhancement of audio recordings", Jot y Avendano, 23rd
International AES Conference, Copenhague, Dinamarca,
23-25 de mayo de 2003. Particularmente, otros
métodos para analizar dos canales, para encontrar componentes de
señal en estos canales, incluyen métodos de análisis estadístico o
analítico, tales como el análisis de componente principal o el
análisis de subespacio independiente u otros métodos conocidos en la
técnica de análisis de audio. Todos estos métodos tienen en común
que detectan componentes de señal que ocurren en ambos canales, que
deben alimentarse a un canal central para generar un centro
real.
A continuación se hace referencia a la figura 7
para ilustrar una situación de energía antes y después que se
implemente un procedimiento de mezcla ascendente
dos-tres por el mezclador 16a ascendente
dos-tres en las figuras. Un canal de entrada
izquierdo L ilustrado en 70 en la figura 7 tiene una determinada
energía. En este ejemplo, el canal de entrada derecho de los dos
canales de entrada estéreo tiene una energía diferente (menor) como
se ilustra en 71. Se considera que el analizador de canal ha
averiguado que hay componentes de señal que ocurren en ambos
canales. Estas componentes de señal que ocurren en ambos canales
tienen una energía como se ilustra en 72 en la figura 7. Si toda la
energía 72 se alimentara al canal central como se ilustra en 73, la
energía de canal central estaría por encima de un límite de energía,
ilustrando el límite de energía al menos aproximadamente que la
señal que tiene tal energía elevada tiene valores de amplitud por
encima del umbral máximo de amplitud. Por lo tanto, sólo una parte
de la energía 72 se alimenta al centro real, mientras que la parte
excedente se (re)distribuye de manera uniforme a los canales
izquierdo y derecho L' y R' sintetizados como se ilustra por las
flechas 76.
En este contexto, debe indicarse que hay
diferentes formas para redistribuir energía desde el canal central
de vuelta a los canales izquierdo y derecho, o para introducir una
cantidad correcta de energía desde un canal izquierdo original y un
canal derecho original al canal central. Por ejemplo, podrían
reducirse en escala todas las componentes de señal detectadas por un
cierto factor de reducción en escala e introducir la señal reducida
en escala al canal central. Esto tendría consecuencias iguales para
las componentes de señal en cada banda, cuando se aplica un análisis
selectivo en frecuencia. De forma alternativa, también podría
realizarse un control de energía por bandas. Esto significa que,
cuando se han detectado por ejemplo 10 bandas que tienen componentes
de señal detectadas, podrían introducirse sólo 5 bandas en el canal
central y dejar las 5 bandas restantes en los canales izquierdo y
derecho, con el fin de reducir la energía en el canal central.
Dependiendo de ciertos requisitos de
implementación de los métodos de la invención, el método de la
invención puede implementarse en hardware o en software. La
implementación puede realizarse utilizando un medio de
almacenamiento digital, en particular un disco o un CD con señales
de control legibles electrónicamente almacenadas en el mismo, que
pueden actuar conjuntamente con un sistema informático programable
de tal manera que se realice el método de la invención. En general,
la presente invención es, por lo tanto, un producto de programa
informático con un código de programa almacenado en un soporte
legible por máquina, estando configurado el código de programa para
realizar el método de la invención, cuando el producto de programa
informático se ejecuta en un ordenador. En otras palabras, la
invención también es un programa informático que tiene un código de
programa para realizar el método de la invención, cuando el programa
informático se ejecuta en un ordenador.
Claims (14)
1. Aparato para sintetizar tres canales (12a,
12b, 12c) de salida utilizando dos canales (10a, 10b) de entrada, en
el que un segundo canal de los tres canales de salida puede
alimentarse a un altavoz en un esquema de representación de audio
pretendido, que está ubicado entre dos altavoces que pueden
alimentarse con el primer canal de salida y el tercer canal de
salida, que comprende:
- un analizador (15) para analizar los dos canales de entrada, para detectar componentes de señal que ocurren en ambos canales de entrada para obtener componentes de señal detectadas; y
- un generador (16) de señal, para generar los tres canales (12a, 12b, 12c) de salida utilizando los dos canales (10a, 10b) de entrada, en el que el generador de señal comprende:
- un mezclador (16a) ascendente dos-tres, para generar al menos un segundo canal (12b) intermedio incluyendo al menos una parte de las componentes de señal detectadas;
- un detector (16b) de recorte, para detectar una parte del segundo canal que tiene una amplitud por encima del umbral máximo; y
- un controlador (30, 31) de mezclador ascendente dos-tres para controlar el mezclador (16a) ascendente dos-tres de tal manera que sólo una parte de las componentes de señal detectadas se alimenta al segundo canal y un resto de las componentes de señal permanecen ubicadas en los canales de salida primero y tercero, cuando una alimentación completa de las componentes de señal detectadas daría como resultado la superación de un umbral (61a, 61b) máximo para el segundo canal.
\vskip1.000000\baselineskip
2. Aparato según la reivindicación 1, en el que
el generador (16) de señal es operativo para generar los tres
canales de salida de tal manera que, para un determinado periodo de
tiempo, una energía total de los tres canales de salida y canales de
salida adicionales potencialmente generados es igual a una energía
eléctrica o acústica de los dos canales de entrada.
3. Aparato según la reivindicación 1 ó 2, en el
que el generador (16) de señal es operativo para generar el segundo
canal de salida de tal manera que la parte de las componentes de
señal detectadas alimentadas al segundo canal es lo más grande
posible, de tal manera que una energía del segundo canal de salida,
que incluye sólo la parte de las componentes de señal detectadas
siempre tiene una amplitud máxima por debajo de o igual al umbral
(61a, 61b) máximo.
4. Aparato según una cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, en el que el generador (16) de señal
está adaptado de tal manera que un resto (73) de las componentes de
señal detectadas, que no están en el segundo canal, se incluyen en
los canales primero y tercero.
5. Aparato según una cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, en el que el umbral (61a, 61b) máximo
es una amplitud a escala completa determinada por el aparato para
sintetizar o un dispositivo de procesamiento digital o analógico
conectado al aparato para sintetizar.
6. Aparato según la reivindicación 5, en el que
el umbral (61a, 61b) máximo es igual a un valor de muestreo positivo
o negativo máximo admisible de una forma de onda de una señal en el
dominio de tiempo.
7. Aparato según una cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, en el que el analizador (15) es
operativo para determinar (84) una medida de una correlación cruzada
entre al menos una parte del primer canal de entrada y el segundo
canal de entrada y para detectar (86) una parte que tiene una medida
de correlación cruzada por encima de un umbral de similitud.
8. Aparato según una cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, en el que el analizador (15) es
operativo para detectar (85) una energía de una parte del primer
canal y una parte del segundo canal y para detectar (86) partes de
los canales que tienen energías que son iguales o diferentes en
menos de un umbral de igualdad.
9. Aparato según una cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, en el que el analizador (15) y el
generador (16) de señal son operativos para realizar un análisis y
síntesis selectivos en tiempo o selectivos en frecuencia.
10. Aparato según una cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, en el que los canales primero y segundo
son un canal izquierdo (L) y un canal derecho (R) de una
representación estéreo de una señal de audio, y en el que los tres
canales de salida son un canal izquierdo frontal (L'), un canal
central (C') y un canal derecho frontal (R'), o un canal izquierdo
posterior (L_{s}), un canal central posterior (C_{s}) y un canal
derecho posterior (C_{s}).
11. Método para sintetizar tres canales (12a,
12b, 12c) de salida utilizando dos canales (10a, 10b) de entrada, en
el que un segundo canal (12b) de los tres canales de salida puede
alimentarse a un altavoz en un esquema de representación de audio
pretendido, que está ubicado entre dos altavoces que pueden
alimentarse con el primer canal de salida y el tercer canal de
salida, que comprende:
- analizar (15) los dos canales de entrada, para detectar componentes de señal que ocurren en ambos canales de entrada; y
- generar (16) los tres canales de salida utilizando los dos canales de entrada, en el que la etapa de generar comprende:
- generar (16a) al menos un segundo canal (12b) intermedio que incluye al menos una parte de las componentes de señal detectadas;
- detectar (16b) una parte del segundo canal que tiene una amplitud por encima del umbral máximo; y
- controlar (30, 31) la etapa de generar de tal manera que sólo una parte de las componentes de señal detectadas se alimenta al segundo canal y un resto de las componentes de señal permanecen ubicadas en los canales de salida primero y tercero, cuando una alimentación completa de las componentes de señal detectadas daría como resultado la superación de un umbral máximo para el segundo canal.
\vskip1.000000\baselineskip
12. Aparato para sintetizar tres canales (12a,
12b, 12c) de salida utilizando dos canales (10a, 10b) de entrada, en
el que un segundo canal de los tres canales de salida puede
alimentarse a un altavoz en un esquema de representación de audio
pretendido, que está ubicado entre dos altavoces que pueden
alimentarse con el primer canal de salida y el tercer canal de
salida, que comprende:
- un analizador (15) para analizar los dos canales de entrada, para detectar componentes de señal que ocurren en ambos canales de entrada, para obtener componentes de señal detectadas; y
- un generador (16) de señal, para generar los tres canales (12a, 12b, 12c) de salida utilizando los dos canales (10a, 10b) de entrada, en el que el generador de señal comprende:
- un detector (42) de recorte, para determinar una parte de los canales de entrada, en la que hay una probabilidad de recorte;
- un mezclador (16a) ascendente dos-tres para generar tres canales intermedios, en el que un segundo canal intermedio incluye al menos una parte de las componentes de señal detectadas; y
- un controlador (41) para controlar el mezclador (16a) ascendente dos-tres, de tal manera que un parámetro de generación para mezclar de manera ascendente la parte determinada por el detector de recorte se controla de tal manera que el segundo canal siempre tiene una amplitud por debajo de o igual al umbral máximo.
\vskip1.000000\baselineskip
13. Método para sintetizar tres canales (12a,
12b, 12c) de salida utilizando dos canales (10a, 10b) de entrada, en
el que un segundo canal (12b) de los tres canales de salida puede
alimentarse a un altavoz en un esquema de representación de audio
pretendido, que está ubicado entre dos altavoces que pueden
alimentarse con el primer canal de salida y el tercer canal de
salida, que comprende:
- analizar (15) los dos canales de entrada para detectar componentes de señal que ocurren en ambos canales de entrada; y
- generar (16) los tres canales de salida utilizando los dos canales de entrada, en el que la etapa de generar comprende:
- determinar (42) una parte de los canales de entrada, en la que hay una probabilidad de recorte;
- generar (16a) tres canales intermedios, en el que un segundo canal intermedio incluye al menos una parte de las componentes de señal detectadas; y
- controlar (41) la etapa de generar (16a), de tal manera que un parámetro de generación para mezclar de manera ascendente la parte determinada por el detector de recorte se controla de tal manera que el segundo canal siempre tiene una amplitud por debajo de o igual al umbral máximo.
\vskip1.000000\baselineskip
14. Programa informático para realizar, cuando
se ejecuta en un ordenador, un método de sintetización según la
reivindicación 11 ó 13.
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