JP2001519995A - サラウンド音声再生システム、音声／視覚再生システム、サラウンド信号処理ユニット、および入力サラウンド信号を処理する方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 リスナの感知する特性を改善するために、サラウンド音声チャネルを含んだマルチチャネル音声再生システムが知られている。後方スピーカを使用せずに、前方ステレオスピーカ(LL、RL)のみでサラウンド音声信号(S)を再生することが望まれている。サラウンド音声を改善させるために、サラウンド音声信号(S)の周波数範囲が、少なくとも２つの近接した周波数帯域に（SSPU1によって）分割される。分割の後、サラウンド音声(S)の２つの部分(SR、SL)は、再生されたサラウンド信号を更に改善させるために拡大される。最後にサラウンド信号(SR、SL)は、それぞれステレオ信号(L、R)に結合される。

Description

【発明の詳細な説明】 サラウンド音声再生システム、音声/視覚再生システム、サラウンド信号処理ユ ニット、および入力サラウンド信号を処理する方法 技術分野 本発明は、請求項1の前又で述べる音声再生システムに関する。 本発明は、更にサラウンド信号処理ユニットに関する。 本発明は、更に音声再生システムを有する音声/視覚再生システムに関する。 本発明は、更に入力サラウンド音声信号を処理する方法に関する。 背景技術 リスナが感知する特性を改良するために、マルチチャネル音声再生システムが 知られている。これには、左および右(および最適には中央)の音声チャネルに加 えて、（従来から、しばしば「アンビエンス」又は「特殊効果」チャネルと呼ばれて いる）サラウンド音声チャネルが含まれる。これらのシステムは、現在映画館で よく使用されており、消費者の家庭でもますます一般的なものとなりつつある。 消費者の家庭でのこのようなシステムの使用を急激に増加させている原動力は、 サラウンド音声ホームビデオソフトウェアが広く行き渡り利用可能になったこと である。これらのビデオソフトウェアは、主に、映画館リリース用に作製され、 その後ホームビデオメディア(例えば、ビデオカセット、ビデオディスク、およ びテレビ放送又はケーブルテレビジョン)用に編集されたサラウンド音声動画(映 画)である。 ホームビデオメディアは、2チャネルのステレオサウンドトラックを持つが、 これらの2チャンネルは振幅と位相のマトリックス符号化によって、音 声情報の4チャネル(左、中央、右、およびサラウンド音声)を有する。これらは 、通常、このホームビデオのサウンドトラックが作られる元の2チャネルのステ レオ映画サウンドトラックと同一である。映画館でも行われているように、左、 右、およびサラウンドチャネルは、通常「サラウンド音声」復号器と呼ばれるマト リックス復号器を使って消費者により復号され、再生される。ホーム環境では、 この復号器は、通常、ビデオカセットプレーヤ、ビデオディスクプレーヤ、又は テレビジョン受像機/ビデオモニタに組み込まれるか、又はそれらのアクセサリ になっている。 リスナの後方に広がる音場を提供する、あるいはリスナの後方に音声イメージ を局在化させるようにステレオ音声を再生する場合には、ステレオ音声再生用に 2つの(前方)スピーカをリスナの前に配置し、かつサラウンド再生用に少なくと も1つ又は2つのスピーカをリスナの後方に追加的に配置する。 しかし、普通の家庭ではスペースとコストの面で2つの後方スピーカと中央ス ピーカを配置することは困難であるので、実際にはLチャネルおよびRチャンネル スピーカのみがリスナの前方左側と右側に設置される。このようなスピーカ配置 では、十分なサラウンド音声効果を得るのは不可能であった。特にモノラルのサ ラウンド信号を使用する音声再生システムの場合、このシステムは、音場をリス ナの後方に与え、又は音声イメージをシフトすることが出来る機能は有するもの の、後方スピーカを配置することなしに上述した効果を得ることはこれまで困難 であった。 前述の問題を解決するために、前方左および右スピーカのみによる音声再生に 基づき、後方スピーカが配置されている場合と同様のステレオ音声再生が得られ るサラウンド信号処理ユニット(機器)を使うことが、欧州特許出願EP-A-0637191 により知られている。 入力された後方サラウンド信号は、フィルタ手段により処理され、その処 理された信号は、ステレオ信号の1つに加算され、次いで一対のスピーカの一方 に出力される。更に、フィルタで処理された信号の反転信号が他方のステレオ信 号に加算され、次いで他方のスピーカに出力される。 この公知の音声再生システムには、感知される音声がリスナの位置(およびリ スナの頭部の位置)に強く依存すると言う欠点がある。更に、フィルタ特性が複 雑であり、かつリスナの、例えば、外耳道、頭部/胴体、および/又は耳翼に依存 するので、要求される結果が得られないことがある。更に、この公知のサラウン ド再生システムは複雑である。 発明の開示 本発明の目的は、前述した音声再生システムの欠点を持たない音声再生システ ムを提供することにあり、更にはフィルタトボロジの働きが係数量子化に対し非 常に堅牢である堅牢な音声再生システムを提供することにある。更に、リスナの 位置と音声再生システムの性能との関係は、より小さくなる。 この目的のため、本発明の第1態様は請求項1に記載されるような音声再生シス テムを提供する。 後方サラウンド音声の周波数範囲をある周波数帯域に分離し、左スピーカに第 1の選択を供給し右スピーカに第2の選択を供給することにより、そのスペクトル が広げられ、その結果サラウンド音声が感知される。 入力信号が、例えば、ステレオサラウンド音声信号を持つMPEG信号である場合 、サラウンド信号処理ユニットは、これらのステレオサラウンド信号を左チャネ ルおよび右チャネルスピーカから離れて位置する複数の仮想音源に局在化させさ えすれば良く、第1の(例えば、左の)および第2の(例えば、右の)サラウンド信号 への復号化は不必要であることに注意すべきである。 本発明の第2態様は、請求項3に記載されるような音声/視覚再生システムを提 供する。 音声再生システムをテレビジョン受像機、コンピータモニタ等の音声/視覚再 生システムで使用することにより、再生された音声を相当程度向上させ、その結 果消費者の満足を大いに改善させることが出来る。 本発明の第3態様は、請求項7に記載されるようなサラウンド信号処理ユニット を提供する。 このようなサラウンド信号処理ユニットは、音声再生システムおよびテレビジ ョン受像機のような音声/視覚再生システムにおいて使用可能であるばかりでな く、例えば、コンピュータサウンドカードおよび/又はコンピュータ(音声)ゲー ムにおいても使用可能である。 本発明の第4態様は、請求項9に記載されるような入力サラウンド音声信号を処 理する方法を提供する。 サラウンド音声信号の周波数範囲を少なくとも2つの周波数帯域に分割し、そ れぞれ左および右のスピーカに供給されるべき信号を拡大することにより、改善 されたサラウンド音声を得ることが出来る。 本発明による音声再生システムは、そのフィルタ係数が量子化に対しより堅牢 となり、かつ必要な記憶容量がより少なくて済むようにフィルタ設計がなされて いる、いわゆる驚異的サラウンド音声を効率的に実現する方法を提供する。これ は、分離した周波数帯域に周波数範囲を分割することによって達成される。 本発明によるサラウンド再生システムの好ましい実施例は、請求項5の特徴を 有する。 このようにして、好ましい性能を示す、非常に単純化された音声再生システム が得られる。 本発明による音声再生システムの実施例は請求項6の特徴を有する。 中央スピーカが存在しない場合、中央信号は、左および右部分に分離され、必 要に応じ関連する係数が乗ぜら、それぞれの結合手段を介してそれぞれの (左および右)のスピーカに供給される。 図面の簡単な説明 本発明のこれらの様態およびその他の態様は、以下の図面から明らかであり、 またそれらにより説明される。 第1図は、音声/視覚再生システムのブロック回路図の例、 第2図は、サラウンド信号処理ユニットのブロック回路図の例、 第3図は、サラウンド信号処理ユニットの第1の例、 第4図は、第3図の逆相関フィルタの周波数応答、 第5図は、サラウンド信号処理ユニットの第2の例、 第6図は、第5図のフィルタ伝達関数HLおよび2HL-1の周波数応答 第7図は、サラウンド信号処理ユニットの第3の例、 第8図は、第7図のサラウンド信号処理ユニットの周波数応答、 第9図は、フィルタ伝達関数HaおよびHbの周波数応答である。 発明を実施するための最良の形態 第1図は、左チャネルスピーカLLおよび右チャネルスピーカRLおよび中央スピ ーカCLを有する、テレビジョン受像機のような音声/視覚再生システム1を示す。 この音声/視覚再生システムは、更に、2つの成分LTおよびRTを有する入力信号を 、後方サラウンド信号Sと、2チャンネルの前方ステレオ信号LおよびRと、中央信 号Cとに復号化するサラウンド復号ユニットSDUを有する。更に、この音声/視覚 再生システムは、後方スピーカがない場合、後方サラウンド信号Sを、第1および 第2のサラウンド信号SLおよびSRに変換し、かつこれらのサラウンド信号を左チ ャネルスピーカLLおよび右チャネルスピーカRLから離れて位置する複数の仮想音 源に局在化させるサラウンド信号処理ユニットSSPU1を有する。第1のステレオ信 号Lは、第1の結合手段CM1中で 第1のサラウンド信号SLと結合され、第2のステレオ信号Rは、第2の結合手段CM2 中で第2のサラウンド信号SRと結合される。第1の結合手段の出力は左スピーカに 結合され、第2の結合手段の出力は右スピーカに結合される。 サラウンド信号処理ユニットSSPU1は、フィルタ手段を有し、このフィルタ手 段は、後方サラウンド信号の所定の周波数範囲を少なくとも2つの近接した周波 数帯域に分離し、周波数帯域の第1の選択を第1のサラウンド信号として第1の結 合手段CM1に供給し、かつ周波数帯域の第2の選択を第2のサラウンド信号として 第2の結合手段CM2に供給する手段を有する。前記第1および第2の選択は、実質的 に分離されており、前記第1および第2の選択の和が所定の周波数範囲をカバーす る。 第2図は、本発明によるサラウンド信号処理ユニットのブロック回路図を示す 。このサラウンド信号処理ユニットの複数の例を、第3図、第5図、および第7図 を参照して以下に説明する。 中央スピーカCLを使用する代わりに、中央スピーカが存在しない場合に中央信 号を2つの部分に分離し、それらの部分を(補正された)結合手段を介してそれぞ れ左スピーカLLおよび右スピーカRLに供給することも可能である。 第2図は、受信されたサラウンド信号を逆相関器DEC2により2つの逆相関信号SF L2およびSFR2に変換する、本発明のサラウンド信号処理ユニットSSPU2のブロッ ク回路図を示す。サラウンド音声を更に改善させる目的で、前記信号SFL2および SFR2は、信号を広げるために拡大器EXP2に供給される。前記サラウンド信号処理 ユニットは、出力端子において左サラウンド信号SLおよび右サラウンド信号SRを 供給する。これらの出力信号は、最終的に左および右スピーカに供給するために 、前記第1および第2結合手段(第1図参照)に供給することが可能である。 入力信号がMPEG信号の場合、ステレオサラウンド信号が利用可能である。その 場合、逆相関は不必要である。 サラウンド信号SFL2およびSFR2の拡大(広げること)は、多くの方法で実施可能 である。次の例(第3図)においては、シャフラ、フィルタ伝達関数Ha、Hbを持っ たフィルタリング手段、およびデシャフラが使用されており、この構成はサラウ ンド信号の拡大を行うために非常に効率的な方法である。第5図と7図は、必要な 要素を最小化することにより更に最適化した、拡大器EXP5とEXP7がそれぞれ示さ れている。 第3図は、第4a図に示されるような伝達関数HLを持つ第1の逆相関フィルタFL31 、および第4b図に示されるような伝達関数HRを持つ第2の逆相関フィルタFR31に 供給されるサラウンド信号Sを受信する、サラウンド信号処理ユニットSSPU3の例 を示す。逆相関フィルタFL31およびFR31は、サラウンド音声の周波数範囲を分離 された部分に分割する分割手段として機能する。フィルタFL3およびFR3の出力信 号は、拡大器EXP3のいわゆるシャフラSH3に供給される。このシャフラは、和信 号(SFL3+SFR3)と差信号(SFL3-SFR3)を計算する。これらの和信号と差信号は、そ れぞれ伝達関数Hb(第9図参照)を持つフィルタFL32と伝達関数Ha(第9図参照)を持 つフィルタFR32を介して、いわゆるデシャフラDSH3に供給される。デシャフラの 出力端子において、前記結合手段(第1図参照)に供給される第1および第2のサラ ウンド音声信号SL3およびSR3が得られる。 伝達関数Ha、Hbをそれぞれ持つフィルタとデシャフラと共にシャフラを使用す ることは、サラウンド音声信号を広げる(拡大する)拡大器の好ましい実施例とな る。 第4図は、第1のフィルタFL31としてローパスフィルタ(第4a図)および第2のフ ィルタFR31としてハイパスフィルタ(第4b図)を使うことによって、周波数範囲を 2つの分離した帯域に分割する最も基本的な解法を示す。このようにして、後方 サラウンド信号Sの周波数範囲の低い方の半分(周波数Fgより下)は左スピーカLL に供給され、その周波数範囲の高い方の半分(周波数Fgよ り上)は右スピーカRLに供給される。 第5図は、サラウンド復号器(第1図参照)からのサラウンド信号Sを受信するサ ラウンド信号処理ユニットSSPU5の第2の例を示す。伝達関数における関係HR=1-H Lを用いてフィルタFL31からフィルタFR31(第3図参照)を導出することによって、 単純化が行われる。HL=1-HRの関係を使うことも可能であるということに注意す べきである。この単純化を用いることにより、サラウンド信号処理ユニットの構 成を第5図で示されるように単純にすることができる。この例の場合、サラウン ド信号Sは、2HLの伝達関数を持つフィルタF5に供給される。そして、このフィル タの出力信号は、（負入力端子で信号Sを受信する）減算ユニットSUBの正入力端 子に供給され、その結果、全伝達関数(2HL-1)が得られる。この減算ユニットは 、伝達関数Hb(第9図参照)を持つフィルタFR5を介してデシャフラDSH5に供給され る差信号を出力端子に供給する。このデシャフラは、他方の入力端子で、伝達関 数Ha(第9図参照)を持つフィルタFL5経由で信号Sを受信する。 第6図は、振幅対周波数の伝達関数を示し、図の破線がHL、実線が(2HL-1)であ る。ある周波数帯域(複数)は左スピーカに伝えられ、それ以外の周波数帯域(複 数)は右スピーカに伝えられることが、図より明らかである。 第7図は、サラウンド復号器(第1図参照)からの信号Sを受信するサラウンド信 号処理ユニットSSPU7の好ましい例を示す。第5図のフィルタF5と減算ユニットSU Bは、伝達関数HΦを持つ全域通過フィルタF7により置換されている。第8図は、 第7図の例についての振幅対周波数の全伝達関数を示す。デシャフラDSH7は、一 方の入力端子で、フィルタF7およびフィルタFR7を介して入力信号Sを受信する。 このデシャフラは、他方の入力端子で、フィルタFL7を介して信号Sを受信する。 このデシャフラは、結合手段(第1図参照)に供給することが可能な信号SL7および SR7を出力端子に供給する。 第8図は、サラウンド音声信号Sから信号SL(実線)およびSR(破線)までの全 伝達関数を示す。一方のカーブにおける複数のピークは、他方のカーブにおける 複数のディップと場所が一致する。 第9図は、フィルタFL32、FR32、FL5、FR5、並びにFR7およびFL7に使われる伝 達関数Ha(実線)およびHb(破線)を示す。 当業者は、本発明から逸脱することなく多くの修正を行うことが可能であるこ とを認識するであろう。そこで、前述したように、中央スピーカが存在しない場 合には、分離された中央信号CLおよびCRを結合するように前記結合手段を補正す ることも可能である。 本発明によるサラウンド信号処理ユニットは、音声再生装置および/又はテレ ビジョン受像機のような音声/視覚再生装置において使用可能であるばかりでな く、例えば、コンピュータサウンドカードにおいておよび/又はコンピュータ(音 声)ゲーム、マルチメディア受信機、ポータブルオーディオ機器等においても使 用可能である。更に、それらのフィルタがアナログ又はディジタルのいずれとし て実装してもよいことは明らかであろう。二次のフィルタが満足できる特性を示 すことが実証されたが、フィルタの次数はこれに限らず任意に選択出来る。 更に前述のように、音声/視覚再生システムの入力信号がMPEG信号である場合 は、逆相関は不必要である。シャッフラ、フィルタ手段、およびデシャフラの組 合せは、それがサラウンド信号の拡大を提供する拡大器として最適化されている かどうかに関わらず、この使用に代わる他の方法は、当業者には良く知られてい る。 サラウンド信号を2つの分離した選択に分離し、更にそれらの選択を広げる(拡 大する)ことにより、再生されたサラウンド音声は相当程度向上する。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 1. 左チャネルおよび右チャネルスピーカと、 少なくとも1つの入力信号を少なくとも1つの後方サラウンド信号と2つのチ ャネルのステレオ信号に分解する音声復号ユニットと、 前記後方サラウンド信号を第1および第2のサラウンド信号へ変換し更にそれ らのサラウンド信号を前記左チャネルおよび前記右チャネルスピーカから離れて 位置する複数の仮想音源に局所化させるサラウンド信号処理ユニットと、 前記第1のサラウンド信号を前記ステレオ信号の1つと結合させる、前記スピ ーカの1つに接続されている第1の結合手段と、前記第2のサラウンド信号を前記 ステレオ信号の他の1つと結合させる、前記スピーカの他の1つに接続された第2 の結合手段とを有し、 前記サラウンド信号処理ユニットが、更にフィルタ手段を有する音声再生シ ステムにおいて、 前記サラウンド信号処理ユニットの前記フィルタ手段は、前記後方サラウン ド信号の少なくとも1つの所定周波数範囲を少なくとも2つの近接した周波数帯域 に分割し、かつ周波数帯域の第1の選択を前記第1のサラウンド信号として前記第 1の結合手段に供給すると共に周波数帯域の第2の選択を前記第2のサラウンド信 号として前記第2の結合手段に供給する分割手段を有し、 前記第1および第2の選択が、十分に分離されており、 前記第1および第2の選択の和が、所定の周波数範囲をカバーしていることを 特徴とする音声再生システム。 2. 前記分割手段が、前記第1および第2のサラウンド信号として連続した複数の 周波数帯域を交互に供給するように構成されていることを特徴とす る請求項1に記載の音声再生システム。 3. 前記フィルタ手段が、逆相関手段の部分を成す第1および第2の逆相関フィル タを有し、それらの出力端子はシャフラの入力端子に接続されており、前記シャ フラの出力端子が、第3および第4のフィルタを介して前記サラウンド信号を拡大 するデシャフラに接続されていることを特徴とする請求項1に記載の音声再生シ ステム。 4. 前記サラウンド信号処理ユニットが、減算ユニットの1つの入力端子に接続 された出力端子を持つ前記フィルタ手段のフィルタの1つの入力端子に接続され た1つの入力端子を有し、前記減算ユニットの他の1つの入力端子が前記フィルタ の前記入力端子に接続され、前記減算ユニットが第2のフィルタを介してデシャ フラに接続され、前記デシャフラの他方の入力端子が、第3のフィルタを介して 前記サラウンド信号処理ユニットの前記入力端子に接続されていることを特徴と する請求項1に記載の音声再生システム。 5. 前記サラウンド信号処理ユニットが1つの全域通過フィルタを有し、この全 域通過フィルタの前記出力端子が第2のフィルタを介してデシャフラの1つの入力 端子に接続され、前記デシャフラの他方の入力端子が第2のフィルタを介して前 記サラウンド信号処理ユニットの前記入力端子に接続されていることを特徴とす る請求項1に記載の音声再生システム。 6. 前記サラウンド復号器が、第1および第2部分を持つ中央信号も提供し、これ により前記第1部分が、第1のスケーラを介して前記第1の結合手段に供給され、 前記第2部分が、第2のスケーラを介して前記第2の結合手段に供給されているこ とを特徴とする請求項1に記載の音声再生システム。 7. 請求項1に記載の音声再生システムを有する音声/視覚再生システム。 8. 請求項1に記載の音声再生システムに使用されるサラウンド信号処理ユニッ ト。 9. 入力サラウンド信号を処理して左および右チャネル出力信号とする方法にお いて、前記方法が、 前記入力サラウンド音声信号の所定の周波数範囲を少なくとも2つの近接し た周波数帯域に分離する工程と、 拡大した後に左チャネル出力信号を形成するために周波数帯域の第1の選択 を供給する工程と、 拡大した後に右チャネル出力信号を形成するために周波数帯域の第2の選択 を供給する工程と を有し、前記第1および第2の選択が、実質的に分離されており、前記第1およ び第2の選択の和が、前記所定の周波数範囲をカバーすることを特徴とする方法 。