JP2004505528A - 方位検出信号、中位信号その他の補助的オーディオ信号を得るステレオオーディオ処理装置 - Google Patents

Abstract

オーディオ信号処理装置が記載されている。この装置は、第１及び第２のフィルタパスを通じて第１及び第２のオーディオ信号からオーディオ方位検出信号又は中心オーディオ信号のような補助的オーディオ信号を得るものである。フィルタパスの各々は、第１の適応フィルタを有し、第１の加算手段が、その加算出力に加算オーディオ信号を供給するよう第１の適応フィルタに結合されて設けられている。各フィルタパスはさらに、その加算出力に結合される第２の適応フィルタを有し、そのそれぞれの適応フィルタ係数は、各第１の適応フィルタに転送され、第１及び第２のオーディオ信号と第１及び第２のオーディオ信号のフィルタ処理された加算値との各比較結果に応じて適応させられる。これにより、入力オーディオ信号の相関及び非相関成分が効率的に処理される。

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、オーディオ信号処理装置に関し、特に第１及び第２のフィルタパスにより第１及び第２のオーディオ信号から補助的オーディオ信号を得る装置であって、その各フィルタパスが第１適応フィルタを有し、この第１適応フィルタに結合される第１の加算手段がその加算出力に加算オーディオ信号を供給するよう設けられるものに関する。
【０００２】
本発明はまた、オーディオ信号処理装置に関し、特に第１及び第２のフィルタパスにより第１及び第２のオーディオ信号からセンターすなわち中位又は中心オーディオ信号を得る装置であって、その各フィルタパスが第１適応フィルタを有し、この第１適応フィルタに結合される第１の加算手段がその加算出力に加算オーディオ信号を供給するよう設けられるものに関する。
【０００３】
さらに本発明は、かかるオーディオ処理装置におけるアプリケーションのために適切にプログラムされるマイクロプロセッサや、当該オーディオ処理装置を有する、チューナ，ラジオ受信機，オーディオ記録装置，オーディオビジュアル装置などの（少なくとも片手が自由になる）ハンドフリーオーディオ装置に関する。
【０００４】
【従来の技術】
このようなオーディオ処理装置は、出願人自身の特許である米国特許ＵＳ−Ａ−５，５２８，６９４号により知られている。この既知のオーディオ処理装置は、左右ステレオオーディオ信号からオーディオ中位信号を得ている。この既知の装置は、第１フィルタパスと第２フィルタパスとを有する２出力分離回路を有する。これらフィルタパスの各々は、適応フィルタを備えており、その出力は、当該分離回路のその２つの出力と結合されている。これら適応フィルタの各々は、当該フィルタの係数を調整するためのそれぞれの調整回路を有している。第１パスにおける当該適応フィルタの係数は、当該第１パスにおける適応フィルタの出力信号と右側オーディオ信号との間の比較に基づいて適応させられる。逆に、第２パスにおける当該適応フィルタの係数は、当該第２パスにおける適応フィルタの出力信号と左側オーディオ信号との間の比較に基づいて適応させられる。最終的には、この分離回路の２つの出力が加算手段において合算され、この手段によりその加算出力にオーディオ中位信号が供給される。実際には、オーディオ処理装置及びこれに適用される技術をさらに高度なものとしこれらの応用の可能性を拡張させる必要がある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
したがって、本発明の目的は、方位検出信号のような補助的又は補足的な複数のオーディオ信号を提供するさらに進化したオーディオ信号処理装置であって、数値処理能力上のアンダーフロー又はオーバーフローの危険を伴うことなく、一般的な固定小数点方式のディジタル信号処理器により効率的かつ比較的低コストで実現することのできるものを提供することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
そのために本発明によるオーディオ信号処理装置は、当該各フィルタパスは、前記加算出力に結合される第２適応フィルタをさらに有し、この第２適応フィルタの各適応フィルタ係数は、前記第１適応フィルタに転送され、オーディオ方位検出情報を呈する補助オーディオ信号を得るよう前記第１及び第２オーディオ信号と当該第１及び第２オーディオ信号のフィルタ処理された加算値との各比較結果に応じて適応処理される、ことを特徴としている。
【０００７】
また、本発明によるオーディオ信号処理装置は、当該各フィルタパスは、前記加算出力に結合される第２適応フィルタをさらに有し、この第２適応フィルタの各適応フィルタ係数は、前記第１適応フィルタに転送され、前記第１及び第２オーディオ信号と当該第１及び第２オーディオ信号のフィルタ処理された加算値との各比較結果に応じて適応処理される、ことを特徴としている。
【０００８】
本発明によるオーディオ信号処理装置の利点は、広く実用的に適用可能な方位検出アルゴリズムであって、追加の実施例においては、適宜、ステレオ音響効果の知覚に係る中心成分（概して主要な成分）に第１及び第２の（特に左右の）オーディオ信号の相関成分を集めるアルゴリズムを、簡単に実現することである。これによれば、その非相関成分が、処理の施された左右のオーディオ信号を形成することができる。さらに、適用される方位検出アルゴリズムは、その実現例において用いられる制御信号を最小化するものの制限するものであるので、数値計算上のアンダーフロー又はオーバーフローの危険性を伴うことなく一般の固定小数点ディジタル信号処理器により比較的低コストでこの実現が可能なのである。
【０００９】
本発明によるオーディオ処理装置の実施例は、前記フィルタパスの各々は、それぞれのオーディオ信号を正入力に供給する比較手段を有し、これにより前記比較手段の負入力が各第２適応フィルタの出力に結合される、ことを特徴としている。２チャンネルステレオ信号から３チャンネルステレオ信号を得るこのデコーダの方策は、適用されるアルゴリズムの制御安定性に支障を来しうる遅延要素を含まず有利である。
【００１０】
本発明によるオーディオ処理装置の他の実施例は、前記フィルタパスの各々は、前記比較手段の出力に結合される第１入力を有しかつ前記第１加算手段の加算出力に結合される第２入力を有する前記第１及び第２オーディオ信号のそれぞれを提供するための第２加算手段を有する、ことを特徴としている。この実施例は、２つの外部スピーカーに対し広がりのある音声知覚を維持するよう分配供給される非相関オーディオ成分が当該外部スピーカに指定される一方例えば中央のスピーカには相関オーディオ成分が指定されうるフルの３ステレオオーディオ信号構成を提供するものである。適宜、複数のスピーカに対してのオーディオ成分の分配又は指定について別の形態を選択してもよい。
【００１１】
好ましい簡単な実施例として、本発明によるオーディオ処理装置では、当該比較手段が減算手段を統合化し実現することを容易にすることを特徴としている。
【００１２】
したがって、本発明によるマイクロプロセッサは、上述したオーディオ処理装置における応用のために適切にプログラムされるマイクロプロセッサであって、前記加算オーディオ信号に前記第１及び第２オーディオ信号の少なくとも相関成分が含まれるよう前記第２適応フィルタ係数を計算する能力を有するものとしている。
【００１３】
【発明の実施の形態】
これより、本発明によるオーディオ処理装置、マイクロプロセッサ及びオーディオ装置を、添付図面を参照しつつこれらの他の利点とともにさらに明瞭に説明する。この単独の図において、本発明によるオーディオ処理装置の採用可能な実施例の好ましい組み合わせが示される。
【００１４】
図は、３チャンネルの実現可能なデコーダの形態を採るオーディオ処理装置１を示している。かかる装置は、第１及び第２のステレオ（立体音響）方式オーディオ信号すなわち左チャンネル信号Ｌ及び右チャンネル信号Ｒが、処理の施された左チャンネル信号Ｌ、右チャンネル信号Ｒ及び中央チャンネル信号Ｃとなるように当該オーディオ処理装置１において処理される。この図は、そうした処理をなすために適切にプログラムされたマイクロプロセッサ（図示せず）により実現するための処理ステップを示している。
【００１５】
大抵はディジタルサンプリングブロックの形式を採るディジタルサンプルｘ１（ｎ）及びｘ２（ｎ）は、本装置１の入力端子２及び３におけるこの図の左の入力である。左右の信号Ｌ及びＲは、それぞれＰ１及びＰ２により概略的に示される第１及び第２のフィルタパスにそれぞれ供給される。かかるフィルタパスＰ１及びＰ２の各々は、当該入力端子２及び３にそれぞれ結合される第１及び第２の適応フィルタＡ１及びＡ２と、当該フィルタＡ１及びＡ２に結合される正入力４及び５を有する第１の加算手段Ｓ１とを有する。この加算手段Ｓ１の出力６において、加算されたオーディオ信号ｙ（ｎ）が供給される。適応フィルタＡ１及びＡ２は、例えば適応型の簡単なスケーリング手段又は周知のＦＩＲフィルタとすることができる。フィルタＡ１及びＡ２の手段は、調整可能なスケーリング／フィルタ係数ｗ１（ｎ）及びｗ２（ｎ）をそれぞれ有する。
【００１６】
各フィルタパスＰ１，Ｐ２は、第２適応スケーリング手段、すなわち加算手段Ｓ１の加算出力６に結合されるフィルタＰ３，Ｐ４をさらに有する。フィルタＰ３，Ｐ４の同じそれぞれの適応スケーリング又はフィルタ係数ｗ１（ｎ）及びｗ２（ｎ）も、第１適応手段すなわちフィルタＰ１，Ｐ２に転送される。一般的にゲイン又はフィルタはｇと表すが、入力信号Ｌ及びＲは比較手段Ｃ１及びＣ２に導かれる。当該適応係数は、第１及び第２オーディオ信号ｇｘ１（ｎ）及びｇｘ２（ｎ）と、当該加算されたオーディオ信号ｙ（ｎ）により具現化される第１及び第２オーディオ信号の適応されてフィルタリング処理された加算値とのそれぞれの比較結果に応じて適応化される。この比較は、比較手段Ｃ１及びＣ２の個々の出力信号ｅ１（ｎ）及びｅ２（ｎ）が最小化されるようにしたアルゴリズムにより実現可能である。これによりフィルタ係数ｗ１（ｎ）及びｗ２（ｎ）が適応化される。概して信号ｙ（ｎ）は、当該オーディオ信号エネルギーの多くを持つｙ（ｎ）＝ｗ１（ｎ）ｘ１（ｎ）＋ｗ２（ｎ）ｘ２（ｎ）による重み付けされた加算値に相当し、それ故に主要信号と呼ばれる。オーディオ処理装置１の機能のさらなる詳細については、欧州特許出願ＥＰ−Ａ−０９５４８５０（＝ＷＯ９９２７５２２）の出願において確認することができ、その関連する開示内容は、これを参照することにより本明細書の内容に含めることができる。
【００１７】
しかしながら、上記文献は、当該適応出力信号ｅｌ及びｅ２を所望の方位検出信号として適応係数ｗ１及びｗ２を提供するのに用いることを示していない。また、この文献は、本願の唯一の図面において実現されている３チャンネルデコーダにこれら方位検出信号を用いることも開示していない。図のダイアグラムにおいて適用される方位検出アルゴリズムがもたらすものは、加算されたオーディオ信号ｙ（ｎ）がステレオの左右オーディオ信号の相関成分を少なくとも有する一方で、出力端子７及び８の処理後の左右オーディオ信号が適宜元のステレオ信号の非相関成分を有しうることになる点である。一般に、当該加算オーディオ信号ｙ（ｎ）は、当該ステレオ信号の所定の非相関部分又は成分をも有するものとしてもよい。
【００１８】
上述した比較手段Ｃ１及びＣ２は、左右オーディオ入力信号にそれぞれ結合する正入力（＋）と第２適応フィルタＰ３，Ｐ４にそれぞれ結合する負入力（−）とを各々が有する簡単な減算手段とすることができる。また、フィルタパスＰ１，Ｐ２の各々は、比較手段Ｃ１及びＣ２の出力信号ｅ１（ｎ）及びｅ２（ｎ）に結合する第１入力１１，１２を有し、かつ処理後の左右オーディオ信号を供給する第１加算手段Ｓ１により提供される加算出力信号ｙ（ｎ）に結合する第２入力１３，１４を有する第２加算手段９，１０を有する。加算出力信号ｙ（ｎ）は、概して、広い空間的音響分布を保つよう（ラウド）スピーカに当該処理後のオーディオ信号を分配供給するために係数ｃ１（ｎ），ｃ２（ｎ）及びｃ３（ｎ）を有する増幅器／減衰器を通じて供給されることになる。
【００１９】
他の幾つかの背景の情報は、手近にある当該主題について提供されることになる。ステレオ音響再生における位置付け（局限化）を制御する一般的技術は、振幅符号化（エンコーディング）と呼ばれ、これはパンニング（ｐａｎｎｉｎｇ）とも呼ばれている。この技術は、ステレオ装置又は構成における幻影のソース（音源）の当該位置付けは、主として左右オーディオチャンネル間の振幅比により決定される、という事実に基づいている。ミキシングスタジオにおいては、この振幅比は、リスナーにより所望のソース位置付けを得るために操作される。ステレオの音響再生におけるもう１つの重要なものは、左右オーディオ入力信号Ｌ，Ｒ間の相関係数である。高い相関係数は、概して的確に位置付けされた幻影ソースをもたらすのに対し、低い相関係数は、概して広がりのある位置付けし難い音源をもたらすことになる。
【００２０】
ある所定の応用分野では、ステレオ方式の音声を記録した後においてこれを変更及び／又は制御することが望まれている。これは、例えばマルチチャンネルデコーダにおける場合であり、かかる場合においては、記録されたチャンネルの数よりも多くの数の（ラウド）スピーカを用いて音を再生することが狙いとなっている。このようなシステムは、解析段階とマトリクス段階といった２つのステージからなるのが一般的である。解析段階においては、前述した振幅比及び相関係数のような時間変化信号特性が決定され、これら特性に応じて制御信号が発生される。マトリクス段階においては、これら制御信号がマトリクスの係数を制御するのに用いられる。ここでのマトリクスは、入力信号を出力信号に変換するのに用いられるものである。オーディオ信号処理装置１は、このような解析段階のために用いることができる。さらに詳細な事柄については欧州特許出願ＥＰ−Ａ−０９５４８５０を再度参照されたい。
【００２１】
好ましい実施例においては、係数ｃ１（ｎ），ｃ２（ｎ）及びｃ３（ｎ）を、重み（係数）ｗ１及びｗ２と左右オーディオ入力信号Ｌ及びＲの時間平均相関値ρとの関数に相当するものとしている。他の実施例では、この関数を、例えば次の条件が満たされるように選定することとしている。
【００２２】
入力信号間に相関がなく等しい変動があるときには、当該左右のスピーカは処理されていない入力信号を受信し中央スピーカはゼロ入力とされるものとする。この態様では、非相関入力信号の場合に最も広がりのあるサウンドステージが保たれる。
【００２３】
入力信号が完全に相関しているときには、得られた加算出力信号ｙ（ｎ）を、所期の位置付けに基づいて左側及び中央のスピーカか又は右側及び中央のスピーカに対して、配給するものとする。この処理は、一般にペア形態パンニング（ｐａｉｒｗｉｓｅ ｐａｎｎｉｎｇ）と呼ばれている。
【００２４】
これら両極の条件の中間では、知覚認識される音声は所期の原音に近いものとし全ての遷移は円滑なものとする。
【００２５】
この機能は、ｇ＝１で実現可能であり、これにより比較手段Ｃ１及びＣ２は減算手段となり、次の式が用いられる。
ｂ_１＝ｗ_１ ^２−ｗ_２ ^２
ｂ_２＝２ｗ_１ｗ_２
とし、
ｂ_２＜０であれば、
ｃ_１＝ｃ_２＝ｃ_３＝０
とする。
他にｂ_１＜０であれば、
ｃ_１＝−ρ（｜ｗ_１｜＋ｂ_１）
ｃ_２＝−ρ｜ｗ_２｜
ｃ_３＝ρｂ_２
とし、その他の場合には
ｃ_１＝−ρ｜ｗ_１｜
ｃ_２＝−ρ（｜ｗ_１｜−ｂ_１）
ｃ_３＝ρｂ_２
とする。
【００２６】
上述したように、ここで実現した復号アルゴリズムは、本オーディオ処理装置１の提供される方位検出機能の沢山の応用技術のうちの１つの例に過ぎない。他の実現可能な実施例においては、フィルタバンクを用いることにより、分離され独立した周波数帯域又は範囲に、そのアルゴリズムを適用することができる。
【００２７】
以上の記載は、本質的に好ましい実施例及び最良の実現可能な形態について述べたものであるが、これらの実施例は当該装置の限定例と解釈されるものではない、と理解されたい。何故ならば、添付の請求の範囲に入る種々の改変形態、特徴及び特徴の組み合わせは、上述したように当業者であればなしうる範囲のものであるからである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるオーディオ処理装置の採用可能な実施例の好ましい組み合わせを示す図。

Claims (8)

1. 第１及び第２フィルタパスにより第１及び第２オーディオ信号から補助オーディオ信号を得るオーディオ信号処理装置であり、当該フィルタパスの各々は、第１適応フィルタを有し、この第１適応フィルタに結合され加算出力に加算オーディオ信号を供給する第１加算手段が設けられた装置であって、
   当該各フィルタパスは、前記加算出力に結合される第２適応フィルタをさらに有し、
   この第２適応フィルタの各適応フィルタ係数は、前記第１適応フィルタに転送され、オーディオ方位検出情報を呈する補助オーディオ信号を得るよう前記第１及び第２オーディオ信号と当該第１及び第２オーディオ信号のフィルタ処理された加算値との各比較結果に応じて適応処理される、
   オーディオ信号処理装置。
2. 第１及び第２フィルタパスにより第１及び第２オーディオ信号から中心オーディオ信号を得るオーディオ信号処理装置であり、当該フィルタパスの各々は、第１適応フィルタを有し、この第１適応フィルタに結合され加算出力に加算オーディオ信号を供給する第１加算手段が設けられた装置であって、
   当該各フィルタパスは、前記加算出力に結合される第２適応フィルタをさらに有し、
   この第２適応フィルタの各適応フィルタ係数は、前記第１適応フィルタに転送され、前記第１及び第２オーディオ信号と当該第１及び第２オーディオ信号のフィルタ処理された加算値との各比較結果に応じて適応処理される、
   オーディオ信号処理装置。
3. 請求項１又は２に記載のオーディオ信号処理装置であって、前記フィルタパスの各々は、それぞれのオーディオ信号を正入力に供給する比較手段を有し、これにより前記比較手段の負入力が各第２適応フィルタの出力に結合される、ことを特徴とする装置。
4. 請求項３に記載のオーディオ信号処理装置であって、前記フィルタパスの各々は、前記比較手段の出力に結合される第１入力を有しかつ前記第１加算手段の加算出力に結合される第２入力を有する前記第１及び第２オーディオ信号のそれぞれを提供するための第２加算手段を有する、ことを特徴とする装置。
5. 請求項２ないし４のうちいずれか１つに記載のオーディオ信号処理装置であって、前記比較手段は、減算手段であることを特徴とする装置。
6. 請求項４を引用する先行の請求項のうちのいずれか１つに記載のオーディオ信号処理装置であって、前記３つの加算手段の各々は、加算出力を有し、当該左、右及び中央のオーディオ信号をそれぞれ音響再生する３つのスピーカにそれぞれ結合される、ことを特徴とする装置。
7. 請求項１ないし６のうちいずれか１つに記載のオーディオ信号処理装置における応用のために適切にプログラムされるマイクロプロセッサであって、前記加算オーディオ信号に前記第１及び第２オーディオ入力信号の少なくとも相関成分が含まれるよう前記第２適応フィルタ係数を計算する能力を有する、マイクロプロセッサ。
8. 請求項７に記載のプロセッサを有する請求項１ないし６のうちいずれか１つに記載のオーディオ信号処理装置を有するチューナ、ラジオ受信機、オーディオ記録装置、オーディオビジュアル装置その他のオーディオ装置。

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