JP2009530909A - 中央チャンネルオーディオのレンダリング - Google Patents
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Abstract
Description
フィルターバンクが高速フーリエ変換(FFT)により実行されるときは、時間領域入力信号は、連続するブロックにセグメント化され、通常重複したブロック内で処理される。FFTの離散周波数出力(変換係数)は、ビンと称され、それぞれ実部と虚部とを持つ複素数を有し、おのおの位相成分とQ成分に対応する。連続する変換ビンは、人間の耳の臨界帯域を近似するサブ帯域にグループ化することができる。複数の連続する時間領域のブロックをフレームにグループ化し、各ブロック値を平均化するか又は、結合するか又は、各フレームを横切って累積する。本発明による形態に従い生成された重み付けゲイン係数は、可聴アーティファクトを生じさせるような急激なゲインの変化を避けるために、複数のブロックで時間平滑化することができる。
DFT長さ: 2048
分析窓のメインローブ長さ(AWML): 1024
ホップサイズ(HS): 512
先行するゼロパッド(ZPlead): 256
後続のゼロパッド(ZPlag): 768
分析窓の傾き(SWT): 128
[帯域化]
本発明に係る3チャンネルレンダリングは、ゲイン係数を計算し、半分の臨界帯域幅に近似するスペクトル帯域に適用する。帯域化の構成により、スペクトル係数が各帯域内にグループ化され、同じグループのすべてのビンに同じ処理が適用される。図3は、44100Hzのサンプルレートの、ヘルツ(Hz)単位での各帯域の中央周波数のプロットを示し、表1は、44100Hzのサンプルレートの各帯域の中央周波数を与える。
本発明に係る3チャンネルレンダリング構成において、統計的な各推定値及び変数(以下の、「チャンネルゲインの解法」参照)は、スペクトル帯域で計算することができ、その後時間平滑する。各変数の時間平滑化は式(1)で示した簡単な1次のIIRフィルターにより行うことができる。しかしながら、式(1)の係数アルファは時間により変化する。オーディオイベントが検出されたとき、係数アルファは低い値に減少し、その後時間と共に高い値に上昇する。オーディオイベント(しばしば「聴覚イベント」と称される)を検出する技術については、2004年10月、サンフランシスコの117回AES Conferenceでの、B.Crockettによる「Improved Transient Pre-Noise Performance of Low Bit Rate Audio Coders Using time Scaling Synthesis」、及びBrett G.Crockettによる米国で公開された特許出願2004/0165730、表題「Segmenting Audio Signals into Auditory Events」に記載されている。このAESにおける論文と米国で公開された特許出願は、そのすべてを参照として本願に組み込まれる。このように、本構成により、オーディオにおける変化の結果としてより速く更新する。図4は、聴覚イベントを検出したとき、帯域内の係数アルファの一般的な応答を示す。
ここで、C(n,b)は、フレームnでスペクトル帯域bについて計算した変数であり、C’(n,b)はフレームnで時間平滑化した後の変数である。
本発明の構成により、ゲインについて解くために、元のステレオ配置と新たな3チャンネル構成の両方の場合について中央に位置するリスナーの耳における信号のモデルを構成することにより開始することができる。ラウドスピーカは、釣り合いが取れており、最適な聴取位置に置かれ、リスナーは中央の聴取位置にいることが両方のシステムについて仮定されている。特定のラウドスピーカ及び/又は特定の部屋のモデルを作らなくてもいいように、部屋のインパルス応答とスピーカ伝達関数を考慮していない。図5は、各スピーカから中央に位置するリスナーに届く信号と共に2チャンネル再生システムのモデルを概略的に示す(システム1)。信号Lh,Lf,Rh,及びRfは、適切なヘッドシャドーモデル(head-shadow model)を介して左右のスピーカから来た信号である。頭部伝達関数(HRTFs)をシステム1及びシステム2のモデル(システム2のモデルについては次に説明する)で採用することができるが、HRTFsを単純化又は近似するために、ヘッドシャドーモデルを採用することができる。1998年5月の、IEEE Trans, on Speech and Audio Proc, Vol.6, No.5のC. Phillip Brown, Richard O. Dudaによる「A Structural Model for Binaural Sound Synthesis」に記載の技術を用いて適切なヘッドシャドーモデルを生成する。なお、この文献は、そのすべてを参照として本願に組み込む。左耳における信号は、LhおよびRfの結合である一方、右耳における信号は、RhおよびLfの結合である。図6は、中央チャンネルを追加した3チャンネル再生システムのモデルを概略的に示す(システム2)。左(L)および右(R)の電気信号は、左右のラウドスピーカに入力するゲインを調整し、中央ラウドスピーカに入力するゲインを調整する。処理した信号は、適切なヘッドシャドーモデルを介してリスナーの耳に届く。左耳における信号は、GLLh、GRRf、GCLLC、およびGCRRCの結合とみなされる一方、右耳における信号は、GRRh、GLLf、GCLLC、およびGCRRCの結合とみなされる。信号LCおよびRCは、適切なヘッドシャドーモデルを介して中央スピーカから来た信号である。採用されるヘッドシャドーモデルは、線形畳み込み処理であり、従って、左右の電気信号に適用されるゲインは、続いて左右の耳に適用される。
第1のステップは、ヘッドシャドーイングを行った後中央に位置するリスナーの耳に到達すると思われる信号を導き出すことにより、システム1のモデルとシステム2のモデルとを組み立てることである。この模範的な実施の形態では、スペクトル領域で動作するので、ヘッドシャドーモデルを乗算を実行することにより適用することができる。従って、外耳における信号を以下のように導き出すことができる。
ここで、mは時間指数、kはビン指数、L(m,k)は左スピーカからの信号、Lh(m,k)は、左耳における左スピーカからの信号、そして、H(k)は左スピーカから左耳への伝達関数である。
ここで、mは時間指数、kはビン指数、L(m,k)は左スピーカからの信号、Lf(m,k)は、右耳における左スピーカからの信号、そして、F(k)は左スピーカから右耳への伝達関数である。
ここで、mは時間指数、kはビン指数、R(m,k)は右スピーカからの信号、Rh(m,k)は、右耳における右スピーカからの信号、そして、H(k)は右スピーカから右耳への伝達関数である。
ここで、mは時間指数、kはビン指数、R(m,k)は右スピーカからの信号、Rh(m,k)は、左耳における右スピーカからの信号、そして、F(k)は右スピーカから左耳への伝達関数である。
ここで、mは時間指数、kはビン指数、L(m,k)は左スピーカ信号から導き出した中央スピーカに乗せられる信号、Lc(m,k)は、左耳における中央スピーカからの信号、そして、C(k)は中央スピーカから左耳への伝達関数である。
ここで、mは時間指数、kはビン指数、R(m,k)は右スピーカ信号から導き出した中央スピーカに乗せられる信号、Rc(m,k)は、右耳における中央スピーカからの信号、そして、C(k)は中央スピーカから右耳への伝達関数である。
Eは期待値である、
注記:表記を簡単化するために、時間指標と帯域指標は省略してある。
本発明は、ハードウェア又はソフトウェア又は両方を組み合わせたもの(例えば、プログラマブルロジックアレー)で実施することができる。特に記載がない限り、本発明の一部として含まれているアルゴリズムも、特定のコンピュータや他の装置と関連付けられるものではない。特に、種々の汎用機をこの記載に従って書かれたプログラムと共に用いてもよい、あるいは、要求の方法を実行するために、より特化した装置(例えば、集積回路)を構成することが便利かもしれない。このように、本発明は、それぞれ少なくとも1つのプロセッサ、少なくとも1つの記憶システム(揮発性及び非揮発性メモリー及び/又は記憶素子を含む)、少なくとも1つの入力装置又は入力ポート、及び少なくとも1つの出力装置又は出力ポートを具備する、1つ以上のプログラマブルコンピュータシステム上で実行される1つ以上のコンピュータプログラムにより実現することができる。ここに記載した機能を遂行し、出力情報を出力させるために入力データにプログラムコードを適用する。この出力情報は、公知の方法で、1以上の出力装置に適用される。
Claims (28)
- 左右の立体音響の2つのチャンネルから、左チャンネルと、中央チャンネルと、右チャンネルとの3つのチャンネルを導き出す方法であって、
左立体音響チャンネルから可変割合で左チャンネルを導き出すステップと、
右立体音響チャンネルから可変割合で右チャンネルを導き出すステップと、
可変割合の左立体音響チャンネルと可変割合の右立体音響チャンネルとを結合したものから中央チャンネルを導き出すステップと、
を具備し、
前記可変割合の各々は、左右の立体音響チャンネルに適用されるゲイン係数により定まり、該ゲイン係数は、
立体音響チャンネルを左右のラウドスピーカに適用する第1のモデルによる構成における場合と、立体音響チャンネルを左右のラウドスピーカ及び中央ラウドスピーカに適用する第2のモデルによる構成における場合とで、中央に位置するリスナーの耳に生じるサウンドの指標の差を測定するステップと、
そしてこの差が最小になるよう、2つの正反対の状態の間でのバランス、すなわち中央ラウドスピーカに信号が適用されない状態と、左右のラウドスピーカに信号が適用されない状態との間でのバランスを制御するような重み付け係数に比例した割り当てとなる、左及び/又は右の立体音響チャンネルの割り当てを、この2つの立体音響チャンネルにおける一定の信号条件において中央ラウドスピーカに同時に適用し、前記第2のモデルにおける、左、中央、及び右のラウドスピーカへ適用する立体音響チャンネルの比率を、ゲイン係数を変えることで、制御するステップとにより、導き出すことを特徴とする、
方法。 - 前記中央チャンネルを導き出すステップにおいて、前記左立体音響チャンネルの前記可変割合と前記右立体音響チャンネルの前記可変割合とは等しく、前記中央チャンネルは、2つ及び全部で3つのゲイン係数を採用することなく1つのゲイン係数を用いることにより導かれることを特徴とする請求項1に記載の方法。
- 前記中央チャンネルを導き出すステップにおいて、前記左立体音響チャンネルの前記可変割合と前記右立体音響チャンネルの前記可変割合とは必ずしも等しくはなく、前記中央チャンネルを導き出すために、2つのゲイン係数を用い全部で4つのゲイン係数を採用することが必要となることを特徴とする請求項1に記載の方法。
- 前記制御するステップには、前記重み付け係数がペナルティー係数となるペナルティー関数をもつ表現を数学的に最小化することを行うステップが含まれることを特徴とする請求項1乃至請求項3のいずれか1項に記載の方法。
- 前記制御するステップには、中央ラウドスピーカに入力する信号の重み付けが不足し、不足の程度が前記重み付け係数で制御されるような表現を数学的に最小化することを行うステップが含まれることを特徴とする請求項1乃至請求項3のいずれか1項に記載の方法。
- 前記サウンドの指標は、音圧の振幅であることを特徴とする請求項1乃至請求項5のいずれか1項に記載の方法。
- 前記サウンドの指標は、音圧の出力であることを特徴とする請求項1乃至請求項5のいずれか1項に記載の方法。
- 前記リスナーの耳に生じるサウンドの指標における差を測定するステップには、ヘッドシャドーイング効果を考慮に入れた計算を行うことが含まれることを特徴とする請求項1乃至請求項7のいずれか1項に記載の方法。
- 前記測定するステップと前記制御するステップとは、周波数領域で行われる計算を用いることを特徴とする請求項1乃至請求項8のいずれか1項に記載の方法。
- 前記周波数領域で行われる計算は、臨界帯域と同程度又はそれより狭い範囲で複数の周波数帯域において行われることを特徴とする請求項9に記載の方法。
- 左、中央、及び右のラウドスピーカのチャンネルへ適用する2チャンネルの立体音響信号の量を制御するステップには、前記左、中央、及び右のラウドスピーカに適用する前記2チャンネルの立体音響信号のそれぞれの量を閉形式の解を有する最小2乗法による方程式を解くステップが含まれることを特徴とする請求項1乃至請求項10のいずれか1項に記載の方法。
- 前記可変割合の右立体音響チャンネルから左チャンネルを導き出すステップと、
前記可変割合の左立体音響チャンネルから右チャンネルを導き出すステップと、
をさらに具備することを特徴とする請求項1乃至請求項11のいずれか1項に記載の方法。 - 前記左チャンネルを導き出す右立体音響チャンネルは、該右立体音響チャンネルの位相のずれたものであり、前記右チャンネルを導き出す左立体音響チャンネルは、該左立体音響チャンネルの位相のずれたものであることを特徴とする請求項12に記載の方法。
- 左右の立体音響の2つのチャンネルから、左チャンネルと、中央チャンネルと、右チャンネルとの3つのチャンネルを導き出す装置であって、
左立体音響チャンネルから可変割合で左チャンネルを導き出す手段と、
右立体音響チャンネルから可変割合で右チャンネルを導き出す手段と、
可変割合の左立体音響チャンネルと可変割合の右立体音響チャンネルとを結合したものから中央チャンネルを導き出す手段と、
を具備し、
前記可変割合の各々は、左右の立体音響チャンネルに適用されるゲイン係数により定まり、該ゲイン係数は、
立体音響チャンネルを左右のラウドスピーカに適用する第1のモデルによる構成における場合と、立体音響チャンネルを左右のラウドスピーカ及び中央ラウドスピーカに適用する第2のモデルによる構成における場合とで、中央に位置するリスナーの耳に生じるサウンドの指標の差を測定するステップと、
そしてこの差が最小になるよう、2つの正反対の状態の間でのバランス、すなわち中央ラウドスピーカに信号が適用されない状態と、左右のラウドスピーカに信号が適用されない状態との間でのバランスを制御するような重み付け係数に比例した割り当てとなる、左及び/又は右の立体音響チャンネルの割り当てを、この2つの立体音響チャンネルにおける一定の信号条件において中央ラウドスピーカに同時に適用し、前記第2のモデルにおける、左、中央、及び右のラウドスピーカへ適用する立体音響チャンネルの比率を、ゲイン係数を変えることで、制御するステップとにより、導き出すことを特徴とする、
装置。 - 前記中央チャンネルを導き出す手段において、前記左立体音響チャンネルの前記可変割合と前記右立体音響チャンネルの前記可変割合とは等しく、前記中央チャンネルは、2つ及び全部で3つのゲイン係数を採用することなく1つのゲイン係数を用いることにより導かれることを特徴とする請求項14に記載の装置。
- 前記中央チャンネルを導き出す手段において、前記左立体音響チャンネルの前記可変割合と前記右立体音響チャンネルの前記可変割合とは必ずしも等しくはなく、前記中央チャンネルを導き出すために、2つのゲイン係数を用い全部で4つのゲイン係数を採用することが必要となることを特徴とする請求項14に記載の装置。
- 前記制御するステップには、前記重み付け係数がペナルティー係数となるペナルティー関数をもつ表現を数学的に最小化することを行うステップが含まれることを特徴とする請求項14乃至請求項16のいずれか1項に記載の装置。
- 前記制御するステップには、中央ラウドスピーカに入力する信号の重み付けが不足し、不足の程度が前記重み付け係数で制御されるような表現を数学的に最小化することを行うステップが含まれることを特徴とする請求項14乃至請求項16のいずれか1項に記載の装置。
- 前記サウンドの指標は、音圧の振幅であることを特徴とする請求項14乃至請求項18のいずれか1項に記載の装置。
- 前記サウンドの指標は、音圧の出力であることを特徴とする請求項14乃至請求項18のいずれか1項に記載の装置。
- 前記リスナーの耳に生じるサウンドの指標における差を測定するステップには、ヘッドシャドーイング効果を考慮に入れた計算を行うことが含まれることを特徴とする請求項14乃至請求項20のいずれか1項に記載の装置。
- 前記測定するステップと前記制御するステップとは、周波数領域で行われる計算を用いることを特徴とする請求項14乃至請求項21のいずれか1項に記載の装置。
- 前記周波数領域で行われる計算は、臨界帯域と同程度又はそれより狭い範囲で複数の周波数帯域において行われることを特徴とする請求項22に記載の装置。
- 左、中央、及び右のラウドスピーカのチャンネルへ適用する2チャンネルの立体音響信号の量を制御するステップには、前記左、中央、及び右のラウドスピーカに適用する前記2チャンネルの立体音響信号のそれぞれの量を閉形式の解を有する最小2乗法による方程式を解くステップが含まれることを特徴とする請求項14乃至請求項23のいずれか1項に記載の装置。
- 前記可変割合の右立体音響チャンネルから左チャンネルを導き出すステップと、
前記可変割合の左立体音響チャンネルから右チャンネルを導き出すステップと、
をさらに具備することを特徴とする請求項13乃至請求項24のいずれか1項に記載の装置。 - 前記左チャンネルを導き出す右立体音響チャンネルは、該右立体音響チャンネルの位相のずれたものであり、前記右チャンネルを導き出す左立体音響チャンネルは、該左立体音響チャンネルの位相のずれたものであることを特徴とする請求項25に記載の装置。
- 請求項1乃至請求項13記載のいずれか1項に記載の方法を実施するようにした装置。
- 請求項1乃至請求項13記載のいずれか1項に記載の方法をコンピュータに実行させる、コンピュータ読取可能媒体に保存したコンピュータプログラム
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