JP2011509641A

JP2011509641A - マトリックスデコーダ

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Publication number: JP2011509641A
Application number: JP2010542310A
Authority: JP
Inventors: マクグラス、デイビッド・エス; シャバン、クリストフ
Original assignee: Dolby Laboratories Licensing Corp
Current assignee: Dolby Laboratories Licensing Corp
Priority date: 2008-01-11
Filing date: 2009-01-06
Publication date: 2011-03-24
Anticipated expiration: 2029-01-06
Also published as: UA99639C2; KR101524514B1; TW200944047A; JP5216102B2; HK1144133A1; BRPI0907610A2; AU2009204238A1; RU2456766C2; CN101911731A; KR20100108416A; RU2010133557A; CA2711144A1; CA2711144C; MY161520A; IL206555A0; AU2009204238B2; MX2010008183A; WO2009089209A4; IL206555A; EP2241119A1

Abstract

このオーディオマトリックスサラウンドデコーダは、最小限のディジタル処理しか必要とせず、携帯アプリケーション、特にヘッドフォン又はラウドスピーカバーチャライザを用いた携帯プレーヤーで再生するのに有益である。１つの実施の形態において、ＬｔとＲｔとの差の測度よりＬｔとＲｔとの和の測度のほうが大きいことに応答して、ＬｔとＲｔとを前方向に関係づけた出力にパンし、ＬｔとＲｔとの差の測度よりＬｔとＲｔとの和の測度のほうが小さいことに応答して、ＬｔとＲｔとを後方向に関係づけた出力にパンする。ＬｔとＲｔとは、再生する信号の方向にシフトするために修正される。

Description

（関連出願の相互参照）
本発明は、２００８年１月１１日出願の米国暫定出願番号６１／０１０８９６に基づく優先権を主張するものであり、この暫定出願を参照として組み込むものとする。

本発明は、オーディオ信号処理に関する。さらに詳細には、本発明は、オーディオマトリックスデコーダ、又はオーディオマトリックデコーディング機能、又はコンピュータ読み込み可能媒体に格納された該オーディオマトリックデコーディング機能を実行するコンピュータプログラムに関する。前記デコーダ又はデコーディング機能は、ヘッドフォン又はラウドスピーカバーチャライザを用いた携帯プレーヤーで再生するのに特に適しているが、本発明の特徴による、マトリックスデコーダ又はマトリックデコーディング機能はこのような使い方に限定されない。

本発明の特徴によれば、ステレオ信号ペアＬｔ，Ｒｔの相対的な振幅と極性がデコードした再生される信号の方向を定めるような、ステレオ信号ペアＬｔ，Ｒｔを受け取るオーディオマトリックスデコーディング方法であって、該方法は、ＬｔとＲｔとの差の測度よりＬｔとＲｔとの和の測度のほうが大きいことに応答して、ＬｔとＲｔとを前方向に関係づけた出力にパンするステップと、ＬｔとＲｔとの差の測度よりＬｔとＲｔとの和の測度のほうが小さいことに応答して、ＬｔとＲｔとを後方向に関係づけた出力にパンするステップと、再生される信号の方向をシフトさせるためにＬｔとＲｔとを修正するステップとを具備する。

再生する信号の方向にシフトするためにＬｔとＲｔとを修正するステップは、後方向に関係づけた出力にパンした信号をシフトさせてもよい。後方向に関係づけた出力にパンした信号を再生される信号の方向をシフトさせるためにＬｔとＲｔとを修正するステップは、後方中央方向から離れるよう信号をシフトさせてもよい。このようなシフティングでは、ますます後方中央方向から離れるような方向で、信号をだんだん減少させることができる。

再生される信号の方向をシフトさせるためにＬｔとＲｔとを修正するステップは、前方向に関係づけた出力にパンした信号をシフトさせてもよい。このような、前方向に関係づけた出力にパンした信号のシフディングでは、前方中央方向に最小の信号をシフトさせることができ、また、このようなシフティングでは、徐々に前方中央方向から離れるような方向で、信号をだんだん増大させることができる。

前方向又は後方向へのシフティングの程度は、ＬｔとＲｔとの差の測度に基づくことができる。

シフティングの程度は、ＬｔとＲｔが後方向に関連付けた出力にパンするときだけ変更することができる。

本発明のさらなる特徴によれば、ステレオ信号ペアＬｔ，Ｒｔの相対的な振幅と極性がデコードした再生される信号の方向を定めるような、ステレオ信号ペアＬｔ，Ｒｔを受け取るオーディオマトリックスデコーディング方法であって、該方法は、前方向及び後方向に関係づけた出力の方向を左又は右にシフトさせるステップであって、後方向に関係づけた出力の方向は、前方向に関係づけた出力の方向より大きくシフトさせることを特徴とするステップを具備し、該シフトさせるステップには、Ｌｔ信号とＲｔ信号との差の信号を形成することによりステレオ信号ペアＬｔ，Ｒｔを修正するステップと、バイアスゲインファクターによりこの差の信号を拡大縮小するステップと、修正したＬｔとＲｔのペアの相対的な振幅と極性がデコードした再生される信号の方向を定めるような、修正したＬｔ信号とＲｔ信号とを生成するために、前記拡大縮小した差の信号をＬｔ信号とＲｔ信号の両方に加算するステップとが含まれる。

本発明のさらなる特徴によれば、オーディオマトリックスデコーダ又はオーディオマトリックスデコーディング方法によりステレオ信号ペアＬｔ，Ｒｔをデコードする前にステレオ信号ペアＬｔ，Ｒｔを修正する方法であって、信号ペアＬｔ，Ｒｔの相対的な振幅と極性がデコードした信号の再生する方向を定め、Ｌｔ信号とＲｔ信号との差の信号を形成することによりステレオ信号ペアＬｔ，Ｒｔを修正するステップと、バイアスゲインファクターによりこの差の信号を拡大縮小するステップと、修正したＬｔとＲｔのペアの相対的な振幅と極性がデコードした再生される信号の方向を定めるような修正したＬｔ信号とＲｔ信号とを生成するために、前記拡大縮小した差の信号をＬｔ信号とＲｔ信号の両方に加算するステップとを具備する。

本発明の特徴による、どのようにＬｔ信号とＲｔ信号とが前方向又は後方向にパン又は誘導することができるかの実例を示す概略機能ブロックダイアグラムである。図１の「前後誘導の決定」の詳細の実例を示す概略機能ブロックダイアグラムである。本発明の特徴による、どのようにＬｔとＲｔとが修正されるのかの実例を示す概略機能ブロックダイアグラムである。本発明の特徴による、Ｌｔ信号とＲｔ信号とを修正することの効果を理解するのに有効な概念図である。図３のＬＲ＿ｂｉａｓ制御信号がどのように導き出されるかの実例を示す概略機能ブロックダイアグラムである。図１，２，３，及び５を配置した全体構成を示す概略機能ブロックダイアグラムである。

（前後パンニング）
本発明の特徴によるマトリックスデコーダは、ステレオ信号ペアとして本デコーダ入力に加えられるＬｔ信号とＲｔ信号とを処理し、これらの信号を前（左Ｌ及び右Ｒ）又は後（左サラウンドＬｓ及び右サラウンドＲｓ）にパンする。ＬｔとＲｔとの差の測度よりＬｔとＲｔの和の測度が大きいことに応答して、ＬｔとＲｔとを、前方向に関係づけた出力にパンする。ＬｔとＲｔとの差の測度よりＬｔとＲｔの和の測度が小さいことに応答して、ＬｔとＲｔとを、後方向に関係づけた出力にパンする。例えば、図１に示すように、前後パンニングを実行することができる。このブロックダイアグラムにおいて、ｐａｎＦ信号とｐａｎＢ信号とは、例えば０と１との間で変化する、変化の遅いゲイン信号（全帯域オーディオ信号ではない）である。ｐａｎＦ信号とｐａｎＢ信号とは一緒に動作して（これらの信号は相補的である）、ＬとＲの前方信号と、ＬｓとＲｓの後方信号との間で円滑なクロスフェードを生じさせる
図１を参照して、Ｌｔ入力信号は、乗算器又は乗算機能２を経由してＬ出力に、乗算器又は乗算機能４を経由してＬｓ出力に適用される。Ｒｔ入力信号は、乗算器又は乗算機能６を経由してＲ出力に、乗算器又は乗算機能８を経由してＲｓ出力に適用される。乗算器２及び６の各々は、ｐａｎＦゲイン信号により制御され、乗算器４及び８の各々は、ｐａｎＢゲイン信号により制御される。Ｌｔ及びＲｔ入力信号は、ｐａｎＦ信号及びｐａｎＢ信号を生成する回路又は機能（前後誘導の決定）１０にも適用される。この前後誘導の決定の詳細を図２に示す。

時間平滑化を条件として、以下に述べるように、十分な時間内にＬｔ及びＲｔ入力信号中に、逆位相オーディオであるが同位相オーディオでないオーディオを「前後誘導の決定」１０が検出したとき、ｐａｎＢ＝１．０にそしてｐａｎＦ＝０．０に設定し、それにより、Ｌｔ及びＲｔ入力信号をＬｓ及びＲｓサラウンド出力チャンネルのみに、導き、又はパンニングし、又は「誘導」する（堅固な後方誘導）。同様に、同位相オーディオであるが逆位相オーディオでないオーディオが十分な時間内に入力信号中に存在するとき、「前後誘導の決定」１０は、ｐａｎＢ＝０．０にそしてｐａｎＦ＝１．０に設定し、それにより、Ｌｔ及びＲｔ入力信号を前方出力チャンネルＬ及びＲのみに誘導する（堅固な前方誘導）。

図２の構成において、瞬時値ベースで、入力信号Ｌｔ及びＲｔ（正方向及び負方向の両方に振れる、急速に変化する波形）の強さの和と差との差異が生成され、それが微小な閾値ε（イプシロン）と比較される。これは、Ｌｔ及びＲｔを受け取りその出力端にＬｔ＋Ｒｔを生成する加算器又は加算機能１２、ＬｔからＲｔを減算してＬｔ−Ｒｔをその出力端に生成する加算器又は加算機能１４、Ｌｔ＋Ｒｔの振幅及びＬｔ−Ｒｔの振幅を拡大縮小して、「前方」及び「後方」信号Ｆ及びＢを生成する。

ここで、Ｆ及びＢは、絶対値装置又は絶対値機能２０及び２２に示すように、その絶対値が取り出され、そして加算器又は加算機能２４によりＦの絶対値からＢの絶対値を減算し微小値イプシロンを加算する。要素１２，１４，１６，１８，２０，２２，及び２４は、全体として、図６の全体構成に示したような、「和の測度と差の測度との差」演算装置又は「和の測度と差の測度との差」演算機能「要素２５」と考えることができる。

│Ｆ│−│Ｂ│＋εの演算結果の極性は、「極性決定」装置又は「極性決定」機能２６により判断される。もし負であれば、答えは１つの値、例えばマイナス１となり、もし正ならば、ゼロのような他の値となる。いうまでもなく、マイナス１及びゼロ以外の値を採用しても良い。この例において、結果は、２つのレベル、マイナス１と０との間を交番する２つの値をもつ波形となる。ローパスフィルター又はローパスフィルタリング機能（ローパスフィルター）（ＬＰＦ）２８が適用され、その結果、矩形波のそれぞれのレベルの持続時間の比率に依存して、２つのレベルの値を含む２つのレベルの間のどのような値をとることもできるゆっくりと変化する波形ＦＢとなる。実際のオーディオ信号に応答して、ＬＰＦ２８により生じる平滑化された波形は、一方又は他方の極値の近傍にとどまる傾向がある。実際には、ＬＰＦ２８は、例えば５から１００ミリセカンドの範囲の時定数を持つ、入力の短時間平均を出力する。４０ミリセカンドの時定数が適切であることが分かっているが、この値は、決定的な意味を持つものではない。ＬＰＦ２８は、単極フィルターとして実施することができる。

さらに図２の例を参照して、中間的制御信号ＦＢを決定したあと、２つの相補的なパンニング係数ｐａｎＦ及びｐａｎＢを、「パンニング関数の決定」装置又は「パンニング関数の決定」機能３０により様々な方法で得ることができる。原則として、直線ランプ、対数、ハニング、ハミング、及びサイン機能のような、一般的に用いられている種々のクロスフェード機能を採用することができる。当然のことながら、実際の公式は、極性決定２６で選択した出力値に応じて変化する。

一定パワーのパンニングが好ましいのならば、以下の公式を採用することができる。

あるいは、一定サウンドプレッシャーが好ましいか又は少なくとも許容されるとみなされる場合は、以下の公式を採用することができる。

上記の式（３）と（４）は、一定パワーをもたらすが（ｐａｎＦの二乗とｐａｎＢの二乗の和が１となる）、一定パワーは、以下の式を採用することにより近似することができる。

式（７）及び（８）の例におけるｐａｎＦとｐａｎＢのそれぞれの値は、０と１の間のいずれかの値となり、お互いに相補的となり、それぞれ放物線の経路をたどる。結果として、０と１の間の範囲の、２乗和が１に等しい２つの係数信号又は制御信号となる。

上記の式のどの場合においても、ｐａｎＦが常に、例えば、ｐａｎＢより大きい場合、例えば、ＬｔとＲｔとが同じ極性で等しく、ＬＰＦ２８への入力が長時間にわたって０となるときに生じ、パンニングは、堅固な前方（ｐａｎＦ＝１かつｐａｎＢ＝０）に向かう。ｐａｎＦが常にｐａｎＢより小さい場合、例えばＬｔとＲｔとが等しいが逆位相時に生じ、ＬＰＦ２８への入力が長時間にわたって−１となり、パンニングは、堅固な後方（ｐａｎＦ＝０かつｐａｎＢ＝１）に向かう。実際の信号において、中間的な信号ＦＢを伴うので、パンニングは堅固な前方又は堅固な後方のままとなる傾向にある。したがって、ＬｔとＲｔとの和の測度がＬｔとＲｔとの差の測度より大きいことに応答して、ＬｔとＲｔとは前方向に関連付けた出力にパンし、ＬｔとＲｔとの和の測度がＬｔとＲｔとの差の測度より小さいことに応答して、ＬｔとＲｔとは後方向に関連付けた出力にパンする。ＬｔとＲｔとの和の測度がＬｔとＲｔとの差の測度と等しいとき、ＬｔとＲｔとは前方向に関連付けた出力にパンすることができるが、これは本質的なことではない。

図２は、適切なｐａｎＦ制御信号及びｐａｎＢ制御信号を生じさせる例を示す。例えば上記に示した図２の修正を採用することもできる。あるいは、ＬｔとＲｔとの和と差の測度に応答して円滑なパンニング信号を出力する構成を採用することもできる。

（左右のパンニング）
理想的には、左右のパンニングは以下の通りとなる。

ＬｔとＲｔとが前方（Ｌ，Ｒ）にパンされるとき、ＬｔとＲｔとが後方にパンされるときに比べて少ししか左右のパンニングが用いられない。なぜなら、Ｌｔ，Ｒｔ信号は、再生したとき、見掛け上の中央音像を含む良好な左右の音場をもたらすような方法で、既にステレオペアに混入されているＬ，Ｃ，Ｒ信号をおそらく含んでいるからである。

Ｌｔ，Ｒｔが後方（Ｌｓ，Ｒｓ）にパンされるとき、どちらのチャンネル（Ｌｓ又はＲｓ）が大きな振幅を持つかを判断し、信号が最大振幅を持つようになるような側に後方信号がシフトするようＬｔ，Ｒｔ信号を修正する。以下に説明するように、本発明の実施において、Ｌｔ，Ｒｔが前方（Ｌ，Ｒ）にパンされるときには重要ではないが、このようなシフティングも効果的である。

多くのマトリックスデコーダに共通する問題は、入力信号が後方中央位置にパンされた場合にうまく働かないことである。これは、再生時にヘッドフォンバーチャライザ又はラウドスピーカバーチャライザを採用したときに特に問題となる。例えば、ＬｔとＲｔとがお互いに逆位相状態で後方中央位置がエンコードされる。従って、Ｌｔ，Ｒｔ信号がＬｓ，Ｒｓにパンされたとき、後方中央信号が逆位相のＬｓ，Ｒｓ信号中の現れる。このような逆位相の信号のために、後方向の見掛け上の音像がうまく形成されない。

本発明の特徴によれば、Ｌｓ，Ｒｓ信号を左又は右にシフトし、それにより、像を形成することを困難にする後方中央に見掛け上の位置が生じることを避けている。これは、図３に示し、以下に記載するように、Ｌｔ，Ｒｔ信号に「シフト」操作を行うことにより成し遂げることができる。最大のシフトは後方中央の信号に適用することができ、後方中央から徐々に離れてゆく位置に少しのシフトを適用することができる。最小のシフトは（又はシフトなしは）、前方中央の信号に適用することができ、前方中央から離れた位置に対して徐々にシフトを増大させる。言い換えれば、シフティングでは、後方中央を最も大きく変化させ前方中央を最も変化させない。前方中央でのシフトを避けるため又はシフトを最小限にするために、通常前方中央にある音声（会話）の音像位置のシフトは避けるか又は最小限にする。原則として、図３に例示したようなシフティング装置又はシフティング機能は、Ｌｔ，Ｒｔの相対的な振幅及び極性に応答してデコーダ又はデコーディング機能が動作するような、２入力マトリックスデコーダ又は２入力マトリックスデコーディング機能への入力Ｌｔ，Ｒｔを修正するために用いられる。

ＬｔとＲｔの差信号を生成する、１つの適切な「シフト」動作を図３に示す。そして、重み付けしたこの差信号をＬｔとＲｔの両方に再混合させることによりＬｔ_{ｂｉａｓｅｄ}及びＲｔ_{ｂｉａｓｅｄ}を作る。制御入力（ＬＲ＿Ｂｉａｓ）は、「シフト」が後方チャンネルを左にシフトさせようとするのか右にシフトさせようとするのかにより、＋α又は−αの値をとることができる。ＬＲ＿Ｂｉａｓは、例えば、図５に例示したようにして測定することができる。アルファは、例えば、０．０５から０．２の範囲の値を持つことができる。０．１の値が有益な結果を出すことが分かっている。

図３の詳細を参照して、加算器又は加算機能３２にてＲｔをＬｔから減算しＬｔ−Ｒｔを取得し、その後、乗算器又は乗算機能３４にてＬＲ＿Ｂｉａｓだけ拡大縮小する。それぞれの加算器又は加算機能３６及び３８にて、Ｌｔ−Ｒｔを拡大縮小したものにＬｔ及びＲｔの各々が加算されＬｔ_{ｂｉａｓｅｄ}及びＲｔ_{ｂｉａｓｅｄ}を取得する。

図３のシフティング構成におけるいくつかの動作例を以下のように検討する。

例えば、ＬＲ＿Ｂｉａｓ＝＋０．１（シフトは左であることを示している）のとき、以下となる。

この例（ＬＲ＿Ｂｉａｓ＝＋０．１）を続けて、Ｌｔ，Ｒｔ入力信号が中央にパンされた信号からなる場合、すなわちＬｔ＝Ｒｔ＝Ｃの場合を検討する。この場合、以下となる。

この場合、Ｌｔ_{ｂｉａｓｅｄ}信号及びＲｔ_{ｂｉａｓｅｄ}信号は、Ｌｔ，Ｒｔと等しい。言い換えれば、入力が前方中央にパンするオーディオのみ含有するとき、シフト回路はＬｔ，Ｒｔ信号を修正しない。

一方、Ｌｔ，Ｒｔ入力信号が後方中央にパンする信号Ｓであって、Ｌｔ＝Ｓ、Ｒｔ＝−Ｓとなる信号からなる場合を考える。この場合、以下となる。

この場合、Ｌｔ_{ｂｉａｓｅｄ}信号及びＲｔ_{ｂｉａｓｅｄ}信号は、Ｌｔ_{ｂｉａｓｅｄ}が振幅を増大し、Ｒｔ_{ｂｉａｓｅｄ}が振幅を減少するように、シフト回路又はシフト処理により修正される。ＬＲ＿Ｂｉａｓが＋０．１ではなく−０．１に設定されている場合は、振幅のシフトは逆になり、Ｒ_{ｔｂｉａｓｅｄ}が増大し、Ｌｔ_{ｂｉａｓｅｄ}が減少する。

理想的には、シフティング回路又はシフティング処理は、サラウンドチャンネルが左右にシフトし、前方のチャンネルは同様にシフトするがシフトの程度が少なくなるようにシフトするよう動作するのが望ましい。左へのシフティングの例を図４に示す。ここでは、実線の円がマトリックスエンコーディング円を表し、従来のＬ（左）、Ｃ（中央）、Ｒ（右）、Ｌｓ（左サラウンド）、Ｓ（サラウンド、又は、後方サラウンド）、Ｒｓ（右サラウンド）チャンネルの位置も示されている。この円は、各チャンネルが単一のパワーを有する事実を反映して、単一半径を有する。破線の円は、単位円にシフト操作を施した効果を示す。単位円から離れるシフトは、ある方向の信号のパワーが増大又は減少することを示している。特に、後方中央位置Ｓでは最も大きくシフトし、Ｓから離れるにつれてシフティングが徐々に減少し、前方中央位置Ｃではシフティングが起こらないことに留意すべきである。

適切なＬＲ＿ｂｉａｓ信号を決定する方法の例を図５に示す。ＬＲ＿ｂｉａｓ信号は、Ｌｔ_{ｂｉａｓｅｄ}信号とＲｔ_{ｂｉａｓｅｄ}信号との短時間平均振幅差である、ＬＲに基づく。言い換えれば、ＬＲは、Ｒｔ_{ｂｉａｓｅｄ}に対するＬｔ_{ｂｉａｓｅｄ}の推定である。ＬＲ＿Ｂｉａｓは、ＬＲ，ＦＢ（図２）が閾値より大きいか小さいかに応答し、そしてＬｔ−Ｒｔに応答して「シフティング決定」装置又は「シフティング決定」機能４０にて計算する。このような計算は以下のようなプログラミング擬似コードにより表現することができる。

あるいは、ＦＢとＬＲとを乗算し、その結果が閾値より大きいかどうかでバイアスを決定してもよい。このような計算は以下のようなプログラミング擬似コードにより表現することができる。

ＬＲ＿ｂｉａｓ信号は次のように決定することができる。最初にＬｔ_{ｂｉａｓｅｄ}信号とＲｔ_{ｂｉａｓｅｄ}信号の相対的な振幅を測定する。中間的な信号ＬＲ，Ｒｔ_{ｂｉａｓｅｄ}に対するＬｔ_{ｂｉａｓｅｄ}の推定、及びＬｔ_{ｂｉａｓｅｄ}信号とＲｔ_{ｂｉａｓｅｄ}信号との短時間平均振幅差は、以下のように定まる。

微少な正のオフセット量、ε（ε）は、式（７）の分数の分母に加算され、Ｌｔ及びＲｔが共にゼロの時に誤りが生じないようにしていることに留意すべきである。ＬＲを推定するために、ＬＲの正しい値によりＥｒｒｏｒ_ＬＲがゼロに等しい結果となることに留意すべきである。

短期間で平滑化したＬＲの値を生成するための１つの方法は、以下のように、Ｅｒｒｏｒ_ＬＲの値に基づきＬｔ_{ｂｉａｓｅｄ}とＬｔ_{ｂｉａｓｅｄ}との差の振幅の瞬時値を（２^−１０のような小さな量だけ）増加又は減少することである。

このように、ＬＲの次の値（上式においてＬＲ’で表す）は、段階的に正しい値に向かってゆく。

短期間の平滑化又は平均化（「ａｖｇ」のように式１．５及び１．６に反映されている）は、ＬＲの誤差を減少させるための段階的なステップの結果による平滑化の１つの結果である。平滑化では、約５ミリセカンドと１００ミリセカンドとの間の時定数を持つことができる。２０ミリセカンドと４０ミリセカンドの値が有用であることがわかっている、記載の実施の形態において、ＬＲは−１（堅固な左へのパン）から＋１（堅固な右へのパン）までの値を取ることができる。ＬＲはゼロの初期値を取ることができ、従って、＋１又は−１までは１０２４回の増分が必要となる。ＬＲの堅固な右から堅固な左へまでは明らかに２０４８回の増分が必要となる。

ディジタルシステムにおいて増加する場合は、増加と減少はオーディオビットレート（２^−１０の増加が採用される場合、例えば、４８ｋＨｚ）で行うことができる。原則として、本発明は全体として又は部分的にアナログ領域で実行することができる。

再び図５を参照して、Ｌｔ_{ｂｉａｓｅｄ}及びＲｔ_{ｂｉａｓｅｄ}は、絶対値装置又は絶対値機能４２及び４４で示すように、絶対値を持つ。加算器又は加算機能４６は、Ｌｔ_{ｂｉａｓｅｄ}の絶対値及び絶対値Ｒｔ_{ｂｉａｓｅｄ}を微少値イプシロンに加算し、その結果をＬＲの１サンプル分だけ遅れたものを受け取る乗算器又は乗算機能４８に適用し、ＬＲの乗算結果とＬｔ_{ｂｉａｓｅｄ}の絶対値、絶対値Ｒｔ_{ｂｉａｓｅｄ}、及びイプシロンの和を算出する。加算器又は加算機能５０は、Ｒｔ_{ｂｉａｓｅｄ}の絶対値を絶対値Ｌｔ_{ｂｉａｓｅｄ}から減算する。誤差信号（式（８））は、次いで、加算器又は加算機能５２の出力から取得する。誤差信号は、入力がゼロより大であれば＋１となり、入力がゼロより小であれば−１となり、入力がゼロであれば０となるｓｉｇｎｕｍ（）装置又はｓｉｇｎｕｍ（）機能５４に適用される（そのような機能を持つＤＳＰの実施の形態では、単純化し、入力がゼロであれば＋１となり、入力が負であれば−１となるようにしてもよい）。ｓｉｇｎｕｍ（）装置又はｓｉｇｎｕｍ（）機能５４の出力は、乗算器又は乗算機能５６で２^−１０のスケーリングファクターを乗算し、ＬＲの１サンプル分だけ遅れたもの（時間遅れ装置又は時間遅れ機能６０から得られる）を、加算器又は加算機能５８で加算する。要素４２，４４，４６，４８，５０，５２，５４，５６，５８，及び６０は、図６の全体構成に示すように、全体として、「短時間平均化された差の決定」装置又は機能「要素６１」のように考えることができる。

一旦ＬＲの値が決められると、ＬＲ＿Ｂｉａｓ信号値は、シフティングの決定４０において、まず示された上述の擬似コードにより、そして以下の論理ルールにより更新される。

１．ＬＲ＿Ｂｉａｓは常に＋α又は−αであり、ここでαは、例えば、０．０５から０．２の間である。実際には、０．１で有用な結果が得られることがわかっている。

２．ＬＲ＿Ｂｉａｓ信号は、Ｌｔ−Ｒｔ信号におけるゼロ交差があるとき２つの許容値間を飛び移るだけである。これにより、ＬＲ＿Ｂｉａｓの変化で出力中に可聴なクリック音が生じる可能性を最小限にする。

３．ＬＲ信号が、Ｌｔ_{ｂｉａｓｅｄ}がＲｔ_{ｂｉａｓｅｄ}よりも振幅が大きいことを示し、ＦＢ信号が、Ｌｔ信号とＲｔ信号とが適切な閾値より大きく後方にパンすることを示すならば（例えばＦＢ＜−０．１なら）、ＬＲ＿Ｂｉａｓを０．１に設定する（ここで、ゼロ交差Ｌｔ−Ｒｔ偏差信号におけるゼロ交差があるとき）。言い換えれば、Ｌｔ信号とＲｔ信号とが閾値より大きく後方にパンするとき、ＬＲ＿Ｂｉａｓは変化することができる。しかし、ＬＲ＿Ｂｉａｓの最新の値は、Ｌｔ信号とＲｔ信号とが後方にパンするか前方にパンするかどうかにかかわらず有効性を維持する。

４．ＬＲ信号が、Ｒｔ_{ｂｉａｓｅｄ}がＬｔ_{ｂｉａｓｅｄ}よりも振幅が大きいことを示し（ＬＲＢ＜０のとき）、ＦＢ信号が、Ｌｔ信号とＲｔ信号とが適切な閾値より大きく後方にパンすることを示すならば（上述のように例えばＦＢ＜−０．１なら）、ＬＲ＿Ｂｉａｓを−０．１に設定する（ゼロ交差Ｌｔ−Ｒｔ偏差信号におけるゼロ交差があるとき）。ＬＲ＝０を扱う方法は本質的ではない。１つの可能性は、ＬＲ＝０ではなにもせず（ＬＲ＿Ｂｉａｓを変化させない）又は、その代わり、上記段落３で説明したようにＬＲ＞０のときのように振る舞う。

ＬＲ＿Ｂｉａｓ信号は、Ｌｔ_{ｂｉａｓｅｄ}信号の振幅とＲｔ_{ｂｉａｓｅｄ}信号の振幅とから決定され、Ｌｔ_{ｂｉａｓｅｄ}信号とＲｔ_{ｂｉａｓｅｄ}信号とは、ＬＲ＿Ｂｉａｓ信号により修正されるので、全体アルゴリズム中でフィードバックループを形成する。これは、実際には全体として双安定に振る舞う正のフィードバックループとなる。結果として、この構成はヒステリシスを示す。例えば、ＬＲ＿Ｂｉａｓ＝＋０．１のとき、シフティング回路にＬｔ_{ｂｉａｓｅｄ}信号を誇張させ、ＬＲ信号を増大させるＲｔ_{ｂｉａｓｅｄ}信号と比較して比例的にＬｔ_{ｂｉａｓｅｄ}信号を増大させる（正方向に押し上げる）。その結果、ＬＲ＿Ｂｉａｓを−０．１にまで戻すためには、（Ｌｔと比較して）大きなＲｔ信号が必要となる。このようなヒステリシスにより、システムがＬＲ＿Ｂｉａｓ信号において頻繁に前後に行ったり来たりすることが少なくなるが、さもなければ、音像のシフティングのような、好ましくない可聴なアーティファクトを生じさせているであろう。

音像のシフティングは、後方にパンするときのみＬＲ＿ｂｉａｓを変化させることでも最小化することができる。音像のシフトは、前方にあるときもっと目立つ。また、後方から前方へ及び前方から後方へパンニングするとき、同じシフトを保持することにより、このようなパンが起きるときの音像のシフト避けることができる。しかし、オーディオコンテンツに変化が生じたとき、一般に、ＬＲ＿ｂｉａｓの変化も生じる。従って、音像位置のシフトはこのような変化においてしばしば必要となり、好ましいものとなる。

前後のパンニングと左右のパンニングの両方において、時定数を用いることには留意すべきである。このような時定数の推奨値は与えられているが、平滑値は、設計者の好みによるものであり、試行錯誤により選択されるものであることは理解されよう。加えて、好ましい平滑値は、オーディオコンテンツにより変化するであろう。

図６は、上述の図１，２，３，及び５を組み合わせたものである。

（実施の形態）
本発明は原則として、アナログ領域又はディジタル領域のどちらででも（又はこの２つを組み合わせて）実行することができるが、本発明の現実的な実施形態では、オーディオ信号はデータのブロック中のサンプルとして表され、処理はディジタル領域で行われる。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。特記なき場合は、本発明の１部として含まれるアルゴリズムは、特定の計算機または特定の他の装置に本質的に関連するものではない。具体的には、種々の汎用機を、ここに記載された内容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。

このようなプログラムの各々は、コンピュータシステムとの通信のために、必要とされるどんなコンピュータ言語（機械語、アセンブリ、又は、高級な、手続言語、論理型言語、又は、オブジェクト指向言語を含む）ででも実現することができる。いずれにせよ、言語はコンパイル言語であってもインタープリタ言語であってもよい。

このようなコンピュータプログラムの各々は、ここに記載の手順を実行するために、コンピュータにより記憶媒体又は記憶装置を読み込んだとき、コンピュータを設定し動作させるための、汎用プログラマブルコンピュータ又は専用プログラマブルコンピュータにより、読み込み可能な記憶媒体又は記憶装置（例えば、半導体メモリー又は半導体媒体、又は磁気又は光学媒体）に保存又はダウンロードすることが好ましい。本発明のシステムはまた、コンピュータプログラムにより構成されるコンピュータにより読み込み可能な記憶媒体として実行することを考えることもできる。ここで、この記憶媒体は、コンピュータシステムを、ここに記載した機能を実行するために、具体的にあらかじめ定めた方法で動作させる。

本発明の多くの実施の形態について記載した。しかしながら、本発明の精神と技術範囲を逸脱することなく多くの修正を加えることができることは明らかであろう。例えば、ここに記載したステップのいくつかの順序は独立であり、従って、記載とは異なる順序で実行することができる。

Claims

ステレオ信号ペアＬｔ，Ｒｔの相対的な振幅と極性がデコードした再生される信号の方向を定めるような、ステレオ信号ペアＬｔ，Ｒｔを受け取るオーディオマトリックスデコーディング方法であって、該方法は、
ＬｔとＲｔとの差の測度よりＬｔとＲｔとの和の測度のほうが大きいことに応答して、ＬｔとＲｔとを前方向に関係づけた出力にパンするステップと、ＬｔとＲｔとの差の測度よりＬｔとＲｔとの和の測度のほうが小さいことに応答して、ＬｔとＲｔとを後方向に関係づけた出力にパンするステップと、
Ｌｔ信号とＲｔ信号との差の信号を形成するステップと、バイアスゲインファクターによりこの差の信号を拡大縮小するステップと、修正したＬｔとＲｔのペアの相対的な振幅と極性がデコードした再生される信号の方向を定めるような、修正したＬｔ信号とＲｔ信号とを生成するために、前記拡大縮小した差の信号をＬｔ信号とＲｔ信号の両方に加算するステップとにより、再生される信号の方向をシフトさせるためにステレオ信号ペアＬｔ，Ｒｔを修正するステップと、
を具備することを特徴とする、オーディオマトリックスデコーディング方法。
再生される信号の方向をシフトさせるために信号ペアＬｔ，Ｒｔを修正するステップは、後方向に関係づけた出力に信号をパンさせることを特徴とする請求項１に記載の方法。
再生される信号の方向をシフトさせるために信号ペアＬｔ，Ｒｔを修正するステップは、後方中央方向から離れるよう信号をシフトさせるために、後方向に関係づけた出力に信号をパンさせることを特徴とする請求項２に記載の方法。
後方向に関係づけた出力にパンさせた信号は、そのような信号が最大の振幅を持つような後方中央方向から離れるような方向にシフトされることを特徴とする請求項３に記載の方法。
シフティングの程度は後方中央方向で最大となり、後方中央方向からますます離れてゆく方向の信号にシフティングが徐々に減少してゆくことを特徴とする請求項３又は請求項４に記載の方法。
再生される信号の方向をシフトさせるために信号ペアＬｔ，Ｒｔを修正するステップでは、前方向に関係づけた出力にパンさせた信号もシフトさせることを特徴とする請求項２乃至請求項５のいずれか１項に記載の方法。
再生される信号の方向をシフトさせるために信号ペアＬｔ，Ｒｔを修正するステップでは、前方中央方向で最小限の信号をシフトさせるために前方向に関係づけた出力にパンさせた信号をシフトさせることを特徴とする請求項６に記載の方法。
シフティングの程度は前方中央方向で最小となり、前方中央方向からますます離れてゆく方向の信号にシフティングが徐々に増加してゆくことを特徴とする請求項７に記載の方法。
シフティングの程度は、ＬｔとＲｔとの差の測度に基づく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。
シフティングの程度は、ＬｔとＲｔが後方向に関連付けた出力にパンするときだけ変化することを特徴とする請求項１乃至請求項９のいずれか１項に記載の方法。
ステレオ信号ペアＬｔ，Ｒｔの相対的な振幅と極性がデコードした再生される信号の方向を定めるような、ステレオ信号ペアＬｔ，Ｒｔを受け取るオーディオマトリックスデコーディング方法において、該方法は、
前方向及び後方向に関係づけた出力の方向を左又は右にシフトさせるステップであって、後方向に関係づけた出力の方向は、前方向に関係づけた出力の方向より大きくシフトさせることを特徴とするステップを具備し、該シフトさせるステップには、Ｌｔ信号とＲｔ信号との差の信号を形成することによりステレオ信号ペアＬｔ，Ｒｔを修正するステップと、バイアスゲインファクターによりこの差の信号を拡大縮小するステップと、修正したＬｔとＲｔのペアの相対的な振幅と極性がデコードした再生される信号の方向を定めるような、修正したＬｔ信号とＲｔ信号とを生成するために、前記拡大縮小した差の信号をＬｔ信号とＲｔ信号の両方に加算するステップとが含まれることを特徴とするオーディオマトリックスデコーディング方法。
オーディオマトリックスデコーダ又はオーディオマトリックスデコーディング方法によりステレオ信号ペアＬｔ，Ｒｔをデコードする前に、該信号ペアを修正する方法であって、該信号ペアの相対的な振幅と極性がデコードした信号の再生する方向を定めることを特徴とし、該方法は、
Ｌｔ信号とＲｔ信号との差の信号を形成することによりステレオ信号ペアＬｔ，Ｒｔを修正するステップと、バイアスゲインファクターによりこの差の信号を拡大縮小するステップと、修正したＬｔとＲｔのペアの相対的な振幅と極性がデコードした再生される信号の方向を定めるような修正したＬｔ信号とＲｔ信号とを生成するために、前記拡大縮小した差の信号をＬｔ信号とＲｔ信号の両方に加算するステップとを具備することを特徴とする、ステレオ信号ペアＬｔ，Ｒｔを修正する方法。
ステレオ信号ペアＬｔ，Ｒｔの相対的な振幅と極性がデコードした再生される信号の方向を定めるような、ステレオ信号ペアＬｔ，Ｒｔを受け取るオーディオマトリックスデコーディング方法であって、該方法は、
ＬｔとＲｔとの差の測度よりＬｔとＲｔとの和の測度のほうが大きいことに応答して、ＬｔとＲｔとを前方向に関係づけた出力にパンするステップと、ＬｔとＲｔとの差の測度よりＬｔとＲｔとの和の測度のほうが小さいことに応答して、ＬｔとＲｔとを後方向に関係づけた出力にパンするステップと、
再生される信号の方向をシフトさせるためにＬｔとＲｔを修正するステップであって、該修正するステップには、前方向及び後方向に関係づけた出力の方向を左又は右にシフトさせるステップであって、後方向に関係づけた出力の方向は、前方向に関係づけた出力の方向より大きくシフトさせることを特徴とするステップを具備し、該シフトさせるステップには、Ｌｔ信号とＲｔ信号との差の信号を形成することによりステレオ信号ペアＬｔ，Ｒｔを修正するステップと、バイアスゲインファクターによりこの差の信号を拡大縮小するステップと、修正したＬｔとＲｔのペアの相対的な振幅と極性がデコードした再生される信号の方向を定めるような修正したＬｔ信号とＲｔ信号とを生成するために、前記拡大縮小した差の信号をＬｔ信号とＲｔ信号の両方に加算するステップとを具備することを特徴とする、オーディオマトリックスデコーディング方法。
請求項１乃至請求項１３に記載の方法のうちのいずれか１つの方法を実施するように構成した装置。
請求項１乃至請求項１３に記載の方法のうちのいずれか１つの方法をコンピュータに実行させるために、コンピュータ読みとり可能媒体に記録させた、コンピュータプログラム。