JP4792086B2 - ２つの入力チャンネルを使用して３つの出力チャンネルを合成させる装置および方法 - Google Patents

Description

本発明は、多重チャンネル合成装置であり、特に、２つのステレオ入力チャンネルを使用して、３つ以上の出力チャンネルを生成する装置に関する。

多重チャンネルオーディオ素材は、消費者の家庭環境においても益々普及している。これは主に、ＤＶＤの映画は、５．１多重チャンネルの音声を提供し、そのため一般家庭のユーザでさえ多重チャンネルオーディオを再生可能なオーディオ再生装置を頻繁にインストールしている。このような設備は、たとえば、前方にＬ、Ｃ、Ｒの３台のスピーカ、後方にＬｓ、Ｒｓの２台のスピーカおよび低周波エンハンスメントチャンネル（ＬＦＥ）から構成され、２チャンネルステレオ再生に対して、たとえば、下記の周知の強みがある。
− 中央チャンネルにより、最適中央聴取位置の外側でさえ、正面イメージの安定性が向上している。（より大きな「スイートスポット」＝最適聴取位置）
− 後方スピーカによって引き起こされる、聴取者が「参加している」という感覚が増加する。

それでもなお、たとえば、コンパクトディスク（ＣＤ）で２つの（ステレオ）オーディオチャンネルだけで構成される従来のオーディオ・コンテンツが、非常に数多く存在する。

５．１多重チャンネル設備で従来の２チャンネルオーディオ素材を再生するには、基本的に選択肢が２つある。

１．ＬおよびＲスピーカにおいて左と右のチャンネルステレオ信号をそれぞれ再生する。言い換えれば、従来の方法で再生する。この解決策は、拡張ラウドスピーカ設備（中央および後方ラウドスピーカ）の特性を活かせない。

２．コンテンツ素材の２チャンネルを多重チャンネル信号に変換する方法を用いることができ（これは、オンザフライで、または前処理により起こりうる）、その多重チャンネル信号は、すべての５．１スピーカを使用し、この方法で多重チャンネル設備の前述の強みを活かしている。

解決策２は、解決策１よりも明らかに有利であるが、また、特に前方の２つのチャンネル（左および右＝ＬＲ）を前方の３つのチャンネル（多重チャンネル左、中央、および右＝Ｌ’Ｃ’Ｒ’）に変換することに関して問題を含んでいる。

適切なＬＲからＬ’Ｃ’Ｒ’への変換の解決策は、下記の必要条件を満たさなければならない：

１） Ｌ’Ｃ’Ｒ’再生の場合においてＬＲ再生の場合と同類であるが、より安定した正面イメージを再現するためには、聴取者が「スイートスポット」にいる場合、中央チャンネルは、通常左右のラウドスピーカの中間から到来すると感知される全ての音声イベントを再現しなければならない。さらに、左前方に位置する信号は、Ｌ’Ｃ’によって再生され、右前方に位置する信号は、Ｒ’Ｃ’によってそれぞれ再生されなければならない（Ｊ．Ｍ．ＪｏｔおよびＣ．Ａｖｅｎｄａｎｏの「オーディオ録音の空間的強化」、２００３年コペンハーゲンにおけるＡＥＳ第２３回会議を参照）。

２） Ｌ’Ｃ’Ｒ’について、ＬＲと同等の大きさのサウンド効果を得るために、チャンネルＬ’Ｃ’Ｒ’により放出された音響エネルギの総和は、ソースチャンネルＬＲの音響エネルギの総和に等しくなければならない。すべての再生チャンネルにおいて等しい特性を想定してみると、これは、「Ｌ’Ｃ’Ｒ’チャンネルの電気エネルギの総和は、ＬＲソースチャンネルの電気エネルギの総和に等しくなければならない」という解釈になる。

必要条件１のため、左右チャンネルの信号は、１つの（単一の）中央チャンネルにミキシングされる。これは、特に、左右のチャンネル信号がほぼ同質の場合、すなわち、左右のチャンネル信号が、前方のサウンドステージの中間でファントム音源を表現する場合に当てはまる。今、このファントムイメージは、中央スピーカで生成される「実」イメージに置き換えられる。必要条件２のために、この中央信号は、左および右エネルギの総和を伝えなければならない。左または右のチャンネル信号のレベルが、チャンネルによって送信される最大振幅に近くなる場合（０ｄＢＦＳの場合、ｄＢＦＳは、ｄＢフルスケール）、両チャンネルのレベルの総和は、最大レベルを超え、これをチャンネル／装置によって表現することができる。これは通常、好ましくない「クリッピング」効果をもたらす。

クリッピングの状況が、図６に示されている。図６は、最大正閾値６１ａおよび最大負閾値６１ｂを有するプロセッサによって処理される信号６０の時間波形を説明している。デジタル信号を処理しているデジタルプロセッサの能力に応じて、最大正閾値および最大負閾値は、＋１および−１とすることができる。あるいは、デジタルプロセッサが、数字を整数で示しながら使われる場合、最大正閾値は、２１５に対応する３２７６８になり、最大負閾値は−２１５に対応する−３２７６８になる。

時間波形の信号は、サンプル（各サンプルは、−３２７６８から＋３２７６８までのデジタル信号である）の配列によって表されるので、特定の時間の例に関して、第１チャンネルがかなり高い値を有し、第２チャンネルもまたかなり高い値を有している場合、しかも、これらのかなり高い値が合算される場合、より大きい数が得られることは容易に明らかである。理論上は、この２つのチャンネルの合算によって得られる最大数は、６５５３６になり得る。しかし、デジタル信号プロセッサは、この高い値を表すことはできない。その代わりに、デジタル信号プロセッサは、最大正閾値または最大負閾値に等しい数字のみを表す。したがって、デジタル信号プロセッサは、図６に関して説明した状況が現れるように、最大正閾値または最大負閾値以上の数字は、最大正閾値および最大負閾値に等しい数字によって置き換えられる点といったクリッピングを行う。クリッピング時間部分６２の中で、時間波形６０は、自然（正弦）波形を有さないが、平滑化されるか、クリップされる。このクリップした波形をスペクトルの見地から評価した場合、この時間領域クリッピングは、クリッピング時間部分６２の始めと終わりで高勾配の規模によって引き起こされる調和成分が強くなる結果になることは明らかである。

この「デジタルクリッピング」は、再生設備、言い換えれば、オーディオ信号を表現するために使用されるアンプとラウドスピーカに関係していない。しかし、各アンプ／ラウドスピーカの組み合わせも、限定された線形範囲のみを有する。そして、この線形範囲を処理済信号が超えた場合、一種のクリッピングも発生するが、これを本発明の概念を使用することによって避けることができる。

いずれの場合でも、クリッピングの発生は、オーディオ信号に大きい歪みを発生させ、知覚音質を著しく低下させる。したがって、クリッピングの発生を避けなければいけない。このことは、５．１スピーカシステムのような多重チャンネル設備によってステレオ信号を表現ことによる音質の改良が、非常に耳障りなクリッピングの歪みに比較して小さいという事実からも言える。したがって、クリッピングが発生しないと保証できない場合は、ステレオ信号を表現するために多重チャンネル設備の左右スピーカのみを使用することが好まれる。

このクリッピング問題を克服するために、従来技術の解決法が存在する。

この問題を克服する簡潔な解決法は、どのチャンネル信号（とりわけ中央信号）も０ｄＢＦＳ限界を超えないレベルまですべてのチャンネルを等しく縮小することである。これを予め定義された固定値で静的に行うことができる。この場合、固定値は、左右のチャンネルが最大値を有するという最悪の状況においても有効でなければならない。平均的なＬＲからＬ’Ｃ’Ｒ’への変換については、これは元のステレオＬＲよりも著しく静かなＬ’Ｃ’Ｒ’型につながり、これは、特にユーザがステレオと多重チャンネル再生の間で切り替えを行なっている際に望ましくないことである。この動作を、ＬＲからＬ’Ｃ’Ｒ’へ変換器として使用できる市販のマトリックス・デコーダー（ドルビー ＰｒｏＬｏｇｉｃＩＩ およびＬｏｇｉｃ ７ デコーダー）で確認することができる。ドルビーの発表を参照。「ドルビー サラウンド ＰｒｏＬｏｇｉｃ ＩＩ デコーダー −操作の原理」
ｈｔｐ：／／ｗｗｗ．ｄｏｌｂｙ．ｃｏｍ／ａｓｓｅｔｓ／ｐｄｆ／ｔｅｃｈ＿ｌｉｂｒａｒｙ／２０９＿Ｄｏｌｂｙ＿Ｓｕｒｒｏｕｎｄ＿Ｐｒｏ＿Ｌｏｇｉｃ＿ＩＩ＿Ｄｅｃｏｄｅｒ＿Ｐｒｉｎｃｉｐｌｅｓ＿ｏｆ＿Ｏｐｅｒａｔｉｏｎ．ｐｄｆ
あるいはグリージンガー（Ｄ．Ｇｒｉｅｓｉｎｇｅｒ）による「両耳で聞く聴取者のための多重チャンネルマトリックスサラウンドデコーダ」、１９９６年アメリカ、ロスアンジェルス、１０１回ＡＥＳ会議、見本刷り４４０２。

もう１つの簡潔な解決法は、時折、リミッターとも呼ばれる、ピーク信号を動的に（信号に応じて）制限するために、動的範囲圧縮を利用することである。この手法の短所は、オーディオプログラムの純粋な動的範囲が再生されるのではなく、圧縮されることである（ウド・ゼルザー（Ｕｄｏ Ｚｏｅｌｚｅｒ）編、デジタルオーディオ効果ＤＡＦＸ「リミッター」の、２００２年 Ｗｉｌｅｙ ＆ Ｓｏｎｓ，９９ページを参照）。

縮小の問題は、元の信号レベルに比較して音声信号のレベルまたは量を小さくするので、望ましくない。あらゆるクリッピングの理論的発生を完全に防ぐために、０．５のスケール係数によって、すべてのチャンネルを縮小しなければならないだろう。これは、元の信号と比較して、多重チャンネル信号の出力レベルを大きく減らすことにつながる。この縮小された多重チャンネル信号を聞くだけの場合、このレベル減少を増音器の増幅を拡大することにより補うことができる。しかし、いくつかのソース間で切り替わる場合、同じアンプ増幅設定を使用して多重チャンネル再生用セットを再生すると、（レガシー）ステレオ信号は、聴取者にとって大変大きく聞こえる。

したがって、ユーザは、耳および装置を傷つけないために、ステレオ信号の多重チャンネル再生からステレオ信号のステレオ再生へ切り替える前に、アンプの増幅設定を小さくすることを考慮しなければならないだろう。

動的範囲圧縮を使用して他の従来技術は効果的にクリッピングを防止する。しかし、オーディオ信号自体が変更される。したがって、動的圧縮は、本物ではないオーディオ信号をもたらし、それは導入されたアーティファクトが、非常に耳障りでない場合でも信頼性という観点からは問題がある。

ジョットおよびアベンダーニョ（Ｊ．Ｍ．ＪｏｔおよびＣ．Ａｖｅｎｄａｎｏ）著、「オーディオ録音の空間的強化」、ＡＥＳ第２３回会議、コペンハーゲン、２００３年 ウド・ゼルザー（Ｕｄｏ Ｚｏｅｌｚｅｒ）編、「デジタルオーディオ効果ＤＡＦＸ：リミッター」、Ｗｉｌｅｙ ＆ Ｓｏｎｓ、２００２年、９９ページ

本発明の目的は、２つの入力チャンネルを使用した多重チャンネル合成についての改良概念を提供することである。

本目的は、請求項１に応じた合成装置、請求項１４に応じた合成方法、請求項１５に応じたコンピュータプログラム、または請求項１６に応じた３つのチャンネル再生によって達成される。

本発明は、クリッピング問題を克服するために、かつそれにもかかわらず多重チャンネル設備の３つ以上のチャンネルを使用してステレオ信号を再生することによって受ける利点を得るために、中央チャンネルは通常通り生成される、すなわち、中央チャンネルは、左右のラウドスピーカの中間に位置するサウンドイベントを受信し、「真のセンター」表現とも呼ばれるという発見に基づいている。しかし、真のセンターが、クリッピング範囲に入る場合、オーディオ設備の中間におけるイベントを示す信号成分のエネルギの一部のみが、中央チャンネルに供給される。これらサウンドインベントのエネルギの残りは、第１および第３（または左右の）チャンネルに供給されるか、始めからそこに残存する。

したがって、クリッピングが発生する期間に関して、２／３アップミックス手順が、修正なしに行われる場合、中央チャンネルは、クリッピングなしで可能な最大レベル以下のレベルに縮小される。それにもかかわらず、中央チャンネルによって表現できない信号の欠損部位／エネルギは、「仮想のセンター」あるいは「ファントムセンター」として左チャンネルおよび右チャンネルで再生される。

そして、真のセンターおよび仮想のセンターの信号は、クリッピングなしで意図した中央を再現する再生中に音響的に結合される。この真のセンターと仮想のセンターの混合は、改良された、より安定したステレオオーディオ信号の正面イメージをもたらす。言い換えれば、増大されたスイートスポットをもたらす。ただし、そのスイートスポットは、ファントムセンターが全く無い場合ほど大きくはない。しかし、本発明のプロセスにはクリッピング・アーティファクトがない。それは、クリッピング問題のために第２チャンネル内でプロセス可能ではないエネルギの残りが失われるのではなく、元の左と右のチャンネルによって表現されるからである。

中央チャンネルのエネルギは、左と右のチャンネルから得られるので、どんな状況に関しても、多重チャンネル設備における左と右のチャンネルのエネルギは、元の左と右のチャンネルのエネルギより低いことに、ここで注意されたい。したがって、本発明に従って、エネルギの残りの部分が、左と右の出力チャンネルにフィードバックされた場合でさえ、これらのチャンネル内にはクリッピング問題は決して存在しないだろう。

本発明の更なる利点は、好適な実施形態にはおいて、生成された３つの出力チャンネル（および、Ｌｓ、Ｒｓ、Ｃｓ、ＬＥＦなどの、任意に生成された追加出力チャンネル）の合計電気または音響エネルギが、元のステレオ信号のエネルギに対して保存される方法で、本発明の信号形成が行われることである。信号の表現方法に関わりなく（言い換えると、２台のスピーカのみを有するステレオ設備を使用して信号が表現されるかどうか、または、３台以上のスピーカを有する多重チャンネル設備を使用して信号が表現されるかどうかに関わりなく）、同じ全体音量を保証することができる。

さらに、本発明である、中央チャンネルおよび左と右のチャンネルへの音エネルギの信号形成および分配は、クリッピングが避けられない場合にのみ、動的に適用される。すなわち、クリッピングによって影響を受けない状況において、言い換えれば、第２チャンネルのサンプリング値が、最大閾値以下に留まる場合に、第２中央チャンネルは全く変化しない。

さらに、「真のセンター」および「ファントムセンター」の音響的結合の結果、最適な３つのチャンネル、言い換えると、クリッピングの無い３つのチャンネル、または最小／最大閾値のないサンプリング値が許容できる３つのチャンネルの構造に、より近い信号が生成される。したがって、本発明の音イメージは、好適な実施形態において、ステレオ入力信号と比較してレベルが異なることはなく、またリミッターまたは簡易クリッパーを使用した場合とは違って偽物ではない。

次に、本発明の好適な実施形態は、添付の図面を参照することによって説明する。
図１は、本発明の好適な実施形態に従って上位のチャンネルを合成する装置を示す。
図２ａは、ポストプロセッサを有する図１の信号プロセッサの好適な実施形態である。
図２ｂは、図２ａのポストプロセッサの好適な実施である。
図３は、反復アップミキサ・コントロールを有する本発明の信号生成器のさらなる実施形態である。
図４は、パラメータ領域で完全に作動している本発明の信号生成器のさらなる実施形態である。
図５は、サラウンド中央チャンネルＣｓをも任意に有する５．１サウンドシステムの例である。
図６は、クリップされた波形の説明図である。
図７は、クリッピングの前後における元の２チャンネル入力信号および３チャンネル出力信号のエネルギ状況の略図である。
図８は、好適な入力チャンネル・アナライザを示す。

図１は、２つの入力チャンネルを使用する３つの出力チャンネルを合成する本発明の装置の好適な実施形態を示し、３つの出力チャンネルの第２チャンネルは、オーディオ再生設備におけるスピーカを対象としており、それは、第１出力チャンネルおよび第３出力チャンネルを受信することを意図している２台のスピーカの間に位置している。入力チャンネルは、１０ａ（このチャンネルは、たとえば、左チャンネルＬとすることができる）で示され、そして、第２チャンネルについては、１０ｂ（右チャンネルＲとすることができる）で示される。出力チャンネルは、右チャンネルについては、１２ａと示され、中央チャンネルについては、１２ｂ、左チャンネルについては、１２ｃと示される。追加の出力チャンネルを、たとえば、左サラウンド出力チャンネル１４ａ、右サラウンド出力チャンネル１４ｂおよび低周波エンハンスメントチャンネル１４ｃのように生成することができる。これらのチャンネル用の対応スピーカの配置を図５に示す。これらスピーカ１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１４ａ、１４ｂの中央にはスイートスポット５０がある。聴取者がスィートスポット内にいる場合、最適な音の印象を受けるだろう。

さらに、左サラウンドチャンネル１４ａと右サラウンドチャンネル１４ｂとの間に位置する中央サラウンドチャンネル５１Ｃｓを追加することもできる。中央サラウンドチャンネル５１に関する信号を、中央チャンネル１２ｂに関する信号算出と同じ処理を使用して算出することができる。したがって、さらに、本発明の方法を、中央サラウンドチャンネルでのクリッピングを避けるために、中央サラウンドチャンネルの算出に適用することもできる。

以下のことに注意されたい。本発明の処理は、各オーディオチャンネルの配置のために使用でき、ここでは、再生設備で２つの異なる空間位置を対象とした２つの入力チャンネルが使用され、３つの出力チャンネルが、これら２つの入力チャンネルを使用して生成される。３つのチャンネルの第２チャンネルは、第１および第３入力チャンネル信号を備えた再生設備における２台の追加スピーカの間に位置する。

図１の本発明の合成装置は、両入力チャンネルにおいて発生する信号成分を決定するために、２つの入力チャンネルを分析するための入力チャンネル・アナライザ１５を含んでいる。両入力チャンネルに発生するこれら信号成分は、真の中央チャンネルを形成するために使用される。言い換えれば、これら信号成分を図５で示した中央チャンネルを通じて表現することができる。一般的に、ステレオ信号は、話者、または、音楽信号が考慮されるときは、オーケストラの前に位置し、したがって、聴衆の前に位置する歌手あるいは独奏楽器等のモノラル信号成分を多く含んでいる。

さらに、本発明の合成装置は、２つの入力信号１０ａ、１０ｂ、およびライン１３を介して供給されているような両入力チャンネルで発生する検出信号成分に関する情報を使用して、３つの出力チャンネル１２ａ、１２ｂ、１２ｃを生成する時間・周波数選択型であり、さらに信号依存型の信号生成器１６を含む。特に、本発明の信号生成器は、検出信号成分を少なくとも部分的に第２チャンネルに送るために動作する。その上、完全な検出信号成分供給が最大閾値を超える状況の場合、生成器は、第２チャンネルにおいて検出信号成分の一部だけを供給するために動作する。

したがって、第２出力チャンネルは、クリッピングを避けるために検出信号成分の一部だけを含む時間部分があり、一方、第２出力チャンネルの別の部分では、完全な検出信号成分が、第２出力信号に供給されている。検出信号成分の残りは、第１および第３出力チャンネルに含まれ、したがって、これらのチャンネルが、たとえば、図５で示されるスピーカ設備を介して表現される場合、検出信号成分の残りは、「ファントムセンター」を形成する。

本発明の概念の実施によっては、第２チャンネルに位置する検出信号成分の「部分」および第１、第３チャンネルに位置する検出信号成分の残りを、エネルギ部分、周波数部分、またはその他の部分とすることができ、そのため、第２チャンネルは、検出信号成分の一部だけを含み、最大閾値を超す値を有さず、したがって、クリッピングの歪みを引き起こさない。

図２ａは、図１の本発明の信号アナライザ１６の好適な実施形態を説明している。特に、図２ａの実施形態において、信号アナライザは、図１の入力チャンネル・アナライザ１５によって制御されるアップミキシング処理を実行する２−３アップミキサ１６を含んでいる。２−３アップミキサの出力Ｌ、Ｒ、Ｃは、アップミックスチャンネルである。しかし、チャンネルＣは、左チャンネルおよび右チャンネルからの信号成分を加算する加算処理を使用して生成されるので、チャンネルＣは、クリッピングに左右されやすい可能性がある。

中央チャンネルＣは、クリッピング検出器１６ｂに入力され、クリッピング検出器１６ｄは、ポストプロセッサ１６ｃを供給し、ポストプロセッサ１６ｃは、検出信号成分に関する情報も受け取る。特に、クリッピング検出器１６ｂは、中央チャンネル１２ｃの時間波形を調査するために動作する。

実施次第で、クリッピング検出器を様々な方法で構成することができる。図２ａの信号生成器が、所定の最大閾値より高い大きさの数字を処理できると仮定した場合、クリッピング検出器１６ｂは、次の処理段階の最大閾値より高い数字があるかどうかを把握するために時間波形を単に調査する。そのような状況が検出された場合、ポストプロセッサ１６ｃは、３つの出力チャンネル１２ａ、１２ｂ、１２ｃが、ポストプロセッサ１６ｃによって最終的に出力されるように、中央チャンネルのエネルギが減少し、左および右チャンネルのエネルギが、増加するような後処理を開始するように、活動ライン１６ｄを介して動作する。したがって、図２ａの実施形態に従って、ＬＲからＬＣＲへの変換処理が通常通り行われる。内部第１段階の中央チャンネル信号２０ｂをＡＥＳ／ＥＢＵの場合のように、またはＳＰＤＩＦフォーマットの場合のように外部信号として出力しなければならない場合に、クリッピングが発生するかどうかをチェックするために、この内部第１段階の中央チャンネル信号２０ｂを分析する。これが起こる場合、信号２０ｂの一部は、ポストプロセッサ１６ｃで取り除かれ、結果として修正中央チャンネル１２ｂをもたらし、代りに「ファントムセンター」の貢献として中間の左および右チャンネル２０ａ、２０ｃに分配される。後処理後、中央チャンネル信号１２ｂは、再び０ｄＢＦＳを下回る。

ポストプロセッサ１６ｃの好適な実施形態を図２ｂに示す。アップミキサ１６ａの後ろにある中央チャンネル２０ｂは、部分抽出装置２５に入力される。部分抽出装置は、クリッピング検出器からライン１６ｄを介して検出信号成分および制御信号に関する情報１３を受け取り、クリッピング検出器は、抽出量の表示も含むことができる。一方、反復段階ごとの抽出量は、発生するクリッピングとは無関係に固定され、クリッピング検出器１６ｂがクリッピングを検出しなくなるまで、段階的な手法で検出信号成分の増加分を抽出するために、反復の試行錯誤処理を適用することができる。そして、修正中央チャンネル１２ｂは部分抽出装置によって出力され、そして抽出部分に対応する検出信号成分の残りは、０．５を掛けた後にアップミキサによって、出力される左および右チャンネル２０ｃ、２０ａに再分配されなければいけない。この目的のために、ポストプロセッサは、各分岐において２つの乗算器２６または分岐前の単独の乗算器、および左加算器２７ａと右左加算器２７ｂを含む。

両入力チャンネルにおいて発生する信号成分の検出が完全であった場合、左および右チャンネル２０ａ、２０ｃは、いかなる「ファントムセンター」も含まない。しかし、（０．５を掛けた後の）抽出成分をこれらチャンネルに加算することによって、ファントムセンターが、左および右チャンネルに加算される。

次に、本発明の更なる実施形態、特に、図１の信号生成器１６の実施形態について、図３と関連させて述べる。入力チャンネルは、反復コントローラ３０によって制御される第１反復段階において、３つの出力チャンネルを生成するための信号成分に関する情報を受け取る制御可能２−３アップミキサに入力される。この第１段階は、図２ａにおけるアップミキサ動作に等しい。言い換えると、中央チャンネル２０ｂは、クリッピング問題を抱えている可能性がある。そのようなクリッピング状況は、クリッピング検出器１６ｂによって検出される。図２ａの実施形態と対照的に、クリッピング検出器１６ｂは、アップミキサ制御ライン３１を介してフィードバック方式でアップミキサ１６ａを制御して、クリッピングが、これ以上発生しないように、生成された中央チャンネル２０ｂが（反復コントローラ３０によって規制される１以上の反復段階の後に）、検出信号成分の許可部分のみを受け取れるようにアップミキシングルールをある方法で変更する。

したがって、図３の実施形態は、反復処理を示す。反復処理の第１段階において、アップミキサ動作は、通常通り行われる。出力では、検出器１６ｂは、クリッピングが発生するかどうかチェックする。クリッピングが検出された場合、ファントムセンター寄与として再マッピング手順を使用し、また左および右チャンネルへの一部の中央信号エネルギの再ルーティングを使用して、この時間フレームは再び処理される。

図４の実施形態は、パラメータ領域において完全に作動する。この目的のために、パラメータ・チャージャ４１に接続されるアップミキサ・パラメータ計算器４０が提供されている。さらに、クリッピング検出器４２が提供されている。このクリッピング検出器４２は、直通アップミックス処理の後でクリッピングが発生するかどうか知るために、元の左および右チャンネルまたは算出アップミキサ・パラメータを調査するために動作する。クリッピング検出器４２がクリッピングの危険性を検出する場合、クリッピング検出器４２は、制御ライン４４を介してパラメータ・チャージャ４１を制御して、変更アップミックス・パラメータを供給する。そして、この変更アップミックス・パラメータは、直通アップミキサ１６ａに供給され、この直通アップミキサ１６ａは、クリッピングが一切第２チャンネルで発生しないように、第１、第２、第３出力チャンネルを生成する。そして、クリッピング検出器４２が元々クリッピング問題を検出していた時間の間、左および右チャンネル１２ｃ、１２ａは、ファントムセンター寄与を有する。

図２および図３の実施形態と対照的に、本発明の処理は、入力ステレオ信号からの出力信号２０ａ、２０ｂ、２０ｃ、または１２ａ、１２ｂ、１２ｃを得るために使用される処理パラメータに基づいて実行される。したがって、計算の複雑性がまだ低い状態での実行を達成するために、クリッピング検出および信号レベルの操作またはその一部分の操作は、処理パラメータに基づいている。これは、図２および図３の実施形態と対照的である。図２および図３の実施形態では、発生しうるクリッピングが検出された後、中央チャンネル用に既に作られた真のオーディオチャンネル信号上で本発明の処理が実行される。

本発明のクリッピング検出／制御は、後処理によって実行できる。したがって、真の出力オーディオ信号の合成後にクリッピングを供給するために、意図した変換パラメータが本発明の概念に従い、分析、修正される。パラメータ・チャージャ４１を制御する別の方法は、反復方法による。意図した変換パラメータは分析される。真のオーディオ信号の合成後、クリッピングが発生した場合、変換パラメータは修正される。次に、処理が、再び開始され、最終的に出力チャンネル信号は、関連チャンネルにおいてクリッピングがなく、真のセンターおよびファントムセンター寄与を伴って合成される。

続いて、入力チャンネル・アナライザの好適な実施について述べる。この目的のために、このような好適な入力チャンネル・アナライザ１５を示している図８を参照する。まず、第一に、ブロック８０の出力において、ライン８１ａ上に左チャンネルの一連の数値が存在し、ライン８１ｂ上に右チャンネルの一連の数値が存在するように、連続する後続または重複フレームが、ウィンドウブロック８０を使用して生成される。次に、周波数の分析が、ブロックごとに個々に行われる。この目的のために、周波数アナライザ８２がチャンネルごとに供給される。

周波数アナライザは、時間領域信号の周波数領域表示を生成するための装置である。そのような周波数アナライザには、短時間フーリエ変換、ＦＦＴアルゴリズム、またはＭＤＣＴ変換、またはその他の変換装置を含めることができる。一方、周波数アナライザ・ブロック８２には、一連の入力信号値から、たとえば、３２のサブバンドチャンネル、またはそれより多数の、またはそれより少数のサブバンドチャンネルを生成するサブバンドフィルターバンクが含まれていてもよい。サブバンドフィルターバンクの実施によっては、フレーミング装置８０および周波数分析ブロック８２の機能は、デジタル的に実現された単体のサブバンドフィルターバンクにおいて実施される。

次に、バンドごとの相互相関が、装置８４に示されているように実行される。したがって、相互相関器は、対応するバンド間の、言い換えると、同じ周波数インデックスを有するバンド間の相互相関の大きさを決定する。ブロック８４によって決定された相互相関の大きさは、０から１までの数値を持つことが可能であり、０は相関が無いことを示し、１は相関が完全にあることを示す。装置８４が、低い相互相関の大きさを出力する場合、これは、各バンドにおける左および右の信号成分が、お互いに異なっており、このバンドは、中央チャンネルに挿入されるべき両バンドで発生している信号成分を含まないことを意味する。しかし、相互相関の大きさが高く、両バンドにおける信号がお互いに非常に類似していると示される場合、このバンドは、左および右チャンネルにおいて発生する信号成分を有し、このバンドは中央チャンネルに挿入されなければならない。

バンドにおける信号がお互いに類似しているかどうかを決定する更なる基準は、信号エネルギである。したがって、本発明の入力チャンネル・アナライザの好適な実施形態は、バンドごとのエネルギ計算機８５を含み、エネルギ計算機は、各バンドにおけるエネルギを計算し、対応するバンドにおけるエネルギがお互いに類似しているか、異なっているかを示すエネルギ類似の大きさを出力する。

装置８５によるエネルギ類似の大きさの出力および装置８４による相互相関の大きさの出力の両者は、最終決定段階８６へと入力され、この最終決定段階８６が、あるフレームにおいて、あるバンドｉが、両チャンネルで発生するか発生しないかという結論に達する。決定段階８６が、信号が両チャンネルで発生すると決定した場合、この信号部分は、「真のセンター」を生成するために、中央チャンネルへと供給される。

図８は、入力チャンネル・アナライザを実施する実施形態を示す。更なる実施形態が、技術的に周知であり、たとえば、２００３年５月２３−２５日にデンマーク、コペンハーゲンで開催された第２３回国際ＡＥＳ会議におけるＪｏｔおよびＡｖｅｎｄａｎｏによる「オーディオ録音の空間的強化」で説明されている。特に、これらチャンネルにおける信号成分を見つけ出すために、２つのチャンネルを分析する他の方法には、たとえば、主成分分析、独立部分空間分析、あるいはオーディオ分析の技術的に知られる他の分析等の、統計的、または分析的な分析方法が含まれる。これらすべての方法は、両方のチャンネルで発生する信号成分を検出し、これを真のセンターを生成するために中央チャンネルに供給しなければならないという点で共通している。

続いて、２−３アップミックス処理が、図中の２−３アップミキサ１６ａによって実施される前後のエネルギ状況を説明するために図７を参照する。図７における７０で説明される左入力チャンネルＬは、特定のエネルギを有する。この例において、２つのステレオ入力チャンネルの右入力チャンネルは、７１で説明されているように異なる（より低い）エネルギを有する。両チャンネルで発生している信号成分が存在することを、チャンネル・アナライザは見出していると仮定する。両チャンネルで発生しているこれら信号成分は、図７における７２で説明されるようなエネルギを有する。全エネルギ７２が、７３で示されているように中央チャンネルに供給される場合、中央チャンネルのエネルギは、エネルギ限度を超えるだろうし、エネルギ限度は、そのような高エネルギを有する信号が、振幅最大閾値を超える振幅値を有することを少なくとも概略で説明している。したがって、エネルギ７２の一部分のみが真のセンターに入力され、一方、超過部分は、矢印７６で示されているように合成された左および右チャンネルＬ’およびＲ’に等しく（再）分配される。

これに関連して、中央チャンネルから左および右チャンネルへのエネルギの再分配方法、あるいは元の左チャンネルおよび元の右チャンネルから中央チャンネルへの正確な量のエネルギを導入する方法が種々存在することに注意されたい。たとえば、特定の縮小要因により全ての検出信号成分を縮小し、縮小された信号を中央チャンネルに導入することができる。このことは、周波数選択的な分析が適用された場合、各バンドにおいて信号成分に関して同じ結果をもたらす。一方、バンドごとのエネルギ制御を実施することもできる。このことが意味するのは、検出信号成分を有する、たとえば、１０のバンドが検出された場合、中央チャンネルにおいてエネルギを減少させるために、中央チャンネルに５つのバンドのみを導入し、左および右チャンネルにおいて残りの５つのバンドを残しておくことができる。

本発明の方法のある実施要件によっては、本発明の方法を、ハードウェアまたはソフトウェアにおいて実施することができる。この実施を、デジタル記憶媒体、特に、電子的に読み取り可能な制御信号を記憶するディスクあるいはＣＤを使用して行なうことができる。そのディスクあるいはＣＤは、本発明の方法が実行されるように、プログラム可能なコンピュータシステムと共に協同できる。したがって、一般的に、本発明は、機械で読み取り可能な担体上にプログラムコードを保存したコンピュータプログラム製品であり、コンピュータ上でコンピュータプログラム製品が稼動する場合に、本発明の方法を実行するようにプログラムコードが構成されている。言い換えれば、本発明は、そのコンピュータプログラムがコンピュータ上で稼動する場合、本発明の方法を実行するプログラムコードを有するコンピュータプログラムである。

本発明の好適な実施形態に従って上位のチャンネルを合成する装置を示す。 ポストプロセッサを有する図１の信号プロセッサの好適な実施形態 図２ａのポストプロセッサの好適な実施 反復アップミキサ・コントロールを有する本発明の信号生成器のさらなる実施形態 パラメータ領域で完全に作動している本発明の信号生成器のさらなる実施形態 サラウンド中央チャンネルＣｓをも任意に有する５．１サウンドシステムの例 クリップされた波形の説明図 クリッピングの前後における元の２チャンネル入力信号および３チャンネル出力信号のエネルギ状況の略図 好適な入力チャンネル・アナライザを示す。

Claims (14)

1. ２つの入力チャンネル（１０ａ，１０ｂ）を使用して３つの出力チャンネル（１２ａ，１２ｂ，１２ｃ）を合成するための装置であって、
   前記３つの出力チャンネルの第２チャンネルは、前記第１出力チャンネルおよび前記第３出力チャンネルによって供給可能である２台のスピーカの間に位置する意図されたオーディオ表現方式におけるスピーカに供給可能であって、前記装置は、
   検出された信号成分を得るために、両方の入力チャンネルにおいて発生している信号成分を検出するための前記２つの入力チャンネルを分析するためのアナライザ（１５）と、
   前記２つの入力チャンネルを使用して前記３つの出力チャンネル（１２ａ，１２ｂ，１２ｃ）を生成させるための信号生成器（１６）とを含み、
   前記信号生成器は、
   少なくとも前記検出された信号成分の部分を含んでいる少なくとも第２の中間チャンネル（１２ｂ）を生成するための２−３アップミキサ（１６ａ）と、
   前記最大閾値を超す振幅を有する前記第２チャンネルの部分を検出するためのクリッピング検出器（１６ｂ）と、
   完全な前記検出された信号成分供給が、前記第２チャンネルのために最大閾値を越えることをもたらした場合、前記検出された信号成分の部分だけが、前記第２チャンネルに供給され、かつ前記信号成分の残りの部分が、前記第１および第３出力チャンネルに位置されるように、前記３つの主力チャンネルの生成を制御するための２−３アップミキサ・コントローラ（３０，３１）とを含むことを特徴とする、装置。
2. 前記信号生成器（１６）は、
   ある時間期間に対して、前記３つの出力チャンネルおよび潜在的に生成された付加出力チャンネルが、前記２つの入力チャンネルの電気または音響エネルギと等しくなるように、前記３つの出力チャンネルを生成するように動作することを特徴とする、請求項１に記載の装置。
3. 前記信号生成器（１６）は、
   前記第２出力チャンネルのエネルギが、常に、最大閾値（６１ａ，６１ｂ）より下方または等しい最大振幅を有する前記検出された信号成分の部分だけを含むように、前記第２チャンネルに供給される前記検出された信号成分の前記部分が、可能な限り大きくなるような前記第２出力チャンネルを生成するように動作することを特徴とする、請求項１または請求項２のいずれかに記載の装置。
4. 前記信号生成器（１６）は、
   前記第２チャンネルにおいて存在せず、第１および第３のチャンネルにおいて含まれる前記検出された信号成分の残り（７３）を適用されることを特徴とする、請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の装置。
5. 前記最大閾値（６１ａ，６１ｂ）は、
   合成するための装置に接続された合成する、デジタル若しくはアナログ処理する装置によって決定されるフルスケールの振幅であることを特徴とする、請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の装置。
6. 前記最大閾値（６１ａ，６１ｂ）は、
   信号の時間領域の最大の許容できる正または負のサンプリング値に等しいことを特徴とする、請求項５に記載の装置。
7. 前記アナライザ（１５）は、
   第１の入力チャンネルと第２の入力チャンネルの少なくとも部分の間の相互相関の大きさを決定し、かつ類似であることを示す閾値を超える相互相関の大きさの部分を検出する（８６）ように動作することを特徴とする、請求項１ないし請求項６のいずれかに記載の装置。
8. 前記アナライザ（１５）は、
   前記第１チャンネルの部分および前記第２チャンネルの部分を検出（８５）し、かつ
   等しいまたは等しい閾値よりも小さいことにより異なるエネルギを有する前記チャンネルの部分を検出する（８６）ように動作することを特徴とする、請求項１ないし請求項７のいずれかに記載の装置。
9. 前記アナライザ（１５）および前記信号生成器（１６）は、
   周波数選択的に、または時間選択分析および合成を実行するように動作することを特徴とする、請求項１ないし請求項８のいずれかに記載の装置。
10. 前記第１および前記第２チャンネルは、
    オーディオ信号の表現の左チャンネル（Ｌ）および右チャンネル（Ｒ）であって、
    前記３つの出力チャンネルは、左前チャンネル（Ｌ’）、中央チャンネル（Ｃ’）および右前チャンネル（Ｒ’）、または後左チャンネル（Ｌｓ）、後中央チャンネル（Ｃｓ）および後右チャンネル（Ｒｓ）であることを特徴とする、請求項１ないし請求項９のいずれかに記載の装置。
11. ２つの入力チャンネル（１０ａ，１０ｂ）を使用して３つの出力チャンネル（１２ａ，１２ｂ，１２ｃ）を合成するための方法であって、
    前記３つの出力チャンネルの第２チャンネルは、前記第１出力チャンネルおよび前記第３出力チャンネルによって供給可能である２台のスピーカの間に位置する意図されたオーディオ表現方式におけるスピーカに供給可能であって、前記方法は、
    両方の入力チャンネルにおいて発生している信号成分を検出するために前記２つの入力チャンネルを分析するステップ（１５）と、
    前記２つの入力チャンネルを使用して前記３つの出力チャンネル（１２ａ，１２ｂ，１２ｃ）を生成するステップとを含み、
    前記生成するステップは、
    少なくとも前記検出された信号成分の部分を含んでいる少なくとも第２の中間チャンネル（１２ｂ）を生成するステップ（１６ａ）と、
    前記最大閾値を超す振幅を有する前記第２チャンネルの部分を検出するステップ（１６ｂ）と、
    完全な前記検出された信号成分供給が、前記第２チャンネルのために最大閾値を越えることをもたらした場合、前記検出された信号成分の部分だけが、前記第２チャンネルに供給され、かつ前記信号成分の残りの部分が、前記第１および第３出力チャンネルに位置されるように、前記３つの主力チャンネルの生成を制御するステップ（３０，３１）とを含むことを特徴とする、方法。
12. ２つの入力チャンネル（１０ａ，１０ｂ）を使用して３つの出力チャンネル（１２ａ，１２ｂ，１２ｃ）を合成するための装置であって、
    前記３つの出力チャンネルの第２チャンネルは、前記第１出力チャンネルおよび前記第３出力チャンネルによって供給可能である２台のスピーカの間に位置する意図されたオーディオ表現方式におけるスピーカに供給可能であって、前記装置は、
    検出された信号成分を得るために、両方の入力チャンネルにおいて発生している信号成分を検出するための前記２つの入力チャンネルを分析するためのアナライザ（１５）と、
    前記２つの入力チャンネルを使用して前記３つの出力チャンネル（１２ａ，１２ｂ，１２ｃ）を生成させるための信号生成器（１６）とを含み、
    クリッピングの可能性がある場合において、前記入力チャンネルの部分を決定するためのクリッピング検出器（４２）と、
    第２の中間チャンネルは、少なくとも前記検出された信号成分の部分を含む、３つの中間チャンネルを生成する２−３アップミキサ（１６ａ）と、
    前記第２チャンネルは、常に、最大閾値より下方または等しい振幅を有するように、クリッピング検出器によって決定されたアップミキサの部分のための生成パラメータを制御できるように、２−３アップミキサを制御するためのコントローラ（４１）とを含むことを特徴とする、装置。
13. ２つの入力チャンネル（１０ａ，１０ｂ）を使用して３つの出力チャンネル（１２ａ，１２ｂ，１２ｃ）を合成するための方法であって、
    前記３つの出力チャンネルの第２チャンネルは、前記第１出力チャンネルおよび前記第３出力チャンネルによって供給可能である２台のスピーカの間に位置する意図されたオーディオ表現方式におけるスピーカに供給可能であって、前記方法は、
    検出された信号成分を得るために、両方の入力チャンネルにおいて発生している信号成分を検出するための前記２つの入力チャンネルを分析するステップ（１５）と、
    前記２つの入力チャンネルを使用して前記３つの出力チャンネル（１２ａ，１２ｂ，１２ｃ）を生成するステップ（１６）とを含み、
    クリッピングの可能性がある場合において、前記入力チャンネルの部分を決定するステップ（４２）と、
    第２の中間チャンネルは、少なくとも前記検出された信号成分の部分を含む、３つの中間チャンネルを生成するステップ（１６ａ）と、
    前記第２チャンネルは、常に、最大閾値より下方または等しい振幅を有するように、クリッピング検出器によって決定されたアップミキサの部分のための生成パラメータを制御できるように、生成するステップ（１６ａ）を制御するステップ（４１）とを含むことを特徴とする、方法。
14. コンピュータ上で実行する場合に、請求項１１または請求項１３に記載の合成する方法を実行するためのコンピュータプログラム。

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