JP5021809B2 - アンビエンス信号成分とマトリックスデコードされた信号成分とを制御可能に結合することによるサラウンドサウンドオーディオチャンネルのハイブリッド導出 - Google Patents
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Description
以下の刊行物は参照としてそのすべてを本明細書に編入する。
(文献2)E. Zwicker及びH. Fastiによる「Psycho-acoustics」第2版、Springer,1990,Germany
(文献3)B. Crockettによる「Improved Transient Pie-Noise Performance of Low Bit Rate Audio Coders Using Time Scaling Synthesis」論文番号6184, 117回AES Conference, San Francisco、2004年10月
(文献4)米国特許出願10/478,538、2002年2月26日PCT出願、2004年8月26日US2004/0165730A1として国際公開、Brett G. Crockettによる「Segmenting Audio Signals into Auditory Events」
(文献5)A. Seefeldt, M. Vinton,及びC. Robinsonによる「New Techniques in Spatial Audio Coding」論文番号6587、119回AES Conference,New York,2005年10月
(文献6)米国特許出願10/474,387、2002年2月12日PCT出願、2004年6月24日US2004/0122662A1として国際公開、Brett Graham Crockettによる「High Quality Time-Scaling and Pitch-Scaling of Audio Signals」
(文献7)米国特許出願10/476,347、2002年4月25日PCT出願、2004年7月8日US2004/0133423A1として国際公開、Brett Graham Crockettによる「Transient Performance of Low Bit Rate Audio Coding Systems By Reducing Pre-Noise」
(文献8)米国特許出願10/478,397、2002年2月22日PCT出願、2004年7月8日US2004/0172240A1として国際公開、Brett G. Crockett等による「Comparing Audio Using Characterizations Based on Auditory Events」
(文献9)米国特許出願10/478,398、2002年2月25日PCT出願、2004年7月29日US2004/0148159A1として国際公開、Brett G. Crockett等による「Method for Time Aligning Audio Signals Using Characterizations Based on Auditory Events」
(文献10)米国特許出願10/478,398、2002年2月25日PCT出願、2004年7月29日US2004/0148159A1として国際公開、Brett G. Crockett等による「Method for Time Aligning Audio Signals Using Characterizations Based on Auditory Events」
(文献11)米国特許出願10/911,404、2004年8月3日PCT出願、2006年2月9日US2006/0029239A1として国際公開、Michael John Smithersによる「Method for Combining Audio Signals Using Auditory Scene Analysis」
(文献12)特許協力条約に基づく国際出願PCT/US2006/020882、国際出願日2006年5月26日、米国を指定国として指定、2006年12月14日WO2006/132857A2及びA3として国際公開、Alan Jeffrey Seefeldt等による「Channel Reconfiguration With Side Information」
(文献13)特許協力条約に基づく国際出願PCT/US2006/028874、国際出願日2006年7月24日、米国を指定国として指定、2007年2月8日WO2007/016107A2として国際公開、Alan Jeffrey Seefeldt等による「Controlling Spatial Audio Coding Parameters as a Function of Auditory Events」
(文献14)特許協力条約に基づく国際出願PCT/US2007/004904、国際出願日2007年2月22日、米国を指定国として指定、2007年9月20日WO2007/106234A1として国際公開、Mark Stuart Vintonによる「Rendering Center Channel Audio」
(文献15)特許協力条約に基づく国際出願PCT/US2007/008313、国際出願日2007年3月30日、米国を指定国として指定、2007年11年8日WO2007/127023として国際公開、Brett G. Crockett等による「Audio Gain Control Using Specific Loudness-Based Auditory Event Detection」
図1は、本発明の特徴による2入力オーディオ信号から2つのサラウンドサウンドオーディオチャンネルを導き出すための装置又は処理の概略機能ブロックダイアグラムを示す。入力オーディオ信号は、マトリックスエンコーディングにより生成された成分を含むことができる。入力オーディオ信号は、一般に左サウンドと右サウンドの方向で表される立体音響の2つのオーディオチャンネルとすることができる。上述のとおり、標準的なマトリックスエンコードされた2チャンネルステレオ素材に対して、チャンネルはしばしば「Lt」及び「Rt」で表され、ノンマトリックスエンコードされた2チャンネルステレオ素材に対して、チャンネルはしばしば「Lo」及び「Ro」で表される。従って、入力オーディオ信号は、あるときはマトリックスエンコードされ、それ以外のときはマトリックスエンコードされていないものであり、その入力は図1において「Lo/Lt」「Ro/Rt」で表される。
入力された2チャンネル信号から2つのサラウンドチャンネルを生成するために用いられる時間−周波数変換20は良く知られた短時間離散フーリエ変換(STDFT)に基づく。巡回畳み込みの影響を最小限にするために、75%の重複を分析と合成において用いることができる。分析窓と合成窓を適切に選択することにより、スペクトルに振幅変調と位相変調を適用することができる一方、重複させたSTDFTを巡回畳み込みの可聴な影響を最小限にするために用いることができる。特定の窓の対が必須ということではないが、図3は、2つの連続するSTDFT時間ブロックの適切な分析窓/合成窓の対を示す。
分析窓メインローブ長さ(AWML): 1024
ホップサイズ(HS): 512
先行ゼロパッド(ZPlead): 256
遅れゼロパッド(ZPlag): 768
分析窓傾斜(SWT): 128
(帯域化(Banding))
本発明の特徴に基づくアップミキシングの典型的な実施形態ではゲインスケールファクターを計算し、臨界帯域幅の約半分のスペクトル帯域におけるそれぞれの係数に適用する(例えば、刊行物2参照)。図4にサンプルレート44100Hzのヘルツ(Hz)で示した各帯域の中央周波数のプロットを示し、表1に、サンプルレート44100Hzにおける各帯域の中央周波数を示す。
本発明の特徴に基づく典型的なアップミキシングにおいて、各統計値及び変量を全スペクトル帯域にわたって最初に計算し、時間で平滑化する。各変量の時間平滑化は式1に示すような簡単な一次IIRである。しかし、アルファパラメータは時間に順応する。聴覚イベントが検出されると(例えば、刊行物3又は刊行物4参照)、アルファパラメータは減少して低い値になり、その後時間とともに大きな値に積み上がる。このようにして、システムはオーディオにおける変化に、より速く対応する。
図6は、本発明の特徴による図2のオーディオアップミキサー又はオーディオアップミキシング処理のサラウンドサウンド取得部分の概略機能ブロックダイアグラムを示す。分かりやすく示すために、図6は、多数の周波数帯域の内の1つの概略フローを示しており、多数の周波数帯域のすべてを結合する動作によりサラウンドサウンドオーディオチャンネルLs及びRsを生成することが分かる。
(各信号を帯域にグループ化する)
図6に示すように、制御経路ではゲインスケールファクターGF,GB,GD,及びGAを生成する。これらのゲインスケールファクターは算出されて各周波数帯域で適用される。ゲインスケールファクターを計算する最初のステップは、式(2)及び(3)に示すように各入力信号を帯域にグループ化することである。
(各帯域における2つの入力信号間の相互相関の測度を計算する)
次のステップでは、各帯域における2つの入力信号のチャンネル同士の相関(すなわち、相互相関)の測度を計算する。
(減少させた時間分散[時間平滑化]の相互相関の測度を計算する)
最初に、式(4)に示すように、減少させた時間分散のチャンネル同士の相関の測度を計算する。式(4)及び本明細書に記載した他の式において、Eは推定演算子(estimator operator)である。この例では、推定器は(式(1)のような)減衰積分式に依存する信号を表す。測定したパラメータの時間分散を減少させるための推定器として用いることのできる技法(例えば、単純な移動平均)は多く存在し、どんな特定の推定器を用いることも本発明にとって必須ということではない。
(相互相関の偏りのある測度を構築する)
サラウンドチャンネルにパンするアンビエント信号と直接信号の量を制御するために相関係数を用いることができる。しかし、左右の信号か全く異なっている場合、例えば2つの異なる楽器がそれぞれ左右のチャンネルにパンされた場合、相互相関がゼロになり、サブステップ2aのような方法が適用されるならば、実際にパンされた楽器がサラウンドチャンネルにパンされてしまう。そのような結果となることを避けるために、式(5)に示すような、左右の入力信号の偏りのある相互相関の測度を構築することができる。
(相互相関の偏りのない測度と偏りのある測度の結合)
式(4)で得られる偏りのない相互相関の推定値と式(5)で得られる偏りのある推定値とを結合してチャンネル間の相関の最終測度とし、サラウンドチャンネルにパンするアンビエンス信号と直接信号とを制御するために用いることができる。この結合は式6で表すことができ、相関係数(式(5))の偏りのある推定値が閾値以上である場合は、チャンネル間でのコヒーレンスが相関係数と同じであり、そうでない場合は、チャンネル間でのコヒーレンスは直線的に1に近づく。式(6)が目指すものは、入力信号で実際に左右にパンする楽器がサラウンドチャンネルにパンしないようにすることである。式(6)は多くのそのような目的を達成するためのものの中で可能性のある1つの方法である。
(前方及び後方ゲインスケールファクターGF及びGBを計算する)
次に、前方及び後方ゲインスケールファクターGF及びGBの計算を行う。この例では、3つのサブステップにより達成できる。サブステップ3aと3bはどちらを先にしてもよく同時に行ってもよい。
(アンビエンス信号のみに起因する前方及び後方ゲインスケールファクターG'F及びG'Bを計算する)
次いで、前方/後方パンニングゲインスケールファクター(G'F及びG'B)のセットの最初の中間的値を、それぞれ式(7)及び(8)で示すようにして計算する。これらは、アンビエンス信のみを検出することによる、前方/後方パンニングの好ましい値を示す。最終の前方/後方パンニングゲインスケールファクターは、以下に示すように、アンビエンスパンニングとサラウンド音像パンニングの両方を考慮する。
(マトリックスデコードした直接信号のみに起因する前方及び後方ゲインスケールファクターG"F及びG"Bを計算する)
ここまでで、アンビエントオーディオ素材の検出に起因してサラウンドチャンネルにどれだけのエネルギーが投入されるかが計算された。次のステップは、マトリックスデコードされた個々の音像のみに起因する好ましいサラウンドチャンネルレベルを計算することである。このような個々の音像に起因するサラウンドチャンネルのエネルギー量を計算するためには、式(9)に示すように、最初に、式(4)の相関係数の実部を推定する。
(サブステップ3a及び3bの結果を用いて、最終的な前方及び後方ゲインスケールファクターGF及びGBを計算する)
ここで、式(12)及び(13)により、最終の前方及び後方ゲインスケールファクターを計算する。
(アンビエントデコードされた直接ゲインスケールファクターGDとマトリックスデコードされた直接ゲインスケールファクターGAを計算する)
この時点で、アンビエンス信号の検出とマトリックスデコードされた直接信号の検出とに起因する、サラウンドチャンネルに送られたエネルギーの量が算定された。しかし、ここでサラウンドチャンネルに存在する各信号タイプの量を制御することが新たに必要となる。直接信号とアンビエンス信号(GDとGA)との間で相互に行う混合を制御するゲインスケールファクターを計算するために、式(4)の相関係数ρLR(m,b)を用いることができる。左右の入力信号がそれぞれ相関関係がない場合は、直接信号成分より多くのアンビエンス信号成分がサラウンドチャンネルに存在する。入力信号に十分相関関係がある場合は、アンビエンス信号成分より多くの直接信号成分がサラウンドチャンネルに存在する。従って、式(14)に示すように、直接/アンビエント比のゲインスケールファクターを導き出すことができる。
(マトリックスデコードされた信号成分とアンビエンス信号成分を構築する)
次に、マトリックスデコードされた信号成分とアンビエンス信号成分を構築する。これは、2つのサブステップにより達成でき、どちらを先にしてもよく同時に行ってもよい。
(帯域bについてアンビエント信号成分を構築する)
時間平滑変換ブロックレートでダイナミックに変化する、ゲインスケールファクターGAを適用することにより、アンビエンス信号成分を導き出すことができる。(例えば、刊行物1参照。)ダイナミックに変化するゲインスケールファクターGAは、アンビエント信号経路の前後で適用することができる。導き出されたアンビエンス信号成分は、デコリレータのスペクトル領域の表現を元の左右の信号の全スペクトルに乗算することによりさらに改善することができる。帯域b時刻mにおいて、左右のサラウンド信号が、例えば式(16)と(17)により得られる。
(ゲインスケールファクターGB,GD,GAを適用してサラウンドチャンネル信号を取得する)
制御信号ゲインGB,GD,GA(ステップ3及び4)及びマトリックスデコードされた信号成分及びアンビエント信号成分(ステップ5)を導き出したので、図6に示すようにこれらを適用して、各帯域で最終のサラウンドチャンネル信号を取得することができる。最終の左右のサラウンド信号は式(18)により得られる。
本発明の特徴の1つの適切な実施の形態は、上述のそれぞれの処理ステップを実行し、上述と帰納的に関連する処理ステップ又は装置を採用する。上述のステップは、上記のステップの順序で動作するコンピュータソフトウェア命令のシーケンスにより実行することができるが、特定の個数はそれより前の方法で導き出されることを考慮すると、他のステップの順序で同等の又は類似の結果を得ることができることは了解されよう。例えば、特定のシーケンスステップを並行して実行するように、マルチスレッドのコンピュータソフトウェア命令のシーケンスを採用することができる。他の例として、上記の例において、あるステップの順序は任意であり結果に影響を与えずに変更することができる。例えば、サブステップ3aと3bとを逆にすることができ、サブステップ5aと5bとを逆にすることができる。また、式(18)を検討すれば明らかであるが、ゲインスケールファクターはゲインスケールファクターGA及びGDの計算とは別に計算する必要はない。単一のゲインスケールファクターGBGAと、単一のゲインスケールファクターGBGDとを計算し、カッコ内にゲインスケールファクターGBを組み込んだ、式(18)を変形したものに適用することができる。あるいは、記載したスッテプを記載した機能を実行する装置として実施することができ、多くの装置が上述の相互関係機能を有する。
前方チャンネルとサラウンドチャンネルとの分離を改善するために(又は、元のオーディオ素材のエンベロープを強調するために)、サラウンドチャンネルにデコリレーションを適用することができる。次に説明するようにデコリレーションは、刊行物5に提案されているものと似ているかもしれない。次に説明するデコリレータが特にぴったりするからといって、本発明に必須というものではなく、他のデコリレーション技法を採用することもできる。
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 (23)
- 2つの入力オーディオ信号から2つのサラウンドサウンドオーディオチャンネルを取得する方法であって、該オーディオ信号はマトリックスエンコーディングにより生成された成分を含むことができ、
前記オーディオ信号からアンビエンス信号成分を取得するステップと、
前記オーディオ信号からマトリックスデコードされた信号成分を取得するステップと、
前記サラウンドサウンドオーディオチャンネルに出力するためにアンビエンス信号成分とマトリックスデコードされた信号成分を制御可能に結合するステップであって、該制御可能に結合するステップには、複数のゲインスケールファクターを適用するステップが含まれることを特徴とするステップと
を具備することを特徴とする方法。 - アンビエンス信号成分を取得するステップには、入力オーディオ信号にダイナミックに変化するアンビエンス信号成分ゲインスケールファクターを適用するステップが含まれ、前記複数のゲインスケールファクターには、アンビエンス信号成分を取得するときに適用するダイナミックに変化するアンビエンス信号成分ゲインスケールファクターが含まれることを特徴とする請求項1に記載の方法。
- マトリックスデコードされた信号成分を取得するステップには前記入力オーディオ信号にマトリックスデコーディングを適用するステップが含まれ、該マトリックスデコーディングは、それぞれリアサラウンドサウンド方向に関連づけられた第1のオーディオ信号と第2のオーディオ信号とを出力するようになっており、前記複数のゲインスケールファクターには、リアサラウンドサウンド方向に関連づけられた第1のオーディオ信号と第2のオーディオ信号とに適用されるマトリックスデコードされた信号成分ゲインスケールファクターがさらに含まれることを特徴とする請求項2に記載の方法。
- 前記マトリックスデコードされた信号成分ゲインスケールファクターは前記入力信号の相互相関の測度の関数であることを特徴とする請求項3に記載の方法。
- 前記ダイナミックに変化するマトリックスデコードされた信号成分ゲインスケールファクターは、前記相互相関の程度が増大するにつれて増大し、信号成分ゲインスケールファクターは、前記相互相関の程度が減少するにつれて減少することを特徴とする請求項4に記載の方法。
- 前記ダイナミックに変化するマトリックスデコードされた信号成分ゲインスケールファクターと前記ダイナミックに変化するアンビエンス信号成分ゲインスケールファクターとは、マトリックスデコードされた信号成分とアンビエンス信号成分とを結合したエネルギーを保存するような方法で、相互に増大及び減少することを特徴とする請求項5に記載の方法。
- 前記複数のゲインスケールファクターには、前記サラウンドサウンドオーディオチャンネルのゲインを制御するためのダイナミックに変化するサラウンドサウンドオーディオチャンネルゲインスケールファクターがさらに含まれることを特徴とする請求項3乃至請求項6のいずれか1項に記載の方法。
- 前記サラウンドサウンドオーディオチャンネルゲインスケールファクターは前記入力オーディオ信号の相互相関の測度の関数であることを特徴とする請求項7に記載の方法。
- 前記関数は、相互相関の測度が予め設定された値以下になるとサラウンドサウンドオーディオチャンネルのゲインスケールファクターが減少するような値になるまで、相互相関の測度が減少するにつれて、前記サラウンドサウンドオーディオチャンネルゲインスケールファクターを増大させるような関数であることを特徴とする請求項8に記載の方法。
- 前記方法は時間−周波数領域で実行されることを特徴とする請求項9に記載の方法。
- 前記方法は時間−周波数領域の1以上の周波数帯域で実行されることを特徴とする請求項10に記載の方法。
- 前記アンビエンス信号成分ゲインスケールファクターは、前記入力オーディオ信号の相互相関の測度の関数であることを特徴とする請求項2に記載の方法。
- 前記アンビエンス信号成分ゲインスケールファクターは前記相互相関の程度が増大するにつれて減少し、またその逆となることを特徴とする請求項12に記載の方法。
- 前記相互相関の測度は時間的に平滑化されることを特徴とする請求項12または請求項13に記載の方法。
- 前記相互相関の測度は、信号に依存する減衰積分器を採用して時間的に平滑化されることを特徴とする請求項14に記載の方法。
- 前記相互相関の測度は、移動平均を採用して時間的に平滑化されることを特徴とする請求項14に記載の方法。
- 前記時間的平滑化は、信号適応性を持つことを特徴とする請求項13乃至請求項16のいずれか1項に記載の方法。
- 前記時間的平滑化は、スペクトル分布の変化に応答して変化することを特徴とする請求項17に記載の方法。
- 前記アンビエンス信号成分を取得するステップには、少なくとも1つのデコリレーションフィルターシーケンスを適用する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18のいずれか1項に記載の方法。
- 同じデコリレーションフィルターシーケンスを前記入力オーディオ信号のそれぞれに適用することを特徴とする請求項19に記載の方法。
- 異なったデコリレーションフィルターシーケンスを前記入力オーディオ信号のそれぞれに適用することを特徴とする請求項19に記載の方法。
- 請求項1乃至請求項21のいずれか1項に記載の方法を実行するように作られた装置。
- コンピュータに請求項1乃至請求項21のいずれか1項に記載の方法を実行させるための、コンピュータ読み取り可能な媒体に保存された、コンピュータプログラム。
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