JP6306958B2 - 音響信号変換装置、音響信号変換方法、音響信号変換プログラム - Google Patents
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Description
この発明は、音響信号変換装置、音響信号変換方法、及び音響信号変換プログラムに関する。
5.1チャンネル音響システムや、5.1チャンネル音響システムを超えた「高度音響システム」の形式で臨場感のある音響番組の制作が行われている。「高度音響システム」は、5.1チャンネル音響システムを超えた臨場感をもつ音響再生が可能である。この「高度音響システム」は22.2チャンネル音響など5.1チャンネル音響を超えるチャンネルベースの音響信号と、マイク収録音などの個別の音響信号（オブジェクト音響信号）が組み合わされて、最終的な番組ミックス音が制作される。高度音響システムの最終番組ミックス音は、チャンネルベース音響信号とオブジェクト音響信号を組み合わせた形式で、制作者・放送局間や放送局間で番組交換が行われる。オブジェクト音響信号には、再生対象となる音響信号自身に加えて音響信号を再生する空間位置を示すデータが付与されている。
ARIB STD-B32「デジタル放送における映像符号化、音声符号化及び多重化方式」,社団法人 電 波 産 業 会, 平成21年7月29日
ISO/IEC 14496-3:2009/Amd.4:2013 "New levels for AAC profiles", 2013-12-10
高度音響システムの最終番組ミックス音を既存の5.1チャンネル音響システムで放送する場合、5.1チャンネル音響システム用の音響信号にレンダリング(音響信号変換)することが必要である。チャンネルベース音響信号の変換については、例えば22.2チャンネルから5.1チャンネルへのダウンミックスについて種々の公知技術が存在する（例えば、非特許文献１，２参照）。しかし、オブジェクト音響信号の変換については検討が行われておらず、オブジェクト音響信号による聴覚的な臨場感が損なわれるという問題がある。
したがって、かかる点に鑑みてなされた本発明の目的は、オブジェクト音響信号を含む入力信号を、オブジェクト音響信号を含まない出力信号へ変換可能な音響信号変換装置、方法、プログラムを提供することにある。
上述した諸課題を解決すべく、本発明の一実施形態に係る音響信号変換装置は、チャンネルベース音響信号及びオブジェクト音響信号を含む入力信号を、チャンネルベース音響信号のみを含む出力信号に変換する音響信号変換装置であって、前記オブジェクト音響信号に含まれる空間位置データに対応する第１頭部伝達関数と、前記空間位置データに対応する前記出力信号のチャンネル位置に対応する第２頭部伝達関数との比に基づく伝達関数を前記オブジェクト音響信号に畳み込み前記出力信号の形式に変換するオブジェクト音響信号変換部を備えるものである。
また、前記オブジェクト音響信号変換部は、前記空間位置データの聴取者に対する方向が維持されるように、前記空間位置データに対応する前記出力信号の前記チャンネル位置を選択することが好ましい。
また、上述した諸課題を解決すべく、本発明の一実施形態に係る音響信号変換方法は、チャンネルベース音響信号及びオブジェクト音響信号を含む入力信号を、チャンネルベース音響信号のみを含む出力信号に変換する音響信号変換方法であって、前記オブジェクト音響信号に含まれる空間位置データに対応する第１頭部伝達関数を取得するステップと、前記空間位置データに対応する前記出力信号のチャンネル位置に対応する第２頭部伝達関数を取得するステップと、前記第１頭部伝達関数及び前記第２頭部伝達関数との比に基づく伝達関数を前記オブジェクト音響信号に畳み込み前記出力信号の形式に変換するステップと、を含むものである。
また、上述した諸課題を解決すべく、本発明の一実施形態に係る音響信号変換プログラムは、チャンネルベース音響信号及びオブジェクト音響信号を含む入力信号を、チャンネルベース音響信号のみを含む出力信号に変換する音響信号変換装置に、前記オブジェクト音響信号に含まれる空間位置データに対応する第１頭部伝達関数を取得するステップと、前記空間位置データに対応する前記出力信号のチャンネル位置に対応する第２頭部伝達関数を取得するステップと、前記第１頭部伝達関数及び前記第２頭部伝達関数との比に基づく伝達関数を前記オブジェクト音響信号に畳み込み前記出力信号の形式に変換するステップと、を実行させるためのものである。
本発明に係る音響信号変換装置、方法、プログラムによれば、オブジェクト音響信号を含む入力信号を、オブジェクト音響信号を含まない出力信号へ変換することが可能になる。
以降、諸図面を参照しながら、本発明の実施態様を詳細に説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係る音響信号変換装置１の概略構成を示す図である。本発明の一実施形態に係る音響信号変換装置１は、チャンネルベース音響信号変換部１０と、オブジェクト音響信号変換部２０と、加算器３０とを備え、オブジェクト音響信号変換部２０は、空間位置データ取得部２１と、第１頭部伝達関数取得部２２と、再生チャンネル決定部２３と、第２頭部伝達関数取得部２４と、頭部伝達関数比算出部２５と、畳み込み処理部２６と、を備える。音響信号変換装置１の各機能部１０〜３０は、ＣＰＵ等の好適なプロセッサや好適な電子回路により構成されるものである。
音響信号変換装置１は、チャンネルベース音響信号及びオブジェクト音響信号を含む入力信号（高度音響システムの番組ミックス音）を、チャンネルベース音響信号のみを含む出力信号（従来音響システムの番組ミックス音）に変換するものである。チャンネルベース音響信号とは、5.1チャンネル音響システムや22.2チャンネル音響システムなど、所定のマルチチャンネル音響システムのチャンネル位置より再生される音響信号である。オブジェクト音響信号とは、音響信号自身に加えて音響信号を再生する空間位置を示すデータを含むものである。これ以降、22.2チャンネルのチャンネルベース音響信号及びオブジェクト音響信号を含む入力信号を、5.1チャンネルのチャンネルベース音響信号のみを含む出力信号に変換する形態を例に説明を行うが、本発明はこれに限定されない。また、「チャンネルベース音響信号のみを含む出力信号」とは、出力信号から音響信号以外の制御情報、メタデータ等を除外するものではなく、再生対象となる音響信号について、チャンネルベース音響信号を含みオブジェクト音響信号を含まないものであることを意図するものである。
図２及び図３は、22.2チャンネルのチャンネルベース音響信号及びオブジェクト音響信号を含む入力信号の再生位置及び信号形式を示す図である。チャンネルベース音響信号は22.2チャンネル音響システムの各チャンネル位置（上層９チャンネル(TpFL, TpFC, TpFR, TpSiL, TpC, TpSiR, TpBL, TpBC, TpBR)、中層１０チャンネル(FL, FLc, FC, FRc, FR, SiL, SiR, BL, BC, BR),下層３チャンネル(BtFL, BtFC, BtFR)、ＬＦＥ２チャンネル(LEF1,LFE2)）より再生される。また、オブジェクト音響信号Obj-1,Obj-2,Obj-3の再生位置は、図示の通り時々刻々と変化するものである。チャンネルベース音響信号は各チャンネルの再生音（チャンネル信号）から構成され、オブジェクト音響信号は、再生音（オブジェクト信号）に加え再生する空間位置を示す空間位置データが付与される。
図４及び図５は、5.1チャンネルのチャンネルベース音響信号のみを含む出力信号の再生位置及び信号形式を示す図である。チャンネルベース音響信号は5.1チャンネル音響システムの各チャンネル位置（L,C,R,LS,RS,LFE（図示せず））より再生される。5.1チャンネルのチャンネルベース音響信号は各チャンネルの再生音（チャンネル信号）から構成される。
以降、音響信号変換装置１の各機能部について詳述する。
チャンネルベース音響信号変換部１０は、入力信号のチャンネルベース音響信号を出力信号のチャンネルベース音響信号に変換する。本実施形態の場合、チャンネルベース音響信号変換部１０は、入力信号である22.2チャンネルのチャンネルベース音響信号を出力信号である5.1チャンネルのチャンネルベース音響信号に変換する。チャンネルベース音響信号の変換については、例えば非特許文献１，２等の任意の公知技術を用いることができるものであり、本稿において詳述しない。
オブジェクト音響信号変換部２０は、入力信号のオブジェクト音響信号を出力信号の形式に変換する。まず、オブジェクト音響信号変換部２０において、空間位置データ取得部２１は、オブジェクト音響信号に付加された再生位置を示す空間位置データを取得し、第１頭部伝達関数取得部２２は、空間位置データに対応した頭部伝達関数を取得する（第１頭部伝達関数）。図６は、オブジェクト音響信号に含まれる空間位置データの概要を示す図である。空間位置データは、聴取者を中心とした極座標にて表現することができ、特に半径を固定値とすると、水平角α及び垂直角βの組み合わせ（α,β）により表現することができる。なお、空間位置データは、これに限られず、通常の半径ｒを含む極座標（ｒ,α,β）や、通常の３次元座標（ｘ,ｙ,ｚ）により表現することも可能である。なお、第１頭部伝達関数取得部２２は、空間位置データに対応した頭部伝達関数を事前に蓄積しておくものとする。空間位置データに対応した頭部伝達関数は、一般的には左耳用の頭部伝達関数と右耳用の頭部伝達関数の２種類から構成されるが、左右両耳の頭部伝達関数の平均、または、空間位置データに近い片耳の頭部伝達関数を空間位置データに対応した頭部伝達関数とすることができる。
次に、再生チャンネル決定部２３は、空間位置データに対応する出力信号のチャンネル位置を選択し、第２頭部伝達関数取得部２４は、再生するチャンネル位置に対応した頭部伝達関数（第２頭部伝達関数）を取得する。図７は、空間位置データに対応する出力信号のチャンネル位置選択の概要を示す図である。例えば、5.1チャンネルの各チャンネルが水平面上に配置されている場合、再生チャンネル決定部２３は、空間位置データ（α,β）のうち水平角αに基づいてチャンネル位置を選択することができる。図７の場合、α１≦α＜α２の場合チャンネルＲが選択され、α２≦α＜α３の場合チャンネルＲＳが選択され、α３≦α＜α４の場合チャンネルＬＳが選択され、α４≦α＜α５の場合チャンネルＬが選択され、α５≦α＜α１の場合チャンネルＣが選択される。ここで、再生チャンネル決定部２３は、単純に空間位置データの最寄りのチャンネルを選択するのではなく、空間位置データの聴取者に対する方向が維持されるように、空間位置データに対応する出力信号のチャンネル位置を選択している。つまり、空間位置データが聴取者の後方となる場合、選択されるチャンネルは後方チャンネルであるＬＳ又はＲＳが選択され、空間位置データが聴取者の前方となる場合、選択されるチャンネルはＬ，Ｃ，Ｒのいずれかとなる。方向の維持は聴取者の前後のみならず、上下左右を含む３次元的な方向を維持するように空間位置データに対応する出力信号のチャンネル位置を選択することが好ましい。なお、第２頭部伝達関数取得部２４は、出力信号のチャンネル位置に対応した頭部伝達関数を事前に蓄積しておくものとする。
頭部伝達関数比算出部２５は、空間位置データに対応する第１頭部伝達関数及び出力信号のチャンネル位置に対応する第２頭部伝達関数の比をとり、オブジェクト音響信号に対する畳み込み伝達関数を求める。当該畳み込み伝達関数は、空間位置データに対応する第１頭部伝達関数と、出力信号のチャンネル位置に対応する第２頭部伝達関数とに基づくものであり、オブジェクト音響信号を含まない出力信号において、入力信号のオブジェクト音響信号を適切に定位させ、臨場感豊かに再生することを可能にするものである。図８は、第１頭部伝達関数及び第２頭部伝達関数の概要を示す図である。オブジェクト音響信号Obj-1の空間位置（α１,β１）に対応する第１頭部伝達関数は頭部伝達関数（α１,β１）で表わされ、空間位置（α１,β１）に対応する５．１チャンネル出力信号のチャンネル位置がＬＳとすると、第２頭部伝達関数は頭部伝達関数ＬＳとなる。また、オブジェクト音響信号Obj-2の空間位置（α２,β２）に対応する第１頭部伝達関数は頭部伝達関数（α２,β２）で表わされ、空間位置（α２,β２）に対応する５．１チャンネル出力信号のチャンネル位置がＬＳとすると、第２頭部伝達関数は頭部伝達関数ＬＳとなる。なお、オブジェクト音響信号の空間位置データは時系列的に変化するものであり、空間位置データの変化に合わせて、空間位置データに対応する第１頭部伝達関数及び出力信号のチャンネル位置に対応する第２頭部伝達関数も適宜変化するものである。
畳み込み処理部２６は、オブジェクト音響信号に対し畳み込み伝達関数による畳み込み処理を行い、出力信号の形式に変換する。本実施形態の場合、畳み込み処理によって入力信号のオブジェクト音響信号は5.1チャンネルの音響フォーマットへと変換される。
オブジェクト音響信号変換部２０による処理は、オブジェクト音響信号ごと（例えばObj-1,Obj-2,…）に行われ、変換後の信号は加算器３０に出力される。
加算器３０は、チャンネルベース音響信号変換部１０が変換したチャンネルベース音響信号と、オブジェクト音響信号変換部２０が変換したオブジェクト音響信号とを加算して出力信号を生成する。本実施形態の場合、加算器３０は、22.2チャンネルのチャンネルベース音響信号を変換した5.1ch音響システム番組交換用信号出力と、オブジェクト音響信号を変換した5.1ch音響システム番組交換用信号出力とを加算して、出力信号である5.1ch音響システム番組音の番組交換用信号を生成する。
このように、本実施形態によれば、チャンネルベース音響信号及びオブジェクト音響信号を含む入力信号を、チャンネルベース音響信号のみを含む出力信号に変換するため、オブジェクト音響信号変換部２０は、オブジェクト音響信号に含まれる空間位置データに対応する第１頭部伝達関数と、空間位置データに対応する出力信号のチャンネル位置に対応する第２頭部伝達関数との比に基づく畳み込み伝達関数をオブジェクト音響信号に畳み込み出力信号の形式に変換する。これにより、オブジェクト音響信号を含む入力信号を、オブジェクト音響信号を含まない出力信号へ変換することが可能になり、高度音響システムで制作された最終番組ミックス音のもつ聴感的な臨場感を保持しつつ、5.1チャンネル音響等の既存の音響設備を用いて臨場感のある音響放送・伝送・再生が可能となる。
また、オブジェクト音響信号変換部２０は、空間位置データの聴取者に対する方向が維持されるように、空間位置データに対応する出力信号のチャンネル位置を選択する。これにより、音響信号変換後も再生チャンネルの３次元的な方向が維持されることになり、音像定位の精度を向上させることが可能となる。
本発明を諸図面や実施例に基づき説明してきたが、当業者であれば本開示に基づき種々の変形や修正を行うことが容易であることに注意されたい。従って、これらの変形や修正は本発明の範囲に含まれることに留意されたい。例えば、各機能部、各ステップなどに含まれる機能などは論理的に矛盾しないように再配置可能であり、複数の機能部やステップなどを１つに組み合わせたり、或いは分割したりすることが可能である。
例えば、オブジェクト音響信号と同様に、入力信号のチャンネルベース音響信号にも空間位置データを付与することが可能である。この場合、チャンネルベース音響信号に付与される空間位置データは時間的に変化する値ではなく、所定のマルチチャンネル音響システムのチャンネル位置が静的な値として付与される。このように入力信号のチャンネルベース音響信号にも空間位置データを付与することにより、チャンネルベース音響信号の変換を、チャンネルベース音響信号変換部１０ではなくオブジェクト音響信号変換部２０により行うことが可能となり、実装上、チャンネルベース音響信号変換のための独立した回路を省略できるという利点がある。
また、上述した音響信号変換装置１として機能させるためにコンピュータを用いることができ、そのようなコンピュータは、音響信号変換装置１の各機能を実現する処理内容を記述したプログラムを該コンピュータの記憶部に格納しておき、該コンピュータのＣＰＵによってこのプログラムを読み出して実行させることで実現することができる。なお、このプログラムは、コンピュータ読取り可能な記録媒体に記録することができる。
１ 音響信号変換装置
１０ チャンネルベース音響信号変換部
２０ オブジェクト音響信号変換部
２１ 空間位置データ取得部
２２ 第１頭部伝達関数取得部
２３ 再生チャンネル決定部
２４ 第２頭部伝達関数取得部
２５ 頭部伝達関数比算出部
２６ 畳み込み処理部
３０ 加算器
１０ チャンネルベース音響信号変換部
２０ オブジェクト音響信号変換部
２１ 空間位置データ取得部
２２ 第１頭部伝達関数取得部
２３ 再生チャンネル決定部
２４ 第２頭部伝達関数取得部
２５ 頭部伝達関数比算出部
２６ 畳み込み処理部
３０ 加算器
Claims (4)
- チャンネルベース音響信号及びオブジェクト音響信号を含む入力信号を、チャンネルベース音響信号のみを含む出力信号に変換する音響信号変換装置であって、
前記オブジェクト音響信号に含まれる空間位置データに対応する第１頭部伝達関数と、前記空間位置データに対応する前記出力信号のチャンネル位置に対応する第２頭部伝達関数との比に基づく伝達関数を前記オブジェクト音響信号に畳み込み前記出力信号の形式に変換するオブジェクト音響信号変換部を備える音響信号変換装置。 - 前記オブジェクト音響信号変換部は、前記空間位置データの聴取者に対する方向が維持されるように、前記空間位置データに対応する前記出力信号の前記チャンネル位置を選択する、請求項１に記載の音響信号変換装置。
- チャンネルベース音響信号及びオブジェクト音響信号を含む入力信号を、チャンネルベース音響信号のみを含む出力信号に変換する音響信号変換方法であって、
前記オブジェクト音響信号に含まれる空間位置データに対応する第１頭部伝達関数を取得するステップと、
前記空間位置データに対応する前記出力信号のチャンネル位置に対応する第２頭部伝達関数を取得するステップと、
前記第１頭部伝達関数及び前記第２頭部伝達関数との比に基づく伝達関数を前記オブジェクト音響信号に畳み込み前記出力信号の形式に変換するステップと、を含む音響信号変換方法。 - チャンネルベース音響信号及びオブジェクト音響信号を含む入力信号を、チャンネルベース音響信号のみを含む出力信号に変換する音響信号変換装置に、
前記オブジェクト音響信号に含まれる空間位置データに対応する第１頭部伝達関数を取得するステップと、
前記空間位置データに対応する前記出力信号のチャンネル位置に対応する第２頭部伝達関数を取得するステップと、
前記第１頭部伝達関数及び前記第２頭部伝達関数との比に基づく伝達関数を前記オブジェクト音響信号に畳み込み前記出力信号の形式に変換するステップと、を実行させるための音響信号変換プログラム。
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