JP6438892B2 - 多チャンネル音声システムでの多チャンネル音声処理方法 - Google Patents

Description

本発明は、有利には、ステレオ信号としての入力信号ＬとＲを復号化する、多チャンネル音声システムでの多チャンネル音声処理方法に関する。

冒頭で述べた形式の方法は、当業者に周知であり、一般的に使用されている。

特許文献１に開示されている周知の方法では、フロント信号Ｌ’とＲ’、センター信号Ｃ及びサラウンド信号Ｓが生成されており、二つの入力信号ＬとＲから、合算及び差分演算によって、センター信号Ｃ＝ａ_１＊Ｌ＋ａ_２＊Ｒ、サラウンド信号Ｓ＝ａ_３＊Ｌ−ａ_４＊Ｒ、及びフロント信号Ｌ’＝ａ_５＊Ｌ−ａ_６＊ＣとＲ’＝ａ_７＊Ｒ−ａ_８＊Ｃが作成されている。これらの重み付け合算の係数ａ_１．．．ａ_８は、レベル測定から導き出されている。この差分演算を制御するために、左と右のチャンネルのレベル差Ｄ_ＬＲ及び合算と差分信号のレベル差Ｄ_ＣＳから二つの制御信号が計算されている。これら二つの制御信号は、その動特性において応答時間が時間的に変化する形で変更されている。そして、これら二つの時間的に変化する新しい制御信号から、時間的に変化する出力行列がフロント信号Ｌ’とＲ’、センター信号Ｃ及びサラウンド信号Ｓを計算できるようにするための四つの個別の重み係数Ｅ_Ｃ、Ｅ_Ｓ、Ｅ_Ｌ及びＥ_Ｒが導き出されている。

特許文献２は、冒頭で述べた形式の別の方法を開示しており、時間的に変化する制御信号により復号化を拡張することを内容としている。その場合、二つの入力信号ＬとＲ及び一つの重み付けした合算信号（Ｌ＋Ｒ）と一つの重み付けした差分信号（Ｌ−Ｒ）の減算から、二つのフロント信号Ｌ_ｏｕｔとＲ_ｏｕｔを取得している。そのセンター信号Ｃは、重み付けした入力信号ＬとＲの合算（Ｌ＋Ｒ）と減算から得られている。そのサラウンド信号Ｓは、重み付けした入力信号ＬとＲの合算と減算（Ｌ−Ｒ）から得られている。これらの重み係数ｇ_ｌ、ｇ_ｒ、ｇ_ｃ及びｇ_ｓは、反復構造による信号ＬとＲ又はＬ＋ＲとＬ−Ｒのレベル適合から取得されている。

特許文献３でも、Ｌ／Ｒ及び（Ｌ＋Ｒ）／（Ｌ−Ｒ）に関するレベル差計算が、多チャンネル音声処理における重み付けした行列復号化に関する制御信号を導き出す役割を果たしている。

特許文献４に記載された多チャンネル音声方法では、ステレオ信号から、即ち、入力信号ＬとＲから、フロント信号Ｌ_ＯとＲ_Ｏ、センター信号Ｃ_Ｏ及びサラウンド信号Ｌ_ＲＯとＲ_ＲＯが導き出されている。各信号に関して、信号Ｌ、Ｒ、Ｌ＋Ｒ及びＬ−Ｒから、それぞれ別の信号が重み付けされて減算されている。その周知の多チャンネル音声処理方法の範囲内では、レベル比率計算の外に、周波数に応じた重み係数も導き出されている。その場合、センター信号Ｃはレベルだけ変更されているのに対して、二つのサラウンド信号Ｌ_ＲＯとＲ_ＲＯは、二つの周波数帯域において、位相反転された形で導き出されている。

前述した多チャンネル音声システムでの多チャンネル音声処理方法は、主に映画音声信号を処理するために開発されたものである。その場合、大抵音声信号と効果信号の形の信号のダイナミックに出現する方向を複数のスピーカにより立体的に正しい方向で再生することが重要であった。それらの多チャンネル信号のダイナミック制御は、そのような信号形式での方向感覚を支援している。しかし、それに反して、音楽のステレオ録音での方向情報は、高い比率でダイナミックではなく、むしろ静的であり、特殊な立体的効果おいて、むしろ僅かしか変化しない。特許文献２に開示された方法の範囲内における音響研究は、支配的な方向が一つのステレオミックス内で稀にしか発生しないので、方向情報を最低限に制御することを提示している。その時間的に変化する多チャンネル制御は、その後再びステレオ符号化が実施された場合に、信号の立体的なシフトを引き起こしている。

それに対して、ステレオ信号の立体的な分解能を改善するためには、方向信号成分の抽出と、静的な、或いは周波数に依存した重み付けによる、その重み付けとが非常に重要である。そのことから、特許文献５は、そこでは、異なるレベル調整器により立体成分を評価するために、立体成分へのステレオ信号の分割が行なわれているので、冒頭で述べた形式の方法の大きな進歩を示している。その後、評価された立体信号は、再び一つのステレオ信号に組み立てられている。それらの立体信号成分の重み付けにより、ステレオ信号は立体的な再生を改善されるようになっている。

米国特許第５，０４６，０９８号明細書 米国特許公開第２００４／０１２５９６０号明細書 米国特許第６，６９７，４９１号明細書 米国特許第５，７７１，２９５号明細書 国際特許公開第２０１０／０１５２７５号明細書

以上のことから、本発明の課題は、方向信号成分の抽出に基づき入力信号ＬとＲの立体的な再生の一層の改善が達成されるように、冒頭で述べた形式の方法を更に発展させることである。

本課題は、請求項１の特徴により解決される。本発明の有利な実施形態は従属請求項から明らかになる。

本発明では、ＲとＬが、少なくともｎＬ−ｍＲ（この場合、ｎ，ｍ＝１，２，３，４）の形の二つの信号に復号化される。それによって、有利には、入力信号ＬとＲの立体的な再生と透明度の改善が達成される。そのために、復号化時に、有利には、信号Ｌ−Ｒ（即ち、この場合、ｎ，ｍ＝１）と２Ｌ−Ｒ（即ち、この場合、ｎ＝２及びｍ＝１）が作成される。

有利には、これらの信号ＬとＲは、立体信号Ｒとセンター信号に復号化される。この場合、立体信号は、信号ＬとＲの差（Ｒ_Ｌ）及び／又は信号ＲとＬの差（Ｒ_Ｒ）から作成される。

これらの信号ＬとＲをフロント信号Ｌ_{ｆｒｏｎｔ}とＲ_{ｆｒｏｎｔ}、センター信号Ｃ及びサラウンド信号Ｓ_ＬとＳ_Ｒに分割することを規定する従来の方法と異なり、本発明による方法に基づき、ステレオ信号の立体及びステレオ拡張がステレオ分解の拡張によって達成される。そのために、更に、これらの立体信号Ｒ_Ｌ＝Ｌ−ＲとＲ_Ｒ＝Ｒ−Ｌが、入力チャンネルＲとＬから計算される。

これらの特性は、以下のシステムにおいて立証されている。

ベリンガー社のＭＳ４０モニタスピーカ、
東芝社のノートブック、
ＩＭＡＣ２７コンピュータ、
ドルビーモバイルを備えたＬＧ ＧＭ２０５携帯電話、
フィリップス社のＢＢＥサラウンドを備えた４２ＰＦＬ９７０３Ｄフラットスクリーンテレビ、及び
ドッキングステーションＪＢＬ Ｏｎ Ｓｔａｇｅ ４００ｐ
ドルビーモバイルと比べて、バーチャルドルビーサラウンド及びそれ以外のステレオスペシャライザは、本発明による方法がステレオ音響パターンの基本的にニュートラルな改善を生じさせることを示している。

更に、音響心理学的研究の範囲内では、差Ｌ−Ｒからサラウンド信号を導き出すことが、改善されたステレオ及び立体拡張に関する更なる重要なステップとして立証された。この場合、又もや高度な試聴テストにより、サラウンド信号Ｓ_Ｌ＝２Ｌ−ＲとＳ_Ｒ＝２Ｒ−Ｌの比率が有利であると判明した。従って、本発明の有利な実施形態は、この差Ｓ_Ｌ＝２Ｌ−Ｒ、Ｓ_Ｒ＝２Ｒ−Ｌによりサラウンド信号Ｓ_Ｌとサラウンド信号Ｓ_Ｒを作成すると規定する。

この場合、これらのサラウンド信号の周波数に依存した重み付けが有利である。従って、本発明の目的に適うこととして、信号Ｓ_ＬとＳ_Ｒの周波数に依存した重み付けが行なわれる。この周波数に依存した重み付けは、有利には、ハイシェルビングフィルタを用いて行なわれる。

本発明の目的に適うこととして、信号ＬとＲが信号Ｌ_ＰとＲ_Ｐに加算される。

本方法を実施するオーディオシステムは請求項１３の対象であり、このオーディオシステムは、有利には、オーディオプロセッサの形の信号プロセッサを備えている。

本発明の範囲内では、信号プロセッサに存在する、即ち、信号プロセッサに転送されるソフトウェアも規定される。この場合、ソフトウェアは、信号プロセッサにより実行されるアルゴリズムを有し、このアルゴリズムは、本方法を含む。

更に、本発明は、本方法を実施する信号プロセッサを含む。

以下において、図面に基づき本発明を詳しく説明する。

本発明による方法の模式図

図１は、四つの工程Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄを有する本発明による方法を図示している。詳しくは、これらの工程は、
復号化（工程Ａ）
復号化した信号の処理（工程Ｂ）
符号化（工程Ｃ）及び
符号化した信号の処理（工程Ｄ）
である。

本発明は、復号化の範囲内において、ステレオ信号として出現する入力信号ＬとＲを三つの信号成分に分割することにより開始し、これらの信号ＬとＲは保持したままとすることができる。これらの信号成分は、センター信号Ｃ、立体信号Ｒ及びサラウンド信号Ｓ_ＬとＳ_Ｒである。この場合、センター信号Ｃは１チャンネルである、即ち、チャンネルＣだけから成り、それに対して、立体信号Ｒとサラウンド信号Ｓは２チャンネルである、即ち、信号Ｒ_ＬとＲ_Ｒ又はＳ_ＬとＳ_Ｒから成る。この場合、サラウンド信号及び立体信号Ｓ_Ｌ、Ｓ_Ｒ及びＲ_Ｌ，Ｒ_Ｒは、ステレオ信号ＬとＲの方向と立体情報を含む。

工程Ａでは、これらの信号、即ち、
モノラル信号とも呼ばれる、１チャンネルセンター信号Ｃ＝Ｌ＋Ｒ、
２チャンネル立体信号Ｒのステレオ成分Ｒ_Ｌ＝Ｌ−ＲとＲ_Ｒ＝Ｒ−Ｌ及び
二つの２チャンネルサラウンド信号Ｓ_Ｌ＝２Ｌ−ＲとＳ_Ｒ＝２Ｒ−Ｌ
は、ステレオ信号ＲとＬから五つの並列の段階により復号化される。

工程Ａには、これらのチャンネルＣ，Ｒ_Ｌ，Ｒ_Ｒ，Ｓ_Ｌ及びＳ_Ｒの処理を行なう工程Ｂが続く。センター信号Ｃ及び立体信号Ｒ_Ｌ＝Ｌ−ＲとＲ_Ｒ＝Ｒ−Ｌの音量を調整するために、これらの信号は、第一のレベル調整器１，２によって、係数１．５とするレベル重み付けを付与される。この第一のレベル重み付け後、別のレベル調整器３，４によって、復号化された信号の音響特性をＬ，Ｒに対して重み付けする別の可変のレベル重み付けが行なわれる。

それに対して、二つのサラウンド信号Ｓ_Ｌ＝２Ｌ−ＲとＳ_Ｒ＝２Ｒ−Ｌは、ハイシェルビングフィルタに供給され、それによって、サラウンド信号Ｓ_ＬとＳ_Ｒの周波数応答を調整される。即ち、これらの信号Ｓ_ＬとＳ_Ｒの周波数に依存した重み付けが行なわれ、これらのフィルタ５，６は、周波数領域において、有利には、２ｋＨｚの最低限の位相シフトを付与し、その結果、工程Ｃで行なわれる符号化での消失効果が最小化されるが、それと同時に、本来の増幅効果が強調される、詳しくは、ハイシェルビング周波数応答により、例えば、有利には、２ＫＨｚにおいて、３ｄＢだけ強調される。その後、これらのサラウンド信号Ｓ_Ｌ，Ｓ_Ｒは、復号化された信号の音響特性をＳ_Ｌ，Ｓ_Ｒに対して重み付けするレベル調整器７，８に供給される。

そのため、符号化、即ち、工程Ｃでは、既に工程Ａで規定された合算後に、信号Ｃ，ＲＬ，Ｒ_Ｒ，Ｓ_Ｌ，Ｓ_Ｒが、
Ｌ_Ｐ＝Ｃ＋Ｒ_Ｌ＋Ｓ_Ｌ＝（Ｌ＋Ｒ）＋（Ｌ−Ｒ）＋（２Ｌ−Ｒ）＝４Ｌ−Ｒ
Ｒ_Ｐ＝Ｃ＋Ｒ_Ｒ＋Ｓ_Ｒ＝（Ｌ＋Ｒ）＋（Ｒ−Ｌ）＋（２Ｒ−Ｌ）＝４Ｒ−Ｌ
の形で得られ、これらの符号化されたステレオ信号Ｌ_Ｐ，Ｒ_Ｐは、次の式の通り
Ｌ_Ｐ＝Ｖ_ＣＣ＋Ｖ_ＲＲ_Ｌ＋Ｖ_ＳＳ_Ｌ＝Ｖ_Ｃ（Ｌ＋Ｒ）＋Ｖ_Ｒ（Ｌ−Ｒ）＋Ｖ_Ｓ（２Ｌ−Ｒ）
Ｒ_Ｐ＝Ｖ_ＣＣ＋Ｖ_ＲＲ_Ｒ＋Ｖ_ＳＳ_Ｒ＝Ｖ_Ｃ（Ｌ＋Ｒ）＋Ｖ_Ｒ（Ｒ−Ｌ）＋Ｖ_Ｓ（２Ｒ−Ｌ）
、或いはサラウンド信号Ｓ_Ｌ，Ｓ_Ｒのフィルタ後には、次の式の通り
Ｌ_Ｐ＝Ｖ_ＣＣ＋Ｖ_ＲＲ_Ｌ＋Ｖ_Ｓ（Ｓ_Ｌ）_{Ｆｉｌｔｅｒｅｄ}＝Ｖ_Ｃ（Ｌ＋Ｒ）＋Ｖ_Ｒ（Ｌ−Ｒ）＋Ｖ_Ｓ（２Ｌ−Ｒ）_{Ｆｉｌｔｅｒｅｄ}
Ｒ_Ｐ＝Ｖ_ＣＣ＋Ｖ_ＲＲ_Ｒ＋Ｖ_Ｓ（Ｓ_Ｒ）_{Ｆｉｌｔｅｒｅｄ}＝Ｖ_Ｃ（Ｌ＋Ｒ）＋Ｖ_Ｒ（Ｒ−Ｌ）＋Ｖ_Ｓ（２Ｒ−Ｌ）_{Ｆｉｌｔｅｒｅｄ}
得られる。

最後の工程Ｄでは、これらの符号化され重み付けされた信号Ｌ_Ｐ，Ｒ_Ｐは、ステレオイコライザ９，１０による後処理を受ける。音響パターンの更なる強化のために、特別な非線形特性曲線ＮＬが使用される。この非線形特性曲線は、入力振幅ｘを出力振幅ｙにマッピングする。この用いられる非線形特性曲線ｙ＝ｆ（ｘ）は、次の式で表される。

ｙ＝ｔａｎｈ（（１／７．５２２＊ａｔａｎ（７．５２２＊ｘ）．＊（ｓｉｇｎ（ｘ）＋１）．／２．＋ｘ＊（ｓｉｇｎ（−ｘ）＋１）．／２）／０．５）＊０．５
この特性曲線によって、高調波倍音がダイレクト音楽信号に追加される。最後に、これらの信号Ｌ_Ｐ，Ｒ_Ｐは、工程Ｄにおいて、レベル調整器１１，１２がダイレクト信号に倍音を混合する度合いを決定する形で更なる後処理を受ける。最終的に、本方法の結果の全体レベルを制御可能なレベル調整器１３，１４による更なる処理が行なわれる。

本発明の実施形態は、前述した実施例に限定されない。むしろそれ以外の形式の実施形態でも図示された解決策を利用する一定数の変化形態が考えられる。例えば、工程Ｄの範囲内において、音響パターンを一層豊かにするために、マキシマイザ、即ち、コンプレッサ／リミッタを使用することができる。

１，２ 第一のレベル調整器
３，４ 別のレベル調整器
５，６ ハイシェルビングフィルタ
７，８ レベル調整器
９，１０ ステレオイコライザ
１１，１２，１３，１４ 別の構成部品

Claims (11)

1. 有利には、ステレオ信号としての入力信号ＬとＲを復号化する、多チャンネル音声システムでの多チャンネル音声処理方法において、
   これらの信号ＲとＬが、少なくともｎＬ−ｍＲ（ここで、ｎ，ｍ＝１，２，３，４）の形の二つの信号に復号化されること、
   当該の信号ＬとＲが、立体信号Ｒとセンター信号Ｃに復号化され、一つの立体信号Ｒ_Ｌが信号ＬとＲの差から作成されることと、一つの立体信号Ｒ_Ｒが信号ＲとＬの差から作成されることとの中の一つ以上であること、
   一つのサラウンド信号Ｓ_Ｌが差Ｓ_Ｌ＝２Ｌ−Ｒから作成され、一つのサラウンド信号Ｓ_Ｒが差Ｓ_Ｒ＝２Ｒ−Ｌから作成されること、及び
   Ｌ_Ｐ＝Ｃ＋Ｒ_Ｌ＋Ｓ_Ｌ＝（Ｌ＋Ｒ）＋（Ｌ−Ｒ）＋（２Ｌ−Ｒ）＝４Ｌ−Ｒ及び
   Ｒ_Ｐ＝Ｃ＋Ｒ_Ｒ＋Ｓ_Ｒ＝（Ｌ＋Ｒ）＋（Ｒ−Ｌ）＋（２Ｒ−Ｌ）＝４Ｒ−Ｌ
   形の信号Ｌ_Ｐ，Ｒ_Ｐへの符号化が行なわれることを特徴とする方法。
2. 当該の信号Ｒ_Ｌ，Ｒ_Ｒ，Ｃ，Ｓ_Ｌ及びＳ_Ｒが、レベルの重み付けＶ_Ｃ，Ｖ_Ｒ，Ｖ_Ｓを受け、当該の信号ＬとＲが、立体信号Ｒとセンター信号Ｃに復号化され、一つの立体信号Ｒ_Ｌが信号ＬとＲの差から作成されることと、一つの立体信号Ｒ_Ｒが信号ＲとＬの差から作成されることとの中の一つ以上であることを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. Ｌ_Ｐ＝Ｖ_ＣＣ＋Ｖ_ＲＲ_Ｌ＋Ｖ_ＳＳ_Ｌ＝Ｖ_Ｃ（Ｌ＋Ｒ）＋Ｖ_Ｒ（Ｌ−Ｒ）＋Ｖ_Ｓ（２Ｌ−Ｒ）及び
   Ｒ_Ｐ＝Ｖ_ＣＣ＋Ｖ_ＲＲ_Ｒ＋Ｖ_ＳＳ_Ｒ＝Ｖ_Ｃ（Ｌ＋Ｒ）＋Ｖ_Ｒ（Ｒ−Ｌ）＋Ｖ_Ｓ（２Ｒ−Ｌ）
   形の信号Ｌ_Ｐ，Ｒ_Ｐへの符号化が行なわれることを特徴とする請求項１に記載の方法。
4. 当該の信号Ｓ_ＬとＳ_Ｒの周波数に依存する重み付けが行なわれることを特徴とする請求項１に記載の方法。
5. 当該の周波数に依存する重み付けが、ハイシェルビングフィルタ（５，６）を用いて行なわれることを特徴とする請求項４に記載の方法。
6. 当該の信号Ｌ_Ｐ，Ｒ_Ｐがイコライザ（９，１０）を用いてフィルタされ、Ｌ_Ｐ＝Ｖ_ＣＣ＋Ｖ_ＲＲ_Ｌ＋Ｖ_ＳＳ_Ｌ＝Ｖ_Ｃ（Ｌ＋Ｒ）＋Ｖ_Ｒ（Ｌ−Ｒ）＋Ｖ_Ｓ（２Ｌ−Ｒ）及び
   Ｒ_Ｐ＝Ｖ_ＣＣ＋Ｖ_ＲＲ_Ｒ＋Ｖ_ＳＳ_Ｒ＝Ｖ_Ｃ（Ｌ＋Ｒ）＋Ｖ_Ｒ（Ｒ−Ｌ）＋Ｖ_Ｓ（２Ｒ−Ｌ）
   形の信号Ｌ_Ｐ，Ｒ_Ｐへの符号化が行なわれることを特徴とする請求項１に記載の方法。
7. 当該の信号Ｌ_Ｐ，Ｒ_Ｐに、高調波倍音が追加されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
8. 当該の高調波倍音の追加が、マキシマイザ又は非線形特性曲線ＮＬを用いて行なわれることを特徴とする請求項７に記載の方法。
9. 請求項１から８までのいずれか一つに記載の方法を実施するオーディオシステムにおいて、
   信号プロセッサを備えていることを特徴とするオーディオシステム。
10. 信号プロセッサ上に転送されるソフトウェアにおいて、
    本ソフトウェアが、信号プロセッサにより実行されるアルゴリズムを有し、このアルゴリズムが、請求項１から８までのいずれか一つに記載の方法を含むことを特徴とするソフトウェア。
11. 請求項１から８までのいずれか一つに記載の方法を実施する信号プロセッサ。

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