KR20100108416A

KR20100108416A - 매트릭스 디코더

Info

Publication number: KR20100108416A
Application number: KR1020107017168A
Authority: KR
Inventors: 데이비드 에스. 맥그라스; 크리스토프 샤방느
Original assignee: 돌비 레버러토리즈 라이쎈싱 코오포레이션
Priority date: 2008-01-11
Filing date: 2009-01-06
Publication date: 2010-10-06
Also published as: UA99639C2; KR101524514B1; TW200944047A; JP5216102B2; HK1144133A1; BRPI0907610A2; AU2009204238A1; RU2456766C2; CN101911731A; RU2010133557A; CA2711144A1; CA2711144C; MY161520A; IL206555A0; AU2009204238B2; MX2010008183A; WO2009089209A4; IL206555A; JP2011509641A; EP2241119A1

Abstract

이러한 오디오 매트릭스 서라운드 디코더는 최소의 디지털 처리를 요구하므로, 휴대용 애플리케이션, 특히 헤드폰 또는 스피커 버추얼라이저를 이용한 휴대용 플레이어로부터의 재생에 유용하다. 일실시예에서, Lt와 Rt의 합의 측정치가 Lt와 Rt의 차이의 측정치보다 큰 것에 응답하여, 입력들 Lt와 Rt를 전방 방향과 관련된 출력으로 패닝하고, Lt와 Rt의 합의 측정치가 Lt와 Rt의 차이의 측정치보다 작은 것에 응답하여, Lt와 Rt를 후방 방향과 관련된 출력으로 패닝한다. Lt 및 Rt는 재생된 신호의 방향을 이동시키도록 수정된다.

Description

매트릭스 디코더{MATRIX DECODER}

관련 출원의 상호 참조

본 출원은 2008년 1월 11일 출원되고 본 명세서에 참조로 포함된 미국 가출원 제 61/010,896호의 우선권의 이권을 주장한다.

본 발명은, 오디오 신호 처리에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명은 오디오 매트릭스 디코더 또는 디코딩 기능에 관한 것이고, 또는 디코딩 기능을 실행하는 컴퓨터 판독 가능한 매체 상에 저장된 컴퓨터 프로그램에 관한 것이다. 디코더 또는 디코딩 기능은 헤드폰 또는 스피커 버추얼라이저(loudspeaker virtualizcr)를 이용한 휴대용 플레이어로부터의 재생에 특히 유용하지만, 본 발명의 양상에 따른 매트릭스 디코더 또는 디코딩 기능은 이러한 이용에 제한되지 않는다.

본 발명의 양상에 따라, 스테레오 신호 쌍 Lt, Rt를 수신하는 오디오 매트릭스 디코딩 방법으로서, 상기 쌍의 상대 진폭과 극성은 디코딩된 신호의 재생 방향을 결정하는, 상기 오디오 매트릭스 디코딩 방법에 있어서, Lt와 Rt의 합의 측정치가 Lt와 Rt의 차이의 측정치보다 큰 것에 응답하여, Lt와 Rt를 전방 방향과 관련된 출력으로 패닝하고(panning), Lt와 Rt의 합의 측정치가 Lt와 Rt의 차이의 측정치보다 작은 것에 응답하여, Lt와 Rt를 후방 방향과 관련된 출력으로 패닝하는 단계; 및 재생된 신호의 방향을 이동시키기 위해 Lt와 Rt를 수정하는 단계를 포함한다.

재생된 신호의 방향을 이동시키기 위해 Lt와 Rt를 수정하는 단계는 후방 방향과 관련된 출력으로 패닝된 신호를 이동시킬 수 있다. 재생된 신호의 방향을 이동시키기 위해 Lt와 Rt를 수정하는 단계는 후방 방향과 관련된 출력으로 패닝된 신호를 이동시켜, 신호를 후방-중심 방향으로부터 멀어지게 이동시킬 수 있다. 이러한 후방-중심 방향으로부터 멀어지는 이동은 그러한 신호가 최대 진폭을 가지는 방향으로 될 수 있다. 이러한 이동은 후방-중심 방향으로부터 점차적으로 멀어지는 방향들의 신호들에 대해 점진적으로 감소될 수 있다.

재생된 신호의 방향을 이동시키기 위해 Lt와 Rt를 수정하는 단계는 또한, 전방 방향과 관련된 출력으로 패닝된 신호를 이동시킬 수 있다. 전방 방향과 관련된 출력으로 패닝된 신호의 이러한 이동은 전방-중심 방향의 신호를 최소로 이동시킬 수 있고, 이러한 이동은 전방-중심 방향으로부터 점차적으로 멀어지는 방향들의 신호들에 대해 점진적으로 증가할 수 있다.

이동의 정도는 전방 또는 후방이든지 간에, Lt와 Rt의 차이의 측정치에 기초할 수 있다.

이동의 정도는 Lt 및 Rt가 후방 방향과 관련된 출력으로 패닝될 때에만 변할 수 있다.

본 발명의 다른 양상에 따라, 스테레오 신호 쌍 Lt, Rt를 수신하는 오디오 매트릭스 디코딩 방법으로서, 상기 쌍의 상대 진폭과 극성은 디코딩된 신호의 재생 방향을 결정하는, 상기 오디오 매트릭스 디코딩 방법에 있어서, 전방 및 후방 방향과 관련된 출력들의 방향을 왼쪽 또는 오른쪽으로 이동시키는 단계로서, 상기 후방 방향과 관련된 출력들의 방향은 전방 방향과 관련된 출력들의 방향보다 큰 정도로 이동되는, 상기 이동 단계를 포함하고, 상기 이동 단계는, 수정된 Lt 및 Rt 신호를 생성하여, 상기 수정된 Lt 및 Rt 쌍의 상대 진폭들 및 극성들이 디코딩된 신호의 재생 방향을 결정하도록, Lt와 Rt 신호의 차이 신호를 형성하고, 상기 차이 신호를 바이어스 이득 인자만큼 스케일링하고, 상기 스케일링된 차이 신호를 두 Lt 및 Rt 신호들에 합산하여, 상기 스테레오 신호 쌍 Lt, Rt을 수정하는 단계를 포함한다.

본 발명의 또 다른 양상에 따라, 스테레오 신호 쌍 Lt, Rt이 오디오 매트릭스 디코더 또는 디코딩 방법에 의해 디코딩되기 전에, 상기 신호 쌍을 수정하는 방법으로서, 상기 쌍의 상대 진폭과 극성은 디코딩된 신호의 재생 방향을 결정하는, 상기 스테레오 신호 쌍 수정 방법에 있어서, 수정된 Lt 및 Rt 신호를 생성하여, 상기 수정된 Lt 및 Rt 쌍의 상대 진폭들 및 극성들이 디코딩된 신호의 재생 방향을 결정하도록, Lt 및 Rt 신호의 차이 신호를 형성하고, 상기 차이 신호를 바이어스 이득 인자만큼 스케일링하고, 상기 스케일링된 차이 신호를 두 Lt 및 Rt 신호들에 합산하여, 상기 스테레오 신호 쌍 Lt, Rt를 수정하는 단계를 포함한다.

본 발명은 오디오 신호를 처리하는 오디오 매트릭스 디코더를 제공하는 효과를 갖는다.

도 1은, 본 발명의 양상에 따라 Lt 및 Rt 신호가 전방 및 후방 방향에 패닝되거나 조종될 수 있는 방법의 한 가지 예를 보여주는 개략적인 기능 블록도.
도 2는, 도 1의 "전방-후방 조종 결정(Front-Back Steering Determination)"의 세부사항의 한 가지 예를 보여주는 개략적인 기능 블록도.
도 3은, 본 발명의 양상에 따라 Lt 및 Rt가 수정될 수 있는 방법의 한 가지 예를 보여주는 개략적인 기능 블록도.
도 4는, 본 발명의 양상에 따라 Lt 및 Rt 신호를 수정하는 효과를 이해하는데 유용한 개념도.
도 5는, 도 3의 LR_bias 제어 신호가 도출될 수 있는 방법의 한 가지 예를 보여주는 개략적인 기능 블록도.
도 6은, 도 1, 2, 3 및 5의 구성의 전체 구성을 보여주는 개략적인 기능 블록도.

전방-후방 패닝( front - back panning )

본 발명의 양상에 따른 매트릭스 디코더는 그 입력들에 인가된 Lt 및 Rt 신호를 스테레오 신호 쌍으로서 다루고, 이들 신호를 전방(왼쪽, L 및 오른쪽, R) 또는 후방(왼쪽 주위, Ls 및 오른쪽 주위, Rs)에 패닝한다. Lt 및 Rt는 Lt 및 Rt의 합의 측정치가 Lt와 Rt의 차이의 측정치보다 큰 것에 응답하여 전방 방향과 관련된 출력으로 패닝된다. Lt 및 Rt는 Lt 및 Rt의 합의 측정치가 Lt와 Rt의 차이의 측정치보다 작은 것에 응답하여 후방 방향과 관련된 출력으로 패닝된다. 전방-후방 패닝은 예를 들면 도 1에 도시된 바와 같이 달성될 수 있다. 이 블록도에서, panF 및 panB 신호들은 예를 들면 0과 1 사이에서 가변할 수 있는 느리게 변하는 이득 신호들(전체 대역폭 오디오 신호가 아님)이다. panF 및 panB 신호들은 L 및 R 전방 신호들과 Ls 및 Rs 후방 신호 사이의 평탄한 크로스페이드(smooth crossfade)를 행하기 위해 함께 동작한다(이들은 서로 상보적이다).

이제 도 1을 참조하면, Lt 입력 신호는 곱셈기 또는 곱셈기 기능(2)을 통해 L 출력에 인가되고, 곱셈기 또는 곱셈기 기능(4)을 통해 Ls 출력에 인가된다. Rt 입력 신호는 곱셈기 또는 곱셈기 기능(6)을 통해 R 출력에 인가되고, 곱셈기 또는 곱셈기 기능(8)을 통해 Rs 출력에 인가된다. 곱셈기들(2 및 6)의 각각의 이득은 panF 이득 신호에 의해 제어된다; 곱셈기들(4 및 8)의 각각의 이득은 panB 이득 신호에 의해 제어된다. Lt 및 Rt 입력 신호들은 또한, panF 및 panB 신호를 생성하는 회로 또는 기능("전방-후방 조종 결정(Front-Back Steering Determination))"(10)에 인가된다. 전방-후방 조종 결정의 세부사항들은 도 2에 도시된다.

하기에 도시된 바와 같이, 시간 평탄화를 조건으로 하여, ("전방-후방 조종 결정)"(10)이 충분한 시간 기간 동안 Lt 및 Rt 입력 신호들에서 역위상 오디오(out-of-phase audio)를 검출하지만 동위상 오디오는 검출하지 않을 때, panB = 1.0, 그리고 panF = 0.0으로 설정함으로써, Ls 및 Rs 주위 출력 채널들에만 Lt 및 Rt 입력 신호를 향하게 하거나, 패닝하거나, 또는 "조종"한다(견실한 후방 조종). 마찬가지로, 충분한 시간 기간 동안 입력 신호에 동위상 오디오가 존재하지만 역위상 오디오는 존재하지 않을 때, "전방-후방 조종 결정"(10)은 panB = 0.0, 그리고 panF = 1.0으로 설정함으로써, 전방 출력 채널들 L 및 R에만 Lt 및 Rt 입력 신호를 조종한다 (견고한 전방 조종).

도 2의 구성은 입력 신호 Lt 및 Rt(양 및 음 둘다로 급속 가변하는 파형 스윙)의 합 및 차의 크기들 사이의 차를 동시에 생성하여, 이를 작은 임계값 ε(엡실론)과 비교한다. 이것은, Lt와 Rt를 수신하여 그 출력에서 Lt + Rt를 생성하는 가산기 또는 가산 기능(12), Lt로부터 Rt를 차감하여 그 출력에서 Lt - Rt를 생성하는 가산기 또는 가산 기능(14), Lt + Rt 및 Lt - Rt의 진폭들을 스케일링하여 "전방" 및 "후방" 신호 F 및 B를 생성하는 스케일러 또는 스케일링 기능들(16 및 18)에 의해 달성된다.

(1)

여기서, F 및 B는, 절대값 디바이스 또는 기능(20 및 22) 및 가산기 또는 가산 기능(24)에서 F의 절대값으로부터 B의 절대값을 차감하고 작은 값 엡실론을 가산하는 것을 보여진 대로, 그들의 절대값을 취한다. 소자들(12, 14, 16, 18, 20, 22 및 24)은 집합적으로, 도 6의 전체 구성에서 보여준 바와 같이 "합 및 차의 측정치의 차이(Difference of Measures of Sum and Difference)" 디바이스 또는 기능으로 간주될 수 있다.

결과 │F│-│B│+ ε의 극성은 "극성 검출(Detect Polarity)" 디바이스 또는 기능(26)에 의해 결정된다. 음이면, 응답은 1값이고, 예를 들면 -1이고, 양이면, 영과 같은 다른 값이다. 명확하게, -1 및 영 이외의 값이 이용될 수 있다. 결과는 2개의 레벨, 이 예에서 -1과 0 사이에서 교류하는 2개 값의 파형이다. 저역 필터 또는 필터링 기능{"저역 필터(Low-pass Filter)"}("LPF")(28)이 적용되어, 더욱 느리게 가변하는 파형 FB를 유발하며, 이것은 정사각 파형이 레벨들의 각각에서 소비하는 시간의 비율에 따라, 2개의 레벨들의 값을 포함하거나 그 사이의 범위의 임의의 값을 가질 수 있다. 실제 오디오 신호들에 응답하여, LPF(28)에 의해 생성된 평탄화된 파장은 하나 또는 다른 극치들의 주변에 남아있으려는 경향이 있다. 실제로, LPF(28)는 예를 들면 5 내지 100밀리초 범위의 시간 상수를 갖는 입력의 단기간 평균을 전달한다. 40밀리초 시간 상수가 적당한 것으로 밝혀졌지만, 그 값은 중요하지 않다. LPF(28)는 단극 필터로서 구현될 수 있다.

도 2의 예를 여전히 참조하면, 중간 제어 신호 FB를 결정하여, 2개의 상보성 패닝 계수들 panF 및 panB은 "패닝 기능들 결정(Determine Panning Functions)" 디바이스 또는 기능(30)에 의해 다수의 방식 중 어느 하나로 획득될 수 있다. 실제로, 임의의 다양한 공동 이용된 크로스페이드 함수들이, 선형 램프, 로그, 하닝, 해밍 및 사인 함수와 같이 이용될 수 있다. 실제 식이 극성 검출(26)을 위해 선택된 출력값에 의존하여 가변할 것임을 알 것이다.

일정한 전력 패닝이 요구된다면, 다음의 식이 활용될 수 있다:

(3)

(4)

대안적으로, 일정한 음압이 바람직하거나, 적어도 수용 가능하다고 간주된다면, 다음의 식이 활용될 수 있다:

(5)

(6)

상기 식 3과 식 4가 일정한 전력(panF 및 panB 계수들의 제곱들의 합이 1)을 제공하지만, 일정한 전력은 다음의 식에 의해 근사화될 수 있다:

(7)

(8)

식 7과 식 8의 예에서 panF 및 panB의 각각의 값들은 어디에서나 0과 1 사이에 놓일 수 있고, 서로 상보적이며, 각각 포물선의 경로를 추적한다. 그 결과는, 0과 1 사이의 범위를 가지고 그 제곱들이 1에 근사적으로 가산되는 2개의 계수 또는 제어 신호이다.

panF가 상기 세트의 식 중 어느 하나에서 panB보다 일관되게 더 크다고 한다면, 이것이 예를 들면 Lt 및 Rt가 동일한 극성과 같을 때의 결과여서, LPF(28)에 대한 입력이 긴 시간에 걸쳐 0이라면, 패닝은 견실한 전방을 조종한다((panF = l 및 panB = 0). panF가 panB보다 일관되게 더 작다고 한다면, 이것이 예를 들면 Lt 및 Rt가 동일하지만 역위상이어서, LPF에 대한 입력이 긴 시간에 걸쳐 -1이라면, 패닝은 견실한 후방을 조종한다((panF = 0 및 panB = 1). 실제 신호 상에서, 중간 신호 FB와 같이, 패닝은 견고한 전방 또는 견고한 후방으로 남아 있으려는 경향이 있다. 따라서, Lt 및 Rt는 Lt와 Rt의 합의 측정치가 Lt와 Rt의 차이의 측정치보다 큰 것에 응답하여 전방 방향과 관련된 출력으로 패닝되고, Lt 및 Rt는 Lt와 Rt의 합의 측정치가 Lt와 Rt의 차이의 측정치보다 작은 것에 응답하여 후방 방향과 관련된 출력으로 패닝된다. Lt와 Rt의 합의 측정치가 Lt와 Rt의 차이의 측정치와 같을 때, Lt와 Rt는 이것이 중요하지는 않지만, 전방 방향과 관련된 출력으로 패닝될 수 있다.

도 2는 적절한 panF 및 panB 제어 신호를 생성하는 예를 제공한다. 예를 들면 상기 제안한 바와 같은 도 2의 수정들이 활용될 수 있다. 대안적으로, Lt와 Rt의 합과 차이의 측정치에 응답하여 평탄한 패닝 신호를 제공하는 다른 구성들이 활용될 수 있다.

왼쪽-오른쪽 패닝

이상적으로, 왼쪽-오른쪽 패닝은 다음과 같다:

Lt, Rt가 전방(L, R)에 패닝될 때, Lt, Rt 신호가, 팬텀 센터 이미지를 포함하여 재생시 양호한 왼쪽-오른쪽 음장을 제공할 가능성이 있는 방식으로 스테레오 쌍으로 이미 혼합된 완전한 L, C, R 신호 성분들을 포함할 가능성이 있기 때문에, Lt, Rt가 후방에 패닝될 때 적용되는 것보다 적은 왼쪽-오른쪽 조종을 이용한다.

Lt, Rt가 후방(Ls, Rs)에 패닝될 때, 어떤 채널(Ls 또는 Rs)이 더 큰 진폭을 가지는지를 결정한 다음, 그러한 신호가 최대의 진폭을 가지는 면으로 후방 신호가 이동되도록 Lt, Rt 신호를 수정한다. 하기에 더 설명되는 바와 같이, 본 발명의 구현에서, 이러한 이동은 또한, Lt, Rt가 전방(L, R)에 패닝될 때, 1보다 적더라도 효과를 가질 수 있다.

많은 매트릭스 디코더들에서의 공통 문제는 입력 신호가 후방-중심 위치에 패닝되는 경우에 잘 작동하는 능력이 없다는 점이다. 이것은 재생이 헤드폰 버추얼라이저 또는 스피커 버추얼라이저를 활용할 때 특히 문제가 된다. 예를 들면 후방-중심 위치는 서로 역위상 Lt 및 Rt로 인코딩된다. 그러므로, Lt, Rt 신호가 Ls, Rs에 패닝되면, 후방-중심 신호들은 역위상 Ls, Rs 신호들에서 나타난다. 후방 팬텀 이미지는 이러한 역위상 신호들에 의해 그다지 잘 형성되지 않는다.

본 발명의 양상은 Ls, Rs 신호를 왼쪽 또는 오른쪽으로 이동시킴으로써, 이미지화에서 어려움을 유발하는 후방-중심 팬텀 위치를 회피한다. 이것은 도 3에 도시되고 하기에 기술되는 바와 같이 Lt, Rt 신호들에 대한 "이동(shift)" 동작을 수행함으로서 달성될 수 있다. 최대의 이동은 후방-중심 신호들에 적용될 수 있고 후방 센터로부터 점진적으로 멀어지는 위치들에 대해서는 덜 이동된다. 최소 이동(또는 이동 없음)은 전방-센터로부터 멀어진 위치들에 대해서는 점진적으로 증가하여 이동하는 전방-센터 신호들에 적용될 수 있다. 달리 말하면, 이동은 후방-중심에서 최대로 변경하고 전방-중심에서 최소로 변경해야 한다. 모든 조건들 하에서 전방-중심 위치에서의 이동을 회피하거나 최소화함으로써, 일반적으로 전방-중심에 있는 음성들(대화)의 이미지 위치 이동들은 회피되거나 최소화된다. 실제로, 도 3의 예의 방식의 이동 디바이스 또는 기능은 디코더 또는 디코딩 기능 동작이 Lt 및 Rt의 관련 진폭들 및 극성들에 응답하는 임의의 2개의 입력 매트릭스 디코더 또는 디코딩 기능에 대한 Lt, Rt 입력을 수정하기 위해 활용될 수 있다.

하나의 적당한 "이동" 동작은 Lt - Rt 차이 신호가 생성되는 도 3에 도시된다. 그 후에, 이 차이 신호의 가중된 양은 Lt_biased 및 Rt_biased를 생성하기 위해 Lt 및 Rt 둘다로 다시 혼합된다. 제어 입력(LR_Bias)은 "이동"이 왼쪽 또는 오른쪽으로 후방 채널들을 이동시키려는지에 의존하여 +α또는 - α의 값을 이용할 수 있다. LR_Bias는 예를 들어, 도 5의 예에서 볼 수 있는 바와 같이 결정될 수 있다. 알파는 예를 들면 0.05 내지 0.2의 범위의 값을 가질 수 있다. 0.1의 값이 유용한 결과들을 제공하는 것으로 밝혀졌다.

도 3의 세부사항들을 참조하면, Rt는 Lt - Rt를 획득하기 위해 가산기 또는 가산 디바이스(32)에서 Lt로부터 차감되고, 이것은 그 후에 곱셈기 또는 곱셈 기능(34)에서 LR_Bias로 스케일링된다. Lt - Rt의 스케일링된 버전은 그 후에 Lt_biased 및 Rt_biased를 획득하기 위해 각각의 가산기 또는 가산 기능들(36 및 38)에서 Lt 및 Rt의 각각과 합산된다.

다음과 같은 도 3의 이동 구성의 동작의 여러 예를 고려한다.

예를 들어, LR_Bias = +0.1(왼쪽으로 이동되어야 하는 것을 나타냄)일 때 다음을 얻는다:

(9)

이 예(LR_Bias = +0.1)를 계속하여, Lt, Rt 입력 신호가 중심-패닝 신호로 구성되는 경우를 고려한다:Lt = Rt = C. 이 경우, 다음을 갖는다:

(10)

이 경우, Lt_biased 및 Rt_biased 신호들은 Lt, Rt와 동일하다. 달리 말하면, 이동 회로는 입력이 전방-중심 패닝된 오디오만을 포함할 때 Lt, Rt 신호를 수정하지 않는다.

대조적으로, Lt, Rt 입력 신호가 후방-중심 패닝된 신호, S로 구성되는 경우를 고려한다: Lt = S, Rt = -S. 이 경우 다음을 얻는다:

(11)

이 경우, Lt_biased 및 Rt_biased 신호들은 이동 회로 또는 처리에 의해 수정되어, Lt_biased는 진폭이 증대되었고, Rt_biased는 진폭이 감소되었다. LR_Bias가 +0.1 대신 -0.1로 설정된다면, 진폭 이동들은 역으로 되어, Rt_biased는 레벨이 증대되고 Lt_biased는 감소되는 것을 유념한다.

이상적으로, 이동 회로 또는 처리는 주위 채널들이 왼쪽 또는 오른쪽으로 이동되도록 동작하고, 전면 채널들은 유사하지만 더 낮은 정도로 이동된다. 왼쪽으로 이동하는 예는 도 4에 도시되어 있으며, 여기서 실선 원은 매트릭스 인코딩 원을 표현하고, 종래의 L(왼쪽), C(중심), R(오른쪽), Ls(왼쪽 주위), S(주위 또는 후방 주위) 및 Rs(오른쪽 주위) 채널 위치들이 도시된다. 이 원은 단일 반경을 가지며, 각 채널이 단일 전력을 가지는 사실을 반영한다. 점선 원은 이동 동작의 단위 원에 대한 영향을 보여준다. 단위 원으로부터 멀어진 이동은 어떤 신호 방향들의 전력이 증대되거나 감소되었음을 나타낸다. 특히, 후방-중심 위치 S는 전방-중심 위치 C에서 이동이 발생하지 않는 S로부터 점점 더 멀어지는 위치들을 향해 점진적으로 덜 이동하는 최대량만큼 이동되는 것을 유념한다.

적당한 LR_bias 신호를 결정하기 위한 방법의 예는 도 5에 도시된다. LR_bias 신호는 주로 LR, Lt_biased와 Rt_biased 신호 사이의 단기간 평균 진폭 차이에 기초한다. 즉, LR은 Lt_biased 대 Rt_biased의 추정치이다. LR_Bias는 LR, FB(도 2)의 각각이 임계값보다 적거나 큰 것에 응답하여, 그리고 Lt - Rt에 응답하여 "이동 결정" 디바이스 또는 기능(40)에서 계산된다. 이러한 계산은 프로그래밍 유사코드로 표현될 수 있다:

대안적으로, FB 및 LR은 곱해질 수 있고, 바이어스는 그 결과가 임계값보다 큰지의 여부에 의해 결정된다. 이러한 계산은 프로그래밍 유사코드로 표현될 수 있다:

LR_bias 신호는 다음과 같이 결정될 수 있다. 먼저, Lt_biased 및 Rt_biased 신호의 관련 진폭을 측정한다. 중간 신호, LR, Lt_biased 대 Rt_biased의 추정, Lt_biased와 Rt_biased 신호 사이의 추정 단기간 평균된 진폭차는 다음과 같이 결정될 수 있다:

(12)

Lt 및 Rt가 둘다 영일 때 발생하는 에러가 없는 것을 보장하기 위하여, 작은 양의 오프셋, ε(엡실론)이 식 7에서 분수의 분모에 가산되는 것을 유념한다. LR을 추정하기 위하여, Error_LR이 영이 되는 LR의 정확한 값을 유발해야 한다:

(13)

LR의 단기간 평탄화된 값을 생성하기 위한 한 가지 방법은 다음과 같이, Error_LR의 값에 기초하여, Lt_biased와 Rt_biased 신호 사이의 진폭 차의 순시값을 증가시키거나 감소시키는 것이다(2^-10과 같이 작은 증분만큼):

(14)

이러한 방식으로, LR(상기 방정식에서 LR이라고 칭해짐)의 다음 값은 계단식으로 정확한 값쪽으로 이동시킬 것이다.

단기간 평탄화 또는 평균화("avg"로서 식 1.5 및 1.6에서 반영됨)는 LR 에러를 감소시키도록 시도하는 증분 단계들로부터 유발된 평탄화의 결과이다. 평탄화는 약 5 내지 100밀리초의 시간 상수를 가질 수 있다. 20 및 40 밀리초의 값이 유용한 것으로 밝혀졌다. 상술된 구현에서, LR은 -1(견고한 왼쪽 팬을 나타냄) 내지 +1(견고한 오른쪽 팬을 나타냄)의 값을 이용할 수 있다. LR은 영의 초기값을 가질 수 있고, 따라서 +1 또는 -1에 도달하도록 이를 1024 증분들을 요구한다. 명확하게, 2048 증분들은 LR이 견고한 왼쪽에서 견고한 오른쪽으로 진행하도록 요구된다.

디지털 시스템으로 구현된다면, 증분들 및 감소들은 오디오 비트 레이트(예를 들어, 2^-10의 증분들이 활용될 때 48kHz)로 행해질 수 있다. 실제로, 본 발명은 아날로그 도메인에서 전체 또는 부분적으로 구현될 수 있다.

도 5를 다시 참조하면, Lt_biased 및 Rt_biased는 절대값 디바이스 또는 기능(42,44)에서 보이는 바와 같이 그 절대값을 취한다. 가산기 또는 가산 기능(46)은 Lt_biased의 절대값 및 Rt_biased의 절대값을 작은 값 ε에 가산하고, 그 결과를 곱셈기 또는 곱셈 기능(48)에 적용하며, 곱셈기 또는 곱셈 기능(48)은 또한, Lt_biased의 절대값, Rt_biased의 절대값 및 엡실론의 합과 LR의 곱을 생성하기 위해 LR의 한 샘플 지연된 버전을 수신한다. 가산기 또는 가산 기능(50)은 Lt_biased의 절대값으로부터 Rt_biased의 절대값을 차감한다. 에러 신호(식 8)는 그 후에, 가산기 또는 가산 기능(52)의 출력으로부터 얻어진다. 에러 신호는, 입력이 영보다 큰 경우에는 +1을 입력이 영보다 적은 경우에 -1, 입력이 영인 경우에는 영을 생성하는 signum() 디바이스 또는 기능(54)에 인가된다(이러한 기능의 일부 DSP 구현들이 단순화되지만, signum()이 영보다 같거나 큰 경우에는 입력에 대해 +1이 될 수 있고 음의 입력에 대해서는 -1이 될 수 있다). 시그넘 디바이스 또는 기능(54) 출력은 곱셈기 또는 곱셈 기능(56)에서 2^-10 스케일링 인자로 곱해지고, 가산기 또는 가산 기능(58)에서 LR의 한 샘플 지연된 버전(지연 디바이스 또는 기능(60)에 의해 제공된)과 합산된다. 소자들(42, 44, 46, 48, 50, 52, 54, 56, 59 및 60)은 집합적으로, 도 6의 전체 구성에서 보여준 대로 "단기간 평균된 차 결정" 디바이스 또는 기능으로서 간주될 수 있다.

LR의 값이 결정되었으면, LR_Bias 신호 값은 상기에 먼저 보여준 유사코드 및 다음의 논리적 규칙에 따라 이동 결정(40)에서 갱신된다:

1. LR_Bias는 항상 +α또는 -α와 같을 것이고, α는 예를 들면 0.05 내지 0.2의 범위에 있다. 실제로, 0.1의 값은 유용한 결과들을 제공하는 것으로 밝혀졌다.

2. LR_Bias 신호는 Lt - Rt 신호에서 제로-크로싱이 있을 때 2개의 허용 가능한 값들 사이에서만 플리핑한다(flip). 이것은 LR-Bias의 변경이 출력에서 청취 가능한 클릭을 유발할 가능성을 최소화한다.

3. LR 신호가, Lt_biased가 Rt_biased보다 진폭이 더 크다는 것을 나타낼 때(LR > 0일 때), 그리고 FB 신호가, Lt, Rt 신호가 적당한 임계값보다 많이 후방쪽으로 패닝되어야 한다는 것을 나타낼 때(예를 들면 FB < -0.1일 때), LR_Bias를 +0.1로 설정한다(Lt - Rt 차이 신호에서 제로-크로싱이 존재할 때). 달리 말하면, LR_Bias의 값은 Lt, Rt 신호가 임계값보다 많이 후방쪽으로 패닝될 때 변경하게 된다. 그러나, LR_Bias의 최저값은 Lt, Rt 신호가 후방으로 패닝되거나 전방으로 패닝되는지의 여부에 따라 유효하게 된다.

4. LR 신호가 Rt_biased가 Lt_biased보다 진폭이 크다는 것을 나타낼 때(LR < 0일 때),그리고 FB 신호가, Lt, Rt 신호가 적당한 임계값보다 많이 후방쪽으로 패닝되어야 한다는 것을 나타낼 때(예를 들어, 상기 언급된 바와 같이 FB < -0.1일 때), LR_Bias를 -0.1로 설정한다(Lt - Rt 차이 신호에서 제로-크로싱이 존재할 때). LR = 0이 다루어지는 방법은 중요하지 않다. 하나의 가능성은 LR = 0이 아무 것도 하지 않을 때이거나(LR_bias가 변하지 않게 된다), 또는 대안적으로, 단락 3에서 상술된 바와 같이 LR > 0일 때와 같이 동작한다.

LR_Bias 신호가 Lt_biased 및 Rt_biased 신호의 진폭들로부터 결정되고, Lt_biased 및 Rt_biased 신호가 LR_Bias 신호에 의해 수정되고, 따라서 전체 알고리즘에서 피드백 루프를 형성하는 것을 유념한다. 이것은 사실상 전체 거동을 쌍안정으로 만드는 양의 피드백 루프이다. 결과적으로, 이 구성은 이력현상을 나타낸다. 예를 들어, LR_Bias가 +0.1이면, 이것은 이동 회로를 Lt_biased 신호를 강조하게 하여, 이를 Rt_biased 신호에 비해 비례적으로 증대시키며, 그 후에는 LR 신호를 증가시킬 것이다(이것을 양의 방향으로 밀어올린다). 결과적으로, 훨씬 큰 Rt 신호(Lt에 비해)는 LR_Bias를 -0.1로 뒤로 플리핑하도록 요구된다. 이러한 이력현상은 시스템이 LR_Bias 신호의 후방 및 전방의 급속한 플리핑을 나타낼 가능성이 적은 것을 보장하며, 이러한 플리핑은 이미지 이동과 같은 청취 가능한 아티팩트들을 유발함으로써 바람직하지 않을 수 있다.

이미지 이동은 또한, 팬이 후방에 있을 때에만 LR_Bias가 변하게 함으로써 최소화된다. 이미지 이동들은 전방에 있을 때 더욱 인지 가능하다. 또한, 그러한 팬들이 발생할 때 후방에서 전방으로 및 전방에서 후방으로의 패닝이 이미지 이동들을 회피할 때 동일한 이동을 유지한다. 그러나, LR_Bias의 변경은 통상적으로, 오디오 컨텐트의 변경이 발생할 때 발생할 것이다. 따라서, 이미지 위치의 이동은 흔히, 그러한 변경시 요구되며 바람직하다.

전방-후방 패닝 및 왼쪽-오른쪽 패닝 둘다가 시간 상수들을 활용하는 것을 유념할 것이다. 그러한 시간 상수들에 대한 제안된 값이 주어졌지만, 평탄화 값들은 설계자의 기호의 정도 문제이고 시행 착오에 의해 선택될 수 있는 것임을 이해할 것이다. 또한, 바람직한 평탄화 값들은 오디오 컨텐트에 의존하여 가변할 수 있다.

도 6은 상술된 도 1, 도2, 도 3 및 도 5가 함께 조화시키는 방식을 도시한다.

구현

실제로 본 발명은 아날로그 또는 디지털 영역(또는 둘의 일부 조합)에서 실시될 수 있지만, 본 발명의 실제 실시예들에서는, 오디오 신호가 데이터 블록들의 샘플들에 의해 표현되고, 처리는 디지털 영역에서 행해진다.

본 발명은 하드웨어 또는 소프트웨어, 또는 둘다의 조합(예를 들어, 프로그래밍 가능한 논리 어레이들)으로 구현될 수 있다. 특별히 지정되지 않으면, 본 발명의 일부로서 포함된 알고리즘들 및 프로세스들은 임의의 특정 컴퓨터 또는 다른 장치에 고유하게 관련되지 않는다. 특히, 다양한 범용 기계들은 본 개시내용들에 따라 기록된 프로그램들과 함께 이용될 수 있거나, 또는 요구된 방법 단계들을 수행하는 더욱 특수한 장치(예를 들어, 집적 회로들)를 구성하기가 더욱 편리해질 수 있다. 따라서, 본 발명은, 적어도 하나의 처리기, 적어도 하나의 데이터 저장 시스템(휘발성 및 비휘발성 메모리 및/또는 저장 소자들을 포함), 적어도 하나의 입력 디바이스 또는 포트, 및 적어도 하나의 출력 디바이스 또는 포트를 각각 포함하는 하나 이상의 프로그래밍 가능한 컴퓨터 시스템들 상에서 실행하는 하나 이상의 컴퓨터 프로그램들로 구현될 수 있다. 프로그램 코드는 본 명세서에 기술된 기능들을 수행하고 출력 정보를 생성하기 위해 입력 데이터에 적용된다. 출력 정보는 알려진 방식으로 하나 이상의 출력 디바이스들에 적용된다.

각각의 이러한 프로그램은 컴퓨터 시스템과 통신하기 위하여 임의의 원하는 컴퓨터 언어(기계어, 어셈블리, 또는 고수준 절차형, 논리형, 객체 지향 프로그래밍 언어들)로 구현될 수 있다. 임의의 경우든, 언어는 컴파일 또는 해석 언어가 될 수 있다.

각각의 이러한 컴퓨터 프로그램은, 저장 매체 또는 디바이스가 본 명세서에 기술된 절차들을 수행하기 위해 컴퓨터 시스템에 의해 판독될 때 컴퓨터를 구성하고 동작하기 위해, 범용 또는 특수 목적 프로그래밍 가능한 컴퓨터에 의해 판독될 수 있는 저장 매체 또는 디바이스(예를 들어, 고형 메모리 또는 미디어, 자기 또는 광 미디어) 상에 저장되거나 그에 다운로드되는 것이 바람직하다. 본 발명의 시스템은 또한, 컴퓨터 프로그램으로 구성된 컴퓨터-판독 가능한 저장 매체로서 구현되는 것으로 간주될 수 있으며, 그렇게 구성된 저장 매체는 컴퓨터 시스템이 본 명세서에 기술된 기능들을 수행하기 위해 특수하고 미리 규정된 방식으로 동작하게 한다. 본 발명의 다수의 실시예들이 기술되었다. 그럼에도, 본 발명의 기술사상 및 범주를 벗어나지 않고 다양한 수정들이 이루어질 수 있다는 것을 알 것이다. 예를 들어, 본 명세서에 기술된 일부 단계들은 순서가 무관할 수 있고, 따라서 기술된 것과 상이한 순서로 수행될 수 있다.

Claims

스테레오 신호 쌍 Lt, Rt를 수신하는 오디오 매트릭스 디코딩 방법으로서,
상기 쌍의 상대 진폭과 극성은 디코딩된 신호의 재생 방향을 결정하는, 상기 오디오 매트릭스 디코딩 방법에 있어서,
Lt와 Rt의 합의 측정치가 Lt와 Rt의 차이의 측정치보다 큰 것에 응답하여 Lt와 Rt를 전방 방향과 관련된 출력으로 패닝하고(panning), Lt와 Rt의 합의 측정치가 Lt와 Rt의 차이의 측정치보다 작은 것에 응답하여, Lt와 Rt를 후방 방향과 관련된 출력으로 패닝하는 단계와,
수정된 Lt와 Rt 신호를 생성하여 수정된 상기 Lt와 Rt 신호 쌍의 상대 진폭과 극성이 디코딩 신호의 재생 방향을 결정하도록, Lt와 Rt 신호의 차이 신호를 형성하고, 상기 차이 신호를 바이어스 이득 인자만큼 스케일링하며, 상기 스케일링된 차이 신호를 Lt와 Rt 신호 모두에 합산하여, 재생 신호의 방향을 이동시키기 위해 상기 스테레오 신호 쌍 Lt와 Rt를 수정하는 단계를
포함하는, 오디오 매트릭스 디코딩 방법.
제 1항에 있어서, 재생된 신호의 방향을 이동시키기 위해 Lt와 Rt를 수정하는 단계는 후방 방향과 관련된 출력으로 패닝된 신호를 이동시키는, 오디오 매트릭스 디코딩 방법.
제 2항에 있어서, 재생된 신호의 방향을 이동시키기 위해 Lt와 Rt를 수정하는 단계는 신호를 후방-중심 방향으로부터 멀어지도록 신호를 이동시키기 위해 후방 방향과 관련된 출력으로 패닝된 신호를 이동시키는, 오디오 매트릭스 디코딩 방법.
제 3항에 있어서, 후방 방향과 관련된 출력으로 패닝된 신호는 상기 신호가 최대 진폭을 갖는 방향으로 상기 후방-중심 방향으로부터 멀어지도록 이동되는, 오디오 매트릭스 디코딩 방법.
제 3항 또는 제 4항에 있어서, 상기 이동의 정도는 상기 후방-중심 위치의 신호에 대해 최대이고, 상기 이동은 상기 후방-중심 방향으로부터 점진적으로 멀어지는 방향의 신호에 대해 점진적으로 감소하는, 오디오 매트릭스 디코딩 방법.
제 2항 내지 제 5항 중 어느 한 항에 있어서, 재생된 신호의 방향을 이동시키기 위해 Lt와 Rt를 수정하는 단계는 또한 전방 방향과 관련된 출력으로 패닝된 신호를 이동시키는, 오디오 매트릭스 디코딩 방법.
제 6항에 있어서, 재생된 신호의 방향을 이동시키기 위해 Lt와 Rt를 수정하는 단계는 상기 전방-중심 방향의 신호를 최소로 이동시키기 위해 전방 방향과 관련된 출력으로 패닝된 신호를 이동시키는, 오디오 매트릭스 디코딩 방법.
제 7항에 있어서, 상기 이동의 정도는 상기 전방-중심 위치의 신호에 대해 최소이고, 상기 이동은 상기 전방-중심 방향으로부터 점진적으로 멀어지는 방향의 신호에 대해 점진적으로 증가하는, 오디오 매트릭스 디코딩 방법.
제 1항 내지 제 8항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 이동의 정도는 Lt와 Rt의 차이의 측정치에 기초하는, 오디오 매트릭스 디코딩 방법.
제 1항 내지 제 9항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 이동의 정도는, Lt와 Rt가 후방 방향과 관련된 출력으로 패닝될 때만 변하는, 오디오 매트릭스 디코딩 방법.
스테레오 신호 쌍 Lt, Rt를 수신하는 오디오 매트릭스 디코딩 방법에서, 상기 쌍의 상대 진폭과 극성은 디코딩된 신호의 재생 방향을 결정하는, 오디오 매트릭스 디코딩 방법에 있어서,
전방 및 후방 방향과 관련된 출력의 방향을 왼쪽 또는 오른쪽으로 이동시키는 단계로서, 후방 방향과 관련된 출력의 방향은 전방 방향과 관련된 출력의 방향보다 크게 이동하고, 상기 이동 단계는, 수정된 Lt와 Rt 신호를 생성하여 수정된 상기 Lt와 Rt 신호 쌍의 상대 진폭과 극성이 디코딩 신호의 재생 방향을 결정하도록, Lt와 Rt 신호의 차이 신호를 형성하고, 상기 차이 신호를 바이어스 이득 인자만큼 스케일링하며, 상기 스케일링된 차이 신호를 Lt와 Rt 신호 모두에 합산하여, 상기 스테레오 신호 쌍 Lt와 Rt를 수정하는 단계를 포함하는, 상기 이동 단계를
포함하는, 오디오 매트릭스 디코딩 방법.
신호 쌍이 오디오 매트릭스 디코더 또는 디코딩 방법에 의해 디코딩되기 전에, 스테레오 신호 쌍 Lt, Rt를 수정하는 방법으로서,
상기 쌍의 상대 진폭과 극성은 디코딩된 신호의 재생 방향을 결정하는, 상기 스테레오 신호 쌍 Lt, Rt를 수정하는 방법에 있어서,
수정된 Lt와 Rt 신호를 생성하여 수정된 상기 Lt와 Rt 신호 쌍의 상대 진폭과 극성이 디코딩 신호의 재생 방향을 결정하도록, Lt와 Rt 신호의 차이 신호를 형성하고, 상기 차이 신호를 바이어스 이득 인자만큼 스케일링하며, 상기 스케일링된 차이 신호를 Lt와 Rt 신호 모두에 합산하여, 상기 스테레오 신호 쌍 Lt와 Rt를 수정하는 단계를
포함하는, 스테레오 신호 쌍 수정 방법.
스테레오 신호 쌍 Lt, Rt를 수신하는 오디오 매트릭스 디코딩 방법으로서,
상기 쌍의 상대 진폭과 극성은 디코딩된 신호의 재생 방향을 결정하는, 상기 오디오 매트릭스 디코딩 방법에 있어서,
Lt와 Rt의 합의 측정치가 Lt와 Rt의 차이의 측정치보다 큰 것에 응답하여 Lt와 Rt를 전방 방향과 관련된 출력으로 패닝하고(panning), Lt와 Rt의 합의 측정치가 Lt와 Rt의 차이의 측정치보다 작은 것에 응답하여, Lt와 Rt를 후방 방향과 관련된 출력으로 패닝하는 단계와,
재생된 신호의 방향을 이동시키기 위해 Lt와 Rt를 수정하는 단계로서, 상기 수정 단계는, 전방 및 후방 방향과 관련된 출력의 방향을 왼쪽 또는 오른쪽으로 이동시키는 단계로서, 후방 방향과 관련된 출력의 방향은 전방 방향과 관련된 출력의 방향보다 크게 이동하고, 상기 이동 단계는, 수정된 Lt와 Rt 신호를 생성하여 수정된 상기 Lt와 Rt 쌍의 상대 진폭과 극성이 디코딩 신호의 재생 방향을 결정하도록, Lt와 Rt 신호의 차이 신호를 형성하고, 상기 차이 신호를 바이어스 이득 인자만큼 스케일링하며, 상기 스케일링된 차이 신호를 Lt와 Rt 신호 모두에 합산하여, 상기 스테레오 신호 쌍 Lt, Rt를 수정하는 단계를 포함하는, 상기 수정 단계를
포함하는, 오디오 매트릭스 디코딩 방법.
제 1항 내지 제 13항 중 어느 한 항의 방법을 수행하도록 조절된 장치.
컴퓨터가 제 1항 내지 제 13항 중 어느 한 항의 방법을 수행하게 하도록 컴퓨터 판독 가능한 매체에 저장된 컴퓨터 프로그램.