PL223896B1 - Sposób wizualizacji wielokanałowego sygnału audio oraz układ do wizualizacji wielokanałowego sygnału audio - Google Patents

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest sposób wizualizacji wielokanałowego sygnału audio oraz układ do wizualizacji wielokanałowego sygnału audio.

Już od kilkudziesięciu lal podstawowy sposób rejestracji i odtwarzania dźwięku opiera się na technologii stereofonii dwukanałowej. Jednym z głównych urządzeń diagnostycznych stosowanych w procesie rejestracji sygnału w tej technologii jest goniometr. Urządzenie to pozwala na wzrokową ocenę efektu przestrzennego realizowanego nagrania. Podstawowy element konstrukcyjny goniom etru to oscyloskop pracujący w trybie XY. Do wejść X i Y oscyloskopu doprowadza się lewy i prawy kanał sygnału stereofonicznego. Obserwacja figur kreślonych na ekranie oscyloskopu daje możliwość oszacowania przede wszystkim głębokości efektu stereofonicznego, zniekształceń fazowych i innych parametrów dwukanałowego sygnału stereofonicznego. Współcześnie bardzo dynamicznie rozwijane są technologie rejestracji i odtwarzania dźwięku wielokanałowego. Obecnie bardzo popularny jest tzw. format 5.1. Nagranie realizowane jest z wykorzystaniem sześciu kanałów: 5 z nich odtwarzanych jest przez systemy głośnikowe otaczające słuchacza, a szósty (.1), to kanał sub-niskotonowy, odtwarzany przez system głośnikowy tzw. subwoofer. Zasadnicze znaczenie dla odtworzenia akustycznych wrażeń przestrzennych ma lokalizacja 5. odsłuchowych systemów głośnikowych, które otaczają słuchacza - ich planarną lokalizację zaleca norma ITU-R-BS.775-1. Z opisu patentowego US 2009/0182564 znana jest metoda i urządzenie do wizualizacji wielokanałowego sygnału audio do zastosowań w szczególności w systemach dekodowania bazujących na technologii Spatial Audio Coding (SAC). W metodzie tej wykorzystuje się operacje w dziedzinie częstotliwości wykonywane na sygnale o zredukowanej ilości kanałów. Z opisu patentowego HP 1 132 720 znana jest metoda i urządzenie do wizualizacji dźwięku w formacie stereofonicznym i 5.1 oraz 5.0 bazująca na wyliczaniu współczynnika korelacji wzajemnej (tzw. międzykorelacji) między kanałami.

Sposób wizualizacji wielokanałowego sygnału audio, według wynalazku, wykorzystujący urządzenie wizualizacyjne, charakteryzuje się tym, że wielokanałowy sygnał audio przekształca się na dwa sygnały X i Y, z których każdy tworzony jest przez ważone sumowanie w analogowym sumatorze napięć ADDX i ADDY wyprostowanych w prostownikach pełnookresowych P_n wszystkich kanałów (N) sygnału audio (S_n), przy czym współczynniki wagowo (DX) i (DY) sum ważonych dla sygnałów X i Y urządzenia wizualizacyjnego X/Y są ustawiane przy pomocy potencjometrycznych dzielników napięć PX_n i PY_n podłączonych do wejść sumatorów analogowych ADDX i ADDY i zdefiniowane są następująco:

N N

η—1 η—1 gdzie: |S_n| oznacza pełnookresowo wyprostowany sygnał kanału n,

N - ilość kanałów sygnału wielokanałowego

Współczynniki wagowe sum ważonych dla sygnałów X i Y urządzenia wizualizacyjnego określa się z zależności:

DX_n = r_n · cosa_n, DY_n = r_n · sina_n gdzie r_n oznacza znormalizowaną odległość n-tego odsłuchowego systemu głośnikowego od słuchacza określoną wzorem:

min (rń) r_n = —, 1 < n < N, ⁿ gdzie r'_n oznacza wyrażoną w metrach odległość od słuchacza systemu głośnikowego n-tego kanału, a min(r'_n) wyrażoną w metrach odległość systemu głośnikowego tego kanału, którego odległość od słuchacza jest najmniejsza spośród N wizualizowanych kanałów, a kąty a_n, to odległości kątowe kierunków słuchacz - kanał „n” od dodatniej części poziomej osi kartezjańskiego układu współrzędnych, mierzone odwrotnie do kierunku ruchu wskazówek zegara. Zakresy zmienności współczynników DXn i DYn zawierają się w przedziale od -1 do +1.

Układ do wizualizacji wielokanałowego sygnału audio, według wynalazku, zawierający urządzenie wizualizacyjne, charakteryzuje się tym, że dla każdego z sygnałów audio ma prostownik pełnookresowy, którego wyjście połączone jest dodatkowo z wejściem inwertera i dolnym biegunem jednePL 223 896 B1 go z przełączników sygnału X oraz jednego z przełączników sygnału Y. Wyjście inwertera połączone jest z górnym biegunem przełącznika sygnału X oraz przełącznika sygnału Y. Wyjście każdego przełącznika sygnału X połączone jest z odpowiednim potencjometrem sygnału X, a wyjście każdego przełącznika sygnału Y połączone jest z odpowiednim potencjometrem sygnału Y. Wyjście każdego potencjometru sygnału X połączone jest z wejściem sumatora analogowego sygnału X, a wyjście każdego potencjometru sygnału Y połączone jest z wejściem sumatora analogowego sygnału Y. Wyjścia obydwu sumatorów analogowych połączone są z urządzeniem wizualizacyjnym, które umożliwia wizualizację sygnałów w trybie X/Y.

Rozwiązanie według wynalazku umożliwia szacowanie uzyskiwanych elektów przestrzeni dźwiękowej w szybki sposób, podobnie jak to ma miejsce przy realizacjach stereofonicznych i wyk orzystaniu goniometru. Wynalazek pozwala na kontrolę sygnału dla dowolnej ilości sygnałów, także innej niż 5.1 (5.0) ilości kanałów, np. 4.1 (4.0), 6.1 (6.0), 7.1 (7.0) itd., a także daje możliwość kontrolowania sygnału dla innych niż zgodne z zaleceniami normy ITU-R-BS.775-1 ustawień odsłuchowych systemów głośnikowych.

Przedmiot wynalazku objaśniony jest w poniższym przykładzie wykonania i na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia schemat układu według wynalazku dla n kanałów, fig. 2 przedstawia graficzną interpretację wartości r' i a dla przykładu pięciu głośników, rozmieszczonych na okręgu, ze słuchaczem w środku, fig. 3 przedstawia wizualizację źródła dźwięku w kanale lewym przednim, fig. 4 przedstawia wizualizację źródła dźwięku w kanale lewym tylnym, fig. 5 przedstawia wizualizację dźwięku w przypadku, gdy kanał lewy i prawy przedni odtwarzają ten sam sygnał w przeciw fazie, fig. 6 przedstawia wizualizację dźwięku w przypadku, gdy kanał lewy i prawy przedni odtwarzają ten sam sygnał synfazowo, fig. 7 przedstawia wizualizację dźwięku w przypadku, gdy kanał lewy i prawy przedni odtwarzają sygnał stereofoniczny, fig. 8 przedstawia wizualizację dźwięku przestrzennego (surround) w systemie 5.0 (5.1), fig. 9 przedstawia wizualizację dźwięku przestrzennego (surround) w systemie 5.0 (5.1), przy czym tylne kanały odtwarzają sygnał w przeciwfazie.

Wizualizację pięciokanałowego sygnału audio realizuje się w układzie, składającym się z pięciu prostowników P₁...P₅ pełnookresowych, pięciu inwerterów I-...I₅ pięciu przełączników sygnału X KX-...KX₅, pięciu przełączników sygnału Y - KY₁.KY₅, pięciu potencjometrów PX₁...PX₅, pięciu potencjometrów PY₁.PY₅ oraz dwóch sumatorów analogowych ADDX i ADDY. Sumatory analogowe podłączone są do urządzenia wizualizującego X/Y. Sygnał S₁ prostuje się w prostowniku P₁, następnie sygnał wyjściowy prostownika P1 kieruje się na dolny biegun przełączników KX1 i KY1 oraz na wejście inwertera I₁, w celu uzyskania sygnału odwróconego w fazie. Sygnał wyjściowy prostownika P₁ po odwróceniu fazy przez inwerter I₁ z jego wyjścia kieruje się na górny biegun przełączników KX₁ i KY₁. Wyjście przełącznika KX₁ połączone jest z potencjometrem PX₁, natomiast wyjście przełącznika KY₁ połączone jest z potencjometrem PY₁. Wyjście potencjometru PX₁ połączone jest z wejściem sumatora ADDX, a wyjście potencjometru PY1 połączone jest z wejściem sumatora ADDY. Wylicza się współczynnik wagi DX₁ z zależności DX₁ = r₁-cosa₁ oraz wagi DY₁ z zależności DY₁ = r₁-sina₁, gdzie r1 oznacza znormalizowaną odległość pierwszego głośnika od słuchacza określoną wzorem:

min (Z|)

gdzie r'₁ oznacza wyrażoną w metrach odległość od słuchacza pierwszego głośnika, a min(r'₁) wyrażoną w metrach odległość głośnika, którego odległość od słuchacza jest najmniejsza spośród 5 wizualizowanych kanałów, a kąty a₁, to odległość kątowa kierunku słuchacz - kanał „pierwszy” od dodatniej części poziomej osi kartezjańskiego układu współrzędnych, mierzone odwrotnie do kierunku ruchu wskazówek zegara. Następnie na podstawie wyliczonych współczynników DX₁ i DY₁ ustawia się moduły - wartości bezwzględne współczynników DX₁ i DY₁ przez ustawienie stopnia podziału napięcia potencjometrów PX₁ i PY₁. Znak tych współczynników ustala się przy pomocy przełączników KX₁ i KY₁, w górnym położeniu - znak minus współczynników DX₁ i DY₁, w dolnym położeniu - znak plus współczynników DX₁ i DY₁. Dla czterech pozostałych sygnałów S₂, S₃, S₄, S₅ tor sygnału realizowany jest jak dla sygnału S₁ i w taki sam sposób określa się współczynniki wagowe DX i DY i ustawia się moduły. Następnie odpowiednio ze wzorów s s

η—1 η—1

PL 223 896 B1 w sumatorze ADDX i ADDY określa się sygnały X i Y urządzenia wizualizacyjnego. Sumator ADDX steruje kanałem X, a sumator ADDY steruje kanałem Y urządzenia wizualizacyjnego X/Y o zasadzie działania podobnej do oscyloskopu pracującego w trybie X/Y.

Claims (2)

1. Sposób wizualizacji wielokanałowego sygnału audio wykorzystujący urządzenie wizualizacyjne, znamienny tym, że wielokanałowy sygnał audio (S_n) przekształca się na dwa sygnały X i Y, z których każdy tworzony jest przez ważone sumowanie w analogowym sumatorze napięć ADDX i ADDY wyprostowanych w prostownikach pełnookresowych P_n wszystkich kanałów (N) sygnału audio (S_n), przy czym współczynniki wagowe (DX) i (DY) sum ważonych dla sygnałów X i Y urządzenia wizualizacyjnego X/Y są ustawiane przy pomocy potencjometrycznych dzielników napięć PX _n i PY_n podłączonych do wejść sumatorów analogowych ADDX i ADDY i zdefiniowane są następująco:

DX_n = r_n · cosa_n, DY_n = r_n · sina_n, gdzie r_n oznacza znormalizowaną odległość n-tego odsłuchowego systemu głośnikowego od słuchacza określoną wzorem min (/_n) r_n = —“—, 1 < n < N, ^rn gdzie r'_n oznacza wyrażoną w metrach odległość od słuchacza systemu głośnikowego n-tego kanału, a min(r'_n) wyrażoną w metrach odległość systemu głośnikowego tego kanału, którego odległość od słuchacza jest najmniejsza spośród N wizualizowanych kanałów, a kąty a_n, to odległości kątowe kierunków słuchacz - kanał „n” od dodatniej części poziomej osi kartezjańkiego układu współrzędnych, mierzone odwrotnie do kierunku ruchu wskazówek zegara.

2. Układ do wizualizacji wielokanałowego sygnału audio, zawierający urządzenie wizualizacyjne, znamienny tym, że dla każdego z sygnałów audio (S_n) ma prostownik (P_n) pełnookresowy, którego wyjście włączone jest dodatkowo z wejściem inwertera (I_n) i dolnym biegunem przełącznika (KX_n) sygnału X oraz przełącznika (KY_n) sygnału Y, zaś wyjście inwertera (I_n) połączone jest z górnym biegunem przełącznika (KX_n) oraz przełącznika (KY_n), przy czym wyjście przełącznika (KX_n) połączone jest z potencjometrem (PX_n), a wyjście przełącznika (KY_n) połączone jest z potencjometrem (PY_n), natomiast wyjście potencjometru (PX_n) połączone jest z wejściem sumatora analogowego (ADDX), a wyjście potencjometru (PY_n) połączone jest z wejściem sumatora analogowego (ADDY), przy czym wyjście sumatora analogowego (ADDX) i sumatora analogowego (ADDY) połączone jest z urządzeniem wizualizacyjnym (X/Y).