TWI338461B - Binaural multi-channel decoder in the context of non-energy-conserving upmix rules - Google Patents

Description

九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明與-雜據可彻下混信號與額外控制 而以頭部相關傳遞函數（HRTF) _的方式，進行多储、者 音頻信號的立體解碼有關。 k 【先前技術】 音頻編碼的近來發展已經具有可以根據一立體（或單 音）信號及對應控制資料進行音頻信號多頻道表現的重建 方法。這㈣法與較早期根據像是杜比專親輯（祕Υ Prologic)的矩陣解法不同，因為其傳輸額外的控制資料， 以控制根據該傳輸單音或立體聲頻道進行重建，也同 做為環繞頻道上混。 因此’這樣的參數多頻道音頻解碼H，例如動態影像 壓縮標準環繞（MPEG Su_nd)，便根據M個傳輸頻道以 及額外的控制=貝料重建N個頻道，其中N>M。該額外控制 =貝料表示一種與傳輸所有N個頻道相比之下的較低資料傳 輸率，其使得編碼動作非常的有效率，而同時也確保與M 個頻道裝置及與N個頻道裝置兩者的相容性。[參考j Breebaart et al. UMPEG spatial audio coding / MPEG Surround: overview and current status", Proc. 119th AES convention, New York, USA, October 2005, Preprint 6447.] 這些參數環繞編碼方法通常包括一種根據頻道強度差 異（CLD)與頻道之間諧和性/相關性（ICC)的參數環繞 L说這些參數描述在上混處理中的功率比率以及頻道對 1338461 之間的相雜。先前技術t也使料⑽頻道預測係數 (CPC)，以在上混步驟期間預測中間或輸出頻道。 其他音頻編碼中的發展也已經提供一種獲得遍及立體 聲耳機夕頻道彳§號印象的方法。這__般是利用該原始多頻 道信號與頭部細傳遞函數（HRTF)滤絲，將-多頻道 信號下混為立體聲的方式所完成。 替代的，對於計算效率的理由以及對於音頻品質的理 由來說’賴產生具有左方立麵道與右方立體頻道的立 體信號方式，當然也是有用的。 然而，其問題在於如何能夠組合該原始的頭部相關傳 遞函數（HRTF)舰^。另外在雜-種能量損失效應的 上混規則方式巾’換言之當該乡頻道解碼^輸人的信號， 包含具有像是-第—下混頻道與—第二下混頻道的下混信 號’並另外具有空間參數，以用來進行非能量守恒方式的 上混時，也會產生問題。這樣的參數也已知為像是預測參 數或是頻道酬餘（CPC)。這些參數在麵道程度差異 ^數（CLD)相比之下，具有無法計算反映兩頻道之間能 置分佈的性質，但其可以計算以實作—種可能最佳的波形 =合，並自然地造成能量誤差（例如，能量損失），因此， 备產生該預測參數時，便無法考慮到_上混雜量守值性 質，而只能關心該重建信號與該原始信號相比之下的最可 能時間或次波段域波形吻合。 备想要簡單的根據這種傳輸空間預測參數，進行頭部 相關傳遞函數（HRTF)渡波n的線性組合時，如果該頻道 6 1338461 預測實作不良，將接收到特別嚴重的人為加工。在此情況 中’即使是細微的線性相關性也會導致一種不想要的:體 輸出頻譜染色（coloring)。目前已經發現當該原始頻道載有 不相關類頻道對並具有相異強度時，便會經常形成至這種 人為加工。 【發明内容】 本發明的目標是提供一種有效率與定量的可接受概 念，以進行多頻道解碼，而獲得一種立體信號，其可以在 例如頭戴式耳機的多頻道信號重製令使用。 根據本發明第一觀點，此目標是利用一種多頻道解碼 器所達成，其利用包含以一上混規則將一下混信號進行上 混的可使用上混規則資訊參數，從來自於一原始多頻道信 號所導出的下混信號產生一立體信號，該上混規則造成— 種能量誤差，該多頻道解碼器包括：一增益因子計算器， 其根據該上混規則資訊以及對應於上混頻道，以頭部相關 傳遞函數（HRTF)為基礎的濾波器特性，計算至少一增益 因子，以降低或消除該能量誤差；以及一濾波處理器，其 利用該至少一增益因子、該濾波器特性與該上混規則資訊 將該下混信號進行濾波，以獲得一能量改正立體信號。 根據本發明第二觀點，此目標是利用一種多頻道解碼 的方法所達成，其利用包含以一上混規則將一下混信號進 行上混的可使用上混規則資訊參數，從來自於一原始多頻 道信號所導出的下混信號產生一立體信號，該上混規則造 成一種能量誤差，該方法包括··根據該上混規則資訊以及 7 1338461 對應於上混頻道’以頭部相關傳遞函數（HRTF)為基礎的 滤波器特性’計算至少一增益因子，以降低或消除該能量 誤差，以及利用該至少一增益因子、該遽波器特性與該上 混規則資訊將該下混信號進行濾波，以獲得一能量改正立 體信號。 本發明的另一觀點與一種電腦程式有關，其具有一種 當在電腦上執行時’實作該多頻道解碼方法的電腦可讀碼。 本發明是基於可以更有利地利用一造成能量誤差上混 的上混規則資訊，以將一下混信號濾波，而在不需要完整 表現該多頻道信號下獲得一立體信號，並接著供應一大量 的頭部相關傳遞函數（HRTF)濾波器。取而代之，根據本 發明，與一能量誤差效應上混規則有關的上混規則資訊， 可以有利地用於避免一下混信號的立體表現，而當根據本 發明時，可計算-增益因子並在進行該下混㈣濾波時使 用，其中此計算增益因子可以降低或完全消除該能量誤差。 具體來說，該增益因子不只與像是該預測參數的上混 規則資訊有關’更重要的是，其也與對應於該上混頻道， 以頭部相關傳遞函數（HRTF)為基礎的濾波器有關，其中 該上混規則為已知。具體來說，這些上混頻道從來不存在 於本發明的較佳實施例中，因此該立體頻道並不需要像是 -個中間頻道的首次呈現便可計算。然而，軸該上混頻 道本身從不存在於雜佳實_中，鋪可以導出或提供 對應於該上關道，明部糊傳遞函數⑽TF)為基礎 的濾波器。已經發現由這種能量損失效應上混規則所引入 8 1338461 的能量誤差’並不與從該編碼器傳輸至該解碼器的上混規 則資訊對應’但與以頭部相關傳遞函數（Hrtf)為美礎的 濾波器相關’因此當產生該增益g子時，以頭部相關傳遞 函數（HRTF)為基礎的滤波器也影響該增益因子的計算。 有鑑於此，本發明將說明上混規則資訊之間的互相依 賴關係，因此代表該頻道’以頭部相關傳遞函數（hrtf) 為基礎叙⑽制參數與較表象，將成為湘該上混 規則進行上混的結果。 因此，本發明提供-種方法，以解決從利用一預測上 混與參數㈣道音頻立體解顺合時所產生⑽譜染色現 象。 。本發_較佳實施例包括以下特徵：—種音頻解碼 器，其從Μ瓣碼信號與建立寧〉均個頻道有關的空間 參數產生-立體音頻信號，贿碼器包括—增益計算器， 用於在許多次波段中’從來自於ρ對立體次波段滤波器與 建立/道有__她子集合估計兩補償增 益’並包括—增益調料，用於修改在許多次波段中由該/> 對^體-人波;道波H線性組合所獲得的奶丨立體次波段遽 波器’該修改為龍料立體錢段驗㈣每—個與由 該增皿4算11所計算的兩個增益相乘所組成。 【實施方式】 在詳、，田娜本發明增盈調整觀點之前，現在將連接第7 至第11圖討論頭部相_遞函數（肅⑽波器的組合， 以及以頭部侧傳遞函數（聰F)絲礎的舰ϋ使用。 9 為了較好地鱗本發明的特徵與優點，魏將進行一 f更詳盡的敘述。在第7圖中·—種立體合成演算法。 _部相_遞函數（HRTF)進行—組輸人頻道的滅 波。每個輸人信號都被分裂成兩個信號（―左方（L)以及 一右方⑻成分）；接著這些信號的每—個都利用對應於 該要求音響來驗置_部侧傳遞函數（贈F)所遽 波。接著加總所有的左耳信號以產生該左方立體輸出信“ 號’接著並加總該右耳信號以產生該右方立體輸出信號/ 該頭部相關傳遞函數（hrtf)迴旋操作可以在時間域 中進行’但由於計算效率的时，其通錄佳的是在頻率 域中進行狀。在輯況中，在第7 κ中所顯示的加總也 可以在頻率域中進行。 原則上，如同第7圖中所描繪的立體合成方法可以被 直接使用，以與-種動態影像壓縮標準（MpEG)環繞編碼 器/解碼驗合。在第8圖帽概要顯示該動態影像壓縮標 準（MPEG)環繞編碼器。多頻道輸入信號是由一空間編碼 器所分析，並組合空間參數，形成一單音或立體聲下混信 號。該下混可以利用任何的傳統單音或立體聲音頻編碼方 式所編碼。所形成的下混位元串流則利用一多路傳輸器與 該空間參數組合，形成完整的輸出位元串流。 第9圖中顯示組合一動態影像壓縮標準（MpEG)環繞 解碼器的立體合成設計。該輸入位元串流則進行解多路傳 輸，形成空間參數與一下混位元串流。該後者位元串流則 利用一傳統的單音或立體聲解碼器所解碼。—空間解碼器 根據該傳輸空間參數將該解碼下混進行解碼以產生一多 頻道輸出。最後，該多頻道輸_由如在第7圖所描_ 立體合成效果所處理，形成—種立體輸出信號。 然而，這樣的動態影像壓縮標準（MPEG)環繞解碼器 與立體合成模組的Φ流，至少具有三項缺點： 春以-種中間步驟計算多頻道信號表現，之後進行頭部 相關傳遞函數（HRTF)迴魏理並在社體合成步驟中進 行下混。軸在已知每個音頻信號可以具有—不同空間位 置的情況下，應該以每—頻道為基魏行頭部湖傳遞函 數（HRTF)迴旋處理，然而這從複雜度的觀點來說，是一 種不想要的情況。 •遠空間解碼器是在一濾波組（正交鏡相濾波器 (QMF))、巾所操作。換句話說，—般是在快速複立葉轉換 (FFT)域巾翻頭部細傳遞函數（hrtf)迴旋處理。 因此，便需要一多頻道正交鏡相滤波器（QMF)合成滤波 組、-多爾離散複立葉賴（DFT)，以及―立體聲反向 離散複立葉轉換（DFT)轉換的㈣，形成-種具有高計 算要求的系統。 由該二間解碼器建立一種可感知的多頻道重建時所 造成的編碼人為加工，將可能在該（立體聲）立體輪出中 所增強。 第11圖中顯示該空間編碼器。一多頻道信號是由

Ly:(：、/?/與&錢所組成，其代表左前、左環繞、中央、 右則與右環繞頻道，並糊兩個，，-對二（OTT)，，單元所處 1338461 理’每產生—單音下混與代表兩輸人賴的參數。 該形成的下混信號與該中央頻道組合，並進一步利用一，，二 對二（TTT) ’’編碼器所處理，其產生一立體聲下混與額外 的空間參數。 x

:般來說’由該”二對三（τττ)，’編碼器所形成的參數 是由代表每一參數波段的一對預測係數或是一對程度差異 參數所組成’以描述該三個輸人信號的能量比率。該，，一對 二(ΟΤΤ ”編碼器的參數則是利用代表每個頻率波段輸入 L號之間的程度差異無和性，或是交叉襲性數值所组 成。 第12圖則描、續一種動態影像壓縮標準（⑽阳）環繞 解碼器。將該下混信號10與Γ〇輸入至一二對三（τττ)模 中卩重建-中央頻道、一右側頻道與一左側頻道。

=個頻道則進—步由多個—對二（〇tt)模組所處理， 以產生六個輸出頻道。 妒』Ϊ 1G圖中所顯示的概念觀點’可以看到所對應的立 =二°其_波11組域、該立體聲輸人信號… 3貝^二對三（τττ) _器所處理，形成三個信號上、 此三個信號接著進行頭部相關傳遞函數（hrtf) 立。所形成的六_道則進行加總以產生該立體聲 立體輸出對（4、圮）。 车 ~ L - mu mn •J- R - m22 A) C -w3, mn •及〇- 12 目〜則與空間參數有關，空間參數 矩陣項目的關係對於像是在51多頻道動態影像壓縮標 準（MPEG)環、繞解碼器的關係而言為唯一的。該三成 信號乙、/?及C的每—個都被分裂為兩個，並利用與這些立 =源位置的要求（感知）位置所對應的頭部相關傳遞函 數（HRTF)參數進行處理。對於該中央頻道（c)而言， 可以直接地朗該音響來源位置的空間參數，形成兩:代 表中央Z^(Q及的輪出信號： 'W 'HiXC)

C 對於該左方（L)頻道而言，來自於該左前方與左環繞 頻道的頭部相關傳遞函數（HRTF)參數則利用權重~與 HV組合於一單一頭部相關傳遞函數（HRTF)參數集合之 中。所形成的”合成（composite )，，頭部相關傳遞函數（hrtf ) 參數則利用統計概念模擬在該前方與環繞頻道兩者的效 果。該後續方程式則用來產生代表該左方頻道的立體輸出 對u5、心）： 'Lb(L) X⑷， β,α\ 以一種相似的形式，也可以根據以下方程式獲得代表 該右方頻道的立體輸出： 'lb(R) mr\ 在已知上述對於 Z^(C) Ά(〇、 與/^(R)的定義下’該完整的&與心信號可以在已知該立 V \ 人 Λ. &Jk_ 體聲輸入信號下，從一種單一 2x2矩陣所導出： 其中 *11 =fnuH/(L) + m2lHL(R) + milHL(C) = ml2H, (L) + mnH, (R) + mi2H, (〇 K =r^i)HK(L) + m2]HR(R) + m：s]HR^ ^=mnHR(L) + m22HR(R) + mnHR(C) 該Hx⑺滤波器可以表示為一種該原始頭部相關傳遞 =數^HRTF)渡波器的參數形式參數加權組合。為了使其 犯夠疋成’該原始頭部相關傳遞函數（^F)滤波器則 示為 “。 •代表該左耳脈衝回應每個辭波段的（平均）程度； •代表該右耳脈衝回應每個頻率波段的（平均）程^ ; •代表該左耳與右耳脈衝回應之間的（平均）抵達時間 或相位差異。 因此’在已知該巾央頻道輸人信號下，代表該左耳與 X(C)' .^r(C). Pr(C)e，c>/2 其中Ρ/(〇為代表該左耳_已知鮮波段下的平均程 度’而#c)則為該相位差異。 口。因此，該頭部相關傳遞函數（HRTF)參數可能可以簡 單地利用-種具有/^與匕的信號乘法運算所組成其對應 於該中央頻翻音響麵位置，同__分散該相位差 異。此處理對於每個正交鏡相·If WMF) 組而言都可 以獨立地進行，其在一波段上從頭部相關傳遞函數（HRTF) 參數映射至正交鏡相濾波器（QMF)組，另一方面也從該 空間參數映射至該正交鏡相濾波器組。 相似的，在已知該左頻道與右頻道之下，代表該左耳 與右耳的頭部相關傳遞函數（HRTF)濾波器可以由以下方 程式所給定： H^L) = ^ρ,2(¥)+Κρ,2(^)

Hr(r) = /^Pr2 (Rf)+ w2rsPr2 (Rs) 明顯的，對於該六個頻道，該頭部相關傳遞函數 (HRTF)為代表該參數頭部相關傳遞函數（HRTF)濾波 器程度與相位差異的加權組合。 該權重外與w/s則與用於左前方（；Lf)及左環繞（Ls) 的一對二（οττ)功能區塊頻道強度差異（CLD)有關： ’ l + l〇c"V 丨。 k l + l〇C"Vl〇 而該權重與Wrs則與用於右前方（Rf)及右環繞（Rs) 的一對二（=ΓΤ)功能區塊頻道強度差異（CLD)有關： <=]^άζνϊό- 該上述解決方式對於短頭部相關傳遞函數（HRTF)濾 波器可以良好顧，其有效精確性可以表示為每個頻率波 段的平均程度，以及每個頻率波段的的平均相位差異。然 而，對於長回聲頭部相關傳遞函數（HRTF)而言，其並不 適用。 八 本發明將教導如何利用一 2x2矩陣立體解碼器的方 1338461

鲁增益調整。 法’延伸至能夠處理任意 滤波器。為了 ；圭5丨丨.LL n ,, 這可以利用六個舰器置換代表、心與科、及、 C U複數增益所達成。這钱波11是從代表 %與料y'心、Λ/、心、c的十個渡波器所導 ' 出而得，其描述在該正交鏡相濾波器（QMF)域中的已知 頭部相關傳遞函數（HRTF)滤波器回應。這些正交鏡相渡 波器（QMF)表現可以根據以下敘述的方法所達成。 鲁 根據以下方程式，利用一種複數線性組合進行該前方 與環繞頻道濾波器的成型：

Hy(X) = gwf ^Μ~]φχγ^25)Ηγ{Χ/) + gws exp(y^w})//y(j^) 該相位參數‘可以從該前方與後方頭部相關傳遞函數 (HRTF)濾波器之間的主要延遲時間差異〜，以及該正交 鏡相慮波器（QMF)組的次波段指標《，透過以下方程气 所定義：

首先，其 此相位參數在濾波器成型中具有雙重角色 1338461 在疊加之前實作-種兩紐器的延_償，而形成 擬對應於該前方與後方揚聲器之間—來源位置延遲時間二 組合回應。第二，其使得所需要的增益補償因子g更 定，並與利用Η所進行的簡單叠加情況相比之下= 頻率呈現緩慢變化。 ~ 該增益因子g則利用相同的非諧和額外功率規則所定 義，如同用於參數頭部相關傳遞函數

PyiXf ^}Py{Xff ^]PY{Xsf 月〆凡 其中 PY{X) -g (yv^Xf) ^^]Py{Xs)2 +2M>fM；sPY{Xf)PY{Xs)pxY) 而~為下述兩遽波器之間的正規化複數交叉關聯 數數值 哪(-)心)AW)及扒(圳

在利用〜=0進行簡單疊加的情況中，數值以頻率為 函數，呈現-種*穩鎌㈣變化方式，其造成需要額外 的增益調整。在實際實作巾，其需要關增益时g的數 值，且該信號的剩餘頻譜染色效應則無法避免。 相比之下，利用本發明所教導以延遲為基礎的相位補 4員成型，开>成一種以頻率為函數的/^平滑行為。此數值對 於利用濾波器對所導出的自然頭部相關傳遞函數（HRTF) 而言通常接近於一，因為其主要的不同在於延遲與振幅， 而該相位參數目的便是考慮該正交鏡相濾波器（QMF)組 中的延遲差異。 相位參數&的另一替代有利選擇是利用下述兩濾波器 17 1338461 之間的正規化複數交叉關聯性相位角度計算所得 HY{Xf)瓦小㈣ 並且利用標準展開技術將該相位數值展開為該正交鏡 相遽波Is (QMF)組次波段指標w的函數。此選擇造成Pw 永遠不會成為負值，因此該補償增益g對於所有次波段而 言都滿足。此外，此相位參數的選擇使得在主要 延遲時間差異〜無法利用的情況時，也能進行該前方與環 繞頻道濾波器成型。 所以以下考慮的信號，為來自於離散時間信號的調變 濾、波器組或®型快速傅立葉（FFT)分析的次波段樣本，或 疋來自於離散時間k號。可瞭解的是這些次波段必須利用 對應的合成濾波器組操作，轉換回到離散時間域之中。 第1圖描述一種利用與頭部相關傳遞函數（HRTF)相 關的遽波器，進行參數多頻道信號的立體合成步驟。空間 解碼器101根據Λ/個傳輸頻道與傳輸空間參數產生包括# 個頻道的多頻道錢（Λ/<Λ〇。接著由卿械傳遞函數 (HRTF )舰ϋ的裝置將這些則_道雜至代表立體聽 覺的兩輸出頻道之巾。綱部相_遞疏（HRTF)遽波 器102將每個輸入頻道的遽波結果叠加，其令一個頭部相 關傳遞函數（HRTF)舰n用於左耳，而另―頭部相關傳 遞函數（HRTF)缝器則用於右耳。總的來說，其需要-個遽波器。反之，當透過_揚聲齡聽時，可達成一種 參數夕頻道錢的n聽者經驗，#健號之間的細微 内部相關性將造成對於該立體聽覺的人為加工 。這些人為 加工則由來自於編碼之前進行賴則_道頭部相關傳遞 函數（HRTF)〉紐所定義的參考立體信號頻譜内容中的差 f所主導:此串聯的另-項缺點為對於立體合成的總體計 异成本必須另外加在用於該每-成分101及102所需要的 成本之上。 _第2圖描述一種利用本發明所教導組合濾波方式所進 行的參數夕頻道信號立體合成。該傳輸空間參數則由201 刀4成兩個集合，集合i與集合2。在此，集合2包括從該 从個傳輸頻錢立該p個巾嶋道的適切參數，而集合^ 包括從該P個巾嶋道建立該AM賴道的適切參數。先前 技術中的預組合器2Q2利用權重將該2雜與該頭部相關傳 遞函數（HHTF)相_次波段丨紐㈣撕組合，該權重 則$該參數集合1及該選麟波ϋ對細。此縣合的結 果疋產生2户個立體次波段濾波器，其表現一種用於該尸個 中間頻道每—個的立體濾波器對。本發明組合器203利用 “參數、、且合2及該2ρ個立體次波段遽波器兩者相關的權 重’將該2Ρ個立體次波段濾波器組合成為一組2从個立體 -人波段遽波器。相比之下先前技術的線性組合器可以應 用只與該參數集合2相關的權重。該形成的2从個濾波器組 則由用於該Λ/個傳輸頻道每一個的立體濾波器所組成。該 組=遽波單元2〇4藉由利用該對應濾波器對濾波的方式， ，仔用於該Λ/個傳輸頻道每一個的兩頻道輸出貢獻對。接 著，進行所有从個傳輸頻道的貢獻加總，以形成一種在該 次波段域+的兩頻道輸出。 第3圖描述本發明組合器2〇3的組件，其用於空間參 數與立體義ϋ敝合。該線，眺合器則_施加從已 :頻譜參數解出的權重，將該2ρ個立體讀段滤波器組 合成為2从個立贿波器，其中這些空間參數為從該Μ個 傳輪頻道建立該/>辦間頻道的物參數。具體來說，此 線性組合麵-歡該職傳輸頻道至該ρ辦間頻道的 上混，以及之後從/>個來驗行立體濾波的㈣。該增益 調整器303利用對每-個對應於左耳輸出的遽波器施加左 方増益的方m對每—個對應於右耳輸出的滤波器施 加右方增益的方式，修正來自該線性組合器3〇1所輸出的 2Λ/個立體滤波器。那些增益則來自於該空間參數與該π 個立_波器。本發明組件3〇2與3〇3所進行的增益調整 目的’在於補償該/M时隨道在具有空_碼線性相關 性時，因為該線性組合器所造成的非預期頻譜染色效果。 由本發明峨導的增益計算器3G2包含_麵參數為函 數所進行該P個令間頻道的能量分佈估計。 第4圖描述在-立體聲傳輸信號情況中，動態影像麼 縮標準環繞（MPEG Surround)空間解碼的結構。該 個傳輸信號分析次波段被提供至該二對三（2+3)功能區 塊401之中，其輸出户=3個中間信號，一組合左方、:: 合右方以及-組合中央信號。此上混與該傳輸空間參數的 次集合有關，其對應於第2圖中的集合2。該三個中間信號 接著被k供至二個一對一（1~>2)功能區塊4〇2_4〇4之中， 其產生總數為的信號405 :左前方（//)、左環繞（4)、 20 1338461 右刖方（7)、右ί魏⑷、中央⑺以及低頻增強（⑹。 此上混與該倾如參數的次集合有關其對應於第2圖 的集合1。該最終多頻道數位音頻輸出則將該六個 段仏號傳送至六個合成濾波鱗_所建立。 第5圖描述利用本發明增益補償所解決的問題。代表 該左耳的參考頭部相_遞函數（贈F)纽立體輸出頻 譜則利用實心圖形所描繪。虛線圖形則描_用第2圖方 法所產生的對應解碼親頻譜，其巾該組奸2G3只由該 線性組合器3G1所組成。如同可見的，在頻率_ 3·4千赫 與1。1 η千赫巾’存在相對於該要求參考頻譜的大量頻譜能 量損失在1千赫與1〇千赫附近也存在少量的頻譜增加。 第6圖則描述利用本發明增益補償的優點。該實心圖 形與第5圖中的參考賴相同，而現在該虛細形描緣利 用第2圖方法所產生的解碼信號頻譜，其中該組合器加 由第3圖中的所有組件所組成。如同可見的，與第5圖兩 條曲線相比之下，該兩條曲線之間獲得—明顯的改善頻譜 吻合。 在之後的文字+’㈣述本發明增細償的數學敎 述。對於離散複數信號以而言，該複數内積與平方模數 (能量）則定義為 (χ^)=Σ^)κ^) •^=ΙΜ2=(χ>χ)=ΣΝ*)Γ· ^=1^=(^^)=21^)12 k ⑴ 其中兩為你)的複數共軛信號。 21 1338461 該原始多頻道信號則由ΛΜ固頻道所組成，而每個頻道 都具有與其_ ’並與—立體頭部相關傳遞函數（咖F) 相關的毅H對。然而在麟假設該參數㈣道信號是利 用從該Λ/個傳輸頻道至/>個·摘道的_上混中間=驟 所建立。此結構則在如同第4圖中所描述的祕影像麗縮 標準環繞（MPEGSurromuO令使用。其將假設該2則固頭 部相關傳遞函數（HRTF)侧歧器的原始集合，已_ 用先前技術的預集合器202減少成為代表該p個預測頻道 的濾波器對，其中MSP·該p個預測頻道信號&㈣、 2、…、P，以近似該P個頻道信號々，产卜2、·、户為 目的，是透過部分下混從該原始#個頻道所導出。'在動態 衫像壓縮標準環繞（MPEG Surround)中，這班·信號為一組 合左方、一組合右方、與一組合並縮放的中央/低頻增強〇伤） 頻道。其假設該頭部相關傳遞函數（HRTF)濾波器對與該 仏號Xp對應，是利用代表該左耳的次波段濾波器以及 代表該右耳的次波段濾波器所描述。該參考立體&出信 號便因此可對於《=1、2，利用濾波信號線性疊加方式所計 ^=t(KP*xPm /Μ (2) 其中星號表示在時間方向中的迴旋計算。該次波段滅 波器可以利用有限脈衝回應（FIR)濾波器、無限脈衝回應 (IIR)的形式所給定’或是從濾波器的參數族所導出。 在該編碼器中’該下混是由利用將一 下混矩陣〇 應用至由、，产丨、2、…、尸所形成行向量信號的方式所 形成，而在該解碼器中的預測則利用將一 ΡχΜ預測矩陣C 應用至由該Μ個傳輸下混頻道Zw、W=1、 、M所形成行 向量信號的方式所實作， ip(k) = TiCP,mZm(k) m=\ (3) 在該解碼器處知悉該兩者矩陣，並忽略該下混頻道的 編碼效應，該預測組合效果可以利用下式計算： (4) 其_ 為該矩陣乘積a=CD的項次。 一種用於在該解碼器處產生立體輸出的直向方法，是 簡單的將(2)中的預測信號'置入，形成 Α(*)=Σ(^*^)(λ) ^ ^ (5) 就計算方面來說，該立體濾波是事先與該預測上混組 合，因此(5)可以寫為 m=\ (6) 而該組合濾波器則定義為

Kmik) = Y,cpmbnp(k) p=\ (7) 此方程式描述該線性組合器301的作用，其將利用空 間參數所導iii的係數epw與該立體次波段域滤波器k組 5田該原始尸個仏號々具有基本上由Μ所限定的數值排 序’該預測便可以良好實作，而該近似方式是成立的。 這在例如如果只有該戶個頻道之中的从個作用時，或是如 1338461 果重要的雜成分是源自於振鴨雜（amp丨itude_^g) 時’便會發生。在該情況中，該解碼立體信號(5)對於該參 考(2)有-良好的吻合n面’在—般情況以及特別是 在原始/MSHf號細的情況巾，將存在—大量的預 測損失，且源自於(5)的輸出可以明顯地與源自於⑺的能量 有所差異。如_差_在不同頻率波段中所不同，該最 後音頻輸出也遭受到如在第5圖中所贿的頻譜染色人為 加工。本發明教導如何__輸出進行增益補償的方式 避免此問題的發生，其根據以下方程式 y»=8n'yn 一 & ⑻

就计算方面來說，根據該增益調整器3〇3lw=gAmW

改變該組合紐II，可以有利地進行增益補償 修正組合濾波變成為 V

m»I (9)

在(8)中的補償增益最佳數值為 g=w ‘、、、

n IW (ίο) 該增益計算器302的目的是用以從在該解碼器中可獲 传的資訊估計這些增益。現在將描㈣於此項目的多種工 具。在此該可獲得的資訊是由矩陣項目％以及與該頭部相 關傳遞函數（HRTF)相關次波段濾、波器k所表示。首先， 後續近似以，將假設代表用於已經_與麵部相關傳 遞函數（HRTF)相關次波段驗器w所過齡號r少 之間的内積， 24 1338461 (i>*X,d*y)^(b,d)(x,y) / (11) 此近似方式是根據通常該濾波器的最大能量是集中在 一主導單一輸出（singletap)，其接著預先假定該應用時間 頻率轉換的時間步驟與該頭部相關傳遞函數（HRTF)濾波 器的主要延遲差異相比之下是足夠大的。應用的近似與 (2)組合，形成 M2 ^ iHbr.,PA.q){xp,Xg)

… (12) 該次一近似方式則假設由該不相關原始信號所組成， 對於内而言，〈Ά〉= 0。則(12)便簡化為 Μ-Σ\Κΐ\\4 (13) (14) 對於解碼能量而言，對應於(12)的結果為 I九 Γw Σ〈Κ〉〈\Λ〉

在(14)甲插入該預測信號(4)，並應用該原始信號為不相 關的假設，獲得 …j (15) 剩下為了能夠，算由方程式(1 〇)所給定的補償增益為 估計該能量分佈IMI，/7=1、2、...、/>，戶為最大至任意因 子的原始頻道數目。本發明教導如何藉由利用能量分佈的 函數’計算對應於該假設的預測矩陣cm()del而完成此項工 作’其中這些頻道彼此不相關，而該編碼器的目標為將該 預測誤差最小化。如果可能的話，接著利用求解非線性方 25 的方鞋jm°del=c料該能量分佈。對於形成不具有解答 足=1。2統預測參數而言，該增益補償因子則設定為 詳細描述《。月步驟將在後續㈣中，於最重要的特別情況 由U5)所增加的計算負載可以在户=糾的情況中利 以严擴严方式（例如參考PCT/EP2。。細則所減少 Γ^χ9) = (^,χ,) + Δ£.ν/ ·ν

盆 Ρ 9 (16) 八中V為具有成分4的單位向量，因此Dv=0，而Δ£為 預設損失能量 ^=£-^=1||^||2-1||^||2 P M (17) (15)的計算接著可以利用在(14)中應用（16)而有利的置 換，其造成 RIHWI2-A£. (18)

Τν Λ ^ Ρ η、ρ 接著，將討論從兩頻道預測這些頻道的較佳特別處 理。作2與/^=3的情況則在動態影像壓縮標準環繞（ΜρΕ^ Surround)的情況中使用。該信號為一組合左方々=/，一組 合右方λ：2=^以及一（縮放）組合中央/低頻增強（lfe)頻道 X3=C。該下混矩陣為

D = 0 (19) 而由兩傳輸實數參數Cl、c2所建構的預測矩陣，則為

2 + c, c2 -1 c, -1 2 + c2 1-c, l-c2 26 (20) 1338461 在該原始頻道為不相關的假設之 ^ 卜’完成該最小化預 測誤差的預測矩陣如下 取i化視

C model 1

LC + RC + LR

LC + LR ~LC -RC RC+LR RC LC 分佈 令cmodel=c，獲得由本發明所教導的（未正規化) (21)能量 'L /?〇-〇)' R = α(ΐ-σ) C .Ρ _ 、 (24)

α>0 > j3>0 > σ<0(23) 其中該預測誤差可以由相同的縮放方式中獲得 Δ£· = 3^(ΐ-σ) 因為户=3=2+1=綱’利用⑽·⑽所描繪的方法也可 ΜΚΐΆ-ν, 以及 +«(ι-·，2||2 + 未3 適用二f單，位，量為卜'馮4]=[1，1，-丨1/^，並具有下述定義 (25) (26) 在該增益計算器302的較佳實施例中所計算用於每個 耳朵《=1、2的補償增益，可以表示為

Sn min S„ ΕΒη+ε + ε ，if α > 0,y? >〇,cr<i (27) otherwise 在此ε>〇為—小數目，其目的在於穩定靠近該變數參

其中，^ = 、>9 = (l-C2)/3、 下所定義的變數範圍中適用 (22) σ~α + 々而Ρ = 。這在以 27 1338461 數範圍邊緣的方程式，r?ij “為—應用補償增益的上方限 制。（27)的增益對於左耳與右耳㈣、2不同。本發明的不 同是使用一共同增益勒=幻其中 min《 if «>0j/,>〇5<T<I otherwise (f 「 ΕξΤΈ[77

(28) 本發明改正增益因子可以在不牽涉任何與頭部相關傳 遞函數（HRTF)細魏T，使—直向向前多頻道增益補 償成立。 在動態影像壓縮標準環繞（MPEGSurr〇und)中，用於 預測損失的補償已經在該解碼器中，利用一因子丨/p與該 上混矩陣C姆的方式所細，其+ 為該傳輸空

間參數的-部份。其中(27)與⑽的增益已經分別由該乘積 與所取代。這種補償是為了在第5與第6圖中所研 究的立體解碼所細。這也是第5圖的先前技術解碼方式 與參考相比之下具有提高頻譜部分的原因。對於對應於那 些頻率區域的次波段而言’本發明增益補償有效地利用由 方程式(28)所導出的較小數值，取代該傳輸參數增益因子 Ι/p。 此外，因為的情況對應於一種連續的預測方式， 由本發明所教導的一種增益補償更保守變化，將造成用於 P=1的立體增益補償失效。 此外，本發明也可以與殘餘信號一起使用。在動態影 像壓縮標準環繞（MPEG Surround)中，可以傳輪另一預測 28

，幾餘信號A ’而使其可以更準確地重製該原始p==3的信號 \。在此情況中’該增益補償是利用現在將描繪的另一立體 殘餘信號所置換。由一殘餘信號所加強的預測上現則根 據以下方程式所形成 ' 乂 2 研)=Σν» W + Ά(Α〇 (29) 其中[%，1^2，>»；3]=[1，1，-1]/3。利用\代替在(5)中的弋，形 I 成其對應的組合遽波， /η·1 (30) 其中對於卜2的組合濾波器Λ⑽則利用(7)所定義， 而用於該額外殘餘信號的組合濾波器則定義為 , +K,2~bn,3) (31) 此解碼模式的完整結構便因此利用設定的方 式’並利用修正該組合器203進行由(7)與(31)所定義的線性 籲 組合實作，而以第2圖進行描述。 第13圖描述一種第3圖線性組合器3〇1的結果修正表 示。該組合器的結果是-種四個以頭部相關傳遞函數 (HRTF)為基礎的溏波器hn、hi2、&與^。如同利用第 16a與第Π _描述’更加清楚的是這麵波輯應於利 用第16a圖中由15、16、17、18所指明的遽波器。 第16a醜示-跨聽者的頭部，其具有一左耳或左方 立體點以及具有-右耳或右方立體點。當第⑹圖只與一 立體聲方案有關時，該濾波器15、16、17、18則為一㈣ 29 < S > 1338461 頭部相，換函數，其_被各自量贼是透過網際網 路，。或是在-魏者與該左方頻道揚聲器其該右方頻道揚 聲器之間驗不同位置的範本（textb⑽k)所獲得。 然而’因為本發明教導一種多頻道立體解碼器，利用 17 18所描述的遽波II便不是—種純粹的頭部相 關傳遞函數（HRTF)渡波器，而是明部相關傳遞函數 為基礎的渡波器，其不但反映頭部相關傳遞函數 ±时’也無空間參財關，制是與第2圖聯 …^時’便與該空間參數集合1及空間參數集合2有關。 =4 _示在第16中所代表以頭部相關傳遞函 ^於為基魏波器的準則。特暇描述—魏者位 種五頻道揚聲器設置中五揚聲器之_f點的情 牛’在一般的環繞家庭或電影院娛樂系統之中。 ^母個頻道而言，存在兩_部相關傳遞函數（HRTF)， 換換為具有以頭部相關傳遞函數(贿F)做為轉 換函數的濾波器頻道脈衝回應。 數域中所熟知的，—種以頭部相關傳遞函 音響傳播/礎的波器可以貞責—魏者頭部之尹的 言’在第14圖中的頭部相關傳遞函 聽者頭部附近之後 =繞揚聲器Ls所放出音響直接地抵達該 ^ 位置以及該耳朵做等等的影響^ 疋該頭部相闕傳遞函數】（HRIT U與頭部相

30 S 1338461 關傳遞函數2 (HRTF2)彼此並不相同。

子；左方頻道的頭部相關傳遞函數3 (HRTF 3)與 頭部相_遞鍵4 (臟F 4)衫也隨成立，因此雙 耳對於該左方頻道L賴係是不同的。對於其他頭部相關 傳遞函數（HRTF)而言也同樣_，雖織第14圖可以 明顯得知，用於該中趣道_部相關傳遞函數5(HRTF5) 與頭部㈣_函數6 (hrtf 6)將是最_或是對於彼 此而言完全相_，然而仍舊可以由該頭部相關傳遞函數 (HRTF)倾肺各自魏者料對讎。 ㈣μ上所陳述的，已經決定了用於模型頭部與揚肩 器設定的這些頭部相_遞函數（hrtf)， 何特定的，，平均頭部，，下載。 為

現在，隨著在第17圖中171與172所變的明顯的是 、’二-種組合方式將該左方頻道無左環繞賴組合，^ 第15圖巾_ L’所指出代表該左側_個以頭部本 =函數_為基礎的濾、波器。該相同的步㈣ 樣的對於糊實作，如在第15針以R，所贿，並瑪 部相關傳遞函數13 (HRTF 13)與頭部相關傳遞函數p (HRTF 14)。為此目的，也同樣參考第17圖中的項目⑺ 及Π4。然而’在此應該注意的是，對於組合項目⑺、⑺' 17^與174巾的各別頭部相關傳遞函數（HRTF)，便負責反 ，介於該左方（L)驗與觸始奴Ls賴、^ 二於該右方（R)倾與_料鱗設定 頻道間強度差異纽。制i雜錄料了=^ 31 1338461 相關傳遞函數（HRTF)線性組合時哺重因子。 如同在之前描述的，當、组合頭部相關傳遞函數（贈F) 相翻—相位因子’該相位因子是被組合頭部 2傳遞函數（HRTF)之間的時間延遲或展開相位差異所 疋義° _ ’姉侧子並稍鱗輸參數有關。

因此，頭部相關傳遞函數11、12、13與14 (HRTF u、 12、13、Η)並非是真的頭部相關傳遞函數（hrtf)遽波 :，而是以頭部相關傳遞函數(HRTF)為基礎的渡波器， 因此這些核器只與該頭部相關傳遞函數（hrtf)有關， 而與傳輸信號無關。做騎代，由於該頻道程度差異失數 啪與啉是用於計算這些頭部相關傳遞函數u、12:13 與14 (HRTF η、12、13、14) ’頭部相關傳遞函數u、12、 13與^(^^、^、⑷也與該傳輸信號有關。

曰現在’描述第15 ®的情況’其仍然具有三個頻道，而 不是如同在較佳下混信號巾所包含的兩傳輸頻道。因此， 必須將該六個頭部相關傳遞函數u、12、5、6、13、m(hrtf U、12、5、6、13、14)組合成如同在第16a圖中所描述 的四個頭部相關傳遞函數15、16、17、18 (_ i5、16、 17、18)〇 為此目的，利用一左方上混規則組合頭部相關傳遞函 數11、5、13 (HRTF11、5、13)，其可以從第16b圖中的 上混矩陣清楚得知。特別是如同在第10b圖中所顯示以及 在功能區塊175巾賴示的左方上混制，其包含參數 mu、與卟「此左方上混規則是在第16圖的矩陣方程 32 1338461 式中，只用於與該左方頻道所相乘。因此，此三個參數也 稱為該左方上混規則。 如同在功能區塊176中所描繪的，現在利用該右方上 混規則組合該相同的頭部相關傳遞函數u、5、13 (胃ρ 1卜5、13 ) ’換言之，在第16b圖的實施例中，該參數卟= ni22與1¾2是用於與第16b圖中的右方頻道相乘。 因此’便產生了頭部相關傳遞函數15 (HRTF 15)與 頭部相關傳遞函數17 (HRTF 17)。類似的，利用該上混左 方參數mu、叫與叫卜组合第ls圖的頭部相關傳遞函匕數 12、6、14 (HRTF 12、6、14)以獲得頭部相關傳遞函數 16 (HRTF 16)。利用頭部相關傳遞函數12、6、14 (hrtf 12、6、14)並利用由叫2、！^2與叫2所指明的上混右方參 數或是右方上混規則進行一對應的組合，以獲得第i6a圖 的頭部相關傳遞函數18 (HRTF 18)。 · 、再次要強調的是，雖然在第14圖中的原始頭部相關傳 遞函數（HRTF)與該傳輸信號完全無關，以頭部相關傳遞 函數（HRTF)為基礎的新濾波器丨5、16、17 18現在則 與該傳輸信號有關，因為包含在該多頻道信號之中的空間 參數是用於計算這些濾波器15、16、17、18。 最後為了獲得一立體左方頻道Lb與一立體右方頻道

Rb，必須在一加法器13〇a中組合濾波器丨5與17的輸出。 類似的，必須在一加法器130b t組合濾波器16與18的輸 出。這些加法器103a、103b反映該人類耳朵之中兩俨號 疊加。 β 33 1338461 接著，將討論第18圖。第18圖顯示本發明多頻道解 碼器的一較佳實施例，用於利用從一原始多頻道信號所導 出的下混信號產生一立體信號。該下混信號則於z〗及巧處 描述，也利用’’L”與’’R”所指明。此外，該下混信號具有與 其相關的參數，該參數至少是一種代表左方與左環繞的頻 道程度差異，或是代表右方與右環繞的頻道程度差異，以 及該上混規則的資訊。 自然地，當該原始多頻道信號只是一種三頻道信號 時’並不傳輸〇1(1|或〇1(11·，而如同之前描述的只有參數側資 訊將成為該上混規則的參數，而此上混規則將造成上混信 號中的能量誤差。因此，雖然當實作一種非立體表現時， 該上混信號的波形盡可能的與該原始波形相符，該上混頻 道的能量卻與該對應原始信號的能量相異。 在第18圖的較佳實施例中，該上混規則資訊是利用兩 上混參數cpci、cpc2所反映。然而，也可以應用任何其他的 上混規則資訊，並透過一特定位元數量發信。特別是，可 以利用在該解碼器處的表格進行特定上混方案與上混參數 的發信’因此只需要從一編碼器傳送該表格指標至該解碼 器。替代的，也可以使用不同的上混方案，像是從二至多 於一頻道的上混方式。替代的，可以傳輸多於兩個預測上 混參數’其接著需要一對應與該上混規則相符的不同下混 規則，如同針對第20圖所詳細討論。 與這種用於該上混規則的一較佳實施例無關，任何可 以進订上说而產生上混頻道能量損失影響集合的上混規則 34 都是可以應用的，其是與該原始信號的對應集合波形相符。 本發明多頻道解碼器包含一增益因子計算器180,用於 計算至少一增益因子&、&或g ,以減少或消除能量誤差。 該增益因子計算器根據該上混規則資訊以及當該上混規則 被應用時’對應於被獲得上混頻道，以頭部相關傳遞函數 (HRTF)為基礎的濾波器特性計算增益因子。然而，如同 之前所描繪的’在該立體表現中，並不進行此上混動作。 除非當聯結第15圖以及第π圖的功能區塊175、176、177、 Π8所討論，才使用對應於這些上混頻道的以頭部相關傳遞 函數（HRTF)為基礎的濾波器。 如在之前所討論的，當取代η而插入1或r時，該增益 因子計算器180可以計算在方程式(27)中所描繪的不同增 益因子gi與gr β替代的，該增益因子計算器180可以產生 由方程式(28)所指明用於兩通道的單一增益因子^ 重要的是，本發明增益因子計算器180不但根據該上 混規則，也根據對應該上混頻道，以頭部相關傳遞函數 (HRTF)為基礎的濾波器特性計算增益因子^此反映了該 遽波器本身也與έ玄傳輸信號有關，並由一能量誤差所反映 的情況。因此’該能量誤差並不僅由像是該預測參數CPC]、 CPC2的上混規則資訊所引起，也受到該濾波器本身的影響。 因此，為了獲得一良好調整的增益改正，本發明增益 因子不但與該預測參數有關，也同樣與對應於該上混頻道 的濾波器有關^ 該增益因子與該下混參數，以及以頭部相關傳遞函數 (HRTF)為基礎的濾波器則在該濾波處理器182中所使 用’以將該下混信號進行濾波而獲得一能量改正的立體信 號，其具有一左方立體頻道以及具有一右方立體頻道 在一較佳實施例中’該增益因子與介於對應於上混頻 道濾波器的頻道脈衝回應中所包含的總能量，相對於此總 食b量之間的差異’以及一估計上混能量誤差ΔΕ之間的關係 有關。ΔΕ可以較佳的利用將對應於上混頻道濾波器的頻道 脈衝反，組合，並接著計算該組合頻道脈衝反映的能量方 式所計算。因為在第18圖中所有用於G4Gr的數目都為 正值’對於ΔΕ與E的定義便較為清楚，也就是兩者增益 因子皆大於卜此反映了在第5圖中所描述的經驗，也就是 在=數時間，社體信號的能量小_原始多頻道信號 的能量。應該也要注意的是，即使應⑽多頻道增益補償 時，換言之’在大錄錢中都使_子^，仍然會引起 能量損失。 第⑽圖摇述第18 _波處理器182力-較佳實施 例。特別疋’ $19a圖推述當在功能區塊職中第咖圖 的組合舰1!15、16、17與18，不進行增益鑛_狀況， 該遽波is輸出信號則如同第13圖中所撕。接著，該功能 區塊隐的輸出被輸入至一縮放功能區塊獅，以利用由 該功所計算的增益因子進行該輸出的縮放。 ηΐΙ’ΓΓ第1%圖所顯示建構該渡波處理器。 在此，頭糊嶋函數15至18 (咖⑽）是如則 36

能區塊182c中所描述而計算。因此，該計算器182c實作 該頭部相關傳遞函數（HRTF)補償，而不進行任何增益調 整。接著，提供一濾波調整器l82d，其使用本發明所計算 的增益因子。該毅調整||形壯在魏區塊職中所顯 示的調整濾波器，其中功能區塊lS2e利用該調整濾波器實 作滤波’並實作如在第13圖中所顯示有關於濾波器輸出的 後續加總動作。因此，要獲得增益改正立體頻道“與^ 並不需要如同第19a圖中的後製縮放處理。 S 一般來說，如同已經聯結方程式16、17以及18所描 繪，可利用該估計上混誤差ΔΕ進行增益計算。此近似方式 對於上混頻道的數目等於下混頻道數目+1時是特別有用 的。因此，在兩下混頻道的情況中，此近似方式可對於三 個上混頻道良好工作。替代的，當具有三個下混頻道時， 此近似方式也同樣對於在具有四個上混頻道的方案+良好 工作。 然而，要注意的是根據該上混誤差估計所進行的增益 因子計算也可以在以下的範例情況令實作，其中利用三個 下混頻道進行五個頻道的預測。替代的，也可以使用一種 以預測為基礎的上混，而從兩個下混頻道上混成為四個上 混頻道。關於此估計上混能量誤差，不但可以對於該較 佳情況以方程式(25)直接地計算此估計誤差，也可以在一位 元流中傳輸某些真實發生上混誤差的資訊。然而，即使在 其他與聯結方程式(25)至(28)所描述特別情況的其他情況 中’也可以接著根據用於該上混頻道以頭部相關傳遞函數 37 為基礎_波器’利用該預測參數計算該數值 η。當考量方程式⑽時，_的是此方程式也可以 ^應用至-種2/4預測上混結構之中，代表該以頭部相關傳 遞函數（HRTF)為基礎的驗衝反應能量的權 也對應的改變。 有鑑於此，明顯的是方程式(27)的一般結構，換言之， 根據ΕΒ/(ΕΒ- △ ΕΒ)計算增益因子的方式，也可以應用於其他 的方案之中。 、 接著’將討論第20騎顯示以預測為基礎的編碼器結 構實作’其可以用於產生該下混信號L、R與傳輸至一解碼 器的上混規則資訊，因此該解碼器可以根據該立體濾波處 理器實作增益補償。 一下混器191接收五個原始信頻道，或替代的接收如 同利用“與心所描述的三個原始頻道。該下混器I%可以 根據一預定的下混規則工作。在該情況中，並不需要以線 & 192所描述的下混規則指示。自然的，該誤差最小化器 193可以改變該下混規則，以將一上混器194輸出處的重建 頻道’對於該對應原始輸入頻道之間的誤差最小化。 因此，該誤差最小化器193可以改變該下混器規則192 或該上混器規則196,因此該重建頻道具有一最小化的預測 損失ΔΕ。在該誤差最小化器193之中’此最佳化問題可以 利用任何已知的演算法所解決，其較佳的是利用一種關於 次波段的方式操作，以將該重建頻道與該輸入頻道之間的 差異最小化。 38 如同之前所陳述的，該輸入頻道可以是原始頻道L、 s =、Rs、〇替代的’該輸人頻道可以是三個頻道l、r、 ’沾、中錄人頻道L、R可以·在第u 功能區塊所導出。替代的，當該原始 !^ 、C頻道時，這些頻道也可以視作為，，原 第20圖另外描述除了傳輸兩預測參數以外，也可以使 用任何的上混規則資訊’只要在該位置中的解碼器可以利 用此上混_魏進行上混。因此，虹混酬資訊也可 以是-種查絲中的實體，或是任何與上混有關的資訊。 本發明因此提供-種根據可利用下混信號與由頭部相 關傳遞函數（HRTF)猶方式㈣的額外㈣資料，實作 多頻道音頻錢立體解碼的有效方式。本發明提供一種解 決從組合_上稍立祕辦所產生頻縣色問題的方 法0 根據本發明方法的特定實作要求，本發明方法可以在 硬體或軟體巾實作。該實作可關用—種數位儲存媒介進 行，特別一種碟片、多功能數位碟片（DVD)或是光盤 (CD) ’其具有儲存在其上的電子可讀控制信號，並利用 -種可程序化電腦系統操作，因而實作本發财法。一般 來說’本發·此是-種電難式產品，其具有儲存在一 機器可讀上的程式碼，當該電肺式於-電腦上執行 時’該程式碼可操作來實作本發财法。換句話說，本發 明方法因此是-種電職式，其具有當該電難式於電腦 39 338461 上執行時實^少—種本發明方法的程式碼。 ㈣雖之μ⑽參考狀實施轉職明及描述 ，本領 -、彳瞭解的疋在不背離本發明精神與觀點下可進行 形式與細節的魏邱改變。也可瞭解在打離此處所公 開以及由後續中請專利朗所包含的廣泛概念下，可以在 不同實施例中進行適合的不同改變。

40 【圖式簡單說明】 本發明現在_由描職触轉考伴隨料的方式所 敘述，其並不限制本發明的觀點或精神，其中·· 第1圖描述頭部相·遞函數（HRTF)相關献器 的參數多頻道信號立體合成； 第2圖描述利用組合滤波器的參數多頻道信號立體合成； 第3圖描述本發明參數/濾波器組合器的組成； 第4圖描述動態影像壓縮標準環繞（MpEG Su_nd)空 間解碼的結構； 第5圖描述不_本_增益補償轉碼立體信號頻譜； 第6圖描述本發明立體信號解碼的頻譜； 第7圖描述利用頭部相關傳遞函數（hrtf)的傳統立體 合成； 第8圖描述-種動態影像壓縮標準(MpEG)環繞編碼器； 第9圖描述動態影像壓縮標準（MPEG)環繞解碼器與立 體合成器的串聯； ~ 第1〇圖描述一種用於特定配置的概念三維（3D)立體解 碼器； 第11圖描述一種用於特定配置的空間編碼器； 第u圖描述一種空間（動態影像壓縮標準環繞（MPEG Surround))解碼器； 第13圖描述利用四個濾波器進行兩下混頻道濾波，以在 不進行增益因子改正下獲得立體信號； 第U圖描述一種在五頻道設定中，說明不同頭部相關傳 4\ 1338461 遞函數（HRTF) “ίο的空間設定； 第15圖描述#已經組合代表l、Ls以及R、Rs _道時， 第14圖的狀態； 5 ； 第咖圖描述當已經實_部相關傳遞函數（HRTF)最 大組合’並只剩餘$ 13 _四倾波科 第15 圖的設定； 〆 第16b圖描述由第2〇圖編石馬器所決定的上混規則，其具 有-種造成雜量雜上混的上混係數； 第—圖私述如何組合頭部相關傳遞函數（HRTF)，以在 最後獲得四個明部相_遞函數（HRtf)為基礎的滤波 益， 第18圖描述本發明多頻道解妈器的-較佳實施例； 第19a圖描述在不進行增益改正下，以頭部相關傳遞函 數（HRTF)為基礎進行遽波之後’具有—縮放狀態的本發 明多頻道解碼器第一實施例； 第19b圖描述利用以頭部相關傳遞函數（hrtf)為基礎 的滤波器進行調整之後的本發明裝置，其形成—種增益調 整的濾、波器輸出信號；以及 第20圖顯示-種用於編碼器的範例，其產生代表一非能 量守恆上混規則的資訊。 42 (:S > 1338461 【主要元件符號說明】 1、2、3、4、5、6、7、8、9、10頭部相關傳遞函數 103a、103b 加法器 401-404 功能區塊 405 信號 C、c 中央頻道 CPC 上混參數 CLD 頻道強度差異參數 enc 編碼 g ' ge ' gr 增益因子 H、HRTF 頭部相關傳遞函數 ICC 頻道之間諧和性/相關性參數 L 左方頻道 L、R、C 信號 Lf 左前方頻道 Ls 左環繞頻道 Lb ' Rb 輸出頻道 Lb 左方立體頻道 L〇 第一下混頻道 lfe if 低頻增強頻道 左前方頻道 Is 左環繞頻道 l〇、r〇 輸入頻道 OTT 一對二 43 1338461 R 右方頻道 R〇 第二下混頻道 Rf 右前方頻道 Rs 右環繞頻道 Rb 右方立體頻道 rf 右前方頻道 rs 右環繞頻道 TTT 二對三 Zl ' z2 下混信號 44

Claims (1)

1. 1338461 十、申請專利範圍： L 一種多頻道解碼器，用以使用參數以從一下混信號產 生一立體k號，該下混訊號係從一原始多頻道信號所 導出，該參數包含一上混規則資訊，該上混規則資訊 可用於以一上混規則將一下混信號進行上混的，該上 混規則造成一能量誤差，該多頻道解碼器包括： -增益因子計算H ’其根_上混_ f訊以及與上 混頻道對應的以頭部相關傳遞函數（HRTF)為基礎 的一濾波器特性，計算至少一增益因子，以降低或消 除該能量誤差；以及 一濾波處理器，其利用該至少一增益因子、該濾波器 特性與該上混規則資訊將該下混信號進行滤波:以獲 得一能量改正立體信號。 2.如中請專利範圍第1項❹頻道解似，其中該滤波 處理器是操作以計算滤波係數以用於該下混信號的每 y頻道的兩增益調賊波器，以及操作以利用該兩增 益調整滅波器之每一個未濾波該下混信號。 3·如申Μ專她圍第i項解頻道解碼器，其中該渡波 處理器並不利用該增益因子而操作以計算用於該下混 2號的各頻道的兩渡波器的濾波係數，並紐該下混 L號的該頻;及减波該下混錢的鋪道之後進 行増益調整。 如申1利賴第丨項的多頻道解媽器，其中該增益 因子計算H是操作以根據_波轉性的—組合脈衝 45 回應的能量未計算該增益因子，該組合脈衝回應則是 藉由加上或減去各自濾波器脈衝回應所計算。 如申請專利範圍第丨項的多頻道解碼器，其中該增益 因子計算器是操作以根據各自濾波器脈衝回應的一功 率組合來計算該増益因子。 如申請專利範圍第5項的多頻道解碼器，其中該增益 因子计舁器疋操作以根據各自爐波器脈衝回應的功率 的一經加權加總來計算該增益因子，其中在該經加權 加總中所使用的權重因子與該上混規則資訊有關。 如申請專利範圍第1項的多頻道解碼器，其中該增益 因子計算H是操作啸據具有__分子與-分母的表示 式來計算該增益因子，該分子具有各自濾波器脈衝遽 波回應的功料-組’而該分母具有各㈣波器脈衝 回應的功率的-經加權加總，其中在該經加權總和中 所使用的權重因子與該上混規則資訊有關。 如申請專鄕圍第1項的㈣道解碼^，其中該增益 因子計算ϋ是操作以根據町方程式計算該增益因 子： Sn gn otherwise 其中當η奴為1時，gn為該下混健之—頻道的一 增益因子’其中gl為該下混信號之—第—頻道的增 益因子，當η設定為2時，gs為該下混信號之一第二 頻道的增翻子’其巾EnB域由使用加權參數對頻 1338461 道脈衝回應的能量進行加權所計算的一經加權加總 能量，而其中ΔΕη為該上混規則所？丨入的該能量誤 差的一估計’其中，/3與r為上混規則相關參數， 而其中ε為大或等於零的一數字。 9. 如申請專利範圍第8項的多頻道解碼器，其中該增益 因子計算器是操作以根據以下方程式計算Εη及δεπ : 参,η，丨 Ά||2’ ^ =/?(ΐ-〇·|6η>)||2 +α(ΐ-σ|&„,||2 +4.β||2> 其中為對應於一第一上混頻道與一第η個立體頻 道的一以頭部相關傳遞函數（HRTF)為基礎的濾波 器脈衝回應，其中bn，2為對應於一第二上混頻道與該 第η個立體頻道的一以頭部相關傳遞函數（HRTF) 為基礎的濾波器脈衝回應，其中bn，3為對應於一第三 上混頻道與該第η個立體頻道的一以頭部相關傳遞 函數（HRTF)為基礎的濾波器脈衝回應， 其中後續定義為有效的 a-(1-ci)/3、A = (l-c2)/3、σ = α +々以及ρ = 其中C】為一第一預測參數，C2為一第二預測參數， 而其中該第一預測參數與該第二預測參數構成該上 混規則資訊。 10. 如申請專利範圍第丨項的多頻道解蝎器’其中該增益 因子計算器是操作以計算用於一左立體頻道與一右立 體頻道的一共用增益因子。 u，如申請專利範圍第1項的多頻道解·，其中該濾、波 47 年月曰修正替換fH_ 處理器是操作以使用用於該虛擬中央、左及右方位置 的該左立體頻道與該右立體頻道的以頭部相關傳遞函 數（HRTF)為基礎的滤波器’做為該濾波器特性或 是使用藉由組合一虛擬左前方位置與一虛擬左環繞位 置的頭部相關傳遞函數（HRTF)濾波器，或是藉由組 合一虛擬右前方位置與一虛擬右環繞位置的頭^相關 傳遞函數（HRTF)遽波器，所導出的該滤波器特性。 如申請專利範圍第11項的多頻道解碼器，其中與原始 左方及左環繞頻道有關或是與秘右方及右環繞頻道 有關的參數是包含在一解碼器輸入信號之中，以及 其中該舰處理器是操作以使財數而將該頭部相關 傳遞函數（HRTF)濾波器進行組合。 如申請專讎ϋ第1項的㈣道解碼器，其中該增益 因子计算0是操作以根據以該立體頻道頭部相關傳遞 函數（HRTF)為基礎的遽波器的頻道脈衝回 經加權線性組合，以及從該加權線性組合減二二 差的-數值之間的比率，來計算—立體頻道的 增益因早。 如申明專利域第1;3項的多頻道解，其中該辦兴 算器是操作以使用該上混規則資訊來決定二 如申明專·圍第14項的多頻道解碼器，其 麻，其可时建構:上混 传輪出頻道具有與對應三輸入頻道有關的能 16. 量誤差。 ^申請專利範圍第！項的多頻道 處理5|是桓你A 解馬杰’八中南慮波 -第=打柄目，做域《特性： 第=器’用於對該下混信號之 以獲得―第—左立體輪出， 仃慮 ―第二應波器’用於對該

   ，崎得—第二左立體if就之一右頻道進行渡 H皮ϋ ’用於觸下混信號之— 波’以獲得-第-右立體輸出， 進仃渡 一第四濾波器 波，以獲得一 ，用於對該下混信號之一右頻道進行濾 第一右立體輸出， ’用_該第—左立體輪出與該第二左立體 進仃加總’以獲得—左方立體頻道，顧於將該

   第—右立體輪出與該m體輪出進行加總，以獲 得一右方立體頻道， 又 其中該渡波處理器是操作以在進行加總之前或之後， 對該第-或第二渡波器或對該些左方立體輸出施加該 左方立體頻道的-增益因子，或是在進行加總之前或 之後’對該第三或第四濾波器或對該些右方立體輸出 施加該右方立體頻道的一增益因子。 17·如申請專利範11第1項的多頻道解碼器’其中該上混 規則資訊包含上混參數，其可用來建構一上混矩陣， 以從兩或三個頻道產生一上混。 18.如申請專利範圍帛17項的多頻道解石馬器，其中該上混 49 矩陣係定義如下： 'L mn' R % w22 A) C w32_ _Λ)_ 其中L為一第一上混頻道，為一第二上混頻道，以 及C為一第三上混頻道，L〇為該下混信號之一第一 頻道，R〇為該下混信號之一第二頻道，而mij為上混 規則資訊參數。 如申請專利範圍第1項的多頻道解碼器，其中一預測 損失參數是包含在一多頻道解碼器輸入信號之中，以 及 其中一遽波處理器是操作以利用該預測損失參數將該 增益因子進行縮放。 如申請專利範圍第1項的多頻道解碼器，其中該增益 计算器是操作以計算次波段相關增益因子，以及 其中該濾波處理器是操作以施加該次波段相關增益因 子。 邪甲堉寻利靶圍第η項的多頻道解碼器，其中該該 波處理器是操作以藉由將該頭部相關傳遞函 ⑽TF)舰H的舰崎回應的加職是相位偏 型式進行加總，以將該頭部相關傳遞函數（hrtf) 波器與兩頻道進行組合，其中用以將該頭部相關傳 函數（HRTF)濾波n頻親衝回應加權的權重因子 =該頻道之_程度差異有關，而—施加的相位偏 1與介於該頭部相關傳遞函數（Hrtf)遽波器的頻 1338461 間延遲有關。 22. 如申請專利範圍第1項的多頻道解碼器，其中該以頭 部相關傳遞函數（HRTF)為基礎的濾波器或頭部相關 傳遞函數（HRTF)濾波器的濾波器特性為複數子波段 濾波器，該複數子波段濾波器是藉由利用一複數指數 調變濾波器組對一頭部相關傳遞函數（HRTF)濾波器 的一實數數值濾波器脈衝回應進行濾波所獲得。

   23. —種多頻道解碼的方法，用以使用參數以從一下混信 號產生一立體信號，該下混信號係從一原始多頻道信 號所導出’該參數包含-上混酬資訊，該上混規則 資訊可用於以-上混規則將一下混信號進行上混，該 上混規則造成一能量誤差，該方法包括： 根據該上混規則資訊以及與上混頻道對應的以頭部相 關傳遞函數（HRTF)為基礎n皮器特性，計算至 少一增益因子’以降低或消除該能量誤差；以及

   利用該至少-增益因子、該滤波器特性與該上混規則 資訊將該下混信號進行舰，以獲得一能量改正立體 信號。 24·:種具有-程式碼的電腦程式，當該電腦程式於一電 月匈上執订時’用以執行如申請專㈣圍第Μ項所 方法。 51 I