WO2012172264A1 - Procede de traitement d'un signal audio pour une restitution amelioree - Google Patents

Procede de traitement d'un signal audio pour une restitution amelioree Download PDF

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Franck Rosset
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Franck Rosset
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Definitions

  • a method of processing an audio signal for improved playback A method of processing an audio signal for improved playback.
  • the present invention relates to the field of the processing of audio signals for the creation of an improved acoustic environment, in particular for listening to the headphones.
  • the present invention aims to provide a solution to this problem.
  • the method that is the subject of the invention makes it possible to transform its 2D into 3D sound either from a stereo file or from multichannel files, in order to generate 3D stereo audio by virtualization, with the possibility of choosing a context particular sound.
  • the invention relates, according to its more general meaning, to a process for processing an original audio signal of Nx channels, N being greater than 1 and x being greater than or equal to 0, comprising a multichannel processing step of said signal.
  • input audio by a multichannel convolution with a predefined imprint said imprint being elaborated by the capture of a reference sound by a set of speakers arranged in a reference space characterized in that it comprises an additional selection step at least one of a plurality of fingerprints previously developed in different sound contexts.
  • This solution based on a frequency filter, differential between left channel and right channel to form a central channel, and a phase differentiation makes it possible to create from a stereo signal a multitude of stereo channels where each virtual speaker is a stereo file.
  • the method according to the invention comprises a step of creating a new fingerprint by processing at least one previously developed fingerprint.
  • the method further comprises a step of recombining the N x channels thus treated to produce an output signal of M. y channels, with Nx different from M. y, M being greater than 1 and y greater than or equal to 0 .
  • the creation of a sound footprint consists in arranging in a defined environment, for example a room in concert, a hall, or even a natural space (a cave, an open space, ...) a set of acoustic speakers organized in NxM sound points. For example, a simple pair of "right-left” speakers, or a set of 5.1 or 7.1 or 11.1 speakers reproducing a reference sound signal in a known manner.
  • microphones for example an artificial head, or multidirectional capture microphones HRTF, capturing the reproduction of the speakers in the environment.
  • the signals produced by the microphone torque are recorded after sampling at a high frequency, for example 192 Khz, 24 bits.
  • This digital recording makes it possible to capture a signal representative of a given sound environment.
  • This step is not limited to capturing a sound signal produced by speakers.
  • the capture can also be performed from the signal produced by a helmet, which is placed on an artificial head. This variant will recreate the sound of a given helmet, when restitution on another helmet.
  • This signal is then subjected to a treatment of applying a differential between the reference signal applied to the speakers, digitized under the same conditions, and the signal picked up by the microphones.
  • This differential is realized by a computer receiving as input the .vaw or audio files respectively of the reference signal applied to each of the speakers on the one hand, and the signal picked up on the other hand, to produce a signal of the "IR-Impulse" type. response "for each of the speakers used to generate the reference signal.
  • This treatment is applied to each of the input signals of each of the captured speakers.
  • This process produces a set of files, each corresponding to the footprint of one of the speakers in the defined environment.
  • the aforementioned step is reproduced for different sound environments and / or different speaker locations.
  • an acquisition and processing step is performed to produce a new series of fingerprints representative of the new sound environment.
  • a library of series of sound tracks representative of specific and known sound environments is thus constructed.
  • the aforementioned library is used to produce a new series of fingerprints, representative of a virtual environment, by combining several sets of fingerprints and adding the files corresponding to the selected fingerprints so as to reduce the areas where the sound environment was devoid of speakers during the aforementioned acquisition step.
  • This step of creating a virtual environment makes it possible to improve the coherence and the dynamics of the sound resulting from the application to a given recording, in particular by a better three-dimensional occupancy of the sound space. This amounts to using a simulated environment of a very large number of speakers.
  • the result of this step is a new virtualized room footprint, which can be applied to any sound sequence, to improve rendering.
  • the virtualized fingerprint is adapted to reduce the frequency and sampling to those of the audio signal to be processed.
  • the known signal is for example a stereo signal. It is the subject of a frequency division and a division based on the phase shift between the right signal and the left signal.
  • N tracks are extracted by applying to combinations of these divisions one of the virtualized fingerprints.
  • NxM tracks N and M not being necessarily the number of channels used during the step of creating the footprint.
  • N and M not being necessarily the number of channels used during the step of creating the footprint.
  • N and M not being necessarily the number of channels used during the step of creating the footprint.
  • the result of this step is a succession of audio signals that are then transformed into a conventional stereo signal to be compatible with playback on standard equipment.
  • the step of processing a sound sequence can be performed in deferred mode, to produce recordings broadcast at any time.
  • This variant can also be performed in real time so as to process an audio stream at the time of its production.
  • This variant is particularly adapted to the real-time transformation of a sound acquired in streaming into a sound enriched audio for a restitution with a better dynamic.
  • the treatment makes it possible to produce a signal producing a raising of doubt of a central sound signal, which the human brain can "imagine” by mistake at the back while it is a question of signal before. For this, one proceeds to a horizontal displacement to allow a registration of the brain, then a refocusing. This step is to slightly increase the level of presence of a virtual speaker before center.
  • This step is applied whenever the audio signal is mainly centered, which is often the case for the "voice" part of a music recording.
  • This transient enhancement processing is applied transiently, preferably upon the occurrence of a centered audio sequence.

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
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Abstract

La présente invention concerne un procédé de traitement d'un signal audio originel de N.x canaux, N étant supérieur à 1 et x étant supérieur ou égal à 0, comportant une étape traitement multicanal dudit signal audio d'entrée par une convolution multicanal avec une empreinte prédéfinie, ladite empreinte étant élaborée par la capture d'un son de référence par un ensemble d'enceintes disposés dans un espace de référence caractérisé en ce qu'il comporte une étape additionnelle de sélection d'au moins une empreinte parmi une pluralité d'empreintes préalablement élaborées dans des contextes sonores différents.

Description

Procédé de traitement d'un signal audio pour une restitution améliorée .
Domaine de l'invention
La présente invention concerne le domaine du traitement de signaux audio en vue de la création d'une ambiance acoustique améliorée, en particulier pour l'écoute au casque .
Etat de la technique
On connaît dans l'état de la technique la demande de brevet internationale WO/2006/024850 décrivant un procédé et un système de virtualisation de la restitution d'une séquence sonore. Selon cette solution connue, un auditeur peut écouter le son de haut-parleurs virtuels au moyen d'écouteurs avec un niveau de réalisme qui est difficile à distinguer de celui des haut-parleurs réels. Des ensembles de réponses impulsionnelles spatiales personnalisées (PRIR) sont acquis pour les sources sonores des haut-parleurs au moyen d'un nombre limité de positions de la tête de l'auditeur. Les réponses impulsionnelles spatiales personnalisées sont utilisées pour transformer un signal audio destiné aux haut- parleurs en une sortie virtualisée pour les écouteurs. En fondant la transformation sur la position de la tête de l'auditeur, le système peut ajuster la transformation de façon que les haut-parleurs virtuels semblent ne pas bouger lorsque l'auditeur bouge la tête.
Inconvénient de l'état de la technique
La solution proposée dans l'état de la technique n'est pas totalement satisfaisante car elle ne permet pas de personnaliser l'ambiance sonore de référence, ni de modifier le type d' ambiance sonore par rapport à un type de séquence à restituer .
Par ailleurs, la solution de l'art antérieur se traduit par une durée significative de la capture de l'empreinte sonore mettant en œuvre des traitements informatiques lourds nécessitant des ressources de calcul importantes. De plus, cette solution connue ne permet pas de décomposer un signal stéréo en N canaux et ne prévoit pas la génération de canaux non existants au départ.
Solution apportée par l'invention
La présente invention vise à apporter une solution à ce problème. En particulier, le procédé objet de l'invention permet de transformer son 2D en son 3D soit à partir d'un fichier stéréo, soit à partir de fichiers multicanaux, pour générer un stéréo audio 3D par virtualisation, avec la possibilité de choisir un contexte sonore particulier.
A cet effet, l'invention concerne selon son acception la plus générale un p Procédé de traitement d'un signal audio originel de N.x canaux, N étant supérieur à 1 et x étant supérieur ou égal à 0, comportant une étape traitement multicanal dudit signal audio d'entrée par une convolution multicanal avec une empreinte prédéfinie, ladite empreinte étant élaborée par la capture d'un son de référence par un ensemble d'enceintes disposés dans un espace de référence caractérisé en ce qu' il comporte une étape additionnelle de sélection d'au moins une empreinte parmi une pluralité d'empreintes préalablement élaborées dans des contextes sonores différents.
Cette solution, basée sur un filtrage fréquentiel, différentiel entre canal gauche et canal droit pour former un canal central, et une différenciation de phases permet de créer à partir d'un signal stéréo une multitude de canaux stéréo où chaque enceinte virtuelle est un fichier stéréo.
Elle permet d'appliquer une empreinte différente à chacun des canaux virtuels et de créer un nouveau fichier audio final stéréo par recombinaison des canaux gardant l'empreinte 3D de chaque enceinte virtuelle.
Avantageusement, le procédé selon l'invention comporte une étape de création d'une empreinte nouvelle par traitement d'au moins une empreinte préalablement élaborée.
Selon une variante, le procédé comprend en outre une étape de recombinaison des N.x canaux ainsi traités pour produire un signal de sortie de M. y canaux, avec N.x différent de M. y, M étant supérieur à 1 et y supérieur ou égal à 0.
Description détaillée d'un exemple de mise en œuvre de
1 ' invention
La présente invention sera décrite dans ce qui suit de manière non limitative.
Le procédé selon l'invention se décompose en une succession d'étapes :
• Création de plusieurs séries d'empreintes sonores
• Création d'une série d'empreintes virtualisée par combinaison d'une bibliothèque d' empreintes
• Association des pistes du signal sonore originelle à la série d'empreintes virtualisée
1 - Création de l'empreinte
Acquisition du signal
La création d'une empreinte sonore consiste à disposer dans un environnement défini, par exemple une salle de concert, un hall, voire un espace naturel (une grotte, un espace ouvert,...) un ensemble d'enceintes acoustiques organisées en NxM points sonores. Par exemple, une simple paire d'enceintes « droite-gauche », ou encore un ensemble 5.1 ou 7.1 ou 11.1 d'enceintes restituant un signal sonore de référence de manière connue.
On dispose un couple de microphones, par exemple une tête artificielle, ou des microphones de capture multidirectionnelle HRTF, captant la restitution des enceintes dans l'environnement considéré. Les signaux produits par le couple de microphone sont enregistrés après échantillonnage à une fréquence élevée par exemple 192 Khz, 24 bits.
Cet enregistrement numérique permet de capter un signal représentatif d'un environnement sonore donné.
Cette étape n'est pas limitée à la capture d'un signal sonore produit par des enceintes. La capture peut également être réalisée à partir du signal produit par un casque, qui est posé sur une tête artificielle. Cette variante permettra de recréer l'ambiance sonore d'un casque donné, lors de la restitution sur un autre casque.
2 - Calcul de l'empreinte Ce signal fait ensuite l'objet d'un traitement consistant à appliquer un différentiel entre le signal de référence appliquée aux enceintes, numérisé dans les mêmes conditions, et le signal capté par les microphones. Ce différentiel est réalisé par un calculateur recevant en entrée les fichiers .vaw ou audio respectivement du signal de référence appliqué à chacune des enceintes d'une part, et du signal capté d'autre part, pour produire un signal de type « IR - Impulse response » pour chacune des enceintes ayant servie à générer le signal de référence. Ce traitement est appliqué à chacun des signaux d'entrée de chacune des enceintes capturées.
Ce traitement produit un ensemble de fichiers, correspondant chacun à l'empreinte d'une des enceintes dans l'environnement défini.
Réalisation d'une famille d'empreintes
L'étape susvisée est reproduite pour différents environnements sonores et/ou différentes implantations d'enceintes. On réalise pour chacun des nouveaux agencements une étape d'acquisition puis de traitement pour produire une nouvelle série d'empreintes représentative du nouvel environnement sonore.
On construit ainsi une bibliothèque de séries d'empreintes sonores représentatives d'environnements sonores déterminés et connus.
Création d'un environnement virtuel.
La bibliothèque susvisée est utilisée pour produire une série nouvelle d'empreintes, représentative d'un environnement virtuel, par combinaison de plusieurs séries d'empreintes et addition des fichiers correspondant aux empreintes sélectionnées de façon à réduire les zones où l'environnement sonore était dépourvue d'enceintes lors de l'étape d'acquisition susvisée.
Cette étape de création d'un environnement virtuel permet d'améliorer la cohérence et la dynamique du son résultant de l'application à un enregistrement donné, notamment par une meilleure occupation tridimensionnelle de l'espace sonore. Cela revient à utiliser un environnement simulé d'un très grand nombre d'enceintes.
Le résultat de cette étape est une nouvelle empreinte de salle virtualisée, qui pourra être appliquée à une séquence sonore quelconque, afin d'en améliorer le rendu.
Traitement d'une séquence sonore.
On choisit ensuite une séquence audio connue, échantillonnée aux mêmes conditions de préférence.
A défaut, on adapte l'empreinte virtualisée de façon à réduire la fréquence et l'échantillonnage à ceux du signal audio à traiter.
Le signal connu est par exemple un signal stéréo. II fait l'objet d'un découpage fréquentiel et d'un découpage basé sur le déphasage entre signal droit et signal gauche.
A partir de ce signal, on extrait N pistes en appliquant à des combinaisons de ces découpages l'une des empreintes virtualisées.
On peut ainsi produire un nombre variable de pistes, par combinaison du résultat des découpages, et application à chacune des pistes l'une des empreintes, afin de créer NxM pistes, N et M n'étant pas nécessairement le nombre de voies utilisées lors de l'étape de création de l'empreinte. On peut par exemple générer un nombre de piste supérieur, pour une restitution plus dynamique, ou inférieure, par exemple pour une restitution au casque.
Le résultat de cette étape est une succession de signaux audio qui sont ensuite transformés dans un signal stéréo conventionnel pour être compatible avec une restitution sur un équipement standard.
Bien entendu, il est possible d'appliquer en outre des traitements tels que des rotations de phase du signal. L'étape de traitement d'une séquence sonore peut être réalisée en mode différée, pour produire des enregistrements diffusables à un moment quelconque.
Elle peut également être réalisée en temps réel de façon à traiter un flux audio au moment de sa production. Cette variante est particulièrement adaptée à la transformation en temps réel d'un son acquis en streaming en un son enrichi audio pour une restitution avec une meilleure dynamique .
Selon une variante d'utilisation, le traitement permet de produire un signal produisant une levée de doute d'un signal sonore central, que le cerveau humain peut « imaginer » par erreur à l'arrière alors qu'il s'agit d'un signal avant. Pour cela, on procède à un déplacement horizontal pour permettre un recalage du cerveau, puis un recentrage. Cette étape consiste à augmenter légèrement le niveau de présence d'une enceinte virtuelle avant centre.
Cette étape est appliquée chaque fois que le signal audio est principalement centré, ce qui est souvent le cas pour la partie « voix » d'un enregistrement musical. On applique ce traitement d'augmentation de la présence de manière transitoire, de préférence lors de l'apparition d'une séquence audio centrée.

Claims

Revendications
1 - Procédé de traitement d'un signal audio originel de N.x canaux, N étant supérieur à 1 et x étant supérieur ou égal à 0, comportant une étape traitement multicanal dudit signal audio d'entrée par une convolution multicanal avec une empreinte prédéfinie, ladite empreinte étant élaborée par la capture d'un son de référence par un ensemble d'enceintes disposés dans un espace de référence caractérisé en ce qu' il comporte une étape additionnelle de sélection d'au moins une empreinte parmi une pluralité d'empreintes préalablement élaborées dans des contextes sonores différents.
2 - Procédé de traitement d'un signal audio selon la revendication 1 caractérisé en ce qu' il comporte une étape de création d'une empreinte nouvelle par traitement d'au moins une empreinte préalablement élaborée.
3 - Procédé de traitement d'un signal audio selon la revendication 1 ou 2 caractérisé en ce que ledit procédé comprend en outre une étape de recombinaison des N.x canaux ainsi traités pour produire un signal de sortie de M. y canaux, avec N.x différent de M. y, M étant supérieur à 1 et y supérieur ou égal à 0.
4 - Procédé de traitement d'un signal audio selon la revendication 1 ou 2 caractérisé en ce que ledit procédé comporte une étape consistant à augmenter transitoirement le niveau de présence d'une enceinte virtuelle avant centre lorsque le signal sonore est centré.
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