JP4870896B2

JP4870896B2 - ステレオサラウンド及び／又はオーディオ中央信号を得るマルチチャンネルステレオコンバータ

Info

Publication number: JP4870896B2
Application number: JP2002513243A
Authority: JP
Inventors: ロイイルワン; ロナルダスエムアールツ
Original assignee: Koninklijke Philips NV; Koninklijke Philips Electronics NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 2000-07-19
Filing date: 2001-07-05
Publication date: 2012-02-08
Anticipated expiration: 2021-07-05
Also published as: KR20020035143A; US20020037086A1; JP5106670B2; CN100429960C; JP2004504787A; JP2012044686A; KR100809310B1; US6496584B2; EP2299735B1; WO2002007481A3; ES2461167T3; EP2299735A1; WO2002007481A2; CN1636421A; EP1295511A2

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ステレオフォニックオーディオ信号（Ｌ，Ｒ）から情報信号を発生するステレオ手段と、前記オーディオ信号（Ｌ，Ｒ）を他のオーディオ信号（Ｃ；Ｓ）に変換する、前記ステレオ手段に結合された変換手段とを有するマルチチャンネルステレオコンバータに関する。
【０００２】
更に本発明は、ステレオフォニックオーディオ信号（Ｌ，Ｒ）からオーディオ信号を発生する方法であって、情報信号が前記オーディオ信号（Ｌ，Ｒ）から得られるとともに、前記オーディオ信号（Ｌ，Ｒ）を他のオーディオ信号（Ｓ）に変換するために用いられる方法に関する。
【０００３】
【従来の技術】
このようなマルチチャンネルステレオシステム及び方法は、米国特許第US-A-5,426,702号から知られる。この既知システムは、ステレオフォニックオーディオ入力信号（Ｌ，Ｒ）から得られる情報信号を発生する方向検出回路の形態のステレオ手段を有する。この情報信号は、最も強力なサウンドソースの方向に対する重み付けファクタ方策を含む。更に、既知コンバータシステムは、前記オーディオ信号（Ｌ，Ｒ）をオーディオ中央信号の形態の他のオーディオ信号に変換するように方向検出回路に結合される変換手段を有する。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
既知マルチチャンネルコンバータ及び方法の欠点は、サラウンドオーディオ信号を発生させるための対処が何も行われていないということである。
【０００５】
従って、本発明の目的は、例えば、サラウンド信号、ステレオサラウンド信号及び/又は中央信号などの様々な補助オーディオ信号を、これら補助オーディオ信号間における実質的なクロストークなしで、発生させ且つ取り扱うことが可能なマルチチャンネルステレオコンバータシステム及び対応する方法を提供することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記の課題に対して、本発明によるマルチチャンネルステレオコンバータは、ステレオ手段が、前記オーディオ信号（Ｌ，Ｒ）間のステレオの程度(degree)を表すステレオ情報信号(ａ/ｂ;ρ)を発生するステレオマグニチュード決定手段であり、変換手段が、前記ステレオ情報信号(ａ/ｂ;ρ)に基づいて、前記オーディオ信号（Ｌ，Ｒ）を少なくともサラウンド信号（Ｓ）に変換するように実現されることを特徴とする。
【０００７】
同様に、本発明による方法は、情報信号が、前記オーディオ信号（Ｌ，Ｒ）間のステレオの程度を表すステレオ情報信号(ａ/ｂ;ρ)であり、前記ステレオ情報信号(ａ/ｂ;ρ)に基づいて、前記オーディオ信号（Ｌ，Ｒ）が少なくともサラウンド信号（Ｓ）に変換されることを特徴とする。
【０００８】
本発明によるマルチチャンネルステレオコンバータ及び方法の利点は、付加的な関連オーディオ信号、例えば、サラウンド信号、左右ステレオサラウンド信号、及び/又は望ましい場合にはオーディオ中央信号を、２つのステレオフォニックの左（Ｌ）及び右（Ｒ）オーディオ信号に基づいて、発生することが可能であることである。このことは、出力オーディオ信号間の実質的なクロストークなしで、用途の可能性及び設計の双方において多大な自由度をもたらす。
【０００９】
本発明によるステレオコンバータの実施例は、ステレオ情報信号(ａ/ｂ;ρ)を、オーディオ信号により規定される面に角度（β）でマップする前記変換についての関係を変換手段が用いることを特徴とする。実施例を実現する非常に簡略なやり方では、前記変換が測角（ゴニオメトリック）関係を用いる。実際には、ステレオ情報信号(ａ/ｂ;ρ)を、０とπ/２との間にある角度（β）でマップする何らかの変換の使用が考慮されるだろう。
【００１０】
本発明によるマルチチャンネルステレオコンバータの特定の実施例は、前記オーディオ信号（Ｌ，Ｒ）を、直交表現から、前記オーディオ信号（Ｌ，Ｒ）が直線上にあり、従って付加的なオーディオ中央信号（Ｃ）を示す表現へ、付加的に変換するように変換手段が実現されることを特徴とする。
【００１１】
有利に、この実施例は、オーディオ左（Ｌ）と、オーディオ右（Ｒ）と、サラウンド（Ｓ）又はサラウンド左（Ｓ_Ｌ）及びサラウンド右（Ｓ_Ｒ）と、オーディオ中央信号（Ｃ）とを利用可能にするマルチチャンネル構成を提供する。
【００１２】
有利に、２程度の乗数によるベクトル乗算が、とりわけマトリックス変換の場合、チップ上で容易に実現されることができる。本発明によるマルチチャンネルステレオコンバータの別の実施例において、例えば、Dolby（Ｒ）Surround，Dolby Pro Logic（Ｒ），Circle Surround（Ｒ），Lexicon（Ｒ）systems、及び他のサラウンドシステムをカバーするために、経験的に決定された係数のような他の係数と組み合わせられるか否かに関わらず、前記マトリックス変換のマトリックス係数は、オーディオ信号（Ｒ，Ｌ，Ｃ，Ｓ）の主軸への実際のオーディオ信号の射影(projection)に基づく。
【００１３】
実際には、本発明によるマルチチャンネルステレオコンバータの更に別の実施例は、このステレオコンバータが、ステレオサラウンド左信号（Ｓ_Ｌ）及びステレオサラウンド右信号（Ｓ_Ｒ）を発生するためにステレオサラウンド信号（Ｓ）が与えられる、ローリッツェン（Lauridsen）非相関化フィルタのような１つ又は複数の非相関化フィルタを備えることを特徴とする。こうした種類の非相関化フィルタは、市場で簡単に入手可能である。
【００１４】
以下、本発明によるマルチチャンネルステレオコンバータ及び対応する方法が、添付図面を参照して、付加的な利点とともに更に明瞭に説明されるであろう。図面において、同様の構成部分が同じ参照符号を使って示されている。
【００１５】
【発明の実施の形態】
図１は、瞬時的な左（Ｌ）及び右（Ｒ）オーディオ信号振幅により規定されるいわゆる状態エリア(state area)の２次元のグラフを示す。縦軸に沿って左（Ｌ）オーディオステレオ信号の入力信号値が示される一方で、横軸に沿って右（Ｒ）オーディオステレオ信号の入力信号値が示される。例えば、スピーチ（音声）から生じるモノラル信号は、横軸と４５度の角度をなすエリアの原点を通る線上に見出されることができる。ステレオ音楽は、このエリアにおいてドットとして示される多数のサンプルをもたらす。このドットが示されているエリアは、図示の如き長方形を有してもよく、この場合、２本の直交軸であるｙ及びｑが規定されることが可能である。軸ｙは、このエリアのドット全てのある平均により形成されたものと理解することができ、これは主信号の方向に関する情報を与える。主方向ｙを評価するために知られるいくつかの評価技法がある。適切な方向検知又は位置特定（ローカライゼーション）アルゴリズムを提供するために、最小２乗法がよく知られている。軸ｙに対し直交であり、主方向ｙからのオーディオ信号の偏差に関する情報を提供する軸ｑが規定されうる。これらの軸ｙ及びｑの方向を決定した後、軸ｙ及びｑそれぞれに沿って測定されるドットエリアのディメンジョンを規定する量である、量ｂ及びａそれぞれが決定され、又は評価されることができる。加えて、例えば、比率ａ/ｂ又は望ましい場合には、信号Ｌ及びＲのよく知られた交差相関ρの値は、前記オーディオ信号ＬとＲとの間のステレオの程度を表すステレオマグニチュード情報を提供する。この交差相関は、以下の数式の通りに規定される。
【数１】

ここで、下線は平均値を表す。比率ａ/ｂ又は交差相関ρの実際の測定又は評価は、何れか適した手段により行われることができ、これら信号の各々は、ステレオマグニチュード情報を提供するために望ましい場合には取り出されることが可能である。
【００１６】
図２は、マルチチャンネルステレオコンバータ１のいくつかの可能な実施例の組み合わせを示す。コンバータ１は、上記に説明されたように、オーディオ信号ＬとＲとの間のステレオの程度を表すステレオ情報信号を発生する、ステレオマグニチュード決定手段２の形態のステレオ手段を有する。更にコンバータ１は、後に説明されるように、前記ステレオ情報信号に基づいて、オーディオ信号Ｌ及びＲを、少なくともステレオサラウンド信号Ｓ及び/又は少なくとも１つのオーディオ中央信号Ｃに変換する変換手段３を有する。
【００１７】
変換手段３は、例えば、座標/重みＷ_Ｌ及びＷ_Ｒ、又は上記に説明されたようなやり方で軸ｙの方向に関する角度情報αの形態の情報を提供する方向センサ回路４を有する。ステレオマグニチュード決定手段２は、必要に応じて、方向センサ回路４からの情報を使用してもよい。更に、重みＷ_Ｌ及びＷ_Ｒ、並びにステレオ情報信号ａ/ｂ又はρは、第１の可能な実施例において、左Ｌと、右Ｒと、サラウンド信号Ｓとを得るために変換手段３において使用される。更に変換手段３は、マトリックス手段５を有する。ステレオマグニチュード信号に基づいて、マトリックス手段５により実施され、ここで例示によって示唆される可能な変換は以下の通りである。
0≦a/b≦1，及び0≦β≦π/2の場合、β＝arcsin(a/b)
【００１８】
ステレオ信号Ｌ及びＲにより規定される面に対する角度としてβを解釈することにより、マッピング及び３次元半球表現が起こり、ここでサラウンド信号Ｓが生成され、このＳの軸はステレオ信号軸Ｌ及びＲに対し直交である。マルチチャンネルステレオコンバータ１のこの実施例において、信号Ｌ及びＲは、Ｌと、Ｒと、Ｓとに変換される。Ｌ及びＲは、図３（ａ）に示されるように相互に直交してもよく、又は後に説明される図３（ｂ）及び図４に示されるように本質的に直線上にあってもよい。
【００１９】
更に次の実施例において、モノラルサラウンド信号Ｓが、よく知られたローリッツェン（Lauridsen）非相関化フィルタ６のような１つ又は複数の非相関化フィルタを使って更に変換されることも可能である。このフィルタ６に対して、ステレオサラウンド左信号（Ｓ_Ｌ）及びステレオサラウンド右信号（Ｓ_Ｒ）を発生するためにモノラルサラウンド信号Ｓが与えられる。
【００２０】
一般的に、測角（ゴニオメトリック）であるか否かに関わらず、あらゆる種類の変換が、ステレオ情報信号ａ/ｂ又はρを、０とπ/２との間に適応可能な角度βにマップする。
【００２１】
図２は、ステレオコンバータ１が、方向センサ４とマトリックス手段５との間に結合されたベクトル乗算器７を有する、更に別の実施例を示している。この乗算器７は、付加的な可能な変換、又は、オーディオ中央信号Ｃを生成するために、図３（ａ）に示される重みＷ_Ｌ及びＷ_Ｒから、図４に示される新しい重みＣ_ＬＲ及びＣ_Ｃまでのマッピングを実行する。これは、例えば、角度αを２倍にすることによって成し遂げられうる。原則として、好ましくは２程度の所望のファクタの何れかによる乗算が、オーディオ中央信号Ｃを生成する働きをするであろう。マトリックス手段５において、その出力信号Ｌ，Ｒ，Ｃ及びＳは、信号ｙ及びｑに関して表現される瞬時の信号値から、マトリックス係数が重みＷ_Ｌ及びＷ_Ｒに依存する該マトリックスと、図４に概略的に示されている様々な射影係数とに基づいて導かれる。
【００２２】
マトリックス化として知られる可能なマッピングの例が、以下の数式に与えられている。このマトリックスは、時間サンプルｋに関する４つのチャンネル出力信号Ｌ，Ｃ，Ｒ及びＳを与える。
【数２】

ここで、ベース信号ｙ（ｋ）及びｑ（ｋ）は、以下の数式に従って入力信号のローテーションを使用して計算される。
ｙ（ｋ）＝Ｗ_Ｌ（ｋ）Ｘ_Ｌ（ｋ）＋Ｗ_Ｒ（ｋ）Ｘ_Ｒ（ｋ）
ｑ（ｋ）＝Ｗ_Ｒ（ｋ）Ｘ_Ｌ（ｋ）−Ｗ_Ｌ（ｋ）Ｘ_Ｒ（ｋ）
及び
Ｃ’_ＬＲ＜０の場合、Ｃ_Ｌ（ｋ）＝−Ｃ’_ＬＲ（ｋ）
上記以外の場合、Ｃ_Ｌ（ｋ）＝０
Ｃ’_ＬＲ≧０の場合、Ｃ_Ｒ（ｋ）＝Ｃ’_ＬＲ（ｋ）
上記以外の場合、Ｃ_Ｒ（ｋ）＝０
【００２３】
一般的に、前記マトリックス変換のマトリックス係数は、オーディオ信号（Ｒ，Ｌ，Ｃ，Ｓ）の図４に示される主軸への実際のオーディオ信号の射影に基づく。しかし望ましい場合には、これらマトリックス係数は、経験的な基準に基づいて部分的に決定される係数と組み合わされてもよい。
【００２４】
上記に説明された３次元サラウンド変換と組み合わされるαの乗算又は倍加の効果が、オーディオ信号Ｌ，Ｒ，Ｃ，及びＳを示す図４の空間マッピングにすべて示されている。望ましい場合には、Ｓは、フィルタ６を用いてステレオサラウンド左信号（Ｓ_Ｌ）及びステレオサラウンド右信号（Ｓ_Ｒ）に更に分割されることもできる。αの可能な倍加又は乗算は、複数回、例えば２回行われてもよい。
【００２５】
望ましい場合には、図３（ｂ）及び/又は図４の例示されるマッピングは、１つより多いオーディオ中央信号Ｃに適応可能になるように一般化されてもよい。その場合、図３（ｂ）及び図４のオーディオ面において、例えばＣ’及びＣ’’などの付加的な中心軸が規定されることができ、この場合、実際のオーディオベクトルは、射影Ｃ_Ｃと、Ｃ_Ｃ’と、Ｃ_Ｃ’’とをそれぞれ示す、これらオーディオ中心軸ＣとＣ’と、Ｃ’’との各々に射影されることが可能である。
【００２６】
上記は、本質的に好ましい実施例及び最も可能な実施形態を参照して説明されたが、上記に説明されたように、添付される請求項の見地に入る様々な変形例、特徴、及び特徴の組み合わせが、ここで当業者の理解の及ぶ範囲内であるので、これら実施例は、関連する装置の例を限定するものとして決して解釈されてはならないことが理解されるであろう。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるマルチチャンネルステレオコンバータの動作部分を説明する左（Ｌ）及び右（Ｒ）オーディオ信号振幅の組み合わせにより規定される２次元状態エリアを示す。
【図２】本発明によるマルチチャンネルステレオコンバータのいくつかの実施例の概略図を示す。
【図３ａ】左右ステレオフォニック信号の方向ベクトルグラフを示す。
【図３ｂ】左右ステレオフォニック信号の方向ベクトルグラフを示す。
【図４】本発明によるマルチチャンネルステレオコンバータにおいてサラウンド信号を発生するのに用いられる空間マッピングを概略的に示す。

Claims

ステレオフォニックオーディオ信号から情報信号を発生するステレオ手段と、前記オーディオ信号を他のオーディオ信号に変換する、前記ステレオ手段に結合された変換手段とを有するマルチチャンネルステレオコンバータであって、前記ステレオ手段が、前記オーディオ信号間のステレオの程度を表すステレオ情報信号を発生するステレオマグニチュード決定手段であり、前記変換手段が、前記ステレオ情報信号に基づいて、前記オーディオ信号を少なくともサラウンド信号に変換するように実現され、前記変換が、マトリックス変換を実行し、前記マトリックス変換のマトリックス係数が、最小二乗法を用いた実際のオーディオ信号の前記オーディオ信号の主軸への射影に基づくことを特徴とする、マルチチャンネルステレオコンバータ。
前記変換手段が、前記ステレオ情報信号を、オーディオ信号により規定される面に、ある角度でマップするという前記変換についての関係を用いることを特徴とする、請求項１に記載のマルチチャンネルステレオコンバータ。
前記オーディオ信号を、直交表現から、前記オーディオ信号が直線上にあり、それによって付加的なオーディオ中央信号を示す表現へ、付加的に変換するように前記変換手段が実現されることを特徴とする、請求項１又は２に記載のマルチチャンネルステレオコンバータ。
前記付加的な変換が、２程度の乗数によるベクトル乗算を有することを特徴とする、請求項３に記載のマルチチャンネルステレオコンバータ。
前記付加的な変換が、マトリックス変換を実行することを特徴とする、請求項３又は４に記載のマルチチャンネルステレオコンバータ。
ステレオサラウンド左信号とステレオサラウンド右信号とを発生するように前記サラウンド信号が与えられる、ローリッツェン非相関化フィルタのような１つ又は複数の非相関化フィルタを、前記ステレオコンバータが備えることを特徴とする、請求項１乃至５の何れか１項に記載のマルチチャンネルステレオコンバータ。
情報信号が、ステレオフォニックオーディオ信号から得られるとともに、前記オーディオ信号を他のオーディオ信号に変換するために用いられる、ステレオフォニックオーディオ信号からオーディオ信号を発生する方法であって、前記情報信号が、前記オーディオ信号間のステレオの程度を表すステレオ情報信号であり、前記ステレオ情報信号に基づいて、前記オーディオ信号が少なくともサラウンド信号に変換され、前記変換が、マトリックス変換を実行し、前記マトリックス変換のマトリックス係数が、最小二乗法を用いた実際のオーディオ信号の前記オーディオ信号の主軸への射影に基づくことを特徴とする方法。