DE102008056704B4 - Verfahren zum Erzeugen eines abwärtskompatiblen Tonformates - Google Patents

Verfahren zum Erzeugen eines abwärtskompatiblen Tonformates Download PDF

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Abstract

Verfahren zum Erzeugen eines zweikanaligen Tonformates mit Rechtskanal (RIRT) und Linkskanal (LIRT) aus einem fünfkanaligen Tonformat mit folgenden Tonkanälen:
– Linkskanal (L)
– Rechtskanal (R)
– Centerkanal (C)
– Linkshintenkanal (Ls)
– Rechtshintenkanal (Rs),
bei welcher
– der Centerkanal (C) im Pegel abgesenkt (z. B. –3 dB) wird
– der im Pegel abgesenkte Centerkanal (C) auf den Linkskanal (L) verteilt wird unter Bildung eines ersten Summensignals (L')
– der Linkshintenkanal (Ls) im Pegel abgesenkt wird (z. B. um –3 dB),
– der im Pegel abgesenkte Linkshintenkanal (Ls) auf das erste Summensignal unter Bildung des dritten Summensignals verteilt wird, welches dem Linkskanal (LIRT) des zweikanaligen Tonformates entspricht
– der im Pegel abgesenkte Centerkanal (C) auf den Rechtskanal (R) verteilt wird unter Bildung eines zweiten Summensignals (R'),
– der Rechtshintenkanal (Rs) im Pegel abgesenkt wird (z. B. um –3 dB),...

Description

  • Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Ein derartiges Verfahren ist aus der Druckschrift BAI, M. R. [et al.] „Upmixing and Downmixing Two-channel Stereo Audio for Consumer Electronics”, IEEE Vol. 53, 2007, Issue 3, S. 1011–1019 bekannt.
  • Im Rundfunk, Internet und Heimbereich hat mittlerweile neben Zweikanal-Stereo und Mono auch das 5.1 Tonformat Einzug erhalten. Durch die Zunahme der verfügbaren Tonformate steigt somit auch der Aufwand der Audioproduktion, d. h. der Aufwand der Aufnahme und Abmischung in die entsprechenden Tonformate. Ebenso muss eine Kompatibilität zu den Wiedergabegeräten gewährleistet sein, damit diese unabhängig von der Anzahl der Audiokanäle, die sie wiedergeben können, jedes Tonformat trotzdem abspielen können.
  • Die eine Möglichkeit ist die Aussendung des Tonformats mit der größten Anzahl an Audiokanälen und – falls nötig – einer automatischen empfängerseitigen Konvertierung des Signals auf ein Tonformat mit geringerer Anzahl an Audiokanälen (automatischer Downmix).
  • Ebenso kann bereits in der Audioproduktion das Material in allen Formaten produziert werden und diese parallel (simulcast) ausgestrahlt werden. Hierbei kann die Erstellung jedes Tonformats einzeln erfolgen. Diese Art der Abmischung erfordert jedoch einen erheblichen Produktionsaufwand.
  • Meistens sind hierzu entweder zusätzliche Arbeitskräfte, ein merklich höherer Zeitaufwand oder mehrfache Ausstattung (z. B. im Fall von Liveübertragungen) nötig. Der resultierende Produktionsumfang ist daher schwer tragbar. Alternativ kann – wie in voriger Vorgehensweise – ein automatischer Downmix erfolgen.
  • Solche Verfahren zur automatischen Umrechnung existieren bereits, allerdings sind weitere Verbesserungen notwendig, um für ein möglichst breites Spektrum an Ausgangsmaterial ein qualitativ zufriedenstellendes Ergebnis zu liefern.
  • Automatische Downmixverfahren können grob in aktive und passive Verfahren unterteilt werden. Aktive Verfahren adaptieren die automatische Umrechung je nach Ausgangsmaterial, wobei passive Verfahren signalunabhängig funktionieren. Ein bekanntes passives Downmixverfahren liegt der Rundfunkempfehlung ITU-R BS.775 zugrunde und ist in 1 erläutert.
  • Ausgehend von einem fünfkanaligen Tonformat mit den Tonkanälen
    • – Linkskanal (L)
    • – Rechtskanal (R)
    • – Centerkanal (C)
    • – Linkshintenkanal (Ls)
    • – Rechtshintenkanal (Rs),
    sieht das bekannte Downmixverfahren zunächst eine Pegelabsenkung des Centerkanals C, sowie des Linkshintenkanal LS und des Rechtshintenkanals RS um jeweils –3 dB durch die Dämpfungsfunktion 50, bzw. 60 bzw. 70 vor.
  • Der um –3 dB abgesenkte Centerkanal wird über die Summationsfunktionen 10, bzw. 20 auf den Linkskanal L und den Rechtskanal R verteilt, unter Bildung eines ersten Summensignals (Ausgang Summationsfunktionen 10) und eines zweiten Summensignals (Ausgang Summationsfunktionen 20). Die im Pegel um –3 dB abgesenkten Linkshinten- und Rechtshintensignale Ls, bzw. Rs werden über Summationsfunktionen 30, bzw. 40 auf das erste, bzw. zweite Summensignal verteilt, unter Bildung des Links- und Rechtskanals L0, R0 des gewünschten zweikanaligen Tonformates.
  • Bei dem aktiven Verfahren werden in den Summationsfunktionen des Blockschaltbildes nach 1 die Eigenschaften der zu summierenden Audiosignale überprüft und ggf. korrigiert, um unerwünschte Klangergebnisse zu vermeiden.
  • Die Druckschrift BAI, M. R. [et al.] „Upmixing and Downmixing Two-channel Stereo Audio for Consumer Electronics”, IEEE Vol. 53, 2007, Issue 3, S. 1011–1019 beschreibt ebenfalls ein Downmix-Verfahren zum Erzeugen eines zweikanaligen Tonformates (Stereo-Signal) aus einem fünfkanaligen (5.1) Tonformat. Dabei werden die Spektralanteile analysiert und korrigiert. Auf diese Weise können Anhebungen und Absenkungen des Energiegehaltes ermittelt und durch Amplitudenkorrecktur in den betreffenden Teilbändern kompensiert werden. Eine Klangfarbenveränderung durch einen Kammfiltereffekt kann so begrenzt werden. Die Korrektur erfolgt aber nur zu einem sinnvollen Anteil, da ein vollständig sich auslöschendes Signal einen unendlich großen Korrekturfaktor hervorrufen würde. Hierdurch können Verschiebungen der Phantomschallquelle zwischen den resultierenden Links- und Rechtskanälen des zweikanaligen Tonformates auftreten und zwar in Abhängigkeit von der ursprünglichen Position der Phantomschallquellen in dem fünfkanaligen Quellmaterial.
  • Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, bei einem Verfahren der eingangs erwähnten die Verschiebung der Phantomschallquellen wie auch eine Änderung der Pegeldifferenz zwischen kohärenten und inkohärenten Signalanteilen als auch Klangfarbenveränderungen weitgehend zu kompensieren.
  • Die Lösung dieser Aufgabe ergibt sich aus den Merkmalen des Patentanspruchs 1.
  • Der Erfindung liegt die Überlegung zugrunde, bei der Bildung des ersten (L') und zweiten (R') Summensignals jeweils eine dynamische Korrektur der Spektralwerte von überlappenden Zeitfenstern mit k Abtastwerten des Linkskanals (L) bzw. Rechtskanals (R) vorzunehmen. Desweiteren erfolgt bei der Bildung des dritten und vierten Summensignals jeweils eine dynamische Korrektur der Spektralwerte von überlappenden Zeitfenstern mit k Abtastwerten des ersten (L') bzw. zweiten (R') Summensignals.
  • Die Erfindung wird anhand eines in den 2 bis 6 gezeigten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigt:
  • 2 ein generelles Blockschaltbild zu einer Anordnung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens; 3–6 Ablaufdiagramme für die in den Analyse- und Korrekturblöcken vorgesehenen Funktionen.
  • Das in 2 veranschaulichte Blockschalbild ist ähnlich aufgebaut, wie das Blockschaltbild in 1, jedoch mit dem wesentlichen Unterschied, dass in den Summationsfunktionen 100 und 200 zur Bildung der ersten und zweiten Summensignale L' und R', sowie in den Summationsfunktionen 300 und 400 zur Bildung der Links- und Rechtssignale LIRT und RIRT des zweikanaligen Tonformates zusätzlich zur Summation eine Analyse und Korrektur 1–4 erfolgt. Die Pegelabsenkung des Centersignal C, sowie der Rechtshinten- und Linkshintensignale Ls, Rs erfolgt bei dem Blockschaltbild 2 in Übereinstimmung mit dem Blockschaltbild nach 1 um beispielsweise –3 dB durch Dämpfungsfunktionen 50, 60, bzw. 70. Allerdings sind auch andere Dämpfungen als –3 dB denkbar insbesondere in Abhängigkeit von dem Genre bzw. Inhalt des fünfkanaligen Quellensignals.
  • Der funktionale Aufbau der Analyse und Korrekturblöcke 100, 200, 300, 400 in 2 ist für den Block 100 anhand der 3, für den Block 200 anhand der 4, für den Block 300 anhand der 5 und für den Block 400 anhand der 6 erläutert.
  • Der in 3 dargestellte Block 100 sieht zunächst eine Transformation der eingangsseitigen Links, bzw. Centersignal L bzw. C in Spektralwerte beispielsweise durch eine FET 101 vor. Die gebildeten Spektralwerte l(k), c(k) werden in der Summierfunktion 102 addiert. Die Betragssumme Sl(k) der Spektralwerte wird anschließend in der Entscheidungsraute 103 dahingehend bewertet ob sie größer als ein Sollwert Asoll,l(k) ist. Der Sollwert ASoll,l(k) bestimmt sich zu
    Figure 00060001
  • Ist die Betragssumme größer als Asoll,l(k), so wird in Block 104 der Wert l'(k) = Asoll,l(k) + (|l(k) + c(k)| – Asoll,l(k))·ngebildet, wobei n ein Faktor größer 0.1 und kleiner 0.4 ist. Ist die Betragssumme nicht größer als der Sollwert Asoll,l(k), so werden in Block 105 die Spektralwerte l(k) des linken Kanals mit einem Faktor ml(k) gewichtet. Der Faktor ml(k) ist größer als eins und dient ebenso wie der vorgenannte Faktor n zur Pegelanpassung. Das Produkt ml(k)·l(k) wird mit den Spektralwerten c(k) des Centerkanals addiert (ml(k)·l + c).
  • Im Ergebnis wird in dem Block 100 mithilfe der Entscheidungsraute 103 das im Pegel angepasste Signal l'(k) entweder nach ml(k)·l(k) + c(k) oder ASoll,l(k) + (|l(k) + c(k)| – ASoll,l(k))·n gebildet, welches nach einer inversen Transformation 106 das erste Summensignal L' ergibt.
  • Der in 4 dargestellte Block 200 sieht zunächst eine Transformation der eingangsseitigen Rechts, bzw. Centersignale R bzw. C in Spektralwerte beispielsweise durch eine FFT 201 vor. Die gebildeten Spektralwerte r(k), c(k) werden in der Summierfunktion 202 addiert. Die Betragssumme Sr(k) der Spektralwerte wird anschließend in der Entscheidungsraute 203 dahingehend bewertet ob sie größer als ein Sollwert ASoll,r(k) ist. Der Sollwert ASoll,r(k) bestimmt sich zu
    Figure 00070001
  • Ist die Betragssumme größer als ASoll,r(k), so wird in Block 204 der Wert r'(k) = Asoll,r(k) + (|r(k) + c(k)| – Asoll,r(k))·ngebildet, wobei n ein Faktor größer 0.1 und kleiner 0.4 ist. Ist die Betragssumme nicht größer als der Sollwert ASoll,r(k), so werden in Block 205 die Spektralwerte r(k) des rechten Kanals mit einem Faktor mr(k) gewichtet. Der Faktor mr(k) ist größer als eins und dient ebenso wie der vorgenannte Faktor n zur Pegelanpassung. Das Produkt mr(k)·r wird mit den Spektralwerten c(k) des Centerkanals addiert (mr(k)·r(k) + c(k)).
  • Im Ergebnis wird in dem Block 200 mithilfe der Entscheidungsraute 203 das im Pegel angepasste Signal r'(k) entweder nach mr(k)·r(k) + c(k) oder ASoll,r(k) + (|r(k) + c(k)| – ASoll,r(k))·n gebildet, welches nach einer inversen Transformation 206 das zweite Summensignal R' ergibt.
  • Der in 5 dargestellte Block 300 sieht die zunächst eine Transformation der eingangsseitigen Linkshintensignals, bzw. ersten Summensignals Ls bzw. L' in Spektralwerte beispielsweise durch eine FFT 301 vor. Die gebildeten Spektralwerte ls(k), l'(k) werden in der Summierfunktion 302 addiert. Die Betragssumme Sls(k) der Spektralwerte wird anschließend in der Entscheidungsraute 304 dahingehend bewertet ob sie größer als ein Sollwert ASoll,ls(k) ist. Der Sollwert ASoll,ls(k) bestimmt sich zu
    Figure 00080001
  • Ist die Betragssumme größer als ASoll,ls(k), so wird in Block 304 das Signal lIRT = Asoll,ls(k) + (|ls(k) + l'(k)| – Asoll,ls(k))·ngebildet, wobei n ein Faktor größer 0.1 und kleiner 0.4 ist. Ist die Betragssumme nicht größer als der Sollwert ASoll,ls(k), so werden in Block 305 die Spektralwerte l'(k) des ersten Summensignals mit dem Faktor mls(k) gewichtet. Der Faktor mls(k) ist größer als eins und dient ebenso wie der vorgenannte Faktor n zur Pegelanpassung. Das Produkt mls(k)·l'(k) wird mit den Spektralwerten ls(k) des Linkshintenkanals addiert (mls(k)·l'(k) + ls(k)). Im Ergebnis wird in dem Block 300 mithilfe der Entscheidungsraute 303 das im Pegel angepasste Signal entweder nach mls(k)·l'(k) + ls(k) oder ASoll,ls(k) + (|l'(k) + ls(k)| – ASoll,ls(k))·n gebildet, welches nach einer inversen Transformation 306 das dritte Summensignal und somit das linke Ausgangssignal L ergibt.
  • Der in 6 dargestellte Block 400 sieht die zunächst eine Transformation der eingangsseitigen Linkshintensignals, bzw. zweiten Summensignals Rs bzw. R' in Spektralwerte beispielsweise durch eine FFT 401 vor. Die gebildeten Spektralwerte rs(k), r'(k) werden in der Summierfunktion 402 addiert. Die Betragssumme Srs(k) der Spektralwerte wird anschließend in der Entscheidungsraute 403 dahingehend bewertet ob sie größer als ein Sollwert ASoll,rs(k) ist. Der Sollwert ASoll,rs(k) bestimmt sich zu
    Figure 00090001
  • Ist die Betragssumme größer als ASoll,ls(k), so wird das Signal rIRT = Asoll,s(k) + (|rs(k) + r'(k)| – Asoll,rs(k))·ngebildet, wobei n ein Faktor größer 0.1 und kleiner 0.4 ist. Ist die Betragssumme nicht größer als der Sollwert ASoll,rs(k), so werden in Block 405 die Spektralwerte r'(k) des ersten Summensignals mit dem Faktor mrs(k) gewichtet. Der Faktor mrs(k) ist größer als eins und dient ebenso wie der vorgenannte Faktor n zur Pegelanpassung. Das Produkt mrs(k)·r'(k) wird mit den Spektralwerten rs(k) des Rechtshintenkanals addiert (mrs(k)·r'(k) + rs(k)).
  • Im Ergebnis wird in dem Block 400 mithilfe der Entschedidungsraute 403 das im Pegel angepasste Signal entweder nach mrs(k)·r'(k) + rs(k) oder ASoll,rs(k) + (|r'(k) + rs(k)| – ASoll,rs(k))·n gebildet, welches nach einer inversen Transformation 406 das vierte Summensignal und somit das rechte Ausgangssignal R ergibt.

Claims (1)

  1. Verfahren zum Erzeugen eines zweikanaligen Tonformates mit Rechtskanal (RIRT) und Linkskanal (LIRT) aus einem fünfkanaligen Tonformat mit folgenden Tonkanälen: – Linkskanal (L) – Rechtskanal (R) – Centerkanal (C) – Linkshintenkanal (Ls) – Rechtshintenkanal (Rs), bei welcher – der Centerkanal (C) im Pegel abgesenkt (z. B. –3 dB) wird – der im Pegel abgesenkte Centerkanal (C) auf den Linkskanal (L) verteilt wird unter Bildung eines ersten Summensignals (L') – der Linkshintenkanal (Ls) im Pegel abgesenkt wird (z. B. um –3 dB), – der im Pegel abgesenkte Linkshintenkanal (Ls) auf das erste Summensignal unter Bildung des dritten Summensignals verteilt wird, welches dem Linkskanal (LIRT) des zweikanaligen Tonformates entspricht – der im Pegel abgesenkte Centerkanal (C) auf den Rechtskanal (R) verteilt wird unter Bildung eines zweiten Summensignals (R'), – der Rechtshintenkanal (Rs) im Pegel abgesenkt wird (z. B. um –3 dB), – der im Pegel abgesenkte Rechtshintenkanal (Rs) auf das zweite Summensignal unter Bildung eines vierten Summensignals verteilt wird, welches dem Rechtskanal (RIRT) des zweikanaligen Tonformates entspricht, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Bildung des ersten (L') und zweiten (R') Summensignals jeweils eine dynamische Korrektur der Spektralwerte von überlappenden Zeitfenstern mit k Abtastwerten des Linkskanals (L) bzw. Rechtskanals (R) erfolgt, dass bei der Bildung des dritten und vierten Summensignals jeweils eine dynamische Korrektur der Spektralwerte von überlappenden Zeitfenstern mit k Abtastwerten des ersten (L') bzw. zweiten (R') Summensignals erfolgt, dass vor jeder dynamischen Korrektur von Spektralwerten des Linkskanals (L) und Rechtskanals (R) jede Summe der Spektralwerte mit einem Sollwert (Asoll, mit Asoll ∈
    Figure 00120001
    verglichen wird, welcher sich aus folgender Beziehung ergibt:
    Figure 00120002
    in welcher |l(k)| der Betrag eines Spektralwertes des transformierten Linkskanals (L) in der komplexen Zahlenebene
    Figure 00120003
    |c(k)| der Betrag des zugehörigen Spektralwertes des transformierten Centerkanals (C) in der komplexen Zahlenebene
    Figure 00120004
    |r(k)| der Betrag eines Spektralwertes des transformierten Rechtskanals (R) in der komplexen Zahlenebene
    Figure 00120005
    bedeuten, dass vor jeder dynamischen Korrektur von Spektralwerten des ersten (L') bzw. zweiten (R') Summensignals jede Summe der Spektralwerte mit einem Sollwert (Asoll, mit Asoll ∈
    Figure 00130001
    verglichen wird, welcher sich aus folgender Beziehung ergibt:
    Figure 00130002
    in welcher |r'(k)| der Betrag der Spektralwerte des transformierten dritten Summensignals (R') in der komplexen Zahlenebene
    Figure 00130003
    |l'(k)| der Betrag des zugehörigen Spektralwertes des transformierten ersten Summensignals (L') in der komplexen Zahlenebene
    Figure 00130004
    |rs(k)| der Betrag des Spektralwertes des transformierten Rechtshintenkanals Rs in der komplexen Zahlenebene, |ls(k)| der Betrag des zugehörigen Spektralwertes des transformierten Linkshintenkanals Ls in der komplexen Zahlenebene
    Figure 00130005
    bedeuten, dass für den Fall, dass der Sollwert (Asoll, mit Asoll ∈
    Figure 00130006
    überschritten wird, die Frequenzkomponente aufaddiert und die daraus resultierende Betragssumme nach S(k) = ASoll(k) + (|A(k) + B(k)| – ASoll(k)·nabgesenkt wird (z. B. um –3 dB), und dass für den Fall, dass der Sollwert (Asoll, mit Asoll ∈
    Figure 00140001
    unterschritten wird, die Spektralwerte der jeweils zu korrigierenden Signale mit folgendem Faktor (m(k), mit m(k) ∈
    Figure 00140002
    multipliziert werden:
    Figure 00140003
    wobei A(k) der k-te Spektralwert von r', l', l und r, mit A(k) ∈
    Figure 00140004
    Figure 00140005
    B(k) der k-te Spektralwert von rs, ls, und c, mit B(k) ∈
    Figure 00140006
    insbesondere dem Wert w ein Skalierungsfaktor im Bereich von –1 < w < 1 bedeuten, mit w ∈
    Figure 00140007
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