EP4042418B1 - Determining corrections to be applied to a multichannel audio signal, associated coding and decoding - Google Patents

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EP4042418B1
EP4042418B1 EP20792467.1A EP20792467A EP4042418B1 EP 4042418 B1 EP4042418 B1 EP 4042418B1 EP 20792467 A EP20792467 A EP 20792467A EP 4042418 B1 EP4042418 B1 EP 4042418B1
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EP
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signal
multichannel signal
corrections
decoded
decoding
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Definitions

  • the present invention relates to the coding/decoding of spatialized sound data, in particular in an ambiophonic context (hereinafter also denoted “ambisonic”).
  • the coders/decoders which are currently used in mobile telephony are mono (a single signal channel for reproduction on a single loudspeaker).
  • coded which are currently used in mobile telephony are mono (a single signal channel for reproduction on a single loudspeaker).
  • the 3GPP EVS codec (for "Enhanced Voice Services”) makes it possible to offer "Super-HD” quality (also called “High Definition Plus” or HD+ voice) with a super-wideband audio band (SWB for "super- wideband” in English) for signals sampled at 32 or 48 kHz or full band (FB for “Fullband”) for signals sampled at 48 kHz; the audio bandwidth is 14.4 to 16 kHz in SWB mode (9.6 to 128 kbit/s) and 20 kHz in FB mode (16.4 to 128 kbit/s).
  • SWB super-wideband audio band
  • FB full band
  • the next quality evolution in the conversational services offered by operators should be constituted by immersive services, using terminals such as smartphones equipped with several microphones or spatialized audio conferencing equipment or videoconferencing of the tele-presence or video type. 360°, or equipment for sharing “live” audio content, with spatialized 3D sound reproduction that is much more immersive than simple 2D stereo reproduction.
  • terminals such as smartphones equipped with several microphones or spatialized audio conferencing equipment or videoconferencing of the tele-presence or video type. 360°, or equipment for sharing “live” audio content, with spatialized 3D sound reproduction that is much more immersive than simple 2D stereo reproduction.
  • Ambisonics is a method of recording ("coding" in the acoustic sense) of spatialized sound and a system of reproduction (“decoding” in the acoustic sense).
  • An ambisonic microphone (in order 1) comprises at least four capsules (typically of the cardioid or sub-cardioid type) arranged on a spherical grid, for example the vertices of a regular tetrahedron.
  • the audio channels associated with these capsules are called the “A-format”.
  • This format is converted into a "B-format", in which the sound field is broken down into four components (spherical harmonics) denoted W, X, Y, Z, which correspond to four coincident virtual microphones.
  • the W component corresponds to an omnidirectional capture of the sound field, while the X, Y and Z components, which are more directive, are similar to pressure gradient microphones oriented along the three orthogonal axes of space.
  • An Ambisonic system is a flexible system in the sense that recording and playback are separate and decoupled. It allows decoding (in the acoustic sense) on any loudspeaker configuration (for example, binaural, 5.1 type "surround” sound or 7.1.4 type periphony (with elevation).
  • the Ambisonics approach can be generalized to more than four channels in B-format and this generalized representation is commonly referred to as “HOA” (for “Higher-Order Ambisonics”). Decomposing the sound into more spherical harmonics improves the spatial precision of reproduction when rendered on loudspeakers.
  • FOA First-Order Ambisonics
  • There is also a so-called "planar" variant of Ambisonics (W, X, Y) which breaks down the sound defined in a plane which is generally the horizontal plane. In this case, the number of components is K 2M+1 channels.
  • First Order Ambisonics (4 channels: W, X, Y, Z), Planar First Order Ambisonics (3 channels: W, X, Y), Higher Order Ambisonics are all referred to as ci - afterwards by “ambisonic” indiscriminately to facilitate reading, the treatments presented being applicable independently of the planar type or not and of the number of ambisonic components.
  • ambisonic signal a signal in B-format at a predetermined order with a certain number of ambisonic components.
  • This also includes hybrid cases, where for example at order 2 we only have 8 channels (instead of 9) - more precisely, at order 2, we find the 4 channels of order 1 (W , X, Y, Z) to which one normally adds 5 channels (usually denoted R, S, T, U, V), and one can for example ignore one of the higher order channels (for example R).
  • the signals to be processed by the coder/decoder are presented as successions of blocks of sound samples called “frames” or “sub-frames” below.
  • the simplest approach to encoding an Ambisonic signal is to use a mono encoder and apply it in parallel to all channels with possibly different bit allocation depending on the channel. This approach is referred to herein as "multi-mono".
  • the multi-mono approach can be extended to multi-stereo coding (where pairs of channels are coded separately by a stereo codec) or more generally to the use of several parallel instances of the same core codec.
  • the input signal is divided into channels (a mono channel or several channels) by block 100. These channels are encoded separately by blocks 120 to 122 according to a predetermined division and bit allocation. Their binary train is multiplexed (block 130) and after transmission and/or storage, it is demultiplexed (block 140) to apply a decoding to reconstruct the decoded channels (blocks 150-152) which are recombined (block 160).
  • the associated quality varies according to the coding and the core decoding used (blocks 120 to 122 and 150 to 152), and it is generally satisfactory only at very high bit rate.
  • the multi-mono coding approach does not take into account the correlation between channels, it produces spatial deformations with the addition of various artifacts such as the appearance of phantom sound sources, diffuse noises or displacements of sound source trajectories .
  • the coding of an Ambisonic signal according to this approach generates degradations of the spatialization.
  • An alternative approach to the separate coding of all the channels is given, for a stereo or multichannel signal, by parametric coding.
  • the input multichannel signal is reduced to a lower number of channels, after a processing called “downmix”, these channels are coded and transmitted and additional spatialization information is also coded.
  • Parametric decoding consists in increasing the number of channels after decoding the transmitted channels, using a processing called “upmix” (typically implemented by decorrelation) and a spatial synthesis according to the decoded additional spatialization information.
  • upmix typically implemented by decorrelation
  • An example of stereo parametric coding is given by the 3GPP e-AAC+ codec. It will be noted that the downmix operation also generates degradations of the spatialization; in this case, the spatial image is modified.
  • the invention improves the state of the art.
  • the determined set of corrections, to be applied to the decoded multichannel signal makes it possible to limit the spatial degradations due to the coding and possibly to channel down/up operations.
  • the implementation of the correction thus makes it possible to find a spatial image of the decoded multichannel signal closest to the spatial image of the original multichannel signal.
  • the decoder is able to determine the corrections to be made to the decoded multichannel signal, from information representative of the spatial image of the original multichannel signal, received from the coder.
  • the information received from the encoder is thus limited. It is the decoder that takes care of both the determination and the application of the corrections.
  • the coder which determines the set of corrections to be made to the decoded multichannel signal and which transmits it to the decoder. It is therefore the coder who initiates this determination of corrections.
  • the decoding method or the coding method includes a step of limiting the values of gains obtained according to at least one threshold.
  • This set of gains constitutes the set of corrections and can for example be in the form of a correction matrix comprising the set of gains thus determined.
  • the information representative of a spatial image is a covariance matrix and the determination of the set of corrections comprises a step of determining a matrix of transformation by matrix decomposition of the two covariance matrices, the transformation matrix constituting the set of corrections.
  • the steps of decoding, application of gains and coding/summation above are grouped together in a direct correction operation by a correction matrix.
  • This correction matrix can be applied directly to the decoded multichannel signal, which has the advantage, as described above, of making the corrections directly in the Ambisonic domain.
  • the coder which determines the corrections to be made to the decoded multichannel signal, directly in the Ambisonic domain and it is the decoder which implements the application of these corrections to the decoded multichannel signal, directly into the Ambisonics domain.
  • the set of corrections can in this case be a transformation matrix or else a correction matrix comprising a set of gains.
  • the coder which determines the corrections to be made to the signals resulting from the acoustic decoding on a set of virtual loudspeakers and it is the decoder which implements the application of these corrections to the signals resulting from the acoustic decoding then which transforms these signals to return to the ambisonic domain in the case of an ambisonic multichannel signal.
  • the steps of decoding, application of gains and coding/summation above are grouped together in a direct correction operation by a correction matrix.
  • the correction is then performed directly by applying a correction matrix to the decoded multichannel signal, for example the Ambisonic signal. As described previously, this has the advantage of bringing the corrections directly into the Ambisonic domain.
  • the invention also relates to a decoding device comprising a processing circuit for implementing the decoding methods as described previously.
  • the invention also relates to a decoding device comprising a processing circuit for implementing the coding methods as described above.
  • the invention relates to a computer program comprising instructions for implementing decoding methods or coding methods as described above, when they are executed by a processor.
  • the invention relates to a storage medium, readable by a processor, storing a computer program comprising instructions for the execution of the decoding methods or the coding methods described previously.
  • the method described below is based on the correction of spatial degradations, in particular to ensure that the spatial image of the decoded signal is as close as possible to the original signal.
  • the invention is not based on a perceptual interpretation of spatial image information because the Ambisonic domain is not directly "listenable”.
  • FIG. 2 represents the main steps implemented to determine a set of corrections to be applied to the coded then decoded multichannel signal.
  • the original multi-channel signal B of dimension KxL (ie K components of L time or frequency samples) is input to the determination method.
  • step S1 information representative of a spatial image of the original multichannel signal is extracted.
  • the invention can also be applied to other types of multichannel signal such as a B-format signal with modifications, such as for example the suppression of certain components (e.g. suppression of the R component at order 2 so as not to keep only 8 channels) or the matrixing of the B-format to pass into an equivalent domain (called "Equivalent Spatial Domain") as described in the 3GPP specification TS 26.260 - another example of matrixing is given by the "channel mapping 3" of the coded IETF Opus and in the 3GPP TS 26.918 specification (clause 6.1.6.3).
  • spatial image the distribution of the sound energy of the ambisonic sound stage at different directions in space; in variants, this spatial image describing the sound scene generally corresponds to positive magnitudes evaluated at different predetermined directions in space, for example in the form of a pseudo-spectrum of the MUSIC (MUltiple Signal Classification) type sampled at these directions or a histogram of directions of arrival (where the directions of arrival are counted according to the discretization given by the predetermined directions); these positive magnitudes can be interpreted as energies and are seen as such below to simplify the description of the invention.
  • MUSIC MUltiple Signal Classification
  • a spatial image associated with an Ambisonic sound scene therefore represents the sound energy (or more generally a positive magnitude) relative to different directions in space.
  • information representative of a spatial image can be, for example, a covariance matrix calculated between the channels of the multichannel signal or energy information associated with directions of origin of the sound (associated with directions of height -virtual speakers distributed on a unit sphere).
  • the set of corrections to be applied to a multi-channel signal is information which can be defined by a set of gains associated with directions from which the sound comes, which can be in the form of a matrix of corrections comprising this set of gains or a transformation matrix.
  • energy information is obtained in different directions (associated with directions of virtual loudspeakers distributed over a unit sphere).
  • SRP type for "Steered-Response Power”
  • other spatial image calculation methods can be used.
  • multi-stereo coding where the channels b k are coded in separate pairs is also possible.
  • a classic example for a 5.1 input signal is to use two separate stereo encodings of L/R and Ls/Rs with mono encodings of Cet LFE (low frequencies only); for the ambisonic case, the multi-stereo coding can be applied to the ambisonic components (B-format) or to an equivalent multichannel signal obtained after matrixing the channels of the B-format - for example to order 1 the channels W, X, Y, Z can be converted into four transformed channels, and two channel pairs are coded separately and converted back to B-format on decoding.
  • An example is given in the recent versions of the Opus codec (“channel mapping 3”) and in the 3GPP specification TR 26.918 (clause 6.1.6.3).
  • step S2 a joint multichannel coding, such as for example the MPEGH 3D Audio coded for the ambisonic (scene-based) format; in this case, the codec encodes the input channels jointly.
  • this joint coding breaks down for an ambisonic signal into several stages such as the extraction and the coding of predominant mono sources, the extraction of an ambience (typically reduced to an ambisonic signal of order 1 ), the coding of all the extracted channels (called “transport channels”) and metadata describing the acoustic beamforming vectors (“beamforming” in English) for the extraction of predominant channels.
  • Joint multi-channel coding makes it possible to exploit the relationships between all the channels to, for example, extract predominant audio sources and ambience or perform global bit allocation taking into account all the audio content.
  • step S2 is a multi-mono coding which is performed using the 3GPP EVS codec as described previously.
  • the method according to the invention can thus be used independently of the core codec (multi-mono, multi-stereo, joint coding) used to represent the channels to be coded.
  • the signal thus encoded in the form of a bitstream can be decoded in step S3 either by a local decoder of the encoder, or by a decoder after transmission.
  • This signal is decoded to find the channels of the multichannel signal B - (for example by several instances of EVS decoder according to a multi-mono decoding).
  • Steps S2a, S2b, S3a, S3b represent a variant embodiment of the coding and decoding of the multichannel signal B.
  • the difference with the coding of step S2 described above resides in the use of additional processing operations to reduce the number of channels (“downmix” in English) at step S2a and to increase the number of channels (“ upmix” in English) in step S3b.
  • These coding and decoding steps (S2b and S3a) are similar to steps S2 and S3 except that the number of respective input and output channels is lower in steps S2b and S3a.
  • An example of downmixing a first-order Ambisonic input signal is to keep only the W channel; for an ambisonic input signal of order > 1, we can take as downmix the first 4 components W, X, Y, Z (thus truncate the signal to order 1).
  • we can take as downmix a subset of the Ambisonic components for example 8 channels at order 2 without the R component
  • An example of upmixing a mono signal consists of applying different spatial room impulse responses (SRI R for “Spatial Room Impulse Response”) or different decorrelating filters (of the all-pass type) in the time or frequency domain.
  • SRI R spatial Room Impulse Response
  • decorrelating filters of the all-pass type
  • An example of achieving decorrelation in a frequency domain is given for example in document 3GPP S4-180975, pCR to 26.118 on Dolby VRStream audio profile candidate (clause X.6.2.3.5).
  • the signal B' resulting from this "downmix" processing is coded in step S2b by a core codec (multi-mono, multi-stereo, joint coding), for example by a mono or multi-mono approach with the 3GPP EVS codec .
  • the input audio signal from the coding step S2b and output from the decoding step S3 has a lower number of channels than the original multi-channel audio signal.
  • the spatial image represented by the core codec is already substantially degraded even before coding.
  • the number of channels is reduced to a single mono channel, encoding only the W channel; the input signal is then limited to a single audio channel and the spatial image is therefore lost.
  • the method according to the invention makes it possible to describe and reconstruct this spatial image as close as possible to that of the original multichannel signal.
  • At the output of the upmix step in S3b of this variant embodiment there is a decoded multichannel signal B ⁇ .
  • step S4 information representative of the spatial image of the decoded multichannel signal.
  • this information can be a covariance matrix calculated on the decoded multichannel signal or energy information associated with the directions of origin of the sound (or equivalently, with virtual points on a unit sphere ).
  • step S5 This information representative of the original multichannel signal and of the decoded multichannel signal is used in step S5 to determine a set of corrections to be applied to the decoded multichannel signal in order to limit the spatial degradations.
  • Two embodiments will be detailed below with reference to the figure 4 And 5 to illustrate this step.
  • ERB bands - for "equivalent rectangular bandwidth" in English - or in 1/3 of an octave
  • sampling frequency for example 16 or 48 kHz
  • the invention may also be implemented in a transformed domain, for example in the domain of the short-term discrete Fourier transform (STFT) or the domain of the modified discrete cosine transform (MDCT).
  • STFT short-term discrete Fourier transform
  • MDCT modified discrete cosine transform
  • a mono sound source can be artificially spatialized by multiplying its signal by the values of the spherical harmonics associated with its direction of origin (assuming the signal carried by a plane wave) to obtain as many ambisonic components.
  • B Y ⁇ , ⁇ . s
  • s is the mono signal to be spatialized
  • Y ( ⁇ , ⁇ ) is the encoding vector defining the coefficients of the spherical harmonics associated with the direction ( ⁇ , ⁇ ) for order M.
  • normalization conventions e.g. maxN, N3D
  • channel ordering conventions e.g. ACN
  • des or ambisonic component normalization FOA or HOA. This amounts to modifying the order of the lines Y ( ⁇ , ⁇ ) or multiplying these lines by predefined constants.
  • such matrices will serve as a matrix for forming directional beams (“beamforming” in English) describing how to obtain characteristic signals of directions in space in order to operate an analysis and/or transformations spatial.
  • FIG. 3 represents a first embodiment of an encoding device and of a decoding device for implementing an encoding and decoding method including a method for determining a set of corrections as described with reference to there picture 2 .
  • the coder calculates the information representative of the spatial image of the original multichannel signal and transmits it to the decoder in order to enable it to correct the spatial degradation generated by the coding.
  • the encoder receives a multi-channel input signal of for example FOA, or HOA, ambisonic representation, or a hybrid representation with a subset of ambisonic components up to a given partial ambisonic order - the latter case is actually included from equivalent way in the FOA or HOA case where the missing ambisonic components are zero and the ambisonic order is given by the order minimum required to include all defined components.
  • the input signal is sampled at 32 kHz.
  • the coding is performed in the time domain (on one or more bands), however in variants, the invention can be implemented in a transformed domain, for example after short-term discrete Fourier transform. term (STFT) or modified discrete cosine transform (MDCT).
  • STFT short-term discrete Fourier transform
  • MDCT modified discrete cosine transform
  • a block 310 for reducing the number of channels can be implemented; the input of block 311 is signal B' at the output of block 310 when the downmix is implemented or signal B otherwise.
  • the downmix if the downmix is applied, it consists for example for an ambisonic input signal of order 1 in keeping only the W channel and for an ambisonic input signal of order > 1, in not keep only the first 4 ambisonic components W, X, Y, Z (therefore to truncate the signal at order 1).
  • Other types of downmix can be implemented without this modifying the method according to the invention.
  • Block 311 encodes the audio signal b' k of B' at the output of block 310 in the case where the downmix step is performed or the audio signal b k of the original multichannel signal B .
  • This signal corresponds to the Ambisonic components of the original multi-channel signal if no channel reduction processing has been applied.
  • block 311 uses multi-mono coding (COD) with a fixed or variable allocation, where the core codec is the standard 3GPP EVS codec.
  • COD multi-mono coding
  • each channel b k or b' k is coded separately by an instance of the codec; however, in variants other encoding methods are possible, for example multi-stereo encoding or a joint multi-channel coding.
  • block 320 performs a division into subbands.
  • this division into sub-bands could reuse equivalent processing carried out in blocks 310 or 311; the separation of block 320 is functional here.
  • the channels of the original multichannel audio signal are divided into 4 frequency sub-bands with respective widths of 1 kHz, 3 kHz, 4 kHz, 8 kHz (which amounts to a division of the frequencies according to the 0 -1000, 1000-4000, 4000-8000 and 8000-16000 Hz.
  • This slicing can be implemented through a short-term discrete Fourier transform (STFT), band-pass filtering in the Fourier domain (by application of a frequency mask), and inverse transform with overlap addition.
  • STFT discrete Fourier transform
  • the sub-bands remain sampled at the same original frequency and the processing according to the invention is applied in the time domain; in variants, it will be possible to use a bank of filters with critical sampling. It will be noted that the operation of cutting into sub-bands generally involves a processing delay which is a function of the type of bank of filters implemented; according to the invention a temporal alignment can be applied before or after coding-decoding and/or before the extraction of spatial image information, so that the spatial image information is well synchronized in time with the corrected signal.
  • a full-band processing may be carried out, or the division into sub-bands may be different as explained previously.
  • the signal resulting from a transformation of the original multichannel audio signal is directly used and the invention applies in the transformed domain with a division into sub-bands in the transformed domain.
  • a high-pass filtering (with a cut-off frequency typically at 20 or 50 Hz), for example in the form of an elliptical IIR filter of order 2 whose frequency of cutoff is preferably set at 20 or 50 Hz (50Hz in variants).
  • This pre-processing avoids a potential bias for the subsequent covariance estimation during coding; without this pre-processing, the correction implemented in block 390 described later, will tend to amplify the low frequencies during full-band processing.
  • Block 321 determines (Inf. B) information representative of a spatial image of the original multichannel signal.
  • this information is energy information associated with directions of origin of the sound (associated with directions of virtual loudspeakers distributed over a unit sphere).
  • this 3D sphere is discretized by N points (“punctual” virtual loudspeakers) whose position is defined in spherical coordinates by the directions ( ⁇ n , ⁇ n ) for the nth speaker.
  • the loudspeakers are typically placed in a (quasi-)uniform way on the sphere.
  • a “Lebedev” type quadrature method can for example be used to perform this discretization, according to the references VI Lebedev, and DN Laikov, “A quadrature formula for the sphere of the 131st algebraic order of accuracy”, Doklady Mathematics, vol. 59, no. 3, 1999, p. 477-481 Or Pierre Lecomte, Philippe-Aubert Gauthier, Christophe Langrenne, Alexandre Garcia and Alain Berry, On the use of a Lebedev grid for Ambisonics, AES Convention 139, New York, 2015 .
  • a possible method is for example the SRP method (for "Steered-Response Power” in English). Indeed, this method consists in calculating the short-term energy coming from different directions defined in terms of azimuth and elevation. For this, as explained previously, similarly to rendering on N loudspeakers, a weighting matrix of the Ambisonic components is calculated, then this matrix is applied to the multichannel signal to sum the contribution of the components and produce a set of N acoustic beams (or “beamformers” in English).
  • S D .
  • D d 0 ⁇ d NOT ⁇ 1
  • S is a matrix of size NxL representing the signals of N virtual loudspeakers over a time interval of length L.
  • Block 330 then carries out a quantization of the spatial image thus determined, for example with a scalar quantization on 16 bits by coefficients (by directly using the floating point representation truncated on 16 bits).
  • a scalar quantization on 16 bits by coefficients by directly using the floating point representation truncated on 16 bits.
  • other scalar or vector quantization methods are possible.
  • temporal smoothing operations of the covariance matrix could be used.
  • the covariance can be estimated recursively (sample by sample).
  • the covariance matrix C (of size KxK) being, by definition, symmetric, only one of the lower or upper triangles is transmitted to the quantization block 330 which encodes (Q) K(K+1)/2 coefficients, K being the number Ambisonic components.
  • This block 330 carries out a quantization of these coefficients, for example with a scalar quantization on 16 bits per coefficient (by directly using the floating point representation truncated on 16 bits). In variants, other methods of scalar or vector quantification of the covariance matrix may be implemented.
  • the covariance matrix C could be regularized before quantification in the form C+ ⁇ I.
  • the quantized values are sent to multiplexer 340.
  • the decoder receives in the demultiplexer block 350, a binary stream comprising a coded audio signal originating from the original multichannel signal and the information representative of a spatial image of the original multichannel signal.
  • Block 360 decodes (Q -1 ) the covariance matrix or other information representative of the spatial image of the original signal.
  • Block 370 decodes (DEC) the audio signal as represented by the bitstream.
  • the decoded multichannel signal B is obtained at the output of the decoding block 370.
  • the decoding implemented in block 370 makes it possible to obtain a decoded audio signal B ⁇ ′ which is sent as input to block 371 of upmix.
  • block 371 implements an optional step (UPMIX) of increasing the number of channels.
  • this step for the channel of a mono signal it consists in convolving the signal by different spatial room impulse responses (SRIR for “Spatial Room Impulse Response”); these SRI Rs are defined at the original ambisonic order of B.
  • SRIR spatial Room impulse responses
  • Other methods of decorrelation are possible, for example the application of all-pass decorrelating filters to the different channels of the signal
  • Block 372 implements an optional step (SB) of dividing into subbands to obtain either subbands in the time domain or in a transformed domain.
  • a reverse step, in block 391, regroups the sub-bands to find a multi-channel signal at the output.
  • Block 375 determines (Inf B ⁇ ) information representative of a spatial image of the decoded multichannel signal in a manner similar to what was described for block 321 (for the original multichannel signal), applied this time to the decoded multichannel signal B ⁇ obtained at the output of block 371 or of block 370 according to the decoding embodiments.
  • this information is energy information associated with directions of origin of the sound (associated with directions of virtual loudspeakers distributed over a unit sphere).
  • a method of the SRP type can be used to determine the spatial image of the decoded multichannel signal.
  • this information is a channel covariance matrix of the decoded multi-channel signal.
  • temporal smoothing operations of the covariance matrix could be used.
  • the covariance can be estimated recursively (sample by sample).
  • the block 380 implements the method of determination (Det.Corr) of a set of corrections as described with reference to picture 2 .
  • a method using rendering (explicit or not) on virtual speaker is used and in the embodiment of the figure 5 , a method implemented based on a Cholesky type factorization is used.
  • Block 390 of the picture 3 implements a correction (CORR) of the decoded multichannel signal by the set of corrections determined by block 380 to obtain a corrected decoded multichannel signal.
  • CORR correction
  • FIG 4 therefore represents an embodiment of the step of determining a set of corrections. This embodiment is carried out by the use of rendering on virtual loudspeakers.
  • the information representative of the spatial image of the original multichannel signal and of the decoded multichannel signal are the respective covariance matrices C and C.
  • blocks 420 and 421 respectively determine the spatial images of the original multichannel signal and of the decoded multichannel signal.
  • a virtual 3D sphere of unit radius is discretized by N points (“punctual” virtual loudspeakers) whose direction is defined in spherical coordinates by the directions ( ⁇ n , ⁇ n ) for the nth speaker.
  • the spatial image of the multichannel signal is the SRP (or other) method which consists of calculating the short-term energy coming from different directions defined in terms of azimuth and elevation.
  • This method or other types of methods as listed previously can be used to determine the spatial images ⁇ and ⁇ (IS B and IS B ⁇ ) respectively of the original multichannel signal, at 420 (IMG B ) and of the decoded multichannel signal in 421 (IMG B ⁇ ).
  • the information representative of the spatial image of the original signal (Inf B ) received and decoded in 360 by the decoder is the spatial image itself, that is to say information from energy (or a positive quantity) associated with directions of origin of the sound (associated with directions of virtual loudspeakers distributed over a unit sphere), it is then no longer necessary to calculate it at 420.
  • This spatial image is then used directly by block 430 described below.
  • the determination at 375 of the information representative of the spatial image of the decoded multichannel signal (Inf B ⁇ ) is the spatial image itself of the decoded multichannel signal, then it is no longer necessary to calculate it in 421. This spatial image is then used directly by the block 430 described below.
  • Block 440 makes it possible, optionally, to limit (Limit g n ) the maximum value that a gain g n can take.
  • the positive quantities denoted ⁇ n 2 and ⁇ ⁇ not 2 can correspond more generally to quantities resulting from a MUSIC pseudo-spectrum or values resulting from a histogram of directions of arrival according to the discretized directions ( ⁇ n , ⁇ n ).
  • a threshold is applied to the value of g n . Any value above this threshold is forced to be equal to this threshold value.
  • the threshold can for example be fixed at 6 dB, so that a gain value outside the range ⁇ 6 dB is saturated at ⁇ 6 dB.
  • This set of gains g n therefore constitutes the set of corrections to be made to the decoded multichannel signal.
  • Block 390 applies, for each virtual loudspeaker, the corresponding gain g n , determined previously. The application of this gain makes it possible to obtain, on this loudspeaker, the same energy as the original signal.
  • An acoustic encoding step for example an ambisonic encoding by the matrix E is then implemented to obtain components of the multichannel signal, for example ambisonic components. These Ambisonic components are finally summed to obtain the output multichannel signal, corrected ( B ⁇ Corr). It is therefore possible to explicitly calculate the channels associated with the virtual loudspeakers, apply a gain to them, then recombine the processed channels, or in an equivalent manner apply the matrix G to the signal to be corrected.
  • B ⁇ correct G norm .
  • B ⁇ G norm g norm .
  • G with g norm VS ⁇ 00 / R 00 where ⁇ 00 corresponds to the first coefficient of the covariance matrix of the decoded multichannel signal.
  • the normalization factor g norm can be determined without calculating the entire matrix R, because it suffices to calculate only a subset of matrix elements to determine R 00 (and therefore g norm ).
  • the matrix G or G norm thus obtained corresponds to the set of corrections to be made to the decoded multichannel signal.
  • the information representative of the spatial image of the original multichannel signal and of the decoded multichannel signal are the respective covariance matrices C and C.
  • the matrix A must be a symmetric matrix positive definite (real case) or Hermitian definite positive (complex case); in the real case, the diagonal coefficients of L are strictly positive.
  • the covariance matrices C and ⁇ generally being positive semi-definite matrices, the Cholesky factorization cannot be used as it is.
  • block 510 forces the covariance matrix C to be positive definite.
  • an alternative resolution can be made with a decomposition into eigenvalues.
  • T. ⁇ .T T C
  • VS Q ⁇ Q you And either :
  • the stability of the solution from one frame to another is typically less good than with a Cholesky factorization approach. To this instability are added larger computational approximations potentially larger during the decomposition into eigenvalues.
  • Block 640 optionally normalizes (Norm. T ) this correction.
  • a normalization factor is therefore calculated so as not to amplify frequency zones.
  • B ⁇ correct T norm .
  • the normalization factor g norm can be determined without calculating the entire matrix R, because it suffices to calculate only a subset of matrix elements to determine R 00 (and therefore g norm ).
  • the matrix T or T norm thus obtained corresponds to the set of corrections to be made to the decoded multichannel signal.
  • the block 390 of the picture 3 performs the step of correcting the decoded multi-channel signal by applying the transformation matrix T or T norm directly to the decoded multi-channel signal, in the ambisonic domain, to obtain the corrected output ambisonic signal ( B ⁇ corr).
  • FIG. 6 A second embodiment of an encoder/decoder according to the invention will now be described in which the method for determining the set of corrections is implemented at the encoder.
  • FIG. 6 describes this embodiment.
  • This figure therefore represents a second embodiment of an encoding device and a decoding device for the implementation of an encoding and decoding method including a method for determining a set of corrections as described with reference to the figure 2 .
  • the process for determining the set of corrections is performed at the coder which then transmits this set of corrections to the decoder.
  • the decoder decodes this set of corrections to apply it to the decoded multichannel signal.
  • This embodiment therefore involves implementing local decoding at the encoder, this local decoding is represented by blocks 612 to 613.
  • Blocks 610, 611, 620 and 621 are identical respectively to blocks 310, 311, 320 and 321 described with reference to picture 3 .
  • Block 612 implements local decoding (DEC_loc) in conjunction with the coding performed by block 611.
  • This local decoding can consist of a complete decoding from the binary train coming from block 611 or preferably it can be integrated into block 611.
  • the decoded multichannel signal B is obtained at the output of the local decoding block 612.
  • the local decoding implemented in block 612 makes it possible to obtain a decoded audio signal which is sent as input to block 613 of upmix.
  • block 613 implements an optional step (UPMIX) of increasing the number of channels.
  • this step for the channel of a mono signal it consists in convolving the signal by different spatial room impulse responses (SRIR for “Spatial Room Impulse Response”); these SRI Rs are defined at the original ambisonic order of B.
  • SRIR spatial Room impulse responses
  • Other methods of decorrelation are possible, for example the application of all-pass decorrelating filters to the different channels of the signal
  • Block 614 implements an optional step (SB) of dividing into subbands to obtain either subbands in the time domain or in a transformed domain.
  • SB optional step
  • Block 615 determines (Inf B ⁇ ) information representative of a spatial image of the decoded multichannel signal in a manner similar to what was described for blocks 621 and 321 (for the original multichannel signal), applied this time ci to the decoded multichannel signal B ⁇ obtained at the output of block 612 or of block 613 according to the local decoding embodiments.
  • This block 615 is equivalent to block 375 of the picture 3 .
  • this information is energy information associated with directions of origin of the sound (associated with directions of virtual loudspeakers distributed over a unit sphere) .
  • a method of the SRP or other type can be used to determine the spatial image of the decoded multichannel signal.
  • this information is a channel covariance matrix of the decoded multi-channel signal.
  • the block 680 implements the method determination (Det.Corr) of a set of corrections as described with reference to the picture 2 .
  • a method using speaker rendering is used and in the embodiment of the figure 5 , a method implemented directly in the Ambisonic domain based on a Cholesky type factorization or by decomposition into eigenvalues is used.
  • the determined set of corrections is a set of gains g n for a set of directions ( ⁇ n , ⁇ n ) defined by a set of virtual loudspeakers.
  • This set of gains can be determined in the form of a correction matrix G as described with reference to the figure 4 .
  • This set of gains (Corr.) is then coded at 640.
  • the coding of this set of gains can consist of the coding of the correction matrix G or G norm .
  • the matrix G of size KxK is symmetric, thus according to the invention it is possible to code only the lower or upper triangle of G or G norm , ie Kx(K+1)/2 values. In general, values on the diagonal are positive.
  • the coding of the matrix G or G norm is performed by scalar quantization (with or without sign bit) depending on whether the values are off-diagonal or not.
  • other scalar or vector quantization methods may be used.
  • the determined set of corrections is a transformation matrix T or T norm which is then coded at 640.
  • the matrix T of size KxK is triangular in the variant using Cholesky factorization and symmetric in the variant using the eigenvalue decomposition; thus according to the invention it is possible to code only the lower or upper triangle of T or T norm , ie Kx(K+1)/2 values.
  • values on the diagonal are positive.
  • the coding of the matrix T or T norm is performed by scalar quantization (with or without sign bit) depending on whether the values are off-diagonal or not.
  • other scalar or vector quantization methods may be used.
  • Block 640 thus encodes the determined set of corrections and sends the encoded set of corrections to multiplexer 650.
  • the decoder receives in the demultiplexer block 660, a binary stream comprising a coded audio signal originating from the original multichannel signal and the coded set of corrections to be applied to the decoded multichannel signal.
  • Block 670 decodes (Q -1 ) the coded set of corrections.
  • Block 680 decodes (DEC) the encoded audio signal received in the stream.
  • the decoded multichannel signal B is obtained at the output of the decoding block 680.
  • the decoding implemented in block 680 makes it possible to obtain a decoded audio signal which is sent as input to block 681 of upmix.
  • block 681 implements an optional step (UPMIX) of increasing the number of channels.
  • this step for the channel of a mono signal it consists in convolving the signal by different spatial room impulse responses (SRI R for “Spatial Room Impulse Response”); these SRI Rs are defined at the original ambisonic order of B.
  • SRI R spatial room impulse responses
  • Other methods of decorrelation are possible, for example the application of all-pass decorrelating filters to the different channels of the signal
  • Block 682 implements an optional step (SB) of dividing into subbands to obtain either subbands in the time domain or in a transformed domain and block 691 regroups the subbands to recover the output multichannel signal .
  • SB optional step
  • Block 690 implements a correction (CORR) of the decoded multichannel signal by the set of decoded corrections at block 670 to obtain a corrected decoded multichannel signal ( B ⁇ Corr).
  • CORR correction
  • this set of gains is received as input to correction block 690.
  • D or G norm g norm .
  • G this G or G norm matrix is then applied to the decoded multi-channel signal B ⁇ to obtain the corrected output Ambisonic signal ( B ⁇ Corr).
  • block 690 applies the corresponding gain g n for each virtual loudspeaker.
  • the application of this gain makes it possible to obtain, on this loudspeaker, the same energy as the original signal.
  • An acoustic encoding step for example ambisonic encoding, is then implemented to obtain components of the multichannel signal, for example ambisonic components. These ambisonic components are then summed to obtain the multichannel output signal, corrected ( B ⁇ Corr).
  • the transformation matrix T decoded at 670 is received at the input of the correction block 690.
  • block 690 performs the step of correcting the decoded multichannel signal by applying the transformation matrix T or T norm directly to the decoded multichannel signal, in the ambisonic domain, to obtain the corrected output ambisonic signal ( B ⁇ Corr).
  • this figure 7 illustrates an example of a structural embodiment of a codec (coder or decoder) within the meaning of the invention.
  • codec coder or decoder

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Description

La présente invention concerne le codage/décodage de données sonores spatialisées, notamment en contexte ambiophonique (noté ci-après également « ambisonique »).The present invention relates to the coding/decoding of spatialized sound data, in particular in an ambiophonic context (hereinafter also denoted “ambisonic”).

Les codeurs/décodeurs (ci-après appelés « codées ») qui sont utilisés actuellement en téléphonie mobile sont mono (un seul canal de signal pour une restitution sur un seul haut-parleur). Le codée 3GPP EVS (pour « Enhanced Voice Services ») permet d'offrir une qualité « Super-HD » (aussi appelée voix « Haute Définition Plus » ou HD+) avec une bande audio en bande super-élargie (SWB pour « super-wideband » en anglais) pour des signaux échantillonnés à 32 ou 48 kHz ou pleine bande (FB pour « Fullband ») pour des signaux échantillonnés à 48 kHz ; la largeur de bande audio est de 14,4 à 16 kHz en mode SWB (de 9,6 à 128 kbit/s) et de 20 kHz en mode FB (de 16,4 à 128 kbit/s).The coders/decoders (hereafter called “coded”) which are currently used in mobile telephony are mono (a single signal channel for reproduction on a single loudspeaker). The 3GPP EVS codec (for "Enhanced Voice Services") makes it possible to offer "Super-HD" quality (also called "High Definition Plus" or HD+ voice) with a super-wideband audio band (SWB for "super- wideband” in English) for signals sampled at 32 or 48 kHz or full band (FB for “Fullband”) for signals sampled at 48 kHz; the audio bandwidth is 14.4 to 16 kHz in SWB mode (9.6 to 128 kbit/s) and 20 kHz in FB mode (16.4 to 128 kbit/s).

La prochaine évolution de qualité dans les services conversationnels proposés par les opérateurs devrait être constituée par les services immersifs, en utilisant des terminaux tels que des smartphones équipés de plusieurs microphones ou des équipements de conférence audio spatialisée ou de visioconférence de type télé-présence ou vidéo 360°, ou encore des équipements de partage de contenus audio « live », avec un rendu sonore spatialisé en 3D autrement plus immersif qu'une simple restitution stéréo 2D. Avec les usages de plus en plus répandus d'écoute sur téléphone mobile avec un casque audio et l'apparition d'équipements audio avancés (accessoires tels qu'un microphone 3D, assistants vocaux avec antennes acoustiques, casques de réalité virtuelle, etc.) la captation et le rendu de scènes sonores spatialisées sont désormais assez communes pour offrir une expérience de communication immersive.The next quality evolution in the conversational services offered by operators should be constituted by immersive services, using terminals such as smartphones equipped with several microphones or spatialized audio conferencing equipment or videoconferencing of the tele-presence or video type. 360°, or equipment for sharing “live” audio content, with spatialized 3D sound reproduction that is much more immersive than simple 2D stereo reproduction. With the increasingly widespread uses of listening on a mobile phone with an audio headset and the appearance of advanced audio equipment (accessories such as a 3D microphone, voice assistants with acoustic antennas, virtual reality headsets, etc.) Capturing and rendering spatialized sound scenes is now common enough to provide an immersive communication experience.

A ce titre, la future norme 3GPP « IVAS » (pour « I mmersive Voice And Audio Services ») propose l'extension du codée EVS à l'immersif en acceptant comme format d'entrée du codée au moins les formats de son spatialisé listés ci-dessous (et leurs combinaisons):

  • Format multicanal (channel-based en anglais) de type stéréo ou 5.1 où chaque canal vient alimenter un haut-parleur (par exemple L et R en stéréo ou L, R, Ls, Rs et C en 5.1) ;
  • Format objet (object-based en anglais) où des objets sonores sont décrits comme un signal audio (en général mono) associé à des métadonnées décrivant les attributs de cet objet (position dans l'espace, largeur spatiale de la source, etc.),
  • Format ambisonique (scene-based en anglais) qui décrit le champ sonore en un point donné, en général capté par un microphone sphérique ou synthétisé dans le domaine des harmoniques sphériques.
As such, the future 3GPP "IVAS" standard (for "Immersive Voice And Audio Services") proposes the extension of the EVS codec to immersive by accepting as the codec input format at least the spatialized sound formats listed below (and their combinations):
  • Multichannel format (channel-based in English) of stereo or 5.1 type where each channel feeds a loudspeaker (for example L and R in stereo or L, R, Ls, Rs and C in 5.1);
  • Object-based format where sound objects are described as an audio signal (usually mono) associated with metadata describing the attributes of this object (position in space, spatial width of the source, etc.) ,
  • Ambisonic (scene-based) format that describes the sound field at a given point, usually picked up by a spherical microphone or synthesized in the spherical harmonics domain.

On s'intéresse ci-après typiquement au codage d'un son au format ambisonique, à titre d'exemple de réalisation (au moins certains aspects présentés en lien avec l'invention ci-après pouvant également s'appliquer à d'autres formats que de l'ambisonique).We are interested below typically in the coding of a sound in the Ambisonic format, by way of example of realization (at least certain aspects presented in connection with the invention hereafter being able to also apply to other formats than Ambisonics).

L'ambisonique est une méthode d'enregistrement (« codage » au sens acoustique) de son spatialisé et un système de reproduction (« décodage » au sens acoustique). Un microphone ambisonique (à l'ordre 1) comprend au moins quatre capsules (typiquement de type cardioïde ou sous-cardioïde) arrangées sur une grille sphérique, par exemple les sommets d'un tétraèdre régulier. Les canaux audio associés à ces capsules s'appellent le « A-format ». Ce format est converti dans un « B-format », dans lequel le champ sonore est décomposé en quatre composantes (harmoniques sphériques) notées W, X, Y, Z, qui correspondent à quatre microphones virtuels coïncidents. La composante W correspond à une captation omnidirectionnelle du champ sonore alors que les composantes X, Y et Z, plus directives, sont assimilables à des microphones à gradients de pression orientés suivant les trois axes orthogonaux de l'espace. Un système ambisonique est un système flexible dans le sens où l'enregistrement et la restitution sont séparés et découplés. Il permet un décodage (au sens acoustique) sur une configuration quelconque de haut-parleurs (par exemple, binaural, son « surround » de type 5.1 ou périphonie (avec élévation) de type 7.1.4). L'approche ambisonique peut être généralisée à plus de quatre canaux en B-format et cette représentation généralisée est couramment nommée « HOA » (pour « Higher-Order Ambisonics »). Le fait de décomposer le son sur plus d'harmoniques sphériques améliore la précision spatiale de restitution lors d'un rendu sur haut-parleurs.Ambisonics is a method of recording ("coding" in the acoustic sense) of spatialized sound and a system of reproduction ("decoding" in the acoustic sense). An ambisonic microphone (in order 1) comprises at least four capsules (typically of the cardioid or sub-cardioid type) arranged on a spherical grid, for example the vertices of a regular tetrahedron. The audio channels associated with these capsules are called the “A-format”. This format is converted into a "B-format", in which the sound field is broken down into four components (spherical harmonics) denoted W, X, Y, Z, which correspond to four coincident virtual microphones. The W component corresponds to an omnidirectional capture of the sound field, while the X, Y and Z components, which are more directive, are similar to pressure gradient microphones oriented along the three orthogonal axes of space. An Ambisonic system is a flexible system in the sense that recording and playback are separate and decoupled. It allows decoding (in the acoustic sense) on any loudspeaker configuration (for example, binaural, 5.1 type "surround" sound or 7.1.4 type periphony (with elevation). The Ambisonics approach can be generalized to more than four channels in B-format and this generalized representation is commonly referred to as “HOA” (for “Higher-Order Ambisonics”). Decomposing the sound into more spherical harmonics improves the spatial precision of reproduction when rendered on loudspeakers.

Un signal ambisonique à l'ordre M comprend K=(M+1)2 composantes et, à l'ordre 1 (si M= 1), on retrouve les quatre composantes W, X, Y, et Z, couramment appelé FOA (pour First-Order Ambisonics). Il existe aussi une variante dite « planaire » de l'ambisonique (W, X, Y) qui décompose le son défini dans un plan qui est en général le plan horizontal. Dans ce cas, le nombre de composantes est de K = 2M+ 1 canaux. L'ambisonique d'ordre 1 (4 canaux : W, X, Y, Z), l'ambisonique d'ordre 1 planaire (3 canaux : W, X, Y), l'ambisonique d'ordre supérieur sont tous désignés ci-après par « ambisonique » indistinctement pour faciliter la lecture, les traitements présentés étant applicables indépendamment du type planaire ou non et du nombre de composantes ambisoniques.An ambisonic signal of order M includes K=(M+1) 2 components and, at order 1 (if M= 1), we find the four components W, X, Y, and Z, commonly called FOA ( for First-Order Ambisonics). There is also a so-called "planar" variant of Ambisonics (W, X, Y) which breaks down the sound defined in a plane which is generally the horizontal plane. In this case, the number of components is K=2M+1 channels. First Order Ambisonics (4 channels: W, X, Y, Z), Planar First Order Ambisonics (3 channels: W, X, Y), Higher Order Ambisonics are all referred to as ci - afterwards by “ambisonic” indiscriminately to facilitate reading, the treatments presented being applicable independently of the planar type or not and of the number of ambisonic components.

Par la suite, on appellera « signal ambisonique » un signal en B-format à un ordre prédéterminé avec un certain nombre de composantes ambisoniques. Cela comprend également les cas hybrides, où par exemple à l'ordre 2 on ne dispose que de 8 canaux (au lieu de 9) - plus précisément, à l'ordre 2, on retrouve les 4 canaux de l'ordre 1 (W, X, Y, Z) auxquels on ajoute normalement 5 canaux (habituellement notés R, S, T, U, V), et on peut par exemple ignorer un des canaux d'ordre supérieur (par exemple R).Thereafter, we will call “ambisonic signal” a signal in B-format at a predetermined order with a certain number of ambisonic components. This also includes hybrid cases, where for example at order 2 we only have 8 channels (instead of 9) - more precisely, at order 2, we find the 4 channels of order 1 (W , X, Y, Z) to which one normally adds 5 channels (usually denoted R, S, T, U, V), and one can for example ignore one of the higher order channels (for example R).

Les signaux à traiter par le codeur/décodeur se présentent comme des successions de blocs d'échantillons sonores appelés « trames » ou « sous-trames » ci-après.The signals to be processed by the coder/decoder are presented as successions of blocks of sound samples called “frames” or “sub-frames” below.

En outre, ci-après, les notations mathématiques suivent la convention suivante :

  • Scalaire : s ou N (minuscule pour les variables ou majuscule pour les constantes)
  • l'opérateur Re(.) désigne la partie réelle d'un nombre complexe
  • Vecteur : u (minuscule, gras)
  • Matrice : A (majuscule, gras)
In addition, hereafter, the mathematical notations follow the following convention:
  • Scalar: s or N (lowercase for variables or uppercase for constants)
  • the Re(.) operator denotes the real part of a complex number
  • Vector: u (lowercase, bold)
  • Matrix: A (uppercase, bold)

Les notations AT et AH indique respectivement la transposition et la transposition hermitienne (transposée et conjuguée) de A.

  • Un signal unidimensionnel à temps discret, s(i), défini sur un intervalle temporel i= 0, .., L-1 de longueur Lest représenté par un vecteur ligne s = s 0 , … , s L − 1
    Figure imgb0001
     On pourra aussi écrire : s = [s0,..., sL-1 ] pour éviter l'usage des parenthèses.
  • Un signal multidimensionnel à temps discret, b(i), défini sur un intervalle temporel i= 0, .., L-1 de longueur L et à K dimensions est représenté par une matrice de taille LxK: B = b 0 0 … b 0 L − 1 ⋮ … ⋮ b K − 1 0 … b K − 1 L − 1 .
    Figure imgb0002
     On pourra aussi noter : B = [Bij], i=0,...K-1, j=0...L-1, pour éviter l'usage des parenthèses.
  • Un point 3D de coordonnées cartésiennes (x,y,z) peut être converti en coordonnées sphériques (r, Θ ,ϕ), où r est la distance à l'origine, Θ est l'azimut et ϕ l'élévation. On utilise ici, sans perte de généralité, la convention mathématique où l'élévation est définie par rapport au plan horizontal (0xy) ; l'invention peut être facilement adaptée à d'autres définitions, dont la convention utilisée en physique où l'azimut est défini par rapport à l'axe Oz.
The notations A T and A H indicate respectively the transposition and the Hermitian transposition (transposed and conjugated) of A.
  • A one-dimensional discrete-time signal, s(i), defined over a time interval i= 0, .., L-1 of length Lest represented by a line vector s = s 0 , … , s L − 1
    Figure imgb0001
     We can also write: s = [s 0 ,..., s L-1 ] to avoid the use of parentheses.
  • A discrete-time multidimensional signal, b (i), defined over a time interval i= 0, .., L-1 of length L and in K dimensions is represented by a matrix of size LxK: B = b 0 0 … b 0 L − 1 ⋮ … ⋮ b K − 1 0 … b K − 1 L − 1 .
    Figure imgb0002
     We can also note: B = [B ij ], i=0,...K-1, j=0...L-1, to avoid the use of parentheses.
  • A 3D point of Cartesian coordinates (x,y,z) can be converted into spherical coordinates (r,Θ,ϕ), where r is the distance from the origin, Θ is the azimuth and ϕ the elevation. We use here, without loss of generality, the mathematical convention where the elevation is defined with respect to the horizontal plane (0xy); the invention can easily be adapted to other definitions, including the convention used in physics where the azimuth is defined with respect to the Oz axis.

Par ailleurs, on ne rappelle pas ici les conventions connues de l'état de l'art en ambisonique concernant l'ordre des composantes ambisoniques (dont ACN pour Ambisonic Channel Number, SID pour Single Index Désignation, FuMA pour Furse-Malham) et la normalisation des composantes ambisoniques (SN3D, N3D, maxN). Plus de détails peuvent être trouvés par exemple dans la ressource disponible en ligne : https://en.wikipedia.org/wiki/Ambisonic data exchange formats Par convention, la première composante d'un signal ambisonique correspond en général à la composante omnidirectionnelle W.Furthermore, we do not recall here the conventions known from the state of the art in Ambisonics concerning the order of the Ambisonic components (including ACN for Ambisonic Channel Number, SID for Single Index Designation, FuMA for Furse-Malham) and the normalization of ambisonic components (SN3D, N3D, maxN). More details can be found for example in the resource available online: https://en.wikipedia.org/wiki/Ambisonic data exchange formats By convention, the first component of an Ambisonic signal generally corresponds to the omnidirectional component W .

L'approche la plus simple pour coder un signal ambisonique consiste à utiliser un codeur mono et à l'appliquer en parallèle à tous les canaux avec éventuellement une allocation des bits différente selon les canaux. Cette approche est appelée ici « multi-mono ». On peut étendre l'approche multi-mono à du codage multi-stéréo (où des paires de canaux sont codées séparément par un codée stéréo) ou plus généralement à l'utilisation de plusieurs instances parallèles d'un même codec coeur.The simplest approach to encoding an Ambisonic signal is to use a mono encoder and apply it in parallel to all channels with possibly different bit allocation depending on the channel. This approach is referred to herein as "multi-mono". The multi-mono approach can be extended to multi-stereo coding (where pairs of channels are coded separately by a stereo codec) or more generally to the use of several parallel instances of the same core codec.

Une telle réalisation est présentée à la figure 1. Le signal d'entrée est divisé en canaux (un canal mono ou plusieurs canaux) par le bloc 100. Ces canaux sont codés séparément par les blocs 120 à 122 en fonction d'une répartition et d'une allocation binaire prédéterminées. Leur train binaire est multiplexé (bloc 130) et après transmission et/ou stockage, il est démultiplexé (bloc 140) pour appliquer un décodage pour reconstruire les canaux décodés (blocs 150 à 152) qui sont recombinés (bloc 160).Such an achievement is presented to the figure 1 . The input signal is divided into channels (a mono channel or several channels) by block 100. These channels are encoded separately by blocks 120 to 122 according to a predetermined division and bit allocation. Their binary train is multiplexed (block 130) and after transmission and/or storage, it is demultiplexed (block 140) to apply a decoding to reconstruct the decoded channels (blocks 150-152) which are recombined (block 160).

La qualité associée varie selon le codage et le décodage coeur utilisé (blocs 120 à 122 et 150 à 152), et elle n'est en général satisfaisante qu'à très haut débit. Par exemple, dans le cas multimono, le codage EVS peut être jugé quasi-transparent (d'un point de vue perceptif) à un débit d'au moins 48 kbit/s par canal (mono); ainsi pour un signal ambisonique à l'ordre 1 on obtient un débit minimal de 4x48 = 192 kbit/s. L'approche de codage multi-mono ne prenant pas en compte la corrélation entre canaux, elle produit des déformations spatiales avec l'ajout de différents artéfacts comme l'apparition de sources sonores fantômes, de bruits diffus ou de déplacements des trajectoires de sources sonores. Ainsi, le codage d'un signal ambisonique selon cette approche engendre des dégradations de la spatialisation.The associated quality varies according to the coding and the core decoding used (blocks 120 to 122 and 150 to 152), and it is generally satisfactory only at very high bit rate. For example, in the multi-mono case, the EVS coding can be considered quasi-transparent (from a perceptual point of view) at a rate of at least 48 kbit/s per channel (mono); thus for an ambisonic signal of order 1, a minimum bit rate of 4x48 = 192 kbit/s is obtained. The multi-mono coding approach does not take into account the correlation between channels, it produces spatial deformations with the addition of various artifacts such as the appearance of phantom sound sources, diffuse noises or displacements of sound source trajectories . Thus, the coding of an Ambisonic signal according to this approach generates degradations of the spatialization.

Une approche alternative au codage séparé de tous les canaux est donnée, pour un signal stéréo ou multicanal, par le codage paramétrique. Pour ce type de codage, le signal multicanal d'entrée est réduit en nombre plus faible de canaux, après un traitement appelé « downmix », ces canaux sont codés et transmis et des informations de spatialisation supplémentaires sont également codées. Le décodage paramétrique consiste à augmenter le nombre de canaux après décodage des canaux transmis, en utilisant un traitement appelé « upmix » (typiquement mis en oeuvre par décorrélation) et une synthèse spatiale en fonction des informations de spatialisation supplémentaires décodées. Un exemple de codage paramétrique stéréo est donné par le codée 3GPP e-AAC+. On notera que l'opération de downmix engendre aussi des dégradations de la spatialisation ; dans ce cas, l'image spatiale est modifiée.An alternative approach to the separate coding of all the channels is given, for a stereo or multichannel signal, by parametric coding. For this type of coding, the input multichannel signal is reduced to a lower number of channels, after a processing called "downmix", these channels are coded and transmitted and additional spatialization information is also coded. Parametric decoding consists in increasing the number of channels after decoding the transmitted channels, using a processing called “upmix” (typically implemented by decorrelation) and a spatial synthesis according to the decoded additional spatialization information. An example of stereo parametric coding is given by the 3GPP e-AAC+ codec. It will be noted that the downmix operation also generates degradations of the spatialization; in this case, the spatial image is modified.

2. Il est aussi connu dans l'état de la technique les documents suivants: La demande de brevet EP271 7261 A1 enseigne le codage spatial orienté objet utilisant des valeurs de corrections estimées à partir de paramètres OLD de différence d'objet divisés par une valeur de spectre de puissance reconstruit pour un objet. La demande WO2017/153697A1 enseigne un codage-décodage paramétrique spatial utilisant une valeur optionnelle de correction pour le paramètre ITDmaxest.2. The following documents are also known in the state of the art: The patent application EP271 7261 A1 teaches object-oriented spatial coding using correction values estimated from object difference OLD parameters divided by a reconstructed power spectrum value for an object. Requirement WO2017/153697A1 teaches spatial parametric encoding-decoding using an optional correction value for the ITDmaxest parameter.

L'invention vient améliorer l'état de la technique.The invention improves the state of the art.

Elle propose à cet effet, un procédé de détermination d'un ensemble de corrections à apporter à un signal sonore multicanal, dans lequel l'ensemble de corrections est déterminé à partir d'une information représentative d'une image spatiale d'un signal multicanal d'origine et d'une information représentative d'une image spatiale du signal multicanal d'origine codé puis décodé.To this end, it proposes a method for determining a set of corrections to be made to a multichannel sound signal, in which the set of corrections is determined from information representative of a spatial image of a multichannel signal. source and information representative of a spatial image of the original coded and then decoded multichannel signal.

Ainsi, l'ensemble de corrections déterminé, à appliquer au signal multicanal décodé, permet de limiter les dégradations spatiales dues au codage et éventuellement à des opérations de réduction/augmentation de canaux. La mise en oeuvre de la correction permet ainsi de retrouver une image spatiale du signal multicanal décodé la plus proche de l'image spatiale du signal multicanal d'origine.Thus, the determined set of corrections, to be applied to the decoded multichannel signal, makes it possible to limit the spatial degradations due to the coding and possibly to channel down/up operations. The implementation of the correction thus makes it possible to find a spatial image of the decoded multichannel signal closest to the spatial image of the original multichannel signal.

Dans un mode de réalisation particulier, la détermination de l'ensemble de corrections est effectuée dans le domaine temporel en pleine bande (une bande de fréquence). Dans des variantes, elle est effectuée dans le domaine temporel par sous-bande de fréquence. Cela permet d'adapter les corrections selon les bandes de fréquences. Dans d'autres variantes, elle est effectuée dans un domaine transformé réel ou complexe (typiquement fréquentiel) de type transformée de Fourier discrète court-terme (STFT), transformée en cosinus discrète modifiée (MDCT), ou autre. L'invention se rapporte également à un procédé de décodage d'un signal sonore multicanal, comportant les étapes suivantes :

  • réception d'un flux binaire comportant un signal audio codé issu d'un signal multicanal d'origine et une information représentative d'une image spatiale du signal multicanal d'origine ;
  • décodage du signal audio codé reçu et obtention d'un signal multicanal décodé ;
  • décodage de l'information représentative d'une image spatiale du signal multicanal d'origine ;
  • détermination d'une information représentative d'une image spatiale du signal multicanal décodé ;
  • détermination d'un ensemble de corrections à apporter au signal décodé selon le procédé de détermination décrit ci-dessus ;
  • correction du signal multicanal décodé par l'ensemble de corrections déterminé.
In a particular embodiment, the determination of the set of corrections is performed in the full-band time domain (one frequency band). In variants, it is performed in the time domain by frequency sub-band. This makes it possible to adapt the corrections according to the frequency bands. In other variants, it is carried out in a real or complex transformed domain (typically frequential) of the short-term discrete Fourier transform (STFT), modified discrete cosine transform (MDCT) type, or other. The invention also relates to a method for decoding a multi-channel sound signal, comprising the following steps:
  • reception of a binary stream comprising a coded audio signal originating from an original multi-channel signal and information representative of a spatial image of the original multi-channel signal;
  • decoding the received coded audio signal and obtaining a decoded multi-channel signal;
  • decoding information representative of a spatial image of the original multi-channel signal;
  • determination of information representative of a spatial image of the decoded multichannel signal;
  • determination of a set of corrections to be made to the decoded signal according to the determination method described above;
  • correcting the decoded multi-channel signal by the determined set of corrections.

Ainsi, dans ce mode de réalisation, le décodeur est apte à déterminer les corrections à apporter au signal multicanal décodé, à partir d'une information représentative de l'image spatiale du signal multicanal d'origine, reçue du codeur. L'information reçue du codeur est ainsi limitée. C'est le décodeur qui prend en charge à la fois la détermination et l'application des corrections.Thus, in this embodiment, the decoder is able to determine the corrections to be made to the decoded multichannel signal, from information representative of the spatial image of the original multichannel signal, received from the coder. The information received from the encoder is thus limited. It is the decoder that takes care of both the determination and the application of the corrections.

L'invention se rapporte également à un procédé de codage d'un signal sonore multicanal, comportant les étapes suivantes :

  • codage d'un signal audio issu d'un signal multicanal d'origine;
  • détermination d'une information représentative d'une image spatiale du signal multicanal d'origine ;
  • décodage local du signal audio codé et obtention d'un signal multicanal décodé;
  • détermination d'une information représentative d'une image spatiale du signal multicanal décodé ;
  • détermination d'un ensemble de corrections à apporter au signal multicanal décodé selon le procédé de détermination décrit précédemment ;
  • codage de l'ensemble de corrections déterminé.
The invention also relates to a method for coding a multichannel sound signal, comprising the following steps:
  • coding an audio signal from an original multi-channel signal;
  • determination of information representative of a spatial image of the original multichannel signal;
  • locally decoding the encoded audio signal and obtaining a decoded multi-channel signal;
  • determination of information representative of a spatial image of the signal multi-channel decoded;
  • determination of a set of corrections to be made to the decoded multichannel signal according to the determination method described above;
  • coding the determined set of corrections.

Dans ce mode de réalisation, c'est le codeur qui détermine l'ensemble de corrections à apporter au signal multicanal décodé et qui le transmet au décodeur. C'est donc le codeur qui est à l'initiative de cette détermination de corrections.In this embodiment, it is the coder which determines the set of corrections to be made to the decoded multichannel signal and which transmits it to the decoder. It is therefore the coder who initiates this determination of corrections.

Dans un premier mode de réalisation particulier du procédé de décodage tel que décrit précédemment ou du procédé de codage tel que décrit précédemment, l'information représentative d'une image spatiale est une matrice de covariance et la détermination de l'ensemble de corrections comporte en outre les étapes suivantes :

  • obtention d'une matrice de pondération comportant des vecteurs de pondération associés à un ensemble de haut-parleurs virtuels ;
  • détermination d'une image spatiale du signal multicanal d'origine à partir de la matrice de pondération obtenue et à partir de la matrice de covariance du signal multicanal d'origine reçue ;
  • détermination d'une image spatiale du signal multicanal décodé à partir de la matrice de pondération obtenue et à partir de la matrice de covariance du signal multicanal décodé déterminé;
  • calcul d'un ratio entre l'image spatiale du signal multicanal d'origine et l'image spatiale du signal multicanal décodé aux directions des haut-parleurs de l'ensemble de haut-parleurs virtuels, pour obtenir un ensemble de gains.
In a first particular embodiment of the decoding method as described above or of the coding method as described above, the information representative of a spatial image is a covariance matrix and the determination of the set of corrections comprises besides the following steps:
  • obtaining a weighting matrix comprising weighting vectors associated with a set of virtual loudspeakers;
  • determination of a spatial image of the original multi-channel signal from the weighting matrix obtained and from the covariance matrix of the original multi-channel signal received;
  • determination of a spatial image of the decoded multi-channel signal from the weighting matrix obtained and from the covariance matrix of the determined decoded multi-channel signal;
  • calculating a ratio between the spatial image of the original multi-channel signal and the spatial image of the decoded multi-channel signal at the directions of the loudspeakers of the set of virtual loudspeakers, to obtain a set of gains.

Selon ce mode de réalisation, cette méthode utilisant le rendu sur haut-parleurs permet de ne transmettre qu'une quantité limitée de données du codeur vers le décodeur. En effet, pour un ordre donné M, K= (M+ 1)2 coefficients à transmettre (associés à autant de haut-parleurs virtuels) peuvent être suffisants, mais pour une correction plus stable il peut être recommandé d'utiliser plus de haut-parleurs virtuels et donc de transmettre plus de points. De plus, la correction est facilement interprétable en termes de gains associés à des haut-parleurs virtuels.According to this embodiment, this method using rendering on loudspeakers makes it possible to transmit only a limited quantity of data from the coder to the decoder. Indeed, for a given order M, K= (M+ 1) 2 coefficients to be transmitted (associated with as many virtual loudspeakers) may be sufficient, but for a more stable correction it can be recommended to use more loudspeakers. virtual speakers and thus to transmit more points. Moreover, the correction is easily interpretable in terms of gains associated with virtual loudspeakers.

Dans une autre variante de réalisation, dans le cas où le codeur détermine directement l'énergie du signal selon différentes directions et transmet cette image spatiale du signal multicanal d'origine au décodeur, la détermination de l'ensemble de corrections du procédé de décodage comporte en outre les étapes suivantes :

  • obtention d'une matrice de pondération comportant des vecteurs de pondération associés à un ensemble de haut-parleurs virtuels ;
  • détermination d'une image spatiale du signal multicanal décodé à partir de la matrice de pondération obtenue et à partir de l'information représentative d'une image spatiale du signal multicanal décodé déterminé;
  • calcul d'un ratio entre l'image spatiale du signal multicanal d'origine et l'image spatiale du signal multicanal décodé aux directions des haut-parleurs de l'ensemble de haut-parleurs virtuels, pour obtenir un ensemble de gains.
In another embodiment variant, in the case where the coder directly determines the energy of the signal according to different directions and transmits this spatial image of the original multichannel signal to the decoder, the determination of the set of corrections of the decoding method comprises further the following steps:
  • obtaining a weighting matrix comprising weighting vectors associated with a set of virtual loudspeakers;
  • determination of a spatial image of the decoded multi-channel signal from the weighting matrix obtained and from the information representative of a spatial image of the determined decoded multi-channel signal;
  • calculating a ratio between the spatial image of the original multi-channel signal and the spatial image of the decoded multi-channel signal at the directions of the loudspeakers of the set of virtual loudspeakers, to obtain a set of gains.

Afin de garantir une valeur de correction qui ne soit pas trop brutale, le procédé de décodage ou le procédé de codage, comporte une étape de limitation des valeurs de gains obtenus selon au moins un seuil.In order to guarantee a correction value which is not too abrupt, the decoding method or the coding method includes a step of limiting the values of gains obtained according to at least one threshold.

Cet ensemble de gains constitue l'ensemble de corrections et peut être par exemple sous la forme d'une matrice de correction comportant l'ensemble des gains ainsi déterminés.This set of gains constitutes the set of corrections and can for example be in the form of a correction matrix comprising the set of gains thus determined.

Dans un deuxième mode de réalisation particulier du procédé de décodage ou du procédé de codage, l'information représentative d'une image spatiale est une matrice de covariance et la détermination de l'ensemble de corrections comporte une étape de détermination d'une matrice de transformation par décomposition matricielle des deux matrices de covariance, la matrice de transformation constituant l'ensemble des corrections.In a second particular embodiment of the decoding method or of the coding method, the information representative of a spatial image is a covariance matrix and the determination of the set of corrections comprises a step of determining a matrix of transformation by matrix decomposition of the two covariance matrices, the transformation matrix constituting the set of corrections.

Ce mode de réalisation a l'avantage d'apporter les corrections directement dans le domaine ambisonique dans le cas d'un signal multicanal ambisonique. Les étapes de transformation des signaux restitués sur haut-parleurs vers le domaine ambisonique étant ainsi évitées. Ce mode de réalisation permet de plus d'optimiser la correction pour qu'elle soit optimale mathématiquement même si elle nécessite la transmission d'un plus grand nombre de coefficients par rapport à la méthode avec rendu sur haut-parleurs. En effet, pour un ordre M et par conséquent un nombre de composantes K= (M+ 1)2, le nombre de coefficients à transmettre est de Kx(K+ 1)/2. Afin d'éviter d'amplifier de manière trop importante sur certaines zones fréquentielles, un facteur de normalisation est déterminé et appliqué à la matrice de transformation. Dans le cas où l'ensemble de corrections est représenté par une matrice de transformation ou une matrice de correction comme décrit ci-dessus, la correction du signal multicanal décodé par l'ensemble de corrections déterminé est effectuée par l'application de l'ensemble de corrections au signal multicanal décodé, c'est-à-dire directement dans le domaine ambisonique dans le cas d'un signal ambisonique. Dans le mode de réalisation par rendu sur haut-parleurs mis en oeuvre par le décodeur, la correction du signal multicanal décodé par l'ensemble de corrections déterminé est effectuée selon les étapes suivantes :

  • décodage acoustique du signal multicanal décodé sur l'ensemble défini de haut-parleurs virtuels ;
  • application de l'ensemble de gains obtenu aux signaux issus du décodage acoustique ;
  • codage acoustique des signaux issus du décodage acoustique et corrigés pour obtenir des composantes du signal multicanal ;
  • sommation des composantes du signal multicanal ainsi obtenues pour obtenir un signal multicanal corrigé.
This embodiment has the advantage of making the corrections directly in the ambisonic domain in the case of an ambisonic multichannel signal. The stages of transformation of the signals reproduced on loudspeakers towards the ambisonic domain are thus avoided. This embodiment also makes it possible to optimize the correction so that it is mathematically optimal even if it requires the transmission of a greater number of coefficients compared to the method with rendering on loudspeakers. Indeed, for an order M and consequently a number of components K=(M+1) 2 , the number of coefficients to be transmitted is Kx(K+1)/2. In order to avoid amplifying too much over certain frequency zones, a normalization factor is determined and applied to the transformation matrix. In the case where the set of corrections is represented by a transformation matrix or a correction matrix as described above, the correction of the decoded multichannel signal by the determined set of corrections is carried out by the application of the set of corrections to the decoded multi-channel signal, that is to say directly in the ambisonic domain in the case of an ambisonic signal. In the embodiment by rendering on loudspeakers implemented by the decoder, the correction of the decoded multichannel signal by the determined set of corrections is carried out according to the following steps:
  • acoustically decoding the decoded multi-channel signal on the defined set of virtual loudspeakers;
  • application of the set of gains obtained to the signals resulting from the acoustic decoding;
  • acoustic coding of the signals resulting from the acoustic decoding and corrected to obtain components of the multichannel signal;
  • summation of the components of the multichannel signal thus obtained to obtain a corrected multichannel signal.

Dans une variante de réalisation, les étapes de décodage, application de gains et codage/sommation ci-dessus sont regroupées en une opération de correction directe par une matrice de correction. Cette matrice de correction peut être appliquée directement au signal multicanal décodé, ce qui a l'avantage comme décrit ci-dessus d'apporter les corrections directement dans le domaine ambisonique.In a variant embodiment, the steps of decoding, application of gains and coding/summation above are grouped together in a direct correction operation by a correction matrix. This correction matrix can be applied directly to the decoded multichannel signal, which has the advantage, as described above, of making the corrections directly in the Ambisonic domain.

Dans un deuxième mode de réalisation, où le procédé de codage met en oeuvre le procédé de détermination de l'ensemble des corrections, le procédé de décodage comporte les étapes suivantes :

  • réception d'un flux binaire comportant un signal audio codé issu d'un signal multicanal d'origine et un ensemble codé de corrections à apporter au signal multicanal décodé, l'ensemble de corrections ayant été codé selon un procédé de codage décrit précédemment;
  • décodage du signal audio codé reçu obtention d'un signal multicanal décodé;
  • décodage de l'ensemble codé de corrections ;
  • correction du signal multicanal décodé par l'application de l'ensemble de corrections décodé au signal multicanal décodé.
In a second embodiment, where the coding method implements the method for determining all of the corrections, the decoding method comprises the following steps:
  • reception of a binary stream comprising a coded audio signal originating from an original multi-channel signal and a coded set of corrections to be made to the decoded multi-channel signal, the set of corrections having been coded according to a coding method described above;
  • decoding the received encoded audio signal obtaining a decoded multi-channel signal;
  • decoding the coded set of corrections;
  • correcting the decoded multi-channel signal by applying the set of decoded corrections to the decoded multi-channel signal.

Dans ce mode de réalisation, c'est le codeur qui détermine les corrections à apporter sur le signal multicanal décodé, directement dans le domaine ambisonique et c'est le décodeur qui met en oeuvre l'application de ces corrections sur le signal multicanal décodé, directement dans le domaine ambisonique.In this embodiment, it is the coder which determines the corrections to be made to the decoded multichannel signal, directly in the Ambisonic domain and it is the decoder which implements the application of these corrections to the decoded multichannel signal, directly into the Ambisonics domain.

L'ensemble de corrections peut être dans ce cas, une matrice de transformation ou bien une matrice de correction comportant un ensemble de gains.The set of corrections can in this case be a transformation matrix or else a correction matrix comprising a set of gains.

Dans une variante de réalisation du procédé de décodage par rendu sur haut-parleurs, le procédé de décodage comporte les étapes suivantes :

  • réception d'un flux binaire comportant un signal audio codé issu d'un signal multicanal d'origine et un ensemble codé de corrections à apporter au signal multicanal décodé, l'ensemble de corrections ayant été codé selon un procédé de codage tel que décrit précédemment;
  • décodage du signal audio codé reçu et obtention d'un signal multicanal décodé;
  • décodage de l'ensemble codé de corrections ;
  • correction du signal multicanal décodé par l'ensemble de corrections décodé selon les étapes suivantes :
    • . décodage acoustique du signal multicanal décodé sur l'ensemble défini de haut-parleurs virtuels;
    • . application de l'ensemble de gains obtenu aux signaux issus du décodage acoustique;
    • . codage acoustique des signaux issus du décodage acoustique et corrigés pour obtenir des composantes du signal multicanal ;
    • . sommation des composantes du signal multicanal ainsi obtenues pour obtenir un signal multicanal corrigé.
In a variant embodiment of the decoding method by rendering on loudspeakers, the decoding method comprises the following steps:
  • reception of a binary stream comprising a coded audio signal originating from an original multichannel signal and a coded set of corrections to be made to the decoded multichannel signal, the set of corrections having been coded according to a coding method as described above ;
  • decoding the received encoded audio signal and obtaining a decoded multi-channel signal;
  • decoding the coded set of corrections;
  • correction of the decoded multichannel signal by the set of decoded corrections according to the following steps:
    • . acoustically decoding the decoded multi-channel signal on the defined set of virtual loudspeakers;
    • . application of the set of gains obtained to the signals resulting from the acoustic decoding;
    • . acoustic coding of the signals resulting from the acoustic decoding and corrected to obtain components of the multichannel signal;
    • . summation of the components of the multichannel signal thus obtained to obtain a corrected multichannel signal.

Dans ce mode de réalisation, c'est le codeur qui détermine les corrections à apporter sur les signaux issus du décodage acoustique sur un ensemble de haut-parleurs virtuels et c'est le décodeur qui met en oeuvre l'application de ces corrections sur les signaux issus du décodage acoustique puis qui transforme ces signaux pour revenir dans le domaine ambisonique dans le cas d'un signal multicanal ambisonique.In this embodiment, it is the coder which determines the corrections to be made to the signals resulting from the acoustic decoding on a set of virtual loudspeakers and it is the decoder which implements the application of these corrections to the signals resulting from the acoustic decoding then which transforms these signals to return to the ambisonic domain in the case of an ambisonic multichannel signal.

Dans une variante de réalisation, les étapes de décodage, application de gains et codage/sommation ci-dessus sont regroupées en une opération de correction directe par une matrice de correction. La correction s'effectue alors directement par l'application d'une matrice de correction sur le signal multicanal décodé, par exemple le signal ambisonique. Comme décrit précédemment, ceci a l'avantage d'apporter les corrections directement dans le domaine ambisonique.In a variant embodiment, the steps of decoding, application of gains and coding/summation above are grouped together in a direct correction operation by a correction matrix. The correction is then performed directly by applying a correction matrix to the decoded multichannel signal, for example the Ambisonic signal. As described previously, this has the advantage of bringing the corrections directly into the Ambisonic domain.

L'invention se rapporte également à un dispositif de décodage comportant un circuit de traitement pour la mise en oeuvre des procédés de décodage tel que décrit précédemment.The invention also relates to a decoding device comprising a processing circuit for implementing the decoding methods as described previously.

L'invention se rapporte également à un dispositif de décodage comportant un circuit de traitement pour la mise en oeuvre des procédés de codage tel que décrit précédemment.The invention also relates to a decoding device comprising a processing circuit for implementing the coding methods as described above.

L'invention se rapporte à un programme informatique comportant des instructions pour la mise en oeuvre des procédés de décodage ou des procédés de codage tels que décrits précédemment, lorsqu'ils sont exécutés par un processeur.The invention relates to a computer program comprising instructions for implementing decoding methods or coding methods as described above, when they are executed by a processor.

Enfin, l'invention se rapporte à un support de stockage, lisible par un processeur, mémorisant un programme informatique comportant des instructions pour l'exécution des procédés de décodage ou des procédés de codage décrits précédemment.Finally, the invention relates to a storage medium, readable by a processor, storing a computer program comprising instructions for the execution of the decoding methods or the coding methods described previously.

D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description suivante de modes de réalisation particuliers, donnés à titre de simples exemples illustratifs et non limitatifs, et des dessins annexés, parmi lesquels :

  • [Fig 1] La figure 1 illustre un codage multi-mono selon l'état de l'art et tel que décrit précédemment ;
  • [Fig 2] La figure 2 illustre sous forme d'organigramme, les étapes d'un procédé de détermination d'un ensemble de corrections selon un mode de réalisation de l'invention ;
  • [Fig 3] La figure 3 illustre un premier mode de réalisation d'un codeur et d'un décodeur, d'un procédé de codage et d'un procédé de décodage selon l'invention ;
  • [Fig 4] La figure 4 illustre un premier mode de réalisation détaillé du bloc de détermination de l'ensemble de corrections ;
  • [Fig 5] La figure 5 illustre un deuxième mode de réalisation détaillé du bloc de détermination de l'ensemble de corrections ;
  • [Fig 6] La figure 6 illustre un deuxième mode de réalisation d'un codeur et d'un décodeur, d'un procédé de codage et d'un procédé de décodage selon l'invention ;et
  • [Fig 7] La figure 7 illustre des exemples de réalisation structurelle d'un codeur et d'un décodeur selon un mode de réalisation de l'invention.
Other characteristics and advantages of the invention will appear more clearly on reading the following description of particular embodiments, given by way of simple illustrative and non-limiting examples, and the appended drawings, among which:
  • [ Fig 1 ] There figure 1 illustrates a multi-mono coding according to the state of the art and as described previously;
  • [ Fig 2 ] There figure 2 illustrates in flowchart form the steps of a method for determining a set of corrections according to one embodiment of the invention;
  • [ Fig.3 ] There picture 3 illustrates a first embodiment of an encoder and of a decoder, of an encoding method and of a decoding method according to the invention;
  • [ Fig 4 ] There figure 4 illustrates a first detailed embodiment of the block for determining the set of corrections;
  • [ Fig.5 ] There figure 5 illustrates a second detailed embodiment of the block for determining the set of corrections;
  • [ Fig 6 ] There figure 6 illustrates a second embodiment of an encoder and of a decoder, of an encoding method and of a decoding method according to the invention; and
  • [ Fig 7 ] There figure 7 illustrates examples of structural embodiment of an encoder and a decoder according to one embodiment of the invention.

La méthode décrite ci-dessous repose sur la correction des dégradations spatiales, notamment pour s'assurer que l'image spatiale du signal décodé est la plus proche possible du signal d'origine. A l'opposé des approches de codage paramétrique connues pour les signaux stéréo ou multicanal, où des attributs perceptifs (« perceptual cues » en anglais) sont codés, l'invention ne repose pas sur une interprétation perceptuelle des informations d'image spatiale car le domaine ambisonique n'est pas directement « écoutable ».The method described below is based on the correction of spatial degradations, in particular to ensure that the spatial image of the decoded signal is as close as possible to the original signal. Unlike known parametric coding approaches for stereo or multi-channel signals, where perceptual cues are coded, the invention is not based on a perceptual interpretation of spatial image information because the Ambisonic domain is not directly "listenable".

La figure 2 représente les étapes principales mises en oeuvre pour déterminer un ensemble de corrections à appliquer au signal multicanal codé puis décodé.There figure 2 represents the main steps implemented to determine a set of corrections to be applied to the coded then decoded multichannel signal.

Le signal multicanal d'origine B de dimension KxL (soit K composantes de L échantillons temporels ou fréquentiels) est en entrée du procédé de détermination. A l'étape S1 une information représentative d'une image spatiale du signal multicanal d'origine est extraite.The original multi-channel signal B of dimension KxL (ie K components of L time or frequency samples) is input to the determination method. In step S1 information representative of a spatial image of the original multichannel signal is extracted.

On s'intéresse ici au cas d'un signal multicanal en représentation ambisonique, tel que décrit précédemment. L'invention peut s'appliquer également pour d'autres types de signal multicanal comme un signal en B-format avec des modifications, comme par exemple la suppression de certaines composantes (ex : suppression de la composante R à l'ordre 2 pour ne garder que 8 canaux) ou le matriçage du B-format pour passer dans un domaine équivalent (appelé « Equivalent Spatial Domain ») comme décrit dans la spécification 3GPP TS 26.260 - un autre exemple de matriçage est donné par le « channel mapping 3 » du codée IETF Opus et dans la spécification 3GPP TS 26.918 (clause 6.1.6.3).We are interested here in the case of a multichannel signal in Ambisonic representation, as described previously. The invention can also be applied to other types of multichannel signal such as a B-format signal with modifications, such as for example the suppression of certain components (e.g. suppression of the R component at order 2 so as not to keep only 8 channels) or the matrixing of the B-format to pass into an equivalent domain (called "Equivalent Spatial Domain") as described in the 3GPP specification TS 26.260 - another example of matrixing is given by the "channel mapping 3" of the coded IETF Opus and in the 3GPP TS 26.918 specification (clause 6.1.6.3).

On appelle ici « image spatiale » la répartition de l'énergie sonore de la scène sonore ambisonique à différentes directions de l'espace ; dans des variantes, cette image spatiale décrivant la scène sonore correspond de façon générale à des grandeurs positives évaluées à différentes directions prédéterminées de l'espace, par exemple sous la forme d'un pseudo-spectre de type MUSIC (MUltiple Signal Classification) échantillonné à ces directions ou d'un histogramme de directions d'arrivée (où les directions d'arrivée sont décomptées selon la discrétisation donnée par les directions prédéterminées) ; ces grandeurs positives peuvent être interprétées comme des énergies et sont vues comme telles par la suite pour simplifier la description de l'invention.We call here “spatial image” the distribution of the sound energy of the ambisonic sound stage at different directions in space; in variants, this spatial image describing the sound scene generally corresponds to positive magnitudes evaluated at different predetermined directions in space, for example in the form of a pseudo-spectrum of the MUSIC (MUltiple Signal Classification) type sampled at these directions or a histogram of directions of arrival (where the directions of arrival are counted according to the discretization given by the predetermined directions); these positive magnitudes can be interpreted as energies and are seen as such below to simplify the description of the invention.

Une image spatiale associée à une scène sonore ambisonique représente donc l'énergie sonore (ou plus généralement une grandeur positive) relative en fonction de différentes directions dans l'espace. Dans l'invention, une information représentative d'une image spatiale peut être par exemple une matrice de covariance calculée entre les canaux du signal multicanal ou bien une information d'énergie associée à des directions de provenance du son (associées à des directions de haut-parleurs virtuels répartis sur une sphère unité).A spatial image associated with an Ambisonic sound scene therefore represents the sound energy (or more generally a positive magnitude) relative to different directions in space. In the invention, information representative of a spatial image can be, for example, a covariance matrix calculated between the channels of the multichannel signal or energy information associated with directions of origin of the sound (associated with directions of height -virtual speakers distributed on a unit sphere).

L'ensemble de corrections à appliquer à un signal multicanal est une information qui peut être définie par un ensemble de gains associés à des directions de provenance du son qui peuvent être sous la forme d'une matrice de corrections comportant cet ensemble de gains ou une matrice de transformation.The set of corrections to be applied to a multi-channel signal is information which can be defined by a set of gains associated with directions from which the sound comes, which can be in the form of a matrix of corrections comprising this set of gains or a transformation matrix.

Une matrice de covariance d'un signal multicanal B est par exemple obtenue à l'étape S1. Comme décrit ultérieurement en référence aux figures 3 et 6, cette matrice est par exemple calculée comme suit :

  • C = B.BT à un facteur de normalisation près (dans le cas réel)
    ou
  • C = Re(B.BH ) à un facteur de normalisation près (dans le cas complexe)
A covariance matrix of a multichannel signal B is for example obtained in step S1. As described later with reference to figure 3 And 6 , this matrix is for example calculated as follows:
  • C = BB T up to a normalization factor (in the real case)
    Or
  • C = Re( BB H ) up to a normalization factor (in the complex case)

Dans des variantes, des opérations de lissage temporel de la matrice de covariance pourront être utilisées. Dans les cas d'un signal multicanal dans le domaine temporel, la covariance peut être estimée de façon récursive (échantillon par échantillon) sous la forme : C ij n = n / n + 1 C ij n − 1 + 1 / n + 1 bi n bj n .

Figure imgb0003
In variants, temporal smoothing operations of the covariance matrix could be used. In the case of a multichannel signal in the time domain, the covariance can be estimated recursively (sample by sample) in the form: VS ij not = not / not + 1 VS ij not − 1 + 1 / not + 1 bi not bj not .
Figure imgb0003

Dans une variante de réalisation, une information d'énergie est obtenue selon différentes directions (associées à des directions de haut-parleurs virtuels répartis sur une sphère unité). Pour cela, une méthode de type SRP (pour « Steered-Response Power » en anglais) décrite ultérieurement en référence à la figure 3 et 4 pourra par exemple être appliquée. Dans des variantes, d'autres méthodes de calcul d'image spatiale (pseudo-spectre MUSIC, histogramme de directions d'arrivée) peuvent être utilisées.In a variant embodiment, energy information is obtained in different directions (associated with directions of virtual loudspeakers distributed over a unit sphere). For this, a method of the SRP type (for "Steered-Response Power") described later with reference to the figures 3 and 4 could for example be applied. In variants, other spatial image calculation methods (pseudo-spectrum MUSIC, histogram of directions of arrival) can be used.

Plusieurs modes de réalisation sont envisageables et décrits ici pour coder le signal multicanal d'origine.Several embodiments are conceivable and described here for encoding the original multichannel signal.

Dans un premier mode de réalisation, les différents canaux bk, k=0, .., K-1, de B sont codés, à l'étape S2, par un codage multi-mono, chaque canal bk étant codé séparément. Dans des variantes de réalisation, un codage multi-stéréo où les canaux bk sont codés par paires séparées est également possible. Un exemple classique pour un signal d'entrée 5.1 consiste à utiliser deux codages stéréo séparés de L/ R et de Ls / Rs avec des codages mono de Cet LFE (basses fréquences uniquement) ; pour le cas ambisonique, le codage multi-stéréo peut être appliqué aux composantes ambisoniques (B-format) ou à un signal multicanal équivalent obtenu après matriçage des canaux du B-format - par exemple à l'ordre 1 les canaux W, X, Y, Z peuvent être convertis en quatre canaux transformés et deux paires de canaux sont codées séparément et reconverties en B-format au décodage. Un exemple est donné dans les versions récentes du codée Opus (« channel mapping 3 ») et dans la spécification 3GPP TR 26.918 (clause 6.1.6.3).In a first embodiment, the various channels b k , k=0, .., K-1, of B are coded, in step S2, by multi-mono coding, each channel b k being coded separately. In variant embodiments, multi-stereo coding where the channels b k are coded in separate pairs is also possible. A classic example for a 5.1 input signal is to use two separate stereo encodings of L/R and Ls/Rs with mono encodings of Cet LFE (low frequencies only); for the ambisonic case, the multi-stereo coding can be applied to the ambisonic components (B-format) or to an equivalent multichannel signal obtained after matrixing the channels of the B-format - for example to order 1 the channels W, X, Y, Z can be converted into four transformed channels, and two channel pairs are coded separately and converted back to B-format on decoding. An example is given in the recent versions of the Opus codec (“channel mapping 3”) and in the 3GPP specification TR 26.918 (clause 6.1.6.3).

Dans d'autres variantes, on pourra aussi utiliser à l'étape S2 un codage multicanal conjoint, comme par exemple le codée MPEGH 3D Audio pour le format ambisonique (scene-based); dans ce cas, le codée réalise un codage des canaux d'entrée de façon conjointe. Dans l'exemple MPEG-H, ce codage conjoint se décompose pour un signal ambisonique en plusieurs étapes comme l'extraction et le codage de sources mono prédominantes, l'extraction d'une ambiance (typiquement réduit à un signal ambisonique d'ordre 1), le codage de tous les canaux extraits (appelés « transport channels ») et de métadonnées décrivant les vecteurs de formation de faisceaux acoustiques (« beamforming » en anglais) pour l'extraction de canaux prédominants. Le codage multicanal conjoint permet d'exploiter les relations entre tous les canaux pour, par exemple, extraire des sources audio prédominantes et une ambiance ou effectuer une allocation globale des bits prenant en compte l'ensemble du contenu audio.In other variants, it will also be possible to use in step S2 a joint multichannel coding, such as for example the MPEGH 3D Audio coded for the ambisonic (scene-based) format; in this case, the codec encodes the input channels jointly. In the MPEG-H example, this joint coding breaks down for an ambisonic signal into several stages such as the extraction and the coding of predominant mono sources, the extraction of an ambiance (typically reduced to an ambisonic signal of order 1 ), the coding of all the extracted channels (called “transport channels”) and metadata describing the acoustic beamforming vectors (“beamforming” in English) for the extraction of predominant channels. Joint multi-channel coding makes it possible to exploit the relationships between all the channels to, for example, extract predominant audio sources and ambience or perform global bit allocation taking into account all the audio content.

Dans le mode de réalisation privilégié, on prend comme exemple de réalisation de l'étape S2 un codage multi-mono qui est effectué en utilisant le codée 3GPP EVS tel que décrit précédemment. Cependant, la méthode selon l'invention peut ainsi être utilisée indépendamment du codée coeur (multi-mono, multi-stéréo, codage conjoint) utilisée pour représenter les canaux à coder.In the preferred embodiment, the exemplary embodiment of step S2 is a multi-mono coding which is performed using the 3GPP EVS codec as described previously. However, the method according to the invention can thus be used independently of the core codec (multi-mono, multi-stereo, joint coding) used to represent the channels to be coded.

Le signal ainsi codé sous forme de flux binaire (« bitstream » en anglais) peut être décodé à l'étape S3 soit par un décodeur local du codeur, soit par un décodeur après transmission. Ce signal est décodé pour retrouver les canaux du signal multicanal B̂ (par exemple par plusieurs instances de décodeur EVS selon un décodage multi-mono).The signal thus encoded in the form of a bitstream can be decoded in step S3 either by a local decoder of the encoder, or by a decoder after transmission. This signal is decoded to find the channels of the multichannel signal B - (for example by several instances of EVS decoder according to a multi-mono decoding).

Les étapes S2a, S2b, S3a, S3b représentent une variante de réalisation du codage et du décodage du signal multicanal B. La différence avec le codage de l'étape S2 décrite ci-dessus réside dans l'utilisation de traitements additionnels de réduction du nombre de canaux (« downmix » en anglais) à l'étape S2a et d'augmentation du nombre de canaux (« upmix » en anglais) à l'étape S3b. Ces étapes de codage et décodage (S2b et S3a) sont similaires aux étapes S2 et S3 mis à part que le nombre de canaux respectifs en entrée et sortie est plus faible dans les étapes S2b et S3a.Steps S2a, S2b, S3a, S3b represent a variant embodiment of the coding and decoding of the multichannel signal B. The difference with the coding of step S2 described above resides in the use of additional processing operations to reduce the number of channels (“downmix” in English) at step S2a and to increase the number of channels (“ upmix” in English) in step S3b. These coding and decoding steps (S2b and S3a) are similar to steps S2 and S3 except that the number of respective input and output channels is lower in steps S2b and S3a.

Un exemple de downmix pour un signal d'entrée ambisonique d'ordre 1 consiste à ne garder que le canal W ; pour un signal d'entrée ambisonique d'ordre > 1, on pourra prendre comme downmix les 4 premières composantes W, X, Y, Z (donc tronquer le signal à l'ordre 1). Dans des variantes, on pourra prendre comme downmix un sous-ensemble des composantes ambisoniques (par exemple 8 canaux à l'ordre 2 sans la composante R) et aussi considérer les cas de matriçage comme par exemple un downmix stéréo obtenu sous la forme: L = W-Y+0.3*X, R=W+Y+0.3*X (en n'utilisant que les canaux FOA).An example of downmixing a first-order Ambisonic input signal is to keep only the W channel; for an ambisonic input signal of order > 1, we can take as downmix the first 4 components W, X, Y, Z (thus truncate the signal to order 1). In variants, we can take as downmix a subset of the Ambisonic components (for example 8 channels at order 2 without the R component) and also consider cases of matrixing such as for example a stereo downmix obtained in the form: L = W-Y+0.3*X, R=W+Y+0.3*X (using only FOA channels).

Un exemple d'upmix d'un signal mono consiste à appliquer différentes réponses impulsionnelles spatiales de salle (SRI R pour « Spatial Room Impulse Response ») ou différents filtres décorrélateurs (de type passe-tout) dans le domaine temporel ou fréquentiel. Un exemple de réalisation de décorrélation dans un domaine fréquentiel est donné par exemple dans le document 3GPP S4-180975, pCR to 26.118 on Dolby VRStream audio profile candidate (clause X.6.2.3.5).An example of upmixing a mono signal consists of applying different spatial room impulse responses (SRI R for “Spatial Room Impulse Response”) or different decorrelating filters (of the all-pass type) in the time or frequency domain. An example of achieving decorrelation in a frequency domain is given for example in document 3GPP S4-180975, pCR to 26.118 on Dolby VRStream audio profile candidate (clause X.6.2.3.5).

Le signal B' issu de ce traitement « downmix » est codé à l'étape S2b par un codée coeur (multi-mono, multi-stéréo, codage conjoint), par exemple par une approche mono ou multi-mono avec le codée 3GPP EVS. Le signal audio d'entrée de l'étape de codage S2b et de sortie de l'étape de décodage S3a un nombre de canaux inférieur au signal audio multicanal d'origine. Dans ce cas l'image spatiale représentée par le codée coeur est déjà sensiblement dégradée avant même le codage. Dans un cas extrême, le nombre de canaux est réduit à un seul canal mono, en ne codant que le canal W ; le signal d'entrée est alors limité à un seul canal audio et l'image spatiale est donc perdue. Le procédé selon l'invention permet de décrire et de reconstruire cette image spatiale la plus proche possible de celle du signal multicanal d'origine. En sortie de l'étape d'upmix en S3b de cette variante de réalisation, on retrouve un signal multicanal décodé B̂.The signal B' resulting from this "downmix" processing is coded in step S2b by a core codec (multi-mono, multi-stereo, joint coding), for example by a mono or multi-mono approach with the 3GPP EVS codec . The input audio signal from the coding step S2b and output from the decoding step S3 has a lower number of channels than the original multi-channel audio signal. In this case, the spatial image represented by the core codec is already substantially degraded even before coding. In an extreme case, the number of channels is reduced to a single mono channel, encoding only the W channel; the input signal is then limited to a single audio channel and the spatial image is therefore lost. The method according to the invention makes it possible to describe and reconstruct this spatial image as close as possible to that of the original multichannel signal. At the output of the upmix step in S3b of this variant embodiment, there is a decoded multichannel signal B̂ .

A partir du signal multicanal décodé B̂ selon les deux variantes (S2-S3 ou S2a-S2b-S3a-S3b), est extrait, à l'étape S4, une information représentative de l'image spatiale du signal multicanal décodé. Comme pour l'image originale, cette information peut être une matrice de covariance calculée sur le signal multicanal décodé ou bien une information d'énergie associée à des directions de provenance du son (ou de façon équivalente, à des points virtuels sur une sphère unité).From the decoded multichannel signal B̂ according to the two variants (S2-S3 or S2a-S2b-S3a-S3b), is extracted, in step S4, information representative of the spatial image of the decoded multichannel signal. As for the original image, this information can be a covariance matrix calculated on the decoded multichannel signal or energy information associated with the directions of origin of the sound (or equivalently, with virtual points on a unit sphere ).

Ces informations représentatives du signal multicanal d'origine et du signal multicanal décodé sont utilisées à l'étape S5 pour déterminer un ensemble de corrections à apporter au signal multicanal décodé afin de limiter les dégradations spatiales. Deux modes de réalisation seront détaillés par la suite en référence aux figures 4 et 5 pour illustrer cette étape.This information representative of the original multichannel signal and of the decoded multichannel signal is used in step S5 to determine a set of corrections to be applied to the decoded multichannel signal in order to limit the spatial degradations. Two embodiments will be detailed below with reference to the figure 4 And 5 to illustrate this step.

Le procédé décrit à la figure 2 peut être mis en oeuvre dans le domaine temporel, en pleine-bande de fréquence (avec une seule bande) ou bien par sous-bandes de fréquence (avec plusieurs bandes), cela ne change pas le fonctionnement du procédé, chaque sous-bande étant alors traitée de manière séparée. Si le procédé est effectué par sous-bande, l'ensemble de corrections est alors déterminé par sous-bande, ce qui occasionne un surcoût de calcul et de données à transmettre vers le décodeur par rapport au cas d'une seule bande. Le découpage en sous-bandes peut être uniforme ou non-uniforme. Par exemple on pourra diviser le spectre d'un signal échantillonné à 32 kHz selon différentes variantes :

  • 4 bandes de largeur respective 1, 3, 4 et 8 kHz ou encore 2, 2, 4, 8 kHz
  • 24 bandes de Bark (de largeur 100 Hz en basses fréquences à 3.5-4 kHz pour la dernière sous-bande)
  • les 24 bandes de Bark peuvent être éventuellement regroupées par blocs de 4 ou 6 bandes successives pour former un ensemble de respectivement 6 ou 4 bandes « agglomérées ».
The process described in picture 2 can be implemented in the time domain, in full frequency band (with a single band) or by frequency sub-bands (with several bands), this does not change the operation of the method, each sub-band being then treated separately. If the method is carried out per sub-band, the set of corrections is then determined per sub-band, which causes an additional cost of calculation and of data to be transmitted to the decoder compared to the case of a single band. The division into sub-bands can be uniform or non-uniform. For example, the spectrum of a signal sampled at 32 kHz can be divided according to different variants:
  • 4 bands of respective width 1, 3, 4 and 8 kHz or even 2, 2, 4, 8 kHz
  • 24 Bark bands (from 100 Hz width at low frequencies to 3.5-4 kHz for the last sub-band)
  • the 24 Bark bands can optionally be grouped together in blocks of 4 or 6 successive bands to form a set of respectively 6 or 4 “agglomerated” bands.

D'autres découpages sont possibles (par exemple bandes ERB - pour « équivalent rectangular bandwidth » en anglais - ou en 1/3 d'octave), y compris pour le cas d'une fréquence d'échantillonnage différente (par exemple 16 ou 48 kHz).Other breakdowns are possible (for example ERB bands - for "equivalent rectangular bandwidth" in English - or in 1/3 of an octave), including for the case of a different sampling frequency (for example 16 or 48 kHz).

Dans des variantes, l'invention pourra aussi être mise en oeuvre dans un domaine transformée, par exemple dans le domaine de la transformée de Fourier discrète court-terme (STFT) ou le domaine de la transformée en cosinus discrète modifiée (MDCT).In variants, the invention may also be implemented in a transformed domain, for example in the domain of the short-term discrete Fourier transform (STFT) or the domain of the modified discrete cosine transform (MDCT).

Plusieurs modes de réalisation sont maintenant décrits pour mettre en oeuvre la détermination de cet ensemble de corrections et pour appliquer cet ensemble de corrections au signal décodé.Several embodiments are now described for implementing the determination of this set of corrections and for applying this set of corrections to the decoded signal.

On rappelle ici la technique connue d'encodage d'une source sonore au format ambisonique. Une source sonore mono peut-être spatialisée artificiellement en multipliant son signal par les valeurs des harmoniques sphériques associées à sa direction de provenance (en supposant le signal porté par une onde plane) pour obtenir autant de composantes ambisoniques. Pour cela, on calcule les coefficients pour chaque harmonique sphérique pour une position déterminée en azimut Θ et en élévation ϕ à l'ordre désiré : B = Y ⊖ , ϕ . s

Figure imgb0004
où s est le signal mono à spatialiser et Y( Θ ,ϕ) est le vecteur d'encodage définissant les coefficients des harmoniques sphériques associées à la direction ( Θ , ϕ) pour l'ordre M. Un exemple de vecteur d'encodage est donné ci-après pour l'ordre 1 avec la convention SN3D et l'ordre des canaux SID ou FuMa: Y θ φ = 1 cos θ cos φ sin θ cos φ sin φ
Figure imgb0005
 The known technique for encoding a sound source in the ambisonic format is recalled here. A mono sound source can be artificially spatialized by multiplying its signal by the values of the spherical harmonics associated with its direction of origin (assuming the signal carried by a plane wave) to obtain as many ambisonic components. For this, we calculate the coefficients for each spherical harmonic for a position determined in azimuth Θ and in elevation ϕ at the desired order: B = Y ⊖ , ϕ . s
Figure imgb0004
 where s is the mono signal to be spatialized and Y ( Θ ,ϕ) is the encoding vector defining the coefficients of the spherical harmonics associated with the direction ( Θ , ϕ) for order M. An example of an encoding vector is given below for order 1 with the SN3D convention and the order of the SID or FuMa channels: Y θ φ = 1 cos θ cos φ sin θ cos φ sin φ
Figure imgb0005

Dans des variantes, d'autres convention de normalisation (ex : maxN, N3D) et d'ordre des canaux (ex : ACN) pourront être utilisées et les différents modes de réalisation sont alors adaptés en fonction de la convention utilisée pour l'ordre des ou la normalisation des composantes ambisoniques (FOA ou HOA). Cela revient à modifier l'ordre des lignes Y( Θ ,ϕ) ou multiplier ces lignes par des constantes prédéfinies.In variants, other normalization conventions (e.g. maxN, N3D) and channel ordering conventions (e.g. ACN) may be used and the different embodiments are then adapted according to the convention used for the order. des or ambisonic component normalization (FOA or HOA). This amounts to modifying the order of the lines Y ( Θ ,ϕ) or multiplying these lines by predefined constants.

Pour les ordres supérieurs, les coefficients Y( Θ ,ϕ) des harmoniques sphériques peuvent être trouvés dans le livre de B.Rafaely, Fundamentals of Spherical Array Processing, Springer, 2015. De manière générale pour un ordre M, les signaux ambisoniques sont au nombre de K= (M+ 1)2.For higher orders, the Y ( Θ ,ϕ) coefficients of spherical harmonics can be found in B.Rafaely's book, Fundamentals of Spherical Array Processing, Springer, 2015. Generally speaking for M order, ambisonic signals are at number of K= (M+ 1) 2 .

De même, on rappelle ici quelques notions sur le rendu ou restitution ambisonique par haut-parleurs. Un son ambisonique n'est pas fait pour être écouté tel quel ; pour une écoute immersive sur haut-parleurs ou sur casque, une étape de « décodage » au sens acoustique aussi appelé rendu (« renderer » en anglais) doit être faite. On considère le cas de N haut-parleurs (virtuels ou physiques) répartis sur une sphère - typiquement de rayon unité - et dont les directions ( Θn , ϕn), n=0, .., N-1, en termes d'azimut et d'élévation sont connues. Le décodage, tel qu'on le considère ici, est une opération linéaire qui consiste à appliquer une matrice D aux signaux ambisoniques B pour obtenir les signaux sn des haut-parleurs, que l'on peut rassembler en une matrice S= [ s0, ...sN-1], S=D.B où S = s 0 ⋮ s N − 1 .

Figure imgb0006
Similarly, we recall here some notions on the rendering or ambisonic reproduction by loudspeakers. Ambisonic sound is not meant to be listened to as it is; for immersive listening on loudspeakers or on headphones, a “decoding” step in the acoustic sense, also called rendering (“renderer” in English) must be carried out. We consider the case of N loudspeakers (virtual or physical) distributed on a sphere - typically of unit radius - and whose directions ( Θ n , ϕ n ), n=0, .., N-1, in terms of azimuth and elevation are known. Decoding, as considered here, is a linear operation which consists in applying a matrix D to the ambisonic signals B to obtain the signals s n from the loudspeakers, which can be assembled into a matrix S = [ s 0 , ...s N-1 ], S=DB where S = s 0 ⋮ s NOT − 1 .
Figure imgb0006

On peut décomposer la matrice D en vecteurs lignes dn, soit D = d θ ⋮ d N − 1

Figure imgb0007
dn peut être vu comme un vecteur de pondération pour le nième haut-parleur, utilisé pour recombiner les composantes du signal ambisonique et calculer le signal joué sur le nième haut-parleur : sn=dn.B. We can decompose the matrix D into row vectors d n , that is D = d θ ⋮ d NOT − 1
Figure imgb0007
 d n can be seen as a weighting vector for the nth loudspeaker, used to recombine the components of the Ambisonic signal and calculate the signal played on the nth loudspeaker: s n =d n .B.

II existe de multiples méthodes de « décodage » au sens acoustique. La méthode dite de « décodage basique » également dénommée « mode-matching », se base sur la matrice d'encodage E associée à l'ensemble des directions de haut-parleurs virtuels : E = Y θ 0 φ 0 … Y θ N − 1 φ N − 1

Figure imgb0008
There are multiple methods of “decoding” in the acoustic sense. The so-called “basic decoding” method, also called “mode-matching”, is based on the encoding matrix E associated with all the virtual loudspeaker directions: E = Y θ 0 φ 0 … Y θ NOT − 1 φ NOT − 1
Figure imgb0008

Selon cette méthode, la matrice D se définit typiquement comme la pseudo-inverse de E : D=pinv(E)= D T (D.D T ) -1 According to this method, the matrix D is typically defined as the pseudo-inverse of E : D = pinv( E )= D T (DD T ) -1

En alternative, la méthode que l'on peut appeler « de projection » donne des résultats similaires pour certaines distributions régulières de directions, et se décrit par l'équation : D = 1 N E T

Figure imgb0009
Alternatively, the method that can be called "projection" gives similar results for certain regular distributions of directions, and is described by the equation: D = 1 NOT E T
Figure imgb0009

Dans ce dernier cas, on voit que pour chaque direction d'indice n, d n = 1 N Y θ n φ n T

Figure imgb0010
In the latter case, we see that for each direction of index n, d not = 1 NOT Y θ not φ not T
Figure imgb0010

Dans le cadre de cette invention, de telles matrices serviront de matrice de formation de faisceaux directifs (« beamforming » en anglais) décrivant comment obtenir des signaux caractéristiques de directions de l'espace dans le but d'opérer une analyse et/ou des transformations spatiales.In the context of this invention, such matrices will serve as a matrix for forming directional beams (“beamforming” in English) describing how to obtain characteristic signals of directions in space in order to operate an analysis and/or transformations spatial.

Dans le cadre de la présente invention, il est utile de décrire la conversion réciproque pour passer du domaine des haut-parleurs vers le domaine ambisonique. Il convient que l'application successive des deux conversions reproduise de façon exacte les signaux ambisoniques d'origine si aucune modification intermédiaire n'est appliquée dans le domaine des haut-parleurs. On définit donc la conversion réciproque comme mettant en jeu la pseudo-inverse de D : pinv D . S = D T D . D T − 1 . S

Figure imgb0011
In the context of the present invention, it is useful to describe the reciprocal conversion to pass from the loudspeaker domain to the ambisonic domain. The successive application of the two conversions should reproduce exactly the original Ambisonic signals if no intermediate modification is applied in the loudspeaker domain. We therefore define the reciprocal conversion as involving the pseudo-inverse of D : pinv D . S = D T D . D T − 1 . S
Figure imgb0011

Quand K= (M+ 1)2, la matrice D de taille KxK est inversible sous certaines conditions et dans ce cas : B= D-1.S When K= (M+ 1) 2 , the matrix D of size KxK is invertible under certain conditions and in this case: B= D -1 .S

Dans le cas de la méthode « mode-matching », il apparaît que pinv(D)=E. Dans des variantes, d'autres méthodes de décodage par D pourront être utilisées, avec la conversion inverse E correspondante ; la seule condition à vérifier est que la combinaison du décodage par D et de la conversion inverse par E doit donner une reconstruction parfaite (quand aucun traitement intermédiaire n'est réalisé entre le décodage acoustique et l'encodage acoustique).In the case of the “mode-matching” method, it appears that pinv( D )= E . In variants, other methods of decoding by D could be used, with the corresponding inverse conversion E ; the only condition to be checked is that the combination of the decoding by D and the inverse conversion by E must give a perfect reconstruction (when no intermediate processing is carried out between the acoustic decoding and the acoustic encoding).

De telles variantes sont par exemple données par :

  • le décodage « mode-matching » avec un terme de régulation sous la forme D T (D.D T+εI) -1 où ε est une faible valeur (par exemple 0.01),
  • Les décodages « in phase » ou « max-rE » connus de l'état de l'art
  • ou des variantes où la répartition des directions des haut-parleurs n'est pas régulière sur la sphère.
Such variants are for example given by:
  • “mode-matching” decoding with a regulation term in the form D T (DD T +ε I) -1 where ε is a low value (for example 0.01),
  • The "in phase" or "max-rE" decoding known from the state of the art
  • or variants where the distribution of the directions of the loudspeakers is not regular on the sphere.

La figure 3 représente un premier mode de réalisation d'un dispositif de codage et d'un dispositif de décodage pour la mise en oeuvre d'un procédé de codage et de décodage incluant un procédé de détermination d'un ensemble de corrections tel que décrit en référence à la figure 2.There picture 3 represents a first embodiment of an encoding device and of a decoding device for implementing an encoding and decoding method including a method for determining a set of corrections as described with reference to there picture 2 .

Dans ce mode de réalisation, le codeur calcule l'information représentative de l'image spatiale du signal multicanal d'origine et la transmet au décodeur afin de lui permettre de corriger la dégradation spatiale engendrée par le codage. Cela permet lors du décodage, d'atténuer les artéfacts spatiaux dans le signal ambisonique décodé. Ainsi, le codeur reçoit un signal d'entrée multicanal par exemple de représentation ambisonique FOA, ou HOA, ou une représentation hybride avec un sous-ensemble de composantes ambisoniques jusqu'à un ordre ambisonique partiel donné - ce dernier cas est en fait inclus de façon équivalente dans le cas FOA ou HOA où les composantes ambisoniques manquantes sont nulles et l'ordre ambisonique est donné par l'ordre minimal requis pour inclure toutes les composantes définies. Ainsi, sans perte de généralité on considère dans la suite de la description les cas FOA ou HOA.In this embodiment, the coder calculates the information representative of the spatial image of the original multichannel signal and transmits it to the decoder in order to enable it to correct the spatial degradation generated by the coding. This makes it possible, during decoding, to attenuate spatial artifacts in the decoded Ambisonic signal. Thus, the encoder receives a multi-channel input signal of for example FOA, or HOA, ambisonic representation, or a hybrid representation with a subset of ambisonic components up to a given partial ambisonic order - the latter case is actually included from equivalent way in the FOA or HOA case where the missing ambisonic components are zero and the ambisonic order is given by the order minimum required to include all defined components. Thus, without loss of generality, the following description considers the FOA or HOA cases.

Dans le mode de réalisation ainsi décrit, le signal d'entrée est échantillonné à 32 kHz. Le codeur fonctionne par trames qui sont de façon préférentielle d'une longueur de 20 ms, soit L= 640 échantillons par trame à 32 kHz. Dans des variantes, d'autres longueurs de trame et fréquences d'échantillonnage sont possibles (par exemple L=480 échantillons par trame de 10 ms à 48 kHz).In the embodiment thus described, the input signal is sampled at 32 kHz. The coder operates in frames which are preferably 20 ms long, ie L=640 samples per frame at 32 kHz. In variants, other frame lengths and sampling frequencies are possible (for example L=480 samples per frame of 10 ms at 48 kHz).

Dans un mode de réalisation privilégié, le codage est effectué dans le domaine temporel (sur une ou plusieurs bandes), cependant dans des variantes, l'invention peut être mise en oeuvre dans un domaine transformé, par exemple après transformée de Fourier discrète court-terme (STFT) ou transformée en cosinus discrète modifiée (MDCT).In a preferred embodiment, the coding is performed in the time domain (on one or more bands), however in variants, the invention can be implemented in a transformed domain, for example after short-term discrete Fourier transform. term (STFT) or modified discrete cosine transform (MDCT).

Selon le mode de réalisation de codage utilisé, comme expliqué en référence à la figure 2, un bloc 310 de réduction du nombre de canaux (DMX) peut être mis en oeuvre ; l'entrée du bloc 311 est le signal B' en sortie du bloc 310 quand le downmix est mis en oeuvre ou le signal B dans le cas contraire. Dans un mode de réalisation, si le downmix est appliqué, il consiste par exemple pour un signal d'entrée ambisonique d'ordre 1 à ne garder que le canal W et pour un signal d'entrée ambisonique d'ordre > 1, à ne garder que les 4 premières composantes ambisoniques W, X, Y, Z (donc à tronquer le signal à l'ordre 1). D'autres types de downmix (comme ceux décrits précédemment avec une sélection d'un sous-ensemble de canaux et/ou un matriçage) peuvent être mis en oeuvres sans que cela ne modifie le procédé selon l'invention.Depending on the encoding embodiment used, as explained with reference to picture 2 , a block 310 for reducing the number of channels (DMX) can be implemented; the input of block 311 is signal B' at the output of block 310 when the downmix is implemented or signal B otherwise. In one embodiment, if the downmix is applied, it consists for example for an ambisonic input signal of order 1 in keeping only the W channel and for an ambisonic input signal of order > 1, in not keep only the first 4 ambisonic components W, X, Y, Z (therefore to truncate the signal at order 1). Other types of downmix (like those described previously with a selection of a subset of channels and/or a matrixing) can be implemented without this modifying the method according to the invention.

Le bloc 311 code le signal audio b' k de B' en sortie du bloc 310 dans le cas où l'étape de downmix est effectuée ou le signal audio b k du signal multicanal d'origine B. Ce signal correspond aux composantes ambisoniques du signal multicanal d'origine si aucun traitement de réduction du nombre de canaux n'a été appliqué.Block 311 encodes the audio signal b' k of B' at the output of block 310 in the case where the downmix step is performed or the audio signal b k of the original multichannel signal B . This signal corresponds to the Ambisonic components of the original multi-channel signal if no channel reduction processing has been applied.

Dans un mode de réalisation privilégié, le bloc 311 utilise un codage multi-mono (COD) avec une allocation fixe ou variable, où le codée coeur est le codée normalisé 3GPP EVS. Dans cette approche multi-mono, chaque canal b k ou b' k est codé séparément par une instance du codée ; cependant, dans des variantes d'autres méthodes de codage sont possibles, par exemple un codage multi-stéréo ou un codage multicanal conjoint. On obtient donc, en sortie de ce bloc de codage 311, un signal audio codé issu du signal multicanal d'origine, sous forme de train binaire qui est envoyé au multiplexeur 340.In a preferred embodiment, block 311 uses multi-mono coding (COD) with a fixed or variable allocation, where the core codec is the standard 3GPP EVS codec. In this multi-mono approach, each channel b k or b' k is coded separately by an instance of the codec; however, in variants other encoding methods are possible, for example multi-stereo encoding or a joint multi-channel coding. We therefore obtain, at the output of this coding block 311, a coded audio signal coming from the original multi-channel signal, in the form of a binary train which is sent to the multiplexer 340.

De façon optionnelle, le bloc 320 réalise une division en sous-bandes. Dans des variantes, cette division en sous-bandes pourra réutiliser des traitements équivalents effectués dans les blocs 310 ou 311 ; la séparation du bloc 320 est ici fonctionnelle. Dans un mode de réalisation privilégié, les canaux du signal audio multicanal d'origine sont découpés en 4 sous-bandes fréquentielles de largeur respective 1 kHz, 3 kHz, 4 kHz, 8 kHz (ce qui revient à un découpage des fréquences selon les 0-1000, 1000-4000, 4000-8000 et 8000-16000 Hz. Ce découpage peut être mis en oeuvre par le biais d'une transformée de Fourier discrète à court-terme (STFT), filtrage passe-bande dans le domaine de Fourier (par application d'un masque fréquentiel), et transformée inverse avec addition recouvrement. Dans ce cas, les sous-bandes restent échantillonnées à la même fréquence d'origine et le traitement selon l'invention s'applique dans le domaine temporel ; dans des variantes, on pourra utiliser un banc de filtre avec un échantillonnage critique. On notera que l'opération de découpage en sous-bandes implique en général un retard de traitement qui est fonction du type de banc de filtres mis en oeuvre ; selon l'invention un alignement temporel pourra être appliqué avant ou après codage-décodage et/ou avant l'extraction d'informations d'image spatiale, de sorte que les informations d'image spatiale soient bien synchronisées temporellement avec le signal corrigé.Optionally, block 320 performs a division into subbands. In variants, this division into sub-bands could reuse equivalent processing carried out in blocks 310 or 311; the separation of block 320 is functional here. In a preferred embodiment, the channels of the original multichannel audio signal are divided into 4 frequency sub-bands with respective widths of 1 kHz, 3 kHz, 4 kHz, 8 kHz (which amounts to a division of the frequencies according to the 0 -1000, 1000-4000, 4000-8000 and 8000-16000 Hz. This slicing can be implemented through a short-term discrete Fourier transform (STFT), band-pass filtering in the Fourier domain (by application of a frequency mask), and inverse transform with overlap addition. In this case, the sub-bands remain sampled at the same original frequency and the processing according to the invention is applied in the time domain; in variants, it will be possible to use a bank of filters with critical sampling. It will be noted that the operation of cutting into sub-bands generally involves a processing delay which is a function of the type of bank of filters implemented; according to the invention a temporal alignment can be applied before or after coding-decoding and/or before the extraction of spatial image information, so that the spatial image information is well synchronized in time with the corrected signal.

Dans des variantes, un traitement pleine bande pourra être effectué, ou le découpage en sous-bandes pourra être différent comme expliqué précédemment.In variants, a full-band processing may be carried out, or the division into sub-bands may be different as explained previously.

Dans d'autres variantes, le signal issu d'une transformée du signal audio multicanal d'origine est directement utilisé et l'invention s'applique dans le domaine transformé avec un découpage en sous-bandes dans le domaine transformé.In other variants, the signal resulting from a transformation of the original multichannel audio signal is directly used and the invention applies in the transformed domain with a division into sub-bands in the transformed domain.

Dans la suite de la description, on décrit les différentes étapes du codage et du décodage comme s'il s'agissait d'un traitement dans le domaine temporel ou fréquentiel (réel ou complexe) avec une seule bande de fréquence afin de simplifier la description.In the remainder of the description, the various stages of coding and decoding are described as if it were processing in the time or frequency domain (real or complex) with a single frequency band in order to simplify the description. .

On pourra également mettre en oeuvre, de façon optionnelle, dans chaque sous-bande, un filtrage passe-haut (de fréquence de coupure typiquement à 20 ou 50 Hz), par exemple sous la forme d'un filtre IIR elliptique d'ordre 2 dont la fréquence de coupure est de façon privilégiée fixée à 20 ou 50 Hz (50Hz dans des variantes). Ce prétraitement évite un biais potentiel pour l'estimation ultérieure de covariance lors du codage ; sans ce prétraitement, la correction mise en oeuvre dans le bloc 390 décrit ultérieurement, aura tendance à amplifier les basses fréquences lors d'un traitement pleine bande.It is also possible to implement, optionally, in each sub-band, a high-pass filtering (with a cut-off frequency typically at 20 or 50 Hz), for example in the form of an elliptical IIR filter of order 2 whose frequency of cutoff is preferably set at 20 or 50 Hz (50Hz in variants). This pre-processing avoids a potential bias for the subsequent covariance estimation during coding; without this pre-processing, the correction implemented in block 390 described later, will tend to amplify the low frequencies during full-band processing.

Le bloc 321 détermine (Inf. B) une information représentative d'une image spatiale du signal multicanal d'origine.Block 321 determines (Inf. B) information representative of a spatial image of the original multichannel signal.

Dans un mode de réalisation, cette information est une information d'énergie associée à des directions de provenance du son (associées à des directions de haut-parleurs virtuels répartis sur une sphère unité).In one embodiment, this information is energy information associated with directions of origin of the sound (associated with directions of virtual loudspeakers distributed over a unit sphere).

Pour ce faire, on définit une sphère 3D virtuelle de rayon unité, cette sphère 3D est discrétisée par N points (haut-parleurs virtuels « ponctuels ») dont la position est définie en coordonnées sphériques par les directions ( Θn , ϕn) pour le nième haut-parleur. Les haut-parleurs sont typiquement placés de manière (quasi-)uniforme sur la sphère. Le nombre N de haut-parleurs virtuels est déterminé comme une discrétisation ayant au moins N=K points, avec M l'ordre ambisonique du signal et K=(M+1)2, soit N≥K. Une méthode de quadrature de type « Lebedev » peut par exemple être utilisée pour effectuer cette discrétisation, selon les références V.I. Lebedev, and D.N. Laikov, « A quadrature formula for the sphère of the 131st algebraic order of accuracy », Doklady Mathematics, vol. 59, no. 3, 1999, pp. 477-481 ou Pierre Lecomte, Philippe-Aubert Gauthier, Christophe Langrenne, Alexandre Garcia et Alain Berry, On the use of a Lebedev grid for Ambisonics, AES Convention 139, New York, 2015 .To do this, we define a virtual 3D sphere of unit radius, this 3D sphere is discretized by N points (“punctual” virtual loudspeakers) whose position is defined in spherical coordinates by the directions ( Θ n , ϕ n ) for the nth speaker. The loudspeakers are typically placed in a (quasi-)uniform way on the sphere. The number N of virtual loudspeakers is determined as a discretization having at least N=K points, with M the ambisonic order of the signal and K=(M+1) 2 , ie N≥K. A “Lebedev” type quadrature method can for example be used to perform this discretization, according to the references VI Lebedev, and DN Laikov, “A quadrature formula for the sphere of the 131st algebraic order of accuracy”, Doklady Mathematics, vol. 59, no. 3, 1999, p. 477-481 Or Pierre Lecomte, Philippe-Aubert Gauthier, Christophe Langrenne, Alexandre Garcia and Alain Berry, On the use of a Lebedev grid for Ambisonics, AES Convention 139, New York, 2015 .

Dans des variantes on pourra utiliser d'autres discrétisations, comme par exemple une discrétisation de Fliege avec au moins N= K points (N≥K), comme décrit dans la référence J. Fliege und U. Maier, « A two-stage approach for computing cubature formulae for the sphère », Technical Report, Dortmund University, 1999 ou bien une discrétisation en prenant les points d'un « spherical t-design » comme décrit dans l'article de R. H. Hardin and N. J. A. Sloane, « McLaren's Improved Snub Cube and Other New Spherical Designs in Three Dimensions », Discrète and Computational Geometry, 15 (1996), pp. 429-441 .In variants, other discretizations may be used, such as for example a Fliege discretization with at least N= K points (N≥K), as described in the reference J. Fliege und U. Maier, “A two-stage approach for computing cubature formulae for the sphere”, Technical Report, Dortmund University, 1999 or a discretization by taking the points of a “spherical t-design” as described in the article by RH Hardin and NJA Sloane, "McLaren's Improved Snub Cube and Other New Spherical Designs in Three Dimensions", Discrete and Computational Geometry, 15 (1996), pp. 429-441 .

A partir de cette discrétisation, on peut déterminer l'image spatiale du signal multicanal. Une méthode possible est par exemple la méthode SRP (pour « Steered-Response Power » en anglais). En effet, cette méthode consiste à calculer l'énergie court-terme provenant de différentes directions définies en termes d'azimut et d'élévation. Pour cela, comme expliqué précédemment, de manière similaire au rendu sur N haut-parleurs, une matrice de pondération des composantes ambisoniques est calculée, puis cette matrice est appliquée au signal multicanal pour sommer la contribution des composantes et réaliser un ensemble de N faisceaux acoustiques (ou « beamformers » en anglais).From this discretization, it is possible to determine the spatial image of the multichannel signal. A possible method is for example the SRP method (for "Steered-Response Power” in English). Indeed, this method consists in calculating the short-term energy coming from different directions defined in terms of azimuth and elevation. For this, as explained previously, similarly to rendering on N loudspeakers, a weighting matrix of the Ambisonic components is calculated, then this matrix is applied to the multichannel signal to sum the contribution of the components and produce a set of N acoustic beams (or “beamformers” in English).

Le signal issu du faisceau acoustique pour la direction ( Θn , ϕn) du nième haut-parleur est donné par : sn= dn.B
où dn est le vecteur (ligne) de pondération donnant les coefficients de formation du faisceau acoustique pour la direction donnée et B est une matrice de taille KxL représentant le signal ambisonique (B-format) à K composantes, sur intervalle temporel de longueur L.The signal from the acoustic beam for the direction ( Θ n , ϕ n ) of the nth loudspeaker is given by: s n = d n .B
where d n is the weighting vector (row) giving the acoustic beam forming coefficients for the given direction and B is a matrix of size KxL representing the ambisonic signal (B-format) with K components, over time interval of length L .

L'ensemble des signaux issus des N faisceaux acoustiques conduit à l'équation : S = D . B

Figure imgb0012
où D = d 0 ⋮ d N − 1
Figure imgb0013
 et S est une matrice de taille NxL représentant les signaux de N haut-parleurs virtuels sur un intervalle temporel de longueur L.The set of signals from the N acoustic beams leads to the equation: S = D . B
Figure imgb0012
 Or D = d 0 ⋮ d NOT − 1
Figure imgb0013
 and S is a matrix of size NxL representing the signals of N virtual loudspeakers over a time interval of length L.

L'énergie court-terme sur le segment temporel de longueur L pour chaque direction ( Θn , ϕn) est : σ n 2 = s n . s n T = d n . B . d n . B T = d n . B . B T . d n T = d n . C . d n T

Figure imgb0014
où C= B.BT (cas réel) ou Re(B.BH ) (cas complexe) est la matrice de covariance de B. Chaque terme σn 2=sn.sn T peut être calculé ainsi pour l'ensemble des directions ( Θn , ϕn) qui correspondent à une discrétisation de la sphère 3D par des haut-parleurs virtuels.The short-term energy on the time segment of length L for each direction ( Θ n , ϕ n ) is: σ not 2 = s not . s not T = d not . B . d not . B T = d not . B . B T . d not T = d not . VS . d not T
Figure imgb0014
 where C= BB T (real case) or Re( BB H ) (complex case) is the covariance matrix of B. Each term σ n 2 =s n .s n T can be calculated in this way for the set of directions ( Θ n , ϕ n ) which correspond to a discretization of the 3D sphere by virtual loudspeakers.

L'image spatiale Σ est alors donnée par : Σ = σ 0 2 , … , σ N − 1 2

Figure imgb0015
The spatial image Σ is then given by: Σ = σ 0 2 , … , σ NOT − 1 2
Figure imgb0015

D'autres variantes de calcul d'une image spatiale Σ que la méthode SRP, peuvent être utilisées.

  • Les valeurs dn peuvent varier selon le type de formation de faisceau acoustique utilisé (delay-sum, MVDR, LCMV...). L'invention s'applique aussi pour ces variantes de calcul de la matrice D et de l'image spatiale Σ = σ 0 2 , … , σ N − 1 2
    Figure imgb0016
  • La méthode MUSI C (MUltiple Signal Classification) fournit également une autre façon de calculer une image spatiale, avec une approche sous-espaces.
    L'invention s'applique aussi dans cette variante de calcul de l'image spatiale Σ = σ 0 2 , … , σ N − 1 2
    Figure imgb0017
     qui correspond au pseudo-spectre MUSIC calculé en diagonalisant la matrice de covariance et évalué pour les directions ( Θn , ϕn).
  • L'image spatiale peut être calculée à partir d'un histogramme du vecteur intensité (à l'ordre 1) comme par exemple dans l'article de S. Tervo, Direction estimation based on sound intensity vectors, Proc. EUSI POO, 2009, ou sa généralisation en vecteur pseudo-intensité. Dans ce cas, l'histogramme (dont les valeurs sont le nombre d'occurrences de valeurs de directions d'arrivée selon les directions prédéterminées ( Θn , ϕn)) est interprété comme un ensemble d'énergies selon les directions prédéterminées.
Other variants of calculation of a spatial image Σ than the SRP method can be used.
  • The d n values may vary depending on the type of acoustic beam forming used (delay-sum, MVDR, LCMV...). The invention also applies to these variants of calculation of the matrix D and of the spatial image Σ = σ 0 2 , … , σ NOT − 1 2
    Figure imgb0016
  • The MUSI C (MUltiple Signal Classification) method also provides another way of calculating a spatial image, with a subspace approach.
    The invention also applies in this variant of calculation of the spatial image Σ = σ 0 2 , … , σ NOT − 1 2
    Figure imgb0017
     which corresponds to the MUSIC pseudo-spectrum calculated by diagonalizing the covariance matrix and evaluated for the directions ( Θ n , ϕ n ).
  • The spatial image can be calculated from a histogram of the intensity vector (to order 1) as for example in the article by S. Tervo, Direction estimation based on sound intensity vectors, Proc. EUSI POO, 2009, or its generalization to a pseudo-intensity vector. In this case, the histogram (whose values are the number of occurrences of arrival direction values according to the predetermined directions (Θ n , ϕ n )) is interpreted as a set of energies according to the predetermined directions.

Le bloc 330 réalise alors une quantification de l'image spatiale ainsi déterminée, par exemple avec une quantification scalaire sur de 16 bits par coefficients (en utilisant directement la représentation en virgule flottante tronquée sur 16 bits). Dans des variantes, d'autres méthodes de quantification scalaire ou vectorielle sont possibles. Dans un autre mode de réalisation, l'information représentative de l'image spatiale du signal multicanal d'origine est une matrice de covariance (des sous-bandes) des canaux d'entrée B. Cette matrice est calculée comme :
C = B.BT à un facteur de normalisation près (dans le cas réel).Block 330 then carries out a quantization of the spatial image thus determined, for example with a scalar quantization on 16 bits by coefficients (by directly using the floating point representation truncated on 16 bits). In variants, other scalar or vector quantization methods are possible. In another embodiment, the information representative of the spatial image of the original multichannel signal is a covariance matrix (of the sub-bands) of the input channels B. This matrix is calculated as:
C = BB T except for a normalization factor (in the real case).

Si l'invention est mise en oeuvre dans un domaine par transformée à valeurs complexes, cette covariance se calcule comme : C = Re B . B H

Figure imgb0018
à un facteur de normalisation près.If the invention is implemented in a complex-valued transform domain, this covariance is calculated as: VS = D B . B H
Figure imgb0018
 up to a normalization factor.

Dans des variantes, des opérations de lissage temporel de la matrice de covariance pourront être utilisés. Dans les cas d'un signal multicanal dans le domaine temporel, la covariance peut être estimée de façon récursive (échantillon par échantillon).In variants, temporal smoothing operations of the covariance matrix could be used. In the case of a multi-channel signal in the time domain, the covariance can be estimated recursively (sample by sample).

La matrice de covariance C (de taille KxK) étant, par définition, symétrique, seul un des triangles inférieur ou supérieur est transmis au bloc de quantification 330 qui code (Q) K(K+1)/2 coefficients, K étant le nombre de composantes ambisoniques. Ce bloc 330 réalise une quantification de ces coefficients, par exemple avec une quantification scalaire sur 16 bits par coefficient (en utilisant directement la représentation en virgule flottante tronquée sur 16 bits). Dans des variantes, d'autres méthodes de quantification scalaire ou vectorielle de la matrice de covariance pourront être mises en oeuvre. Par exemple, on pourra calculer la valeur maximale (variance maximale) de la matrice de covariance puis coder par quantification scalaire avec un pas logarithmique, sur un nombre de bits plus faible (par exemple 8 bits), les valeurs du triangle supérieur (ou inférieur) de la matrice de covariance normalisée par sa valeur maximale.The covariance matrix C (of size KxK) being, by definition, symmetric, only one of the lower or upper triangles is transmitted to the quantization block 330 which encodes (Q) K(K+1)/2 coefficients, K being the number Ambisonic components. This block 330 carries out a quantization of these coefficients, for example with a scalar quantization on 16 bits per coefficient (by directly using the floating point representation truncated on 16 bits). In variants, other methods of scalar or vector quantification of the covariance matrix may be implemented. For example, we can calculate the maximum value (maximum variance) of the covariance matrix then encode by scalar quantization with a logarithmic step, on a lower number of bits (for example 8 bits), the values of the upper triangle (or lower ) of the covariance matrix normalized by its maximum value.

Dans des variantes, la matrice de covariance C pourra être régularisée avant quantification sous la forme C+ εI.In variants, the covariance matrix C could be regularized before quantification in the form C+ εI.

Les valeurs quantifiées sont envoyées au multiplexeur 340.The quantized values are sent to multiplexer 340.

Dans ce mode de réalisation, le décodeur reçoit dans le bloc démultiplexeur 350, un flux binaire comportant un signal audio codé issu du signal multicanal d'origine et l'information représentative d'une image spatiale du signal multicanal d'origine.In this embodiment, the decoder receives in the demultiplexer block 350, a binary stream comprising a coded audio signal originating from the original multichannel signal and the information representative of a spatial image of the original multichannel signal.

Le bloc 360 décode (Q-1) la matrice de covariance ou une autre information représentative de l'image spatiale du signal d'origine. Le bloc 370 décode (DEC) le signal audio tel que représenté par le flux binaire.Block 360 decodes (Q -1 ) the covariance matrix or other information representative of the spatial image of the original signal. Block 370 decodes (DEC) the audio signal as represented by the bitstream.

Dans un mode de réalisation du codage et du décodage, ne mettant pas en oeuvre les étapes de downmix et d'upmix, le signal multicanal décodé B̂ est obtenu à la sortie du bloc de décodage 370.In one embodiment of the coding and decoding, not implementing the downmix and upmix steps, the decoded multichannel signal B is obtained at the output of the decoding block 370.

Dans le mode de réalisation où l'étape de downmix a été utilisée au codage, le décodage mis en oeuvre dans le bloc 370 permet d'obtenir un signal audio décodé B ^ ′

Figure imgb0019
qui est envoyé en entrée du bloc 371 d'upmix.In the embodiment where the downmix step was used for coding, the decoding implemented in block 370 makes it possible to obtain a decoded audio signal B ^ ′
Figure imgb0019
 which is sent as input to block 371 of upmix.

Ainsi, le bloc 371 met en oeuvre une étape optionnelle (UPMIX) d'augmentation du nombre de canaux. Dans un mode de réalisation de cette étape, pour le canal d'un signal mono

Figure imgb0020
elle consiste à convoluer le signal
Figure imgb0021
 par différentes réponses impulsionnelles spatiales de salle (SRIR pour « Spatial Room Impulse Response »); ces SRI Rs sont définis à l'ordre ambisonique d'origine de B. D'autres méthodes de décorrélation sont possibles, par exemple l'application de filtres décorrélateurs passe-tout aux différents canaux du signal
Figure imgb0022
 Thus, block 371 implements an optional step (UPMIX) of increasing the number of channels. In one embodiment of this step, for the channel of a mono signal
Figure imgb0020
 it consists in convolving the signal
Figure imgb0021
 by different spatial room impulse responses (SRIR for “Spatial Room Impulse Response”); these SRI Rs are defined at the original ambisonic order of B. Other methods of decorrelation are possible, for example the application of all-pass decorrelating filters to the different channels of the signal
Figure imgb0022

Le bloc 372 met en oeuvre une étape optionnelle (SB) de division en sous-bandes pour obtenir soit des sous-bandes dans le domaine temporel ou dans un domaine transformé. Une étape inverse, dans le bloc 391, regroupe les sous-bandes pour retrouver un signal multicanal en sortie.Block 372 implements an optional step (SB) of dividing into subbands to obtain either subbands in the time domain or in a transformed domain. A reverse step, in block 391, regroups the sub-bands to find a multi-channel signal at the output.

Le bloc 375 détermine (Inf B̂ ) une information représentative d'une image spatiale du signal multicanal décodé de manière similaire à que ce qui a été décrit pour le bloc 321 (pour le signal multicanal d'origine), appliqué cette fois-ci au signal multicanal décodé B̂ obtenu en sortie du bloc 371 ou du bloc 370 selon les modes de réalisation de décodage.Block 375 determines (Inf B̂ ) information representative of a spatial image of the decoded multichannel signal in a manner similar to what was described for block 321 (for the original multichannel signal), applied this time to the decoded multichannel signal B̂ obtained at the output of block 371 or of block 370 according to the decoding embodiments.

De la même façon que ce qui a été décrit pour le bloc 321, dans un mode de réalisation, cette information est une information d'énergie associée à des directions de provenance du son (associées à des directions de haut-parleurs virtuels répartis sur une sphère unité). Comme expliqué plus haut, une méthode de type SRP (ou autre) peut être utilisée pour déterminer l'image spatiale du signal multicanal décodé. Dans un autre mode de réalisation, cette information est une matrice de covariance des canaux du signal multicanal décodé.In the same way as what has been described for block 321, in one embodiment, this information is energy information associated with directions of origin of the sound (associated with directions of virtual loudspeakers distributed over a unit sphere). As explained above, a method of the SRP type (or other) can be used to determine the spatial image of the decoded multichannel signal. In another embodiment, this information is a channel covariance matrix of the decoded multi-channel signal.

Cette matrice de covariance est alors obtenue comme suit : C ^ = B ^ . B ^ T

Figure imgb0023
(cas réel) ou
Ĉ=Re(B̂.B̂H ) (cas complexe) à un facteur de normalisation près.This covariance matrix is then obtained as follows: VS ^ = B ^ . B ^ T
Figure imgb0023
 (real case) or
Ĉ=Re(B̂.B̂ H ) (complex case) up to a normalization factor.

Dans des variantes, des opérations de lissage temporel de la matrice de covariance pourront être utilisées. Dans les cas d'un signal multicanal dans le domaine temporel, la covariance peut être estimée de façon récursive (échantillon par échantillon).In variants, temporal smoothing operations of the covariance matrix could be used. In the case of a multi-channel signal in the time domain, the covariance can be estimated recursively (sample by sample).

A partir des informations représentatives des images spatiales respectivement du signal multicanal d'origine (Inf. B) et du signal multicanal décodé (Inf. B̂), par exemple, les matrices de covariance C et Ĉ, le bloc 380 met en oeuvre le procédé de détermination (Det.Corr) d'un ensemble de corrections tel que décrit en référence à la figure 2.From the information representative of the spatial images respectively of the original multichannel signal (Inf. B ) and of the decoded multichannel signal (Inf. B̂ ), for example, the covariance matrices C and Ĉ, the block 380 implements the method of determination (Det.Corr) of a set of corrections as described with reference to picture 2 .

Deux modes de réalisation particuliers de cette détermination sont décrits en référence aux figures 4 et 5.Two particular embodiments of this determination are described with reference to the figure 4 And 5 .

Dans le mode de réalisation de la figure 4, une méthode utilisant le rendu (explicite ou non) sur haut-parleur virtuel est utilisée et dans le mode de réalisation de la figure 5, une méthode mise en oeuvre basée sur une factorisation de type Cholesky est utilisée.In the embodiment of the figure 4 , a method using rendering (explicit or not) on virtual speaker is used and in the embodiment of the figure 5 , a method implemented based on a Cholesky type factorization is used.

Le bloc 390 de la figure 3 met en oeuvre une correction (CORR) du signal multicanal décodé par l'ensemble de corrections déterminé par le bloc 380 pour obtenir un signal multicanal décodé corrigé.Block 390 of the picture 3 implements a correction (CORR) of the decoded multichannel signal by the set of corrections determined by block 380 to obtain a corrected decoded multichannel signal.

La figure 4 représente donc un mode de réalisation de l'étape de détermination d'un ensemble de corrections. Ce mode de réalisation s'effectue par l'utilisation du rendu sur haut-parleurs virtuels.There figure 4 therefore represents an embodiment of the step of determining a set of corrections. This embodiment is carried out by the use of rendering on virtual loudspeakers.

Dans ce mode de réalisation, on considère dans un premier temps que les informations représentatives de l'image spatiale du signal multicanal d'origine et du signal multicanal décodé sont les matrices de covariance respectives C et C. In this embodiment, it is initially considered that the information representative of the spatial image of the original multichannel signal and of the decoded multichannel signal are the respective covariance matrices C and C.

Dans ce cas, les blocs 420 et 421 déterminent respectivement les images spatiales du signal multicanal d'origine et du signal multicanal décodé.In this case, blocks 420 and 421 respectively determine the spatial images of the original multichannel signal and of the decoded multichannel signal.

Pour ce faire, comme décrit précédemment, on discrétise une sphère 3D virtuelle de rayon unité, par N points (haut-parleurs virtuels « ponctuels ») dont la direction est définie en coordonnées sphériques par les directions ( Θn , ϕn) pour le nième haut-parleur.To do this, as described previously, a virtual 3D sphere of unit radius is discretized by N points (“punctual” virtual loudspeakers) whose direction is defined in spherical coordinates by the directions ( Θ n , ϕ n ) for the nth speaker.

Plusieurs méthodes de discrétisation ont été définies ci-dessus.Several discretization methods have been defined above.

A partir de cette discrétisation, on peut déterminer l'image spatiale du signal multicanal. Comme décrit précédemment une méthode possible est la méthode SRP (ou autre) qui consiste à calculer l'énergie court-terme provenant de différentes directions définies en termes d'azimut et d'élévation.From this discretization, it is possible to determine the spatial image of the multichannel signal. As previously described, one possible method is the SRP (or other) method which consists of calculating the short-term energy coming from different directions defined in terms of azimuth and elevation.

Cette méthode ou d'autres types de méthodes telles que listées précédemment peuvent être utilisées pour déterminer les images spatiales Σ et Σ̂ (IS B et IS B̂ ) respectivement du signal multicanal d'origine, en 420 (IMG B) et du signal multicanal décodé en 421 (IMG B̂ ).This method or other types of methods as listed previously can be used to determine the spatial images Σ and Σ̂ (IS B and IS B̂ ) respectively of the original multichannel signal, at 420 (IMG B ) and of the decoded multichannel signal in 421 (IMG B̂ ).

Dans le cas où l'information représentative de l'image spatiale du signal d'origine (Inf B) reçue et décodée en 360 par le décodeur est l'image spatiale elle-même, c'est-à-dire une information d'énergie (ou une grandeur positive) associée à des directions de provenance du son (associées à des directions de haut-parleurs virtuels répartis sur une sphère unité), il n'est alors plus nécessaire de la calculer en 420. Cette image spatiale est alors utilisée directement par le bloc 430 décrit ci-après.In the case where the information representative of the spatial image of the original signal (Inf B ) received and decoded in 360 by the decoder is the spatial image itself, that is to say information from energy (or a positive quantity) associated with directions of origin of the sound (associated with directions of virtual loudspeakers distributed over a unit sphere), it is then no longer necessary to calculate it at 420. This spatial image is then used directly by block 430 described below.

De même, si la détermination en 375 de l'information représentative de l'image spatiale du signal multicanal décodé (Inf B̂ ) est l'image spatiale elle-même du signal multicanal décodé, alors il n'est plus nécessaire de la calculer en 421. Cette image spatiale est alors utilisée directement par le bloc 430 décrit-ci-après.Similarly, if the determination at 375 of the information representative of the spatial image of the decoded multichannel signal (Inf B̂ ) is the spatial image itself of the decoded multichannel signal, then it is no longer necessary to calculate it in 421. This spatial image is then used directly by the block 430 described below.

A partir des images spatiales Σ et Σ̂, le bloc 430 calcule (Ratio) pour chaque point donné par ( Θn , ϕn), le ratio d'énergie entre l'énergie σ n 2 = Σn du signal d'origine et l'énergie σ ^ n 2 = Σ ^ n

Figure imgb0024
du signal décodé. Un ensemble de gains gn est ainsi obtenu selon l'équation suivante : g n = σ n 2 σ ⌢ n 2 + ε
Figure imgb0025
 From the spatial images Σ and Σ̂, block 430 calculates (Ratio) for each point given by ( Θ n , ϕ n ), the energy ratio between the energy σ n 2 = Σ n of the original signal and energy σ ^ not 2 = Σ ^ not
Figure imgb0024
 of the decoded signal. A set of gains g n is thus obtained according to the following equation: g not = σ not 2 σ ⌢ not 2 + ε
Figure imgb0025

Le ratio d'énergie, selon la direction (Θn , ϕn) et la bande de fréquence, peut être très important. Le bloc 440 permet, de façon optionnelle, de limiter (Limit gn) la valeur maximale que peut prendre un gain gn. On rappelle ici que les grandeurs positives notées σ n 2 et σ ^ n 2

Figure imgb0026
peuvent correspondre plus généralement à des quantités issues d'un pseudo-spectre MUSIC ou des valeurs issues d'un histogramme de directions d'arrivée selon les directions discrétisées ( Θn , ϕn).The energy ratio, depending on the direction (Θ n , ϕ n ) and the frequency band, can be very important. Block 440 makes it possible, optionally, to limit (Limit g n ) the maximum value that a gain g n can take. We recall here that the positive quantities denoted σ n 2 and σ ^ not 2
Figure imgb0026
 can correspond more generally to quantities resulting from a MUSIC pseudo-spectrum or values resulting from a histogram of directions of arrival according to the discretized directions (Θ n , ϕ n ).

Dans une réalisation possible, un seuil est appliqué à la valeur de gn. Toute valeur supérieure à ce seuil est forcée à être égale à cette valeur seuil. Le seuil peut être par exemple fixé à 6 dB, de sorte qu'une valeur de gain en dehors de l'intervalle ± 6 dB est saturé à ± 6 dB.In one possible embodiment, a threshold is applied to the value of g n . Any value above this threshold is forced to be equal to this threshold value. The threshold can for example be fixed at 6 dB, so that a gain value outside the range ±6 dB is saturated at ±6 dB.

Cet ensemble de gains gn constitue donc l'ensemble de corrections à apporter au signal multicanal décodé.This set of gains g n therefore constitutes the set of corrections to be made to the decoded multichannel signal.

Cet ensemble de gains est reçu en entrée du bloc 390 de correction de la figure 3. Une matrice de correction directement applicable au signal multicanal décodé peut être définie, par exemple sous la forme G= E.diag([g0 ... gN-1]).D où D et E sont les matrices de décodage et d'encodage acoustiques définies précédemment Cette matrice G est appliquée au signal multicanal décodé B̂ pour obtenir le signal ambisonique de sortie corrigé ( B̂ corr).This set of gains is received as input to the block 390 for correcting the picture 3 . A correction matrix directly applicable to the decoded multichannel signal can be defined, for example in the form G = E.diag ([g 0 ...g N-1] ). D where D and E are the previously defined acoustic decoding and encoding matrices This matrix G is applied to the decoded multichannel signal B̂ to obtain the corrected output ambisonic signal ( B̂ corr).

Une décomposition des étapes mises en oeuvre pour la correction est maintenant décrit. Le bloc 390 applique pour chaque haut-parleur virtuel, le gain gn correspondant, déterminé précédemment. L'application de ce gain permet d'obtenir, sur ce haut-parleur, la même énergie que le signal d'origine.A breakdown of the steps implemented for the correction is now described. Block 390 applies, for each virtual loudspeaker, the corresponding gain g n , determined previously. The application of this gain makes it possible to obtain, on this loudspeaker, the same energy as the original signal.

Le rendu sur chaque haut-parleur des signaux décodés est ainsi corrigé.The rendering on each loudspeaker of the decoded signals is thus corrected.

Une étape d'encodage acoustique, par exemple un encodage ambisonique par la matrice E est alors mise en oeuvre pour obtenir des composantes du signal multicanal, par exemple des composantes ambisoniques. Ces composantes ambisoniques sont finalement sommées pour obtenir le signal multicanal de sortie, corrigé ( B̂ Corr). On peut donc calculer explicitement les canaux associés aux haut-parleurs virtuels, leur appliquer un gain, puis recombiner les canaux traités, ou de façon équivalente appliquer la matrice G au signal à corriger.An acoustic encoding step, for example an ambisonic encoding by the matrix E is then implemented to obtain components of the multichannel signal, for example ambisonic components. These Ambisonic components are finally summed to obtain the output multichannel signal, corrected ( B̂ Corr). It is therefore possible to explicitly calculate the channels associated with the virtual loudspeakers, apply a gain to them, then recombine the processed channels, or in an equivalent manner apply the matrix G to the signal to be corrected.

Dans des variantes, à partir de la matrice de covariance Ĉ du signal multicanal codé puis décodé et de la matrice de correction G on peut calculer dans le bloc 390 la matrice de covariance du signal corrigé comme : R = G . C ^ . G ⊤

Figure imgb0027
In variants, from the covariance matrix Ĉ of the coded then decoded multichannel signal and from the correction matrix G , it is possible to calculate in block 390 the covariance matrix of the corrected signal as: R = G . VS ^ . G ⊤
Figure imgb0027

Seule la valeur du premier coefficient R 00 de la matrice R, correspondant à la composante omnidirectionnelle (canal W), est conservée pour être appliquée comme facteur de normalisation à R et éviter une augmentation du gain global due à la matrice de correction G: B ^ corr = G norm . B ^

Figure imgb0028
G norm = g norm . G
Figure imgb0029
 avec g norm = C ^ 00 / R 00
Figure imgb0030
 où Ĉ00 correspond au premier coefficient de la matrice de covariance du signal multicanal décodé.Only the value of the first coefficient R 00 of the matrix R, corresponding to the omnidirectional component (channel W), is kept to be applied as a normalization factor to R and to avoid an increase in the overall gain due to the correction matrix G: B ^ correct = G norm . B ^
Figure imgb0028
 G norm = g norm . G
Figure imgb0029
 with g norm = VS ^ 00 / R 00
Figure imgb0030
 where Ĉ 00 corresponds to the first coefficient of the covariance matrix of the decoded multichannel signal.

Dans des variantes, le facteur de normalisation gnorm pourra être déterminé sans calculer toute la matrice R, car il suffit de ne calculer qu'un sous-ensemble d'éléments matriciels pour déterminer R00 (et donc gnorm).In variants, the normalization factor g norm can be determined without calculating the entire matrix R, because it suffices to calculate only a subset of matrix elements to determine R 00 (and therefore g norm ).

La matrice G ou Gnorm ainsi obtenue correspond à l'ensemble de corrections à apporter au signal multicanal décodé.The matrix G or G norm thus obtained corresponds to the set of corrections to be made to the decoded multichannel signal.

La figure 5 représente, à présent, un autre mode de réalisation du procédé de détermination de l'ensemble de corrections mis en oeuvre dans le bloc 380 de la figure 3.There figure 5 now represents another embodiment of the method for determining the set of corrections implemented in block 380 of the picture 3 .

Dans ce mode de réalisation, on considère que les informations représentatives de l'image spatiale du signal multicanal d'origine et du signal multicanal décodé sont les matrices de covariance respectives C et C. In this embodiment, it is considered that the information representative of the spatial image of the original multichannel signal and of the decoded multichannel signal are the respective covariance matrices C and C.

Dans ce mode de réalisation, on ne cherche pas à faire un rendu sur haut-parleurs virtuels pour corriger l'image spatiale d'un signal multicanal. De façon particulière, pour un signal ambisonique, on cherche à calculer la correction de l'image spatiale directement dans le domaine ambisonique.In this embodiment, there is no attempt to render on virtual loudspeakers to correct the spatial image of a multichannel signal. In particular, for an ambisonic signal, it is sought to calculate the correction of the spatial image directly in the ambisonic domain.

Pour cela, une matrice de transformation T à appliquer au signal décodé est déterminée, de sorte que l'image spatiale modifiée après application de la matrice de transformation T au signal décodé B̂ soit la même que celle du signal d'origine B. On cherche donc une matrice T qui vérifie l'équation suivante : T.Ĉ.TT= C où C= B.BT est la matrice de covariance de B et Ĉ = B̂.B̂ T est la matrice de covariance de B̂ , dans la trame courante.For this, a transformation matrix T to be applied to the decoded signal is determined, so that the spatial image modified after application of the transformation matrix T to the decoded signal B̂ is the same as that of the original signal B. therefore a matrix T which satisfies the following equation: T.Ĉ.T T = C where C= BB T is the covariance matrix of B and Ĉ = B̂ . B̂ T is the covariance matrix of B̂ , in the current frame.

Dans ce mode de réalisation, on utilise une factorisation dite factorisation de Cholesky pour résoudre cette équation.In this embodiment, a so-called Cholesky factorization is used to solve this equation.

Etant donnée une matrice A de taille n × n, la factorisation de Cholesky consiste à déterminer une matrice L triangulaire (inférieure ou supérieure) telle que A= LLT (cas réel) et A= LLH (cas complexe). Pour que la décomposition soit possible, la matrice A doit être une matrice symétrique définie positive (cas réel) ou hermitienne définie positive (cas complexe) ; dans le cas réel, les coefficients diagonaux de L sont strictement positifs.Given a matrix A of size n × n, the Cholesky factorization consists in determining a triangular matrix L (lower or upper) such that A= LL T (real case) and A= LL H (complex case). For the decomposition to be possible, the matrix A must be a symmetric matrix positive definite (real case) or Hermitian definite positive (complex case); in the real case, the diagonal coefficients of L are strictly positive.

Dans le cas réel, une matrice M taille n × n est dite symétrique définie positive si elle est symétrique (MT= M) et définie positive (xTMx> 0 pour tout x∈Rn \{0} ).In the real case, a matrix M of size n × n is said to be symmetric positive definite if it is symmetric ( M T = M ) and positive definite ( x T Mx > 0 for all x ∈ R n \{ 0 } ).

Pour une matrice symétrique M, il est possible de vérifier que la matrice est définie positive si toutes ses valeurs propres sont strictement positives ( λi>ο ). Si les valeurs propres sont positives ( λi≥0 ), la matrice est dite semi-définie positive.For a symmetric matrix M, it is possible to verify that the matrix is positive definite if all its eigenvalues are strictly positive ( λ i >ο ). If the eigenvalues are positive ( λ i ≥0 ), the matrix is said to be positive semi-definite.

Une matrice M taille n × n est dite hermitienne symétrique définie positive si elle est hermitienne (MH= M) et définie positive (zHMz est un réel >0 pour tout z∈Cn \{0} ).A matrix M of size n × n is said to be Hermitian symmetric positive definite if it is Hermitian ( M H = M ) and positive definite ( z H Mz is a real >0 for all z ∈ C n \{ 0 } ).

La factorisation de Cholesky est par exemple utilisée pour trouver une solution à un système d'équation linaire du type Ax= b. Par exemple, dans le cas complexe, il est possible de transformer A en LLH par la factorisation de Cholesky, de résoudre Ly= b puis de résoudre LHx= y. The Cholesky factorization is for example used to find a solution to a system of linear equations of the type Ax=b. For example, in the complex case, it is possible to transform A into LL H by the Cholesky factorization, to solve Ly= b then to solve L H x= y.

De façon équivalente, la factorisation de Cholesky peut s'écrire comme A= UTU (cas réel) et A= UHU (cas complexe), où U est une matrice triangulaire supérieure.Equivalently, the Cholesky factorization can be written as A= U T U (real case) and A= U H U (complex case), where U is an upper triangular matrix.

Dans le mode de réalisation décrit ici, sans perte de généralité, on ne traite que le cas d'une factorisation de Cholesky par matrice triangulaire L. In the embodiment described here, without loss of generality, we only deal with the case of a Cholesky factorization by triangular matrix L.

Ainsi, la factorisation de Cholesky permet de décomposer une matrice C= L.LT en deux matrices triangulaires à la condition que la matrice C soit symétrique définie positive. Cela donne l'équation suivante : T . L ^ . L ^ . T T T = L . L T .

Figure imgb0031
Thus, the Cholesky factorization makes it possible to decompose a matrix C= LL T into two triangular matrices on the condition that the matrix C is symmetrical positive definite. This gives the following equation: T . L ^ . L ^ . T T T = L . L T .
Figure imgb0031

Par identification, on trouve : T . L ^ = L

Figure imgb0032
By identification, we find: T . L ^ = L
Figure imgb0032

Soit : T = L . L ⌢ − 1

Figure imgb0033
Either : T = L . L ⌢ − 1
Figure imgb0033

Les matrices de covariance C et Ĉ étant en général des matrice semi-définies positives, la factorisation de Cholesky ne peut pas être utilisée telle quelle.The covariance matrices C and Ĉ generally being positive semi-definite matrices, the Cholesky factorization cannot be used as it is.

On note ici quand les matrices L et L sont triangulaires inférieures (respectivement supérieures), la matrice de transformation T est aussi triangulaire inférieure (respectivement supérieure).We note here when the matrices L and L are lower triangular (respectively upper), the transformation matrix T is also lower triangular (respectively upper).

Ainsi, le bloc 510 force la matrice de covariance C à être définie positive. Pour cela, une valeur ε est ajoutée (Fact. C pour factorisation de C) sur les coefficients de la diagonale de la matrice pour garantir que la matrice soit bien définie positive : C=C+εI , où ε est une faible valeur fixée par exemple à 10-9 et I est la matrice identité. De manière similaire, le bloc 520 force la matrice de covariance Ĉ à être définie positive, en modifiant cette matrice sous la forme Ĉ= Ĉ+εI , où ε est une faible valeur fixée par exemple à 10-9 et I est la matrice identité.Thus, block 510 forces the covariance matrix C to be positive definite. For this, a value ε is added (Fact. C for factorization of C ) on the coefficients of the diagonal of the matrix to guarantee that the matrix is well defined positive: C = C + ε I , where ε is a low fixed value for example at 10 -9 and I is the identity matrix. Similarly, block 520 forces the covariance matrix Ĉ to be positive definite, by modifying this matrix in the form Ĉ= Ĉ +ε I , where ε is a low value fixed for example at 10 -9 and I is the matrix identify.

Une fois que les deux matrices de covariance C et Ĉ sont conditionnées pour être définies positives, le bloc 530 calcule les factorisations de Cholesky associées et trouve (Det.T) la matrice de transformation optimale T sous la forme T = L . L ^ − 1 .

Figure imgb0034
Once both covariance matrices C and Ĉ are conditioned to be positive definite, block 530 computes the associated Cholesky factorizations and finds (Det.T) the optimal transformation matrix T in the form T = L . L ^ − 1 .
Figure imgb0034

Dans des variantes, une résolution alternative peut être faite avec une décomposition en valeurs propres.In variants, an alternative resolution can be made with a decomposition into eigenvalues.

La décomposition en valeurs propres (« eigen décomposition » en anglais) consiste à factoriser une matrice réelle ou complexe A de taille n × n sous la forme : A = Q ∧ Q − 1

Figure imgb0035
où A est une matrice diagonale contenant les valeurs propres λi et Q est la matrice des vecteurs propres.The eigen decomposition consists in factoring a real or complex matrix A of size n × n in the form: HAS = Q ∧ Q − 1
Figure imgb0035
 where A is a diagonal matrix containing the eigenvalues λ i and Q is the matrix of eigenvectors.

Si la matrice est réelle: A = Q ∧ Q T

Figure imgb0036
If the matrix is real: HAS = Q ∧ Q T
Figure imgb0036

Dans le cas complexe, la décomposition s'écrit: A=Q Λ QH In the complex case, the decomposition is written: A=Q Λ Q H

Dans le cas présent, on cherche alors une matrice T telle que : T.Ĉ.TT=C où C = Q ∧ Q t

Figure imgb0037
et
Figure imgb0038
 soit :
Figure imgb0039
 In the present case, we are then looking for a matrix T such that: T.Ĉ.T T =C where VS = Q ∧ Q you
Figure imgb0037
 And
Figure imgb0038
 either :
Figure imgb0039

Par identification on trouve :

Figure imgb0040
By identification we find:
Figure imgb0040

Soit :

Figure imgb0041
Either :
Figure imgb0041

La stabilité de la solution d'une trame à l'autre est typiquement moins bonne qu'avec une approche par factorisation par Cholesky. A cette instabilité s'ajoutent de plus importantes approximations de calcul potentiellement plus grandes lors de la décomposition en valeurs propres.The stability of the solution from one frame to another is typically less good than with a Cholesky factorization approach. To this instability are added larger computational approximations potentially larger during the decomposition into eigenvalues.

Dans des variantes le calcul de la matrice diagonale ∧ . ∧ ^ − 1

Figure imgb0042
où ∧ = λ 0 , … , λ K − 1 et Λ ^ = λ ^ 0 , … , λ ^ K − 1 ,
Figure imgb0043
 pourra être effectué élément par élément sous la forme sgn λ i . λ i ^ λ i λ i ^ + ε
Figure imgb0044
 où sgn(.) est une fonction de signe (+ 1 si positif, -1 autrement) et ε est un terme de régularisation (par exemple ε= 10-9) pour éviter les divisions par zéro.In variants the calculation of the diagonal matrix ∧ . ∧ ^ − 1
Figure imgb0042
 Or ∧ = λ 0 , … , λ K − 1 And Λ ^ = λ ^ 0 , … , λ ^ K − 1 ,
Figure imgb0043
 can be carried out element by element in the form sgn λ I . λ I ^ λ I λ I ^ + ε
Figure imgb0044
 where sgn(.) is a sign function (+ 1 if positive, -1 otherwise) and ε is a regularization term (eg ε= 10 -9 ) to avoid divisions by zero.

Dans ce mode de réalisation, il est possible que la différence relative d'énergie entre le signal ambisonique décodé et le signal ambisonique corrigé soit très importante, notamment au niveau des hautes fréquences qui peuvent être fortement détériorées par les codeurs tels que le codage EVS multi-mono. Pour éviter d'amplifier de manière trop importante certaines zones fréquentielles un terme de régularisation peut être ajouté. Le bloc 640 se charge de manière optionnelle de normaliser (Norm. T) cette correction.In this embodiment, it is possible that the relative difference in energy between the decoded Ambisonic signal and the corrected Ambisonic signal is very large, especially at the level of high frequencies which can be strongly deteriorated by encoders such as EVS multi coding. -mono. To avoid amplifying certain frequency zones too much, a regularization term can be added. Block 640 optionally normalizes (Norm. T ) this correction.

Dans le mode de réalisation privilégié, un facteur de normalisation est donc calculé pour ne pas amplifier de zones fréquentielles.In the preferred embodiment, a normalization factor is therefore calculated so as not to amplify frequency zones.

A partir de la matrice de covariance Ĉ du signal multicanal codé puis décodé et de la matrice de transformation T on peut calculer la matrice de covariance du signal corrigé comme : R = T . C ^ . T T

Figure imgb0045
From the covariance matrix Ĉ of the coded then decoded multichannel signal and from the transformation matrix T , the covariance matrix of the corrected signal can be calculated as: R = T . VS ^ . T T
Figure imgb0045

Seule la valeur du premier coefficient R00 de la matrice R, correspondant à la composante omnidirectionnelle (canal W), est conservée pour être appliquée comme facteur de normalisation à T et éviter une augmentation du gain global due à la matrice de correction T: B ^ corr = T norm . B ^

Figure imgb0046
T norm = g norm . T
Figure imgb0047
 avec g norm = C ^ 00 / R 00
Figure imgb0048
 où Ĉ00 correspond au premier coefficient de la matrice de covariance du signal multicanal décodé.Only the value of the first coefficient R 00 of the matrix R, corresponding to the omnidirectional component (channel W), is kept to be applied as a normalization factor to T and to avoid an increase in the overall gain due to the correction matrix T : B ^ correct = T norm . B ^
Figure imgb0046
 T norm = g norm . T
Figure imgb0047
 with g norm = VS ^ 00 / R 00
Figure imgb0048
 where Ĉ 00 corresponds to the first coefficient of the covariance matrix of the decoded multichannel signal.

Dans des variantes, le facteur de normalisation gnorm pourra être déterminé sans calculer toute la matrice R, car il suffit de ne calculer qu'un sous-ensemble d'éléments matriciels pour déterminer R00 (et donc gnorm).In variants, the normalization factor g norm can be determined without calculating the entire matrix R, because it suffices to calculate only a subset of matrix elements to determine R 00 (and therefore g norm ).

La matrice T ou Tnorm ainsi obtenue correspond à l'ensemble de corrections à apporter au signal multicanal décodé.The matrix T or T norm thus obtained corresponds to the set of corrections to be made to the decoded multichannel signal.

Avec ce mode de réalisation le bloc 390 de la figure 3 effectue l'étape de correction du signal multicanal décodé par application de la matrice de transformation T ou Tnorm directement au signal multicanal décodé, dans le domaine ambisonique, pour obtenir le signal ambisonique de sortie corrigé ( B̂ corr).With this embodiment the block 390 of the picture 3 performs the step of correcting the decoded multi-channel signal by applying the transformation matrix T or T norm directly to the decoded multi-channel signal, in the ambisonic domain, to obtain the corrected output ambisonic signal ( B̂ corr).

On décrit à présent un deuxième mode de réalisation d'un codeur/décodeur selon l'invention dans lequel le procédé de détermination de l'ensemble de corrections est mis en oeuvre au codeur. La figure 6 décrit ce mode de réalisation. Cette figure représente donc un deuxième mode de réalisation d'un dispositif de codage et d'un dispositif de décodage pour la mise en oeuvre d'un procédé de codage et de décodage incluant un procédé de détermination d'un ensemble de corrections tel que décrit en référence à la figure 2.A second embodiment of an encoder/decoder according to the invention will now be described in which the method for determining the set of corrections is implemented at the encoder. There figure 6 describes this embodiment. This figure therefore represents a second embodiment of an encoding device and a decoding device for the implementation of an encoding and decoding method including a method for determining a set of corrections as described with reference to the figure 2 .

Dans ce mode de réalisation le procédé de détermination de l'ensemble de corrections (par exemple des gains associés à des directions) est effectué au codeur qui transmet alors au décodeur cet ensemble de corrections. Le décodeur décode cet ensemble de corrections pour l'appliquer au signal multicanal décodé. Ce mode de réalisation implique donc de mettre en oeuvre un décodage local au codeur, ce décodage local est représenté par les blocs 612 à 613.In this embodiment, the process for determining the set of corrections (for example gains associated with directions) is performed at the coder which then transmits this set of corrections to the decoder. The decoder decodes this set of corrections to apply it to the decoded multichannel signal. This embodiment therefore involves implementing local decoding at the encoder, this local decoding is represented by blocks 612 to 613.

Les blocs 610, 611, 620 et 621 sont identiques respectivement aux blocs 310, 311, 320 et 321 décrits en référence à la figure 3.Blocks 610, 611, 620 and 621 are identical respectively to blocks 310, 311, 320 and 321 described with reference to picture 3 .

On obtient ainsi, à la sortie du bloc 621, une information représentative de l'image spatiale du signal multicanal d'origine (Inf. B).Thus, at the output of block 621, information representative of the spatial image of the original multichannel signal (Inf. B ) is obtained.

Le bloc 612 met en oeuvre un décodage local (DEC_loc) en lien avec le codage effectué par le bloc 611.Block 612 implements local decoding (DEC_loc) in conjunction with the coding performed by block 611.

Ce décodage local peut consister en un décodage complet à partir du train binaire issu du bloc 611 ou de façon préférentielle il peut être intégré au bloc 611.This local decoding can consist of a complete decoding from the binary train coming from block 611 or preferably it can be integrated into block 611.

Dans un mode de réalisation du codage et du décodage, ne mettant pas en oeuvre les étapes de downmix et d'upmix, le signal multicanal décodé B̂ est obtenu à la sortie du bloc de décodage local 612.In one embodiment of the coding and decoding, not implementing the downmix and upmix steps, the decoded multichannel signal B is obtained at the output of the local decoding block 612.

Dans le mode de réalisation où l'étape de downmix en 610 a été utilisée au codage, le décodage local mis en oeuvre dans le bloc 612 permet d'obtenir un signal audio décodé

Figure imgb0049
qui est envoyé en entrée du bloc 613 d'upmix.In the embodiment where the downmix step at 610 was used for coding, the local decoding implemented in block 612 makes it possible to obtain a decoded audio signal
Figure imgb0049
 which is sent as input to block 613 of upmix.

Ainsi, le bloc 613 met en oeuvre une étape optionnelle (UPMIX) d'augmentation du nombre de canaux. Dans un mode de réalisation de cette étape, pour le canal d'un signal mono

Figure imgb0050
elle consiste à convoluer le signal
Figure imgb0051
 par différentes réponses impulsionnelles spatiales de salle (SRIR pour « Spatial Room Impulse Response »); ces SRI Rs sont définis à l'ordre ambisonique d'origine de B. D'autres méthodes de décorrélation sont possibles, par exemple l'application de filtres décorrélateurs passe-tout aux différents canaux du signal
Figure imgb0052
 Thus, block 613 implements an optional step (UPMIX) of increasing the number of channels. In one embodiment of this step, for the channel of a mono signal
Figure imgb0050
 it consists in convolving the signal
Figure imgb0051
 by different spatial room impulse responses (SRIR for “Spatial Room Impulse Response”); these SRI Rs are defined at the original ambisonic order of B. Other methods of decorrelation are possible, for example the application of all-pass decorrelating filters to the different channels of the signal
Figure imgb0052

Le bloc 614 met en oeuvre une étape optionnelle (SB) de division en sous-bandes pour obtenir soit des sous-bandes dans le domaine temporel ou dans un domaine transformé.Block 614 implements an optional step (SB) of dividing into subbands to obtain either subbands in the time domain or in a transformed domain.

Le bloc 615 détermine (Inf B̂ ) une information représentative d'une image spatiale du signal multicanal décodé de manière similaire à que ce qui a été décrit pour les blocs 621 et 321 (pour le signal multicanal d'origine), appliqué cette fois-ci au signal multicanal décodé B̂ obtenu en sortie du bloc 612 ou du bloc 613 selon les modes de réalisation du décodage local. Ce bloc 615 est équivalent au bloc 375 de la figure 3.Block 615 determines (Inf B̂ ) information representative of a spatial image of the decoded multichannel signal in a manner similar to what was described for blocks 621 and 321 (for the original multichannel signal), applied this time ci to the decoded multichannel signal B̂ obtained at the output of block 612 or of block 613 according to the local decoding embodiments. This block 615 is equivalent to block 375 of the picture 3 .

De la même façon que pour les blocs 621 et 321, dans un mode de réalisation, cette information est une information d'énergie associée à des directions de provenance du son (associées à des directions de haut-parleurs virtuels répartis sur une sphère unité). Comme expliqué plus haut, une méthode de type SRP ou autre (comme les variantes décrites précédemment) peut être utilisée pour déterminer l'image spatiale du signal multicanal décodé.In the same way as for blocks 621 and 321, in one embodiment, this information is energy information associated with directions of origin of the sound (associated with directions of virtual loudspeakers distributed over a unit sphere) . As explained above, a method of the SRP or other type (like the variants described above) can be used to determine the spatial image of the decoded multichannel signal.

Dans un autre mode de réalisation, cette information est une matrice de covariance des canaux du signal multicanal décodé.In another embodiment, this information is a channel covariance matrix of the decoded multi-channel signal.

Cette matrice de covariance est alors obtenue comme suit :
Ĉ=B̂.B̂T à un facteur de normalisation près (dans le cas réel) ou C ^ = Re B ^ . B ^ H

Figure imgb0053
à un facteur de normalisation près (dans le cas complexe)This covariance matrix is then obtained as follows:
Ĉ=B̂.B̂ T up to a normalization factor (in the real case) or VS ^ = D B ^ . B ^ H
Figure imgb0053
 up to a normalization factor (in the complex case)

A partir des informations représentatives des images spatiales respectivement du signal multicanal d'origine (Inf.B) et du signal multicanal décodé (Inf. B̂ ), par exemple, les matrices de covariance C et Ĉ, le bloc 680 met en oeuvre le procédé de détermination (Det.Corr) d'un ensemble de corrections tel que décrit en référence à la figure 2.From the information representative of the spatial images respectively of the original multichannel signal (Inf. B ) and of the decoded multichannel signal (Inf. B̂ ), for example, the covariance matrices C and Ĉ, the block 680 implements the method determination (Det.Corr) of a set of corrections as described with reference to the picture 2 .

Deux modes de réalisation particuliers de cette détermination sont possibles et ont été décrits en référence aux figures 4 et 5.Two particular embodiments of this determination are possible and have been described with reference to the figure 4 And 5 .

Dans le mode de réalisation de la figure 4, une méthode utilisant le rendu sur haut-parleur est utilisé et dans le mode de réalisation de la figure 5, une méthode mise en oeuvre directement dans le domaine ambisonique basée sur une factorisation de type Cholesky ou par décomposition en valeurs propres est utilisée.In the embodiment of the figure 4 , a method using speaker rendering is used and in the embodiment of the figure 5 , a method implemented directly in the Ambisonic domain based on a Cholesky type factorization or by decomposition into eigenvalues is used.

Ainsi, si le mode de réalisation de la figure 4 est appliqué en 630, l'ensemble de corrections déterminé est un ensemble de gains gn pour un ensemble de directions ( Θn , ϕn) définis par un ensemble de haut-parleurs virtuels. Cet ensemble de gains peut être déterminé sous la forme d'une matrice de correction G comme décrit en référence à la figure 4.Thus, if the embodiment of the figure 4 is applied at 630, the determined set of corrections is a set of gains g n for a set of directions ( Θ n , ϕ n ) defined by a set of virtual loudspeakers. This set of gains can be determined in the form of a correction matrix G as described with reference to the figure 4 .

Cet ensemble de gains (Corr.) est alors codé en 640. Le codage de cet ensemble de gains peut consister au codage de la matrice de correction G ou Gnorm. This set of gains (Corr.) is then coded at 640. The coding of this set of gains can consist of the coding of the correction matrix G or G norm .

On note que la matrice G de taille KxK est symétrique, ainsi selon l'invention il est possible de ne coder que le triangle inférieur ou supérieur de G ou Gnorm, soit Kx(K+ 1)/2 valeurs. En général, les valeurs sur la diagonale sont positives. Dans un mode de réalisation le codage de la matrice G ou Gnorm est effectué par quantification scalaire (avec ou sans bit de signe) selon que les valeurs sont hors diagonale ou non. Dans les variantes où Gnorm est utilisée, on pourra omettre de coder et transmettre la première valeur de la diagonale (correspondant à la composante omnidirectionnelle) de Gnorm car elle est toujours à 1 ; par exemple dans le cas ambisonique d'ordre 1 à K=4 canaux cela revient à ne transmettre que 9 valeurs au lieu de Kx(K+1)/2=10 valeurs. Dans des variantes, d'autres méthodes de quantification scalaire ou vectorielle (avec ou sans prédiction) pourront être utilisées.Note that the matrix G of size KxK is symmetric, thus according to the invention it is possible to code only the lower or upper triangle of G or G norm , ie Kx(K+1)/2 values. In general, values on the diagonal are positive. In one embodiment, the coding of the matrix G or G norm is performed by scalar quantization (with or without sign bit) depending on whether the values are off-diagonal or not. In the variants where G norm is used, it is possible to omit coding and transmit the first value of the diagonal (corresponding to the omnidirectional component) of G norm because it is always at 1; for example in the ambisonic case of order 1 with K=4 channels, this amounts to transmitting only 9 values instead of Kx(K+1)/2=10 values. In variants, other scalar or vector quantization methods (with or without prediction) may be used.

Si le mode de réalisation de la figure 5 est appliqué en 630, l'ensemble de corrections déterminé est une matrice de transformation T ou Tnorm qui est alors codée en 640.If the embodiment of the figure 5 is applied at 630, the determined set of corrections is a transformation matrix T or T norm which is then coded at 640.

On note que la matrice T de taille KxK est triangulaire dans la variante utilisant factorisation de Cholesky et symétrique dans la variante utilisant la décomposition en valeurs propres; ainsi selon l'invention il est possible de ne coder que le triangle inférieur ou supérieur de T ou Tnorm, soit Kx(K+ 1)/2 valeurs.Note that the matrix T of size KxK is triangular in the variant using Cholesky factorization and symmetric in the variant using the eigenvalue decomposition; thus according to the invention it is possible to code only the lower or upper triangle of T or T norm , ie Kx(K+1)/2 values.

En général, les valeurs sur la diagonale sont positives. Dans un mode de réalisation le codage de la matrice T ou Tnorm est effectué par quantification scalaire (avec ou sans bit de signe) selon que les valeurs sont hors diagonale ou non. Dans des variantes, d'autres méthodes de quantification scalaire ou vectorielle (avec ou sans prédiction) pourront être utilisées. Dans les variantes où Tnorm est utilisée, on pourra omettre de coder et transmettre la première valeur de la diagonale (correspondant à la composante omnidirectionnelle) de Tnorm car elle est toujours à 1 ; par exemple dans le cas ambisonique d'ordre 1 à K=4 canaux cela revient à ne transmettre que 9 valeurs au lieu de Kx(K+ 1)/2= 10 valeurs.In general, values on the diagonal are positive. In one embodiment, the coding of the matrix T or T norm is performed by scalar quantization (with or without sign bit) depending on whether the values are off-diagonal or not. In variants, other scalar or vector quantization methods (with or without prediction) may be used. In the variants where T norm is used, it is possible to omit coding and transmit the first value of the diagonal (corresponding to the omnidirectional component) of T norm because it is always at 1; for example in the ambisonic case of order 1 with K=4 channels, this amounts to transmitting only 9 values instead of Kx(K+1)/2=10 values.

Le bloc 640 code ainsi l'ensemble de corrections déterminé et envoie l'ensemble codé de corrections au multiplexeur 650.Block 640 thus encodes the determined set of corrections and sends the encoded set of corrections to multiplexer 650.

Le décodeur reçoit dans le bloc démultiplexeur 660, un flux binaire comportant un signal audio codé issu du signal multicanal d'origine et l'ensemble codé de corrections à appliquer au signal multicanal décodé.The decoder receives in the demultiplexer block 660, a binary stream comprising a coded audio signal originating from the original multichannel signal and the coded set of corrections to be applied to the decoded multichannel signal.

Le bloc 670 décode (Q-1) l'ensemble codé de corrections. Le bloc 680 décode (DEC) le signal audio codé reçu dans le flux.Block 670 decodes (Q -1 ) the coded set of corrections. Block 680 decodes (DEC) the encoded audio signal received in the stream.

Dans un mode de réalisation du codage et du décodage, ne mettant pas en oeuvre les étapes de downmix et d'upmix, le signal multicanal décodé B̂ est obtenu à la sortie du bloc de décodage 680.In one embodiment of the coding and decoding, not implementing the downmix and upmix steps, the decoded multichannel signal B is obtained at the output of the decoding block 680.

Dans le mode de réalisation où l'étape de downmix a été utilisée au codage, le décodage mis en oeuvre dans le bloc 680 permet d'obtenir un signal audio décodé

Figure imgb0054
qui est envoyé en entrée du bloc 681 d'upmix.In the embodiment where the downmix step was used for coding, the decoding implemented in block 680 makes it possible to obtain a decoded audio signal
Figure imgb0054
 which is sent as input to block 681 of upmix.

Ainsi, le bloc 681 met en oeuvre une étape optionnelle (UPMIX) d'augmentation du nombre de canaux. Dans un mode de réalisation de cette étape, pour le canal d'un signal mono

Figure imgb0055
elle consiste à convoluer le signal
Figure imgb0056
 par différentes réponses impulsionnelles spatiales de salle (SRI R pour « Spatial Room Impulse Response »); ces SRI Rs sont définis à l'ordre ambisonique d'origine de B. D'autres méthodes de décorrélation sont possibles, par exemple l'application de filtres décorrélateurs passe-tout aux différents canaux du signal
Figure imgb0057
 Thus, block 681 implements an optional step (UPMIX) of increasing the number of channels. In one embodiment of this step, for the channel of a mono signal
Figure imgb0055
 it consists in convolving the signal
Figure imgb0056
 by different spatial room impulse responses (SRI R for “Spatial Room Impulse Response”); these SRI Rs are defined at the original ambisonic order of B. Other methods of decorrelation are possible, for example the application of all-pass decorrelating filters to the different channels of the signal
Figure imgb0057

Le bloc 682 met en oeuvre une étape optionnelle (SB) de division en sous-bandes pour obtenir soit des sous-bandes dans le domaine temporel ou dans un domaine transformé et le bloc 691 regroupe les sous-bandes pour retrouver le signal multicanal de sortie.Block 682 implements an optional step (SB) of dividing into subbands to obtain either subbands in the time domain or in a transformed domain and block 691 regroups the subbands to recover the output multichannel signal .

Le bloc 690 met en oeuvre une correction (CORR) du signal multicanal décodé par l'ensemble de corrections décodé au bloc 670 pour obtenir un signal multicanal décodé corrigé ( B̂ Corr).Block 690 implements a correction (CORR) of the decoded multichannel signal by the set of decoded corrections at block 670 to obtain a corrected decoded multichannel signal ( B̂ Corr).

Dans un mode de réalisation où l'ensemble de corrections est un ensemble de gains comme décrit en référence à la figure 4, cet ensemble de gains est reçu en entrée du bloc 690 de correction.In an embodiment where the set of corrections is a set of gains as described with reference to figure 4 , this set of gains is received as input to correction block 690.

Si l'ensemble de gains est sous la forme d'une matrice de correction directement applicable au signal multicanal décodé, définie, par exemple sous la forme G= E.diag([g0 ... gN-1]).D ou G norm=gnorm.G, cette matrice G ou Gnorm est alors appliquée au signal multicanal décodé B̂ pour obtenir le signal ambisonique de sortie corrigé ( B̂ Corr).If the set of gains is in the form of a correction matrix directly applicable to the decoded multichannel signal, defined, for example in the form G=E.diag ([g 0 ...g N-1] ). D or G norm =g norm . G , this G or G norm matrix is then applied to the decoded multi-channel signal B̂ to obtain the corrected output Ambisonic signal ( B̂ Corr).

Si le bloc 690 reçoit un ensemble de gains gn, le bloc 690 applique pour chaque haut-parleur virtuel, le gain gn correspondant. L'application de ce gain permet d'obtenir, sur ce haut-parleur, la même énergie que le signal d'origine.If block 690 receives a set of gains g n , block 690 applies the corresponding gain g n for each virtual loudspeaker. The application of this gain makes it possible to obtain, on this loudspeaker, the same energy as the original signal.

Le rendu sur chaque haut-parleur des signaux décodés est ainsi corrigé.The rendering on each loudspeaker of the decoded signals is thus corrected.

Une étape d'encodage acoustique, par exemple un encodage ambisonique, est alors mise en oeuvre pour obtenir des composantes du signal multicanal, par exemple des composantes ambisoniques. Ces composantes ambisoniques sont alors sommées pour obtenir le signal multicanal de sortie, corrigé ( B̂ Corr).An acoustic encoding step, for example ambisonic encoding, is then implemented to obtain components of the multichannel signal, for example ambisonic components. These ambisonic components are then summed to obtain the multichannel output signal, corrected ( B̂ Corr).

Dans un mode de réalisation où l'ensemble de corrections est une matrice de transformation comme décrit en référence à la figure 5, la matrice de transformation T décodée en 670 est reçue en entrée du bloc 690 de correction.In an embodiment where the set of corrections is a transformation matrix as described with reference to figure 5 , the transformation matrix T decoded at 670 is received at the input of the correction block 690.

Avec ce mode de réalisation, le bloc 690 effectue l'étape de correction du signal multicanal décodé par application de la matrice de transformation T ou Tnorm directement au signal multicanal décodé, dans le domaine ambisonique, pour obtenir le signal ambisonique de sortie corrigé ( B̂ Corr).With this embodiment, block 690 performs the step of correcting the decoded multichannel signal by applying the transformation matrix T or T norm directly to the decoded multichannel signal, in the ambisonic domain, to obtain the corrected output ambisonic signal ( B̂ Corr).

Même si l'invention s'applique au cas ambisonique, dans des variantes on pourra convertir d'autres formats (multicanal, objet...) en ambisonique pour appliquer les procédés mis en oeuvre selon les différents modes de réalisation décrits. Un exemple de réalisation d'une telle conversion d'un format multicanal ou objet à un format ambisonique est décrit à la figure 2 de la spécification 3GPP TS 26.259 (v15.0.0).Even if the invention applies to the ambisonic case, in variants it will be possible to convert other formats (multichannel, object, etc.) into ambisonic to apply the methods implemented according to the various embodiments described. An exemplary embodiment of such a conversion from a multichannel or object format to an Ambisonic format is described in picture 2 of the 3GPP TS 26.259 (v15.0.0) specification.

On a illustré sur la figure 7 un dispositif de codage DCOD et un dispositif de décodage DDEC, au sens de l'invention, ces dispositifs étant duals l'un de l'autre (dans le sens de « réversibles ») et reliés l'un à l'autre par un réseau de communication RES.We have illustrated on the figure 7 a DCOD coding device and a DDEC decoding device, within the meaning of the invention, these devices being dual to each other (in the sense of “reversible”) and connected to each other by a communication network RES.

Le dispositif de codage DOOD comporte un circuit de traitement incluant typiquement :

  • une mémoire MEM1 pour stocker des données d'instructions d'un programme informatique au sens de l'invention (ces instructions pouvant être réparties entre le codeur DCOD et le décodeur DDEC) ;
  • une interface INT1 de réception d'un signal multicanal d'origine B, par exemple un signal ambisonique réparti sur différents canaux (par exemple quatre canaux W, Y, Z, X à l'ordre 1) en vue de son codage en compression au sens de l'invention ;
  • un processeur PROC1 pour recevoir ce signal et le traiter en exécutant les instructions de programme informatique que stocke la mémoire MEM1, en vue de son codage ; et
  • une interface de communication COM 1 pour transmettre les signaux codés via le réseau.
The DOOD coding device comprises a processing circuit typically including:
  • a memory MEM1 for storing instruction data of a computer program within the meaning of the invention (these instructions being able to be distributed between the coder DCOD and the decoder DDEC);
  • an interface INT1 for receiving a multi-channel signal of origin B, for example an Ambisonic signal distributed over different channels (for example four channels W, Y, Z, X at order 1) with a view to its coding in compression at the sense of invention;
  • a processor PROC1 to receive this signal and process it by executing the computer program instructions stored in the memory MEM1, with a view to its coding; And
  • a COM 1 communication interface for transmitting the coded signals via the network.

Le dispositif de décodage DDEC comporte un circuit de traitement propre, incluant typiquement :

  • une mémoire MEM2 pour stocker des données d'instructions d'un programme informatique au sens de l'invention (ces instructions pouvant être réparties entre le codeur DOOD et le décodeur DDEC comme indiqué précédemment) ;
  • une interface COM2 pour recevoir du réseau RES les signaux codés en vue de leur décodage en compression au sens de l'invention ;
  • un processeur PROC2 pour traiter ces signaux en exécutant les instructions de programme informatique que stocke la mémoire MEM2, en vue de leur décodage ; et
  • une interface de sortie INT2 pour délivrer les signaux décodés corrigés ( B̂ Corr) par exemple sous forme de canaux ambisoniques W..X, en vue de leur restitution.
The DDEC decoding device comprises its own processing circuit, typically including:
  • a memory MEM2 for storing instruction data of a computer program within the meaning of the invention (these instructions being able to be distributed between the coder DOOD and the decoder DDEC as indicated previously);
  • a COM2 interface for receiving from the network RES the coded signals with a view to their compression decoding within the meaning of the invention;
  • a processor PROC2 for processing these signals by executing the computer program instructions stored in the memory MEM2, with a view to their decoding; And
  • an output interface INT2 for delivering the corrected decoded signals ( B̂ Corr) for example in the form of ambisonic channels W..X, with a view to their restitution.

Bien entendu, cette figure 7 illustre un exemple d'une réalisation structurelle d'un codée (codeur ou décodeur) au sens de l'invention. Les figures 3 à 6 commentées ci-dessus décrivent en détails des réalisations plutôt fonctionnelles de ces codées.Of course, this figure 7 illustrates an example of a structural embodiment of a codec (coder or decoder) within the meaning of the invention. THE figures 3 to 6 commented above describe in detail rather functional realizations of these codecs.

Claims (14)

  1. Method for determining a set of corrections (Corr.) to be made to a multichannel sound signal, characterized by determining said set of corrections from information representative of a spatial image of an original multichannel signal (Inf. B) and from information representative of a spatial image of the original coded and then decoded multichannel signal (Inf. B̂ ).
  2. Method according to Claim 1, wherein the set of corrections is determined by frequency sub-band.
  3. Method for decoding a multichannel sound signal, comprising the following steps:
    - receiving (350) a bitstream comprising a coded audio signal from an original multichannel signal and information representative of a spatial image of the original multichannel signal;
    - decoding (370) the received coded audio signal and obtaining a decoded multichannel signal;
    - decoding (360) the information representative of a spatial image of the original multichannel signal;
    - determining (375) information representative of a spatial image of the decoded multichannel signal;
    - determining (380) a set of corrections to be made to the decoded signal using the determination method according to either of Claims 1 and 2;
    - correcting (390) the decoded multichannel signal using the determined set of corrections.
  4. Method for coding a multichannel sound signal, comprising the following steps:
    - coding (611) an audio signal from an original multichannel signal;
    - determining (621) information representative of a spatial image of the original multichannel signal;
    - locally decoding (612) the coded audio signal and obtaining a decoded multichannel signal;
    - determining (615) information representative of a spatial image of the decoded multichannel signal;
    - determining (630) a set of corrections to be made to the decoded multichannel signal using the determination method according to either of Claims 1 and 2;
    - coding (640) the determined set of corrections.
  5. Decoding method according to Claim 3 or coding method according to Claim 4, wherein the information representative of a spatial image is a covariance matrix, and determining the set of corrections furthermore comprises the following steps:
    - obtaining a weighting matrix comprising weighting vectors associated with a set of virtual loudspeakers;
    - determining a spatial image of the original multichannel signal from the obtained weighting matrix and from the covariance matrix of the original multichannel signal;
    - determining a spatial image of the decoded multichannel signal from the obtained weighting matrix and from the covariance matrix of the determined decoded multichannel signal;
    - computing a ratio between the spatial image of the original multichannel signal and the spatial image of the decoded multichannel signal in the directions of the loudspeakers of the set of virtual loudspeakers, in order to obtain a set of gains.
  6. Decoding method according to Claim 3, wherein the received information representative of a spatial image of the original multichannel signal is the spatial image of the original multichannel signal, and determining the set of corrections furthermore comprises the following steps:
    - obtaining a weighting matrix comprising weighting vectors associated with a set of virtual loudspeakers;
    - determining a spatial image of the decoded multichannel signal from the obtained weighting matrix and from the information representative of a spatial image of the determined decoded multichannel signal;
    - computing a ratio between the spatial image of the original multichannel signal and the spatial image of the decoded multichannel signal in the directions of the loudspeakers of the set of virtual loudspeakers, in order to obtain a set of gains.
  7. Decoding method according to Claim 3 or coding method according to Claim 4, wherein the information representative of a spatial image is a covariance matrix, and determining the set of corrections comprises a step of determining a transformation matrix through matrix decomposition of the two covariance matrices, the transformation matrix constituting the set of corrections.
  8. Decoding method according to one of Claims 5 to 7, wherein the decoded multichannel signal is corrected by the determined set of corrections by applying the set of corrections to the decoded multichannel signal.
  9. Decoding method according to either of Claims 5 and 6, wherein the decoded multichannel signal is corrected by the determined set of corrections in the following steps:
    - acoustically decoding the decoded multichannel signal on the defined set of virtual loudspeakers;
    - applying the obtained set of gains to the signals resulting from the acoustic decoding;
    - acoustically coding the corrected signals resulting from the acoustic decoding in order to obtain components of the multichannel signal;
    - summing the components of the multichannel signal thus obtained in order to obtain a corrected multichannel signal.
  10. Method for decoding a multichannel sound signal, comprising the following steps:
    - receiving a bitstream comprising a coded audio signal from an original multichannel signal and a coded set of corrections to be made to the decoded multichannel signal, the set of corrections having been coded using a coding method according to one of Claims 4, 5 or 7;
    - decoding the received coded audio signal and obtaining a decoded multichannel signal;
    - decoding the coded set of corrections;
    - correcting the decoded multichannel signal by applying the decoded set of corrections to the decoded multichannel signal.
  11. Method for decoding a multichannel sound signal, comprising the following steps:
    - receiving a bitstream comprising a coded audio signal from an original multichannel signal and a coded set of corrections to be made to the decoded multichannel signal, the set of corrections having been coded using a coding method according to Claim 5;
    - decoding the received coded audio signal and obtaining a decoded multichannel signal;
    - decoding the coded set of corrections;
    - correcting the decoded multichannel signal using the decoded set of corrections in the following steps:
    . acoustically decoding the decoded multichannel signal on the set of virtual loudspeakers;
    . applying the obtained set of gains to the signals resulting from the acoustic decoding;
    . acoustically coding the corrected signals resulting from the acoustic decoding in order to obtain components of the multichannel signal;
    . summing the components of the multichannel signal thus obtained in order to obtain a corrected multichannel signal.
  12. Decoding device comprising a processing circuit for implementing the decoding method according to one of Claims 3 or 5 to 11.
  13. Coding device comprising a processing circuit for implementing the coding method according to one of Claims 4, 5 or 7.
  14. Storage medium, able to be read by a processor, storing a computer program comprising instructions for executing the decoding method according to one of Claims 3 or 5 to 11 or the coding method according to one of Claims 4, 5 or 7.
EP20792467.1A 2019-10-02 2020-09-24 Determining corrections to be applied to a multichannel audio signal, associated coding and decoding Active EP4042418B1 (en)

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