FI102799B - Paranettu Dolby Prologic -dekooderi - Google Patents

Description

102799

Parannettu Dolby Prologic -dekooderi - Förbättrad Dolby Prologic -avkodare %

Dolby surround sound -äänijärjestelmä on laajalti käytössä paitsi elokuvan myös ' 5 videokasettien ja muiden videotallenteiden äänenä. Jäijestelmä on leviämässä myös stereoäänisiin televisiosovelluksiin. Jäqestelmässä on neljä äänikanavaa: vasen (L), oikea (R), keski (C) ja surround (S). Ne koodataan Dolby-kooderissa siten, että L ja R lähetetään normaalisti mutta C- sekä S-kanavat sisältyvät vaihekoodattuina L- ja R-kanaviin. Sekä keskikanava C että surround-kanava S on jaettu tasan L- ja R-ka-10 naviin mutta vasempaan ja oikeaan kanavaan lisättävillä surround-kanavan S komponenteilla on 90 asteen vaihe-ero.

Dekooderi erottaa uudelleen koodatut neljä kanavaa toisistaan. Ensimmäisen sukupolven passiivisessa dekooderissa vasen kanava L ja oikea kanava R tuotetaan sel-15 laisenaan kooderin ulostuloon. Nämä kanavat sisältävät myös kanavien C ja S informaatiota. Keskikanava ilmaistaan L- ja R-kanavan summana (vastakkaisvaihei-nen surround-informaatio kumoutuu) ja S-kanava niiden erotuksena (samanvaihei-nen keskikanavainformaatio kumoutuu).

20 Jos Dolby-koodattu ääni tuotetaan normaalista kaksikanavaisesta stereolaitteistosta, lokalisoituvat L- ja R-äänet normaalisti. Keskikanava C lokalisoituu stereoparin keskelle ja surround-kanava S ei selkeästi lokalisoidu mihinkään, vaan kuuluu epämääräisestä suunnasta.

25 Kooderi on melko yksinkertainen toteuttaa ja se käsittää lähinnä yksinkertaisen « erovahvistimen, viive-elimen ja suodattimia. Kooderin huono puoli on se, että vaikka pääkanavien L ja R erotus samoin kuin keskikanavan C ja surround-kanavan S välinen erotus on yli 40 dB, vierekkäisten kanavien (esim. S ja L) erotus on vain 3 dB. Siksi alue, jossa stereokuva on hyvä ja keskikanavan ääni tuntuu tulevan kes-30 keitä, on melko pieni. Myöskään etu- ja taka-alueen isolaatio ei ole hyvä, koska : kuuntelutilan taakse tai sivulle sijoitetut surround-kaiuttimet toistavat myös vasem man L ja oikean R kanavan erotusinformaation. Siksi passiivisilla dekoodereilla ei voida sijoittaa ääniä tarkasti, ts. ääni ei tule tarkasti oikeasta suunnasta, vaan suun-tavaikutelma on epämääräinen.

35

Passiivisten dekooderien puutteita on vähennetty aktiivisella dekooderilla. Aktiivi-: nen dekooderi voidaan ajatella passiiviseksi dekooderiksi, johon liittyy prosessoin- tipiiri. Aktiivista dekooderia kutsutaan nimellä Dolby Prologic. Tämä prosessi 2 102799 tutkii balanssia akseleilla L-R ja C-S. Prologic-käsittely pyrkii pitämään kokonais-äänitehon vakiona. Dominoivaa ääntä korostetaan vaimentamalla muita kanavia. Näin näennäistä kanavaerotusta voidaan kasvattaa merkittävästi.

5 Kuvassa 1 on esitetty tunnetun Dolby Prologic -dekooderin lohkokaavio. Kooderin sisääntulona on vasen kanava Lt ja oikea kanava Rt, joihin on koodattu keskikanava C ja surround-kanava S. Tulosignaalien tasoero korjataan lohkoissa 1 ja 2. Prolo-gic-piirin adaptiivinen matrisointilohko 6 tuottaa kaikki kanavat L, R, C ja S. Surround-kanava S johdetaan laskostumisenestosuodattimen 7, elimellä 9 säädettävän 10 viive-elimen 8 ja alipäästösuodattimen 10 kautta modifioidulle B-tyypin Dolby-ko-hinanvaimentimelle 11. Modifioitu Dolby B -kohinan vaimennin on Dolbyn kehittämä ja eroaa tavanomaisesta siten, että sen kohinavaimennus on vain puolet tavanomaisesta. Vaimentunen ulostulosta saatava surround-signaali S viedään tämän jälkeen lähtötasojen tasonsäätimelle 12, jolle johdetaan myös Prologic-piirin adaptii-1S visen matrisointilohkon 6 tuottamat vasemman L, oikean R ja keskikanavan signaa li. Tasosäätimen lähdöstä saadaan kooderin ulostulosignaaleina kaikki neljä kanavaa. Kohinasekvensserillä 3 voidaan säätää eri kanavien tasot oikeiksi.

Dekooderin ydin ja samalla se, mikä erottaa sen passiivisesta dekooderista, on 20 adaptiivinen matrisointilohko 6. Se käsittää kaksi pääosaa: adaptaatiologiikan ja jänniteohjatuista vahvistimista VCA muodostetun matriisin, joilla parannetaan kanavaerotusta. Adaptaatiolohko monitoroi jatkuvasti siihen tulevia Rt- ja Lt-äänika-navia, joista se laskee tunnetulla tavalla äänikanavien summia ja erotuksia käyttäen hyväksi R- ja L-kanavien sekä C- ja S-kanavien signaalitasojen suhteita. Näin se 25 tutkii, missä suunnassa niiden hetkellinen äänikentän dominanssi on. Määritys tapahtuu kokoaaltotasasuuntaamalla ensin kukin pääsignaali (L, R, C, S), suorittamalla saaduille DC-jännitteille pareittain logaritmimuunnos ja ottamalla sitten niiden erotukset. Näin saadaan kaksi itsenäistä kontrollisignaalia, joista toinen edustaa dominanssia vasen-oikea-akselilla ja toinen keski-surround-akselilla. Kontrollisig-30 naaleja käsitellään edelleen lohkon 6 adaptaatio-osassa niin, että saadaan joukko : (16 kpl) ohjausjännitteitä, jotka johdetaan lohkon 6 vahvistinosaan, joka siis muo dostuu lukuisten jänniteohjattujen vahvistinten (VCA) muodostamasta matriisista. VCA-matriisiin johdetaan myös sen tulosignaaleina vastaanotetut signaalit vasen Lt ja oikea Rt. Ohjausjännitteillä ohjataan VCA-vahvistimien vahvistusta ja matriisista 35 saadaan sen lähtösignaaleina signaalit R, L, C ja S, joihin sisältyvää suuntainfor-maatiota on voimistettu adaptaatiolohkon laskemassa dominanssisuunnassa ja niihin verrannollisena. Tämän jälkeen L-, R- ja C-signaalit johdetaan, kuten passiivi- 3 102799 sessakin Dolby-dekooderissa, tasojen pääsäätimelle 12, jonne myös S johdetaan sivuhaaran kautta, kuten kuvasta 1 näkyy.

Tällä tunnetulla Dolby Prologic -dekooderilla on kuitenkin eräitä haittoja erityisesti 5 televisiosovelluksissa. Televisiovastaanottimia varustetaan yhä suuremmassa määrin Dolby Surround Sound -dekoodereilla. Kuten edellä on sanottu, on kooderin jälkeen käytettävissä neljä audiokanavaa L, R, C ja S televisiovalmistajan mahdollisesti suorittamia audiosignaalin lisäprosessointeja varten. Lisäprosessointi olisi siis suoritettava jokaisella audiokanavalla erikseen, mikä johtaa hyvin kalliisiin käytäntö non toteutuksiin. Keksinnön tavoitteena on luoda järjestely, jolla lisäprosessointiin tarvittava työ minimoidaan.

Tämä toteutetaan siten, että adaptiivisessa Prologic-matriisissa kaksikanavainen audiosignaali Lt ja Rt johdetaan lineaarista suodatusta ja/tai ekvalisointia suoritta-15 vaan signaalinkäsittelylohkoon, joka käsittelee kummankin kanavan signaaleja erikseen. Mainitun lohkon kaksikanavainen lähtösignaali on matrisointiosan tulo-signaali. Dolby B -dekooderiosa on järjestetty rinnakkain mainitun signaalinkäsitte-lylohkon kanssa, jolloin surround-signaali jää signaalinkäsittelylohkon operaatioiden ulkopuolelle.

20

Tulosignaalien Rt ja Lt kannalta katsottuna niitä ei siis johdetakaan suoraan VCA-matriisilohkoon, kuten tekniikan tason kooderissa, vaan ensin lineaarisia operaatioita (DSP) suorittavaan signaalinkäsittelylohkoon, jossa signaaleja käsitellään. DSP-lohkon lähdöstä saadaan prosessoidut R- ja L-signaalit, jotka sitten johdetaan 25 VCA-matriisilohkoon. Näin on käsiteltävä vain kahta signaalia neljän asemasta, mutta kuitenkin käsittelyn vaikutus näkyy dekooderin jokaisessa neljässä ulostulo-kanavassa. Keksintö sopii siten erityisesti käytettäväksi silloin, kun kaikille neljälle kanavalle olisi suoritettava samanlainen operaatio, kuten esim. suodatus.

30 Surround-kanavalle suoritetaan dematrisoinnin jälkeen Dolby B -dekoodaus, kuten : on kuvattu kuvassa 1. Tämä on epälineaarinen operaatio, jonka tuottama vaikutus muuttuu, jos signaalin arvo muuttuu. Koska keksinnön signaalinkäsittelylohko muuttaa surround-signaalin arvoa, sitä ei voida johtaa Dolby B -dekooderiin. Siksi ehdotetun ratkaisun mukaisessa sovelluksessa surround-signaalin taso ilmaistaan 35 ennen lineaarista DSP-lohkoa, ja tätä tietoa käyttäen ohjataan Dolby B -prosessia, jolloin lineaariset operaatiot lohkossa DSP eivät enää vaikuta haitallisesti Dolby B : -lohkon toimintaan.

4 102799

Keksintöä selostetaan oheisten kaaviollisten piirustusten avulla, joissa kuva 1 kuvaa tunnettua Prologic-dekooderin lohkokaaviota, ja kuva 2 esittää keksinnön mukaista lineaarisen DSP-lohkon sijoitusta kuvan 1 5 dekooderiin.

Kuvan 1 rakennetta on selostettu jo edellä. Kuva 2 esittää kuvan 1 adaptaatio- ja VCA-vahvistinmatriisilohkoa 6, johon on lisätty keksinnön lineaarinen signaalin käsittelylohko 23. Tekniikan tason mukaisen lohkon 6 (kuva 1) tulosignaaleina ovat 10 äänikanavasignaalit oikea Rt ja vasen Lt, joihin on koodattu keski C- ja surround S

-kanavat (kuva 2). Koodatut kaksi tulosignaalia vietäisiin tunnettua tekniikkaa käytettäessä sekä Dolby Prologic -adaptaatiolohkoon, joka määrittää suunnan, jossa on hetkellinen dominoiva signaali, että vahvistinlohkoon, joka muodostuu jännite-ohjattujen vahvistinten VCA muodostamasta matriisista. Adaptaatiolohko muodos-15 taa ohjaussignaaleja, joilla ohjataan kunkin VCA-vahvistimen vahvistusta. Matriisin ulostulosta saadaan neljä audiokanavaa R, L, C ja S.

Keksinnön mukaisesti sijoitetaan sen kohdan jälkeen, josta vasen Lt ja oikea Rt kanava haaroitetaan adaptaatiolohkoon 21, mutta ennen kanavien sisäänmenoa VCA-20 matriisilohkoon 26, lineaarisia signaalinkäsittelyoperaatioita suorittava lohko 23. Lohko sisältää ainakin yhden digitaalisen signaaliprosessorin DSP.

DSP-lohkossa 23 voidaan suorittaa vasemman ja oikean kanavan audiosignaaleille Rt ja Lt haluttuja operaatioita, kuten suodatusta, ekvalisointia ym. Halutut operaa-25 tiot ovat sovelluskohtaisia ja televisiovalmistajan vapaasti määrättävissä. Koska käsiteltäviä kanavia on vain kaksi, tarvitaan vain kaksi suodatinta, eikä neljä, kuten olisi asianlaita mikäli audiosignaaleja käsiteltäisiin Dolby-dekooderin jälkeen.

DSP-lohkosta viedään vasemman ja oikean kanavan prosessoidut signaalit VCA-30 vahvistinten 22 lohkoon, joka muodostaa neljä audiokanavaa tunnetulla tavalla.

•

Vahvistinlohkosta 22 saatavaa surround-signaalia ei voida johtaa epälineaariseen Dolby B -dekooderiin, koska DSP-lohko 23 on muuttanut surround-signaalin arvoa. Sen vuoksi tulosignaalit johdetaan myös surround-signaalin tason ilmaisimelle 24. 35 Ilmaistu surround-signaali on nyt "oikea" tulosignaaleihin koodattu surround, joten tämä signaali johdetaan Dolby B -dekooderiin. Tämä dekooderi toimii nyt oikein.

5 102799

Keksinnöllä on joukko etuja verrattuna dekooderin jälkeen tapahtuvaan audiosignaalien prosessointiin. Ensinnäkin on prosessoitava vain kahta kanavaa (Lt, Rt) ja kuitenkin vaikutetaan kaikkiin neljään dekooderin lähtökanavaan. Toiseksi laitteistotarve pienenee, mikäli prosessointi suoritetaan laitteistolla, tai signaaliprosessori-5 koodia tarvitaan vähemmän, mikäli toteutus on ohjelmallinen. Kolmanneksi kahden kanavan prosessoinnissa ei tarvita niin paljon prosessointitehoa kuin neljän kanavan prosessoinnissa. Lineaarisen prosessoinnin suorittaminen keksinnön mukaisesti ei häiritse itse Dolby-dekooderin toimintaa.

Claims (3)

6 102799

1. Dekooderi, joka dekoodaa siihen johdetun kaksikanavaisen audiosignaalin (Lt, Rt) nelikanavaiseksi (vasen, oikea, keski, surround) audiosignaaliksi ja johon S kuuluva Dolby Prologic -adaptiivinen matrisointilohko (6) sisältää - jänniteohjatuista vahvistimista (VCA) muodostetun matrisointiosan (22), jonka vahvistimia ohjataan yksilöllisesti vahvistimien vahvistuksen ohjaussignaaleilla ja jonka lähtösignaaleina on nelikanavainen audiosignaali (L, R, C, S), - adaptaatio-osan (21), jonka tulosignaaleina on kaksikanavainen audiosignaali (Lt, 10 Rt) ja lähtösignaaleina mainitut vahvistimien vahvistuksen ohjaussignaalit, dekooderin lisäksi sisältäessä Dolby B -dekooderiosan kaksikanavaisesta audiosignaalista ilmaistun surround-signaalin käsittelemiseksi, tunnettu siitä, että kaksikanavainen audiosignaali (Lt, Rt) johdetaan lineaarista suodatusta ja/tai ekvalisointia suorittavaan signaalinkäsittelylohkoon (23), joka kä-15 sittelee kummankin kanavan signaaleja erikseen, ja että sanotun lohkon kaksikanavainen lähtösignaali (R't, L't) on matrisointiosan (22) tulosignaali ja että mainittu Dolby B -dekooderiosa on järjestetty rinnakkain mainitun signaalinkäsittelylohkon (23) kanssa, jolloin surround-signaali jää mainitun signaalinkäsittelylohkon (23) operaatioiden ulkopuolelle. 20

2. Avkodare enligt patentkrav 1, kännetecknad av att audiosignalen med tvä kanaler (Lt, Rt) även leds till en surround-signaldetektor (24), som avskiljer en i insignaler (Lt, Rt) kodad surround-signal (S), varvid detektoms utsignal är en insignal i Dolby B-avkodardelen. 15

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen dekooderi, tunnettu siitä, että kaksikanavainen audiosignaali (Lt, Rt) johdetaan myös surround-signaalin ilmaisimeen (24), joka erottaa tulosignaaleihin (Lt, Rt) koodatun surround-signaalin (S), jolloin ilmaisimen lähtösignaali on Dolby B -dekooderiosan tulosignaali. 25

3. Patenttivaatimuksen 1 mukainen dekooderi, tunnettu siitä, että signaalinkäsi-telylohko (23) on digitaalinen signaaliprosessori. 30 *: 1. Avkodare som avkodar en tillförd audiosignal med tvä kanaler (Lt,Rt) tili en audiosignal med fyra kanaler (vänster, höger, mitt, surround) och vars Dolby Prologic-adaptiva matrisblock (6) innefattar - en matriseringsdel (22) bestaende av spänningsstyrda förstärkare (VCA), vars 35 förstärkare styrs individuellt med styrsignalema för förstärkamas förstärkning och vars utsignaler utgörs av en audiosignal med fyra kanaler (L, R, C, S), - en anpassningsdel (21), vars insignaler bestar av en audiosignal med tvä kanaler (Lt, Rt) och utsignaler av nämnda styrsignaler för förstärkning av förstärkama, 7 102799 varvid avkodaren dessutom innefattar en Dolby B-avkodardel för bearbetning av en surround-signal detekterad i audiosignalen med tvä kanaler, kännetecknad av att audiosignalen med tvä kanaler (Lt, Rt) leds till ett signal-behandlingsblock (23) som utfor linear filtrering och/eller ekvalisering och behand-5 lar signalema frän de tvä kanalema skilt, och att utsignalen (R’t, L’t) med tvä kanaler frän nämnda block är en insignal i matriseringsdelen (22) och att nämnda Dolby B-avkodardel anordnats parallellt med nämnda signalbehandlingsblock (23), varvid surround-signalen utesluts frän nämnda signalbehandlingsblocks (23) operationer. 10

3. Avkodare enligt patentkrav 1, kännetecknad av att signalbehandlingsblocket (23) är en digital signalprocessor.