JP2009531905A - 変換ドメイン内で効率的なバイノーラルサウンド空間化を行う方法およびデバイス - Google Patents
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Abstract
Description
H(f)=|H(f)|e-jφ(f)
φ(f)=φdelay(f)+φmin(f)
φdelay(f)=2πfτは両耳間の遅延に対応し、φmin(f)=H(log(|H(f)|))はフィルタHの絶対値に関連付けられた最小の位相である。
左耳LE:Bl=ALf+CC+BRf+DSl+ESr
右耳RE:Br=ARf+CC+BLf+DSr+ESl
ただし、Blはバイノーラル化された左耳LE向けの信号であり、Brはバイノーラル化された右耳RE向けの信号である。
- 6回の時間-周波数変換(空間復号器の外部でバイノーラル化を実行するのが望ましい場合)、または
- 合成操作の後に3回のFFTフーリエ変換(FFTドメインで操作を実行するのが望ましい場合)。
D. KistlerおよびF.L. Wightmanの研究「A model of head-related transfer functions based on principal components analysis and minimum-phase reconstruction」(J. Acoust. Soc. Am. 91(3): pp. 1637-1647 (1992年)) 1995年、A. Kulkamiによる「IEEE ASSP Workshop on Applications of Signal Processing to Audio and Acoustics」(IEEE catalog number: 95TH8144) S. BussonがUniversite de la Mediterranee Est-Marseille IIにおける自らの博士論文「Individualization of acoustic indices for binaural synthesis」(2006年)
- 利得と遅延をそれぞれサブバンド信号に適用することにより、サブバンド内の信号のイコライザ遅延(equalization-delay)によるフィルタリング。この結果、空間的に符号化されたチャネルから開始され、対象の周波数サブバンド内で、等化され、指定された値で遅延されたコンポーネントを生成する。
- 等化され、遅延されたコンポーネントのサブセットの追加。結果として、時間ドメイン内で再生される前記第2のセット内のオーディオチャネルの数(2つ以上)に対応するいくつかのフィルタリングされた信号を変換ドメイン内で作成する。
- 変換ドメイン内でフィルタリングされた各信号の合成フィルタ(synthesizing filter)による合成。結果として、時間ドメイン内で再生される2つ以上のオーディオ信号を備える第2のセットが得られる。
- 利得と遅延をそれぞれサブバンド信号に適用することにより、サブバンド内の信号のイコライザ遅延によるフィルタリングを実行するモジュール。結果として、空間的に符号化された各オーディオチャネルから、対象の周波数サブバンド内で等化され、指定された値の遅延で遅延されたコンポーネントを生成する。
- 等化され、遅延されたコンポーネントのサブセットを追加するモジュール。結果として、時間ドメイン内で再生される第2のセット内のオーディオチャネルの数(2つ以上)に対応するいくつかのフィルタリングされた信号を変換ドメイン内で作成する。
- 変換ドメイン内でフィルタリングされた各信号を合成するモジュール。結果として、時間ドメイン内で再生される2つ以上のオーディオチャネルを備える第2のセットを取得する。
F{Fl,C,Fr,Sr,Sl,lfe}=ΣCEDkx
Bl,Br=Synth(F{Fl,C,Fr,Sr,Sl,lfe})
ITDしきい値=Td-Tg
exp(-j*pi*(k+0.5)*d/M)
さらに、遅延線によって純粋遅延が導入される。たとえば、次の操作を実行する。
y(k,n)=x(k,n-D)
- expは指数関数
- jはj*j=-1
- kは対象のサブバンドSBkのランク
- Mは対象のサブバンドのアンダーサンプリングレート。たとえば、M=64とする。
- y(k,n)は、ランクkのサブバンドSBkのランクnの時間サンプルに純粋遅延を適用した後の出力サンプルの値、すなわちサンプルx(k,n)に遅延Bを適用した値である。
- 上の式で、dおよびDはアンダーサンプリングされない時間ドメインにおける遅延D*M+dの適用に対応する値である。遅延D*M+dは、前に計算された両耳間の遅延に対応する。dは負の値をとることができる。これによって遅延に代わる位相前進のシミュレーションが可能になる。
- A[k]はランクkのサブバンドSBkの増幅器l0およびl3の利得
- B[k]は図3aに示す増幅器l1およびl2の利得
- C[k]は増幅器l4の利得
- D[k]は増幅器l5、l8の利得
- E[k]は増幅器l6、l7の利得
- A[k]*Fl[k][n]
- B[k]*Fl[k][n]
- B[k]*Fr[k][n]
- A[k]*Fr[k][n]
- C[k]*Fc[k][n]
- D[k]*Sl[k][n]
- E[k]*Sl[k][n]
- E[k]*Sr[k][n]
- D[k]*Sr[k][n]
LO[k][n]=A[k]Fl[k][n]
RO[k][n]=B[k]Fl[k][n] Dfサンプルによる遅延
R1[k][n]=A[k]Fr[k][n]
L1[k][n]=B[k]Fr[k][n] Dfサンプルによる遅延
L2[k][n]=R2[k][n]=C[k](Fc[k][n]+lfe[k][n])
L3[k][n]=D[k]Sl[k][n]
R3[k][n]=E[k]Sl[k][n] Dsサンプルによる遅延
R4[k][n]=D[k]Sr[k][n]
L4[k][n]=E[k]Sr[k][n] Dsサンプルによる遅延
LO[k][n]+L1[k][n]+L2[k][n]+L3[k][n]+L4[k][n](加算器モジュール20の場合)
RO[k][n]+R1[k][n]+R2[k][n]+R3[k][n]+R4[k][n](加算器モジュール21の場合)
- 受信した3つのチャネルを仮想チャネルのセットに空間情報(upmix)を使用して射影(5つを超える出力チャネル)
- HRTFを使用して仮想チャネルを5つの出力チャネルに削減する。
e[k]=G[k+l]-G[k]
これが線形または対数で送信される。
HRTF-r 右の音響伝達関数
Si 音源
L 聞き手の左の耳に送信される信号
R 聞き手の右の耳に送信される信号
HB 人間
C スピーカー(Center)
Lf スピーカー(Left front)
Rf スピーカー(Right front)
Sl スピーカー(Surround left)
Sr スピーカー(Surround right)
LE 左の耳
RE 右の耳
Bl バイノーラル化された左耳LE向けの信号
Br バイノーラル化された右耳RE向けの信号
A、B、C、D、E フィルタ
m 符号化されたオーディオ信号
CLD、ICC エンコーダで計算された係数
lfe 低周波数効果のチャネル
Synth シンセサイザブロック
SD 空間復号器
OTT 復号化の係数の行列に対応するモジュール
SBk HRTFフィルタでランクkのサブバンド
gk 利得の値
dk 遅延の値
A、B、C ステップ
A1、A2、A3 サブステップ
A1'、A2'、A3' ステップ
1 フィルタリングモジュール
l0からl8 増幅器
l9からl12 遅延モジュール
D.L. 遅延線
2 追加モジュール
20、21 加算器モジュール
Df、Bf、Ds、Ds 遅延の値
3 合成モジュール
30、31 合成フィルタバンク(シンセサイザ)
I 符号化および空間符号化ユニット
II 復号化および空間復号化ユニット
III イコライザ遅延フィルタ計算ユニット
Claims (17)
- 指定された数の周波数サブバンドを使用して空間的に符号化されたいくつか(1つ以上)のオーディオチャネルを備える第1のセットを備えるオーディオシーンの音声空間化の方法であって、前記第1のセットは変換ドメイン内でいくつか(2つ以上)のオーディオチャネルを備える第2のセットに復号化され、前記第2のセットは時間ドメイン内で前記第1のチャネルセットのオーディオ信号の音響伝達をモデル化するフィルタを使用して再生され、前記変換ドメイン内で適用可能な少なくとも1つの利得と1つの遅延に変換されるモデリングフィルタのそれぞれについて、前記方法は、前記変換ドメインの周波数サブバンドごとに、少なくとも、
前記空間的に符号化されたチャネルから開始して、前記対象の周波数サブバンド内で等化され、指定された遅延の値で遅延されたコンポーネントを生成するために、前記サブバンド信号に利得と遅延をそれぞれ適用することによって、前記サブバンド内の信号のイコライザ遅延によるフィルタリングを実行するステップと、
前記時間ドメイン内で再生する前記第2のセット内の2つ以上のオーディオチャネルの数に対応するフィルタリングされたいくつかの信号を前記変換ドメイン内で作成するために、等化され、遅延されたコンポーネントのサブセットの追加を実行するステップと、
前記時間ドメイン内で再生する2つ以上のオーディオチャネルを備える第2のセットを取得するために、前記変換ドメイン内で前記フィルタリングされた信号のそれぞれについて合成フィルタによる合成を実行するステップとを含むことを特徴とする方法。 - 前記サブバンド信号の前記イコライザ遅延によるフィルタリングを実行するステップは、前記周波数サブバンドの少なくとも1つに対して少なくとも前記位相シフトの適用を実行するステップを含むことを特徴とする請求項1に記載の方法。
- 前記イコライザ遅延によるフィルタリングを実行するステップは、前記周波数サブバンドの少なくとも1つに対するストレージによる純粋遅延をさらに含むことを特徴とする請求項2に記載の方法。
- ハイブリッド変換ドメイン内で前記イコライザ遅延によるフィルタリングを実行するステップは、前記適用される利得の値の数を増大するためにデシメーションを実行せずに追加のサブバンドへの周波数分割を実行する追加のステップと、これに続く前記利得の値が適用された前記追加のサブバンドを再結合してから前記遅延を適用するステップとを備えることを特徴とする請求項1から3のいずれか一項に記載の方法。
- ハイブリッド変換ドメイン内で前記イコライザ遅延によるフィルタリングを実行するステップは、前記適用される利得の値の数を増大するためにデシメーションを伴って追加のサブバンドへの周波数分割を実行する追加のステップと、その後に続く前記利得の値が適用された前記追加のサブバンドを再結合するステップとを備えており、前記再結合するステップはそれ自体が前記遅延の適用の前または後であることを特徴とする請求項1から3のいずれか一項に記載の方法。
- 前記変換ドメイン内で個々のモデリングフィルタをそれぞれ利得の値と遅延の値に変換するために、少なくとも、
利得の値としてサブバンドごとに前記モデリングフィルタの絶対値の平均として定義された実数値を関連付けるステップと、
遅延の値としてサブバンドごとにさまざまな位置に関する左耳と右耳の間の伝搬遅延に対応する遅延の値を関連付けるステップとを含むことを特徴とする請求項1から5のいずれか一項に記載の方法。 - 前記PQMFドメイン内で利得を適用するステップは、複素数値で表現される前記サブバンド信号の各サンプルの値に、実数で構成される前記利得の値を乗じるステップを含むことを特徴とする請求項1から3または6(請求項4と5を除く)のいずれか一項に記載の方法。
- 前記PQMFドメイン内で利得を適用するステップは、少なくとも、複素数値で表現される前記サブバンド信号のサンプルごとに、
前記対象のサブバンドの前記ランク、前記対象のサブバンドの前記アンダーサンプリングレート、および前記聞き手の両耳間の遅延の差に関連する遅延パラメータの関数である複素数の指数値を前記サンプルに乗じることによって前記複素平面内の回転を導入するステップと、
前記回転後のサンプルに純粋時間遅延を導入し、前記純粋時間遅延は聞き手の両耳間の前記遅延の差、および前記対象のサブバンドの前記アンダーサンプリングレートの関数であるステップを含むことを特徴とする請求項1から3または6または7(請求項4と5を除く)のいずれか一項に記載の方法。 - 前記第1のセットは5.1モードで空間的に符号化されたN=6のオーディオチャネルを備えるオーディオシーンのバイノーラルサウンド空間化を実行するために、前記第2のセットは前記時間ドメイン内で再生され、オーディオヘッドフォンのペアで再生される2つのオーディオチャネルを備えることを特徴とする請求項1から8のいずれか一項に記載の方法。
- 前記方法は少なくとも2つのイコライザ遅延のペアについて反復され、前記取得された信号は前記時間ドメイン内で前記オーディオチャネルを取得するために合計されることを特徴とする請求項1から9のいずれか一項に記載の方法。
- 前記第1のセットは空間的に符号化された所定の数のオーディオチャネルを備えており、前記第2のセットは前記時間ドメイン内で再生されるより少ない数のオーディオチャネルを備えるオーディオシーンのサウンド空間化を実行するために、前記復号化において、空間的に符号化されたいくつかのオーディオチャネルから前記時間ドメイン内で再生されるオーディオチャネルの数以上のオーディオチャネルを備えるセットへの逆変換を実行するステップを含むことを特徴とする請求項1から9のいずれか一項に記載の方法。
- 前記モデリングフィルタに関連付けられた前記利得と遅延の値は量子化された形で送信されることを特徴とする請求項1から11のいずれか一項に記載の方法。
- 指定された数の周波数サブバンドを使用して空間的に符号化されたいくつか(1つ以上)のオーディオチャネルを備える第1のセットを備えるオーディオシーンの音声空間化のデバイスであって、前記第1のセットは変換ドメイン内でいくつか(2つ以上)のオーディオチャネルを備える第2のセットに復号化され、前記第2のセットは前記時間ドメイン内で前記第1のチャネルセットの前記オーディオ信号の音響伝達をモデル化するフィルタを使用して再生され、空間符号器の周波数サブバンドごとに、前記変換ドメイン内で、前記デバイスは、前記空間符号器だけでなく、
前記空間的に符号化されたオーディオチャネルから、前記対象の周波数サブバンド内で等化され、指定された遅延の値で遅延されたコンポーネントを生成するために、前記サブバンド信号に少なくとも1つの利得と遅延をそれぞれ適用することによって、前記サブバンド内の信号のイコライザ遅延によるフィルタリングを実行する手段と、
前記時間ドメイン内で再生する前記第2のセット内の2つ以上のオーディオチャネルの数に対応するフィルタリングされたいくつかの信号を前記変換ドメイン内で作成するために、等化され、遅延されたコンポーネントのサブセットの追加を実行する手段と、
前記時間ドメイン内で再生する2つ以上のオーディオ信号を備える前記第2のセットを取得するために、前記変換ドメイン内で前記フィルタリングされた信号のそれぞれについて合成フィルタによる合成を実行する手段とを含むことを特徴とするデバイス。 - 前記利得の適用によってフィルタリングを実行する手段は、空間的に符号化された個々のオーディオチャネルの任意の複素数のサンプルに実数値を乗じるためのデジタル乗算器を備えることを特徴とする請求項13に記載のデバイス。
- 前記遅延の適用によってフィルタリングを実行する手段は、前記サブバンド信号の任意のサンプルについて前記複素平面内の回転を導入できるようにする、前記対象のサブバンドの前記ランク、前記対象のサブバンドの前記アンダーサンプリングレート、および前記聞き手の両耳間の遅延の差に関連する遅延パラメータの関数である複素数の指数値を前記サブバンド信号の任意のサンプルに乗じるための少なくとも1つの複素デジタル乗算器を備えることを特徴とする請求項13または14のいずれか一項に記載のデバイス。
- 前記フィルタリングを実行する手段は、前記聞き手の両耳間の前記遅延の差、および前記対象のサブバンドの前記アンダーサンプリングレートの関数である純粋時間遅延を導入できる、回転後の各サンプルに対する純粋遅延線をさらに備えることを特徴とする請求項15に記載のデバイス。
- 記憶媒体に格納され、コンピュータまたは専用のデバイスによって実行される一連の命令を備えるコンピュータプログラムであって、こうした実行の間に前記プログラムは請求項1から12のいずれか一項に記載の、前記フィルタリング、追加、合成のステップが実行されることを特徴とするコンピュータプログラム。
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