JP4682262B2 - 非相関信号の生成 - Google Patents

Description

本発明は、非相関信号を生成する装置及び方法に関し、特に、過渡部を含む信号から非相関信号を引き出す能力に関し、これは４チャンネルのオーディオ信号の再構築及び／又は後に行われる非相関信号と過渡信号の組み合わせが知覚可能な信号低下を引き起こすことのないように行われるものである。

オーディオ信号処理分野における多くの応用では、与えられたオーディオ入力信号に基づき非相関信号を生成する必要がある。その例として、モノ信号のステレオへのアップミックス、モノ信号又はステレオ信号に基づく４チャンネルアップミックス、人工的残響の生成又はステレオベースの拡張が挙げられる。

現在の方法及び／又はシステムでは、特別な信号（拍手のような信号）に関して、音質や感知できる音響が極度に低下する。これは、特に再生がヘッドフォンを通して行われた場合に顕著である。更に、標準的な非相関器は、非常に複雑で計算に時間のかかる方法を用いる。

この問題点を強調するために、図７及び図８では信号処理での非相関器の使用を示している。ここでは、図７に示すモノからステレオへのデコーダに関して簡単に説明する。

このモノからステレオへのデコーダは、標準的な非相関器１０及び混合マトリクス１２を含む。モノからステレオへのデコーダは、入力モノ信号１４を左チャンネル１６ａと右チャンネル１６ｂを含むステレオ信号１６に変換するためのものである。標準的非相関器１０は、入力モノ信号１４から非相関信号１８（Ｄ）を生成し、この非相関信号１８（Ｄ）は、入力モノ信号１４と共に、混合マトリクス１２に入力される。これに関して、処理されていないモノ信号は、しばしば、「ドライ」信号と呼ばれ、非相関信号Ｄは「ウェット」信号と呼ばれる。

この混合マトリクス１２は、ステレオ信号１６を生成するために、非相関信号１８と入力モノ信号１４とを合成する。ここで、混合マトリクスの係数１２（Ｈ）は、一定なものでもよく、あるいは信号に依存するものであってもよく、ユーザ入力に依存するものであってもよい。また、混合マトリクス１２によって行われるミキシング処理は周波数選択的なものであってもよい。つまり、異なる周波数域のために、異なるミキシング処理及び／またはマトリクス係数が使用されてもよい。この目的のために、入力モノ信号１４が非相関信号１８と共にフィルターバンク表示されるように、入力モノ信号１４はフィルターバンクによって前処理される。この前処理では、異なる周波数域の信号部分がそれぞれ別々に処理される。

アップミックス処理の制御、つまり混合マトリクス１２の係数の制御は、ミックスコントローラ２０を介してユーザの作業によって行われてもよい。混合マトリクスの係数１２（Ｈ）はまた、入力モノ信号１４（ダウンミックス）と共に送られてくるいわゆる「サイド情報」を介してもたらされてもよい。ここでは、サイド情報は、入力モノ信号１４（送信されてきた信号）からどのようにして多チャンネル信号が生成されるのかということについてのパラメトリック説明を含んでいる。この空間的なサイド情報は、概して、実際のダウンミックス、つまり入力モノ信号１４の生成の前に、エンコーダによって生成される。

前述の処理は、通常、パラメトリック（空間的な）オーディオ符号化で行われる。例えば、いわゆる「パラメトリックステレオ」符号化（２００４年１０月、イタリア、ナポリでの第７回音響効果国際学会（ＤＡＦＸ−０４）におけるＨ．プルンハーゲンによる「ＭＰＥＧ−４における低複合パラメトリックステレオ符号化」）及びＭＰＥＧサラウンド方法（２００６年、スウェーデン、ピーテオでの第２８回ＡＥＳ国際学会におけるＬ．ビレモース、Ｊ．ヘーレ、Ｊ．ブリーバート、Ｇ．ホートホ、Ｓ．ディシュ、Ｈ．プルンハーゲン、Ｋ．キェーリングによる「ＭＰＥＧサラウンド：空間的オーディオ符号化のためのＩＳＯ標準」）がこのような方法を採用している。

図８に、パラメトリックステレオデコーダの一つの典型例を示す。図７に示すような単純で周波数選択的ではない場合に加えて、図８に示すデコーダは、解析フィルターバンク３０及び合成フィルターバンク３２を含む。これは、非相関化が（スペクトル領域で）周波数依存的な方法で行われる場合である。このために、入力モノ信号１４は、まず、解析フィルターバンク３０によって異なる周波数域のための信号部分に分割される。つまり、前述した例と同様に、各周波帯域のために、それ自身の非相関信号が生成される。入力モノ信号１４以外にも、空間的パラメータ３４が送信され、これらのパラメータは、合成信号を生成するために混合マトリクス１２のマトリクス素子を決定あるいは変更する。合成信号は合成フィルターバンク３２によって時間領域に戻され、ステレオ信号１６が生成される。

さらに、異なる方法での再生を想定してのアップミックス及び／又はステレオ信号１６を生成するために、及び／又は、再生の質をそれぞれの場合に合わせて最適化するために、空間的パラメータ３４をパラメータコントローラ３６により変更してもよい。空間的パラメータ３４を両耳効果のために調節する場合、例えば、混合マトリクス１２を制御するパラメータを形成するために、これらの空間的パラメータ３４を両耳フィルターのパラメータと組み合わせてもよい。また、パラメータは直接的なユーザの作業により変更されてもよく、他の道具や方法で変更されてもよい（例えば、２００６年９月２−４日、韓国、ソウルでの第２９回ＡＥＳ国際学会におけるブリーバート，イェロエン、ヘーレ，ユルゲン、ジン，クレイグ、キェーリング，クリストファ、コッペンズ，イェロエン、プロギスティース，ジャン、ビレモース，ラルスによる「多チャンネルのモバイル化：ＭＰＥＧサラウンド両耳演奏」参照）。

混合マトリクス１２（Ｈ）のチャンネルＬ，Ｒの出力は、入力モノ信号１４（Ｍ）と非相関信号１８（Ｄ）から、例えば以下のように生成される。

従って、非相関信号１８（Ｄ）の出力信号に含まれる部分は、混合マトリクス１２で調節される。この処理において、混合割合は、送信されてくる空間的パラメータ３４に基づき時間変動的である。これらのパラメータは、例えば、二つの元の信号の相関性を示すパラメータであってもよい。（この種のパラメータは例えばＭＰＥＧサラウンド符号化で使用され、他にもＩＣＣと呼ばれるものがある。）さらに、元々与えられた二つのチャンネルのエネルギー割合を示し、入力モノ信号１４に含まれるパラメータが送られてもよい（ＭＰＥＧサラウンドにおけるＩＣＬＤ及び／またはＩＣＤ）。また、マトリクス素子はユーザーの直接入力によって変更されてもよい。

現在まで、非相関信号の生成のために、一連の異なる方法が用いられてきた。

パラメトリックステレオ及びＭＰＥＧサラウンドは、全域フィルター、つまりスペクトル域全域を通過させるがスペクトルに依存するフィルター特性を有するフィルターを使用する。両耳キュー符号化（ファーラーとバウムガルテによるＢＣＣ、例えば２００４年のＣ．ファーラーのＥＰＦＬ博士論文「空間的オーディオのパラメトリック符号化」）では、非相関化のための「グループ遅延」が提案されている。この目的のために、信号のＤＦＴスペクトルにおける相を変更することによって、信号に周波数依存のグループ遅延が与えられる。つまり、異なる周波数域は異なる時間の遅延を有することになる。このような方法は、通常、相操作のカテゴリーの分野に入る。

さらに、単純な遅延、つまり一定時間の遅延を与えることが知られている。この方法は、４チャンネル構成での後部スピーカのためのサラウンド信号を生成するのに使用される。これは、例えば知覚の点で後部スピーカの信号を前部スピーカの信号から非相関化するためである。このようなマトリクスサラウンドシステムの典型的なものは、ドルビープロロジックIIであり、これは後部のオーディオチャンネルのために２０〜４０ｍｓの遅延を使用するものである。音を聴く際に、前後のスピーカの非相関性が左右のチャンネルの非相関性ほども実質的に重要でない場合には、このような単純な実施が行われてもよい。これは、リスナーによって知覚される再生信号の「幅」が実質的に重要である場合である（Ｊ．ブラウアートによる「空間的聴取：人間の音に対する局所的集中の心理物理学」、ＭＩＴプレス、１９９７年改訂版参照）。

前述したような広く使用されている非相関化方法は以下のような短所を有している。
・信号のスペクトル相関性（櫛状フィルター効果）
・信号の「歯切れ良さ」の低下
・エコー／反響効果に対する妨害
・知覚される非相関性の不十分さ及び／又は不十分なオーディオマッピングの幅
・繰り返しの多い音の特性

ここで、本発明は、この種の信号処理にとって最も重要な信号は、特に、過渡的事象の高い時間密度と空間的分布を有する信号（これらの信号は広帯域のノイズのような信号成分と共に送信されて来る）であるということを示す。これは、特に、拍手のような信号のために前述の特性を処理する場合である。これは、非相関化によって、それぞれの過渡的信号（事象）が時間に関して不鮮明になる可能性があり、同時にノイズのようなバックグラウンドが櫛状フィルター効果のためにスペクトル的に色づけされる（これは信号の音色の変化として容易に知覚されるものである）という事実によるものである。

要するに、公知の非相関化方法は前述のような人為結果を生成するか、あるいは十分な非相関化を行うことができないものである。

ここで特筆すべきことは、ヘッドフォンを介してのリスニングは、一般的にスピーカを介してのリスニングよりも決定的なものであるということである。従って、前述の短所は、特にヘッドフォンを使用するリスニングが概して必要となる場合に関するものである。これは、一般的に携帯再生装置の場合であり、この場合は、小さいエネルギー供給源しか有していない。これに関して、非相関化にかかる計算容量もまた重要な一面である。公知の非相関化アルゴリズムのほとんどは、計算の面で極端に集中的である。これらを実施する際には、従って、かなり多数の計算処理が必要であり、高速プロセッサを使用しなければならなくなるが、これらの高速プロセッサは必然的に大きなエネルギーを消費する。また、このような複雑なアルゴリズムを実施するには大容量メモリーが必要である。このように、結果的にエネルギー需要が大きくなる。

特に両耳信号再生（そしてヘッドフォンを介してのリスニング）の際に、信号再生の知覚の点からの質に関して、いくつかの問題が起こるであろう。一つは、拍手の信号に関して、過渡的事象を壊さないように、拍手のそれぞれの一打を正確に与えることが特に重要である。そこで、時間の点で拍手の各一打を不鮮明にすることのない、つまりいかなる時間的分散特性をも有しない非相関器が必要となる。周波数依存のグループ遅延をもたらす前述のようなフィルター、及び、一般的な全域フィルターはこの目的には不適当である。さらに、例えば単純な遅延によって生じる繰り返しの多い音響を避けることが必要である。このような単純な遅延は復号化された信号を生成するのに使用され、それがその後混合マトリクスによって直接信号に付加された場合、極端に繰り返しの多い音となり、従って不自然なものとなるであろう。このような固定的な遅延はさらに櫛状フィルター効果、つまり再生信号に望ましくない着色をもたらす。

単純な遅延の使用はさらに周知の先行音効果を引き起こす（（Ｊ．ブラウアートによる「空間的聴取：人間の音に対する局所的集中の心理物理学」、ＭＩＴプレス、１９９７年改訂版参照）。同様のことは、単純な遅延が用いられた場合は、時間の点で先行する出力チャンネルと時間の点で後続の出力チャンネルが存在するという事実から生じる。人間の耳は、最初にノイズが聞こえる空間的方向に音源があると感知する。つまり、時間的に先行する出力チャンネルの信号部分（先行する信号）がたまたまそこで再生されるということで、その方向に信号源が存在すると知覚され、これは、実際に空間的配置に対応する空間的パラメータの表示がそれとは違うことを示していようが関係なく知覚される。

本発明の目的は、過渡信号の質を向上させる信号非相関化装置及び信号非相関化方法を提供することである。

この目的は、請求項１に係る非相関器及び請求項１９に係る非相関信号生成方法によって達成される。

ここで、本発明は、過渡的なオーディオ入力信号に対して、第１期間において、第１出力信号がオーディオ入力信号に相当し、第２出力信号がオーディオ入力信号をある遅延時間分遅延させた信号に相当し、第２期間において、第１出力信号がオーディオ入力信号の遅延信号に相当し、第２出力信号がオーディオ入力信号に相当するように、オーディオ入力信号をオーディオ入力信号の遅延信号と合成することで非相関的な出力信号を生成し得るという発見に基づくものである。

換言すれば、一つのオーディオ入力信号から、まず、そのオーディオ入力信号の一つの遅延されたコピーが生成されるように、互いに非相関化された二つの信号が引き出される。そして、そのオーディオ入力信号とそのオーディオ入力信号の遅延信号が二つの出力信号のために交互に使用されることにより、二つの出力信号が生成される。

時間離散表示において、このことは、出力信号の一連のサンプルは、オーディオ入力信号から及びオーディオ入力信号の遅延信号から交互に直接使用され、生成されることを意味する。非相関信号を生成するのに、ここでは遅延が利用され、これは周波数依存であり、従って時間的に拍手の一打を不鮮明にすることはない。時間離散表示の場合、数少ないメモリー素子による一連の遅延処理が、達成可能な再生信号の空間的幅と必要なメモリー付加との間の良いトレードオフである。遅延時間は好ましくは５０ｍｓよりも小さく設定され、さらに、３０ｍｓ以下にすることが特に好ましい。

第１期間において、オーディオ入力信号が直接左チャンネルを形成し、それに引き続く第２期間において、そのオーディオ入力信号の遅延信号がその左チャンネルとして使用されることで、前述の問題点は解消される。右チャンネルに関しても同様である。

好ましい実施形態において、それぞれの交換処理期間の切換え時間は、その信号に典型的な過渡的事象の時間よりも長く設定する。つまり、先行チャンネルと後続チャンネルが定期的に（又はランダムに）、（例えば１００ｍｓの）間隔をおいて交換される場合、この時間間隔を適度に設定することで、人間の聴覚器官の鈍さのために、配置方向の乱れが抑えられるかもしれない。

本発明によれば、過渡信号（例えば拍手）を壊すことなく、また、繰り返しの多い音特性を示すこともない広い音場を生成することが可能である。

本発明に係る非相関器は非常にわずかな計算処理をするだけである。詳しくは、非相関的信号を生成するのに、一つの遅延処理とわずかな操作を必要とするだけである。個々のチャンネルの交換は単純なコピー処理であり、この処理には何ら付加的な費用も時間もかからない。任意に行われる信号処理及び／又は後処理の方法もそれぞれ加算又は減算のみを行うものであり、つまり、概して既存のハードウェアによって実行できる処理である。従って、この遅延手段又は遅延ラインを実施するにあたって、付加的に必要となるメモリーは非常に小さなものである。多くのシステムで余分なメモリーが存在し、それらが状況により適宜使用され得る。

本発明に係る非相関器の実施形態を示す。 本発明の方法で生成された非相関信号の説明図である。 本発明に係る非相関器の別の実施形態を示す。 図２Ａの非相関器のための制御信号の実施形態を示す。 本発明に係る非相関器のさらに別の実施形態を示す。 非相関信号を生成するための装置の一例を示す。 出力信号を生成するための本発明に係る方法の一例を示す。 本発明に係るオーディオデコーダの一例を示す。 先行技術によるアップミキサーの一例を示す。 先行技術によるアップミキサー／デコーダの別の一例を示す。

本発明の好ましい実施形態を、図面を参照しながら詳しく説明する。

図１は、オーディオ入力信号５４（Ｍ）に基づき、第１出力信号５０（Ｌ’）と第２出力信号５２（Ｒ’）を生成するための本発明に係る非相関器の一例を示す。

この非相関器は、オーディオ入力信号の遅延信号５８（Ｍ＿ｄ）を生成するために、遅延手段５６を含む。非相関器は、第１出力信号５０と第２出力信号５２を得るために、オーディオ入力信号の遅延信号５８とオーディオ入力信号５４を合成するためのミキサー６０をさらに含む。ミキサー６０は概略的に示されている二つのスイッチからなり、これにより、オーディオ入力信号５４は左側出力信号５０と右側出力信号５２とに交互に切換えられる。オーディオ入力信号の遅延信号５８に関しても同様である。従って、第１期間においては、第１出力信号５０はオーディオ入力信号５４に相当し、第２出力信号５２はオーディオ入力信号の遅延信号５８に相当し、第２期間においては、第１出力信号５０はオーディオ入力信号の遅延信号５８に相当し、第２出力信号５２はオーディオ入力信号５４に相当するように、相関器のミキサー６０は機能する。

つまり、本発明に係る非相関器において、オーディオ入力信号５４の遅延コピーが用意され、そしてオーディオ入力信号５４とオーディオ入力信号の遅延信号５８が交互に出力チャンネルとして使用される。つまり、出力信号を形成する成分（オーディオ入力信号５４とオーディオ入力信号の遅延信号５８）は、計時に基づき交換される。ここで、交換が行われる各期間、つまり一つの入力信号が一つの出力信号と対応する期間の長さは可変である。さらに、それぞれの成分が交換処理される期間の長さは互いに異なっていてもよい。これは、第１出力信号５０がオーディオ入力信号５４とオーディオ入力信号の遅延信号５８とで形成される時間の割合が可変的に調節され得るということである。

ここで、良好な信号再生のためには、この期間の長さは、オーディオ入力信号５４に含まれる過渡部分の平均時間よりも長いものであることが好ましい。

ここでの適正な期間の長さは、１０ｍｓ〜２００ｍｓ、例えば典型的には１００ｍｓの時間である。

交換処理期間に加えて、遅延の時間も信号の条件に応じて調節してもよく、あるいは時間可変であってもよい。好ましい遅延時間は２ｍｓ〜５０ｍｓの間で間隔をおいて見られ、例えば、３，６，９，１２，１５又は３０ｍｓである。

図１に示す本発明に係る非相関器は、一つには過渡信号の到来つまり始まりを不鮮明にすることなく、さらに非常に高い非相関性を確実に有する非相関信号の生成を可能にし、これは、このような非相関信号によって再生された多チャンネル信号を、リスナーは特に空間的に拡張された信号として知覚する結果となる。

図１からわかるように、本発明に係る非相関器は、連続的なオーディオ信号及びサンプリングされたオーディオ信号つまり一連の離散サンプルとして存在する信号のいずれにも適用することができる。

図２は、離散サンプルに存在するこのような信号に対する、図１の非相関器の作用を示す。

ここで、一連の離散サンプルという形で存在するオーディオ入力信号５４及びオーディオ入力信号の遅延信号５８を検討する。ミキサー６０は、オーディオ入力信号５４，オーディオ入力信号の遅延信号５８と二つの出力信号５０，５２の間の二つの接続路として概略的に表わされているのみである。また、第１期間７０の間は、第１出力信号５０はオーディオ入力信号５４に相当し、第２出力信号５２はオーディオ入力信号の遅延信号５８に相当する。ミキサーの作用により、第２期間７２の間は、第１出力信号５０はオーディオ入力信号の遅延信号５８に相当し、第２出力信号５２はオーディオ入力信号５４に相当する。

図２に示す場合には、第１期間７０と第２期間７２の長さは同じであるが、前述したようにこれは前提条件ではない。

図２の場合、それは４個のサンプルと時間的に等しく、第１出力信号５０及び第２出力信号５２を生成するために、４個のサンプルの計時毎に、二つの信号５４と５８の間での切換えが行われる。

信号を非相関化するための本発明に係る概念は、時間領域に、つまりサンプル周波数によって与えられる時間的解像度で適用されてもよい。この概念は信号のフィルターバンク表示に応用することもできる。フィルターバンク表示では、信号（オーディオ信号）がいくつかの離散周波数域に分けられ、各周波数域の信号は通常低下した時間解像度で存在する。

図２Ａは別の実施形態を示し、ミキサー６０では、第１期間において、第１出力信号５０は、オーディオ入力信号５４から形成された第１部分Ｘ（ｔ）とオーディオ入力信号の遅延信号５８から形成された第２部分１−Ｘ（ｔ）からなる。従って、この第１期間において、第２出力信号５２は、オーディオ入力信号の遅延信号５８から形成された部分Ｘ（ｔ）とオーディオ入力信号５４から形成された部分１−Ｘ（ｔ）からなる。図２Ｂに実施可能な関数Ｘ（ｔ）を示すが、これはクロスフェード関数と呼ばれるものであってもよい。どのような実施においても共通することは、オーディオ入力信号５４とオーディオ入力信号の遅延信号５８の時間変動部を有する第１出力信号５０及び第２出力信号５２を得るために、ミキサー６０は、オーディオ入力信号の遅延信号５８をオーディオ入力信号５４と組み合わせるように機能するということである。ここで、第１期間において、第１出力信号５０の５０％以上の部分はオーディオ入力信号５４から形成され、第２出力信号５２の５０％以上の部分はオーディオ入力信号の遅延信号５８から形成される。第２期間において、第１出力信号５０はオーディオ入力信号の遅延信号５８の５０％以上の部分を含み、第２出力信号５２はオーディオ入力信号５４の５０％以上の部分を含む。

図２Ｂは、図２Ａに示すミキサー６０のための可能な制御関数を示している。時間ｔは任意の単位でｘ軸上に示され、０〜１までの関数値を示し得る関数Ｘ（ｔ）はｙ軸上に示されている。他の関数Ｘ（ｔ）も使用でき、必ずしも０〜１の範囲の値を示すものでなくてもよい。０〜１０のような他の数値域も考えられる。第１期間６２及び第２期間６４の出力信号を決定する関数Ｘ（ｔ）の三つの例を示す。

第１の関数６６は箱型であり、図２に示したようなチャンネル交換や、図１に概略的に示したようないかなるクロスフェードも行わない交換の場合に対応するものである。図２の場合に関して、第１期間６２においては、第１出力信号５０は完全にオーディオ入力信号５４から形成され、第２出力信号５２は完全にオーディオ入力信号の遅延信号５８から形成される。第２期間６４においては、同様のことが逆転して行われる。これらの期間の長さは必ずしも同じではない。

点線で示されている第２の関数６８は、信号を完全に切換えるものではなく、どの時点においても、第１及び第２出力信号５０，５２を完全にオーディオ入力信号５４から、あるいは完全にオーディオ入力信号の遅延信号５８から形成することはない。しかし、第１期間６２においては、第１出力信号５０の５０％以上の部分はオーディオ入力信号５４から形成される。同様のことが第２出力信号５２についても適用される。

第３の関数６９は、クロスフェード時６９ａ〜６９ｃにおいて、クロスフェード効果が達成されるように実施される。クロスフェード時は第１期間６２と第２期間６４の間の過渡期に相当し、オーディオ出力信号が変化していく特徴がある。つまり、第１期間６２の最初と最後の部分において、第１出力信号５０及び第２出力信号５２は、オーディオ入力信号の遅延表示５８の一部とオーディオ入力信号５４の一部の両方を含む。

最初の部分と最後の部分との間の中間期間６９において、第１出力信号５０はオーディオ入力信号５４に相当し、第２出力信号５２はオーディオ入力信号の遅延信号５８に相当する。クロスフェード時６９ａ〜６９ｃにおける関数６９の傾きは、オーディオ信号の知覚される再生の質を条件に合わせるために適度に変化させてもよい。しかし、いかなる場合においても、第１期間６２において、第１出力信号５０はオーディオ入力信号５４の５０％以上を含み、第２出力信号５２はオーディオ入力信号の遅延信号５８の５０％以上を含み、第２期間６４において、第１出力信号５０はオーディオ入力信号の遅延信号５８の５０％以上を含み、第２出力信号はオーディオ入力信号５４の５０％以上を含むことが必須である。

図３は、本発明の概念を実施する非相関器のさらに別の実施形態を示す。前述した例と機能的に同じ又は同様である部材には、前述の例と同じ符号が付されている。

一般的に、応用全体に関してあてはまることは、それぞれの実施形態に関する説明が互いに交換可能に適用され得るために、機能的に同じ又は同様である部材が同じ符号で示されているということである。

図３に示す非相関器は、図１に概略的に示す非相関器とは以下の点で異なっている。オーディオ入力信号５４とオーディオ入力信号の遅延信号５８は、ミキサー６０に送られる前に、任意の調整手段７４で調整されてもよい。この任意の調整手段７４は第１調整器７６ａと第２調整器７６ｂを含み、第１調整器７６ａはオーディオ入力信号５４を調整可能であり、第２調整器７６ｂはオーディオ入力信号の遅延信号５８を調整可能である。

遅延手段５６にはオーディオ入力信号（モノラル）５４が与えられる。第１調整器７６ａ及び第２調整器７６ｂは、オーディオ入力信号及びオーディオ入力信号の遅延信号の強度を任意に変更してもよい。ここで、後続信号（Ｇ＿ｌａｇｇｉｎｇ）つまりオーディオ入力信号の遅延信号５８の強度が増強され、及び／又は、その先行信号（Ｇ＿ｌｅａｄｉｎｇ）つまりオーディオ入力信号５４の強度が弱められることが好ましい。強度の変更は、ここでは以下のような簡単な掛け算により行われてもよく、最適に選択されたゲイン係数が個々の信号成分に掛けられる。

Ｌ’＝Ｍ＊Ｇ＿ｌｅａｄｉｎｇ
Ｒ’＝Ｍ＿ｄ＊Ｇ＿ｌａｇｇｉｎｇ

ここで、ゲイン係数は合計エネルギーが得られるように選択されてもよい。また、ゲイン係数は信号に応じて変化するように定義されてもよい。付加的にサイド情報も送られてくる場合、つまり多チャンネルオーディオ再生の場合、例えば、ゲイン係数は、また、再生時の音響計画に応じて変更されるように、サイド情報によるものであってもよい。

ゲイン係数の適用、及び、オーディオ入力信号５４又はオーディオ入力信号の遅延信号５８の強度の変更により、先行音効果（同じ信号の遅れた繰り返しから生じる効果）が、遅延成分が増強され及び／又は非遅延成分が減衰されるように、遅延成分に対して直接成分の強度を変更することによって、補償され得る。遅延によって生じる先行音効果は、また、音量調節（強度調節）によって部分的に補償されてもよく、これは空間的ヒアリングにとって重要である。

前記の場合、遅延成分と非遅延成分（オーディオ入力信号５４とオーディオ入力信号の遅延信号５８）は適当な割合で交換される。つまり、
第１期間においては、Ｌ’＝Ｍ 及び Ｒ’＝Ｍ＿ｄ
第２期間においては、Ｌ’＝Ｍ＿ｄ 及び Ｒ’＝Ｍ

信号がフレームで、つまり固定の長さの離散時間部分で処理される場合、交換処理期間（切換え速度）は好ましくはフレーム長の整数倍である。交換時間つまり期間の長さの典型例の一つは１００ｍｓである。

図１に示すように、第１出力信号５０と第２出力信号５２は一つの出力信号として直接出力されてもよい。変換された信号に基づき非相関化が行われる場合、非相関化の後には、もちろん、逆の変換が必要である。図３の非相関器は、その出力側で第１の後処理後出力信号８２と第２の後処理後出力信号８４を得るために、第１出力信号５０と第２出力信号５２を合成する任意の後処理装置８０をさらに含み、この後処理装置８０はいくつかの有利な効果を奏する。一つには、多チャンネル再生における次のアップミックスのような更なる方法ステップのために信号を準備するものであってもよく、これにより、信号処理チェーンの残りのものを変える必要なく、既存の非相関器を本発明に係る非相関器に取り替えられる。

従って、図３に示す非相関器は、先行技術の非相関器又は図７，８に示す非相関器１０に十分取って代わることができ、本発明に係る非相関器の利点を簡単な方法で既存のデコーダに導入することができる。

後処理装置８０によって行われるような信号の後処理の一例は、センター−サイド（ＭＳ）符号化を説明する以下の式によって与えられる。

Ｍ＝０．７０７＊（Ｌ’＋Ｒ’）
Ｄ＝０．７０７＊（Ｌ’−Ｒ’）

さらに別の実施形態においては、後処理装置８０は直接信号と後続信号のミキシングの度合いを下げるために使用される。ここで、前記式によって表わされる通常の合成は、第１出力信号５０が例えば実質的に調整されて第１の後処理後出力信号８２として使用され、また、第２出力信号５２が第２の後処理後出力信号８４の基礎として使用されるように、変更されてもよい。後処理装置、及び後処理装置の特徴を有する混合マトリクスを完全に回避するか、又は、後処理装置８０内での信号の合成を制御するマトリクス係数を、信号のミキシングがほとんどあるいは全く起こらないように変更してもよい。

図４は、適当な相関器を用いて先行音効果を防止する別の方法を示す。ここでは、図３に示す第１及び第２調整ユニット７６ａ，７６ｂは必須であるが、ミキサー６０は省略してもよい。

ここで、前述の場合と同様に、オーディオ入力信号５４及び／又はオーディオ入力信号の遅延信号５８は強度に関して変更される。先行音効果を防止するために、以下の式で示すように、オーディオ入力信号の遅延信号５８の強度を強くするか、及び／又はオーディオ入力信号５４の強度を弱める。

Ｌ’＝Ｍ＊Ｇ＿ｌｅａｄｉｎｇ
Ｒ’＝Ｍ＿ｄ＊Ｇ＿ｌａｇｇｉｎｇ

ここで、オーディオ入力信号５４の強度が短い遅延時間で大きく低下されるように、強度は好ましくは遅延手段５６による遅延時間に応じて変更される。

遅延時間と関連するゲイン係数との有利な組み合わせは、以下の表のようにまとめられる。

強度調整された信号は、例えば前述したようなセンター−サイドエンコーダや前述したようなミキシングアルゴリズムのうちの一つによって、任意に混合される。

このように、信号の調整によって、時間的に先行する成分の強度を低下させて先行音効果を防止する。これは、信号に含まれる過渡部を時間的に不鮮明にせず、さらに、先行音効果による音響効果への悪影響を全く生じさせないミキシングによって、信号を生成するものである。

図５は、オーディオ入力信号５４に基づき、出力信号を生成するための本発明に係る方法の一例を概略的に示す。合成ステップ９０において、第１出力信号５０と第２出力信号５２を得るために、オーディオ入力信号５４のある遅延時間分遅延された信号がオーディオ入力信号５４と合成される。ここで、第１期間においては、第１出力信号５０はオーディオ入力信号５４に相当し、第２出力信号５２はオーディオ入力信号の遅延信号に相当する。第２期間においては、第１出力信号５０はオーディオ入力信号の遅延信号に相当し、第２出力信号５２はオーディオ入力信号５４に相当する。

図６は、本発明の概念のオーディオデコーダへの応用を示す。オーディオデコーダ１００は、標準非相関器１０２及び前述した本発明に係る非相関器のうちの一つに相当する非相関器１０４を含む。このオーディオデコーダ１００は、この例の場合には二つのチャンネルを呈する多チャンネル出力信号１０６を生成する。多チャンネル出力信号１０６はオーディオ入力信号１０８を基に生成され、ここで示されているように、オーディオ入力信号はモノ信号であってもよい。標準非相関器１０２は先行技術から公知の非相関器であり、このオーディオデコーダは、標準動作モードでは標準非相関器１０２を使用し、あるいは、過渡的なオーディオ入力信号１０８に対しては非相関器１０４を使用するように構成されている。従って、このオーディオデコーダによって生成された多チャンネル信号はまた、過渡的入力信号及び／又は過渡的ダウンミックス信号が存在する場合には、質の点でふさわしいものである。

従って、強度に非相関化された過渡信号を処理する際には本発明に係る非相関器を使用するということが基本的な意図である。過渡信号を認識する可能性がある場合、標準非相関器の代わりに本発明に係る非相関器が使用されてもよい。

さらに、非相関性情報（例えばＭＰＥＧサラウンド標準の多チャンネルダウンミックスの二つの出力信号の相関性を示すＩＣＣパラメータ）が入手可能な場合、この情報を、いずれの非相関器を使用するかを決定するための重要な基準として使用してもよい。例えば、ＩＣＣ値が小さい（例えば０．５よりも小さい）場合、（図１及び図３の非相関器のような）本発明に係る非相関器の出力が使用される。（音色信号のような）非過渡信号に対しては、常に最適な質で再生できるように標準非相関器が使用される。

つまり、本発明に係る非相関器のオーディオデコーダ１００への応用は、信号に依存するものである。前述したように、過渡信号部を検知する方法がいくつかある（信号スペクトルでのＬＰＣ予想、あるいは、信号の低周波スペクトル域に含まれるエネルギーと高周波スペクトル域に含まれるエネルギーとの比較等）。多くのデコーダにおいて、これらの検知構造はすでに存在するか又は簡単な方法で実施可能である。既存の表示器の一つの例は、前述のような信号の相関性又はコヒーレンスのパラメータである。さらに、これらのパラメータは、過渡信号部の存在の簡単な検知に加えて、生成される出力チャンネルの非相関性の強度を制御するために使用されてもよい。

過渡信号のための既存の検知アルゴリズムの使用例はＭＰＥＧサラウンドであり、そこでは、ＳＴＰ手段の制御情報が検知のために好ましいものであり、また、チャンネル間コヒーレンスパラメータ（ＩＣＣ）が使用されてもよい。この検知は、エンコーダ側及びデコーダ側の両方で行われてもよい。この場合、信号フラッグ又はビットが送信されなければならず、それがオーディオデコーダ１００によって、異なる非相関器間の切換えのために評価される。オーディオデコーダ１００の信号処理スキームが最終オーディオ信号再生のための重複ウィンドウに基づくものであり、隣接するウィンドウ（フレーム）の重複が十分に大きい場合、感知可能な人口物の混入を伴うことなく、異なる非相関器間の簡単な切換えが実行され得る。

このようなものではない場合、異なる非相関器間のほぼ感知不可能な切換えを可能とするためにいくつかの方法が取られてもよい。一つには、クロスフェード技術が使用可能である。この技術では、両方の相関器が最初並行使用される。標準非相関器１０２の信号はゆっくりと非相関器１０４に移り、しだいに消えていき、これと同時に、非相関器１０４の信号はしだいに鮮明になる。さらに、この非相関器間の切換えのために、ヒステリシス切換え曲線を使用してもよい。これにより、多様な非相関器間の複合的な直接切換えを避けるために、一つの非相関器への切換え後には、その相関器は特定の最低回数使用されることが確実になる。

異なる非相関器を使用した場合、音量効果に加えて、他の知覚心理効果が起こる可能性がある。

これは特に、本発明に係る非相関器が「幅広い」音場を生成可能である場合である。下流ミックスマトリクスにおいて、ある量の非相関信号が４チャンネルオーディオ再生の直接信号に付加される。ここで、非相関信号の量及び／又は生成される出力信号内での非相関信号の優勢は、概して知覚される音場の幅を決定する。この混合マトリクスのマトリクス係数は、概して、前述の送信された相関性パラメータ及び／又は他の空間的パラメータによって制御される。従って、本発明に係る非相関器に切換えられる前に、幅広い音響がゆっくりと立ち上がるように、本発明に係る非相関器への切換えの前に、最初に、混合マトリクスの係数を変更して音場の幅を人工的に広げてもよい。他方、本発明に係る非相関器からの切換えの場合、実際の切換え前に、音響の幅を狭くしてもよい。

もちろん、異なる非相関器間の特になめらかな移行を達成するために、前述の複数の切換え方法を組み合わせてもよい。

要するに、本発明に係る非相関器は、先行技術と比較して、いくつかの利点があり、特に拍手のような信号、つまり非常に過渡的な部分を有する信号の再生に適するものである。一つには、人工物を付加することなく、非常に幅広い音場が生成され、これは、拍手のような過渡信号の場合に特に有利である。繰り返し述べてきたように、本発明に係る非相関器は既存の再生システム及び／又はデコーダに簡単に組み込むことができ、さらに、信号の最適な再生を達成するために、これらのデコーダにすでに存在するパラメータによって制御され得る。このような既存のデコーダ構造への組み込みの例として、パラメトリックステレオ及びＭＰＥＧサラウンドという形で挙げられる。また、本発明の概念は、計算のための消費パワーが非常に小さい非相関器を提供することができるので、一つには、ハードウェアへの高価な投資が不要であり、また他方では、本発明に係る非相関器のエネルギー消費を無視できる。

前述の説明は主に離散信号、つまり一連の離散サンプルによって表示されるオーディオ信号に関して行ってきたが、これは単に理解しやすくするためのものである。本発明の概念は、連続オーディオ信号、及び、周波数変換空間のパラメータ表示のようなオーディオ信号の他の表示にも応用可能である。

条件に応じて、本発明に係る出力信号生成方法はハードウェア又はソフトウェアとして実施してもよい。これは、電子的に読み出し可能な制御信号を有するデジタル記憶媒体、特に、フレキシブルディスクやＣＤとして実施され、これらは、本発明に係るオーディオ信号生成方法を実行するように、プログラム可能なコンピュータシステムと協働してもよい。概して、本発明は、コンピュータ上で起動された際に機械読み出し可能な媒体に記憶された本発明の方法を実行するためのプログラムコードを有するコンピュータプログラム製品として存在する。換言すれば、本発明は、コンピュータ上で起動された際に本発明の方法を実行するためのプログラムコードを有するコンピュータプログラム製品として実現されてもよい。

Claims (26)

1. オーディオ入力信号（５４）に基づき、出力信号（５０，５２）を生成する非相関器であり、
   オーディオ入力信号（５４）及びオーディオ入力信号の遅延信号（５８）それぞれの時間変動部を有する第１出力信号（５０）及び第２出力信号（５２）を得るために、オーディオ入力信号（５４）とオーディオ入力信号をある遅延時間分遅延させた遅延信号（５８）とを合成するためのミキサー（６０）を含み、
   前記ミキサー（６０）は、
   第１期間（７０）において、第１出力信号（５０）はオーディオ入力信号（５４）の５０％以上の部分、及び、第２出力信号（５２）はオーディオ入力信号の遅延信号（５８）の５０％以上の部分を含み、
   第２期間（７２）において、第１出力信号（５０）はオーディオ入力信号の遅延信号（５８）の５０％以上の部分、及び、第２出力信号（５２）はオーディオ入力信号（５４）の５０％以上の部分を含むように、合成を行うこと、
   を特徴とする非相関器。
2. 前記第１期間（７０）において、第１出力信号はオーディオ入力信号（５４）に相当し、第２出力信号（５２）はオーディオ入力信号の遅延信号（５８）に相当し、
   前記第２期間（７２）において、第１出力信号（５０）はオーディオ入力信号の遅延信号（５８）に相当し、第２出力信号（５２）はオーディオ入力信号（５４）に相当すること、
   を特徴とする請求項１に記載の非相関器。
3. 前記第１期間（７０）の初期と終期において、第１出力信号（５０）及び第２出力信号（５２）はオーディオ入力信号（５４）の一部とオーディオ入力信号の遅延信号（５８）の一部を含み、
   前記第１期間（７０）の初期と終期との間の中間期において、第１出力信号（５０）はオーディオ入力信号（５４）に相当し、第２出力信号（５２）はオーディオ入力信号の遅延信号（５８）に相当し、
   前記第２期間（７２）の初期と終期において、第１出力信号（５０）及び第２出力信号（５２）はオーディオ入力信号（５４）の一部とオーディオ入力信号の遅延信号（５８）の一部を含み、
   前記第２期間（７２）の初期と終期との間の中間期において、第１出力信号（５０）はオーディオ入力信号の遅延信号（５８）に相当し、第２出力信号（５２）はオーディオ入力信号（５４）に相当すること、
   を特徴とする請求項１に記載の非相関器。
4. 前記第１期間及び第２期間は時間的に隣接し連続していることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の非相関器。
5. さらに、オーディオ入力信号（５４）を前記遅延時間分遅延させることにより、オーディオ入力信号の遅延信号（５８）を生成する遅延手段（５６）を含むこと、を特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の非相関器。
6. さらに、オーディオ入力信号（５４）及び／又はオーディオ入力信号の遅延信号（５８）の強度を変更する調整手段（７４）を含むことを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれかに記載の非相関器。
7. 前記調整手段（７４）は、より短い遅延時間でオーディオ入力信号（５４）の強度のより大きな低下が得られるように、オーディオ入力信号（５４）の強度を遅延時間に応じて調整すること、を特徴とする請求項６に記載の非相関器。
8. 第１後処理後出力信号（８２）及び第２後処理後出力信号（８４）を得るために、第１出力信号（５０）と第２出力信号（５２）を合成する後処理装置（８０）をさらに含み、第１後処理後出力信号（８２）及び第２後処理後出力信号（８４）は両方とも、第１出力信号（５０）及び第２出力信号（５２）からの信号を含むこと、を特徴とする請求項１ないし請求項７のいずれかに記載の非相関器。
9. 前記後処理装置（８０）は、以下の条件を満たすように、第１出力信号Ｌ’（５０）及び第２出力信号Ｒ’（５２）から第１後処理後出力信号Ｍ（８２）と第２後処理後出力信号Ｄ（８４）を生成すること、
   Ｍ＝０．７０７×（Ｌ’＋Ｒ’）
   Ｄ＝０．７０７×（Ｌ’−Ｒ’）
   を特徴とする請求項８に記載の非相関器。
10. 前記ミキサー（６０）は、遅延時間が２ｍｓ以上５０ｍｓ以下のオーディオ入力信号の遅延信号（５８）を使用することを特徴とする請求項１ないし請求項９のいずれかに記載の非相関器。
11. 遅延時間は３ｍｓ、６ｍｓ、９ｍｓ、１２ｍｓ、１５ｍｓ又は３０ｍｓであることを特徴とする請求項７に記載の非相関器。
12. 前記ミキサー（６０）は、離散サンプルからなるオーディオ入力信号（５４）と離散サンプルからなるオーディオ入力信号の遅延信号（５８）を、それぞれのサンプルを交換することで合成すること、を特徴とする請求項１ないし請求項１１のいずれかに記載の非相関器。
13. 前記ミキサー（６０）は、前記第１期間と第２期間が同じ長さになるようにオーディオ入力信号（５４）とオーディオ入力信号の遅延信号（５８）を合成すること、を特徴とする請求項１ないし請求項１２のいずれかに記載の非相関器。
14. 前記ミキサー（６０）は、時間的に隣接する第１期間（７０）と第２期間（７２）の複数対からなる一連続の期間、オーディオ入力信号（５４）とオーディオ入力信号の遅延信号（５８）との合成を行うことを特徴とする請求項１ないし請求項１３に記載の非相関器。
15. 前記ミキサー（６０）は、既定の率で、時間的に隣接する第１期間（７０）と第２期間（７２）の複数対からなる一連続の期間のうちの一対の間、合成を停止することで、該一対の第１期間（７０）と第２期間（７２）においては、第１出力信号（５０）がオーディオ入力信号（５４）に相当し、第２出力信号（５２）がオーディオ入力信号の遅延信号（５８）に相当すること、を特徴とする請求項１４に記載の非相関器。
16. 前記ミキサー（６０）は、前記一連続の期間のうちの第１対の第１期間（７０）と第２期間（７２）の時間の長さが第２対の第１期間と第２期間の時間の長さとは異なるように合成を行うこと、を特徴とする請求項１４又は請求項１５に記載の非相関器。
17. 第１期間（７０）と第２期間（７２）の時間の長さは、オーディオ入力信号（５４）に含まれる過渡信号部の平均的な時間の２倍よりも長いこと、を特徴とする請求項１ないし請求項１６のいずれかに記載の非相関器。
18. 第１期間（７０）と第２期間（７２）の時間の長さは１０ｍｓよりも長く、２００ｍｓよりも短いこと、を特徴とする請求項１ないし請求項１７のいずれかに記載の非相関器。
19. オーディオ入力信号（５４）に基づき、出力信号（５０，５２）を生成する方法であり、
    オーディオ入力信号（５４）及びオーディオ入力信号の遅延信号（５８）それぞれの時間変動部を有する第１出力信号（５０）及び第２出力信号（５２）を得るために、オーディオ入力信号（５４）とオーディオ入力信号をある遅延時間分遅延させた遅延信号（５８）とを合成するステップを含み、
    前記ステップは、
    第１期間（７０）において、第１出力信号（５０）はオーディオ入力信号（５４）の５０％以上の部分、及び、第２出力信号（５２）はオーディオ入力信号の遅延信号（５８）の５０％以上の部分を含み、
    第２期間（７２）において、第１出力信号（５０）はオーディオ入力信号の遅延信号（５８）の５０％以上の部分、及び、第２出力信号（５２）はオーディオ入力信号（５４）の５０％以上の部分を含むように、実行されること
    を特徴とする信号生成方法。
20. 前記第１期間（７０）において、第１出力信号はオーディオ入力信号（５４）に相当し、第２出力信号（５２）はオーディオ入力信号の遅延信号（５８）に相当し、
    前記第２期間（７２）において、第１出力信号（５０）はオーディオ入力信号の遅延信号（５８）に相当し、第２出力信号（５２）はオーディオ入力信号（５４）に相当すること、
    を特徴とする請求項１９に記載の信号生成方法。
21. 前記第１期間（７０）の初期と終期において、第１出力信号（５０）及び第２出力信号（５２）はオーディオ入力信号（５４）の一部とオーディオ入力信号の遅延信号（５８）の一部を含み、
    前記第１期間（７０）の初期と終期との間の中間期において、第１出力信号（５０）はオーディオ入力信号（５４）に相当し、第２出力信号（５２）はオーディオ入力信号の遅延信号（５８）に相当し、
    前記第２期間（７２）の初期と終期において、第１出力信号（５０）及び第２出力信号（５２）はオーディオ入力信号（５４）の一部とオーディオ入力信号の遅延信号（５８）の一部を含み、
    前記第２期間（７２）の初期と終期との間の中間期において、第１出力信号（５０）はオーディオ入力信号の遅延信号（５８）に相当し、第２出力信号（５２）はオーディオ入力信号（５４）に相当すること、
    を特徴とする請求項１９に記載の信号生成方法。
22. オーディオ入力信号の遅延信号（５８）を得るために、オーディオ入力信号（５４）を前記遅延時間分遅延させるオーディオ入力信号遅延ステップをさらに含むこと、を特徴とする請求項１９ないし請求項２１のいずれかに記載の信号生成方法。
23. オーディオ入力信号（５４）及び／又はオーディオ入力信号の遅延信号（５８）の強度を変更するステップをさらに含むことを特徴とする請求項１９ないし請求項２２のいずれかに記載の信号生成方法。
24. 第１後処理後出力信号（８２）及び第２後処理後出力信号（８４）を得るために、第１出力信号（５０）と第２出力信号（５２）を合成するステップをさらに含み、第１後処理後出力信号（８２）及び第２後処理後出力信号（８４）は両方とも、第１出力信号（５０）及び第２出力信号（５２）からの信号を含むこと、を特徴とする請求項１９ないし請求項２３のいずれかに記載の信号生成方法。
25. オーディオ入力信号（５４）に基づき多チャンネル出力信号を生成するオーディオデコーダであり、
    請求項１ないし請求項１８のいずれかに記載の非相関器、及び
    標準的な非相関器を含み、
    標準動作モードでは標準的な非相関器を使用し、過渡的なオーディオ入力信号（５４）の場合には、請求項１ないし請求項１８のいずれかに記載の非相関器を使用すること、
    を特徴とするオーディオデコーダ。
26. コンピュータで起動された際、請求項１９ないし請求項２４のいずれかに記載の信号生成方法を実行するためのプログラムコードを有すること、を特徴とするコンピュータプログラム。

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