WO2015128379A1 - Kodierung und dekodierung eines niederfrequenten kanals in einem audiomultikanalsignal - Google Patents

Kodierung und dekodierung eines niederfrequenten kanals in einem audiomultikanalsignal Download PDF

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WO2015128379A1
WO2015128379A1 PCT/EP2015/053937 EP2015053937W WO2015128379A1 WO 2015128379 A1 WO2015128379 A1 WO 2015128379A1 EP 2015053937 W EP2015053937 W EP 2015053937W WO 2015128379 A1 WO2015128379 A1 WO 2015128379A1
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audio
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Clemens Par
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Stormingswiss Sàrl
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    • H04S3/00—Systems employing more than two channels, e.g. quadraphonic
    • H04S3/008—Systems employing more than two channels, e.g. quadraphonic in which the audio signals are in digital form, i.e. employing more than two discrete digital channels

Definitions

  • Audio multichannel signals and in particular three-dimensional audio signals, place high demands on the amount of data to be transmitted or stored, which must be reduced as efficiently as possible.
  • General known devices or methods for such a data reduction are here parametric methods that extract spatial information, for example, from the known from the prior art Fast Fourier Transform (FFT) and then as a permanent data stream, such as together with a mono or stereo signal as Downmixsignal, transfer.
  • FFT Fast Fourier Transform
  • Such an audio technology is known in particular with MPEG Surround and mathematically represents an adaptive filtering method.
  • WO2009138205, WO2011009649, WO2011009650, WO2012032178 and WO2014 / 072513 disclose inverse coding (a solution to inverse problems with spatial audio signals) which calculates the division of the signal components between a left and a right channel from a mono signal on the basis of geometrical parameters .
  • geometric parameters are, for example, the angle between a sound source and a main axis of a microphone and / or a fictitious opening angle of the microphone and / or a fictitious left opening angle of the microphone and / or a fictitious right opening angle and / or a directional characteristic of the microphone in question.
  • These parameters can either be transmitted with the downmix signal or can be fixed depending on the parameters used in the downmix, or they can also be set as default values.
  • the parameters can either be fixed or optimized for the corresponding signal. Thus can be achieve lower bit rates of multichannel signals at higher quality.
  • WO2014 / 072513 proposes the combination of inverse coding with a correlation comparison, which results in surprisingly good results at very low bit rates, especially for signals of high order, such as NHK 22.2 or Auro 11.1.
  • signals of high order such as NHK 22.2 or Auro 11.1.
  • none of these methods takes into account an effective solution for compression of the low frequency channel in the downmix signal, such as LFE1 and LFE2 at NHK 22.2 or LFE at Auro 11.1.
  • a low-frequency signal plays a special role in these systems, since no similar speakers exist, by means of which a compensation of the entire system can be made.
  • the object of the invention to find an integration of the low-frequency signals in the downmix of multi-channel signals, which allows a good reproduction of the low-frequency channels in the upmix and causes no interference of the other channels of the upmix signal.
  • This is achieved by the independent claims, in particular by filtering the frequency components of the low-frequency channel above a cut-off frequency, before mixing to other signals of the multi-channel signal or the downmix signal, solved.
  • the low-frequency channel from the downmix signal is formed by applying a low-pass filter with the corresponding cutoff frequency to a channel or to a linear combination of a plurality of channels of the downmix signal or the upmix signal. It is a so-called bass management.
  • Fig. 1 shows a NHK-22.2 arrangement
  • Fig. 2 shows an embodiment of a
  • Downmix device for a NHK-22.2 system which is transformed into an 8. O downmix signal (the comma separated channels are read as separate channels);
  • Fig. 3 shows an embodiment of a
  • Fig. 4 shows an embodiment of a
  • Fig. 5 shows an embodiment of a
  • Upmixing device for a 4th O downmix signal that is transformed into an Auro 11.1 upmix signal (the comma separated channels are read as separate channels);
  • Fig. 6 shows an embodiment of the characteristic of a low-pass filter used
  • Fig. 7 shows a further embodiment of a
  • Downmix device for a multi-channel signal, which is transformed into a downmix signal
  • Fig. 8 shows a further embodiment of a
  • Downmix device for a multi-channel signal which is transformed into a downmix signal
  • 9 shows a further exemplary embodiment of an upmixing device for a downmix signal, which is converted into a multichannel signal having a low-frequency channel; is transformed
  • Fig. 10 shows a further embodiment of a
  • Upmix device for a downmix signal in a
  • Multi-channel signal is transformed with a low-frequency channel.
  • Figure 1 shows a NHK-22.2 arrangement from which a variety of standards or commercially available audio formats for "audio surround sound" can be derived, but for the sake of consistency, the same nomenclature of the NHK-22.2 standard should always be used In the following, only channel positions are referred to, meaning the position of a speaker associated with the channel, and the positions in Fig. 1 are not intended to be exact or restrictive, but only to approximate the relative position of the speakers
  • the NHK-22.2 system has three horizontal levels, referred to as the bottom layer, the middle layer, and the top layer, many other standards or audio formats marketed in the marketplace. Audio Surround Sound "have two - mostly the middle and the upper level - or three of these levels and are intended for all standards and in the Market represented audio formats as such. In the following, the individual channel positions of the NHK-22.2 system are briefly introduced.
  • the middle level has the following channel positions (abbreviation in brackets): a front left channel (FL), a front central left channel (FLc), a front one central channel (FC), a front central right channel (FRc), a front right channel (FR), a laterally right channel (SiR), a rear right channel (BR), a rear central channel (BC), a rear left Channel (BL) and a left side channel (SiL).
  • the upper level has the following channel positions (abbreviated in parentheses): a front left channel (TpFL), a front central channel (TpFC), a front right channel (TpFR), a laterally right channel (TpSiR), a rear right Channel (TpBR), a rear central channel positions (abbreviated in parentheses): a front left channel (TpFL), a front central channel (TpFC), a front right channel (TpFR), a laterally right channel (TpSiR), a rear right Channel (TpBR), a rear central channel positions (abbreviated in parentheses): a front left channel (TpFL), a front central channel (TpFC), a front right channel (TpFR), a laterally right channel (TpSiR), a rear right Channel (TpBR), a rear central channel positions (abbreviated in parentheses): a front left channel (TpFL), a front central channel (TpFC), a front right channel
  • TpBC Traffic Control Channel
  • TpBL back left channel
  • TpSiL left side channel
  • the lower level has the following channels (abbreviations in parentheses): a front left channel (BtFL), a front center channel (BtFC), a front right channel (BtFR).
  • BtFL front left channel
  • BtFC front center channel
  • BtFR front right channel
  • LFE1 / LFE L first or left low-frequency channel
  • LFE2 / LFE R second or right low-frequency channel
  • these methods and / or devices for upmixing are shown for particular channels of the NHK-22.2 system, these methods are not only for NHK-22.2 systems but for all standards and audio surround sound formats marketed on the market.
  • a front right channel this is not limited to FR only, but also includes TpFR, FRc and BtFR, which are all front right channels unless it is out of context clearly that only the channel FR can be meant or not one of the other front right channels. This applies analogously to all other channels.
  • the middle level has the following channel positions (abbreviated in parentheses): a front left channel (FL), a front central channel (FC), a front right channel (FR), a rear right channel (BR), a back left Channel (BL).
  • FL front left channel
  • FC front central channel
  • FR front right channel
  • BR rear right channel
  • BL back left Channel
  • the upper level has the following channel positions (abbreviated in parentheses): a front left channel (TpFL), a front central channel (TpFC), a front right channel (TpFR), a rear right channel (TpBR), a back left Channel (TpBL) and an upper central channel (TpC).
  • TpFL front left channel
  • TpFC front central channel
  • TpFR front right channel
  • TpBR rear right channel
  • TpBL back left Channel
  • TpC upper central channel
  • LFE low-frequency channel
  • Fig. 2 shows an embodiment of a downmixing device 10 for downmixing a multi-channel signal into a downmix signal having a reduced channel number, e.g. for a NHK-22.2 system, which is transformed into an 8.0 system.
  • the downmixing device 10 has a downmixer 11, a left low-pass filter 12. L, a right lowpass filter 12. R, a left first amplifier 13. L, a left second amplifier
  • L a left first adder 15.
  • L a left second adder 16.
  • L a right first amplifier 13.
  • R a right second amplifier 14.
  • R a right first adder
  • the downmixer 11 is configured to convert a multi-channel signal having more than four channels into a downmix signal having at least one front left channel FL, a front right channel FR, a rear right channel BR and a rear left channel BL down.
  • the downmixer 11 mixes the 22 channels of a NHK-22.2 system into a downmix signal with FL, FR, BR, BL, TpFL, TpFR, TpBR and TpBL.
  • the channels TpFL, TpFR, TpBR, TpBL in the downmix signal are optional.
  • the downmix channel could also contain only the four channels FL, FR, BR, BL.
  • the downmix channel could also contain only the six channels FL, FR, BR, BL, TpFL, TpFR.
  • the downmixer is optional, and the invention may also be used to integrate one or more low frequency channels of a multi-channel signal without otherwise down-mixing the multi-channel signal.
  • multi-channel signals are down-mixed so that the down-mixed signals also correspond to certain channel positions and give a low-interference sound on the associated speakers.
  • the left-hand low-pass filter 12 L is designed to filter out the signal components of the left-hand low-frequency channel LFE L lying above a cut-off frequency.
  • the right-hand low-pass filter 12 R is designed to filter out the signal components of the right-hand low-frequency channel LFE R lying above a cut-off frequency.
  • the same filter type is used for the left and right low pass filters.
  • the cutoff frequency is equal to 120Hz (according to ITU-R Recommendation BS.775-3).
  • the cutoff frequency is less than or equal to 120 Hz, in particular less than or equal to 100 Hz, in particular less than or equal to 90 Hz, in particular less than or equal to 80 Hz.
  • the low-pass filter LPF has an infinite impulse response HR.
  • the low-pass filter LPF decreases with at least -12dB per octave.
  • the left first amplifier 13 L amplifies the low-pass filtered left low-frequency channel LFE L with a first factor A.
  • the left second amplifier 14 L amplifies the low-pass filtered left low-frequency channel LFE L with a second factor B.
  • the right first amplifier 13 R amplifies the low pass filtered right low frequency channel LFE R with the first factor A.
  • the right second amplifier 14R amplifies the low pass filtered right low frequency channel LFE R with the second factor B.
  • the first factor A is greater than the second factor B.
  • the first factor A is preferably -9dB.
  • the second factor B is preferably -12dB.
  • the factors A and B are thus both preferably less than 1.
  • the left first adder 15. L is adapted to mix the low-pass filtered left low-frequency channel LFE L multiplied by the first factor A to the rear left channel BL.
  • the left second adder 16. L is configured to mix the low-pass filtered left low-frequency channel LFE L multiplied by the second factor B to the front left channel FL.
  • the right first adder 15. R is adapted to mix the low-pass filtered right low-frequency channel LFE R multiplied by the first factor A to the rear right channel BR.
  • the right second adder 16. R is adapted to mix the low pass filtered right low frequency channel LFE R multiplied by the second factor B to the front right channel FR.
  • the weighted low-frequency signals behind the downmixer 11 on the Downmix signals FL, FR, BR, BL mixed.
  • these weighted low-frequency signals may also be mixed in the downmixer 11 to an intermediate signal, or mixed directly onto a channel of the multi-channel signal which is mixed to the corresponding channel FL, FR, BR, BL.
  • This formulation "mixing the low frequency channel to the downmix channel”, is intended to include all of these alternatives, and the fact that only the low frequency channel or low frequency channel frequency components are mixed into channels of the downmix signal reduces channel interference At the same time, the low-frequency signal components disturb less, since the human ear can not locate low-frequency components very poorly and in particular below 80 Hz, psycho-acoustically speaking, the fact that the right and left Low-frequency channel is mixed to respective right and left channels of the downmix signal, allowing so-called stereo LFEs, the two low-frequency channel information is therefore not mixed and thus remain where desired separately obtained Frequency channel or the low-frequency channels are mixed on four arranged around the listener channels FL, FR, BR, BL, it allows the difficult to locate low-frequency effects even when playing the downmix or when playing the upmix signal without bass management to hear harmoniously from all sides.
  • FIG. 3 shows an exemplary embodiment of an upmixing device 20 for determining an upmix signal from a downmix signal, eg for an 8th O dowmix signal, which is transformed into an NHK 22.2 upmix signal with 22 channels and 2 low-frequency channels.
  • the upmixing device 20 comprises an upmixer 21, a left low-pass filter 29. L, a right low-pass filter 29. R, a left first amplifier 22. L, a left second amplifier 23. L, a left adder 27. L, a central adder 28, a right first amplifier 22. R, a right second amplifier 23. R, a right adder 27. R, a central first amplifier 24, a central second amplifier 25, a central third amplifier 26 and a central fourth amplifier 27.
  • the upmixer 21 is designed to determine a multichannel signal having more than four channels from a downmix signal having at least four channels.
  • the upmixer 21 determines the 22 channels of a NHK-22.2 system from a downmix signal having the 8 channels FL, FR, BR, BL, TpFL, TpFR, TpBR and TpBL.
  • the upmixer 21 is optional for the invention, and the low frequency channels could also be determined from a multi-channel signal without otherwise increasing the channel count.
  • the left first amplifier 22 L respectively amplifies the channels BL, TpFL, TpSiL of the upmix signal with the first factor C.
  • the left second amplifier 23 L amplifies the channel TpBL of the upmix signal with a second factor D.
  • the right first amplifier 22 each amplifies the channels BR, TpFR, TpSiR of the upmix signal with the first factor C.
  • the right second amplifier 23R respectively amplifies the channel TpBR of the upmix signal with a second factor D.
  • the central first amplifier 24 amplifies the channels FC and BtFC of the Upmixsignals with the first factor C.
  • the central second amplifier 25 amplifies each of the channels BC and TpFC of Upmixsignals with a third factor E.
  • the central third amplifier 26 each amplifies the channel TpBC with a fourth factor F.
  • the central fourth amplifier 27 amplifies each of the channel TpC with a fifth factor G.
  • the factors C, D, E, F, GC>D>E>F> G In one embodiment, the factors C, D, E, F, G are all less than 1.
  • C -3dB
  • D -5dB
  • E -6dB
  • F -8dB
  • G -9dB.
  • the central adder 28 adds the outputs of the central first amplifier 24, the central second amplifier 25, the central third amplifier 26 and the central fourth amplifier 27.
  • the central adder 28 thus outputs the following central intermediate signal SC:
  • the left adder 27. L adds the channels FLc, FL, SiL and BtFL to the outputs of the left first amplifier 22 L and the left second amplifier 23. L and to the output SC of the central adder 28.
  • the right adder 27. R adds the channels FRc, FR, SiR and BtFR to the outputs of the right first amplifier 22. R and the right second amplifier 23. R and to the output SC of the central adder 28.
  • the right adder 27. R thus outputs the following right intermediate signal:
  • the left-hand low-pass filter 29. L is designed to filter out the signal components of the left intermediate signal SL output by the left adder 27. L above a limit frequency. From the low-pass filtered left intermediate signal SL, the left low-frequency channel LFE L is now formed.
  • the right-hand low-pass filter 29. R is designed to filter out the signal components of the right-hand intermediate signal SR, which are above a cut-off frequency, output by the right adder 27. R. From the low-pass filtered right intermediate signal SR, the right low-frequency channel LFE R is now formed.
  • the same filter type is used for the left and right low pass filters.
  • the same low-pass filter as in the downmix device 10 is used.
  • the cutoff frequency is the same as in the downmix device 10. In one embodiment, the cutoff frequency is less than or equal to 120Hz, more preferably less than or equal to 100Hz, more preferably less than or equal to 90Hz, more preferably less than or equal to 80Hz Low pass filter shown, the cutoff frequency is 80Hz.
  • the low pass filter LPF has an infinite impulse response (HR). Preferably, the low-pass filter LPF decreases with at least -12dB per octave.
  • the recovered low frequency LFE channels are still processed with a low pass filter at the cutoff frequency ensures that there are no residuals in an area just above the cutoff frequency where the frequency components can be better located by the listeners. Thus, disharmonies between the original bass portions of the 22 channels and the two low frequency channels are avoided.
  • Fig. 4 shows an embodiment of a downmixing device 30 for downmixing a multi-channel signal into a downmix signal having a reduced channel number, e.g. for an Auro 11.1 system that is transformed into a 4th O downmix signal.
  • the downmix signal could also contain only the two channels FL, FR.
  • the downmix signal could also contain more than the four channels shown.
  • the downmix device 30 has a downmixer 31, a low-pass filter 32, a first adder 33 and a second adder 33.
  • the downmixer 31 is configured to downsample a multi-channel signal having more than four channels into a downmix signal having at least a front left channel FL and a front right channel FR.
  • the downmixer 31 mixes the middle layer of the 11 channels of an Auroll.1 system into a downmix signal with the channels FL, FR, BR and BL.
  • the channels BL and BR in the downmix signal are optional in this embodiment.
  • the downmixer 31 is also optional, and the invention may also be used to integrate one or more low frequency channels of a multi-channel signal without otherwise down-mixing the multi-channel signal.
  • the low-pass filter 32 is designed to filter out the signal components of the low-frequency channel LFE lying above a cut-off frequency.
  • the low-pass filter 32 is designed as in the embodiment 10.
  • the first adder 33 is configured to apply the low-pass filtered low frequency channel LFE to the front right channel FR to mix.
  • the second adder 34 is configured to mix the low pass filtered low frequency channel LFE to the front left channel FL.
  • the low-pass filtered low-frequency signal LFE is preferably mixed downstream of the downmixer 31 onto the downmix signal channels FL and FR. Alternatively, however, these weighted low-frequency signals may also be mixed in the downmixer 11 to an intermediate signal, or mixed directly onto a channel of the multi-channel signal which is mixed to the corresponding channel FL and FR. This phrase, "the low frequency channel is mixed to the downmix channel," is intended to include all of these alternatives.
  • Fig. 5 shows an embodiment of an upmixing device 40 for determining an upmix signal from a downmix signal, e.g. for a 4th O Dowmix signal transformed into an Auro 11.1 upmix signal.
  • the upmixing device 40 has an up-mixer 41, an adder 42, an amplifier 43 and a low-pass filter 44.
  • the upmixer 41 is designed to determine a multichannel signal having more than two channels from a downmix signal having at least two channels. In the example shown in FIG. 5, the upmixer 41 determines the 11 channels of an Auro 11.1 system from a downmix signal with the 4 channels FL, FR, BR and BL. However, the upmixer 41 is optional for the invention and the low frequency channels could also be determined from a multi-channel signal without otherwise increasing the channel count further.
  • the adder 42 adds the channels FL, FC and FR of the upmix signal and the amplifier 43 multiplies the channels FL, FC and FR or their sum by the factor C.
  • the factor C is equal to -3dB.
  • the low-pass filter 44 is designed to filter out the signal components of the intermediate signal S lying above a cut-off frequency. From the low-pass filtered intermediate signal S, the low-frequency channel LFE is formed. In one embodiment, the same low-pass filter as in the downmix device 30 is used. In one embodiment, the cutoff frequency is the same as in the downmix device 30. In one embodiment, the cutoff frequency is less than or equal to 120 Hz, or preferably less than or equal to 100Hz, or preferably less than or equal to 90Hz. The cutoff frequency of the low pass filter, see above, can also be optimally at 80Hz.
  • the downmix device determines whether the amplitudes of the LFE or the LFEs are below or above a threshold value. This binary information is determined at periodic intervals, eg all 64 samples, and transmitted with the downmix. If the amplitudes are below the threshold, the LFE or LFEs are not mixed downmixed, or not determined or output after the upmix. Otherwise, the LFE or LFEs are mixed to the downmix as described above or determined or output after the upmix.
  • the Upmix device knows by the transmitted binary value whether for the last period an LFE or two LFEs or even no LFE needs to be determined or issued. Instead of downmixing this binary information, it may also be determined again in the upmixing device on the basis of the transmitted downmix signal or on the basis of the obtained upmix signal whether extraction of an LFE or two LFEs is necessary.
  • FIG. 8 shows another embodiment of a downmixer / encoder.
  • one or more channels for example the BtFC signal with a gain factor (for example, 3dB), an amplified or unamplified basic signal
  • the fundamental signal for example the FC signal and / or the BtFC signal
  • the LFE signal optionally on the basis of suitable amplification factors (for example a gain of -3 dB for all summed signals), and on the other hand High-pass filter (for example, an ideal IIR filter with subsequent all-pass correction, a stopping at -80dB at 120Hz or 100Hz or 90Hz or even 80Hz stopband and a beginning at 121Hz or 101Hz or 91Hz or 81Hz passband with OdB) fed.
  • suitable amplification factors for example a gain of -3 dB for all summed signals
  • High-pass filter for example, an ideal IIR filter with subsequent all-pass correction, a stopping at -80dB at 120Hz or 100Hz or 90Hz or even 80Hz stopband and a beginning at 121Hz or 101Hz or 91Hz or 81Hz passband with OdB
  • the sum signal of LFE, basic signal and optionally further signals to a complementary low-pass filter for example, a complementary to the above high-pass filter IIR filter with all-pass correction and ending with a 120Hz or 100Hz or 90Hz or even 80Hz Passband with OdB and at 121Hz or 101Hz or 91Hz or 81Hz starting stop band with -80dB) supplied.
  • a complementary low-pass filter for example, a complementary to the above high-pass filter IIR filter with all-pass correction and ending with a 120Hz or 100Hz or 90Hz or even 80Hz Passband with OdB and at 121Hz or 101Hz or 91Hz or 81Hz starting stop band with -80dB
  • the respective output signal of the high-pass filter and low-pass filter is now added and, for example as transmit the basic signal or as a downmix with further channels from the encoder to the decoder together with the data pulse.
  • Figures 9 to 11 show three embodiments of an upmixing device or a decoder.
  • the decoder optionally a correlation comparison can take place in a first step.
  • the basic signal is optionally fed together with other channels directly to a low-pass filter (ideally of the same type as described above).
  • An element can be preceded or followed by this low-pass filter, so that it is determined in the downmix device whether the amplitudes of the LFE or of the LFEs are below or above a threshold value.
  • This binary information is periodically spaced, e.g. all 64 samples, determined and transferred with the downmix. If the amplitudes are below the threshold, the LFE or LFEs are not mixed downmixed or upmixed or output.
  • the LFE or LFEs are mixed to the downmix as described above or determined or output after the upmix.
  • the upmix device knows, by the transmitted or determined binary value, whether an LFE or two LFEs or no LFE has to be determined or output for the last period.
  • a correlation comparison can also be carried out on the resulting signal.
  • the resulting signals may optionally be further processed, for example by a pseudo stereo method, such as by its special case of linear or non-linear inverse coding (for example, for the derivation of a BtFC), and are now output.

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Abstract

Verfahren zur Bestimmung eines niedrig-frequenten Kanals eines Audiomultikanalsignals aus einem Audiodownmixsignal, aufweisend die folgenden Schritte: Bestimmen eines niedrigfrequenten Kanals durch Tiefpassfilterung eines Kanals des Downmixsignals, eines Kanals des Upmixsignals oder eines auf einem Kanal des Downmixsignals oder einem Kanal des Upmixsignals basierenden Signals.

Description

Kodierung und Dekodierung eines niederfrequenten Kanals in einem AudiomultikanalSignal
Audiomultikanalsignale und insbesondere dreidimensionale Audiosignale stellen hohe Anforderungen an zu übertragende oder zu speichernde Datenmengen, die es möglichst effizient zu reduzieren gilt.
Allgemeine bekannte Vorrichtungen oder Verfahren für eine derartige Datenreduktion sind hier parametrische Verfahren, die räumliche Information beispielsweise anhand der aus dem Stand der Technik bekannten Fast Fourier Transform (FFT) extrahieren und anschließend als permanenten Datenstrom, etwa gemeinsam mit einem Mono- oder Stereosignal als Downmixsignal , übertragen. Eine solche Audio-Technologie ist insbesondere mit MPEG Surround bekannt und stellt mathematisch betrachtet ein adaptives Filterverfahren dar.
Alternativ ist aus WO2009138205, WO2011009649, WO2011009650, WO2012032178 und WO2014/072513 die inverse Kodierung bekannt (eine Lösung inverser Probleme bei räumlichen Audiosignalen) , die auf der Basis von geometrischen Parametern die Aufteilung der Signalanteile zwischen einem linken und einem rechten Kanal aus einem Monosignal berechnet. Als geometrische Parameter kommen z.B. der Winkel zwischen einer Schallquelle und einer Hauptachse eines Mikrophons und/oder ein fiktiver Öffnungswinkel des Mikrophons und/oder ein fiktiver linker Öffnungswinkel des Mikrophons und/oder ein fiktiver rechter Öffnungswinkel und/oder eine Richtcharakteristik des Mikrophons in Frage. Diese Parameter können entweder mit dem Downmixsignal mit übertragen werden oder können fix in Abhängigkeit der in dem Downmix verwendeten Parameter gewählt werden, oder können auch als Defaultwerte festgelegt werden. Die Parameter können entweder fest gewählt werden oder auf das entsprechende Signal hin optimiert werden. Somit lassen sich niedrigere Bitraten von Multikanalsignalen bei höherer Qualität erreichen.
WO2014/072513 schlägt erstmals die Kombination der inversen Kodierung mit einem Korrelationsvergleich vor, womit sich vor allem für Signale hoher Ordnung, wie etwa NHK 22.2 oder Auro 11.1, überraschend gute Ergebnisse bei sehr niedrigen Bitraten erzielen lassen. Allerdings berücksichtigt keines dieser Verfahren eine effektive Lösung für eine Komprimierung des niederfrequenten Kanals im Downmixsignal , wie z.B. LFE1 und LFE2 bei NHK 22.2 oder LFE bei Auro 11.1. Ein niederfrequentes Signal spielt in diesen Systemen eine Sonderrolle, da keine gleichartigen Lautsprecher existieren, anhand derer eine Kompensation des Gesamtsystems vorgenommen werden kann. Zudem ist es bei der Komprimierung von hochkanaligen Signalen in der Regel unerwünscht, den niederfrequenten Kanal separat in einem Kanal des Downmixsignals zu übertragen, da dieser die Übertragungsraten weiter erhöht. Andererseits führt die Mischung der niederfrequenten Signale auf einen oder eine Mehrzahl von Kanälen des Multikanalsignals vor oder nach dem Downmix für viele der oben genannten Komprimierungsverfahren, insbesondere für den erwähnten Korrelationsvergleich in Verbindung mit der inversen Kodierung, zu Residualbildungen und somit in Verbindung mit dem LFE zu hörbaren Störungen bei der Wiedergabe des Downmixsignals oder des daraus gebildeten Upmixsignals . Dies führt zu dem nahezu unlösbaren Problem, dass das Aufmischen des niederfrequenten Kanals auf alle übertragenen Kanäle sich ebenso störend auswirkt wie sein Fehlen, wie Studien von Francis Rumsey e.a. belegen. Deshalb ist nach ITU-R Recommendation BS.775-3 eine Hinzufügung des niederfrequenten Kanal zum Downmixsignal grundsätzlich nicht zulässig. Folglich bleibt im Stand der Technik nur die Lösung, den niederfrequenten Kanal separat zu übertragen, um die Qualitätseinbussen durch das Fehlen des niederfrequenten Signals im Upmix zu vermeiden.
Es ist das Ziel der Erfindung, eine Integration der niederfrequenten Signale in den Downmix von Multikanalsignalen zu finden, welche eine gute Wiedergabe der niederfrequenten Kanäle im Upmix erlaubt und keine Störungen der anderen Kanäle des Upmixsignals verursacht. Dies wird durch die unabhängigen Ansprüche gelöst, insbesondere durch das Ausfiltern der Frequenzanteile des niederfrequenten Kanals oberhalb einer Grenzfrequenz, vor dem Aufmischen auf andere Signale des Multikanalsignals oder des Downmixsignals , gelöst. Analog wird der niederfrequente Kanal aus dem Downmixsignal durch die Anwendung eines Tiefpassfilters mit der entsprechenden Grenzfrequenz auf einen Kanal oder auf eine Linearkombination mehrerer Kanäle des Downmixsignals oder des Upmixsignals gebildet. Es handelt sich um ein sogenanntes Bass Management.
Da gerade die oberen Frequenzbereiche des niederfrequenten Kanals einen proportional stärkeren Einfluss auf die Störungen in den anderen Kanälen haben und die niedrigen Frequenzen einen proportional höheren Effekt in dem niederfrequenten Kanal haben, bildet diese eine optimale Lösung für die oben genannte Aufgabe.
Die abhängigen Ansprüche betreffen weitere Ausführungsformen der Erfindung.
Die Erfindung wird im Folgenden mit Hilfe der folgenden Zeichnungen näher beschrieben.
Fig. 1 zeigt eine NHK-22.2-Anordnung; Fig. 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel für eine
Downmixvorrichtung für ein NHK-22.2-System, das in ein 8. O-Downmixsignal transformiert wird (die durch Kommas getrennten Kanäle sind dabei als separate Kanäle zu lesen) ;
Fig. 3 zeigt ein Ausführungsbeispiel für eine
Upmixvorrichtung für ein 8. O-Downmixsignal, das in ein NHK-22.2-Upmixsignal transformiert wird (die durch Kommas getrennten Kanäle sind dabei als separate Kanäle zu lesen) ;
Fig. 4 zeigt ein Ausführungsbeispiel für eine
Downmixvorrichtung für ein Auro-11.1- Multikanalsignal , das in ein 4. O-Downmixsignal transformiert wird;
Fig. 5 zeigt ein Ausführungsbeispiel für eine
Upmixvorrichtung für ein 4. O-Downmixsignal, das in ein Auro-11.1-Upmixsignal transformiert wird (die durch Kommas getrennten Kanäle sind dabei als separate Kanäle zu lesen) ;
Fig. 6 zeigt ein Ausführungsbeispiel der Kennlinie eines verwendeten Tiefpassfilters ;
Fig. 7 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel für eine
Downmixvorrichtung für ein Multikanalsignal, das in ein Downmixsignal transformiert wird;
Fig. 8 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel für eine
Downmixvorrichtung für ein Multikanalsignal, das in ein Downmixsignal transformiert wird; Fig. 9 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel für eine Upmixvorrichtung für ein Downmixsignal , das in ein Multikanalsignal mit einem niederfrequenten Kanal; transformiert wird, und
Fig. 10 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel für eine
Upmixvorrichtung für ein Downmixsignal, das in ein
Multikanalsignal mit einem niederfrequenten Kanal transformiert wird.
Fig. 1 zeigt eine NHK-22.2-Anordnung, aus der sich eine Vielzahl von Standards oder im Markt vertretener Audioformate für „Audio Surround Sound" ableiten lassen. Aus Gründen der Einheitlichkeit soll aber immer die gleiche Nomenklatur des NHK-22.2-Standards verwendet werden, um keine Verwirrung zu stiften. Im Folgenden wird immer nur von Kanalpositionen gesprochen, wobei damit die Position eines dem Kanal zugeordneten Lautsprechers gemeint ist. Die Positionen in Fig. 1 sollen dabei weder exakt noch einschränkend sein, sondern nur die ungefähre relative Position der Lautsprecher zueinander darstellen. Das NHK-22.2-System weist drei horizontale Ebenen auf, die als untere Ebene (Bottom Layer) , mittlere Ebene (Middle Layer) und obere Ebene (Top Layer) bezeichnet werden. Viele andere Standards oder im Markt vertretene Audioformate für „Audio Surround Sound" weisen zwei - meist die mittlere und die obere Ebene - oder auch drei dieser Ebenen auf und sollen für alle Standards und im Markt vertretene Audioformate als solche bezeichnet werden. Im Folgenden werden die einzelnen Kanalpositionen des NHK-22.2 Systems kurz eingeführt.
Die mittlere Ebene weist dabei die folgenden Kanalpositionen (Abkürzung in Klammern) auf: einen vorderen linken Kanal (FL), einen vorderen zentral linken Kanal (FLc) , einen vorderen zentralen Kanal (FC) , einen vorderen zentral rechten Kanal (FRc) , einen vorderen rechten Kanal (FR) , einen seitlich rechten Kanal (SiR) , einen hinteren rechten Kanal (BR) , einen hinteren zentralen Kanal (BC) , einen hinteren linken Kanal (BL) und einen seitlich linken Kanal (SiL) .
Die obere Ebene weist dabei die folgenden Kanalpositionen (Abkürzung in Klammern) auf: einen vorderen linken Kanal (TpFL) , einen vorderen zentralen Kanal (TpFC) , einen vorderen rechten Kanal (TpFR) , einen seitlich rechten Kanal (TpSiR) , einen hinteren rechten Kanal (TpBR) , einen hinteren zentralen
Kanal (TpBC) , einen hinteren linken Kanal (TpBL) und einen seitlich linken Kanal (TpSiL) . Die untere Ebene weist die folgenden Kanäle auf (Abkürzungen in Klammern) : einen vorderen linken Kanal (BtFL) , einen vorderen zentralen Kanal (BtFC) , einen vorderen rechten Kanal (BtFR) . Zusätzlich gibt es noch einen ersten oder linken niederfrequenten Kanal (LFE1 / LFE L) und einen zweiten oder rechten niederfrequenten Kanal (LFE2 / LFE R) , welche jeweils für einen Subwoofer bestimmt sind. Wenn im folgenden Verfahren und/oder Vorrichtungen zum Upmixen für bestimmte Kanäle des NHK-22.2-Systems dargestellt werden, so sind diese Verfahren nicht nur für NHK-22.2-Systeme, sondern für alle Standards und im Markt vertretene Audioformate für „Audio Surround Sound", die diese Kanäle enthalten, anwendbar. Wenn im Folgenden von einem vorderen rechten Kanal die Rede ist, ist dies nicht nur auf FR beschränkt, sondern beinhaltet auch TpFR, FRc und BtFR, die alle vordere rechte Kanäle sind, ausser es ist aus dem Kontext eindeutig, dass nur der Kanal FR gemeint sein kann bzw. nicht einer der anderen vorderen rechten Kanäle. Dies gilt analog für alle anderen Kanäle.
Im Folgenden werden die einzelnen Kanalpositionen des Auro- 11.1-Systems kurz eingeführt.
Die mittlere Ebene weist dabei die folgenden Kanalpositionen (Abkürzung in Klammern) auf: einen vorderen linken Kanal (FL), einen vorderen zentralen Kanal (FC) , einen vorderen rechten Kanal (FR) , einen hinteren rechten Kanal (BR) , einen hinteren linken Kanal (BL) .
Die obere Ebene weist dabei die folgenden Kanalpositionen (Abkürzung in Klammern) auf: einen vorderen linken Kanal (TpFL) , einen vorderen zentralen Kanal (TpFC) , einen vorderen rechten Kanal (TpFR) , einen hinteren rechten Kanal (TpBR) , einen hinteren linken Kanal (TpBL) und einen oberen zentralen Kanal (TpC) . Zusätzlich gibt es noch einen niederfrequenten Kanal (LFE) .
Fig. 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer Downmixvorrichtung 10 zum Downmixen eines Multikanalsignals in ein Downmixsignal mit einer reduzierten Kanalanzahl, z.B. für ein NHK-22.2- System, das in ein 8.0-System transformiert wird. Die Downmixvorrichtung 10 weist einen Downmixer 11, einen linken Tiefpassfilter 12. L, einen rechten Tiefpassfilter 12. R, einen linken ersten Verstärker 13. L, einen linken zweiten Verstärker
14. L, einen linken ersten Addierer 15. L, einen linken zweiten Addierer 16. L, einen rechten ersten Verstärker 13. R, einen rechten zweiten Verstärker 14. R, einen rechten ersten Addierer
15. R und einen rechten zweiten Addierer 16. R auf.
Der Downmixer 11 ist ausgebildet, ein Multikanalsignal mit mehr als vier Kanälen in ein Downmixsignal mit zumindest einem vorderen linken Kanal FL, einem vorderen rechten Kanal FR, einem hinteren rechten Kanal BR und einem hinteren linken Kanal BL herunterzumischen . In dem in Fig. 2 gezeigten Ausführungsbeispiel mischt der Downmixer 11 die 22 Kanäle eines NHK-22.2-Systems in ein Downmixsignal mit FL, FR, BR, BL, TpFL, TpFR, TpBR und TpBL . Die Kanäle TpFL, TpFR, TpBR, TpBL im Downmixsignal sind optional. Das Downmixkanal könnte auch nur die vier Kanäle FL, FR, BR, BL enthalten. Das Downmixkanal könnte auch nur die sechs Kanäle FL, FR, BR, BL, TpFL, TpFR enthalten. Der Downmixer ist aber optional, und die Erfindung kann auch für die Integration eines oder mehrerer niederfrequente Kanäle eines Multikanalsignals verwendet werden, ohne das Multikanalsignal ansonsten herunterzumischen. Vorzugsweise werden Multikanalsignale so heruntergemischt, dass die heruntergemischten Signale ebenfalls bestimmten Kanalpositionen entsprechen und auf den zugehörigen Lautsprechern ein störungsarmes Klangbild ergeben.
Der linke Tiefpassfilter 12. L ist ausgebildet, die oberhalb einer Grenzfrequenz liegenden Signalanteile des linken niederfrequenten Kanals LFE L auszufiltern . Der rechte Tiefpassfilter 12. R ist ausgebildet, die oberhalb einer Grenzfrequenz liegenden Signalanteile des rechten niederfrequenten Kanals LFE R auszufiltern . In einem Ausführungsbeispiel wird für den linken und den rechten Tiefpassfilter derselbe Filtertyp verwendet. In einem Ausführungsbeispiel ist die Grenzfrequenz gleich 120Hz (gemäss ITU-R Recommendation BS.775-3). Vorzugsweise ist aber die Grenzfrequenz kleiner gleich 120Hz, insbesondere kleiner gleich 100Hz, insbesondere kleiner gleich 90 Hz, insbesondere kleiner gleich 80 Hz. In Fig. 6 ist eine beispielhafte Impulsantwort des Tiefpassfilters gezeigt, dessen Grenzfrequenz bei 80Hz liegt; unterhalb dieser Grenzfrequenz findet psychoakustisch - einen idealen Frequenzgang von verwendeten LFE-Lautsprechern vorausgesetzt - keine Lokalisation mehr statt (ein unter realen Abhörbedingungen sehr schwer zu erreichendes Ideal) . In einem
Ausführungsbeispiel hat der Tiefpassfilter LPF eine unendliche Impulsantwort HR. Vorzugsweise sinkt der Tiefpassfilter LPF mit wenigstens -12dB pro Oktave.
Der linke erste Verstärker 13. L verstärkt den tiefpassgefilterten linken niederfrequenten Kanal LFE L mit einem ersten Faktor A. Der linke zweite Verstärker 14. L verstärkt den tiefpassgefilterten linken niederfrequenten Kanal LFE L mit einem zweiten Faktor B. Der rechte erste Verstärker 13. R verstärkt den tiefpassgefilterten rechten niederfrequenten Kanal LFE R mit dem ersten Faktor A. Der rechte zweite Verstärker 14. R verstärkt den tiefpassgefilterten rechten niederfrequenten Kanal LFE R mit dem zweiten Faktor B. Der erste Faktor A ist grösser als der zweite Faktor B. Der erste Faktor A ist vorzugsweise -9dB. Der zweite Faktor B ist vorzugsweise -12dB. Die Faktoren A und B sind somit beide vorzugsweise kleiner als 1.
Der linke erste Addierer 15. L ist ausgebildet, den mit dem ersten Faktor A multiplizierten tiefpassgefilterten linken niederfrequenten Kanal LFE L auf den hinteren linken Kanal BL zu mischen. Der linke zweite Addierer 16. L ist ausgebildet, den mit dem zweiten Faktor B multiplizierten tiefpassgefilterten linken niederfrequenten Kanal LFE L auf den vorderen linken Kanal FL zu mischen. Der rechte erste Addierer 15. R ist ausgebildet, den mit dem ersten Faktor A multiplizierten tiefpassgefilterten rechten niederfrequenten Kanal LFE R auf den hinteren rechten Kanal BR zu mischen. Der rechte zweite Addierer 16. R ist ausgebildet, den mit dem zweiten Faktor B multiplizierten tiefpassgefilterten rechten niederfrequenten Kanal LFE R auf den vorderen rechten Kanal FR zu mischen. Vorzugsweise werden die gewichteten niederfrequenten Signale hinter dem Downmixer 11 auf die Downmixsignale FL, FR, BR, BL gemischt. Alternativ können diese gewichteten niederfrequenten Signale aber auch in dem Downmixer 11 auf ein Zwischensignal gemischt werden oder direkt auf einen Kanal des Multikanalsignals , der zu dem entsprechenden Kanal FL, FR, BR, BL gemischt wird, gemischt werden. Diese Formulierung, „der niederfrequente Kanal wird auf den Downmixkanal gemischt", soll all diese Alternativen enthalten . Die Tatsache, dass nur die unterhalb einer Grenzfrequenz liegenden Frequenzanteile des niederfrequenten Kanals oder der niederfrequenten Kanäle auf Kanäle des Downmixsignals gemischt werden, reduziert die Störung der Kanäle des Downmixsignale durch die höherfrequenten Anteile in dem niederfrequenten Kanal. Gleichzeitig stören die niederfrequenten Signalanteile weniger, da das menschliche Ohr niederfrequente Anteile nur sehr schlecht und insbesondere unterhalb von 80Hz, psychoakustisch betrachtet, gar nicht mehr orten kann. Die Tatsache, dass der rechte und linke niederfrequente Kanal jeweils auf entsprechende rechte und linken Kanäle des Downmixsignals gemischt wird, erlaubt sogenannte Stereo-LFEs ; die beiden niederfrequenten Kanalinformationen werden demnach nicht gemischt und bleiben somit, wo gewünscht, separat erhalten. Die Tatsache, dass der niederfrequente Kanal bzw. die niederfrequenten Kanäle auf vier um den Zuhörer herum angeordnete Kanäle FL, FR, BR, BL gemischt werden, erlaubt es, die schwer zu ortenden niederfrequenten Effekte auch bei einer Wiedergabe des Downmixes bzw. bei einer Wiedergabe des Upmixsignals ohne Bass Management von allen Seiten harmonisch zu hören. Die Tatsache, dass die hinteren Kanäle das niederfrequente Signal stärker enthalten, nutzt insbesondere die Tatsache aus, dass die Ortungsfähigkeit von Schall am Hinterkopf geringer ist, und somit dort diese Informationen stärker aufgemischt werden können. Fig. 3 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer Upmixvorrichtung 20 zum Bestimmen eines Upmixsignals aus einem Downmixsignal , z.B. für ein 8. O-Dowmixsignal, das in ein NHK-22.2-Upmixsignal mit 22 Kanälen und 2 niederfrequenten Kanälen transformiert wird. Die Upmixvorrichtung 20 weist einen Upmixer 21, einen linken Tiefpassfilter 29. L, einen rechten Tiefpassfilter 29. R, einen linken ersten Verstärker 22. L, einen linken zweiten Verstärker 23. L, einen linken Addierer 27. L, einen zentralen Addierer 28, einen rechten ersten Verstärker 22. R, einen rechten zweiten Verstärker 23. R, einen rechten Addierer 27. R, einen zentralen ersten Verstärker 24, einen zentralen zweiten Verstärker 25, einen zentralen dritten Verstärker 26 und einen zentralen vierten Verstärker 27 auf.
Der Upmixer 21 ist ausgebildet, aus einem Downmixsignal mit zumindest vier Kanälen ein Multikanalsignal mit mehr als vier Kanälen zu bestimmen. In dem in Fig. 3 gezeigten Beispiel bestimmt der Upmixer 21 die 22 Kanäle eines NHK-22.2-Systems aus einem Downmixsignal mit den 8 Kanälen FL, FR, BR, BL, TpFL, TpFR, TpBR und TpBL . Allerdings ist der Upmixer 21 für die Erfindung optional, und die niederfrequenten Kanäle könnten auch aus einem Multikanalsignal bestimmt werden, ohne dass die Kanalanzahl sonst weiter erhöht wird. Der linke erste Verstärker 22. L verstärkt jeweils die Kanäle BL, TpFL, TpSiL des Upmixsignals mit dem ersten Faktor C. Der linke zweite Verstärker 23. L verstärkt den Kanal TpBL des Upmixsignals mit einem zweiten Faktor D. Der rechte erste Verstärker 22. R verstärkt jeweils die Kanäle BR, TpFR, TpSiR des Upmixsignals mit dem ersten Faktor C. Der rechte zweite Verstärker 23. R verstärkt jeweils den Kanal TpBR des Upmixsignals mit einem zweiten Faktor D. Der zentrale erste Verstärker 24 verstärkt jeweils die Kanäle FC und BtFC des Upmixsignals mit dem ersten Faktor C. Der zentrale zweite Verstärker 25 verstärkt jeweils die Kanäle BC und TpFC des Upmixsignals mit einem dritten Faktor E. Der zentrale dritte Verstärker 26 verstärkt jeweils den Kanal TpBC mit einem vierten Faktor F. Der zentrale vierte Verstärker 27 verstärkt jeweils den Kanal TpC mit einem fünften Faktor G. In einem Ausführungsbeispiel gilt für die Faktoren C, D, E, F, G C>D>E>F>G. In einem Ausführungsbeispiel sind die Faktoren C, D, E, F, G alle kleiner 1. In einem Ausführungsbeispiel gilt C=-3dB, D=-5dB, E=-6dB, F=-8dB und G=-9dB.
Der zentrale Addierer 28 addiert die Ausgangssignale des zentralen ersten Verstärkers 24, des zentralen zweiten Verstärkers 25, des zentralen dritten Verstärkers 26 und des zentralen vierten Verstärkers 27. Der zentrale Addierer 28 gibt somit folgendes zentrales Zwischensignal SC aus:
SC = C* (FC + BtFC) + E* (BC + TpFC) + F*TpBC + G*TpC.
Der linke Addierer 27. L addiert die Kanäle FLc, FL, SiL und BtFL mit den Ausgangssignalen des linken ersten Verstärkers 22. L und des linken zweiten Verstärkers 23. L und mit dem Ausgangssignal SC des zentralen Addierers 28. Der linke Addierer 27. L gibt somit folgendes linkes Zwischensignal SL aus : SL = FLc + SiL +FL +BtFL + C* (BL + TpFL + TpSiL) + D*TpBL + SC.
Der rechte Addierer 27. R addiert die Kanäle FRc, FR, SiR und BtFR mit den Ausgangssignalen des rechten ersten Verstärkers 22. R und des rechten zweiten Verstärkers 23. R und mit dem Ausgangssignal SC des zentralen Addierers 28. Der rechte Addierer 27. R gibt somit folgendes rechtes Zwischensignal aus:
SR=FRc + SiR + FR + BtFR + C* (BR + TpFR + TpSiR) + D*TpBR + SC. Der linke Tiefpassfilter 29. L ist ausgebildet, die oberhalb einer Grenzfrequenz liegenden Signalanteile des linken Zwischensignals SL, ausgegeben von dem linken Addierer 27. L, auszufiltern . Aus dem tiefpassgefilterten linken Zwischensignal SL wird nun der linke niederfrequente Kanal LFE L gebildet. Der rechte Tiefpassfilter 29. R ist ausgebildet, die oberhalb einer Grenzfrequenz liegenden Signalanteile des rechten Zwischensignals SR, ausgegeben von dem rechten Addierer 27. R, auszufiltern . Aus dem tiefpassgefilterten rechten Zwischensignal SR wird nun der rechte niederfrequente Kanal LFE R gebildet. In einem Ausführungsbeispiel wird für den linken und den rechten Tiefpassfilter , der gleicher Filtertyp verwendet. In einem Ausführungsbeispiel wird der gleiche Tiefpassfilter wie in der Downmixvorrichtung 10 verwendet. In einem Ausführungsbeispiel ist die Grenzfrequenz die gleiche wie in der Downmixvorrichtung 10. In einem Ausführungsbeispiel ist die Grenzfrequenz kleiner gleich 120Hz, insbesondere kleiner gleich 100Hz, insbesondere kleiner gleich 90 Hz, insbesondere kleiner gleich 80 Hz. In Fig. 6 ist eine beispielhafte Impulsantwort des Tiefpassfilters gezeigt, dessen Grenzfrequenz bei 80Hz liegt. In einem Ausführungsbeispiel hat der Tiefpassfilter LPF eine unendliche Impulsantwort (HR) . Vorzugsweise sinkt der Tiefpassfilter LPF mit wenigstens -12dB pro Oktave.
Die Tatsache, dass die zurückgewonnenen niederfrequenten LFE- Kanäle noch mit einem Tiefpassfilter mit der Grenzfrequenz bearbeitet werden, sorgt dafür, dass es keine Residuale in einem Bereich direkt oberhalb der Grenzfrequenz gibt, wo die Frequenzanteile von den Zuhörern besser geortet werden können. Somit werden Disharmonien zwischen den originalen Bassanteilen der 22 Kanäle und der zwei niederfrequenten Kanäle vermieden. Die Tatsache, dass die Bassanteile aller Kanäle des Upmixsignals für die Bestimmung des niederfrequenten Kanals oder der niederfrequenten Kanäle verwendet werden, führt zu einer Harmonie zwischen den bestimmten niederfrequenten Kanälen und den restlichen Kanälen des Upmixsignals . Diese Harmonie wird perfektioniert durch die Gewichtung der restlichen Kanäle in den niederfrequenten Kanälen.
Fig. 4 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer Downmixvorrichtung 30 zum Downmixen eines Multikanalsignals in ein Downmixsignal mit einer reduzierten Kanalanzahl, z.B. für ein Auro-11.1- System das in ein 4. O-Downmixsignal transformiert wird. Das Downmixsignal könnte auch nur die zwei Kanäle FL, FR enthalten. Das Downmixsignal könnte auch mehr als die vier gezeigten Kanäle enthalten. Die Downmixvorrichtung 30 weist einen Downmixer 31, einen Tiefpassfilter 32, einen ersten Addierer 33 und einen zweiten Addierer 33 auf.
Der Downmixer 31 ist ausgebildet, ein Multikanalsignal mit mehr als vier Kanälen in ein Downmixsignal mit zumindest einem vorderen linken Kanal FL und einem vorderen rechten Kanal FR herunterzumischen . In dem in Fig. 4 gezeigten Beispiel mischt der Downmixer 31 den Middle Layer der 11 Kanäle eines Auroll.1-Systems in ein Downmixsignal mit den Kanälen FL, FR, BR und BL . Die Kanäle BL und BR im Downmixsignal sind optional in diesem Ausführungsbeispiel. Der Downmixer 31 ist aber ebenfalls optional, und die Erfindung kann auch für die Integration eines oder mehrerer niederfrequente Kanäle eines Multikanalsignals verwendet werden, ohne das Multikanalsignal sonst herunterzumischen.
Der Tiefpassfilter 32 ist ausgebildet, die oberhalb einer Grenzfrequenz liegenden Signalanteile des niederfrequenten Kanals LFE auszufiltern . Der Tiefpassfilter 32 ist dabei wie in dem Ausführungsbeispiel 10 ausgeführt.
Der erste Addierer 33 ist ausgebildet, den tiefpassgefilterten niederfrequenten Kanal LFE auf den vorderen rechten Kanal FR zu mischen. Der zweite Addierer 34 ist ausgebildet, den tiefpassgefilterten niederfrequenten Kanal LFE auf den vorderen linken Kanal FL zu mischen. Vorzugsweise wird das tiefpassgefilterte niederfrequente Signal LFE hinter dem Downmixer 31 auf die Downmixsignalkanäle FL und FR, gemischt. Alternativ können diese gewichteten niederfrequenten Signale aber auch in dem Downmixer 11 auf ein Zwischensignal gemischt werden oder direkt auf einen Kanal des Multikanalsignals , der zu dem entsprechenden Kanal FL und FR gemischt wird, gemischt werden. Diese Formulierung, „der niederfrequente Kanal wird auf den Downmixkanal gemischt", soll all diese Alternativen enthalten .
Fig. 5 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer Upmixvorrichtung 40 zum Bestimmen eines Upmixsignals aus einem Downmixsignal , z.B. für ein 4. O-Dowmixsignal, das in ein Auro-11.1-Upmixsignal transformiert wird. Die Upmixvorrichtung 40 weist einen Upmixer 41, einen Addierer 42, einen Verstärker 43 und einen Tiefpassfilter 44 auf.
Der Upmixer 41 ist ausgebildet, aus einem Downmixsignal mit zumindest zwei Kanälen ein Multikanalsignal mit mehr als zwei Kanälen zu bestimmen. In dem in Fig. 5 gezeigten Beispiel bestimmt der Upmixer 41 die 11 Kanäle eines Auro-11.1-Systems aus einem Downmixsignal mit den 4 Kanälen FL, FR, BR und BL . Allerdings ist der Upmixer 41 für die Erfindung optional und die niederfrequenten Kanäle könnten auch aus einem Multikanalsignal bestimmt werden, ohne dass die Kanalanzahl ansonsten weiter erhöht wird.
Der Addierer 42 addiert die Kanäle FL, FC und FR des Upmixsignals und der Verstärker 43 multipliziert die Kanäle FL, FC und FR bzw. deren Summe mit dem Faktor C. In einem Ausführungsbeispiel ist der Faktor C gleich -3dB. Der Addierer 2 und der Verstärker 43 geben somit folgendes Zwischensignal aus :
S = C* (FL + FC + FR)
Der Tiefpassfilter 44 ist ausgebildet, die oberhalb einer Grenzfrequenz liegenden Signalanteile des Zwischensignals S auszufiltern . Aus dem tiefpassgefilterten Zwischensignal S wird nun der niederfrequente Kanal LFE gebildet. In einem Ausführungsbeispiel wird der gleiche Tiefpassfilter wie in der Downmixvorrichtung 30 verwendet. In einem Ausführungsbeispiel ist die Grenzfrequenz die gleiche wie in der Downmixvorrichtung 30. In einem Ausführungsbeispiel ist die Grenzfrequenz kleiner gleich 120 Hz oder vorzugsweise kleiner gleich 100Hz oder vorzugsweise kleiner gleich 90Hz. Die Grenzfrequenz des Tiefpassfilters , siehe oben, kann auch optimal bei 80Hz liegen.
In den beschriebenen Ausführungsbeispielen ist es optional noch möglich, dass in der Downmixvorrichtung bestimmt wird, ob die Amplituden des LFE oder der LFEs unterhalb oder oberhalb eines Schwellwerts liegen. Diese binäre Information wird in periodischen Abständen, z.B. alle 64 Samples, bestimmt und mit dem Downmix übertragen. Wenn die Amplituden unterhalb des Schwellwerts liegen, wird der LFE bzw. werden die LFEs nicht auf den Downmix gemischt oder nach dem Upmix nicht bestimmt oder nicht ausgegeben. Andernfalls wird der LFE bzw. werden die LFEs, wie oben beschrieben, auf den Downmix gemischt oder nach dem Upmix bestimmt oder ausgegeben. Die Upmixvorrichtung weiss durch den übertragenen Binärwert, ob für die letzte Periode ein LFE oder zwei LFEs oder gar kein LFE bestimmt oder ausgegeben werden muss. Anstatt diese binäre Information mit Downmix zu übertragen, kann dies auch erneut in der Upmixvorrichtung auf der Basis des übertragenen Downmixsignals oder auf der Basis des erhaltenen Upmixsignals bestimmt werden, ob eine Extraktion eines LFE oder zweier LFEs notwendig ist.
FIG. 8 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Downmixvorrichtung/eines Encoders. Darin werden in einem ersten Schritt ein oder mehrere Kanäle, beispielsweise das BtFC-Signal mit einem Verstärkungsfaktor (beispielsweise 3dB) , einem verstärkten oder unverstärkten Grundsignal
(beispielsweise einem FC-Signal) zugemischt. Zuvor wird von einem geeigneten Element in periodischen Zeitabständen
(beispielsweise alle 64 Samples) geprüft, ob der LFE aktiv oder inaktiv ist, und diese Information ebenfalls (etwa als 0 oder 1) als Datenpuls übertragen (bei einer Samplingrate von 48000 bedeutet dies eine Datenrate von 750bit pro Sekunde) .
In einem zweiten Schritt wird das Grundsignal (beispielsweise das FC-Signal und/oder das BtFC-Signal) einerseits mit dem LFE-Signal, gegebenenfalls unter Zugrundelegen geeigneter Verstärkungsfaktoren (beispielsweise einer Verstärkung um -3dB für alle summierten Signale) summiert, und andererseits einem Highpass-Filter (beispielsweise einem idealen IIR-Filter mit anschliessender Allpass-Korrektur , einem bei 120Hz oder 100Hz oder 90Hz oder auch 80Hz endenden Stopband mit -80dB und einem bei 121Hz oder 101Hz oder 91Hz oder auch 81Hz beginnenden Passband mit OdB) zugeführt. In einem dritten Schritt wird das Summensignal aus LFE, Grundsignal und optional weiteren Signalen einem komplementären Lowpass-Filter (beispielsweise einem zum obigen Highpass-Filter komplementären IIR-Filter mit anschliessender Allpass-Korrektur und einem mit einem 120Hz oder 100Hz oder 90Hz oder auch 80Hz endenden Passband mit OdB und einem bei 121Hz oder 101Hz oder 91Hz oder auch 81Hz beginnenden Stopband mit -80dB) zugeführt.
Das jeweilige Ausgangssignal des Hochpassfilters und Tiefpassfilters wird nunmehr addiert und beispielsweise als das Grundsignal oder als Downmix mit weiteren Kanälen vom Encoder zum Decoder gemeinsam mit dem Datenpuls übertragen.
Figuren 9 bis 11 zeigen drei Ausführungsbeispiele einer Upmixvorrichtung bzw. eines Decoders. Im Decoder kann in einem ersten Schritt optional ein Korrelationsvergleich stattfinden. Anschliessend wird das Grundsignal optional gemeinsam mit weiteren Kanälen direkt einem Tiefpassfilter (idealerweise der gleichen Art, wie oben beschrieben) zugeführt. Diesem Tiefpassfilter kann ein Element vor oder nachgeschaltet werden, sodass in der Downmixvorrichtung bestimmt wird, ob die Amplituden des LFE oder der LFEs unterhalb oder oberhalb eines Schwellwerts liegen. Diese binäre Information wird in periodischen Abständen, z.B. alle 64 Samples, bestimmt und mit dem Downmix übertragen. Wenn die Amplituden unterhalb des Schwellwerts liegen, wird der LFE bzw. werden die LFEs nicht auf den Downmix gemischt oder nach dem Upmix bestimmt oder ausgegeben. Andernfalls wird der LFE bzw. werden die LFEs, wie oben beschrieben, auf den Downmix gemischt oder nach dem Upmix bestimmt oder ausgegeben. Die Upmixvorrichtung weiss durch den übertragenen oder bestimmten Binärwert, ob für die letzte Periode ein LFE oder zwei LFEs oder gar kein LFE bestimmt oder ausgegeben werden muss. Auf das resultierende Signal kann nunmehr ebenfalls optional ein Korrelationsvergleich ausgeführt werden. Die resultierenden Signale können optional weiterverarbeitet werden, beispielsweise durch ein Pseudostereo-Verfahren, so etwa durch dessen Sonderfall einer linearen oder nichtlinearen inverse Kodierung (beispielsweise für die Ableitung eines BtFC) , und werden nunmehr ausgegeben.
Bei richtiger Wahl des Grundsignals bzw. optionaler weiterer Kanäle werden hochfrequente Anteile des LFE-Signals nunmehr über diese ausgegeben, während die durch den LFE übertragene Energie erhalten bleibt. Es tritt insgesamt ein Maskierungseffekt auf, der verhindert, dass die Zuordnung einzelner Signalanteile an andere Lautsprecher als solche auch wahrgenommen wird.
Die Begriffe „niederfrequenter Kanal", „niedrig-frequenter Kanal", „LFE Kanal" und „Basskanal" sollen in dieser Anmeldung als äquivalent angesehen werden.
Die Erfindung ist nicht auf die beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt, Vielmehr sollen alle unter die Patentansprüche fallenden Ausführungsformen geschützt sein .

Claims

PATENTA S PRÜCHE
1. Verfahren zur Kodierung oder zum Downmixen eines niedrig- frequenten Kanals eines Audiomultikanalsignals in einem Audiodownmixsignal , aufweisend die folgenden Schritte:
Bestimmen eines Tiefpassfiltersignals durch Anwendung eines Tiefpassfilters auf den niedrig-frequenten Kanal oder auf eine den niedrig-frequenten Kanal enthaltende Linearkombination von Kanälen des Audiomultikanalsignals;
Aufmischen des Tiefpassfiltersignals auf mindestens einen Kanal des Audiodownmixsignals.
2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Tiefpassfilter eine Grenzfrequenz kleiner gleich 120 Hz, vorzugsweise kleiner gleich 100 Hz, vorzugsweise kleiner gleich 80 Hz hat.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei das
Tiefpassfiltersignal symmetrisch auf zumindest einen rechten Kanal und auf zumindest einen linken Kanal aufgemischt wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das
Tiefpassfiltersignal auf zumindest einen zentralen Kanal aufgemischt wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das
Tiefpassfiltersignal , mit unterschiedlichen Faktoren gewichtet, auf verschiedene Kanäle des
Audiodownmixsignals aufgemischt wird.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei das
Tiefpassfiltersignal auf einen vorderen linken Kanal und einen vorderen rechten Kanal des Audiodownmixsignals aufgemischt wird.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei der
niedrig-frequente Kanal ein erster niedrig-frequenter Kanal ist, und das Tiefpassfiltersignal ein erstes
Tiefpassfiltersignal ist, und das Audiomultikanalsignal einen zweiten niedrig-frequenten Kanal aufweist, und ein zweites Tiefpassfiltersignal durch Anwendung eines
Tiefpassfilters auf den zweiten niedrig-frequenten Kanal oder auf eine den zweiten niedrig-frequenten Kanal enthaltende Linearkombination von Kanälen des
Audiomultikanalsignals bestimmt wird, wobei das erste Tiefpassfiltersignal auf zumindest einen linken Kanal des Audiodownmixsignals gemischt wird und das zweite
Tiefpassfiltersignal auf zumindest einen rechten Kanal des Audiodownmixsignals gemischt wird, wobei der
zumindest eine rechte Kanal zu dem zumindest einem linken Kanal symmetrisch angeordnet ist.
8. Verfahren nach Anspruch 7, wobei das erste
Tiefpassfiltersignal auf einen vorderen linken Kanal des Audiodownmixsignals und auf einen hinteren linken Kanal des Audiodownmixsignals gemischt wird, und das zweite Tiefpassfiltersignal auf einen vorderen rechten Kanal des
Audiodownmixsignals und auf einen hinteren rechten Kanal des Audiodownmixsignals gemischt wird.
9. Verfahren nach Anspruch 8, wobei die
Tiefpassfiltersignale auf die vorderen Kanäle schwächer als auf die hinteren Tiefpassfiltersignale aufgemischt werden .
10. Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, wobei das erste
Tiefpassfiltersignal mit einem ersten Faktor auf einen vorderen linken Kanal des Audiodownmixsignals und mit einem zweiten Faktor auf einen hinteren linken Kanal des Audiodownmixsignals gemischt wird, und das zweite
Tiefpassfiltersignal mit einem ersten Faktor auf einen vorderen rechten Kanal des Audiodownmixsignals und mit einem zweiten Faktor auf einen hinteren rechten Kanal des Audiodownmixsignals gemischt wird.
11. Verfahren zur Bestimmung eines niedrig-frequenten Kanals eines Upmixsignals aus einem Audiodownmixsignal ,
aufweisend die folgenden Schritte:
Bestimmen eines niedrig-frequenten Kanals durch Tiefpassfilterung eines Kanals des Audiodownmixsignals, eines Kanals des Upmixsignals oder eines auf einem Kanal des Audiodownmixsignals oder einem Kanal des Upmixsignals basierenden Signals.
12. Verfahren nach Anspruch 11, wobei der Tiefpassfilter eine Grenzfrequenz kleiner gleich 120 Hz, vorzugsweise kleiner gleich 100 Hz, vorzugsweise kleiner gleich 90 Hz, vorzugsweise kleiner gleich 80 Hz hat.
13. Verfahren nach Anspruch 11 oder 12, wobei der niedrig- frequente Kanal durch Tiefpassfilterung eines Kanals des Audiomultikanalsignals oder durch Tiefpassfilterung einer
Linearkombination von Kanälen des Audiomultikanalsignals bestimmt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 13, wobei der niedrig-frequente Kanal durch die Tiefpassfilterung einer Linearkombination aus einem zueinander symmetrisch angeordneten rechten Kanal und linken Kanal bestimmt wird .
Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 14, wobei der niedrig-frequente Kanal durch die Tiefpassfilterung eines zentralen Kanals des Upmixsignals oder einer einen zentralen Kanal des Upmixsignals enthaltenden
Linearkombination bestimmt wird.
16. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 15, wobei der niedrig-frequente Kanal durch die Tiefpassfilterung einer, verschiedene Kanäle des Upmixsignals enthaltenden Linearkombination bestimmt wird, wobei die verschiedenen Kanäle zumindest teilweise mit verschiedenen Faktoren gewichtet werden.
17. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 16, wobei der niedrig-frequente Kanal durch die Tiefpassfilterung einer einen vorderen rechten Kanal, einen vorderen zentralen Kanal und einen vorderen linken Kanal enthaltenden
Linearkombination bestimmt wird.
18. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 17, wobei der niedrig-frequente Kanal ein erster niedrig-frequenter Kanal ist, der durch die Tiefpassfilterung einer ersten Linearkombination von linken Kanälen und/oder zentralen
Kanälen des Upmixsignals bestimmt wird, und ein zweiter niedrig-frequenter Kanal des Upmixkanalsignals auf der Basis einer Tiefpassfilterung einer zweiten
Linearkombination von rechten Kanälen und/oder zentralen Kanälen des Upmixsignals bestimmt wird.
19. Verfahren nach Anspruch 18, wobei die erste und die
zweite Linearkombination
einen mit einem ersten Faktor (C) multiplizierten vorderen zentralen Kanal (FC) aufweisen; und/oder
einen mit einem ersten Faktor (C) multiplizierten unteren vorderen zentralen Kanal (BtFC) aufweisen;
und/oder
einen mit einem dritten Faktor (E) multiplizierten hinteren zentralen Kanal (BC) aufweisen; und/oder
einen mit einem dritten Faktor (E) multiplizierten oberen vorderen zentralen Kanal (TpFC) aufweisen;
und/oder
einen mit einem vierten Faktor (F) multiplizierten oberen zentralen Kanal (TpBC) aufweisen; und/oder einen mit einem fünften Faktor (G) multiplizierten oberen zentralen Kanal (TpC) aufweisen.
20. Verfahren nach Anspruch 18 oder 19, wobei
die erste Linearkombination einen seitlich linken
Kanal (SiL) und/oder einen vorderen linken Kanal (FL) und/oder einen vorderen linken zentralen Kanal (FLc) und/oder einen unteren vorderen linken Kanal (BtFL) aufweist, und/oder
die zweite Linearkombination einen seitlich rechten
Kanal (SiR) und/oder einen vorderen rechten Kanal (FR) und/oder einen vorderen rechten zentralen Kanal (FRc) und/oder einen unteren vorderen rechten Kanal (BtFR) aufweist .
21. Verfahren nach einem der Ansprüche 18 bis 20, wobei
die erste Linearkombination einen mit einem ersten Faktor (C) multiplizierten hinteren linken Kanal (BL) , einen mit einem ersten Faktor (C) multiplizierten oberen vorderen linken Kanal (TpFL) und/oder einen mit einem ersten Faktor (C) multiplizierten oberen seitlich linken Kanal (TpSiL) aufweist, und/oder
die zweite Linearkombination einen mit einem ersten Faktor (C) multiplizierten hinteren rechten Kanal (BR) , einen mit einem ersten Faktor (C) multiplizierten oberen vorderen rechten Kanal (TpFR) und/oder einen mit einem ersten Faktor (C) multiplizierten oberen seitlich rechten Kanal (TpSiR) aufweist, und/oder
die erste Linearkombination einen mit einem zweiten Faktor (D) multiplizierten oberen hinteren linken Kanal
(TpBL) aufweist, und/oder
die zweite Linearkombination einen mit einem zweiten Faktor (D) multiplizierten oberen hinteren rechten Kanal (TpBR) aufweist.
22. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 21, wobei die Kanäle des Upmixsignals auf der Basis der Kanäle des Audiodownmixsignals bestimmt werden.
23. Computerprogramm ausgebildet bei Ausführung auf einem
Prozessor ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 22 aus zuführen . 24. Vorrichtung zur Kodierung oder zum Downmixen eines
niedrig-frequenten Kanals eines Audiomultikanalsignals in einem Audiodownmixsignal , aufweisend:
Tiefpassfilter (12. R, 12. L, 32) zur Tiefpassfilterung des niedrig-frequenten Kanal oder der eine den niedrig- frequenten Kanal enthaltende Linearkombination von
Kanälen des Audiomultikanalsignals zur Bestimmung eines
Tiefpassfiltersignals;
Mischer (15. R, 15. L, 16. R, 16. L, 33, 34) zum
Aufmischen des Tiefpassfiltersignals auf mindestens einen Kanal des Audiodownmixsignals.
25. Vorrichtung zur Bestimmung eines niedrig-frequenten
Kanals eines Upmixsignals aus einem Audiodownmixsignal, aufweisend :
Tiefpassfilter (29. R, 29. L, 44) zur Tiefpassfilterung eines Kanals des Audiodownmixsignals, eines Kanals des Upmixsignals oder eines auf einem Kanal des
Audiodownmixsignals oder einem Kanal des Upmixsignals basierenden Signals zum Bestimmen des niedrig-frequenten Kanals.
26. Audiodatei oder Audiostream, aufweisend eine Mehrzahl von Kanälen eines Downmixsignals , wobei mindestens ein Kanal des Downmixsignals nur unterhalb einer Grenzfrequenz die Komponenten eines niedrig-frequenten Kanals eines
Audiomultikanalsignals enthält.
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