VERFAHREN ZUR MEHRKANALTONBEARBEITUNG IN EINEM MEHRKANALTONSYSTEM

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Mehrkanaltonbearbeitung in einem Mehrkanaltonsystem gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

[0002] Ein Verfahren der eingangs genannten Art ist dem Fachmann bekannt und geläufig und wird in der DE 24 39 863 A1 offenbart.

[0003] In dem in der Druckschrift US 5,771,295 beschriebenen Mehrkanaltonverfahren werden aus Stereo-Signalen, d.h. aus den Eingangssignalen L und R die Frontsignale Lo und Ro, das Center-Signal Co und die Surround-Signale L_RO und R_RO abgeleitet. Für jedes der Signale werden von den Signalen L, R, L+R und L-R die jeweils anderen Signale mit einer Gewichtung subtrahiert. Im Rahmen dieses vorbekannten Verfahrens zur Mehrkanaltonbearbeitung werden neben den Pegelverhältnisberechnungen auch frequenzabhängige Gewichtsfaktoren abgeleitet. Dabei wird das Center-Signal C nur in dem Pegel variiert, wohingegen die beiden Surround-Signale L_RO und R_RO in zwei Frequenzbändern und phaseninvertiert abgeleitet werden. In dem der Druckschrift US 5,046,098 offenbarten vorbekannten Verfahren werden die Frontsignale L' und R' sowie das Center-Signal C und das Surround-Signal S erzeugt, in dem durch Summen und Differenzbildung das Center-Signal C=a₁*L+a₂*R und das Surround-Signal S=a₃*L-a₄*R und die Frontsignale L'=a₅*L-a₆*C und R'=a₇*R-a₈*C aus den beiden Eingangssignalen L und R gebildet werden. Die Koeffizienten a₁...a₈ dieser gewichteten Summationen werden aus Pegelmessungen abgeleitet. Zur Steuerung dieser Differenzbildung werden zwei Steuersignale aus der Pegeldifferenz eines linken und rechten Kanals D_LR und aus Pegeldifferenz eines Summen- und Differenzsignales Des berechnet. Diese beiden Steuersignale werden mit zeitvarianten Ansprechzeiten in dieser Dynamik verändert. Aus diesen beiden zeitvarianten neuen Steuersignalen werden dann vier einzelne Gewichtsfaktoren E_C, E_S, E_L und E_R abgeleitet, die eine zeitvariante Ausgangsmatrix zur Berechnung der Frontsignale L' und R' sowie des Center-Signales C und des Surround-Signales S ermöglichen.

[0004] Ein weiteres Verfahren der eingangs genannten Art offenbart die Druckschrift US 2004/0125960 A1, die eine Erweiterung der Decodierung mit zeitvarianten Steuersignalen zum Inhalt hat. Die beiden Frontsignale L_out und R_out werden dabei aus den beiden Eingangssignalen L und R und der Subtraktion eines gewichteten Summensignales (L+R) und eines gewichteten Differenzsignales (L-R) gewonnen. Das Center-Signal C ergibt sich aus der Summe (L+R) und der Subtraktion der gewichteten Eingangssignale L und R. Das Surround-Signal S erfolgt aus der Summe (L-R) und der Subtraktion der gewichteten Eingangssignale L und R. Die Gewichtskoeffizienten g_l, g_r, g_c und g_s werden aus einer Pegelanpassung der Signale L und R bzw. L+R und L-R in einer rekursiven Struktur gewonnen.

[0005] Auch dient in der Druckschrift US 6,697,491 B1 die Pegeldifferenzberechnung für L/R und (L+R)/(L-R) zur Ableitung von Steuersignalen für die gewichtete Matrixdecodierung in der Mehrkanaltonbearbeitung.

[0006] Die beschriebenen Verfahren zur Mehrkanalbearbeitung in einem Mehrkanaltonsystem sind hauptsächlich für die Verarbeitung von Kinoton-Signalen entwickelt worden. Hierbei ist es wichtig gewesen, dynamisch auftretende Richtungen von Signalen, zumeist in Form von Sprach- und Effektsignalen, räumlich über mehrere Lautsprecher richtungsadäquat wiederzugeben. Die dynamische Ansteuerung dieser Mehrkanalsignale unterstützt die Richtungswahrnehmung bei derartigen Signalarten. Demgegenüber ist jedoch die Richtungsinformation in musikalischen Stereo-Aufnahmen zu einem hohen Prozentsatz nicht dynamisch, sondern eher statisch und ändert sich bei speziellen Raumeffekten eher geringfügig. Akustische Untersuchungen im Rahmen des in der Druckschrift US 2004/0125960 A1 offenbarten Verfahrens zeigen ein minimales Steuern der Richtungsinformationen, da dominante Richtungen innerhalb eines Stereo-Mixes selten auftreten. Diese zeitvariante Mehrkanal-Steuerung sorgt für eine räumliche Verschiebung des Signales, wenn anschließend wieder eine Stereo-Encodierung vorgenommen wird.
Wesentlich entscheidender für eine räumliche Auflösungsverbesserung von Stereo-Signalen ist dagegen eine Extraktion von Richtungssignalanteilen und deren Gewichtung durch statische oder frequenzabhängige Gewichtung. Von daher stellt die Druckschrift WO 2010/015275 A1 einen wesentlichen Fortschritt des Verfahrens der eingangs genannten Art dar, da hier die Zerlegung von Stereo-Signalen in Raumanteile erfolgt, um diese mit unterschiedlichen Pegelstellern zu bewerten. Danach werden die bewerteten Raumsignale wieder zu einem Stereo-Signal zusammengesetzt. Aufgrund der Gewichtung der Raumsignalanteile erfährt das Stereo-Signal eine Verbesserung der räumlichen Wiedergabe.

[0007] Die Veröffentlichung "QA-800, A single unit, four-channel pre/main amplifier for the creation of a living presence quadraphonic sound field" von Pioneer, 2010, offenbart verschiedene Beispiele von Vierkanalstereofoniesystemen.

[0008] US2012/0263306 A1 offenbart eine Vierkanalstereofonievorrichtung. Es ist deshalb Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren der eingangs genannten Art derart weiterzuentwickeln, dass auf Grundlage einer Extraktion von Richtungssignalanteilen eine weitere Verbesserung der räumlichen Wiedergabe der Eingangssignale L und R erzielt wird.
Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Gemäß der Erfindung werden im Rahmen einer Decodierung aus den Signalen R und L, die räumlich wiedergegeben werden, mindestens zwei Signale der Form nL-mR mit n, m = 1, 2, 3, 4 gebildet. Hierdurch wird vorteilhafterweise eine Verbesserung der räumlichen Wiedergabe und Transparenz der Eingangs-Signale L und R erzielt. Hierzu werden bei der Decodierung vorzugsweise die Signale L-R (das heißt mit n,m=l) und 2L-R (das heißt mit n=2 und m=l) gebildet. Im Rahmen von psychoakustischen Untersuchungen hat sich zudem die Ableitung der Surround-Signale aus der Differenz L-R als weiterer wichtiger Schritt für eine verbesserte Stereo- und Raumaufweitung erwiesen. Hierbei hat sich wiederum nach intensivem Hörtest das Verhältnis der Surround-Signale S_L=2L-R und S_R=2R-L als günstig herausgestellt. Die Erfindung sieht daher vor, dass das Surround-Signal S_L=2L-R und das Surround-Signal S_R aus der Differenz S_R=2R-L gebildet werden.

[0009] Vorzugsweise werden im Rahmen der Decodierung aus den Signalen L und R ein Raumsignal R und in ein Center-Signal gebildet. Das Raumsignal wird dabei aus der Differenz der Signale L und R (R_L) und/oder aus der Differenz der Signale R und L (R_R) gebildet.

[0010] Entgegen den herkömmlichen Verfahren, die eine Zerlegung der Signale L und R in die Front-Signale L_front und R_front, das Center-Signal C und die Surround-Signale S_L und S_R vorsehen, wird durch das erfindungsgemäße Verfahren eine Raum- und Stereo-Erweiterung eines Stereo-Signales durch eine Erweiterung der Stereo-Zerlegung erreicht. Hierzu werden die Raum-Signale R_L=L-R und R_R=R-L zusätzlich aus den Eingangskanälen R und L gerechnet.

[0011] Diese Eigenschaften sind bei den folgenden Systemen verifiziert:

• MS40 Behringer-Monitor-Lautsprecher
• Notebook Toshiba
• IMAC27 Rechner
• Mobiltelefon LG GM205 mit DolbyMobile
• Philips Flatscreen-Fernseher 42PFL9703D mit BBE Surround
• Dockingstation JBL On Stage 400p.

[0012] Vergleiche zu DolbyMobile, Virtual Dolby Surround und anderen Stereo-Spatializern zeigen, dass das erfindungsgemäße Verfahren eine wesentlich neutralere Verbesserung des Stereo-Klangbildes erzeugt.

[0013] Von Vorteil ist dabei eine frequenzabhängige Gewichtung der Surround-Signale. Zweckmäßigerweise erfolgt daher eine frequenzabhängige Gewichtung der Signale S_L und S_R. Die frequenzabhängige Gewichtung erfolgt vorzugsweise mittels eines Höhenshelving-Filters.

[0014] Zweckmäßigerweise werden zu den Signalen L_P und R_P die Signale L und R addiert.

[0015] Im Rahmen der Erfindung ist auch eine Software vorgesehen, die sich auf einem Signalprozessor befindet, d.h. auf den Signalprozessor importiert ist. Die Software enthält dabei einen Algorithmus, der von dem Signalprozessor abgearbeitet wird, wobei der Algorithmus das Verfahren erfasst.

[0016] Im Folgenden wird die Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt in schematischer Darstellung:

Fig. 1

ein Verfahren gemäß der Erfindung und

Fig. 2

eine weitere Ausführungsform des Verfahrens aus Fig. 1.

Figur 1 zeigt das erfindungsgemäße Verfahren im Rahmen eines Verfahrensschrittes A, dem weitere Verfahrensschritte folgen, und zwar die Verarbeitung von decodierten Signalen, eine Encodierung sowie eine Verarbeitung der encodierten Signale.
Das erfindungsgemäße Verfahren zeichnet sich dadurch aus, dass im Rahmen einer Decodierung aus den Signalen R und L mindestens zwei Signale der Form nL-mR mit n, m =1, 2, 3, 4 gebildet werden. Wie aus Figur 1 hervorgeht, sind dies die Signale R_L=L-R und S_L=2L-R.
Fig. 2 zeigt das erfindungsgemäße Verfahren, welches vier Verfahrensabschnitte A, B, C, D aufweist. Im Einzelnen handelt es sich bei den Verfahrensabschnitten um

• die Decodierung (Verfahrensabschnitt A),
• die Verarbeitung der decodierten Signale (Verfahrensabschnitt B),
• die Encodierung (Verfahrensabschnitt C),
• die Verarbeitung der encodierten Signale (Verfahrensabschnitt D).

[0017] Das Verfahren beginnt damit, dass im Rahmen der Decodierung die Eingangs-Signale L und R, die als Stereo-Signale vorliegen, in drei Signalanteile zerlegt werden, wobei die Signale L und R erhalten bleiben können. Bei den Signalanteilen handelt es sich um das Center-Signal C, das Raumsignal R sowie die Surround-Signale S_L und S_R. Das Center-Signal C ist dabei einkanalig, d.h. es enthält nur den Kanal C, wohingegen das Raum-Signal R und das Surround-Signal S zweikanalig sind, d.h. sie enthalten die Signale R_L und R_R bzw. S_L und S_R. Die Surround- und Raum-Signale S_L, S_R sowie R_L und R_R enthalten dabei die Richtung und Rauminformation der Stereo-Signale L und R.

[0018] In Verfahrensabschnitt A werden die Signale, d.h.

• der einkanalige Center-Signal C=L+R, auch Mono-Signal genannt,
• der Stereo-Anteil R_L=L-R und R_R=R-L des zweikanaligen Raum-Signales R sowie
• die beiden zweikanaligen Surround-Kanäle S_L=2L-R und S_R=2R-L,

aus den Stereo-Signalen R und L in fünf parallelen Stufen decodiert.

[0019] Dem Verfahrensabschnitt A schließt sich der Verfahrensabschnitt B an, in dem die Verarbeitung der Kanäle C, R_L, R_R, S_L und S_R erfolgt. Um die Lautstärke des Center-Signales C und des Raum-Signales R_L=L-R und R_R=R-L einzustellen, werden diese Signale durch erste Pegelsteller 1, 2 mit einer Pegelgewichtung versehen, die sich in dem Faktor 1,5 manifestiert. Nach dieser ersten Pegelgewichtung erfolgt durch die weiteren Pegelsteller 3, 4 eine weitere variable Pegelgewichtung, die die Klangcharakteristika der decodierten Signale zu L, R gewichten.

[0020] Die beiden Surround-Signale S_L=2L-R und S_R=2R-L werden dagegen Höhenshelving-Filtern 5, 6 zugeführt, durch die der Frequenzgang der Surround-Signale S_L und S_R eingestellt werden. Es findet also eine frequenzabhängige Gewichtung der Signale S_L und S_R statt, wobei die Filter 5, 6 eine minimale Phasenverschiebung im Frequenzbereich um vorzugsweise 2 kHz aufweisen, so dass Auslöschungseffekte bei der in Verfahrensabschnitt C stattfindenden Encodierung minimiert werden, gleichzeitig der eigentliche Verstärkungseffekt jedoch betont wird und zwar mit einem Höhenshelving-Frequenzgang um beispielsweise 3 dB bei vorzugsweise 2KHZ. Danach werden die Surround-Signale S_L, S_R den Pegelstellern 7, 8 zugeführt, die die Klangcharakteristika der decodierten Signale zu S_L, S_R gewichten.

[0021] Bei der Encodierung, d.h. in dem Verfahrensabschnitt C, ergeben sich somit nach Summation, die schon in dem Verfahrensschritt A gegeben ist, der Signale C, R_L, R_R, S_L, S_R in der Form:



die encodierten Stereosignale L_P, R_P gemäß



bzw. nach Filterung der Surround-Signale S_L, S_R

[0022] In dem letzten Verfahrensabschnitt D erfahren die encodierten gewichteten Signale L_P, R_P eine Nachbearbeitung durch Stereo-Equalizer 9, 10. Zur weitere Anreicherung des Klangbildes wird eine spezielle nichtlineare Kennlinie NL verwendet. Diese nichtlineare Kennlinie bildet eine Eingangsamplitude x auf eine Ausgangsamplitude y ab. Die eingesetzte, nicht lineare Kennlinie y=f(x) lautet

[0023] Durch diese Kennlinie werden dem Direkt-Musiksignal harmonische Obertöne hinzugefügt. Schließlich erfahren die Signale L_P, R_P eine weitere Nachverarbeitung in dem Verfahrensabschnitt D derart, dass die Pegelsteller 11, 12 den Grad der Obertonzumischung zum Direktsignal bestimmen. Eine weitere Bearbeitung erfolgt schließlich durch die Pegelsteller 13, 14, die den Gesamtpegel des Verfahrensergebnisses regelbar machen.

[0024] Die vorliegende Erfindung beschränkt sich in ihrer Ausführung nicht auf das vorstehend angegebene Ausführungsbeispiel. Vielmehr ist eine Anzahl von Varianten denkbar, welche von der dargestellten Lösung auch bei anders gearteten Ausführungen Gebrauch machen. Beispielsweise können im Rahmen des Verfahrensabschnittes D Maximizer, d.h. Kompressoren/Limiter Anwendung finden, um das Klangbild weiter anzureichern.

Bezugszeichenliste:

[0025] 

1, 2

erste Pegelsteller

3, 4

weitere Pegelsteller

5, 6

Höhenshelving-Filter

7, 8

Pegelsteller

9, 10

Stereo-Equalizer

11, 12,

 

13, 14

weitere Komponenten

Ansprüche

1. Verfahren zur Mehrkanaltonbearbeitung in einem Mehrkanaltonsystem, bei dem die Eingangssignale L und R, vorzugsweise als Stereo-Signale, decodiert werden, wobei im Rahmen der Decodierung aus den Signalen R und L mindestens zwei Signale der Form nL-mR mit n, m = 1, 2, 3, 4 gebildet werden, dadurch gekennzeichnet, dass die Eingangssignale L und R räumlich wiedergegeben werden und ein Surround-Signal S_L aus der Differenz S_L = 2L-R und ein Surround-Signal S_R aus der Differenz S_R = 2R-L gebildet werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei im Rahmen der Decodierung aus den Signalen L und R ein Raumsignal R und in ein Center-Signal gebildet werden, wobei ein Raumsignal R_L aus der Differenz der Signale L und R und/oder ein Raumsignal R_R aus der Differenz der Signale R und L gebildet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, wobei sich im Rahmen einer Encodierung Signale Lp, Rp in der Form

und

ergeben.

4. Verfahren nach Anspruch 3, wobei die Signale R_L, R_R, C, S_L und S_R eine Pegelgewichtung V_C, V_R, V_S erhalten.

5. Verfahren nach Anspruch 3, wobei sich im Rahmen einer Encodierung Signale L_P, R_P in der Form

sowie

ergeben.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 5, wobei eine frequenzabhängige Gewichtung der Signale S_L und S_R erfolgt.

7. Verfahren nach Anspruch 6, wobei die frequenzabhängige Gewichtung mittels eines Höhenshelving-Filters (5,6) erfolgt.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 6, wobei die Signale L_P, R_P mittels eines Equalizers (9,10) gefiltert werden.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 7, wobei den Signalen L_P, R_P harmonische Obertöne hinzugefügt werden.

10. Verfahren nach Anspruch 9, wobei das Hinzufügen der harmonischen Obertöne mittels eines Kompressors/Limiters oder einer nichtlinearen Kennlinie der Form

erfolgt, wobei diese nichtlineare Kennlinie eine Eingangsamplitude x auf eine Ausgangsamplitude y abbildet.

11. Software, die auf einen Signalprozessor importiert ist,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Software einen Algorithmus enthält, der von dem Signalprozessor abgearbeitet wird, wobei der Algorithmus das Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 10 erfasst.

Claims

1. A method for processing a multichannel sound in a multichannel sound system, in which the input signals L and R are decoded, preferably as stereo signals, wherein the signals R and L are decoded at least into two signals of the form nL-mR with n, m = 1, 2, 3, 4, characterized in that the input signals L and R are spatially reproduced and a surround signal S_L is formed from the difference S_L = 2L-R and a surround signal S_R from the difference S_R = 2R-L.

2. The method according to claim 1, wherein the signals L and R are decoded into a spatial signal R and into a center signal, wherein a spatial signal R_L is formed from the difference of the signals L and R and/or a spatial signal R_R from the difference of the signals R and L.

3. The method according to claim 2, wherein an encoding to signals L_P, R_P takes place in the form

and

4. The method according to claim 3, wherein the signals R_L, R_R, C, S_L and S_R contain a level weighting V_C, V_R, V_S.

5. The method according to claim 3, wherein an encoding to signals L_P, R_P takes place in the form

and

6. The method according to one of claims 3 to 5, wherein a frequency-dependent weighting of the signals S_L and S_R takes place.

7. The method according to claim 6, wherein the frequency-dependent weighting takes place by means of a height-shelving filter (5, 6).

8. The method according to one of claims 3 to 6, wherein the signals L_P, R_P are filtered by means of an equalizer (9, 10).

9. The method according to one of claims 3 to 7, wherein harmonic overtones are added to the signals L_P, R_P.

10. The method according to claim 9, wherein the addition of the harmonic overtones takes places by means of a compressor/limiter or a non-linear characteristic line of the form y=tanh((1/7.522*atan(7.522*x)*(sign(x)+1)/2+x*(sign(-x)+1)/2)/0.5)*0.5, wherein this non-linear characteristic line maps an input amplitude x to an output amplitude y.

11. A software, which is imported onto a signal processor, characterized in that the software contains an algorithm, which is executed by the signal processor, wherein the algorithm includes the method according to one of claims 1 to 10.

Revendications

1. Procédé destiné au traitement d'un son multicanal dans un système de son à plusieurs canaux, pour lequel les signaux d'entrée L et R sont décodés, de préférence sous la forme de signaux stéréo ;
dans lequel au moins deux signaux ayant la forme nL-mR, où n, m = 1, 2, 3, 4 sont formés dans le cadre du décodage à partir des signaux R et L ;
caractérisé en ce que les signaux d'entrée L et R sont restitués dans l'espace et un signal surround S_L est formé à partir de la différence S_L = 2L-R et un signal surround S_R est formé à partir de la différence S_R = 2R-L.

2. Procédé selon la revendication 1,
dans lequel un signal spatial R est formé à partir des signaux L et R et est formé en un signal central, dans le cadre du décodage ;
dans lequel un signal spatial R_L est formé à partir de la différence des signaux L et R et/ou un signal spatial R_R est formé à partir de la différence des signaux R et L.

3. Procédé selon la revendication 2,
dans lequel, dans le cadre d'un encodage, des signaux L_P, R_P en résultent sous la forme :

et

4. Procédé selon la revendication 3,
dans lequel les signaux R_L, R_R, C, S_L et S_R contiennent une pondération de niveau V_C, V_R, V_S.

5. Procédé selon la revendication 3,
dans lequel, dans le cadre d'un encodage, des signaux L_P, R_P en résultent sous la forme :

ainsi que

6. Procédé selon l'une des revendications 3 à 5,
dans lequel une pondération des signaux S_L et S_R a lieu, laquelle pondération dépend de la fréquence.

7. Procédé selon la revendication 6,
dans lequel la pondération qui dépend de la fréquence a lieu au moyen d'un filtre de dégradé passe-haut (5, 6).

8. Procédé selon l'une des revendications 3 à 6,
dans lequel les signaux L_P, R_P sont filtrés au moyen d'un égaliseur (9, 10).

9. Procédé selon l'une des revendications 3 à 7,
dans lequel des tons aigus harmoniques sont ajoutés aux signaux L_P, R_P.

10. Procédé selon la revendication 9,
dans lequel l'ajout des tons aigus harmoniques a lieu au moyen d'un compresseur / limiteur ou d'une courbe caractéristique non linéaire ayant la forme y = tanh ((1 / 7,522 * atan (7,522 * x) * (sign(x) + 1) / 2 + x * (sign(-x) + 1) / 2) / 0,5) * 0,5 ;
dans lequel cette courbe caractéristique non linéaire représente une amplitude d'entrée x sur une amplitude de sortie y.

11. Programme logiciel, lequel est importé sur un processeur de signaux,
caractérisé en ce que ledit programme logiciel contient un algorithme qui est traité par le processeur de signaux ;
dans lequel l'algorithme détecte le procédé conformément à l'une des revendications 1 à 10.

Zeichnung