BRPI0615899A2 - unidade decodificadora espacial, dispositivo decodificador espacial, sistema de áudio, dispositivo de consumidor, método para produzir um par de canais de saìda binaurais, e, produto de programa de computador - Google Patents

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Abstract

UNIDADE DECODIFICADORA ESPACIAL, DISPOSITIVO DECODIFICAIOR ESPACIAL, SISTEMA DE áUDIO, DISPOSITIVO DE CONSUMIDOR, MéTODO PARA PRODUZIR UM PAR DE CANAIS DE SAìDA BINAURAIS, E, PRODUTO DE PROGRAMA DE COMPUTADOR Uma unidade decodificadora espacial (23) é arranjada para transformar um ou mais canais de áudio (s; 1, r) em um par de canais de saída binaurais (lb, rb). O dispositivo compreende uma unidade de conversão de parâmetros (234) para converter os parâmetros espaciais (sp) em parâmetros binaurais (bp) contendo informação binaural contendo informação binaural. O dispositivo adicionalmente compreende uma unidade de síntese espacial (232) para transformar os canais de áudio (L, R) em um par de sinais binaurais (Lb, Rb) enquanto usando os parâmetros binaurais (bp). A unidade de síntese espacial (232) preferencialmente opera em um domínio de transformada, tal como o domínio de QMF.

Description

"UNIDADE DECODIFICADORA ESPACIAL, DISPOSITIVODECODIFICADOR ESPACIAL, SISTEMA DE ÁUDIO, DISPOSITIVO DECONSUMIDOR, MÉTODO PARA PRODUZIR UM PAR DE CANAIS DESAÍDA BINAURAIS, E, PRODUTO DE PROGRAMA DECOMPUTADOR"
A presente invenção se refere à codificação de áudio. Mais emparticular, a presente invenção se refere a um dispositivo para e um método deconverter um sinal de entrada de áudio em um sinal de saída binaural, onde osinal de entrada compreende, pelo menos, um canal de áudio e parâmetrosrepresentando canais adicionais.
E bem conhecido, gravar e reproduzir sinais de áudio binaural,isto, sinais de áudio que contem informação direcional específica para a qualo ouvido humano é sensível. Gravações binaurais são tipicamente feitasusando dois microfones montados em uma cabeça humana de manequim, talque o som gravado corresponde ao som capturado pelo ouvido humano einclui qualquer influência devia a forma da cabeça e das orelhas. Gravaçõesbinaurais deferem das gravações em estéreo (isto é, estereofônicas), nas quaisa reprodução de um gravação binaural requer um fone de ouvido, e onde agravação em estéreo é feita para reprodução por alto-falantes. Enquanto umagravação binaural permite a reprodução de toda informação espacial usandosomente dois canais, uma gravação em estéreo não forneceria a mesmapercepção espacial.
Gravações de canal dual regular (estereofônico) ou múltiploscanais (e.g., 5.1) podem ser transformados em gravações binauraisconvolucionando cada sinal regular com um conjunto de funções detransferência perceptuais. Tais funções de transferência perceptuais modelama influência do ouvido humano, e possivelmente outros objetos, no sinal. Umtipo bem conhecido de funções de transferência perceptual e a assim chamadafunção de transferência relacionada à cabeça (HRTF). Um tipo alternativo defunção de transferência perceptual, que também leva em conta reflexõescausadas pelas paredes, teto e piso de uma sala, é a Resposta de Impulso deEspaço Binaural (BRIR).
No caso de sinais de múltiplo canal, transformando os sinal emsinais de gravação binaural com um conjunto de funções perceptuais,tipicamente, implica em convolução das funções perceptuais com os sinais detodos os canais. Como uma convolução típica, é exigida computacionalmente,os sinais e o HRTF são tipicamente transformados para o domínio dafreqüência (Fourier) onde a convolução é substituída por uma multiplicaçãomuito menos exigente computacionalmente.
É ainda bem conhecido, reduzir o número de canais de áudio, aserem transmitidos ou armazenados para representar o número original decanais, de um menor número de canais e parâmetros indicativo das relaçõesentre os canais originais. Assim sendo, um conjunto de sinais estéreo pode serrepresentado por um canal único (mono) mais um número de parâmetrosespaciais associados, enquanto um conjunto de sinais 5.1 podem serrepresentados por dois canais e um conjunto de parâmetros espaciaisassociados, ou mesmo por um canal único mais os parâmetros espaciaisassociados.
Esta " mistura descendente " de múltiplos canais de áudio emcodificadores espaciais, e o correspondente " mistura ascendente " de sinaisde áudio em decodificadores espaciais, é tipicamente, realizado em umdomínio de transformada ou domínio de sub banda, por exemplo, o domínioQMF (Filtro espelho em quadratura).
O Pedido de Patente do Tratado de Cooperação de PatenteW02004/028204 descreve um sistema para gerar sinais binaurais usandoFunções de Transferência Relacionada à Cabeça; o documento "The referenceModel Architecture for MPEG Spatial Audio Coding", Herre et al; AudioEngineering Society Convention Paper, New York; 28 de Maio de 2005;XP009059973 descreve a arquitetura de Modelo de Referência MPEG; odocumento "Synthetic Ambiance in Parametric Stereo coding" Endegard etal; Preprints of papers presented at the AES Convention, 8 de Maio de 2004,páginas 1-12, XP008048096 descreve um exemplo de código estéreoparamétrico; e o documento "MP3 Surround: Efficient and CompatibleCoding of Multi-Channel Audio"; Herre at al. Audio Engineering Society,Convention Preprint, 8 de Maio de 2004; XP002338414 descreve exemploscodificação de MP3 Surround.
Quando canais de entrada são feitos com mistura descendentesão para ser convertido em canais de saída binaurais. A abordagem da ArteAnterior é para primeiro misturar ascendentemente os canais de entradausando um decodificador espacial para produzir canais intermediários feitoscom mistura ascendente, e então converter esses canais intermediários feitoscom mistura ascendente em canais binaurais. Este procedimento tipicamenteproduz cinco ou sei canais intermediários, que então tem de ser reduzidos adois canais binaurais. Primeiro expandindo e então reduzindo o número decanais, não é, claramente, eficiente e aumenta a complexidade computacional.
Em adição, reduzindo os cinco ou seis canais intermediários significa parareprodução em alto-falante de múltiplo canal para apenas dois canais,significa que para reprodução binaural inevitavelmente introduz artefatos epor conseguinte, diminui a qualidade do som.
O domínio de QMF referenciado acima é similar, mas nãoidêntico, ao domínio da freqüência (transformada de Fourier). Se umdecodificador espacial é para produzir sinais de saída binaurais, os sinais deáudio feitos com mistura descendente primeiro teriam de ser transformadospara o domínio de QMF para misturar ascendentemente, então serinversamente transformado de QMF, para produzir sinais intermediários dedomínio do tempo, subseqüentemente ser transformado para o domínio dafreqüência por multiplicação com o HRTF (transformado por Fourier), efinalmente ser inversamente transformado para produzir sinais de saída nodomínio do tempo. Será claro que este procedimento não é eficiente, já quevárias transformadas precisam ser efetuadas em sucessão.
O número de computação envolvido nesta abordagem da ArteAnterior tornaria isto muito difícil de projetar um dispositivo de consumidorde mão, tal com um tocador de MP3 portátil, capaz de produzi sinais de saídabinaurais a partir de sinais de áudio feitos com mistura descendente. Mesmo,se tal a um dispositivo pudesse ser implementado, seu tempo de bateria seriabem curto devido á carga computacional requerida.
E um objeto da presente invenção contornar esse e outrosproblemas da Arte anterior e fornecer uma unidade decodificadora espacialcapaz de produzir um ar de canais de saída binaurais a partir de um conjuntode canais de áudio feitos com mistura descendente representado por um oumais canais de entrada de áudio e um conjunto de parâmetros espaciaisassociados, o qual decodificador tem uma eficiência aumentada.
Conseqüentemente, a presente invenção fornece uma unidadedecodificadora espacial para reproduzir um par de canais de saída binauraisusando parâmetros espaciais e um ou mais canais de entrada de áudio, odispositivo compreendendo uma unidade de conversão de parâmetro paraconverter os parâmetros espaciais em parâmetros binaurais usando funções detransferência perceptuais parametrizadas, os parâmetros binaurais dependendotanto dos parâmetros espaciais quanto das funções de transferênciaperceptuais parametrizadas; uma única unidade de transformada paratransformar o único canal de entrada de áudio em um canal de áudiotransformado; uma unidade de desfazer correlação para descorrelacionar ocanal de áudio transformado para gerar um sinal descorrelacionadotransformado; e uma unidade de síntese espacial para sintetizar um par decanais binaurais transformados aplicando os parâmetros binaurais ao canal deáudio transformado (S) e ao sinal descorrelacionado transformado; e um parde unidades de transformada inversa para inversamente transformar os canaisbinaurais transformados no par de canais de saída binaurais.
Convertendo os parâmetros espaciais em parâmetros binaurais,a unidade de síntese espacial pode diretamente sintetizar um par de canaisbinaurais, sem requerer uma unidade de síntese binaural adicional. Comonenhuns sinais intermediários supérfluos são produzidos, os requisitoscomputacionais são reduzidos enquanto a introdução de artefatos ésubstancialmente eliminada.
Na unidade decodificadora espacial da presente invenção, asíntese dos canais binaurais pode ser realizada no domínio da transformada,por exemplo, o domínio da QMF m sem requere passos adicionais detransformação do domínio da freqüência e a subseqüente transformaçãoinversa para o domínio do tempo. Como dois passos de transformada podemser omitidos, ambos o número de computações e os requisitos de memória sãosignificantemente reduzidos. A unidade decodificadora espacial da presenteinvenção pode, por conseguinte, de modo relativo, facilmente ser implementadaem um dispositivo de consumidor portátil.
Ainda mais, na unidade decodificadora espacial da presenteinvenção, canais binaurais são produzidos diretamente a partir dos canaisfeitos com mistura descendente, cada canal binaural compreendendo sinaisbinaurais para reprodução binaural usando um fone de ouvido ou umdispositivo similar. A unidade de conversão de parâmetros deriva osparâmetros binaurais usados para produzir os canais binaurais dos parâmetrosespaciais (isto é, misturar ascendentemente). Esta derivação dos parâmetrosbinaurais envolve funções de transferência perceptuais parametrizadas, taiscomo HRTFs (Head-Related Transfer Functions) e / ou Binaural RoomIMplusr Responses (BRIBs). De acordo com a presente invenção, porconseguinte, o processamento das funções de transferência perceptual éefetuado no domínio do parâmetro, enquanto na Arte Anterior esteprocessamento era realizado no domínio do tempo ou domínio da freqüência.Isto pode resultar em uma redução adicional da complexidade já que aresolução no domínio do parâmetro é tipicamente mais baixa do que aresolução no domínio do tempo o do domínio da freqüência.
E preferido que a unidade de conversão de parâmetros sejaarranjada para combinar no domínio do parâmetro, de modo a determinar osparâmetros binaurais, todas as contribuições de função de transferênciaperceptual que os canais de áudio de entrada (misturar descendentemente)fariam para os canais binaurais. Em outras palavras, os parâmetros espaciais eas funções de transferência perceptuais parametrizadas são combinados em taluma maneira que os parâmetros combinados resultam em um sinal de saídabinaural tendo propriedades estatísticas similares àquelas obtidas no métododa Arte Anterior envolvendo sinais intermediários feitos com misturaascendente.
Em uma modalidade preferida, a unidade decodificadoraespacial da presente invenção ainda compreende uma ou mais unidades detransformada para transformar os canais de entrada de áudio em canais deentrada de áudio transformados, e um par de unidades de transformadainversa transformando inversamente os canais binaurais sintetizados nos paresde canais de saída binaurais, onde a unidade de síntese espacial é arranjadapara operar em um domínio de transformada ou domínio de sub banda,preferencialmente o domínio de QMF.
A unidade decodificadora espacial da presente invenção podecompreender duas unidades de transformada, a unidade de conversão deparâmetros sendo arranjada para utilizar parâmetros de função detransferência perceptual envolvendo três canais somente, dois desses trêscanais incorporando as contribuições dos canis de frente e de trás compostos.
Em tal uma modalidade, a unidade de conversão de parâmetros pode serarranjada para processar parâmetros de nível de canal (e.g., CLD), decoerência de canal (e.g., ICC), de prognóstico de canal (e.g., CPC) e / ou defase (e.g., IPD).
A unidade decodificadora espacial da presente invençãocompreende somente uma unidade de transformada única, e aindacompreende uma unidade de desfazer correlação para desfazer a correlação dasaída do canal único transformado pela unidade de transformada única. Em taluma modalidade, a unidade de conversão de parâmetros pode ser arranjadapara processar parâmetros de nível de canal (e.g., CLD), de coerência de canal(e.g., ICC), e / ou de fase (e.g., IPD).
A unidade decodificadora espacial da presente invenção pode,adicionalmente, compreender uma unidade de reverberação de estéreo. Taluma unidade de reverberação de estéreo pode ser arranjada para operar nodomínio do tempo ou em um domínio de transformada ou domínio de subbanda (e.g., QMF).
A presente invenção também fornece um dispositivodecodificador espacial para produzir um par de canais de saída binaurais deuma seqüência de bits de entrada em, o dispositivo compreendendo, umaunidade de desmultiplexação, para desmultiplexar a seqüência de bit deentrada em um único canal de mistura descendente e parâmetros de sinal, umaunidade decodificadora de mistura descendente para decodificar o único canalde mistura descendente, e uma unidade decodificadora espacial para produzirum par de canais de saída binaurais usando os parâmetros espaciais e o únicocanal de mistura descendente.
Em adição, a presente invenção fornece um dispositivo deconsumidor e um sistema de áudio compreendendo uma unidadedecodificadora espacial e / ou um dispositivo decodificador espacial comodefinido acima. A presente invenção ainda fornece um método produzir umpar de canais de saída binaurais usando parâmetros espaciais e um único canalde entrada de áudio, o método compreendendo os passos de converter osparâmetros espaciais em parâmetros binaurais usando as funções detransferência perceptuais parametrizadas, os parâmetros binaurais dependendotanto dos parâmetros espaciais quanto das funções de transferênciaperceptuais parametrizadas; transformar o único canal de entrada de áudio emum canal de áudio transformado; descorrelacionar o canal de áudiotransformado para gerar um sinal descorrelacionado transformado; e sintetizarum par de canais binaurais transformados aplicando os parâmetros binauraisao canal de áudio transformado (S) e ao sinal descorrelacionado transformadoe inversamente transformar os canais binaurais transformados no par decanais de saída binaurais.
Aspectos adicionais do método de acordo com a presenteinvenção ficarão aparentes a partir da descrição abaixo.
A presente invenção adicionalmente fornece um produto deprograma de computador para realizar o método como definido acima. Umproduto de programa de computador pode compreender um conjunto deinstruções executáveis de computador armazenadas em um portador de dados,tal como operação e manutenção um CD ou um DVD. O conjunto deinstruções executáveis de computador, que permite a um computadorprogramável realizar o método como definido acima, pode também estardisponível para descarga de um servidor remoto, por exemplo, via Internet.
A presente invenção ainda ser explicada abaixo com referênciaas modalidades exemplares ilustrada nos desenho anexos, nos quais:
Fig. 1 esquematicamente mostra a aplicação de funções detransferência relacionada a cabeça de acordo com coma Arte Anterior.
Fig. 2 esquematicamente mostra um dispositivo codificador deáudio espacial de acordo com a Arte Anterior.
Fig. 3 esquematicamente mostra um dispositivo decodificadorde áudio espacial de acordo com a Arte Anterior acoplada a um dispositivo desíntese binaural.
Fig. 4 esquematicamente mostra um dispositivo decodificadorde áudio espacial de acordo com a Arte Anterior.
Fig. 5 esquematicamente mostra um dispositivo decodificadorde áudio espacial de acordo com a presente invenção.
Fig. 6 esquematicamente mostra um dispositivo decodificadorde áudio espacial de acordo com a presente invenção.
Fig. 7 esquematicamente mostra uma unidade decodificadorada Fig. 6, fornecida com uma unidade de reverberação de domínio detransformada.
Fig. 8 esquematicamente mostra uma unidade decodificadorada Fig. 6, fornecida com uma unidade de reverberação de domínio de tempo.
Fig. 9 esquematicamente mostra um dispositivo de consumidorfornecido com um dispositivo decodificador de áudio espacial de acordo coma presente invenção.
A aplicação de funções de transferência perceptuais, tais comoHead-Related Transfer functions (HRTFs), de acordo com a Arte Anterior éesquematicamente ilustrada na Fig. 1. O dispositivo de síntese binaural 3 émostrado para compreender seis unidades de HRTF 31, cada contendo afunção de transferência para uma combinação específica de um canal deentrada e um canal de saída. No exemplo mostrado, há três canais de áudiochi, ch2 e ch3, que pode corresponder aos canais 1 (esquerdo), c (centro), e r(direito). O primeiro canal chi é alimentado em duas unidades de HRTF 31contendo HRTF (1, L) e HRTF (1, R) respectivamente. Neste exemplo, HRTF(1, L) é a função de transferência relacionada a cabeça que determina acontribuição do primeiro canal para o sinal binaural esquerdo.
Aqueles com habilidade na arte conhecerão que HRTFs podemser determinados fazendo ambas gravações (estéreo) regulares e gravaçõesbinaurais, e derivar uma função de transferência que representa a forma dagravação binaural relativa a gravação regular. Gravações binaurais são feitasusando dois microfones montados em uma cabeça humana de manequim, talque o som gravado corresponde ao som capturado pelo ouvido humano einclui qualquer influência devido a forma da cabeça e das orelhas, e mesmo apresença de cabelo e ombros.
Se o processamento de HRTF ocorre no domínio do tempo, osHRTFs são convolucionados com os (domínio do tempo) sinais de áudio doscanais. Tipicamente, contudo, os HRTFs são transformados para o domínio dafreqüência, e as funções de transferência resultantes e o espectro defreqüência dos sinais de áudio são então multiplicados (unidades detransformada de Fourier e unidades de transformada de Fourier inversa nãosão mostradas na Fig. 1). Técnicas de Sobreposição-e-Adição (OLA)adequadas envolvendo sobreposição de quadros de tempo pode ser usado paraacomodar HRTFs tendo um maior comprimento do que quadro deTransformada de Fourier Rápida (FFT).
Após o processamento de HRTF pela unidade de HRTF 31apropriada, os sinais esquerdo e direito resultantes são adicionados por umrespectivo adicionador 32 para render o (domínio do tempo) sinal binauralesquerdo Ib e o sinal binaural direito rb.
Os dispositivos de síntese binaural 3 da Fig. 1 exemplares daArte Anterior tem três canais de entrada. Sistemas de áudio presente hoje emdia, freqüentemente têm cinco ou seis canais, com é o caso nos assimchamados sistemas 5.1. Contudo, de modo a reduzir a quantidade de dados aserem transferidos e / ou armazenados, os múltiplos canais de áudio sãotipicamente reduzidos (" feitos com mistura descendente ") para um ou doiscanais. Um número de parâmetros de sinal indicativo das propriedades erelações mútuas dos canais originais permitem uma expansão (" misturaascendente ") de um ou dois canais para o número original de canais. Umdispositivo codificador espacial 1 exemplar de acordo com a Arte Anterior éesquematicamente mostrada na Fig. 2.
O dispositivo codificador espacial 1 compreende uma unidade(SE) de codificação espacial 11, uma unidade (DE) de decodificação espacial12 e um de multiplexador (Mux) 13. A unidade de codificação espacial 11recebe cinco canais de entrada de áudio If (frontal esquerdo), Ir (traseiroesquerdo), rf (frontal direito), rr (traseiro direito) e c (central). A unidade decodificação espacial 11 faz mistura descendente os cinco canais de entradapara produzir dois canais 1 (esquerdo) e r (direito), assim como parâmetros desinal sistema de potência (é notado que a unidade de codificação espacial 11pode produzir um canal único em vez de dois canais 1 e r). Na modalidademostrada, onde cinco canais são feitos com mistura descendente para doiscanais (uma assim chamada configuração de 5-2-5), os parâmetros de sinal sppodem, por exemplo, compreender:
<formula>formula see original document page 12</formula>
E notado que " Ife " é um canal de extremidade frontal baixa(sub-woofer) opcional, e que os canais " traseiro " são também conhecidoscomo canais " surround ".
Os dois canais feitos com mistura descendente 1 e r produzidospela unidade de codificação espacial 11 são alimentados para a unidade (DE)de decodificação espacial 12, que tipicamente usa um tipo de codificaçãoobjetivada na redução da quantidade de dados. Assim sendo, os canais feitoscom mistura descendente codificados 1 e r, e os parâmetros de sinal sistema depotência, são multiplexados pela unidade de multiplexador 13 para produziruma seqüência de bs.
Em uma modalidade alternativa (não mostrada), cinco (ouseis) canais são feitos com mistura descendente para um canal (mono) único(uma assim chamada configuração de 5-1-5), e os parâmetros de sinal sistemade potência podem, por exemplo, compreender:
<table>table see original document page 13</column></row><table>
Nesta modalidade alternativa, o canal de mistura descendentecodificado s, assim como os parâmetros de sinal sp, também sãomultiplexados pela unidade de multiplexador 13 para produzir uma seqüênciade bits de saída bs.
Se esta seqüência de bit bs foi para ser usada para produzir umpar de canais binaurais, a abordagem da Arte Anterior seria para primeiromisturar ascendentemente os dois canais feitos de mistura descendente 1 e r(ou, alternativamente, o canal único feito com mistura descendente) paraproduzir os cinco ou seis canais originais, e então converte esses cinco ou seiscanais em dois canais binaurais. Um exemplo desta abordagem da Arte
Anterior é ilustrado na Fig. 3.
O dispositivo decodificador espacial 2' de acordo com a ArteAnterior compreende uma unidade (Demux) de desmultiplexador 21', umaunidade de decodificação de misturar descendentemente 22', e uma unidadedecodificadora espacial 23'. Um dispositivo de síntese binaural 3 é acoplado aunidade decodificadora espacial 23' do dispositivo decodificador espacial 2'.
A unidade de desmultiplexador 21' recebe uma seqüência debits bs, que pode ser idêntica à seqüência de bits bs da Fig. 2, e parâmetros desinal de sp e dois canais feitos com mistura descendente codificados. Osparâmetros de sinal sp são enviados para a unidade decodificadora espacial23', enquanto os canais feitos com mistura descendente codificados sãoprimeiro decodificados pela unidade de decodificação de misturardescendentemente 22' para produzir os canais feitos com mistura descendentedecodificados 1 e r. A unidade decodificadora espacial 23' essencialmenterealiza as operações inversas da unidade de codificação espacial 11 na Fig. 2 eemite cinco canais de áudio. Esses cinco canais de áudio são alimentados parao dispositivo de síntese binaural 3, que pode terminal uma estrutura similar aodispositivo 3 da Fig. 1, mas com unidades de HRTF 31 adicionais paraacomodar todos os cinco canais. Como no exemplo da Fig. 1, o dispositivo desíntese binaural 3 emite dois canais binaurais Ib (binaural esquerdo) e rb(binaural direito).
Uma estrutura exemplar da unidade decodificadora espacial23' da Arte Anterior é mostrado na Fig. 4. A unidade 23' da Fig. 4compreende uma unidade de misturar ascendentemente de dois para três 230',três unidades (SS) de síntese espacial 232' e três unidades (D) de desfazercorrelação 239'. A unidade de misturar ascendentemente de dois para três230' recebe os canais de feitos com mistura descendente 1 & r e os parâmetrosde sinal sp, e produz três canais 1, r e ce. Cada um desses canais é alimentadopara uma unidade de desfazer correlação 239' que produz uma versão desfeitade correlação dos respectivos canais. Cada canal 1, r e ce, sua respectivaversão desfeita de correlação, e parâmetros de sinal sp associados sãoalimentados para uma respectiva unidade (ou misturar ascendentemente) desíntese espacial 232'. A unidades de síntese espacial 232' recebendo o canal 1,por exemplo, emite o sistema canais de saída If (frontal esquerdo) e Ir(traseiro esquerdo). As unidades de síntese espacial 232', tipicamente,efetuam uma multiplicação de matriz, os parâmetros da matriz sendodeterminados pelos parâmetros de sinal sp.
E notado que no exemplo da Fig. 4, seis canais de saída sãoproduzidos. Em algumas modalidades, a terceira unidade de desfazercorrelação 239' e a terceira unidade de síntese espacial 232' pode ser omitida,assim sendo, produzindo somente cinco canais de saída. Em todas asmodalidades, contudo, a unidade de síntese espacial 23' da Arte Anteriorproduzirá mais do que dois canais de saída. É ainda notado que qualquerunidade de transformada (QMF) e unidade de transformada (QMF) inversaforam omitidas do exemplo meramente ilustrativo da Fig. 4 por de questão declareza da ilustração. Em modalidades reais, a decodificação espacial seriarealizada em um domínio de transformada, tais como o domínio de QMF.
A configuração da Fig. 3 não é eficiente. O dispositivodecodificador espacial 2' converte dois canais feitos com mistura descendente(1 e r) em cinco canais (intermediários) feitos com mistura ascendente,enquanto o dispositivo de síntese binaural 3 então reduz os cinco canais feitoscom mistura ascendente para dois canais binaurais. Em adição, a misturaascendente na unidade decodificadora espacial 23' é tipicamente realizada emum domínio de sub banda, tal com o domínio de QMF (Filtro espelho emquadratura). Contudo, o dispositivo de síntese binaural 3 tipicamente processasinais no domínio da freqüência (isto, transformada de Fourier). Como essesdois domínios não são idênticos, o dispositivo decodificador espacial 2'primeiro transforma os sinais dos canais de feitos com mistura descendente nodomínio de QMF, processa os sinais transformados, e então transforma ossinais feitos com mistura ascendente de volta para o domínio do tempo.
Subseqüentemente, o dispositivo de síntese binaural 3 transforma todos (cincono presente exemplo) esses sinais feitos com mistura ascendente no domínioda freqüência, processa os sinais transformado, e então transforma imagemsinais binaurais de volta no domínio do tempo. Será claro que o esforçocomputacional envolvido é considerável, e que um processamento de sinalmais eficiente é desejado, em particular quando estéreo processamento é paraser realizado em dispositivos de mão.
A presente invenção fornece um processamento muito maiseficiente integrando o dispositivo de síntese binaural no dispositivodecodificador espacial e eficientemente realizando o processamento binauralno parâmetro. Um exemplo de uma unidade decodificadora espacial éesquematicamente mostrado na Fig. 5, enquanto um dispositivo decodificadorbinaural e espacial combinado de acordo com a presente invenção(referenciada como dispositivo decodificador espacial por questão debrevidade) é ilustrado na Fig. 6.
A unidade decodificadora espacial 23 mostrada na Fig. 5compreende unidades de transformada 231, um unidade (SS) de sínteseespacial 232, unidades de transformada inversa 233, um unidade (PC) deconversão de parâmetro 234 e uma unidade (Mem) de memória 235. Noexemplo da Fig. 5, a unidade decodificadora espacial 23 compreende duasunidades de transformada 231, mas em outros exemplos somente uma únicaunidade de transformada 231 (como na Fig. 6), ou mais do que duas unidadesde transformada 231 podem estar presente, dependendo do número de canaisfeitos com mistura descendente.
Cada uma das unidades de transformada 231 recebe um canalde mistura descendente 1 e r respectivamente (ver também Fig. 3). Cadaunidade de transformada 231 é arranjada para transformar o (sinal do)respectivo canal em um domínio de transformada ou sub banda adequada, nopresente exemplo, o com de QMF. Os canais LeR transformados de QMF,são alimentados para a unidade de síntese espacial 232 que preferencialmenterealiza uma operação de matriz nos sinais dos canais LeR para produzir oscanais Largura de banda e RB binaural do domínio da transformada. Asunidades de transformada inversa 233 realizam a transformada inversa, nopresente exemplo, uma transformada de QMF inversa, para produzir os canaisIb e rb binaural do domínio do tempo.
A unidade de síntese espacial 232 pode ser similar ou idênticoa 'unidade de síntese espacial 232' da Arte Anterior da Fig. 4. Contudo, osparâmetros usados por esta unidade são diferentes daqueles usados na ArteAnterior. Mais em particular, a unidade de conversão de parâmetro 234converte os parâmetros de sinal sp convencionais em parâmetros binauraisusando parâmetros de HRTF hp armazenado na unidade de memória 235.Estes parâmetros HRTF podem compreender:
- um nível medi por banda de freqüência para a função detransferência esquerda com uma função de azimute (angulo em planohorizontal), elevação (angulo em um plano vertical), e distância,
- um nível médio por banda de freqüência á a função detransferência direita como uma função de azimute, elevação e distância, e
- uma diferença de fase ou tempo média por banda de
- freqüência á a função de transferência direita como uma função de azimute,elevação e distância.
Em adição, os parâmetros a seguir podem ser incluídos:
- uma medida de coerência das funções de transferência deesquerda e direita por banda de freqüência de HRTF com uma função deazimute, elevação e distância, e / ou
- parâmetros de fase absoluta e / ou tempo para as funções detransferência de esquerda e direita como uma função de azimute, elevação edistância.
Os parâmetros de HRTF reais usados podem depender damodalidade particular.
A unidade de síntese espacial 232 pode determinar os canaisLb e Rb binaural usando as seguintes fórmulas:
<table>table see original document page 17</column></row><table>
onde o índice k denota o índice de banda (freqüência) híbridode QMF e o índice m denota o índice (tempo) de pedaço de QMF. Osparâmetros /z,y da matriz Hk são determinados posição parâmetros binaurais(bp na Fig. 5). Como indicado k, a matriz Hk pode depender da banda híbridade QMF. Em um exemplo, a unidade de conversão de parâmetro (234 na Fig.5) produz os parâmetros binaurais que são então convertidos nos parâmetrosde matriz Hij pela unidade de síntese espacial 232. Em outro exemplo, osparâmetros de matriz são idênticos aos parâmetros binaurais produzidos pelaunidade de conversão de parâmetro (234 na Fig. 5) e podem ser diretamenteaplicados pela unidade de síntese espacial 232 sem serem convertidos.
Os parâmetros Hij da mátria Hk podem ser determinados naseguinte maneira no caso de dois canais feitos com mistura descendente(configuração 5-2-5). Na unidade decodificador espacial da ARte Anterior daFig. 4, uma unidade decodificadora de 2 para 3 230' converte os dois canais(entrada) feitos com mistura descendente 1 e r em três (saída) canais 1, r e ce(será entendido que os canais de saída 1 e r, tipicamente não serão idênticosaos canais de entrada 1 e rede, por esta razão os canais de entrada, nadescrição a seguir, serão nomeados Io e r0).
De acordo com um exemplo, a unidade de conversão deparâmetro (234 nas Figs. 5 & 6) é arranjada para utilizar os parâmetros dafunção de transferência perceptual onde a contribuição de somente três canaissomente (e.g., 1, r e c) é levada em conta, dois ou três canais (e.g., 1 e r)compreende respectivos canais frontais (lf, rf) e traseiros (lr, rr) compostos.
Isto é, os respectivos canais frontais e traseiros são grupados juntos paramelhorar a eficiência.
A operação da unidade de misturar ascendentemente de doispara três 230' pode ser descrita pela operação da matriz a seguir:
<formula>formula see original document page 18</formula>
com entradas de matriz my dependente dos parâmetrosespaciais. A relação de parâmetros espaciais e entradas de matriz é idênticaaquelas de um decodificador surround de MPEG de 5.1. Para cada um dostrês sinais resultantes 1, r e c, o efeito é determinado da função detransferência perceptual (no presente exemplo: HRTF) parâmetros quecorrespondem a posição (percebida) desejada dessas fontes de som. Para ocanal central (c), os parâmetros espaciais da posição de fonte de som podemser diretamente aplicados, resultando em distribuidor sinais de saída porcentro, lB (c) e rB(c)
<formula>formula see original document page 19</formula>
Como pode ser observado da equação (3), o processamento deparâmetro HRTF consiste de uma multiplicação do sinal com os níveis depotência médios Pi e Pr correspondendo a posição de fonte de som do canalcentral, enquanto a diferença de fase é distribuída simetricamente. Esteprocesso é efetuado independentemente para cada banda de QMF, usando deum lado, o mapeamento dos parâmetros de HRTF para o banco de filtro deQMF, e no outro lado, mapeando dos parâmetros espaciais para a banda deQMF.
Para o canal esquerdo (l), os parâmetros de HRTF dos canaisfrontal esquerdo e traseiro esquerdo são combinados em uma únicacontribuição, usando os pesos Wif e wrfm Os parâmetros compostos resultantessimulam o efeito de ambos, os canais frontais e traseiros em um sensoestatístico. As seguintes equações são usadas para gerar o par de saídabinaural (lb, rb) para o canal esquerdo:
<formula>formula see original document page 19</formula>
Os pesos Wif e Wrf dependem do parâmetro CLD da unidade de1 para 2 para If e lr:Em modo similar, a saída binaural para o canal direito é obtidade acordo com:
<formula>formula see original document page 20</formula>
(9),
com
<formula>formula see original document page 20</formula>
É notado que, em ambos os casos, o termo de modificação defase é aplicado à traseira contra lateral em ambos os casos. Ainda mais, já queo sistema auditivo humano é largamente não sensitivo a fase binaural parafreqüências acima de aproximadamente 2kHz, o termo de modificação de fasesomente precisa ser aplicado em região de freqüência baixa. Então para orestante do intervalo de freqüência, basta processamento real valorizado(assumindo my com real valorizado).
E ainda notado que as equações acima assumem adiçãoincoerente dos sinais filtrados (HRTF) dQ If Q Ir. Uma possível extensão seriaincluir os parâmetros (ICC) de Coerência Inter-Canal transmitidos de If & Ir (ede If e rr) nas equações, bem com para ter em conta para correlação frontal / traseiro.Todos os passos de processamento acima podem sercombinados no domínio do parâmetro para resultar em uma única matrizestação de comunicação móvel 2 χ 2 de domínio de sinal:
<formula>formula see original document page 21</formula>
com
K =Muhl (0 + WzsHl (r) + muH({ç) (15a)
A12 = MnH, (/)+ WnHj (r) + MnHl(C) (1 Sb)
A21 = mnHr (/) + M2lHr (r) + muHr (c) (15c)
Hn - mnHr (I) + m21Hr (r) + TnllHr (c) <15d).
A presente invenção essencialmente processa a informaçãobinaural (isto é HRTF) no domínio do para, em vez de no domínio dafreqüência ou do tempo como na Arte Anterior. Nesta maneira, economiacomputacional significante pode ser obtida.
O dispositivo decodificador espacial 2, de acordo com apresente invenção mostrada meramente por meio de exemplo não limitante naFig. 6 compreende uma unidade (Demux) de desmultiplexação 21, umaunidade de decodificação de misturar descendentemente 22, e um unidade dedecodificação espacial / binaural unidade decodificadora espacial 23. Aunidade de desmultiplexação 21 e a unidade de decodificação de misturardescendentemente 22 podem ser similar a unidade de desmultiplexação 2 Γ eunidade de decodificação de misturar descendentemente 22' da Arte anteriormostrada na Fig. 3. A unidade decodificadora espacial 23 da Fig. 6 é idênticaa unidade decodificadora espacial 23 da Fig. 5, com a exceção do número decanais feitos com mistura descendente e unidades de transformada associadas.Como a unidade decodificadora espacial da Fig. 6 é arranjada parâmetro umcanal de mistura descendente único s, somente uma unidade de transformada231 única é fornecida enquanto uma unidade (D) de desfazer correlação 239foi adicionada para produzir uma versão desfeita de correlação D do (domínioda transformada) sinal feito com mistura descendente S. Os parâmetrosbinaurais bp produzido pela unidade de conversão de parâmetro 234,tipicamente difere daquele na modalidade da Fig. 5, já que os parâmetros desinal sp associados com um canal de mistura descendente único s, tipicamentedifere daquele associado com dois canais feitos com mistura descendente.
Na configuração da Fig. 6, a entrada do decodificador binauralcompreende um sinal de entrada mono s, acompanhado por parâmetrosespaciais sp. A unidade de síntese binaural gera um sinal de saída estéreo compropriedades estatísticas que se aproximam daquelas propriedades queresultariam do processamento de HRTF da entrada original 5.1, que pode serdescrito por:
4 = Hi(If) Φ If + H1 (rf) ® rf + Hl(Ir) ® Ir + H1 (Rr) Φ Rr +H1 (c) ®c (16)
rh = Hr (If) ® If + Hr (rf) ®rf + Hr (Ir) Θ ir + Hr (rr)®fr + Hr (c) ® c (17)
Dado os parâmetros espaciais que descrevem as propriedadesestatísticas e inter-relações dos canais lf, rf, lrr, rr e c, e os parâmetros dasrespostas de impulso de HRTF, é possível estimar as propriedades estatísticas(isto é, uma aproximação dos parâmetros binaurais) do par de saída binauralIb, rb da mesma forma. Mais, especificamente, a energia média (para cadacanal), a diferença de fase média, e a coerência podem ser estimadas esubseqüentemente re-instaladas por meio de desfazer correlação e operaçãode matriz do sinal de entrada mono.
Os parâmetros binaurais compreendem uma (relativa)mudança de nível para cada um dos dois canais de saída binaurais (e entãodefine um parâmetro de Diferença de Nível de Canal), uma (média) diferençade fase e uma medida de coerência (por transformada no domínio do tempo /freqüência).
Como um primeiro passo, as potências relativas (com relação apotência do sinal de entrada mono) dos cinco (ou seis) sinais (5.1) de canalsão computados usando os parâmetros de CLD transmitidos. A potênciarelativa do canal Jfrontal esquerdo é dada por:
<formula>formula see original document page 23</formula>
Similarmente, as potências relativas de outros canais são dadaspor:
<formula>formula see original document page 23</formula>
O valor esperado da potência relativa aL2 do canal de saídabinaural (com relação ao canal de entrada mono), o valor esperado dapotência relativa aR do canal de saída binaural direita, e o valor esperado doproduto cruzado LbRb* pode então ser calculado. A coerência da saídabinaural (ICCb) é então dada por:
<formula>formula see original document page 23</formula>
e o angulo de faze médio (IODB) é dado por:IPDs = afg({v?;)) (23)
A diferença de nível de canal (CLDb) da saída binaural é dadapor:
<formula>formula see original document page 23</formula>
Finalmente, o ganho (linear) global da saída binauralcomparado com a entrada montante, gB) é dado por:
<formula>formula see original document page 24</formula>
Os coeficientes de matriz requerido para re-instalar osparâmetros de IPDb, CLDb, ICCb e gB na matriz binaural são simplesmenteobtidos de um decodificador estéreo paramétrico convencional, estendidocom ganhos globais gB:
<formula>formula see original document page 24</formula>
Modalidades adicionais da unidade decodificadora espacial dapresente invenção pode conter uma unidade de reverberação. Foi encontradoque adicionando reverberação melhora a distância percebida quando sombinaural é produzido. Por esta razão, a unidade decodificadora espacial 23 daFig. 7 é fornecida com uma unidade de reverberação de estéreo 237 conectadaem paralelo com as unidade de síntese espacial 232. A unidade dereverberação de estéreo 237 da Fig. 7 recebe o sinal S feito com misturadescendente único do domínio da transformada de QMF e emite dois sinais dereverberação, que são adicionados aos sinais binaurais de domínio datransformada (canais LB e LR na Fig. 6) através das unidades de adição 238.Os sinais combinados são então transformados inversamente pelas unidadesde transformada inversa 233 antes de serem emitidos.
Na moda da Fig. 8, a unidade de reverberação de estéreo 237 éarranjada para produzir uma reverberação no domínio do tempo e recebe osinal s feito com mistura descendente único no domínio do tempo. A unidadede reverberação de estéreo 237 emite sinais de reverberação no domínio dotempo, que são adicionados aos sinais no domínio do tempo dos canaisbinaurais Ib e rb através das unidades de adição 238. Qualquer modalidadefornece uma reverberação adequada.
A presente invenção adicionalmente fornece um dispositivo deconsumidor, tal com um dispositivo de consumidor de mão, e um sistema deáudio compreendendo uma unidade decodificadora espacial ou dispositivodecodificador espacial como definido acima. O dispositivo de consumidor demão pode ser constituído por um tocador de MP3 ou dispositivo similar. Umdispositivo de consumidor é esquematicamente ilustrado na Fig. 9. Odispositivo de consumidor 50 é mostrado para compreender um dispositivodecodificador espacial 2 de acordo com a presente invenção (ver Fig. 6).
A presente invenção é baseada na introspecção que acomplexidade computacional de um dispositivo decodificador espacialcombinado e um dispositivo de síntese binaural pode ser significantementereduzida modificando os parâmetros espaciais de acordo com a informaçãobinaural. Isto permite ao dispositivo decodificador realizar decodificaçãoespacial e processamento de função de transferência perceptual efetivamentena mesma operação de processamento de sinal, enquanto evitando aintrodução de quaisquer artefatos.
E notado que quaisquer termos usados neste documento nãodevem ser interpretados a fim de limitar o escopo da presente invenção. Emparticular, as palavras " compreende " e " compreendendo " não sãosignificativas para excluir quaisquer elementos não especificamentecolocados. Elementos (circuito) único podem ser substituídos por elementos(circuito) múltiplos ou com seus equivalentes.
Deve ser entendido por aqueles com habilidade na arte que apresente invenção não é limitada as modalidades ilustradas acima e quemuitas modificações e adições podem ser feitas sem fugir do escopo dainvenção como definida nas reivindicações anexas.

Claims (13)

1. Unidade decodificadora espacial (23) para produzir um parde canais de saída binaurais (lb, rb) usando parâmetros espaciais (sp) e umúnico canal de entrada de áudio (s), caracterizada pelo fato de quecompreende:- uma unidade de conversão de parâmetro (234) para converteros parâmetros espaciais (sp) em parâmetros binaurais (bp) usando funções detransferência perceptuais parametrizadas (hp), os parâmetros binauraisdependendo tanto dos parâmetros espaciais quanto das funções detransferência perceptuais parametrizadas;- uma única unidade de transformada (231) para transformar oúnico canal de entrada de áudio (s) em um canal de áudio transformado (S);- uma unidade de desfazer correlação (239) paradescorrelacionar o canal de áudio transformado (S) para gerar um sinaldescorrelacionado transformado (D);- uma unidade de síntese espacial (232) para sintetizar um parde canais binaurais transformados (Lb, Rb) aplicando os parâmetros binaurais(bp) ao canal de áudio transformado (S) e ao sinal descorrelacionadotransformado (D); e- um par de unidades de transformada inversa (233) parainversamente transformar os canais binaurais transformados (Lb, Rb) no parde canais de saída binaurais (lb, rb).
2. Unidade decodificadora espacial de acordo com areivindicação 1, caracterizada pelo fato de que a unidade de conversão deparâmetro (234) é arranjada para combinar, no domínio do parâmetro, demodo a determinar os parâmetros binaurais, todas contribuições de função detransferência perceptual, que os canais de entrada de áudio fariam para oscanais binaurais.
3. Unidade decodificadora espacial de acordo com areivindicação 1, caracterizada pelo fato de que a unidade de conversão deparâmetro (234) é arranjada para processar parâmetros de nível de canal(CLD), de coerência de canal (ICC) e / ou de fase (IPD).
4. Unidade decodificadora espacial de acordo com areivindicação 1, caracterizada pelo fato de ainda compreender uma unidade dereverberação de estéreo (237) arranjada operar no domínio do tempo.
5. Unidade decodificadora espacial de acordo com areivindicação 1, caracterizada pelo fato de ainda compreender uma unidade dereverberação de estéreo (237) arranjada operar em um domínio detransformada ou domínio de sub banda, tal como o domínio de QMF.
6. Unidade decodificadora espacial de acordo com areivindicação 1, caracterizada pelo fato de que a unidade de conversão deparâmetro (234) compreende:- meio para determinar potências relativas para umapluralidade de canais de áudio virtuais em resposta aos parâmetros espaciais(sp) e ao único canal de entrada de áudio (s);- meio para estimar propriedades estatísticas dos canais desaída binaurais (lb, rb) em resposta às potências relativas para a pluralidade decanais de áudio virtuais; e- meio para determinar os parâmetros binaurais (bp) emresposta às propriedades estatísticas estimadas dos canais de saída binaurais(lb, rb).
7. Unidade decodificadora espacial de acordo com areivindicação 6, caracterizada pelo fato de que as propriedades estatísticascompreendem uma energia média dos canais binaurais transformados (Lb,Rb), uma diferença de fase média dos canais binaurais transformados (Lb,Rb) e uma coerência dos canais binaurais transformados (Lb, Rb).
8. Dispositivo decodificador espacial (2) para produzir um parde canais de saída binaurais (lb, rb) a partir de uma seqüência de bits deentrada (bs), caracterizado pelo fato de compreender:- uma unidade de desmultiplexação (21), para desmultiplexar aseqüência de bit de entrada em um único canal de mistura descendente eparâmetros de sinal (sp),- uma unidade decodificadora de mistura descendente (22)para decodificar o único canal de mistura descendente (s), e- uma unidade decodificadora espacial (23) como definida nareivindicação 1.
9. Dispositivo de acordo com a reivindicação 8, caracterizadopelo fato de que a unidade decodificadora espacial (23) compreende umunidade de reverberação (237).
10. Sistema de áudio, caracterizado pelo fato de compreenderuma unidade decodificadora espacial (23) como definida na reivindicação 1 eou um dispositivo decodificador espacial (2), como definido nareivindicação 8.
11. Dispositivo de consumidor, caracterizado pelo fato decompreender um unidade decodificadora espacial (23) como definida nareivindicação 1 e / ou um dispositivo decodificador espacial (2) comodefinido na reivindicação 8.
12. Método para produzir um par de canais de saída binaurais(lb, rb) usando parâmetros espaciais (sp) e um único canal de entrada de áudio(s), caracterizado pelo fato de compreender os passos de:- converter os parâmetros espaciais (sp) em parâmetrosbinaurais (bp) usando as funções de transferência perceptuais parametrizadas(hp), os parâmetros binaurais dependendo tanto dos parâmetros espaciaisquanto das funções de transferência perceptuais parametrizadas;- transformar o único canal de entrada de áudio (s) em umcanal de áudio transformado (S);- descorrelacionar o canal de áudio transformado (S) para gerarum sinal descorrelacionado transformado (D);- sintetizar um par de canais binaurais transformados (Lb, Rb)aplicando os parâmetros binaurais (bp) ao canal de áudio transformado (S) eao sinal descorrelacionado transformado (D); e- inversamente transformar os canais binaurais transformados(Lb, Rb) no par de canais de saída binaurais (lb, rb).
13. Produto de programa de computador, caracterizado pelofato de ser para realizar o método como definido na reivindicação 12.
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