Brevet FR2954654A1 — publié le 20110624

PROCEDE DE GENERATION DE SIGNAUX DE SON SURROUND GAUCHE ET DROIT A PARTIR D'UN SIGNAL DE SON STEREO [1] L'invention concerne un procédé de génération de signaux de son «surround » gauche et droit à partir d'un signal de son stéréo destinés à être diffusés par un système acoustique de type 5.1. L'invention a notamment pour but de proposer un procédé de traitement du son surround procurant un bon rendu sonore tout en consommant peu de ressources. [2] L'invention trouve une application particulièrement avantageuse dans le domaine du traitement du son pour le home-cinéma, les chaînes io stéréo, les ordinateurs, les téléphones mobiles ou tout autre dispositif ayant un système de diffusion sonore disposant de capacités de calculs limitées ou non pour le traitement du son. [3] On rappelle qu'un système de diffusion 5.1 est un système acoustique comprenant deux voies avant (gauche et droite), deux voies 15 arrière (gauche et droite), une voie Low Frequency Effect, ainsi qu'une voie centrale. Le son diffusé par ce genre de système est un son dit « surround » qui procure une sensation d'enveloppement à l'auditeur. [4] L'invention est décrite ci-après dans une application pour les systèmes acoustiques de type 5.1, toutefois elle pourrait être mise en oeuvre 20 avec tout autre système acoustique basé sur la création de signaux de son visant à donner une sensation d'enveloppement sonore à l'auditeur. [5] Plus précisément, il est possible de considérer que les signaux de son gauche et droit formant un signal stéréo sont composés chacun de 3 composantes distinctes : 25 - une composante décorrélée avec celle de l'autre signal destinée à être diffusée sur les voies avant d'un système de type 5.1 ; - une composante corrélée et en phase par rapport à celle de l'autre signal destinée à être diffusée sur la voie centrale d'un système de type 5.1 ; et - une composante dite composante « surround » corrélée et hors phase par 30 rapport à celle de l'autre signal destinée normalement à être diffusée sur les voies arrière d'un système de type 5.1. [6] L'invention a pour but de créer ces composants surrounds afin de restituer un effet sonore surround de bonne qualité tout en limitant le temps de calcul lors de l'extraction de ces composantes. [7] A cette fin, dans le procédé selon l'invention, on effectue une soustraction des signaux stéréo de son gauche et droit l'un par rapport à l'autre, de manière à supprimer la composante commune corrélée et en phase des signaux stéréo. Ensuite, on décorrèle le signal issu de cette étape de soustraction à l'aide d'un module de décorrélation, de manière à obtenir les composantes « surround » gauche et droite du signal stéréo prêtes à être io diffusées, le cas échéant après égalisation paramétrique, sur les voies arrière d'un système de type 5.1. [8] En outre, le compromis entre la puissance de calcul du traitement et l'effet sonore «surround » obtenu est excellent avec le procédé selon l'invention. 15 [09] L'invention concerne donc un procédé de génération de signaux de son gauche et droit dits signaux « surround » à partir d'un signal de son stéréo composé d'un signal de son gauche et d'un signal de son droit, caractérisé en ce qu'il comporte les étapes suivantes : - on soustrait un des signaux stéréo à l'autre signal à l'aide d'un module de 20 soustraction pour obtenir un signal unique de soustraction dans lequel les composantes corrélées et en phase des signaux stéréo ont été supprimées, - on génère, à partir du signal de soustraction, un signal de son droit et un signal de son gauche décorrélés l'un par rapport à l'autre correspondant respectivement aux signaux « surround » de son droit et gauche. 25 [010] Selon une mise en oeuvre, les signaux « surround » sont destinés à être diffusés sur les voies arrière d'un système acoustique de type 5.1. [011] Selon une mise en oeuvre, pour générer, à partir du signal de soustraction, les signaux de son droit et gauche « surround » décorrélés l'un par rapport à l'autre, 30 - on applique le signal de soustraction en entrée d'un premier et d'un deuxième bloc élémentaire, le signal de sortie de ces blocs correspondant respectivement au signal de son droit et au signal de son gauche surround, - le signal de sortie de chaque bloc est la combinaison du signal d'entrée du bloc pondéré par un premier gain, et de la combinaison du signal de sortie du bloc pondéré par un deuxième gain et des signaux d'entrée du bloc retardée par une ligne à retard. [012] Selon une mise en oeuvre : - pour le premier bloc élémentaire, on a : si(n)=ei(n).gi+si(n-D1).g2+ei(n-D1), e, étant le signal d'entrée du premier bloc correspondant au signal de soustraction, io si étant le signal de sortie du premier bloc correspondant à un des signaux de son surround (droit ou gauche), gi, g2 étant respectivement les valeurs du premier gain et du deuxième gain du premier bloc, DI étant la valeur du nombre d'échantillons de retard introduits par la ligne à 15 retard, et - pour le deuxième bloc élémentaire, on a : s2(n)=e2(n).g3+s2(n-D2).g4+e2(n-D2), e2 étant le signal d'entrée du deuxième bloc correspondant au signal de soustraction, 20 s2 étant le signal de sortie du deuxième bloc correspondant à l'autre signal de son surround (droit si si correspond au gauche ou gauche si si correspond au droit), g3, g4 étant respectivement les valeurs du premier gain et du deuxième gain du deuxième bloc, 25 D2 étant la valeur du nombre d'échantillons de retard introduits par la ligne à retard. [013] Selon une mise en oeuvre, les valeurs de gain à l'intérieur d'un bloc sont opposées l'une par rapport à l'autre, la valeur du premier gain étant opposée par rapport à la valeur du deuxième gain. 30 [014] Selon une mise en oeuvre, les valeurs de gain du premier bloc sont opposées par rapport aux valeurs de gain du deuxième bloc, la valeur du premier gain du premier bloc étant opposée à la valeur du premier gain du deuxième bloc ; tandis que la valeur du deuxième gain du premier bloc est opposée à la valeur du deuxième gain du deuxième bloc. [015] Selon une mise en oeuvre, les valeurs de gain du premier et du deuxième bloc élémentaire ont la même valeur absolue. [016] Selon une mise en oeuvre, le premier gain du premier bloc et le deuxième gain du deuxième bloc valent g ; tandis que le deuxième gain du premier bloc et le premier gain du deuxième bloc valent -g. [017] Selon une mise en oeuvre, le retard introduit par la ligne du premier bloc et le retard par la ligne du deuxième bloc sont égaux. io [018] Selon une mise en oeuvre, on filtre au préalable le signal de soustraction à l'aide d'un filtre haute fréquence et on applique uniquement la partie haute fréquence filtrée en entrée des blocs élémentaires. [019] Selon une mise en oeuvre, - on filtre la partie basse fréquence des signaux gauche et droit du signal 15 stéréo, - on retarde les parties basses fréquences ainsi filtrées d'un retard à l'aide de troisièmes lignes à retard, et - on somme la partie basses fréquences ainsi retardée avec les signaux de sortie des blocs élémentaires pour obtenir le signal de son droit surround et 20 le signal de son gauche surround. [020] Selon une mise en oeuvre, on modifie en fonction de la fréquence la phase et le gain des signaux de sortie de chaque bloc élémentaire au moyen de cellules de filtrage paramétriques pour modifier la perception sonore des signaux de son surround gauche et droit. 25 [021] L'invention concerne en outre un procédé de génération de signaux surround destinés à être diffusés par un système acoustique composé de haut parleur avant / arrière à partir d'un signal de son stéréo composés d'un signal de son gauche et d'un signal de son droit, caractérisé en ce qu'il présente l'étape suivante : - on génère les signaux de son «surround » à l'aide du procédé selon l'une des revendications précédentes et on les applique sur les voies arrière du système acoustique. [22] L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit et à l'examen des figures qui l'accompagnent. Ces figures ne sont données qu'à titre illustratif mais nullement limitatif de l'invention. Elles montrent : [23] Figure 1 : une représentation schématique d'un dispositif selon l'invention permettant l'extraction des composantes « surrounds » d'un signal io de son stéréo dans une version basique ; [24] Figure 2 : une représentation graphique d'un dispositif selon l'invention permettant l'extraction des composantes « surrounds » d'un signal de son stéréo dans une version perfectionnée ; [25] Figure 3 : une représentation schématique d'un dispositif selon 15 l'invention permettant de générer, à partir d'un signal de son stéréo, des signaux de son diffusables par un système acoustique de type 5.1. [26] Les éléments identiques conservent la même référence d'une figure à l'autre. [27] La Figure 1 montre un dispositif 10 selon l'invention permettant de 20 générer un signal de son gauche Ls et un signal de son droit RS dits signaux « surround » à partir d'un signal de son stéréo formé d'un signal de son gauche L et d'un signal de son droit R. [28] On considère que le signal de son gauche L et le signal de son droit R sont formés respectivement d'une somme de 3 composantes : 25 - L = Lo+C+S pour le signal de son gauche L, et - R = Ro+C+(-S) pour le signal de son droit R. - Les composantes Lo et So sont les composantes décorrélées entre elles, - La composante C est commune aux deux signaux L et R puisqu'elle correspond aux composantes corrélées et en phase des signaux L et R 30 - La composante S correspond à la composante corrélée et hors phase des signaux L et R. [029] L'invention a pour but d'isoler la composante S et de créer 2 composantes décorrélées pour pouvoir les diffuser sur des voies distinctes de celles où sont diffusées les signaux stéréo L et R afin de procurer un effet d'enveloppement à l'auditeur (cf Figure 3). [030] A cet effet, les signaux de son gauche L et droit R sont appliqués en entrée d'un soustracteur 11 afin de supprimer la composante C des signaux gauche L et droit R et ne conserver que les composante Lo, Ro et la composante S des signaux stéréo L et R. Ici, on soustrait le signal de son droit R au signal de son gauche L (L-R), mais il serait possible d'effectuer io l'opération inverse (R-L). [31] Le signal de soustraction L-R obtenu en sortie du soustracteur 11 est ensuite appliqué en entrée d'un module 12 de décorrélation du signal qui permet de créer, à partir du signal de soustraction L-R, deux signaux décorrélés l'un par rapport à l'autre : le signal de son gauche «surround » LS 15 et le signal de son droit « surround » R. [32] A cet effet, le module 12 de décorrélation est formé de deux blocs 13.1-13.2 élémentaires en entrée desquels on applique le signal de soustraction L-R, la sortie s1, s2 de ces blocs 13.1, 13.2 correspondant respectivement au signal de son droit surround Rs et au signal de son 20 gauche surround L. Le signal de sortie si (resp. S2) de chaque bloc 13.1 (resp. 13.2) est fonction du signal d'entrée e, (resp. e2) du bloc pondéré par un premier gain gi (resp. g3), et de la combinaison des signaux d'entrée el (resp. e2) et de sortie si (resp. S2) du bloc pondérée par un deuxième gain g2 (resp. g4), retardée par une ligne à retard 14.1 (resp .14.2). 25 [033] Selon une réalisation, pour chaque bloc élémentaire 13.1, 13.2, le signal d'entrée e,, e2 est appliqué en entrée d'un premier sommateur 16.1, 16.2 et appliqué sur une entrée d'un deuxième sommateur 17.1, 17.2 après avoir été multiplié par le premier gain gi, g3. Le signal de sortie si, s2 du bloc est appliqué sur une autre entrée du premier sommateur 16.1, 16.2 après 30 avoir été multiplié par le deuxième gain g2, g4, le signal de sortie du premier sommateur 16.1, 16.2 étant appliqué en entrée de la ligne à retard 14.1, 14.2. Le signal de sortie de la ligne à retard 14.1, 14.2 est appliqué sur une autre entrée du deuxième sommateur 17.1, 17.2, le signal de sortie de ce deuxième sommateur 17.1, 17.2 correspondant au signal de sortie si, s2 du bloc et donc au signal de son droit Rs ou gauche Ls surround. [34] Ainsi pour le premier bloc élémentaire 13.1, on a : si(n)=ei(n).gi+si(n-D1).g2+ei(n-D1) e, étant le signal d'entrée du premier bloc 13.1 correspondant au signal de soustraction (L-R), si étant le signal de sortie du premier bloc 13.1 correspondant à un des signaux de son surround (droit Rs ou gauche Ls), gi, g2 étant respectivement les valeurs du premier gain et du deuxième gain io du premier bloc 13.1, Dl étant la valeur du nombre d'échantillons de retard introduits par la ligne à retard 14.1. [35] Pour le deuxième bloc élémentaire 13.2, on a : s2(n)=e2(n).g3+s2(n-D2).g4+e2(n-D2) 15 e2 étant le signal d'entrée du deuxième bloc 13.2 correspondant au signal de soustraction (L-R), s2 étant le signal de sortie du deuxième bloc 13.2 correspondant à l'autre signal de son surround (droit Rs si si correspond au gauche ; ou gauche Ls si si correspond au droit), 20 g3, g4 étant respectivement les valeurs du premier gain et du deuxième gain du deuxième bloc 13.2, D2 étant la valeur du nombre d'échantillons de retard introduits par la ligne à retard 14.2. [36] De préférence, à l'intérieur d'un même bloc 13.1 (resp. 13.2), le 25 premier gain gi (resp. g3) et le deuxième gain g2 (resp. g4) présentent des valeurs opposées l'une par rapport à l'autre. Chaque bloc 13.1, 13.2 se comporte alors comme un filtre de type passe-tout qui ne modifie pas le gain du signal d'entrée e,, e2 mais uniquement sa phase. [37] En outre, les gains gi, g2 du premier bloc 13.1 et les gains g3, g4 30 du deuxième bloc 13.2 présentent de préférence des valeurs opposées les unes des autres. Ainsi, la valeur du premier gain gi du premier bloc 13.1 est opposée à la valeur du premier gain g3 du deuxième bloc 13.2 ; tandis que la valeur du deuxième gain g2 du premier bloc 13.1 est opposée à la valeur du deuxième gain g4 du deuxième bloc 13.2. [38] On choisira également de préférence des gains pour le premier 13.1 et le deuxième 13.2 bloc qui ont une valeur absolue identique g. Ainsi de préférence, le premier gain gi du premier bloc 13.1 et le deuxième gain g4 du deuxième bloc 13.2 présentent une valeur g ; tandis que le deuxième gain g2 du premier bloc 13.1 et le premier g3 gain du deuxième bloc 13.2 présente une valeur -g. [39] De préférence, les retards Dl, D2 introduits par la ligne à retard io 14.1 du premier bloc élémentaire 13.1 et la ligne à retard 14.2 du deuxième bloc 13.2 élémentaire sont égaux. Toutefois, il serait possible de choisir des retards D1, D2 ayant des durées différentes. [40] Dans un exemple de réalisation, on choisit g=0.4 et un retard de Dl et D2 de 176 échantillons avec une fréquence d'échantillonnage de 44,1 15 kHz, de telles valeurs permettant d'obtenir un bon rendu sonore. [41] Dans un perfectionnement de l'invention représenté sur la Figure 2, on utilise en outre un étage 19 composé de deux filtres 20.1, 20.2 permettant d'isoler la partie basse fréquence respectivement des signaux L et R et d'un filtre 21 permettant d'isoler la partie haute fréquence du signal de 20 soustraction L-R. [42] Dans ce cas, seule la partie haute fréquence du signal L-R est appliquée en entrée du module 12 de décorrélation. Dans un exemple, les fréquences de coupure des filtres basse fréquence 20.1, 20.2 et du filtre haute fréquence 21 sont de l'ordre de 350Hz. 25 [043] Les parties basse fréquence des signaux gauche et droit sont appliquées en entrée de troisièmes lignes à retard 23.1, 23.2 et les parties basse fréquence ainsi retardées sont sommées, s'il y a lieu après pondération par des gains g7, g$ respectivement avec les signaux de sortie s,, s2 des blocs élémentaires, de manière à obtenir des signaux de son droit 30 RS et gauche Ls surround ayant un rendu sonore amélioré. Dans un exemple, le retard D3 appliqué par les troisièmes lignes à retard 23.1, 23.2 vaut 176 échantillons avec une fréquence d'échantillonnage de 44,1 kHz [44] En outre, des cellules 25.1, 25.2 d'égalisation paramétriques sont connectées en sortie de chaque bloc élémentaire 13.1, 13.2 avant sommation avec la partie basse fréquence retardée. Ces cellules 25.1, 25.2 ont pour effet de modifier la perception des signaux de sortie s,, s2 de ces blocs 13.1, 13.2, car même si les signaux s,, s2 présentent des niveaux sensiblement identiques, il existe des différences dans leur perception en raison de la décorrélation qu'ils présentent l'un par rapport à l'autre. En io conséquence, il peut être utile de modifier perceptivement ces signaux pour que l'impression auditive d'ensemble soit la meilleure possible. [45] A cet effet, les cellules 25.1, 25.2 d'égalisation comportent chacune un filtre 26.1, 26.2 dont le type, le gain et la phase peuvent être réglés en fonction de différentes bandes de fréquence des signaux s,, s2 et 15 un gain g5, g6 qui agit sur l'ensemble du spectre des signaux s,, s2. Ces paramètres sont adaptés par des ingénieurs du son notamment en fonction de l'application envisagée. [46] La Figure 3 montre une utilisation de l'invention dans le cadre d'un système de diffusion sonore à 4 voies (2 voies avant et 2 voies arrière) ou à 20 5 voies (avec une voie centrale en plus) permettant d'obtenir un excellent rendu sonore tout en limitant la puissance de calcul du traitement du son. [47] Plus précisément, dans le cadre de cette utilisation, les signaux stéréo gauche L et droit R sont appliqués en entrée du module 10 des Figures 1 ou 2 de manière à extraire les signaux « surround » gauche Ls et 25 droit RS qui sont diffusés sur les voies arrière 29.1, 19.2 ; tandis que les signaux stéréo initiaux gauche L et droit S sont directement diffusés sur les voies avant 30.1, 30.2, le cas échéant après égalisation paramétrique effectuée à l'aide des modules 31.1, 31.2 (semblables aux modules 25.1, 25.2 de la Figure 2). 30 [048] Optionnellement, la composante commune C aux signaux L et R est également extraite à l'aide d'un module 33 (un exemple d'implémentation d'un tel module est donné dans le document FR-2886503) afin d'être diffusée sur la voie centrale 34. REVENDICATIONS1. Procédé de génération de signaux de son gauche (Ls) et droit (Rs) dits signaux « surround » à partir d'un signal de son stéréo composé d'un signal de son gauche (L) et d'un signal de son droit (R), caractérisé en ce qu'il comporte les étapes suivantes : - on soustrait un des signaux stéréo (L, R) à l'autre signal (L, R) à l'aide d'un module de soustraction pour obtenir un signal unique de soustraction (L-R) dans lequel les composantes corrélées et en phase des signaux stéréo (L, R) ont été supprimées, et - on génère, à partir du signal de soustraction (L-R), un signal de son droit (Ls) et un signal de son gauche (Rs) décorrélés l'un par rapport à l'autre correspondant respectivement aux signaux « surround » de son droit et gauche. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que les signaux « surround » (Ls, Rs) sont destinés à être diffusés sur les voies arrière d'un système acoustique de type 5.1. 3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que pour générer, à partir du signal de soustraction, les signaux de son droit (Rs) et gauche (Ls) « surround » décorrélés l'un par rapport à l'autre, - on applique le signal de soustraction (L-R) en entrée d'un premier (13.1) et d'un deuxième bloc (13.2) élémentaire, le signal de sortie (si, s2) de ces blocs correspondant respectivement au signal de son droit (Rs) et au signal de son gauche (Ls) surround, - le signal de sortie (si, s2) de chaque bloc (13.1, 13.2) est la combinaison du signal d'entrée (e,, e2) du bloc pondéré par un premier gain (gi, g3), et de la combinaison du signal de sortie (si, s2) du bloc pondéré par un deuxième gain (g2, g4) et des signaux d'entrée (e,, e2) du bloc retardée par une ligne à retard (14.1, 14.2). 4. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que : - pour le premier bloc élémentaire (13.1), on a : si(n)=ei(n).gi+si(n-D1).g2+ei(n-D1)e, étant le signal d'entrée du premier bloc correspondant au signal de soustraction (L-R), si étant le signal de sortie du premier bloc correspondant à un des signaux de son surround (droit Rs ou gauche Ls), gi, g2 étant respectivement les valeurs du premier gain et du deuxième gain du premier bloc (13.1), Dl étant la valeur du nombre d'échantillons de retard introduits par la ligne à retard (14.1), et - pour le deuxième bloc élémentaire (13.2), on a : io s2(n)=e2(n).g3+s2(n-D2).g4+e2(n-D2) e2 étant le signal d'entrée du deuxième bloc correspondant au signal de soustraction (L-R), s2 étant le signal de sortie du deuxième bloc correspondant à l'autre signal de son surround (droit si si correspond au gauche ou gauche si 15 si correspond au droit), g3, g4 étant respectivement les valeurs du premier gain et du deuxième gain du deuxième bloc (13.2), D2 étant la valeur du nombre d'échantillons de retard introduits par la ligne à retard (14.2). 20 5. Procédé selon la revendication 3 ou 4, caractérisé en ce que les valeurs de gain à l'intérieur d'un bloc (13.1, 13.2) sont opposées l'une par rapport à l'autre, la valeur du premier gain (gi, g3) étant opposée par rapport à la valeur du deuxième gain (g2, g4). 25 6. Procédé selon l'une des revendications 3 à 5, caractérisé en ce que les valeurs de gain (gi, g2) du premier bloc (13.1) sont opposées par rapport aux valeurs de gain (g3, g4) du deuxième bloc (13.2), la valeur du premier gain (gi) du premier bloc (13.1) étant opposée à la valeur du premier gain 30 (g3) du deuxième bloc (13.2) ; tandis que la valeur du deuxième gain (g2) du premier bloc (13.1) est opposée à la valeur du deuxième gain (g4) du deuxième bloc (13.2). 7. Procédé selon l'une des revendications 3 à 6, caractérisé en ce que les valeurs de gain du premier (gi, g2) et du deuxième (g3, g4) bloc élémentaire ont la même valeur absolue (g). 8. Procédé selon l'une des revendications 3 à 7, caractérisé en ce que le premier gain (gi) du premier bloc (13.1) et le deuxième gain (g4) du deuxième bloc valent g ; tandis que le deuxième gain (g2) du premier bloc (13.1) et le premier gain (g3) du deuxième bloc valent -g. io 9. Procédé selon l'une des revendications 3 à 8, caractérisé en ce que le retard (Dl) introduit par la ligne (14.1) du premier bloc (13.1) et le retard (D2) par la ligne (14.1) du deuxième bloc (14.2) sont égaux. 10. Procédé selon l'une des revendications 3 à 9, caractérisé en ce 15 que on filtre au préalable le signal de soustraction (L-R) à l'aide d'un filtre haute fréquence (21) et on applique uniquement la partie haute fréquence filtrée en entrée des blocs élémentaires (13.1, 13.2). 11. Procédé selon la revendication 10, caractérisé en ce que : 20 - on filtre la partie basse fréquence des signaux gauche (L) et droit (R) du signal stéréo, - on retarde les parties basses fréquences ainsi filtrées d'un retard (D3) à l'aide de troisièmes lignes à retard (23.1, 23.2), et - on somme la partie basses fréquences ainsi retardée avec les 25 signaux (si, s2) de sortie des blocs élémentaires (13.1, 13.2) pour obtenir le signal de son droit surround (Rs) et le signal de son gauche surround (Ls). 14. Procédé selon l'une des revendications 3 à 11, caractérisé en ce que on modifie en fonction de la fréquence la phase et le gain des signaux 30 de sortie (si, s2) de chaque bloc élémentaire (13.1, 13.2) au moyen de cellules de filtrage paramétriques (25.1, 25.2) pour modifier la perception sonore des signaux de son surround gauche (Ls) et droit (Rs). 15. Procédé de génération de signaux surround destinés à être 35 diffusés par un système acoustique composé de haut parleur avant / arrièreà partir d'un signal de son stéréo composés d'un signal de son gauche (L) et d'un signal de son droit (R), caractérisé en ce qu'il présente l'étape suivante : - on génère les signaux de son « surround » à l'aide du procédé selon l'une des revendications précédentes et on les applique sur les voies arrière (29.1, 29.2) du système acoustique.