Brevet FR3136072A1 — publié le 20231201

Procédé de traitement de signal Procédé de traitement de signal transformant X signaux d’entrée, en M signaux de sortie, le procédé comportant les étapes suivantes : a) application d’un filtre de décorrélation aux X signaux d’entrée de sorte à générer N signaux décorrélés e i ; b) pour chaque signal décorrélé e i déterminé à l’étape a), génération de N signaux retardés e i,k en appliquant un retard τ k et un gain g k à chaque signal décorrélé e i , les retards τ k et les gains g k étant choisis de sorte que pour chaque signal décorrélé e i , les signaux retardés e i,k simulent une propagation du signal décorrélé dans un espace virtuel, l’espace virtuel comportant N haut-parleurs virtuels et une position d’écoute virtuelle distribués selon une géométrie prédéterminée, c) pour chaque k, sommation des signaux retardés e i,k : ; e) détermination de M signaux de sortie, chaque signal de sortie résultant d’une combinaison linéaire des N sommes des signaux retardés E k . Figure pour l’abrégé : Fig. 1 Procédé de traitement de signal La présente invention concerne un procédé de traitement de signal, notamment de signaux audios. Il existe de nombreux formats musicaux définissant informatiquement une structure d’un contenu musical. En particulier, un format musical est caractérisé par un nombre de canaux sonores. Ainsi, en fonction du format musical, le contenu musical est destiné à être restitué via une configuration matérielle particulière. Un contenu musical au format stéréophonique, comportant deux canaux sonores, est par exemple destiné à être restitué sur deux haut-parleurs tandis qu’un contenu musical au format 5.1, comportant 6 canaux sonores, est destiné à être restitué sur 6 haut-parleurs. Lorsqu’un contenu sonore d’un certain format n’est pas restitué sur le nombre de haut-parleurs attendu, l’écoute du contenu en est détériorée. En particulier, l’écoute d’un contenu stéréophonique sur une installation home cinéma, comportant classiquement 6 à 8 haut-parleurs, ne permet pas une expérience immersive satisfaisante. Il en est de même pour l’écoute d’un contenu musical au format 5.1, 7.1, ambisonique ou Dolby Atmos®, comportant quatre canaux ou plus, qui serait restitué sur un casque d’écoute, comportant uniquement deux haut-parleurs. Des algorithmes de diffusion (« spreading » en anglais) destinés à faire rayonner le contenu musical sur plusieurs haut-parleurs existent. Ces algorithmes permettent par exemple de diffuser un contenu monophonique sur trois haut-parleurs ou plus. Cependant, même si ces algorithmes permettent d’obtenir une impression de diffusion du contenu musical plus importante, la précision du contenu sonore est détériorée par l’ajout d’un flou au contenu sonore. L’ajout de réverbération est également une méthode connue permettant de faire rayonner un contenu monophonique dans plusieurs haut-parleurs. Cette méthode consiste à simuler l’écoute du contenu sonore dans une salle virtuelle, en prenant en compte l’acoustique de la salle virtuelle et en particulier les résonnances engendrées par la salle virtuelle. Cette méthode dénature cependant le contenu en ajoutant une résonnance non présente initialement. De façon générale, les méthodes connues ne permettent pas de définir séparément un nombre de canaux du contenu sonore, un nombre de haut-parleurs de l’installation destinée à restituer le contenu sonore, une résonnance, une couleur et un timbre sonore. Il n’est pas possible à partir d’un contenu sonore monophonique de restituer ce contenu monophonique via tous les haut-parleurs d’une installation 5.1 type home cinéma, tout en gardant une perception précise et détaillée de la localisation du contenu musical, en introduisant une sensation d’immersion sonore, et en préservant l’intégrité du contenu sonore, c’est-à-dire l’intention artistique originale. Il existe donc un besoin pour répondre à ces problèmes. Un objectif de la présente invention est de répondre à tout ou partie de ce besoin. L’invention a ainsi pour objet un procédé de traitement de signal transformant X signaux d’entrée a p , p étant un entier appartenant à l’intervalle [1, X], en M signaux de sortie s q , q étant un entier appartenant à l’intervalle [2, M], le procédé comportant les étapes suivantes : a) application d’un filtre de décorrélation aux X signaux d’entrée a p de sorte à générer N signaux décorrélés e i , i étant un entier appartenant à l’intervalle [1, N] ; b) pour chaque signal décorrélé e i déterminé à l’étape a), génération de N signaux retardés e i,k en appliquant un retard τ k et un gain g k à chaque signal décorrélé e i , k étant un entier appartenant à l’intervalle [1, N], les retards τ k et les gains g k étant choisis de sorte que pour chaque signal décorrélé e i , les signaux retardés e i,k simulent une propagation du signal décorrélé dans un espace virtuel, l’espace virtuel comportant N haut-parleurs virtuels et une position d’écoute virtuelle distribués selon une géométrie prédéterminée, c) pour chaque k entier appartenant à l’intervalle [1, N], sommation des signaux retardés e i,k selon la formule suivante : d) optionnellement, duplication des signaux retardés e i,k déterminés à l’étape b), et pour chaque signal dupliqué e i,k,j , j étant un entier supérieur ou égal à 1, application d’un retard ε i,k,j , puis sommation des signaux dupliqués retardés e i,k (t - ε i,k,j ), selon la formule suivante : pour chaque k entier dans l’intervalle [1, N], pour chaque j, e) détermination de M signaux de sortie, chaque signal de sortie s q résultant d’une combinaison linéaire des N sommes des signaux retardés résultant de l’étape c), E k , et, lorsqu’une étape d) est mise en œuvre, des j*N sommes de signaux dupliqués résultant de l’étape d), F k,j . Le procédé selon l’invention permet en particulier de restituer un contenu musical comportant X canaux d’entrées sur une installation comportant M haut-parleurs physiques. Grâce au procédé selon l’invention, il est possible d’obtenir M signaux de sortie à partir de X signaux d’entrée sans que ces derniers soient altérés et, en particulier, sans que ces derniers ne soient compressés ou qu’il y ait une perte de précision. Un procédé selon l’invention permet de restituer un contenu musical d’un format comportant X canaux d’entrées sur M haut-parleurs physiques, sans compression ni ajout d’un flou sonore, M étant différent de X. A l’étape a), le filtre de décorrélation peut comporter un filtre passe tout (« allpass » en anglais), ou un filtre blanchisseur (« whitening filter » en anglais), ou l’application de retards aléatoires aux signaux d’entrée a p , par exemple l’application de retards relativement courts, de préférence les retards étant inférieurs à 10 ms, ou l’application d’une transformée en cosinus discrète aux signaux d’entrée a p . Le nombre de signaux décorrélés généré à l’étape a) peut être compris entre 1 et la plus grande valeur entre X et M, autrement dit N peut être un entier compris dans l’intervalle [1, max(M, X)]. Dans un mode de réalisation préféré, N est égal au maximum de M et X, N=max(M, X). Un nombre de signaux décorrélés faible permet de minimiser les ressources de calcul nécessaires à la mise en œuvre des étapes a) à e), tandis qu’un nombre de signaux décorrélés important permet d’améliorer la qualité d’écoute finale. Un nombre de signaux décorrélés égal au maximum de X et N minimise avantageusement les ressources de calcul nécessaires tout en ayant une qualité d’écoute satisfaisante. A l’étape b), pour chaque e i , on détermine N signaux retardés e i,k , chaque signal retardé e i,k pouvant être associé à une simulation d’une écoute du signal e i au travers d’un haut-parleur virtuel H k de l’espace virtuel, pour k fixé, k étant un entier appartenant à l’intervalle [1 ; N]. Par exemple, e 1 ,1 peut simuler une écoute d’un signal décorrélé e 1 au travers du haut-parleur virtuel H 1 de l’espace virtuel, e 1,1 étant déterminé par application d’un retard τ 1 et d’un gain g 1 associés au haut-parleur virtuel H 1 . A l’étape b), chaque retard τ k peut être associé à un haut-parleur virtuel H k de l’espace virtuel. De même, chaque gain g k peut être associé à un haut-parleur virtuel H k de l’espace virtuel. Les retards τ k peuvent être déterminés en fonction de la distance séparant chaque haut-parleur virtuel H k de la position d’écoute virtuelle dans l’espace virtuel, en fonction de la vitesse de propagation du son dans le vide c. Dans un mode de réalisation particulier, un utilisateur peut modifier le nombre et/ou la position des haut-parleurs virtuels, et/ou la position d’écoute virtuelle dans l’espace virtuel. Les gains g k peuvent être calculés en fonction de la distance séparant chaque haut-parleur virtuel de la position d’écoute virtuelle dans l’espace virtuel. Plus le haut-parleur virtuel est éloigné de la position d’écoute virtuelle, plus le gain associé à ce haut-parleur virtuel sera faible. La position d’écoute virtuelle peut être modifiée. Dans un mode de réalisation, elle est pré-paramétrée. L’espace virtuel peut être un espace sans résonnance. Dans un mode de réalisation préféré, la géométrie prédéterminée de l’espace virtuel est déterminée de sorte à minimiser un coefficient de corrélation croisée intéraural (dans la suite IACC). L’IACC est un indice de ressemblance entre des signaux issus des deux oreilles pouvant être utilisé pour modéliser une perception spatiale d’un contenu sonore. Si on appelle g(t) et d(t) deux signaux issus de deux oreilles, le coefficient de corrélation croisé intéraural est défini, dans le domaine temporel, par : en fonction du décalage temporel δ. Plus l’IACC est faible, plus la sensation d’immersion par un utilisateur écoutant le contenu sonore est grande. Alternativement ou additionnellement, la géométrie prédéterminée est déterminée de sorte à minimiser les variations de niveaux de fréquences issus de réponses fréquentielles des signaux retardés. Avantageusement, une telle géométrie permet de limiter les artefacts pouvant être présents dans la réponse fréquentielle des signaux retardés e i ,k . De préférence, l’espace virtuel est infini ou équivalent à une chambre sourde, c’est-à-dire qu’il n’y a pas de résonnance dans cet espace virtuel, autrement dit l’espace virtuel est un espace sans résonnance. En particulier, l’espace virtuel ne comporte pas d’obstacle réfléchissant le signal. L’absence de résonnance permet notamment de conserver l’intention artistique originale. Le procédé selon l’invention peut comporter, avant l’étape b), en particulier avant l’étape a), la sélection d’une géométrie prédéterminée de l’espace virtuel. De préférence, la sélection de la géométrie prédéterminée est effectuée en précisant un nombre de haut-parleurs virtuels de l’espace virtuel. L’étape optionnelle d) a l’avantage d’accentuer la sensation d’immersion en multipliant le nombre de signaux autour des signaux retardés. On parle de densification des signaux retardés. De préférence, J est égal à 1, accentuant ainsi la sensation d’immersion tout en limitant la puissance de calcul nécessaire pour générer ces signaux dupliqués. A l’étape e), la combinaison linéaire des N sommes de signaux retardés, et, lorsqu’une étape d) est mise en œuvre, des j*N sommes de signaux dupliqués, peut comporter des coefficients fixés. Les coefficients peuvent varier en fonction de l’intensité souhaitée pour chacun des M signaux de sortie. En particulier, les coefficients peuvent dépendre d’une configuration d’installation réelle comportant M haut-parleurs physiques par lesquels les M signaux de sortie sont destinés à être transmis. Les coefficients peuvent être tous égaux, l’écoute d’un contenu sonore via l’installation réelle procurant alors une sensation d’enveloppement omnidirectionnelle. Alternativement, les coefficients peuvent être plus élevés pour des signaux de sortie destinés à être transmis via les haut-parleurs physiques de l’installation réelle situés devant un utilisateur par rapport aux coefficients des signaux de sortie destinés à être transmis via les haut-parleurs physiques de l’installation réelle situés derrière l’utilisateur, l’écoute d’un contenu sonore par l’utilisateur via l’installation réelle procurant alors une sensation d’enveloppement frontale. De façon générale, la combinaison linéaire de l’étape e) peut comporter des coefficients déterminés en fonction de la sensation d’enveloppement recherchée. La sensation d’enveloppement recherchée peut notamment être choisie parmi une sensation d’enveloppement latérale, frontale, arrière, omnidirectionnelle, cette liste n’étant pas limitative. Dans un mode de réalisation préféré, les coefficients sont déterminés de sorte que pour k fixé, le coefficient appliqué à E k est égal au coefficient appliqué à F k,j , pour tout j. L’étape e) peut comporter les étapes suivantes : - pour tout k, sommation de E k et F k,j pour tout j, de sorte à obtenir un vecteur de taille (1, N), composé des sommes des E k , F k,j ; - multiplication du vecteur avec une matrice de taille (N, M) déterminée en fonction des coefficients de la combinaison linéaire, la matrice pouvant être définie par l’ensemble des coefficients α k,q , k étant un entier appartenant à l’intervalle [1, N] et q étant un entier appartenant à l’intervalle [1, M]. La matrice peut être définie par les coefficients suivants : - pour tout k=q, α k,q est égal à 1, - pour tout k différent de q, α k,q est inférieur à 1 et supérieur ou égal à 0. Lorsque N = M, la matrice peut être une matrice unitaire. Lorsque N = M, la matrice peut être une matrice circulante avec α 1,1 égal à 0, α 1,q inférieur à 1 et supérieur ou égal à 0, pour q différent de 1. En particulier, la matrice circulante peut comporter α 1, 2 inférieur à 1 et supérieur à 0, α 1,q=M inférieur à 1 et supérieur à 0 et α 1,q égal à 0 pour q différent de 1, 2, et M, de préférence α 1,q=M étant égal à α 1,2 . Par exemple, pour N=M=5, la matrice peut être égale à : Un coefficient de 1 peut être remplacé par l’application d’un gain de 0 dB. Un coefficient inférieur à 1 et supérieur ou égal à 0 peut être remplacé par l’application d’un gain négatif en décibels (dB). Le procédé selon l’invention peut comporter, avant l’étape e), en particulier avant l’étape a), la sélection de coefficients pour la combinaison linéaire de l’étape e), de préférence, en sélectionnant une sensation d’enveloppement recherchée. Les étapes a), b), c), d) lorsqu’elle est mise en œuvre, et e) peuvent être mises en œuvre par ordinateur. Dans un mode de réalisation, M est supérieur ou égal à trois et X est égal à deux. Le procédé peut être utilisé pour transformer deux signaux d’entrée en au moins trois signaux de sortie, mieux au moins quatre signaux de sortie, encore mieux au moins cinq signaux de sortie, encore mieux au moins six signaux de sortie. L’utilisation d’un procédé transformant deux signaux d’entrée en trois signaux de sortie ou plus est particulièrement avantageux pour restituer un contenu au format stéréophonique sur les enceintes d’un véhicule motorisé ou sur les enceintes d’une salle de concert ou d’une salle de cinéma ou sur les enceintes d’une installation home cinéma. Dans un mode de réalisation alternatif, M est égal à deux et X est supérieur ou égal à quatre. Le procédé peut être utilisé pour transformer au moins quatre, au moins cinq ou mieux au moins six signaux d’entrée en deux signaux de sortie. L’utilisation d’un procédé transformant quatre signaux d’entrée ou plus en deux signaux de sortie est particulièrement avantageux pour restituer un contenu au format Dolby Atmos®, ambisonique, 5.1, 7.1 sur les deux enceintes d’un casque audio. L’invention porte également sur une utilisation d’un procédé selon l’invention pour émettre : - un contenu musical stéréophonique comportant deux signaux d’entrée via des haut-parleurs d’un véhicule motorisé, ou - un contenu musical stéréophonique comportant deux signaux d’entrée via des haut-parleurs d’un système home cinéma ou d’un système Dolby Atmos® comportant au moins six haut-parleurs, mieux au moins huit haut-parleurs, encore mieux au moins dix haut-parleurs, ou - un contenu musical stéréophonique comportant deux signaux d’entrée dans une salle de concert comportant quatre haut-parleurs ou plus, ou - un contenu audio comportant au moins quatre signaux d’entrée, de préférence six signaux d’entrée, via un casque audio comportant deux haut-parleurs. L’invention concerne également un programme d’ordinateur comprenant des instructions qui, lorsque le programme est exécuté par un ordinateur, conduisent celui-ci à mettre en œuvre le procédé de traitement de signal selon l’invention. De préférence, l’espace virtuel, en particulier la géométrie prédéterminée de l’espace virtuel et/ou les valeurs des gains g k et τ k sont stockées dans une base de données. Plusieurs géométries d’espaces virtuels peuvent être stockées dans une base de données. Avant l’étape a) ou avant l’étape b), la géométrie prédéterminée de l’espace virtuel pour la mise en œuvre de l’étape b) peut être sélectionnée dans la base de données. Plusieurs matrices déterminant des coefficients pour la combinaison linéaire de l’étape e) peuvent être stockées dans une base de données. Avant l’étape e), en particulier avant l’étape a), une matrice est sélectionnée dans la base de données pour mettre en œuvre l’étape e) selon l’invention. L’invention concerne aussi un système comportant : - un programme d’ordinateur selon l’invention, - optionnellement une base de données, comportant au moins la géométrie de l’espace virtuel pour la mise en œuvre de l’étape b) et au moins une matrice comprenant les coefficients de la combinaison linéaire pour la mise en œuvre de l’étape e). Le système peut comporter une interface permettant à l’utilisateur de paramétrer la géométrie de l’espace virtuel et/ou les coefficients de la combinaison linéaire. En particulier, l’utilisateur peut paramétrer les coefficients de la combinaison linéaire en sélectionnant une sensation d’enveloppement recherchée. En particulier, l’utilisateur peut paramétrer la géométrie de l’espace virtuel en sélectionnant un nombre de haut-parleurs virtuels de l’espace virtuel. Le système peut comporter un microprocesseur comportant le programme d’ordinateur selon l’invention. Le microprocesseur peut être embarqué. Le microprocesseur peut être compris dans un téléphone, une télévision, un boîtier multimédia type box de télévision, un autoradio, un ordinateur, une tablette, une montre type « smart Watch ». Cette liste n’est pas limitative. Un système selon l’invention peut comporter en outre M haut-parleurs physiques, destinés à transmettre les M signaux de sortie. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront encore à la lecture de la description détaillée qui va suivre, et à l'examen du dessin annexé, dans lequel : la illustre un exemple de mise en œuvre d’un procédé selon l’invention, la schématise une vue de dessus d’un exemple de géométrie prédéterminée des haut-parleurs virtuels et de la position d’écoute virtuelle dans un espace virtuel comportant 8 haut-parleurs virtuels, la schématise une vue de côté de l’exemple de géométrie prédéterminé de la , la illustre un autre exemple de mise en œuvre d’un procédé selon l’invention, et la schématise un système pour la mise en œuvre d’un procédé selon l’invention. Procédé de traitement de signal transformant X signaux d’entrée a p , p étant un entier appartenant à l’intervalle [1, X], en M signaux de sortie s q , q étant un entier appartenant à l’intervalle [2, M], le procédé comportant les étapes suivantes : a) application d’un filtre de décorrélation (10) aux X signaux d’entrée a p de sorte à générer N signaux décorrélés e i , i étant un entier appartenant à l’intervalle [1, N] ; b) pour chaque signal décorrélé e i déterminé à l’étape a), génération de N signaux retardés e i,k en appliquant un retard τ k et un gain g k à chaque signal décorrélé e i , k étant un entier appartenant à l’intervalle [1, N], les retards τ k et les gains g k étant choisis de sorte que pour chaque signal décorrélé e i , les signaux retardés e i,k simulent une propagation du signal décorrélé dans un espace virtuel (3), l’espace virtuel comportant N haut-parleurs virtuels (32) et une position d’écoute virtuelle (34) distribués selon une géométrie prédéterminée, c) pour chaque k entier appartenant à l’intervalle [1, N], sommation des signaux retardés e i,k selon la formule suivante : ; d) optionnellement, duplication des signaux retardés e i,k déterminés à l’étape b), et pour chaque signal dupliqué e i,k ,j , j étant un entier supérieur ou égal à 1, application d’un retard ε i,k ,j , puis sommation des signaux dupliqués retardés e i,k (t-ε i,k,j ), selon la formule suivante : pour chaque k entier dans l’intervalle [1, N], pour chaque j, ; e) détermination de M signaux de sortie, chaque signal de sortie s q résultant d’une combinaison linéaire des N sommes des signaux retardés résultant de l’étape c), E k , et, lorsqu’une étape d) est mise en œuvre, des j*N sommes de signaux dupliqués résultant de l’étape d), F k,j . Procédé selon la revendication précédente, l’espace virtuel (3) étant un espace sans résonnance. Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la géométrie prédéterminée de l’espace virtuel (3) est déterminée de sorte à minimiser un coefficient de corrélation croisée intéraural. Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la géométrie prédéterminée de l’espace virtuel (3) est déterminée de sorte à minimiser des variations de niveaux de fréquences issus de réponses fréquentielles des signaux retardés. Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le filtre de décorrélation comporte un filtre passe tout, ou un filtre blanchisseur, ou l’application de retards aléatoires aux X signaux d’entrée a p , ou l’application d’une transformée en cosinus discrète aux signaux d’entrée a p . Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la combinaison linéaire de l’étape e) comporte des coefficients déterminés en fonction d’une sensation d’enveloppement recherchée, la sensation d’enveloppement recherchée étant choisie parmi une sensation d’enveloppement frontale, latérale, arrière, omnidirectionnelle. Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel N est un entier compris dans l’intervalle [1, maximum (X, M)], de préférence N est égal au maximum de X et M. Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, comportant, avant l’étape a), la sélection d’une géométrie prédéterminée de l’espace virtuel (3), de préférence, la sélection de la géométrie prédéterminée étant effectuée en précisant un nombre de haut-parleurs virtuels de l’espace virtuel (32). Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, comportant, avant l’étape a), la sélection de coefficients pour la combinaison linéaire de l’étape e), de préférence, en sélectionnant une sensation d’enveloppement recherchée, la combinaison linéaire de l’étape e) comportant des coefficients déterminés en fonction d’une sensation d’enveloppement recherchée, la sensation d’enveloppement recherchée étant choisie parmi une sensation d’enveloppement frontale, latérale, arrière, omnidirectionnelle. Utilisation d’un procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes pour émettre : - un contenu musical stéréophonique comportant deux signaux d’entrée via des haut-parleurs d’un véhicule motorisé, ou - un contenu musical stéréophonique comportant deux signaux d’entrée via des haut-parleurs d’un système home cinéma ou d’un système Dolby Atmos® comportant au moins six haut-parleurs, mieux au moins huit haut-parleurs, encore mieux au moins dix haut-parleurs, ou - un contenu musical stéréophonique comportant deux signaux d’entrée dans une salle de concert comportant quatre haut-parleurs ou plus, ou - un contenu audio comportant au moins quatre signaux d’entrée, de préférence six signaux d’entrée, via un casque audio comportant deux haut-parleurs.