매트릭스 디코더

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매트릭스 디코딩은 소수의 이산 오디오 채널(예: 2)이 재생 시 더 많은 수의 채널(예: 5)로 디코딩되는 오디오 기술이다.채널은 일반적으로 인코더에 의해 전송 또는 녹화를 위해 배열되고 디코더에 의해 재생하기 위해 디코딩된다.이 기능은 4중음 또는 서라운드 사운드와 같은 멀티채널 오디오를 스테레오 신호로 인코딩하여 스테레오 장비에서 스테레오, 서라운드 장비에서 서라운드처럼 재생할 수 있도록 하는 것이다. 이 오디오는 "호환성" 멀티채널 오디오다.

과정

매트릭스 인코딩은 정보가 손실되지 않고 더 적은 채널로 여러 채널을 인코딩하는 것을 허용하지 않는다. 즉, 정보가 손실되지 않고서는 5 채널을 2(또는 3/2)에 맞출 수 없다. 이는 치수를 잃기 때문에 디코딩된 신호는 독립적이지 않다.아이디어는 오히려 디코딩할 때 서라운드 사운드의 허용 가능한 근사치 및 허용 가능한(또는 심지어 우수한) 스테레오 둘 다 될 무언가를 인코딩하는 것이다.

표기법

매트릭스 인코딩에 대한 표기법은 콜론으로 구분된 원래 이산 오디오 채널의 수와 인코딩 및 디코딩된 채널의 수로 구성된다.예를 들어, 두 개의 이산 채널로 인코딩된 네 개의 채널이 다시 4개의 채널로 디코딩되는 경우 다음과 같이 공지된다.

4:2:4

일부 방법은 오디오 소스의 특별한 인코딩 없이 기존 방식에서 새로운 채널을 도출한다.예를 들어, 6개의 채널로 디코딩된 5개의 이산 채널은 다음과 같이 공지될 것이다.

5:5:6

그러한 파생 채널 "디코더"는 소스 채널에 내재된 오디오 신호뿐만 아니라 Haas 효과를 이용할 수 있다.

많은 매트릭스 인코딩 방법이 개발되었다.

하플러 회로(2:2:4)

디코딩의 가장 빠르고 간단한 형태는 해플러 회로로, 정상적인 스테레오 녹음(2:2:4)에서 역방향 채널을 도출한다.디코딩 전용으로 사용하였다(암호화 사운드는 고려되지 않았다).

디코딩 행렬

디코딩 행렬	레프트 프런트	오른쪽 앞면	레프트 백	오른쪽 뒤로
왼쪽 합계	1.0	0.0	1.0	-1.0
오른쪽 합계	0.0	1.0	-1.0	1.0

Dynaquad 행렬(2:2:4) / (4:2:4)

1969년에 도입된 다이너콰드 매트릭스는 하플러 회로를 기반으로 하였으나, 일부 앨범에서 4개의 사운드 채널의 특정 인코딩(4:2:4)에도 사용되었다.^[1]

인코딩 행렬

매트릭스	레프트 프런트	오른쪽 앞면	레프트 백	오른쪽 뒤로
왼쪽 합계	1.0	0.25	1.0	-0.5
오른쪽 합계	0.25	1.0	-0.5	1.0

디코딩 행렬

매트릭스[2]	레프트 프런트	오른쪽 앞면	레프트 백	오른쪽 뒤로
왼쪽 합계	1.0	0.0	0.64	-0.36
오른쪽 합계	0.0	1.0	-0.36	0.64

전자 음성 스테레오-4 매트릭스(2:2:4) / (4:2:4)

스테레오-4 매트릭스는 레너드 펠드먼과 존 픽슬러에 의해 발명되었고, 1970년에 소개되었으며, 전자보이스와 라디오 shack이 판매하였다.이 매트릭스는 많은 음반 (4:2:4)에서 4개의 사운드 채널을 인코딩하는 데 사용되었다.^[3]

인코딩 행렬

매트릭스	레프트 프런트	오른쪽 앞면	레프트 백	오른쪽 뒤로
왼쪽 합계	1.0	0.3	1.0	-0.5
오른쪽 합계	0.3	1.0	-0.5	1.0

디코딩 행렬

매트릭스[2]	레프트 프런트	오른쪽 앞면	레프트 백	오른쪽 뒤로
왼쪽 합계	1.0	0.2	1.0	-0.8
오른쪽 합계	0.2	1.0	-0.8	1.0

SQ 매트릭스, "Streo Quadraphonic", CBS SQ(4:2:4)

매트릭스	레프트 프런트	오른쪽 앞면	레프트 백	오른쪽 뒤로
왼쪽 합계	1.0	0.0	k0.7	0.7
오른쪽 합계	0.0	1.0	-0.7	j0.7

${\displaystyle j}$=${\displaystyle }$+ $∘{\$ j$=+90^{\displaystyle$j=+90^{\displaystyle k=-$90^{\displaysty}}}}$ 편이, k${\displaystyle }$= ${\displaystyle -}$ ${\displaystyle {90}^{\circ }}$ ${\$

기본 SQ 매트릭스는 단일/스테레오 이상과 함께 문제를 인코딩/디코딩하는 문제를 가지고 있었는데, 마이클 게르존 등이 심하게 비판하였다.^[4]

시스템을 개선하려는 시도는 다른 인코더나 사운드 캡처 기법의 사용으로 이어졌지만 디코딩 매트릭스는 변하지 않았다.

위치 인코더

모든 위치를 360° 원으로 인코딩한 N/2 인코더는 16개의 입력을 가지고 있으며 각각 원하는 방향으로 다이얼할 수 있어 최적화된 인코드를 생성할 수 있다.

전진 지향 인코더

매트릭스	레프트 프런트	오른쪽 앞면	레프트 백	오른쪽 뒤로
왼쪽 합계	1.0	0.0	0.7	k0.7
오른쪽 합계	0.0	1.0	k0.7	0.7

${\displaystyle j}$=${\displaystyle }$+ $∘{\$ j$=+90^{\displaystyle$j=+90^{\displaystyle k=-$90^{\displaysty}}}}$ 편이, k${\displaystyle }$= ${\displaystyle -}$ ${\displaystyle {90}^{\circ }}$ ${\$

전방 지향 인코더는 센터 백을 센터 프런트(Center Front)로 인코딩하도록 하였으며, 모노 호환성을 극대화하기 위해 생방송용으로 권장되었다. 또한 센터 좌/중 우와 양쪽 대각선 분할을 최적의 방식으로 인코딩하였다.기존의 2채널 스테레오 녹음을 수정하고 Full-Logic 또는 Tate DES SQ 디코더를 통해 재생할 때 180° 또는 270° 합성 쿼드 효과를 나타내는 '동기화된 SQ'를 만드는 데 사용할 수 있다.1970년대에 SQ를 방송한 많은 스테레오 FM 라디오 방송국들은 이를 위해 그들의 전진 지향 SQ 인코더를 사용했다.SQ 디코더의 경우, CBS는 디코더의 90° 위상 시프터를 사용하여 270°의 강화를 생성하는 회로를 설계했다.산수이의 QS 인코더와 QS 바리오-매트릭스 디코더도 비슷한 기능을 갖고 있었다.

역방향 인코더

매트릭스	레프트 프런트	오른쪽 앞면	레프트 백	오른쪽 뒤로
왼쪽 합계	k1.0	0.0	k0.7	0.7
오른쪽 합계	0.0	j1.0	-0.7	j0.7

${\displaystyle j}$=${\displaystyle }$+ $∘{\$ j$=+90^{\displaystyle$j=+90^{\displaystyle k=-$90^{\displaysty}}}}$ 편이, k${\displaystyle }$= ${\displaystyle -}$ ${\displaystyle {90}^{\circ }}$ ${\$

역방향 인코더는 전방 지향 인코더의 역방향으로, 소리를 방 뒤쪽에 최적으로 배치할 수 있었지만, 단방향 호환성이 희생되었다.표준 스테레오 녹음과 함께 사용되었을 때, 그것은 스피커 밖에서 소리가 나는 "확대 와이드" 스테레오를 만들었다.

일부 인코딩 믹서기는 채널 스트립을 전진 지향 인코딩과 후진 지향 인코딩 사이에서 전환할 수 있도록 하였다.

런던 박스

그것은 모노 재생에서 취소되지 않는 방식으로 센터 백을 암호화했고, 따라서 그 출력은 보통 포지션 인코더나 포워드 지향 인코더와 혼합되었다.1972년 이후, 대부분의 SQ 인코딩 앨범은 포지션 인코더 또는 포워드 지향 인코더와 혼합되었다.

겐트 마이크

이와 함께 CBS는 Neumann QM-69 마이크를 이용한 공간 마이크 시스템인 SQ 겐트 마이크를 만들었다.QM-69의 신호는 차이점을 확인한 다음 2채널 SQ로 위상 매트릭스했다.^[5]겐트 마이크로폰으로 SQ는 매트릭스에서 커널로 변형되었고 추가 신호를 도출하여 N:3:4 성능을 제공할 수 있었다.

유니버설 SQ

1976년, 벤 바우어는 매트릭스와 이산 시스템을 USQ, 즉 유니버설 SQ에 통합하였다.SQ 매트릭스를 "T"와 "Q"라고 불리는 추가 차이 신호를 사용하여 이산 쿼드그래프 FM 방송의 베이스 밴드로 사용한 계층 4-4의 이산 매트릭스였다.USQ FM 방송의 경우 표준 스테레오 차이 신호에 대해 사분법으로 38kHz에 추가 "T" 변조를 배치했고 76kHz에 캐리어에 "Q" 변조를 배치했다.표준 2채널 SQ 매트릭스 방송의 경우, CBS는 선택적 파일럿 톤을 일반 파일럿 톤에 4각으로 19kHz에 배치하여 SQ 인코딩 신호를 표시하고 수신기 로직 디코더를 활성화할 것을 권고했다.

CBS는 다양한 4개 채널 방송 제안에 대한 FCC 청취 테스트에서 CBS 파라매트릭스 디코더로 디코딩된 4:2:4 SQ 시스템이 4:3:4 (논리 없이) 4:2:4 (논리 없이) 테스트한 다른 모든 4:2:4 (논리 없이) 시스템을 능가하여 a의 성능에 근접하기 때문에 SQ 시스템을 4자 FM의 표준으로 선택해야 한다고 주장했다.아주 작은 범위 내에서 마스터 테이프를 분리하십시오.^[6]동시에 스테레오 및 모노에 대한 SQ "접기"를 4:4:4, 4:3:4의 스테레오 및 모노 "접기"와 다른 모든 4:2:4 인코딩 시스템보다 선호하였다.

테이트 DES 디코더

Tate DES라고도 알려진 방향성 강화 시스템은 기본 SQ 매트릭스의 방향성을 향상시킨 진보된 디코더였다.

그것은 우선 추가 신호를 도출하기 위해 SQ 디코더의 네 가지 출력을 매트릭스한 다음, 그들의 봉투를 비교하여 지배적인 방향과 지배 정도를 감지했다.Tate IC 칩 외부에서 구현된 프로세서 섹션은 제어 신호에 가변 공격/디케이 타이밍을 적용하고 방향성을 향상시키는 데 필요한 "B"(블렌드) 매트릭스의 계수를 결정했다.이것들은 Matrix Multiers IC의 진정한 아날로그 승수에 의해 작용되어 들어오는 행렬에 "B" 행렬을 곱하고 모든 우세한 소리의 방향성이 향상되는 출력을 생성했다.

DES는 에너지 구의 세 방향을 동시에 인식하여 분리를 강화할 수 있었기 때문에 매우 개방적이고 '분해'하는 소리장을 가지고 있었다.

또한, 모든 비지배적 사운드가 적절한 수준으로 유지될 만큼 추가적인 복잡성으로 강화가 이루어졌다.

돌비는 1986년경에 프로 로직 시스템을 개발하기 전까지 극장 프로세서에 테이트 DES IC를 사용했다.불행하게도, 지연과 문제들은 1970년대 후반까지 테이트 DES IC를 시장에서 멀어지게 했고 그들을 고용한 두 개의 소비자 해독기, 오디오닉스 스페이스 & 이미지 작곡가, 포스게이트 테이트 II 101A만이 만들어졌다.Fosgate는 Tate II라고 불리는 IC의 더 빠르고 업데이트된 버전과 완전한 360 사운드 필드 주위에 분리 강화 기능을 제공하는 추가 회로를 사용했다.방향성을 향상시키기 위해 출력 레벨을 변화시킨 이전의 SQ용 풀웨이브 매칭 로직 디코더와는 달리, Tate DES는 비지배적 방향성의 함수로 SQ 신호 크로스스토크를 취소하여 적절한 공간 위치의 비지배적 사운드와 반향을 올바른 수준으로 유지했다.

QS 매트릭스, "정규 매트릭스", "쿼드그래픽 사운드"(4:2:4)

매트릭스	레프트 프런트	오른쪽 앞면	레프트 백	오른쪽 뒤로
왼쪽 합계	0.92	0.38	j0.92	j0.38
오른쪽 합계	0.38	0.92	k0.38	k0.92

${\displaystyle j}$=${\displaystyle }$+ $∘{\$ j$=+90^{\displaystyle$j=+90^{\displaystyle k=-$90^{\displaysty}}}}$ 편이, k${\displaystyle }$= ${\displaystyle -}$ ${\displaystyle {90}^{\circ }}$ ${\$

행렬 H(4:2:4)

매트릭스 H 매트릭스[7]	레프트 프런트	오른쪽 앞면	레프트 백	오른쪽 뒤로
왼쪽 합계	-j0.94	-l0.34	+k0.94	+m0.34
오른쪽 합계	+l0.34	+j0.94	-m0.34	-k0.94

j = 20° 위상 편이 k = 25° 위상 편이 l = 55° 위상 편이 m = 115° 위상 편이

Ambisonic UHJ 커널(3:2:4 이상)

매트릭스	W(압력 신호)	X(프론트-백 신호)	Y(좌우 신호)
왼쪽 합계	0.10 + k0.10	0.093 + j0.255	+0.328
오른쪽 합계	0.155 + j0.10	0.093 + k0.1987	-0.328

${\displaystyle j}$=${\displaystyle }$+ $∘{\$ j$=+90^{\displaystyle$j=+90^{\displaystyle k=-$90^{\displaysty}}}}$ 편이, k${\displaystyle }$= ${\displaystyle -}$ ${\displaystyle {90}^{\circ }}$ ${\$

돌비 스테레오 및 돌비 서라운드(매트릭스) 4:2:4

돌비 스테레오와 돌비 서라운드도 돌비 MP, 돌비 SVA, 프로 로직으로 알려져 있다.

돌비 SVA 매트릭스는 돌비 스테레오 4:2:4 인코딩 매트릭스의 원래 이름이다.

'돌비 서라운드'라는 용어는 가정환경에서 인코딩과 디코딩을 모두 의미하며, 극장에서는 '돌비 스테레오', '돌비 영화 매트릭스' 또는 '돌비 MP'로 알려져 있으며, '프로 로직'은 사용된 디코더를 가리키며, 특별한 프로 로직 인코딩 매트릭스는 없다.

서로 다른 회사에서 개발한 울트라 스테레오 시스템은 호환성이 뛰어나 돌비 스테레오와 비슷한 매트릭스를 사용한다.

돌비 스테레오 매트릭스는 간단하다: 네 개의 원래 채널인 Left (L), Center (C), Right (R), S 테두리 (S)가 이 공식에 의해 Left-total (LT)과 RT (Right-total)로 알려진 두 개의 채널로 결합된다.

돌비 스테레오 믹스	왼쪽	맞다	중심	서라운드
왼쪽 합계	${\displaystyle 1}$	${\displaystyle 0}$	${\displaystyle {\frac {1}{\sqrt{2}}:$	${\displaystyle +j{\frac {1}{\sqrt{2}}:$
오른쪽 합계	${\displaystyle 0}$	${\displaystyle 1}$	${\displaystyle {\frac {1}{\sqrt{2}}:$	${\displaystyle -j{\frac {1}{\sqrt{2}}}$

여기서 j = 90° 위상 편이

중심 채널 정보는 LT와 RT가 위상에서 모두 수행하고, LT와 RT가 모두 채널 정보를 둘러싸지만 위상은 벗어났다.서라운드 채널은 단일 제한된 주파수 범위(7kHz 로우패스 필터링^[8]) 모노 리어 채널로, 동적으로 압축되어 나머지 채널보다 낮은 볼륨으로 배치된다.이것은 신호의 분리를 더 잘 할 수 있게 해준다.

이것은 L이나 R보다 3dB 높은 레벨에서 C로 모노 스피커의 L, C, R을 재현하는 모노 재생 모두와 호환성이 좋으나 서라운드 정보가 상쇄된다.또한 C를 좌우 스피커에서 재현해 팬텀 중심을 형성하고 서라운드도 양쪽 스피커에서 재현하되 분산적으로 재생하는 2채널 스테레오 재생과도 호환성이 좋다.

단순한 4채널 디코더는 단순히 SUM 신호(L+R)를 중앙 스피커로, 차이 신호(L-R)를 주변으로 전송할 수 있다.그러나 그러한 디코더는 인접한 스피커 채널 간의 분리가 잘 되지 않으므로, 센터 스피커를 위한 모든 것은 센터 스피커의 수준보다 3dB 낮은 좌/우 스피커에서도 재현될 수 있다.마찬가지로 왼쪽 스피커를 위한 것은 중앙 스피커와 주변 스피커 모두에서 재현되며, 다시 왼쪽 스피커의 수준보다 3dB 낮을 뿐이다.그러나 왼쪽과 오른쪽, 중앙과 서라운드 채널 사이에는 완전한 분리가 있다.

이 문제를 극복하기 위해 시네마 디코더는 소위 "로직" 회로를 사용하여 분리를 개선한다.논리 회로는 어떤 스피커 채널이 신호 레벨이 가장 높은지 결정하고, 인접 채널에 공급되는 신호를 감쇠시켜 우선순위를 부여한다.반대쪽 채널 사이에는 이미 완전한 분리가 존재하기 때문에 이를 감쇠시킬 필요가 없으며, 사실상 디코더가 L과 R 우선 순위 및 C와 S 우선 순위 사이를 전환한다.이것은 돌비 스테레오의 혼합과 사운드 믹서가 적절히 혼합된 사운드 트랙을 적절히 혼합하여 돌비 스테레오 인코더와 탠덤의 디코더를 통해 사운드 믹스를 모니터하는 것에 약간의 제한을 둔다.논리 회로 외에도 서라운드 채널은 서로 다른 크기의 감사자에 맞게 최대 100ms까지 조정 가능한 지연을 통해 공급되어, 서라운드 채널로 왼쪽 또는 오른쪽 스피커를 위한 프로그램 재료가 항상 서라운드 채널로 먼저 누출되도록 보장한다.이것은 "사전 효과"를 이용하여 소리를 의도한 방향으로 국소화한다.

Dolby Pro Logic II 매트릭스(5:2:5)

매트릭스	왼쪽	맞다	중심	리어 좌측	리어 우측
왼쪽 합계	${\displaystyle 1}$	${\displaystyle 0}$	${\displaystyle {\sqrt {\frac {1}{2}}:$	${\displaystyle j{\frac {\sqrt{3}}{2}}$	${\displaystyle j{\frac {1}{2}}:}$
오른쪽 합계	${\displaystyle 0}$	${\displaystyle 1}$	${\displaystyle {\sqrt {\frac {1}{2}}:$	${\displaystyle k{\frac {1}{2}}:}$	${\displaystyle k{\frac {\sqrt{3}{2}}:}$

${\displaystyle j}$=${\displaystyle }$+ $∘{\$ j$=+90^{\displaystyle$j=+90^{\displaystyle k=-$90^{\displaysty}}}}$ 편이, k${\displaystyle }$= ${\displaystyle -}$ ${\displaystyle {90}^{\circ }}$ ${\$

Pro Logic II 매트릭스는 스테레오 최대 주파수 백 채널을 제공한다.일반적으로 서브우퍼 채널은 오리지널 스테레오 트랙의 기존 베이스 주파수를 필터링하고 리디렉션하는 것만으로 구동된다.

참고 항목

• Ambisonic UHJ 형식
• 돌비 디지털
• 돌비 프로 로직
• 하스 효과
• 사각음
• 서라운드 사운드

참조