立體聲系統產生修正左聲道和修正右聲道音頻信號的方法
2023-04-23 15:21:41
專利名稱：立體聲系統產生修正左聲道和修正右聲道音頻信號的方法
技術領域：
本發明涉及一種方法，用於從具有左聲道和右聲道以及至少一個其它聲道的多聲道音頻信號，為立體聲系統產生修正左聲道和修正右聲道音頻信號。
背景技術：
US 5638451公開了音頻信號的一種傳輸和存儲方法。為了在多聲道系統和立體聲技術之間實現兼容，提供一個多聲道源編碼器用於對多聲道音頻信號進行編碼。將多聲道系統中其它聲道的信號加到多聲道系統中基本的左聲道和右聲道信號上去，產生兩個修正了的立體聲信號，通過立體聲系統播放出來。
發明內容
為此目的，本發明提供一種簡單的方法，用於在立體聲系統中播放多聲道信號。具體而言，這裡給出一種簡單方法和一種簡單電路，用於通過頭戴式耳機播放多聲道聲音。
這一目的是利用具有權利要求1所說明的特性的裝置達到的。
根據本發明，在具有一個變換函數的一個濾波器的第一個並聯分支和具有一個混響函數的第二個並聯分支中修正最高能量聲道中的信號，其中修正了以後的信號在一個相加單元中相加。這兩個濾波器與一個長濾波器完全相同，給左耳精確地模仿集中式揚聲器的變換函數。產生聲音的時候只將最高能量的信號考慮在內。只有一個聲道需要濾波器。
在利用這個變換函數進行修正之前，將最高能量聲道的信號與第二個加法單元中的其它多聲道信號相加。由於低能量信號被高能量信號淹沒，因此前者可以通過同一個濾波器。
在利用混響函數進行修正之前，在第三個相加單元中將最高能量聲道的信號與其它多聲道信號加起來。因為存在淹沒效應，因此低能量信號也可以使用最高能量聲道的濾波器，也可以用於混響函數。
這一變換函數是最高能量聲道中與頭有關的傳輸函數。可以將與人有關的傳輸函數和這一變換結合起來。
簡單地說，混響函數是最高能量聲道的混響函數。以這種方式存儲濾波器。
第二個並聯分支包括一個時間延遲元件，用於讓混響產生一個時間延遲。
在第二個相加單元之前，用一個粗變換函數修正較低能量的信號。
粗變換函數是相關信道與頭有關的傳輸函數。有關單個變換函數的產生可以用較少的計算量或者計算機資源來實現。
本發明建立在如果只是用較少的聲道，那麼對聲音播放的準確性提出的要求應該非常苛刻這樣一個假設的基礎之上，換句話說，每個聲音都要通過一個虛擬揚聲器播放。五聲道DVD信號要通過五聲道揚聲器組播放，或者通過一組頭戴式耳機，用五個虛擬揚聲器播放。DVD是數字多功能盤的縮寫。如果使用五個DVD聲道，對有關聲音源聲音產生質量的要求可以較低，因為要通過兩隻(以上的)耳朵收聽。用頭戴式耳機模擬五個虛擬揚聲器的時候，簡單的近似需要頭戴式耳機虛擬立體聲處理事件的5×1/2倍。當音頻裝置被設置成五聲道模式的時候，計算容量只用了一半。使用高性能的處理器相對較貴，如果多數情況下只是利用音頻裝置通過頭戴式耳機播放虛擬立體聲，它就不是那麼有用。
通過簡化利用頭戴式耳機產生七個虛擬揚聲器的那些濾波器，能夠減少計算量。五個虛擬揚聲器在DVD中進行模擬。通過頭戴式耳機產生虛擬立體聲的時候使用質量更好的濾波器。得到的五個虛擬DVD揚聲器的計算量可以與虛擬立體聲頭戴式耳機系統相比擬，這就意味著在這兩種情況下都使用了相同的計算量。
用於通過頭戴式耳機產生虛擬揚聲器的濾波器可以被進一步劃分成重要性依次下降的各個段。聲音播放段的劃分依賴於要產生的虛擬揚聲器的數量。這就導致計算量不變，同時可以感知到的質量基本不變。濾波器的粗結構導致計算量的減少。
下面將參考附圖，詳細介紹本發明的實施方案，其中圖1畫出的是利用高能量聲道的音頻信號在左耳產生聲音的電路，和圖2畫出的是利用幾個多聲道音頻信號在左耳產生聲音的電路。
具體實施例方式
圖1畫出了並聯分支2中的一個短濾波器1，這個濾波器將中心聲道信號XC與頭有關的傳輸函數結合到人4的左耳3。在第二個並聯分支5中，有一個長濾波器6，利用它產生混響。並聯分支5中還有一個時間延遲元件7，從而使混響到達的時間比HRTF晚。以後標為相加單元的加法器8將濾波器1和6出來的信號加起來，將和信號提供給一組頭戴式耳機10的左揚聲器9。兩個濾波器1和6，時間延遲元件7，以及相加單元8與長濾波器11相同，為左耳3精確地模擬集中式揚聲器的變換函數。為右耳12產生的聲音可以用相同的方法獲得。
圖2說明如何用具有相同濾波器11的五聲道產生DVD聲音。濾波器11也可以被換成具有合適軟體的處理器。通過相應的濾波器21、22、23和24將信號XL、XR、XLS和XRS提供給相加單元25。濾波器信號XL、XR、XLS和XRS和沒有濾波的信號XC在相加單元25中相加，提供給濾波器1。左聲道、右聲道、左環繞聲和右環繞聲聲道的濾波器21～24實現起來技術上都比較簡單，結構非常簡單。濾波器21～24與中心聲道技術複雜的濾波器1相串聯，後一個濾波器提供高質量的輸出。因此虛擬左聲道、右聲道、左環繞聲和右環繞聲揚聲器信號被這樣加起來，而不需要使它增加複雜性。所有虛擬揚聲器信號都在另一個加法器26中加起來，共享中心聲道的混響濾波器6。這樣做不會降低感知到的質量，因為混響很少限制任何定向信息，中心聲道會淹沒其它聲道，因為它通常都具有很高的能量。濾波器21～24隻包括一個時間延遲和一個聲強修正或者頻譜改變，因此大致與原始HRTF相同。近似相似就足夠了，因為中心聲道的信號淹沒了其它信道的信號。應該指出，在這個環境中，中心聲道信號的產生是精確的，總的複雜程度與圖1中單聲道的實現相似。可以用這一方法來充分利用數位訊號的特點。所採用的所有電路，特別是濾波器和相加單元，都是數字的，因而能夠用一種簡單的方式處理數位訊號。
採取簡單的措施就能夠確定任意時刻能量最高的聲道，並且據此選擇對應的HRTF。可以按照每個聲道的能量進行動態修正。通過這種方式，任何時候都能夠可以以最高的質量播放最高能量聲道的聲音。
這種電路可以包括在可攜式DVD播放裝置裡，也可以包括在具有頭戴式耳機輸出和多聲道系統的所有其它音頻裝置中。
權利要求
1.從具有左聲道和右聲道以及至少一個其它聲道的多聲道音頻信號(XL、XR、XLS、XRS和XC)為立體聲系統產生修正左聲道和右聲道音頻信號的一種方法，其特徵在於在濾波器(1)的第一個並聯分支(2)中用一個變換函數修正最高能量聲道的信號，在第二個濾波器(6)中的第二個並聯分支(5)中用一個混響函數進行修正，得到的修正信號在一個相加單元(8)中加在一起。
2.權利要求1的方法，其特徵在於在變換函數的修正以前，在第二個相加單元(25)中將最高能量聲道(XC)的信號與其它多聲道信號(XL、XR、XLS和XRS)相加。
3.權利要求1的方法，其特徵在於用混響函數進行修正之前，在第三個相加單元(26)中將最高能量聲道的信號與其它多聲道信號(XL、XR、XLS和XRS)相加。
4.權利要求1和/或2的方法，其特徵在於其中的變換函數是最高能量聲道與頭有關的傳輸函數(HRTF)。
5.權利要求1和/或3的方法，其特徵在於其中的混響函數是最高能量聲道的混響函數
6.權利要求1、3和/或5的方法，其特徵在於第二個並聯分支(5)包括一個時間延遲元件(7)，用於讓混響產生時間延遲。
7.權利要求1～6中任意一個或者幾個的方法，其特徵在於在第二個相加單元(25)之前，較低能量的信號被一個粗變換函數修正。
8.權利要求6的方法，其特徵在於其中的粗變換函數是相關聲道中與頭有關的傳輸函數。
全文摘要
本發明涉及從具有左聲道和右聲道以及至少一個其它聲道的多聲道音頻信號(X
文檔編號H04S7/00GK1528105SQ02801902
公開日2004年9月8日 申請日期2002年5月28日 優先權日2001年5月29日
發明者D·W·E·肖本, D W E 肖本 申請人:皇家菲利浦電子有限公司