專利名稱：聲音信號(hào)的生成的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及媒體系統(tǒng)中的一種根據(jù)來(lái)自具有相關(guān)的第二組頭部相關(guān)傳遞函數(shù)的第二組聲音信號(hào)中的至少一個(gè)輸入信號(hào)來(lái)生成至少一個(gè)輸出信號(hào)的方法。
本發(fā)明還涉及一種用于實(shí)現(xiàn)所述方法的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。
本發(fā)明進(jìn)一步還涉及一種用于實(shí)現(xiàn)所述方法的計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品。
本發(fā)明進(jìn)一步還涉及一種用于根據(jù)來(lái)自具有相關(guān)的第二組頭部相關(guān)傳遞函數(shù)的第二組聲音信號(hào)中的至少一個(gè)輸入信號(hào)來(lái)生成來(lái)自第一組聲音信號(hào)中的至少一個(gè)輸出信號(hào)的媒體系統(tǒng)。
WO 01/49073公開了一種模擬外部聲源的聲音再現(xiàn)系統(tǒng)。該系統(tǒng)使用多個(gè)所謂的頭部相關(guān)傳遞函數(shù)(Head Related TransferFunction)(HRTF)，來(lái)為一套耳機(jī)生成聲音。
在本技術(shù)領(lǐng)域的文獻(xiàn)中一般都可以知道，要合成為輸出(即，所得到的聲音信號(hào))的聲源的輸入通道，會(huì)需要相對(duì)較大數(shù)量的HRTF。這一般來(lái)說(shuō)會(huì)導(dǎo)致使用所述HRTF來(lái)進(jìn)行系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)，這是相當(dāng)昂貴的，需要不必要的卷積，并且設(shè)計(jì)起來(lái)比較復(fù)雜。這一點(diǎn)將會(huì)借助附

圖1和2進(jìn)一步進(jìn)行討論，在這些附圖中將會(huì)借助計(jì)算給出使用相應(yīng)公式和HRTF數(shù)量的現(xiàn)有應(yīng)用系統(tǒng)和本發(fā)明。
上述的問題是通過所述方法得到解決的，該方法包括步驟為第二組聲音信號(hào)中的每個(gè)信號(hào)確定加權(quán)關(guān)系式，該加權(quán)關(guān)系式包括至少一個(gè)來(lái)自第三組中間聲音信號(hào)的信號(hào)和至少一個(gè)加權(quán)值；根據(jù)第二組聲音信號(hào)、第二組頭部相關(guān)傳遞函數(shù)和加權(quán)關(guān)系式確定第一組頭部相關(guān)傳遞函數(shù)；和借助至少一個(gè)來(lái)自所述第一組頭部相關(guān)傳遞函數(shù)的HRTF來(lái)轉(zhuǎn)換至少一個(gè)來(lái)自第三組中間聲音信號(hào)的信號(hào)，以便生成至少一個(gè)屬于所述第一組聲音信號(hào)的輸出信號(hào)。
在第一個(gè)步驟中，為第二組聲音信號(hào)中的每個(gè)信號(hào)，即，為多個(gè)輸入聲音信號(hào)中的每個(gè)信號(hào)，確定一個(gè)加權(quán)關(guān)系式，該關(guān)系式由中間聲音信號(hào)和至少一個(gè)加權(quán)值構(gòu)成。從而所述輸入聲音信號(hào)得以轉(zhuǎn)換為用于后續(xù)內(nèi)部應(yīng)用的中間聲音信號(hào)。
在第二個(gè)步驟中，所述第一組而為新的一組HRTF于是得以根據(jù)第二組聲音信號(hào)(一般為輸入聲音信號(hào))和所述第二組頭部相關(guān)傳遞函數(shù)(與所述輸入聲音信號(hào)相關(guān)并且起初為變換或轉(zhuǎn)換所述第二組輸入聲音信號(hào)做出過貢獻(xiàn))而確定出來(lái)。
優(yōu)點(diǎn)是，在所述確定過程(將在按照本發(fā)明的實(shí)施例中進(jìn)行討論)中，新的一組HRTF包括比原本對(duì)轉(zhuǎn)換輸入聲音信號(hào)做出過貢獻(xiàn)的所述第二組頭部相關(guān)傳遞函數(shù)要少的HRTF。
隨后，在第三個(gè)步驟中，所述新而較少的HRTF(即，第一組頭部相關(guān)傳遞函數(shù))用于生成一個(gè)或多個(gè)輸出信號(hào)(屬于所述第一組聲音信號(hào))，這是由于為了獲得所述輸出信號(hào)，來(lái)自第三組中間聲音信號(hào)的一個(gè)或多個(gè)信號(hào)是借助所述新且較少量的HRTF轉(zhuǎn)換的。
所述問題進(jìn)一步是借助在其上執(zhí)行所述方法的所述媒體系統(tǒng)而得到解決的。該媒體系統(tǒng)可以為TV、CD播放器、DVD播放器、收音機(jī)、具有聲音的顯示器、放大器、耳機(jī)或VCR。
按照優(yōu)選實(shí)施方式，所述媒體系統(tǒng)包括用于為第二組聲音信號(hào)中的每個(gè)信號(hào)確定加權(quán)關(guān)系式的裝置，加權(quán)關(guān)系式包括至少一個(gè)來(lái)自第三組中間聲音信號(hào)的信號(hào)和至少一個(gè)加權(quán)值；用于根據(jù)第二組聲音信號(hào)、第二組頭部相關(guān)傳遞函數(shù)和加權(quán)關(guān)系式確定第一組頭部相關(guān)傳遞函數(shù)的裝置；和用于借助至少一個(gè)來(lái)自所述第一組頭部相關(guān)傳遞函數(shù)的HRTF來(lái)轉(zhuǎn)換至少一個(gè)來(lái)自第三組中間聲音信號(hào)的信號(hào)、以便生成至少一個(gè)屬于所述第一組聲音信號(hào)的輸出信號(hào)的裝置。
由于與前面針對(duì)本方法介紹的相同原因，媒體系統(tǒng)給出了同樣的優(yōu)點(diǎn)。
下面將結(jié)合優(yōu)選實(shí)施例并且參照附圖對(duì)現(xiàn)有技術(shù)和本發(fā)明進(jìn)行更加全面的解釋說(shuō)明，其中附圖1表示按照現(xiàn)有技術(shù)和按照本發(fā)明的由三個(gè)輸入聲音信號(hào)生成兩個(gè)輸出聲音信號(hào)的例子；附圖2表示由一個(gè)輸入聲音信號(hào)生成兩個(gè)輸出聲音信號(hào)；附圖3表示由來(lái)自具有相關(guān)的第二組頭部相關(guān)傳遞函數(shù)的第二組輸入聲音信號(hào)的至少一個(gè)輸入聲音信號(hào)生成至少一個(gè)輸出聲音信號(hào)的方法。
在全部附圖中，相同的附圖標(biāo)記和類似的名稱表示相同或相應(yīng)的結(jié)構(gòu)、功能等。
在本發(fā)明中，可以使用一組頭部相關(guān)傳遞函數(shù)(HRTF)來(lái)生成一個(gè)或多個(gè)聲音信號(hào)?？梢詫RFT定義為描述聲音如何從特定聲源向耳部傳播以及屬于一組的HRTF的數(shù)量的函數(shù)，這可以從描述聲音從源傳播到雙耳的一個(gè)HRTF到由傳送聲音的源的數(shù)量決定的多個(gè)HRTF?？商鎿Q地，從少量的(n個(gè))輸入信號(hào)，可以得出m個(gè)中間信號(hào)，其需要2乘m個(gè)HRTF(m＞n)，頭部相關(guān)傳遞函數(shù)(HRTF)可用于將所述輸入信號(hào)(作為源)擴(kuò)展為多通道聲音(作為中間產(chǎn)物)，這些多通道聲音然后可以下混合(down mix)成較少的結(jié)果輸出聲音信號(hào)，例如，用于耳機(jī)的左和右信號(hào)。
另外可以在下面的期刊中找到HRTF的介紹《應(yīng)用聲學(xué)(AppliedAcoustics)》，關(guān)于聽覺環(huán)境和遙現(xiàn)的特刊(Special issue onauditory environment and telepresence)，第36卷，第3-4期，第171-218頁(yè)(1992年)，H.Moller所著的《雙耳聽覺技術(shù)的基本原理(Fundamentals of binaural technology)》。
下面，將對(duì)HRTF加以更加詳細(xì)的定義。在測(cè)定任意聲源在耳膜上產(chǎn)生的聲壓的過程中(考慮到諸如耳朵之間的距離和外耳的形狀之類的參數(shù))，全部所需的是從聲源到耳膜的脈沖響應(yīng)，這可以例如通過在耳朵中放置麥克風(fēng)來(lái)測(cè)量。這稱為頭部相關(guān)脈沖響應(yīng)，并且其傅立葉變換稱為頭部相關(guān)傳遞函數(shù)(HRTF)。HRTF采集了所有身體暗示以用于對(duì)聲源定位。一旦得知了針對(duì)左耳和右耳的HRTF，就能夠從單耳聲源合成出精確的雙耳信號(hào)。頭部相關(guān)傳遞函數(shù)是公知的，并且在眾多文獻(xiàn)中進(jìn)行過介紹，比如Blauert的《空間聽覺人類聲音定位的精神物理學(xué)(Spatial hearingThe Psychophysics of Human SoundLocalization)》(MIT出版社，劍橋，MA，1983)。當(dāng)聲音經(jīng)過一組HRTF濾波時(shí)，對(duì)于該組HRTF所屬于的人來(lái)說(shuō)，聲音得到了優(yōu)化，而因此對(duì)于除了該組HRTF所屬于的人之外的任何人而言，聲音感受決不會(huì)是最優(yōu)化的。該組HRTF是具有專用于特定人的參數(shù)或系數(shù)的濾波函數(shù)。對(duì)于特定的人來(lái)說(shuō)，取決于上面提到的任意聲源、聲源和人之間的距離，并且取決于測(cè)量函數(shù)參數(shù)的房間的特性，得到不同的HRTF組。當(dāng)，例如，聲源是耳機(jī)時(shí)，HRTF取決于通過其進(jìn)行聲音再現(xiàn)的耳機(jī)。使用這一函數(shù)對(duì)聲音進(jìn)行濾波的結(jié)果是，在耳機(jī)中得到了環(huán)繞聲的最佳空間再現(xiàn)。聲源也可以是一般的揚(yáng)聲器，在這種情況下，需要進(jìn)行串?dāng)_消除，這例如可以根據(jù)HRTF來(lái)進(jìn)行。
立體聲信號(hào)包括左右信號(hào)分量，它們可以來(lái)源于立體感信號(hào)源，例如來(lái)源于一組麥克風(fēng)，例如經(jīng)由其它的電子器材，比如混音器材而得到。此外，該信號(hào)還可以作為來(lái)自另一個(gè)立體感播放器的輸出、作為無(wú)線電信號(hào)用無(wú)線電廣播、或通過任何其它適當(dāng)?shù)氖侄味邮盏健?br> 附圖1表示現(xiàn)有技術(shù)中和按照本發(fā)明的由三個(gè)輸入聲音信號(hào)生成兩個(gè)輸出聲音信號(hào)的例子。在一般的應(yīng)用中，所述兩個(gè)聲音信號(hào)可以包括分配給耳機(jī)中的兩個(gè)揚(yáng)聲器的立體聲信號(hào)。
首先，按照現(xiàn)有技術(shù)，經(jīng)由耳機(jī)再現(xiàn)多通道聲音是公知的。這一通過耳機(jī)進(jìn)行的多通道聲音再現(xiàn)利用了一種稱為雙耳聽覺的公知技術(shù)和頭部相關(guān)傳遞函數(shù)(HRTF)。術(shù)語(yǔ)“雙耳聽覺(binaural)”指的是這樣一種情況對(duì)聆聽者的耳朵有兩路輸入(左和右)。任何一組在耳膜的位置上記錄的左和右通道信號(hào)都稱為雙耳聽覺信號(hào)。
意圖是，在使用耳機(jī)的時(shí)候與在揚(yáng)聲器進(jìn)行播放的時(shí)候一樣，在耳膜處得到相同的聲音。為了實(shí)現(xiàn)這一意圖，必須要搜集更多的有關(guān)聲源向耳膜傳播的知識(shí)。這種傳輸以頭部相關(guān)傳遞函數(shù)(HRTF)的形式得到了最好的描述，該函數(shù)包含任意線性濾波，比如染色(coloration)和耳間時(shí)間(inter-aural time)及聲譜差。耳間時(shí)間差的出現(xiàn)是因?yàn)槁暡ㄊ且圆煌木嚯x傳輸?shù)阶蠖陀叶摹＿@些傳遞函數(shù)取決于入射的角度和到聲源的距離。
回過頭來(lái)看附圖，附圖標(biāo)記1、2和3表示對(duì)應(yīng)的三個(gè)通道(即，三個(gè)輸入聲音信號(hào))CH1、CH2和CH3，這三個(gè)通道合成用于耳機(jī)的左(HPL)和右(HPR)結(jié)果(輸出)聲音信號(hào)。所述通道各自借助三個(gè)相關(guān)的頭部相關(guān)傳遞函數(shù)(附圖標(biāo)記4到9)得以傳輸。換句話說(shuō)，CH1是借助頭部相關(guān)傳遞函數(shù)HRTF1進(jìn)行發(fā)送的，相應(yīng)地CH2是借助頭部相關(guān)傳遞函數(shù)HRTF2得以發(fā)送的，等等。這是針對(duì)兩個(gè)通道進(jìn)行的，以便通過對(duì)通道與相關(guān)HRTF的乘積進(jìn)行求和(附圖標(biāo)記10和11)來(lái)實(shí)現(xiàn)立體聲信號(hào)的生成。所述立體聲(輸出)信號(hào)由左(HPL)(附圖標(biāo)記12)和右(HPR)(附圖標(biāo)記13)表示為兩個(gè)結(jié)果聲音信號(hào)。
對(duì)左結(jié)果信號(hào)的求和于是為HPL＝CH1·HRTF1，L+CH2·HRTF2，L+CH3·HRTF3，L(1)相應(yīng)地，對(duì)右結(jié)果聲音信號(hào)的求和于是為HPR＝CH1·HRTF1，R+CH2·HRTF2，R+CH3·HRTF3，R(2)這樣，在現(xiàn)有技術(shù)的情況下，這一傳輸需要二乘以三個(gè)，即，六個(gè)頭部相關(guān)傳遞函數(shù)。
一般來(lái)說(shuō)，在本申請(qǐng)的所有部分中，如果上面提到的變量是頻域變量，則符號(hào)“·”表示相乘；而在時(shí)域中，“·”表示變量的卷積運(yùn)算。
一般地并且相應(yīng)地，在對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的例子，n＝3個(gè)聲源的(輸入)通道(CH1到CH2)進(jìn)行擴(kuò)展以組合出m個(gè)聲音輸出(即m個(gè)結(jié)果聲音信號(hào))時(shí)，將會(huì)需要n乘m個(gè)頭部相關(guān)傳遞函數(shù)。
其次，按照本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，可以以不同的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)與現(xiàn)有技術(shù)的例子相同的傳輸。為了延續(xù)這個(gè)例子，將會(huì)對(duì)同樣三個(gè)通道(CH1、CH2和CH3)進(jìn)行討論。就是，這些通道可以是左和右(中間)通道的線性組合或使用加權(quán)系數(shù)α和β的加權(quán)形式。所述α和β可以使它們的加權(quán)值取決于各自的通道(即，L和R)，這樣，一般來(lái)說(shuō)CHi＝αi·L+β1·R (3)在對(duì)超過兩個(gè)通道(L，R)應(yīng)用本發(fā)明時(shí)，例如對(duì)第三個(gè)、第四個(gè)通道等，即C、D等應(yīng)用本發(fā)明時(shí)，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以隨后將公式(3)推廣為CHi＝αi·L+βi·R+ci·C+di·D等，用于針對(duì)相應(yīng)的揚(yáng)聲器或最終聲音的相應(yīng)的較大數(shù)量的結(jié)果(輸出)聲音信號(hào)(HPL、HPR、HPC、HPD等)。
在由Roy Irwan和Ronald M.Aarts(菲利普研究中心(PhilipsResearch Laboratories))于2001年6月21-24日在德國(guó)SchlossElmau召開的第19屆國(guó)際會(huì)議上提交的《音響工程協(xié)會(huì)會(huì)議論文(Sound Engineering Society Conference Paper)》中，公開了一種將立體聲變換為多通道聲音的方法。在這篇論文中(在第3頁(yè)上)，分別為左和右通道使用了在時(shí)刻k的相應(yīng)的WL(k)和WR(k)(加權(quán))記法定義了所述α和β′。
為了簡(jiǎn)明，在這個(gè)例子中僅使用兩個(gè)通道的(結(jié)果(輸出)聲音信號(hào))。
延續(xù)附圖1中的現(xiàn)有技術(shù)的例子，不過是按照下述方式在本發(fā)明的優(yōu)選的第一實(shí)施例中實(shí)施的CH1＝α1·L+β1·R (4)CH2＝α2·L+β2·R (5)CH3＝α3·L+β3·R (6)我們發(fā)現(xiàn)，公式(1)和(2)仍然適用于(通道與相關(guān)HRTF乘積的)求和，這樣當(dāng)把(4)、(5)和(6)代入到(1)和(2)中時(shí)，得出HPL＝(α1·L+β1·R)·HRTF1，L+(α2·L+β2·R)·HRTF2，L+(α3·L+β3·R)·HRTF3，L(7)HPR＝(α1·L+β1·R)·HRTF1，R+(α2·L+β2·R)·HRTF2，R+(α3·L+β3·R)·HRTF3，R(8)或者采取不同的方式表達(dá)為HPL＝L·(α1·HRTF1，L+α2·HRTF2，L+α3·HRTF3，L)+ R·(β1·HRTF1，L+β2·HRTF2，L+β3·HRTF3，L)； (9)從而HPR＝L·(α1·HRTF1，R+α2·HRTF2，R+α3·HRTF3，R)+R·(β1·HRTF1，R+β2·HRTF2，R+β3·HRTF3，R)； (10)不過，請(qǐng)注意，目前為止關(guān)于本發(fā)明所討論的HRTF僅僅用作公式中的中間變量，沒有并且也沒有必要與關(guān)于按照實(shí)際的頭部相關(guān)傳遞函數(shù)實(shí)現(xiàn)的所述現(xiàn)有技術(shù)的討論相反。
或者對(duì)于i＝3，即，以歸納的形式HPL=L·Σi(αi·HRTFi,L)+R·Σi(βi·HRTFi,L)---(11)]]>HPR=L·Σi(αi·HRTFi,R)+R·Σi(βi·HRTFi,R)---(12)]]>這樣，僅需要兩個(gè)濾波器用于左耳機(jī)驅(qū)動(dòng)器HPL以便分別對(duì)左和右信號(hào)進(jìn)行濾波，這是因?yàn)楣?11)中的因子∑(αi·HRTFi，L)和∑(βi·HRTFi，L)可以各自看作一個(gè)濾波器。
相應(yīng)地，就公式12而言，∑(αi·HRTFi，R)和∑(βi·HRTFi，R)是用于右耳機(jī)驅(qū)動(dòng)器HPR的兩個(gè)濾波器。
這樣，就僅需要兩個(gè)濾波器來(lái)對(duì)用于右耳機(jī)驅(qū)動(dòng)器的左和右信號(hào)進(jìn)行濾波。
這樣，在繼續(xù)進(jìn)行按照本發(fā)明的有三個(gè)輸入聲道的實(shí)現(xiàn)方式時(shí)，傳輸現(xiàn)在僅需要二乘二，即，四個(gè)頭部相關(guān)傳遞函數(shù)了。與附圖1的現(xiàn)有技術(shù)的例子相比，按照現(xiàn)有技術(shù)需要六個(gè)頭部相關(guān)傳遞函數(shù)，而要實(shí)現(xiàn)相同的傳輸，本發(fā)明需要更少的頭部相關(guān)傳遞函數(shù)。
相應(yīng)地，為了實(shí)現(xiàn)相同的傳輸，需要更少的卷積運(yùn)算。
換句話說(shuō)，當(dāng)由現(xiàn)有技術(shù)開始并且按照現(xiàn)有技術(shù)對(duì)該例子進(jìn)行進(jìn)一步推廣時(shí)，以聲音信號(hào)的簡(jiǎn)單級(jí)聯(lián)方式，例如，在m＝2(即，立體聲、雙輸出通道或信號(hào)，例如用于兩個(gè)耳機(jī)驅(qū)動(dòng)器)的情況下，n＝5個(gè)輸入通道或聲音信號(hào)(CH1到CH5)將會(huì)需要總數(shù)為2乘5個(gè)，即10個(gè)HRTF(按照現(xiàn)有技術(shù))，而按照本發(fā)明的第一實(shí)施例，僅需要四個(gè)頭部相關(guān)傳遞函數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)相同的傳輸。
附圖2表示由一個(gè)輸入聲音信號(hào)產(chǎn)生兩個(gè)輸出聲音信號(hào)。所述兩個(gè)聲音信號(hào)在一般的應(yīng)用中仍然可以包括分配給耳機(jī)中的兩個(gè)揚(yáng)聲器的立體聲信號(hào)，不過在這個(gè)作為本發(fā)明的第二實(shí)施例的例子中，僅對(duì)只有一個(gè)輸入聲音信號(hào)的聲源M的情況進(jìn)行討論。
首先，將通過HRTF所使用的計(jì)算過程來(lái)討論現(xiàn)有技術(shù)現(xiàn)有技術(shù)適用于僅有一個(gè)輸入通道(如附圖中所示)的情況，即，一個(gè)輸入聲源M并且然后分配為兩個(gè)結(jié)果(輸出)聲音信號(hào)HPL、HPR。與附圖1相比并且按照附圖1，原則上所使用的通道減少了一個(gè)(即，CH3)；相應(yīng)地，按照現(xiàn)有技術(shù)，對(duì)左結(jié)果(輸出)聲音信號(hào)的求和為HPL＝CH1·HRTF_L，l+CH2·HRTF_R，l(13)并且，相應(yīng)地，對(duì)右結(jié)果(輸出)聲音信號(hào)的求和于是就是HPR＝CH1·HRTF_L，r+CH2·HRTF_R，r(14)這里，第一個(gè)大寫字母符號(hào)L和R分別為各個(gè)揚(yáng)聲器通道，而第二個(gè)小寫字母l對(duì)應(yīng)于左耳，r對(duì)應(yīng)于右耳。
這樣，在現(xiàn)有技術(shù)的情況下，這一傳輸需要二乘二個(gè)，即，四個(gè)頭部相關(guān)傳遞函數(shù)。
其次，將對(duì)按照本發(fā)明的第二實(shí)施例，即附圖2進(jìn)行討論想象使用兩個(gè)輸出聲道HPL和HPR將一個(gè)在錄音棚中(移動(dòng))的歌唱者“M”的歌聲記錄到CD上。
通過采用主成分分析，可以還原出必需的阿爾法，即αi(如下面的公式15中所示)。由此可使用兩個(gè)通道來(lái)確定出歌唱者在揚(yáng)聲器中間的連線上的位置?？梢允沁@樣的情況，阿爾法是時(shí)變的。
在Prentice-Hall出版公司(新澤西)1999年出版的《神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(Neural Networks)》(第二版)中由S.Haykin所著的《主成分分析(Principal Component Analysis)》中可以找到對(duì)主成分分析的一般性討論，該一般性討論在前面提到的文章《將立體聲變換為多通道的方法(A method to convert stereo to multi-channel)》中得到了采用。
單一的聲(輸入)源M可以處于兩個(gè)揚(yáng)聲器之間的任何位置上。例如，在錄音棚中對(duì)歌唱者M(jìn)在兩個(gè)通道(或者甚至更多的通道)之間的進(jìn)行聲像單位控制(pan-pot)電位計(jì)移動(dòng)立體聲錄音，從而左中間通道(CHI1)可以表示為αi1·M而右中間通道(CHI2)可以表示為αi2·M，這樣CHI1＝αi1·M and CHI2＝αi2·M(15)不過，請(qǐng)注意，就本發(fā)明而言，對(duì)這一特定的實(shí)施例，所述通道(CHI1和CHI2)僅用作公式中的中間通道(變量)，并且與針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)進(jìn)行的討論(即，CH1、CH2)不同，并不是實(shí)際的通道。
換句話說(shuō)，就本發(fā)明而言，將左和右(中間通道)映射到了一個(gè)通道M上。
所以，從現(xiàn)有技術(shù)變換到按照附圖2的本發(fā)明的另一種實(shí)施例，公式13和14可以表示為
HPL＝αi1·M·HRTF_L，l+αi2·M·HRTF_R，l(16)HPR＝αi1·M·HRTF_L，r+αi2·M·HRTF_R，r(17)或HPL＝M·(ai1·HRTF_L，l+αi2·HRTF_R，l) (18)HPR＝M·(ai1·HRTF_L，r+αi2·HRTF_R，r) (19)或HPL＝M·H_1HPR＝M·H_2 (21)其中，H_1＝(αi1·HRTF_L，l+αi2·HRTF_R，l) (22)并且H_2＝(ai1·HRTF_L，r+αi2·HRTF_R，r) (23)這表面，本發(fā)明僅僅需要兩個(gè)卷積運(yùn)算或HRTF，這是由于公式20和21中的因子(H_1，H_2)分別被各自看作一個(gè)HRTF濾波器。
這樣，傳輸現(xiàn)在將僅需要兩個(gè)頭部相關(guān)傳遞函數(shù)。與需要四個(gè)頭部相關(guān)傳遞函數(shù)的現(xiàn)有技術(shù)相比，對(duì)于從一個(gè)(輸入)聲源M實(shí)現(xiàn)相同的傳輸，本發(fā)明需要更少的頭部相關(guān)傳遞函數(shù)(和相應(yīng)的卷積運(yùn)算)。
不過，所述僅將兩個(gè)輸出通道映射到一個(gè)通道上的第二實(shí)施例是非常簡(jiǎn)單的，該第二實(shí)施例可以推廣到將多于兩個(gè)通道映射到一個(gè)通道上(通過相應(yīng)的α)，下面就此進(jìn)行討論專利申請(qǐng)WO 0207481用于得出立體聲環(huán)繞和/或音頻中央信號(hào)的多通道立體聲變換器(Multi-channel stereo converter forderiving a stereo surround and/or audio centre signal)，皇家飛利普電子有限公司(KoninklijkePhilips Electronics N.V.)，發(fā)明人Irwan，Roy；AARTS，Ronaldus，M.，申請(qǐng)?zhí)朎P 0107757，于2001年7月5日提交，A2于2002年1月24日公開，其中使用主成分分析將兩個(gè)通道(L，R)映射到了一個(gè)C或者中央通道上，并且在C.Faller和F.Baumga rtner所著的《應(yīng)用于立體聲和多通道音頻壓縮的雙耳聽覺提示編碼(Binaural cuecoding applied to stereo andmulti-channel audio compression)》(Convention paper 5574(L-6)of the 112thAES Convention Munich，Germany，Audio Eng.Soc.(第112屆AES會(huì)議的會(huì)議論文5574(L-6)，德國(guó)慕尼黑，音頻工程師協(xié)會(huì))，2002年5月)中也介紹了上述技術(shù)。
在按照上述兩種實(shí)施例實(shí)施本發(fā)明時(shí)，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以從帶有聲音輸入和輸出的通用(HRTF)功能塊的角度結(jié)合或看待這些實(shí)施例。換句話說(shuō)，所述實(shí)施例可用于級(jí)聯(lián)耦合聲音信號(hào)。換句話說(shuō)，HPL和HPR不是從一個(gè)功能塊輸出的聲音信號(hào)，而是可以通過級(jí)聯(lián)將它們輸入給另一個(gè)功能塊。
一般來(lái)說(shuō)，遍及本申請(qǐng)的所述公式可以在媒體系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)，比如TV、CD播放器、DVD播放器、收音機(jī)、顯示器、放大器或VCR。這一點(diǎn)可借助附圖2的附圖標(biāo)記20表明。不過，按照可替換的或是附加的方式，可以是這樣一種情況，即所述公式可以集成到適用于嵌入到具有足夠處理能力的耳機(jī)里的電路(或軟件)中。
在附圖中，用帶有箭頭的線畫出了通道之間的傳輸，(輸入聲音信號(hào))CH及M到其它中間聲道以及到結(jié)果(輸出)聲音信號(hào)或通道。這些線表明，傳輸可以借助適于實(shí)現(xiàn)聲音數(shù)據(jù)傳輸?shù)碾娐?例如，通過有線或無(wú)線數(shù)據(jù)鏈路)來(lái)進(jìn)行。這種傳輸?shù)睦涌梢允歉鞣N不同的發(fā)射機(jī)，例如，包括網(wǎng)絡(luò)接口的發(fā)射機(jī)、網(wǎng)卡、無(wú)線電發(fā)射機(jī)、用于其它適當(dāng)電磁信號(hào)的發(fā)射機(jī)(比如用于發(fā)射紅外光的LED)、例如通過IrDa端口、基于無(wú)線電的通信、例如通過藍(lán)牙收發(fā)機(jī)等等。其它的適當(dāng)發(fā)射機(jī)的例子包括線纜調(diào)制解調(diào)器、電話調(diào)制解調(diào)器、綜合業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng)(ISDN)適配器、數(shù)字訂戶線路(DSL)適配器、衛(wèi)星收發(fā)機(jī)、以太網(wǎng)適配器等等。相應(yīng)地，通信通道可以是任何適當(dāng)?shù)挠芯€或無(wú)線數(shù)據(jù)鏈路，例如基于分組的通信網(wǎng)絡(luò)(比如因特網(wǎng)或其它的TCP/IP網(wǎng)絡(luò))的鏈路、近程通信鏈路(比如紅外鏈路)、藍(lán)牙連接或其它的基于無(wú)線電的鏈路。
通信通道的其它例子包括計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)和無(wú)線電信網(wǎng)絡(luò)，比如蜂窩數(shù)字分組數(shù)據(jù)(CDPD)網(wǎng)絡(luò)、全球移動(dòng)通信系統(tǒng)(GSM)網(wǎng)絡(luò)、碼分多址(CDMA)網(wǎng)絡(luò)、時(shí)分多址(TDMA)網(wǎng)絡(luò)、通用分組無(wú)線業(yè)務(wù)(GPRS)網(wǎng)絡(luò)、第三代網(wǎng)絡(luò)(比如UMTS網(wǎng)絡(luò))等等。
附圖3表示從來(lái)自具有相關(guān)的第二組頭部相關(guān)傳遞函數(shù)的第二組輸入聲音信號(hào)中的至少一個(gè)輸入信號(hào)來(lái)生成至少一個(gè)輸出聲音信號(hào)的方法。所述生成可以在媒體系統(tǒng)中進(jìn)行，比如TV、CD播放器、DVD播放器、收音機(jī)、顯示器、放大器、耳機(jī)和VCR中進(jìn)行。
按照本方法的典型應(yīng)用形式(或者內(nèi)建在諸如所述媒體系統(tǒng)這樣的設(shè)備中)，所述輸出聲音信號(hào)可以屬于第一組輸出聲音信號(hào)，例如，諸如送到耳機(jī)或其它揚(yáng)聲器的HPL或HPR這樣的一個(gè)或多個(gè)輸出。反之，所述第二組聲音信號(hào)可以是諸如CH1、CH2…CHn和M這樣的輸入。不過，在具有HRTF功能塊的聲音信號(hào)級(jí)聯(lián)鏈中，可以根據(jù)聲音信號(hào)進(jìn)入(作為輸入)或離開(作為輸出)級(jí)聯(lián)耦合的聲音信號(hào)塊，將所述(輸入)聲音信號(hào)看作用作如輸入或輸出的通用聲音信號(hào)。換句話說(shuō)，從一個(gè)功能塊輸出的聲音信號(hào)可以輸入(聲音信號(hào))到另一個(gè)功能塊，反之亦然。
根據(jù)已經(jīng)做過討論的實(shí)施例，所述第二組頭部相關(guān)傳遞函數(shù)(與所述輸入聲音信號(hào)相關(guān))可以包括當(dāng)初對(duì)變換或轉(zhuǎn)換所述第二組輸入聲音信號(hào)做出過貢獻(xiàn)的頭部相關(guān)傳遞函數(shù)(比如HRTF_L，1、HRTF_R，1、HRTF_L，r、HRTF_R，r、HRTF1，L、HRTF2，L、HRTF3，L...HRTF1，R、HRTF2，R…等)。
在步驟90中，按照本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例的方法開始。將記載與處理的聲音信號(hào)相對(duì)應(yīng)的HRTF、輸入和中間聲道、輸出聲道、權(quán)重等的變量、標(biāo)志、緩沖區(qū)等設(shè)置為缺省值。當(dāng)該方法第二次開始時(shí)，僅僅將遭到破壞的變量、標(biāo)志、緩沖區(qū)等重新設(shè)置為缺省值。
繼續(xù)進(jìn)行該方法的介紹，在步驟100中，可以為第二組(輸入)聲音信號(hào)中的每個(gè)信號(hào)確定一個(gè)加權(quán)關(guān)系式。所述加權(quán)關(guān)系式可以包括至少一個(gè)來(lái)自第三組中間聲音信號(hào)的信號(hào)，比如L和R；CH1和CH2，它們分別(按照已經(jīng)討論過的兩種實(shí)施例)具有對(duì)應(yīng)的加權(quán)值。
如在本發(fā)明的實(shí)施例中所討論的，按照第一實(shí)施例，一個(gè)例子可以是，CHi(即，i個(gè)輸入聲音信號(hào)中的每一個(gè))＝αi·L+βi·R，其中αi和βi是加權(quán)值，而L和R各自為來(lái)自所述第三組中間聲音信號(hào)的信號(hào)。
按照第一實(shí)施例，借助比現(xiàn)有技術(shù)少的HRTF，對(duì)比(所產(chǎn)生的)輸出聲音信號(hào)多的輸入聲音信號(hào)進(jìn)行了處理。
按照在本發(fā)明的實(shí)施例中進(jìn)一步進(jìn)行的討論，按照第二實(shí)施例，另一個(gè)例子可以是CHI1＝αi1·M和CHI2＝αi2·M，其中αi1和αi2各自為加權(quán)值，而其中CHI1和CHI2是相應(yīng)的該第二實(shí)施例的中間聲音信號(hào)。
按照第二實(shí)施例，與第一實(shí)施例相對(duì)，借助比現(xiàn)有技術(shù)更少的HRTF，對(duì)總地來(lái)說(shuō)比所生成的輸出聲音信號(hào)(在例二中)少的輸入聲音信號(hào)(在例一中)進(jìn)行了處理。
在步驟200中，可以確定第一(新生成的)組頭部相關(guān)傳遞函數(shù)。所述第一組(頭部相關(guān)傳遞函數(shù))可以基于第二組聲音信號(hào)(即，輸入聲音信號(hào))、第二組頭部相關(guān)傳遞函數(shù)(如現(xiàn)有技術(shù)中所討論和使用的)和新確定的加權(quán)關(guān)系式。換句話說(shuō)，所述第一新組頭部相關(guān)傳遞函數(shù)是為了在下面的步驟中借助它隨后對(duì)中間聲音信號(hào)進(jìn)行變換的目的而生成的。該確定過程考慮了第二組聲音信號(hào)(即，輸入信號(hào)，比如諸如CH1、CH2…CHn和M這樣的聲音信號(hào)(一般作為輸入))和所述第二組頭部相關(guān)傳遞函數(shù)(當(dāng)初為變換和轉(zhuǎn)換所述第二組輸入聲音信號(hào)做出過貢獻(xiàn)的頭部相關(guān)傳遞函數(shù))。此外，所述確定過程對(duì)應(yīng)于用于解釋本發(fā)明的兩種實(shí)施例的公式，對(duì)具有對(duì)應(yīng)的中間信號(hào)(L、R等)的所述加權(quán)關(guān)系式(CHi＝αi·L+βi·R等)進(jìn)行考慮。
在步驟300中，可以借助來(lái)自所述第一組(新生成的頭部相關(guān)傳遞函數(shù))的至少一個(gè)HRTF對(duì)來(lái)自所述第三組中間聲音信號(hào)(L、R、CHI1、CHI2)的至少一個(gè)信號(hào)進(jìn)行轉(zhuǎn)換，以便生成屬于所述第一組輸出聲音信號(hào)(HPL、HPR)的至少一個(gè)信號(hào)(作為輸出信號(hào))。就這點(diǎn)而言，新生成的HRTF，即，所述第一組頭部相關(guān)傳遞函數(shù)(∑(αi·HRTFi，R)、∑(βi·HRTFi，R)、H_1、H_2等)可以用于，對(duì)一個(gè)或多個(gè)中間聲音信號(hào)進(jìn)行實(shí)際轉(zhuǎn)換和變換(卷積)，這些中間信號(hào)比如為L(zhǎng)，R(第一實(shí)施例)或CHI1和CHI2(第二實(shí)施例)。結(jié)果，于是產(chǎn)生了輸出聲音信號(hào)HPL、HPR其中至少之一。
因此，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是，總地來(lái)說(shuō)，與現(xiàn)有技術(shù)相比，將會(huì)通過較少HRTF和卷積運(yùn)算來(lái)實(shí)現(xiàn)所述生成過程。
通常，只要媒體系統(tǒng)加電，該方法就會(huì)整個(gè)重新開始。另外，該方法可以在步驟400終止；不過，當(dāng)媒體系統(tǒng)再次加電等時(shí)，該方法可以從步驟100開始進(jìn)行。
計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)可以是磁帶、光盤、數(shù)字通用盤(DVD)、激光唱盤(可記錄CD或可寫CD)、迷你盤、硬盤、軟盤、智能卡、PCMCIA卡等。
在權(quán)利要求書中，置于括號(hào)中的任何附圖標(biāo)記皆不應(yīng)理解為是對(duì)權(quán)利要求的限定。詞“包括”并不排除存在權(quán)利要求中未列出的元件或步驟的情況。置于元件之前的詞“一個(gè)”或“一”并不排除存在多個(gè)此種元件的情況。
本發(fā)明可以借助包括數(shù)個(gè)性質(zhì)不同的元件的硬件來(lái)實(shí)現(xiàn)，并且可以借助適當(dāng)編程的計(jì)算機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)。在列舉出數(shù)個(gè)裝置的產(chǎn)品權(quán)利要求中，這些裝置中的若干個(gè)可以通過同一個(gè)硬件項(xiàng)來(lái)實(shí)現(xiàn)。在相互不同的從屬權(quán)利要求中記載特定手段的這一純粹現(xiàn)象并不表示這些手段的結(jié)合形式不能用于實(shí)現(xiàn)優(yōu)點(diǎn)。
權(quán)利要求
1.一種在媒體系統(tǒng)中從來(lái)自具有相關(guān)的第二組頭部相關(guān)傳遞函數(shù)的第二組聲音信號(hào)中的至少一個(gè)輸入信號(hào)生成來(lái)自第一組聲音信號(hào)的至少一個(gè)輸出信號(hào)的方法，所述方法包括下述步驟為第二組聲音信號(hào)中的每個(gè)信號(hào)確定加權(quán)關(guān)系式，該加權(quán)關(guān)系式包括至少一個(gè)來(lái)自第三組中間聲音信號(hào)的信號(hào)和至少一個(gè)加權(quán)值；根據(jù)第二組聲音信號(hào)、第二組頭部相關(guān)傳遞函數(shù)和加權(quán)關(guān)系式確定第一組頭部相關(guān)傳遞函數(shù)；和借助至少一個(gè)來(lái)自所述第一組頭部相關(guān)傳遞函數(shù)的HRTF來(lái)轉(zhuǎn)換至少一個(gè)來(lái)自第三組中間聲音信號(hào)的信號(hào)，以便生成至少一個(gè)屬于所述第一組聲音信號(hào)的輸出信號(hào)。
2.按照權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，確定步驟為第二組聲音信號(hào)中的每個(gè)信號(hào)i確定CHi＝αi·L+βi·R，其中αi和βi各自為加權(quán)值，并且其中L和R各自為來(lái)自所述第三組中間聲音信號(hào)的信號(hào)。
3.按照權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，確定步驟為每個(gè)信號(hào)確定CHI1＝αi1·M和CHI2＝αi2·M，其中αi1和αi2各自為加權(quán)值，并且其中CHI1和CHI2各自為來(lái)自所述第三組中間聲音信號(hào)的信號(hào)。
4.按照權(quán)利要求1到3中任何一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，媒體系統(tǒng)是TV、CD播放器、DVD播放器、收音機(jī)、顯示器、放大器、耳機(jī)或VCR。
5.一種計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，用于實(shí)現(xiàn)按照權(quán)利要求1到4中任何一項(xiàng)所述的方法。
6.一種計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品，包括存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)上的程序代碼裝置，該程序代碼裝置用于當(dāng)在計(jì)算機(jī)上運(yùn)行該計(jì)算機(jī)程序時(shí)，實(shí)現(xiàn)按照權(quán)利要求1到4中任何一項(xiàng)所述的方法。
7.一種媒體系統(tǒng)，用于從來(lái)自具有相關(guān)的第二組頭部相關(guān)傳遞函數(shù)的第二組聲音信號(hào)中的至少一個(gè)輸入信號(hào)生成來(lái)自第一組聲音信號(hào)的至少一個(gè)輸出信號(hào)，所述媒體系統(tǒng)包括用于為第二組聲音信號(hào)中的每個(gè)信號(hào)確定加權(quán)關(guān)系式的裝置，加權(quán)關(guān)系式包括至少一個(gè)來(lái)自第三組中間聲音信號(hào)的信號(hào)和至少一個(gè)加權(quán)值；用于根據(jù)第二組聲音信號(hào)、第二組頭部相關(guān)傳遞函數(shù)和加權(quán)關(guān)系式確定第一組頭部相關(guān)傳遞函數(shù)的裝置；和用于借助至少一個(gè)來(lái)自所述第一組頭部相關(guān)傳遞函數(shù)的HRTF來(lái)轉(zhuǎn)換至少一個(gè)來(lái)自第三組中間聲音信號(hào)的信號(hào)、以便生成至少一個(gè)屬于所述第一組聲音信號(hào)的輸出信號(hào)的裝置。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于從來(lái)自具有相關(guān)的第二組頭部相關(guān)傳遞函數(shù)的第二組聲音信號(hào)(M)中的至少一個(gè)輸入信號(hào)生成至少一個(gè)輸出信號(hào)(H
文檔編號(hào)H04S5/00GK1685763SQ03822586
公開日2005年10月19日 申請(qǐng)日期2003年9月16日 優(yōu)先權(quán)日2002年9月23日
發(fā)明者R·M·亞特斯, R·艾旺, D·W·E·肖本 申請(qǐng)人:皇家飛利浦電子股份有限公司