專(zhuān)利名稱(chēng)：麥克風(fēng)陣列的環(huán)繞聲產(chǎn)生的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及音頻信號(hào)處理。更具體地，本發(fā)明的實(shí)施例涉及通過(guò)麥克風(fēng)陣列產(chǎn)生 環(huán)繞聲。
背景技術(shù)：
用于聲音再現(xiàn)的聲道典型地可以包括與特定源方向相關(guān)聯(lián)的通道。單音(“單聲”) 聲道可被使用單個(gè)擴(kuò)音器再現(xiàn)。因此，單聲道聲音可被感知為源自揚(yáng)聲器相對(duì)于收聽(tīng)者放 置的方向。立體聲(“stereo”)使用至少兩個(gè)通道和擴(kuò)音器，并且因此可比單聲道聲音增 力口聲場(chǎng)(sound stage)。立體聲可以在“左”和“右”兩個(gè)通道的每個(gè)通道上包括不同的音頻內(nèi)容，每個(gè)通 道可被感知為源自每個(gè)揚(yáng)聲器的方向。立體聲(或單聲)通道可與諸如電視、電影屏幕等 的觀看屏幕相關(guān)聯(lián)。如此處使用的，術(shù)語(yǔ)“屏幕通道”可指的是被感知為源自屏幕方向的音 頻通道?？梢栽诰哂凶笥伊Ⅲw聲屏幕通道的同時(shí)包括“中央”屏幕通道。如此處使用的，術(shù)語(yǔ)“多通道音頻”可以指通過(guò)為了在附加揚(yáng)聲器上再現(xiàn)而被記錄 的附加聲道擴(kuò)展聲場(chǎng)或豐富音頻回放。如此處使用的，術(shù)語(yǔ)“環(huán)繞聲”可以指使用具有這樣 的聲道的多通道音頻，該聲道關(guān)于該聲道被感知到的方向或維度方面基本環(huán)繞(例如，包 圍、圍繞)收聽(tīng)者或多個(gè)收聽(tīng)者的較大聽(tīng)眾群體。環(huán)繞聲使用附加聲道以擴(kuò)展或豐富聲場(chǎng)。除了左、右和中央屏幕通道之外，環(huán)繞聲 可以從可被定位在收聽(tīng)者“身后”的附加揚(yáng)聲器再現(xiàn)不同的音頻內(nèi)容。因此，環(huán)繞聲通道的 內(nèi)容可被感知為源自“環(huán)繞”收聽(tīng)者，例如“在收聽(tīng)者四周”的來(lái)源。Dolby Digital (也被 稱(chēng)為AC-3)是公知的成功的環(huán)繞聲應(yīng)用?？梢允褂?個(gè)擴(kuò)音器產(chǎn)生環(huán)繞聲，這5個(gè)擴(kuò)音器 可以包括左、中、右3個(gè)屏幕通道以及可在與屏幕通道相關(guān)聯(lián)的屏幕的視線之后的左環(huán)繞 通道和右環(huán)繞通道。另外，單獨(dú)的通道也可例如以較低的位速率用以再現(xiàn)低頻效果(LFE)。這個(gè)部分描述的方法可被實(shí)行，但是不必以前已被構(gòu)想或?qū)嵭?。除非另外指出，?則不應(yīng)當(dāng)認(rèn)為這個(gè)部分中描述的任何方法僅僅由于被包括在此處而被限定為是現(xiàn)有技術(shù)。 類(lèi)似地，除非另外指出，否則不應(yīng)當(dāng)基于這個(gè)部分認(rèn)為關(guān)于一個(gè)或多個(gè)方法識(shí)別出的問(wèn)題 已經(jīng)在任何現(xiàn)有技術(shù)中被認(rèn)識(shí)到。


在附圖中以示例方式而不是以限制方式示出了本發(fā)明，并且在附圖中類(lèi)似附圖標(biāo) 記指示類(lèi)似元件，其中圖1示出了可以實(shí)施本發(fā)明的實(shí)施例的示例性攝像記錄器(攝像放像機(jī))；
圖2示出了具有另一個(gè)特征的示例性攝像放像機(jī)；圖3示出了在麥克風(fēng)陣列中心處具有原點(diǎn)的相對(duì)彼此正交布置的軸線；圖4示出了一種示例性麥克風(fēng)布置，本發(fā)明的實(shí)施例可以通過(guò)該布置起作用；圖5示出了一種示例性信號(hào)處理技術(shù)，可以通過(guò)該技術(shù)產(chǎn)生擴(kuò)音器驅(qū)動(dòng)信號(hào)；圖6示出了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的示例性信號(hào)處理技術(shù)，可以通過(guò)該技術(shù)產(chǎn)生擴(kuò) 音器驅(qū)動(dòng)信號(hào)；圖7示出了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的示例性可變?yōu)V波器元件；圖8示出了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的示例性濾波器元件；圖9示出了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的示例性濾波器元件；圖10示出了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的具有變換后的麥克風(fēng)信號(hào)的示例性濾波器；圖11示出了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的示例性信號(hào)處理器；圖12示出了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的可變?yōu)V波器；和圖13、圖14、圖15和圖16示出了根據(jù)示例性實(shí)施例實(shí)現(xiàn)的濾波器的示例性脈沖 響應(yīng)。
具體實(shí)施例方式此處描述了關(guān)于通過(guò)麥克風(fēng)陣列產(chǎn)生環(huán)繞聲的示例性實(shí)施例。在下面的描述中， 出于解釋目的，闡述了若干具體的細(xì)節(jié)以便實(shí)現(xiàn)對(duì)本發(fā)明的透徹理解。然而很清楚，可以不 使用這些具體細(xì)節(jié)實(shí)現(xiàn)本發(fā)明。在其它情況下，沒(méi)有詳盡地描述公知結(jié)構(gòu)和設(shè)備，以便避免 不必要地遮蔽、模糊或攪亂本發(fā)明。概述本發(fā)明的實(shí)施例涉及通過(guò)麥克風(fēng)陣列產(chǎn)生環(huán)繞聲。分析來(lái)自麥克風(fēng)陣列的每個(gè)麥 克風(fēng)的信號(hào)。對(duì)于麥克風(fēng)信號(hào)的至少一個(gè)子集，估計(jì)表征該子集中的信號(hào)之間的相對(duì)時(shí)間 延遲的時(shí)間差。至少部分地基于估計(jì)的時(shí)間差估計(jì)麥克風(fēng)輸入從一個(gè)或多個(gè)聲源到達(dá)的方 向。以與一個(gè)或多個(gè)濾波器相關(guān)的至少一個(gè)濾波器傳遞函數(shù)對(duì)麥克風(fēng)信號(hào)進(jìn)行濾波。第一 濾波器傳遞函數(shù)分量具有與到達(dá)方向的第一空間定向相關(guān)的值，并且第二分量具有關(guān)于與 第一空間定向大體正交的空間定向的值。第三濾波器函數(shù)可以具有固定值?；谒鰹V波， 計(jì)算用于至少兩個(gè)擴(kuò)音器的驅(qū)動(dòng)信號(hào)。估計(jì)到達(dá)可以包括基于麥克風(fēng)信號(hào)中的各信號(hào)之間的時(shí)間延遲差，確定與到達(dá)方 向相關(guān)的到達(dá)矢量的主方向。到達(dá)矢量的主方向與該第一空間定向和第二空間定向有關(guān)。 濾波器傳遞函數(shù)可以與關(guān)于一個(gè)或多個(gè)濾波器的脈沖響應(yīng)有關(guān)。對(duì)麥克風(fēng)信號(hào)進(jìn)行濾波或 計(jì)算揚(yáng)聲器驅(qū)動(dòng)信號(hào)可以包括基于方向信號(hào)修改一個(gè)或多個(gè)濾波器的濾波器傳遞函數(shù)，以 及基于修改后的濾波器傳遞函數(shù)將麥克風(fēng)輸入映射到一個(gè)或多個(gè)擴(kuò)音器驅(qū)動(dòng)信號(hào)。第一方 向信號(hào)可以與相對(duì)于麥克風(fēng)基本上具有前后方向的源有關(guān)。第二方向信號(hào)可以與相對(duì)于麥 克風(fēng)基本上具有左右方向的源有關(guān)。對(duì)麥克風(fēng)信號(hào)進(jìn)行濾波或計(jì)算揚(yáng)聲器驅(qū)動(dòng)信號(hào)可以包括對(duì)可具有固定傳遞函數(shù) 值的第一濾波器的輸出和可以具有相對(duì)于前后方向被修改的傳遞函數(shù)的第二濾波器的輸 出進(jìn)行求和。第二濾波器輸出被前后方向信號(hào)加權(quán)。對(duì)麥克風(fēng)信號(hào)進(jìn)行濾波或計(jì)算揚(yáng)聲器 驅(qū)動(dòng)信號(hào)還可以包括對(duì)第一濾波器的輸出和可具有相對(duì)于左右方向被修改的傳遞函數(shù)的第三濾波器的輸出求和。第三濾波器輸出被左右方向信號(hào)加權(quán)。對(duì)麥克風(fēng)信號(hào)進(jìn)行濾波可以包括第一濾波操作。麥克風(fēng)信號(hào)可被修改。修改后的 麥克風(fēng)信號(hào)可例如通過(guò)相對(duì)于第一濾波步驟減少的一組可變?yōu)V波器被進(jìn)一步濾波。因此， 可以產(chǎn)生中間(例如，“第一”)輸出信號(hào)?？蓪?duì)中間輸出信號(hào)進(jìn)行變換?？梢灾辽俨糠值?基于對(duì)中間輸出變換來(lái)計(jì)算擴(kuò)音器驅(qū)動(dòng)信號(hào)。修改麥克風(fēng)信號(hào)可以涉及通過(guò)基本線性的混 合操作來(lái)混合麥克風(fēng)信號(hào)。對(duì)中間輸出信號(hào)進(jìn)行變換可以涉及基本線性的混合操作。此處 描述的方法(例如，處理、過(guò)程、算法等)可以與包括濾波的數(shù)字信號(hào)處理(DSP)有關(guān)。此 處描述的方法可通過(guò)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)平臺(tái)執(zhí)行，該計(jì)算機(jī)系統(tǒng)平臺(tái)可以在計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì) 的控制下工作。此處描述的方法可通過(guò)電路或電子電路、集成電路(IC)、專(zhuān)用IC(ASIC)或 微控制器、可編程邏輯器件(PLD)、現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列(FPGA)或另一種可編程或可配置IC 執(zhí)行。示例實(shí)施例圖1示出了可用于實(shí)施本發(fā)明的實(shí)施例的示例性攝像記錄器(攝像放像機(jī))10。 攝像放像機(jī)10具有例如布置在攝像放像機(jī)10的上表面上的麥克風(fēng)陣列11。圖2示出了具 有覆蓋與陣列11相關(guān)聯(lián)的麥克風(fēng)艙的透聲柵格12的攝像放像機(jī)10。在陣列11的物理布 置中，麥克風(fēng)艙可以具有基本全方向的特性。一個(gè)實(shí)施例處理來(lái)自麥克風(fēng)的信號(hào)，以便產(chǎn)生 適合于在諸如5通道揚(yáng)聲器組的環(huán)繞聲揚(yáng)聲器系統(tǒng)上回放的多通道環(huán)繞聲記錄。5通道環(huán) 繞聲揚(yáng)聲器系統(tǒng)可以大體符合國(guó)際電信同盟(ITU)的一個(gè)或多個(gè)標(biāo)準(zhǔn)或規(guī)范。術(shù)語(yǔ)“揚(yáng)聲 器”和“擴(kuò)音器”在此處可被互換地使用。攝像放像機(jī)10可以包括能夠執(zhí)行諸如濾波的DSP 功能的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)?？商鎿Q地或附加地，攝像放像機(jī)10可具有能夠執(zhí)行諸如濾波的DSP功 能的IC組件。一個(gè)實(shí)施例分析來(lái)自麥克風(fēng)陣列11的信號(hào)(例如，麥克風(fēng)信號(hào))以估計(jì)各個(gè)麥克 風(fēng)信號(hào)之間的時(shí)間延遲差。時(shí)間延遲估計(jì)被用于估計(jì)到達(dá)方向估計(jì)。到達(dá)方向可被估計(jì)為 大體彼此正交的一組方向分量，例如前后(X)和左右(Y)分量?？梢酝ㄟ^(guò)應(yīng)用一組濾波器 從麥克風(fēng)信號(hào)計(jì)算用于驅(qū)動(dòng)揚(yáng)聲器的信號(hào)(例如，揚(yáng)聲器驅(qū)動(dòng)信號(hào))。在一個(gè)實(shí)施例中，該 組中的每個(gè)濾波器具有這樣的傳遞函數(shù)，即該傳遞函數(shù)包括與X成比例地改變的傳遞函數(shù) 部分(例如，分量)和與Y成比例地改變的傳遞函數(shù)部分，并且還可以具有固定傳遞函數(shù)部 分?？商鎿Q地，該組中的每個(gè)濾波器具有可作為X或Y的函數(shù)或作為X和Y兩者的非線性 函數(shù)非線性改變的傳遞函數(shù)。一個(gè)實(shí)施例可以將多于一個(gè)的麥克風(fēng)信號(hào)組合在一起以創(chuàng)建時(shí)間延遲估計(jì)。例 如，可以實(shí)現(xiàn)這樣的實(shí)施例，其中麥克風(fēng)陣列11具有三個(gè)(3)艙?？梢蕴幚韥?lái)自三個(gè)或更 多麥克風(fēng)艙的信號(hào)以得出X、Y到達(dá)方向矢量。來(lái)自三個(gè)或更多麥克風(fēng)艙的信號(hào)可被以各種 方式混合，以便得出二維(2D)坐標(biāo)系統(tǒng)內(nèi)的方向估計(jì)。圖3示出了在麥克風(fēng)陣列11的中心處具有原點(diǎn)的相對(duì)于彼此正交布置的軸線。這 些軸線布置在相對(duì)于麥克風(fēng)陣列11大體水平的平面內(nèi)。軸線X相對(duì)于麥克風(fēng)陣列11具有 前后方向定向。軸Y相對(duì)于麥克風(fēng)陣列11具有左右方向定向?？梢杂梅轿唤莈 (thera) 或以單位矢量(X，Y)描述達(dá)到麥克風(fēng)陣列11的特定聲音。下面的等式1和2可以描述單 位矢量(X，Y)。X2+Y2 = 1(等式 1)
(X，Y = (cos ( e )，sin ( 0 ))(等式 2)在以公式表示環(huán)繞輸出信號(hào)時(shí)，一個(gè)實(shí)施例可以創(chuàng)建對(duì)應(yīng)于公共的麥克風(fēng)模式的 中間信號(hào)，該公共的麥克風(fēng)模式包括大體全方向的麥克風(fēng)模式W、面向前的雙極模式X和面 向左的雙極模式Y(jié)?？梢詤⒖枷旅娴牡仁?A-3C，依據(jù)e或(X，Y)描述這些中間信號(hào)的麥 克風(fēng)模式特性。
權(quán)利要求
一種方法，包括步驟分析來(lái)自麥克風(fēng)陣列的各麥克風(fēng)的信號(hào)；對(duì)于麥克風(fēng)信號(hào)的至少一個(gè)子集，估計(jì)表征所述子集中的信號(hào)之間的相對(duì)時(shí)間延遲的時(shí)間差；至少部分地基于估計(jì)的時(shí)間差，估計(jì)麥克風(fēng)輸入從與麥克風(fēng)信號(hào)有關(guān)的一個(gè)或多個(gè)聲源到達(dá)各麥克風(fēng)的方向；以與一個(gè)或多個(gè)濾波器相關(guān)的至少一個(gè)濾波器傳遞函數(shù)，對(duì)麥克風(fēng)信號(hào)進(jìn)行濾波；其中所述濾波器傳遞函數(shù)包括以下分量中的一個(gè)或多個(gè)第一傳遞函數(shù)分量，其具有關(guān)于與聲源方向有關(guān)的第一空間定向的值；和第二傳遞函數(shù)分量，其具有關(guān)于與聲源方向有關(guān)的第二空間定向的值；其中第二空間定向與第一空間定向大體正交；和基于濾波步驟，計(jì)算用于驅(qū)動(dòng)至少兩個(gè)擴(kuò)音器的信號(hào)。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述濾波器傳遞函數(shù)還包括具有基本固定的值的第 三傳遞函數(shù)分量。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其中估計(jì)麥克風(fēng)輸入從一個(gè)或多個(gè)聲源到達(dá)各麥克風(fēng)的 方向的步驟包括基于各麥克風(fēng)信號(hào)之間的時(shí)間延遲差，確定與到達(dá)方向相關(guān)的到達(dá)矢量的主方向； 其中到達(dá)矢量的主方向與第一空間定向和第二空間定向有關(guān)。
4.如權(quán)利要求3所述的方法，其中濾波器傳遞函數(shù)與關(guān)于一個(gè)或多個(gè)濾波器的脈沖響 應(yīng)有關(guān)。
5.如權(quán)利要求3所述的方法，其中所述濾波步驟或計(jì)算步驟中的一個(gè)或多個(gè)包括步驟基于方向信號(hào)修改一個(gè)或多個(gè)濾波器的濾波器傳遞函數(shù)；和基于修改后的濾波器傳遞函數(shù)，將麥克風(fēng)輸入映射到一個(gè)或多個(gè)擴(kuò)音器驅(qū)動(dòng)信號(hào)。
6.如權(quán)利要求5所述的方法，其中方向信號(hào)中的第一方向信號(hào)與相對(duì)于麥克風(fēng)具有基 本上前后方向的源有關(guān)；和其中方向信號(hào)中的第二方向信號(hào)與相對(duì)于麥克風(fēng)具有基本上左右方向的源有關(guān)。
7.如權(quán)利要求6所述的方法，其中所述濾波步驟或計(jì)算步驟中的一個(gè)或多個(gè)包括步驟對(duì)具有固定傳遞函數(shù)值的第一濾波器的輸出和第二濾波器的輸出進(jìn)行求和； 其中第二濾波器的傳遞函數(shù)被選擇為對(duì)應(yīng)于關(guān)于前后信號(hào)方向的修改；和 其中第二濾波器的輸出被以前后方向信號(hào)加權(quán)；和 還對(duì)第一濾波器的輸出和第三濾波器的輸出進(jìn)行求和； 其中第三濾波器的傳遞函數(shù)被選擇為對(duì)應(yīng)于關(guān)于左右方向的修改；和 其中第三濾波器的輸出被以左右方向信號(hào)加權(quán)。
8.如權(quán)利要求1所述的方法，其中濾波步驟包括第一濾波步驟，該方法還包括步驟 修改麥克風(fēng)信號(hào)；通過(guò)第二濾波步驟對(duì)修改后的麥克風(fēng)信號(hào)進(jìn)行濾波； 其中第二濾波步驟包括相對(duì)于第一濾波步驟減少的可變?yōu)V波器的集合；2基于第二濾波步驟產(chǎn)生一個(gè)或多個(gè)第一輸出信號(hào)；和對(duì)第一輸出信號(hào)進(jìn)行變換；其中擴(kuò)音器驅(qū)動(dòng)信號(hào)包括第二輸出信號(hào)；和其中計(jì)算擴(kuò)音器驅(qū)動(dòng)信號(hào)的步驟至少部分地基于變換步驟。
9.一種包括指令的計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)，當(dāng)所述指令被一個(gè)或多個(gè)處理器執(zhí)行時(shí)，所 述指令控制所述一個(gè)或個(gè)處理器以執(zhí)行包括下列步驟的方法分析來(lái)自麥克風(fēng)陣列的各麥克風(fēng)的信號(hào)；對(duì)于麥克風(fēng)信號(hào)的至少一個(gè)子集，估計(jì)表征所述子集中的信號(hào)之間的相對(duì)時(shí)間延遲的 時(shí)間差；至少部分地基于估計(jì)的時(shí)間差，估計(jì)麥克風(fēng)輸入從與麥克風(fēng)信號(hào)有關(guān)的一個(gè)或多個(gè)聲 源到達(dá)各麥克風(fēng)的方向；以與一個(gè)或多個(gè)濾波器相關(guān)的至少一個(gè)濾波器傳遞函數(shù)，對(duì)麥克風(fēng)信號(hào)進(jìn)行濾波；其中所述濾波器傳遞函數(shù)包括以下分量中的一個(gè)或多個(gè)第一傳遞函數(shù)分量，其具有關(guān)于與聲源方向有關(guān)的第一空間定向的值；和第二傳遞函數(shù)分量，其具有關(guān)于與聲源方向有關(guān)的第二空間定向的值；其中第二空間定向與第一空間定向大體正交；和基于濾波步驟，計(jì)算用于驅(qū)動(dòng)至少兩個(gè)擴(kuò)音器的信號(hào)。
10.一種系統(tǒng)，包括用于分析來(lái)自麥克風(fēng)陣列的各麥克風(fēng)的信號(hào)的裝置；用于對(duì)于麥克風(fēng)信號(hào)的至少一個(gè)子集，估計(jì)表征該子集中的信號(hào)之間的相對(duì)時(shí)間延遲 的時(shí)間差的裝置；用于至少部分地基于估計(jì)的時(shí)間差，估計(jì)麥克風(fēng)輸入從與麥克風(fēng)信號(hào)有關(guān)的一個(gè)或多 個(gè)聲源到達(dá)各麥克風(fēng)的方向的裝置；用于以與一個(gè)或多個(gè)濾波器有關(guān)的至少一個(gè)濾波器傳遞函數(shù)對(duì)麥克風(fēng)信號(hào)進(jìn)行濾波 的裝置，所述一個(gè)或多個(gè)濾波器與所述濾波裝置相關(guān)聯(lián)；其中所述濾波器傳遞函數(shù)包括下列分量中的一個(gè)或多個(gè)第一傳遞函數(shù)分量，其具有關(guān)于與聲源方向有關(guān)的第一空間定向的值；和第二傳遞函數(shù)分量，其具有關(guān)于與聲源方向有關(guān)的第二空間定向的值；其中第二空間定向與第一空間定向大體正交；和用于基于濾波裝置的功能，計(jì)算用于驅(qū)動(dòng)至少兩個(gè)擴(kuò)音器的信號(hào)的裝置。
全文摘要
分析來(lái)自麥克風(fēng)陣列的各麥克風(fēng)的信號(hào)。對(duì)于麥克風(fēng)信號(hào)的至少一個(gè)子集，估計(jì)表征該子集中的信號(hào)之間的相對(duì)時(shí)間延遲的時(shí)間差。至少部分地基于估計(jì)的時(shí)間差，估計(jì)麥克風(fēng)輸入從一個(gè)或多個(gè)聲源到達(dá)的方向。以關(guān)于一個(gè)或多個(gè)濾波器的至少一個(gè)濾波器傳遞函數(shù)，對(duì)麥克風(fēng)信號(hào)進(jìn)行濾波。第一傳遞函數(shù)分量具有與到達(dá)方向的第一空間定向有關(guān)的值，并且第二分量具有關(guān)于與第一空間定向大體正交的第二空間定向的值。第三濾波器函數(shù)可以具有固定值?；跒V波計(jì)算用于至少兩個(gè)擴(kuò)音器的驅(qū)動(dòng)信號(hào)。
文檔編號(hào)H04R3/00GK101981944SQ200980111351
公開(kāi)日2011年2月23日 申請(qǐng)日期2009年4月6日 優(yōu)先權(quán)日2008年4月7日
發(fā)明者D·M·庫(kù)珀, D·S·邁克格拉斯 申請(qǐng)人:杜比實(shí)驗(yàn)室特許公司