專利名稱:處理2個輸入聲道音頻信號以創(chuàng)建多個輸出聲道的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及音頻信號處理，且尤其涉及處理2個聲道音頻信號以創(chuàng)建2個以上輸 出聲道的方法。
背景技術(shù)：
公開號為US-2003-0002693-Al，發(fā)明名稱為"AUDI0 SIGNALPROCESSING"的美國專 利申請披露了與本發(fā)明的音頻信號處理相關(guān)的現(xiàn)有技術(shù)的內(nèi)容。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的一個方面，一種處理2個輸入音頻聲道信號以提供n個輸出音頻聲 道信號的方法，其中n > 2，該方法包括將第一個輸入聲道信號和第二個輸入聲道信號分 為多個相應(yīng)的非低音頻帶；對于所述多個對應(yīng)的非低音頻帶中的每一對非低音頻帶測量 所述頻帶中音頻信號的幅度，以提供第一輸入聲道第一頻帶音頻信號和第二輸入聲道第一 頻帶音頻信號，從而提供第一輸入聲道的第一頻帶音頻信號幅度和第二輸入聲道的第一頻 帶音頻信號幅度；確定第一輸入聲道第一頻帶音頻信號與第二輸入聲道第一頻帶音頻信號 間的相關(guān)度以提供第一頻帶相關(guān)系數(shù)；利用第一因子&按比例縮放第一輸入聲道第一頻 帶音頻信號，所述第一因子A與第一頻帶相關(guān)系數(shù)有關(guān)，并且還與第一輸入聲道的第一頻 帶音頻信號幅度和第二輸入聲道的第一頻帶音頻信號幅度有關(guān)，以提供第一按比例縮放的 第一輸出聲道第一頻帶音頻信號的第一部分；利用第二因子a2按比例縮放第二輸入聲道 第一頻帶音頻信號，所述第二因子a2與第一頻帶相關(guān)系數(shù)有關(guān)，并且還與第一輸入聲道的 第一頻帶音頻信號幅度和第二輸入聲道的第一頻帶音頻信號幅度有關(guān)，以提供第一按比例 縮放的第一輸出聲道第一頻帶音頻信號的第二部分；將第一按比例縮放的第一輸出聲道第 一頻帶音頻信號的第一部分與第一按比例縮放的第一輸出聲道第一頻帶音頻信號的第二 部分進行組合，以提供中置聲道輸出音頻信號的第一頻帶部分。該方法還包括用第三因子
V7^[按比例縮放第一聲道第一頻帶音頻信號，以提供左聲道輸出信號的第一頻帶部分。
該方法還包括將左聲道輸出音頻信號的第一頻帶部分與第一輸入聲道音頻信號的第二頻 帶部分進行組合，以提供左側(cè)非低音音頻信號。頻帶可以是時變的。第一頻帶可為話音頻 段。2個輸入音頻聲道信號包括壓縮的音頻信號數(shù)據(jù)。壓縮的音頻信號可為不可還原的數(shù) 據(jù)格式，如MP3格式。
根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，一種處理2個輸入音頻聲道信號以提供n個輸出音頻 聲道信號(其中n > 3且n個輸出聲道信號中包括環(huán)繞聲道)的方法包括將2個輸入聲道 分為多個相應(yīng)的非低音頻帶；處理多個輸入聲道非低音頻帶中的每一個以提供相應(yīng)頻帶的 中置聲道輸出信號及2個非環(huán)繞非中置輸出聲道信號；至少處理2個非中置非環(huán)繞輸出聲 道信號中的一個以提供環(huán)繞輸出聲道信號，其中處理2個非中置聲道輸出信號不包括處理 表示2個輸入聲道之差的信號。處理2個非中置聲道輸出信號包括將2個非中置輸入聲道 信號中的一個至少進行延時、衰減和移相其中之一。處理2個非中置聲道輸出信號包括將2個非中置輸入聲道信號中的一個至少進行延時、衰減和移相其中之一。
根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，一種處理2個輸入音頻聲道以提供n個輸出音頻聲道
(其中n > 2)的方法包括將第一個輸入聲道信號和第二個輸入聲道信號分為多個相應(yīng)的非
低音頻帶；根據(jù)第一程序處理第一輸入聲道的第一頻帶音頻信號以提供中置輸出聲道信號
的第一頻帶的第一部分；根據(jù)第二程序處理第二輸入聲道的第一頻帶音頻信號以提供中置
輸出聲道信號的第一頻帶的第二部分；根據(jù)第三程序處理第一輸入聲道的第二頻帶音頻信
號以提供中置輸出聲道信號的第二頻帶的第一部分；根據(jù)第四程序處理第二輸入聲道的第
二頻帶音頻信號以提供中置輸出聲道信號的第二頻帶的第二部分；其中第三程序不同于第
一程序和第二程序，且第四程序不同于第一程序和第二程序。該方法還包括根據(jù)第五程序
處理第一輸入聲道的第一頻帶音頻信號，以提供非中置輸出聲道信號的第一頻帶的第一部
分；以及根據(jù)第六程序處理第一輸入聲道的第二頻帶音頻信號，以提供非中置輸出聲道信
號的第二頻帶的第一部分；其中第五程序不同于第六程序。第一程序可包括用一個因子a
按比例縮放第一輸入聲道的第一頻帶音頻信號。第五程序包括用一個因子vT^7按比例縮
放第一輸入聲道的第一頻帶音頻信號。第六程序可包括提供非衰減的第一輸入聲道的第二 頻帶音頻信號從而中置輸出聲道信號包括用a按比例縮放的第一輸入聲道的第一頻帶音
頻信號和非中置輸出聲道包括用VT^按比例縮放的第一輸入聲道的第一頻帶信號以及
非衰減的第一輸入聲道的第二頻帶信號。第三程序可包括提供中置輸出聲道信號的第二頻 帶的第一部分時不提供第一輸入聲道的第二頻帶音頻信號，從而中置輸出聲道信號包括用 a按比例縮放的第一輸入聲道的第一頻帶音頻信號和不含第一輸入聲道的第二頻帶音頻信 號部分。第六程序可包括提供非衰減的第一輸入聲道的第一頻帶音頻信號。第一程序、第 二程序、第三程序或第四程序中至少有一個可為時變的。
根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，一種處理2個輸入音頻聲道信號以提供n個輸出音頻 聲道信號(其中n > 2且2個輸入音頻聲道信號包括不可復(fù)原的壓縮音頻信號數(shù)據(jù))的方 法包括將輸入音頻聲道信號分成若干頻帶；獨立處理這些頻帶；以及將獨立處理的頻帶進 行組合以提供n個輸出音頻聲道。獨立處理頻帶可包括將第一聲道的第一頻帶信號按比例 縮放、將第二聲道的第一頻帶信號按比例縮放，且其中獨立處理不包括處理表示第一輸入 音頻聲道信號任何部分與第二音頻聲道信號任何部分之間的差的信號。


當結(jié)合下列附圖閱讀時，從下面的詳細描述中，其他特性、目的以及優(yōu)點將變得更 明顯。其中
圖1A和1B是音頻系統(tǒng)的方框圖；
圖2是解碼和重放系統(tǒng)的方框圖；
圖3是濾波器網(wǎng)絡(luò)的方框圖；
圖4是音頻系統(tǒng)方框圖，其更詳細描述了控制電路；
圖5A和5B是音頻系統(tǒng)方框圖，其顯示圖4中控制電路的執(zhí)行過程
圖6A-6C是表示第一個控制電路的特性圖；
圖7A-7C是表示第二個控制電路的特性圖。
具體實施方式
盡管將附圖的幾幅圖中的元件作為方框圖中的分立元件展示和描述，并稱為"電路"，除非有其它的指明，這些元件可用模擬電路、數(shù)字電路或一個或多個執(zhí)行軟件指令的微處理器中之一或其組合來實現(xiàn)。軟件指令可包括數(shù)字信號處理(DSP)指令。除非有其它的指明，信號線路可用離散模擬或數(shù)字信號線路、采用有關(guān)信號處理操作來處理單獨的音頻信號流的單個離散數(shù)字信號線路來、或無線通信系統(tǒng)中的元件來實現(xiàn)。 一些處理操作以系數(shù)計算和應(yīng)用來表達。與計算和應(yīng)用系數(shù)等效的操作可由其他信號處理技術(shù)來實現(xiàn)，且包括在本專利申請的范圍內(nèi)。除非有其它的指明，音頻信號可以數(shù)字或模擬形式進行編碼。[0016] 參照圖1A和IB，其表示2個音頻系統(tǒng)。圖1A中，立體聲音頻信號源2A與一個x或x. 1聲道解碼和重放系統(tǒng)8耦接。解碼和重放系統(tǒng)8具有x個音頻聲道，包括中置聲道和至少一個環(huán)繞聲道。通常，x為4或5，但還可以更多。解碼和重放系統(tǒng)還可有一個低頻音效(LFE)聲道，如以〃 .1〃表示。解碼和重放系統(tǒng)8從立體聲音頻信號源2A接收立體聲
音頻信號，并用下面描述的方式處理立體聲音頻信號以提供x個聲道。[0017] 許多處理立體聲音頻信號以提供額外聲道的解碼和重放系統(tǒng)將不期望的音響效果引入x或x. 1重放聲道中的一個或多個聲道中。 一些解碼和重放系統(tǒng)可分隔并處理L-R信號以創(chuàng)建環(huán)繞聲道。"L-R信號"是指L(左聲道)信號與相應(yīng)的R(右聲道)信號之差的信號。在一些場合下，為再現(xiàn)立體聲創(chuàng)建的素材中含有的L與R信號之間的差來自內(nèi)容制作者所需的音箱效果，其并不要從環(huán)繞音箱輻射出去。在一些傳統(tǒng)環(huán)繞音頻系統(tǒng)中，將L-R信號理解成要通過環(huán)繞音箱輻射出去。如果將按傳統(tǒng)方式創(chuàng)建的立體聲音帶中的L-R信號解釋成要從環(huán)繞音箱中輻射的話，本來應(yīng)從聽眾前面來的聲音將從聽眾后面出來。如果用L-R信號創(chuàng)建環(huán)繞音箱信號，口聲(vocal sound)就無法很好地定位，或者空間效果發(fā)生改變而不是內(nèi)容制作者所想要的，或者出現(xiàn)聽得見的瑕疵。
圖IB中，音頻信號數(shù)據(jù)壓縮器4從音頻信號源2B接收音頻信號數(shù)據(jù)，壓縮音頻信號數(shù)據(jù)，并將壓縮的音頻信號數(shù)據(jù)存儲在壓縮音頻信號數(shù)據(jù)存儲設(shè)備6中。解碼和重放系統(tǒng)8將壓縮音頻信號解碼，處理音頻信號以提供x個聲道，并將解碼的音頻信號轉(zhuǎn)換成聲能。
音頻信號源2A可為傳統(tǒng)立體聲設(shè)備，如CD播放器，或可為由AM或FM無線電接收機、IB0C(帶內(nèi)同頻(in-band on cha皿el))無線電接收機、衛(wèi)星無線電接收機、或因特網(wǎng)設(shè)備接收的立體聲無線電信號。同樣，音頻信號源2B可為傳統(tǒng)立體聲設(shè)備，如CD播放器，但也可為多聲道音頻源。音頻信號數(shù)據(jù)壓縮器4可為許多類型的音頻信號數(shù)據(jù)壓縮器之一，其(如果必要的話，將多聲道縮混(downmix)成2個聲道)壓縮音頻信號數(shù)據(jù)以便與未壓縮的音頻信號數(shù)據(jù)相比能更快速并以更少帶寬傳輸音頻信號數(shù)據(jù)，或存儲在極少的存儲器中，或兩者都有。 一些壓縮器以不可復(fù)原或"有損"方式壓縮數(shù)據(jù)，即它們壓縮數(shù)據(jù)的方式使一些信息丟失，從而解碼和重放系統(tǒng)8不能精確再現(xiàn)原始信號數(shù)據(jù)。這些設(shè)備中有一類使用所謂的MP3壓縮算法。使用MP3算法的壓縮器通常將音頻信號存儲在存儲設(shè)備6如硬盤上；之后可將所存儲的音頻信號復(fù)制到另一個存儲設(shè)備如便攜MP3播放器上的硬盤中，或通過解碼和重放系統(tǒng)8解碼并轉(zhuǎn)換為聲能。因為有損壓縮器可丟失數(shù)據(jù)，存儲設(shè)備上存儲的音頻信號可能存在所不期望的瑕疵(artfact)，其也轉(zhuǎn)換為聲能。因此，可配置壓縮算法，以便屏蔽瑕疵，從而在傳統(tǒng)立體聲系統(tǒng)中播放時基本上聽不到瑕疵音。
5[0020] 許多算法如MP3算法設(shè)計時將2個聲道(通常為立體聲L和R)音頻信號提供給存儲設(shè)備。如上所述，當立體聲重放設(shè)備將壓縮的音頻信號解碼并轉(zhuǎn)換為聲能時，由于屏蔽作用，基本上聽不到因數(shù)據(jù)丟失產(chǎn)生的瑕疵音。然而，一些重放系統(tǒng)含2個以上聲道，例如，除左和右聲道之外，還有中置聲道以及一個或多個環(huán)繞聲道。某些多聲道重放系統(tǒng)中有一些含信號處理電路，其處理2個聲道以提供另外的聲道，如中置聲道以及一個或多個環(huán)繞聲道?？墒?，有時候，處理2個聲道以提供另外的聲道會導(dǎo)致不能屏蔽因數(shù)據(jù)丟失而產(chǎn)生的瑕疵，從而它們聽得見且很惱人。
處理2個聲道以提供另外的聲道是可導(dǎo)致不能屏蔽瑕疵的一個例子是當使用差操作(即產(chǎn)生L-R信號)創(chuàng)建另外的聲道之時。在用諸如MP3算法之類的算法壓縮的音頻信號中，解壓后的L和R信號之差(即通過有損壓縮和解壓過程產(chǎn)生的信號)可能不表示壓縮前的L和R輸入信號之間的差。相反，解壓后的L和R信號之間的差中明顯有一部分出自壓縮算法丟失數(shù)據(jù)所致的瑕疵。有必要使用解壓后L和R信號中的一些公共部分內(nèi)容來屏蔽瑕疵音。如果差操作(即創(chuàng)建解壓后的L和R信號的差信號)將該公共內(nèi)容除去，就不能屏蔽瑕疵音因此聽得見。換種說法，解壓后的L和R信號每個都包含瑕疵音，但該信號瑕疵比(類似于信噪比)足夠高因而聽不到瑕疵音。通過對解壓信號執(zhí)行差操作而提取公共內(nèi)容可除去重要的信號內(nèi)容，因此信號瑕疵比極大降低，從而聽得見瑕疵音。[0022] 參照圖2，其表示解碼和重放系統(tǒng)8。解碼和重放系統(tǒng)8包括2個輸入端10L和IOR，每個分別與濾波器網(wǎng)12L和12R連接。分別用n條信號線(用Ll-Ln和Rl-Rn表示)將濾波器網(wǎng)12L和12R與控制電路40連接。將控制電路40與音箱20L(左)、20LS(左環(huán)繞)、20C(中置)、20R(右)和20RS(右環(huán)繞)連接。以下將音箱20L、20LS、20C、20R和20RS一起稱為音箱20。濾波器網(wǎng)12L和12R也可與低音處理電路42連接，該電路與低音音箱44連接。音頻系統(tǒng)中常見的一些元件，如放大器和數(shù)模轉(zhuǎn)換器，在該圖中沒有表示出來。[0023] 操作時，接線端10L處接收的音頻信號流(其可為壓縮的音頻信號流、廣播音頻信號流、傳統(tǒng)立體聲信號流等)的聲道(如左聲道)，并通過濾波器網(wǎng)12L分成n個頻帶。濾波器網(wǎng)12L也可分離低音頻帶。接線端10R處接收音頻信號的第二聲道(如右聲道)，并通過濾波器網(wǎng)12R分成n個頻帶。濾波器網(wǎng)12R也可分離低音頻帶。
控制電路40處理左和右聲道信號的幾個頻帶，并將這些頻帶重新組合以形成輸
出多聲道音頻信號，將其傳輸?shù)揭粝?0以轉(zhuǎn)換成聲能。多個聲道可包括環(huán)繞聲道。為簡化
起見，下文將控制電路形成的傳輸給左音箱的音頻信號稱為"左音箱信號"。同樣，將傳輸給中置音箱的信號稱為"中置音箱信號"，將傳輸給右音箱的信號稱為"右音箱信號"，將傳
輸給左環(huán)繞音箱的信號稱為"左環(huán)繞音箱信號"，將傳輸給右環(huán)繞音箱的信號稱為"右環(huán)繞音箱信號"。控制電路40對每個頻帶所做操作是將信號按比例縮放(scales) —個比例因子，并將按比例縮放后的信號傳到輸出端，一些實施例中還經(jīng)過一個加法器，其將來自幾個頻帶的信號相加形成輸出聲道信號。比例因子可為一定范圍內(nèi)的值，如處于0 (表示完全衰減)和l(單位增益)之間，如下面一個例子中的情況。此外，比例因子的范圍也可不在O和1之間，或者也可用dB表示。傳統(tǒng)音頻系統(tǒng)也可為用戶提供平衡或衰減控制，以允許用戶控制各個音箱或數(shù)組音箱中信號的放大量。下面將對控制電路40的操作作更具體的描述。
現(xiàn)在參照圖3，其表示適合圖2中的濾波器網(wǎng)12L或12R的電路。將輸入端10L與
6低通濾波器25、帶通濾波器27A和27B、以及高通濾波器28并排連接。低通濾波器25的輸出信號是頻帶Ll，帶通濾波器27A的輸出信號是頻帶L2，帶通濾波器27B的輸出信號是頻帶L3，和高通濾波器28的輸出信號是頻帶L4。
圖3的濾波器網(wǎng)只是示例。也可采用許多其他類型的數(shù)字或模擬濾波器網(wǎng)。[0027] 可以許多方式確定并實現(xiàn)圖2中的控制電路40特性?？芍饔^地例如通過聽測試，或客觀地例如靠對測試音頻信號的預(yù)定可測響應(yīng)，或結(jié)合主觀和客觀方法確定所期望的特性。可用某種代數(shù)方程或一組方程、查表、或某種基于規(guī)則的邏輯、或結(jié)合代數(shù)方程、查表和基于規(guī)則的邏輯來實現(xiàn)所期望的特性。代數(shù)方程或規(guī)則集可為簡單或復(fù)雜形式，例如控制電路應(yīng)用于某個頻帶的特性受相鄰頻帶中情況的影響。
可區(qū)別對待每個頻帶(例如圖2中的頻帶L1/R1、頻帶L2/R2、頻帶L3/R3等)，且控制電路為每個頻帶采用不同的特性。每個頻帶的特性可隨時間變化?？捎么鷶?shù)方程表示該特性，其中對每個頻帶而言，同一代數(shù)方程中的變量值(如下面描述的相關(guān)系數(shù))在不同頻帶中會產(chǎn)生不同特性。變量值可以是時變的，從而每個頻帶的特性隨時間變化，且一個頻帶的特性不同與另一個頻帶的特性。此外，可使用不同方程控制不同頻帶中的特性?？刂齐娐匪鶓?yīng)用的特性包括對一個或多個頻帶不作任何更改，這可用比例因子1表示，該特性也包括對一個或多個頻帶作極大程度的信號衰減，這可用比例因子0表示。[0029] 現(xiàn)在參照圖4，其表示解碼和重放系統(tǒng)8，且更詳細地顯示控制電路40。濾波器網(wǎng)12L的Ll輸出端和濾波器網(wǎng)12R的Rl輸出端與頻帶1控制邏輯單元46-1連接。濾波器網(wǎng)12L的L2輸出端和濾波器網(wǎng)12R的R2輸出端與頻帶2控制邏輯單元46_2連接。類似地，濾波器網(wǎng)12L的輸出端和相應(yīng)的濾波器網(wǎng)12R的輸出端每個都與控制邏輯單元連接。為清楚起見，該圖中只顯示控制邏輯46-1和46-2。每個控制邏輯單元，如46-1和46_2，與一個或多個加法器18LS、 18L、 18C、 18R和18RS連接。為清楚起見，只示出了來自頻帶1和頻帶2控制邏輯單元46-1和46-2的信號線和到加法器18C的信號線。還示出了到加法器18LS、18L、18C、18R和18RS的輸出信號線，可是，根據(jù)控制邏輯，省略了到一個或多個加法器的信號線。來自中置加法器18C的輸入線表示所有頻帶的輸入，根據(jù)控制邏輯，省略了來自一個或多個控制邏輯單元的信號線。加法器18LS、18L、18C、18R和18RS分別與音箱20LS、20L、20C、20R和20RS連接。如果到一個加法器的信號線只有一條，該加法器可省略掉，且將信號線直接連接到音箱。
在操作過程中，用于一個頻帶的控制邏輯單元如46-1或46-2將邏輯應(yīng)用于左和右頻帶音頻信號?？刂七壿媶卧?6-1所應(yīng)用的邏輯可不同于控制邏輯單元46-2以及有關(guān)其他頻帶的控制邏輯單元所應(yīng)用的邏輯。該邏輯可為一個方程的形式，其使每個頻帶的各個聲道部分產(chǎn)生不同的結(jié)果，或每個頻帶有不同的方程的形式。每個邏輯單元將壓縮的音頻信號輸出給一個或多個加法器18LS、18L、18C、18R和18RS。加法器18LS、 18L、 18C、 18R和18RS將來自這些頻帶的信號相加，并將音頻信號輸出到相關(guān)的音箱以轉(zhuǎn)化為聲能。[0031] 音頻系統(tǒng)可含有處理低音范圍頻率的電路，且可有一個獨立的用于低音范圍頻率的音箱。美國專利申請09/735， 123中描述了一種處理低音范圍頻率的電路。[0032]
現(xiàn)在參照圖5A，其表示圖4的音頻信號處理系統(tǒng)的執(zhí)行過程。在圖5A的實現(xiàn)中，濾波器網(wǎng)有針對4個頻帶每一個的4個輸出端(分別為左和右聲道的L1、L2、L3和L4以及R1、R2、R3和R4)。每個邏輯單元包括相關(guān)檢測器24_1 ;幅度檢測器26_1 ;比例算子如將輸出端如Ll連接到左加法器18L的14L-1 ;比例算子如將輸出端如LI連接到中置加法器18C 的16L-1 ;比例算子如將輸出端如R1連接到右加法器18R的14R-1 ;以及比例算子如將輸出 端如Rl連接到中置加法器18C的16R-1。其他頻帶的邏輯單元具有類似的成分，該圖中沒 有表示出來。左加法器18L與左音箱20L連接，且通過傳遞函數(shù)單元22LS連接到左環(huán)繞音 箱20LS。右加法器18R與右音箱20R連接，且通過傳遞函數(shù)單元22RS連接到右環(huán)繞音箱 20RS。
在操作中，輸入端IOL處接收左聲道信號，并分成頻帶LI、 L2、 L3和L4、以及可任 選一低音頻帶。輸入端10R處接收右聲道信號，并分成頻帶R1、R2、R3和R4、以及可任選一 低音頻帶。每個左聲道頻帶Ll、 L2、 L3和L4分別與相應(yīng)的右聲道Rl、 R2、 R3和R4 —起通 過相關(guān)檢測器24-1和幅度檢測器26-1進行處理。幅度檢測器26-1測量左Ll頻帶信號和 右Rl頻帶信號的幅度，并提供信息給比例算子如14L-1和16L-l，如之后將描述的。類似的 幅度檢測器(未示出了 )測量對應(yīng)的L和R信號線如L2/R2、 L3/R3和L4/R4的幅度。 相關(guān)檢測器24-1比較信號線Ll和Rl上的信號，并提供相關(guān)系數(shù)Cl。類似的相關(guān) 檢測器比較信號線L2/R2、 L3/R3和L4/R4上的信號，并提供相關(guān)系數(shù)c2、 c3和c4。"相關(guān)" 是指信號隨時間一起變化的傾向?？捎迷S多不同方式確定相關(guān)程度。例如，在簡單的形式 中，在重合時間段將2個信號進行比較。相關(guān)為2個信號在那段時間段一起改變的傾向性。 典型的重合時間段間隔為數(shù)毫秒。在更復(fù)雜形式的相關(guān)檢測中，對數(shù)據(jù)平滑以防止異常情 況過分影響相關(guān)計算，或在類似但不同時的時間間隔上測量2個信號一起改變的傾向性。 例如，可將2個以相同方式隨時間變化但相位上有偏移或時間上有延遲的信號認為是相關(guān) 的。在確定相關(guān)時，可考慮或不考慮信號的幅度和極性。簡單形式的確定相關(guān)比其他形式 需要的計算少，且對許多情形而言，產(chǎn)生的結(jié)果與其他形式從聽覺上無法區(qū)分。通常用根據(jù) 公式計算的相關(guān)系數(shù)c定義相關(guān)程度。通常，如果相關(guān)系數(shù)計算公式得到的結(jié)果為0或接 近O，稱信號是不相關(guān)的。如果相關(guān)系數(shù)計算公式得到的結(jié)果為1或接近l，稱信號是相關(guān) 的。 一些相關(guān)系數(shù)計算公式可允許相關(guān)系數(shù)為負值，從而相關(guān)系數(shù)為-1表示2個信號是相 關(guān)但不同相的(換言之，趨向于相互間反方向變化)。
比例算子16L-l用一個因子按比例縮放左低頻帶信號，該因子與相關(guān)系數(shù)q有 關(guān)，且還與信號線L1和R1上的信號相對幅度有關(guān)。將所得信號傳輸給加法器18C。比例算 子14L-1用一個因子按比例縮放Ll信號，該因子與系數(shù)A有關(guān)，且還與信號線Ll和Rl上 的信號相對幅度有關(guān)，并將按比例縮放后的信號傳輸給加法器18L。比例算子16R-1用一 個因子按比例縮放Rl信號，該因子與相關(guān)系數(shù)Cl有關(guān)，且還與Ll和Rl上的信號相對幅度 有關(guān)，并傳輸給加法器18C。比例算子14R-1用一個因子按比例縮放R1信號，該因子與系 數(shù)Cl有關(guān)，且還與信號線Ll和Rl上的信號相對幅度有關(guān)，并將按比例縮放后的信號傳輸 給加法器I8R。下面將描述確定比例因子的具體例子。加法器18L、18C和18R將傳輸給它 們的信號相加，并將組合信號分別傳輸給音箱20L、20C和20R。也可通過傳遞函數(shù)處理來自 加法器18L和18R的信號，并分別傳輸給音箱LS和RS。計算每個頻帶中的系數(shù)值，因此頻 帶L1/R1、 L2/R2、 L3/R3和L4/R4有不同的系數(shù)值。因此，Ll系數(shù)與Rl系數(shù)不同，L2系數(shù) 與R2系數(shù)不同，等等。系數(shù)值可隨時間變化。基于一些因素如相關(guān)性，這些頻帶的濾波器 截止頻率值可以是固定的，或是時變的。不同頻帶可用不同的方程計算比例因子。
在一個實施例中，超低音衛(wèi)星型音頻系統(tǒng)中的音箱20L、20R、20C、20LS和20RS為
8衛(wèi)星音箱(satellite speaker)。傳遞函數(shù)22LS和22RS可包括時延、相移和衰減。在其 他實施例中，傳遞函數(shù)22LS和22RS可為模擬或數(shù)字形式的不同長度時延、相移或放大/衰 減，或時延、相移和放大的某種結(jié)合。此外，也可對到音箱20L、20R、20C、20LS和20RS的信 號執(zhí)行其他模仿其他聲學(xué)室內(nèi)效果的信號處理操作。
現(xiàn)在參照圖5B，其示出了實施圖4音頻系統(tǒng)中元件的另一個音頻系統(tǒng)的示例。左 信號輸入端10L與濾波器網(wǎng)12L連接。濾波器網(wǎng)12L輸出3個頻帶一個低音頻帶以及2 個非低音頻帶，其中一個頻帶比另一個頻帶高，且稱之為"較高"頻帶，相應(yīng)地將另一個較低 的頻帶稱為"較低"頻帶。例如，"較低"頻帶可在語音頻帶(如20Hz到4kHz)內(nèi)，且較高頻 帶處于語音頻帶之上。低音頻帶的輸出端與低音處理電路連接。濾波器網(wǎng)12L的較低非低 音頻帶端與比例算子14L-1和16L-1連接。比例算子16L-1的輸出端與加法器18C連接。 比例算子14L-1的輸出端與加法器18L連接。濾波器網(wǎng)12L的較高非低音頻帶輸出端與加 法器18L連接。加法器18L的輸出端與音箱20L連接，且經(jīng)過傳遞函數(shù)22LS與首箱20LS 連接，此時其有8ms延時和3dB衰減。右信號輸入端IOR與濾波器網(wǎng)12R連接。濾波器網(wǎng) 12R與濾波器網(wǎng)12L輸出的頻帶類似輸出3個頻帶。低音頻帶輸出端與低音處理電路連接。 濾波器網(wǎng)12R的較低非低音頻率端與比例算子14R-1和16R-1連接。比例算子16R-1的輸 出端與加法器18C連接。比例算子14R-1的輸出端與加法器18R連接。濾波器網(wǎng)12R的較 高非低音頻率輸出端與加法器18R連接。加法器18R的輸出端與音箱20R連接，且經(jīng)過傳 遞函數(shù)22RS與音箱20RS連接，此時傳遞函數(shù)有8ms延時和3dB衰減。幅度檢測器26_1和 相關(guān)檢測器24-1與左較低頻帶濾波器網(wǎng)輸出端和右較低頻帶濾波器輸出端連接，從而它 們可測量并比較幅度以及確定左較低信號和右較低信號的相關(guān)值，以提供信息給比例算子 用來計算比例因子?？紤]信號的相對幅度時使用rms值較方便，但也可使用其他幅度測量 值，如峰值或平均值。
在一實施過程中，幅度檢測器26-1測量左較低頻帶信號的信號幅度和右較低頻 帶信號的信號幅度，并將幅度信息提供給與該頻帶有關(guān)的比例算子，在該情況下，為比例 算子14L-1、16L-1、14R-1和16R-l。相關(guān)檢測器24_1比較左和右較低頻帶中的信號，并
提供相關(guān)系數(shù)^ =義廣^^^,其中k和&為某個時間段上的較低頻帶的L和R
的rms值，且X是某個時間段上(L+R)或(L-R)的rms值中的較大值。相關(guān)系數(shù)的值 在0到1之間，O表示完全不相關(guān)，且1表示相關(guān)，在該執(zhí)行過程中，計算相關(guān)系數(shù)時沒有考 慮相位?！?L〃下標表示其為較低非低音頻帶的相關(guān)系數(shù)。比例算子16L-1用一個因子 "^^^i ^、-((1-^)y))按比例縮放左較低頻帶信號，其中為某時間段
上的(L+R)或(L-R)的rms值，且Y為LPRl和LMRl中的較大值，其中LMRl為某時間段上的
(L-R)的rms值。比例算子14L-1用一個因子力-a(fe/f)i按比例縮放左較低頻帶信號。比 例算子l6R-l用一個因子afh'g似入=-^ -((1 -^)y》按比例縮放右較低頻帶
信號，其可與a(right^不同。比例算子14R-1用一個因子力-一妙f)〖按比例縮放左較低 頻帶信號。直接連接到加法器18L，因此到音箱20L的音頻信號包括濾波 器網(wǎng)12L輸出的左較高頻帶以及比例算子14L-1的輸出。將右較高頻帶輸出直接連接到加 法器18R，因此到音箱20R的音頻信號包括濾波器網(wǎng)12R輸出的右較高頻帶以及比例算子 14R-1的輸出。
將提供給中置聲道的L和R信號中的那部分用一個因子a按比例縮放，并將L和 R聲道中剩余的L和R信號中的那部分分別用一個因子V7I^按比例縮放，基本上保持送 給中置音箱以及左和右音箱的能量不變。如果該按比例縮放導(dǎo)致中置音箱信號非常強，則L 和R信號將相應(yīng)地極其弱。如果對L和R信號(非L-R信號)作處理以分別提供左環(huán)繞音 箱和右環(huán)繞音箱信號，則左環(huán)繞音箱信號和右環(huán)繞音箱信號將不比中置音箱信號強。這種 關(guān)系導(dǎo)致在中間和前面對中置聲音圖像保持固定。如果按比例縮放導(dǎo)致中置音箱信號弱， 則L和R信號將相應(yīng)地極其強。如果對L和R信號(非L-R信號)作處理以分別提供左環(huán) 繞音箱和右環(huán)繞音箱信號，則左環(huán)繞音箱信號和右環(huán)繞音箱信號將比中置音箱信號強。當 中心聲音圖像不強時這種關(guān)系導(dǎo)致寬廣的聲音圖像。
現(xiàn)在參照圖6，其表示根據(jù)圖5B中描述的示例性控制電路40，不同相關(guān)度和相對 幅度的組合情況中較低非低音頻帶的特性圖。
對一個或多個頻帶而言，每個圖左側(cè)表示當右聲道(如圖2中的聲道R1)中的信 號幅度相對于左聲道(如圖2中的聲道Ll)中的信號極低(例如_20dB)時或換言之當左 聲道中信號幅度比右聲道中信號幅度大得多時(下文將該情況稱為"左加重的")的示例性 控制電路的控制特性。對一個或多個頻帶而言，每個圖右側(cè)表示當右聲道(如圖2中的聲 道R1)中的信號幅度相對于左聲道(如圖2中的聲道L1)中的信號極大(例如+20dB)時 (下文將該情況稱為"右加重的")的示例性控制電路的控制特性。每個圖的中間部分為當 左聲道和右聲道的幅度基本上相等時的示例性控制電路的特性。采用應(yīng)用于不同信號的比 例因子表示控制電路的特性。表示了3種情況的示例性控制電路的特性。圖6A表示當左 和右聲道中的信號相關(guān)且同相時(通常用相關(guān)系數(shù)c為l表示)控制電路的作用。圖6B 表示當左和右聲道中的信號不相關(guān)時(通常用相關(guān)系數(shù)c為O表示)或當左和右聲道中的 信號相位正交時控制電路的作用。在其他控制電路的例子中，不相關(guān)且相位正交時的特性 可能是不同的。圖6C表示當左和右聲道中的信號相關(guān)且反相時(即相互向相反方向變化) 可仿效控制電路的作用。
這些圖目的是說明一般特性，且不是用來提供準確數(shù)據(jù)。圖6和7表示控制電路 針對相關(guān)系數(shù)c的主要值而言的特性。對其他的c值而言，其曲線將與圖6和7中的不同。 在圖6A中可看到，如果左和右聲道中的信號相關(guān)(c = l)，且如果信號是左加重 的，將用一個接近O的因子按比例縮放右音箱信號和右環(huán)繞音箱信號。用一個大約為1. 0的 因子按比例縮放左音箱信號。用一個大約為0.5的因子按比例縮放左環(huán)繞音箱信號。類似 地，如果信號幅度為右加重的，用一個接近O的因子按比例縮放左音箱信號和左環(huán)繞音箱 信號。用一個大約為1. 0的因子按比例縮放右音箱信號。用一個大約為0. 5的因子按比例 縮放右環(huán)繞音箱信號。對左和右聲道中的信號幅度近似相等的情況而言，用一個大約為1. 0 的因子按比例縮放中置音箱信號，且用一個接近0的因子按比例縮放到其他音箱的信號。 查看圖6A中各個音箱所對應(yīng)的曲線，在左和右加重情況下，用一個接近0. 3的因 子按比例縮放中置音箱信號。當幅度上左或右加重逐漸減小時，比例因子增加，從而當左和
10右輸入聲道中的信號幅度相等時，中置音箱信號的比例因子大約為1.0。對左加重情況而 言，左音箱信號的比例因子大約為0. 9。當幅度上左加重逐漸減小時，左音箱信號的比例因 子減小，直到當左和右聲道中的信號幅度相等時其接近O，且當右輸入聲道中的信號比左輸 入聲道中的信號大時仍保持接近0。對左加重情況而言，左環(huán)繞音箱信號的比例因子大約為 0. 6。當幅度上左加重逐漸減小時，左環(huán)繞音箱信號的比例因子減小，直到當左和右聲道中 的信號幅度相等時其接近O，且當右輸入聲道中的信號比左輸入聲道中的信號大時所有值 仍保持接近0。圖6A中示例性控制電路對右和右環(huán)繞聲道的作用基本上是其對左和左環(huán)繞 聲道的作用的鏡象圖。
從圖6B(c = 0)中可看到，如果2個聲道中的信號不相關(guān)或相位正交，對左加重情 況而言，左音箱信號的比例因子最高，且左環(huán)繞音箱信號的比例因子次高。右、右環(huán)繞和中 置音箱信號的比例因子相對低。對右加重情況而言，這些信號基本上為鏡象圖像關(guān)系。對 左和右聲道中的信號幅度基本上相等的情況而言，所有5個音箱的比例因子都在一個相對 窄的范圍內(nèi)，左/右音箱信號的比例因子比中置音箱信號稍微大些，而中置音箱信號的值 比左環(huán)繞音箱信號和右環(huán)繞音箱信號稍微高些。
圖6C中的圖表示L和R信號相關(guān)(c = 1)且反相時控制電路相到于左、左環(huán)繞、 右和右環(huán)繞音箱的特性與圖6B所示特性類似?？墒牵趫D6C的曲線中，中置音箱信號的比 例因子在所有情況下都低，且如果輸入聲道中的信號有相同幅度值，其下降到基本上為O。 圖7是另一個示例性控制電路的特性。對左、右以及中置音箱信號而言，圖7A(c =1)中所示特性與圖6A中所示特性類似。對所有輸入信號幅度關(guān)系而言，左環(huán)繞和右環(huán) 繞音箱信號的比例因子基本上為O，表明比例因子基本上與輸入聲道的幅度關(guān)系無關(guān)。在 2個輸入聲道的信號幅度相同的情況下，圖6A和7A中所示特性基本上相同，這與當信號相 關(guān)、同相以及幅度相等時聲源位于左和右音箱之間是音頻源素材制作者所期望的的設(shè)想是 一致的。
圖7B(c = 0)中所示特性與圖6B中所示特性之間的差別是對某些幅度關(guān)系而言， 例如當2個聲道中的信號幅度的差別小于10dB時，在圖7B中，環(huán)繞音箱信號的比例因子要 比左和右音箱信號的比例因子大。與圖6B的特性不同的是，圖7B所示特性提供了一種情 況(不相關(guān)、幅度大致相等)，其中環(huán)繞音箱比例因子要比左和右音箱比例因子大，因此聲 音圖像有移向背后的感覺。
圖7C(c = 1、反相)中所示特性與圖6C中所示特性之間的差別是對圖中的多數(shù)點 而言，應(yīng)用于環(huán)繞音箱信號(如左環(huán)繞音箱)的比例因子要顯著大于應(yīng)用于相應(yīng)的前面音 箱(如左音箱)的比例因子。這與音頻編碼系統(tǒng)中將環(huán)繞信息作為反相的相關(guān)音頻信號來 編碼是一致的。
圖1A所示的使用圖4所公開類型的控制電路40的音頻系統(tǒng)類型比傳統(tǒng)的處理立 體聲信號以提供x個聲道信號的音頻系統(tǒng)有許多優(yōu)點。傳統(tǒng)的處理按傳統(tǒng)方式創(chuàng)建的立體 聲素材信號以提供環(huán)繞聲道的音頻系統(tǒng)可產(chǎn)生不想要的但聽得見的效果。例如，位于與2 個立體聲麥克風等距處的音源的立體聲記錄包括高度相關(guān)的源的直接輻射、以及由于聲音 在作記錄的環(huán)境中的不對稱性所致的不高度相關(guān)的回聲輻射。不相關(guān)的回聲會帶來L-R信 號。這時傳統(tǒng)產(chǎn)生的L-R信號用作環(huán)繞信號的音頻系統(tǒng)使回聲以相對于直接輻射聽起來不 自然的方式再現(xiàn)。圖1A所示的使用了圖4所公開類型的控制電路40的音頻系統(tǒng)類型也比不處理多個頻帶中的信號的音頻系統(tǒng)優(yōu)越，因為它們不會使一個頻帶中的聲學(xué)現(xiàn)象反常地 影響另一個頻帶中的聲學(xué)現(xiàn)象。例如，如果使嗓音范圍內(nèi)的聲源處于中央，且使嗓音范圍外 的樂器聲源處于兩側(cè)，則嗓音范圍的聲源不會使樂器范圍的聲源聽起來來自中央，且樂器 范圍的聲源不會使嗓音范圍的聲源聽起來來自兩側(cè)。
圖IB所示的使用圖4所公開類型的控制電路40的音頻系統(tǒng)類型比傳統(tǒng)的將2個 聲道中的壓縮音頻信號數(shù)據(jù)解碼的音頻系統(tǒng)優(yōu)越，因為它們不形成解壓的L和R信號的信 號之差。因此，使用圖4控制電路40的系統(tǒng)不屏蔽瑕疵或曲解解壓的L和R聲道信號之間 差的程度要比傳統(tǒng)的產(chǎn)生并處理L-R信號以提供額外聲道的音頻系統(tǒng)小。如果未壓縮的音 頻信號是用傳統(tǒng)方式創(chuàng)建的立體聲信號，圖1B所示類型的音頻系統(tǒng)也因與圖1A所示類型 的音頻系統(tǒng)有關(guān)的陳述原因而同樣優(yōu)越。
本領(lǐng)域的技術(shù)人員可充分利用且不偏離這里公開的特定裝置和技術(shù)。因此，該發(fā) 明應(yīng)被看作包括每個新穎特性以及這里公開的特性的新穎組合，并僅通過所附權(quán)利要求
的 實質(zhì)和范圍來限定。
12
權(quán)利要求
一種處理2個輸入音頻聲道信號以提供n個輸出音頻聲道信號的方法，其中n＞2，所述方法包括將第一輸入聲道信號和第二輸入聲道信號分為多個對應(yīng)的非低音頻帶；對于所述多個對應(yīng)的非低音頻帶中的每一對非低音頻帶測量所述頻帶中音頻信號的幅度，以提供第一輸入聲道第一頻帶音頻信號和第二輸入聲道第一頻帶音頻信號，從而提供第一輸入聲道的第一頻帶音頻信號幅度和第二輸入聲道的第一頻帶音頻信號幅度；確定所述第一輸入聲道第一頻帶音頻信號與所述第二輸入聲道第一頻帶音頻信號之間的相關(guān)度，以提供第一頻帶相關(guān)系數(shù)；利用第一因子a1按比例縮放所述第一輸入聲道第一頻帶音頻信號，所述第一因子a1與所述第一頻帶相關(guān)系數(shù)有關(guān)，并且還與所述第一輸入聲道的第一頻帶音頻信號幅度以及所述第二輸入聲道的第一頻帶音頻信號幅度有關(guān)，所述按比例縮放提供第一按比例縮放的第一輸出聲道第一頻帶音頻信號的第一部分；利用第二因子a2按比例縮放所述第二輸入聲道第一頻帶音頻信號，所述第二因子a2與所述第一頻帶相關(guān)系數(shù)有關(guān)，并且還與所述第一輸入聲道的第一頻帶音頻信號幅度以及所述第二輸入聲道的第一頻帶音頻信號幅度有關(guān)，所述按比例縮放提供第一按比例縮放的第一輸出聲道第一頻帶音頻信號的第二部分；將所述第一按比例縮放的第一輸出聲道第一頻帶音頻信號的第一部分與所述第一按比例縮放的第一輸出聲道第一頻帶音頻信號的第二部分進行組合，以提供中置聲道輸出音頻信號的第一頻帶部分。
2. 根據(jù)權(quán)利要求
1所述的處理2個輸入音頻聲道信號的方法，還包括利用第三因子a3按比例縮放所述第一輸入聲道第一頻帶音頻信號，以提供左聲道輸出音頻信號的第一頻帶部分。
3. 根據(jù)權(quán)利要求
2所述的處理2個輸入音頻聲道信號的方法，其中"3 = 。
4. 根據(jù)權(quán)利要求
2所述的處理2個輸入音頻聲道信號的方法，還包括將所述左聲道輸出音頻信號的第一頻帶部分與所述第一輸入聲道音頻信號的第二頻帶部分進行組合，以提供左側(cè)非低音音頻信號。
5. 根據(jù)權(quán)利要求
1所述的處理2個輸入音頻聲道信號的方法，其中頻帶是時變的。
6. 根據(jù)權(quán)利要求
1所述的處理2個輸入音頻聲道信號的方法，其中所述第一頻帶是語音頻帶。
7. 根據(jù)權(quán)利要求
1所述的處理2個輸入音頻聲道信號的方法，其中2個輸入音頻聲道信號包括壓縮的音頻信號數(shù)據(jù)。
8. 根據(jù)權(quán)利要求
7所述的處理2個輸入音頻聲道信號的方法，其中壓縮的音頻信號是一種不可還原的數(shù)據(jù)格式。
9. 根據(jù)權(quán)利要求
1所述的處理2個輸入音頻聲道信號的方法，其中輸入信號是根據(jù)MP3格式壓縮的。
專利摘要
一種處理2個聲道的音頻輸入以提供2個以上輸出聲道的音頻系統(tǒng)。輸入可以是傳統(tǒng)的立體聲素材或壓縮的音頻信號數(shù)據(jù)。音頻處理包括將輸入信號分成若干頻帶，并根據(jù)各個頻帶都不同的程序處理這些頻帶。音頻處理不包括處理L-R信號。
文檔編號H04S1/00GKCN1708186 B發(fā)布類型授權(quán) 專利申請?zhí)朇N 200510076162
公開日2010年5月12日 申請日期2005年6月8日
發(fā)明者阿布希吉特·庫爾卡尼 申請人:伯斯有限公司導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan專利引用 (6), 非專利引用 (1),