CN100514853C - 电影院内的音量和压缩控制系统 - Google Patents

Abstract

单个控制确定重放电影音轨中的音量和压缩度。对于某些控制设置，压缩或限幅降低了电影音轨上的最高电平，而保留对话电平基本上不变，不会有使对话太轻而听不清楚的问题，从而消除了观众抱怨的原因。

Description

电影院内的音量和压缩控制系统

技术领域

本发明与音频信号处理有关。具体地说，本发明与控制电影音轨重放时的响度有关。

背景技术

上个世纪七十年代中期，杜比实验室(Dolby Laboratories)提出对电影音轨内的监控电平的校准建议(“Dolby”是杜比实验室公司的商标)。在记录链内用典型噪声基准信号将音频监控电平调整到85dBc。所有为重放这种新的立体声光音轨而装备的电影院都建成为在重放音量控制(增益调节器)被设置为校准设置的情况下一个音轨声道内的等效典型噪声信号产生相同的85dBc。这意味着以校准的音量控制设置(大多数电影处理系统上设置为“0”到“10”的范围内的“7”)放映电影的影院重放由电影导演和调音师在配音场(在这里称为“混音器”)选择的相同响度电平。

这种系统多年来工作得很好。杜比立体声(A型编码的)电影具有有限的头上空间(headroom)，得到的受限制的动态范围很少有观众不满意。大多数电影院以校准的电平放映电影。音轨格式技术自杜比立体声以来已经有了显著的提高。杜比SR将头上空间在中音域频率扩展了3dB，而在低频率和高频率扩展得还要大一些。近些年来，新的数字格式已进一步增大了头上空间。图1示出了对于学会单声道(Academy mono)、杜比A型、杜比SR和杜比数字这四种摄影音轨格式，一个重放的音轨声道的最大声压电平对频率的关系。这些曲线相对它们的基准电平作了规格化。因此，它们示出了每个不同的光音轨系统的一个声道在适当建立的电影院内以校准的音量控制设置播放电影时能达到的最大声压电平。在电影院内的最大声压电平也是音轨声道数量的函数。例如，五个声道可以传送两个声道的2.5倍的功率，导致声压电平增大4dB。因此，例如在重放5或7声道数字音轨的情况下，最大声压电平的增加甚至大于图1中所示的。

由于所有演变的格式改变都保持85dBc的校准技术，因此在较新的音轨上可得到附加的头上空间。然而，对于对话记录电平，正片具有一个一致的主观混音基准，而与增大的头上空间无关，这被称为“关联响度”。在混录调音员看到屏幕上的演员而对话与音乐或音效之间没有冲突时，一个中等的特写镜头内的对话电平设置成对于视觉印象来说是似真的。在合理的界限内，这通常在2或3dB以内的范围内适用。这种自然对话电平不适用于解说，因为没有相应的直观基准。音乐和音效没有直观的关联响度。大多数人不熟悉一个协和式飞机起飞或一个50mm的榴弹炮的实际声压电平。乐谱电平被相等地未校准。

由于记录媒体的头上空间能力的扩展，它已经的确得到使用：音效和音乐的“非关联”响度上升到充满可用的头上空间。用对话作为基准，象爆炸那样的大音频通常要高出20dB以上(爆炸达到高于对话电平25dB的满标度峰值电平)，而一些要让所有听众听到的轻的声音，诸如树叶的沙沙声之类，可能要低50dB。

根据观众对电影音频太大的抱怨，许多电影院基本上以低于校准电平放映电影。“6”或“51/2”的音量控制设置(增益调节器电平)与校准为“7”的电平(音量控制标准设置)相比并不稀罕，表示响度降低了4或6dB左右。一些电影院将它们的音量控制永久性地调低到这样的设置，因为用许多银幕同时放映不同电影的电影放映员没有时间或无法操心为不同的电影分别设置控制。如果将音量控制调低些以避免对过响的抱怨，对话就比混音师所希望的要轻，而观众可能抱怨一些对话在电影中存在其他声音和/或电影院内存在普通背景噪声(吃爆米花、空调、谈话等声音)时听不清楚。电影院的重放电平通常根据对放映得最响(和最早)的部分产生的抱怨设置。如果重放电平根据音量最高的预告片(通常要比正片音量高)设置，正片往往就以降低的同一个电平播放。结果是正片的对话电平降低了与为了减轻预告片音量而被认为必需的相同的电平。用一个比校准的电平低6dB的响度播放的正片可能会导致严重的对话听不清的问题，而且很轻的声音可能听不见。

此外，从杜比A型到杜比SR和数字版本头上空间使用的增加可能并未通过功率放大器和扬声器的能力的相应提高来匹配。过载设备所引起的失真很可能加重了新近音轨的响度问题，导致抱怨增加。

在使用校准的早期影院音响设备中，音量控制是一个机械的电位计，通常在标准设置处有一个掣子或定位销。更近一些的(数字)设备用一个转轴编码器或一对上、下按钮(带有设置的数字显示)来发出对乘法器(数字或电压控制的放大器)进行操作的控制信号，影响加到所有重放的音轨的声道的增益。在典型的影院音响设备中，音量控制逐渐和相对均匀地在从大约“4”到“10”的设置范围内改变增益，而在设置低于大约“4”时增益下降更快，允许减弱到听不见。

发明内容

本发明提供了一种电影音轨重放系统，这种系统具有多个音轨声道。对声道在重放时的响度进行估计的估计器根据音轨声道或与这些音轨声道关联的数据提供一个响度估计电平。一个调整加到声道上的增益和压缩的控制具有一个从最小设置到最大设置的设置范围，其中包括一个对每个声道内具有各自基准电平的信号以各自的标准声电平进行重放的标准设置。在标准设置的情况下，加到每个声道上的增益对于所有的响度估计电平基本上是恒定的，而且基本上不施加压缩。对于一个小于标准设置的控制设置范围内的每个控制设置，在每个控制设置上每个声道的增益基本上是恒定的，而且对于低于一个比标准声电平高的门限的响度估计电平基本上不施加压缩，而对于高于这个门限的响度估计电平对一个或多个声道施加压缩，这个门限随着控制设置减小而降低。

小于标准设置的控制设置范围向下延伸到最小控制设置，或者也可以是小于标准设置的控制设置范围向下延伸到高于最小控制设置的另一个设置。

对于在小于标准设置、向下延伸到所述另一个设置的控制设置范围内的控制设置，每个声道的增益可以随着控制设置减小基本上保持恒定。

对于在低于所述另一个设置左右的控制设置范围内的控制设置，所有声道的增益可以随着控制设置的减小而减小。

对于在低于所述另一个设置左右的控制设置范围内的控制设置，门限可以基本上保持恒定。

对于在小于所述标准设置、向下延伸到所述另一个设置的控制设置范围内的控制设置，每个声道的增益可以随着控制设置的减小以小于对于低于所述另一个设置左右的设置的增益随着控制设置减小的减小的速度减小。

对于处在和高于标准设置左右的控制设置，可以基本上不施加压缩，声道的增益可以随着控制设置的增大而增大。

如上面所指出的，标准声电平提供了一个对话的标准声电平。因此，门限可以高于导致压缩对话的响度估计电平，使对话可以不受压缩。

在施加压缩时，可以将压缩加到所有的声道上或者只加到某些声道而不是所有声道上。在加到所有声道上时，可以一致或非一致地施加。在只加到某些声道而不是所有声道上时，可以一致或非一致地加到所要施加的声道上。

作为另一个可选择方案，在多个音轨声道包括多个前方音轨声道和多个环绕音轨声道时，可以在环绕音轨声道上施加比前方音轨声道上小的压缩。

加到一个或多个声道上的压缩可以具有线性限幅特性。

对于控制设置的低于所述另一个设置的另一个范围，对于低于一个低电平门限的响度估计电平，可以将压缩加到一个或多个声道上。

由估计器估计的响度可以是如果控制设置在它的标准设置就会得出的声道主观响度的估计。

由估计器估计的响度可以是一个作为某些或所有重放声道的估计声电平、它们的频率成分和时间的函数的对多个音轨的主观响度的度量。

估计器可以根据音轨声道信号电压电平提供一个响度估计电平。

估计器可以根据对所有音轨声道的音轨声道信号电压电平的频率加权的平方和提供一个响度估计电平。频率加权可以是A加权、CCIR加权(亦称ITU/R加权)或其他适当的加权。

估计器可以根据与音轨声道关联的元数据提供一个响度估计电平。

因此，本发明用单个控制来确定电影音轨重放中的音量和压缩度。对于某些控制设置，压缩或限幅降低了电影音轨上的最高电平，而保留对话电平基本上不变，不会有使对话太轻而听不清楚的问题，从而消除了观众抱怨的原因。

也就是说，压缩器门限是“音量控制”设置的一个函数。处在标准设置和高于标准设置时，压缩器禁用(无论它是否实际禁用或是否门限提高到使信号不能达到这个门限)。在设置低于标准设置的一个有限范围上，控制将总体增益降低比普通常规的音量控制小一些(甚至根本不降低)，但是将压缩器门限设置在估计响度电平的可能范围内，使得压缩器在估计响度足以达到这个门限时进行操作。下调控制使门限向下移动，从而影响估计响度的较小电平。在控制下调到已经限制最高可能响度(例如6或8dB)的点后，压缩特性可以基本上保持固定，而进一步减小控制设置引入常规的音量减小。对于“音量控制”的每个设置，有一个和只有一个门限值。

例如，在影院音量控制处在一个标准设置(例如，在许多种当前设备上为“7”而在一些其他设备上为“0.0”)时，压缩器是停用的。如果控制下调到例如“6”，这在普通影院设备内会将音轨内所有声道的音量降低3或4dB，对包括典型对话的从低到中等电平的信号只有少许影响甚至根本没有影响，但是最高电平(在可能响度范围内最响的)根据对主观响度的测量通过压缩或限幅操作予以衰减。也就是说，将音量控制从标准设置下调到一个稍低的设置可以使最响的声音减轻但将对话和较轻的声音保持在混音师想要的响度。随着音量控制进一步下调，压缩门限降低，导致在一个较宽的响度电平范围上的高程度压缩。可选地，在再低一些的设置，压缩达到最大有效度(压缩门限不再进一步降低)，而对控制设置的进一步调整以与普通的音量控制相同的方式衰减(经压缩的)信号。

作为另一个可选方案，随着控制器从它的标准设置下调到降低低中电平信号的电平的设置时，低电平信号可以受到压缩(提升)，以便将它们的电平保持成使它们不致被影院的背景噪声掩盖掉。这个可选方案可以实现成使得在一个再低的设置上低电平压缩达到最大程度，而再降低控制设置会减小这些声道的增益，允许声音渐变到听不见。

本发明的一个方面是得出一个对超过一个导致压缩的门限的重放响度电平的估计。这个估计是根据在一些或所有的音轨声道内的信号电平应用适当的时间常数得出的，如下面要进一步所说明的。

“电平”和“门限”参数已经以许多方式测量和定义。例如，在想要防止发射机过调制的广播限幅器中，“电平”一般是指波形的峰值(通常是所有声道内的最大的波形峰值)，或者是在几百微秒或几毫秒平滑的峰值。对于一个演播室压缩器，电平普遍的是指在几十毫秒上测量的功率(有时表示为rms)，或者在同样的时段上测量的平均振幅。对于在消费类摄像机/录像机内的自动增益控制，它经常是指通过一个具有几毫秒的“上升时间”和几十秒的“恢复时间”的非线性滤波器测量的振幅。在广播和演播室设备内，通常有一些措施，诸如频带分离和频率加权之类，用来减小由此一些频谱部分对其他一些部分的增益调制的不希望的效应。无论是怎样测量的信号用来控制压缩，门限的“单位”都相同。

按照本发明，用来控制压缩器的量度可以包括对主观响度或干扰的估计。可以使用各种技术来估计主观响度，如下面要进一步说明的那样。

附图说明

图1示出了对于学会单声道、杜比A型、杜比SR和杜比数字这四种摄影音轨格式的最大声压级对频率的关系。

图2为一些压缩器的一组理想化的响度输出对音频输入的关系。

图3为一些压缩器的一组理想化的增益(垂直轴)对音频输入(水平轴)的关系。图3给出了与图2所给出的相同的信息，但是以垂直标度表示增益而不是输出响度的不同格式给出。

图4示出了本发明的一个实施例的一组理想化的加到重放的声音上的增益(垂直轴)与主观响度(水平轴)(更准确地说，一个对于电影音轨重放系统能在没有压缩和音量控制在标准设置时重放的最响声音的主观响度的估计)的关系。

图5示出了本发明的另一个实施例的一组理想化的加到重放的声音上的增益(垂直轴)与主观响度(水平轴)(更准确地说，一个对于电影音轨重放系统能在没有压缩和音量控制在标准设置时重放的最响声音的主观响度的估计)的关系。

图6示出了本发明的又一个实施例的一组理想化的加到重放的声音上的增益(垂直轴)与主观响度(水平轴)(更准确地说，一个对于电影音轨重放系统能在没有压缩和音量控制在标准设置时重放的最响声音的主观响度的估计)的关系。

图7为示出根据从音频信号的响度估计和控制设置得出的控制信号来控制加到音频信号上的增益或衰减的配置的简化功能方框图。

图8为示出根据多个音频声道产生响度估计的简化功能方框图。

图9示出了A加权曲线与CCIR加权曲线(亦称ITU-R加权曲线)的对照情况。

具体实施方式

本发明的实现可以看作涉及一种音频压缩器，其中，压缩器具有一系列由单个控制(常规为“音量”控制)的设置选择的输入输出响应特性，但是在本发明中，控制不仅选择音量特性，而且对于一些控制设置，为很响的重放音频和可选地为很响和很轻的重放音频选择压缩响应。

动态范围压缩器和线性限幅器的设计是众所周知的，本发明所用的压缩器的动态特性的详细情况(上升时间、恢复时间、保持时间、节目适应时间常数等)并不是本专利的主题。类似地，压缩器可以用频带分离对整个信号或者对部分音频带宽进行操作。熟悉该技术的人员将能设计一个适当的压缩器的那些方面。因此，本说明书将集中于说明压缩器的“规律”，亦即输出电平与输入电平之间或者等价地增益与控制压缩器的估计响度之间的关系。

为了更好地理解本发明，简要地回顾一下音频压缩器的作用是有益的。图2为一些压缩器的一组理想化的响度输出对音频输入的关系。各轴以分贝标度表示电平，0dB是任意的，但是经常表示在不过载的情况下可达到的最高电平。特性的直线斜率为1(即在45度)的部分表示增益或衰减恒定(即动态不变)。如果这个部分或者它的投影在两个轴上通过0dB，它就表示单位增益(在音量控制设置在其标准设置时电影伴音系统内提供单位增益)。45度以下的任何线表示(固定)衰减，而45度以上的线表示(固定)增益或提升。因此，常规的音量控制可以描绘成一族45度的线，每个设置一条线。特性的斜率比1小的部分表示提供压缩(动态改变减小)的取决于信号的变化增益。为完整起见，但对本发明并不重要，特性的斜率大于1的部分表示扩展(动态改变增大)。

曲线A示出了在音频输入电平的整个范围上具有恒定斜率的压缩特性，在这个例子中，输入改变1dB导致输出改变0.5dB。

曲线B示出了通常称为限幅器(压缩比为无穷大的压缩器，有时称为线性限幅器以强调没有涉及削波)的特性；在这个例子中，在预定输入门限以下，输出精确等于输入，但一旦超过门限，限幅器引入等于输入超过门限的程度的衰减，结果是输出电平保持在这个门限值而在该门限值以上不显著地上升。

虽然线性限幅器的概念是众所周知的，但这个术语通常是指由音频波形的峰值控制的装置。它的通常作用是通过阻止峰值超过一个明确的最大值(例如，AM发射机的100％调制，模数变换器内的数字满标度，或者FM发射机的最大合法调制)来避免过载。本发明的一种最佳方式使用了看来像常规的线性限幅器的压缩特性，但不同的是被测量的参数是估计响度而不是峰值。

曲线C示出了一个较为复杂的压缩特性，类似于杜比降噪系统内所用的称为双线性的特性，其中有称为开始点和结束点的两个门限。开始点以下，增益是恒定的(例如10dB)，这样，输出随从输入，但一贯高10dB。结束点以上，增益也是恒定的，但小于10dB；在这个例子中是0dB，这样，输出就等于输入。在开始点到结束点之间，斜率比1小，表示动态压缩。

曲线D示出了只影响低电平信号的压缩器。-40dB门限以上，增益是恒定的，但是在该门限以下，取决于电平的正增益提升轻的信号。

图3也是一些压缩器的一组理想化的增益对音频输入的关系。图3给出了对于相同的例子的与图2相同的信息，但是以垂直轴表示增益而不是输出响度的不同格式给出。虽然图3这种格式不常见，但被认为更为清晰地示出了压缩器的作用，将用于例示本发明的典型方面的图4-6中。

回到对图3的说明，各轴表示分贝标度的电平，水平轴上的0dB是任意的，但是经常表示不过载时可达到的最高电平。特性的直线斜率为零的部分(即水平部分)表示恒定的增益或衰减(即动态不改变)。如果这个部分或者它的投影在垂直轴上通过0dB，它就表示单位增益。如果它比0dB低，就为衰减，而如果比0dB高就为提升。特性的斜率为负的部分表示提供压缩(动态改变减小)的取决于信号的变化增益。为完整起见，但对本发明并不重要，特性的斜率为正的部分表示扩展(动态改变增大)。

曲线A示出了一个恒定斜率的压缩器，在输入电平的整个范围上，输入增大1dB导致增益减小0.5dB，因此输出仅增大0.5dB。

曲线B示出了通常称为限幅器(有时称为线性限幅器以强调没有涉及削波)的特性；在这个例子中，在预定输入门限以下，增益为0dB，这样，输出精确等于输入，但一旦超过门限，限幅器引入等于输入超过门限的程度的衰减，如图3明确所示，结果是输出电平保持在门限值而在门限值以上没有显著上升。

曲线C示出了一个较为复杂的压缩特性，类似于杜比降噪系统内所用的称为双线性的特性，其中有称为开始点和结束点的两个门限。开始点以下，增益是恒定的(例如10dB)，这样，输出随从输入，但一贯高10dB。结束点以上，增益也是恒定的，但小于10dB；在这个例子中是0dB，这样输出就等于输入。在开始点到结束点之间，斜率为负的，表示动态压缩，图3示出了增益随着输入电平增大而下降的情况。

曲线D示出了只影响低电平信号的压缩器。-40dB门限以上，增益是恒定为0dB，但是在该门限以下，取决于电平的正增益提升轻的信号。

图4示出了按照本发明的一个实施例，对于各个控制设置的施加到重放的声音上的增益与主观响度(更准确地说，为对电影音轨重放系统能在没有压缩和音量控制在标准设置时重放的最响声音的主观响度的估计)的关系。如可以看到的那样，对于某些控制设置的增益特性提供高电平压缩/限幅。对于为“7”的标准设置和“7”以上的设置，没有压缩，总增益随着控制设置以常规的方式改变。对于在标准设置“7”与大约例如“5.5”之间的设置，大多数动态范围上的增益比对于常规的音量控制更慢地改变(例如，每个“设置单位”2dB而不是在标准电影音响系统内这部分范围中的每个设置单位4dB左右)，但是对于这样的控制设置，高电平限幅使最响声音衰减更大一些，而门限随控制设置减小向下移动。在大约“5.5”的设置以下，门限停止移动，出现(受限幅的)信号整体衰减。

图5示出了图4所示特性的一种有益的变异，其中对于标准设置“7”与大约“5.5”之间的设置，增益不改变，但是门限随着控制设置的减小而降低。

图6示出了施加到重放的声音上的增益对主观响度(更准确地说，为对电影音轨重放系统能在没有压缩和音量控制在标准设置时重放的最响声音的主观响度的估计)的代表性关系，其中具有高电平限制和低电平压缩。例如，在设置“5”以上，结果与图4的相同。对于设置在“7”到大约“5.5”之间的，例如，在大部分范围上的增益被适度下调(例如，每个标度2dB)，但是限幅门限下降使得最响声音下调更大一些。或者，也可以是增益如图5中的那样保持不变。对于在“5.5”左右到“5”左右之间的设置，整体(受限的)增益下调2dB。对于在“5”左右到“3”左右之间的设置，例如，如图3中那样引入更大的衰减，但是对于轻的音响，还随着门限随控制设置的改变使低电平压缩导致的衰减小一些。注意，不论压缩如何，这些轻的音响决不会提升到比在标准设置“7”时会具有的电平高的电平(增益线决不会交叉)。在设置为“3”以下时受压缩和限幅的总体信号被简单地下调，如常规的音量控制那样(即，门限不再移动)。

图4-6特性响应的情况可以以许多方式实现，但是可能以某种查找表形式实现最为容易，在查找表中每个音量控制设置与总增益值、限幅门限、开始点和结束点及这两个点之间的压缩比(如果使用低电平压缩的话)关联。利用现代处理技术，容易在模拟和数字域构成具有用于任何这些特性和许多其他特性的所希望的压缩斜率和所希望的门限的压缩器，并以预定方式改变那些参数。虽然在图4-6这些例子中所示的特性响应是切实可行和有用的，但确切的特性并不是关键性的。图中所示的这些特性仅仅是属于本发明的范围内的适当特性的一个例子。

例如，没有必要保证因为在控制设置为“6”时限幅门限低于最大响度例如4dB，在控制设置在“6”到“7”之间时这个门限随着控制设置线性移动，而在“7”时精确地成为0dB即最大可能响度。在实际设备中，一个系统的最大可能响度通常不是明确规定的，而是取决于放大器的相对功率、扬声器的灵敏度、它们的过载电平和这些参数的频率依赖性等。一些可行的实施例并不需要任何严格地考虑所有这些参数。一个设备内最大可能响度的粗略估计可能在安装时按照设备使用情况和空间的大小作出。如果设备是欠功率的，也许所希望的是随着控制设置从它的标准设置下调时能压缩得更急剧。因此，门限移入一个低于“7”的具体控制设置的有效范围的程度可能对于不同的设备是不同的。例如，从在图4中标为“4”到“6.5”的控制设置得出的特性曲线可以实际改为出现在从“4.5”到“6.9”的设置范围内，使得控制设置从“6.9”移动到“7”会具有从标为靠近“6.5”曲线处急剧地移动到标为“7”的曲线处(以一个按钮开关的方式)的效果。

图7为示出根据从音频信号的主观响度估计和控制设置得出的控制信号来控制加到音频信号上的增益或衰减的配置的简化功能方框图。原则上，可以修改任意多个电影音轨声道的响度。作为一个例子，图中示出了三个声道。加到多个电影音轨声道中的各个声道上的增益例如各由一个乘法器(或者说乘法功能)或电压控制放大器(VCA)102、104、106根据一个来自控制信号产生器或产生器功能108的控制信号进行控制。控制信号的特性响应由单个控制110的控制设置以上述图4至图6所示实例的方式选择。由一个响度估计器或响度估计功能112响应电影音轨声道或根据一个与声道关联的数据信号得出的估计主观响度信号输入给产生控制信号输出的控制信号产生器或产生器功能108。因此，从“音量控制”设置和估计响度这两个输入得出对每个声道内的增益的控制。在本发明的一个实施例中，除很响的信号之外，增益仅由控制设置确定。在信号很响而超过一个取决于控制设置的门限时，增益降低，从而提供压缩，如上面所说明的那样。

在图7这个例子中，根据从所有的音轨声道得出的一个估计响度将相同的增益控制信号施加到所有音轨声道上。如上面所提到的，有一些可选择的替代方案，其中控制少于所有音轨声道的增益和/或其中从少于所有音轨声道得出估计响度信号。

在有多个音频声道时，常规的做法是同等地控制所有声道的增益，从而避免了声像视在位置的“漂移”，但是在一个多声道的电影院应用中，部分或完全与其他声道独立地处理前方或前方和环绕声道具有优点。虽然最好是所有声道按照相同的增益/压缩特性控制，但将压缩加到一些声道上而不加到其他声道上或者将较小程度的压缩加到某些声道上可能是有益的。例如，将压缩加到除中前声道之外的所有声道上或者将较小程度的压缩加到中前声道上可能是有益的，因为在常规的音轨中实际上所有的对话出现在中前声道内。

相对于环绕声道将不同的增益施加到前方声道上也可以有某些优点。观众是面对银幕的，从而对正面方向最为敏感。施加到前方声道上的相对增益的任何改变可以导致声源的视在位置或者方向的移动(很少dB的改变可以导致位置很大的移动)。类似地，如果一个环境是由许多环绕声道建立的，相对增益的任何改变都可能改变这个环境的重心，所以不是对称的(既不向左也不向右)，可能需要偏向一侧。然而，它会是一个由于前方与环绕之间的适度增益差而被篡改的非常声音。作为另一个例子，快速恢复对混响衰减的压缩明显地扩展了混响。如果环绕声道主要承载混响，优选的是压缩只加到前方声道上，而使来自环绕声道的混响衰减保留为未压缩的因此也就是未扩展的。

有许多方式可以相对于其他声道将不同的压缩加到一些声道上。可以得出一个控制信号，以不同的比例将它用到环绕和前方声道上，以便例如在将环绕声道衰减例如4dB时前方声道只下调2dB。或者，也可以是对前方和环绕声道的响度分别进行估计。

图7这个例子示出了控制信号从可以认为是一个压缩器的输入得出的情况。响度估计可以如图7所示从输入(来自音量调整和/或压缩前的音轨声道)得出，或者从输出(来自音量调整和/或压缩后的音频音轨)得出，或者从听音区域中的声量度得出。前两个可选方案要求将这些声道进行某种组合以评估其总响度。在第三种情况下，听音区域做了这种组合，因此只需要一个拾音器。

压缩和音量调整会不同地交互作用，如果从VCA或乘法器之后而不是之前得出控制的话。例如，随着将控制下调到正降低实际总体增益的点，结果会从压缩门限退离，因此对于低设置来说信号不会保持受压缩。实践中，最好是在数字实现中避免递归、反馈、输出控制等。

图8为示出根据多声道产生响度估计的简化功能方框图。作为一个例子，图中示出了三个声道。如上面所指出的，图4-6的水平轴表示这些信号在没有压缩和采用标准设置的音量控制的情况下被重放时的声电平。按照本发明，为此目的的优选测量是与主观响度和/或主观干扰相关的测量。通常，这需要测量所有声道的组合，诸如它们的能量和之类，一种考虑保证主观响度和/或干扰的频率依赖性(通过加权或者通过使用多频带方法)的方式，以及一种考虑响度取决于声音的持续时间以及它的声压级(即，适当的时间常数)的方式。可以相信，将较大的加重放在低高音(例如，接近2到6kHz的范围)上的频率依赖性会趋于考虑干扰。

在图8这个实施例中，每个音轨声道内的电信号各由一个频率加权功能或频率加权滤波器202、204、206进行频率加权，诸如在杜比模型737音轨响度计--Leq(m)用户手册中所说明的和这里在图9中所示的A加权或CCIR加权之类。CCIR加权亦称ITU/R加权。每个经加权的信号用一个平方功能或装置208、210、212平方，以提供每个声道的能量量度。然后，将这些经加权的能量信号用一个求和功能或装置214相加合并。所有声道在一段适当时间(诸如几十或几百毫秒)上的能量的和提供了响度波形的单个估计，它是时间的函数。

如可以预期的，一些音轨在用不同的频率加权估计时得到不同的响度值。例如，A加权的低频滚降导致在素材具有充分的低音内容时响度估计电平减小。将较重的加重加在2到6kHz区域上可以较好地与人对音轨响度反应情况匹配。原来旨在测量低电平记录媒体噪声的CCIR加权曲线(亦称ITU/R加权曲线)可以比A加权曲线更接近地与主观干扰准则匹配。

如上面所提到的，主观响度不仅是声电平和频率成分的函数而且也是持续时间的函数。观众的抱怨不只是由于电影音轨响得令人不适而且还由于这种不适被持续。如果一个声音具有很高的声压，但是只持续几或几十毫秒，它不会给出是很响的主观印象。有一个有限的响度印象建立速率。因此，优选的是在至少数十毫秒上进行平滑，使得音轨内短暂的高电平信号不会导致响度估计电平超过门限而导致压缩。另一方面，持续的响度应该产生一个超过门限引起压缩的控制信号。在一个切实可行的系统中，几十毫秒的上升时间(大致相当于主观响度的建立时间)但更长的几百毫秒或秒的恢复时间可能是适当的。一个从非常短期的量度(诸如波形峰值)得出的响度估计控制信号是不合需要的。

或者，也可以是使用节目响应时间常数。例如，一个孤立的响到足以启动压缩的声音可以从快速恢复得益，以便在听觉灵敏度恢复之前增益回到正常。相反，对于一连串相继的相当快速来临的各响到足以启动压缩而分开得听觉足以在中间至少部分恢复的声音，可能所希望的是在它们之间保持压缩或者应用慢许多的恢复时间来减小改变的增益可能产生的调制效应。

通过优化时间常数最小化压缩的人为假象可能不是特别重要的，因为本发明的高电平压缩方面只是作用于音轨范围内最响的少数几个dB(在声音响得使某种恶化可能是可接受的或者至少优于声音仍然变得更响时)而不是在对话响度电平。

诸如图8的配置产生的控制信号是对响度的估计，因为实际响度测量将需要一个在听音区域内的拾音器。图8这种配置在链内在音轨重放时信号电压电平与声压电平具有已知关系(该关系在控制处在它的标准设置时是已知的)的点进行电测量。

或者，响度的估计可以由与电影音轨关联的元数据提供。也就是说，元数据载有对主观响度的估计，从而避免了需要在响度估计器或响度估计功能112(图7)内计算主观响度估计。元数据可以编码入一个或多个音轨，或者单独但与一个或多个音轨关联承载。“关联”意味着元数据与音轨信息相关，由电影与音轨一起承载，无论是在常规的环境内承载在电影胶片上(或在与胶片同步的承载电影音轨的盘上)，还是在数字影院环境内作为构成数字电影的数字数据承载。通过使用元数据，可以预先对整个电影进行分析，产生适当的控制信号记录在电影上。如果一个声音实际上很响，但是它只持续几秒或者表示一个电影的持续时间的非常小的部分，观众就不大可能反感。处理这样的声音的最佳方式可能是用元数据来提供响度估计控制信号。

本发明及其各个方面可以用模拟电路或作为在数字信号处理器、编程的通用数字计算机和/或专用数字计算机上执行的软件功能实现，或者用这样的设备和功能的某种组合实现。模拟与数字信号流之间的接口可以用适当的硬件和/或作为软件和/或固件内的功能执行。

Claims (27)

1.一种电影音轨重放系统，具有多个音轨声道，所述系统包括：

对声道在重放时的响度进行估计的估计器，所述估计器根据音轨声道或与这些音轨声道关联的数据提供一个响度估计电平；

用于调整加到声道上的增益和压缩的控制器，所述控制器具有一个从最小设置到最大设置的设置范围，其中包括一个对每个声道内具有各自基准电平的信号以各自的标准声电平进行重放的标准设置，其中：

在所述标准设置下，加到每个声道上的增益对于所有的响度估计电平是恒定的，而且不施加压缩，以及

对于一个小于所述标准设置的控制设置范围内的每个控制设置，在每个控制设置上每个声道的增益对于低于一个比所述标准声电平高的门限的响度估计电平是恒定的，而且对于所述门限以下的响度估计电平，不施加压缩，而对于高于所述门限的响度估计电平，对一个或多个声道施加压缩，所述门限随着控制设置减小而降低。

2.一种按照权利要求1所述的系统，其中所述小于所述标准设置的控制设置范围向下延伸到最小控制设置。

3.一种按照权利要求1所述的系统，其中所述小于所述标准设置的控制设置范围向下延伸到高于最小控制设置的另一个设置。

4.一种按照权利要求3的系统，其中对于低于所述另一个设置的另一个控制设置范围，对于低于一个低电平门限的响度估计电平，将压缩加到所述一个或多个声道上。

5.一种按照权利要求3所述的系统，其中对于在小于所述标准设置、向下延伸到所述另一个设置的控制设置范围内的控制设置，每个声道的增益随着控制设置减小保持恒定。

6.一种按照权利要求3所述的系统，其中对于在低于所述另一个设置的控制设置范围内的控制设置，所有声道的增益随着控制设置的减小而减小。

7.一种按照权利要求6所述的系统，其中对于在小于所述标准设置、向下延伸到所述另一个设置的控制设置范围内的控制设置，每个声道的增益随着所述设置的减小以一个速度减小，该速度小于对于低于所述另一个设置的设置增益随着控制设置减小而减小的速度。

8.一种按照权利要求3所述的系统，其中对于在低于所述另一个设置的控制设置范围内的控制设置，所述门限保持恒定。

9.一种按照权利要求8所述的系统，其中对于在小于所述标准设置、向下延伸到所述另一个设置的控制设置范围内的控制设置，每个声道的增益随着所述设置的减小以一个速度减小，该速度小于对于低于所述另一个设置的设置增益随着控制设置减小而减小的速度。

10.一种按照权利要求1-9中任一项所述的系统，其中对于处在和高于所述标准设置的控制设置，不施加压缩，声道的增益随着控制设置的增大而增大。

11.一种按照权利要求1所述的系统，其中所述标准声电平提供对话的标准声电平，而所述门限高于导致压缩对话的响度估计电平，使得对话不受压缩。

12.一种按照权利要求1所述的系统，其中压缩在施加时加到所有的声道上。

13.一种按照权利要求12所述的系统，其中压缩在施加时一致地加到所有的声道上。

14.一种按照权利要求12所述的系统，其中压缩在施加时非一致地加到所述声道上。

15.一种按照权利要求14所述的系统，其中所述多个音轨声道包括多个前方音轨声道和多个环绕音轨声道，其中与所述前方音轨声道相比，较小的压缩加到所述环绕音轨声道上。

16.一种按照权利要求1所述的系统，其中压缩在施加时加到一些声道上而不是所有的声道上。

17.按照权利要求16所述的系统，其中压缩在施加时一致地加到所有受到压缩的声道上。

18.按照权利要求16所述的系统，其中压缩在施加时非一致地加到受到压缩的声道上。

19.一种按照权利要求18所述的系统，其中所述多个音轨声道包括多个前方音轨声道和多个环绕音轨声道，其中与所述前方音轨声道相比，较小的压缩加到所述环绕音轨声道上。

20.一种按照权利要求1所述的系统，其中所述加到一个或多个声道上的压缩具有线性限幅特性。

21.一种按照权利要求1所述的系统，其中由估计器估计的响度是在控制器被设置在它的标准设置的情况下会得出的声道主观响度的估计。

22.一种按照权利要求1所述的系统，其中由估计器估计的响度是一个对所述多个音轨的主观响度的度量，该主观响度是一些或所有重放声道的估计声电平、它们的频率成分和时间的函数。

23.一种按照权利要求22所述的系统，其中所述估计器根据音轨声道信号电压电平提供一个响度估计电平。

24.一种按照权利要求23所述的系统，其中所述估计器根据对所有音轨声道的音轨声道信号电压电平的频率加权的平方和来提供一个响度估计电平。

25.一种按照权利要求24所述的系统，其中所述频率加权是A加权。

26.一种按照权利要求24所述的系统，其中所述频率加权是CCIR加权。

27.一种按照权利要求1所述的系统，其中所述估计器根据与音轨声道关联的元数据提供一个响度估计电平。

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