CN101009952B - 基于扬声器和听者的位置的有源音频矩阵解码方法和装置 - Google Patents

Abstract

提供了有源音频矩阵解码方法和装置，用于从立体声音频信号生成多声道音频信号。其中，一种有源音频矩阵解码方法包括：从由多声道扬声器再现的任意信号提取多个扬声器信号的特征、以及多个多声道扬声器中的每个的角度；将立体声信号解码为多个多声道信号；基于提取的多个扬声器的信号中的每个的特征来校正解码的多声道信号；以及通过比较解码的多声道信号的幅度和组合的解码的多声道信号的幅度，来调节每个解码的多声道信号的增益值。

Description

基于扬声器和听者的位置的有源音频矩阵解码方法和装置

相关申请的交叉引用

该申请是2006年9月26日提交的标题为“提供有源音频矩阵解码的方法和装置(METHOD AND APPARATUS TO PROVIDE ACTIVE MATRIXDECODING)”的美国专利申请序列号11/535234的部分继续申请。

技术领域

本一般发明概念涉及音频再现系统，并且，更具体地，涉及基于扬声器和听者的位置的有源音频矩阵解码方法、及其装置。

背景技术

通常，过去，在家中观看电影的时候，地面波广播已是这些电影的主要信息来源。但是，近来，录像带、影碟、以及卫星广播已经得到普及和广泛的使用。因此，在家中就可以欣赏电影的原声。在提供原声的录像带、影碟和卫星广播中，通过矩阵处理将多声道音频信号编码为二声道音频信号。并且，通过矩阵处理被编码的二声道音频信号可以被再现为立体声信号。此外，当使用专用解码器时，恢复包括前左(L)声道、中央(C)声道、前右(R)声道、左环绕(Ls)声道、以及右环绕(Rs)声道的5声道音频信号。在此5声道音频信号中，中央声道信号在获得为使声音清晰的正确位置中起着重要的作用，并且，环绕声道信号改善移动声音、环境声音和回音的实际感觉或感知。

传统的矩阵解码器通过使用两个声道信号的和与差，来生成中央声道和环绕声道。矩阵特性不改变的音频矩阵被称为无源矩阵解码器。

在通过无源解码器而分离的每个声道信号中，当执行编码时，其它声道音频信号被成比例地减小、并被线性组合在一起。因此，在通过传统的无源矩阵解码器输出的声道信号中，声道之间的分离度低，这样，就不能清楚地执行声音定位。有源矩阵解码器可以适应性地改变矩阵特性，以便改善2声道矩阵编码信号之间的分离度。

1986年2月6日提交的标题为“可变距阵解码器(variable matrix decoder)”的美国专利第4,779,260号和2000年8月31日提交的标题为“音频矩阵解码的方法和装置(a method and apparatus for audio matrix decoding)”的专利WO02/19768A2描述了传统的矩阵解码器。

图1图解了传统的矩阵解码器。在传统的矩阵解码器中，增益功能单元110′和116对输入信号进行限幅，以便平衡立体声信号(Rt、Lt)的电平。无源矩阵功能单元120′根据从增益功能单元110′和116输出的立体声信号(R′t、L′t)，而输出无源矩阵信号。无源功能单元120′还包括缩放功能单元122和124、以及组合功能单元126和128。可变增益信号生成单元130′响应于在无源矩阵功能单元120′中生成的无源矩阵信号，而生成6个控制信号(gL、gR、gF、gB、gLB、gRB)。矩阵系数生成单元132响应于在可变增益信号生成单元130′中生成的6个控制信号，而生成12个矩阵系数。自适应矩阵功能单元114响应于输入的立体声信号(R′t、L′t)和在矩阵系数生成单元132中生成的矩阵系数，而生成输出信号(L、C、R、L、Ls、Rs)。可变增益信号生成单元130′监视每个声道信号的电平，并且，通过计算关于被监视的声道信号电平的最优线性系数值，而重建多声道音频信号。矩阵系数生成单元132非线性地增加具有最高电平值的声道的电平。

但是，图1所示的传统的矩阵解码器没有考虑在多声道环境中生成的虚拟声源的位置，导致不能准确地执行声音图像的定位。并且，因为难以表示在虚拟空间中移动的声源的位置变化，所以，动态表示声音图像的能力不足。

发明内容

本一般发明概念提供了一种有源音频矩阵解码方法和装置，通过所述方法和装置，基于扬声器和听者的位置将每个声道音频信号的电平调谐到最佳。

本一般发明概念其它方面和作用将在后面的描述中被部分地阐述，并且，部分地，将从描述中变得显而易见，或可通过实践本一般发明概念而领会。

本一般发明概念的前述的和/或其它方面和作用可以通过提供一种音频矩阵解码方法来获得，该方法包括：从由多声道扬声器再现的任意信号提取多个扬声器信号的特征、以及多个多声道扬声器中的每个的角度；将立体声信号解码为多个多声道信号，并基于提取的多个扬声器信号中的每个的特征，而校正解码的多声道信号；通过将每个解码的多声道信号的幅度乘以每个多声道扬声器的角度，来提取每个解码的多声道信号的功率矢量，并基于每个解码的多声道信号的功率矢量提取存在于多个声道之间的虚拟声源矢量；通过线性组合提取的虚拟声源矢量来提取主声音图像的矢量值，并关于主声音图像的矢量值而正规化每个多声道扬声器的位置，以得到正规化的位置值；以及通过比较组合的解码的多声道信号的幅度和每个解码的多声道信号的幅度，来向每个多声道扬声器的位置分配增益值。

本一般发明概念的前述的和/或其它方面和作用可以通过提供一种音频矩阵解码装置来获得，该音频矩阵解码装置包括：扬声器分量提取单元，用于从由多声道扬声器再现的任意信号提取多个扬声器信号的特征、以及多个多声道扬声器中的每个的角度；无源矩阵解码器单元，用于将立体声信号解码为多声道信号；信号校正单元，用于基于由扬声器分量提取单元提取的多个扬声器的信号中的每个的特征，来校正由无源矩阵解码器单元解码的多声道信号；虚拟声源功率矢量估计单元，用于通过组合多声道信号的功率矢量来提取存在于多个声道之间的虚拟声源矢量，其中，通过将由信号校正单元校正的每个多声道信号的幅度乘以对应的多声道扬声器的角度，来得到所述多声道信号的功率矢量；全局矢量提取单元，用于通过线性组合由虚拟声源功率矢量估计单元估计的虚拟声源矢量，来提取指示主声音图像的位置和幅度的全局矢量；声道选择单元，用于相对于由全局矢量提取单元估计的主声音图像的位置而正规化每个多声道扬声器的位置，以得到正规化的位置值；以及声道功率分配单元，用于根据每个单独多声道信号的幅度与包括所有解码的多声道信号的组合的解码的多声道信号的幅度的比率，而分配每个多声道信号的幅度。

音频矩阵解码装置还可包括：声道扩展单元，用于使用矢量投影方法产生用于左后声道和右后声道的声源，并考虑到左后声道信号和右后声道信号，重新调节左环绕声道信号和右环绕声道信号的功率电平；以及声道功率增大单元，用于重新计算每个多声道信号的功率，并向每个多声道信号重新分配重新计算的功率。

本一般发明概念的前述的和/或其它方面和作用可以通过提供一种音频矩阵解码方法来获得，该方法包括：从由多声道扬声器再现的任意信号提取多个扬声器信号的特征、以及多个多声道扬声器中的每个的角度；将立体声信号解码为多个多声道信号；基于提取的多个扬声器的信号中的每个的特征来校正解码的多声道信号；以及通过比较解码的多声道信号的幅度和组合的解码的多声道信号的幅度，来调节每个解码的多声道信号的增益值。

组合的解码的多声道信号的幅度可以包括所有解码的多声道信号的幅度。

该方法还可包括：通过将每个解码的多声道信号的幅度乘以每个多声道扬声器的角度，来提取解码的多声道信号的功率矢量，并基于每个解码的多声道信号的功率矢量而提取存在于多个声道之间的虚拟声源矢量；以及通过线性组合提取的虚拟声源矢量，而提取主声音图像的矢量值，并相对于主声音图像的矢量值而正规化每个多声道扬声器的位置。

增益值的调节可以包括：比较组合的解码的多声道信号的幅度和每个单独的多声道信号的幅度，并根据每个单独的多声道信号的幅度与组合的解码的多声道信号的幅度的比率而调节每个多声道的幅度；以及将调节的多声道信号的幅度乘以正规化的位置值。

该方法还可包括：使用矢量投影方法产生用于左后声道和右后声道的声源；考虑到左后声道信号和右后声道信号，重新调节左环绕声道信号和右环绕声道信号的功率电平；重新计算每个多声道的功率；以及向每个多声道信号重新分配重新计算出的功率。

本一般发明概念的前述的和/或其它方面和作用还可以通过提供一种音频矩阵解码装置来获得，该解码装置包括：扬声器分量提取单元，用于从由多声道扬声器再现的任意信号提取多个扬声器信号的特征、以及多个多声道扬声器中的每个的角度；无源矩阵解码器单元，用于将立体声信号解码为多声道信号；信号校正单元，用于基于由扬声器分量提取单元提取的多个扬声器的信号中的每个的特征，来校正由无源矩阵解码器单元解码的多声道信号；以及声道功率分配单元，用于通过比较解码的多声道信号的幅度和组合的解码的多声道信号的幅度，来调节每个解码的多声道信号的增益值。

本一般发明概念的前述的和/或其它方面和作用还可以通过提供一种音频矩阵解码方法来获得，该方法包括：从由多声道扬声器再现的任意信号提取多个多声道扬声器中的每个的角度；以及将由于多声道扬声器的角度的变化而失真的声音图像还原为预期的声音图像。

本一般发明概念的前述的和/或其它方面和作用还可以通过提供一种音频矩阵解码装置来获得，该音频矩阵解码装置包括：扬声器分量提取单元，用于从由多声道扬声器再现的任意信号提取多个多声道扬声器中的每个的角度；以及信号校正单元，用于将由于多声道扬声器的角度的变化而失真的声音图像还原为预期的声音图像。

附图说明

通过下列实施例的描述，结合随后的附图，本一般发明概念的这些和/或其它的方面的将变得清楚、且易于理解，附图中：

图1图解了传统的矩阵解码器；

图2是图解根据本一般发明概念的实施例的有源音频矩阵解码装置的框图；

图3A图解了图2的有源音频矩阵解码装置的扬声器分量提取单元；

图3B图解了根据本一般发明概念的实施例的关于每个声道扬声器和虚拟声源的位置的能量的重新分配；

图4图解了根据本一般发明概念的实施例的图2的有源音频矩阵解码装置的无源矩阵解码器单元；

图5图解了根据本一般发明概念的实施例的图2的有源音频矩阵解码装置的声道功率矢量提取单元；

图6图解了根据本一般发明概念的实施例的图2的有源音频矩阵解码装置的虚拟声源功率矢量估计单元；

图7图解了根据本一般发明概念的实施例的图2的有源音频矩阵解码装置的全局功率矢量提取单元；

图8图解了根据本一般发明概念的实施例的图2的有源音频矩阵解码装置的声道选择单元；

图9图解了根据本一般发明概念的实施例的图2的有源音频矩阵解码装置的声道功率分配单元；以及

图10是图解根据本一般发明概念的实施例的音频矩阵解码的方法的流程图。

具体实施方式

现在，将详细地参照本一般发明概念的实施例，其实例由附带的附图进行说明，其中，通篇将以同样的附图标记表示同样的部件。为了解释本一般发明概念，下面参照附图描述实施例。

图2是图解根据本一般发明概念的实施例的有源音频矩阵解码装置的框图。

图2的有源音频矩阵解码装置包括扬声器分量提取单元200、无源矩阵解码器单元210、信号校正单元214、声道功率矢量提取单元220、虚拟声源功率矢量估计单元230、全局功率矢量提取单元240、声道选择单元250、以及声道功率分配单元260。

首先，信号提供单元(未示出)从录像带、影碟或卫星广播接收信号，并再现视频信号和音频信号。音频信号是矩阵编码的二声道立体声信号。然后，将视频信号提供给监视器(未示出)。

通过将适当的信号处理和波束成形技术应用于由扬声器再现的任意信号，扬声器分量提取单元200提取多个扬声器信号的特征、以及多个多声道扬声器(下文中被称为“扬声器”)的角度。换句话说，扬声器分量提取单元200从由每个扬声器再现的任意信号的电平提取增益值，提取从由每个扬声器输出任意信号的时间点到所述任意信号被输入到一对麦克风的时间点的信号延迟，作为对应于每个扬声器的延迟值，并且，通过检测由这对麦克风接收的任意信号所经历的路径的差异，来提取每个扬声器的角度。

无源矩阵解码单元210通过线性组合，而将矩阵编码的立体声信号(Lt、Rt)解码为的左声道信号(L_p)、中央声道信号(C_p)、右声道信号(R_p)、左环绕声道信号(SL_p)、以及右环绕声道信号(SR_p)。

信号校正单元214通过将由扬声器分量提取单元200提取的每个扬声器的增益值和延迟值应用于由无源矩阵解码单元210解码的每个声道信号，来生成校正的信号。这样，信号校正单元214将由于扬声器位置的变化而失真的声音图像恢复为预期的声音图像。在另一个实施例中，信号校正单元214可使用由用户预先确定的增益值和延迟值，来替代由扬声器分量提取单元200提取的增益值和延迟值。

声道功率矢量提取单元220通过将由信号校正单元214校正的每个声道信号(L_p、C_p、R_p、SL_p、SR_p)的幅度乘以由扬声器分量提取单元200提取的对应扬声器的角度，来提取5个声道功率矢量(P{L_p}、P{C_p}、P{R_p}、P{SL_p}、P{SR_p})。在另一个实施例中，声道功率矢量提取单元220可使用由用户预先确定的每个扬声器的角度，来替代由扬声器分量提取单元200提取的每个扬声器的角度。

虚拟声源矢量估计单元230根据各自声道的功率矢量(P{L_p}、P{C_p}、P{R_p}、P{SL_p}、P{SR_p})而计算存在于每个声道之间的虚拟声源矢量(vs1、vs2、vs3、vs4、vs5)。

全局功率矢量提取单元240通过由虚拟声源矢量估计单元230计算出的虚拟声源矢量(vs1、vs2、vs3、vs4、vs5)的线性组合，来提取全局功率矢量(Gv)，并从全部声音图像之中识别最主要的声音图像的位置和幅度。全局功率矢量(Gv)可以是虚拟声源矢量(vs1、vs2、vs3、vs4、vs5)的和。

声道选择单元250相对于与由全局矢量提取单元240提取的全局功率矢量(Gv)相对应的主声音图像的位置，而正规化每个声道的扬声器位置。也就是说，为了改善信号的增益，声道选择单元250选择要输出的声道。

声道功率分配单元260通过将由无源解码器单元210解码的每个声道信号(L_p、C_p、R_p、SL_p、SR_p)的幅度与包括所有解码的声道信号的组合的声道信号的幅度(L_p²+R_p²+C_p²+SL_p²+SR_p²)相比较，来调节每个声道的信号增益，并且，将调节过的信号增益重新分配到由声道选择单元250正规化的每个声道的位置。从而，声道功率分配单元260输出信号(L_e、C_e、R_e、SL_e、SR_e)，其中，为每个声道重新分配增益。无源矩阵解码器单元210可以是无源解码单元，而声道功率矢量提取单元220、虚拟声源功率矢量估计单元230、全局功率矢量提取单元240、声道选择单元250和声道功率分配单元260可总体为有源解码单元。

图3A是图2的扬声器分量提取单元200的具体框图。

信号生成部分310生成数字宽带信号，并使用该数字宽带信号生成测试信号。例如，该测试信号可以是白噪声信号、或脉冲噪声信号。

扬声器320将由信号生成部分310生成的信号再现为声音，其中扬声器320可以代表上面提到的多个多声道扬声器中的一个。

一对麦克风330a和330b将由扬声器320再现的声音转换为电信号。

信号分析部分340分析由一对麦克风330a和330b接收的信号的特征。

控制部分350从由信号分析部分340分析的信号电平提取增益值，提取从由信号生成部分310生成任意信号的时间点到由这对麦克风330a和330b接收所述信号的时间点的延迟值，并且，通过检测由这对麦克风接收的信号所经历的路径的差异，来提取扬声器320的角度。

图3B图解了根据本一般发明概念的实施例的关于每个声道扬声器和虚拟声源的位置的每个声道的能量的重新分配(例如，通过调节增益)。

图3B图解了在每个声道信号的增益值和延迟值已被信号校正单元214校正之后的扬声器的虚拟位置。换句话说，再现扬声器L、C、R、SL、以及SR(散列矩形(hashed rectangle))的布局可以根据听者的位置而变化。从而，信号校正单元214通过校正声道信号，将由于听者位置的变化而失真的声音图像恢复为原始的、预期的声音图像。参考图3B，由于增益值和延迟值的校正，扬声器的虚拟位置L′、C′、R′、SL′、SR′更接近、且围绕着听者的位置。

另外，左、中央、右、左环绕和右环绕声道扬声器(L、C、R、SL、SR)的角度被分别被表示为AngL、AngC、AngR、AngSL和AngSR。同样，虚拟声源矢量(vs1、vs2、vs3、vs4、vs5)也存在于每个声道扬声器之间。全局功率矢量(Gv)指示所有声音图像(即，全部声音图像)之中的最主要的声音图像的位置。换句话说，全局功率矢量(Gv)可以是所有虚拟声源矢量(vs1、vs2、vs3、vs4、vs5)的和。因此，给基于全局功率矢量(Gv)正规化的每个声道扬声器的位置重新分配通过增益调节功能而调节的信号电平。

图4图解了根据本一般发明概念的实施例的图2的无源矩阵解码器单元210。矩阵编码的立体声信号(Lt、Rt)经过使用乘法器412、414、422、424、432和430、以及加法器410、420和432的线性组合，被解码为包括左、中央、右、左环绕和右环绕声道音频信号的5声道音频信号(L_p、C_p、R_p、SL_p、SR_p)。例如，L_p＝Lt，R_p＝Rt，C_p＝0.7*(Lt+Rt)，SL_p＝-0.866Lt+0.5Rt，SR_p＝-0.5Lt+0.866Rt。

图5图解了根据本一般发明概念的实施例的图2的声道功率矢量提取单元220。

参照图5，第一至第五平方单元512、514、516、518和519分别对由无源矩阵解码器单元210解码的左、中央、右、左环绕和右环绕声道信号(L_p、C_p、R_p、SL_p、SR_p)进行平方，并计算各自的功率值。

第一乘法器532通过将由第一平方单元512计算出的左声道信号L_p的功率值乘以提取的左声道扬声器的角度AngL(例如，120度)，来提取左声道的功率矢量(P{L_p})。

第二乘法器534通过将由第二平方单元514计算出的右声道信号R_p的功率值乘以提取的右声道扬声器的角度AngR(例如，60度)，来提取右声道的功率矢量(P{R_p})。

第三乘法器536通过将由第三平方单元516计算出的中央声道信号C_p的功率值乘以提取的中央声道扬声器的角度AngC(例如，90度)，来提取中央声道的功率矢量(P{C_p})。

第四乘法器538通过将由第四平方单元518计算出的左环绕声道信号SL_p的功率值乘以提取的左环绕声道扬声器的角度AngSL(例如，200度)，来提取左环绕声道的功率矢量(P{SL_p})。

第五乘法器539通过将由第五平方单元519计算出的右环绕声道信号SR_p的功率值乘以提取的右环绕声道扬声器的角度AngSR(例如，340度)，来提取右环绕声道的功率矢量(P{SR_p})。声道功率矢量提取单元220确定对应于布置对应声道扬声器的方向或位置的解码的声道信号的能量分量。例如，声道功率矢量提取单元220将对应于17π/9(自中心340度)的方向或位置的右环绕声道SR_p的能量分量确定为右环绕声道的功率矢量(P{SR_p})。

图6图解了根据本一般发明概念的实施例的图2的虚拟声源功率矢量估计单元230。

第一加法器610通过将左声道的功率矢量(P{L_p})与中央声道的功率矢量(P{C_p})相加，来提取第一虚拟声源矢量值(vs1)。

第二加法器620通过将中央声道的功率矢量(P{C_p})与右声道的功率矢量(P{R_p})相加，来提取第二虚拟声源矢量值(vs2)。

第三加法器630通过将右声道的功率矢量(P{R_p})与右环绕声道的功率矢量(P{SR_p})相加，来提取第三虚拟声源矢量值(vs3)。

第四加法器640通过将右环绕声道的功率矢量(P{SR_p})与左环绕声道的功率矢量(P{SL_p})相加，来提取第四虚拟声源矢量值(vs4)。

第五加法器650通过将左环绕声道的功率矢量(P{SL_p})与左声道的功率矢量(P{L_p})相加，来提取第五虚拟声源矢量值(vs5)。

图7图解了根据本一般发明概念的实施例的图2的全局功率矢量提取单元240。

通过加法器710、720和730而对第一至第五虚拟声源矢量值(vs1、vs2、vs3、vs4、vs5)进行线性组合，以生成全局矢量(Gv)。这个全局矢量(Gv)指示所有声音图像之中最主要的声音图像的位置和幅度。

图8图解了根据本一般发明概念的实施例的图2的声道选择单元250。

第一减法器826通过从左声道扬声器的角度AngL中减去全局矢量(Gv)的位置值，来得到正规化的左声道的扬声器位置(θ_ch1)。

第二减法器824通过从右声道扬声器的角度AngR中减去全局矢量(Gv)的位置值，来得到正规化的右声道的扬声器位置(θ_ch2)。

第三减法器822通过从中央声道扬声器的角度AngC中减去全局矢量(Gv)的位置值，来得到正规化的中央声道的扬声器位置(θ_ch3)。

第四减法器818通过从左环绕声道扬声器的角度AngSL中减去全局矢量(Gv)的位置值，来得到正规化的左环绕声道的扬声器位置(θ_ch4)。

第五减法器816通过从右环绕声道扬声器的角度AngSR中减去全局矢量(Gv)的位置值，来得到正规化的右环绕声道的扬声器位置(θ_ch5)。

图9图解了根据本一般发明概念的实施例的图2的声道功率分配单元260。

第一至第五乘法器922、924、926、928和929通过将配置函数(dispositionfunction)f(x)912、914、916、918和919分别乘以增益调节函数g(x)922′、924′、926′、928′和929′，来输出重新分配的声道信号(L_e、R_e、C_e、SL_e、SR_e)，其中，该配置函数f(x)以正规化的声道的位置值(θ_ch1、θ_ch2、θ_ch3、θ_ch4、θ_ch5)作为参数，该增益调节函数g(x)以解码的声道信号的幅度值(L_p、R_p、C_p、SL_p、SR_p)作为参数。

增益调节函数g(x)将组合的解码的声道信号(即，组合的所有解码信号)的幅度与每个单独声道信号的幅度相比较，并根据每个声道信号的幅度与组合的解码声道信号的幅度的比率，来调节每个单独声道信号的幅度。例如，如果右声道信号(R_p)的幅度等于或者大于组合的声道信号(L_p²+R_p²+C_p²+SL_p²+SR_p²)幅度的20％，则右声道信号的幅度(R_p)与对数函数成比例地增大。

图10是图解根据本一般发明概念的实施例的音频矩阵解码的方法的流程图。

在操作1008，从通过多声道扬声器再现的任意信号提取每个扬声器信号的增益值和延迟值、以及每个扬声器的角度。

在操作1010，使用无源矩阵解码算法，将矩阵编码的立体声信号解码为多声道信号。

在操作1014，通过将提取的增益值和延迟值应用于每个解码声道信号，来生成校正的声道信号。

在操作1020，通过将每个校正的声道信号的幅度乘以提取的每个多声道扬声器的角度，来计算每个解码的声道信号的功率矢量。

在操作1030，通过将每个解码的声道与邻近的解码的声道信号的功率矢量线性组合，来提取存在于每个声道之间的虚拟声源的矢量。

在操作1050，通过线性组合提取的虚拟声源的矢量，来计算指示主声音图像的位置的全局矢量，并相对于主声音图像的位置而正规化每个声道扬声器的位置。

比较组合的解码的声道信号的幅度与每个声道信号的幅度，以便根据每个声道信号的幅度与组合的声道信号的幅度的比率，来调节每个声道信号的幅度。从而，在操作1060，每个声道中调节过的信号幅度(能量)被重新分配给每个声道扬声器的位置。

本一般发明概念不限于上述实施例，并且，本领域技术人员可以在本一般发明概念的范围内对实施例作出一些改动。在另一实施例中，5个声道的声源可以被扩展为7个声道的声源。换句话说，7声道矩阵解码器可以包括声道扩展单元(未示出)和声道功率增大单元(未示出)。声道扩展单元可使用矢量投影方法，从5声道声源生成用于左后声道和右后声道的声源，并且，考虑到新的左后声道和右后声道，可以重新调节左环绕声道信号和右环绕声道信号的功率电平。

例如，声道扩展单元可使用矢量投影方法，相对于5个声道之中的左和右环绕声道SL和SR而分别获得位于40度和100度位置处的左后和右后声道的功率电平。

另外，声道功率增大单元可以根据所有声源的位置来选择给每个声道增加的功率电平，并且，可以使用非线性函数，为对应于所有声源位置的每个声道重新分配功率。换句话说，声道功率增大单元可以根据所有7个声道的声源的位置，来选择要为每个声道增加的功率电平。声道功率增大单元可以使用某个函数，根据每个声道的位置来确定要被增加的功率电平，使用非线性函数g(x)为每个声道重新计算功率，并为所有声道重新分配功率。

本一般发明概念也可以通过计算机可读记录介质上的计算机可读代码来实现。计算机可读记录介质是可以存储随后可由计算机系统读取的数据的任意数据存储装置。计算机可读记录介质的例子包括只读存储器(ROM)、随机存取存储器(RAM)、CD-ROM、磁带、软盘、光学数据存储装置和载波(如通过互联网的数据传输)。计算机可读记录介质可被分布在连接计算机系统的网络中，这样计算机可读代码可以被分布式地存储和执行。

根据以上描述的本一般发明概念的实施例，基于对应于每个扬声器和听者的位置的虚拟声源的位置，可以对每个声道信号的电平进行最优地调节。因此，可以在心理声学上解决传统矩阵解码器的限制，即由于声道之间的不可避免发生的高度相关而造成的低分离度。另外，由于听者位置的改变而失真的声音图像可以通过信号校正而被恢复为最初预期的声音图像。

尽管只是举例说明和描述了本一般发明概念的几个实施例，但是对于本领域技术人员来说，可以在不脱离本一般发明概念的原则和精神的情况下对这些实施例进行改动，本一般发明概念的保护范围由所附的权利要求及其等价物来确定。

Claims (49)

1.一种音频矩阵解码方法，包括：

从由多个多声道扬声器再现的任意信号提取所述多个多声道扬声器中的每个的扬声器信号的特征、以及角度；

将立体声信号解码为多个多声道信号，并基于提取的多个扬声器信号中的每个的特征而校正解码的多声道信号；

通过将每个解码的多声道信号的幅度乘以每个多声道扬声器的角度，来提取每个解码的多声道信号的功率矢量，并基于每个解码的多声道信号的功率矢量而提取存在于多个声道之间的虚拟声源矢量；

通过线性组合提取的虚拟声源矢量来提取主声音图像的矢量值，并相对于主声音图像的矢量值而正规化每个多声道扬声器的位置，以得到正规化的位置值；以及

通过比较组合的解码的多声道信号的幅度和每个解码的多声道信号的幅度，来向每个多声道扬声器的位置分配增益值。

2.如权利要求1所述的音频矩阵解码方法，其中，提取多个扬声器信号中的每个的特征包括：

从由多声道扬声器再现的任意信号的电平提取增益值；以及

提取从由多声道扬声器输出任意信号的时间点到所述任意信号被输入到多个麦克风的时间点的信号延迟值。

3.如权利要求1所述的音频矩阵解码方法，其中，通过检测经由每个多声道扬声器被一对麦克风接收的任意信号所经历的路径的差异，来执行每个多声道扬声器的角度的提取。

4.如权利要求1所述的音频矩阵解码方法，其中，通过将从多个扬声器信号中的每个提取的增益值和信号延迟值应用于解码的多声道信号，来执行解码的多声道信号的校正。

5.如权利要求1所述的音频矩阵解码方法，其中，通过将由用户预先确定的增益值和信号延迟值应用于每个解码的多声道信号，来执行解码的多声道信号的校正。

6.如权利要求1所述的方法，其中，功率矢量的提取包括：

通过对每个解码的多声道信号进行平方，来计算功率值；以及

通过将对应的多声道扬声器的角度乘以计算出的功率值，来计算多个多声道信号中的每个的功率矢量。

7.如权利要求1所述的方法，其中，虚拟声源矢量的提取包括：

将预定的声道的功率矢量值加到与该预定的声道相邻的声道的功率矢量值上去。

8.如权利要求1所述的方法，其中，正规化的位置值的计算包括：

通过线性组合提取的虚拟声源矢量来计算主声音图像的矢量；以及

通过从对应的声道扬声器的角度减去主声音图像的位置，来计算每个声道扬声器的正规化的位置值。

9.如权利要求1所述的方法，其中，增益值的分配包括：

比较包括所有解码的多声道信号的组合的解码的多声道信号的幅度与每个单独的多声道信号的幅度，并根据每个单独的多声道信号的幅度与组合的解码的多声道信号的幅度的比率来调节每个多声道信号的幅度；以及

将调节的多声道信号的幅度乘以正规化的位置值。

10.一种音频矩阵解码装置，包括：

扬声器分量提取单元，用于从由多个多声道扬声器再现的任意信号提取所述多个多声道扬声器中的每个的扬声器信号的特征、以及角度；

无源矩阵解码器单元，用于将立体声信号解码为多声道信号；

信号校正单元，用于基于由扬声器分量提取单元提取的多个扬声器信号中的每个的特征，来校正由无源矩阵解码器单元解码的多声道信号；

虚拟声源功率矢量估计单元，用于通过组合多声道信号的功率矢量来提取存在于多个声道之间的虚拟声源矢量，其中，通过将由信号校正单元校正的每个多声道信号的幅度乘以对应的多声道扬声器的角度，来得到多声道信号的功率矢量；

全局矢量提取单元，用于通过线性组合由虚拟声源功率矢量估计单元估计的虚拟声源矢量，来提取指示主声音图像的位置和幅度的全局矢量；

声道选择单元，相对于全局矢量提取单元估计的主声音图像的位置而正规化每个多声道扬声器的位置；以及

声道功率分配单元，用于根据每个单独的多声道信号的幅度与包括所有解码的多声道信号的组合的解码的多声道信号的幅度的比率，来向每个多声道扬声器的位置分配增益值。

11.如权利要求10所述的音频矩阵解码装置，其中，扬声器分量提取单元包括：

信号生成部分，用于生成任意信号；

扬声器部分，用于将由信号生成部分生成的任意信号再现为声音；

一对麦克风部分，用于将由扬声器部分再现的声音转换为电信号；以及

控制部分，用于从由麦克风部分输入的电信号的电平提取增益值，提取从在信号生成部分中生成任意信号的时间点到从麦克风部分输出电信号的时间点的信号延迟值，并通过检测经由扬声器部分而被麦克风部分接收的任意信号所经历的路径的差异来提取扬声器部分的角度。

12.如权利要求10所述的音频矩阵解码装置，其中，虚拟声源功率矢量估计单元包括：

平方单元，用于通过对每个解码的多声道信号进行平方，来计算多个功率值；

乘法单元，用于通过将由平方单元计算出的每个多声道信号的幅度乘以对应的多声道扬声器的角度，来提取每个声道的功率矢量；以及

加法器，用于将由乘法单元提取的所选声道信号的矢量加到与该所选声道相邻的声道的矢量上去。

13.如权利要求10所述的音频矩阵解码装置，其中，声道选择单元包括：

减法器，用于从所选的多声道扬声器的角度减去由全局矢量提取单元提取的主声音图像的位置。

14.如权利要求10所述的音频矩阵解码装置，其中，声道功率分配单元包括：

乘法器，用于通过将配置函数乘以增益调节函数，来重新分配每个声道的信号，其中，该配置函数以正规化的位置值作为参数，该增益调节函数以解码的多声道信号的幅度值作为参数。

15.如权利要求14所述的音频矩阵解码装置，其中，如果解码的所选多声道信号的幅度与组合的解码的多声道信号的幅度的比率等于或大于预定值，则增益调节函数增大所选多声道信号的幅度，并且，如果该比率小于该预定值，则减小所选多声道信号的幅度。

16.如权利要求10所述的音频矩阵解码装置，还包括：

声道扩展单元，用于使用矢量投影方法产生用于左后声道和右后声道的声源，并考虑到左后声道信号和右后声道信号，重新调节左环绕声道信号和右环绕声道信号的功率电平；以及

声道功率增大单元，用于重新计算每个多声道信号的功率，并向每个多声道信号重新分配重新计算出的功率。

17.一种音频矩阵解码方法，包括：

从由多个多声道扬声器再现的任意信号提取所述多个多声道扬声器中的每个的扬声器信号的特征、以及角度；

将立体声信号解码为多个多声道信号；

基于提取的多个扬声器信号中的每个的特征，来校正解码的多声道信号；以及

通过比较解码的多声道信号的幅度与组合的解码的多声道信号的幅度，来调节每个解码的多声道信号的增益值。

18.如权利要求17所述的方法，其中，组合的解码的多声道信号的幅度包括所有解码的多声道信号的幅度。

19.如权利要求18所述的方法，还包括：

通过将每个解码的多声道信号的幅度乘以每个多声道扬声器的角度，来提取解码的多声道信号的功率矢量，并基于每个解码的多声道信号的功率矢量而提取存在于多个声道之间的虚拟声源矢量；以及

通过线性组合提取的虚拟声源矢量来提取主声音图像的矢量值，并相对于主声音图像的矢量值而正规化每个多声道扬声器的位置。

20.如权利要求19所述的方法，其中，增益值的调节包括：

比较组合的解码的多声道信号的幅度与每个单独的多声道信号的幅度，并根据每个单独的多声道信号的幅度与组合的解码的多声道信号的幅度的比率，来调节每个多声道信号的幅度；以及

将调节过的多声道信号的幅度乘以正规化的位置值。

21.如权利要求17所述的方法，还包括：

使用矢量投影方法生成用于左后声道和右后声道的声源；

考虑到左后声道信号和右后声道信号，重新调节左环绕声道和右环绕声道的功率电平；

重新计算每个多声道信号的功率；以及

向每个多声道信号重新分配重新计算出的功率。

22.一种音频矩阵解码装置，包括：

扬声器分量提取单元，用于从由多个多声道扬声器再现的任意信号提取所述多个多声道扬声器中的每个的扬声器信号的特征、以及角度；

无源矩阵解码器单元，用于将立体声信号解码为多个多声道信号；

信号校正单元，用于基于由扬声器分量提取单元提取的多个扬声器信号中的每个的特征，来校正由无源矩阵解码器单元解码的多声道信号；以及

声道功率分配单元，通过比较解码的多声道信号的幅度与组合的解码的多声道信号的幅度，来调节每个解码的多声道信号的增益值。

23.一种音频矩阵解码方法，包括：

从由多个多声道扬声器再现的任意信号提取所述多个多声道扬声器中的每个的角度；以及

将由于多声道扬声器的角度的变化而失真的声音图像恢复为预期的声音图像。

24.一种音频矩阵解码装置，包括：

扬声器分量提取单元，用于从由多个多声道扬声器再现的任意信号提取所述多个多声道扬声器中的每个的角度；以及

信号校正单元，用于将由于多声道扬声器的角度变化而失真的声音图像恢复为预期的声音图像。

25.一种从立体声声道音频信号生成多声道音频信号的音频矩阵解码方法，该方法包括：

将立体声声道音频信号解码为多声道信号；

通过将每个解码的声道信号的幅度乘以多个声道扬声器的角度，来提取每个声道信号的功率矢量；

通过线性组合各个解码的声道的功率矢量值，而提取存在于每个声道之间的虚拟声源矢量；

通过线性组合提取的虚拟声源矢量来提取主声音图像的矢量值，并相对于主声音图像的矢量值而正规化每个声道扬声器的位置；以及

通过比较全部解码的声道信号的幅度和每个声道信号的幅度，来向每个声道扬声器的位置分配增益值。

26.如权利要求25所述的方法，其中，功率矢量的提取包括：

通过对每个解码的声道信号进行平方，来计算功率值；以及

通过将极坐标形式的每个声道扬声器的位置矢量乘以计算出的功率值，来计算每个声道信号的功率矢量。

27.如权利要求25所述的方法，其中，虚拟声源矢量的提取包括：

将预定的声道的功率矢量值加到与该预定的声道相邻的声道的功率矢量值上去。

28.如权利要求25所述的方法，其中，正规化的位置值的计算包括：

通过线性组合提取的虚拟声源矢量来计算主声音图像的矢量；以及

通过从声道扬声器的位置减去主声音图像的位置，来计算每个声道扬声器的正规化的位置值。

29.如权利要求25所述的方法，其中，增益值的分配包括：

比较包括所有解码的声道信号的全部解码的声道信号的幅度与每个单独的声道信号的幅度，并根据每个单独的声道信号的幅度与全部解码的声道信号的幅度的比率，来调节每个声道信号的幅度；以及

将在每个声道中调节的信号的幅度乘以每个正规化的声道的位置值。

30.一种音频矩阵解码方法，包括：

将两个声道信号无源地解码为多声道信号；以及

基于解码的多声道信号的对应的功率矢量、与多声道信号相对应的声道扬声器的位置、以及从功率矢量导出的虚拟声源矢量的特性，而调节多声道信号的特性。

31.如权利要求30所述的音频矩阵解码方法，其中，多声道信号的特性的调节包括：通过确定与排列对应的声道扬声器的角方向相对应的每个多声道信号的能量分量，而确定解码的多声道信号的功率矢量。

32.如权利要求30所述的音频矩阵解码方法，其中，多声道信号的特性的调节包括：通过组合相邻的多声道信号对的功率矢量，而确定虚拟声源矢量。

33.如权利要求30所述的音频矩阵解码方法，其中，多声道信号的特性的调节包括：通过组合每个虚拟声源矢量而确定全局功率矢量，并且，基于全局功率矢量和每个声道扬声器的位置的比较而正规化每个声道扬声器的位置。

34.如权利要求33所述的音频矩阵解码方法，其中，多声道信号的特性的调节包括：通过从声道扬声器的位置中的每个减去全局功率矢量的角位置，而确定正规化的声道扬声器的位置。

35.如权利要求33所述的音频矩阵解码方法，其中，多声道信号的特性的调节还包括：

比较每个单独的多声道信号的幅度与多声道信号的组合的幅度，以确定对应的增益调节量；以及

通过对应的增益调节量来调节多声道信号的增益，并基于对应的声道扬声器的正规化的位置而重新定位增益调节后的多声道信号。

36.一种音频矩阵解码装置，包括：

无源解码单元，用来将两个声道信号无源地解码为多声道信号；以及

有源解码单元，用来基于解码的多声道信号的对应的功率矢量、与多声道信号相对应的声道扬声器的位置、以及从功率矢量导出的虚拟声源矢量的特性，而调节多声道信号的特性。

37.如权利要求36所述的音频矩阵解码装置，其中，有源解码单元通过确定与排列对应的声道扬声器的角方向相对应的每个多声道信号的能量分量，而确定解码的多声道信号的功率矢量。

38.如权利要求36所述的音频矩阵解码装置，其中，有源解码单元通过组合相邻的多声道信号对的功率矢量，而确定虚拟声源矢量。

39.如权利要求36所述的音频矩阵解码装置，其中，有源解码单元通过组合每个虚拟声源矢量而确定全局功率矢量，并且，基于全局功率矢量和每个声道扬声器的位置的比较而正规化每个声道扬声器的位置。

40.如权利要求39所述的音频矩阵解码装置，其中，有源解码单元通过从声道扬声器的位置中的每个减去全局功率矢量的角位置，而确定正规化的声道扬声器的位置。

41.如权利要求39所述的音频矩阵解码装置，其中，有源解码单元比较每个单独的多声道信号的幅度与多声道信号的组合的幅度，以确定对应的增益调节量，通过对应的增益调节量来调节多声道信号的增益，并基于对应的声道扬声器的正规化的位置而重新定位增益调节后的多声道信号。

42.如权利要求36所述的音频矩阵解码装置，其中，有源解码单元通过将每个解码的声道信号的幅度乘以声道扬声器的位置，来提取每个声道信号的功率矢量，通过线性组合各个解码的声道的功率矢量值，而提取存在于每个声道之间的虚拟声源矢量，通过线性组合提取的虚拟声源矢量来提取主声音图像的矢量值，并相对于主声音图像的矢量值而正规化每个声道扬声器的位置，并且，通过比较全部解码的声道信号的幅度和每个声道信号的幅度，来向每个声道扬声器的位置分配增益值。

43.一种用来从立体声声道音频信号生成多声道音频信号的音频矩阵解码装置，该装置包括：

无源解码器单元，用来通过声道的线性组合，而将立体声声道音频信号解码为多声道信号；

有源解码器单元，用来通过将被无源解码单元解码的每个声道信号的幅度乘以多个声道扬声器的角度，来提取每个声道信号的功率矢量，从各个声道的功率矢量值提取存在于每个声道之间的虚拟声源矢量，通过线性组合的虚拟声源矢量来提取指示主声音图像的位置和幅度的全局矢量，相对于主声音图像的位置而正规化每个声道扬声器的位置，并且，根据每个单独的声道信号的幅度与包括所有解码的声道信号的全部解码的声道信号的幅度的比率，来向每个声道扬声器的位置分配增益值。

44.一种用来从立体声声道音频信号生成多声道音频信号的音频矩阵解码装置，该装置包括：

无源矩阵解码器单元，用来通过声道的线性组合，而将立体声声道音频信号解码为多声道信号；

声道功率矢量提取单元，用来通过将被无源矩阵解码器单元解码的每个声道信号的幅度乘以多个声道扬声器的角度，来提取每个声道信号的功率矢量；

虚拟声源功率矢量估计单元，用来从自声道功率矢量提取单元提取的各个声道的功率矢量值提取存在于每个声道之间的虚拟声源矢量；

全局矢量提取单元，用来通过线性组合由虚拟声源功率矢量估计单元估计的虚拟声源矢量，来提取指示主声音图像的位置和幅度的全局矢量；

声道选择单元，用来相对于由全局矢量提取单元估计的主声音图像的位置而正规化每个声道扬声器的位置；以及

声道功率分配单元，用来根据每个单独的声道信号的幅度与包括所有解码的声道信号的全部解码的声道信号的幅度的比率，来向每个声道扬声器的位置分配增益值。

45.如权利要求44所述的装置，其中，声道功率矢量提取单元包括：

平方单元，用来通过对每个解码的多声道信号进行平方，来计算每个功率值；以及

乘法单元，用来通过将由平方单元计算的每个声道信号的幅度乘以极坐标形式的对应扬声器的位置值，来计算每个声道信号的功率矢量。

46.如权利要求45所述的装置，其中，虚拟声源功率矢量估计单元包括加法器，用来将所选的声道信号的矢量值加到与预定的声道相邻的声道的矢量。

47.如权利要求45所述的装置，其中，声道选择单元包括减法器，用来从所选声道扬声器的位置值减去由全局矢量提取单元提取的主声音图像的位置。

48.如权利要求45所述的装置，其中，声道功率分配单元包括乘法器，用来通过将以正规化的声道的位置值作为参数的配置函数乘以以解码的声道信号的幅度值作为参数的增益调节函数，而输出每个声道的重新分配的信号。

49.如权利要求48所述的装置，其中，如果解码的所选声道信号的幅度与全部解码的声道信号的幅度的比率等于或大于预定级别，则增益调节函数增大所选声道信号的幅度，而如果该比率小于预定级别，则减小所选声道信号的幅度。

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