CN101129086A - 用于控制波场合成呈现装置的设备和方法 - Google Patents

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Abstract

为了控制在波场合成系统中设置的波场合成呈现装置，使用(1)场景描述，其中，对于源，不指示绝对位置或者绝对时刻，而指示音频对象可以改变的时间间隔或位置间隔。此外，提供了监视器(2)，用于监视波场合成系统的利用率情况。最后，音频对象处理装置(3)在时间间隔和/或位置间隔内改变波场合成呈现装置所考虑的音频对象的起点、或者音频对象的实际位置，以避免传输线或呈现装置中的能力瓶颈。

Description

用于控制波场合成呈现装置的设备和方法
技术领域
本发明涉及波场合成领域，更具体地，涉及利用要处理的数据对波场合成呈现装置的控制。
本发明涉及波场合成概念，具体涉及结合多呈现器系统的有效波场合成概念。
背景技术
对于在娱乐电子设备领域中的新技术和创新产品有着日益增长的需求。对于新多媒体系统的成功来说，提供最佳功能或容量是非常重要的先决条件。这通过使用数字技术、特别是使用计算机技术来实现。其示例是提供了增强的接近现实的视听印象的应用。在先前的音频系统中，实质性缺点在于自然以及虚拟环境的三维声音再现的质量。
许多年来，已知音频信号的多信道扬声器再现的方法并对该方法进行了标准化。所有常用技术具有以下缺点：扬声器的地点和收听者的位置已经在传输格式中有所体现。扬声器相对于收听者的错误设置使音频质量显著下降。仅在再现空间的小区域内(所谓有效点(sweetspot))可能有最佳声音。
在新技术的帮助下，可以实现较好的自然空间感以及音频再现的更大范围或包层。TU Delft处已经研究了所谓波场合成(WFS)的技术原理，并首次在80年代后期提出(Berkout，A.J.；de Vries，D.；Vogel，P.：Acoustic control by Wave field Synthesis.JASA93，1993)。
由于该方法对于计算机功率和传输速率的极大需求，波场合成直到现在在实际中也很少采用。目前，只有微处理器技术领域中的进步和音频编码允许在具体应用中采用该技术。期望明年出现在专业领域中的第一个成果。设想在一些年后，消费领域内的第一波场合成应用开始投放市场。
WFS的基本思想基于波动说的惠更斯原理的应用：
波所捕获的每一点是以球或圆方式传播的元波的起点。
应用于声学，通过彼此相邻设置的大量扬声器(所谓扬声器阵列)，来复制每个到来的波阵面(wave front)的任意形状。在最简单的情况下，即要再现单个点源并且扬声器按照线性设置，则每个扬声器的音频信号必须以时间延迟的方式馈入，并进行振幅缩放，从而各个扬声器的辐射声场适当地重叠。利用多个声源，对于每个源，单独地计算对于每个扬声器的贡献，并将所产生的信号相加。如果要再现的源在具有反射壁的室内，则也必须作为附加源，经由扬声器阵列来再现反射。因此，在计算中的消耗很大程度上取决于声源的个数、录音室的反射属性和扬声器的个数。
具体地，该技术的优点在于，可以在大区域的再现空间上有自然的三维声音印象。与已知技术相反，以非常精确的方式再现声源的方向和距离。在有限程度上，甚至可以在真实的扬声器阵列与收听者之间定位虚拟声源。
尽管波场合成很好地用于具有已知属性的环境，但是如果属性改变或基于不匹配环境实际属性的环境属性而执行波场合成，则会出现紊乱。
周围环境的属性还可以由周围环境的脉冲响应来进行描述。
这将基于后续的示例更加详细地提出。假设扬声器朝墙壁发出声音信号，但不希望有反射。使用波场合成的空间补偿将包括以下事实：首先，确定该墙壁的反射，以确定在已从墙壁反射回来的声音信号何时再次到达扬声器、以及该反射的声音信号具有多大振幅。如果不期望来自该墙壁的反射，则可以利用波场合成，通过施加具有相应振幅、并具有与扬声器上的反射信号相反相位的信号来消除来自该墙壁的反射，从而传播补偿波抵消反射波，使得在所考虑的周围环境中消除了来自该墙壁的反射。这可以通过以下实现：首先计算周围环境的脉冲响应，然后基于该周围环境的脉冲响应来确定墙壁的属性和位置，其中，将墙壁当作镜面源，即反射入射声音的声源。
如果首先测量该周围环境的脉冲响应，然后计算必须以在音频信号上叠加的方式施加于扬声器上的补偿信号，则将会发生来自该墙壁反射的抵消，从而在该周围环境中的收听者具有该墙壁根本不存在的声音印象。
然而，对于反射波的最佳补偿，关键是精确地确定房间的脉冲响应，从而不会出现过补偿或欠补偿。
因此，波场合成允许在大的再现区域上恰当地映射虚拟声源。同时，在非常复杂的声音场景的创建过程中，向音响大师(sound master)和录音师提供了新技术和创造潜力。80年代末在TU Delft开发的波场合成(WFS，或者也称为声场合成)表示声音再现的全息方式。Kirchhoff-Helmholtz积分用作该方式的基础。它阐述了可以通过封闭体积表面上的单极和双极声源(扬声器阵列)的分布来产生该体积内的任意声场。
在波场合成中，根据在虚拟位置处发出虚拟源的音频信号来计算扬声器阵列的每个扬声器的合成信号，其中，关于振幅和相位来形成合成信号，从而从出现在扬声器阵列中的扬声器所输出的各个声波的叠加而产生的波与在虚拟位置处的虚拟源是具有真实位置的真实源的情况下由虚拟位置处的虚拟源所产生的波相对应。
典型地，多个虚拟源出现在各个虚拟位置上。针对每个虚拟位置的每个虚拟源来执行合成信号的计算，从而典型地，一个虚拟源产生了多个扬声器的合成信号。因而，从扬声器角度来看，该扬声器接收返回各个虚拟源的多个合成信号。然后，由于线性叠加原理而导致的这些源的可能叠加产生了实际从扬声器发出的再现信号。
扬声器阵列越大，即提供了越多的各个扬声器，越可以更好地利用波场合成。然而，为此，由于典型地还必须考虑信道信息，所以波场合成单元所必需的计算能力必须增加。详细地，在原理上，这表示出现从每个虚拟源至每个扬声器的自身的传输信道，以及原理上，可以是以下情况：每个虚拟源产生了每个扬声器的合成信号，和/或每个扬声器获得了等于虚拟源个数的多个合成信号。
如果特别地，在影院应用中的波场合成可能要用在虚拟源也可移动的情况下，则可以看出，由于合成信号的计算、信道信息的计算以及通过信道信息和合成信号的组合的再现信号的生成，而导致要运用相当强的计算能力。
此外，应注意，此时，音频再现的质量随着可用扬声器的个数而增加。这表示音频再现质量变得越好并且越逼真，则在扬声器阵列中存在的扬声器越多。
在上述场景中，例如，可以将各个扬声器的完全呈现并进行了模数转换的再现信号从波场合成中心单元经由双线线路传输至各个扬声器。这确实具有以下优点：几乎确保了所有扬声器同步工作，从而在这里不再需要其它措施用于同步目的。另一方面，总是可以仅针对特定再现室或针对利用固定个数的扬声器的再现，对波场合成中央单元进行再现。这表示，由于必须至少部分并行且实时地进行音频再现信号的计算(尤其对于许多扬声器和/或许多虚拟源的情况)，所以对于每个再现室，必须构造它自己的波场合成中央单元，而这必须执行相当大的计算能力。
德国专利DE 10254404 B4公开了如图7所示的系统。一个部分是中心波场合成模块10。另一部分包括各个扬声器模块12a、12b、12c、12d、12e，它们与实际的物理扬声器14a、14b、14c、14d、14e(例如，如图1所示)连接。应注意，多个扬声器14a-14e位于大于50的范围中，以及典型地，在典型应用中甚至在远大于100的范围中。如果将特有的扬声器与每个扬声器相关联，则也需要相应个数的扬声器模块。然而，依据该应用，优选对来自扬声器模块的邻接扬声器小组进行选址。在这个连接中，任意地，例如与四个扬声器连接的扬声器模块以相同的再现信号馈入四个扬声器，或者针对四个扬声器计算相应不同的合成信号，从而这种扬声器模块实际包括多个单独的扬声器模块，然而这些扬声器模块物理上概括于一个单元中。
在波场合成模块10和每个单独的扬声器12a-12e之间，存在特有的传输路径16a-16e，每个传输路径与中心波场合成模块和自己的扬声器模块连接。
将提供了高数据速率的串行传输格式(如，所谓Firewire传输格式或USB数据格式)优选作为用于将数据从波场合成模块传输至扬声器模块的数据传输模式。大于每秒100兆比特的数据传输速率是有利的。
因此，根据在波场合成模块中选择的数据格式，来相应地对从波场合成模块10传输至扬声器模块的数据流进行格式化，并提供在常用的串行数据格式中提供的同步信息。由各个扬声器模块从该同步信息中提取该同步信息，并将该同步信息用于使各个扬声器模块相对于它们的再现同步，即最终用于获得模拟扬声器信号和为此而提供的采样(再采样)的模数转换。中心波场合成模块用作主模块，而所有扬声器模块用作客户端，其中，单独的数据流全部都获得经由各个传输路径16a-16e来自中心模块10的相同的同步信息。这确保了所有扬声器模块同步工作，即与主模块10同步，这对于音频再现系统不会遭受音频质量的损失来说非常重要，从而不会在相应的音频呈现之后以与各个扬声器在时间上有偏移的方式来辐射通过波场合成模块所计算的合成信号。
所描述的概念给波场合成系统提供了显著的灵活性，该灵活性对于各种方式的应用是可缩放的。但是仍然存在以下问题：执行实际主呈现(即，依据虚拟源的位置和扬声器位置，计算扬声器的各个合成信号)的中心波场合成模块表示整个系统的“瓶颈”。尽管在该系统中，已经以分散方式执行了“后呈现”(即，具有信道传输功能等的合成信号的强加)，因而已经通过选择具有比所确定的阈值能量小的能量的合成信号，减小了中心呈现模块与单独的扬声器模块之间的必要数据传输能力，但是，仍必须针对所有扬声器模块，呈现所有虚拟源，即转换为合成信号，其中，仅在呈现之后才进行选择。
这表示，呈现仍确定了系统的整个容量。例如，如果中央呈现单元能够同时呈现32个虚拟源，即同时计算这32个虚拟源的合成信号，则如果在一个音频场景中一次有多于32个源是有效的，则出现了严重的容量瓶颈。对于简单场景，这是足够的。对于较复杂的场景，尤其具有融入式的声音印象，即例如在下雨时，许多雨点表示单独的源，则直接显而易见地，具有最多为32个源的容量将不再是足够的。如果存在大管弦乐队，以及实际期望对每个管弦乐队演奏者或至少每个乐器组，作为在自己位置上的自身源进行处理，也存在相应的情形。这里，32个虚拟源可以非常迅速地变得较少。
典型地，在已知的波场合成概念中，使用了场景描述，其中，共同定义了各个音频对象，从而使用场景描述中的数据和用于各个虚拟源的音频数据，呈现器或多呈现装置可以呈现完整的场景。这里，针对每个音频对象，精确地定义了音频对象必须从哪里开始并在哪里结束。此外，对于每个音频对象，精确地指出要成为虚拟源的虚拟源的位置，即要进入波场合成呈现装置的位置，从而针对每个扬声器生成相应的合成信号。这导致了以下的事实：通过作为对合成信号的作用，将从单独的扬声器输出的声波叠加，对于收听者的印象如同声源位于再现室内或再现室外，这通过虚拟源的源位置来定义。
典型地，波场合成系统的容量是有限的。这导致了每个呈现器具有有限的计算能力。典型地，呈现器能够同时处理32个音频源。此外，从音频服务器至呈现器的传输路径具有有限的传输带宽，即提供了以每秒比特为单位的最大传输速率。
对于例如仅有两个虚拟源存在的简单场景，如果考虑对话，除背景噪声之外，还存在另一虚拟源，则事实上可以同时处理例如32个源的呈现器的处理能力不存在问题。此外，在这种情况下，到呈现器的传输量非常小，使得传输路径的容量是足够的。
然而，在再现更加复杂的场景(即，具有多于32个虚拟源的场景)时，将出现问题。在这种情况下，例如在正确再现雨中场景、或者自然再现欢呼场景的情况下，限于32个虚拟源的呈现器的最大计算能力很快将不再是足够的。这是由于以下事实：因为例如在听众中，在原理上可以将正在欢呼的每个收听者理解为在自身虚拟位置上的自身虚拟源，所以存在许多单独的虚拟源。为了解决这个限制，存在多种可能性。因此，一种可能性是在创建场景描述时已经注意到呈现器从来不必同时处理32个音频对象。
另一可能性是在创建场景描述时不考虑实际波场合成系统条件，而是简单地以场景作者所期望的方式来创建场景描述。
该可能性的优点是在不同波场合成系统中场景描述的更高灵活性和可移植性，这是由于随之出现的场景描述并不是为特定系统设计的、而是更加一般化。换言之，这导致了以下事实：当在具有高能力的呈现器的波场合成系统上运行时，相同的场景描述产生了比在具有低计算能力的呈现器的系统中更好的收听印象。换言之，第二可能性的有利之处在于，由于利用非常有限能力的波场合成系统产生了场景描述，所以场景描述也不会在具有更高能力的波场合成系统中产生更好的收听印象。
然而，第二可能性的不利之处在于，当波场合成系统超出它的最大能力时，将会发生性能损失或与之连带的其它问题，这是由于在呈现器要处理更多的源时，由于它的最大能力而导致可以简单地拒绝对超出源的处理。
发明内容
本发明的目的是提供了一种用于控制波场合成呈现装置的灵活概念，通过该概念，至少降低了质量损失，并同时获得了高度灵活性。
通过如权利要求1所述的用于控制波场合成呈现装置的设备、如权利要求13所述的用于控制波场合成呈现装置的方法、或者如权利要求14所述的计算机程序来实现本发明的目的。
本发明基于以下发现：可以通过在时间间隔或位置间隔内改变音频对象的起始和/或结束、或者音频对象的位置，对出现于波场合成中的负载峰值的处理进行阻止(intercept)，来扩展实际能力限制，以便阻止可能仅在短时间内存在的过载峰值。这可以通过以下来实现：对于在特定间隔内起始和/或结束或甚至位置会改变的特定源，在场景描述中指示相应间隔而非固定时刻，然后依据波场合成系统中的利用率(工作负载)情况来在该时间间隔内改变音频对象的实际起始和实际虚拟位置和/或位置间隔。
因此，可以发现，由于典型要处理场景的高动态，所以在某一时刻的音频源的实际个数可以改变非常大，但是仅在相对较短的时间内同时出现过载情况，即非常大量的虚拟源同时处于有效状态。
根据本发明，通过在它们的时间间隔内向前和/或向后移动音频对象、或者相对于它们在多呈现器系统中的位置来移动音频对象，减小或甚至完全消除这种过载情况，从而呈现器之一不再由于改变的位置而必须为该虚拟源生成合成信号。
尤其非常适于这种时间间隔/位置间隔定义的音频对象是以噪声作为内容的源，即例如掌声噪声、水滴噪声或任何其它背景噪声，如风的噪声、或者例如从远处驶来的火车的驱动噪声。这里，风的噪声是否早或晚几秒开始、火车是否在与场景描述的原始作者所实际要求的位置不同的改变后的虚拟位置处进入音频场景，对于收听者的音频印象或收听体验来说将不会有任何影响。
然而，所描述的非常动态出现的过载情况所产生的影响可以是显著的。因此，在位置间隔和时间间隔范围内音频源的计划和调度已经可以导致以下事实：可以将非常短时间内出现的过载情况转换为仍可以被处理的较长期的情况。这当然还可以例如通过有条件的较早终止所允许时间间隔内的音频对象，该音频对象将在非常长的时间内不再存在，但是这将会导致该呈现器的过载情况，由此，由于新近传输至呈现器的音频对象，将会拒绝新的音频对象。
在这点上还应指出，拒绝音频对象在先前导致了不呈现整个音频对象的事实，这尤其在旧音频对象可能仅占用多一秒的情况下是不期望的，并且将会由于短过载情况而完全省略/拒绝具有大约会是几分钟长度的新音频对象，该情况可能仅由于与旧音频对象一秒的重叠而出现。
根据本发明，只要给出了相应的间隔，便可以通过在早一秒终止例如先前的音频对象、或者通过将后来的音频对象在预定时间间隔内向后移动(例如，移动一秒)来消除该问题，从而音频对象不再重叠，因而不会对整个后来的音频对象(可能是几分钟的长度)进行不期望的拒绝。
根据本发明，针对音频对象的起始或音频对象的结束，定义时间间隔、而非具体的时刻。从而，可以通过使相应音频数据的传输或处理向前或向后转移来阻止传输速率峰值并确保能力或性能问题。
附图说明
将参照附图，在以下对本发明的优选实施例进行更加详细的描述，其中：
图1是用于本发明设备的电路框图；
图2示出了示例性音频对象；
图3示出了示例性场景描述；
图4示出了比特流，其中具有当前时间数据和位置数据的报头与每个音频对象相关联；
图5示出了嵌入到了整个波场合成系统中的本发明概念；
图6是已知波场合成概念的示意性示例；以及
图7是已知波场合成概念的另一示例。
具体实施方式
图1示出了本发明的设备，该设备用于控制在波场合成系统0中设置的波场合成呈现装置，其中，波场合成呈现装置形成用于根据音频对象来生成扬声器阵列内多个扬声器的合成信号。具体地，音频对象包括用于虚拟源的音频文件、以及要设置在再现室(即，相对于收听者)内或外的虚拟源所在的至少一个源位置。
图1所示的本发明的设备包括用于提供场景描述的装置1，其中，场景描述固定了音频数据的时间序列，其中，与音频对象相关联的虚拟源的音频对象定义了时间起始或时间结束，虚拟源的音频对象包括音频对象的起始或结束必须位于的时间间隔。可选或附加地，形成场景描述，从而音频对象包括虚拟源的位置必须位于其中的位置间隔。
本发明的设备还包括监视器2，监视器2形成用于监视波场合成系统0的利用率，因而确定波场合成系统的利用率情况。
还提供了音频对象处理装置3，音频对象处理装置3形成用于依据波场合成系统0的利用率情况，在时间间隔内改变要由波场合成呈现装置所观察的音频对象的实际起点或终点、或者在位置间隔内改变虚拟源的实际位置。优选地，还提供了音频文件服务器4，可以在智能数据库中共同实现该音频文件服务器4和音频对象处理装置3。可选地，音频文件服务器4是简单的文件服务器，它经由数据连接5a，依据来自音频对象处理装置3的控制信号，将音频文件直接提供给波场合成系统、具体是波场合成呈现装置。此外优选地，根据本发明，经由数据连接5b将音频文件提供给音频对象处理装置3，然后音频对象处理装置3经由控制线6a将数据流提供给波场合成系统0(具体地，单独的呈现器模块或单个呈现器模块)，该数据流包括由处理装置所确定的音频对象的实际起点和/或终点、和/或包括相应的位置以及包括音频数据自身。
经由输入线6b，向音频对象处理装置3提供来自装置1的场景描述，同时从监视器2经由另一输入线6c提供波场合成系统0的利用率情况。应指出，图1中所描述的单独的线并不必具体化为单独的电缆等，而是仅用于表示在系统中传输相应的数据以实现本发明的概念。在这方面，监视器2也经由监视线7与波场合成系统0连接，以根据情况来检查例如当前正在呈现器模块中处理多少源、以及是否达到能力限制，或者检查当前波场合成系统内的线6a或数据线5a或另一线上的数据速率。
然而在这点上应指出，利用率情况并不一定是当前的利用率情况，还可以是将来的利用率情况。该实施方式优选在于可变性，即在将来避免过载峰值方面，可以如何相对于彼此来计划和/或处理各个音频对象，以通过在时间间隔内的当前改变，有助于在将来在某一时间避免过载峰值。本发明概念的效率越高，便存在越多的没有固定起点或终点、而具有以时间间隔提供的起点或终点、或者不具有固定源位置、而具有以位置间隔提供的源位置的源。
在这点上应指出，也可以存在例如背景噪声的源，其中，源位置并不重要，即可以来自任何地方。尽管先前对于这些源必须指出位置，但是现在可以通过非常大的显式或隐含的位置间隔来使用和/或提供位置指示。具体地，这在多呈现器系统中非常重要。例如，如果考虑具有四个侧面、并且在每一侧面上具有自己的呈现器所提供的扬声器阵列的再现室，则由于任意的位置间隔，可以特别好地做出计划。因此，例如，可能出现前部呈现器当前过载，然后可以位于任何位置处的源出现的情况。然后，本发明的音频对象处理装置3将定位该虚拟源的位置，其当前位置对于收听者印象和/或对于音频场景来说并不重要，从而由另一呈现器而非前部呈现器来呈现该虚拟源，即，并不加载在前部呈现器上，而是仅加载在另一呈现器上，而该呈现器并未工作在能力限制下。
如已经解释的，将场景描述设计为更加可变，因而本发明的灵活性和有效性增加。然而，由于指示时间间隔和位置间隔就足够了，所以对于场景作者的需要也是有益处的，因而它们不必针对实际对于收听印象并不重要的点处的每个源做出明确的决定。这种决定对于音响大师是麻烦的责任(duty)，这通过本发明的概念来取消，或者与严格处理的波场合成系统的能力相比，甚至通过在音响大师给出范围内进行智能计划，来用于增强实际能力。
接下来，参照图2，图2指出了音频对象应当有利地具有的信息。因此，音频对象要规定音频文件，从而使音频文件表示虚拟源的音频内容。然而，音频对象并不必包括音频文件，而是可以具有指向在存储了实际音频文件的数据库中的所定义位置的索引。
此外，音频对象优选包括虚拟源的识别，例如，这可以是源编号或有意义的文件名等。此外，在本发明中，音频对象规定了虚拟源(即，音频文件)的开始和结束的时间间隔。如果仅规定了开始的时间间隔，则这表示可以在该时间间隔内由呈现器来改变该文件的呈现的实际起点。如果另外给出了结束的时间间隔，则这表示该结尾也可以在时间间隔内改变，依据实施方式，这将共同导致音频文件关于其长度的变化。任何实施方式都是可能的，如音频文件开始/结束时间的定义，从而实际上允许起点发生平移，但在任何情况下，必须不改变长度，从而音频文件的结束也自动地发生平移。然而，具体地，对于噪声，由于典型地，例如风声将早一些或晚一些开始、还是早一些或晚一些结束都不成问题，所以优选使结束可变。依据实施方式，其它的规定也是可以的和/或所期望的，如实际上允许起点改变而不允许终点改变的规定等。
优选地，音频对象还包括用于位置的位置间隔。因此，对于特定音频对象，它们是来自例如左前、还是前中、还是相对于再现室中的参考点移动了某个(小)角度都不重要。然而，如已经解释的，还存在尤其再次来自噪声区域的音频对象，它们可以位于任何任意的位置并因而具有最大位置间隔，例如，可以通过音频对象中的“任意”代码或不通过代码(隐性)来规定。
音频对象可以包括其它信息，如虚拟源类型的指示，即，虚拟源必须是声波的点源、还是必须是平面波的源、还是必须是产生任意波阵面的源(只要呈现模块能够处理这种信息)。
图3示例性地示出了场景描述的示意性示例，其中，示出了各种音频对象AO1、...、AOn+1的时间序列。具体地，如图3所示，指出了定义了时间间隔的音频对象AO3。因此，图3中的音频对象AO3的起点和终点可以平移时间间隔。然而，音频对象AO3的定义是，必须不改变长度，然而该定义对于不同音频对象是可变的。
因此，通过沿正时间方向平移音频对象AO3，可以看出，可以达到以下的情况：音频对象AO3直至音频对象AO2之后才会开始。如果这两个音频对象均在相同的呈现器上播放，则可以通过该措施避免否则将会出现的短重叠20。如果音频对象AO3已经是在现有技术中超过呈现器容量的音频对象，则由于在呈现器上已经要处理的所有其它音频对象(如音频对象AO2和AO1)，所以在没有本发明的情况下，将会出现音频对象AO3的完全抑制，但是时间间隔20非常小。根据本发明，通过音频对象处理装置3来平移音频对象AO3，从而没有超过容量，因而不再出现对音频对象AO3的抑制。
在本发明的优选实施例中，使用具有相对指示的场景描述。因此，不再以绝对时间点给出、而是以相对于音频对象AO1的相对时间段来给出音频对象AO2的开始，增加了灵活性。因此，位置指示的相对描述是优选的，即，不是要在再现室内的特定位置xy处设置音频对象的事实，而是例如，将另一音频对象或参考对象偏移一矢量。
从而，可以非常有效地提供时间间隔信息和/或位置间隔信息，即简单地通过固定时间间隔，从而音频对象AO3可以在音频对象AO1开始之后的两分钟与两分钟二十秒之间的时间段内开始。
这种空间和时间条件的相对定义导致了如在例如“ModelingOutput Constraints in Multimedia Database Systems”，T.Heimrich，1thInternational Multimedia Modelling Conference，IEEE，2005年1月2日至2005年1月14日，Melbourne中所描述的约束条件(constrain)形式的数据库有效表达。这里，示出了数据库系统中约束条件的使用，以定义连续的数据库状态。具体地，使用Allen关系来描述时间约束条件，并使用空间关系来描述空间约束条件。由此，可以针对同步目的来定义有利的输出约束条件。这种输出约束条件包括对象之间的时间或空间条件，在违反约束条件的情况下的反应、以及在必须检查这种约束条件时的检查时间。
在本发明的优选实施例中，相对于彼此，对每个场景的空间/时间输出对象进行建模。音频对象处理装置实现了这些相对和可变定义至绝对空间和时间顺序的转译。该顺序表示在图1中示出的系统的输出6a处获得的、并定义了如何对波场合成系统中的呈现模块进行特别寻址的输出调度。因此，该调度是在与输出条件相对应的音频数据中设置的输出计划。
接下来，基于图4，将会提出这种输出调度的优选实施例。具体地，图4示出了根据图4从左至右传输的数据流，即，从图1的音频对象处理装置3传输至图1的波场系统0的一个或多个波场合成呈现器的数据流。具体地，对于在图4中示出的实施例中的每个音频对象，数据流包括：首先是位置信息和时间信息所在的报头H，以及特定音频对象的下游音频文件，在图4中，以AO1指示第一音频对象，AO2指示第二音频对象等。
然后，波场合成呈现器获得数据流，并根据例如出现并一致同意的同步信息，识别出报头的到来。然后，基于另一同步信息，呈现器识别出报头结束。可选地，对于每个报头，可以同意以比特为单位的固定长度。
在接收了报头之后，图4中示出的本发明的优选实施例中的音频呈现器自动得知后续音频文件(即，AO1)属于音频对象(即，在报头中识别的源位置)。
图4示出了串行数据至波场合成呈现器的传输。当然，同时在呈现器中播放多个音频对象。为此，呈现器在数据流读取装置之后需要输入缓冲器，以对数据流进行解析。然后，数据流读取装置将解译报头并相应地存储伴随的音频文件，从而当要呈现音频对象时，呈现器从输入缓冲器中读取正确的音频文件和正确的源位置。当然，也可以是用于数据流的其它数据。还可以使用时间/位置信息和实际音频数据的单独传输。然而，由于通过位置/时间信息与音频文件的串联而消除了数据一致性问题，由于总是确保了呈现器还具有音频数据的正确源位置、并不呈现例如先前源的音频文件、而是使用新源的位置信息来呈现，所以在图4中示出的组合传输是优选的。
因此，本发明基于面向对象的方式，即将单独的虚拟源理解为特征在于音频对象和空间中虚拟位置、以及可能的源类型(即，它是声波的点源、还是平面波的源、还是其它形状的源)的对象。
如已经提出的，波场的计算是计算时间密集的，并且需要所使用的硬件(如声卡和计算机)能力与计算算法的效率结合。在要同时表示多个所要求的声音事件时，甚至基于最佳配置的PC的解决方案也会在波场合成计算过程中迅速到达它的限制。因此，在混频和再现过程中，所使用的软件和硬件的能力限制给出了相对于虚拟源个数的限制。
图6示出了能力受限的已知波场合成概念，包括创作工具60、控制呈现模块62和音频服务器64，其中，控制呈现模块形成用于向扬声器阵列66提供数据，从而扬声器阵列66通过各个扬声器70的各个波的叠加来产生所期望的波阵面68。创作工具60使用户能够创建并编辑场景，并控制基于波场合成的系统。因此，场景包括与各个虚拟音频源有关的信息和音频数据。将音频源的属性和对音频数据的引用存储在XML场景文件中。音频数据本身被提交到音频服务器64上，并从此处被传输至呈现模块。同时，呈现模块从创作工具中获得控制数据，从而以集中化方式具体化的控制呈现模块62可以产生用于各个扬声器的合成信号。图6中示出的概念在“Authoring System for WaveField Synthesis”，F.Melchior，T.Rder，S.Brix，S.Wabnik and C.Riegel，AES Convention Paper，115th AES convention，2003年10月10日，纽约中有所描述。
如果波场合成系统利用多个呈现器模块进行操作，则向每个呈现器提供相同的音频数据，无论呈现器是否由于与之关联的有限个数的扬声器而需要该数据用于再现。由于当前计算机中的每个能够计算32个音频源，所以这表示对于系统的限制。另一方面，要以有效的方式显著增加可以在整个系统中呈现的源的个数。这是复杂应用(如电影)、具有融入式氛围的场景(如雨或欢呼)、或者其它复杂音频场景的实质性先决条件之一。
根据本发明，在波场合成多呈现器系统中实现了冗余数据传输过程和数据处理过程的减少，这导致了计算能力和/或同时可计算的音频源个数的增加。
为了减小对多呈现器系统的各个呈现器的音频和元数据的冗余传输以及处理，通过数据输出装置扩展音频服务器，这能够确定哪个呈现器需要哪些音频和元数据。
在优选实施例中，可能由数据管理器来进行帮助的数据输出装置需要多条信息。该信息首先是音频数据，然后是源的时间和位置数据，最后是呈现器的配置，即与所连接的扬声器和它们的位置、以及它们的容量有关的信息。在数据管理技术和输出条件的定义的帮助下，利用音频对象的时间和空间设置，通过数据输出装置来产生输出调度。根据空间设置、时间调度和呈现器配置，数据管理模块计算在特定时刻哪个源与哪个呈现器相关。
图5中示出了优选的整体概念。通过输出侧上的数据输出装置24来补充数据库22，其中，也将数据输出装置称为调度器。然后，该调度器在输出20a、20b、20c处生成用于各种呈现器50的呈现输入信号，从而提供给扬声器阵列的相应扬声器。
优选地，为了通过RAID系统和相应的数据结构缺省值来配置数据库42，由存储管理器52来帮助调度器24。
在输入侧，存在数据生成器54，例如，可以是用于以面向对象方式建模或描述的音频场景的音响大师或音频工程师。这里，给出了包括相应输出条件56的场景描述，如果必要，在转换58之后，将这些输出条件与音频数据一起共同存储在数据库22中。可以通过插入/更新工具59来处理和更新音频数据。
依据条件，可以以硬件或软件来实现本发明的方法。可以在数字存储介质、尤其是软盘或CD上，利用能够与可编程计算机系统合作的电可读控制信号来实现，从而执行本发明的方法。通常，本发明还包括一种计算机程序产品，具有存储在机器可读载体上的程序代码，当在计算机上执行计算机产品时，程序代码用于执行本方法的程序代码。换言之，本发明还可以实现为一种具有程序代码的计算机程序，当在计算机上执行计算机程序时，用于执行本方法。

Claims (14)

1.一种设备，用于控制在波场合成系统(0)中设置的波场合成呈现装置，其中，所述波场合成呈现装置形成用于根据音频对象来生成用于与波场合成呈现装置连接的多个扬声器的合成信号，其中，设置在源位置处的虚拟源的音频文件与音频对象相关联，所述设备包括：
提供装置(1)，用于提供场景描述，其中，场景描述设置了音频对象的时间序列，音频对象定义了与音频对象相关联的虚拟源的时间起始或时间结束，虚拟源的音频对象包括音频对象的起始或结束必须位于其中的时间间隔，或者音频对象包括虚拟源的位置必须位于其中的位置间隔；
监视器(2)，用于监视波场合成系统的利用率情况；以及
音频对象处理装置(3)，用于依据波场合成系统(0)的利用率情况，在时间间隔内改变要由波场合成呈现装置观察的音频对象的实际起点或终点、或者在位置间隔内改变虚拟源的实际位置。
2.如权利要求1所述的设备，其中，所述监视器形成用于监视音频对象处理装置(3)和波场合成呈现装置之间的数据连接的利用率情况；以及
所述音频对象处理装置(3)形成用于改变音频对象的实际起点或终点，从而与不改变的情况相比，数据连接的利用率峰值降低了。
3.如权利要求1或2所述的设备，其中，监视器(2)形成用于监视波场合成呈现装置的利用率情况；以及
音频对象处理装置(3)形成用于改变实际起点或终点，从而在一时刻不会超过波场合成呈现装置所给出的要同时处理的源的最大个数，或者与不改变的情况相比，由波场合成呈现装置所给出的要同时处理的音频对象的个数减少了。
4.如前述权利要求之一所述的设备，其中，监视器(2)形成用于在预定预测时间段上预测波场合成系统(0)的利用率情况。
5.如权利要求4所述的设备，其中，波场合成呈现装置(0)包括输入缓冲器，其中，预定预测时间段取决于输入缓冲器的大小。
6.如前述权利要求之一所述的设备，其中，波场合成呈现装置包括多个呈现器模块，所述多个呈现器模块与在再现室中的不同位置处设置的扬声器相关联，以及
音频对象处理装置(3)形成用于在位置间隔内改变虚拟源的当前位置，以使呈现器模块对于合成信号的生成来说是无效的，但是对于位置间隔内的另一位置来说，呈现器模块是有效的。
7.如前述权利要求之一所述的设备，其中，音频对象处理装置(3)形成用于：在监视器检测到利用率比最大利用率小预定阈值的情况下，在时间间隔的前一半内选择当前时刻。
8.如权利要求7所述的设备，其中，音频对象处理装置形成用于：在监视器(2)信号通知利用率比最大利用率小预定阈值的情况下，选择由时间间隔所定义的最早时刻作为起点或终点。
9.如前述权利要求之一所述的设备，其中，
提供装置(1)形成用于提供场景描述，在场景描述中，定义了相对于另一音频对象或相对于参考音频对象的音频对象的时间或空间定位，以及
音频对象处理装置(3)形成用于计算每个音频对象的虚拟源的绝对起点或实际绝对位置。
10.如前述权利要求之一所述的设备，其中，
提供装置(1)形成用于提供场景描述，在场景描述中，仅针对一组源来指示时间间隔，并针对其它源来指示固定的起点。
11.如权利要求10所述的设备，其中，所述一组源包括预定特性，所述预定特性包括虚拟源的类似噪声的音频文件。
12.如权利要求10或11所述的设备，其中，所述一组源包括噪声源。
13.一种方法，用于控制在波场合成系统(0)中设置的波场合成呈现装置，其中，所述波场合成呈现装置形成用于根据音频对象来生成用于与波场合成呈现装置连接的多个扬声器的合成信号，其中，设置在源位置处的虚拟源的音频文件与音频对象相关联，所述方法包括：
提供(1)场景描述，其中，场景描述设置了音频对象的时间序列，音频对象定义了与音频对象相关联的虚拟源的时间起始或时间结束，虚拟源的音频对象包括音频对象的起始或结束必须位于其中的时间间隔，或者音频对象包括虚拟源的位置必须位于其中的位置间隔；
监视(2)波场合成系统的利用率情况；以及
依据波场合成系统(0)的利用率情况，在时间间隔内改变(3)要由波场合成呈现装置观察的音频对象的实际起点或终点、或者在位置间隔内改变虚拟源的实际位置。
14.一种具有程序代码的计算机程序，当在计算机上执行计算机程序时，用于执行如权利要求13所述的方法。
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