CN101257740A - 在多声道扬声器系统中再现多声道音频信号的方法和设备 - Google Patents

Abstract

提供了用于再现多声道音频信号的方法和设备，其中执行中心声道信号与家庭影院系统中的中心声道信号的混合。所述再现多声道音频信号的方法包括：根据聆听者、中心声道扬声器和其它声道扬声器的方位关系计算中心声道信号的延迟值；根据所计算的延迟值调整中心声道信号的时间延迟；以及混合已时间延迟调整了的中心声道信号和其它声道信号。

Description

在多声道扬声器系统中再现多声道音频信号的方法和设备

技术领域

本总发明构思涉及一种多声道扬声器系统，更具体地，涉及一种在家庭影院系统中再现多声道音频信号的方法和设备，其执行中心声道到左声道和右声道的信号的混合。

背景技术

最近，已经开发并投放了家庭影院系统。家庭影院系统再现在诸如DVD、HDD、磁带等的各种记录介质中记录的视频和音频，并在宽屏幕电视机上输出从记录介质再现的视频。

此外，家庭影院系统分开并输出从记录介质再现的音频的音频声道，例如通过六个扬声器将从DVD再现的5.1声道环绕声的多声道音频分开并配置在不同方位。

此外，家庭影院系统简单执行左声道和右声道的音频信号的混合，并输出左声道和右声道的音频信号作为中心声道的音频信号。

然而，在家庭影院系统中，有时候由于中心声道的音量、扬声器的方位、扬声器单元中的差异等原因导致不能将言语清楚地传达到聆听者。

图1是图示了在传统的中心声音混合中，根据聆听者的方位发生的时间延迟信号的效果的概图。

当在传统的立体声系统中同时通过两个扬声器再现具有相同频率和声压的两个声音时，这两个声音听起来像是从人耳朵的前方中心生成的声音。同样，当声像(sound image)位于扬声器的前方中心时，声像被局部化。根据在左扬声器和右扬声器的每一个与聆听者之间的等级(level)、相位(phase)、和时间差来确定声像的方位。当在特定间隔后在不同的方向听到相同的声音时，后来的声音被第一声音掩盖。相应地，聆听者可以在第一声音的声源方向听到。这个现象已知为“优先效应”、“哈斯(haas)效应”或者“第一波前定律(first front wave law)”。

参考图1，两个扬声器S_L和S_R被排列在左侧和右侧，并且聆听者位于两个扬声器的前方中心。声音信号被直接输入到左侧扬声器S_L，而延迟了时间τ_d的声音被输入到右侧扬声器S_R。当被延迟的时间差(τ_d)＝0ms时，也就是说，当左侧和右侧信号同时到达聆听者的耳朵时，声像位于两个扬声器S_L和S_R的中心A处。随着被延迟的时间差τ_d逐渐增加，左侧信号比右侧信号更快地到达聆听者的耳朵，并且声像逐渐朝左侧移动。声像的移动度根据声源的类型和聆听者的方位而逐渐改变。然而，声像与时间差τ_d成比例地从扬声器中心朝向每个扬声器以小于1ms的时间差移动。在1到30ms范围内的时间差，声像听起来像是仅仅从一个扬声器输出。

因此，当聆听者比其它扬声器更接近一个扬声器时，使用中心声音的传统混合方式，仅可以从最接近聆听者的一个扬声器听到被执行混合的中心声音。

发明内容

本总发明构思提供了在家庭影院系统中再现多声道音频信号的方法和设备，在该多声道音频信号中通过根据相对于中心声道的扬声器的位置的信号的反映时间延迟而针对左声道和右声道执行混合。

本总发明构思还提供了一种多声道扬声器系统，其中应用了用于再现多声道音频信号的方法和设备。

本总发明构思的其它方面和用途将部分地陈述在接下来的描述中，部分将从所述描述中显现，或者可通过实践本总发明构思而获知。

本总发明构思的前述和/或其它方面和用途可通过提供一种再现多声道音频信号的方法来实现，该方法包括：根据聆听者、中心声道扬声器和其它声道扬声器的方位关系计算中心声道信号的延迟值；根据所计算的延迟值调整中心声道信号的时间延迟；以及混合已时间延迟调整了的中心声道信号和其它声道信号。

本总发明构思的前述和/或其它方面和用途还可通过提供一种再现多声道音频信号的设备来实现，该设备包括：延迟单元，用于根据中心声道的延迟值来对中心声道的信号进行时间延迟，其中所述中心声道信号的延迟值是根据聆听者、中心声道扬声器和其它声道扬声器的方位关系来计算的；混合增益单元，通过将已被设置的增益值提供给已时间延迟了的中心声道信号来调整中心声道信号的增益；以及混合单元，混合已被执行时间延迟并被调整增益的中心声道的信号和其它声道的信号。

附图说明

根据接下来结合附图对实施例的描述，本总发明构思的这些和/或其它方面和用途将变明显和更易于理解，在附图中：

图1是图示了在传统的中心声音混合中根据聆听者方位发生的被时间延迟的信号的效果的概图；

图2是根据本总发明构思实施例的再现多声道信号的方法的概图；

图3是根据本总发明构思实施例的多声道扬声器系统的框图；

图4是在图3中图示的混合处理单元330的视图；

图5是图示了根据等式的普通哈斯效应的图；以及

图6A和图6B是根据本总发明构思实施例，当使用右扬声器和中心扬声器时根据聆听者的方位计算声像的移动和定向的布图。

具体实施方式

现在，将详细参考其示例图示在附图中的本总发明构思的实施例，其中相同的附图标记始终指的是相同的元件。下面通过参考图来描述这些实施例，以便说明本总发明构思。

图2是根据本总发明构思实施例的再现多声道信号的方法的概图。

参考图2，假设输入了5个声道的音频，则相对于聆听者存在五个扬声器，包括左声道L、右声道R、中心声道C、左环绕声道SL和右环绕声道SR。

此时，执行在中心声道C的音频信号与左声道L和右声道R的音频信号之间的混合。此外，执行在中心声道C的音频信号与左环绕声道SL和右环绕声道SR的音频信号之间的混合。

图3是根据本总发明构思实施例的多声道扬声器系统的框图。

参考图3，多声道扬声器系统包括解码器310、控制单元320和混合处理单元330。

解码器310将从信号再现器输入的N声道音频位流分离为具有N个声道的音频信号(例如，左声道L、右声道R、中心声道C、左环绕声道SL和右环绕声道SR)。

控制单元320辨认聆听者和每个声道的扬声器的方位，并根据聆听者、中心声道扬声器和另一个声道扬声器的方位关系来计算中心声道C的信号的延迟值。由于辨认方位的方法对于本领域的普通技术人员而言是已知的，所以这里的实施例并不限于特定的方法。作为示例，可通过使用照相机或超声传感器来辨认聆听者和扬声器的方位。延迟值是使用包括如下步骤的处理方法来计算的：计算中心声道扬声器和另一个声道扬声器之间的信号延迟和信号声压等级差；计算中心声道的声像从两个扬声器的中心移动的距离；根据两个声道扬声器之间的声压等级差来设置阈值；以及将聆听者和两个扬声器的每一个之间的距离转换为阈值内的延迟值。此时，延迟值是可以将中心声道的信号定位到中心扬声器的方位而不管聆听者的方位的变化的参数。

混合处理单元330根据控制单元320所计算的延迟值来调整由解码器310所分开的中心声道信号的时间延迟，并通过将已经被设置的混合增益值提供给被调整了时间延迟的中心声道，来执行中心声道的信号与由解码器310所分开的另一个声道的信号的混合。

图4是在图3中图示的混合处理单元330的视图。

参考图4，第一增益单元411、第二增益单元412、第三增益单元413、第四增益单元414、和第五增益单元415分别调整左声道L信号、右声道R信号、中心声道C信号、左环绕声道SL信号和右环绕声道SR信号的增益。也就是说，左声道L信号的增益由第一增益单元411的增益值G_L改变。中心声道C信号的增益由第二增益单元412的增益值G_C改变。右声道R信号的增益由第三增益单元413的增益值G_R改变。左环绕声道SL信号的增益由第四增益单元411的增益值G_SL改变。右环绕声道SR信号的增益由第五增益单元415的增益值G_SR改变。

第一延迟单元421根据扬声器的方位而反映延迟值D1，从而将中心声道C信号延迟一预定的时间段。

第一混合增益单元441提供固定的增益值C1给在第一延迟单元421中延迟的中心声道C信号，以便执行中心声道C信号与左声道L信号和右声道R信号的每一个之间的混合。

第二延迟单元431根据扬声器的方位而反映延迟值D2，从而将在第一延迟单元421中延迟的中心声道C信号延迟一预定的时间段。

第二混合增益单元442提供固定的增益值C2给在第二延迟单元431中延迟的中心声道C信号，以便执行中心声道C信号与左声道L信号和右声道R信号的每一个之间的混合。

第一混合单元462执行在由第一增益单元411输出的左声道L信号与由第一混合增益单元441输出的中心声道C信号之间的混合。

第二混合单元464执行在由第三增益单元413输出的右声道R信号与由第一混合增益单元441输出的中心声道C信号之间的混合。

第三混合单元466执行在由第四增益单元414输出的左环绕声道SL信号与由第二混合增益单元442输出的中心声道C信号之间的混合。

第四混合单元468执行在由第五增益单元415输出的右环绕声道SR信号与由第二混合增益单元442输出的中心声道C信号之间的混合。

图5是图示了根据等式的普通哈斯效应的图。

参考图5，X轴代表时间延迟，而Y轴代表音量等级差。也就是说，图5中图示的图形图示了时间延迟与根据等式的音量等级差之间的关系。此外，在60ms的延迟时间内，可以执行关于时间延迟与音量等级差之间的关系的模型化。相应地，由下面的等式1给出通过模型化计算的声压差P_d。

等式1

P_d＝15.1(1-e^-0.182τd)

例如，参考图5，当时间延迟是5ms时，音量等级差应该保持在7.5dB。

图6A和图6B是根据本总发明构思实施例，当使用右侧扬声器和中心扬声器时根据聆听者的方位计算声像的移动和定向的布图。

参考图6A和6B，将描述设置如图4所图示的延迟值和增益值的操作。

首先，当聆听者从前方中心位置(中心扬声器的方位)朝右移动时，中心扬声器的声像逐渐移动，如图6A所示。聆听者与右扬声器之间的距离d_R以及聆听者与中心扬声器之间的距离d_C分别由下面的等式2和3给出。这里，d_listner是聆听者的移动距离，H是聆听者与扬声器之间的距离，而D是扬声器之间的距离。

等式2

$d_R=\sqrt{{\left(H\right)}^2+{(D/2-d_{\mathrm{listener}})}^2}$

等式3

$d_C=\sqrt{{\left(H\right)}^2+{(D/2+d_{\mathrm{listener}})}^2}$

使用d_R和d_C由等式4给出距离差d_diff。

等式4

d_diff＝d_C-d_R

此外，当将距离差d_diff转换为时间差t_diff时，所述转换由等式5给出。这里，V_s是声波的传播速度，其大约为340m/s。

等式5

t_diff＝d_diff/V_s

当在60ms的时间差内根据所述等式执行关于时间延迟和音量等级差之间的关系的模型化时，由等式1给出所述关系。由等式6给出根据在聆听者与左扬声器和右扬声器的每一个之间的距离比的声压等级差P_D。

等式6

P_D＝20log(d_R/d_C)

相应地，由等式7给出总声压等级差P_t。这里，P_H是根据信号的等级比的声压等级差。

等式7

P_t＝P_H+P_D

同时，由等式8给出左扬声器和右扬声器之间的声压等级差k，其是使用线性标度获得的。

等式8

k＝10^Pt/20

参考图6B，当两只耳朵的声压等级在聆听者的方位上相同时，在从聆听者的方位观看的两个扬声器之间的角度的中心处存在声像。

可以用等式9给出其中存在声像的在两个扬声器之间的角度θ′_s。

等式9

${\mathrm{\θ}}_s^{\′}=\frac{1}{2}{\cos }^{-1}\left(\frac{d_R^2+d_C^2-D^2}{2\×d_R\×d_C}\right)$

在图6B中，可分别用等式10、11和12给出用于计算从左扬声器和右扬声器二者的中心移动的声像的距离d₁的角度θ_x、θ_y和θ_z。

等式10

${\mathrm{\θ}}_x={\cos }^{-1}\left(\frac{d_C^2+D^2-d_R^2}{2\×d_c\×D}\right)$

等式11

θ_y＝180-θ′_s-θ_x

等式12

θ_z＝180-(180-θ_y)-θ′_d

相应地，等式13给出从两个扬声器的中心移动的声像的距离d₁。

等式13

$d_1=d_L\frac{\sin {\mathrm{\θ}}_s^{\′}}{\sin {\mathrm{\θ}}_y}-D/2$

等式14给出相对于在声像存在的左扬声器和右扬声器之间的角度θ′_s的声像方向θ′_d，其是在聆听者的方位根据两个扬声器的声压等级差k来计算的。

等式14

${\mathrm{\θ}}_d^{\′}={\sin }^{-1}\left(\frac{1-k}{1+k}\sin {\mathrm{\θ}}_s^{\′}\right)$

当声像根据声像方向θ′_d相对于距离d₁移动距离d₂时，由等式15给出中心从两个扬声器的中心移动的声像的距离d_t。

等式15

d_t＝d₁+d₂

如果相对于另一个声道信号对其执行混合的中心声道信号等级等于或小于由中心声道扬声器再现的信号等级，则由等式4给出的距离差d_diff可以是相当负的值，以便防止中心扬声器的声像移动。

假设两个扬声器之间的距离差在5m内，根据传统的家庭影院系统的聆听环境，当对其执行混合的中心声道信号的等级小于在中心扬声器中再现的等级的信号时，可以根据图5图示的哈斯效应防止中心声音被移动，以便具有6ms或更多的时间差。这里，可以使用等式5相对于时间差t_diff给出声像被移动的距离。相应地，图4中图示的第一延迟单元421的延迟值D1可设置为6ms或更多，以便防止中心声音的声像移动。

此外，当以相同的方式解释通过混合环绕声道、中心声道、和前方声道来执行声像的定位时，对于相对于前方声道的环绕声道需要大约5ms的时间差。相应地，图4中图示的第二延迟单元431的延迟值D2可确定为延迟值D1+5ms。对于哈斯效应，延迟值D1可以确定为在5ms到15ms范围中的值。

可以确定混合增益C₁和C₂，使得中心声道信号和另一个声道信号的增益没有太大的差别。

下面的等式16和17是用于确定混合增益C₁和C₂的两个示例等式。这里，α确定为1或更小的常量。当α为大约0.7时，被执行混合的中心声道的音量与初始的中心声道的音量类似。此外，等式17是在混合增益C₂为0时确定混合增益的示例。β确定为1或更小的常量。

等式16

C_out＝[1-α]

L_out＝[1-α]SL+αC

R_out＝[1-α]SR+αC

SL_out＝[1-α]SL+αC

SR_out＝[1-α]SR+αC

等式17

C_out＝[1-β]C

L_out＝[1-β]SL+βC

R_out＝[1-β]SR+βC

SL_out＝[1-β]SL

SR_out＝[1-β]SR

这里的实施例还可以实施为计算机可读记录介质上的计算机可读代码。该计算机可读记录介质是可以存储此后可由计算机系统读取的数据的任何数据存储装置。该计算机可读记录介质的示例包括只读存储器(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(诸如通过因特网的数据传输)。计算机可读记录介质还可以分布在网络耦接的计算机系统中，使得以分布式方式来存储和执行计算机可读代码。

根据上述的实施例，可以克服由于中心扬声器的较差方位以及扬声器单元的差异导致的音调不均运，并且可以使用新中心声道混合方法、在没有减少多声道效果的情况下改善言语清晰度。此外，本总发明构思在音量不能自由增加的普通住处环境中更有效。使用这里的实施例再现的音量是与到达聆听者的耳朵的声音能量和被延迟的声音能量的和相同的值。

尽管已经示例并描述了本总发明构思的几个实施例，但本领域的技术人员将理解，可以在这些实施例中进行改变，而不脱离本总发明构思的原理和精神，本总发明构思的范围限定在所附权利要求以及它们的等同物中。

相关申请的交叉引用

本申请要求2007年5月2日在韩国知识产权局提交的韩国专利申请No.10-2007-0021150的权益，通过参考而将其公开全部合并于此。

Claims (16)

1.一种再现多声道音频信号的方法，该方法包括：

根据聆听者、中心声道扬声器和其它声道扬声器的方位关系计算中心声道信号的延迟值；

根据所计算的延迟值调整中心声道信号的时间延迟；以及

混合对时间延迟进行了调整的中心声道信号和其它声道信号。

2.根据权利要求1的方法，其中所述计算延迟值的步骤包括：

计算在中心声道扬声器与其它声道扬声器的每一个之间的信号延迟和声音等级差，并计算中心声道的声像从两个扬声器的中心移动的距离；

根据中心声道的声像移动的距离来设置在两个声道扬声器之间的声压差作为阈值；以及

将聆听者和两个扬声器之间的距离差转换为阈值内的信号延迟值。

3.根据权利要求2的方法，其中聆听者和两个扬声器之间的距离差是聆听者和与中心扬声器之间的距离与聆听者和其它扬声器的每一个之间的距离的差值。

4.根据权利要求1的方法，还包括：

将已经被设置好的增益值提供给已时间延迟调整了的中心声道的信号。

5.根据权利要求1的方法，其中所述混合步骤包括：

根据设置的延迟值对中心声道信号进行时间延迟；以及

将已时间延迟了的中心声道信号与左声道信号和右声道信号混合。

6.一种用于再现至少包括中心声道的多声道音频信号的方法，所述方法包括：

根据中心声道扬声器与其它声道扬声器的每一个之间的信号延迟和声音等级差、以及从中心声道扬声器与其它声道扬声器的每一个之间的中心移动中心声道的声像的距离，设置中心声道信号的延迟值；

根据所述延迟值对中心声道信号进行时间延迟，根据预定的增益值对中心声道的信号进行增益调整，并混合中心声道的信号以及左前声道和右前声道的信号；以及

根据预定的延迟值对在上面的时间延迟操作中已被时间延迟的中心声道的信号进行时间延迟，根据预定的增益值对中心声道的信号进行增益调整，并混合中心声道以及左环绕声道和右环绕声道的信号。

7.一种用于再现多声道音频信号的设备，所述设备包括：

延迟单元，用于根据中心声道的延迟值来对中心声道的信号进行时间延迟，其中所述中心声道信号的延迟值是根据聆听者、中心声道扬声器和其它声道扬声器的方位关系来计算的；

混合增益单元，通过将已被设置的增益值提供给已时间延迟了的中心声道信号来调整中心声道信号的增益；以及

混合单元，混合已被执行时间延迟并被调整增益的中心声道的信号和其它声道的信号。

8.根据权利要求1的设备，其中所述延迟单元的延迟值是聆听者与中心扬声器之间的距离和聆听者与其它扬声器中的每一个之间的距离的差值，其被转换为时间差。

9.一种多声道扬声器系统，包括：

解码器，将多声道音频位流分成具有多个声道的音频信号；

控制单元，辨认聆听者与每个声道的方位，并根据聆听者、中心声道扬声器和其它声道扬声器之间的方位关系来计算中心声道信号的延迟值；以及

混合处理单元，根据由控制单元计算的延迟值来调整中心声道信号的时间延迟，并通过提供已被设置好的混合增益值给已时间延迟调整了的中心声道信号来混合中心声道信号和解码器所分开的其它声道信号。

10.根据权利要求9的系统，其中所述混合处理单元包括：

延迟单元，用于根据延迟值执行中心声道信号的时间延迟；

混合增益单元，用于通过将已被设置好的增益值提供给由延迟单元所时间延迟的中心声道信号，来调整中心声道信号的增益；以及

混合单元，用于将被进行时间延迟并被进行增益调整的信号与其它声道信号进行混合。

11.根据权利要求10的系统，其中所述延迟单元包括：

第一延迟单元，根据扬声器的方位来反映第一延迟值，以便将中心声道信号延迟预定的时间段；以及

第二延迟单元，根据扬声器的方位来反映第二延迟值，以便延迟在第一延迟单元中被延迟的中心声道信号。

12.根据权利要求11的系统，其中所述混合增益单元包括：

第一混合增益单元，用于提供固定的增益值给在第一延迟单元中延迟的中心声道信号，以便执行中心声道信号与左声道信号和右声道信号的每一个之间的混合；以及

第二混合增益单元，用于提供固定的增益值给在第二延迟单元中延迟的中心声道信号，以便执行中心声道信号与左环绕声道信号和右环绕声道信号的每一个之间的混合。

13.根据权利要求12的系统，还包括：

第一增益单元、第二增益单元、第三增益单元、第四增益单元和第五增益单元，分别用于调整左声道信号、右声道信号、中心声道信号、左环绕声道信号和右环绕声道信号的增益。

14.根据权利要求13的系统，其中所述混合单元包括：

第一混合单元，用于提供由第一增益单元所输出的左声道信号与由第一混合增益单元所输出的中心声道信号之间的混合；

第二混合单元，用于提供由第三增益单元所输出的右声道信号与由第一混合增益单元所输出的中心声道信号之间的混合；

第三混合单元，用于提供由第四增益单元所输出的左环绕声道信号与由第二混合增益单元所输出的中心声道信号之间的混合；以及

第四混合单元，用于提供由第五增益单元所输出的右环绕声道信号与由第二混合增益单元所输出的中心声道信号之间的混合。

15.一种用于再现多声道音频信号的方法，所述方法包括：

混合中心声道的音频信号与左声道和右声道的音频信号；以及

混合中心声道的音频信号与左环绕声道和右环绕声道的音频信号。

16.根据权利要求15的方法，其中与左声道和右声道的音频信号混合的中心声道的音频信号相同于与左环绕声道和右环绕声道的音频信号混合的中心声道的音频信号。

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