CN101695151A - 多声道音频信号变换为双声道音频信号的方法和设备 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种多声道音频信号转换成双声道音频信号的方法和设备，属于音频编码领域。所述方法包括：对左、右环绕声道信号进行加入空间方位感的滤波处理，得到处理后的左、右环绕声道信号；对中央声道信号和/或左、右主声道信号进行线性衰减处理或加入空间方位感的滤波处理，得到处理后的左、右主声道信号；将处理后的所有左声道信号叠加，处理后的所有右声道信号叠加，生成双声道音频信号。还公开了一种多声道音频信号转换成双声道音频信号的设备。本发明简化了多声道音频信号转换成双声道音频信号的过程，可以用于多种播放设备，且使处理后的双声道音频可用于各种场合，增强了用户的体验。
Description
技术领域
本发明涉及音频处理技术领域，特别涉及了一种多声道音频信号变换为双声道音频信号的方法和设备。
背景技术
对于简单的音频重放系统来说，一般是通过单声道(mono)或者双声道立体声(stereo)来重现一段音频信号的原有声场结构与音质特点。但是，随着人们对音乐质量的要求不断提高，仅靠两个声道甚至单声道来记录、传输以及重放就显得跟不上人们需求的发展。
在这种情况下，现有技术中有两种不同的解决方案：
1.多声道环绕声技术：
利用多声道来模拟一个环绕声场，就比原来的单声道或双声道显得更加有效，这种方案主要用于大型厅堂或者家庭影院的音响设备中。
2.虚拟环绕声技术：
虚拟环绕声技术主要是利用人耳对声音时间、方位的感觉特性，对不同方向上的声音信号进行特殊的滤波处理，从而让两个声道也能发挥出多声道的声音效果。这种方案主要用于超小或便携式的听音设备和耳机(例如头戴式耳机)中。
在实现本发明的过程中，发明人发现上述现有技术至少具有以下缺点：
多声道环绕声技术和虚拟环绕声技术由于对设备的要求而不能应用于各种应用场合；
且现有的虚拟环绕声技术，在重放时，需要对已解码的五声道音频信号进行处理，则需要用互相匹配的多声道编码器、解码器和存储、传输信号的设备和重放设备来实现，对设备的匹配要求高，过程复杂。
发明内容
为了简化多声道音频信号转换成双声道音频信号重放时的过程，降低对设备的要求使处理后的双声道音频可用于各种应用场合，本发明实施例提供了一种多声道音频信号变换为双声道音频信号的方法和设备。所述技术方案如下：
一方面，一种多声道音频信号变换为双声道音频信号的方法，该多声道音频信号至少包括主声道信号和环绕声道信号，其中，该主声道信号包括左、右主声道信号和中央声道信号，该环绕声道信号包括左环绕声道信号和右环绕声道信号，该方法包括：
对该左、右环绕声道信号进行加入空间方位感的滤波处理，得到处理后的左、右环绕声道信号；
对该中央声道信号和/或该左、右主声道信号进行处理；
对该中央声道信号进行处理为对该中央声道信号进行线性衰减处理或加入空间方位感的滤波处理，将处理后的中央声道信号分成两个频谱相同的信号，分别作为左、右声道信号；
对该左、右主声道信号进行处理为对该左、右主声道信号进行线性衰减处理或加入空间方位感的滤波处理，得到处理后的左、右主声道信号；
将处理后的所有左声道信号叠加，处理后的所有右声道信号叠加，生成双声道音频信号。
将处理后的所有左声道信号叠加，处理后的所有右声道信号叠加，生成双声道音频信号还包括：
若该多声道音频中存在低频增强声道，将该低频增强声道叠加到该生成的双声道音频信号中。
该多声道音频是未进行编码的原始音源信号或经过编码后输出用于多声道重放的信号。
另一方面，一种多声道音频信号变换为双声道音频信号的设备，该多声道音频至少包括主声道信号和环绕声道信号，其中，该主声道信号包括左、右主声道信号和中央声道信号，该环绕声道信号包括左环绕声道信号和右环绕声道信号，该设备包括：
环绕声道处理模块，用于对该左、右环绕声道信号进行加入空间方位感的滤波处理，得到处理后的左、右环绕声道信号；
主声道处理模块，用于对该中央声道信号和/或该左、右主声道信号进行处理；
中央声道处理单元，用于对该中央声道信号进行处理；
第一衰减子单元，用于对该中央声道信号进行线性衰减处理，将处理后的中央声道信号分成两个频谱相同的信号，分别作为处理后的左、右主声道信号；
第一滤波子单元，用于对该中央声道信号进行加入空间方位感的滤波处理，将处理后的中央声道信号分成两个频谱相同的信号，分别作为处理后的左、右主声道信号；
左右主声道处理单元，用于对该左、右主声道信号进行处理；
第二衰减子单元，用于对该左、右主声道信号进行线性衰减处理或加入空间方位感的滤波处理，得到处理后的左、右主声道信号；
第二滤波子单元，用于对该左、右主声道信号进行加入空间方位感的滤波处理，得到处理后的左、右主声道信号；
信号叠加模块，用于将处理后的所有左声道信号叠加，处理后的所有右声道信号叠加，生成双声道音频信号。
该信号叠加模块还包括：
低频声道叠加单元，用于若该多声道音频中存在低频增强声道，将该低频增强声道叠加到该生成的双声道音频信号中。
该多声道音频信号是未进行编码的原始音源信号或经过编码后输出用于多声道重放的信号。
本发明实施例提供的技术方案的有益效果是：
本发明实施例通过对中央声道信号和/或左右主声道信号进行线性衰减处理或加入空间方位感的滤波处理，并对环绕声道信号进行加入空间方位感的滤波处理，简化了多声道音频信号转换成双声道音频信号的过程，可以用于多种播放设备，且使处理后的双声道音频可用于各种场合，增强了用户的体验。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例1提供的一种多声道音频信号变换为双声道音频信号方法的流程图；
图2是本发明实施例2提供的另一种多声道音频信号变换为双声道音频信号方法的流程图；
图3是本发明实施例3提供的一种多声道音频信号变换为双声道音频信号设备的结构图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。
本发明实施例是以输入信号为五声道音频信号为例进行说明，实际操作中多声道信号可以是五声道也可以是多于或少于五声道的信号，该五声道信号分别为中央声道信号C、左声道信号L、右声道信号R、左环绕声道信号SL、右环绕声道信号SR。为了与左环绕声道信号SL和右环绕声道信号SR相区别，左声道信号L和右声道信号R也可以被称为左主声道信号和右主声道信号。这里，L和R又可合称为主声道信号，记为M；而SL和SR可被合称为环绕声信号，记为S。
需要说明的是，这里所述的五声道信号都是没有空间方位感的音频信号，在重放过程中感受到的方位感及环绕声感觉，是由输出扬声器的位置与布置而造成的。即这五声道信号中每一声道信号自身并不具有空间方位感，为了使用户在听重放的声道时有环绕声的感受，需对声道信号进行加入空间方位感的处理。
虚拟环绕声中加入空间方位感的原理为，利用听觉传输原理和利用声源到双耳的传输函数，即HRTF(Head Related Transfer Function，头相关传输函数)，对立体声信号进行检拾和处理，从而达到声场空间信息的传输、模拟和重放。听觉传输立体声系统利用人工头进行信号检拾，或利用信号处理的方法模拟出声源到双耳的头相关传输函数，从而得到双耳信号，经放大、记录和传输后，用耳机重放。环绕声产生的基础是用人工方法模仿自然听音过程中的空间信息，利用双耳头相关传输函数可以将与空间有关的频率上的变动和时间延迟加在进入耳朵的声音信号上，产生环绕声效果。
实施例1
参见图1，本发明实施例提供了一种多声道音频信号变换为双声道音频信号的方法该多声道音频至少包括主声道信号和环绕声道信号，其中，主声道信号包括左、右主声道信号和中央声道信号，环绕声道信号包括左环绕声道信号和右环绕声道信号，该方法包括：
101：对该左、右环绕声道信号进行加入空间方位感的滤波处理，得到处理后的左、右环绕声道信号；
102：对该中央声道信号和/或该左、右主声道信号进行处理；
对该中央声道信号进行处理为对该中央声道信号进行线性衰减处理或加入空间方位感的滤波处理，将处理后的中央声道信号分成两个频谱相同的信号，分别作为处理后的左、右主声道信号；
对该左、右主声道信号进行处理为对该左、右主声道信号进行线性衰减处理或加入空间方位感的滤波处理，得到处理后的左、右主声道信号；
103：将处理后的所有左声道信号叠加，处理后的所有右声道信号叠加，生成双声道音频信号。
上述步骤101和步骤102没有严格的顺序关系，即可以同时进行，也可以分前后顺序进行，本发明实施例不做具体限定。
本发明实施例通过对中央声道信号和/或左右主声道信号进行线性衰减处理或加入空间方位感的滤波处理，并对环绕声道信号进行加入空间方位感的滤波处理，简化了多声道音频信号转换成双声道音频信号的过程，可以用于多种播放设备，且使处理后的双声道音频可用于各种场合，增强了用户的体验。
实施例2
参见图2，本发明实施例提供了一种多声道音频信号变换为双声道音频信号的方法。该方法包括：
步骤201：对中央声道信号C进行线性衰减处理，得到信号C’；
具体的，其中，本领域技术人员可以获知，线性衰减指的是下降速度均匀，呈直线形下降，所选用的模型是直线型。在本发明实施例中，是指在对信号进行一定比例的幅度衰减(衰减幅度可以为0，即不对信号进行处理)，信号的衰减幅度根据信号本身频谱等性质改变。例如，中央声道信号C进行了衰减参数为a的衰减，则有得到的信号为C’＝a*C。
需要说明的是，这里所做的线性衰减处理的目的在于将频谱分布于不同频域的信号进行处理并叠加后所合成的频谱与原始频谱相近，使生成的双声道信号与原始信号的听觉感受一致。
步骤202：将信号C’分成两个频谱相同的信号，分别作为左声道信号Lc’和右声道信号Rc’；
步骤203：对左、右主声道信号L和R利用头相关传输函数进行滤波处理，得到信号L’和R’；
其中，利用头相关传输函数进行滤波处理的目的是应用虚拟环绕声技术，对信号进行滤波，给信号加入方向、距离参数等。
其中，本领域技术人员可以获知，滤波处理指的是在虚拟环绕声技术对信号进行处理时，在时域中的处理过程是待处理信号与滤波函数(即传输函数)进行卷积，而在频域中，是二者相乘。
本发明实施例所使用的头相关传输函数数据是从MIT的media lab中的共享数据部分下载得到的，这些数据是使用KEMAR假头模型的传声器测得的。
其中，本发明实施例利用头相关传输函数作为营造环绕声感觉的滤波函数，在实际应用过程中，也可以利用其他的技术进行变换来生成所需的变换滤波器，而不仅限于头相关传输函数或从MIT获得的滤波器参数，本发明实施例不做具体限定。
步骤204：对左、右环绕声道信号SL和SR利用头相关传输函数进行滤波处理，得到信号SL’和SR’；
在这里需要说明的是，在利用头相关传输函数进行滤波处理的时候需要考虑到所处理信号的性质，步骤203中的左、右主声道信号发声位置处于聆听者的侧前方或前方，而本步骤204中的环绕声道的发声位置都在聆听者的侧方或者后方，方向距离等都不同，且其方向中还包括了平面角和仰角，所以在进行滤波处理时需要对方向、距离等参数进行不同设置，以使不同的信号产生不同的效果。
步骤205：将Lc’、L’和SL’叠加，Rc’、R’和SR’叠加，得到双声道重放信号。
另外，在多声道音频中还可以存在低频增强声道，但由于该声道处于低频，对环绕感和方向感基本没有影响，因此，可以简单叠加到叠加后的双声道信号中。
上述步骤201-步骤202是线性衰减处理的过程，对中央声道信号也可以利用相关函数进行滤波处理，即根据中央声道信号的发声位置对其进行加入方位感的滤波处理，再将处理后的中央声道信号分成两个频谱相同的信号，分别作为左声道信号和右声道信号。
上述步骤203是利用相关函数进行滤波处理的过程，对左、右主声道信号也可以进行线性衰减处理，即对左、右主声道信号进行一定比例的幅度衰减(衰减幅度可以为0，即不对信号进行处理)，信号的衰减幅度根据信号本身频谱等性质改变。
需要说明的是在实际操作中，可以对主声道信号的处理和对左、右主声道信号都进行处理，也可以只处理中央声道信号或左、右主声道信号，上述的信号的处理方法可以是线性衰减处理也可以是加入方位感的滤波处理，且上述的处理没有规定的先后顺序，也就是说可以任意顺序进行，或者并行处理。。
需要说明的是，上面所述的实施方式是针对编解码器均可处理五声道音频信号的情况。在此情况下，需要对解码后的五声道信号进行处理。然而，在传输码率不够或存储空间不足的情况下，有可能要求编解码器只处理双声道音频信号，在此情况下，需要对音源信号直接应用上述的处理过程。也就是说，本发明不仅可以应用于解码后，也可以应用于编码前。
本发明实施例中的多声道音频可以是未进行编码的原始音源信号，也可以是经过编码后输出用于多声道重放的信号。
若多声道音频是未进行编码的原始音源信号，通过将多声道音频信号变化为双声道音频信号，节省存储空间和传输码率，以便用有限的存储容量或传输带宽来存储或传达更长时间的音频信号，在操作简单的同时又兼顾原有的环绕音感觉。
若多声道音频是经过解码后输出用于多声道重放的信号，该生成的双声道音频信号用于便携式电子设备的双声道立体声扬声器或耳机(如小型立体声扬声器或者头戴式耳机)输出，在操作简单的同时又兼顾原有的环绕音感觉。
在五声道音源的双声道重放实验中，信号选取了自然界中的声音(例如鸟叫声)和语音信号，因为五声道音源大多来自于而且应用于电影或电视节目，这样的信号选取更加接近实际应用情况。具体地说，在五声道音源的双声道重放的实验中，这五声道音源分别为：中央声道信号C为语音，L左右主声道信号L、R为普通交响乐伴音，左右环绕声道信号为鸟鸣声。其中，至少对环绕声道进行虚拟方向性处理后再进行叠加。在听音中，将加入方向处理后叠加的声音与不加方向处理直接叠加的声音相比较发现：二者的信号清晰度几乎相同，但前者可以十分明显地听出鸟叫声在身后方，而立体声伴音也感觉更加弥散，类似于五声道音场的感觉。
本发明实施例通过对中央声道信号和/或左右主声道信号进行线性衰减处理或加入空间方位感的滤波处理，并对环绕声道信号进行加入空间方位感的滤波处理，简化了多声道音频信号转换成双声道音频信号的过程，可以用于多种播放设备，且使处理后的双声道音频可用于各种场合，增强了用户的体验。
实施例3
参见图3，本发明实施例提供了一种多声道音频信号变换为双声道音频信号的设备，多声道音频至少包括主声道信号和环绕声道信号，其中，主声道信号包括左、右主声道信号和中央声道信号，环绕声道信号包括左环绕声道信号和右环绕声道信号，多声道音频是未进行编码的原始音源信号或经过编码后输出用于多声道重放的信号，该设备包括：环绕声道处理模块301、主声道处理模块302和信号叠加模块303；
环绕声道处理模块301，用于对该左、右环绕声道信号进行加入空间方位感的滤波处理，得到处理后的左、右环绕声道信号；
主声道处理模块302，用于对该中央声道信号和/或该左、右主声道信号进行处理；
该主声道处理模块302具体包括：中央声道处理单元3021和左右主声道处理单元3022；
中央声道处理单元3021，用于对该中央声道信号进行处理；
该中央声道处理单元3021具体包括：第一衰减子单元3021a和第一滤波子单元3021b；
第一衰减子单元3021a，用于对该中央声道信号进行线性衰减处理，将处理后的中央声道信号分成两个频谱相同的信号，分别作为处理后的左、右主声道信号；
第一滤波子单元3021b，用于对该中央声道信号进行加入空间方位感的滤波处理，将处理后的中央声道信号分成两个频谱相同的信号，分别作为处理后的左、右主声道信号；
左右主声道处理单元3022，用于对该左、右主声道信号进行处理；
该左右主声道处理单元3022具体包括：第二衰减子单元3022a和第二滤波子单元3022b；
第二衰减子单元3022a，用于对该左、右主声道信号进行线性衰减处理或加入空间方位感的滤波处理，得到处理后的左、右主声道信号；
第二滤波子单元3022b，用于对该左、右主声道信号进行加入空间方位感的滤波处理，得到处理后的左、右主声道信号。
信号叠加模块303，用于将处理后的所有左声道信号叠加，处理后的所有右声道信号叠加，生成双声道音频信号。
信号叠加模块303还包括：
低频声道叠加单元3031，用于若所述多声道音频中存在低频增强声道，将所述低频增强声道叠加到所述生成的双声道音频信号中。
本实施例提供的设备，与方法实施例属于同一构思，其具体实现过程详见方法实施例，在此不再赘述。
本发明实施例通过对中央声道信号和/或左右主声道信号进行线性衰减处理或加入空间方位感的滤波处理，并对环绕声道信号进行加入空间方位感的滤波处理，简化了多声道音频信号转换成双声道音频信号的过程，可以用于多种播放设备，且使处理后的双声道音频可用于各种场合，增强了用户的体验。
本发明实施例提供的上述技术方案的全部或部分可以通过程序指令相关的硬件来完成，所述程序可以存储在可读取的存储介质中，该存储介质包括：ROM、RAM、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种多声道音频信号变换为双声道音频信号的方法，所述多声道音频信号至少包括主声道信号和环绕声道信号，其中，所述主声道信号包括左、右主声道信号和中央声道信号，所述环绕声道信号包括左环绕声道信号和右环绕声道信号，其特征在于，所述方法包括：
对所述左、右环绕声道信号进行加入空间方位感的滤波处理，得到处理后的左、右环绕声道信号；
对所述中央声道信号和/或所述左、右主声道信号进行处理；
所述对所述中央声道信号进行处理为对所述中央声道信号进行线性衰减处理或加入空间方位感的滤波处理，将处理后的中央声道信号分成两个频谱相同的信号，分别作为左、右声道信号；
所述对所述左、右主声道信号进行处理为对所述左、右主声道信号进行线性衰减处理或加入空间方位感的滤波处理，得到处理后的左、右主声道信号；
将处理后的所有左声道信号叠加，处理后的所有右声道信号叠加，生成双声道音频信号。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，将处理后的所有左声道信号叠加，处理后的所有右声道信号叠加，生成双声道音频信号还包括：
若所述多声道音频中存在低频增强声道，将所述低频增强声道叠加到所述生成的双声道音频信号中。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述多声道音频是未进行编码的原始音源信号或经过编码后输出用于多声道重放的信号。
4.一种多声道音频信号变换为双声道音频信号的设备，所述多声道音频至少包括主声道信号和环绕声道信号，其中，所述主声道信号包括左、右主声道信号和中央声道信号，所述环绕声道信号包括左环绕声道信号和右环绕声道信号，其特征在于，所述设备包括：
环绕声道处理模块，用于对所述左、右环绕声道信号进行加入空间方位感的滤波处理，得到处理后的左、右环绕声道信号；
主声道处理模块，用于对所述中央声道信号和/或所述左、右主声道信号进行处理；
中央声道处理单元，用于对所述中央声道信号进行处理；
第一衰减子单元，用于对所述中央声道信号进行线性衰减处理，将处理后的中央声道信号分成两个频谱相同的信号，分别作为处理后的左、右主声道信号；
第一滤波子单元，用于对所述中央声道信号进行加入空间方位感的滤波处理，将处理后的中央声道信号分成两个频谱相同的信号，分别作为处理后的左、右主声道信号；
左右主声道处理单元，用于对所述左、右主声道信号进行处理；
第二衰减子单元，用于对所述左、右主声道信号进行线性衰减处理或加入空间方位感的滤波处理，得到处理后的左、右主声道信号；
第二滤波子单元，用于对所述左、右主声道信号进行加入空间方位感的滤波处理，得到处理后的左、右主声道信号；
信号叠加模块，用于将处理后的所有左声道信号叠加，处理后的所有右声道信号叠加，生成双声道音频信号。
5.如权利要求4所述的设备，其特征在于，所述信号叠加模块还包括：
低频声道叠加单元，用于若所述多声道音频中存在低频增强声道，将所述低频增强声道叠加到所述生成的双声道音频信号中。
6.如权利要求4所述的设备，其特征在于，所述多声道音频信号是未进行编码的原始音源信号或经过编码后输出用于多声道重放的信号。
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