CN102144410A - 增强多个音频通道的再现 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及多通道音频领域。更具体地讲，本发明涉及一种用于提供适合应用于位于传统的前扬声器上方的扬声器的音频通道的方法。

Description

增强多个音频通道的再现
相关申请的交叉引用
本申请要求于2008年9月3日提交的美国专利临时申请No.61/190,963的优先权，在此通过引用将其全文并入。
技术领域
本发明涉及多通道音频领域。更具体地讲，本发明涉及一种用于提供适合应用于位于传统的前扬声器上方的扬声器的音频通道的方法。本发明还涉及用于执行该方法的设备和用于执行该方法的计算机程序。
发明内容
根据本发明的方面，一种增强多个音频通道(所述通道包括旨在用于向收听区的前面进行回放的通道和旨在用于向收听区的侧面和/或后面进行回放的通道)的再现(reproduction)的方法包括：从旨在用于向收听区的侧面或后侧进行回放的一对通道提取异相(out-of-phase)声音信息；以及将所述异相声音信息应用于一个或多个扬声器，所述一个或多个扬声器位于用于回放旨在用于向收听区的前面进行回放的通道的扬声器上方。
所述提取步骤可提取两组异相信息，以及所述应用步骤可将第一组异相信息应用于一个或多个左垂直高度(height)扬声器，以及可将第二组异相信息应用于一个或多个右垂直高度扬声器，所述一个或多个左垂直高度扬声器位于回放旨在用于向收听区的左前方进行回放的一个通道或多个通道的一个或多个左扬声器上方，所述一个或多个右垂直高度扬声器位于回放旨在用于向收听区的右前方进行回放的一个通道或多个通道的一个或多个右扬声器上方。根据第一种备选的方案，所述提取步骤可提取包括所述一对通道中的异相分量的单通道单声(single-channel monohponic)音频信号，并将所述单声音频信号划分成用于分别耦合(couple)到左垂直高度扬声器和右垂直高度扬声器的两个信号，即，左垂直高度信号和右垂直高度信号。根据第二种备选的方案，提取步骤可提取用于分别耦合到左垂直高度扬声器和右垂直高度扬声器的两个音频信号，即，左垂直高度信号和右垂直高度信号，所述垂直高度信号中的每个包括所述一对通道中的异相分量，左垂直高度信号向着所述一对通道中的左侧通道和/或左后侧通道被加权，以及，右垂直高度信号向着所述一对通道中的右侧通道和/或右后侧通道被加权。
为了使收听区中的特定位置处的异相信号抵消最小，应用于左垂直高度扬声器和右垂直高度扬声器的信号优选地彼此同相(inphase)。
根据三种备选的方案中的第一种，存在旨在用于向收听区的侧面和/或后侧进行回放的一对通道，即，左环绕(surround)通道和右环绕通道。根据所述三种备选的方案中的第二种，存在旨在用于向收听区的侧面和/或后侧进行回放的一对通道，即，左后环绕通道和右后环绕通道。根据所述三种备选的方案中的第三种，存在旨在用于向收听区的侧面和/或后侧进行回放的两对通道，即，一对侧环绕通道和一对后环绕通道，以及其中，所述一对侧环绕通道为左环绕通道和右环绕通道，以及，所述一对后环绕通道为左后环绕通道和右后环绕通道。
所述提取步骤可使用无源矩阵(passive matrix)提取异相声音信息。从其提取异相声音信息的一对通道可被指定为Ls和Rs，以及提取的异相声音信息可被指定为Lvh和Rvh，这样，Lvh、Rvh、Ls和Rs之间的关系可被表征为：
Lvh＝[(0.871＊Ls)-(0.49＊Rs)]，以及
Rvh＝[(-0.49＊Ls)+(0.871＊Rs)]。
作为备选的方案，所述提取步骤可使用有源矩阵(active matrix)提取异相声音信息。
可从一对音频源信号得到(derive)多个音频通道。所述一对音频信号可以是立体声音频信号对，其中方向信号被编码到该立体声音频信号对中。作为备选的方案，可从多于两个的音频源信号得到多个音频通道，所述多于两个的音频源信号包括表示旨在用于向收听区的前面以及收听区的侧面和/或后面进行回放的相应通道的独立信号。可将表示旨在用于向收听区的侧面和/或后面进行回放的相应通道的一对独立信号与异相垂直高度信息一起被编码。
附图说明
图1是显示理想化的用于再现左(L)、中(C)和右(R)音频通道以及左环绕(Ls)和右环绕(Rs)音频通道的扬声器位置的环境的示意性平面图，左(L)、中(C)和右(R)音频通道旨在用于向收听区的前面进行回放，左环绕(Ls)和右环绕(Rs)音频通道旨在用于向收听区的侧面进行回放。
图2是显示理想化的用于再现左(L)、中(C)和右(R)音频通道以及左环绕(Ls)、右环绕(Rs)、左后环绕(Lrs)和右后环绕(Rrs)音频通道的扬声器位置的环境的示意性平面图，左(L)、中心(C)和右(R)音频通道旨在用于向收听区的前面进行回放，左环绕(Ls)、右环绕(Rs)、左后环绕(Lrs)和右后环绕(Rrs)音频通道旨在用于向收听区的侧面和后侧进行回放。
图3显示添加了根据本发明的方面的垂直高度扬声器位置的图1示例。
图4显示小房间环境下的图3示例。
图5显示添加了根据本发明的方面的垂直高度扬声器位置的图1示例。
图6显示小房间环境下的图5示例。
图1至图6均不是按比例的。
图7至图10显示了可获得应用于Lvh和Rvh扬声器位置处的扬声器的信号的根据本发明的方面的各种方式的示例。
具体实施方式
图1是显示理想化的用于再现左(L)、中(C)和右(R)音频通道以及左环绕(Ls)和右环绕(Rs)音频通道的扬声器位置的环境的示意性平面图，左(L)、中(C)和右(R)音频通道旨在用于向收听区的前面进行回放，左环绕(Ls)和右环绕(Rs)音频通道旨在用于向收听区的侧面进行回放。这样的布置典型地还包括“LFE”(低频效果)扬声器(例如亚低音扬声器(subwoofer))，并且通常被称为“5.1”通道回放布置(五个主通道加上LFE通道)。为了简化描述，将不对LFE通道进行进一步论述，LFE通道对于说明或理解本发明不是必要的。
理论上的(notional)具有中心4的收听区2被显示在五个理想化的扬声器位置之间。通过将中央扬声器位置设置成相对于收听区中心为0度，其它扬声器位置可具有所示的相对角度位置范围-右扬声器位置从22度到30度(左扬声器位置处于镜像位置范围)，以及右环绕扬声器位置从90度到110度(左环绕扬声器位置处于镜像位置范围)。
图2是显示理想化的用于再现左(L)、中(C)和右(R)音频通道以及左环绕(Ls)、右环绕(Rs)、左后环绕(Lrs)和右后环绕(Rrs)音频通道的扬声器位置的环境的示意性平面图，左(L)、中(C)和右(R)音频通道旨在用于向收听区的前面进行回放，左环绕(Ls)、右环绕(Rs)、左后环绕(Lrs)和右后环绕(Rrs)音频通道旨在用于向收听区的侧面和后侧进行回放。这样的布置典型地通常被称为“7.1”通道回放布置(七个主通道加上LFE通道)。
理论上的具有中心8的收听区6被显示在七个理想化的扬声器位置之间。通过将中央扬声器位置设置成相对于收听区中心为0度，其它扬声器位置可具有所示的相对角度位置范围-右扬声器位置从22度到30度(左扬声器位置处于镜像位置范围)，右环绕扬声器位置从90度到110度(左环绕扬声器位置处于镜像位置范围)，以及右后环绕扬声器位置(左后环绕扬声器位置处于镜像位置范围)。
图3显示添加了根据本发明的方面的垂直高度扬声器位置的图1示例。在相对于收听区中心4的22度到45度的角度范围内以虚线显示右垂直高度(Rvh)扬声器位置(表示它在右(R)扬声器位置上方)。在相对于收听区中心4的22度到45度的角度范围的镜像内以虚线显示左垂直高度(Lvh)扬声器位置(表示它在左(L)扬声器位置上方)。
图4显示小房间环境下的图3示例。沙发10位于收听区2中。扬声器位于L、LFE、C、R、Lvh、Rvh、Ls和Rs扬声器位置处。在12处示意性地显示了与多个音频通道相关联的设备。视频屏幕13位于中央扬声器位置上方。
将注意到，Lvh和Rvh扬声器位置在前音频通道的扬声器位置上方。例如，已经发现合适的Lvh和Rvh扬声器位置在L和R扬声器位置上方至少一米，并且尽可能地高。此外，虽然已经发现Lvh和Rvh扬声器位置可处于比L和R扬声器位置更宽的角度(例如，高达45度，而不是30度)处，但是Lvh和Rvh扬声器位置优选地基本上在L和R扬声器位置的正上方。还将注意到，Lvh和Rvh扬声器位置在Ls和Rs扬声器位置上方。
图5显示添加了根据本发明的方面的垂直高度扬声器位置的图1示例。在相对于收听区中心4的22度到45度的角度范围内以虚线显示右垂直高度(Rvh)扬声器位置(表示它在右(R)扬声器位置上方)。在相对于收听区中心8的22度到45度的角度范围的镜像内以虚线显示左垂直高度(Lvh)扬声器位置(表示它在左(L)扬声器位置上方)。
图6显示小房间环境下的图5示例。沙发10位于收听区2中。扬声器位于L、LFE、C、R、Lvh、Rvh、Ls、Rs、Rrs和Lrs扬声器位置处。在12处示意性地显示了与多个音频通道相关联的设备。视频屏幕13位于中央扬声器位置上方。
将注意到，Lvh和Rvh扬声器位置在前音频通道的扬声器位置上方。例如，已经发现合适的Lvh和Rvh扬声器位置在L和R扬声器位置上方至少一米，并且尽可能地高。此外，虽然已经发现Lvh和Rvh扬声器位置可处于比L和R扬声器位置更宽的角度(例如，高达45度，而不是30度)处，但是Lvh和Rvh扬声器位置优选地基本上在L和R扬声器位置的正上方。还将注意到，Lvh和Rvh扬声器位置在Ls、Rs、Lrs和Rrs扬声器位置上方。
图7至图10显示可获得应用于Lvh和Rvh扬声器位置处的扬声器的信号的根据本发明的方面的各种方式的示例。
首先参照图7，显示了应用于对于图1、图3和图4的示例共同的五个扬声器位置处的各个扬声器的五个音频通道(L、C、R、Ls和Rs)。通过提取器或提取过程(“提取异相”)16提取旨在用于从收听区侧面的扬声器位置(Ls、Rs)回放的一对通道中的异相声音信息，以提供被应用于Lvh和Rvh扬声器位置(图3和图4)处的扬声器的信号。装置或过程16可以例如是无源或有源矩阵。合适的无源矩阵可被表征为：
Lvh＝[(0.871＊Ls)-(0.49＊Rs)]，以及
Rvh＝[(-0.49＊Ls)+(0.871＊Rs)]。
也可以以相同的方式表征合适的有源矩阵的静止(quiescent)矩阵条件。
因此，提取装置或过程16提取用于分别耦合到左垂直高度扬声器和右垂直高度扬声器的两个音频信号，即，左垂直高度信号和右垂直高度信号。所述垂直高度信号中的每个包括Ls和Rs通道中的异相分量，借助于矩阵系数(在该示例中，为0.871和0.49)，左垂直高度信号向着所述通道对中的左侧和/或左后侧通道被加权，并且，右垂直高度信号向着所述通道对中的右侧和/或右后侧通道被加权。优选地，所述垂直高度信号彼此同相。
在图8的示例中，显示了应用于对于图2、图5和图6的示例共同的七个扬声器位置处的各个扬声器的七个音频通道(L、C、R、Ls、Rs、Lrs和Rrs)。通过提取器或提取过程(“提取异相”)16提取旨在用于从收听区侧面的扬声器位置(Ls、Rs)回放的一对通道中的异相声音信息，以提供应用于Lvh和Rvh扬声器位置(图5和图6)处的扬声器的信号。装置或过程16可以例如是无源或有源矩阵。合适的无源矩阵可被表征为：
Lvh＝[(0.871＊Lrs)-(0.49＊Rrs)]，以及
Rvh＝[(-0.49＊Lrs)+(0.871＊Rrs)]。
也可以以相同的方式表征合适的有源矩阵的静止矩阵条件。
因此，提取装置或过程16提取用于分别耦合到左垂直高度扬声器和右垂直高度扬声器的两个音频信号，即，左垂直高度信号和右垂直高度信号。所述垂直高度信号中的每个包括Ls和Rs通道中的异相分量，借助于矩阵系数(在该示例中，为0.871和0.49)，左垂直高度信号向着所述通道对中的左侧和/或左后侧通道被加权，并且，右垂直高度信号向着所述通道对中的右侧和/或右后侧通道被加权。优选地，所述垂直高度信号彼此同相。
虽然已经发现从Ls和Rs通道对提取左垂直高度信号和右垂直高度信号是合适的，但是还可从Lrs和Rrs通道对提取垂直高度信号。
在图9的示例中，显示了应用于对于图1、图3和图4的示例共同的五个扬声器位置处的各个扬声器的五个音频通道(L、C、R、Ls和Rs)。通过提取器或提取过程(“提取异相”)18以及信号分离器或信号分离过程(“分离信号”)20提取旨在用于从收听区侧面的扬声器位置(Ls、Rs)回放的一对通道中的异相声音信息，以提供应用于Lvh和Rvh扬声器位置(图3和图4)处的扬声器的信号。在本示例中，提取装置或过程得到单个单声信号，而不是如图7和图8的示例中那样的两个类立体声的信号。装置或过程18可以例如是无源或有源矩阵。合适的无源矩阵可被表征为：
Lvh＝Rvh＝(Ls-Rs)
也可以以相同的方式表征合适的有源矩阵的静止矩阵条件。可认为信号分离装置或过程20是提取装置或过程18的一部分。
单个单声信号可被分离为同一信号的两个副本。作为备选的方案，可将某种类型的伪立体声(peseudo-stereo)得到应用于单声信号。
因此，提取装置或过程18提取用于分别耦合到左垂直高度扬声器和右垂直高度扬声器的两个音频信号，即，左垂直高度信号和右垂直高度信号。所述垂直高度信号中的每个包括Ls和Rs通道中的异相分量。优选地，所述垂直高度信号彼此同相。
在图10的示例中，显示了应用于对于图2、图5和图6的示例共同的七个扬声器位置处的各个扬声器的七个音频通道(L、C、R、Ls、Rs、Lrs和Rrs)。通过提取器或提取过程(“提取异相”)18以及信号分离器或信号分离过程(“分离信号”)20提取旨在用于从收听区侧面的扬声器位置(Ls、Rs)回放的一对通道中的异相声音信息，以提供应用于Lvh和Rvh扬声器位置(图3和图4)处的扬声器的信号。在本示例中，提取装置或过程得到单个单声信号，而不是如图7和图8示例中那样的两个类立体声的信号。装置或过程18可以例如是无源或有源矩阵。合适的无源矩阵可被表征为：
Lvh＝Rvh＝(Lrs-Rrs)
也可以以相同的方式表征合适的有源矩阵的静止矩阵条件。可认为信号分离装置或过程20是提取装置或过程18的一部分。
单个单声信号可被分离为同一信号的两个副本。作为备选的方案，可将某种类型的伪立体声推导应用于单声信号。
因此，提取装置或过程18提取用于分别耦合到左垂直高度扬声器和右垂直高度扬声器的两个音频信号，即，左垂直高度信号和右垂直高度信号。所述垂直高度信号中的每个包括Ls和Rs通道中的异相分量。优选地，所述垂直高度信号彼此同相。
虽然已经发现从Ls和Rs通道对提取左垂直高度信号和右垂直高度信号是合适的，但是还可从Lrs和Rrs通道对提取垂直高度信号。
在图3至图10的各种示例性实施例中，多个音频通道(L、C、R、Ls、Rs、Lvh、Rvh；L、C、R、Ls、Rs、Lrs、Rrs、Lvh、Rvh)可以为从一对音频源信号得到的音频通道。这样的一对音频信号可以是方向信息被编码到其中的立体声音频信号对。可将表示旨在用于向收听区的侧面和/或后面进行回放的相应通道的一对独立信号与异相垂直高度信息一起被编码。在不存在这样的编码(这样的编码可能难以实现)时，可认为所获得的垂直高度信号为伪高度信号。本发明的一方面是，由于这样的伪高度信号的得到方式，当通过Lvh和Rvh位置中的扬声器再现这样的伪高度信号时，这样的伪高度信号不太可能包括无意义的(non-sensical)或者不合适的(out-of-place)声音。这样的伪高度信号将主要包括存在于侧通道或后侧通道中的环境声或漫射(diffuse)声。
作为备选的方案，可从多于两个的音频源信号得到多个音频通道，所述多于两个的音频源信号包括表示旨在用于向收听区的前面以及收听区的侧面和/或后面进行回放的相应通道的独立的(或分立的)信号。可将表示旨在用于向收听区的侧面和/或后面进行回放的相应通道的一对独立的信号与异相垂直高度信息一起被编码。在这种情况下，声音可被明确地定位用于被Lvh和Rvh扬声器位置处的扬声器回放。
为了简化，各个附图没有显示在实现实际的声音再现布置时可能必需的相对时间延迟和增益调整。实现这样的时间延迟和增益调整的方式在本领域是公知的，并且不形成本发明的一部分。
将理解的是，用于再现多个音频通道的图1至图6的布置为用于本发明的方面的环境的示例。例如，图1和图2示例中的扬声器位置的角度位置对于本发明不是关键的。此外，还应该理解，多于一个扬声器可放置在扬声器位置处或扬声器位置附近。
实现
可以硬件或软件、或者硬件和软件的组合(比如，可编程逻辑阵列)实现本发明。除非另外说明，作为本发明一部分而被包括的算法不固有地与任何特定计算机或其它设备相关。具体地讲，各种通用机器可与根据这里的教导而编写的程序一起使用，或者可更方便的是构造更专用的设备(比如，集成电路)来执行所需的方法步骤。因此，可用在一个或多个可编程计算机系统上执行的一个或多个计算机程序实现本发明，每个可编程计算机系统包括至少一个处理器、至少一个数据存储系统(包括易失性和非易失性存储器和/或存储元件)、至少一个输入装置或端口、以及至少一个输出装置或端口。将程序代码应用于输入数据，以执行这里所述的功能，并生成输出信息。以已知的方式将输出信息应用于一个或多个输出装置。
可用任何期望的计算机语言(包括机器语言、汇编语言、或者高级的面向过程、逻辑或对象的编程语言)实现每个这样的程序，以与计算机系统通讯。在任何情况下，所述语言可以是编译的或解释的语言。
优选将每个这样的计算机程序存储在或下载到可被通用或专用可编程计算机读取的存储介质或装置(比如，固态存储器或介质、或者磁介质或光学介质)，以用于当该存储介质或装置被计算机系统读取以执行这里所述的过程时配置和操作计算机。还可考虑将本发明系统实现为被配置有计算机程序的计算机可读存储介质，其中，如此配置的存储介质使计算机系统以特定的预先定义的方式操作以执行这里所述的功能。已对本发明的多个实施例进行了描述。然而，将理解的是，可进行各种修改而不脱离本发明的精神和范围。例如，这里所述的一些步骤可以是不依赖于顺序的，因此，可以用与所描述的顺序不同的顺序执行这里所述的一些步骤。

Claims (17)

1.一种增强多个音频通道的再现的方法，所述通道包括旨在用于向收听区的前面进行回放的通道和旨在用于向收听区的侧面和/或后面进行回放的通道，所述方法包括：
从旨在用于向收听区的侧面或后侧进行回放的一对通道提取异相声音信息；和
将所述异相声音信息应用于一个或多个扬声器，所述一个或多个扬声器位于用于回放旨在用于向收听区的前面进行回放的通道的扬声器上方。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述提取步骤提取两组异相信息，并且其中，所述应用步骤将所述第一组异相信息应用于一个或多个左垂直高度扬声器，并将所述第二组异相信息应用于一个或多个右垂直高度扬声器，所述一个或多个左垂直高度扬声器位于用于回放旨在用于向收听区的左前方进行回放的一个通道或多个通道的一个或多个左扬声器上方，所述一个或多个右垂直高度扬声器位于用于回放旨在用于向收听区的右前方进行回放的一个通道或多个通道的一个或多个右扬声器上方。
3.根据权利要求2所述的方法，其中，所述提取步骤提取包括所述一对通道中的异相分量的单通道单声音频信号，并将所述单声音频信号划分为用于分别耦合到所述左垂直高度扬声器和右垂直高度扬声器的两个信号，即，左垂直高度信号和右垂直高度信号。
4.根据权利要求2所述的方法，其中，所述提取步骤提取用于分别耦合到所述左垂直高度扬声器和右垂直高度扬声器的两个音频信号，即，左垂直高度信号和右垂直高度信号，所述垂直高度信号中的每个包括所述一对通道中的异相分量，所述左垂直高度信号向着所述一对通道中的左侧和/或左后侧通道被加权，以及所述右垂直高度信号向着所述一对通道中的右侧和/或右后侧通道被加权。
5.根据权利要求3或4所述的方法，其中，应用于所述左垂直高度扬声器和右垂直高度扬声器的信号彼此同相。
6.根据权利要求1-5中的任何一项所述的方法，其中，存在旨在用于向收听区的侧面和/或后侧进行回放的一对通道，即，左环绕通道和右环绕通道。
7.根据权利要求1-5中的任何一项所述的方法，其中，存在旨在用于向收听区的侧面和/或后侧进行回放的一对通道，即，左后环绕通道和右后环绕通道。
8.根据权利要求1-5中的任何一项所述的方法，其中，存在旨在用于向收听区的侧面和/或后侧进行回放的两对通道，即，一对侧环绕通道和一对后环绕通道，并且其中，所述一对侧环绕通道为左环绕通道和右环绕通道，以及所述一对后环绕通道为左后环绕通道和右后环绕通道。
9.根据权利要求1-8中的任何一项所述的方法，其中，所述提取步骤通过使用无源矩阵提取所述异相声音信息。
10.根据权利要求9所述的方法，其中，从其提取异相声音信息的所述一对通道可被指定为Ls和Rs，提取的异相声音信息可被指定为Lvh和Rvh，从而Lvh、Rvh、Ls和Rs之间的关系可被表征为：
Lvh＝[(0.871＊Ls)-(0.49＊Rs)]，以及
Rvh＝[(-0.49＊Ls)+(0.871＊Rs)]。
11.根据权利要求1-8中的任何一项所述的方法，其中，所述提取步骤使用有源矩阵提取所述异相声音信息。
12.根据权利要求1-11中的任何一项所述的方法，其中，从一对音频源信号得到所述多个音频通道。
13.根据权利要求12所述的方法，其中，所述一对音频信号为方向信息被编码到其中的立体声音频信号对。
14.根据权利要求1-11中的任何一项所述的方法，其中，从多于两个的音频源信号得到所述多个音频通道，所述多于两个的音频源信号包括表示旨在用于向收听区的前面以及收听区的侧面和/或后面进行回放的相应通道的独立信号。
15.根据权利要求14所述的方法，其中，将表示旨在用于向收听区的侧面和/或后面进行回放的相应通道的一对独立信号与异相垂直高度信息一起被编码。
16.一种适于实施权利要求1-15中的任何一项的方法的设备。
17.一种适于实现权利要求1-15中的任何一项的方法的计算机程序。
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