CN103974172A - 3d球面声多媒体生成系统及还放系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及多媒体音频处理技术领域，公开了一种3D球面声多媒体生成系统及还放系统，该还放系统包括：模拟球面音箱阵列，其中，所述模拟球面音箱阵列布置在长方体的六个面上并模拟出球面效果，包括布置在长方体内表面上的多个音箱组；每个所述音箱组形成一个水平或垂直的环形面，每个所述音箱组中的多个音箱分布在所述环形面的外周上。本发明通过球面音箱阵列，可以完全模拟现实声场的效果，实现了真正的全方位的立体声效，能够在观影空间内的任何位置模拟虚拟声像位置以及模拟画面中环境，极大地改进了现场观众的视听体验，还可以提供创作非现实声音效果的全部条件。
Description
技术领域
本发明涉及多媒体音频处理技术领域，特别涉及一种3D球面声多媒体生成系统及还放系统。
背景技术
在文化产业快速发展的中国，影视行业作为文化产业的核心，越来越受到广大人民群众的喜爱，同时相关的多媒体技术也成为技术发展的焦点。电影行业从胶片到数字化，从2D画面到3D画面，从真人演出到虚拟电脑特技，从高清1080P到IMAX甚至到4K、5K，其视频效果不断得到改善和提升，这无疑给观众带来了一次又一次的视觉体验冲击，一次又一次地拉动了相关产业链的升级。
但是对于多媒体技术来说，上述改进仅仅出现在视频处理领域，相对于不断发生革命性变更的视频处理技术，音频技术一直没有长足的进步。最近这大半个世纪，多媒体音频只是从单声道逐渐发展出了立体声、环绕立体声、3D环绕立体声，当前以环绕立体声为主的音频技术已经应用了超过20年。环绕立体声输出时一般只布置在用户所处的环形水平面上，虽然尽量模拟了包围用户的声效，但其实质上仍然只是在环形水平面内的模拟，其他方向上的立体效果有限。即便是最新出现的杜比全景声，其实也只是在环绕立体声方式中增加了顶部音箱输出，由于其音频处理的生成和还放方式仍然是基于环绕立体声，实际音效的立体效果上没有太大的变化。
发明内容
针对现有技术的缺陷，本发明所要解决的技术问题是如何提供更逼真的立体多媒体音效。
为解决上述问题，一方面，本发明提供了一种3D球面声多媒体的生成系统，所述生成系统包括球面音箱阵列，其中，所述球面音箱阵列包括布置在球面不同经度环形面和纬度环形面上的多个音箱组；多个所述经度环形面之间间隔布置，多个所述纬度环形面之间间隔布置；每个所述音箱组中的多个音箱分布在所述环形面的圆周上。
优选地，所述球面音箱阵列包括4个经度环形面和3个纬度环形面，经度环形面之间均匀间隔布置，纬度环形面之间也均匀间隔布置。
优选地，所述生成系统中，音箱组中的多个音箱在其对应的环形面的圆周上均匀分布。
优选地，所述生成系统中，全部音箱的发声面对准所述球面的球心位置布置。
优选地，所述生成系统中，各音箱的垂直指向和水平指向均在30度至120度之间。
优选地，所述生成系统中，各音箱分布在所述经度环形面和所述纬度环形面的各个交点附近。
优选地，所述生成系统中，在0度纬度环形面的屏幕两侧边缘处加设有主左右音箱；在屏幕正下方加设有超低音箱。
优选地，所述生成系统还包括音频处理站、调音台及多个功放，其中，所述音频处理站通过数字接口和控制接口连接所述调音台，将待处理的数字音频信号和播放控制信号提供给所述调音台；所述调音台通过多路模拟输出接口分别连接所述多个功放，将处理后的多路模拟音频分别输出给各个功放；每个功放与至少一个音箱连接，播放增益后的模拟音频。
另一方面，本发明还同时提供一种3D球面声多媒体的还放系统，所述还放系统包括：模拟球面音箱阵列，其中，所述模拟球面音箱阵列布置在长方体的六个面上并模拟出球面效果，包括布置在长方体内表面上的多个音箱组；每个所述音箱组形成一个水平或垂直的环形面，每个所述音箱组中的多个音箱分布在所述环形面的外周上。
优选地，所述还放系统中，全部音箱的发声面对准所述长方体最中心座椅的观众头部位置布置。
优选地，所述还放系统中，各音箱的垂直指向和水平指向均在30度至120度之间。
优选地，所述还放系统中，各音箱分布在所述水平环形面和所述垂直环形面的各个交点附近。
优选地，所述还放系统中，在与所述长方体最中心座椅的观众头部位置水平高度相当的屏幕两侧边缘处加设有主左右音箱；在屏幕正下方加设有超低音箱。
优选地，所述还放系统中的还包括悬空座椅，布置在所述长方体底面的音箱位于所述悬空座椅下方。
优选地，所述还放系统还包括：数字服务器、音频播放机及多个功放，其中，所述数字服务器通过多路模拟或数字输出接口分别连接所述多个功放，将生成系统记录的多路模拟音频分别输出给各个功放；同时所述数字服务器还通过控制接口连接所述音频播放机，将播放控制信号提供给所述音频播放机，以使音频播放机内的多轨信号回放与数字服务器回放的视频保持同步；所述音频播放机通过音箱处理器连接所述多个功放，对具体播放设定进行控制；每个功放与至少一个音箱连接，播放增益后的模拟音频。
与现有技术相比，本发明提供了一种3D球面声多媒体的生成系统和还放系统，通过球面音箱阵列，可以完全模拟现实声场的效果，实现了真正的全方位的立体声效，能够在观影空间内的任何位置模拟虚拟声像位置以及模拟画面中环境，极大地改进了现场观众的视听体验，还可以提供创作非现实声音效果的全部条件。
附图说明
图1为本发明的一个优选实施例中3D球面声多媒体的生成系统的结构示意图；
图2为本发明的一个更优选实施例中3D球面声多媒体的生成系统的综合结构示意图；
图3为本发明的另一个优选实施例中3D球面声多媒体的还放系统的结构示意图；
图4为本发明的另一个优选实施例中3D球面声多媒体的还放系统的结构示意侧视图；
图5为本发明的另一个更优选实施例中3D球面声多媒体的还放系统的综合结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例为实施本发明的较佳实施方式，所述描述是以说明本发明的一般原则为目的，并非用以限定本发明的范围。本发明的保护范围应当以权利要求所界定者为准，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的实施例中，3D球面声技术包括多媒体生成和还放(还原播放)两个主要处理过程。如图1所示，在本发明的一个优选实施例中，3D球面声多媒体的生成系统包括球面音箱阵列，其中，所述球面音箱阵列包括布置在球面不同经度环形面(即通过球心且垂直切割球面所得的圆形)和纬度环形面(即水平切割球面所得的圆形)上的多个音箱组；多个所述经度环形面之间间隔布置，多个所述纬度环形面之间间隔布置；每个所述音箱组中的多个音箱分布在所述环形面的圆周上。
更进一步地，在图1所示的优选实施例中，球面音箱阵列包括4个经度环形面和3个纬度环形面，经度环形面之间均匀间隔布置，纬度环形面之间也均匀间隔布置。因为要求均匀间隔布置，所以4个经度环形面相交于两极点且经度依次相差45度，3个纬度环形面相互平行且纬度相差45度。此外，在该优选实施例中，音箱组中的多个音箱在其对应的环形面的圆周上均匀分布；更优选地，音箱正好分布在经度环形面和纬度环形面的各个交点附近(误差5度以内)。另外，全部音箱的发声面对准所述球面的球心位置布置，考虑到前述经度环形面和纬度环形面的布置方式，各音箱的垂直指向和水平指向均在30度至120度之间。这样，球面声具有一个假象的视听中心点，通过中心点设置相应的球面音箱分布，通过这个球面音箱阵列，可以完全模拟现实声场的效果，也可以提供创作非现实声音效果的全部条件。
考虑到影片放映的实际情况，图1的优选实施例中其实还进一步划分了屏幕区和观众区。在本发明的其他优选实施例中，为配合屏幕区所带来的视觉冲击力，可以适当调整音箱的分布密度，优选地，在0度纬度环形面(即赤道环形面)的屏幕两侧边缘处加设主左右音箱；在屏幕正下方加设超低音箱。通过使屏幕区的音箱布置密度略高于观众区，以使观众能更强烈地感受到放映时正面视觉一起带来的冲击力。图1中，3D球面声基础制式为26+3通道，即26个交叉点+主左右通道和低音通道的布置方式。当然，本领域相关技术人员可以理解，图1仅为一种示例性的布置方式，本发明的其他实施例中也可以通过减小阵列中环形面间的角度而衍生出新的更高解析度、更多通道的3D球面声制式，比如以30度经纬度交叉点来布置音箱。
在本发明的其他优选实施例中，3D球面声效果可以集中处理也可以相对独立处理，即全部球面音箱阵列的音效可以统一处理和生成，也可以按照环形面的音箱组分别处理和生成。无论用哪种方式，原则上是每个音箱作为一路独立的声道进行采样和编码。考虑到现有技术中环绕立体声技术已经非常成熟，采用后一种方式可以比较方便地将现有环绕立体声音频转换为3D球面声，因而该方式可有效兼容现有的音频系统。相对于现有技术中常见的5.1、6.1和7.1等环绕声制式，在后一种处理方式中，每个环形面所对应的音箱组中也可同样设置为多个正常声道和至少一个低音声道。而在前一种处理方式中，低音声道可以综合考量布置。
进一步参见图2，在本发明的一个更优选实施例中，3D球面声多媒体的生成系统还包括音频处理站、调音台及多个功放，其中，所述音频处理站通过数字接口和控制接口连接所述调音台，将待处理的数字音频信号和播放控制信号提供给所述调音台；所述调音台通过多路模拟输出接口分别连接所述多个功放，将处理后的多路模拟音频分别输出给各个功放；每个功放与至少一个音箱连接，播放增益后的模拟音频。更进一步地，在图2中，音频处理站还通过视频回放接口连接投影机、通过外部控制接口连接3D声像控制器，通过同时进行视频回放来调整音频，实现其与视频的同步。最终，音频处理站将调整完成的音频信号记录为完整的音频文件。
在本发明的另一个优选实施例中，如图3所示，公开了一种3D球面声多媒体的还放系统，包括：模拟球面音箱阵列，其中，所述模拟球面音箱阵列布置在长方体的六个面上并模拟出球面效果，包括布置在长方体内表面上的多个音箱组；每个所述音箱组形成一个水平或垂直的环形面，每个所述音箱组中的多个音箱分布在所述环形面的外周上。优选地，全部音箱的发声面对准所述长方体最中心座椅的观众头部位置布置；此外，音箱分布密度和声道配置方式可采用与生成系统相似的方式来设置，其分布密度和声道配置方式保持基本一致，即音箱位置均在经度环和纬度环交叉点到圆心的轴线上(房间内)，并朝向圆心，在此不再赘述。
在该优选实施例中，还放系统中音箱位置与生成系统中音箱位置基本对应，只是由于绝大多数生活空间(如放映厅、大会议室、阶级教室、客厅等)均是长方体造型，为了配合生活空间的造型，还放系统采用了长方体布置来模拟球面的方式。
在图3的优选实施例中以电影放映厅为例，更进一步地，所述还放系统中的还包括悬空座椅，布置在所述长方体底面的音箱位于所述悬空座椅下方。悬空座椅的实现方式进一步参见图4所示的侧视图，从图4中可以看出，座椅布设在架空的地板上，地板下方的空间中布置有多个音箱以对观众形成全方位的包围。在本发明中，通过座椅悬空实现声音的360度对观众的包围，声音不是平面的360度环绕，而是球面的360度包围，能够在观影空间内的任何位置模拟虚拟声像位置以及模拟画面中环境，并且还能给予主观非现实音响更大的创作空间。
进一步参见图5，在本发明的一个更优选实施例中，3D球面声多媒体的还放系统还包括数字服务器、音频播放机及多个功放，其中，所述数字服务器通过多路模拟输出接口分别连接所述多个功放，将生成系统记录的多路模拟音频分别输出给各个功放；同时所述数字服务还通过控制接口连接所述音频播放机，将播放控制信号(主要是时间同步信号)提供给所述音频播放机，以使音频播放机内的多轨信号回放与数字服务器回放的视频保持同步；所述音频播放机通过音箱处理器连接所述多个功放，对具体播放设定进行控制；每个功放与至少一个音箱连接，播放增益后的模拟音频。更进一步地，在图5中，数字服务器还通过数字接口连接投影机，同时输出视频信号并进行播放控制。
与现有技术相比，本发明提供了一种3D球面声多媒体的生成系统和还放系统，通过球面音箱阵列，可以完全模拟现实声场的效果，实现了真正的全方位的立体声效，能够在观影空间内的任何位置模拟虚拟声像位置以及模拟画面中环境，极大地改进了现场观众的视听体验，还可以提供创作非现实声音效果的全部条件。此外，本发明中的球面声制式可以实现向下向上的全兼容，能兼容现有或将来全部的电影声音制式，也可积极推进技术的推广和更新。
虽然以上结合优选实施例对本发明进行了描述，但本领域的技术人员应该理解，本发明所述的方法和系统并不限于具体实施方式中所述的实施例，在不背离由所附权利要求书限定的本发明精神和范围的情况下，可对本发明作出各种修改、增加、以及替换。
Claims (15)
1.一种3D球面声多媒体的生成系统，其特征在于，所述生成系统包括球面音箱阵列，其中，
所述球面音箱阵列包括布置在球面不同经度环形面和纬度环形面上的多个音箱组；
多个所述经度环形面之间间隔布置，多个所述纬度环形面之间间隔布置；
每个所述音箱组中的多个音箱分布在所述环形面的圆周上。
2.如权利要求1所述的生成系统，其特征在于，所述球面音箱阵列包括4个经度环形面和3个纬度环形面，经度环形面之间均匀间隔布置，纬度环形面之间也均匀间隔布置。
3.如权利要求1所述的生成系统，其特征在于，所述生成系统中，音箱组中的多个音箱在其对应的环形面的圆周上均匀分布。
4.如权利要求1所述的生成系统，其特征在于，所述生成系统中，全部音箱的发声面对准所述球面的球心位置布置。
5.如权利要求4所述的生成系统，其特征在于，所述生成系统中，各音箱的垂直指向和水平指向均在30度至120度之间。
6.如权利要求1所述的生成系统，其特征在于，所述生成系统中，各音箱分布在所述经度环形面和所述纬度环形面的各个交点附近。
7.如权利要求6所述的生成系统，其特征在于，所述生成系统中，在0度纬度环形面的屏幕两侧边缘处加设有主左右音箱；在屏幕正下方加设有超低音箱。
8.如权利要求1所述的生成系统，其特征在于，所述生成系统还包括音频处理站、调音台及多个功放，其中，
所述音频处理站通过数字接口和控制接口连接所述调音台，将待处理的数字音频信号和播放控制信号提供给所述调音台；
所述调音台通过多路模拟输出接口分别连接所述多个功放，将处理后的多路模拟音频分别输出给各个功放；
每个功放与至少一个音箱连接，播放增益后的模拟音频。
9.一种3D球面声多媒体的还放系统，其特征在于，所述还放系统包括：模拟球面音箱阵列，其中，
所述模拟球面音箱阵列布置在长方体的六个面上并模拟出球面效果，包括布置在长方体内表面上的多个音箱组；
每个所述音箱组形成一个水平或垂直的环形面，每个所述音箱组中的多个音箱分布在所述环形面的外周上。
10.如权利要求9所述的还放系统，其特征在于，所述还放系统中，全部音箱的发声面对准所述长方体最中心座椅的观众头部位置布置。
11.如权利要求9所述的还放系统，其特征在于，所述还放系统中，各音箱的垂直指向和水平指向均在30度至120度之间。
12.如权利要求9所述的还放系统，其特征在于，所述还放系统中，各音箱分布在所述水平环形面和所述垂直环形面的各个交点附近。
13.如权利要求12所述的还放系统，其特征在于，所述还放系统中，在与所述长方体最中心座椅的观众头部位置水平高度相当的屏幕两侧边缘处加设有主左右音箱；在屏幕正下方加设有超低音箱。
14.如权利要求9所述的还放系统，其特征在于，所述还放系统中的还包括悬空座椅，布置在所述长方体底面的音箱位于所述悬空座椅下方。
15.如权利要求9所述的还放系统，其特征在于，所述还放系统还包括：数字服务器、音频播放机及多个功放，其中，
所述数字服务器通过多路模拟或数字输出接口分别连接所述多个功放，将生成系统记录的多路模拟音频分别输出给各个功放；
同时所述数字服务器还通过控制接口连接所述音频播放机，将播放控制信号提供给所述音频播放机，以使音频播放机内的多轨信号回放与数字服务器回放的视频保持同步；
所述音频播放机通过音箱处理器连接所述多个功放，对具体播放设定进行控制；
每个功放与至少一个音箱连接，播放增益后的模拟音频。
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