CN104081794A - 环绕分量生成装置 - Google Patents

Abstract

本发明的目的在于提供能够从双声道的音频信号中以较少的运算量生成用于通过多声道再现的环绕分量的环绕分量生成装置。包括：改变音频输入信号的振幅的乘法器(101、102)；从输入信号中减去乘法器(101、102)的输出的减法器；更新乘法器(101、102)的系数的系数更新器(103、104)；由输入信号和乘法器(101、102)的输出信号生成环绕分量的减法器(107、108、109、110)；切换并输出减法器(107、108、109、110)的输出信号的输出切换器(111、112)；以及控制输出切换器(111、112)的输出切换控制器(113、114)，系数更新器根据减法器的输出更新乘法器的系数，输出切换控制器根据由系数更新器更新后的系数，切换输出切换器。

Description

环绕分量生成装置

技术领域

本发明涉及由双声道的音频信号生成用于通过多声道再现的环绕信号的环绕分量生成装置。

背景技术

作为以往的环绕分量生成装置，已知在将两信号L、R作为信号源的立体声再现装置中，从第一扬声器将L信号与L、R信号的不一致度成比例地辐射，从第二扬声器将R信号与L、R信号的不一致度成比例地辐射，从位于第一扬声器和第二扬声器之间的第三扬声器或虚音源扬声器与L、R信号的一致度成比例地辐射(L+R)信号，作为不一致度、一致度，通过运算L、R信号之差或相关系数或它们两者而得到(例如参照专利文献1)。

此外，作为以往的另一种环绕分量生成装置，已知特征在于包括：将音响分量信号的左右侧信号L、R作为输入，基于该左右侧信号L、R，计算相关系数K的相关系数运算装置；将所述左右侧信号L、R延迟了相当于所述相关系数运算装置的运算处理所需要的时间后的左右侧信号L′、R′输出的延迟装置；基于所述延迟后的左右侧信号L′、R′和所述相关系数K进行L′(1-K)和R′(1-K)的运算处理，计算左右侧分量信号L″＝L′KL′、R″＝R′-KR′的左右侧分量信号运算计算装置；基于所述延迟后的左右侧信号L′、R′和所述相关系数K，进行K(0.5L′+0.5R′)的运算处理，计算中央分量信号C″＝K(0.5L′+0.5R′)的中央分量信号运算装置；设置在收听者位置的前方，将所述左右侧分量信号L″、R″分别再现输出的左右侧再现输出装置；以及设置在所述左右侧扬声器之间，将所述中央分量信号C″再现输出的中央再现输出装置(例如参照专利文献2)。

此外，作为以往的另一种环绕分量生成装置，已知基于双声道的音频信号作为输入信号来生成多个声道的环绕信号的音频装置中，特征在于设置自适应相关消除器，该自适应相关消除器包括：相关消除滤波器，将一方声道的输入信号通过多级的延迟处理器进行分割，对于该分割后的多级的输出的各个输出，通过系数处理器而重叠规定的系数，生成多级的输出分量，通过将这些多级的输出分量相加，从一方声道的输入信号分量中，提取与另一方声道的输入信号相关较高的信号分量；以及系数更新处理器，使该相关消除滤波器的特性，基于通过该输出信号和来自所述另一方声道的输入信号得到的误差信号、所述一方声道的输入信号、以及控制滤波器系数的更新速度的步长参数而每时每刻变化，计算来自该相关消除滤波器的输出和另一方声道的输入信号之间的差分，作为环绕信号输出(例如参照专利文献3)。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本国特开昭55-70000号公报

专利文献2：日本国特开平5-236599号公报

专利文献3：日本国专利第3682032号公报

发明内容

发明要解决的问题

但是，在以往的环绕分量生成装置中，存在生成环绕分量时的相关系数等的计算上需要很大的计算量，系统规模大而且运算量很大的问题。

本发明为了解决以往的问题而完成，目的在于提供能够以较少的运算量生成环绕分量的环绕分量生成装置。

解决问题的方案

本发明的环绕分量生成装置具有包括了改变双声道的音频信号的振幅的乘法器，以及从所述音频信号的差更新所述乘法器的系数的系数更新器的结构。根据该结构，能够进行与所述乘法器系数的值对应的环绕分量的生成。

发明的效果

本发明通过根据更新的乘法器的系数的值生成环绕分量，从而能够提供可以进行运算量少的环绕分量生成的环绕分量生成装置。

附图说明

图1是本发明的第1实施方式中的环绕分量生成装置的框图。

图2是本发明的第2实施方式中的环绕分量生成装置的框图。

图3是本发明的第3实施方式中的环绕分量生成装置的框图。

图4是本发明的第4实施方式中的环绕分量生成装置的框图。

图5(a)是表示在本发明的环绕分量生成装置中输入了相关较低的信号的情况下的乘法器的系数的变化的图，(b)是表示在本发明的环绕分量生成装置中输入了相关较高的信号的情况下的乘法器的系数的变化的图，(c)是表示在本发明的环绕分量生成装置中输入了相关发生变化的信号的情况下的乘法器的系数的变化的图。

标号说明

100、200、300、400 环绕分量生成装置

101、102、201、202、301、302 乘法器

103、104、203、204、303、304 系数更新器

105、106、107、108、109、110、205、206、207、208、305、306、307、308 减法器

111、112 输出切换器

113、114 输出切换控制器

115、116、209、210、309、310、409、410 输入端子

117、118、211、212、311、312、411、412 输出端子

401、402 LPF

403、404 HPF

405 第一环绕分量生成器

406 第二环绕分量生成器

407、408 加法器

具体实施方式

(实施方式1)

以下，使用附图说明本发明的第1实施方式的环绕分量生成装置。

图1中示出本发明的第1实施方式的环绕分量生成装置。

在图1中，环绕分量生成装置100在输入端子115、116上连接着未图示的CD等的音频信号发生装置。此外，环绕分量生成装置100在输出端子117、118上连接着未图示的放大器和扬声器。

环绕分量生成装置100包括：乘法器101、102；将乘法器101、102的系数更新的系数更新器103、104；计算输入信号和乘法器101、102的输出信号之间的差的减法器105、106；根据输入信号和乘法器101、102的输出信号计算输出信号的减法器107、108、109、110；从减法器107、108、109、110的输出信号之中选择要输出的信号的输出切换器111、112；以及进行输出切换器111、112的控制的输出切换控制器113、114。

环绕分量生成装置100也可以由可进行数字信号处理的数字信号处理器(DSP)或微计算机等实现。

对以上那样构成的环绕分量生成装置，使用图1说明其动作。

首先，音频信号的Lch信号从未图示的CD等的音频信号发生装置输入到输入端子115，Rch信号输入到输入端子116。环绕分量生成装置100的Lch信号的有关动作和Rch信号的有关动作是同样的，所以说明Lch信号的有关动作。

输入到输入端子115的Lch信号，通过乘法器101而改变其振幅。通过乘法器101改变了振幅的信号成为减法器106、减法器107、108、109、110的输入。

减法器106的另一个输入是从输入端子116输入的Rch信号。减法器106从Rch信号中减去乘法器101的输出信号并将其输出。

减法器106的输出信号成为系数更新器103的一个输入。系数更新器103的另一个输入是输入到输入端子115的Lch信号。

系数更新器103根据Lch信号和减法器106的输出信号计算乘法器101的系数，并更新乘法器101的系数。

这里，说明有关系数更新器103进行的乘法器101的系数更新方法和系数计算结果。系数更新器103进行的乘法器101的系数更新，例如使用以下算式进行。假设输入信号是数字信号。

k(n+1)＝k(n)+α(XR-k(n)·XL)XL

其中，k(n+1)是下一时刻(输入了下一样本信号时)中的乘法器101的系数，k(n)是当前的乘法器101的系数，XL是输入到输入端子115的Lch信号，XR是输入到输入端子116的Rch信号，α是确定系数更新的速度的常数。

此外，(XR-k(n)·XL)是减法器106的输出信号。上式是将乘法器101的系数k逐次更新的算式，以使减法器106的输出信号的平方值最小。XL和XR之间的相关较高时使乘法器101的系数k接近1，减法器106的输出信号(XR-k·XL)的平方值变小，XL和XR之间的相关较低时使系数k接近0，减法器106的输出信号的平方值变小。即，根据XL和XR之间相关的高低，系数k取从大致为0到1的值。

图5中示出改变输入信号XL和XR之间的相关值，根据上式算出的k的值的例子。图5(a)是XL和XR之间的相关较低的情况下的结果。如看图可知，算出的k的值大致为0。

图5(b)是XL和XR之间的相关较高情况下的结果。同样地，算出的k的值几乎为1。图5(c)是使XL和XR之间的相关从较低的相关变化到较高的相关时的结果。在这种情况下，k的值从大致为0变化到大致为1。

于是，如果使用上式的算式进行系数更新器103的系数更新，则可以使乘法器101的系数k根据输入信号XL和XR之间的相关而变化。

减法器107从输入到输入端子115的Lch信号中减去乘法器101的输出信号和乘法器102的输出信号。

减法器109从相加了输入到输入端子115的Lch信号和乘法器102的输出信号所得的信号中减去输入到输入端子116的Rch信号和乘法器101的输出信号。

减法器107中算出的信号SL1，在假设输入到输入端子115的Lch信号为XL，输入到输入端子116的Rch信号为XR，乘法器101、102的系数为k时，成为

SL1＝(1-k)XL-kXR

此外，减法器109中算出的信号SL2，同样地为

SL2＝(1-k)XL-(1-k)XR

输出切换器111选择减法器107、减法器109的输出信号之中的其中一个，输出到输出端子117。输出切换器111的控制，由输出切换控制器113进行。

输出切换控制器113将由系数更新器103更新后的乘法器101的系数的值作为输入，根据该系数的值将输出减法器107、减法器108的输出信号的哪一个通知给输出切换器111。

输出切换控制器113的控制如以下那样。

在k小于规定的值即0.5时，选择减法器107的输出信号(SL1)，在k大于规定的值即0.5时，选择减法器109的输出信号(SL2)。

因此，在XL和XR之间的相关较小、例如k＝0时，输出XL(在上述SL1的算式中代入k＝0)。此外，在XL和XR之间的相关较高、例如k＝1时，输出信号为0(在上述SL2的算式中代入k＝1)。

由此，能够控制，以在XL和XR之间的相关较小时输出环绕分量，在相关较大时不输出环绕分量。

相关较大时不输出环绕分量是因为，例如，在声音以相同分量输入到Lch和Rch作为输入信号的情况下(单声道)，在声音中附加环绕分量会变得不自然。

在XL和XR之间的相关较高时采用上述SL2那样的算式是因为，k的值接近1时，SL2一定能够取较小的值。假设在SL2为

SL2＝XL-kXR

那样的算式的情况下，在k＝1时，SL2为(XL-XR)，如果XL＝XR，则SL2的输出为0。

但是，在音频信号的情况下，有在单声道的有声分量中混响分量等以Lch和Rch之间的相关为较低的状态下被录音的情况，在这样的情况下，有时从SL2不自然地仅输出混响分量。

为了防止这样的情况，在XL和XR之间的相关较低时，按上述SL2那样的算式计算输出信号，根据与XL和XR之间的相关对应的值即k的值，切换输出信号。

输出信号以系数k大于或小于作为规定的值的“0.5”来切换，这是因为系数k的值的可取范围如上述是从0到1，0.5是其中间值，系数k为0.5时上述SL1和SL2的值相等，能够听觉上平稳的切换。

在本实施方式中，说明了在系数k的值为0.5时切换输出信号，但如果系数k的值(规定的值)在输出信号的切换时为听觉上平稳的范围，则可以适当设定。

输入到输出端子117的信号，由连接到输出端子117的未图示的放大器放大，由未图示的扬声器作为声音输出。连接到输出端子117的设备，即使不是放大器和扬声器，也可以是硬盘那样的录音设备。

在从双声道的音频信号生成5.1声道的音频信号的情况下使用环绕分量生成装置100时，也可以将环绕分量生成装置100的输出信号作为环绕L(SL)信号、环绕R(SR)信号，前置L(FL)、前置R(FR)将输入的双声道信号(L、R)直接输出，中心(CT)和低音扬声器(WF)输出由输入的双声道信号另外生成。

例如，如果CT信号如将(L+R)的信号输出那样，WF信号如将对(L+R)的信号施加了LPF(Low Pass Filter，低通滤波器)后的信号输出那样，则能够生成CT和WF信号。

根据这样的本发明的第1实施方式的环绕分量生成装置，通过设置改变双声道的音频信号的振幅的乘法器、从所述音频信号的差更新所述乘法器的系数的系数更新器、从所述音频信号和所述乘法器的输出信号生成环绕分量的多个减法器、从所述多个减法器之中选择环绕输出信号的输出切换器、以及控制所述输出切换器的输出切换控制器，能够通过更新所述乘法器的系数而以少的运算量计算与所述音频信号的声道间的相关有关系的值，通过根据所述乘法器的系数的值切换所述输出切换器，能够在所述音频信号的声道间的相关较低时输出环绕分量，在相关较高时不输出环绕分量。

(实施方式2)

接下来，图2示出本发明的第2实施方式的环绕分量生成装置。

在图2中，环绕分量生成装置200包括：乘法器201、202；更新乘法器201、202的系数的系数更新器203、204；计算输入信号和乘法器201、202的输出信号之间的差的减法器205、206，计算从输入端子209输入的输入信号和乘法器202的输出信号之间的差的减法器207；以及计算从输入端子210输入的信号和乘法器201的输出信号之间的差的减法器208。

乘法器201、202、系数更新器203、204、减法器205、206的动作与所述第1实施方式的环绕分量生成装置是同样的。

减法器207从输入到输入端子209的Lch信号中减去乘法器202的输出。同样地，减法器208从输入到输入端子210的Rch信号中减去乘法器201的输出。由减法器207算出的信号SL和由减法器208算出的信号SR，在假设Lch输入信号为XL、Rch输入信号为XR、乘法器201和乘法器202的系数为k时，如以下那样。

SL＝XL-kXR

SR＝XR-kXL

XL和XR之间的相关较低时(k＝0)，SL＝XL、SR＝XR，此外，XL和XR之间的相关较高时(k＝1)，SL＝XL-XR、SR＝XR-XL。

在XL和XR之间的相关较高，XL和XR中包含相关较低的混响分量时，在将混响分量作为环绕分量而生成的情况等中是有效的。

减法器207、208的输出分别输出到输出端子211、212。

根据这样的本发明的第2实施方式的环绕分量生成装置，通过设置改变双声道的音频信号的振幅的乘法器、从所述音频信号的差更新所述乘法器的系数的系数更新器、以及从所述音频信号和所述乘法器的输出信号生成环绕分量的多个减法器，能够通过更新所述乘法器的系数而以少的运算量计算与所述音频信号的声道间的相关有关系的值，可以进行与所述乘法器的系数对应的环绕分量的生成。

(实施方式3)

接着，图3中示出本发明的第3实施方式的环绕分量生成装置。

在图3中，环绕分量生成装置300包括：乘法器301、302；更新乘法器301、302的系数的系数更新器303、304；计算输入信号和乘法器301、302的输出信号之间的差的减法器305、306；计算从输入端子309输入的输入信号和乘法器301的输出信号之间的差的减法器307；以及计算从输入端子310输入的信号和乘法器302的输出信号之间的差的减法器308。

乘法器301、302、系数更新器303、304、减法器305、306的动作与所述第1实施方式的环绕分量生成装置是同样的。

减法器307从输入到输入端子309的Lch信号中减去乘法器301的输出。

同样地，减法器308从输入到输入端子310的Rch信号中减去乘法器302的输出。

由减法器307算出的信号SL和由减法器308算出的信号SR，在假设Lch输入信号为XL、Rch输入信号为XR、乘法器301和乘法器302的系数为k时，如以下那样。

SL＝XL-kXL

SR＝XR-kXR

在XL和XR之间的相关较低时(k＝0)，为SL＝XL、SR＝XR，此外，在XL和XR之间的相关较高时(k＝1)，为SL＝0、SR＝0。在上式中，由于不包含(XL-XR)或(XR-XL)项，所以在进行(XL-XR)或(XR-XL)时成为不自然的声音时，也能够生成听觉上自然的环绕分量。

减法器307、308的输出分别输出到输出端子311、312。

根据这样的本发明的第3实施方式的环绕分量生成装置，通过设置改变双声道的音频信号的振幅的乘法器、从所述音频信号的差更新所述乘法器的系数的系数更新器、以及从所述音频信号和所述乘法器的输出信号生成环绕分量的多个减法器，能够通过更新所述乘法器的系数而以少的运算量计算与所述音频信号的声道间的相关有关系的值，可以进行与所述乘法器的系数对应的听觉上自然的环绕分量的生成。

(实施方式4)

接着，图4示出本发明的第4实施方式的环绕分量生成装置。

在图4中，环绕分量生成装置400包括：LPF401、402；HPF(High PassFilter；高通滤波器)403、404；第一环绕分量生成器405；第二环绕分量生成器406；以及加法器407、408。

对于以上那样构成的环绕分量生成装置，使用图4说明其动作。

在图4中，来自未图示的CD等的音频信号发生装置的Lch信号输入到输入端子409，Rch信号输入到输入端子410。输入到输入端子409的Lch信号通过LPF401而被取出较低的频率分量，此外通过HPF403而被取出较高的频率分量。同样地，输入到输入端子310的Lch信号，通过LPF402而被取出较低的频率分量，此外通过HPF404而被取出较高的频率分量。LPF401、402的输出信号输入到第一环绕分量生成器405。

同样地，HPF403、404的输出信号输入到第二环绕分量生成器406。选择LPF401、402、HPF403、404的滤波器的类型和fc(截止频率)，以使将对输入信号施加了LPF的信号和施加了HPF的信号相加所得的信号为原来的输入信号。

例如，如果使用1阶巴特沃思滤波器(Butterworth filter)，在LPF和HPF中使fc相同，则相加后的信号为通过滤波器前的信号。

第一环绕分量生成器405、第二环绕分量生成器406使用所述本发明的第1实施方式到第3实施方式的环绕生成装置之中的其中一个。第一环绕分量生成器405和第二环绕分量生成器406的环绕生成方法可以相同，也可以不同。

由第一环绕分量生成器405生成的低频带的Lch环绕分量(SLL：SurroundL-Low)为加法器407的一个输入。同样地，由第一环绕分量生成器405生成的低频带的Rch环绕分量(SRL：Surround R-Low)为加法器408的一个输入。

此外，由第二环绕分量生成器406生成的高频带的Lch环绕分量(SRH：Surround R-High)为加法器408的另一个输入。

同样地，由第二环绕分量生成器406生成的高频带的Rch环绕分量(SRH：Surround R-High)成为加法器408的另一个输入。

加法器407将SLL和SRL相加，加法器408将SRH和SRH相加，分别成为Lch、Rch的环绕分量。加法器407、408的输出分别输出到输出端子411、412。

于是，将输入信号分割为不同的频带进行环绕分量生成处理是因为，通常音频信号对每个频带具有不同的相关。

为此，在第一环绕分量生成器405或第二环绕分量生成器406内被更新的乘法器的系数，对每个频带为不同的值，能够生成与更接近实际的音频信号的相关值的值对应的环绕分量。

此外，音频信号，例如在较低的频带中与基音同相被双声道录音，在较高的频带中，左右不同的乐器的声音被录音。

如果分割为不同的频带而生成环绕分量，则可以生成有效利用这样的音频信号的特征的环绕分量，可以在听觉上更自然。

根据这样的本发明的第4实施方式的环绕分量生成装置，通过设置将双声道的音频信号分割为多个频带的滤波器、对每个所述频带更新乘法器的系数并根据所述乘法器的系数的值生成环绕分量的环绕分量生成器、以及对每个频带相加所述环绕分量的加法器，能够通过更新所述乘法器的系数而以较少的运算量计算与所述音频信号的声道间的相关的有关系的值，能够对分割的每个频带采用不同的环绕分量生成方法生成听觉上自然的环绕分量。

本申请基于2012年2月3日提交的日本专利申请(特愿2012-21921)，其内容在此作为参照而被引入。

工业实用性

如以上，本发明的环绕分量生成装置设置乘法器和更新乘法器的系数的系数更新器，通过根据更新后的乘法器的系数的值生成环绕分量，具有能够进行运算量少的环绕分量生成的效果，作为由双声道的音频信号生成用于以多声道再现的环绕信号的环绕分量生成装置等是有用的。

Claims (5)

1.环绕分量生成装置，由L、R双声道的音频信号生成环绕分量，其特征在于，包括：

乘法器，改变所述音频信号的振幅；以及

系数更新器，从所述L、R的信号的差，更新所述乘法器的系数，

根据所述乘法器的系数的值，改变要生成的环绕分量。

2.如权利要求1所述的环绕分量生成装置，其特征在于，

在使所述乘法器的系数的值为k的情况下，通过L-kL或R-kR的运算而生成所述环绕分量。

3.如权利要求1所述的环绕分量生成装置，其特征在于，

在使所述乘法器的系数的值为k的情况下，通过L-kR或R-kL的运算而生成所述环绕分量。

4.如权利要求1所述的环绕分量生成装置，其特征在于，

在使所述乘法器的系数的值为k的情况下，在所述k的值大于规定的值时生成的环绕分量是通过(1-k)L-(1-k)R或(1-k)R-(1-k)L的运算而生成的环绕分量，

在所述k的值小于规定的值时生成的环绕分量是通过(1-k)L-kR或(1-k)R-kL的运算生成的环绕分量。

5.如权利要求1至4中任意一项所述的环绕分量生成装置，其特征在于，

具有将所述双声道的音频信号分割成多个频带的信号的滤波器，对通过所述滤波器分割的每个频带生成所述环绕分量，并包括将对所述多个频带的每个频带生成的环绕分量相加的加法器。