CN104737557A - 多维参数音频系统和方法 - Google Patents

Abstract

提供用于产生多维参数音频的系统和方法。所述系统和方法能够被配置为确定音频组分相对于预定“收听位置”的期望空间位置；针对预定数目的输出信道，处理音频组分，其中处理音频组分的步骤包含确定每个输出信道的合适相位、延迟和增益值，以便将音频组分相对于收听位置创建在期望的明显空间位置处；利用所确定的每个输出信道的相位、延迟和增益值，编码音频组分的两个或更多个输出信道；以及将编码的输出信道调制到相应的超声波载波上，用于经由预定数目的超声波发射器发射。

Description

多维参数音频系统和方法

技术领域

本发明总体涉及音频系统，并且更具体地，一些实施例涉及用于超声波音频系统的多维音频处理。

背景技术

使用若干不同的方法能够根据与听众有关的各种位置提供环绕声音或音频再现。其中一种技术使用多个扬声器环绕听众从不同方向播放音频。这种技术的有关示例是杜比环绕声音，其使用多个扬声器环绕听众。杜比5.1方法将信息的五个信道(加上超低音音箱)数字编码到数字比特流上。这些信道为左前方、中心前方、右前方、环绕左和环绕右。此外，包括超低音音箱输出(其通过“.1”指定)。具有杜比处理的立体声放大器接收编码的音频信息并解码信号以提取5个单独的信道。然后单独的信道用于驱动围绕收听位置设置的五个单独的扬声器(加上超低音音箱)。

杜比6.1和7.1是杜比5.1的延伸。杜比6.1包括后环绕中心信道。杜比7.1增加了左后方和右后方扬声器，该扬声器优选设置在收听位置后面，并且环绕扬声器被设置在收听位置的侧面。这种技术的一个示例在下面的图1中提供。现在参考图1，常规7.1系统包括左前方(LF)，中心，右前方(RF)，左环绕(LS)，右环绕(RS)、后环绕左(BSL)和后环绕右(BSR)。此外，示出超低音音箱或低频音效(LFE)。

在回放时，音频放大器处的解码器解码音频流中的编码的信息并将信号分解到它的构成信道-例如7个信道加上用于7.1的超低音音箱输出。单独的信道被放大并被发送到它们各自的扬声器。7.1和其他多扬声器环绕声音系统的一个负面影响在于它们需要超过两个的扬声器，并且扬声器环绕收听环境设置。这些要求可能导致成本增加、增加布线以及扬声器设置的实际困难。

此外，常规扬声器产生的声音总是在扬声器的表面(即，在扬声器圆锥体处)产生。表面处产生的声波通过空气在扬声器指向的方向传播。用最简单的术语，声音将出现在距离听众更近或更远的位置，这取决于扬声器位于听众有多远。听众距离扬声器越近，声音将表现得越近。通过增加音量能够使声音表现得更近，但是这种效果是有限的。

在使用常规扬声器的环绕声音扬声器系统中，扬声器可以“环绕”听众设置，但是很明显的是声音在沿着对应于扬声器位置的周围的离散点处产生。这在听环绕声音环境中的内容时很明显。在这种环境中，声音能够表现出从一个扬声器移动到另一个，但总是听起来就像它的源是扬声器本身-其源确实是扬声器。调整相位会对扬声器之间的声音混合造成影响，但是常规环绕声音系统不能够实现在距离听众或收听位置的确定距离的环境中声音的定位或明显定位。

此外，即使仅使用一对常规扬声器不能实现这种有限“环绕”效果。引入音频处理效果到双信道(左/右)系统能够允许声音表现为从左扬声器移动到右扬声器，但是声音不能够被设置在距听众期望距离或超出听众的期望距离。

已经使用非线性变换通过参数阵列实现单声道和立体声回放。非线性传导，例如空气中的参数阵列，是将音频调制的超声波信号引入到空气柱中引起的。自解调或下变频沿着空气柱发生，使得可听声学信号产生。这个过程之所以发生是由于已知物理原理：当具有不同频率的足够强度的两个声波在相同介质中同时辐射时，包括两个频率的和和差的调制的波形由两个声波的非线性(参数)相互作用产生。当两个原始声波是超声波且它们的差被选择为音频频率时，通过参数相互作用能够产生可听声音。

尽管已经在许多出版物中强调了非线性变换理论，但是利用这一有趣现象的商业尝试大部分都失败了。整合到这种技术的大多数基本概念(尽管在实验室条件下相对容易实施和展示)不能适于需要相对高音量输出的应用。随着现有技术的技术特征已经应用到需要高音量水平的商业或工业应用，参数化产生的声音输出的失真已造成不合格的系统。

发明内容

根据所公开方法和系统的各种实施例，提供一种用于超声波音频系统的多维音频处理方法。在一个实施例中，音频系统中的参数音频编码器被配置为确定音频组分相对于预定收听位置的期望空间位置；处理预定数量的输出信道的音频组分；编码音频组分的两个或更多个输出信道；以及将编码的输出信道调制到相应的超声波载波上以用于经由预定数目的超声波发射器发射。

在一个实施例中，处理音频组分包括确定每个输出信道的合适相位、延迟和增益值，以便音频组分在相对于收听位置的期望明显空间位置处创建。在这个实施例中，使用所确定的每个输出信道的相位、延迟和增益值完成编码两个或更多个输出信道。

在一个实施例中，处理音频组分进一步包括确定回音、混响、凸缘和相量值。在这个实施例中，编码输出信道可以进一步包含利用所确定的回音、混响、凸缘和相量值编码两个或更多个输出信道。

在另一个实施例中，处理音频组分进一步包括基于预定数目的超声波发射器中的每个发射器的地点，确定每个输出信道的合适相位、延迟和增益值。

在又一个实施例中，音频系统可以进一步被配置为接收包括音频组分的编码的音频源，其中音频源利用与音频组分的空间位置相关的组分位置信息被编码。在这个实施例中，编码的音频源可以包括多个音频组分，所述音频组分可以利用与多个音频组分中的每个音频组分的空间位置相关的信息被编码。音频系统可以进一步被配置为解码编码的音频源以获得多个音频组分的每个音频组分和与每个音频组分的空间位置相关的信息。

在下面的详细描述结合附图，所公开的方法和设备的其他特征和方面将会变得明显，附图通过实例方式示出根据本公开的实施例的特征。所述概述目的不在于限制所要求保护的本公开的范围，其中该范围仅由本文所附权利要求限定。

附图说明

图1示出具有杜比5.1、6.1或7.1配置的组分的常规杜比环绕声音配置。

图2示出根据本文描述的技术的各种实施例的示例性编码和解码过程。

图3是根据本文描述的技术的各种实施例的根据用于常规环绕声音系统中的先前编码的信号创建参数音频信号的方法的流程图。

图4是根据本文描述的技术的各种实施例的编码音频组分以产生参数音频信号的方法的流程图。

图5A示出本发明的一个示例性实施例，其中超声波发射器将参数音频信号直接朝向具体收听位置的左侧或右侧引导。

图5B示出本发明的一个示例性实施例，其中超声波发射器将参数音频信号反射到墙壁上。

图6示出混合实施例的一个示例性实施例，其中根据本发明的实施例的参数音频产生方法和超声波发射器与常规环绕声音配置组合。

图7示出一个示例性计算模块，其可以用于实施本文描述的技术的实施例的各种特征。

具体实施方式

本文描述的系统和方法的实施例提供使用少到两个发射器进行多维音频或环绕声音聆听体验。

根据本文描述的系统和方法的各种实施例，音频信号的各种组分能够被处理，以便通过超声波发射器播放的信号创建三维声音效果。在各种实施例中，三维效果能够仅使用两个音频信道创建，从而允许少到两个发射器获得这种效果。在其他实施例中，使用其他数量的信道和发射器。

对于超声波音频系统，发射超声波信号的超声波变换器或发射器能够被配置为高度定向的。相应地，一对合适间隔的发射器能够被定位，以便这对发射器中的一个瞄准听众或一组听众的一只耳朵，并且这对发射器中的另一个瞄准听众或一组听众的另一只耳朵。所述瞄准能够是需要的但不必要是排外的。换句话说，朝向听众或一组听众的一只耳朵的发射器产生的声音能够“渗透”到听众或该组听众的另一只耳朵。

这能够被认为类似于一对立体声耳机瞄准听众的每个耳朵的方法。然而，使用本文描述的音频增强技术和瞄准每只耳朵的超声波发射器，能够实现比使用常规耳机或扬声器取得的空间变化程度更高的空间变化程度。例如，耳机仅允许控制到听众的左侧和右侧的声音，并且能够在中心混合声音。它们不能够提供前面或后面的声音设置。如上文所述，使用围绕收听环境定位的常规扬声器的环绕声音系统能够提供源到听众的前面、侧面和后面，但是声音的源总是扬声器本身。

根据本文描述的各种实施例，调整信号的参数、信号的频率组分或两个超声波信道(能够使用更多信道)相对于彼此的其他信号组分-例如相位、延迟、增益、混响、回音或其他音频参数-允许该信号或信号内的组分(一种或更多种)的音频再现，好像被定位在关于听众(一个或更多)的空间中的预定或期望地点处。利用超声波发射器和超声波载波音频，通过解调超声波发射器和听众之间的空气(有时称为空气柱)中的超声波载波能够产生音频。相应地，实际声音创建在发射器和听众之间以及听众之外的空气中的有效无限数目的点中。因此，在各种实施例中，这些参数被调整以着重在沿着柱的空间中的选定地点处产生明显声音。例如，能够使期望地点处产生的声音(例如，音频信号的组分)好像比其他地点处产生的声音更突出。相应地，仅使用一对发射器(例如，左信道和右信道)，能够使声音好像产生在沿着发射器到听众的路径的其中一个路径的点处，在更靠近或更远离听众的点处，无论在听众的前方或后方。参数还能够被调整以便声音好像来自距离听众预定距离处的左方向或右方向。相应地，两个信道能够提供围绕听众并距离听众选定距离处的声音源的完全360度设置。同样如本文所述，不同音频组分或元素能够被不同地处理，以允许这些音频组分在信道内它们各自期望的地点处的受控设置。

调整两个或更多信道相对于彼此的音频允许该信号或信号组分的音频再现，好像定位在围绕听众(一个或更多个)的空间中。这种调整能够在组分或组分组(例如，杜比或其他类似信道、音频组分等)上或频率特定基础上做出。例如，调整单一信号组分的相位、增益、延迟、混响和回音或其他音频处理还能够允许该信号组分的音频再现，好像定位在围绕听众(一个或更多个)的空间的预定地点中。这能够包括在听众的前方或后方的明显设置。

额外的听觉特性，例如，如从设置在录音环境中的观众席麦克风获取的声音(例如，以获取大厅或环境效果)可以被处理并被包括在音频信号(例如，与一个或更多个组分混合)中，以提供更真实的三维声音。除了在组分或元素基础上调整参数，还能够基于频率组分调整参数。

优选地，在一个实施例中，利用相对相位、延迟、增益、回音和混响或内建于音频组分中的其他影响因素创建音频组分，以便音频组分能够在回放时被设置在收听位置相关的空间中。例如，计算机合成或计算机生成的音频组分能够被创建或修改为具有允许将各种音频组分设置在收听环境中的它们期望的相应位置的信号特性。如上所述，杜比(或其他类似的)组分能够被修改为具有允许将各种音频组分明显设置在收听环境中的它们期望的相应位置的信号特性。

作为一个进一步示例，考虑计算机生成的音频/视频体验，例如视频游戏。在3-D游戏体验中，用户通常沉浸在三维世界中，在该世界中用户周围会发生游戏动作。例如，在射击游戏或其他战争模拟游戏中，玩家可以在包括飞行器在头顶飞翔、车辆靠近或远离用户周围的地点、其他人物从后方或侧方偷偷接近玩家、在玩家周围的各个地点开火等战场环境中。作为另一个示例，考虑赛车游戏，其中玩家在车辆的座舱中。他或她可以听到来自前方的引擎噪音、来自尾部的排气噪音、来自前方或尾部的轮胎号叫声、玩家车辆的后方、侧面和前方的其他车辆的声音等。

使用传统环绕声音扬声器系统，将需要多个扬声器，并且玩家将能够知道声音来自系统范围内的大致方向，但是不能够完全沉浸在3-D环境中。将明显的是，声音是在收听场的周界周围的离散点处产生，并且不能够使声音好像是从距离听众更近或更远的点发出。基于收听点处信号的强度，声音仅仅表现得更近或更远。例如，玩家可以知道具体声音来自右侧，但不能分辨实际距离……玩家右侧，墙壁等。距离目标有多近将取决于玩家位置处的信号强度，该强度由扬声器的相对音量确定。然而，这种效果是有限的，并且单独调整相对音量不一定能够提供这种效果。例如，改变音量能够给出距离正在改变的提示。然而，在现实世界的环境中，音量单独并非是用于判断距离的唯一因素。随着给定声音的源移动远离，除音量以外，所述给定声音的特性也改变。例如，环境效应更明显。

使用本文描述的系统和方法，玩家不仅能够分辨声音的方向，还可以在三维环境中分辨声音从哪个地点发出。此外，仅使用两个发射器就能完成。如果音频声音是位于玩家前方约3英尺和左边5英尺的位置的人发出的，玩家将能够确定声音来自哪里。这是因为声音是在空气柱中的具体空间位置处产生的，而不是像传统扬声器的情况中创建在扬声器表面。改变上面讨论的音频参数能够使得声音表现得好像创建在玩家(或观众或听众)前方3英尺和左方5英尺的位置(或附近)处。音量的增加将等效于人提高他们的嗓音，尽管他们所说的可能更清楚，但听起来不一定更近。通过使用上面描述的非线性变换器和本文描述的方法和系统，产生三维音频体验是可能的，由此实际上创建在沿着空气柱的一个或更多个地点处的声音能够被突出以将源设置在那些地点。因此，可以完成具体声音的空间定位。

通过增加相位变化、增益、相量、凸缘、回音和/或其他影响因素到这些音频对象的每个中，以及通过使用参数声音通过定向超声波变换器将音频内容播放给玩家，用户仅使用两个“扬声器”或发射器就能够沉浸在三维音频体验中。例如，相对于右信道增加左信道上的音频组分的增益，同时相对于左信道增加右信道的该音频组分上的相位延迟，将使得音频组分表现得处于用户的左方。增加增益或相差(或两者)将使得音频组分表现得好像来自用户左方的较远位置。

这种音频处理的不同电平能够施加到不同音频组分，以将每个音频组分合理设置在环境中。例如，当游戏中的游戏人物正靠近用户时，该人物的每个脚步声可以被不同编码以便反映该脚步声相对于该人物先前或随后的脚步声的位置。因此，对每个后续脚步声音频组分应用不同处理，能够使得脚步声听起来好像它们正从预定地点朝着玩家移动或从玩家向预定地点移动。此外，在脚步声靠近或远离用户时，能够类似地调整脚步声音组分的音量以便反映脚步声的相对距离。

因此，组成事件(例如接近人物的脚步声)的一系列音频组分能够利用合适相位、增益或其他差值创建以便反映相对运动。类似地，给定音频组分的音频特性能够改变，以便反映音频组分的变化位置。例如，随着车辆超过玩家，能够将超车车辆的引擎声修改为将声音定位在游戏的3-D环境中的合理位置。除了声音的任何其他改变，这能够是，例如，如为了增加真实性而增加多普勒效应。类似地，能够针对更远的声音增加额外的回音，因为随着目标接近，它的声音倾向于淹没它的回音。

这些技术还能够用于仅使用两个“扬声器”或发射器利用环绕声音编码的音频信号提供环绕声音体验。例如，在各种实施例中，已经利用环绕声音组分编码的两信道音频信号能够被解码为它的构成部分，所述构成部分能够根据本文描述的系统和方法被重新编码以便提供音频组分的正确空间设置，以及被重新组合到两信道音频信号以使用两个超声波发射器回放。

图2示出根据本文描述的系统和方法的一个实施例的一种用于根据环绕声音编码的信号生成两信道多维音频的系统的一个示例的示意图。现在参考图2，示例性音频系统包括音频编码系统111和示例性音频回放系统113。示例性音频编码系统111包括多个麦克风112、音频编码器132和存储介质124。

多个麦克风112能够用于在音频内容出现时捕获它。例如，多个麦克风能够围绕有待记录的声音环境设置。例如，对于音乐会，若干麦克风能够围绕舞台定位或定位在剧场内，以便声音在环境中的各种地点出现时捕获它。音频编码器或环绕声音编码器132处理从不同麦克风输入信道接收的音频，以创建两信道音频流，例如，如左和右音频流。这种利用每个轨道(track)或麦克风输入信道的信息编码的两信道音频流能够存储在任意若干不同的存储介质124上，如闪存或其他存储器、磁盘或光盘或其他合适的存储介质。

在上面参考图2描述的示例中，每个麦克风的信号编码是在轨道到轨道(track-by-track)的基础上执行的。也就是说，每个麦克风的地点或位置信息在编码过程期间保留以便在随后的解码和重新编码期间(下面描述)该地点或位置信息影响音频回放信号组分的明显位置。在另一个实施例中，音频编码器132执行的编码将音频信息分隔到轨道，该轨道不一定绑定或不一定在逐个基础上对应每个单独的麦克风112。换句话说，音频组分能够被分离到各种信道，例如中心前方、左前方、右前方、左环绕、右环绕、左后环绕、右后环绕等，这种分离基于内容而不是基于哪个麦克风用于记录音频。用于创建被编码到两个轨道音频流上的音频信息的多个轨道的音频编码器的一个示例为杜比数字或杜比环绕声音处理器。在这个示例中，音频编码器132生成的音频录音能够存储在一个存储介质124上，该音频录音能够是，例如杜比5.1或7.1音频录音。除了记录音频信息，该内容能够使用纯合成声音或合成和记录的声音的组合合成或组建。

在图2中示出的用于再现收听环境中的音频内容的示例中，再现系统113中提供解码器134和参数编码器136。如这个示例中示出的，编码的音频内容(在这个情况下存储在介质124上)是由音频编码系统111创建的62-信道编码的音频内容。解码器134用于将编码的两信道音频流解码为组成音频内容的多个不同的环绕声信道141。例如，在多个麦克风112被用于记录音频内容的多个信道的实施例中，编码器134能够针对每个麦克风信道112重新创建音频信道141。作为另一个示例，在杜比编码的音频内容的情况下，编码器134能够被实施为杜比解码器并且环绕声信道141是重新创建的环绕声音扬声器信道(例如，左前方、中心、右前方等)。

参数编码器136能够按照上面描述的实施，以将每个环绕声信道141分裂为左信道和右信道并应用音频处理(数字域或模拟域)，以将每个信道的声音定位到收听环境中的合适位置。如上所述，对于给定环绕声音效果来说，这种定位能够通过相对于右信道调整左信道的或同时调整两个信道的相位、延迟、增益、回音、混响和其他参数来完成。每个信道的这种参数编码能够在每个环绕声信道141上执行，并在由超声波发射器144组合到混合左信道和右信道中以用于再现的每个环绕声音信道141的左组分和右组分上执行。利用这种处理，仅使用两个发射器(即扬声器)而不是需要5-7(或更多)个扬声器围绕收听环境设置就能够产生环绕声音体验。

图3示出根据本文描述的系统和方法的一个实施例的用于生成多维音频内容的一个示例性过程的示意图。现在参考图3，在步骤217处，环绕声音编码的音频内容以音频比特流的形式被接收。例如，两信道杜比编码的音频流能够从例如DVD、蓝光光盘等的程序源或其他程序源接收。在步骤220处，环绕声音编码的音频流被解码，并且单独的信道可用于处理。在各种实施例中，这能够使用常规的杜比解码方法完成，该方法将编码的音频流分离到各种单独的环绕信道。这能够在数字域或模拟域完成，并且每个信道的产生的音频流能够包括数字音频内容或模拟音频内容。在步骤229处，这些信道的期望地点被识别或确定。换句话说，对于杜比7.1音频内容，左前方、中心前方、右前方、左环绕、右环绕、后左环绕和后右环绕信道中的每个的音频的期望位置被确定。数字编码的杜比比特流能够，例如，从诸如DVD、蓝光、其他音频程序源的程序源接收。

在步骤233处，信道被处理以将每个音频信道“设置”在收听场中的期望地点处。例如，对于上面描述的实施例，每个信道被分成两个信道(例如，左信道和右信道)，应用合适的处理方法提供信道的空间背景。在各种实施例中，这能够包括针对每个环绕声音信道，将差分相移、增益、回音、混响和其他音频参数相对于另一个增加到每个信道，以便有效地将该信道的音频内容设置在收听场中的期望地点处。在一些实施例中，对于中心前方信道，没有相位或增益差施加到左信道和右信道，从而音频好像从两个发射器之间传来。在步骤238处，音频内容通过该对参数发射器播放。

在一些实施例中，假设该对参数发射器类似于常规立体声扬声器设置-即设置在听众前方并与听众的中心线的左方和右方分离一段距离时，执行参数处理。在其他实施例中，能够执行处理以考虑参数发射器设置在收听环境中的各种其他预定地点处。通过相对于正发送到另一个发射器的信号调整发送到一个发射器的信号的相位和增益等参数，能够在给定实现实际发射器设置下，实现音频内容设置在期望地点。

图4是根据本文描述的系统和方法的一个实施例的用于使用参数发射器生成和再现多维音频内容的示例性过程的示意图。图4的实施例中示出的过程的示例应用是视频游戏环境中的应用。在这个示例性应用中，利用已经内建或嵌入的各种音频对象的位置或地点信息创建这些音频对象，以便它们通过一对参数发射器播放时，每个音频对象的声音好像来源于预定期望地点。

现在参考图4，在步骤317处创建音频对象。在视频游戏环境的示例中，音频对象能够是任意若干音频声音或声音片段，例如，如脚步声、枪炮声、车辆引擎或另一个人物的语音或声音，仅以这些为例。在步骤322处，开发人员确定音频对象源相对于听众位置的地点。例如，在战争游戏的任何给定点处，游戏可以生成从具体地点传出的的枪炮(或其他动作)声。例如，考虑枪炮声源自玩家当前位置的左后方。对于这个已知位置，在步骤325处，音频对象(本示例中的枪炮声)利用地点信息被编码，以在使用参数发射器向玩家播放该音频对象时，该声音好像从玩家的左后方传出。相应地，在音频对象被创建时，它能够被创建为具有含有合适的相位和增益差的两个信道(例如，左信道和右信道)和其他音频特性的音频对象，以使声音好像从期望地点传出。

在一些实施例中，声音能够被预存为地点信息或特性已经嵌入或编码在其中的库对象，使得它们能够从库中调用并被使用。在其他实施例中，普通库对象被存储以用于使用，并且在被调用用于具体情况中的应用时被处理以将位置信息应用到普通对象。继续枪炮声示例，在一些实施例中，具体武器的枪炮声能够存储在库中，并且在被调用时被处理，以便基于枪炮声相对于玩家位置发生的地点将地点信息加到声音中。

在步骤329处，组合音频组分和地点信息以创建混合音频内容，以及在步骤333处使用一对参数发射器向用户播放该混合音频内容。

图5A和图5B示出根据本文描述的系统和方法的实施例的多维音频系统的示例实施方式的示意图。现在参考图5A，在示出的示例中，两个参数发射器被示出包括在系统内，分别是左前方和右前方超声波发射器LF和RF。设置左方和右方发射器以使声音分别朝向视频游戏或其他程序内容的一个或更多个听众的左耳和右耳引导。能够使用替代性发射器位置，但是将声音从每个超声波发射器LF、RF引导到(一个或更多个)听众的相应耳朵的位置允许空间表象(spatial imagery)，如本文描述的。

在图5B的示例中，设置超声波发射器LF、RF以使超声波频率发射指向收听环境的墙壁(或其他反射结构)。在参数声音柱从墙壁或其他表面反射时，创建虚拟扬声器或声音源。这在美国专利号7,298,853和6,577,738中更全面地描述，通过全文引用将这两个专利文件的内容并入本文。从示出的示例中能够看出，生成的音频波指向预定座位位置处的(一个或更多个)听众的耳朵。

在各种实施例中，超声波发射器能够以立体声音、环绕声音或其他配置与常规扬声器组合。图6示出根据本文描述的系统和方法的另一个实施例的多维音频系统的示例性实施方式的示意图。现在参考图6，在这个示例中，图5B的超声波发射器配置与常规7.1环绕声音系统组合。在阅读了本说明书之后，对于本领域技术人员明显的是，图5A的配置还能够与常规7.1环绕声音系统组合。尽管没有示出，在另一个示例中，代替常规的后方扬声器，能够设置一对额外的超声波发射器以反射来自环境的后方墙壁的超声波载波音频信号。

在一些实施例中，发射器能够用于瞄准房间内的指定收听位置的给定单独听众的耳朵。这对加强系统效果能够是有用的。此外，考虑一组听众中的一个单独听众是听力受损的应用。实施混合实施例(例如图6中的示例)能够允许发射器瞄准听力受损听众。因此，超声波发射器的音频音量能够被调节到该听众的提升需要的水平，而无需改变常规音频系统的音量。当使用来自超声波发射器的高度定向的音频束并将它瞄准听力受损听众的耳朵时，来自超声波发射器的提高的音量不会被瞄准的收听位置之外的听众听到(或仅检测到处于低电平)。

在各种实施例中，超声波发射器能够与常规环绕声音配置组合从而代替一些通常使用的常规扬声器。例如，图6中的超声波发射器能够用作杜比5.1、6.1或7.1环绕声音系统中的LS、RS扬声器对，而常规扬声器用于剩下信道。在阅读了本说明书后，对于本领域技术人员明显的是，超声波发射器还可以用作杜比6.1或7.1配置中的后方扬声器BSC、BSL、BSR。

尽管本文使用一对超声波发射器描述了各种实施例，但是能够使用多于两个的发射器实施其他实施例。

尽管本发明的组件或模块整体或部分使用软件实施，在一个实施例中，这些软件元素能够被实施以与能够执行针对其描述的功能的计算或处理模块协同操作。图7中示出其中一个示例性计算模块的更多细节。各种实施例都关于这个示例性计算模块500描述。在阅读了本说明书之后，如何使用其他计算模块或架构实施本发明对于相关技术领域的技术人员来说将是明显的。

现在参考图7，计算模块500可以表示，例如，桌面、膝上或笔记本电脑；手持式计算设备(PDA、智能电话、蜂窝电话、掌上电脑等)；大型机、超级计算机、工作站或服务器或任何其他类型的专用或通用计算设备内建立的计算或处理能力，他们可以期望或适于用于给定应用或环境。计算模块500还可以表示嵌入在给定设备内的计算能力或另外的对于给定设备可用的计算能力。例如，计算模块可以在其他电子设备(例如，数字摄像机、导航系统、蜂窝电话、便携式计算设备、调制解调器、路由器、WAP、终端或可能包括一些形式的处理能力的其他电子设备)内建立。

计算模块500还包括，例如一个或更多个处理器、控制器、控制模块或其他处理设备，如处理器504。处理器504可以使用通用或专用处理引擎实施，例如，微处理器、控制器或其他控制逻辑件。在示出的示例中，处理器504连接到总线502，尽管能够使用任何通信介质以有助于与计算模块500的其他组件交互或向外通信。

计算模块500还可以包括一个或更多个存储器模块，本文简称为主存储器508。例如，优选地，随机存取存储器(RAM)或其他动态存储器，可以用于存储将由处理器504执行的信息和指令。主存储器508还可以用于在将要由处理器504执行的指令执行期间存储临时变量或其他中间信息。类似地，计算模块500包括只读存储器(“ROM”)或其他静态存储设备，其耦合到总线502以用于为处理器504存储静态信息和指令。

计算模块500还可以包括一个或更多个各种形式的信息存储机构510，这可以包括，例如，介质驱动512和存储单元接口520。介质驱动512可以包括驱动器或其他机构以用于支持固定或可移除存储介质514。例如，可以提供硬盘驱动器、软盘驱动器、磁带驱动器、光盘驱动器、CD或DVD驱动器(R或RW)，或其他可移除或固定介质驱动器。相应地，存储介质514可以包括，例如，硬盘驱动器、软盘、磁带、盒式存储器、光盘、CD或DVD或其他由介质驱动器512读取、写入或存取的固定或可移除介质。如这些示例所示，存储介质514能够包括计算机可用存储介质，其将计算机软件或数据存储在其中。

在替代实施例中，信息存储机构510可以包括其他类似的仪器以用于允许计算机程序或其他指令或数据被加载到计算模块500。这些仪器可以包括，例如，固定或可移除存储单元522和接口520。这些存储单元522和接口520的示例可以包括程序盒和盒式接口、可移除存储器(例如，闪存或其他可移除存储器模块)和存储器插槽、PCMCIA插槽和卡以及其他允许软件和数据从存储单元522传输到计算模块500的固定或可移除存储单元522和存储单元接口(I/F)520。

计算模块500还可以包括通信接口(COMM I/F)524。通信接口524可以用于允许软件和数据在计算模块500和外部设备之间传输。通信接口524的示例可以包括调制解调器或软调制解调器、网络接口(例如以太网、网络接口卡、WiMedia、IEEE 802.XX或其他接口)、通信端口(例如，USB端口、IR端口、RS232端口、蓝牙接口或其他端口)或其他通信接口。经由通信接口524传输的软件和数据通常由信号携带，该信号能够是能够通过给定通信接口524交换的电子、电磁(其包括光学)或其他信号。这些信号可以经由信道528提供给通信接口524。这个信道528可以携带信号并且可以使用有线或无线通信介质实施。信道的一些示例可以包括电话线、蜂窝链路、RF链路、光学链路、网络接口、局域网或广域网以及其他有线或无线通信信道。

在本文件中，术语“计算机程序介质”和“计算机可用介质”通常用于指代介质(如存储器508)和存储设备(如存储单元520和介质514)。这些和其他各种形式的计算机程序介质或计算机可用介质可以涉及将一个或更多个指令的一个或更多个序列携带到处理设备用于执行。这些体现在介质上的指令被统称为“计算机程序代码”或“计算机程序产品”(其可以以计算机程序的形式或其他分组方法分组)。这些指令在被执行时可以使计算模块500能够执行本文讨论的本发明的特征或功能。

尽管上面已经描述了本发明的各种实施例，应当理解的是，它们仅仅通过举例的方式呈现，而不是限制性的。类似地，各种示意图描绘了本发明的示例性架构或其他配置，这样做旨在帮助理解本发明包括的特征和功能。本发明不受示出的示例性架构或配置的限制，但是期望的特征能够使用各种替代性架构和配置实施。实际上，如何能够实施替代功能、逻辑或物理分块和配置以实现本发明的期望特征对于本领域技术人员来说是明显的。此外，本文描述的那些名称以外的大量不同构成模块名称能够应用到各种分块。此外，关于流程图、操作性描述和方法权利要求，在本文中描述的它们的步骤不应当要求各种实施例以相同顺序实施以执行所叙述的功能，除非上下文另有规定。

尽管上文针对各种示例性实施例和实施方式描述了本发明，应当理解，在一个或更多个单独的实施例中描述的各种特征、方面和功能并非将它们的应用限制在其被描述的具体实施例中，而是能够单独地或以各种组合的形式应用到本发明的一个或更多个其他实施例中，无论是否描述这些实施例以及无论这些特征是否作为所描述的实施例的一部分呈现。因此，本发明的宽度和范围不应当受到任何上述示例性实施例的限制。

除非另有声明，此文件中使用的术语和短语及其变体应当解释为开放式的而非限制性的。如前面的示例，术语“包括”应当理解为意味着“包括，但不限于”等等；术语“示例”用于提供讨论中的项目的示例性实例，而不是它的穷尽或限制性清单；术语“一个”(“a”或“an”)应当理解为“至少一个”“一个或更多个”等等；以及“常规”、“传统”、“正常”、“标准”、“已知”等形容词和类似含义的术语不应当解释为将所描述的项目限制到给定时期或限制为给定时期可用的项目，但是应当理解为包含常规的、传统的、正常的或标准的技术，该技术在现在或未来任何时间是可用的或已知的。类似地，本文件中涉及对本领域技术人员明显的技术或本领域技术人员已知的技术，这些技术包含在现在或未来任何时间对本领域技术人员明显的技术或本领域人员已知的技术。

在一些实例中存在的“一个或更多个”、“至少”、“但不限于”等扩展词和短语或其他类似短语，不应当被理解为意味着在没有这些扩展短语存在的实例中想要或要求较窄的情况。术语“模块”的使用不暗示作为模块的一部分所描述或要求保护的组件或功能件全部在公共封装件内配置。实际上，不管是控制逻辑件还是其他组件，模块的各种组件中的任何一个或全部都能够组合在单一封装中或被单独地维持以及能够进一步被分布在多个组或封装件中或分布在多个位置中。

此外，本文阐述的各种实施例通过示例性框图、流程图和其他图示描述。在阅读本文件之后，对于本领域技术人员明显的是，能够实施示出的实施例和它们的各种替换体，而不必局限于所示出的示例。例如，框图和它们的附图说明不应当被解释为要求保护具体架构或配置。

Claims (36)

1.一种产生多维参数音频的方法，所述方法包含：

确定音频组分相对于预定收听位置的期望空间位置；

处理预定数目的输出信道的音频组分，其中处理所述音频组分的步骤包含确定每个输出信道的合适相位、延迟和增益值，以便将所述音频组分相对于所述收听位置创建在期望的明显空间位置处；

利用每个输出信道的所确定的相位、延迟和增益值编码所述音频组分的两个或更多个输出信道；以及

将编码的输出信道调制到相应超声波载波上，用于经由预定数目的超声波发射器发射。

2.根据权利要求1所述的方法，其中所述处理所述音频组分的步骤进一步包含确定回音、混响、凸缘和相量值，以及编码步骤进一步包含利用所确定的回音、混响、凸缘和相量值编码两个或更多个输出信道。

3.根据权利要求1所述的方法，其中所述处理所述音频组分的步骤进一步包含基于所述预定数目的超声波发射器中的每个发射器的预定地点，确定每个输出信道的所述合适相位、延迟和增益值。

4.根据权利要求2所述的方法，其中所述处理所述音频组分的步骤进一步包含基于所述预定数目的超声波发射器中的每个发射器的预定地点，确定每个输出信道的所述合适相位、延迟和增益值。

5.根据权利要求3所述的方法，进一步包括接收包含音频组分的编码的音频源的步骤，其中所述音频源利用组分位置信息被编码，所述组分位置信息与所述音频组分的所述空间位置相关。

6.根据权利要求5所述的方法，其中所述编码的音频源包含多个音频组分，并且利用与所述多个音频组分的每个音频组分的所述空间位置相关的信息被编码，并且所述方法进一步包含解码所述编码的音频源以便获得所述多个音频组分的每个音频组分和与每个音频组分的所述空间位置相关的信息的步骤。

7.根据权利要求5所述的方法，其中所述编码的音频源包含多个环绕声音信道并且利用识别环绕声音配置的所述多个环绕声音信道中的每个环绕声音信道的信息被编码，并且所述方法进一步包含解码所述编码的音频源以便获得所述多个环绕声音信道中的每个环绕声音信道的步骤。

8.根据权利要求7所述的方法，其中所述环绕声音配置包含对应于五个扬声器和一个超低音音箱或低频扬声器的六个信道。

9.根据权利要求7所述的方法，其中所述环绕声音配置包含对应于六个扬声器和一个超低音音箱或低频扬声器的七个信道。

10.根据权利要求7所述的方法，其中所述环绕声音配置包含对应于七个扬声器和一个超低音音箱或低频扬声器的八个信道。

11.根据权利要求7所述的方法，其中所述多个环绕声音信道中的每个环绕声音信道包含音频组分并且利用与该信道内的所述音频组分的所述空间位置相关的位置信息被编码。

12.根据权利要求11所述的方法，其进一步包含解码每个环绕声音信道以便获得所述音频组分和与该信道内的所述音频组分的所述空间位置相关的所述位置信息的步骤。

13.根据权利要求12所述的方法，其中所述确定所述期望空间位置的步骤包含基于预定收听位置确定音频组分的所述期望空间位置，所述具体环绕声音信道包含所述音频组分和所述环绕声音信道内的所述音频组分的所述位置信息。

14.根据权利要求11所述的方法，其中每个环绕声音信道包含多个音频组分，其中所述确定、处理和编码步骤应用于所述多个音频组分中的每个音频组分。

15.根据权利要求14所述的方法，其进一步包含将所述多个音频组分中的每个音频组分的每个编码的输出信道组合到每个输出信道的编码的输出比特流中的步骤，并且其中输出步骤包含将每个输出信道的所述编码的输出比特流输出到预定数目的超声波发射器。

16.根据权利要求1所述的方法，其中所述预定数目的输出信道与所述预定数目的超声波发射器的数目相同。

17.根据权利要求16所述的方法，其中所述预定数目的输出信道和预定数目的超声波发射器是两个。

18.根据权利要求1所述的方法，其中所述音频组分包含组分，其中组分包含频率组分、杜比信道和音频对象中的至少一个。

19.一种多维参数音频系统，其包含：

音频源，其包含音频组分；

音频编码器；

预定数目的超声波发射器；

其中所述参数音频编码器被配置为执行下列步骤：

确定音频组分相对于预定收听位置的期望空间位置；

将所述音频组分处理到预定数目的输出信道中，其中所述处理所述音频组分的步骤包含确定每个输出信道的合适相位、延迟和增益值，以便所述音频组分被相对于所述收听位置创建在所述期望空间位置处；

利用先前确定的每个输出信道的所确定的相位、延迟和增益值编码所述音频组分的两个或更多个输出信道；以及

将所述编码的输出信道输出到预定数目的超声波发射器。

20.根据权利要求19所述的系统，其中所述处理所述音频组分的步骤进一步包含确定回音、混响、凸缘和相量值，以及所述编码步骤进一步包含利用所确定的回音、混响、凸缘和相量值编码两个或更多个输出信道。

21.根据权利要求19所述的系统，其中所述处理所述音频组分的步骤进一步包含基于所述预定数目的超声波发射器中的每个发射器的预定地点，确定每个输出信道的所述合适相位、延迟和增益值。

22.根据权利要求20所述的系统，其中所述处理所述音频组分的步骤进一步包含基于所述预定数目的超声波发射器中的每个发射器的预定地点，确定每个输出信道的所述合适相位、延迟和增益值。

23.根据权利要求21所述的系统，其进一步包括接收包含音频组分的编码的音频源的步骤，其中所述音频源利用与所述音频组分的所述空间位置相关的位置信息被编码。

24.根据权利要求23所述的系统，其中所述编码的音频源包含多个音频组分，并且利用与所述多个音频组分中的每个音频组分的所述空间位置相关的信息被编码。

25.根据权利要求23所述的系统，其中所述编码的音频源包含多个环绕声音信道并且利用识别环绕声音配置的所述多个环绕声音信道中的每个环绕声音信道的信息被编码，并且进一步包含解码所述编码的音频源以便获得所述多个环绕声音信道中的每个环绕声音信道的步骤。

26.根据权利要求25所述的系统，其中所述环绕声音配置包含对应于五个扬声器和一个超低音音箱或低频扬声器的六个信道。

27.根据权利要求25所述的系统，其中所述环绕声音配置包含对应于六个扬声器和一个超低音音箱或低频扬声器的七个信道。

28.根据权利要求25所述的系统，其中所述环绕声音配置包含对应于七个扬声器和一个超低音音箱或低频扬声器的八个信道。

29.根据权利要求25所述的系统，其中所述多个环绕声音信道中的每个环绕声音信道包含音频组分并且利用与该信道内的所述音频组分的所述空间位置相关的位置信息被编码。

30.根据权利要求29所述的系统，其进一步包含解码每个环绕声音信道以便获得所述音频组分和与该信道内的所述音频组分的所述空间位置相关的位置信息的步骤。

31.根据权利要求30所述的系统，其中所述确定所述期望空间位置的步骤包含基于预定收听位置确定音频组分的所述期望空间位置，所述具体环绕声音信道包含所述音频组分和所述环绕声音信道内的所述音频组分的所述位置信息。

32.根据权利要求29所述的系统，其中每个环绕声音信道包含多个音频组分，其中所述确定、处理和编码步骤应用于所述多个音频组分中的每个音频组分。

33.根据权利要求32所述的系统，其进一步包含将所述多个音频组分中的每个音频组分的每个编码的输出信道组合到每个输出信道的编码的输出比特流中的步骤，并且其中所述输出的步骤包含将每个输出信道的所述编码的输出比特流输出到预定数目的超声波发射器。

34.根据权利要求19所述的系统，其中所述预定数目的输出信道与所述预定数目的超声波发射器的数目相同。

35.根据权利要求34所述的方法，其中所述预定数目的输出信道和预定数目的超声波发射器是两个。

36.根据权利要求19所述的系统，其中所述系统与常规环绕声音系统组合，以创建混合的常规环绕和超声波声音系统。