CN105246021B - 3d声音再现方法和设备 - Google Patents

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Abstract

提供一种三维(3D)声音再现方法和设备。所述方法包括：通过与第一高度相应的头相关传输滤波器(HRTF)发送声音信号；通过复制滤波的声音信号产生多个声音信号；基于与扬声器的每一个相应的增益值，放大或减弱复制的声音信号中的每一个，其中，复制的声音信号将通过所述扬声器被输出；通过相应的扬声器输出放大或减弱的声音信号。

Description

3D声音再现方法和设备
本申请是申请日为2011年7月6日、申请号为201180042811.2、题为“3D声音再现方法和设备”的专利申请的分案申请。
技术领域
与示例性实施例一致的方法和设备涉及再现三维(3D)声音，更具体地讲，涉及将虚拟声源定位到预定高度。
背景技术
随着视频和声音处理技术的发展，具有高的图像质量和声音质量的内容正被提供。需要具有高图像质量和声音质量的内容的用户现在要求真实的图像和声音，因此，正积极进行3D图像和声音的研究。
通过在水平面的不同位置上提供多个扬声器并根据扬声器输出彼此相同或不同的声音信号来产生3D声音，使得用户体验空间效果。然而，实际上可从各个高度以及水平面上的各个点产生声音。因此，需要有效地再现在彼此不同的水平上产生的声音信号的技术。
发明内容
技术问题
本发明提供一种用于将虚拟声源定位到预定高度的3D声音再现方法及其设备。
有益效果
根据本实施例，可提供3D三维效果。并且，根据本实施例，虚拟声源可被有效定位到预定高度。
附图说明
通过参照附图详细描述本发明的示例性实施例，本发明的上面和其他特征和优点将会变得更清楚，其中：
图1是根据示例性实施例的3D声音再现设备的框图；
图2a是用于通过使用5声道信号将虚拟声源定位到预定高度的3D声音再现设备的框图；
图2b是根据另一示例性实施例的用于通过使用声音信号将虚拟声源定位到预定高度的3D声音再现设备的框图；
图3是根据另一示例性实施例的用于通过使用5声道信号将虚拟声源定位到预定高度的3D声音再现设备的框图；
图4是示出根据示例性实施例的用于通过经过7个扬声器输出7声道信号来将虚拟声源定位到预定高度的3D声音再现设备的示例的示图；
图5是示出根据示例性实施例的用于通过经过7个扬声器输出5声道信号来将虚拟声源定位到预定高度的3D声音再现设备的示例的示图；
图6是示出根据示例性实施例的用于通过经过5个扬声器输出7声道信号来将虚拟声源定位到预定高度的3D声音再现设备的示例的示图；
图7是根据示例性实施例的用于将虚拟声源定位到预定高度的扬声器系统的示图；
图8是示出根据示例性实施例的3D声音再现方法的流程图。
最佳实施方式
示例性实施例提供一种用于再现3D声音的方法和设备，具体地讲，一种用于将虚拟声源定位到预定高度的方法和设备。
根据示例性实施例的一方面，提供一种3D声音再现方法，所述方法包括：通过产生与第一高度相应的3D声音的预定滤波器发送声音信号，以产生滤波的声音信号；复制所述滤波的声音信号，以产生多个复制的声音信号；基于与多个扬声器中的每一个相应的增益值和延迟值中的至少一个，对复制的声音信号中的每一个执行放大、减弱和延迟处理中的至少一个，其中，复制的声音信号将通过所述扬声器被输出；通过相应的扬声器输出已经历了放大、减弱和延迟处理中的至少一个的复制的声音信号。
预定滤波器可包括头相关传输滤波器(HRTF)。
通过HRTF发送声音信号的步骤可包括：通过HRTF发送表示从第二高度的左侧产生的声音信号的左上方声道信号和表示从第二高度的右侧产生的声音信号的右上方声道信号中的至少一个。
所述方法还可包括：当声音信号不包括左上方声道信号和右上方声道信号时，通过向上混合声道信号来产生左上方声道信号和右上方声道信号。
通过HRTF发送声音信号的步骤可包括：当声音信号不包括表示从第二高度的左侧产生的声音信号的左上方声道信号和表示从第二高度的右侧产生的声音信号的右上方声道信号时，通过HRTF发送表示从左前侧产生的声音信号的左前方声道信号和表示从右前侧产生的声音信号的右前方声道信号中的至少一个。
可通过将第一HRTF除以第二HRTF来产生HRTF，其中，第一HRTF包括关于从第一高度到用户的耳朵的路径的信息，第二HRTF包括从将通过其输出声音信号的扬声器的位置到用户的耳朵的路径的信息。
输出声音信号的步骤可包括：通过将通过根据第一增益值放大滤波的左上方声道信号而获取的声音信号与通过根据第二增益值放大滤波的右上方声道信号而获取的声音信号进行混合，来产生第一声音信号；通过将通过根据第二增益值放大左上方声道信号而获取的声音信号与通过根据第一增益值放大滤波的右上方声道信号而获取的声音信号进行混合，来产生第二声音信号；通过布置在左侧的扬声器来输出第一声音信号，并通过布置在右侧的扬声器来输出第二声音信号。
输出声音信号的步骤可包括：通过将通过根据第三增益值放大左后方信号而获取的声音信号与第一声音信号进行混合，来产生第三声音信号，其中，左后方信号表示从左后侧产生的声音信号；通过将通过根据第三增益值放大右后方信号而获取的声音信号与第二声音信号进行混合，产生第四声音信号，其中，右后方信号表示从右后侧产生的声音信号；通过左后方扬声器输出第三声音信号，并通过右后方扬声器输出第四声音信号。
输出声音信号的步骤还可包括：根据虚拟声源将被定位的第一高度上的位置，将第一声音信号和第二声音中的至少一个静音。
通过HRTF发送声音信号的步骤可包括：获取关于虚拟声源将被定位的位置的信息；基于位置信息确定HRTF，其中，通过所述HRTF发送声音信号。
执行放大、减弱和延迟处理中的至少一个的步骤可包括：基于实际扬声器的位置、收听者的位置和虚拟声源的位置中的至少一个，确定将应用于复制的声音信号中的每一个的增益值和延迟值中的至少一个。
确定增益值和延迟值中的至少一个的步骤可包括：当没有获取关于收听者的位置的信息时，将针对复制的声音信号中的每一个的增益值和延迟值中的至少一个确定为确定的值。
确定增益值和延迟值中的至少一个的步骤可包括：当没有获取关于收听者的位置的信息时，将针对复制的声音信号中的每一个的增益值和延迟值中的至少一个确定为相等值。
根据另一示例性实施例的一方面，提供一种3D声音再现设备，包括：滤波单元，通过与第一高度相应的HRTF发送声音信号；复制单元，通过复制滤波的声音信号来产生多个声音信号；放大/延迟单元，基于与将要输出声音信号的多个扬声器中的每一个相应的增益值和延迟值，针对复制的声音信号中的每一个执行放大、减弱和延迟处理中的至少一个；输出单元，通过相应的扬声器输出已经历了放大、减弱和延迟处理中的至少一个的声音信号。
预定滤波器是头相关传输滤波器(HRTF)。
滤波单元可通过HRTF发送表示从第二高度的左侧产生的声音信号的左上方声道信号和表示从第二高度的右侧产生的声音信号的右上方声道信号中的至少一个。
3D声音再现设备还可包括：向上混合单元，当声音信号不包括左上方声道信号和右上方声道信号时，产生左上方声道信号和右上方声道信号。
当声音信号不包括表示从第二高度的左侧产生的声音信号的左上方声道信号和表示从第二高度的右侧产生的声音信号的右上方声道信号时，滤波单元可通过HRTF发送表示从左前侧产生的声音信号的左前方声道信号和表示从右前侧产生的声音信号的右前方声道信号中的至少一个。
可通过将第一HRTF除以第二HRTF来产生HRTF，其中，第一HRTF包括关于从第一高度到用户的耳朵的路径的信息，第二HRTF包括关于从扬声器的位置到用户的耳朵的路径的信息，声音信号将通过扬声器被输出。
输出单元包括：第一混合单元，通过将通过根据第一增益值放大滤波的左上方声道信号而获取的声音信号与通过根据第二增益值放大滤波的右上方声道信号而获取的声音信号进行混合，来产生第一声音信号；
第二混合单元，通过将通过根据第二增益值放大滤波的左上方声道信号而获取的声音信号与通过根据第一增益值放大滤波的右上方声道信号而获取的声音信号进行混合，来产生第二声音信号；
渲染单元，通过布置在左侧的扬声器来输出第一声音信号并通过布置在右侧的扬声器来输出第二声音信号。
输出单元包括：
第三混合单元，通过将通过根据第三增益值放大左后方信号而获取的声音信号与第一声音信号进行混合，来产生第三声音信号，其中，左后方信号表示从左后侧产生的声音信号；
第四混合单元，通过将通过根据第三增益值放大右后方信号而获取的声音信号与第二声音信号进行混合，来产生第四声音信号，其中，右后方信号表示从右后侧产生的声音信号；
其中，渲染单元通过左后方扬声器输出第三声音信号，并通过右后方扬声器输出第四声音信号。
渲染单元包括控制器，控制器根据虚拟声源被定位的第一高度的位置，将第一声音信号和第二声音信号中的至少一个静音。
具体实施方式
本申请要求于2010年7月7日提交到美国专利商标局的第61/362014号美国临时申请、2010年12月28日和2011年4月13日提交到韩国知识产权局的第10-2010-0137232号韩国专利申请和第10-2011-0034415号韩国专利申请的权益，其公开通过引用全部包含于此。
在下文中，将参照附图详细描述示例性实施例。在此描述中，术语“单元”表示硬件组件和/或由诸如处理器的硬件组件执行的软件组件。
图1是根据示例性实施例的3D声音再现设备100的框图。
3D声音再现设备100包括滤波单元110、复制单元120、放大器130和输出单元140。
滤波单元110通过产生与预定高度相应的3D声音的预定滤波器发送声音信号。滤波单元110可通过与预定高度相应的头相关传输滤波器(HRTF)来发送声音信号。HRTF包括关于从声源的空间位置到用户的双耳的路径的信息(即，频率传输特征)。HRTF使用户通过这种现象来识别3D声音：其中，复杂的通道特征(例如，人头部的皮肤上的衍射和通过耳廓的反射)以及简单的通道差异(例如，耳间水平差(ILD)和耳间时间差(ITD))根据声音到达方向而改变。由于在空间中的每个方向上仅存在一个HRTF，因此可由于以上特征产生3D声音。
滤波单元110使用用于对从在一定高度的位置处产生的声音进行建模的HRTF滤波器，其中，所述位置比布置在水平面上的实际扬声器的高度高。下面的等式1是在滤波单元110中使用的HRTF的示例。
HRTF＝HRTF2/HRTF1 (1)
HRTF2是表示从虚拟声源的位置到用户的耳朵的通道信息的HRTF，HRTF1是表示从实际扬声器的位置到用户的耳朵的通道信息的HRTF。由于声音信号是从实际扬声器输出的，因此为了用户识别从虚拟扬声器输出的声音信号，与预定高度相应的HRTF2除以与水平表面(或实际扬声器的高度)相应的HRTF1。
与预定高度相应的最佳HRTF根据每个人(例如，指纹)而变。然而，不可能计算每个用户的HRTF，并将所述计算的HRTF应用于每个用户。因此，针对具有相似属性(例如，物理属性(例如年龄和身高)，或习性(例如喜欢的频带和喜欢的音乐))的用户组的一些用户计算HRTF，然后，代表值(例如，平均年龄)可被确定为应用于包括在相应用户组中的所有用户的HRTF。
下面的等式2是通过使用上面的等式1中定义的HRTF来对声音信号进行滤波的结果。
Y2(f)＝Y1(f)*HRTF (2)
Y1(f)是从用户从实际扬声器所听到的声音信号输出转换为频带的值，Y2(f)是从用户从虚拟扬声器所听到的声音信号输出转换为频带的值。
滤波单元110可仅对包括在声音信号中的多个声道信号中的一些声道信号进行滤波。
声音信号可包括与多个声道相应的声音信号。在下文中，为了便于描述而定义了7声道信号。然而，7声道信号是示例，声音信号可包括表示从除了现在将描述的七个方向之外的方向产生的声音信号的声道信号。
中央声道信号是从中央部分产生的声音信号，并通过中央扬声器来输出。
右前方声道信号是从前方部分的右侧产生的声音信号，并通过右前方扬声器来输出。
左前方声道信号是从前方部分的左侧产生的声音信号，并通过左前方扬声器来输出。
右后方声道信号是从后方部分的右侧产生的声音信号，并通过右后方扬声器来输出。
左后方声道信号是从后方部分的左侧产生的声音信号，并通过左后方扬声器来输出。
右上方声道信号是从右上部产生的声音信号，并通过右上方扬声器来输出。
左上方声道信号是从左上部产生的声音信号，并通过左上方扬声器来输出。
当声音信号包括右上方声道信号和左上方声道信号时，滤波单元110对右上方声道信号和左上方声道信号进行滤波。被滤波的右上方信号和左上方信号接着被用于对从期望的高度产生的虚拟声源进行建模。
当声音信号不包括右上方信号和左上方信号时，滤波单元110对右前方声道信号和左前方声道信号进行滤波。右上方声道信号和左上方声道信号接着被用于对从期望的高度产生的虚拟声源进行建模。
在一些示例性实施例中，不包括右上方声道信号和左上方声道信号的声音信号(例如，2.1声道信号或5.1声道信号)被向上混合以产生右上方声道信号和左上方声道信号。然后，可对混合的左上方声道信号和右上方声道信号进行滤波。
复制单元120将滤波的声道信号复制为多个信号。复制单元120复制与扬声器数量的一样多的滤波的声道信号，其中，将通过扬声器输出滤波的声道信号。例如，当滤波的声音信号被输出为右上方声道信号、左上方声道信号、右后方声道信号和左后方声道信号时，复制单元120可做出四个滤波的声道信号的副本。由复制单元120做出的副本的数量可根据示例性实施例而变；然而，期望产生两个或更多个副本，从而滤波的声道信号可至少被输出为右后方声道信号和左后方声道信号。
将再现右上方声道信号和左上方声道信号的扬声器位于水平面上。作为示例，扬声器可附加在再现右上方声道信号的前方扬声器的正上方。
放大器130根据预定的增益值放大(或减弱)滤波的声音信号。增益值可根据滤波的声音信号的类型而变。
例如，根据第一增益值方法通过右上方扬声器输出的右上方声道信号，并根据第二增益值放大通过左上方扬声器输出的右上方声道信号。这里，第一增益值可大于第二增益值。另外，根据第二增益值放大通过右上方扬声器输出的左上方声道信号，并根据第一增益值放大通过左上方扬声器输出的左上方声道信号，从而可输出与左右扬声器相应的声道信号。
在相关领域中，为了在期望的位置上产生虚拟声源，主要使用ITD方法。ITD方法是通过从具有时间差的多个扬声器输出相同声音信号来将虚拟声源定位到期望的位置上的方法。ITD方法适用于将虚拟声源定位到实际扬声器所在的同一平面上。然而，ITD方法并不是将虚拟声源定位到比实际扬声器的高度更高的位置的合适的方式。
在示例性实施例中，从具有不同的增益值的多个扬声器输出相同的声音信号。以此方式，根据示例性实施例，可容易地将虚拟声源定位到高于实际扬声器的高度的高度，或特定高度(不管实际扬声器的高度)。
输出单元140通过相应的扬声器输出一个或多个放大的声道信号。输出单元140可包括混合器(未示出)和渲染单元(为示出)。
混合器将一个或多个声道信号混合。
混合器将根据第一增益值放大的左上方声道信号与根据第二增益值放大的右上方声道信号混合，以产生第一声音分量，并将根据第二增益值放大的左上方声道信号与根据第一增益值放大的右上方声道信号混合，以产生第二声音分量。
另外，混合器将根据第三增益值放大的左后方声道信号与第一声音分量混合，以产生第三声音分量，并将根据第三增益值放大的右后方声道信号与第二声音分量混合，以产生第四声音分量。
渲染单元对混合的或非混合的声音分量进行渲染，并将所述声音分量输出到相应的扬声器。
渲染单元将第一声音分量输出到左上方扬声器，并将第二声音分量输出到右上方扬声器。如果不存在左上方扬声器或右上方扬声器，则渲染单元可将第一声音分量输出到左前方扬声器，可将第二声音分量输出到右前方扬声器。
另外，渲染单元将第三声音分量输出到左后方扬声器，并将第四声音分量输出到右后方扬声器。
复制单元120、放大器130和输出单元140的操作可根据包括在声音信号中的声道信号的数量和扬声器的数量而变。稍后将参照图4至图6描述根据声道信号的数量和扬声器的数量的3D声音再现设备的操作的示例。
图2a是根据示例性实施例的用于通过使用5声道信号将虚拟声源定位到预定高度的3D声音再现设备100的框图。
向上混合器210对5声道信号201进行向上混合，以产生包括左上方声道信号202和右上方声道信号203的7声道信号。
左上方声道信号202被输入到第一HRTF 111，右上方声道信号203被输入到第二HRTF 112。
第一HRTF 111包括关于从左虚拟声源到用户的耳朵的通道的信息，第二HRTF 112包括关于从右虚拟声源到用户的耳朵的通道的信息。第一HRTF111和第二HRTF 112是用于在预定高度上(高于实际扬声器的高度)对虚拟声源进行建模的滤波器。
经过第一HRTF 111和第二HRTF 112的左上方声道信号和右上方声道信号被输入到复制单元121和122。
复制单元121和122中的每一个做出通过HRTF 111和HRTF 112发送的左上方声道信号和右上方声道信号中的每一个的两个副本。复制的左上方声道信号和右上方声道信号被传送到第一至第三放大器131、132和133。
第一放大器131和第二放大器132根据输出信号的扬声器和声道信号的类型来放大复制的左上方信号和右上方信号。另外，第三放大器133放大包括在5声道信号201中的至少一个声道信号。
在一些示例性实施例中，3D声音再现设备100可包括第一延迟单元(未示出)和第二延迟单元(未示出)，而不包括第一放大器131和第二放大器132，或者可包括第一放大器131、第二放大器132、第一延迟单元和第二延迟单元全部。这是因为当滤波的声音信号的延迟的值根据扬声器而变时，可获取相同的改变增益值的结果。
输出单元140将放大的左上方声道信号、右上方声道信号和5声道信号201混合，并将混合的信号输出为7声道信号205。7声道信号205被输出到扬声器中的每一个。
在另一示例性实施例中，当7声道信号被输入时，可省略向上混合器210。
在另一示例性实施例中，3D声音再现设备100可包括滤波确定单元(未示出)和放大/延迟系数确定单元(未示出)。
滤波确定单元根据虚拟声源将被定位的位置(即，仰角和水平角)来选择合适的HRTF。滤波确定单元可通过使用虚拟声源的位置和HRTF之间的映射信息来选择与虚拟声源相应的HRTF。虚拟声源的位置信息可通过诸如应用的模块(软件或硬件)被接收，或可从用户输入。例如，在游戏应用中，定位虚拟声源的位置可根据时间而变，滤波确定单元可根据虚拟声源位置的变化而改变HRTF。
放大/延迟系数确定单元可基于实际扬声器的位置、虚拟声源的位置和收听者的位置中的至少一个，确定复制的声音信号的放大(或减弱)系数和延迟系数中的至少一个。如果放大/延迟系数确定单元没有提前识别到收听者的位置信息，则放大/延迟系数确定单元可选择预定的放大系数和延迟系数中的至少一个。
图2b是根据另一示例性实施例的用于通过使用声音信号将虚拟声源定位到预定高度的3D声音再现设备100的框图。
在图2b中，为了便于描述，将描述包括在声音信号中的第一声道信号。然而，本示例性实施例可被应用到包括在声音信号中的其他声道信号。
3D声音再现设备100可包括第一HRTF 211、复制单元221和放大/延迟单元231。
基于虚拟声源的位置信息来选择第一HRTF 211，并通过第一HRTF 211发送第一声道信号。虚拟声源的位置信息可包括仰角信息和水平角信息。
复制单元221将滤波后的第一声道信号复制成一个或多个声音信号。在图2b中，假设复制单元221将第一声道信号复制与实际扬声器的数量一样多的数量。
放大/延迟单元231基于实际扬声器的位置信息、收听者的位置信息和虚拟声源的位置信息中的至少一个，确定分别与扬声器相应的复制的第一声道信号的放大/延迟系数。放大/延迟单元231基于确定的放大(或减弱)系数放大/减弱复制的第一声道信号,或者基于延迟系数延迟复制的第一声道信号。在示例性实施例中，放大/延迟单元231可基于确定的放大(或减弱)系数和延迟系数，同时执行复制的第一声道信号的放大(或减弱)和延迟。
放大/延迟单元231通常针对扬声器中的每一个确定复制的第一声道信号的放大/延迟系数；然而，当没有获取到收听者的位置信息时，放大/延迟单元231可将扬声器的放大/延迟系数确定为彼此相等，因此，彼此相等的第一声道信号可分别通过扬声器输出。具体地讲，当放大/延迟单元231没有获取到收听者的位置信息时，放大/延迟单元231可将扬声器中的每一个的放大/延迟系数确定为预定值(或任意值)。
图3是根据另一示例性实施例的用于通过使用5声道信号来将虚拟声源定位到预定高度的3D声音再现设备100的框图。信号分布单元310从5声道信号提取右前方声道信号302和左前方声道信号303，并将提取的信号传送到第一HRTF 111和第二HRTF 112。
除了施加到滤波单元111和112、复制单元121和122、放大器131、132和133的声音分量是右前方声道信号302和左前方声道信号303之外，本示例性实施例的3D声音再现设备100与参照图2描述的3D声音再现设备相同。因此，这里将不提供本示例性实施例的3D声音再现设备100的详细描述。
图4是示出根据另一示例性实施例的用于通过输出经过7个扬声器的7声道信号来将虚拟声源定位到预定高度的3D声音再现设备100的示例的示图。
将基于输入的声音信号描述图4，然后基于通过扬声器输出的声音信号描述图4。
包括左前方声道信号、左上方声道信号、左后方声道信号、中央声道信号、右后方声道信号、右上方声道信号和右前方声道信号的声音信号被输入到3D声音再现设备100。
左前方声道信号与通过B因子减弱的中央声道信号混合，然后被传送到左前方扬声器。
左上方声道信号经过与比左上方扬声器的高度高30°的高度相应的HRTF，并被复制为四个声道信号。
两个左上方声道信号通过A因子放大，然后与右上方声道信号混合。在一些示例性实施例中，在将通过A因子放大的左上方声道信号与右上方声道信号混合之后，混合的信号可被复制为两个信号。混合的信号之一通过D因子放大，然后与左后方声道信号混合，并通过左后方扬声器输出。混合的信号中的另一个通过E因子放大，然后通过左上方扬声器输出。
其余两个左上方声道信号与通过A因子放大的右上方声道信号混合。混合的信号之一通过D因子放大，然后与右后方声道信号混合，并通过右后方扬声器被输出。混合的信号中的另一通过E因子放大，并通过右上方扬声器输出。
左后方声道信号与通过D因子放大的右上方声道信号以及通过D×A因子放大的左上方声道信号混合，并通过左后方扬声器输出。
中央声道被复制为三个信号。复制的中央声道信号之一通过B因子被减弱，然后与左前方声道信号混合并通过左前方扬声器输出。另一复制的中央声道信号通过B因子被减弱，然后与右前方声道信号混合并通过右前方扬声器输出。复制的中央声道信号中的另一个通过C因子被减弱，然后通过中央扬声器输出。
右后方声道信号将与通过D因子放大的左上方声道信号以及通过D×A因子放大的右上方声道信号混合，然后通过右后方扬声器输出。
右上方信号经过与比右上方扬声器的高度高30°的高度相应的HRTF，然后被复制为四个信号。
两个右上方声道信号与通过A因子放大的左上方声道信号混合。混合的信号之一通过因子D放大，与左后方声道信号混合，并通过左后方扬声器输出。混合的信号中的另一个通过E因子放大，并通过左上方扬声器输出。
两个复制的右上方声道信号通过A因子放大，并与左上方声道信号混合。混合的信号之一通过D因子放大，与右后方声道信号混合，并通过右后方扬声器输出。混合的信号中的另一个通过E因子放大，并通过右上方扬声器输出。
右前方声道信号与通过B因子减弱的中央声道信号混合，并通过右前方扬声器输出。
接下来，在上述处理之后通过扬声器最终输出的声音信号如下：
通过左前方扬声器输出(左前方声道信号+中央声道信号×B)；
通过左后方扬声器输出(左后方声道信号+D×(左上方声道信号×A+右上方声道信号))；
通过左上方扬声器输出(E×(左上方声道信号×A+右上方声道信号))；
通过扬声器输出(C×中央声道信号)；
通过右上方扬声器输出(E×(右上方声道信号×A+左上方声道信号))；
通过右后方扬声器输出(右后方声道信号+D×(右上方声道信号×A+左上方声道信号))；
通过右前方扬声器输出(右前方声道信号+中央声道信号×B)。
在图4中，用于放大或减弱声道信号的增益值仅仅是示例，并且可使用使左扬声器和右扬声器输出相应的声道信号的各种增益值。另外，在一些示例性实施例中，可使用用于通过左右扬声器输出与扬声器不相应的声道信号的增益值。
图5是示出根据另一示例性实施例的用于通过经过七个扬声器输出5声道信号来将虚拟声源定位到预定高度的3D声音再现设备100的示例的示图。
除了输入到HRTF的声音分量是左前方声道信号和右前方声道信号之外，图5中所示的3D声音再现设备与图4中所示的3D声音再现设备相同。因此，通过扬声器输出的声音信号如下：
通过左前方扬声器输出(左前方声道信号+中央声道信号×B)；
通过左后方扬声器输出(左后方声道信号+D×(左前方声道信号×A+右前方声道信号))；
通过左上方扬声器输出(E×(左前方声道信号×A+右前方声道信号))；
通过中央扬声器输出(C×中央声道信号))；
通过右上方扬声器输出(E×(右前方声道信号×A+左前方声道信号))；
通过右后方扬声器输出(右后方声道信号+D×(右前方声道信号×A+左前方声道信号))；
通过右前方扬声器输出(右前方声道信号+中央声道信号×B)。
图6是示出根据示例性实施例的用于通过经过5个扬声器输出7声道信号来将虚拟声源定位到预定高度的3D声音再现设备100的示例的示图。
除了在图4中应该通过左上方扬声器(用于左上方声道信号413的扬声器)和右上方扬声器(用于右上方声道信号415的扬声器)输出的输出信号分别通过左前方扬声器(用于左前方声道信号611的扬声器)和右前方扬声器(用于右前方扬声器615的扬声器)被输出之外，图6的3D声音再现设备100与图4中所示的3D声音再现设备100相同。因此，通过所述扬声器输出的声音信号如下：
通过左前方扬声器输出(左前方声道信号+(中央声道信号×B+E×(左上方声道信号×A+右上方声道信号))；
通过左后方扬声器输出(左后方声道信号+D×(左前方声道信号×A+右前方声道信号))；
通过中央扬声器输出(C×中央声道信号)；
通过右后方扬声器输出(右后方声道信号+D×(右前方声道信号×A+左前方声道信号))；
通过右前方扬声器输出(右前方声道信号+中央声道信号×B+E×(右上方声道信号×A+左上方声道信号))。
图7是根据示例性实施例的用于将虚拟声源定位到预定高度的扬声器系统的示图。
图7的扬声器系统包括中央扬声器710、左前方扬声器721、右前方扬声器722、左后方扬声器731和右后方扬声器732。
如上面参照图4至图6所述，为了将虚拟声源定位到预定高度，已经过滤波器的左上方声道信号和右上方声道信号通过根据扬声器而不同的增益值被放大或减弱，然后，被输入到左前方扬声器721、右前方扬声器722、左后方扬声器731和右后方扬声器732。
尽管在图7中未示出，但是左上方扬声器(未示出)和右上方扬声器(未示出)可布置在左前方扬声器721和右前方扬声器722的上面。在此情况下，经过滤波器的左上方声道信号和右上方声道信号通过根据扬声器而不同的增益值被放大，并被输入到左上方扬声器(未示出)、右上方扬声器(未示出)、左后方扬声器731和右后方扬声器732。
当通过扬声器系统中的一个或多个扬声器输出被滤波的左上方声道信号和右上方声道信号时，用户识别虚拟声源被定位到预定高度。这里，当滤波的左上方声道信号或右上方声道信号在一个或多个扬声器中被静音时，可调整在左右方向上的虚拟声源的位置。
当虚拟声源将被定位在预定高度的中央部分时，左前方扬声器721、右前方扬声器722、左后方扬声器731、右后方扬声器732全部输出滤波的左上方声道信号和右上方声道信号，或者只有左后方扬声器731和右后方扬声器732可输出滤波的左上方声道信号和右上方声道信号。在一些示例性实施例中，可通过中央扬声器710输出滤波的左上方声道信号和右上方声道信号中的至少一个。然而，中央扬声器710在左右方向上的虚拟声源的位置的调整上不起作用。
当期望虚拟声源位于预定高度的右侧时，右前方扬声器722、左后方扬声器731、右后方扬声器732可输出滤波的左上方声道信号和右上方声道信号。
当期望虚拟声源位于预定高度的左侧时，左前方扬声器721、左后方扬声器731、右后方扬声器732可输出滤波的左上方声道信号和右上方声道信号。
即使当期望虚拟声源位于预定高度的右侧或左侧时，通过左后方扬声器731和右后方扬声器732输出的滤波的左上方声道信号和右上方声道信号可不被静音。
在一些示例性实施例中，在没有将通过一个或多个扬声器输出的滤波的左上方声道信号和右上方声道信号静音的情况下，可通过调整用于放大或减弱左上方声道信号和右上方声道信号的增益值来调整左右方向上的虚拟声源的位置。
图8是示出根据示例性实施例的3D声音再现方法的流程图。
在操作S810，通过与预定高度相应的HRTF发送声音信号。
在操作S820，复制滤波的声音信号，以产生一个或多个副本声音信号。
在操作S830，根据与扬声器相应的增益值放大一个或多个副本声音信号中的每一个，其中，声音信号将通过所述扬声器被输出。
在操作S840，通过相应的扬声器分别输出一个或多个放大的声音信号。
在相关领域中，为了输出在一高度产生的声音信号，顶部扬声器可安装在期望的高度上；然而，不容易在天花板上安装顶部扬声器。因此，顶部扬声器通常位于前方扬声器的上部，这会导致所期望的高度不被再现。
当通过使用HRTF将虚拟声源定位到期望位置时，可在水平面的左右方向上有效地执行虚拟声源的定位。然而，使用HRTF的定位不适用于将虚拟声源定位到高于或低于实际扬声器的高度的高度。
相反，根据示例性实施例，经过HRTF的一个或多个声道信号通过根据扬声器而彼此不同的增益值被放大，并通过扬声器被输出。以此方式，通过使用位于水平面上的扬声器，可将虚拟声源有效地定位到预定高度。
示例性实施例可被编写为计算机程序，并可在通用数字计算机中被实现，其中，所述通用数字计算机执行存储在计算机可读记录介质中的程序。
计算机可读记录介质包括：磁性存储介质(例如，ROM、软盘、硬盘等)和光学记录介质(例如，CD-ROM或DVD)。
虽然已经具体描述和显示了示例性实施例，但是本领域的普通技术人员应该理解，在不脱离由权利要求限定的本发明构思的精神和范围的情况下，可以对其进行形式和细节的各种改变。

Claims (14)

1.一种再现三维音频信号的方法，所述方法包括：
接收包括第一高度输入声道信号的多个输入声道信号；
识别用于3D再现的多个输出声道信号的输出布局；
根据第一高度输入声道信号的方位角和高度来获取针对第一高度输入声道信号的第一基于HRTF的滤波器信息；
获取针对第一高度输入声道信号的第一增益；
对包括第一高度输入声道信号的所述多个输入声道信号进行滤波和放大以使用所述多个输出声道信号的输出布局来提供被提升高度的声音，
其中，滤波操作基于所述第一基于HRTF的滤波器信息被执行，放大操作基于第一增益被执行，
其中，所述多个输出声道信号的输出布局是被识别出的5.1或5.0声道布局。
2.如权利要求1所述的方法，所述方法还包括：
根据第二高度输入声道信号的方位角和高度来获取针对第二高度输入声道信号的第二基于HRTF的滤波器信息；
获取针对第二高度输入声道信号的第二增益，
其中，第二高度输入声道信号是所述多个输入声道信号中的一个，
其中，第一高度输入声道信号的位置不同于第二高度输入声道信号的位置，
其中，所述滤波操作基于所述第二基于HRTF的滤波器信息被执行，所述放大操作基于第二增益被执行，
其中，所述第一基于HRTF的滤波器信息独立于所述第二基于HRTF的滤波器信息被获得。
3.如权利要求2所述的方法，
其中，第一增益独立于第二增益被获得。
4.如权利要求1所述的方法，
其中，所述第一基于HRTF的滤波器信息基于所述多个输出声道信号的索引而被获得。
5.如权利要求1所述的方法，
其中，第一增益基于每个扬声器的位置而被获得。
6.如权利要求1所述的方法，
其中，第一高度输入声道信号被分布到所述多个输出声道信号中的某些输出声道信号。
7.如权利要求1所述的方法，其中，
针对第一高度输入声道信号的第一增益之中的每个虚拟输出声道信号的第一增益在所有频率上具有相同值。
8.一种用于再现三维音频信号的设备，包括：
接收器，被配置为接收包括第一高度输入声道信号的多个输入声道信号；
控制器，被配置为识别用于3D再现的多个输出声道信号的输出布局，被配置为根据第一高度输入声道信号的方位角和高度来获取针对第一高度输入声道信号的第一基于HRTF的滤波器信息，被配置为获取针对第一高度输入声道信号的第一增益，并被配置为对包括第一高度输入声道信号的所述多个输入声道信号进行滤波和放大以使用所述多个输出声道信号的输出布局来提供被提升高度的声音，
其中，控制器基于所述第一基于HRTF的滤波器信息对所述多个输入声道信号进行滤波，并基于第一增益对所述多个输入声道信号进行放大，
其中，所述多个输出声道信号的输出布局是被识别出的5.1或5.0声道布局。
9.如权利要求8所述的设备，
其中，控制器还根据第二高度输入声道信号的方位角和高度来获取针对第二高度输入声道信号的第二基于HRTF的滤波器信息，并获取针对第二高度输入声道信号的第二增益，
其中，第二高度输入声道信号是所述多个输入声道信号中的一个，
其中，第一高度输入声道信号的位置不同于第二高度输入声道信号的位置，
其中，控制器基于所述第二基于HRTF的滤波器信息对所述多个输入声道信号进行滤波，并基于第二增益对所述多个输入声道信号进行放大，
其中，所述第一基于HRTF的滤波器信息独立于所述第二基于HRTF的滤波器信息被获得。
10.如权利要求9所述的设备，
其中，第一增益独立于第二增益被获得。
11.如权利要求8所述的设备，
其中，所述第一基于HRTF的滤波器信息基于所述多个输出声道信号的索引而被获得。
12.如权利要求8所述的设备，
其中，第一增益基于每个扬声器的位置而被获得。
13.如权利要求8所述的设备，
其中，第一高度输入声道信号被分布到所述多个输出声道信号中的某些输出声道信号。
14.如权利要求8所述的设备，其中，
针对第一高度输入声道信号的第一增益之中的每个虚拟输出声道信号的第一增益在所有频率上具有相同值。
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