CN105516881A - 耳机虚拟环绕声信号处理方法、装置及系统 - Google Patents

耳机虚拟环绕声信号处理方法、装置及系统 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种耳机虚拟环绕声信号处理方法、装置及系统，属于音频处理技术领域。其中，耳机虚拟环绕声信号处理方法包括以下步骤：对左、右声道输入信号进行和差处理；对和差处理后的信号，进行串声反馈处理；根据串声反馈处理后的信号，生成前期反射声；将前期反射声与串声反馈处理后的信号叠加，得到虚拟环绕声信号。该处理方法能够有效地消除头中定位，并增强声场包围感。

Description

耳机虚拟环绕声信号处理方法、装置及系统
技术领域
本发明涉及音频信号处理技术领域，具体地说，涉及一种立体声耳机重放的虚拟环绕声信号处理方法、装置及系统。
背景技术
为了全面反映声场的空间信息，通常利用环绕听音者的若干方位扬声器实现声信号的三维音效回放，常见的环绕声系统有5.1通路环绕声系统、6.1通路环绕声系统、7.1通路环绕声系统等。虽然这些环绕声系统能够再现原声场中各声源的方位信息，使听音者有一种被来自不同方向的声音包围的感觉，犹如身临其境，但是这些环绕声系统一般需要5至8个扬声器，成本高且需要占据一定空间，难以在手机或平板电脑等小型设备上使用。
随着环绕声技术的发展与应用，出现了其他种类的环绕声系统，比如虚拟环绕声系统。由于虚拟环绕声系统只需两个独立的扬声器或耳机，硬件上较为简单。
在杂志《电声技术》第2/2000期中，文献《虚拟环绕声信号的原理与误区》记载了SRS公司开发的SRS3D系统，如图1所示，其对声信号的处理过程包括：（1）对左声道输入信号Lin与右声道输入信号Rin进行和差处理，即相加获得和信号M=Lin+Rin，和信号M包含前方的声场信息，相减获得差信号S=Lin-Rin，差信号S包含环绕周围环境的声场信息，（2）对和信号M进行放大处理并输出第一左声道信号L1，对S信号进行频率补偿处理并输出第一右声道信号R1，（3）将左声道输入信号Lin、第一左声道信号L1及第一右声道信号R1混合并输出左声道输出信号Lout=Lin+L1+R1，将右声道输入信号Rin、第一左声道信号L1及第一右声道信号R1的反相信号混合并输出右声道输出信号Rout=Rin+L1-R1。
该虚拟环绕声系统算法简单并能够增强声音的包围感，但是其会使左右方向的声源方位往中间偏移，并且，并未有效地解决头中定位的问题。
发明内容
本发明的主要目的是提供一种有效地增加声音包围感的同时，削弱声音头中定位现象的耳机虚拟环绕声信号处理方法；
本发明的另一目的是提供一种有效地增加声音包围感的同时，削弱声音头中定位现象的耳机虚拟环绕声信号处理装置；
本方明的再一目的是提供一种以上述耳机虚拟环绕声信号处理装置构建的耳机虚拟环绕声信号处理系统。
为了实现上述主要目的，本发明提供的耳机虚拟环绕声信号处理方法包括和差处理步骤、串声反馈步骤、前期反射声生成步骤及混合步骤。和差处理步骤包括对左声道输入信号与右声道输入信号进行和差处理得到第一左声道信号与第一右声道信号。串声反馈步骤包括对第一左声道信号与第一右声道信号进行串声反馈处理得到第二左声道信号与第二右声道信号。前期反射声生成步骤包括对第二左声道信号与第二右声道信号进行前期反射声处理以生成左声道前期反射声信号与右声道前期反射声信号。混合步骤包括第二左声道信号与左声道前期反射声信号相加得到左声道输出信号，第二右声道信号与右声道前期反射声信号相加得到右声道输出信号。
由以上方案可见，通过和差处理步骤，对左声道信号与右声道信号进行求和处理，得到前方声场的信息；对左声道信号与右声道信号进行求差处理，得到环绕周围环境的声场信息。通过串声反馈步骤以虚拟出串声信号，在声信号中引入适量的串声信息。通过前期反射声生成步骤以虚拟出前期反射声。通过混合步骤将串声信号与前期反射声信号叠加至经过和差处理的左右声道信号中，从而在增加声场包围感的同时，削弱虚拟环绕声的头中定位现象。
具体的方案为还包括均衡处理步骤，于和差处理步骤后及串声反馈步骤前进行均衡处理，以得到均衡处理后的第一左声道信号与第一右声道信号。均衡处理包括对和差处理步骤中得到的第一左声道信号中预定频带信号进行衰减，以得到第一均衡信号；对和差处理步骤中得到的第一右声道信号中预定频带信号进行增益，以得到第二均衡信号，第一均衡信号与第二均衡信号相加得到均衡处理步骤中的第一左声道信号，第一均衡信号与第二均衡信号相减得到均衡处理步骤中的第一右声道信号。对和差处理步骤中的第一左声道信号，即和信号中预定频段部分进行衰减处理以提升人声能量的比例，同时可有效地防止齿音过重现象；对和差处理步骤中的第一右声道信号，即差信号中预定频段进行增益处理，增加差信号的低频能量，以增加包围感；并对均衡处理后的信号进行求和及求差处理，将信号还原成播放的左、右声道信号。
一个优选的方案为第一左声道信号的串声反馈处理为对第二右声道信号进行延时、带通滤波及衰减得到第一串声反馈信号，从第一左声道信号中减去第一串声反馈信号得到第二左声道信号；第一右声道信号的串声反馈处理为对第二左声道信号进行延时、带通滤波及衰减得到第二串声反馈信号，从第一右声道信号中减去第二串声反馈信号得到第二右声道信号。
另一个优选的方案为前期反射声处理包括生成一对以上的左前期反射声信号与右前期反射声信号，左前期反射声信号相加得到左声道前期反射声信号，右前期反射声信号相加得到右声道前期反射声信号；生成一对左前期反射声信号与右前期反射声信号包括对第二左声道信号进行低通滤波及延时得到第三左声道信号，对第三左声道信号进行低通滤波得到第四左声道信号，对第二右声道信号进行低通滤波及延时得到第三右声道信号，对第三右声道信号进行低通滤波得到第四右声道信号，将第三左声道信号、第四左声道信号及第四右声道信号相加并延时得到左前期反射声信号，将第三右声道信号、第四右声道信号及第四左声道信号相加并延时得到右前期反射声信号。
为了实现上述另一目的，本发明提供的耳机虚拟环绕声信号处理装置包括和差处理单元、串声反馈单元、前期反射声生成单元、混合单元、装置输入端与装置输出端。和差处理单元的输入端与装置输入端连接。串声反馈单元的输入端与和差处理单元的输出端连接。前期反射声生成单元的输入端与串声反馈单元的输出端连接。混合单元的输入端分别与串声反馈单元的输出端及前期反射声生成单元的输出端连接，输出端与装置输出端连接。
由以上方案可见，和差处理单元用于对左声道信号与右声道信号进行求和处理，得到前方声场的信息，及对左声道信号与右声道信号进行求差处理，得到环绕周围环境的声场信息。串声反馈单元用于虚拟出串声信号，与和差处理单元一起用于模拟出扬声器播放的效果。前期反射声生成单元用于虚拟出空间反射声。通过混合单元将串声信号及前期反射声信号叠加至经过和差处理的左右声道信号中，从而在增加声场包围感的同时，削弱虚拟环绕声的头中定位现象。
具体的方案为串声反馈单元的输入端通过均衡处理单元与和差处理单元的输出端连接。均衡处理单元包括和信号均衡器、差信号均衡器、第二加法器及第二减法器；和差处理单元的和信号输出端与和信号均衡器的输入端连接；和差处理单元的差信号输出端与差信号均衡器的输入端连接；第二加法器的第一输入端与和信号均衡器的输出端连接，第二输入端与差信号均衡器的输出端连接，输出端与均衡处理单元的左声道输出端连接；第二减法器的正相输入端与和信号均衡器的输出端连接，负相输入端与差信号均衡器的输出端连接，输出端与均衡处理单元的右声道输出端连接。对和差处理单元处理输出的信号进行均衡处理，从而对其频率特性进行均衡的同时，通过求和及求差将信号还原成播放的左、右声道信号。
一个优选的方案为串声反馈单元包括左声道串声反馈模块与右声道串声反馈模块。左声道串声反馈模块包括第一延时电路、第一带通滤波器、第一衰减器及第三减法器，右声道串声反馈模块包括第二延时电路、第二带通滤波器、第二衰减器及第四减法器。第一延时电路的输入端与右声道串声反馈模块的反馈输出端连接，输出端与第一带通滤波器的输入端连接；第一衰减器的输入端与第一带通滤波器的输出端连接；第三减法器的正相输入端与串声反馈单元的左声道输入端连接，负相输入端与第一衰减器的输出端连接，输出端与串声反馈单元的左声道输出端连接；第二延时电路的输入端与左声道串声反馈模块的反馈输出端连接，输出端与第二带通滤波器的输入端连接；第二衰减器的输入端与第二带通滤波器的输出端连接；第四减法器的正相输入端与串声反馈单元的右声道输入端连接，负相输入端与第二衰减器的输出端连接，输出端与串声反馈单元的右声道输出端连接。
另一个具体的方案为前期反射声生成单元包括第一低通滤波器，一个以上的前期反射声生成模块、第五加法器及第六加法器；第一低通滤波器的左声道输入端及右声道输入端对应地与前期反射声生成单元的左声道输入端及右声道输入端连接；前期反射声生成模块的左声道输入端及右声道输入端对应地与第一低通滤波器的左声道输出端及右声道输出端连接，左声道输出端与第五加法器的一个输入端连接，右声道输出端与第六加法器的一个输入端连接；第五加法器的输出端与前期反射声生成单元的左声道输出端连接，第六加法器的输出端与前期反射声生成单元的右声道输出端连接。
更优选的方案为前期反射声生成模块包括第三延时电路、第二低通滤波器、第三低通滤波器、第七加法器、第八加法器、第三衰减器及第四衰减器。第三延时电路的左声道输入端及右声道输入端对应地与前期反射声生成模块的左声道输入端及右声道输入端连接，左声道输出端与第二低通滤波器的输入端连接，右声道输出端与第三滤波器的输入端连接。第七加法器第一输入端与第三延时电路的左声道输出端连接，第二输入端与第二低通滤波器的输出端连接，第三输入端与第三低通滤波器的输出端连接，输出端与第三衰减器的输入端连接。第八加法器第一输入端与第三延时电路的右声道输出端连接，第二输入端与第三低通滤波器的输出端连接，第三输入端与第二低通滤波器的输出端连接，输出端与第四衰减器的输入端连接。第三衰减器的输出端与前期反射声生成模块的左声道输出端连接，第四衰减器的输出端与前期反射声生成模块的右声道输出端连接。
为了实现上述再一目的，本发明提供的耳机虚拟环绕声信号处理系统包括耳机虚拟环绕声信号处理装置及耳机。耳机虚拟环绕声信号处理装置为上述任一技术方案所描述的耳机虚拟环绕声信号处理装置。耳机虚拟环绕声信号处理装置的装置输出端与耳机连接。
附图说明
图1是现有一种虚拟环绕声信号处理装置的结构框图；
图2是本发明耳机虚拟环绕声信号处理装置第一实施例的结构框图;
图3是本发明耳机虚拟环绕声信号处理装置第一实施例中和差处理单元的结构框图；
图4是本发明耳机虚拟环绕声信号处理装置第一实施例中串声反馈单元的结构框图；
图5是本发明耳机虚拟环绕声信号处理装置第一实施例中前期反射声生成单元的结构框图；
图6是本发明耳机虚拟环绕声信号处理装置第一实施例中交叉反射网络电路的结构框图；
图7是本发明耳机虚拟环绕声信号处理装置第一实施例进行声信号处理的工作流程图；
图8是本发明耳机虚拟环绕声信号处理装置第二实施例中和差处理单元与均衡处理单元的结构框图；
图9是本发明耳机虚拟环绕声信号处理装置第二实施例进行声信号处理的工作流程图。
以下结合具体实施例及其附图对本发明作进一步的说明。
具体实施方式
耳机虚拟环绕声信号处理装置第一实施例
参见图2，耳机虚拟环绕声信号处理装置具有和差处理单元1、串声反馈单元2、前期反射声生成单元3、第三加法器4与第四加法器5。
和差处理单元1的左声道输入端与右声道输入端对应地为耳机虚拟环绕声信号处理装置的左声道输入端与右声道输入端。
串声反馈单元2的左声道输入端及右声道输入端对应地与和差处理单元1的左声道输出端及右声道输出端连接。
前期反射声生成单元3的左声道输入端及右声道输入端对应地与串声反馈单元2的左声道输出端及右声道输出端连接。
第三加法器4的第一输入端与串声反馈单元2的左声道输出端连接，第二输入端与前期反射声生成单元3的左声道输出端连接，输出端为耳机虚拟环绕声信号处理装置的左声道输出端。
第四加法器5的第一输入端与串声反馈单元2的右声道输出端连接，第二输入端与前期反射声生成单元3的右声道输出端连接，输出端为耳机虚拟环绕声信号处理装置的右声道输出端。
参见图3，和差处理单元1由第一加法器111与第一减法器121构成。
第一加法器111的第一输入端与和差处理单元1的左声道输入端连接，第二输入端与和差处理单元1的右声道输入端连接，输出端与和差处理单元1的左声道输出端连接。
第一减法器121的负相输入端与和差处理单元1的右声道输入端连接，正相输入端与和差处理单元1的左声道输入端连接，输出端与和差处理单元1的右声道输出端连接。
参见图4，串声反馈单元2由左声道串声反馈模块与右声道串声反馈模块构成，左声道串声反馈模块由第一延时电路212、第一带通滤波器213、第一衰减器214与第三减法器211构成，右声道串声反馈模块由第二延时电路222、第二带通滤波器223、第二衰减器224与第四减法器221构成。
第一延时电路212的输入端与第四减法器221的输出端连接，输出端与第一带通滤波器213的输入端连接。第一衰减器214的输入端与第一带通滤波器213的输出端连接。第三减法器211的正相输入端为串声反馈单元2的左声道输入端，负相输入端与第一衰减器214的输出端连接，输出端为串声反馈单元2的左声道输出端。在本实施例中，第一带通滤波器213为2阶巴特沃夫滤波器，其带通范围为300赫兹至3500赫兹。第一延时电路212的输入端构成本实施例中左声道串声反馈模块的反馈输入端，第三减法器211的正相输入端构成本实施例中左声道串声反馈模块的主输入端。
第二延时电路222的输入端与第三减法器211的输出端连接，输出端与第二带通滤波器223的输入端连接。第二衰减器224的输入端与第二带通滤波器223的输出端连接。第四减法器221的正相输入端为串声反馈单元2的右声道输入端，负相输入端与第二衰减器224的输出端连接，输出端为串声反馈单元2的右声道输出端。在本实施例中，第二带通滤波器223为与第一带通滤波器相同的2阶巴特沃夫滤波器。第二延时电路222的输入端构成本实施例中右声道串声反馈模块的反馈输入端，第四减法器221的正相输入端构成本实施例中右声道串声反馈模块的主输入端。
参见图5，前期反射声生成单元3由第一低通滤波器301、n个并联布置的前期反射声生成模块、第五加法器302及第六加法器303构成。
第一低通滤波器301的左声道输入端与右声道输入端对应地为前期反射声生成单元3的左声道输入端与右声道输入端。在本实施例中，第一低通滤波器301为一2阶巴特沃夫低通滤波器，截止频率为5500赫兹。
第n个前期反射声生成模块的左声道输入端及右声道输入端对应地与第一低通滤波器301的左声道输出端及右声道输出端连接，左声道输出端与第五加法器302的一个输入端连接，右声道输出端与第六加法器303的一个输入端连接。第n个前期反射声生成模块由第三延时电路31n、交叉反射网络电路32n、第三衰减器33n及第四衰减器34n构成。第三延时电路31n的左声道输入端及右声道输入端对应地构成该前期反射声生成模块的左声道输入端及右声道输入端；交叉反射网络电路32n的左声道输入端及右声道输入端对应地与第三延时电路31n的左声道输出端及右声道输出端连接；第三衰减器33n的输入端与交叉反射网络电路32n的左声道输出端连接，输出端构成该前期反射声生成模块的左声道输出端；第四衰减器34n的输入端与交叉反射网络电路32n的右声道输出端连接，输出端为该前期反射声生成模块的右声道输出端。n的取值用于表示需要虚拟几路前期反射声，即声源发出的声音经周围墙壁、天花板、地面等界面反射1-2次后到达听音者耳朵的声音，一般情况系在不经过反射的直达声到达听音者耳朵50毫秒内传至听音者耳朵中，通常需要模拟一路以上的前期反射声。
第五加法器302的输出端为前期反射声生成单元3的左声道输出端，第六加法器303的输出端为前期反射声生成单元3的右声道输出端。
参见图6，交叉反射网络电路32n由第二低通滤波器611、第七加法器612、第三低通滤波器621及第八加法器622构成。第二低通滤波器611的输入端与交叉反射网络电路32n的左声道输入端连接，第三低通滤波器621的输入端与交叉反射网络电路32n的右声道输入端连接。第二低通滤波器611与第三低通滤波器621的截止频率范围均为3000赫兹至5000赫兹，在本实施例中，两个低通滤波器均为1解巴特沃夫低通滤波器且截止频率为3000赫兹。
第七加法器612的第一输入端与交叉反射网络电路32n的左声道输入端连接，第二输入端与第二低通滤波器611的输出端连接，第三输入端与第三低通滤波器621的输出端连接，输出端构成交叉反射网络电路32n的左声道输出端。
第八加法器422的第一输入端与交叉反射网络电路32n的右声道输入端连接，第二输入端与第三低通滤波器621的输出端连接，第三输入端与第二低通滤波器611的输出端连接，输出端构成交叉反射网络电路32n的右声道输出端。
参见图7，耳机虚拟环绕声信号处理装置对声信号处理过程由和差处理步骤S11、串声反馈步骤S12、前期反射声生成步骤S13及混合步骤S14构成：
和差处理步骤S11，和差处理单元1对输入的左声道输入信号Lin与右声道输入信号Rin进行和差处理后输出第一左声道信号L1与第一右声道信号R1；
串声反馈步骤S12，串声反馈单元2对输入的第一左声道信号L1与第一右声道信号R1进行串声反馈处理后输出第二左声道信号L2与第二右声道信号R2；
前期反射声生成步骤S13，前期反射声生成单元3对输入的第二左声道信号L2与第二右声道信号R2进行前期反射声处理后输出左声道前期反射声信号ERL与右声道前期反射声信号ERR；
混合步骤S14，第三加法器4将输入的第二左声道信号L2与左声道前期反射声信号ERL相加输出左声道输出信号Lout，第四加法器5将输入的第二右声道信号R2与右声道前期反射声信号ERR相加输出右声道输出信号Rout。
在和差处理步骤S1中，如图3所示，第一加法器111将输入的左声道输入信号Lin与右声道输入信号Rin相加，输出和信号，即第一左声道信号L1=Lin+Rin；第一减法器121将输入的左声道输入信号Lin与右声道输入信号Rin相减，输出差信号，即第一右声道信号R1=Lin-Rin。
在串声反馈步骤S12中，如图4所示，左声道串声反馈模块对第一左声道信号L1的串声反馈处理过程为，第一延时电路212、第一带通滤波器213及第一衰减器214依次对右声道串声反馈模块输出的第二右声道信号R2进行延时、滤波及衰减处理，输出用于对第一左声道信号L1进行串反馈用的第一串声反馈信号G1×Band[R2(n-D1)]，第三减法器211将输入的第一左声信号L1与第一串声反馈信号G1×Band[R2(n-D1)]相减，输出第二左声道信号L2，得：
L2=L1-G1×Band[R2(n-D1)]
其中，n为时间序列，G1为第一衰减器214的衰减增益，取值范围通常为-6分贝至-3分贝，本实施例选为-4分贝；D1为第一延时电路212的延时时间，取值范围通常为100微秒至250微秒，本实施例选为120微秒，Band(x)为第一带通滤波器213的带通滤波器函数，带通范围通常为300赫兹至3500赫兹。
右声道串声反馈模块对第一右声道信号L1的串声反馈处理过程为，第二延时电路222、第二带通滤波器223及第二衰减器224依次对左声道串声反馈模块输出的第二左声道信号L2进行延时、滤波及衰减处理，输出用于对第一右声道信号R1进行串反馈用的第二串声反馈信号G1×Band[L2(n-D1)]，第四减法器221将输入的第一右声信号R1与第二串声反馈信号G1×Band[L2(n-D1)]相减，输出第二右声道信号R2，得：
R2=R1-G1×Band[L2(n-D1)]
其中，n为时间序列，G1为第二衰减器224的衰减增益，取值与第一衰减器214定位衰减增益相等；D1为第二延时电路222的延时时间，取值与第一延时电路212的相等；Band(x)为第二带通滤波器223的带通滤波器函数，带通范围与第一带通滤波器213的相等。
串声反馈单元2用于虚拟出声信号中的串声效果，从而在左右声道信号中引入少量的串声信息。
在前期反射声生成步骤S13中，如图5所示，第一低通滤波器301对输入的第二左声道信号L2与第二右声道信号R2进行滤波处理后，输出左声道滤波信号LLP与右声道滤波信号RLP。
将第一低通滤波器301输出的左声道滤波信号LLP及右声道滤波信号RLP分成n对信号分别输给n个延时电路，n的通常取值为1以上，常用取值范围为5至12，在本实施例中取值为9。
第n个延时电路31n对第一低通滤波器301输出的左声道滤波信号LLP及右声道滤波信号RLP，经延时电路301的延时处理后，输出第三左声道信号L3与第三右声道信号R3。
交叉反射网络电路32n对延时电路31n输出的第三左声道信号L3与第三右声道信号R3进行交叉反射处理，输出左声道反射信号ERLn与右声道反射信号ERRn。
第三衰减器33n对交叉反射网络电路32n输出的左声道反射信号ERLn进行衰减处理，并向第五加法器302输出左前期反射声信号Gn×ERLn，第四衰减器34n对交叉反射网络电路32n输出的右声道反射信号ERRn进行衰减处理，并向第六加法器303输出右前期反射信号Gn×ERRn。
在本实施例中9个延时电路31n与9对衰减器（33n、34n）的延时时间及衰减增益如表1所示：
表1：9个延时电路与9对衰减器的参数
ER1 ER2 ER3 ER4 ER5 ER6 ER7 ER8 ER9
延时/毫秒 2.71 1.20 15.00 1.73 12.22 14.59 31.04 30.69 35.79
增益/分贝 -13.8 -9.8 -28.4 -11.0 -6.9 -27.1 -38.0 -37.0 -40.1
第五加法器302对输入的9个左前期反射声信号进行相加，输出左声道前期反射声信号ERL，得：
ERL=G1×ERL1+G2×ERL2+…+G9×ERL9
第六加法器303对输入的9个右前期反射声信号进行相加，输出右声道前期反射声信号ERR，得：
ERR=G1×ERR1+G2×ERR2+…+G9×ERR9
在本实施例中，前期反射声生成单元3用于虚拟出9路空间反射声，反射声随着其路径的越长，其延时及衰减越大，并通过左、右前期反射声信号差异，可初步模拟出反射声的方位。
参见图6，交叉反射网络电路32n的交叉反射处理过程如下：第二低通滤波器611对第三左声道信号L3进行截止频率为3000赫兹至5000赫兹的低通滤波处理，输出第四左声道信号L4。第三低通滤波器621对第三右声道信号R3进行截止频率为3000赫兹至5000赫兹的低通滤波处理，输出第四右声道信号R4。第七加法器612对第三左声道信号L3、第四左声道信号L4及第四右声道信号R4进行相加，并输出左前期反射声信号ERLn。第八加法器622对第三右声道信号R3、第四左声道信号L4及第四右声道信号R4进行相加，并输出右前期反射声信号ERRn。
耳机虚拟环绕声信号处理装置第二实施例
耳机虚拟环绕声信号处理装置第二实施例为在耳机虚拟环绕声信号处理装置第一实施例的基础之上，通过在和差处理单元与串声反馈单元之间串接一个均衡处理单元构成，即串声反馈单元的输入端通过均衡处理单元与和差处理单元的输出端连接。以下仅对均衡处理单元及其与和差单元的连接关系进行说明。
参见图8，均衡处理单元由和信号均衡器112、第二加法器113、差信号均衡器122及第二减法器123构成。和信号均衡器112的频响曲线特征为0赫兹至200赫兹的频带及6000赫兹至8000赫兹的频带有5分贝至10分贝的衰减。在本实施例中，和信号均衡器112由两个IIR滤波器串联构成，该两个IIR滤波器分别为2阶低频雪弗滤波器与2阶峰值滤波器；其中，2阶低频雪弗滤波器的截止频率为200赫兹及增益为-7分贝，2阶峰值滤波器的中心频率、带宽及增益分别为7000赫兹、3000赫兹及-6分贝。差信号均衡器122的频响曲线特征为60赫兹至300赫兹的频带有3分贝至5分贝的增益。
和差处理单元中第一加法器111的输出端与和信号均衡器112的输入端连接，第一减法器121输出端与差信号均衡器122的输入端连接。
第二加法器113的第一输入端与和信号均衡器112的输出端连接，第二输入端与差信号均衡器122的输出端连接，输出端为均衡单元的左声道输出端。
第二减法器123的正相输入端与和信号均衡器112的输出端连接，负相输入端与差信号均衡器122的输出端连接，输出端为均衡处理单元的右声道输出端。
参见图9，耳机虚拟环绕声信号处理装置对声信号处理过程由和差处理步骤S21、均衡处理步骤S22、串声反馈步骤S23、前期反射声生成步骤S24及混合步骤S25构成。以下仅对于耳机虚拟环绕声信号处理装置第一实施例的处理方法不同的均衡处理步骤S22进行说明。
在均衡处理步骤S22中，如图8所示，和信号均衡器112对第一加法器111输出的第一左声道信号L1进行均衡处理并输出第一均衡信号M＇，即对和差处理步骤S21得到的和信号中0赫兹至200赫兹及6000赫兹至8000赫兹的两个频带声信号进行衰减增益为5分贝至10分贝的衰减，以提高人声的能量比例，同时有效地防止齿音过重现象；差信号均衡器112对第一减法器121输出的第一右声道信号R1进行均衡处理并输出做第二均衡信号S＇，即对和差处理步骤S21中得到的差信号中60赫兹至300赫兹的频带声信号增益3分贝至5分贝，即对和、差信号进行不同的均衡处理，从而增加差异信号中低频频带的能量，以增加声场的包围感。第二加法器113对输入的第一均衡信号M＇与第二均衡信号S＇相加并输出第一左声道信号L1＇=M＇+S＇，第二减法器123将输入第一均衡信号M＇减去第二均衡信号S＇并输出第一右声道信号R1＇=M＇-S＇。
在串声反馈步骤S23中，对均衡处理步骤S22处理得到的第一左声道信号L1＇及第一右声道信号R1＇进行处理。
耳机虚拟环绕声信号处理系统第一实施例
耳机虚拟环绕声信号处理系统具有耳机虚拟环绕声信号处理装置及耳机，耳机虚拟环绕声信号处理装置的输出端与耳机连接。
耳机虚拟环绕声信号处理装置为上述耳机虚拟环绕声信号处理装置第一实施例。
耳机虚拟环绕声信号处理系统第二实施例
耳机虚拟环绕声信号处理系统具有耳机虚拟环绕声信号处理装置及耳机，耳机虚拟环绕声信号处理装置的输出端与耳机连接。
耳机虚拟环绕声信号处理装置为上述耳机虚拟环绕声信号处理装置第二实施例。
耳机虚拟环绕声信号处理方法第一实施例
参见图7，耳机虚拟环绕声信号处理方法由和差处理步骤S11、串声反馈步骤S12、前期反射声生成步骤S13及混合步骤S14构成。和差处理步骤S11、串声反馈步骤S12、前期反射声生成步骤S13及混合步骤S14已在耳机虚拟环绕声信号处理装置第一实施例对信号的处理过程中进行说明，在此不再赘述。
耳机虚拟环绕声信号处理方法第二实施例
参见图9，耳机虚拟环绕声信号处理方法由和差处理步骤S21、均衡处理步骤S22、串声反馈步骤S23、前期反射声生成步骤S24及混合步骤S25构成。和差处理步骤S21、均衡处理步骤S22、串声反馈步骤S23、前期反射声生成步骤S24及混合步骤S25构成已在耳机虚拟环绕声信号处理装置第二实施例对信号的处理过程中进行说明，在此不再赘述。
本发明的主要构思是通过在声信号中引入串声及前期反射声，以削弱虚拟环绕声信号中的头中定位现象，并增强声场的包围感，根据本构思，串声反馈单元的结构及延时时间、带通范围与衰减增益，前期反射声生成单元的结构及低通截止频率、延时时间、带通范围与衰减增益的取值并不局限于上述各实施例，根据实际需求，还有多种显而易见的变化。此外，在对声信号进行和差处理后，及串声反馈处理前，对和差处理得到的信号进行均衡处理，均衡处理中均衡器的频响曲线特征并不局限于上述各实施例，根据实际需求，还有多种显而易见的变化。

Claims (10)

1.耳机虚拟环绕声信号处理方法，包括：
和差处理步骤，对左声道输入信号与右声道输入信号进行和差处理得到第一左声道信号与第一右声道信号；
串声反馈步骤，对所述第一左声道信号与所述第一右声道信号进行串声反馈处理得到第二左声道信号与第二右声道信号；
前期反射声生成步骤，对所述第二左声道信号与所述第二右声道信号进行前期反射声处理，以生成左声道前期反射声信号与右声道前期反射声信号；
混合步骤，所述第二左声道信号与所述左声道前期反射声信号相加得到左声道输出信号，所述第二右声道信号与所述右声道前期反射声信号相加得到右声道输出信号。
2.根据权利要求1所述耳机虚拟环绕声信号处理方法，其特征在于：
均衡处理步骤，于所述和差处理步骤后，所述串声反馈步骤前进行均衡处理，以得到均衡处理后的第一左声道信号与第一右声道信号；
所述均衡处理包括对所述和差处理步骤中得到的第一左声道信号中预定频带信号进行衰减，以得到第一均衡信号，对所述和差处理步骤中得到的第一右声道信号中预定频带信号进行增益，以得到第二均衡信号，所述第一均衡信号与所述第二均衡信号相加得到所述均衡处理步骤中的第一左声道信号，所述第一均衡信号与所述第二均衡信号相减得到所述均衡处理步骤中的第一右声道信号。
3.根据权利要求1或2所述耳机虚拟环绕声信号处理方法，其特征在于：
第一左声道信号的串声反馈处理为对所述第二右声道信号进行延时、带通滤波及衰减得到第一串声反馈信号，从第一左声道信号中减去所述第一串声反馈信号得到所述第二左声道信号；
第一右声道信号的串声反馈处理为对所述第二左声道信号进行延时、带通滤波及衰减得到第二串声反馈信号，从第一右声道信号中减去所述第二串声反馈信号得到所述第二右声道信号。
4.根据权利要求1或2所述耳机虚拟环绕声信号处理方法，其特征在于：
所述前期反射声处理包括生成一对以上的左前期反射声信号与右前期反射声信号，所述左前期反射声信号相加得到所述左声道前期反射声信号，所述右前期反射声信号相加得到所述右声道前期反射声信号；
生成一对所述左前期反射声信号与所述右前期反射声信号包括对所述第二左声道信号进行低通滤波及延时得到第三左声道信号，对所述第三左声道信号进行低通滤波得到第四左声道信号，对所述第二右声道信号进行低通滤波及延时得到第三右声道信号，对所述第三右声道信号进行低通滤波得到第四右声道信号，将所述第三左声道信号、所述第四左声道信号及所述第四右声道信号相加并延时得到所述左前期反射声信号，将所述第三右声道信号、所述第四右声道信号及所述第四左声道信号相加并延时得到所述右前期反射声信号。
5.耳机虚拟环绕声信号处理装置，包括装置输入端和装置输出端；
和差处理单元，所述和差处理单元的输入端与所述装置输入端连接；
混合单元，所述混合单元的输出端与所述装置输出端连接；
其特征在于：
串声反馈单元，所述串声反馈单元的输入端与所述和差处理单元的输出端连接；
前期反射声生成单元，所述前期反射声生成单元的输入端与所述串声反馈单元的输出端连接；
所述混合单元的输入端分别与所述串声反馈单元的输出端及所述前期反射声生成单元的输出端连接。
6.根据权利要求5所述耳机虚拟环绕声信号处理装置，其特征在于：
所述串声反馈单元的输入端通过均衡处理单元与所述和差处理单元的输出端连接；
所述均衡处理单元包括和信号均衡器、差信号均衡器、第二加法器及第二减法器；所述和差处理单元的和信号输出端与所述和信号均衡器的输入端连接；所述和差处理单元的差信号输出端与所述差信号均衡器的输入端连接；所述第二加法器的第一输入端与所述和信号均衡器的输出端连接，第二输入端与所述差信号均衡器的输出端连接，输出端与所述均衡处理单元的左声道输出端连接；所述第二减法器的正相输入端与所述和信号均衡器的输出端连接，负相输入端与所述差信号均衡器的输出端连接，输出端与所述均衡处理单元的右声道输出端连接。
7.根据权利要求5或6所述耳机虚拟环绕声信号处理装置，其特征在于：
所述串声反馈单元包括左声道串声反馈模块与右声道串声反馈模块，所述左声道串声反馈模块包括第一延时电路、第一带通滤波器、第一衰减器及第三减法器，所述右声道串声反馈模块包括第二延时电路、第二带通滤波器、第二衰减器及第四减法器；
所述第一延时电路的输入端与所述右声道串声反馈模块的输出端连接，输出端与所述第一带通滤波器的输入端连接；
所述第一衰减器的输入端与所述第一带通滤波器的输出端连接；
所述第三减法器的正相输入端与所述串声反馈单元的左声道输入端连接，负相输入端与所述第一衰减器的输出端连接，输出端与所述串声反馈单元的左声道输出端连接；
所述第二延时电路的输入端与所述左声道串声反馈模块的输出端连接，输出端与所述第二带通滤波器的输入端连接；
所述第二衰减器的输入端与所述第二带通滤波器的输出端连接；
所述第四减法器的正相输入端与所述串声反馈单元的右声道输入端连接，负相输入端与所述第二衰减器的输出端连接，输出端与所述串声反馈单元的右声道输出端连接。
8.根据权利要求5或6所述耳机虚拟环绕声信号处理装置，其特征在于：
所述前期反射声生成单元包括第一低通滤波器，一个以上的前期反射声生成模块、第五加法器及第六加法器；
所述第一低通滤波器的左声道输入端及右声道输入端对应地与所述前期反射声生成单元的左声道输入端及右声道输入端连接；
所述前期反射声生成模块的左声道输入端及右声道输入端对应地与所述第一低通滤波器的左声道输出端及右声道输出端连接，左声道输出端与所述第五加法器的一个输入端连接，右声道输出端与所述第六加法器的一个输入端连接；
所述第五加法器的输出端与所述前期反射声生成单元的左声道输出端连接，第六加法器的输出端与所述前期反射声生成单元的右声道输出端连接。
9.根据权利要求8所述耳机虚拟环绕声信号处理装置，其特征在于：
所述前期反射声生成模块包括第三延时电路、第二低通滤波器、第三低通滤波器、第七加法器、第八加法器、第三衰减器及第四衰减器；
所述第三延时电路的左声道输入端及右声道输入端对应地与所述前期反射声生成模块的左声道输入端及右声道输入端连接，左声道输出端与所述第二低通滤波器的输入端连接，右声道输出端与所述第三滤波器的输入端连接；
所述第七加法器第一输入端与所述第三延时电路的左声道输出端连接，第二输入端与所述第二低通滤波器的输出端连接，第三输入端与所述第三低通滤波器的输出端连接，输出端与所述第三衰减器的输入端连接；
所述第八加法器第一输入端与所述第三延时电路的右声道输出端连接，第二输入端与所述第三低通滤波器的输出端连接，第三输入端与所述第二低通滤波器的输出端连接，输出端与所述第四衰减器的输入端连接；
所述第三衰减器的输出端与所述前期反射声生成模块的左声道输出端连接，所述第四衰减器的输出端与所述前期反射声生成模块的右声道输出端连接。
10.耳机虚拟环绕声信号处理系统，包括耳机虚拟环绕声信号处理装置及耳机；
其特征在于：
所述耳机虚拟环绕声信号处理装置为权利要求5至9任一项所述耳机虚拟环绕声信号处理装置；
所述耳机虚拟环绕声信号处理装置的装置输出端与所述耳机连接。
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