CN109391895B - 调整固体电影屏幕上的音频图像的感知提升的系统和方法 - Google Patents

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Abstract

公开了用于具有固体的和/或以其它方式对声音不透明的显示屏幕的视听系统的技术。从扬声器输出的所述声音被定向为与所述显示屏幕的一部分相交，并且所述声音离开所述显示屏幕的反射指向所述视听系统中的观看位置。公开了用于生成声音以供在所述显示屏幕处定向的扬声器和其它扬声器输出的进一步的信号处理技术。另外，公开了影响所述视听系统中的音频和视频输出的其它信号处理和控制技术。

Description

调整固体电影屏幕上的音频图像的感知提升的系统和方法
相关申请的交叉引用
本申请要求2017年8月4日提交并具有序列号62/541,503的标题为“ADJUSTINGTHE PERCEIVED ELEVATION OF AN AUDIO IMAGE ON A SOLID CINEMA SCREEN”的美国临时专利申请的权益。这个相关申请的主题据此以引用的方式并入本文中。
技术领域
所设想的实施方案总体上涉及音频系统，并且更具体地涉及调整固体电影屏幕上的音频图像的感知提升。
背景技术
传统的电影屏幕包括穿孔，所述穿孔允许声波从位于电影屏幕后面的扬声器行进到位于电影屏幕前方的观众成员。为了创造沉浸式体验，声音的感知位置(在本文中称为音频图像)应该紧密跟踪正在产生声音的屏幕上对象的视觉位置。产生声音的对象在本文中称为视觉声源。视觉声源可包括人、动物、物体等等。通常，扬声器分布在电影屏幕后面的不同位置处以实现此效果。通过将输出对象特定声音的扬声器的位置和/或水平与显示这些对象的屏幕部分匹配，可以减少音频图像和视觉声源之间的空间偏移。
然而，随着许多影院、体育场馆、会议中心、家庭影院等开始转向新的显示屏幕技术，诸如发光二极管(LED)屏幕，在屏幕后面定位扬声器本身可能不是一种选择。具体来说，各种类型的屏幕(例如，LED电影屏幕)对于声波是不透明或半透明的，并且因此防止声波经过屏幕到达位于屏幕前方的观众成员。另外，其它类型的现代屏幕可包括反射、扭曲和/或以其它方式阻挡声波行进穿过电影屏幕的材料。因此，位于这种屏幕后面的扬声器不能有效地将声音穿过屏幕传送到位于屏幕前方的观众。
针对上述缺点的一种建议解决方案是将扬声器从屏幕进行空间上移位，由此允许声波无阻碍地行进到观众。例如，扬声器可以位于屏幕上方、屏幕的侧面和/或屏幕下方。然而，将扬声器从屏幕物理地移位可能在音频图像和视觉声源之间引入空间偏移。这样的偏移可能会降低电影的感知真实感、可能会分散用户的注意力，并且还可能会降低整体用户体验的质量。另外，对于位于更靠近屏幕处的观众成员，这种偏移可能更加突出。
如前所述，用于结合固体电影屏幕实现音频系统的更有效的技术将是有用的。
发明内容
本公开的各种实施方案阐述了一种用于调整固体电影屏幕上的音频图像的感知提升的方法。所述方法包括使第一扬声器的中心轴线定向成与显示屏幕的一部分相交并且从第一扬声器朝向显示屏幕输出第一声音。第一声音离开显示屏幕的反射指向显示屏幕观看位置。
本公开的各种实施方案进一步阐述了一种方法，所述方法用于存储与(i)第一扬声器和第二扬声器之间的距离以及(ii)第一扬声器和显示屏幕之间的距离中的至少一个相关的值，并且致使第一信号延迟至少与所述值成比例的时间量。
另外的实施方案还提供用于实现上文阐述的方法的各方面的系统和计算机可读存储介质。
有利的是，所公开的技术改善了在具有阻挡或扭曲声波的屏幕(诸如LED屏幕)的娱乐系统中，声音的感知位置(在本文中称为音频图像)和正在产生声音的屏幕上对象的视觉位置(在本文中称为视觉声源)之间的对准。所公开的技术通过减少或消除与各种信号处理技术(诸如头部相关传递函数滤波器)相关联的音调失真来进一步改善声音的质量，所述信号处理技术可能已经被实现为调整音频图像。因此，本文公开的技术能够用固体的和/或对声波不透明的屏幕来实现高质量音频声轨，同时减少在音频图像和视觉声源之间的偏移。
附图说明
为了可以详细地理解上文阐述的一个或多个实施方案的详述特征所用方式，可参考某些特定实施方案来获得以上简要概述的一个或多个实施方案的更具体的描述，这些特定实施方案中的一些在附图中示出。然而，应注意，附图仅示出典型实施方案，且因此不应被视为以任何方式限制其范围，因为各种实施方案的范围也包括其它实施方案。
图1示出根据各种实施方案的被配置为实现本公开中描述的视听系统的一个或多个方面的计算系统的概念框图；
图2示出根据各种实施方案的在音频图像和视觉声源的位置之间具有偏移的视听系统；
图3示出了根据各种实施方案的具有位于天花板附近的辅助扬声器的视听系统，用于减少图2中所示的偏移并改善声音的音质；
图4A示出根据各种实施方案的具有位于视听系统的侧面附近的辅助扬声器的视听系统的正视图；
图4B示出了根据各种实施方案的图4A的视听系统的平面图；
图5示出根据各种实施方案的具有位于视听系统的侧面和天花板附近的辅助扬声器的视听系统的平面图；
图6示出了根据各种实施方案的信号处理电路的框图，所述信号处理电路可以被实现为向图3-5的视听系统中包括的一个或多个辅助扬声器生成输出；
图7示出了根据各种实施方案的信号处理电路的另一个框图，所述信号处理电路可以被实现为仅基于中心信道来向图3-5的视听系统中包括的一个或多个辅助扬声器生成输出；
图8示出了根据各种实施方案的可由图1的计算系统用来向图3和图4A的视听系统中的一个或多个主扬声器和一个或多个辅助扬声器生成输出的示例性滤波器组的频率响应；以及
图9是根据各种实施方案的用于向视听系统中的一个或多个主扬声器和一个或多个辅助扬声器生成输出的方法步骤的流程图。
具体实施方式
在以下描述中，阐述许多特定细节，以便提供对本公开的实施方案的更透彻的理解。然而，对本领域的技术人员来说将显而易见的是，本公开的实施方案可在没有这些特定细节中的一个或多个的情况下实践。
系统概述
图1示出被配置为实现本公开中描述的视听系统的一个或多个方面的计算系统的概念框图。如图所示，计算系统100包括但不限于处理单元110、I/O装置120和存储器装置130。存储器装置130包括被配置为与数据库134交互的数字信号处理(DSP)应用程序132。计算系统100可以是视听系统的一部分，诸如图3-5中所示的视听系统。
处理单元110可包括中央处理单元(CPU)、数字信号处理单元(DSP)、控制器单元等等。在各种实施方案中，处理单元110被配置为接收诸如模拟信号、数字信号等的输入信号。处理单元110处理输入信号以生成一个或多个输出信号(例如，用滤波器、放大器、延迟和/或其它处理技术)。处理单元110可将处理后的信号输出到I/O装置120。
I/O装置120可包括各种类型的信号源和信号宿。信号源可包括但不限于读取光学/模拟数据的装置(例如，用于电影)、存储和/或读取数字数据的装置(例如，用于数字文件)、辅助输入通道、声音生成器、视频或图形生成器或可由计算系统100使用的任何其它数据源。信号宿的示例包括模拟和/或数字信号接收器、放大器、扬声器(例如，超低音扬声器、喇叭型扬声器、静电扬声器、平面磁性扬声器等)、视频显示装置或可以从计算系统100接收数据的任何其它源。信号源和信号宿可直接或间接连接到计算系统100。
存储器单元130可包括存储器模块或存储器模块的集合。存储器单元130包括数字信号处理(DSP)应用程序132和数据库134。DSP应用程序132可与I/O装置120的一个或多个元件以及数据库134通信和/或对其进行控制，由此实现计算系统100的一些或全部功能。数据库134可存储数字信号处理算法、HRTF、用于滤波的频率列表、扬声器预设等等。
计算系统100作为一个整体可以是微处理器、专用集成电路(ASIC)、芯片上系统(SoC)、移动计算装置(例如，平板计算机或蜂窝电话)、即插即用系统等等。通常，计算系统100可被配置为协调I/O装置120中的一个或多个扬声器的整体操作。在其它实施方案中，计算系统100可耦合到I/O装置120中的一个或多个扬声器，但是与I/O装置120中的一个或多个扬声器分离。在这样的实施方案中，I/O装置120可包括处理器，其将输入信号传输到计算系统100并从计算系统100接收处理后的信号。虽然本文中公开的各种技术(例如，信号处理、HRTF滤波等)如经由DSP应用程序132执行那样描述，但是在各种实施方案中，这些技术中的任何一个可由专属数字信号处理器(DSP)、专用集成电路(ASIC)、芯片上系统(SoC)、微处理器等执行。下面提供由计算系统100执行的信号处理技术的其它示例。
图2示出了根据各种实施方案的在音频图像和视觉声源的位置之间具有偏移的视听系统。视听系统200包括屏幕210、一个或多个扬声器220以及一个或多个环绕扬声器260。
如图所示，图2描绘了在屏幕210上指示的位置处显示的视觉声源230。其它视觉声源可显示在屏幕210上的其它位置处(未示出)。在显示视觉声源的同时，扬声器220可生成与由视觉声源230产生的声音对应的声波。例如，视觉声源230可以是以讲话方式移动的人类嘴巴，并且扬声器220可以生成包括与该移动相关联的言语对话的声波。在没有本文中公开的技术的情况下，从用户的视角看，音频图像可与扬声器220对准，而不是与屏幕210上的适当的视觉声源的位置对准。
诸如视听系统200的视听系统通常具有许多位置，其中用户可同时感知屏幕210上的视频以及来自扬声器220或环绕扬声器260的音频。这些位置中的一些位置可能通常受到限制(例如，在位于影院式座位环境中的座位的大致头部水平)，而其它位置可能变化很大(例如，站在作为家庭影院系统的同一房间中的用户)。这些位置在本文中称为用户视角。例如，用户视角240-1位于具有影院座位的示例性视听系统的第二排中的某处。当然，图2所示的视听系统中存在许多其它未标记的用户视角。
位于用户视角240-1、240-2和240-3处的用户可以看见视觉声源230并且听到来自扬声器220的声波。根据具体的用户视角，在视觉声源和音频图像之间可能会出现不同的视听偏移。例如，在用户视角240-3处，视听偏移250-3可以是1度。在用户视角240-2处，视听偏移250-2可以是6度。在用户视角240-1处，视听偏移250-3可以是12度。当角度分离超过约6度时，在视觉声源和音频图像之间的这些未对准可能会分散用户的注意力。例如，用户可能听到来自位于屏幕上方的扬声器的狗吠-音频图像-致使用户看着屏幕的顶部。同时，狗或视觉声源可能会显示在屏幕的底部。一般来说，在视觉声源和音频图像之间的视听偏移(即，未对准)的大小取决于相对于屏幕上的视觉声源的位置和产生音频图像的主扬声器的一个或多个位置的用户视角。
一种减少视听偏移的技术涉及使用头部相关传递函数(HRTF)。HRTF调整声波频谱含量的强度和时序，以便在用户听到时调整声波感知源的位置。用户身体的各种解剖学特征可影响像扬声器220那样的声源的感知位置。具体来说，用户身体的前额、脸部、耳朵、下巴、胸部和其它部位的形状和大小影响声源的感知位置。例如，声波从用户身体的各个部位反射出去，进入用户的耳道，并振动用户的耳鼓膜。各个身体部位的形状影响在通过右耳听到的声音和通过左耳听到的声音之间的强度差异和时序延迟。这些强度差异和时序延迟可随着声音的频谱组分而变化。基于这些强度差异和时序延迟，用户将扬声器220生成的声音感知为源自特定位置。
通过确定一般用户的身体几何形状，可以生成HRTF，该HRTF使得能够调整强度差异和时序延迟以便修改声源的感知位置。在各种实施方案中，DSP应用程序132可向输入信号施加一个或多个滤波器，诸如与一个或多个头部相关传递函数(HRTF)对应的滤波器。例如，当扬声器220位于屏幕230上方时，DSP应用程序132可以例如通过对输入信号进行滤波以放大与较低的感知提升相关联的强度差异和时序延迟，在包括位置240-1、240-2和240-3的用户视角处减少声音的感知空间偏移250，并且抑制与较高的感知提升相关联的强度差异和时序延迟以降低或不提升声源的感知位置。
在各种实施方案中，利用基于一般用户的HRTF对输入信号进行滤波可能使用于特定用户的输出声音失真。例如，7kHz区域的声音对于大脑垂直放置音频图像的方式起着重要作用。在理想HRTF和特定用户的HRTF之间的这个频率范围中的误差可能随时间而变化，导致例如感知到的音频图像不稳定的注意力分散或迷失方向的体验。另外，滤波后的输入信号的频率响应可能不平坦。因此，一些频率可能相对于其它频率不成比例地被放大。例如，相对较高的频率，较低的频率可能被不成比例地放大。
图3示出了根据各种实施方案的具有位于天花板附近的辅助扬声器的视听系统，用于减少图2中所示的偏移并改善声音的音质。如图所示，视听系统300包括主扬声器320、辅助扬声器350和屏幕310上的视觉声源330。用户视角340位于与视听系统300相关联的第三排中的某处。
如上所述，当由主扬声器320发射HRTF滤波的声音时，在主扬声器320和视觉声源330之间的感知空间偏移减少。如上所述，在基于一般人的HRTF和与特定人相关联的HRTF之间的差异可能致使音频图像中的误差，并且HRTF可能引入其它音调失真。视听系统300中包括一个或多个辅助扬声器350以补偿这些问题。在一个实施方案中，辅助扬声器350被放置在视听系统300的天花板附近以输出声音。此外，辅助扬声器350可输出行进到视觉声源330的声音，诸如经由定向波束成形。在视觉声源330的位置处从屏幕310反射出去的声波可在用户视角340处被用户感知为与视觉声源330并置。在一些实施方案中，辅助扬声器350被定位并定向在视听系统300的天花板附近以将最大声音强度反射到观看环境中的特定位置的位置处。例如，辅助扬声器350可输出反射出去屏幕310的声音，以在观看环境的第三排的中心处、在用户视角340处产生最大声音强度。
注意，因为HRTF滤波处理引入了音调失真，所以在一些实施方案中，主扬声器320可被省略，并且辅助扬声器350可向屏幕310输出全范围音频，以便向一个或多个用户视角反射声音。这种技术可能需要辅助扬声器将其全部声能输出到反射表面而不直接向观众发射声音。
在各种实施方案中，DSP应用程序132配置辅助扬声器350以结合主扬声器320输出声音。具体来说，DSP应用程序132配置辅助扬声器350以增强主扬声器320输出的声音。例如，如果在7kHz频率范围内由主扬声器320输出的声音被抑制(例如，由于HRTF滤波)，辅助扬声器350可以输出以7kHz为中心的频带中的声音。另外，辅助扬声器350生成的声波的振幅可基于屏幕310的反射系数、辅助扬声器和屏幕之间的距离以及屏幕和观众之间的距离来调整。例如，如果反射系数低于阈值，可增大声波的振幅，并且如果反射系数高于阈值，可减小声波的振幅。
在各种实施方案中，辅助扬声器350输出的声波改善由主扬声器320正在输出的HRTF滤波的声波产生的音频图像的稳定性。例如，辅助扬声器320可以被定位和定向成使得从屏幕320反射出去的声波被用户感知为源自视觉声源330。以这种方式，由辅助扬声器350生成的声波改善并稳定由主扬声器320输出的HRTF滤波的声波产生的音频图像。另外地或替代地，由辅助扬声器350生成的声波(其朝向一个或多个用户从屏幕310反射出去)可补偿作为一个或多个滤波技术(例如HRTF滤波)的副产品的音调失真。
图4A示出了根据各种实施方案的具有位于视听系统的侧面附近的辅助扬声器的视听系统的正视图。如图所示，视听系统400包括主扬声器420、辅助扬声器450和屏幕410上的视觉声源430。用户视角440位于与视听系统400相关联的第三排中的某处。
辅助扬声器450位于视听系统400的侧面。辅助扬声器450被配置为将声波导向视觉声源430的水平面。在视觉声源430的类似水平面处从屏幕410反射出去的声波可以由用户在用户视角440处感知为与视觉声源430垂直并置，由此减少感知的空间偏移。
图4B示出根据各种实施方案的图4A的视听系统的平面图。辅助扬声器450-1生成指向视听系统400的用户的左耳的左声波。辅助扬声器450-2生成指向视听系统400的用户的右耳的右声波。如上所述，最大感知视听偏移可能发生在某些视听系统的第一排(例如，在用户视角441)。因此，可以改变辅助扬声器450-1和450-2的位置、方向性和定向，使得反射的左声波和反射的右声波的最大值在用户视角441处的第一排或之前相交，可减轻HRTF滤波过程对最大数量用户视角的影响。在某些视听系统中，根据用户视角441的第一排定位辅助扬声器450-1和450-2可致使从辅助扬声器输出的声能在用户视角441的第一排的前方组合。在其它实施方案中，辅助扬声器450-1和450-2可被定位在视听系统400的侧面上并被定向成使得反射的左声波和反射的右声波的最大值在任何其它排(例如，在第三或第四排)相交。
一般来说，辅助扬声器被设计和定位为跨用户视角分布均匀的声音覆盖范围，同时在屏幕上的正确位置产生音频图像。位于视听系统400两侧的辅助扬声器450-1和450-2可以优选处于与屏幕410的高度的中点一致的垂直水平。然后，从辅助扬声器450-1输出的声能的中心轴线可水平地瞄准在屏幕410的左三分之一和中心三分之一之间的中点411。类似地，从辅助扬声器450-2输出的声能的中心轴线然后可水平地瞄准在屏幕410的右三分之一和中心三分之一之间的中点412。
图5示出根据各种实施方案的具有位于视听系统的侧面和天花板附近的辅助扬声器的视听系统的平面图。如图所示，视听系统500包括屏幕510、主扬声器520、位于视听系统500侧面的辅助扬声器550-1和550-2以及位于视听系统500的天花板附近的辅助扬声器550-3。
从左辅助扬声器550-1、右辅助扬声器550-2和中心辅助扬声器550-3输出的声音可组合以进一步减少任何视听偏移或减轻HRTF滤波的影响，以增大视听系统500中接收来自辅助扬声器和主要扬声器的组合声音的用户视角的数量，或者提供从辅助扬声器输出的声能的更均匀覆盖范围。
在上述每个实施方案中，主扬声器或辅助扬声器可包括一个或多个扬声器类型。此外，主扬声器或辅助扬声器的每个标记位置可包括一个或多个扬声器。例如，辅助扬声器450-1可包括三个喇叭型扬声器。一般来说，扬声器波导的形状可调整输出声音的输出角度和方向性。如本文中使用的，扬声器的中心轴线是指与声能输出的峰值方向对准的轴线。例如，喇叭式扬声器的中心轴线可在垂直远离扬声器喇叭延伸的轴线上。在优选实施方案中，辅助扬声器的方向性优选地导致使直接传输到视听系统中的各个用户视角的声能的量最小化(例如，低波束宽度)的覆盖区域。例如，与从屏幕反射出去的声波接收的能量相比，在用户视角处从辅助扬声器直接接收的声音能级可以是-6dB、-10dB、-15dB或-20dB，以便减少或消除任何有害的音频伪像(例如，回声)。另外，辅助扬声器450可具有比主扬声器更高的抛距，以便生成在行进到用户视角之前行进到屏幕并从屏幕反射出去的声波。
图6示出了根据各种实施方案的可以被实现为向图3-5的视听系统中包括的一个或多个辅助扬声器生成输出的信号处理电路的框图。信号处理电路600可存在于处理单元110中并用于为视听系统生成输出。如图所示，信号处理电路600可包括音频输入601、均衡器610、HRTF滤波器620、低通滤波器630、反射器混频器640、高通滤波器650和延迟块660。优选地，处理单元110包括一个或多个可编程存储器位置，该一个或多个可编程存储器位置存储可用于调整每个部件如何操作的值，这对于调谐个别视听系统观看环境的音频输出是有用的。
音频输入601可包括源自视听源的一个或多个模拟或数字信号(例如，存储在驱动器或光盘上的视频文件)。音频输入601可包括一个或多个信道，诸如中心信道601a、左信道601b和右信道601c。没有示出用于环绕扬声器的其它信道，诸如侧面、后面或低频信道。音频输入601可经受源和均衡器610之间的其它音频处理(例如，来隔离信道等)。
均衡器610接收音频输入601并且可调整包含在音频输入601中的频率组分的电平。如图所示，均衡器610向HRTF滤波器620输出音频信号Ceq、Leq和Req并且向反射器混频器640输出音频信号Ceq'、Leq'和Req'。在一个实施方案中，均衡器可包括串联有限脉冲响应(FIR)滤波器和无限脉冲响应(IIR)滤波器。FIR滤波器的输出连接到IIR滤波器的输入。在一个实施方案中，来自均衡器610的到反射器混频器640的输出可来自FIR滤波器，并且来自均衡器610的到HRTF滤波器的输出可来自IIR滤波器。替代地，来自均衡器610的到HRTF滤波器620和到反射器混频器640的输出可以是等同的。
HRTF滤波器620从均衡器610接收均衡的音频信号并施加HRTF滤波器。如先前所述的，HRTF可调整最终在用户的左耳和右耳处接收到的声波的强度和时序，以修改声源的感知位置。例如，当主扬声器如图3所示位于屏幕上方时，HRTF滤波器620可降低所感知的声源的位置。HRTF滤波器620输出CHRTF、LHRTF和RHRTF，用低通滤波器630对它们进行滤波并且所得到的低频输出被输入到延迟块660。下面结合图8更详细地描述低通滤波器630的功能。
在图6所示的实施方案中，反射器混频器640从均衡器610接收均衡的音频信号Ceq'、Leq'和Req'。反射器混频器640合成输出CRE、RRE和LRE以用于其辅助扬声器。每个辅助信道输出CRE、RRE和LRE的混合可基于每个信道Ceq'、Leq'和Req'的相对电平。CRE、RRE和LRE由高通滤波器650进行滤波并且所得到的高频输出可被输入到延迟块660。在一些实施方案中，CRE、RRE或LRE中的一个或多个不被延迟(例如，不通过延迟块660路由或施加零延迟)，这是因为CRE、RRE或LRE可能用作在视听系统中的其它信号的参考。下面结合图8更详细地描述高通滤波器650的功能。
延迟块660调整CHRTF_LF、LHRTF_HF、RHRTF_HF、CRE_HF、LRE_HF、RRE_HF的相对时序，以及任何低频或环绕扬声器(未示出)的相对时序。如上所述，延迟块660可能不接收或延迟CRE_HF、LRE_HF、RRE_HF。参考图5，CHRTF_LF、LHRTF_HF、RHRTF_HF可以是主扬声器520-3、520-1和520-2的相应音频输出，CRE_HF、LRE_HF和RRE_HF可以是辅助扬声器550-3、550-1和550-2的相应输出。根据特定视听系统的几何形状，具体来说包括辅助扬声器相对于屏幕和主扬声器的定位和方向性，到诸如环绕或低频扬声器(未示出)的非辅助扬声器的音频输出信号CHRTF_LF、LHRTF_HF和RHRTF_HF以及任何其它输出信号应该被延迟约为辅助扬声器输出的声波到达输出相关联的声波(例如，来自电影中同一来源的声音)的非辅助扬声器的飞行时间。作为示例参考图4B，如果辅助扬声器450-1和450-2距离主扬声器420-3 30英尺，基于343米/秒的声速，CHRTF_LF可相对于LRE_HF和RRE_HF延迟至少约26.6毫秒。替代地，在辅助扬声器和屏幕之间的距离可用于估计延迟。对于基于飞行时间的任何延迟，可增加额外的偏差以考虑辅助信道上的额外信号处理或进一步调谐视听系统。注意，与辅助扬声器延迟相关联的延迟是“容置(house)”延迟，并且除了任何非辅助扬声器信道之外，还被施加到屏幕410上显示的任何视频。延迟块660优选是可编程的，以允许将不同的延迟施加到不同的信道以适应不同的视听系统环境。延迟块660可用与时间或距离相关的值或者与预定延迟或距离增量成比例的值来编程。例如，如果延迟块660接受用于施加到CHRTF_LF的延迟的十六进制值，在增量是距离的情况下，值0xFF可对应于510英尺(即，每增量2英尺)，或在增量是时间的情况下，值0x0F可对应于3.0毫秒(即，每增量0.2毫秒)。
图7示出了根据各种实施方案的可以被实现为仅基于中心信道来向图3-5的视听系统中包括的一个或多个辅助扬声器生成输出的信号处理电路的另一个框图。信号处理电路700可存在于处理单元110中并用于为视听系统生成输出。一般来说，信号处理电路700以与上面结合图6描述的信号处理电路600类似的方式操作，但是具有几个简化的方面。具体来说，中心信道音频输入701a是由反射器混频器740合成反射器信道LRE和RRE中使用的唯一信道。反射器混频器740从均衡器610接收均衡的中心信道Ceq'并生成反射器左右反射器信道LRE和RRE。没有中心反射器信道被合成。在一个实施方案中，反射器混频器可以-3dB调整Ceq'的电平以生成LRE和RRE，使得当输出时，LRE和RRE声学组合成近似Ceq'的原始功率电平。另外，因为在反射器信道的合成中仅使用中心信道，所以在延迟块760之前，仅对来自HRTF滤波器720的中心信道输出由低通滤波器730进行滤波。通过将如上所述的信号处理的一部分隔离到中心信道，减少了可调参数的总数，这可以简化安装过程，而几乎不影响可感知的音频质量。
图8示出了根据各种实施方案的可由图1的计算系统用来向图3-5的视听系统中的一个或多个主扬声器和一个或多个辅助扬声器生成输出的示例性滤波器组的频率响应。如上所述，HRTF滤波可引入声调失真和/或声音的抑制。频率响应810描绘了HRTF滤波器的示例性副产品。在这个示例中，HRTF滤波器抑制在约3kHz和10.3kHz之间的频率，在约6.5kHz处具有约-3dB的峰值。这个“陷波”可影响每个HRTF滤波的信道。
如上所述，来自一个或多个辅助扬声器的声音可以增强来自主扬声器的声音以抵消HRTF滤波器的负面影响。为了使滤波伪像最小化并改善声音质量，主扬声器输出的频率和辅助扬声器输出的频率之间的平滑过渡可以是优选的。具有频率响应820的低通滤波器被选择为具有约6.5kHz的拐点与约-8dB/倍频程的滚降。互补高通滤波器的频率响应830可在数学上导出如下：
Figure GDA0003045786820000121
其中LPr是级联HRTF和低通滤波器的结果。在优选实施方案中，高通滤波器和低通滤波器都是具有相同相位响应和时延的线性FIR滤波器。理想情况下，来自主扬声器和辅助扬声器的滤波后的声音输出的总和理想地产生跨用户视角的无缝功率响应曲线。
注意，可使用其它过滤器布置，包括那些改变使用的过滤器的顺序和/或类型的过滤器布置。例如，不是图8中所示的主扬声器和辅助扬声器之间输出的频率的逐渐过渡，可使用具有锐截止的低通滤波器来过滤到主扬声器的输出和具有锐截止的高通滤波器来过滤到辅助扬声器的输出。替代地，带阻滤波器可过滤由HRTF滤波器影响的频率而不被主要扬声器输出，而带通滤波器可用于产生来自辅助扬声器的输出。
图9是根据各种实施方案的用于向视听系统中的一个或多个主扬声器和一个或多个辅助扬声器生成输出的方法步骤的流程图。尽管结合图3-8描述了方法步骤，但本领域技术人员将理解，被配置来以任何顺序执行所述方法步骤的任何系统均落在各种实施方案的范围内。
如图所示，方法900开始于步骤910，其中DSP应用程序132从媒体源接收音频信号。音频信号可包括表示伴随视频的音轨的时间序列数据集中的值。音频信号可具有表示一个或多个音频信道的多个时间序列数据集。在步骤920，DSP应用程序132可基于存储在存储器130或数据库134中的某些预设或参数来均衡接收到的音频信号的频率组分。接下来，在步骤930，DSP应用程序132可向均衡的音频信号施加HRTF滤波器，并且然后在步骤950向HRTF滤波的信号施加低通滤波器。在施加每个滤波器时，DSP应用程序可访问存储器130或数据库134以获取与HRTF滤波器和低通滤波器相关的各种滤波器参数。
并行地，在步骤940，DSP应用程序132可混合均衡的音频信号组分以产生反射器信号，并且然后在步骤960向反射器信号施加高通滤波器。再次，DSP应用程序132可访问存储器130或数据库134，以获取用于调整均衡音频信号的混合或高通滤波器的参数的各种参数。最后，在步骤970，DSP应用程序132可以基于存储在存储器130或数据库134中的参数来延迟各种滤波信号中的一个或多个。如上所述，在一些实施方案中，用于辅助扬声器的信号可能不被延迟。与上述步骤相关的其它细节可以在与图6-8相关联的讨论中找到。在最终被路由到一个或多个扬声器以用于声音输出之前，在步骤970输出的信号可能经受进一步处理。最后，在步骤980和990，基于在步骤970输出的处理信号，分别从主扬声器和辅助扬声器输出声音。从辅助扬声器输出的声音从屏幕反射出去并与从主扬声器输出的声音组合以减少或消除任何音调失真并使音频图像与视觉声源的位置对准。
总之，一个或多个辅助扬声器位于视听系统中的屏幕前方并且通常瞄准屏幕。这种辅助扬声器可定位在视听系统的位置的墙壁或天花板上。优选地，从(一个或多个)辅助扬声器输出的大部分声能不直接行进到用户视角，而是从屏幕反射出去并朝向用户视角。在一些实施方案中，一个或多个主扬声器定位在屏幕的上方、下方或侧面并且通常瞄准用户视角。从主扬声器输出的声能直接行进到用户视角，在观看位置与从(一个或多个)辅助扬声器输出并从屏幕反射出去的声能声学上组合。为了生成不同的音频信号以供主扬声器和/或辅助扬声器输出，可实施各种信号处理技术。用于辅助扬声器的音频信号可通过高通滤波器，并且用于主扬声器的音频信号可通过低通滤波器和/或降低滤波器。
本文描述的技术的至少一个优点是减少或消除了视听系统中在音频图像和视觉声源的位置之间的任何偏移，所述视听系统的屏幕是固体的和/或以其它方式对声波不透明，由此减少用户的注意力分散和/或使用户迷失方向。另外，所公开的技术能够在具有这种声学上不透明屏幕的视听系统中实现高质量音频再现，包括在可能已经实施信号处理技术(诸如头部相关传递函数滤波器)以调整音频图像的视听系统中。
1.在一些实施方案中，一种方法包括：使第一扬声器的中心轴线定向成与显示屏幕的一部分相交；以及从所述第一扬声器朝向所述显示屏幕输出第一声音，其中所述第一声音离开所述显示屏幕的反射指向显示屏幕观看位置。
2.如条款1所述的方法，进一步包括从第二扬声器输出第二声音，其中所述第一声音的所述反射和所述第二声音在所述显示屏幕观看位置处组合。
3.如条款1或2所述的方法，进一步包括基于接收到的音频信号生成第一信号；以及对所述第一信号进行滤波以调整所述第一信号的至少一个频谱组分的振幅以生成滤波后的第一信号，其中所述扬声器基于所述滤波后的第一信号输出所述第一声音。
4.如条款1-3中任一项所述的方法，其中所述第一信号基于所述接收到的音频信号的中心信道。
5.如条款1-4中任一项所述的方法，其中所述滤波包括用高通滤波器对所述第一信号进行滤波。
6.如条款1-5中任一项所述的方法，进一步包括经由第一滤波器对接收到的音频信号进行滤波，所述第一滤波器调整所述音频信号的至少一个频谱组分的振幅以生成第二信号；以及经由低通滤波器对所述第二信号进行滤波以生成滤波后的第二信号，其中所述第二声音基于所述滤波后的第二信号。
7.如条款1-6中任一项所述的方法，其中所述第一滤波器是头部相关传递函数滤波器。
8.在一些实施方案中，一种系统包括：第一扬声器，被配置为输出第一声音，其中所述第一扬声器的中心轴线与显示屏幕的一部分相交，并且其中所述第一声音离开所述显示屏幕的反射指向显示屏幕观看位置；以及第二扬声器，被配置为输出第二声音，其中所述第二扬声器的中心轴线远离所述显示屏幕瞄准，并且所述第一声音的所述反射和所述第二声音在所述显示屏幕观看位置处组合。
9.如条款8所述的系统，进一步包括：音频模块，被配置为从接收到的音频信号生成第一信号；以及滤波器，被配置为对所述第一信号进行滤波以生成滤波后的第一信号，其中所述第一声音基于所述滤波后的第一信号。
10.如条款8或9所述的系统，其中所述第一信号基于所述接收到的音频信号的中心信道。
11.如条款8-10中任一项所述的系统，其中所述滤波器是高通滤波器。
12.如条款8-11中任一项所述的系统，进一步包括：第一滤波器，被配置为调整接收到的音频信号的至少一个频谱组分的振幅以生成第二信号；第二滤波器，被配置为基于所述第二信号生成滤波后的第二信号，其中所述第二声音基于所述滤波后的第二信号。
13.如条款8-12中任一项所述的系统，其中所述第一滤波器是头部相关传递函数滤波器。
14.如条款8-13中任一项所述的系统，其中所述第二滤波器是低通滤波器。
15.在一些实施方案中，一种方法包括存储与(i)第一扬声器和第二扬声器之间的距离以及(ii)所述第一扬声器和显示屏幕之间的距离中的至少一个相关的值；以及致使第一信号延迟至少与所述值成比例的时间量。
16.如条款15所述的方法，其中所述第一信号是视频信号。
17.如条款15或16所述的方法，其中所述第二扬声器基于所述第一信号输出声音。
18.如条款15-17中任一项所述的方法，进一步包括向接收到的音频信号施加头部相关传递函数滤波器以生成调整后的信号，其中所述头部相关传递函数滤波器调整所述接收到的音频信号的至少一个频谱组分的振幅，并且扬声器基于所述调节后的信号输出声音。
19.如条款15-18中任一项所述的方法，其中所述第一信号基于所述调整后的信号。
20.如条款15-19中任一项所述的方法，进一步包括在所述扬声器基于所述调节后的信号输出所述声音之前向所述调节后的信号施加低通滤波器。
已出于说明目的呈现了对各种实施方案的描述，但是这些描述并不旨是详尽的或限制于所公开的实施方案。在不脱离所描述的实施方案的范围和精神的情况下，许多修改和变化对于本领域的普通技术人员是明显的。
本发明实施方案的各方面可体现为系统、方法或计算机程序产品。因此，本公开的方面可采取完全硬件实施方案、完全软件实施方案(包括固件、常驻软件、微代码等)或结合软件方面和硬件方面的实施方案的形式，所述实施方案在本文中可全部概括地称为“模块”或“系统”。此外，本公开的方面可采取在一个或多个计算机可读介质中体现的计算机程序产品的形式，所述一个或多个计算机可读介质具有在其上体现的计算机可读程序代码。
可采用一个或多个计算机可读介质的任何组合。计算机可读介质可以是计算机可读信号介质或计算机可读存储介质。计算机可读存储介质可以是(例如)但不限于电子、磁性、光学、电磁、红外或半导体系统、设备或装置或者前述各项的任何合适组合。计算机可读存储介质的更特定的示例(非详尽的列表)将包括以下项：具有一个或多个电线的电气连接、便携式计算机磁盘、硬盘、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、可擦除可编程只读存储器(EPROM或快闪存储器)、光纤、便携式光盘只读存储器(CD-ROM)、光学存储装置、磁性存储装置或前述各项的任何合适的组合。在本文档的上下文中，计算机可读存储介质可以是可含有或存储供指令执行系统、设备或装置使用或者与所述指令执行系统、设备或装置结合使用的程序的任何有形介质。
以上参考根据本公开的实施方案的方法、设备(系统)和计算机程序产品的流程图和/或框图来描述了本公开的各方面。应了解，流程图和/或框图的每一个方框以及流程图和/或框图中的方框的组合可以通过计算机程序指令来实现。可将这些计算机程序指令提供至一般用途计算机、特殊用途计算机或其它可编程数据处理设备的处理器，以产生一种机器，使得通过计算机或其它可编程数据处理设备的处理器执行的指令能够实现一个或多个流程图和/或框图方框中指定的功能/动作。这样的处理器可以是但不限于：一般用途处理器、特殊用途处理器、专用处理器或现场可编程
附图中的流程图和框图示出了根据本公开的各种实施方案的系统、方法和计算机程序产品的可能实现方式的架构、功能性和操作。就此而言，流程图或框图中的每个方框均可表示代码的模块、片段或部分，所述代码包括用于实现指定逻辑功能的一个或多个可执行指令。还应注意，在一些替代性实现方式中，方框中指出的功能可按照附图中指出的顺序以外的顺序发生。例如，连续示出的两个方框实际上可大致上同时执行，或者所述方框有时可按相反的顺序执行，这取决于所涉及的功能性。也应注意，框图和/或流程图中的每个方框，以及框图和/或流程图中的方框的组合可以由执行指定功能或动作的基于专用硬件的系统，或者专用硬件和计算机指令的组合来实现。
虽然前文是针对本公开的实施方案，但是在不脱离其基本范围的情况下可以想出本公开的其它和另外的实施方案，并且本公开的范围由所附权利要求书来确定。

Claims (19)

1.一种调整固体电影屏幕上的音频图像的感知提升的方法，其包括：
使第一扬声器的中心轴线定向成与显示屏幕的一部分相交；以及
从所述第一扬声器朝向所述显示屏幕输出第一声音，其中所述第一声音离开所述显示屏幕的反射指向显示屏幕观看位置；
基于所述显示屏幕的反射系数、所述第一扬声器和所述显示屏幕之间的距离，或所述显示屏幕和所述观看位置之间的距离中的一个或多个，调整所述第一声音的振幅；以及
从第二扬声器输出第二声音，其中所述第一声音的所述反射和所述第二声音在所述显示屏幕观看位置处组合。
2.如权利要求1所述的方法，其进一步包括：
基于接收到的音频信号生成第一信号；以及
对所述第一信号进行滤波以调整所述第一信号的至少一个频谱组分的振幅以生成滤波后的第一信号，其中所述扬声器基于所述滤波后的第一信号输出所述第一声音。
3.如权利要求2所述的方法，其中所述第一信号基于所述接收到的音频信号的中心信道。
4.如权利要求2所述的方法，其中所述滤波包括用高通滤波器对所述第一信号进行滤波。
5.如权利要求1所述的方法，其进一步包括：
经由第一滤波器对接收到的音频信号进行滤波，所述第一滤波器调整所述音频信号的至少一个频谱组分的振幅以生成第二信号；以及
经由低通滤波器对所述第二信号进行滤波以生成滤波后的第二信号，其中所述第二声音基于所述滤波后的第二信号。
6.如权利要求5所述的方法，其中所述第一滤波器是头部相关传递函数滤波器。
7.一种调整固体电影屏幕上的音频图像的感知提升的系统，其包括：
第一扬声器，其被配置为输出第一声音，其中所述第一扬声器的中心轴线与显示屏幕的一部分相交，并且其中所述第一声音离开所述显示屏幕的反射指向显示屏幕观看位置；以及
第二扬声器，其被配置为输出第二声音，其中所述第二扬声器的中心轴线远离所述显示屏幕瞄准，并且所述第一声音的所述反射和所述第二声音在所述显示屏幕观看位置处组合；
其中，基于所述显示屏幕的反射系数、所述第一扬声器和所述显示屏幕之间的距离，或所述显示屏幕和所述观看位置之间的距离中的一个或多个，调整所述第一声音的振幅。
8.如权利要求7所述的系统，其进一步包括：
音频模块，其被配置为从接收到的音频信号生成第一信号；
滤波器，其被配置为对所述第一信号进行滤波以生成滤波后的第一信号，其中所述第一声音基于所述滤波后的第一信号。
9.如权利要求8所述的系统，其中所述第一信号基于所述接收到的音频信号的中心信道。
10.如权利要求8所述的系统，其中所述滤波器是高通滤波器。
11.如权利要求7所述的系统，其进一步包括：
第一滤波器，其被配置为调整接收到的音频信号的至少一个频谱组分的振幅以生成第二信号；以及
第二滤波器，其被配置为基于所述第二信号生成滤波后的第二信号，其中所述第二声音基于所述滤波后的第二信号。
12.如权利要求11所述的系统，其中所述第一滤波器是头部相关传递函数滤波器。
13.如权利要求11所述的系统，其中所述第二滤波器是低通滤波器。
14.一种调整固体电影屏幕上的音频图像的感知提升的方法，其包括：
存储与第一扬声器和第二扬声器之间的距离相关的值，其中所述第一扬声器朝向显示屏幕输出第一声音，所述第一声音离开所述显示屏幕的反射指向显示屏幕观看位置，所述第二扬声器输出第二声音，且所述第一声音的所述反射和所述第二声音在所述显示屏幕观看位置处组合；以及
致使第一信号延迟至少与所述值成比例的时间量，其中所述第一信号包括音频信号和非辅助扬声器信号中的至少一个。
15.如权利要求14所述的方法，其中所述第一信号是视频信号。
16.如权利要求14所述的方法，其中所述第二扬声器基于所述第一信号输出声音。
17.如权利要求14所述的方法，其进一步包括：向接收到的音频信号施加头部相关传递函数滤波器以生成调整后的信号，其中所述头部相关传递函数滤波器调整所述接收到的音频信号的至少一个频谱组分的振幅，并且扬声器基于所述调整后的信号输出声音。
18.如权利要求17所述的方法，其中所述第一信号基于所述调整后的信号。
19.如权利要求17所述的方法，其进一步包括在所述扬声器基于所述调整后的信号输出所述声音之前向所述调整后的信号施加低通滤波器。
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