CN110881157B - 正交基底修正的音效控制方法及音效输出装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种正交基底修正的音效控制方法及音效输出装置。音效控制方法包括以下步骤。依据一左声道原始信号及一右声道原始信号，生成六或八个声道初始信号。依据一转动角度及一第一轴向角度计算一第一增益，并依据该转动角度及一第二轴向角度计算一第二增益，该第一轴向角度及该第二轴向角度正交。依据该第一增益及该第二增益，合成出一左声道修正信号及一右声道修正信号。

Description

正交基底修正的音效控制方法及音效输出装置

技术领域

本发明是有关于一种音效控制方法及音效输出装置，且特别是有关于一种正交基底修正的音效控制方法及音效输出装置。

背景技术

随着互动显示技术的发展，各式互动显示装置不断推陈出新。以头戴式显示器(head-mounted display,HMD)为例，使用者戴着头戴式显示器，让虚拟实境(virtualreality,VR)的画面显示于眼前。随着使用的移动或转动，头戴式显示器可以呈现对应的画面，让使用者感觉置身于某一虚拟场景中。

然而，在目前的应用中，画面虽可随着使用者的转动而变化，但声音信号仍保持不变，使得使用者的临场感大打折扣。

尤其在多声道技术中，当使用者转动时，多声道之间的变化比例并未随着转动角度调变，而大幅影响使用者的体验感。

发明内容

本发明有关于一种正交基底修正的音效控制方法及音效输出装置，其将六或八声道的角度安排，能够有效提升六或八声道的方向感。此外，本实施例根据使用者的转动角度，通过正交基底修正的方式获得左声道修正信号及右声道修正信号，大幅提升多声道的临场感。

根据本发明的第一方面，提出一种正交基底修正的音效控制方法。音效控制方法包括以下步骤。接收一左声道原始信号及一右声道原始信号。依据该左声道原始信号及该右声道原始信号，生成六或八个声道初始信号。检测一使用者的一转动角度。依据该转动角度及一第一轴向角度计算一第一增益，并依据该转动角度及一第二轴向角度计算一第二增益，该第一轴向角度及该第二轴向角度正交。以该第一轴向角度为中心，将该些声道初始信号转换为一第一左声道更新信号及一第一右声道更新信号。以该第二轴向角度为中心，将该些声道初始信号转换为一第二左声道更新信号及一第二右声道更新信号。依据该第一增益及该第二增益，合成该第一左声道更新信号及该第二左声道更新信号为一左声道修正信号，并合成该第一右声道更新信号及该第二右声道更新信号为一右声道修正信号。

根据本发明的第二方面，提出一种正交基底修正的音效输出装置。音效输出装置包括一接收单元、一多声道生成单元、一转动检测单元、一增益计算单元、一第一转换单元、一第二转换单元及一合成单元。该接收单元用以接收一左声道原始信号及一右声道原始信号。该多声道生成单元用以依据该左声道原始信号及该右声道原始信号，生成六或八个声道初始信号。该转动检测单元，用以检测一使用者的一转动角度。该增益计算单元用以依据该转动角度及一第一轴向角度计算一第一增益，并依据该转动角度及一第二轴向角度计算一第二增益，该第一轴向角度及该第二轴向角度正交。该第一转换单元以该第一轴向角度为中心，将该些声道初始信号转换为一第一左声道更新信号及一第一右声道更新信号。该第二转换单元以该第二轴向角度为中心，将该些声道初始信号转换为一第二左声道更新信号及一第二右声道更新信号。该合成单元用以依据该第一增益及该第二增益，合成该第一左声道更新信号及该第二左声道更新信号为一左声道修正信号，并合成该第一右声道更新信号及该第二右声道更新信号为一右声道修正信号。

为了对本发明的上述及其他方面有更佳的了解，下文特举实施例，并配合所附图式详细说明如下。

附图说明

图1绘示根据一实施的一音效输出装置、一头戴式显示器及一运算装置的示意图。

图2绘示根据一实施例的音效输出装置的方块图。

图3绘示根据一实施例的增益动态调节的音效控制方法的流程图。

图4A绘示六个声道初始信号的示意图。

图4B绘示八个声道初始信号的示意图。

图5绘示以第一轴向角度为中心做处理的示意图。

图6绘示以第二轴向角度为中心做处理的示意图。

图7A绘示在转动角度为0度且声源位于X轴负方向时，未经过正交基底修正的左耳信号与右耳信号的示意图。

图7B绘示在转动角度为0度且声源位于Y轴正方向时，未经过正交基底修正的左耳信号与右耳信号的示意图。

图8A绘示在转动角度为45度且声源位于X轴负方向时，未经过正交基底修正的左耳信号与右耳信号的示意图。

图8B绘示在转动角度为45度且声源位于Y轴正方向时，未经过正交基底修正的左耳信号与右耳信号的示意图。

图9A绘示在转动角度为90度且声源位于X轴负方向时，未经过正交基底修正的左耳信号与右耳信号的示意图。

图9B绘示在转动角度为90度且声源位于Y轴正方向时，未经过正交基底修正的左耳信号与右耳信号的示意图。

图10A绘示在转动角度为0度且声源位于X轴负方向时，已经过正交基底修正的左耳信号与右耳信号的示意图。

图10B绘示在转动角度为0度且声源位于Y轴正方向时，已经过正交基底修正的左耳信号与右耳信号的示意图。

图11A绘示在转动角度为45度且声源位于X轴负方向时，已经过正交基底修正的左耳信号与右耳信号的示意图。

图11B绘示在转动角度为45度且声源位于Y轴正方向时，已经过正交基底修正的左耳信号与右耳信号的示意图。

图12A绘示在转动角度为90度且声源位于X轴负方向时，已经过正交基底修正的左耳信号与右耳信号的示意图。

图12B绘示在转动角度为90度且声源位于Y轴正方向时，已经过正交基底修正的左耳信号与右耳信号的示意图。

其中，附图标记：

100：音效输出装置

110：接收单元

120：多声道生成单元

130：转动检测单元

140：增益计算单元

150：第一转换单元

160：第二转换单元

170：合成单元

180：左声道输出单元

190：右声道输出单元

eL：声道原始信号

eR：右声道原始信号

eCF’、eCL’、eL’、eSL’、eCB’、eSR’、eR’、eCR’：声道初始信号

GB1：第一增益

GB2：第二增益

SCL、SL、SSL、SSR、SR、SCR：声道虚拟信号

S110、S120、S130、S140、S150、S160、S170、S180：步骤

ZL：左声道修正信号

ZL1：第一左声道更新信号

ZL2：第二左声道更新信号

ZR：右声道修正信号

ZR1：第一右声道更新信号

ZR2：第二右声道更新信号

V2：显示内容

θ：转动角度

θB1：第一轴向角度

θB2：第二轴向角度

具体实施方式

请参照图1，其绘示根据一实施的一音效输出装置100、一头戴式显示器200及一运算装置300的示意图。音效输出装置100可以搭配头戴式显示器200让使用者进行虚拟实境(virtual reality,VR)游戏、或参观虚拟商店。头戴式显示器200的显示内容V2及音效输出装置100的一左声道原始信号eL及一右声道原始信号eR由运算装置300提供。随着使用者的转动，显示内容V2会随之变化。在本实施例中，依据使用者的转动，原始的左声道原始信号eL及右声道原始信号eR可转换为六或八个虚拟喇叭的多声道模拟信号，且多声道模拟信号可以利用正交基底动态修正为一左声道修正信号ZL及一右声道修正信号ZR，以提升使用者的临场感。

请参照图2，其绘示根据一实施例的音效输出装置100的方块图。音效输出装置100包括一接收单元110、一多声道生成单元120、一转动检测单元130、一增益计算单元140、一第一转换单元150、一第二转换单元160、一合成单元170、一左声道输出单元180及一右声道输出单元190。接收单元110用以接收信号，例如是一无线通讯模块、一有线网络模块、或一音源插孔。多声道生成单元120、增益计算单元140、第一转换单元150、第二转换单元160及合成单元170例如是一电路、一晶片、一电路板或储存数组程序码的储存装置。转动检测单元130用以检测使用者的转动，例如是一陀螺仪、一加速度计或一红外线检测器。左声道输出单元180及右声道输出单元190例如是一耳机。以下更搭配依流程图详细说明各项元件的运作。

请参照图3，其绘示根据一实施例的增益动态调节的音效控制方法的流程图。在步骤S110中，接收单元110接收一左声道原始信号eL及一右声道原始信号eR。

接着，在步骤S120中，多声道生成单元120依据左声道原始信号eL及右声道原始信号eR，生成六个或八个声道初始信号。请参照图4A，其绘示六个声道初始信号eCL’、eL’、eSL’、eSR’、eR’、eCR’的示意图。六个声道初始信号eCL’、eL’、eSL’、eSR’、eR’、eCR’分别对应于45度、90度、135度、225度、270度及315度。对应于45度的声道初始信号eCL’及对应于315度的声道初始信号eCR’相同。请参照图4B，其绘示八个声道初始信号eCF’、eCL’、eL’、eSL’、eCB’、eSR’、eR’、eCR’的示意图。八个声道初始信号eCF’、eCL’、eL’、eSL’、eCB’、eSR’、eR’、eCR’分别对应于0度、45度、90度、135度、180度、225度、270度及315度。对应于45度的声道初始信号eCL’及对应于315度的声道初始信号eCR’相同。以下步骤以六个声道初始信号eCL’、eL’、eSL’、eSR’、eR’、eCR’为例做说明。

接着，在步骤S130中，转动检测单元130检测一使用者的一转动角度θ。如图4A所示，转动角度θ例如是逆时针转动的角度。

然后，在步骤S140中，增益计算单元140依据转动角度θ及一第一轴向角度θB1计算一第一增益GB1，并依据转动角度θ及一第二轴向角度θB2计算一第二增益GB2。第一轴向角度θB1及第二轴向角度θB2正交，并且第一轴向角度θB1及第二轴向角度θB2邻近于转动角度θ。举例来说，转动角度θ为45度时，第一轴向角度θB1及第二轴向角度θB2分别为0度及90度；转动角度θ为100度时，第一轴向角度θB1及第二轴向角度θB2分别为90度及180度；转动角度θ为200度时，第一轴向角度θB1及第二轴向角度θB2分别为180度及270度；转动角度θ为300度时，第一轴向角度θB1及第二轴向角度θB2分别为270度及0度。

增益计算单元140例如是依据下式(1)计算第一增益GB1。

GB1＝cos²(θ-θB1)…………………………………(1)

根据上式(1)，转动角度θ越靠近第一轴向角度θB1，第一增益GB1越接近1。转动角度θ越远离第一轴向角度θB1，第一增益GB1越接近0。

增益计算单元140例如是依据下式(2)计算第二增益GB2。

GB2＝sin²(θ-θB1)…………………………………(2)

根据上式(2)，转动角度θ越靠近第一轴向角度θB1，第二增益GB2越接近0。转动角度θ越远离第一轴向角度θB1，第二增益GB2越接近1。

也就是说，当转动角度θ越较靠近第一轴向角度θB1时，第一增益GB1大于第二增益GB2；当转动角度θ越较靠近第二轴向角度θB2时，第二增益GB2大于第一增益GB1。第一增益GB1及第二增益GB2可以反映出转动角度θ与第一轴向角度θB1与第二轴向角度θB2的远近关系。

接着，在步骤S150中，第一转换单元150以第一轴向角度θB1为中心，将声道初始信号eCL’、eL’、eSL’、eSR’、eR’、eCR’转换为一第一左声道更新信号ZL1及一第一右声道更新信号ZR1。请参照图5，其绘示以第一轴向角度θB1为中心做处理的示意图。第一转换单元150通过反向HRTF演算法，获得六个声道虚拟信号SCL、SL、SSL、SSR、SR、SCR。六个声道虚拟信号SCL、SL、SSL、SSR、SR、SCR的角度分别为45度、90度、135度、225度、270度、315度。第一转换单元150再以第一轴向角度θB1为中心通过正向HRTF演算法，获得第一左声道更新信号ZL1及第一右声道更新信号ZR1。

然后，在步骤S160中，第二转换单元160以第二轴向角度θB2为中心，将声道初始信号eCL’、eL’、eSL’、eSR’、eR’、eCR’转换为一第二左声道更新信号ZL2及一第二右声道更新信号ZR2。请参照图6，其绘示以第二轴向角度θB2为中心做处理的示意图。第二转换单元160通过反向HRTF演算法，获得六个声道虚拟信号SCL、SL、SSL、SSR、SR、SCR。六个声道虚拟信号SCL、SL、SSL、SSR、SR、SCR的角度分别为45度、90度、135度、225度、270度、315度。第二转换单元160再以第二轴向角度θB2为中心通过正向HRTF演算法，获得第二左声道更新信号ZL2及第二右声道更新信号ZR2。

上述步骤S150及步骤S160的步骤顺序可交换，或者同时执行。

接着，在步骤S170中，合成单元170依据第一增益GB1及第二增益GB2，合成第一左声道更新信号ZL1及第二左声道更新信号ZL2为一左声道修正信号ZL，并合成第一右声道更新信号ZR1及第二右声道更新信号ZR2为一右声道修正信号ZR。在本实施例中，合成单元170例如是依据下式(3)、(4)获得左声道修正信号ZL及右声道修正信号ZR。

ZL＝GB1·ZL1+GB2·ZL2……………………………(3)

ZR＝GB1·ZR1+GB2·ZR2…………………………(4)

请参照图7A～7B，图7A绘示在转动角度θ为0度且声源位于X轴负方向时，未经过正交基底修正的左耳信号与右耳信号的示意图。从图7A可以看出，左耳信号强度明显高于右耳信号强度，故使用者可以正确感受到声源的位置。图7B绘示在转动角度θ为0度且声源位于Y轴正方向时，未经过正交基底修正的左耳信号与右耳信号的示意图。从图7B可以看出，左耳信号强度与右耳信号强度接近，故使用者可以正确感受到声源的位置。

请参照图8A～8B，图8A绘示在转动角度θ为45度且声源位于X轴负方向时，未经过正交基底修正的左耳信号与右耳信号的示意图。从图8A可以看出，右耳信号强度平均高于左耳信号强度9.5dB。图8B绘示在转动角度θ为45度且声源位于Y轴正方向时，未经过正交基底修正的左耳信号与右耳信号的示意图。从图8B可以看出，左耳信号强度与右耳信号强度平均只差了2dB。从图8A与图8B的比较来看，两者的信号强度差异不同，使用者无法正确感受到声源的位置。

请参照图9A～9B，图9A绘示在转动角度θ为90度且声源位于X轴负方向时，未经过正交基底修正的左耳信号与右耳信号的示意图。从图9A可以看出，右耳信号强度与左耳信号强度趋近一致。图9B绘示在转动角度θ为90度且声源位于Y轴正方向时，未经过正交基底修正的左耳信号与右耳信号的示意图。从图9B可以看出，左耳信号强度与右耳信号强度平均只差了5.5dB，故使用者无法正确感受到声源的位置。

从上述图7A～9B可知，未经过正交基底修正时，使用者无法正确感受到声源的位置。本实施例通过正交基底修正的技术，让使用者能够正确感受到声源的位置。

请参照图10A～10B，图10A绘示在转动角度θ为0度且声源位于X轴负方向时，已经过正交基底修正的左耳信号与右耳信号的示意图。从图10A可以看出，左耳信号强度明显高于右耳信号强度，故使用者可以正确感受到声源的位置。图10B绘示在转动角度θ为0度且声源位于Y轴正方向时，已经过正交基底修正的左耳信号与右耳信号的示意图。从图10B可以看出，左耳信号强度与右耳信号强度接近，故使用者可以正确感受到声源的位置。

请参照图11A～11B，图11A绘示在转动角度θ为45度且声源位于X轴负方向时，已经过正交基底修正的左耳信号与右耳信号的示意图。从图11A可以看出，右耳信号强度与左耳信号强度平均差异为5.8dB。图11B绘示在转动角度θ为45度且声源位于Y轴正方向时，已经过正交基底修正的左耳信号与右耳信号的示意图。从图11B可以看出，左耳信号强度与右耳信号强度平均差了5.9dB。从图11A与图11B的比较来看，两者的信号强度差异接近，使用者可以正确感受到声源的位置。

请参照图12A～12B，图12A绘示在转动角度θ为90度且声源位于X轴负方向时，已经过正交基底修正的左耳信号与右耳信号的示意图。从图12A可以看出，右耳信号强度与左耳信号强度平均差异为0dB，故使用者可以正确感受到声源的位置。图12B绘示在转动角度θ为90度且声源位于Y轴正方向时，已经过正交基底修正的左耳信号与右耳信号的示意图。从图12B可以看出，左耳信号强度与右耳信号强度平均差了10dB，故使用者可以正确感受到声源的位置。

根据上述实施例，六或八声道安排在本实施例所提出的角度，能够有效提升六或八声道的方向感。此外，本实施例根据使用者的转动角度θ，通过正交基底修正的方式获得左声道修正信号ZL及右声道修正信号ZR，大幅提升多声道的临场感。

综上所述，虽然本发明已以实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明。本发明所属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰。因此，本发明的保护范围当视后附的申请专利范围所界定者为准。

Claims (6)

1.一种正交基底修正的音效控制方法，其特征在于，包括：

接收一左声道原始信号及一右声道原始信号；

依据该左声道原始信号及该右声道原始信号，生成六或八个声道初始信号；

检测一使用者的一转动角度；

依据该转动角度及一第一轴向角度计算一第一增益，并依据该转动角度及一第二轴向角度计算一第二增益，该第一轴向角度及该第二轴向角度正交；

以该第一轴向角度为中心，将上述声道初始信号转换为一第一左声道更新信号及一第一右声道更新信号；

以该第二轴向角度为中心，将上述声道初始信号转换为一第二左声道更新信号及一第二右声道更新信号；以及

依据该第一增益及该第二增益，合成该第一左声道更新信号及该第二左声道更新信号为一左声道修正信号，并合成该第一右声道更新信号及该第二右声道更新信号为一右声道修正信号；

其中，该第一增益GB1依据公式1取得，且该第二增益GB2依据公式2取得，其中θ为该转动角度，θB1为该第一轴向角度，而θB2为该第二轴向角度；

GB1＝cos²(θ-θB1)………公式1；

GB2＝sin²(θ-θB1)………公式2；

其中，该第一轴向角度及该第二轴向角度邻近于该转动角度。

2.如权利要求1所述的正交基底修正的音效控制方法，其特征在于，上述声道初始信号的数量为六个，上述声道初始信号对应于45度、90度、135度、225度、270度及315度。

3.如权利要求2所述的正交基底修正的音效控制方法，其特征在于，对应于45度及315度的上述声道初始信号相同。

4.一种正交基底修正的音效输出装置，其特征在于，包括：

一接收单元，用以接收一左声道原始信号及一右声道原始信号；

一多声道生成单元，用以依据该左声道原始信号及该右声道原始信号，生成六或八个声道初始信号；

一转动检测单元，用以检测一使用者的一转动角度；

一增益计算单元，用以依据该转动角度及一第一轴向角度计算一第一增益，并依据该转动角度及一第二轴向角度计算一第二增益，该第一轴向角度及该第二轴向角度正交；

一第一转换单元，以该第一轴向角度为中心，将上述声道初始信号转换为一第一左声道更新信号及一第一右声道更新信号；

一第二转换单元，以该第二轴向角度为中心，将上述声道初始信号转换为一第二左声道更新信号及一第二右声道更新信号；以及

一合成单元，用以依据该第一增益及该第二增益，合成该第一左声道更新信号及该第二左声道更新信号为一左声道修正信号，并合成该第一右声道更新信号及该第二右声道更新信号为一右声道修正信号；

其中，该第一增益GB1依据公式1取得，且该第二增益GB2依据公式2取得，其中θ为该转动角度，θB1为该第一轴向角度，而θB2为该第二轴向角度；

GB1＝cos²(θ-θB1)………公式1；

GB2＝sin²(θ-θB1)………公式2；

其中，该第一轴向角度及该第二轴向角度邻近于该转动角度。

5.如权利要求4所述的正交基底修正的音效输出装置，其特征在于，上述声道初始信号的数量为六个，上述声道初始信号对应于45度、90度、135度、225度、270度及315度。

6.如权利要求5所述的正交基底修正的音效输出装置，其特征在于，对应于45度及315度的上述声道初始信号相同。

Images