CN110881164A - 增益动态调节的音效控制方法及音效输出装置 - Google Patents

增益动态调节的音效控制方法及音效输出装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种增益动态调节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。依据一转动角度及一双声道相关性，计算一中心声道增益、一左声道增益、一左环绕声道增益、一右环绕声道增益及一右声道增益，并据以转换一左声道原始信号及一右声道原始信号为一中心声道虚拟信号、一左声道虚拟信号、一左环绕声道虚拟信号、一右环绕声道虚拟信号及一右声道虚拟信号。依据该中心声道虚拟信号、该左声道虚拟信号、该左环绕声道虚拟信号、该右环绕声道虚拟信号及该右声道虚拟信号，获得一左声道更新信号及一右声道更新信号。

Description

增益动态调节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增益动态调节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
本发明有关于一种增益动态调节的音效控制方法及音效输出装置，其利用五声道虚拟信号的角度的安排，并且动态调整五声道的增益，使得使用者在转动时，能够对应调整五声道虚拟信号，大幅提升五声道的临场感。
根据本发明的第一方面，提出一种增益动态调节的音效控制方法。增益动态调节的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，计算一双声道相关性。依据一转动角度及该双声道相关性，计算一中心声道增益、一左声道增益、一左环绕声道增益、一右环绕声道增益及一右声道增益，该中心声道增益不同于该左声道增益及该右声道增益。依据该中心声道增益、该左声道增益、该左环绕声道增益、该右环绕声道增益及该右声道增益，转换该左声道原始信号及该右声道原始信号为一中心声道虚拟信号、一左声道虚拟信号、一左环绕声道虚拟信号、一右环绕声道虚拟信号及一右声道虚拟信号。依据该中心声道虚拟信号、该左声道虚拟信号、该左环绕声道虚拟信号、该右环绕声道虚拟信号及该右声道虚拟信号，获得一左声道更新信号及一右声道更新信号。
根据本发明的第二方面，提出一种增益动态调节的音效输出装置。音效输出装置包括一接收单元、一相关性计算单元、一增益计算单元、一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。该相关性计算单元依据该左声道原始信号及该右声道原始信号，计算一双声道相关性。该增益计算单元依据一转动角度及该双声道相关性，计算一中心声道增益、一左声道增益、一左环绕声道增益、一右环绕声道增益及一右声道增益，该中心声道增益不同于该左声道增益及该右声道增益。该转换单元依据该中心声道增益、该左声道增益、该左环绕声道增益、该右环绕声道增益及该右声道增益，转换该左声道原始信号及该右声道原始信号为一中心声道虚拟信号、一左声道虚拟信号、一左环绕声道虚拟信号、一右环绕声道虚拟信号及一右声道虚拟信号。该合成单元依据该中心声道虚拟信号、该左声道虚拟信号、该左环绕声道虚拟信号、该右环绕声道虚拟信号及该右声道虚拟信号，获得一左声道更新信号及一右声道更新信号。
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4绘示五声道的示意图。
图5绘示转动角度的示意图。
图6A绘示在转动角度为0度且声源位于X轴负方向时，未经过增益动态调节的左耳信号与右耳信号的示意图。
图6B绘示在转动角度为0度且声源位于Y轴正方向时，未经过增益动态调节的左耳信号与右耳信号的示意图。
图7A绘示在转动角度为90度且声源位于X轴负方向时，未经过增益动态调节的左耳信号与右耳信号的示意图。
图7B绘示在转动角度为90度且声源位于Y轴正方向时，未经过增益动态调节的左耳信号与右耳信号的示意图。
图8A绘示在转动角度为0度且声源位于X轴负方向时，已经过增益动态调节的左耳信号与右耳信号的示意图。
图8B绘示在转动角度为0度且声源位于Y轴正方向时，已经过增益动态调节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，已经过增益动态调节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，已经过增益动态调节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：相关性计算单元
130：转动检测单元
140：增益计算单元
150：转换单元
151：多声道生成器
152：运算器
153：乘法器
160：合成单元
170：左声道输出单元
180：右声道输出单元
200：头戴式显示器
300：运算装置
eL：左声道原始信号
eR：右声道原始信号
eC’：中心声道初始信号
eL’：左声道初始信号
eSL’：左环绕声道初始信号
eSR’：右环绕声道初始信号
eR’：右声道初始信号
f1：第一函数
f2：第二函数
gC：中心声道增益
gL：左声道增益
gSL：左环绕声道增益
gSR：右环绕声道增益
gR：右声道增益
RLR：双声道相关性
SC：中心声道虚拟信号
SL：左声道虚拟信号
SSL：左环绕声道虚拟信号
SSR：右环绕声道虚拟信号
SR：右声道虚拟信号
SC’：中心声道转换信号
SL’：左声道转换信号
SSL’：左环绕声道转换信号
SSR’：右环绕声道转换信号
SR’：右声道转换信号
S110、S120、S130、S140、S150、S160、S170：步骤
ZL：左声道更新信号
ZR：右声道更新信号
V2：显示内容
θ：转动角度
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可转换为一左声道更新信号ZL及一右声道更新信号ZR，左声道更新信号ZL及右声道更新信号ZR模拟五个虚拟喇叭的五声道模拟信号，且五声道模拟信号的增益可以随着使用者的转动动态调节，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、一相关性计算单元120、一转动检测单元130、一增益计算单元140、一转换单元150、一合成单元160及一左声道输出单元170及一右声道输出单元180。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。相关性计算单元120、增益计算单元140、转换单元150及合成单元160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170及右声道输出单元180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。左声道原始信号eL及右声道原始信号eR传统上会直接传送至左声道输出单元170及右声道输出单元180进行输出。请参照图4，其绘示五声道的示意图。在本实施例中，通过转换单元150将左声道原始信号eL及右声道原始信号eR转换为一中心声道虚拟信号SC、一左声道虚拟信号SL、一左环绕声道虚拟信号SSL、一右环绕声道虚拟信号SSR及一右声道虚拟信号SR，然后再合成出左声道更新信号ZL及右声道更新信号ZR。如此一来，使用者以双声道的音效输出装置100聆听左声道更新信号ZL及右声道更新信号ZR时，能够感受到五声道的立体临场感。
如图4所示，中心声道虚拟信号SC位于0度，左声道虚拟信号SL位于90度，右声道虚拟信号SR位于270度。左环绕声道虚拟信号SSL位于135度，右环绕声道虚拟信号SSR位于225度。传统上，左声道虚拟信号SL不会位于90度，右声道虚拟信号SR也不会位于270度。经研究人员的研究发现，在左声道虚拟信号SL位于90度且右声道虚拟信号SR位于270度的情况下，可以对左声道虚拟信号SL及右声道虚拟信号SR做最好的控制，最终所合成出来的左声道更新信号ZL及右声道更新信号ZR也能够获得最佳效果。关于效果的说明，叙述于流程图之后。
在步骤S120中，相关性计算单元120依据左声道原始信号eL及右声道原始信号eR，计算一双声道相关性RLR。举例来说，双声道相关性RLR例如是依据下式(1)获得。其中，左声道原始信号eL及右声道原始信号eR分别被选取N个点，eL(n)表示左声道原始信号eL的第n个点，eR(n)表示右声道原始信号eR的第n个点。
Figure BDA0001791184590000061
从式(1)可以看出，当左声道原始信号eL相当近似于右声道原始信号eR时，双声道相关性RLR为1。当左声道原始信号eL不近似于右声道原始信号eR时，双声道相关性RLR远小于1。双声道相关性RLR介于0到1之间。
然后，在步骤S130中，转动检测单元130检测使用者的转动角度θ。请参照图5，其绘示转动角度θ的示意图。转动角度θ例如是逆时针转动的角度。
接着，在步骤S140中，增益计算单元140依据转动角度θ及双声道相关性RLR，计算一中心声道增益gC、一左声道增益gL、一左环绕声道增益gSL、一右环绕声道增益gSR及一右声道增益gR。举例来说，中心声道增益gC、左环绕声道增益gSL及右环绕声道增益gSR例如是依据以下第一函数f1进行计算。左声道增益gL及右声道增益gR例如是依据以下第二函数f2进行计算。
gC＝gSL＝gSR＝f1(θ,RLR)＝cos2θ+2·sin2θ·|RLR|…………(2)
gL＝gR＝f2(θ,RLR)＝cos2θ+2·sin2θ·(1-|RLR|)……………(3)
中心声道增益gC不同于左声道增益gL及右声道增益gR；左声道增益gL与右声道增益gR相同，且中心声道增益gC、左环绕声道增益gSL及右环绕声道增益gSR相同。
依照当下转动角度θ和双声道相关性RLR，可以调节中心声道增益gC、左声道增益gL、左环绕声道增益gSL、右环绕声道增益gSR及右声道增益gR。当转动角度θ为0度时，中心声道增益gC、左声道增益gL、左环绕声道增益gSL、右环绕声道增益gSR及右声道增益gR都为1。随着转动角度θ的改变，双声道相关性RLR影响的幅度改变。当转动角度θ为90度时，若双声道相关性RLR高，则中心声道增益gC、左环绕声道增益gSL及右环绕声道增益gSR会增加，且左声道增益gL与右声道增益gR会降低。也就是说，转动角度为90度时，中心声道增益gC正相关于双声道相关性RLR，左声道增益gL与右声道增益gR负相关于双声道相关性RLR。
然后，在步骤S150，转换单元150依据中心声道增益gC、左声道增益gL、左环绕声道增益gSL、右环绕声道增益gSR及右声道增益gR，转换左声道原始信号eL及右声道原始信号eR为中心声道虚拟信号SC、左声道虚拟信号SL、左环绕声道虚拟信号SSL、右环绕声道虚拟信号SSR及右声道虚拟信号SR。在此步骤中，多声道生成器151依据左声道原始信号eL及右声道原始信号eR生成一中心声道初始信号eC’、一左声道初始信号eL’、一左环绕声道初始信号eSL’、一右环绕声道初始信号eSR’及一右声道初始信号eR’。接着，运算器152以反向HRTF演算法将中心声道初始信号eC’、左声道初始信号eL’、左环绕声道初始信号eSL’、右环绕声道初始信号eSR’及右声道初始信号eR’转换为一中心声道转换信号SC’、一左声道转换信号SL’、一左环绕声道转换信号SSL’、一右环绕声道转换信号SSR’及一右声道转换信号SR’。然后，乘法器153将反向HRTF演算法的演算结果(即中心声道转换信号SC’、左声道转换信号SL’、左环绕声道转换信号SSL’、右环绕声道转换信号SSR’及右声道转换信号SR’)乘上中心声道增益gC、左声道增益gL、左环绕声道增益gSL、右环绕声道增益gSR及右声道增益gR，以得到中心声道虚拟信号SC、左声道虚拟信号SL、左环绕声道虚拟信号SSL、右环绕声道虚拟信号SSR及右声道虚拟信号SR。
接着，在步骤S160中，合成单元160依据中心声道虚拟信号SC、左声道虚拟信号SL、左环绕声道虚拟信号SSL、右环绕声道虚拟信号SSR及右声道虚拟信号SR，获得左声道更新信号ZL及右声道更新信号ZR。在此步骤中，合成单元160以正向HRTF演算法进行运算，以获得左声道更新信号ZL及右声道更新信号ZR。也就是说，左声道原始信号eL及右声道原始信号eR经过反向HRTF演算法及正向HRTF演算法之后，获得左声道更新信号ZL及右声道更新信号ZR。而在本实施例的反向HRTF演算法的演算过程中，采用了增益动态调节技术，以提升反向HRTF演算法的精确度。
然后，在步骤S170中，分别以左声道输出单元170及右声道输出单元180输出左声道更新信号ZL及右声道更新信号ZR。
请参照图6A～6B，图6A绘示在转动角度θ为0度且声源位于X轴负方向时，未经过增益动态调节的左耳信号与右耳信号的示意图。从图6A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6B绘示在转动角度θ为0度且声源位于Y轴正方向时，未经过增益动态调节的左耳信号与右耳信号的示意图。从图6B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7A～7B，图7A绘示在转动角度θ为90度且声源位于X轴负方向时，未经过增益动态调节的左耳信号与右耳信号的示意图。从图7A可以看出，右耳信号强度平均高于左耳信号强度3.5dB，故使用者无法正确感受到声源的位置。图7B绘示在转动角度θ为90度且声源位于Y轴正方向时，未经过增益动态调节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平均只差了4.5dB，故使用者无法正确感受到声源的位置。
从上述图6A～7B可知，未经过增益动态调节时，使用者无法正确感受到声源的位置。本实施例通过增益动态调节的技术，让使用者能够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0度且声源位于X轴负方向时，已经过增益动态调节的左耳信号与右耳信号的示意图。从图8A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8B绘示在转动角度θ为0度且声源位于Y轴正方向时，已经过增益动态调节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接近，故使用者可以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，已经过增益动态调节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平均差异为0dB，故使用者可以正确感受到声源的位置。图9B绘示在转动角度θ为90度且声源位于Y轴正方向时，已经过增益动态调节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差了5.5dB，故使用者可以正确感受到声源的位置。
根据上述实施例，中心声道虚拟信号SC、左声道虚拟信号SL、左环绕声道虚拟信号SSL、右环绕声道虚拟信号SSR及右声道虚拟信号SR安排在本实施例所提出的角度，能够有效提升五声道的方向感。此外，本实施例根据使用者的转动角度θ动态调整中心声道增益gC、左声道增益gL、左环绕声道增益gSL、右环绕声道增益gSR及右声道增益gR，使得使用者在转动时，能够对应调整中心声道虚拟信号SC、左声道虚拟信号SL、左环绕声道虚拟信号SSL、右环绕声道虚拟信号SSR及右声道虚拟信号SR，大幅提升五声道的临场感。
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 (14)

1.一种增益动态调节的音效控制方法，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，计算一双声道相关性；
依据一转动角度及该双声道相关性，计算一中心声道增益、一左声道增益、一左环绕声道增益、一右环绕声道增益及一右声道增益，该中心声道增益不同于该左声道增益及该右声道增益；
依据该中心声道增益、该左声道增益、该左环绕声道增益、该右环绕声道增益及该右声道增益，转换该左声道原始信号及该右声道原始信号为一中心声道虚拟信号、一左声道虚拟信号、一左环绕声道虚拟信号、一右环绕声道虚拟信号及一右声道虚拟信号；以及
依据该中心声道虚拟信号、该左声道虚拟信号、该左环绕声道虚拟信号、该右环绕声道虚拟信号及该右声道虚拟信号，获得一左声道更新信号及一右声道更新信号。
2.如权利要求1所述的增益动态调节的音效控制方法，其特征在于，该中心声道虚拟信号位于0度，该左声道虚拟信号位于90度，该右声道虚拟信号位于270度。
3.如权利要求2所述的增益动态调节的音效控制方法，其特征在于，该左环绕声道虚拟信号位于135度，该右环绕声道虚拟信号位于225度。
4.如权利要求1所述的增益动态调节的音效控制方法，其特征在于，该左声道增益与该右声道增益相同。
5.如权利要求1所述的增益动态调节的音效控制方法，其特征在于，该中心声道增益、该左环绕声道增益及该右环绕声道增益相同。
6.如权利要求1所述的增益动态调节的音效控制方法，其特征在于，转动角度为90度时，该中心声道增益正相关于该双声道相关性，该左声道增益与该右声道增益负相关于该双声道相关性。
7.如权利要求1所述的增益动态调节的音效控制方法，其特征在于，该中心声道增益以一第一函数计算，该左声道增益及该右声道增益以一第二函数计算，该第一函数不同于该第二函数。
8.一种增益动态调节的音效输出装置，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；
一相关性计算单元，依据该左声道原始信号及该右声道原始信号，计算一双声道相关性；
一增益计算单元，依据一转动角度及该双声道相关性，计算一中心声道增益、一左声道增益、一左环绕声道增益、一右环绕声道增益及一右声道增益，该中心声道增益不同于该左声道增益及该右声道增益；
一转换单元，依据该中心声道增益、该左声道增益、该左环绕声道增益、该右环绕声道增益及该右声道增益，转换该左声道原始信号及该右声道原始信号为一中心声道虚拟信号、一左声道虚拟信号、一左环绕声道虚拟信号、一右环绕声道虚拟信号及一右声道虚拟信号；以及
一合成单元，依据该中心声道虚拟信号、该左声道虚拟信号、该左环绕声道虚拟信号、该右环绕声道虚拟信号及该右声道虚拟信号，获得一左声道更新信号及一右声道更新信号。
9.如权利要求8所述的增益动态调节的音效输出装置，其特征在于，该中心声道虚拟信号位于0度，该左声道虚拟信号位于90度，该右声道虚拟信号位于270度。
10.如权利要求9所述的增益动态调节的音效输出装置，其特征在于，该左环绕声道虚拟信号位于135度，该右环绕声道虚拟信号位于225度。
11.如权利要求8所述的增益动态调节的音效输出装置，其特征在于，该左声道增益与该右声道增益相同。
12.如权利要求8所述的增益动态调节的音效输出装置，其特征在于，该中心声道增益、该左环绕声道增益及该右环绕声道增益相同。
13.如权利要求8所述的增益动态调节的音效输出装置，其特征在于，转动角度为90度时，该中心声道增益正相关于该双声道相关性，该左声道增益与该右声道增益负相关于该双声道相关性。
14.如权利要求8所述的增益动态调节的音效输出装置，其特征在于，该中心声道增益以一第一函数计算，该左声道增益及该右声道增益以一第二函数计算，该第一函数不同于该第二函数。
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