CN111131970A - 过滤音频信号的音频信号处理装置和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种音频信号处理装置(100)，用于过滤左声道输入音频信号(L)和右声道输入音频信号(R)，其中左声道输出音频信号(X1)和右声道输出音频信号(X2)经声学传播路径传输给听者，所述声学传播路径的传输函数由声学传输函数矩阵定义，所述音频信号处理装置(100)包括：分解器(101)、第一串扰抑制器(103)、第二串扰抑制器(105)和合路器(107)。第一串扰抑制器(103)用于根据所述声学传输函数矩阵抑制预先确定的第一频带内的串扰，第二串扰抑制器(105)用于根据所述声学传输函数矩阵抑制预先确定的第二频带内的串扰。

Description

过滤音频信号的音频信号处理装置和方法
技术领域
本发明涉及音频信号处理领域，尤其涉及音频信号内的串扰抑制。
背景技术
众多应用中，抑制音频信号内的串扰大受瞩目。例如，当使用扬声器为听者重现双耳音频信号时，听者右耳通常也可以听见其左耳所听到的音频信号，这种效应称为串扰。通过添加逆滤波器至音频重现链，可以抑制串扰。串扰抑制也称为串扰消除，可通过过滤音频信号加以实现。
通常情况下，不可能精确地进行逆滤波，而只是使用其近似值。由于逆滤波器通常不稳定，为控制所述逆滤波器的增益并减少动态范围损失，将这些近似值正则化。换言之，由于病态性，所述逆滤波器对误差敏感，即重现链中的小误差可能导致重现点上的大误差，从而导致狭窄最有效点和无用音染，正如Takeuchi,T.和Nelson,P.A.于2002年在JournalASA 112(6)上发表的《扬声器上的双耳合成法的最佳声源分布》一文中所述。
在EP 1545154 A2中，为确定所述逆滤波器，从扬声器到听者进行测量。然而，由于正则化，此方法中最有效点狭窄，且存在无用音染。因为在优化阶段，所有频率一律平等，因此低高频分量由于病态性易引起误差。
在M.R.Bai,G.Y.Shih,C.C.Lee于2007年在Journal ASA 121(1)上发表的《双扬声器手机的音频声场定位技术的对比研究》一文中，为降低设计所述逆滤波器的复杂度，使用子带划分。在此方法中，为通过多速率方式抑制串扰，使用正交镜像滤波器组，然而，所有频率一律平等，且仅仅进行子带划分以降低复杂度。因此，使用高的正则化值，削弱了空间感和音质。
在US 2013/0163766 A1，为优化正则化值的选择，使用子带分析。由于低高频分量使用大的正则化值，因此，此方法中的空间感和音质受到影响。
发明内容
本发明的目的在于提供一种过滤左声道输入音频信号和右声道输入音频信号的有效概念。
该目的通过独立权利要求的特点加以实现。通过结合从属权利要求、说明书和附图，进一步的实现方式将会变得更加清楚。
本发明是基于这一发现：所述左声道输入音频信号和所述右声道输入音频信号可分解为多个预先确定的频带。选择每个预先确定的频带以提高每个预先确定的频带内的相关双耳线索的准确性，比如双耳时间差(Inter-aural Time Difference，简称ITD)和双耳声压差(Inter-aural Level Difference，简称ILD)，从而使复杂度降至最低。
可选择每个预先确定的频带，从而能够提供鲁棒性，避免无用音染。在低频处，如低于1.6kHz，可使用简单的时延和增益来抑制串扰，这样，在保持高品质音效的同时可以提供精确的双耳时间差(Inter-aural Time Difference，简称ITD)。在中频处，如在1.6kHz和6kHz之间，可进行串扰抑制，从而准确地重现音频信号之间的双耳声压差(Inter-auralLevel Difference，简称ILD)。为避免谐波失真和无用音染，可以延迟和/或绕开超低频分量如低于200Hz和超高频分量如高于6kHz。对于低于1.6kHz的频率，通过双耳时间差(Inter-aural Time Difference，简称ITD)可控制声源定位；至于高于此的频率，通过双耳声压差(Inter-aural Level Difference，简称ILD)的效应可增加系统的频率，在高频处使其成为主要线索。
第一方面，本发明涉及一种音频信号处理装置，用于过滤左声道输入音频信号，以获取左声道输出音频信号，并过滤右声道输入音频信号，以获取右声道输出音频信号，其中所述左声道输出音频信号和所述右声道输出音频信号经声学传播路径传输给听者，所述声学传播路径的传输函数由声学传输函数矩阵定义，所述音频信号处理装置包括：分解器，用于将所述左声道输入音频信号分解为第一左声道输入音频子信号和第二左声道输入音频子信号，并将所述右声道输入音频信号分解为第一右声道输入音频子信号和第二右声道输入音频子信号，其中将所述第一左声道输入音频子信号和所述第一右声道输入音频子信号分配给预先确定的第一频带，将所述第二左声道输入音频子信号和所述第二右声道输入音频子信号分配给预先确定的第二频带；第一串扰抑制器，用于根据所述声学传输函数矩阵抑制所述预先确定的第一频带内所述第一左声道输入音频子信号和所述第一右声道输入音频子信号之间的串扰，以获取第一左声道输出音频子信号和第一右声道输出音频子信号；第二串扰抑制器，用于根据所述声学传输函数矩阵抑制所述预先确定的第二频带内所述第二左声道输入音频子信号和所述第二右声道输入音频子信号之间的串扰，以获取第二左声道输出音频子信号和第二右声道输出音频子信号；合路器，用于合并所述第一左声道输出音频子信号和所述第二左声道输出音频子信号，以获取所述左声道输出音频信号，并合并所述第一右声道输出音频子信号和所述第二右声道输出音频子信号，以获取所述右声道输出音频信号。这样，实现了过滤左声道输入音频信号和右声道输入音频信号的有效概念。
所述音频信号处理装置可抑制所述左声道输入音频信号和所述右声道输入音频信号之间的串扰。所述预先确定的第一频带可包括低频分量，所述第二预先确定的频带可包括中频分量。
根据第一方面，在所述音频信号处理装置的第一种实现方式中，所述左声道输出音频信号经左扬声器和所述听者左耳之间的第一声学传播路径和所述左扬声器和所述听者右耳之间的第二声学传播路径传输，所述右声道输出音频信号经右扬声器和所述听者右耳之间的第三声学传播路径和所述右扬声器和所述听者左耳之间的第四声学传播路径传输，其中所述第一声学传播路径的第一传输函数、所述第二声学传播路径的第二传输函数、所述第三声学传播路径的第三传输函数和所处第四声学传播路径的第四传输函数组成所述声学传输函数矩阵。这样，对于所述听者，根据所述左扬声器和所述右扬声器的设置提供所述声学传输函数矩阵。
根据第一方面或第一方面的上述任一实现方式，在所述音频信号处理装置的第二种实现方式中，所述第一串扰抑制器用于根据所述声学传输函数矩阵确定第一串扰抑制矩阵，并根据所述第一串扰抑制矩阵过滤所述第一左声道输入音频子信号和所述第一右声道输入音频子信号。这样，所述第一串扰抑制器可以有效地抑制串扰。
根据第一方面的第二种实现方式，在所述音频信号处理装置的第三种实现方式中，所述第一串扰抑制矩阵的元素表示与所述第一左声道输入音频子信号和所述第一右声道输入音频子信号相关联的增益和时延，其中所述增益和所述时延在所述预先确定的第一频带内恒定。这样，可以有效地提供双耳时间差(Inter-aural Time Difference，简称ITD)。
根据第一方面的第三种实现方式，在所述音频信号处理装置的第四种实现方式中，所述第一串扰抑制器用于根据下列方程式确定所述第一串扰抑制矩阵：
Figure BDA0002289993140000031
Aij＝max{|Cij|}·sign(Cijmax)
C＝(HHH+β(ω)I)-1HHe-jωM
其中，CS1表示所述第一串扰抑制矩阵，Aij表示所述增益，dij表示所述时延，C表示通用串扰抑制矩阵，Cij表示所述通用串扰抑制矩阵的元素，Cijmax表示所述通用串扰抑制矩阵中的元素Cij的最大值，H表示所述声学传输函数矩阵，I表示单位矩阵，β表示正则化系数，M表示建模延迟，ω表示角频。这样，根据在所述预先确定的第一频带内包括恒定增益和时延的最小均方串扰抑制方法确定所述第一串扰抑制矩阵。
根据第一方面或第一方面的上述任一实现方式，在所述音频信号处理装置的第五种实现方式中，所述第二串抑制器用于根据所述声学传输函数矩阵确定第二串扰抑制矩阵，并根据所述第二串扰抑制矩阵过滤所述第二左声道输入音频子信号和所述第二右声道输入音频子信号。这样，所述第二串扰抑制器有效地抑制了串扰。
根据第一方面的第五种实现方式，在所述音频信号处理装置的第六种实现方式中，所述第二串扰抑制器用于根据下列方程式确定所述第二串扰抑制矩阵：
CS2＝BP(HHH+β(ω)I)-1HHe-jωM
其中，CS2表示所述第二串扰抑制矩阵，H表示所述声学传输函数矩阵，I表示单位矩阵，BP表示带通滤波器，β表示正则化系数，M表示建模延迟，ω表示角频。这样，根据最小均方串扰抑制方法确定所述第二串扰抑制矩阵，在所述预先确定的第二频带内可进行带通滤波。
根据第一方面或第一方面的上述任一实现方式，在所述音频信号处理装置的第七种实现方式中，所述音频信号处理装置还包括：延时器，用于基于时延在预先确定的第三频带内延迟第三左声道输入音频子信号，以获取第三左声道输出音频子信号，并基于另一时延在所述预先确定的第三频带内确定第三右声道输入音频子信号，以获取第三右声道输出音频子信号；其中所述分解器用于将所述左声道输入音频信号分解为所述第一左声道输入音频子信号、所述第二左声道输入音频子信号和所述第三左声道输入音频子信号，并将所述右声道输入音频信号分解为所述第一右声道输入音频子信号、所述第二右声道输入音频子信号和所述第三右声道输入音频子信号，其中将所述第三左声道输入音频子信号和所述第三右声道输入音频子信号分配给所述预先确定的第三频带；所述合路器用于合并所述第一左声道输出音频子信号、所述第二左声道输出音频子信号和所述第三左声道输出音频子信号，以获取所述左声道输出音频信号，并合并所述第一右声道输出音频子信号、所述第二右声道输出音频子信号和所述第三右声道输出音频子信号，以获取所述右声道输出音频信号。这样，在所述预先确定的第三频带内实现了旁路，所述预先确定的第三频带可包括超低频分量。
根据第一方面的第七种实现方式，在所述音频信号处理装置的第八种实现方式中，所述音频信号处理装置还包括：另一延时器，用于基于所述时延在预先确定的第四频带内延迟第四左声道输入音频子信号，以获取第四左声道输出音频子信号，并基于所述另一时延在所述预先确定的第四频带内延迟第四右声道输入音频子信号，以获取第四右声道输出音频子信号；其中所述分解器用于将所述左声道输入音频信号分解为所述第一左声道输入音频子信号、所述第二左声道输入音频子信号、所述第三左声道输入音频子信号和所述第四左声道输入音频子信号，并将所述右声道输入音频信号分解为所述第一右声道输入音频子信号、所述第二右声道输入音频子信号、所述第三右声道输入音频子信号和所述第四右声道输入音频子信号，其中将所述第四左声道输入音频子信号和所述第四右声道输入音频子信号分配给所述预先确定的第四频带；所述合路器用于合并所述第一左声道输出音频子信号、所述第二左声道输出音频子信号、所述第三左声道输出音频子信号和所述第四左声道输出音频子信号，以获取所述左声道输出音频信号，并合并所述第一右声道输出音频子信号、所述第二右声道输出音频子信号、所述第三右声道输出音频子信号和所述第四右声道输出音频子信号，以获取所述右声道输出音频信号。这样，在所述预先确定的第四频带内实现了旁路，所述预先确定的第四频带可包括高频分量。
根据第一方面或第一方面的上述任一实现方式，在所述音频信号处理装置的第九种实现方式中，所述分解器为音频分频网络。这样，可以有效地分解所述左声道输入音频信号和所述右声道输入音频信号。
所述音频分频网络可以为模拟音频分频网络或数字音频分频网络。根据所述左声道输入音频信号和所述右声道输入音频信号的带通滤波，可以实现所述分解。
根据第一方面或第一方面的上述任一实现方式，在所述音频信号处理装置的第十种实现方式中，所述合路器用于将所述第一左声道输出音频子信号和所述第二左声道输出音频子信号相加，以获取所述左声道输出音频信号，并将所述第一右声道输出音频子信号和所述第二右声道输出音频子信号相加，以获取所述右声道输出音频信号。这样，所述合路器可以有效地实现叠加。
所述合路器还可用于添加所述第三左声道输出音频子信号和/或所述第四左声道输出音频子信号至所述第一左声道输出音频子信号和所述第二左声道输出音频子信号，以获取所述左声道输出音频信号；所述合路器还可用于添加所述第三右声道输出音频子信号和/或所述第四右声道输出音频子信号至所述第一右声道输出音频子信号和所述第二右声道输出音频子信号，以获取所述右声道输出音频信号。
根据第一方面或第一方面的上述任一实现方式，在所述音频信号处理装置的第十一种实现方式中，所述左声道输入音频信号由多声道输入音频信号的左前声道输入音频信号组成，所述右声道输入音频信号由所述多声道输入音频信号的右前声道输入音频信号组成；或者，所述左声道输入音频信号由多声道输入音频信号的左后声道输入音频信号组成，所述右声道输入音频信号由所述多声道输入音频信号的右后声道输入音频信号组成。这样，所述音频信号处理装置可以有效地处理多声道输入音频信号。
关于所述听者使用修改的最小均方的串扰抑制方法，所述第一串扰抑制器和/或所述第二串扰抑制器可以考虑设置虚拟扬声器。
根据第一方面的第十一种实现方式，在所述音频信号处理装置的第十二种实现方式中，所述多声道输入音频信号包括中心声道输入音频信号，其中所述合路器用于合并所述中心声道输入音频信号、所述第一左声道输出音频子信号和所述第二左声道输出音频子信号，以获取所述左声道输出音频信号，并合并所述中心声道输入音频信号、所述第一右声道输出音频子信号和所述第二右声道输出音频子信号，以获取所述右声道输出音频信号。这样，有效地实现了与未修改的中心声道输入音频信号的合并。
所述中心声道输入音频信号可进一步与所述第三左声道输出音频子信、所述第四左声道输出音频子信、所述第三右声道输出音频子信号和/或所述第四右声道输出音频子信号合并。
根据第一方面或第一方面的上述任一实现方式，在所述音频信号处理装置的第十三种实现方式中，所述音频信号处理装置还包括：存储器，用于存储所述声学传输函数矩阵，并向所述第一串扰抑制器和所述第二串扰抑制器提供所述声学传输函数矩阵。这样，可以有效地提供所述声学传输函数矩阵。
根据测量、通用的头部相关传输函数或者头部相关传输函数模型，可以确定所述声学传输函数矩阵。
第二方面，本发明涉及一种音频信号处理方法，用于过滤左声道输入音频信号，以获取左声道输出音频信号，并过滤右声道输入音频信号，以获取右声道输出音频信号，所述左声道输出音频信号和所述右声道输出音频信号经声学传播路径传输给听者，其中所述声学传播路径的传输函数由声学传输函数矩阵定义，所述音频信号处理方法包括：分解器将所述左声道输入音频信号分解为第一左声道输入音频子信号和第二左声道输入音频子信号；分解器将所述右声道输入音频信号分解为第一右声道输入音频子信号和第二右声道输入音频子信号，其中将所述第一左声道输入音频子信号和所述第一右声道输入音频子信号分配给预先确定的第一频带，将所述第二左声道输入音频子信号和所述第二右声道输入音频子信号分配给预先确定的第二频带；第一串扰抑制器根据所述声学传输函数矩阵抑制所述预先确定的第一频带内所述第一左声道输入音频子信号和所述第一右声道输入音频子信号之间的串扰，以获取第一左声道输出音频子信号和第一右声道输出音频子信号；第二串扰抑制器根据所述声学传输函数矩阵抑制所述预先确定的第二频带内所述第二左声道输入音频子信号和所述第二右声道输入音频子信号之间的串扰，以获取第二左声道输出音频子信号和第二右声道输出音频子信号；合路器合并所述第一左声道输出音频子信号和所述第二左声道输出音频子信号，以获取所述左声道输出音频信号；所述合路器合并所述第一右声道输出音频子信号和所述第二右声道输出音频子信号，以获取所述右声道输出音频信号。这样，实现了过滤左声道输入音频信号和右声道输入音频信号的有效概念。
所述音频信号处理方法可由所述音频信号处理装置执行，进一步，所述音频信号处理方法的特点直接来源于所述音频信号处理装置的功能。
根据第二方面，在所述音频信号处理方法的第一种实现方式中，所述左声道输出音频信号经左扬声器和所述听者左耳之间的第一声学传播路径和所述左扬声器和所述听者右耳之间的第二声学传播路径传输，所述右声道输出音频信号经右扬声器和所述听者右耳之间的第三声学传播路径和所述右扬声器和所述听者左耳之间的第四声学传播路径传输，其中所述第一声学传播路径的第一传输函数、所述第二声学传播路径的第二传输函数、所述第三声学传播路径的第三传输函数和所处第四声学传播路径的第四传输函数组成所述声学传输函数矩阵。这样，对于所述听者，根据所述左扬声器和所述右扬声器的设置提供了所述声学传输函数矩阵。
根据第二方面或第二方面的上述任一实现方式，在所述音频信号处理方法的第二种实现方式中，所述音频信号处理方法还包括：所述第一串扰抑制器根据所述声学传输函数矩阵确定第一串扰抑制矩阵；所述第一串扰抑制器根据所述第一串扰抑制矩阵过滤所述第一左声道输入音频子信号和所述第一右声道输入音频子信号。这样，所述第一串扰抑制器有效地抑制了串扰。
根据第二方面的第二种实现方式，在所述音频信号处理方法的第三种实现方式中，所述第一串扰抑制矩阵的元素表示与所述第一左声道输入音频子信号和所述第一右声道输入音频子信号相关联的增益和时延，其中所述增益和所述时延在所述预先确定的第一频带内恒定。这样，可以有效地提供双耳时间差(Inter-aural Time Difference，简称ITD)。
根据第二方面的第三种实现方式，在所述音频信号处理方法的第四种实现方式中，所述音频信号处理方法还包括：所述第一串扰抑制器根据下列方程式确定所述第一串扰抑制矩阵：
Figure BDA0002289993140000061
Aij＝max{|Cij|}·sign(Cijmax)
C＝(HHH+β(ω)I)-1HHe-jωM
其中，CS1表示所述第一串扰抑制矩阵，Aij表示所述增益，dij表示所述时延，C表示通用串扰抑制矩阵，Cij表示所述通用串扰抑制矩阵的元素，Cijmax表示所述通用串扰抑制矩阵中的元素Cij的最大值，H表示所述声学传输函数矩阵，I表示单位矩阵，β表示正则化系数，M表示建模延迟，ω表示角频。这样，根据在所述预先确定的第一频带内包括恒定增益和时延的最小均方串扰抑制方法确定所述第一串扰抑制矩阵。
根据第二方面或第二方面的上述任一实现方式，在所述音频信号处理方法的第五种实现方式中，所述音频信号处理方法还包括：所述第二串扰抑制器根据所述声学传输函数矩阵确定第二串扰抑制矩阵；所述第二串扰抑制器根据所述第二串扰抑制矩阵过滤所述第二左声道输入音频子信号和所述第二右声道输入音频子信号。这样，所述第二串扰抑制器有效地抑制了串扰。
根据第二方面的第五种实现方式，在所述音频信号处理方法的第六种实现方式中，所述音频信号处理方法还包括：所述第二串扰抑制器根据下列方程式确定所述第二串扰抑制矩阵：
CS2＝BP(HHH+β(ω)I)-1HHe-jωM
其中，CS2表示所述第二串扰抑制矩阵，H表示所述声学传输函数矩阵，I表示单位矩阵，BP表示带通滤波器，β表示正则化系数，M表示建模延迟，ω表示角频。这样，根据最小均方串扰抑制方法确定所述第二串扰抑制矩阵，在所述预先确定的第二频带内可进行带通滤波。
根据第二方面或第二方面的上述任一实现方式，在所述音频信号处理方法的第七种实现方式中，所述音频信号处理方法还包括：延时器基于时延在预先确定的第三频带内延迟第三左声道输入音频子信号，以获取第三左声道输出音频子信号；所述延时器基于另一时延在所述预先确定的第三频带内延迟第三右声道输入音频子信号，以获取第三右声道输出音频子信号；所述分解器将所述左声道输入音频信号分解为所述第一左声道输入音频子信号、所述第二左声道输入音频子信号和所述第三左声道输入音频子信号；所述分解器将所述右声道输入音频信号分解为所述第一右声道输入音频子信号、所述第二右声道输入音频子信号和所述第三右声道输入音频子信号，其中将所述第三左声道输入音频子信号和所述第三右声道输入音频子信号分配给所述预先确定的第三频带；所述合路器合并所述第一左声道输出音频子信号、所述第二左声道输出音频子信号和所述第三左声道输出音频子信号，以获取所述左声道输出音频信号；所述合路器合并所述第一右声道输出音频子信号、所述第二右声道输出音频子信号和所述第三右声道输出音频子信号，以获取所述右声道输出音频信号。这样，在所述预先确定的第三频带内实现了旁路，所述预先确定的第三频带可包括超低频分量。
根据第二方面的第七种实现方式，在所述音频信号处理方法的第八种实现方式中，所述音频信号处理方法还包括：另一延时器基于所述时延在预先确定的第四频带内延迟第四左声道输入音频子信号，以获取第四左声道输出音频子信号；所述另一延时器基于所述另一时延在所述预先确定的第四频带内延迟第四右声道输入音频子信号，以获取第四右声道输出音频子信号；所述分解器将所述左声道输入音频信号分解为所述第一左声道输入音频子信号、所述第二左声道输入音频子信号、所述第三左声道输入音频子信号和所述第四左声道输入音频子信号；所述分解器将所述右声道输入音频信号分解为所述第一右声道输入音频子信号、所述第二右声道输入音频子信号、所述第三右声道输入音频子信号和所述第四右声道输入音频子信号，其中将所述第四左声道输入音频子信号和所述第四右声道输入音频子信号分配给所述预先确定的第四频带；所述合路器合并所述第一左声道输出音频子信号、所述第二左声道输出音频子信号、所述第三左声道输出音频子信号和所述第四左声道输出音频子信号，以获取所述左声道输出音频信号；所述合路器合并所述第一右声道输出音频子信号、所述第二右声道输出音频子信号、所述第三右声道输出音频子信号和所述第四右声道输出音频子信号，以获取所述右声道输出音频信号。这样，在所述预先确定的第四频带内实现了旁路，所述预先确定的第四频带可包括高频分量。
根据第二方面或第二方面的上述任一实现方式，在所述音频信号处理方法的第九种实现方式中，所述分解器为音频分频网络。这样，有效地分解了所述左声道输入音频信号和所述右声道输入音频信号。
根据第二方面或第二方面的上述任一实现方式，在所述音频信号处理方法的第十种实现方式中，所述音频信号处理方法还包括：所述合路器将所述第一左声道输出音频子信号和所述第二左声道输出音频子信号相加，以获取所述左声道输出音频信号；所述合路器将所述第一右声道输出音频子信号和所述第二右声道输出音频子信号相加，以获取所述右声道输出音频信号。这样，所述合路器有效地实现了叠加。
所述音频信号处理方法还可包括：所述合路器添加所述第三左声道输出音频子信号和/或所述第四左声道输出音频子信号至所述第一左声道输出音频子信号和所述第二左声道输出音频子信号，以获取所述左声道输出音频信号；所述音频信号处理方法还可包括：所述合路器添加所述第三右声道输出音频子信号和/或所述第四右声道输出音频子信号至所述第一右声道输出音频子信号和所述第二右声道输出音频子信号，以获取所述右声道输出音频信号。
根据第二方面或第二方面的上述任一实现方式，在所述音频信号处理方法的第十一种实现方式中，所述左声道输入音频信号由多声道输入音频信号的左前声道输入音频信号组成，所述右声道输入音频信号由所述多声道输入音频信号的右前声道输入音频信号组成；或者，所述左声道输入音频信号由多声道输入音频信号的左后声道输入音频信号组成，所述右声道输入音频信号由所述多声道输入音频信号的右后声道输入音频信号组成。这样，所述音频信号处理方法可以有效地处理多声道输入音频信号。
根据第二方面的第十一种实现方式，在所述音频信号处理方法的第十二种实现方式中，所述多声道输入音频信号包括中心声道输入音频信号，其中所述音频信号处理方法还包括：所述合路器合并所述中心声道输入音频信号、所述第一左声道输出音频子信号和所述第二左声道输出音频子信号，以获取所述左声道输出音频信号；所述合路器合并所述中心声道输入音频信号、所述第一右声道输出音频子信号和所述第二右声道输出音频子信号，以获取所述右声道输出音频信号。这样，有效地实现了与未修改的中心声道输入音频信号的合并。
所述音频信号处理方法还可包括：所述合路器将所述中心声道输入音频信号与所述第三左声道输出音频子音频信号、所述第四左声道输出音频子信号、所述第三右声道输出音频子信号和/或所述第四右声道输出音频子信号合并。
根据第二方面或第二方面的上述任一实现方式，在所述音频信号处理方法的第十三种实现方式中，所述音频信号处理方法还包括：存储器存储所述声学传输函数矩阵；所述存储器向所述第一串扰抑制器和所述第二串扰抑制器提供所述声学传输函数矩阵。这样，可以有效地提供所述声学传输函数矩阵。
第三方面，本发明涉及一种包括在计算机上执行时的用于执行所述音频信号处理方法的程序代码的计算机程序。这样，可自动重复执行所述音频信号处理方法，可编程地设置所述音频信号处理装置以执行所述计算机程序。
本发明可以硬件和/或软件的方式来实现。
附图说明
本发明的实施例将结合以下附图进行描述，其中：
图1示出了一实施例提供的一种过滤左声道输入音频信号和右声道输入音频信号的音频信号处理装置图；
图2示出了一实施例提供的一种过滤左声道输入音频信号和右声道输入音频信号的音频信号处理方法图；
图3示出了包括左扬声器、右扬声器和听者的通用串扰抑制场景图；
图4示出了包括左扬声器和右扬声器的通用串扰抑制场景图；
图5示出了一实施例提供的一种过滤左声道输入音频信号和右声道输入音频信号的音频信号处理装置图；
图6示出了一实施例提供的一种用于延迟第三左声道输入音频子信号、第三右声道输入音频子信号、第四左声道输入音频子信号和第四右声道输入音频子信号的联合延时器图；
图7示出了一实施例提供的一种用于抑制第一左声道输入音频子信号和第一右声道输入音频子信号之间的串扰的第一串扰抑制器图；
图8示出了一实施例提供的一种过滤左声道输入音频信号和右声道输入音频信号的音频信号处理装置图；
图9示出了一实施例提供的一种过滤左声道输入音频信号和右声道输入音频信号的音频信号处理装置图；
图10示出了一实施例提供的预先确定的频带的频率分布图；
图11示出了一实施例提供的一种音频分频网络的频率响应图。
具体实施方式
图1示出了一实施例提供的一种音频信号处理装置100的图。所述音频信号处理装置100适用于过滤左声道输入音频信号L，以获取左声道输出音频信号X1，并过滤右声道输入音频信号R，以获取右声道输出音频信号X2。
所述左声道输出音频信号X1和所述右声道输出音频信号X2经声学传播路径传输给听者，其中所述声学传播路径的传输函数由声学传输函数(Acoustic TransferFunction，简称ATF)矩阵H定义。
所述音频信号处理装置100包括：分解器101，用于将所述左声道输入音频信号L分解为第一左声道输入音频子信号和第二左声道输入音频子信号，并将所述右声道输入音频信号R分解为第一右声道输入音频子信号和第二右声道输入音频子信号，其中将所述第一左声道输入音频子信号和所述第一右声道输入音频子信号分配给预先确定的第一频带，将所述第二左声道输入音频子信号和所述第二右声道输入音频子信号分配给预先确定的第二频带；第一串扰抑制器103，用于根据所述ATF矩阵H抑制所述预先确定的第一频带内所述第一左声道输入音频子信号和所述第一右声道输入音频子信号之间的串扰，以获取第一左声道输出音频子信号和第一右声道输出音频子信号；第二串扰抑制器105，用于根据所述ATF矩阵H抑制所述预先确定的第二频带内所述第二左声道输入音频子信号和所述第二右声道输入音频子信号之间的串扰，以获取第二左声道输出音频子信号和第二右声道输出音频子信号；合路器107，用于合并所述第一左声道输出音频子信号和所述第二左声道输出音频子信号，以获取所述左声道输出音频信号X1，并合并所述第一右声道输出音频子信号和所述第二右声道输出音频子信号，以获取所述右声道输出音频信号X2。
图2示出了一实施例提供的一种音频信号处理方法200的图。所述音频信号处理方法200适用于过滤左声道输入音频信号L，以获取左声道输出音频信号X1，并过滤右声道输入音频信号R，以获取右声道输出音频信号X2。
所述左声道输出音频信号X1和所述右声道输出音频信号X2经声学传播路径传输给听者，其中所述声学传播路径的传输函数由ATF矩阵H定义。
所述音频信号处理方法200包括以下步骤：201：将所述左声道输入音频信号L分解为第一左声道输入音频子信号和第二左声道输入音频子信号；203：将所述右声道输入音频信号R分解为第一右声道输入音频子信号和第二右声道输入音频子信号，其中将所述第一左声道输入音频子信号和所述第一右声道输入音频子信号分配给预先确定的第一频带，将所述第二左声道输入音频子信号和所述第二右声道输入音频子信号分配给预先确定的第二频带；205：根据所述ATF矩阵H抑制所述预先确定的第一频带内所述第一左声道输入音频子信号和所述第一右声道输入音频子信号之间的串扰，以获取第一左声道输出音频子信号和第一右声道输出音频子信号；207：根据所述ATF矩阵H抑制所述预先确定的第二频带内所述第二左声道输入音频子信号和所述第二右声道输入音频子信号之间的串扰，以获取第二左声道输出音频子信号和第二右声道输出音频子信号；209：合并所述第一左声道输出音频子信号和所述第二左声道输出音频子信号，以获取所述左声道输出音频信号X1；211：合并所述第一右声道输出音频子信号和所述第二右声道输出音频子信号，以获取所述右声道输出音频信号X2。
本领域技术人员应理解上述步骤可按顺序执行，或并行执行，或者以组合的方式执行，例如，步骤201和步骤203可并行执行或者按顺序执行，步骤205和步骤207也如此。
下面进一步描述了所述音频信号处理装置100和所述音频信号处理方法200的实施形式和实施例。
所述音频信号处理装置100和所述音频信号处理方法200可用于通过子带分析进行感知优化串扰抑制。
此概念涉及音频信号处理领域，尤其涉及通过至少两个扬声器或传感器处理音频信号，以为听者提升空间(如立体声扩展)或虚拟环绕音频效果。
图3示出了通用串扰抑制场景图。该图阐明了串扰抑制或串扰消除的通用方式。在此场景中，根据元素Cij，过滤左声道输入音频信号D1，以获取左声道输出音频信号X1，并过滤右声道输入音频信号D2，以获取右声道输出音频信号X2。
所述左声道输出音频信号X1在声学传播路径上经左扬声器303传输给听者301，所述右声道输出音频信号X2在声学传播路径上经右扬声器305传输给所述听者301。所述声学传播路径的传输函数由ATF矩阵H定义。
所述左声道输出音频信号X1经所述左扬声器303和所述听者301左耳之间的第一声学传播路径和所述左扬声器303和所述听者301右耳之间的第二声学传播路径传输，所述右声道输出音频信号X2经所述右扬声器305和所述听者301右耳之间的第三声学传播路径和所述右扬声器305和所述听者301左耳之间的第四声学传播路径传输，其中所述第一声学传播路径的第一传输函数HL1、所述第二声学传播路径的第二传输函数HR1、所述第三声学传播路径的第三传输函数HR2和所处第四声学传播路径的第四传输函数HL2组成所述ATF矩阵H。所述听者301在所述左耳感知左耳音频信号VL，在所述右耳感知右耳音频信号VR。
当重现如通过扬声器303和305的双耳音频信号时，所述听者301的一只耳朵也可以听见另一只耳朵听见的音频信号，这种效应就是串扰，且可以抑制该串扰，例如在重现链上添加逆滤波器，这些技术方案也称为串扰消除。
若耳朵上的音频信号Vi与输入音频信号Di相同，则可实现理想的串扰抑制，即：
Figure BDA0002289993140000101
其中，H表示包括从所述扬声器303和305到所述听者301耳朵的传输函数的所述ATF矩阵，C表示包括串扰抑制滤波器的串扰抑制滤波器矩阵，I表示单位矩阵。
通常情况下不会存在准确的方案，根据方程式(1)，通过将损失函数降到最小，可查询到最佳逆滤波器。通过使用最小二乘近似法，典型的串扰抑制优化结果如下所示：
C＝(HHH+β(ω)I)-1HHe-jωM (2)
其中，β表示正则化系数，M表示建模延迟。为实现稳定并限制滤波器的增益，通常使用正则化系数。正规化系数越大，滤波器增益越小，但是都是以牺牲重现精确度和音质为代价。正则化系数可视为受控加性噪声，引入正则化系数的目的在于实现稳定。
由于等式系统的病态性随频率而改变，该系数可设计为频率依赖性。例如，在低频处，如低于1000Hz，依据扬声器303和305的跨角，合成滤波器的增益相当的大。这样，为避免扬声器303和305过驱动，可使用动态范围的固有损耗和大的正则化值；在高频处，如高于6000Hz，扬声器303和305与耳朵之间的声学传播路径能够展示头部相关传输函数(Head-related Transfer Function，简称HRTF)的特点：凹口和顶点。这些凹口可转换为大的顶点，导致无用音染、振铃效应和失真。另外，头部相关传输函数(Head-related TransferFunction，简称HRTF)之间的个体差异会变大，使得在没有误差的情况下很难适当地转化所述等式系统。
图4示出了通用的串扰抑制场景图。该图阐明了串扰抑制或串扰消除的一般方式。
为使所述左扬声器303和右扬声器305产生虚拟音效，抑制或消除对侧的扬声器和同侧的耳朵之间的串扰，该方法通常具有病态性，导致逆滤波器对误差敏感。大的滤波器增益也是等式系统病态性的结果，且通常使用正则化。
本发明实施例使用将频率划分为预先确定的频带的串扰抑制设计方法和每个预先确定的频带所选择的最佳设计原则，从而使相关双耳线索的准确度增至最大值，比如双耳时间差(Inter-aural Time Difference，简称ITD)和双耳声压差(Inter-aural LevelDifference，简称ILD)，并使复杂度降至最低。
优化每个预先确定的频带，使得输出对误差不敏感且避免无用音染。在低频处，如低于1.6kHz，串扰抑制滤波器可能近似于简单的时延和增益，这样，在保持音质的同时可以准确地提供双耳时间差(Inter-aural Time Difference，简称ITD)。对于中频，如在1.6kHz和6kHz之间，可以进行旨在重现准确的双耳声压差(Inter-aural Level Difference，简称ILD)的串扰抑制，例如，传统的串扰抑制。为避免谐波失真和无用音染，可以延迟和/或绕开超低频如取决于扬声器的低于200Hz的频率和超高频如高于6kHz的频率，其中个体差异变得非常明显。
图5示出了一实施例提供的一种音频信号处理装置100的图。所述音频信号处理装置100适用于过滤左声道输入音频信号L，以获取左声道输出音频信号X1，并过滤右声道输入音频信号R，以获取右声道输出音频信号X2。
所述左声道输出音频信号X1和所述右声道输出音频信号X2经声学传播路径传输给听者，其中所述声学传播路径的传输函数由ATF矩阵H定义。
所述音频信号处理装置100包括：分解器101，用于将所述左声道输入音频信号L分解为第一左声道输入音频子信号、第二左声道输入音频子信号、第三左声道输入音频子信号和第四左声道输入音频子信号，并将所述右声道输入音频信号R分解为第一右声道输入音频子信号、第二右声道输入音频子信号、第三右声道输入音频子信号和第四右声道输入音频子信号，其中将所述第一左声道输入音频子信号和所述第一右声道输入音频子信号分配给预先确定的第一频带，将所述第二左声道输入音频子信号和所述第二右声道输入音频子信号分配给预先确定的第二频带，将所述第三左声道输入音频子信号和所述第三右声道输入音频子信号分配给预先确定的第三频带，将所述第四左声道输入音频子信号和所述第四右声道输入音频子信号分配给预先确定的第四频带。所述分解器101可以为音频分频网络。
所述音频信号处理装置100还包括：第一串扰抑制器103，用于根据所述ATF矩阵H抑制所述预先确定的第一频带内所述第一左声道输入音频子信号和所述第一右声道输入音频子信号之间的串扰，以获取第一左声道输出音频子信号和第一右声道输出音频子信号；第二串扰抑制器105，用于根据所述ATF矩阵H抑制所述预先确定的第二频带内所述第二左声道输入音频子信号和所述第二右声道输入音频子信号之间的串扰，以获取第二左声道输出音频子信号和第二右声道输出音频子信号。
所述音频信号处理装置100还包括联合延时器501。所述延时器501用于基于时延d11在所述预先确定的第三频带内延迟所述第三左声道输入音频子信号，以获取第三左声道输出音频子信号，并基于另一时延d22在所述预先确定的第三频带内延迟所述第三右声道输入音频子信号，以获取第三右声道输出音频子信号。所述联合延时器501还用于基于所述时延d11在所述预先确定的第四频带内延迟所述第四左声道输入音频子信号，以获取第四左声道输出音频子信号；基于所述另一时延d22在所述预先确定的第四频带内延迟所述第四右声道输入音频子信号，以获取第四右声道输出音频子信号。
所述联合延时器501可包括延时器，用于基于所述时延d11在所述预先确定的第三频带内延迟所述第三左声道输入音频子信号，以获取所述第三左声道输出音频子信号，并基于所述另一时延d22在所述预先确定的第三频带内延迟所述第三右声道输入音频子信号，以获取所述第三右声道输出音频子信号。所述联合延时器501可包括另一延时器，用于基于所述时延d11在所述预先确定的第四频带内延迟所述第四左声道输入音频子信号，以获取所述第四左声道输出音频子信号，并基于所述另一时延d22在所述预先确定的第四频带内延迟所述第四右声道输入音频子信号，以获取所述第四右声道输出音频子信号。
所述音频信号处理装置100还包括合路器107，用于合并所述第一左声道输出音频子信号、所述第二左声道输出音频子信号、所述第三左声道输出音频子信号和所述第四左声道输出音频子信号，以获取所述左声道输出音频信号X1，并合并所述第一右声道输出音频子信号、所述第二右声道输出音频子信号、所述第三右声道输出音频子信号和所述第四右声道输出音频子信号，以获取所述右声道输出音频信号X2。可通过加法进行合并。
本发明实施例是基于在不同的预先确定的频带内进行串扰抑制，并为每个预先确定的频带选择最佳的设计原则，使得相关双耳线索的准确度增至最大值，并使复杂度降至最低。所述分解器101可以使用如低复杂的滤波器组和/或音频分频网络来实现频率分解。
可以选择如截止频率来匹配重现扬声器303和305和/或人类音频感知的声学特性。可根据扬声器303和305的截止频率设置频率f0，如200Hz到400Hz。频率f1可设为如小于1.6kHz，可为双耳时间差(Inter-aural Time Difference，简称ITD)占主导优势的限度。频率f2可设置为如小于8kHz。高于该频率，监听器之间的头部相关传输函数(Head-relatedTransfer Function，简称HRTF)大不相同，将导致错误的3D声源定位和无用音染。这样，为保持音质，避免对这些频率进行处理十分可取。
通过该方法，可优化每个预先确定的频带，从而保持重要的双耳线索：低频即子带S1处的双耳时间差(Inter-aural Time Difference，简称ITD)和中频即子带S2处的双耳声压差(Inter-aural Level Difference，简称ILD)。在超低频和超高频即子带S0处，可保持音质的自然性。这样，可实现虚拟音效，减少复杂度和音染。
在f1和f2之间的中频即子带S2处，所述第二串扰抑制器105可以根据下列公式进行传统的串扰抑制：
C＝(HHH+β(ω)I)-1HHe-jωM (3)
其中，为实现稳定，正则化系数β(ω)可设为非常小的数值，如1e到8。首先，可在整个频率范围确定第二串扰抑制矩阵CS2，如20Hz到20kHz，然后根据下列公式在f1和f2之间进行带通滤波：
CS2＝BP(HHH+β(ω)I)-1HHe-jωM (4)
其中BP表示对应的带通滤波器的频率响应。
对于f1和f2之间的频率，如1.6kHz到8kHz之间，等式系统状况良好，意味着可更少地进行正则化，这样，可引入更少的音染。在这个频率范围中，双耳声压差(Inter-auralTime Difference，简称ITD)占主要地位且通过该方法可以得到保持。通过频带限制，可以额外获得更短的滤波器，从而进一步通过该方法降低复杂度。
图6示出了一实施例提供的一种联合延时器501的图。为绕开超低频和超高频，所述联合延时器501可以实现延时。
所述联合延时器501用于基于时延d11在所述预先确定的第三频带内延迟所述第三左声道输入音频子信号，以获取第三左声道输出音频子信号，并基于另一时延d22在所述预先确定的第三频带内延迟所述第三右声道输入音频子信号，以获取第三右声道输出音频子信号。所述联合延时器501还用于基于所述时延d11在所述预先确定的第四频带内延迟所述第四左声道输入音频子信号，以获取第四左声道输出音频子信号，并基于所述另一时延d22在所述预先确定的第四频带内延迟所述第四右声道输入音频子信号，以获取第四右声道输出音频子信号。
可以使用简单的时延绕开低于f0高于f2的频率即子带S0。低于扬声器303和305的截止频率即低于频率f0，没有必要进行任何操作；高于频率f2如8kHz，很难转化头部相关传输函数(Head-related Transfer Function，简称HRTF)之间的个体差异，这样，无法对这些预先确定的频带进行串扰抑制。由于梳状滤波效应，为避免音染，可以使用与在所述串扰抑制矩阵C对角线位置的串扰抑制器的连续时延相匹配的简单时延即Cii。
图7示出了一实施例提供的一种用于抑制第一左声道输入音频子信号和第一右声道输入音频子信号之间的串扰的第一串扰抑制器103的图。所述第一串扰抑制器103可用于抑制低频处的串扰。
在低频处，典型的如低于1kHz，为控制增益，避免扬声器303和305的过驱动，可进行大的正则化。这样，造成动态范围损失和提供错误的空间感。因为双耳时间差(Inter-aural Time Difference，简称ITD)在低于1.6kHz的低频处占主导地位，因此在预先确定的频带上准确地提供双耳时间差(Inter-aural Time Difference，简称ITD)十分可取。
本发明实施例使用近似低频处的所述第一串扰抑制矩阵CS1的设计方法，根据下列公式使用唯一的串扰抑制响应的线性相位信息，实现简单的增益和时延：
Figure BDA0002289993140000141
其中
Aij＝max{|Cij|}·sign(Cijmax)
表示所述串扰抑制矩阵C如整个频率范围内计算的通用串扰抑制矩阵的全频段串扰抑制元素Cij的最大值的量级，dij表示Cij的恒定时延。
通过该方法，当音质不被破坏的时候，可以准确地再现双耳时间差(Inter-auralTime Difference，简称ITD)，只要不使用该范围内大的正则化值即可。
图8示出了一实施例提供的一种音频信号处理装置100的图。所述音频信号处理装置100适用于过滤左声道输入音频信号L，以获取左声道输出音频信号X1，并过滤右声道输入音频信号R，以获取右声道输出音频信号X2。该图参考了双输入双输出实施例。
所述左声道输出音频信号X1和所述右声道输出音频信号X2经声学传播路径传输给听者，其中所述声学传播路径的传输函数由ATF矩阵H定义。
所述音频信号处理装置100包括：分解器101，用于将所述左声道输入音频信号L分解为第一左声道输入音频子信号、第二左声道输入音频子信号、第三左声道输入音频子信号和第四左声道输入音频子信号，并将所述右声道输入音频信号R分解为第一右声道输入音频子信号、第二右声道输入音频子信号、第三右声道输入音频子信号和第四右声道输入音频子信号，其中将所述第一左声道输入音频子信号和所述第一右声道输入音频子信号分配给预先确定的第一频带，将所述第二左声道输入音频子信号和所述第二右声道输入音频子信号分配给预先确定的第二频带，将所述第三左声道输入音频子信号和所述第三右声道输入音频子信号分配给预先确定的第三频带，将所述第四左声道输入音频子信号和所述第四右声道输入音频子信号分配给预先确定的第四频带。所述分解器101可以包括所述左声道输入音频信号L的第一音频分频网络和所述右声道输入音频信号R的第二音频分频网络。
所述音频信号处理装置100还包括：第一串扰抑制器103，用于根据所述ATF矩阵H抑制所述预先确定的第一频带内所述第一左声道输入音频子信号和所述第一右声道输入音频子信号之间的串扰，以获取第一左声道输出音频子信号和第一右声道输出音频子信号；第二串扰抑制器105，用于根据所述ATF矩阵H抑制所述预先确定的第二频带内所述第二左声道输入音频子信号和所述第二右声道输入音频子信号之间的串扰，以获取第二左声道输出音频子信号和第二右声道输出音频子信号。
所述音频信号处理装置100还包括联合延时器501。所述延时器501用于基于时延d11在所述预先确定的第三频带内延迟所述第三左声道输入音频子信号，以获取第三左声道输出音频子信号，并基于另一时延d22在所述预先确定的第三频带内延迟所述第三右声道输入音频子信号，以获取第三右声道输出音频子信号。所述联合延时器501还用于基于所述时延d11在所述预先确定的第四频带内延迟所述第四左声道输入音频子信号，以获取第四左声道输出音频子信号，并基于所述另一时延d22在所述预先确定的第四频带内延迟所述第四右声道输入音频子信号，以获取第四右声道输出音频子信号。为便于阐述，附图通过分布方式示出了联合延时器501。
所述联合延时器501可包括延时器，用于基于所述时延d11在所述预先确定的第三频带内延迟所述第三左声道输入音频子信号，以获取所述第三左声道输出音频子信号，并基于所述另一时延d22在所述预先确定的第三频带内延迟所述第三右声道输入音频子信号，以获取所述第三右声道输出音频子信号。所述联合延时器501可包括另一延时器，用于基于所述时延d11在所述预先确定的第四频带内延迟所述第四左声道输入音频子信号，以获取所述第四左声道输出音频子信号，并基于所述另一时延d22在所述预先确定的第四频带内延迟所述第四右声道输入音频子信号，以获取所述第四右声道输出音频子信号。
所述音频信号处理装置100还包括合路器107，用于合并所述第一左声道输出音频子信号、所述第二左声道输出音频子信号、所述第三左声道输出音频子信号和所述第四左声道输出音频子信号，以获取所述左声道输出音频信号X1，并合并所述第一右声道输出音频子信号、所述第二右声道输出音频子信号、所述第三右声道输出音频子信号和所述第四右声道输出音频子信号，以获取所述右声道输出音频信号X2。可通过加法进行合并。所述左扬声器303传输所述左声道输出音频信号X1，所述右扬声器305传输所述右声道输出音频信号X2。
所述音频信号处理装置100可用于双耳音频重现和/或立体声扩展。考虑到扬声器303和305的声学特性，所述分解器101可进行子带分解。
中频处所述第二串扰抑制器105进行串扰抑制或串扰消除(Cross-talkCancellation，简称XTC)可以取决于扬声器303和305之间的跨角以及距听者的近似距离。为此，可通过测量，使用通用的头部相关传输函数(Head-related Transfer Function，简称HRTF)或头部相关传输函数(Head-related Transfer Function，简称HRTF)模型。可通过串扰抑制方法，在整个频率范围内获取所述第一串扰抑制器103在低频处进行串扰抑制时的时延和增益。
本发明实施例使用虚拟的串扰抑制方法，为模拟期望的虚拟扬声器的串扰信号和直接音频信号，优化串扰抑制矩阵和/或滤波器而不用抑制真实的扬声器的串扰。也可以组合使用不同的低频串扰抑制或中频串扰抑制，例如，根据所述虚拟的串扰抑制方法，可以获取低频处的时延和增益，在中频可进行传统的串扰抑制，反之亦然。
图9示出了一实施例提供的一种音频信号处理装置100的图。所述音频信号处理装置100适用于过滤左声道输入音频信号L，以获取左声道输出音频信号X1，并过滤右声道输入音频信号R，以获取右声道输出音频信号X2。该图参考了过滤多声道音频信号的虚拟环绕音频系统。
所述音频信号处理装置100包括与图8中描述的功能相同的两个分解器101、一个第一串扰抑制器103、两个第二串扰抑制器105、一个联合延时器501和一个合路器107。左扬声器303传输所述左声道输出音频信号X1，右扬声器305传输所述右声道输出音频信号X2。
在图的上部分，所述左声道输入音频信号L由所述多声道输入音频信号的左前声道输入音频信号组成，所述右声道输入音频信号R由所述多声道输入音频信号的右前声道输入音频信号组成。在图的下部分，所述左声道输入音频信号L由所述多声道输入音频信号的左后声道输入音频信号组成，所述右声道输入音频信号R由所述多声道输入音频信号的右后声道输入音频信号组成。
所述多声道输入音频信号还包括中心声道输入音频信号。所述合路器107用于合并所述中心声道输入音频信号和所述左声道输出音频子信号，以获取所述左声道输出音频信号X1，并合并所述中心声道输入音频信号和所述右声道输出音频子信号，以获取所述右声道输出音频信号X2。
所有声道的低频可以混合，也可由所述第一串扰抑制器103在低频处处理，其中，仅使用时延和增益。这样，只有一个第一串扰抑制器103可以使用，从而进一步降低复杂度。
为提高虚拟环绕体验，可以通过不同的串扰抑制方法来处理前后声道的中频。为减少延迟，所述中心声道输入音频信号可以不用处理。
本发明实施例使用虚拟的串扰抑制方法，为模拟期望的虚拟扬声器的串扰信号和直接音频信号，优化串扰抑制矩阵和/或滤波器而不用抑制真实的扬声器的串扰。
图10示出了一实施例提供的预先确定的频带的频率分配图。分解器101可进行分配。该图阐述了频率分配的一般方式，其中Si表示不同的子带，不同的子带内使用不同的方法。
将f0和f1之间的低频分配给预先确定的第一频带1001，组成子带S1；将f1和f2之间的中频分配给预先确定的第二频带1003，组成子带S2；将低于f0的频率分配给预先确定的第三频带1005，组成子带S0；并将高于f2的频率分配给预先确定的第四频带1007，组成子带S0。
图11示出了一实施例提供的一种音频分频网络的频率响应图。所述音频分频网络包括滤波器组。
将f0和f1之间的低频分配给预先确定的第一频带1001，组成子带S1；将f1和f2之间的中频分配给预先确定的第二频带1003，组成子带S2；将低于f0的频率分配给预先确定的第三频带1005，组成子带S0；并将高于f2的频率分配给预先确定的第四频带1007，组成子带S0。
本发明实施例是基于在保持音质的同时还可以准确地重现双耳线索的设计方法。由于使用简单的时延和增益来处理低频分量，可更少地进行正则化。正则化系数可能无需优化，从而进一步减小了滤波器设计的复杂度。通过窄带方法，更短的滤波器得以使用。
该方法可以容易地适用于各种不同的音频场景，比如平板电脑、手机、电视、家庭影院等。在相关的频率范围内准确地重现双耳线索。也就是说，可以在牺牲音质的前提下实现真实的3D音效。此外，可使用鲁棒滤波器，以使最有效点更宽。该方法可以适用于在任意一个扬声器配置，如使用不同的跨角、几何图形和/或扬声器尺寸，且可以容易地延伸到两个以上音频声道上。
本发明实施例在不同的预先确定的频带内或子带内进行串扰抑制，为每个预先确定的频带或子带选择最佳的设计原则，使得相关双耳线索的准确度增至最大值，并使复杂度降至最低。
本发明实施例涉及音频信号处理装置100和音频信号处理方法200，通过至少两个根据知觉线索进行子带分解的扬声器实现音的虚拟重现。所述方法包括使用唯一的时延和增益的进行低频串扰抑制，以及使用传统的串扰抑制方法和/或虚拟的串扰抑制方法来抑制中频串扰。
本发明实施例应用于包括至少两个扬声器如电视、高保真(High Fide l ity，简称HiFi)系统、影院系统、移动设备如智能手机或者平板电脑、会议电视系统等音频终端。本发明实施例在半导体芯片上实施。
本发明实施例可以在运行于计算机系统之上的计算机程序上实施，所术计算机程序至少包括当可编程装置，如计算机系统，运行时根据本发明执行方法步骤的代码部分，或者根据本发明使可编程程序执行设备或系统的功能的代码部分。
计算机程序是一列指令，如特定的应用程序和/或操作系统。例如，计算机程序可以包括以下中的一个或多个：子例程、功能、流程、对象方法、对象实施、可执行应用程序、小应用程序、小服务程序、源代码、目标代码、共享库/动态加载库和/或其他在执行计算机系统中执行的指令系列。
计算机程序可存储在计算机可读存储介质内部或经计算机可读传输介质传输给计算机系统。部分或全部计算机程序可永久通过瞬时性或非瞬时性计算机可读介质提供，移动地或远程耦合至信息处理系统。例如，所述计算机可读介质包括但不局限于以下中的任意一种：磁存储介质，包括磁盘和磁带存储介质；光存储介质如光盘介质(如CD-ROM、CD-R等)和数字视频磁盘存储介质；非易失性存储器存储介质，包括基于半导体的存储单元如闪存、EEPROM、EPROM、ROM等；铁磁数字存储器；MRAM；易失性存储介质，包括寄存器、缓存器或高速缓冲存储器、主存储器、RAM等；数据传输介质，包括计算机网络点对点通信设备和载波传输介质等等。
典型地，计算机过程包括：执行(运行)程序或程序的部分；当前程序值、状态信息和以及操作系统用于管理此过程的执行的资源。操作系统(Operating System，简称OS)是管理计算机资源分享并向程序员提供用于接入这些资源的接口的软件。操作系统处理系统数据和用户输入，将任务和内部系统资源作为用户和系统程序的服务进行分配及管理，从而进行响应。
例如，计算机系统可包括至少一个处理单元，相关存储器和大量输入/输出(Input/Output，简称I/O)设备。当执行所述计算机程序时，所述计算机系统根据所述计算机程序处理信息，并且经I/O设备生成合成的输出信息。
这里所讨论的连接可能是任意一类适合从各节点、单元或设备传输信号或者传输信号给各节点、单元或设备的类型，例如，经过中间设备。相应地，除非有其他暗示或陈述，否则所述连接可以为如直接连接或间接连接。可以参考单个连接、多种连接、单向连或双向连接来阐明或描述所述连接。但是，不同的实施例中连接的实现方式有所不同，如使用单独的单向连接而非双向连接，反之亦然。按顺序或按时间复用方式传输多个信号的单个连接也可以取代多种连接。同理，可以将携带多个信号的单个连接从携带这些信号的子集的多个不同的连接中分离出来，因此，传输信号有多种选择。
本领域技术人员应意识到逻辑块之间的界线仅仅是说明，可选实施例中可合并逻辑块或电路元件，或者具有可选分解各种逻辑块或电路元件的功能。因此，应理解这里描述的架构仅仅是示例性的，事实上可以实施许多其他架构，以实现相同的功能。
这样，任意实现相同功能而设置的部件有效地关联在一起，从而实现了所需功能。因此，可将此处任意两个所述的合并以实现特定功能的部件，无论是结构或者中间部件，视为彼此相关联，从而实现所需功能。同理，任意相关联的两个部件也可以视为彼此“可操作的连接”或者“可操作的耦合”，从而实现所需功能。
此外，本领域技术人员将意识到上面描述的操作之间的界限仅仅是示例性说明。可将多个操作合并为一个单一操作，单一操作可分布于附加操作，且各操作的执行时间可至少部分重叠。此外，可选实施例中可以包括特定操作的多个实例，在其它不同的实施例中可以改变操作的顺序。
同样地，例如，所述示例或其部分可作为物理电路或者可转换为物理电路的逻辑表示进行实施，如使用任一适当类型的硬件描述语言。
同样地，本发明不局限于在非可编程的硬件中实现的物理设备或单元，也可以适用于通过运行适当的程序代码可以执行所需设备功能的可编程设备或单元，例如大型主机、小型计算机、服务器、工作站、个人电脑、笔记本电脑、个人数字助理、电子游戏、汽车和其它别的嵌入系统或手机和其它各种无线设备，这些设备或单元在本申请中通常表示为“计算机系统”。
然而，也可以进行其它修改、变化或者替换。相应地，说明书和附图也应视为是示例性而非限定性的。

Claims (14)

1.一种音频信号处理装置(100)，用于过滤左声道输入音频信号(L)，以获取左声道输出音频信号(X1)，并过滤右声道输入音频信号(R)以获取右声道输出音频信号(X2)，其特征在于，所述左声道输出音频信号(X1)和所述右声道输出音频信号(X2)经声学传播路径传输给听者(301)，其中所述声学传播路径的传输函数由声学传输函数ATF矩阵(H)定义，所述音频信号处理装置(100)包括：
分解器(101)，用于将所述左声道输入音频信号(L)分解为第一左声道输入音频子信号和第二左声道输入音频子信号，并将所述右声道输入音频信号(R)分解为第一右声道输入音频子信号和第二右声道输入音频子信号，其中将所述第一左声道输入音频子信号和所述第一右声道输入音频子信号分配给预先确定的第一频带(1001)，将所述第二左声道输入音频子信号和所述第二右声道输入音频子信号分配给预先确定的第二频带(1003)；
第一串扰抑制器(103)，用于根据所述ATF矩阵(H)抑制所述预先确定的第一频带(1001)内所述第一左声道输入音频子信号和所述第一右声道输入音频子信号之间的串扰，以获取第一左声道输出音频子信号和第一右声道输出音频子信号；
第二串扰抑制器(105)，用于根据所述ATF矩阵(H)抑制所述预先确定的第二频带(1003)内所述第二左声道输入音频子信号和所述第二右声道输入音频子信号之间的串扰，以获取第二左声道输出音频子信号和第二右声道输出音频子信号；
合路器(107)，用于合并所述第一左声道输出音频子信号和所述第二左声道输出音频子信号，以获取所述左声道输出音频信号(X1)，并合并所述第一右声道输出音频子信号和所述第二右声道输出音频子信号，以获取所述右声道输出音频信号(X2)。
2.根据权利要求1所述的音频信号处理装置(100)，其特征在于，所述左声道输出音频信号(X1)经左扬声器(303)和所述听者(301)左耳之间的第一声学传播路径和所述左扬声器(303)和所述听者(301)右耳之间的第二声学传播路径传输，所述右声道输出音频信号(X2)经右扬声器(305)和所述听者(301)右耳之间的第三声学传播路径和所述右扬声器(305)和所述听者(301)左耳之间的第四声学传播路径传输，其中所述第一声学传播路径的第一传输函数(HL1)、所述第二声学传播路径的第二传输函数(HR1)、所述第三声学传播路径的第三传输函数(HR2)和所处第四声学传播路径的第四传输函数(HL2)组成所述ATF矩阵(H)。
3.根据上述权利要求任一项所述的音频信号处理装置(100)，其特征在于，所述第一串扰抑制器(103)用于根据所述ATF矩阵(H)确定第一串扰抑制矩阵(CS1)，并根据所述第一串扰抑制矩阵(CS1)过滤所述第一左声道输入音频子信号和所述第一右声道输入音频子信号。
4.根据权利要求3所述的音频信号处理装置(100)，其特征在于，所述第一串扰抑制矩阵(CS1)的元素表示与所述第一左声道输入音频子信号和所述第一右声道输入音频子信号相关联的增益(Aij)和时延(dij)，其中所述增益(Aij)和所述时延(dij)在所述预先确定的第一频带(1001)内恒定。
5.根据权利要求4所述的音频信号处理装置(100)，其特征在于，所述第一串扰抑制器(103)用于根据下列方程式确定所述第一串扰抑制矩阵(CS1)：
Figure FDA0002289993130000011
Aij＝max{|Cij|}·sign(Cijmax)
C＝(HHH+β(ω)I)-1HHe-jωM
其中，CS1表示所述第一串扰抑制矩阵，Aij表示所述增益，dij表示所述时延，C表示通用串扰抑制矩阵，Cij表示所述通用串扰抑制矩阵的元素，Cijmax表示所述通用串扰抑制矩阵中的元素Cij的最大值，H表示所述ATF矩阵，I表示单位矩阵，β表示正则化系数，M表示建模延迟，ω表示角频。
6.根据上述权利要求1或2所述的音频信号处理装置(100)，其特征在于，所述第二串扰抑制器(105)用于根据所述ATF矩阵(H)确定第二串扰抑制矩阵(CS2)，并根据所述第二串扰抑制矩阵(CS2)过滤所述第二左声道输入音频子信号和所述第二右声道输入音频子信号。
7.根据权利要求6所述的音频信号处理装置(100)，其特征在于，所述第二串扰抑制器(105)用于根据下列方程式确定所述第二串扰抑制矩阵(CS2)：
CS2＝BP(HHH+β(ω)I)-1HHe-jωM
其中，CS2表示所述第二串扰抑制矩阵，H表示所述ATF矩阵，I表示单位矩阵，BP表示带通滤波器，β表示正则化系数，M表示建模延迟，ω表示角频。
8.根据上述权利要求1所述的音频信号处理装置(100)，其特征在于，还包括：
延时器，用于基于时延(d11)在预先确定的第三频带(1005)内延迟第三左声道输入音频子信号，以获取第三左声道输出音频子信号；并基于另一时延(d22)在所述预先确定的第三频带(1005)内确定第三右声道输入音频子信号，以获取第三右声道输出音频子信号；
其中所述分解器(101)用于将所述左声道输入音频信号(L)分解为所述第一左声道输入音频子信号、所述第二左声道输入音频子信号和所述第三左声道输入音频子信号，并将所述右声道输入音频信号(R)分解为所述第一右声道输入音频子信号、所述第二右声道输入音频子信号和所述第三右声道输入音频子信号，其中将所述第三左声道输入音频子信号和所述第三右声道输入音频子信号分配给所述预先确定的第三频带(1005)；
所述合路器(107)用于合并所述第一左声道输出音频子信号、所述第二左声道输出音频子信号和所述第三左声道输出音频子信号，以获取所述左声道输出音频信号(X1)，并合并所述第一右声道输出音频子信号、所述第二右声道输出音频子信号和所述第三右声道输出音频子信号，以获取所述右声道输出音频信号(X2)。
9.根据权利要求8所述的音频信号处理装置(100)，其特征在于，还包括：
另一延时器，用于基于所述时延(d11)在预先确定的第四频带(1007)内延迟第四左声道输入音频子信号，以获取第四左声道输出音频子信号，并基于所述另一时延(d22)在所述预先确定的第四频带(1007)内确定第四右声道输入音频子信号，以获取第四右声道输出音频子信号；
其中所述分解器(101)用于将所述左声道输入音频信号(L)分解为所述第一左声道输入音频子信号、所述第二左声道输入音频子信号、所述第三左声道输入音频子信号和所述第四左声道输入音频子信号，并将所述右声道输入音频信号(R)分解为所述第一右声道输入音频子信号、所述第二右声道输入音频子信号、所述第三右声道输入音频子信号和所述第四右声道输入音频子信号，其中将所述第四左声道输入音频子信号和所述第四右声道输入音频子信号分配给所述预先确定的第四频带(1007)；
所述合路器(107)用于合并所述第一左声道输出音频子信号、所述第二左声道输出音频子信号、所述第三左声道输出音频子信号和所述第四左声道输出音频子信号，以获取所述左声道输出音频信号(X1)，并合并所述第一右声道输出音频子信号、所述第二右声道输出音频子信号、所述第三右声道输出音频子信号和所述第四右声道输出音频子信号，以获取所述右声道输出音频信号(X2)。
10.根据上述权利要求8或者9所述的音频信号处理装置(100)，其特征在于，所述分解器(101)为音频分频网络。
11.根据上述权利要求任一项所述的音频信号处理装置(100)，其特征在于，所述合路器(107)用于将所述第一左声道输出音频子信号和所述第二左声道输出音频子信号相加，以获取所述左声道输出音频信号(X1)，将所述第一右声道输出音频子信号和所述第二右声道输出音频子信号相加，以获取所述右声道输出音频信号(X2)。
12.根据上述权利要求任一项所述的音频信号处理装置(100)，其特征在于，所述左声道输入音频信号(L)由多声道输入音频信号的左前声道输入音频信号组成，所述右声道输入音频信号(R)由所述多声道输入音频信号的右前声道输入音频信号组成；或者，所述左声道输入音频信号(L)由多声道输入音频信号的左后声道输入音频信号组成，所述右声道输入音频信号(R)由所述多声道输入音频信号的右后声道输入音频信号组成。
13.根据权利要求12所述的音频信号处理装置(100)，其特征在于，所述多声道输入音频信号包括中心声道输入音频信号，其中所述合路器(107)用于合并所述中心声道输入音频信号、所述第一左声道输出音频子信号和所述第二左声道输出音频子信号，以获取所述左声道输出音频信号(X1)，并合并所述中心声道输入音频信号、所述第一右声道输出音频子信号和所述第二右声道输出音频子信号，以获取所述右声道输出音频信号(X2)。
14.一种过滤左声道输入音频信号(L)以获取左声道输出音频信号(X1)并过滤右声道输入音频信号(R)以获取右声道输出音频信号(X2)的音频信号处理方法(200)，其特征在于，所述左声道输出音频信号(X1)和所述右声道输出音频信号(X2)经声学传播路径传输给听者(301)，其中所述声学传播路径的传输函数由ATF矩阵(H)定义，所述音频信号处理方法(200)包括：
将所述左声道输入音频信号(L)分解(201)为第一左声道输入音频子信号和第二左声道输入音频子信号；
将所述右声道输入音频信号(R)分解(203)为第一右声道输入音频子信号和第二右声道输入音频子信号；
其中将所述第一左声道输入音频子信号和所述第一右声道输入音频子信号分配给预先确定的第一频带(1001)，将所述第二左声道输入音频子信号和所述第二右声道输入音频子信号分配给预先确定的第二频带(1003)；
根据所述ATF矩阵(H)抑制(205)所述预先确定的第一频带(1001)内所述第一左声道输入音频子信号和所述第一右声道输入音频子信号之间的串扰，以获取第一左声道输出音频子信号和第一右声道输出音频子信号；
根据所述ATF矩阵(H)抑制(207)所述预先确定的第二频带(1003)内所述第二左声道输入音频子信号和所述第二右声道输入音频子信号之间的串扰，以获取第二左声道输出音频子信号和第二右声道输出音频子信号；
合并(209)所述第一左声道输出音频子信号和所述第二左声道输出音频子信号，以获取所述左声道输出音频信号(X1)；
合并(211)所述第一右声道输出音频子信号和所述第二右声道输出音频子信号，以获取所述右声道输出音频信号(X2)。
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