CN114143698A - 一种音频信号处理方法、装置及计算机可读存储介质 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种音频信号处理方法、装置及计算机可读存储介质,属于音视频增强领域。所述方法包括:将待处理的多通路环绕声信号的中置通路信号,分别与所述多通路环绕声信号的左通路信号和右通路信号进行叠加,得到第一左通路信号和第一右通路信号;基于所述多通路环绕声信号的标准张角,对所述第一左通路信号和所述第一右通路信号进行下混增强处理,得到目标左声道信号和目标右声道信号;通过所述耳机设备输出所述目标左声道信号和所述目标右声道信号。本发明实施例可以增强耳机设备输出的立体声信号的声场的空间感,提升环绕音效。
Description
技术领域
本发明属于音视频增强领域,特别是涉及一种音频信号处理方法、装置及计算机可读存储介质。
背景技术
目前多通路环绕声已被广泛应用,其中,5.1通路环绕声是国际电信联盟(ITU)推荐的环绕声标准。与双声道立体声相比,多声道环绕声的整体声场可以呈现一个全方位的空间感,能够给听音者一种置身其中的现场感。
若要完整呈现多通路环绕声的环绕声场,往往需要一定数目的扬声器,且各个扬声器的摆放位置需要满足一定条件。然而耳机设备,如头戴式耳机、蓝牙耳机等,没有扬声器,无法实现音频信号从每个扬声器到双耳的传输过程,不能重构环绕声场。
现有的方案通常是将多通路环绕声混合成双声道的立体声信号,从而通过耳机设备进行重放。然而,这种重放方式无法呈现音频信号在空间中传播的过程,破坏了原多通路环绕声的空间信息,导致最终呈现的声场缺乏空间感,环绕音效差。
发明内容
本发明提供一种音频信号处理方法、装置及计算机可读存储介质,以便在一定程度上解决由多通路环绕声混合后的立体声信号,通过耳机设备输出后,破坏了原多通路环绕声的空间信息,导致最终呈现的声场缺乏空间感,环绕音效差的问题。
依据本发明的第一方面,提供了一种音频信号处理方法,应用于耳机设备,所述方法包括:
将待处理的多通路环绕声信号的中置通路信号,分别与所述多通路环绕声信号的左通路信号和右通路信号进行叠加,得到第一左通路信号和第一右通路信号;
基于所述多通路环绕声信号的标准张角,对所述第一左通路信号和所述第一右通路信号进行下混增强处理,得到目标左声道信号和目标右声道信号;
通过所述耳机设备输出所述目标左声道信号和所述目标右声道信号。
依据本发明的第二方面,提供了一种音频信号处理装置,应用于耳机设备,所述装置包括:
信号叠加模块,用于将待处理的多通路环绕声信号的中置通路信号,分别与所述多通路环绕声信号的左通路信号和右通路信号进行叠加,得到第一左通路信号和第一右通路信号;
下混增强模块,用于基于所述多通路环绕声信号的标准张角,对所述第一左通路信号和所述第一右通路信号进行下混增强处理,得到目标左声道信号和目标右声道信号;
信号输出模块,用于通过所述耳机设备输出所述目标左声道信号和所述目标右声道信号。
依据本发明的第三方面,提供了一种计算机可读存储介质,所述计算机可读存储介质上存储计算机程序,所述计算机程序被处理器执行时实现如第一方面中任一所述的音频信号处理方法。
针对在先技术,本发明具备如下优点:
本发明通过多通路环绕声信号混合立体声信号时,先将待处理的多通路环绕声信号的中置通路信号,分别与所述多通路环绕声信号的左通路信号和右通路信号进行叠加,得到第一左通路信号和第一右通路信号;然后,基于所述多通路环绕声信号的标准张角对所述第一左通路信号和所述第一右通路信号进行下混增强处理,得到目标左声道信号和目标右声道信号;最后,通过所述耳机设备输出所述目标左声道信号和所述目标右声道信号。相比于现有技术中直接对多通路环绕声信号进行混合处理得到立体声信号,本发明将多通路环绕声信号的中置通路信号叠加到左通路信号和右通路信号中,并根据所述多通路环绕声信号的标准张角对叠加后的左右通路信号进行下混增强处理,为左通路信号和右通路信号增加空间传输信息,得到目标左声道信号和目标右声道信号,也即混合后的立体声信号的左右声道信号,相比于处理前的左右通路信号,混合后的左右声道信号中增加了空间传输信息,从而增强了耳机设备输出的立体声信号的声场的空间感,提升了环绕音效。
上述说明仅是本发明技术方案的概述,为了能够更清楚了解本发明的技术手段,而可依照说明书的内容予以实施,并且为了让本发明的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂,以下特举本发明的具体实施方式。
附图说明
通过阅读下文优选实施方式的详细描述,各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的,而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中,用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中:
图1是本发明实施例提供的一种音频信号处理方法的步骤流程图;
图2是本发明实施例提供的一种张角示意图;
图3是本发明实施例提供的一种单通路信号的处理流程图;
图4是本发明实施例提供的一种Schroeder混响模型的结构示意图;
图5是本发明实施例提供的一种Moorer混响模型的结构示意图;
图6是本发明实施例提供的一种动态范围控制处理的流程示意图;
图7是本发明实施例提供的一种多通路环绕声信号的处理流程图;
图8是本发明实施例提供的一种音频信号处理装置的框图。
具体实施方式
下面将参照附图更详细地描述本发明的示例性实施例。虽然附图中显示了本发明的示例性实施例,然而应当理解,可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施例所限制。相反,提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本发明,并且能够将本发明的范围完整的传达给本领域的技术人员。
本发明实施例提供的音频信号处理方法,应用于通过耳机设备输出多通路环绕声信号这一场景中。需要说明的是,所述耳机设备可以包括但不限于头戴式耳机、入耳式耳机、蓝牙耳机等。
通过耳机设备重放多通路环绕声信号,本质上是将多通路环绕声信号的各个通路信号均转换为左声道信号和右声道信号并输出。相比于通过扬声器输出多通路环绕声信号,通过耳机设备进行重放,破坏了多通路环绕声信号原本的声音空间信息,产生的声场缺乏空间感,导致环绕音效差。
为了解决这一问题,本发明提供了一种音频信号处理方法,基于多通路环绕声信号的标准张角,对多通路环绕声信号的左通路信号和右通路信号进行下混增强处理。
参照图1,示出了本发明实施例提供的一种音频信号处理方法的步骤流程图,如图1所示,该方法可以包括:
步骤101、将待处理的多通路环绕声信号的中置通路信号,分别与所述多通路环绕声信号的左通路信号和右通路信号进行叠加,得到第一左通路信号和第一右通路信号。
步骤102、基于所述多通路环绕声信号的标准张角,对所述第一左通路信号和所述第一右通路信号进行下混增强处理,得到目标左声道信号和目标右声道信号。
步骤103、通过所述耳机设备输出所述目标左声道信号和所述目标右声道信号。
需要说明的是,本发明实施例中的多通路环绕声信号至少包含中置通路信号、左通路信号和右通路信号。例如,本发明实施例中的多通路环绕声信号可以为3.1通路环绕声,包含左通路信号、右通路信号、中置通路信号和低音通路信号;或者,5.1通路环绕声,包含左通路信号、右通路信号、中置通路信号、左环绕通路信号、右环绕通路信号和低音通路信号,或者,可以是7.1.4通路环绕声,等等。
张角为听者两侧的扬声器与听者之间的夹角。参照图2,示出了一个张角示意图。如图2所示,左右两侧分别存在一个扬声器,这两个扬声器与听者组成的夹角即为扬声器张角。
多通路环绕声信号对应的标准张角,即为多声道环绕声信号的配置标准中限定的一对扬声器与听者之间的标准夹角。在本发明实施例中,所述多通路环绕声信号对应的标准张角,特指所述多通路环绕声信号的配置标准中,用于输出左侧信号的左侧扬声器,与用于输出右侧信号的右侧扬声器,以及听者之间的夹角。
其中,若所述左侧信号为左通路信号,所述右侧信号为右通路信号,则所述标准张角为用于输出左通路信号的左侧扬声器,与用于输出右通路信号的右侧扬声器,以及听者之间的夹角。若所述左侧信号包括左通路信号和左环绕通路信号,所述右侧信号包括右通路信号和右环绕通路信号,则所述标准张角有两个,分别为左通路信号和右通路信号对应的第一标准张角,以及左环绕通路信号和右环绕通路信号对应的第二标准张角。以5.1通路环绕声为例,所述第一标准张角为用于输出左通路信号的左前置扬声器,与用于输出右通路信号的右前置扬声器,以及听者之间的夹角;所述第二标准张角为用于输出左环绕通路信号的左后置扬声器,与用于输出右环绕通路信号的右后置扬声器,以及听者之间的夹角。
针对每一种多通路环绕声信号,其标准张角是固定的,以5.1通路环绕声为例,其第一标准张角,也即左通路信号和右通路信号对应的标准张角,为60°;其第二标准张角,也即左环绕通路信号和右环绕通路信号对应的标准张角,为240°。
下面,将以所述多通路环绕声信号包括中置通路信号、左通路信号和右通路信号为例,说明本发明提供的音频信号处理方法。
为了改善耳机设备对多通路环绕声信号的重放效果,本发明实施例基于多通路环绕声信号的标准张角,模拟声波从扬声器到双耳的传输过程,为重放的音频信号增加虚拟的声音空间信息,使得处理后的音频信号呈现的声场更开阔,更具感染力。
通过耳机设备重放多通路环绕声信号时,需要将多通路环绕声信号的各个通路信号均转换为左声道信号和右声道信号进行输出,因此,在本发明实施例中,针对多通路环绕声信号的中置通路信号,将其分别与多通路环绕声信号的左通路信号和右通路信号进行叠加,得到第一左通路信号和第一右通路信号。
可选地,步骤101所述将待处理的多通路环绕声信号的中置通路信号,分别与所述多通路环绕声信号的左通路信号和右通路信号进行叠加,得到第一左通路信号和第一右通路信号,包括:
步骤S11、根据预设衰减系数对待处理的多通路环绕声信号的中置通路信号进行衰减处理,得到衰减后的中置通路信号;
步骤S12、将衰减后的中置通路信号分别与所述多通路环绕声信号的左通路信号和右通路信号进行叠加,得到第一左通路信号和第一右通路信号。
假设中置通路信号C经过左声道输出的信号为Lc,经过右声道输出的信号为Rc。在通过左右两个声道对中置通路信号C进行重放时,为了保证重放信号的完整性,需要使得信号Lc与信号Rc产生的信号能量之和与原中置通路信号C产生的信号能量相等,也即:
按照预设衰减系数对所述中置通路信号C进行衰减处理,得到衰减后的中置通路信号,也即信号Lc和信号Rc。需要说明的是,在对中置通路信号进行衰减时,可以采用相同的衰减系数对中置通路信号进行衰减,得到信号Lc和信号Rc,那么,Lc=Rc=aC,其中,a为衰减系数;也可以采用不同的衰减系数对中置通路信号进行衰减,例如,衰减后得到的信号Lc=aC,信号Rc=bC,其中a为信号Lc对应衰减系数,b为信号Rc对应的衰减系数。本发明实施例对衰减系数的取值不做具体限定,只要保证衰减处理后得到的信号Lc和信号Rc的信号能量之和与中置通路信号的信号能量相等即可,也即,满足上述公式(1)。
以采用相同的衰减系数对中置通路信号C进行衰减处理得到信号Lc和信号Rc为例,依据上述公式(1)可以得到:
由上述公式(2)可知,若采用相同的衰减系数对中置通路信号C进行衰减处理,则所述预设衰减系数为0.707。
将衰减后的中置通路信号分别与多通路环绕声信号的左通路信号和右通路信号进行叠加,也即,将衰减得到的信号Lc与左通路信号L进行叠加,得到第一左通路信号;将衰减得到的信号Rc与右通路信号R进行叠加,得到第一右通路信号。可以将第一左通路信号和第一右通路信号表示为:
L1=L+Lc (3)
R1=R+Rc (4)
其中,L1表示第一左通路信号,R1表示第一右通路信号。
然后,再对第一左通路信号和第一右通路信号进行下混增强处理,得到目标左声道信号和目标右声道信号。
需要说明的是,本发明中生成的目标左声道信号为双声道立体声信号的左声道信号,目标右声道信号为双声道立体声信号的右声道信号。相比于处理前的左右通路信号,下混增强处理后的目标左声道信号和目标右声道信号中增加了空间传输信息,从而增强了耳机设备输出的立体声信号的声场的空间感,提升了环绕音效。
可选地,所述下混增强处理包括空间传输模拟处理,或者,所述下混增强处理包括空间传输模拟处理和信号均衡处理;或者,所述下混增强处理包括空间传输模拟处理、信号均衡处理和混响处理,等等。其中,所述空间传输模拟处理用于模拟所述第一左通路信号和所述第一右通路信号在物理空间中的传输过程,为所述第一左通路信号和所述第一右通路信号增加空间传输信息。所述信号均衡处理用于对经过空间传输模拟处理后音频信号进行均衡,避免音频信号出现突变,影响听感。所述混响处理为音频信号增加空间信息,营造四面八方的包围感,进一步提升环绕音效。
在音频信号处理过程中,难以直接对音频信号添加空间传输信息,可以通过对影响声场的参数进行处理,使得处理前后的声场相似或相同,以实现避免破环多通路环绕声信号的空间传输信息的目的。示例性的,可以基于处理前后的音频信号产生的双耳声压,对第一左通路信号和第一右通路信号进行空间传输模拟处理。
在本发明的一种可选实施例中,所述下混增强处理包括空间传输模拟处理,步骤102所述基于所述多通路环绕声信号的标准张角,对所述第一左通路信号和所述第一右通路信号进行下混增强处理,得到目标左声道信号和目标右声道信号,包括:
步骤S21、根据所述多通路环绕声信号的标准张角,计算所述多通路环绕声信号对应的第一双耳声压;
步骤S22、基于所述第一双耳声压对所述第一左通路信号和所述第一右通路信号进行空间传输模拟处理,得到目标左声道信号和目标右声道信号;其中,所述目标左声道信号与所述目标右声道信号产生的第二双耳声压与所述第一双耳声压相同。
其中,声压为介质压强的变化量,也即介质中有声场时的压强P与没有声场时压强P0之差。所述双耳声压,包括左侧扬声器输出的音频信号产生的左耳声压PL,以及右侧扬声器输出的音频信号产生的右耳声压PR。
声压与介质中的声场相关,声场受张角的限制,在同一介质中,针对同一对扬声器输出的音频信号,张角与双耳声压一一对应。因此,在本发明实施例中,可以先根据所述多通路环绕声信号的标准张角,计算所述多通路环绕声信号对应的第一双耳声压,也即,所述多通路环绕声信号的左通路信号产生的左耳声压PL,和所述多通路环绕声信号的右通路信号产生的右耳声压PR。
然后,基于所述第一双耳声压,对所述第一左通路信号和所述第一右通路信号进行空间传输模拟处理,使得生成的目标左声道信号和目标右声道信号产生的第二双耳声压与所述第一双耳声压相同。也即,使得目标左声道信号产生的左耳声压P′L与所述左通路信号产生的左耳声压PL相同,以及,使得目标右声道信号产生的右耳声压P′R与所述右通路信号产生的右耳声压PR相同。
在同一介质中,两个音频信号在某个位置产生的声压相同,意味着两个音频信号在该处对应的声场相同。因此,本发明实施例通过对所述第一左通路信号和所述第一右通路信号进行空间传输模拟处理,使得最终生成的目标左声道信号和目标右声道信号产生的第二双耳声压,与多通路环绕声信号对应的第一双耳声压相同。换言之,目标左声道信号和目标右声道信号产生的声场,与多通路环绕声信号的左通路信号和右通路信号产生的声场相同,从而最大限度的保留了多通路环绕声信号的空间传输信息,增强了耳机设备输出的立体声信号的声场的空间感,提升了环绕音效。
在本发明的一种可选实施例中,步骤S22所述基于所述第一双耳声压对所述第一左通路信号和所述第一右通路信号进行空间传输模拟处理,得到目标左声道信号和目标右声道信号,包括:
子步骤S221、确定所述多通路环绕声信号的标准张角对应的同侧耳头相关传输函数和异侧耳头相关传输函数;
子步骤S222、确定所述同侧耳头相关传输函数和所述异侧耳头相关传输函数对应的对称矩阵,得到目标滤波系数,所述目标滤波系数用于确定所述第一左通路信号和所述第一右通路信号待模拟的空间传输信息;
子步骤S223、根据所述目标滤波系数对所述第一左通路信号和所述第一右通路信号进行滤波处理,得到目标左声道信号和目标右声道信号,所述目标左声道信号与所述目标右声道信号产生的第二双耳声压与所述多通路环绕声信号对应的第一双耳声压相同。
需要说明的是,每一个张角对应一组头相关传输函数,分别为同侧耳头相关传输函数和异侧耳头相关传输函数。张角对应的头相关传输函数可以直接从头相关传输函数数据库中提取。
假设所述多通路环绕声信号的标准张角对应的同侧耳头相关传输函数为HLL和HRR,异侧耳头相关传输函数为HLR和HRL,其中,HLL=HRR,HLR=HRL。记所述第一左通路信号为L1,所述第一右通路信号为R1,则所述多通路环绕声信号对应的第一双耳声压,也即所述第一左通路信号产生的左耳声压PL和所述第一右通路信号产生的右耳声压PR,可以表示为:
记目标左声道信号为L′,目标右声道信号为R′,目标左声道信号和目标右声道信号产生的第二双耳声压,也即目标左声道信号产生的左耳声压为P′L和目标右声道信号产生的右耳声压为P′R。由于目标左声道信号和目标右声道信号经由耳机设备输出,没有在空间中进行传输的过程,因此,目标左声道信号产生的左耳声压P′L可以直接表示为:P′L=L′,目标右声道信号产生的右耳声压P′R可以直接表示为:P′R=R′。那么,上述公式(5)可以表示为:
根据目标滤波系数对所述第一左通路信号和所述第一右通路信号进行滤波处理,就可以得到目标左声道信号和目标右声道信号。
在本发明的一种可选实施例中,子步骤S223所述根据所述目标滤波系数对所述第一左通路信号和所述第一右通路信号进行滤波处理,得到目标左声道信号和目标右声道信号,包括:
步骤A11、分别基于所述同侧耳头相关传输函数和所述异侧耳头相关传输函数对所述第一左通路信号进行滤波处理,得到第二左通路信号和第三左通路信号,所述第二左通路信号对应同侧耳头相关传输函数,所述第三左通路信号对应异侧耳头相关传输函数;
步骤A12、分别基于所述同侧耳头相关传输函数和所述异侧耳头相关传输函数对所述第一右通路信号进行滤波处理,得到第二右通路信号和第三右通路信号,所述第二右通路信号对应同侧耳头相关传输函数,所述第三右通路信号对应异侧耳头相关传输函数;
步骤A13、对所述第二左通路信号和所述第三右通路信号进行叠加处理,得到目标左声道信号;
步骤A14、对所述第三左通路信号和所述第二右通路信号进行叠加处理,得到目标右声道信号。
对上述公式(6)进行矩阵运算,可以得到:
L=HLL*L1+HLR*R1 (7)
R′=HRL*L1+HRR*R1 (8)
其中,HLL和HRR为同侧耳头相关传输函数,HLL=HRR;HLR和HRL为异侧耳头相关传输函数,HLR=HRL。
因此,在本发明实施例中,确定多通路环绕声信号的同侧耳头相关传输函数和异侧耳头相关传输函数之后,可以直接基于所述同侧耳头相关传输函数和所述异侧耳头相关传输函数对所述第一左通路信号、所述第一右通路信号进行滤波处理。
具体的,基于同侧耳头相关传输函数对第一左通路信号L1进行滤波处理,得到第二左通路信号L2,L2=HLLL1;基于异侧耳头相关传输函数对第一左通路信号L1进行滤波处理,得到第三左通路信号L3,L3=HLRL1;基于同侧耳头相关传输函数对第一右通路信号R1进行滤波处理,得到第二右通路信号R2,R2=HLLR1;基于异侧耳头相关传输函数对第一右通路信号R1进行滤波处理,得到第三右通路信号R3,R3=HLRR1。
对第二左通路信号L2和第三右通路信号R3进行叠加处理,就可以得到目标左声道信号L′;对第三左通路信号L3和第二右通路信号R2进行叠加处理,就可以得到目标右声道信号R′。
需要说明的是,在本发明实施例中,所述下混增强处理除了包括空间传输模拟处理,还可以包括信号均衡处理。其中,所述信号均衡处理用于对经过空间传输模拟处理后音频信号进行均衡,避免音频信号出现突变,影响听感,以提高音频信号的音色保真度、对白清晰度,提升整体听感。
在本发明的一种可选实施例中,所述下混增强处理包括空间传输模拟处理和信号均衡处理,步骤102所述基于所述多通路环绕声信号的标准张角,对所述第一左通路信号和所述第一右通路信号进行下混增强处理,得到目标左声道信号和目标右声道信号,包括:
步骤S31、基于所述多通路环绕声信号的标准张角对所述第一左通路信号和所述第一右通路信号进行空间传输模拟处理,得到第一左声道信号和第一右声道信号;
步骤S32、对所述第一左声道信号和所述第一右声道信号分别进行信号均衡处理,得到目标左声道信号和目标右声道信号,所述均衡处理包括功率均衡处理和/或频响均衡处理。
需要说明的是,在本发明实施例中,信号均衡处理在空间传输模拟处理之后:先对所述第一左通路信号和所述第一右通路信号进行空间传输模拟处理,得到第一左声道信号和第一右声道信号;然后,再对所述第一左声道信号和所述第一右声道信号进行信号均衡处理,得到目标左声道信号和目标右声道信号。可以采用前述任意方式对所述第一左通路信号和所述第一右通路信号进行空间传输模拟处理,本发明实施例在此不做进一步赘述。并且,本发明实施例对信号均衡处理的具体实现方式也不做限定,只要能够避免音频信号出现突变,提升目标左声道信号和目标右声道信号的音质即可。
其中,所述信号均衡处理包括功率均衡处理和/或频响均衡处理。作为一种示例,所述信号均衡处理包括功率均衡处理,步骤S32所述信号均衡处理包括功率均衡处理,所述对所述第一左声道信号和所述第一右声道信号分别进行信号均衡处理,得到目标左声道信号和目标右声道信号,包括:
步骤A21、确定所述多通路环绕声信号的标准张角对应的同侧耳头相关传输函数和异侧耳头相关传输函数;
步骤A22、计算所述同侧耳头相关传输函数和所述异侧耳头相关传输函数的平方和,得到第一目标值;
步骤A23、计算所述第一目标值的平方根,得到第二目标值;
步骤A24、确定所述第二目标值的倒数,得到功率均衡系数;
步骤A25、根据所述功率均衡系数对所述第一左声道信号和所述第一右声道信号进行信号调制,得到目标左声道信号和目标右声道信号。
计算同侧耳头相关传输函数和异侧耳头相关传输函数的平方和,所述第一目标值可以表示为:
M1=HLL 2+HLR 2 (9)
所述第二目标值可以表示为:
所述功率均衡系数可以表示为:
根据所述功率均衡系数EQP对所述第一左声道信号和所述第一右声道信号进行信号调制,就可以得到目标左声道信号和目标右声道信号。
具体的,结合前述公式(7)和公式(8),将所述第一左声道信号l1和所述第一右声道信号r1分别表示为:
l1=HLLL1+HLRR1 (12)
r1=HLRL1+HLLR1 (13)
那么,目标左声道信号L′与目标右声道信号R′就可以表示为:
在本发明实施例中,通过对空间传输模拟处理后的第一左声道信号和第一右声道信号进行功率均衡处理,可以有效减少目标左声道信号和目标右声道信号中的音色失真,提高音质。
需要说明的是,上述步骤A21至步骤A25所述的功率均衡处理过程,仅为本发明的一种示例性说明,并不构成对本发明的限定。在实际应用过程中,可以采用任意方式对空间传输模拟处理得到的所述第一左声道信号和所述第一右声道信号进行功率均衡处理,只要能够减少目标左声道信号和目标右声道信号的音色失真即可。
在本发明实施例中,除了可以通过对所述第一左声道信号和所述第一右声道信号进行功率均衡处理,以目标左声道信号和目标右声道信号减少音色失真;还可以对所述第一左声道信号和所述第一右声道信号进行频响均衡处理,以减少生成的目标左声道信号和目标右声道信号的频率失真。
在本发明的一种可选实施例中,所述信号均衡处理包括频响均衡处理,步骤S32所述对所述第一左声道信号和所述第一右声道信号分别进行信号均衡处理,得到目标左声道信号和目标右声道信号,包括:
步骤A31、对所述第一左声道信号分别进行高通滤波处理和低通滤波处理,得到所述第一左声道信号的高频成分和中低频成分;
步骤A32、将所述第一左声道信号的高频成分和中低频成分进行叠加,得到目标左声道信号;
步骤A33、对所述第一右声道信号分别进行高通滤波处理和低通滤波处理,得到所述第一右声道信号的高频成分和中低频成分;
步骤A34、将所述第一右声道信号的高频成分和中低频成分进行叠加,得到目标右声道信号。
需要说明的是,对于音频信号,通常包含低音频段、中音频段、中高音频段和高音频段等。其中,低音频段指80Hz-250Hz的频率段,包含音频信号中各声部的基础音,对低音频段的调整可以改变音频信号的平衡状态,使其趋向丰满或单薄,过多地提升则会引发“隆隆”声,并且,若音频信号中100Hz-160Hz的频段占比较多,就会导致音频信号的听感比较沉闷。中音频段指250Hz-2000Hz的频率段,对中音频段的调整可以改变音频信号的音色力度,但过多地提升则会产生类似铁皮声的音色,影响听感。中高频段指2000Hz-4000Hz的频率段,该频段的音色比较尖锐,并且对中、高频的层次感有破坏作用,对中高音频段的过度提升会掩蔽语音的识别,容易引起听者疲劳、心烦等不良反应。高音频段指4000Hz-6000Hz的频率段,该频段可以为听者带来临场感,可以增加语言、音乐的清晰度,对高频频段的提升可以改变听者对音频信号的声场定位,给听者带来身临其境的感觉。
因此,在本发明实施例中,可以通过对所述第一左声道信号和所述第一右声道信号进行频率均衡,适度的改变所述第一左声道信号和所述第一右声道信号中各个频段的占比,避免因空间传输模拟处理造成的频率失真,并进一步提升生成的目标左声道信号和目标右声道信号的音质,优化听感。
具体的,可以通过高通滤波器和低通滤波器分别对所述第一左声道信号和所述第一右声道信号进行滤波处理,滤除高低频噪声,使得所述第一左声道信号和所述第一右声道信号的频响曲线趋于平直,达到避免频率失真的目的。
并且,在对立体声展宽处理后的第三左声道信号和第三右声道信号进行频率均衡处理时,可以对所述第三左声道信号和所述第三右声道信号的音频特征进行主客观分析,确定频率均衡参数。
需要说明的是,在本发明实施例中,可以对空间传输模拟处理得到的第一左声道信号和第一右声道信号进行功率均衡处理或频响均衡处理,也可以对所述第一左声道信号和所述第一右声道信号同时进行功率均衡处理和频响均衡处理。其中,本发明实施例对所述功率均衡处理和所述频响均衡处理的先后顺序不做具体限定,可以先对所述第一左声道信号和所述第一右声道信号同时进行功率均衡处理,再进行频响均衡处理;也可以先对所述第一左声道信号和所述第一右声道信号同时进行频响均衡处理,再进行功率均衡处理。具体的处理过程可以参照前述对所述第一左声道信号和所述第一右声道的功率均衡处理和频响均衡处理的处理步骤,本发明实施例在此不做进一步赘述。
在本发明实施例中,所述下混增强处理除了可以包括空间传输处理、信号均衡处理,还可以包括混响处理。其中,所述混响处理用于为音频信号增加空间信息,营造四面八方的包围感,进一步提升环绕音效。
作为一种示例,所述下混增强处理包括空间传输模拟处理、信号均衡处理和混响处理,步骤102所述基于所述多通路环绕声信号的标准张角,对所述第一左通路信号和所述第一右通路信号进行下混增强处理,得到目标左声道信号和目标右声道信号,包括:
步骤S41、基于所述多通路环绕声信号的标准张角对所述第一左通路信号和所述第一右通路信号进行空间传输模拟处理,得到第一左声道信号和第一右声道信号;
步骤S42、对所述第一左声道信号和所述第一右声道信号分别进行信号均衡处理,得到第二左声道信号和第二右声道信号;
步骤S43、对所述第二左声道信号和所述第二右声道信号分别进行混响处理,得到第三左声道信号和第三右声道信号;
步骤S44、对所述第二左声道信号和所述第三左声道信号进行叠加,得到目标左声道信号;
步骤S45、对所述第二右声道信号和所述第三右声道信号进行叠加,得到目标右声道信号。
需要说明的是,在本发明实施例中,所述空间传输处理、所述信号均衡处理、所述混响处理之间存在先后顺序,参照图3,示出了本发明实施例的一种单通路信号的处理流程示意图。如图3所示,先将多通路环绕声信号的中置通路信号C分别与左通路信号L和右通路信号R进行叠加,得到第一左通路信号L1和第一右通路信号R1。然后,再对所述第一左通路信号L1和所述第一右通路信号R1进行空间传输模拟处理,得到第一左声道信号l1和第一右声道信号r1。紧接着,再对所述第一左声道信号l1和所述第一右声道信号r1分别进行信号均衡处理,得到第二左声道信号l2和第二右声道信号r2。再进一步对所述第二左声道信号l2和所述第二右声道信号r2分别进行混响处理,得到第三左声道信号l3和第三右声道信号r3。最后,对所述第二左声道信号l2和所述第三左声道信号l3进行叠加,得到目标左声道信号L′;对所述第二右声道信号r2和所述第三右声道信号r3进行叠加,得到目标右声道信号R′。
其中,对所述第二左声道信号l2和所述第三左声道信号l3进行叠加,以及对所述第二右声道信号r2和所述第三右声道信号r3进行叠加时,可以按照一定比例进行叠加。
并且,若所述多通路环绕声信号还包括左环绕通路信号和右环绕通路信号,也可以针对左环绕通路信号和右环绕通路信号混响处理前后的音频信号设置叠加系数,按照叠加系数进行叠加处理。记经过空间传输模拟处理和信号均衡处理的左环绕声道信号对应的音频信号为ls1,对音频信号ls1进行混响处理得到音频信号ls2;经过空间传输模拟处理和信号均衡处理的右环绕声道信号对应的音频信号为rs1,对音频信号rs1进行混响处理,得到音频信号rs2。所述目标左声道信号L′和所述目标右声道信号R′可以表示为:
L′=a*l2+b*l3+c*ls1+b*ls2 (16)
R′=a*r2+b*r3+c*rs1+b*rs2 (17)
其中,a、b、c、d均为叠加系数。叠加系数可以根据实际需求进行设置,本发明对此不做具体限定。
需要说明的是,在进行混响处理的过程中,针对左右通路信号对应的第二左声道信号l2和第二右声道信号r2,可以选择小混响模型进行混响处理,以提升音色保真度;针对左右环绕通路信号对应的音频信号ls1和音频信号rs1,可以选择大混响模型进行混响处理,以营造包围感,提升环绕音效。
基于所述多通路环绕声信号的标准张角对所述第一左通路信号和所述第一右通路信号进行空间传输模拟处理的具体处理过程,可以参照前述与空间传输模拟处理相关的任一实施例所示的处理过程。同样的,对所述第一左声道信号和所述第一右声道信号分别进行信号均衡处理的具体处理过程,可以参照前述与信号均衡处理相关的任一实施例所示的处理过程,本发明实施例在此不做进一步赘述。
并且,本发明实施例对混响处理的具体实现方式也不做限定,例如,可以采用数字混响模型,如Schroeder混响模型、Moorer混响模型等,对所述第二左声道信号和所述第二右声道信号分别进行混响处理。当然,也可以采用其他方式,只要能够为音频信号增加空间信息,营造四面八方的包围感,进一步提升环绕音效即可。
以Schroeder混响模型为例,步骤S43所述对所述第二左声道信号和所述第二右声道信号分别进行混响处理,得到第三左声道信号和第三右声道信号,包括:
步骤A41、基于X个并联的梳状滤波器对所述第二左声道信号和所述第二右声道信号分别进行滤波处理,得到第一左滤波信号和第一右滤波信号;
步骤A42、基于Y个串联的全通滤波器对所述第一左滤波信号和所述第一右滤波信号分别进行滤波处理,得到第三左声道信号和第三右声道信号。
Schroeder混响模型通常由X个并联的梳状滤波器和Y个串联的全通滤波器组成。其中,X、Y均为大于1的正整数。以X=4,Y=2为例,参照图4,示出了一种Schroeder混响模型的结构示意图。如图4所示,输入的音频信号x(n),也即本发明实施例中的第二左声道信号或第二右声道信号,分别经过4个并联的梳状滤波器C1至C4进行滤波处理,再依次经过2个串联的全通滤波器A1和A2进行滤波处理,就可以得到混响后的音频信号y(n),也即本发明实施例中的第三左声道信号或第三右声道信号。
需要说明的是,在实际应用中,可以通过调整梳状滤波器C1至C4的延时、衰减系数,全通滤波器A1和A2的延时、反馈增益中的任意一项,调整第三左声道信号和第三右声道信号的混响效果。
Moorer混响模型为例,步骤S43所述对所述第二左声道信号和所述第二右声道信号分别进行混响处理,得到第三左声道信号和第三右声道信号,包括:
步骤A51、基于N个串联的延迟滤波器对所述第二左声道信号和所述第二右声道信号分别进行滤波处理,得到第二左滤波信号和第二右滤波信号;
步骤A52、基于M个并联的低通梳状滤波器对所述第二左滤波信号和所述第二右滤波信号分别进行滤波处理,得到第三左滤波信号和第三右滤波信号;
步骤A53、对所述第三左滤波信号和所述第三右滤波信号进行全通滤波处理,得到第四左滤波信号和第四右滤波信号;
步骤A54、将所述第二左滤波信号和所述第四左滤波信号进行叠加,得到第三左声道信号;
步骤A55、将所述第二右滤波信号和所述第四右滤波信号进行叠加,得到第三右声道信号。
其中,N、M均为大于1的正整数。
Moorer混响模型是对Schroeder混响模型的改进和扩展,系统结构更为复杂,输出的音频信号的自然度也更好。参照图5,示出了一种Moorer混响模型的结构示意图。如图5所示,该Moorer混响模型包括N个串联的延迟滤波器至6个并联的低通梳状滤波器C1至C6、全通滤波器A1,以及延迟单元kZ-d。输入信号x(n),也即本发明实施例中的第二左声道信号或第二右声道信号,依次经过N个延迟滤波器至进行滤波处理,分别得到音频信号a1至an,对音频信号a1至an进行叠加,得到第二左滤波信号或第二右滤波信号。
然后,通过6个并联的低通梳状滤波器C1至C6分别对第二左滤波信号或第二右滤波信号进行滤波处理,并把每个低通梳状滤波器输出音频信号进行叠加,得到第三左滤波信号或第三右滤波信号。
通过全通滤波器A1对所述第三左滤波信号和所述第三右滤波信号进行全通滤波处理,得到第四左滤波信号或第四右滤波信号。可选地,还可以进一步通过延迟单元对所述第四滤波信号或所述第四右滤波信号进行延迟处理。
最后,将第二左滤波信号和第四左滤波信号进行叠加,得到第三左声道信号;将第二右滤波信号和第四右滤波信号进行叠加,得到第三右声道信号。其中,如果输入信号x(n)为第二左声道信号,则输出信号y(n)为第三左声道信号;如果输入信号x(n)为第二右声道信号,则输出信号y(n)为第三右声道信号。
本发明实施例,多通路环绕声信号除了可以包括中置通路信号、左通路信号和右通路信号,还可以包含环绕声通路信号。例如,目前应用比较广泛的环绕声信号:5.1声道音频信号,就包含中置通路信号、左通路信号、右通路信号、低频效果通路信号、左环绕效果通路信号和右环绕效果通路信号。
在本发明的一种可选实施例中,所述多通路环绕声信号还包括左环绕通路信号和右环绕通路信号,步骤102所述基于所述多通路环绕声信号的标准张角,对所述第一左通路信号和所述第一右通路信号进行下混增强处理,得到目标左声道信号和目标右声道信号,包括:
步骤S51、基于所述多通路环绕声信号的第一标准张角对所述第一左通路信号和所述第一右通路信号进行下混增强处理,得到目标左通路信号和目标右通路信号,所述第一标准张角为所述多通路环绕声信号的单通路信号对应的标准张角;
步骤S52、基于所述多通路环绕声信号的第二标准张角对所述左环绕通路信号和所述右环绕通路信号进行下混增强处理,得到目标左环绕通路信号和目标右环绕通路信号,所述第二标准张角为所述多通路环绕声信号的环绕通路信号对应的标准张角;
步骤S53、将所述目标左通路信号和所述目标左环绕通路信号进行叠加,得到目标左声道信号;
步骤S54、将所述目标右通路信号和所述目标右环绕通路信号进行叠加,得到目标右声道信号。
多通路环绕声信号对应的标准张角,即为多声道环绕声信号的配置标准中限定的一对扬声器与听者之间的标准夹角。在本发明实施例中,所述多通路环绕声信号对应的标准张角,特指所述多通路环绕声信号的配置标准中,用于输出左侧信号的左侧扬声器,与用于输出右侧信号的右侧扬声器,以及听者之间的夹角。
因此,当多通路环绕声信号包括中置通路信号、左通路信号、左环绕通路信号、右通路信号和右环绕通路信号时,所述标准张角也存在两个,分别为左通路信号和右通路信号对应的第一标准张角,以及左环绕通路信号和右环绕通路信号对应的第二标准张角。以5.1通路环绕声为例,所述第一标准张角为用于输出左通路信号的左前置扬声器,与用于输出右通路信号的右前置扬声器,以及听者之间的夹角;所述第二标准张角为用于输出左环绕通路信号的左后置扬声器,与用于输出右环绕通路信号的右后置扬声器,以及听者之间的夹角。
需要说明的是,在本发明实施例中,对所述左环绕通路信号和所述右环绕通路信号进行下混增强处理的处理过程,与所述第一左通路信号和所述第一右环绕通路信号的下混增强处理过程类似,只需将标准张角替换为所述左环绕通路信号和所述右环绕通路信号对应的第二标准张角即可。换言之,前述针对第一左通路信号和第二左通路信号列举的所有与下混增强处理相关的步骤,均可应用于左环绕通路信号和右环绕通路信号。具体的处理过程参照前述的说明即可,本发明实施例在此不做进一步赘述。
分别对第一左通路信号、第一右通路信号、左环绕通路信号和右环绕通路信号进行下混增强处理后,只需将得到的目标左通路信号和目标左环绕通路信号进行叠加,就可以得到目标左声道信号;将得到的目标右通路信号和目标右环绕通路信号进行叠加,就可以得到目标右声道信号。
此外,在本发明实施例中,还可以进一步对目标左声道信号和目标右声道信号进行动态范围控制处理后再输出。在本发明的一种可选实施例中,步骤103所述通过所述耳机设备输出所述目标左声道信号和所述目标右声道信号,包括:
步骤S61、对所述目标左声道信号和所述目标右声道信号进行动态范围控制处理,得到满足预设响度范围的目标左声道信号和目标右声道信号,所述预设响度范围根据所述多通路环绕声信号的音频内容确定;
步骤S62、通过所述耳机设备输出所述满足预设响度范围的目标左声道信号和目标右声道信号。
对所述目标左声道信号和所述目标右声道信号进行动态范围控制处理,可以在信号较小时放大信号,使得一些小细节能够被感知;在信号较大时控制信号幅值,进一步消除爆音风险,使得目标左声道信号和目标右声道信号在一定响度范围内达到较为理想的主观听感。
具体的,可以通过设置信号能量增益(pregin)、阈值(threshold)、压缩比率(ratio)、拐点(knee)等参数对目标左声道信号和目标右声道信号进行动态范围控制处理。
在本发明的一种可选实施例中,步骤S61所述对所述目标左声道信号和所述目标右声道信号进行动态范围控制处理,得到满足预设响度范围的目标左声道信号和目标右声道信号,包括:
子步骤S611、根据预设门限确定动态压缩增益;
子步骤S612、基于所述动态压缩增益对所述目标左声道信号和所述目标右声道信号进行增益平滑处理,得到第一目标左声道信号和第一目标右声道信号;
子步骤S613、对所述第一目标左声道信号和所述第一目标右声道信号进行增益补偿处理,得到满足预设响度范围的第二目标左声道信号和第二目标右声道信号。
参照图6,示出了本发明实施例的一种动态范围控制处理的流程示意图。如图6所示,对于输入信号x(n),先根据预先确定的动态压缩增益,进行增益平滑处理,得到信号y(n)′。然后,再对信号y(n)′进行增益补偿处理,得到信号y(n)”。需要说明的是,可以采用本领域的任意可用于音频信号增益平滑处理、增益补偿处理的实现方式,本发明实施例对此不做限定。
其中,如果输入信号x(n)为目标左声道信号,则信号y(n)′为第一目标左声道信号,信号y(n)”为第二目标左声道信号;如果输入信号x(n)为目标右声道信号,则信号y(n)′为第一目标右声道信号,信号y(n)”为第二目标右声道信号。
此外,在本发明实施例中,基于多通路环绕声信号生成立体声信号的目标左声道信号和目标右声道信号时,除了可以对多通路环绕声的中置通路信号、左通路信号、右通路信号、左环绕通路信号和右环绕通路信号进行处理,还可以对多通路环绕声的低音通路信号进行处理。
在本发明的一种可选实施例中,所述多通路环绕声信号还包括低音通路信号,步骤103所述通过所述耳机设备输出所述目标左声道信号和所述目标右声道信号,包括:
步骤S71、根据所述多通路环绕声信号的音频内容调整所述低音通路信号的信号能量增益,得到调整后的低音通路信号;
步骤S72、将所述调整后的低音通路信号分别与所述目标左声道信号和所述目标右声道信号进行叠加,得到混合左声道信号和混合右声道信号;
步骤S73、通过所述耳机设备输出所述混合左声道信号和所述混合右声道信号。
参照图7,示出了本发明实施例的一种多通路环绕声信号的处理流程图。如图7所示,其中,所述多通路环绕声信号包括左通路信号L、右通路信号R、左环绕通路信号LS、右环绕通路信号RS、中置通路信号C和低音通路信号LFE。下面,将结合图8,说明本发明实施例对多通路环绕声信号的各个通路信号的具体处理过程。
首先,将中置通路信号C分别与左通路信号L和右通路信号R进行叠加,得到第一左通路信号L1和第一右通路信号R1。然后,分别对第一左通路信号L1和第一右通路信号R1,以及环绕通路信号LS和右环绕通路信号RS,进行下混增强处理。其中,所述下混增强处理可以包括空间传输模拟处理、信号均衡处理和混响处理。其中,所述信号均衡处理还可以包括功率均衡处理和频响均衡处理。在进行下混增强处理之前,首先通过模式匹配确定第一左通路信号L1和第一右通路信号R1对应的第一标准张角,以及确定左环绕通路信号LS和右环绕通路信号RS的第二标准张角,然后再基于各自的标准张角进行下混增强。具体的处理过程可以参照前述与下混增强处理相关的任一实施例所示的处理过程,本发明实施例在此不做具体限定。
通过对第一左通路信号L1、第一右通路信号R1、左环绕通路信号LS和右环绕通路信号RS进行下混增强处理,得到目标左通路信号L1′、目标右通路信号R1′、目标左环绕通路信号LS′和目标右环绕通路信号RS′。
然后,对目标左通路信号L1′和目标左环绕通路信号LS′进行叠加,得到目标左声道信号L′;对目标右通路信号R1′和目标右环绕通路信号RS′进行叠加,得到目标右声道信号R′。
对于低音通路信号LFE,可以调整信号能量增益,并将调整后的低音通路信号分别与目标左声道信号L′和目标右声道信号R′进行叠加,得到混合左声道信号L”和混合右声道信号R”并输出。
需要说明的是,各通路信号的信号能量增益用于表征信号强度,信号能量增益越大,该通路信号的信号强度越大。不同类型的音频内容目标音频信号中,各通路信号的信号能量增益不同。在一些常用的头相关传输函数库中存在低频衰减情况,部分头相关传输函数在低频部分存在一定的损失,而本发明是基于多通路环绕声信号的标准张角对应的头相关传输函数,对左侧信号和右侧信号进行下混增强处理。如果采用的头相关传输函数存在低频损失,就会导致生成的目标左声道信号和目标右声道信号中损失多通路环绕声信号的部分低频信号。因此,可以通过适当的提高低音通路信号的信号能量增益,对目标左声道信号和目标右声道信号进行低音补偿。
进一步的,还可以对混合左声道信号L”和混合右声道信号R”进行动态范围控制处理,使得混合左声道信号L”和混合右声道信号R”在一定响度范围内达到较为理想的主观听感。具体的处理过程可以参照前述子步骤S611至子步骤S613,本发明实施例在此不做进一步赘述。
综上所述,本发明实施例将多通路环绕声信号的中置通路信号叠加到左通路信号和右通路信号中,并根据所述多通路环绕声信号的标准张角对叠加后的左右通路信号进行下混增强处理,为左通路信号和右通路信号增加空间传输信息,得到目标左声道信号和目标右声道信号,也即混合后的立体声信号的左右声道信号,相比于处理前的左右通路信号,混合后的左右声道信号中增加了空间传输信息,从而增强了耳机设备输出的立体声信号的声场的空间感,提升了环绕音效。
图8是本发明实施例提供的一种音频信号处理装置的框图,所述装置应用于外放设备,如图8所示,该装置80可以包括:
信号叠加模块801,用于将待处理的多通路环绕声信号的中置通路信号,分别与所述多通路环绕声信号的左通路信号和右通路信号进行叠加,得到第一左通路信号和第一右通路信号;
下混增强模块802,用于基于所述多通路环绕声信号的标准张角,对所述第一左通路信号和所述第一右通路信号进行下混增强处理,得到目标左声道信号和目标右声道信号;
信号输出模块803,用于通过所述耳机设备输出所述目标左声道信号和所述目标右声道信号。
在本发明的一种可选实施例中,所述下混增强处理包括空间传输模拟处理,所述下混增强模块,包括:
双耳声压计算子模块,用于根据所述多通路环绕声信号的标准张角,计算所述多通路环绕声信号对应的第一双耳声压;
第一空间传输模拟子模块,用于基于所述第一双耳声压对所述第一左通路信号和所述第一右通路信号进行空间传输模拟处理,得到目标左声道信号和目标右声道信号;其中,所述目标左声道信号与所述目标右声道信号产生的第二双耳声压与所述第一双耳声压相同。
在本发明的一种可选实施例中,所述第一空间传输模拟子模块,包括:
第一参数确定单元,用于确定所述多通路环绕声信号的标准张角对应的同侧耳头相关传输函数和异侧耳头相关传输函数;
目标滤波系数确定单元,用于确定所述同侧耳头相关传输函数和所述异侧耳头相关传输函数对应的对称矩阵,得到目标滤波系数,所述目标滤波系数用于确定所述第一左通路信号和所述第一右通路信号待模拟的空间传输信息;
第一滤波处理单元,用于根据所述目标滤波系数对所述第一左通路信号和所述第一右通路信号进行滤波处理,得到目标左声道信号和目标右声道信号,所述目标左声道信号与所述目标右声道信号产生的第二双耳声压与所述多通路环绕声信号对应的第一双耳声压相同。
在本发明的一种可选实施例中,所述第一滤波处理单元,包括:
第一滤波处理子单元,用于分别基于所述同侧耳头相关传输函数和所述异侧耳头相关传输函数对所述第一左通路信号进行滤波处理,得到第二左通路信号和第三左通路信号,所述第二左通路信号对应同侧耳头相关传输函数,所述第三左通路信号对应异侧耳头相关传输函数;
第二滤波处理子单元,用于分别基于所述同侧耳头相关传输函数和所述异侧耳头相关传输函数对所述第一右通路信号进行滤波处理,得到第二右通路信号和第三右通路信号,所述第二右通路信号对应同侧耳头相关传输函数,所述第三右通路信号对应异侧耳头相关传输函数;
第一叠加处理子单元,用于对所述第二左通路信号和所述第三右通路信号进行叠加处理,得到目标左声道信号;
第二叠加处理子单元,用于对所述第三左通路信号和所述第二右通路信号进行叠加处理,得到目标右声道信号。
在本发明的一种可选实施例中,所述信号叠加模块,包括:
衰减处理子模块,用于根据预设衰减系数对待处理的多通路环绕声信号的中置通路信号进行衰减处理,得到衰减后的中置通路信号;
第一信号叠加子模块,用于将衰减后的中置通路信号分别与所述多通路环绕声信号的左通路信号和右通路信号进行叠加,得到第一左通路信号和第一右通路信号。
在本发明的一种可选实施例中,所述下混增强处理包括空间传输模拟处理和信号均衡处理,所述下混增强模块,包括:
第二空间传输模拟子模块,用于基于所述多通路环绕声信号的标准张角对所述第一左通路信号和所述第一右通路信号进行空间传输模拟处理,得到第一左声道信号和第一右声道信号;
第一信号均衡处理子模块,用于对所述第一左声道信号和所述第一右声道信号分别进行信号均衡处理,得到目标左声道信号和目标右声道信号,所述均衡处理包括功率均衡处理和/或频响均衡处理。
在本发明的一种可选实施例中,所述信号均衡处理包括功率均衡处理,所述第一信号均衡处理子模块,包括:
第二参数确定单元,用于确定所述多通路环绕声信号的标准张角对应的同侧耳头相关传输函数和异侧耳头相关传输函数;
第一目标值计算单元,用于计算所述同侧耳头相关传输函数和所述异侧耳头相关传输函数的平方和,得到第一目标值;
第二目标值计算单元,用于计算所述第一目标值的平方根,得到第二目标值;
功率均衡系数确定单元,用于确定所述第二目标值的倒数,得到功率均衡系数;
信号调制单元,用于根据所述功率均衡系数对所述第一左声道信号和所述第一右声道信号进行信号调制,得到目标左声道信号和目标右声道信号。
在本发明的一种可选实施例中,所述信号均衡处理包括频响均衡处理,所述第一信号均衡处理子模块,包括:
第二滤波处理单元,用于对所述第一左声道信号分别进行高通滤波处理和低通滤波处理,得到所述第一左声道信号的高频成分和中低频成分;
第一信号叠加单元,用于将所述第一左声道信号的高频成分和中低频成分进行叠加,得到目标左声道信号;
第三滤波处理单元,用于对所述第一右声道信号分别进行高通滤波处理和低通滤波处理,得到所述第一右声道信号的高频成分和中低频成分;
第二信号叠加单元,用于将所述第一右声道信号的高频成分和中低频成分进行叠加,得到目标右声道信号。
在本发明的一种可选实施例中,所述下混增强处理包括空间传输模拟处理、信号均衡处理和混响处理,所述下混增强模块,包括:
第三空间传输模拟子模块,用于基于所述多通路环绕声信号的标准张角对所述第一左通路信号和所述第一右通路信号进行空间传输模拟处理,得到第一左声道信号和第一右声道信号;
第二信号均衡处理子模块,用于对所述第一左声道信号和所述第一右声道信号分别进行信号均衡处理,得到第二左声道信号和第二右声道信号;
混响处理子模块,用于对所述第二左声道信号和所述第二右声道信号分别进行混响处理,得到第三左声道信号和第三右声道信号;
第二信号叠加子模块,用于对所述第二左声道信号和所述第三左声道信号进行叠加,得到目标左声道信号;
第三信号叠加子模块,用于对所述第二右声道信号和所述第三右声道信号进行叠加,得到目标右声道信号。
在本发明的一种可选实施例中,所述混响处理子模块,包括:
第四滤波处理单元,用于基于X个并联的梳状滤波器对所述第二左声道信号和所述第二右声道信号分别进行滤波处理,得到第一左滤波信号和第一右滤波信号;
第五滤波处理单元,用于基于Y个串联的全通滤波器对所述第一左滤波信号和所述第一右滤波信号分别进行滤波处理,得到第三左声道信号和第三右声道信号。
在本发明的一种可选实施例中,所述混响处理子模块,包括:
第六滤波处理单元,用于基于N个串联的延迟滤波器对所述第二左声道信号和所述第二右声道信号分别进行滤波处理,得到第二左滤波信号和第二右滤波信号;
第七滤波处理单元,用于基于M个并联的低通梳状滤波器对所述第二左滤波信号和所述第二右滤波信号分别进行滤波处理,得到第三左滤波信号和第三右滤波信号;
第八滤波处理单元,用于对所述第三左滤波信号和所述第三右滤波信号进行全通滤波处理,得到第四左滤波信号和第四右滤波信号;
第三信号叠加单元,用于将所述第二左滤波信号和所述第四左滤波信号进行叠加,得到第三左声道信号;
第四信号叠加单元,用于将所述第二右滤波信号和所述第四右滤波信号进行叠加,得到第三右声道信号。
在本发明的一种可选实施例中,所述多通路环绕声信号还包括左环绕通路信号和右环绕通路信号,所述下混增强模块,包括:
第一下混增强处理子模块,用于基于所述多通路环绕声信号的第一标准张角对所述第一左通路信号和所述第一右通路信号进行下混增强处理,得到目标左通路信号和目标右通路信号,所述第一标准张角为所述多通路环绕声信号的单通路信号对应的标准张角;
第二下混增强处理子模块,用于基于所述多通路环绕声信号的第二标准张角对所述左环绕通路信号和所述右环绕通路信号进行下混增强处理,得到目标左环绕通路信号和目标右环绕通路信号,所述第二标准张角为所述多通路环绕声信号的环绕通路信号对应的标准张角;
第四信号叠加子模块,用于将所述目标左通路信号和所述目标左环绕通路信号进行叠加,得到目标左声道信号;
第五信号叠加子模块,用于将所述目标右通路信号和所述目标右环绕通路信号进行叠加,得到目标右声道信号。
在本发明的一种可选实施例中,所述信号输出模块,包括:
动态范围控制子模块,用于对所述目标左声道信号和所述目标右声道信号进行动态范围控制处理,得到满足预设响度范围的目标左声道信号和目标右声道信号,所述预设响度范围根据所述多通路环绕声信号的音频内容确定;
第一信号输出子模块,用于通过所述耳机设备输出所述满足预设响度范围的目标左声道信号和目标右声道信号。
在本发明的一种可选实施例中,所述动态范围控制子模块,包括:
动态压缩增益确定单元,用于根据预设门限确定动态压缩增益;
增益平滑处理单元,用于基于所述动态压缩增益对所述目标左声道信号和所述目标右声道信号进行增益平滑处理,得到第一目标左声道信号和第一目标右声道信号;
增益补偿处理单元,用于对所述第一目标左声道信号和所述第一目标右声道信号进行增益补偿处理,得到满足预设响度范围的第二目标左声道信号和第二目标右声道信号。
在本发明的一种可选实施例中,所述多通路环绕声信号还包括低音通路信号,所述信号输出模块,包括:
能量增益调整子模块,用于,用于根据所述多通路环绕声信号的音频内容调整所述低音通路信号的信号能量增益,得到调整后的低音通路信号;
第六信号叠加子模块,用于将所述调整后的低音通路信号分别与所述目标左声道信号和所述目标右声道信号进行叠加,得到混合左声道信号和混合右声道信号;
第二信号输出子模块,用于通过所述耳机设备输出所述混合左声道信号和所述混合右声道信号。
综上所述,本发明实施例提供的音频信号处理装置,将多通路环绕声信号的中置通路信号叠加到左通路信号和右通路信号中,并根据所述多通路环绕声信号的标准张角对叠加后的左右通路信号进行下混增强处理,为左通路信号和右通路信号增加空间传输信息,得到目标左声道信号和目标右声道信号,也即混合后的立体声信号的左右声道信号,相比于处理前的左右通路信号,混合后的左右声道信号中增加了空间传输信息,从而增强了耳机设备输出的立体声信号的声场的空间感,提升了环绕音效。
对于上述装置实施例而言,由于其与方法实施例基本相似,所以描述的比较简单,相关之处参见方法实施例的部分说明即可。
另外,本发明实施例还提供一种终端,包括处理器,存储器,存储在存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序,该计算机程序被处理器执行时实现上述音频信号处理方法实施例的各个过程,且能达到相同的技术效果,为避免重复,这里不再赘述。
本发明实施例还提供一种计算机可读存储介质,计算机可读存储介质上存储有计算机程序,该计算机程序被处理器执行时实现上述方法实施例的各个过程,且能达到相同的技术效果,为避免重复,这里不再赘述。其中,所述的计算机可读存储介质,如只读存储器(Read-Only Memory,简称ROM)、随机存取存储器(Random Access Memory,简称RAM)、磁碟或者光盘等。
本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述,每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处,各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。
本领域技术人员易于想到的是:上述各个实施例的任意组合应用都是可行的,故上述各个实施例之间的任意组合都是本发明的实施方案,但是由于篇幅限制,本说明书在此就不一一详述了。
在此提供的音频信号处理方法不与任何特定计算机、虚拟系统或者其它设备固有相关。各种通用系统也可以与基于在此的示教一起使用。根据上面的描述,构造具有本发明方案的系统所要求的结构是显而易见的。此外,本发明也不针对任何特定编程语言。应当明白,可以利用各种编程语言实现在此描述的本发明的内容,并且上面对特定语言所做的描述是为了披露本发明的最佳实施方式。
在此处所提供的说明书中,说明了大量具体细节。然而,能够理解,本发明的实施例可以在没有这些具体细节的情况下实践。在一些实例中,并未详细示出公知的方法、结构和技术,以便不模糊对本说明书的理解。
类似地,应当理解,为了精简本发明并帮助理解各个发明方面中的一个或多个,在上面对本发明的示例性实施例的描述中,本发明的各个特征有时被一起分组到单个实施例、图、或者对其的描述中。然而,并不应将该公开的方法解释成反映如下意图:即所要求保护的本发明要求比在每个权利要求中所明确记载的特征更多的特征。更确切地说,如权利要求书所反映的那样,发明方面在于少于前面公开的单个实施例的所有特征。因此,遵循具体实施方式的权利要求书由此明确地并入该具体实施方式,其中每个权利要求本身都作为本发明的单独实施例。
本领域那些技术人员可以理解,可以对实施例中的设备中的模块进行自适应性地改变并且把它们设置在与该实施例不同的一个或多个设备中。可以把实施例中的模块或单元或组件组合成一个模块或单元或组件,以及此外可以把它们分成多个子模块或子单元或子组件。除了这样的特征和/或过程或者单元中的至少一些是相互排斥之外,可以采用任何组合对本说明书(包括伴随的权利要求、摘要和附图)中公开的所有特征以及如此公开的任何方法或者设备的所有过程或单元进行组合。除非另外明确陈述,本说明书(包括伴随的权利要求、摘要和附图)中公开的每个特征可以由提供相同、等同或相似目的的替代特征来代替。
此外,本领域的技术人员能够理解,尽管在此所述的一些实施例包括其它实施例中所包括的某些特征而不是其它特征,但是不同实施例的特征的组合意味着处于本发明的范围之内并且形成不同的实施例。例如,在权利要求书中,所要求保护的实施例的任意之一都可以以任意的组合方式来使用。
本发明的各个部件实施例可以以硬件实现,或者以在一个或者多个处理器上运行的软件模块实现,或者以它们的组合实现。本领域的技术人员应当理解,可以在实践中使用微处理器或者数字信号处理器(DSP)来实现根据本发明实施例的操作执行方法中的一些或者全部部件的一些或者全部功能。本发明还可以实现为用于执行这里所描述的方法的一部分或者全部的设备或者装置程序(例如,计算机程序和计算机程序产品)。这样的实现本发明的程序可以存储在计算机可读介质上,或者可以具有一个或者多个信号的形式。这样的信号可以从因特网网站上下载得到,或者在载体信号上提供,或者以任何其他形式提供。
应该注意的是上述实施例对本发明进行说明而不是对本发明进行限制,并且本领域技术人员在不脱离所附权利要求的范围的情况下可设计出替换实施例。在权利要求中,不应将位于括号之间的任何参考符号构造成对权利要求的限制。单词“包含”不排除存在未列在权利要求中的元件或步骤。位于元件之前的单词“一”或“一个”不排除存在多个这样的元件。本发明可以借助于包括有若干不同元件的硬件以及借助于适当编程的计算机来实现。在列举了若干装置的单元权利要求中,这些装置中的若干个可以是通过同一个硬件项来具体体现。单词第一、第二、以及第三等的使用不表示任何顺序。可将这些单词解释为名称。
Claims (18)
1.一种音频信号处理方法,其特征在于,应用于耳机设备,所述方法包括:
将待处理的多通路环绕声信号的中置通路信号,分别与所述多通路环绕声信号的左通路信号和右通路信号进行叠加,得到第一左通路信号和第一右通路信号;
基于所述多通路环绕声信号的标准张角,对所述第一左通路信号和所述第一右通路信号进行下混增强处理,得到目标左声道信号和目标右声道信号;
通过所述耳机设备输出所述目标左声道信号和所述目标右声道信号。
2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述下混增强处理包括空间传输模拟处理,所述基于所述多通路环绕声信号的标准张角,对所述第一左通路信号和所述第一右通路信号进行下混增强处理,得到目标左声道信号和目标右声道信号,包括:
根据所述多通路环绕声信号的标准张角,计算所述多通路环绕声信号对应的第一双耳声压;
基于所述第一双耳声压对所述第一左通路信号和所述第一右通路信号进行空间传输模拟处理,得到目标左声道信号和目标右声道信号;其中,所述目标左声道信号与所述目标右声道信号产生的第二双耳声压与所述第一双耳声压相同。
3.根据权利要求2所述的方法,其特征在于,所述基于所述第一双耳声压对所述第一左通路信号和所述第一右通路信号进行空间传输模拟处理,得到目标左声道信号和目标右声道信号,包括:
确定所述多通路环绕声信号的标准张角对应的同侧耳头相关传输函数和异侧耳头相关传输函数;
确定所述同侧耳头相关传输函数和所述异侧耳头相关传输函数对应的对称矩阵,得到目标滤波系数,所述目标滤波系数用于确定所述第一左通路信号和所述第一右通路信号待模拟的空间传输信息;
根据所述目标滤波系数对所述第一左通路信号和所述第一右通路信号进行滤波处理,得到目标左声道信号和目标右声道信号,所述目标左声道信号与所述目标右声道信号产生的第二双耳声压与所述多通路环绕声信号对应的第一双耳声压相同。
4.根据权利要求3所述的方法,其特征在于,所述根据所述目标滤波系数对所述第一左通路信号和所述第一右通路信号进行滤波处理,得到目标左声道信号和目标右声道信号,包括:
分别基于所述同侧耳头相关传输函数和所述异侧耳头相关传输函数对所述第一左通路信号进行滤波处理,得到第二左通路信号和第三左通路信号,所述第二左通路信号对应同侧耳头相关传输函数,所述第三左通路信号对应异侧耳头相关传输函数;
分别基于所述同侧耳头相关传输函数和所述异侧耳头相关传输函数对所述第一右通路信号进行滤波处理,得到第二右通路信号和第三右通路信号,所述第二右通路信号对应同侧耳头相关传输函数,所述第三右通路信号对应异侧耳头相关传输函数;
对所述第二左通路信号和所述第三右通路信号进行叠加处理,得到目标左声道信号;
对所述第三左通路信号和所述第二右通路信号进行叠加处理,得到目标右声道信号。
5.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述将待处理的多通路环绕声信号的中置通路信号,分别与所述多通路环绕声信号的左通路信号和右通路信号进行叠加,得到第一左通路信号和第一右通路信号,包括:
根据预设衰减系数对待处理的多通路环绕声信号的中置通路信号进行衰减处理,得到衰减后的中置通路信号;
将衰减后的中置通路信号分别与所述多通路环绕声信号的左通路信号和右通路信号进行叠加,得到第一左通路信号和第一右通路信号。
6.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述下混增强处理包括空间传输模拟处理和信号均衡处理,所述基于所述多通路环绕声信号的标准张角,对所述第一左通路信号和所述第一右通路信号进行下混增强处理,得到目标左声道信号和目标右声道信号,包括:
基于所述多通路环绕声信号的标准张角对所述第一左通路信号和所述第一右通路信号进行空间传输模拟处理,得到第一左声道信号和第一右声道信号;
对所述第一左声道信号和所述第一右声道信号分别进行信号均衡处理,得到目标左声道信号和目标右声道信号,所述均衡处理包括功率均衡处理和/或频响均衡处理。
7.根据权利要求6所述的方法,其特征在于,所述信号均衡处理包括功率均衡处理,所述对所述第一左声道信号和所述第一右声道信号分别进行信号均衡处理,得到目标左声道信号和目标右声道信号,包括:
确定所述多通路环绕声信号的标准张角对应的同侧耳头相关传输函数和异侧耳头相关传输函数;
计算所述同侧耳头相关传输函数和所述异侧耳头相关传输函数的平方和,得到第一目标值;
计算所述第一目标值的平方根,得到第二目标值;
确定所述第二目标值的倒数,得到功率均衡系数;
根据所述功率均衡系数对所述第一左声道信号和所述第一右声道信号进行信号调制,得到目标左声道信号和目标右声道信号。
8.根据权利要求6所述的方法,其特征在于,所述信号均衡处理包括频响均衡处理,所述对所述第一左声道信号和所述第一右声道信号分别进行信号均衡处理,得到目标左声道信号和目标右声道信号,包括:
对所述第一左声道信号分别进行高通滤波处理和低通滤波处理,得到所述第一左声道信号的高频成分和中低频成分;
将所述第一左声道信号的高频成分和中低频成分进行叠加,得到目标左声道信号;
对所述第一右声道信号分别进行高通滤波处理和低通滤波处理,得到所述第一右声道信号的高频成分和中低频成分;
将所述第一右声道信号的高频成分和中低频成分进行叠加,得到目标右声道信号。
9.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述下混增强处理包括空间传输模拟处理、信号均衡处理和混响处理,所述基于所述多通路环绕声信号的标准张角,对所述第一左通路信号和所述第一右通路信号进行下混增强处理,得到目标左声道信号和目标右声道信号,包括:
基于所述多通路环绕声信号的标准张角对所述第一左通路信号和所述第一右通路信号进行空间传输模拟处理,得到第一左声道信号和第一右声道信号;
对所述第一左声道信号和所述第一右声道信号分别进行信号均衡处理,得到第二左声道信号和第二右声道信号;
对所述第二左声道信号和所述第二右声道信号分别进行混响处理,得到第三左声道信号和第三右声道信号;
对所述第二左声道信号和所述第三左声道信号进行叠加,得到目标左声道信号;
对所述第二右声道信号和所述第三右声道信号进行叠加,得到目标右声道信号。
10.根据权利要求9所述的方法,其特征在于,所述对所述第二左声道信号和所述第二右声道信号分别进行混响处理,得到第三左声道信号和第三右声道信号,包括:
基于X个并联的梳状滤波器对所述第二左声道信号和所述第二右声道信号分别进行滤波处理,得到第一左滤波信号和第一右滤波信号;
基于Y个串联的全通滤波器对所述第一左滤波信号和所述第一右滤波信号分别进行滤波处理,得到第三左声道信号和第三右声道信号。
11.根据权利要求9所述的方法,其特征在于,所述对所述第二左声道信号和所述第二右声道信号分别进行混响处理,得到第三左声道信号和第三右声道信号,包括:
基于N个串联的延迟滤波器对所述第二左声道信号和所述第二右声道信号分别进行滤波处理,得到第二左滤波信号和第二右滤波信号;
基于M个并联的低通梳状滤波器对所述第二左滤波信号和所述第二右滤波信号分别进行滤波处理,得到第三左滤波信号和第三右滤波信号;
对所述第三左滤波信号和所述第三右滤波信号进行全通滤波处理,得到第四左滤波信号和第四右滤波信号;
将所述第二左滤波信号和所述第四左滤波信号进行叠加,得到第三左声道信号;
将所述第二右滤波信号和所述第四右滤波信号进行叠加,得到第三右声道信号。
12.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述多通路环绕声信号还包括左环绕通路信号和右环绕通路信号,所述基于所述多通路环绕声信号的标准张角,对所述第一左通路信号和所述第一右通路信号进行下混增强处理,得到目标左声道信号和目标右声道信号,包括:
基于所述多通路环绕声信号的第一标准张角对所述第一左通路信号和所述第一右通路信号进行下混增强处理,得到目标左通路信号和目标右通路信号,所述第一标准张角为所述多通路环绕声信号的单通路信号对应的标准张角;
基于所述多通路环绕声信号的第二标准张角对所述左环绕通路信号和所述右环绕通路信号进行下混增强处理,得到目标左环绕通路信号和目标右环绕通路信号,所述第二标准张角为所述多通路环绕声信号的环绕通路信号对应的标准张角;
将所述目标左通路信号和所述目标左环绕通路信号进行叠加,得到目标左声道信号;
将所述目标右通路信号和所述目标右环绕通路信号进行叠加,得到目标右声道信号。
13.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述通过所述耳机设备输出所述目标左声道信号和所述目标右声道信号,包括:
对所述目标左声道信号和所述目标右声道信号进行动态范围控制处理,得到满足预设响度范围的目标左声道信号和目标右声道信号,所述预设响度范围根据所述多通路环绕声信号的音频内容确定;
通过所述耳机设备输出所述满足预设响度范围的目标左声道信号和目标右声道信号。
14.根据权利要求13所述的方法,其特征在于,所述对所述目标左声道信号和所述目标右声道信号进行动态范围控制处理,得到满足预设响度范围的目标左声道信号和目标右声道信号,包括:
根据预设门限确定动态压缩增益;
基于所述动态压缩增益对所述目标左声道信号和所述目标右声道信号进行增益平滑处理,得到第一目标左声道信号和第一目标右声道信号;
对所述第一目标左声道信号和所述第一目标右声道信号进行增益补偿处理,得到满足预设响度范围的第二目标左声道信号和第二目标右声道信号。
15.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述多通路环绕声信号还包括低音通路信号,所述通过所述耳机设备输出所述目标左声道信号和所述目标右声道信号,包括:
根据所述多通路环绕声信号的音频内容调整所述低音通路信号的信号能量增益,得到调整后的低音通路信号;
将所述调整后的低音通路信号分别与所述目标左声道信号和所述目标右声道信号进行叠加,得到混合左声道信号和混合右声道信号;
通过所述耳机设备输出所述混合左声道信号和所述混合右声道信号。
16.一种音频信号处理装置,其特征在于,应用于耳机设备,所述装置包括:
信号叠加模块,用于将待处理的多通路环绕声信号的中置通路信号,分别与所述多通路环绕声信号的左通路信号和右通路信号进行叠加,得到第一左通路信号和第一右通路信号;
下混增强模块,用于基于所述多通路环绕声信号的标准张角,对所述第一左通路信号和所述第一右通路信号进行下混增强处理,得到目标左声道信号和目标右声道信号;
信号输出模块,用于通过所述耳机设备输出所述目标左声道信号和所述目标右声道信号。
17.一种计算机可读存储介质,其特征在于,所述计算机可读存储介质上存储计算机程序,所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至15中任一所述的音频信号处理方法。
18.一种电子设备,其特征在于,包括:处理器和存储器,所述处理器用于执行所述存储器中存储的数据处理程序,以实现权利要求1至15任一所述的音频信号处理方法。
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CN114143698B (zh) | 2023-12-29 |
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Legal Events
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PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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GR01 | Patent grant | ||
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