CN1208541A - 单声道－立体声转换设备、利用该设备的还音系统以及单声道－立体声转换方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供通过选择性将输入信号(10)的频带(110—160)分配给左(12)和右(14)输出端从而将单声道信号转换为立体声信号的设备。本发明还提供还音系统,该还音系统包括音频信号处理电路,该电路包括所述设备,还提供包括所述还音系统的音频/视觉还音系统。最后本发明提供一种处理方法,通过将输入信号的预定频段划分为多个相邻频带(110—160),提供第一选定频带(110、130、150)以形成左声道输出信号、第二选定频带(120、140、160)以形成右声道输出,其方式为所述第一和第二选定频带基本上是分离的并且第一(170)和第二(180)选定频带之和覆盖了所述预定频段,从而将输入信号(10)处理为左声道(12)和右声道(14)输出信号。

Description

单声道-立体声转换设备、利用该设备 的还音系统以及单声道-立体声转换方法

本发明涉及一种设备，该设备包括接收输入信号的输入端，提供左声道输出信号的第一输出端和提供右声道输出信号的第二输出端。

本发明还涉及还音系统，该系统包含一音频信号处理电路，该电路有着左声道输入端、右声道输入端、环绕声道输入端、左声道输出端和右声道输出端，左声道和右声道扬声器分别与左声道和右声道输出端相连；所述电路包括上文提及的设备，其所述输入端与环绕声道输入端相连，所述电路还包括定位装置，其第一和第二输入端分别与所述设备的第一和第二输出端相连，用于将所述设备的输出信号定位于其位置不同于左声道和右声道扬声器的虚拟声源处。

本发明还涉及音频/视觉还原系统，该系统包括这样的还原系统，一个壳体，其中安装了一个图形显示屏和所述左声道和右声道扬声器。

本发明也涉及将输入信号处理成左声道和右声道输出信号的处理方法。

当今的音频设备用于还原立体声信号。但是，并非所有的信号源都能够给出立体声信号。例如，一些电视台或广播电台不能播送立体声音频信号。这使得单声道信号与立体声信号的再现效果有着明显的听觉差别。在公知领域，为了使听者有立体声感觉，出现了一些单声道-立体声转换办法。但是，这些设备所产生的立体声假象通常很有限，或者由于采用了相移和/或延迟而使声音有色化。

本发明的一个目的是提供一个设备，该设备将单声道信号还原为立体声感得到改进的立体声信号。

根据本发明的设备，其特征在于所述设备包括装置，用于将第一信号的预定频段分割为多个相邻频带，将第一选定频带送往第一输出端并且将第二选定频带送往第二输出端，所述第一和第二选定频带基本上分离，第一和第二选定频带加在一起覆盖了所述预定频段。

本发明基于这样的认识，即乐器的频谱主要存在于某一有限的频带内。故此不同乐器的音频信号的频谱有所不同。通过将音频信号的频谱分割为多个相邻频带并且将不相同的或基本分离的选定频带送往相应的左和右输出端，音频信号中的各种乐器即被定位于左或右输出信号中。这样，立体声感觉得到了改进。

根据本发明的一个实施例，其特征在于采用了装置将连续频带分别交替地送往第一和第二输出端。这样，实现了频带的或多或少的平衡分布，所得到的也是令人满意的准立体声声像。

根据本发明的一个实施例，其特征在于一频带的中心频率基本上是序号较低的相邻频带的中心频率的两倍。通过选择相邻频带的中心频率，使之相差2倍，可以将各乐器加以恰当地分离。

根据本发明的另一个实施例，其特征在于所述装置用于向第一和第二输出端提供频率比预定频段的下限值低的频带信号。由于低频在声场中不易定位，故此不必将这些低频分割成单独的频带。在一优选实施例中，所述下限值约为400Hz。

根据本发明的另一个实施例，其特征在于所述装置用于向第一和第二输出端提供频率比预定频段的上限值高的信号。由于与低频信号相似的原因，无须对这些高频滤波，因为高频信号的波长短，如果头作小幅度的运动就会使听者的左右耳所感知声音产生差别，所以将这些频率分别置于左或右声道输出信号中不会提供有益的定位线索。

利用根据本发明的设备特别有助于环绕声的还原。环绕声通常包括前左声道，前右声道以及后环绕声道。通过在还音系统中采用适于环绕声还原的根据本发明的设备，将单独的后环绕声道转换为两个类似立体声的后环绕声道，使环绕声感得到较大的增强。

本发明的上述目的和特征在参考附图阅读了优选实施例的下列说明之后将更为一目了然，其中：

图1是根据本发明的单声道-立体声转换设备，

图2是根据本发明的所述设备中所采用的带通滤波器的幅度-频率转移曲线图，

图3是根据本发明的所述设备从输入端到输出端的另一幅度-频率转移曲线图，

图4是包括根据本发明设备的还音系统的第一实施例的示意图，

图5是还音系统的第二实施例的示意图，

图6是音频-视觉还原系统的实施例，其形式比如是电视机。

在这些附图中，相同的部件用相同的参考标号表示。

许多国家播放的立体声信号包括左声道和右声道信号。当今的接收机，无论是无线电用还是电视接收机用，都是对立体声信号还音。但是，并非所有的广播都是立体声节目。在这些情况下，期望从这些单声道广播中以某种方式提取立体声音频信号。通常采用的设备中包含了延迟或相移器，以获得立体声感。其缺点是这些设备常常使音频信号有色化，即一些频率比另一些频率衰减得多。

本发明提供一设备，用于将单声道信号转换为左声道和右声道立体声，它为了产生立体声感从不同的角度着手。通过将单声道信号频谱分离为相邻频带并且根据从这些频带中选出的两套分离选定频带产生两个新的信号，获得准立体声声音。

图1是根据本发明的单声道-立体声转换装置。所述装置包括多个带通滤波器110-160，其输入端与输入端10相连，以便接收输入信号。带通滤波器110、130和150的输出端连接至第一加法器170，第一加法器170将带通滤波器110、130和150的相加后的输出信号送往第一输出端12，以便提供左声道输出信号。带通滤波器120、140和160的输出端连接至第二加法器180，第二加法器180将带通滤波器120、140和160的相加后的输出信号送往第二输出端14，以便提供右声道输出信号。带通滤波器110-160的转移特性优选作如此选择，当所有带通滤波器110-160的输出信号相加时，所得到的转移函数将在音频频段的大部分范围上呈现基本上平坦的曲线。

图2表示了根据本发明的设备所采用的带通滤波器的幅度-频率转移曲线的示意图。H110、H120、H130、H140、H150和H160分别是带通滤波器110、120、130、140、150和160的幅度-频率转移曲线。相邻滤波器的中心频率优选相差2倍。这意味着带通滤波器140的中心频率是带通滤波器130的中心频率的两倍，而带通滤波器130的中心频率又是带通滤波器120的中心频率的两倍。例如，带通滤波器110的中心频率约为150Hz，带通滤波器120的中心频率是300Hz，如此等等。每个带通滤波器的带宽约为1倍频程宽。

本发明基于这样的认识，大多数仪器的谱成分主要在有限的频段内。这意味着通过将输入信号频谱的第一部分送往左输出端12，频谱的第二部分送往右输出端14，其中所述第一部分可以包含吉它声而所述第二部分可以包含低音吉它声或其它低频乐器声，可以获得准立体声声像。通过将输入信号的频谱分割为相邻频带并将这些频带信号分配到左和右输出端，就在左和右输出端12和14实现了立体声声像。在左或第一输出端有第一选定频带信号，而在右或第二输出端有第二选定频带。这些第一和第二选定频带不应相同，但是某些频带可以在两个输出端处都出现。事实上，第一和第二选定频带可以是分离的。但是，第一和第二选定频带应当覆盖输入信号的所述频段，至少是其预定部分。由于在进行单声道-立体声转换的过程中未使用额外的相移或延迟，因此不会由于这一单声道-立体声转换而给声场带来任何有色化。这是有利的特征。

图3是从根据本发明设备的输入端到输出端的另一幅度-频率转移曲线的示意图。例如实线表示从输入端10至第一输出端12的转移曲线，而虚线表示从输入端10至第二输出端14的转移曲线。在从约400Hz至约10kHz的预定频段内，可以清楚地看到某些频带仅被送往第一输出端12，而另一些频带则仅被送往第二输出端14。一条曲线的峰与另一曲线的谷重合。频带到第一或第二输出端的分配可以交替地进行：第一频带送往第一输出端，第二频带到第二输出端，第三频带到第一输出端，等等。这样该结构类似于梳状滤波器结构。

对于低于所述预定频段的400Hz下限的频率，由于听者要将这些低频信号分量定向是非常困难的，故此无须作这样的选择。因此这些低频分量可能同时出现在第一和第二输出端12和14，但是它们对立体声声像没有贡献。对于高于预定频段的10kHz上限的频率，头部的微小运动可能已经导致对信号方向的不同感知。对于杜比环绕信号，所述上限甚至可以是5-7kHz，因为环绕信号的频率范围已被限制为这一上限。这意味着这些高频分量也不必作为选择的一部分，并且，如果需要，它们可以都出现在二个输出上，它们亦对立体声声像没有明显的贡献。这事实上意味着，例如，滤波器110可以实现为低通滤波器，滤波器160可以按高通滤波器设计。图3的曲线是利用6个二阶数字滤波器实现的。

图4是包含根据本发明设备的还音系统的第一实施例的示意图。该还音系统适于作多声道音频信号还原，为此它包括三个输入端，第一输入端22用于接收左声道输入信号L，第二输入端24用于接收右声道输入信号R，第三输入端26用于接收第三输入信号，比如环绕输入信号S。这三个输入信号可以由例如杜比ProLogic译码器或其它环绕声译码器提供。第一输入端22与前置左声道扬声器240相连。第二输入端24与前置右声道扬声器250相连。第三输入端26与转换设备200的输入端10相连，转换设备200即为根据本发明的设备，例如如图1所示。所述设备的第一输出端12与后置左声道扬声器260相连。第二输出端14与后置右声道扬声器270相连。单声道-立体声转换设备200将单声道环绕输入信号S转换为左声道环绕信号Sl和右声道环绕信号Sr。然后这些左和右声道环绕信号由置于试听位置LP之后或者其附近的扬声器260和270还原。通过将单声道环绕信号S转换为立体声环绕信号Sl和Sr，环绕声像得到了增强。在该实施例中，采用了定位装置，使信号Sl和Sr偏离扬声器240和250定位。这些定位装置由试听位置之后的额外扬声器260和270实现。

图5是还音系统的第二实施例的示意图。图5区别于图4之处在于：

-取消后置扬声器260和270，

-提供定位化装置210用于使左和右环绕信号Sl和Sr在经前置扬声器240和250还原时以预定扬声器角度定位，

-提供第一加法装置220用于将左声道信号L和定位的左声道环绕信号Sl相加并且将所得和值送往左声道扬声器240，

-提供第二加法装置230用于将右声道信号R和定位的右声道环绕信号Sr相加并且将所得和值送往左声道扬声器240。

现在所述定位装置包括第一和第二加法装置220和230、定位化装置210，事实上还包括前置扬声器240和250。定位化装置210用于将环绕信号Sl和Sr定位于虚拟扬声器位置260和270处，如图5所示。这是提供利用与头部有关的转移函数完成的，该转移函数是一种公知的定位信号使虚拟声源偏离实际扬声器的技术，下文不再予以详细讨论。还可以使用其它的定位化装置，比如EP-A664661所公开的立体声增强电路。总的来说，通过如此使用定位化装置210，可以仅利用前置扬声器而仍然获得环绕声场。这对于实际4声道环绕声系统仍然成立，在这样的系统中，环绕声由前左声道、前右声道、后左环绕声道以及后右环绕声道构成。对于3声道环绕系统，单声道-立体声转换所带来的环绕效果更具空间感或更为明显。采用根据本发明的设备200的优点之一是它不会使声音有色化。这一点使得它特别适于与定位化装置210组合使用。在这些实施例中，并没有考虑环绕声系统中存在前中间声道的可能情况，因为这不是本发明的必要组成部分。

图6是音频-视觉还原系统的实施例，其形式比如是电视机。音频-视觉还原系统包括壳体30，该壳体中容纳了一个显示视觉图象的图象显示屏40。图象显示屏40的左侧设置了左扬声器240。右声道扬声器250设置于图象显示屏的右侧。扬声器240和250由图5的音频信号还原装置控制。如此便实现了音频-视觉还原系统的一个紧凑组合，通过它仍然能获得改进的环绕声场。

显然，图1的设备也可以用于常规的立体声电视机或音频装置，以便将单声道音频信号转换为立体声音频信号。此外，可以将该设备结合比如EP-A664661所披露的立体声增强电路使用。

很显然，所述滤波器还可以模拟或数字实现。滤波器的阶数可以随意选择，但是据证实二阶滤波器的效果即已令人满意。采用的滤波器数可以自由确定，而不限于图1所示的六个滤波器。

本发明不仅可以用于电视机中，还可以用于多媒体组合、计算机声卡、便携音频设备等等。

Claims (10)

1．一种设备，包括一个接收输入信号的输入端、用于提供左声道输出信号的第一输出端和用于提供右声道输出信号的第二输出端，其特征在于所述设备包括将第一信号的预定频段划分为多个相邻频带，将第一选定频带送往第一输出端并且将第二选定频带送往第二输出端，第一和第二选定频带基本上是分离的，第一和第二选定频带的和覆盖所述预定频段。

2．根据权利要求1所述的设备，其特征在于采用了所述装置，用于将连续的频带分别交替地送往第一和第二输出端。

3．根据权利要求1或2所述的设备，其特征在于频带的中心频率基本上是序号较低的相邻频带的中心频率的两倍。

4．根据权利要求1、2或3所述的设备，其特征在于采用了所述装置，用于将比预定频段的下限低的频率信号同时提供给第一和第二输出端。

5．根据权利要求4所述的设备，其特征在于所述下限约为400Hz。

6．根据权利要求1、2、3、4或5所述的设备，其特征在于采用了所述装置，用于将比预定频段的上限高的频率信号同时提供给第一和第二输出端。

7．根据权利要求1或2所述的设备，其特征在于所述上限约为10kHz。

8．还音系统，包括音频信号处理电路，所述音频信号处理电路包括左声道输入端、右声道输入端、环绕声道输入端、左声道输出端和右声道输出端，左声道和右声道扬声器分别与左声道和右声道输出端相连，所述电路包括根据权利要求1、2、3、4、5、6或7所述的设备，其所述输入端与所述环绕声道输入端相连，所述电路还包括定位装置，所述定位装置的第一和第二输入端分别与所述设备的第一和第二输出端相连，用于将所述设备的输出信号定位于偏离左声道和右声道扬声器的虚拟声源处。

9．音频/视觉还原系统，包括根据权利要求8所述的还音系统，以及将图象显示屏和左声道和右声道扬声器安装于其内的壳体。

10．将输入信号处理为左声道和右声道输出信号的方法，其特征在于所述方法包括下列步骤：

-将所述输入信号的预定频段划分为多个相邻频带，

-提供第一选定频带，以形成左声道输出信号，

-提供第二选定频带，以形成右声道输出信号，

所述第一和第二选定频带基本上是分离的，第一和第二选定频带覆盖了所述预定频段。

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