CN1256851A - 环绕声重放系统、声音/图象重放系统、环绕声处理装置和输入环绕声信号的处理方法 - Google Patents

环绕声重放系统、声音/图象重放系统、环绕声处理装置和输入环绕声信号的处理方法 Download PDF

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Abstract

为了改善听众的感受特性,已知有包括环绕声声道的多声道声音重放系统。最好在没有后扬声器的情况下利用前立体声扬声器(LL,RL)来重放环绕声信号(S)。为了改善环绕声,环绕声信号(S)的频率范围被(SSPU1)分成至少两个相邻的频带。分频后。环绕声信号(S)的两个部分(SR,SL)被扩展,以便进一步改善重放的环绕声信号。至少把环绕声信号(SR,SL)(通过CM1,CM2)与相应的立体声信号(L,R)组合。

Description

环绕声重放系统、声音/图象重放系统、 环绕声处理装置和输入环绕声信号的处理方法
本发明涉及权利要求1前序部分中描述的声音重放系统。
本发明还涉及环绕声信号处理装置。
本发明还涉及包括声音重放系统的声音/图象重放系统。
本发明还涉及输入的环绕声信号的处理方法。
为了改善听众的感受特性，已知多声道声音重放系统，它除了左声道和右声道(最好还有中央声道)之外还包括环绕声声道(过去常称为“环境”或“特殊音响效果”声道)。这些系统现在在电影院比较常见，而且在用户家中日渐普遍。这样的系统在用户家中迅速扩散背后的推动力是环绕声家用视频软件，主要是为电影院播放而制作的、随后转移到家用视频介质(例如，录象磁带、视盘、广播电视或有线电视)上的环绕声电影(影片)越来越容易获得。
尽管家用视频介质有双声道立体声声道，但是，这两个声道通常借助于振幅和相位矩阵编码而载有与家用视频声道由之衍生的双声道立体声电影声道相同的左、中、右和环绕声四个声道的声音信息。也像电影院所做那样，左、中、右和环绕声声道由用户用矩阵解码器，一般称作“环绕声”解码器解码并恢复。在家庭环境中，该解码器一般包括在盒式磁带放像机、视盘放像机或电视机/视频监视器中或作为其附件。
在以这样的方式重放立体声，即，提供扩展到听众后面的声场或把声像定位在听众后面的情况下，两个(前)扬声器布置在听众的前面，以重放立体声，并且另外至少一个或两个扬声器布置在听众后面，以重放环绕声。
但是，在普通的家庭中，因为从空间和成本的角度看难以布置两个后扬声器和中央扬声器，所以实际上只在听众的左前方和右前方安装左声道扬声器和右声道扬声器。在这种扬声器配置中，获得足够的环绕声效果是不可能的。尤其是在利用单声环绕声信号的声音重放系统的情况下，尽管这系统具有这样的特征，即，可以在听众后侧获得声场，或可以移动声像，但是在不布置后置扬声器的情况下不可能获得上述那样的声响效果。
为了解决上述问题，从欧洲专利申请EP-A-0637191得知，利用一种环绕声信号处理装置，可以在只通过左前方和右前方扬声器的声音重放的基础上获得与布置后扬声器的情况相似的立体声音响效果。
输入的后环绕声信号用滤波装置处理，处理后的信号加到立体声信号中的一个上，然后输出到一对扬声器中的一个。另外，把滤波处理后的信号的反相信号加到立体声信号中的另一个上，然后输出到另一个扬声器。
这种已知的声音重放系统的缺点是感受的声音强烈地取决于(听众头部的和)听众的位置。另外，滤波器特性复杂，并取决于听众、例如，后耳道、头/躯体、和/或耳廓，结果有可能达不到要求的结果。此外，已知的声音重放系统复杂。
本发明的目的是提供一种没有上述声音重放系统的缺点的声音重放系统，而且还提供一种健壮的声音重放系统，从而使滤波器拓扑结构的操作在抗系数量化错误方面是非常健壮的。此外，听众位置与声音重放系统性能的关系不大。
为此目的，本发明的第一方面提供一种权利要求1中描述的声音重放系统。
通过把后环绕声的频率范围分成若干个分离的频带，并且把第一选择提供给左扬声器，把第二选择提供给右扬声器，使频谱加宽，结果感受到环绕声。
应该指出，当输入信号是例如具有立体声环绕声信号的MPEG信号时，环绕声信号处理装置只须使这些立体声环绕声信号定位于远离左声道扬声器和右声道扬声器的虚拟声源的位置，而不必解码成第一(例如左)和第二(例如右)环绕声信号。
本发明的第二方面提供一种权利要求3所描述的声音/图象重放系统。
该声音重放系统在声音/图象重放系统，诸如电视接收机、计算机监视器等中的使用显著增强了重放的声音，结果大大改善用户的满意程度。
本发明的第三方面提供一种权利要求7所描述的环绕声信号处理装置。
这样一种环绕声信号处理装置不仅可以用于声音重放系统和声音/图象重放系统，例如电视机等，而且还可以，例如，用于计算机声卡和/或计算机(声音)游戏。
本发明的第四方面提供权利要求9所描述的用于输入环绕声信号的处理方法。
通过把环绕声信号的频率范围分成至少两个频带并扩展该信号以便分别提供给左和右扬声器，来获得改善的环绕声。
按照本发明的声音重放系统提供一种所谓不可思议环绕声的有效实施方案，从而具有这样的滤波器拓扑结构，使得滤波器系数对于量化更加健壮，并且需要较少储存器。这是通过把频率范围分成分离的频带来实现的。
按照本发明的声音重放系统的最佳实施例具有权利要求5的特征。
这样便得到一种简化的具有最佳性能的声音重放系统。
按照本发明的声音重放系统实施例具有权利要求6的特征。
在没有中央扬声器的情况下，中央信号被分成左和右部分，必要时每一部分乘以相关的系数，通过相应的组合装置提供给相应的左扬声器和右扬声器。
将通过以下附图阐明本发明的这些和其它方面，从中将明白本发明的这些和其他方面。附图中：
图1是声音/图象重放系统方块示意图的例子；
图2是环绕声信号处理装置方块示意图的例子；
图3是环绕声信号处理装置的第一实施例；
图4是图3的去相关滤波器的频率响应；
图5是环绕声信号处理装置的第二实施例；
图6是图5的滤波器传递函数HL和2HL-1的频率响应；
图7是环绕声信号处理装置的第三实施例；以及
图8是图7的滤波器传递函数Ha和Hb的频率响应。
图1表示声音/图象重放系统1，诸如电视机，它包括左声道扬声器LL、右声道扬声器RL和中央扬声器CL。声音/图象重放系统还包括环绕声解码器装置SDU，用来把包括两个分量LT和RT的输入信号解码为后环绕声信号S和两个声道前立体声信号L和R以及中央信号C。另外，声音/图象重放系统包括环绕声信号处理装置SSPU1，用来在没有后扬声器的情况下把后环绕声信号S转换成第一和第二环绕声信号SL和RL，并用来把这些环绕声信号定位在远离左声道和右声道扬声器LL和RL的虚拟声源上。第一立体声信号L在第一组合装置CM1与第一环绕声信号SL组合，而这第二立体声信号R在第二组合装置CM2与第二环绕声信号SR组合。第一组合装置的输出耦合到左扬声器，而第二组合装置的输出耦合到右扬声器。
环绕声信号处理装置SSPU1包括滤波器装置，该滤波器装置包括这样的装置：它用来把后环绕声信号的预定频率范围分成至少两个相邻的频带，把频带的第一选择作为第一环绕声信号提供给第一组合装置CM1，而把频带的第二选择作为第二环绕声信号提供给第二组合装置CM2。第一和第二选择是基本上分离的，而第一和第二选择的总和覆盖所述预定的频率范围。
图2中以方框图的形式示出按照本发明的环绕声信号处理装置。下面将参照图3，5和7描述环绕声信号处理装置的一些实施例。
代替中央扬声器CL的使用，也可以在没有中央扬声器的情况下，把中央信号分成两部分，这两部分可以通过(修正后)组合装置分别提供给左和右扬声器LL和RL。
图2表示按照本发明的环绕声信号处理装置SSPU2的方框图，其中通过去相关器DEC2把接收到的环绕声信号转换成两个去相关的信号SFL2和SFR2。为了进一步改善环绕声，把信号SFL2和SFR2输送到扩展器EXP2以便扩展该信号。环绕声信号处理装置在其输出端提供左环绕声信号SL和右环绕声信号SR。这些输出信号可以提供给左和右扬声器。
当输入信号是MPEG(活动图象专家组)信号时，可以得到立体声环绕声信号。结果在这种情况下不必执行去相关操作。
可以用许多方法来将环绕声信号SFL2和SFR2扩展(展宽)。在以下例子(图3)中，使用混洗器(shuffler)，以滤波器传递函数Ha，Hb进行滤波和使用去混洗器(de-sbuffler)，这是进行环绕声信号扩展的一种非常有效的方法。在图5和7中，分别通过使必要的元件减到最少来进一步优化扩展器EXP5和EXP7。
图3表示接收环绕声信号S的环绕声信号处理装置SSPU3的实施例，该环绕声信号被输送到具有图4a所示的传递函数HL的第一去相关滤波器FL31和具有图4b所示的传递函数HR的第二去相关滤波器FR31。去相关滤波器FL31和FR31起分频装置的作用，用来把环绕声信号的频率范围分成分离的部分。滤波器的输出信号FL3和FR3被输送到扩展器EXP3的所谓混洗器SH3。这种混洗器计算和信号(SFL3+SFR3)和差信号(SFL3-SFR3)。这些和信号和差信号分别通过具有传递函数Hb(见图9)的滤波器FL32和具有传递函数Ha(见图9)的滤波器FR32输送到所谓去混洗器DSH3。在去混洗器的输出端获得第一和第二环绕声信号SL3和SR3，准备提供给组合装置(见图1)。
混洗器连同分别具有传递函数Ha，Hb的滤波器以及去混洗器的使用是扩展器的最佳实施例，用来将环绕声信号展宽(扩展)。
图4表示利用低通滤波器作为第一滤波器FL31(见图4a)并且利用高通滤波器作为第二滤波器FR31(见图4b)把频率范围分成两个分离的频带的最基本的解决方案。这样，后环绕声信号S的频率范围的较低一半(低于频率Fg)将提供给左扬声器LL，而所述频率范围较高的一半(高于频率Fg)提供给右扬声器RL。
图5表示从环绕声解码器(见图1)接收环绕声信号S的环绕声信号处理装置SSPU5的第二实施例。利用传递函数中的关系HR＝1-HL从滤波器FL31推演出滤波器FR31，从而进行简化。还应指出，也可以利用HL＝1-HR。利用这种简化，环绕声信号处理装置的电路可以简化为图5所示。在这个实施例中，环绕声信号S提供给具有传递函数2HL的滤波器F5，这个滤波器的输出信号提供给减法装置SUB的正输入端，其负输入端接收信号S，结果得到总传递函数(2HL-1)。所述减法装置在其输出端把通过具有传递函数Hb(见图9)的滤波器FR5提供的差信号输送到去混洗器DSH5。在去混洗器的另一个输入端，通过具有传递函数Ha(见图9)的滤波器FL5接收信号S。
图6表示HL(虚线)和(2HL-1)(实线)的振幅对频率的传递函数。可以清楚地看出，某些频带通到左扬声器，而另一些频带通到右扬声器。
图7表示从环绕声解码器(见图1)接收信号S的环绕声信号处理装置SSPU7的最佳实施例。图5的滤波器F5和减法装置SUB被具有传递函数Hφ的全通滤波器F7代替。图8中示出关于图7的实施例的振幅对频率的总传递函数。去混洗器DSH7在其一个输入端通过滤波器F7和滤波器FR7接收信号S。在另一个输入端，去混洗器通过滤波器FL7接收信号S。在输出端，去混洗器提供信号SL7和SR7，它们可以提供给组合装置(见图1)。
图8表示从环绕声信号S到信号SL(实线)和SR(虚线)的总传递函数。一条曲线的峰与另一条曲线的谷一致。
图9表示滤波器FL32，FR32，FL5，FR5和FL7，FR7中用的传递函数Ha(实线)和Hb(点划线)。
本专业的技术人员将会意识到，在不偏离本发明的情况下可以有许多修改的地方。例如，如上所述地修改组合装置，以便在没有中央扬声器的情况下组合分开了的中央信号CL和CR。
按照本发明的环绕声信号处理装置不仅可以用于声音重放系统，和/或声音/图象重放系统，诸如电视机等，而且可以用于计算机声卡和/或计算机(声音)游戏、多媒体装置、便携式音频装置等。
还将会看到，滤波器可以用模拟或数字的方式实现。滤波器的阶数可以随意选择，尽管二阶滤波器的性能被证明是令人满意的。
另外，正如上面指出的，当声音/图象重放系统的输入信号是MPEG信号时，不必执行去相关操作。
本专业的技术人员很清楚，不论是否优化，可以用其它方法来代替混洗器，滤波和去混洗器的组合，作为扩展器提供环绕声信号的扩展。
通过把环绕声信号分成两个分离的选择，并通过将这些选择展宽(扩展)，显著地增强了重放的环绕声。

Claims (9)

1.一种声音重放系统，它包括：左声道和右声道扬声器；环绕声解码装置，用来把至少一个输入信号解码成至少一个后环绕声信号和两个声道的立体声信号；环绕声信号处理装置，用来把后环绕声信号转换成第一和第二环绕声信号，并用来把这些环绕声信号定位于远离左声道和右声道扬声器的虚拟声源上；以及第一组合装置，它耦合到所述扬声器之一，用来把所述第一环绕声信号与立体声信号中的一个组合；和第二组合装置，它耦合到另一个扬声器，用来把第二环绕声信号与另一个立体声信号组合，而所述环绕声信号处理装置还包括滤波器装置，
其特征在于：
所述环绕声信号处理装置的所述滤波器装置包括分频装置，用来把后环绕声信号的至少一个预定的频率范围分成至少两个相邻的频带，把所述频带的第一选择提供给所述第一组合装置，而把所述频带的所述第二选择提供给所述第二组合装置，所述第一和第二选择基本上是分离的，所述第一和第二选择的总和覆盖所述预定的频率范围。
2.权利要求1的声音重放系统，其特征在于：所述分频装置安排来交替地提供相邻的频带，作为所述第一和第二环绕声信号。
3.权利要求1的声音重放系统，其特征在于：所述滤波器装置包括作为去相关装置一部分的第一和第二去相关滤波器，其输出端耦合到混洗器的输入端，所述混洗器的输出端通过第三和第四滤波器与去混洗器耦合，以便扩展所述环绕声信号。
4.权利要求1的声音重放系统，其特征在于：所述环绕声信号处理装置包括耦合到所述滤波器装置一个滤波器的输入端的输入端，所述滤波器的输出端耦合到减法装置输入端，所述减法装置的另一个输入端耦合到所述滤波器的所述输入端，所述减法装置通过第二滤波器耦合到去混洗器，所述去混洗器的另一个输入端通过第三滤波器耦合到所述环绕声信号处理装置的所述输入端。
5.权利要求1的声音重放系统，其特征在于：所述环绕声信号处理装置包括全通滤波器，所述全通滤波器的输出端通过第二滤波器耦合到去混洗器的一个输入端，所述去混洗器的另一个输入端通过第二滤波器耦合到所述环绕声信号处理装置的所述输入端。
6.权利要求1的声音重放系统，其特征在于：所述环绕声解码器还提供具有第一和第二部分的中央信号，由此通过第一定标器把所述第一部分提供给所述第一组合装置，而通过第二定标器把所述第二部分提供给所述第二组合装置。
7.一种包括权利要求1的声音重放系统的声音/图象重放系统。
8.一种用于权利要求1的声音重放系统的环绕声信号处理装置。
9.一种把输入的环绕声信号分成左声道和右声道输出信号的处理方法，其特征在于所述方法包括以下步骤：
-把所述输入的环绕声信号的预定频率范围分成至少两个相邻的频带，
-提供频带的第一选择，以便在扩频后形成左声道输出信号，
-提供频带的第二选择，以便在扩频后形成右声道输出信号，
所述第一和第二选择基本上是分离的，所述第一和第二选择的总和覆盖所述预定的频率范围。
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