CN1469684A - 用于产生多声道声音的方法和装置 - Google Patents

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Abstract

提供一种用于产生多声道立体声的方法和装置，通过该方法和装置，将输出的5.1－声道声音转换成7.1－声道声音。接收并解码已编码的音频流。已解码的音频流再现为通过5.1－声道的声音。使用5.1－声道的左立体声声道、右立体声声道和中央声道，也产生电视机的左和右扬声器的输出。

Description

用于产生多声道声音的方法和装置
技术领域
本发明涉及一种音频后处理方法，特别涉及一种用于产生多声道声音的方法和装置，通过该方法和装置，多声道系统将多个附加声音信号与现存的多声道声音协调一致，以再现自然的立体声。更具体地，本发明涉及一种方法和装置，其通过将从杜比(Dolby)数字声音系统或数字影院系统(DTS)输出的5.1-声道声音转换成7.1-声道声音，来再现真实的7.1-声道声音，并经由放置在电视机(TV)一侧或每侧的两个扬声器输出两个附加声道。
背景技术
5.1-声道由左和右立体声声道、左和右环绕声道、中央声道和低频增强(LFE)声道组成。
由于在多声道声音上的兴趣增加，出现了将多于两个的声道增加到5.1-声道声音系统的系统。若5.1-声道声音系统已经建立，则高价位的7.1-声道声音系统或多声道声音系统的附加使用就不经济了。因此，在电视机连接到5.1-声道声音系统的家庭影院系统中使用电视机的两个扬声器是划算的。
通常，在包括电视机的家庭影院系统中，5.1-声道声音系统具有输出到电视机的两个扬声器的端口，并且该输出是通过混合从5声道输出的音频而作成的。然而，由于将要输入到电视机的扬声器的信号是考虑到所有声道的输出而作出的，信号干扰现存的5.1-声道声音，因此损坏了声道的分离以及环绕声音效果。同时，在中低档价位的5.1-声道声音系统中，从前端声道的声音输出质量较差。
因此，为了改善声道的分离并解决干扰问题，从电视机的扬声输出器的声音必须与从现存5.1-声道声音系统输出的声音协调一致。
韩国专利公开第1998-004765号公开了一种用于改变声道数量的方法和装置，通过使用少量的扬声器来产生与使用大量的扬声器相同的效果。为了上述目的，在上述申请中公开的装置包括：控制器，其基于声源和有关扬声器位置的信息来控制扬声器的输出；和数据处理器，用于将M个声源转换成N个声道。与本发明中声音被分离且被输出到每个声道不同，在上述的现有技术中，多个声源转换成多个声道并被处理。
而且，韩国专利公开第1998-0045601号公开了一种通过把顶部和底部的声道增加到5.1-声道声音系统来再现立体声的方法。在这种方法中，给音频编码器提供不同的包标识符，以识别顶部和底部声道的音频数据，而且解码器分隔包标识符，以再现从顶部和底部声道输出的音频。
而且，韩国专利公开第1999-70065号公开了一种装有磁头的多声道声音再现器，以通过分隔和输出具有三个或更多声道的音频信号来再现逼真的立体声。该装有磁头的声音再现器包括正向再现器、前侧前再现器和后侧再现器以制造环绕声音效果。
发明内容
本发明提供一种用于再现真实的7.1-声道声音的方法和装置，通过该方法和装置，可以消除在5.1-声道声音家庭影院系统中由于电视机扬声器的输出引起的干扰，并且通过使用电视机的扬声器可以提高从中低档价位的5.1-声道声音系统中输出的前部声音的较低的质量。
根据本发明的一方面，提供一种用于再现多声道立体声的方法，通过该方法，使用左立体声声道的信号、右立体声声道的信号和中央声道的信号，来再现在多声道立体声声音系统中的通过多个附加声道输出的声音。
根据本发明的另一方面，提供一种用于产生多声道立体声的方法。接收已编码音频流。对已编码音频流进行解码。根据已解码音频流产生多声道立体声。使用多声道立体声的左立体声声道的信号、右立体声声道的信号和中央声道的信号，来产生电视机的右扬声器的输出和电视机的左扬声器的输出。
根据本发明的又一方面，也提供一种用于再现多声道立体声的方法。接收已编码音频流。对已编码音频流进行解码。根据已解码音频流，再现中央声道、左环绕声道、右环绕声道和低音扬声器声道的输出。根据已解码的音频流，再现左立体声声道和右立体声声道的输出。使用左立体声声道、右立体声声道和中央声道的输出(信号)来再现电视机的左扬声器和电视机的右扬声器的输出。
根据本发明的另一方面，也提供一种用于再现多声道立体声的装置。该装置包括：已压缩音频数据输入单元、解码器、多声道声音发生器、电视扬声器输出发生器和多声道电视扬声器输出发生器。该已压缩音频数据输入单元接收和存储已压缩的音频数据，该数据是使用杜比数字声音方法、数字影院系统方法和高级音频编码方法中的一种来编码的。解码器基于已压缩音频数据的编码格式，将已压缩的音频数据解码为PCM音频数据。多声道声音发生器使用已解码的PCM音频数据，产生输出到中央声道、左立体声声道、右立体声声道、左环绕声道、右环绕声道和低频增强声道的声音。电视扬声器输出发生器使用由多声道声音发生器产生的左立体声声道的信号(声音)和右立体声声道的信号(声音)，产生电视机的左扬声器的输出和电视机的右扬声器的输出。多声道电视扬声器输出发生器基于左和右立体声声道的扬声器的位置，产生左立体声声道和右立体声声道的信号。
根据本发明的又一方面，也提供一种计算机可读记录介质，在其上记录了用于执行再现多声道立体声的方法的程序。
附图说明
参考附图，通过对本发明的示例性实施例的详细描述，本发明的上述和其它特点及优点将变得更加明显。
图1是常规5.1-声道声音系统的安排平面图；
图2示出了具有电视机的现有5.1-声道声音系统的配置示意图；
图3示出了在5.1-声道声音系统中使用电视机的扬声器再现7.1-声道声音的方法的流程图；
图4是中低档价位的5.1-声道声音系统的安排平面图；
图5示出了使用根据本发明的电视机扬声器再现多声道立体声的方法流程图；
图6是使用根据本发明的电视机扬声器再现多声道立体声的系统的安排平面图；
图7示出了通过根据本发明的电视机扬声器再现杜比数字声音的方法的算法流程图；
图8是根据本发明的用于再现多声道立体声的装置的方框图。
具体实施方式
在下文，将参考附图详细描述本发明的优选实施例。
图1是常规5.1-声道声音系统的安排平面图。参考图1，该5.1-声道声音系统包括左立体声声道110、右立体声声道120、左环绕声道130、右环绕声道140、中央声道150和LFE声道160。
图2示出了具有电视机的现有5.1-声道声音系统的配置示意图。参考图2，由于电视机210位于5.1-声道声音系统的中央，则电视机210的扬声器分别放置在左立体声声道220和中央声道230之间以及右立体声声道240和中央声道230之间。
5.1-声道解码器将输入音频信号转换为5.1-声道脉冲编码调制(PCM)数据，并具有将声音只输出到例如仅有2声道输出的电视机的设备的声音输出端口。以杜比数字声音为例，使用等式Ltv＝1.0*L+0.707*C+0.707*Ls-0.707*Rs来计算电视机210的左输出Ltv(250)。使用等式Ltv＝1.0*R+0.707*C+0.707*Rs+0.707*Ls来计算电视机210的右输出Rtv(260)。
因此，分离5.1-声道声音和2-声道声音的输出并不成问题。然而，当5.1-声道声音和2-声道声音一起输出时，上述等式用于作出2-声道声音。因此，2-声道声音包含了并干扰从5.1-声道系统的左环绕声道(Ls)270和右环绕声道(Rs)28)输出的信息，这导致了环绕声音效果的损坏和声道的分离。
图3示出了在5.1-声道声音系统中使用电视机扬声器再现7.1-声道声音的方法的流程图。参考图3，在步骤310，从AC-3或DTS输入多声道声音的已编码流。在步骤320，AC-3解码器和DTS解码器解码该输入的编码流。在步骤330，产生每个5.1-声道的声音，并且若电视机要输出2-声道声音，则使用考虑5.1-声道声音系统确定的等式来计算下混合(downmixed)输出。在步骤340，下混合输出被输出至5.1-声道系统的扬声器和电视机的扬声器。
图4是中低档价位的5.1-声道声音系统的安排平面图。
大多数中低档价位的5.1-声道声音系统包括五个具有相同尺寸和输出的扬声器，以及不包括低频扬声器。因此，由于例如在对话情景中的声音的音频信号和已再现的音乐标题局限于左立体声声道和右立体声声道，则从前端扬声器输出的声音质量是较低的。
换句话说，当观看电影的观众熟悉多声道环绕声音时，在对话情景期间，观众感觉到从前端扬声器输出的声音很小。当再现例如歌手的实际表演的音乐标题时，观众又感觉到从前端扬声器输出的声音质量较低。因此，观众感觉到通过2声道输出的场景声音和通过5声道输出的场景声音之间在音量水平上有差异。
在高价位的5.1-声道设备中，前端扬声器和中央扬声器的尺寸和输出趋于比环绕扬声器的要大，这样就增加了成本。因此，本发明在家庭影院系统中使用电视机的两个扬声器。
图5示出了使用根据本发明的电视机扬声器再现多声道立体声的方法流程图。
用于再现多声道立体声的方法与图3中描述的用于再现7.1-声道声音的方法相同。换句话说，在步骤510，接收从AC-3和DTS输出的多声道声音的输入已编码流。在步骤520，AC-3解码器或DTS解码器对输入已编码流解码。在步骤530，产生每个5.1-声道的声音。在步骤540，若电视机将输出2-声道声音，则使用本发明提供的等式计算下混合输出。在步骤550，把下混合输出输出到5.1-声道系统的扬声器和电视机的扬声器。
根据本发明的附加有电视机的7.1-声道声音系统的安排是与图2中所示的相同。然而，将要输出到电视机扬声器的信号(Ltv)250和信号(Rtv)260要重新计算。
若电视机的左输出是Ltv(250)和右输出是Rtv(260)，则使用等式1和2计算左输出Ltv(250)和右输出Rtv(260)。
                 Ltv＝0.7*{a*L+(1-a)*C}           (1)
                 Rtv＝0.7*{a*R+(1-a)*C}           (2)其中，L、R、C分别代表左立体声声道220的输出、右立体声声道240的输出和中央声道230的输出。
这里，“a”是一个常数，是通过将电视机的右扬声器(Rtv)260和右立体声声道(R)240的扬声器之间的距离，除以电视机的右扬声器(Rtv)260和右立体声声道(R)240的扬声器之间的距离与电视机的右扬声器(Rtv)260和中央声道(C)230的扬声器之间的距离之和而获得的。
用户可以根据扬声器的位置，以0.1-0.2为增幅，将常数“a”调整为在0.1-1.0范围之间的值。在等式1和2中，由于电视机210的左扬声器250的输出Ltv是左立体声声道220的输出L和中央声道230的输出C的补充，则使用常数0.7来减小增益约3dB。
图6是使用根据本发明的电视机扬声器再现多声道立体声的系统的安排平面图。
图6中所示的系统安排与图2中所示的系统安排相似。然而在图6中，左立体声声道(L)650和中央声道(C)640之间的夹角与右立体声声道(R)630和中央声道(C)640之间的夹角是可变的。在这种情况下，电视机的左扬声器610的输出Ltv值、电视机的右扬声器620的输出Rtv值、右立体声声道630的输出R值和左立体声声道650的输出L值是使用等式3、4、5、6、7和8来计算的。
                   L＝0.7*L+0.3*Ls                          (3)
               Ltv＝0.7*{(0.3+a)*L+(1-a)*C}                 (4)
                         C＝C                               (5)
                   R＝0.7*R+0.3*Rs                          (6)
               Rtv＝0.7*{(0.3+a)*R+(1-a)*C}                 (7)
                    Rs＝Rs，Ls＝Ls                          (8)其中，“a”是一个常数，是通过将电视机的右扬声器(Rtv)620和右立体声声道(R)630的扬声器之间的距离，除以电视机的右扬声器(Rtv)620和右立体声声道(R)630的扬声器之间的距离与电视机的右扬声器(Rtv)620和中央声道(C)640的扬声器之间的距离之和而获得的。
图6的系统安排与图2的系统安排的不同之处在于：左立体声声道(L)650的扬声器和右立体声声道(R)630的扬声器的位置改变了，并且因此用于计算左立体声声道(L)650的输出、右立体声声道(R)630的输出、电视机的左扬声器(Ltv)610的输出和电视机的右扬声器(Rtv)620的输出的方法改变了。换句话说，左立体声声道(L)650的扬声器和右立体声声道(R)630的扬声器分别接近于左环绕声道(Ls)的扬声器和右环绕声道(Rs)的扬声器。因此电视机的左扬声器610的输出Ltv和电视机的右扬声器620的输出Rtv应当与左立体声声道650的输出L和右立体声声道630的输出R相混合，而不是稍微减小左立体声声道650的输出L的初始分量和右立体声声道630的输出R的初始分量，以及不是把左立体声声道650的输出L的初始分量和右立体声声道630的输出R的初始分量与环绕信号的小部分相混合。
用户可以根据扬声器的位置，以0.1-0.2为增幅，将常数“a”调整为在0.1-1.0范围之间的值。在等式3和4中，由于电视机的左扬声器610的输出Ltv是左立体声声道650的输出L和中央声道640的输出C的补充，则使用常数0.7来减小增益约3dB。
图7示出了通过根据本发明的电视机扬声器再现杜比数字声音的方法的算法流程图。
在该算法中，已编码的位流被接收，作为PCM信号输出，经过数/模(D/A)转换，并且被输出。通过把本发明应用于杜比数字声音，使用上述的等式，可下混合在窗口重叠/增加步骤中输出的PCM信号，以获得电视机扬声器的输出。
图8是根据本发明的用于再现多声道立体声的装置的方框图。参考图8，该装置包括：压缩音频数据输入单元810、解码器820、多声道声音发生器830、电视扬声器输出发生器840和多声道电视扬声器输出发生器850。
压缩音频数据输入单元810接收并存储压缩编码音频数据，例如杜比数字声音数据、DTS声音数据或高级音频编码(AAC)声音数据。
解码器820基于压缩编码音频数据的编码格式，将压缩编码音频数据解码为PCM数据。
多声道声音发生器830产生对于左立体声声道、右立体声声道、左环绕声道、右立体环绕声道和低音扬声器的声音输出。这里，用来在5.1声道产生声音的方法与用来在现存5.1-声道声音系统中产生声音的常规方法相同。
电视扬声器输出发生器840使用由多声道声音发生器830利用等式1和2或等式4和7产生的左立体声声道的信号和右立体声声道的信号，来产生电视机的左扬声器的下混合输出和电视机的右扬声器的下混合输出。
多声道电视扬声器输出发生器850使用等式3和6根据左和右立体声声道的扬声器的位置，也产生左立体声声道和右立体声声道的信号。
如上所述，在根据本发明的用于再现多声道立体声的方法和装置中，可以消除与5.1-声道声音下混合的2-声道声音的干扰。通过有效使用附加到电视机或音频系统的两个扬声器，不用额外成本就可以提高从中或低档价位5.1声道声音系统输出的前端音频声音的较差的质量。
而且，根据本发明的装置可以连接到5.1-声道声音系统，以再现真实的7.1-声道声音、其不同于5.1-声道声音并具有比5.1-声道声音更好的环绕声音效果，因此也可应用到例如数字视频光盘播放器(DVDP)的产品中。
本发明的上述实施例可作为能在计算机中被执行的程序写入，并可以通过使用计算机可读记录介质在通用数字计算机中实现。计算机可读记录介质包括：磁存储介质(例如，ROM、软盘、硬盘等)、光盘(例如，CD-ROM、DVD等)和载波(例如，经由互联网传输)。
虽然已经参考本发明的示例性实施例特别示出并描述了本发明，但是，本领域的普通技术人员应当理解为在不背离本发明的权利要求书中定义的精神和范围的情况下，可以在形式和细节上做出各种修改。
本申请要求2002年7月8日向韩国知识产权局提出的韩国专利申请第2002-39297号的优先权，特此全文引用，以供参考。

Claims (18)

1.一种用于再现多声道立体声声音的方法，通过该方法，使用左立体声声道的信号、右立体声声道的信号和中央声道的信号，来再现在多声道立体声声音系统中通过多个附加声道输出的声音。
2.如权利要求1所述的方法，其中，多声道立体声声音系统是5.1-声道立体声声音系统，和多个附加声道使用电视机或立体声音频系统的扬声器。
3.一种用于产生多声道立体声声音的方法，该方法包括：
(a)接收已编码的音频流；
(b)解码已编码的音频流；
(c)从已解码的音频流中产生多声道立体声声音；和
(d)使用多声道立体声声音的左立体声声道的信号、右立体声声道的信号和中央声道的信号，来产生电视机的右扬声器的输出和电视机的左扬声器的输出。
4.如权利要求3所述的方法，其中，在步骤(c)，多声道立体声声音是5.1-声道声音。
5.如权利要求3所述的方法，其中，在步骤(d)，电视机的左扬声器的输出相对地小于左立体声声道的输出，且由于电视机的左扬声器接近于左立体声声道，所以包含在电视机左扬声器的输出中的左立体声声道的输出分量增加，和包含在电视机左扬声器的输出中的中央声道的输出分量减少，而且电视机的右扬声器的输出相对地小于右立体声声道的输出，且由于电视机的右扬声器接近于右立体声声道，所以包含在电视机右扬声器的输出中的右立体声声道约输出分量增加，和包含在电视机右扬声器的输出中的中央声道的输出分量减少。
6.如权利要求3所述的方法，其中，在步骤(d)，通过把从左立体声声道输出的信号和第一预定常数的乘积，与从中央声道输出的信号和把第一预定常数从1中相减得到的值的乘积的和，与一个预定常数相乘，而得到电视机的左扬声器的输出，并且通过把从右立体声声道输出的信号和第一预定常数的乘积，与从中央声道输出的信号和把第一预定常数从1中相减得到的值的乘积的和，与第二预定常数相乘，得到电视机的右扬声器的输出。
7.如权利要求3所述的方法，其中，在步骤(d)，电视机的左扬声器的输出(Ltv)和电视机的右扬声器的输出(Rtv)是使用下列等式计算的：
            Ltv＝0.7*{a*L+(1-a)*C}
            Rtv＝0.7*{a*R+(1-a)*C}其中，L、R、C分别代表从左立体声声道输出的信号、从右立体声声道输出的信号和从中央声道输出的信号，而且“a”是一个常数，是通过将电视机的右扬声器和右立体声声道的扬声器之间的距离，除以电视机的右扬声器和右立体声声道的扬声器之间的距离与电视机的右扬声器和中央声道的扬声器之间的距离之和而获得的。
8.如权利要求7所述的方法，其中，常数“a”根据电视机的右扬声器以及右立体声声道和中央声道的扬声器的位置，以0.1或0.2为增幅，可调整为在0.1-1.0范围之间的值。
9.如权利要求3所述的方法，其中，已编码的音频流是使用杜比数字声音方法、数字影院系统方法和高级音频编码方法中的一种来编码的。
1).一种用于再现多声道立体声声音的方法，该方法包括：
(a)接收已编码的音频流；
(b)解码已编码的音频流；
(c)从已解码音频流中再现中央声道、左环绕声道、右环绕声道和低频扬声器声道的输出；
(d)从已解码音频流中再现左立体声声道和右立体声声道的输出；和
(e)使用左立体声声道、右立体声声道和中央声道的输出(信号)，来再现电视机的左扬声器和电视机的右扬声器的输出。
11.如权利要求10所述的方法，其中，在步骤(d)，使用左立体声声道和左环绕声道的输出(信号)来再现左立体声声道的输出，并且左立体声声道的输出(信号)分量远大于左环绕声道的输出(信号)分量；而且使用右立体声声道和右环绕声道的输出(信号)来再现右立体声声道的输出，并且右立体声声道的输出(信号)分量远大于右环绕声道的输出(信号)分量。
12.如权利要求10所述的方法，其中，在步骤(d)，左立体声声道的输出L和右立体声声道的输出R是使用下列等式计算的：
               L＝0.7*L+0.3*Ls
               R＝0.7*R+0.3*Rs其中，Ls和Rs分别代表从左环绕声道和从右环绕声道输出的信号。
13.如权利要求10所述的方法，其中，在步骤(e)，电视机的左扬声器的输出相对地小于左立体声声道的输出，且由于电视机的左扬声器接近于左立体声声道，所以包含在电视机左扬声器的输出中的左立体声声道的输出分量增加，和包含在电视机左扬声器的输出中的中央声道的输出分量减少；而且电视机的右扬声器的输出相对地小于右立体声声道的输出，且由于电视机的右扬声器接近于右立体声声道，所以包含在电视机右扬声器的输出中的右立体声声道的输出分量增加，和包含在电视机右扬声器的输出中的中央声道的输出分量减少。
14.如权利要求10所述的方法，其中，在步骤(e)，电视机的左扬声器的输出(Ltv)和电视机的右扬声器的输出(Rtv)是使用下列等式计算的：
                   Ltv＝0.7*{(0.3+a)*L+(1-a)*C}
                   Rtv＝0.7*{(0.3+a)*R+(1-a)*C}其中，L、R、C分别代表从左立体声声道输出的信号、从右立体声声道输出的信号和从中央声道输出的信号，而且“a”是一个常数，是通过将电视机的右扬声器和右立体声声道的扬声器之间的距离，除以电视机的右扬声器和右立体声声道的扬声器之间的距离与电视机的右扬声器和中央声道的扬声器之间的距离之和而获得的。
15.一种用于再现多声道立体声声音的装置，该装置包括：
已压缩音频数据输入单元，用于接收和存储已压缩的音频数据，该数据是使用杜比数字声音方法、数字影院系统方法和高级音频编码方法中的一种来编码的；
解码器，基于已压缩音频数据的编码格式，将已压缩的音频数据解码为PCM音频数据；
多声道声音发生器，使用已解码的PCM音频数据，产生输出到中央声道、左立体声声道、右立体声声道、左环绕声道、右环绕声道和低频增强声道的声音；
电视扬声器输出发生器，使用由多声道声音发生器产生的左立体声声道的信号(声音)和右立体声声道的信号(声音)，产生电视机的左扬声器的输出和电视机的右扬声器的输出；和
多声道电视扬声器输出发生器，基于左和右立体声声道的扬声器的位置，产生左立体声声道和右立体声声道的信号。
16.如权利要求15所述的装置，其中，由于电视机的左扬声器的输出相对地小于左立体声声道的输出并且电视机的左扬声器接近于左立体声声道，所以电视扬声器输出发生器增加左立体声声道的输出(声音)分量并减少中央声道的输出(声音)分量；并且由于电视机的右扬声器的输出相对地小于右立体声声道的输出(声音)和电视机的右扬声器接近于右立体声声道，所以电视扬声器输出发生器增加右立体声声道的输出(声音)分量并减少中央声道的输出(声音)分量。
17.如权利要求15所述的装置，其中，电视扬声器输出发生器使用等式1和2中的一个来产生电视机左扬声器的输出(Ltv)，和使用等式3和4中的一个来产生电视机右扬声器的输出(Rtv)：
            Ltv＝0.7*{a*L+(1-a)*C}              ……(1)
            Ltv＝0.7*{(0.3+a)*L+(1-a)*C}        ……(2)
            Rtv＝0.7*{a*R+(1-a)*C}              ……(3)
            Rtv＝0.7*{(0.3+a)*R+(1-a)*C}        ……(4)其中，L、R、C分别代表从左立体声声道输出的信号、从右立体声声道输出的信号和从中央声道输出的信号，而且“a”是一个常数，是通过将电视机的右扬声器和右立体声声道之间的距离，除以电视机的右扬声器和右立体声声道之间的距离与电视机的右扬声器和中央声道的扬声器之间的距离之和而获得的。
18.一种计算机可读记录介质，在其上记录有用于在计算机上执行如权利要求1所述方法的程序。
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