CN1636421A - 用于获得立体声环绕和/或音频中心信号的多声道立体声转换器 - Google Patents

Abstract

多声道立体声转换器，包括用来生成立体声信息信号(a/b；ρ)的立体声大小确定装置，所述信息信号表示音频输入信号(L，R)间的立体声度；还包括用来基于立体声信息信号(a/b；ρ)把音频信号(L，R)变换成至少一个环绕信号(S)的变换装置。一种空间映射的解释在此介绍，且音频中心信号可由立体声输入信号得到。结果在应用和设计中更为灵活，并且在音频信号中基本上没有串音干扰。

Description

用于获得立体声环绕和/或 音频中心信号的多声道立体声转换器

本发明涉及多声道立体声转换器，包括从立体声音频信号(L，R)生成信息信号的立体声装置，以及耦合到该立体声装置的变换装置，该变换装置把所述的音频信号(L，R)变换成另一音频信号(C；S)。

本发明也涉及从立体声音频信号(L，R)生成音频信号的方法，其中信息信号由该音频信号(L，R)获得，并用于把该音频信号(L，R)变换成音频信号(S)。

这样一个多声道立体声系统和方法，已由US-A-5,426,702被人所熟知。已知的系统包括立体声装置，它以方向探测电路的形式用来生成来自立体声音频输入信号(L，R)的信息信号。该信息信号包括一个用于最强声源方向的加权因子测量。此外已知的转换器系统包括耦合到方向探测电路的变换装置，用来把所述的音频信号(L，R)变换成另外一种音频中心信号形式的音频信号。

已知的多声道转换器和方法的一个不足之处是没有做出用于生成环绕音频信号的装置。

因此，本发明的目的就是提供一个能够生成并处理各种辅助音频信号、例如环绕、环绕立体声和/或中心信号的多声道立体声转换器系统和相应的方法，且基本上没有这些音频信号间的串音干扰。

另外，根据本发明的多声道立体声转换器，其特征在于立体声装置是生成立体声信息信号(a/b；ρ)的立体声大小确定装置，该信息信号表示所述音频信号(L，R)间的立体声度。其特征还在于，变换装置基于该立体声信息信号(a/b；ρ)实现把音频信号(L，R)变换成至少一个环绕信号(S)。

类似地，根据本发明的方法，其特征在于信息信号是一种立体声信息信号(a/b；ρ)，它表示所述音频信号(L，R)间立体声度，其特征还在于基于立体声信息信号(a/b；ρ)，所述音频信号(L，R)变换成至少一个环绕信号(S)。

根据本发明的多声道立体声转换器和方法的一个优点是，它能够基于左(L)右(R)两个立体声音频信号生成附加的相关音频信号，如环绕信号，左和右立体声环绕信号，和/或所期望的音频中心信号。这个优点给应用可能性和设计带来了很大的自由度，并且基本上没有输出音频信号间的串音干扰。

根据本发明的立体声转换器的一个实施方案，其特征在于变换装置对所述变换使用一个关系，这一变换把立体声信息信号(a/b；ρ)映射为一个音频信号定义的平面上的角(β)。简单地，为实现实施例该变换装置使用一个测角关系。在实际中应该考虑使用某一变换，此变换把立体声信息信号(a/b；ρ)映射为0-π/2的角(β)。

根据本发明的多声道立体声转换器的一个具体实施方案，其特征在于变换装置实现把音频信号(L，R)从正交表示附加地变换成一种表示，此表示中所述音频信号(L，R)位于一条直线上，从而显示出另外的音频中心信号(C)。

有利的是，这一实施方案提供一个多声道配置，其有可用的音频左(L)、右(R)、环绕(S)或环绕左(S_L)，环绕右(S_R)和音频中心信号(C)。

有利的是，一个倍数大约为二的矢量倍乘可特别利用矩阵转换在芯片上容易地实施。在根据本发明的多声道立体声转换器的另一个实施方案中，该矩阵变换的矩阵系数以实际音频信号在音频信号(R，L，C，S)主轴上的投影为基础，或者结合其他系数，如经验确定的系数，来代替例如Dolby Surround，Dolby Pro Logic，和Lexicon系统及其他环绕系统。

实际上，根据本发明的多声道立体声转换器的另一个实施方案，其特征在于立体声转换器提供有一个或多个去相关滤波器，例如Lauridsen去相关滤波器。立体声环绕信号(S)应用于该滤波器以产生左立体声环绕信号(S_L)和右立体声环绕信号(S_R)。这些类型的去相关滤波器很容易在市场上买到。

现在，根据本发明的多声道立体声转换器和相应的方法，将和他们的附加优点一起进一步阐明。同时配有附图供参考，其中相同的参考数字代表图中相似的部分。在图中：

图1示出一个由左(L)、右(R)音频信号振幅联合限定的二维状态区域，用来解释根据本发明的多声道立体声转换器的工作的部分。

图2示出根据本发明的多声道立体声转换器一些实施方案的总轮廓。

图3(a)和图3(b)示出左右立体声信号的方向矢量图。

图4绘出在根据本发明的多声道立体声转换器中，用于生成环绕信号的空间映射。

图1示出一个称为状态区域的二维图，该区域由左(L)右(R)音频信号的瞬时幅度所限定。左(L)音频立体声信号的输入信号值沿纵轴表示，而右(R)音频立体声信号的输入信号值沿横轴表示。发自例如语音的单声道信号可发现于穿过这一与纵轴成45度角区域的原点的一条直线上。立体声音乐形成许多显示为区域中的点状的采样。带点的区域可能呈如图所示的长方形，这种情况下，两正交轴y和q可被定义。轴y可看作由提供关于主信号方向的信息地区域内所有点的某种平均值形成。已有一些估计方法估计主方向y。众所周知的最小平方法提供了适当的方向感测和定位的算法。正交于y轴的轴可定义为q，该轴提供有关偏离主方向y的音频信号的信息。在确定了y轴和q轴的方向后，量b和量a就可分别确定或估计，这些量是限定分别沿y轴和q轴测量的带点区域的尺寸的量。另外例如a/b的比率，或所期望的信号L和R的人们熟知的互相关系数ρ，都提供了立体声大小的信息。该信息表示音频信号L和R间的立体声度。互相关函数定义为：

              ρ＝∑(L- L)(R- R)/{∑(L- L)²(R- R)²}^1/2

这里下画线表示平均值。实际测量和估计a/b的比率或相关系数ρ，可用任何合适的装置，且每一个信号可如期用来提供立体声大小信息。

图2示出多声道立体声转换器1的几个可能实施方案的组合。转换器1包括用以生成立体声信息信号的立体声大小确定装置2形式的立体声装置，所述立体声信息信号表示所述的音频信号L和R间的立体声度。转换器1还包括变换装置3，用来基于立体声信息信号把左和右音频信号变换成至少一个立体声环绕信号S，和/或变换成至少一个音频中心信号C，这将在后面阐述。

变换装置3包括一个方向传感器电路4，它提供如下形式的信息，例如坐标/权重W_L和W_R，或涉及前面所讲y轴方向的角信息α。如果必要，立体声大小确定装置2可以使用来自方向传感器电路4的信息。另外权重W_L和W_R及立体声信息信号a/b或ρ在变换装置3中使用以在第一种可能实施方案中从那里得到左L、右R和环绕信号S。另外变换装置3包括一个矩阵装置5，由矩阵装置5基于立体声大小信号实现并在此通过一个实例建议的一个可能的变换是：

β＝arcsin(a/b)，其中0≤a/b≤1，且0≤β≤π/2。

通过将β解释为由立体声信号L和R所定义的平面上的角，这样产生一个映射和三维半球表示，其中环绕信号S在此生成，它的轴与立体声信号轴L和R正交。在多声道立体声转换器1的这一实施方案中，信号L和R变换成L，R和S。L和R可以如图3(a)所示相互正交，或也可以如图3(b)和图4所示大体上位于一条直线上，这将在后面继续解释。

在另外的实施方案中，单声道环绕信号S可被用一个或多个去相关滤波器例如人们熟知的Lauridsen去相关滤波器6进一步变换。单声道环绕信号S应用于滤波器6生成左立体声环绕信号(S_L)和右立体声环绕信号(S_L)。

通常任何一种变换，不论是否是这种把立体声信息信号a/b或ρ映射为量为0-π/2的角β的测角法，都可以适用。

图2解释了另一种实施方案，其中立体声转换器1包括一个耦合在方向传感器4和矩阵装置5之间的矢量倍乘装置7。倍乘装置7执行一个可能的附加变换，或把图3(a)所示的权重W_L和W_R映射为图4所示的新权重C_LR和C_C，以生成音频中心信号C。这个可用例如把角α加倍来完成。主要的是用任何想要的因子、最好接近2、这样的倍乘可以来做生成音频中心信号C这一工作。在矩阵装置5中，它的输出信号L，R，C和S源于瞬时信号值。该信号值用信号y和q表示，且基于一个矩阵，该矩阵的系数依赖于权重W_L和W_R，也依赖于图4中绘出的各种投影系数。

一个公知为矩阵化的可能的映射的实例将在下文的矩阵中给出。它产生四通道输出信号L，C，R和S，根据下式，以时间采样k表示：

$\left(\begin{array}{c}{U}_L\left(k\right)\\ U_R\left(k\right)\\ U_C\left(k\right)\\ U_S\left(k\right)\end{array}\right)=\left(\begin{array}{cc}{C}_L\left(k\right)& W_R\left(k\right)\\ C_R\left(k\right)& -W_L\left(k\right)\\ {C^{\′}}_C\left(k\right)& 0\\ 0& C_S\left(k\right)\end{array}\right)\left(\begin{array}{c}y\left(k\right)\\ q\left(k\right)\end{array}\right)$

其中基本信号y(k)和q(k)根据下式利用输入信号的旋转计算：

           y(k)＝w_L(k)x_L(k)+w_R(k)x_R(k)

           q(k)＝w_R(k)x_L(k)-w_L(k)x_R(k)，

和

一般该矩阵变换的矩阵系数基于实际音频信号在图4示出的音频信号(R，L，C，S)的主轴上的投影。但这些矩阵系数可期望和那些以经验基础部分地确定的系数结合起来。

与前面解释过的三维环绕变换相结合的α的加倍或倍乘的效果在图4的空间映射中充分示出，显示出音频信号L，R，C和S，但是期望在左立体声环绕信号(SL)和右立体声环绕信号(SR)中利用滤波器6S可被细分。α的倍乘或可能的加倍可以多次使用，例如两次。

图3(b)和/或图4中作为例子的映射，期望可推广到适用于一个以上的音频中心信号C。在此情况下，图3(b)和图4的音频平面中，可定义附加的中心轴例如C’和C”；这时实际音频矢量可以投影到每个音频中心轴C，C’和C”，分别表示投影C_C，C_C’和C_C”

上述内容已参考基本上优选的实施方案和最好的可能模式做了描述，但应该了解的是这些实施方案决不是作为限制有关装置的例子来分析的，因为如同前面解释的那样，本领域的普通技术人员可完成属于附带的权利要求范围的各种改变、特征和特征的组合。

Claims (9)

1.一种多声道立体声转换器，包括从立体声音频信号(L，R)生成信息信号的立体声装置，以及耦合到该立体声装置以把所述的音频信号(L，R)变换成另一音频信号(C；S)的变换装置，其特征在于该立体声装置是用以生成立体声信息信号(a/b；ρ)的立体声大小确定装置，所述信息信号表示所述的音频信号(L，R)间的立体声度；其特征还在于变换装置基于该立体声信息信号(a/b；ρ)实现把音频信号(L，R)变换成至少一环绕信号(S)。

2.根据权利要求1的多声道立体声转换器，其特征在于变换装置利用用于所述变换的一种关系，把立体声信息信号(a/b；ρ)映射为音频信号所定义的一个平面上的角(β)。

3.根据权利要求1或2的多声道立体声转换器，其特征在于该变换使用测角关系。

4.根据权利要求1-3之一的多声道立体声转换器，其特征在于，变换装置实现把音频信号(L，R)附加地从正交表示变换成一种表示，其中所述音频信号(L，R)位于一条直线上，从而显示附加的音频中心信号(C)。

5.根据权利要求4的多声道立体声转换器，其特征在于所述附加变换包括一个倍数约为二的矢量倍乘。

6.根据权利要求1-5的多声道立体声转换器，其特征在于所述变换和/或附加变换执行矩阵变换。

7.根据权利要求6的多声道立体声转换器，其特征在于所述矩阵变换的矩阵系数以实际音频信号在音频信号(R，L，C，S)主轴上的投影为基础。

8.根据权利要求1-7之一的多声道立体声转换器，其特征在于立体声转换器提供有一个或多个去相关滤波器，例如Lauridsen去相关滤波器。环绕信号(S)应用于该滤波器以产生左立体声环绕信号(S_L)和右立体声环绕信号(S_R)。

9.一种由立体声音频信号(L，R)产生音频信号的方法，其中信息信号源于所述音频信号(L，R)且用于把所述音频信号(L，R)变换成音频信号(S)，其特征在于，信息信号是一个立体声信息信号(a/b；ρ)，它表示所述音频信号(L，R)间的立体声度，其特征还在于基于立体声信息信号(a/b；ρ)所述音频信号(L，R)变换成至少一个环绕信号(S)。

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