CN1860826A - 再现宽立体声的设备和方法 - Google Patents

Abstract

一种通过扩宽由仅使用两个靠近地设置的声道扬声器的音频再现设备输出的立体声来再现宽立体声的设备和方法包括扩宽滤波操作和直接滤波操作。在扩宽滤波操作中，使用在预定位置测量的头部相关传递函数来从立体声声道音频信号形成任意位置的虚拟声源，并使用反映了头部相关传递函数的滤波器系数来从虚拟声源消除串扰。在直接滤波操作中，基于消除了串扰的虚拟声源来调整立体声声道音频信号的信号特性。

Description

再现宽立体声的设备和方法

                         技术领域

本发明总的发明构思涉及一种音频再现系统，更具体地讲，涉及一种通过扩宽由仅使用彼此靠近地设置的两声道扬声器的音频再现设备输出的立体声来再现宽立体声的方法和设备。

                         背景技术

由于电视通常包括设置于主体左右或底部的两声道扬声器，所以听角(hearing angle)较窄。因此，由DVD/CD再现设备或电视广播产生的立体声效果较差，立体声听起来像是单声道声音。特别地，窄立体声音场(stereo soundstage)降低了电影的音质，并且会导致电影观看者购买另外的扬声器系统。

传统的立体声增强系统仅使用两个扬声器来在收听者前面增强立体声。

在标题为“音频增强系统”的第6,597,791号美国专利(于1998年12月15日提交)中公开了一种传统的立体声增强系统。

参照第6,597,791号美国专利，该传统的立体声增强系统处理从左、右输入信号产生的差信号来创建立体声。该差信号经受均衡处理，所述均衡的特征在于对高低频带的听觉频率的放大。经处理的差信号与从左、右输入信号产生的和信号以及原始的左、右输入信号结合。

                         发明内容

                         技术问题

然而，多数传统的立体声增强系统难以设计串扰消除滤波器，因此，它们或者使用立体声的左、右声道之和以及左、右声道之差或者调整立体声的相位和幅度，而非使用头部相关传递函数(HRTF)。不使用HRTF使得减少了传统的立体声增强系统所需的计算量，因此能够容易地实现传统的立体声增强系统。然而，由于在不考虑人类头部和外耳的情况下设计了传统的立体声增强系统，所以该传统的立体声增强系统并不具有卓越的性能。

                        技术解决方案

本发明总的发明构思提供了一种通过扩宽由仅使用彼此靠近地设置的两声道扬声器的音频再现设备输出的立体声音场来再现宽立体声的方法。

本发明总的发明构思还提供一种根据上述方法再现宽立体声的设备。

                         有益的效果

在根据本发明总的发明构思的宽立体声再现设备和方法中，通过将双声道立体声(binaural)合成部分与串扰消除器卷积(convolving)来获得扩宽滤波器，由此减少计算。此外，不仅使用HRTF通过虚拟扬声器来输出声音，还通过实际的扬声器来输出声音。声像调节滤波器被设计为这样的矩阵，在该矩阵中，用于虚拟声源的扩宽滤波器系数和用于实际扬声器的直接滤波器系数被卷积。所述滤波器中的每一个被设计为具有最佳性能，所述最佳性能通过各种听觉测试来保持。由于频率采样的使用，每个滤波器系数具有最佳性能并使计算量最小化。因此，当根据本发明总的发明构思的宽立体声再现设备和方法被应用于诸如TV、PC、笔记本PC、PDA、蜂窝式电话等的具有两个靠近布置的扬声器的产品时，立体声音场被扩宽，因此收听者能够感受到增强的立体声效果而不必购买另外的扬声器装置。

                         附图说明

图1是根据本发明总的发明构思的实施例的再现宽立体声的设备的方框图；

图2是表示实现图1的设备的方法的流程图；

图3是表示图1的设备的双声道立体声合成部分的详细方框图；

图4是表示图1的设备的串扰消除器的详细方框图；

图5是表示图1的设备中一对直接滤波器(direct filter)和扩宽滤波器之间的矩阵关系的方框图；

图6是表示图1的设备中的声像调节滤波器的概念示图；

图7是表示根据本发明总的发明构思的实施例的从单声道声音产生宽立体声的方框图；和

图8是表示根据本发明总的发明构思的实施例的产生自适应宽立体声的方框图。

                         最佳方式

本发明总的发明构思的上述和/或其他方面和优点可通过提供一种在音频再现设备中再现立体声的方法来实现，该方法包括：扩宽滤波操作和直接滤波操作。在扩宽滤波操作中，使用在预定位置测量的头部相关传递函数来从立体声声道音频信号形成与任意位置对应的虚拟声源，并使用反映了头部相关传递函数的滤波器系数来从虚拟声源消除串扰。在直接滤波操作中，基于消除了串扰的虚拟声源来调整立体声声道音频信号的信号特性。

本发明总的发明构思的上述和/或其他方面和优点也可通过提供一种在音频再现设备中再现立体声的方法来实现，该方法包括：接收立体声声道音频信号的接收操作和声像调节滤波操作。在声像调节滤波器操作中，从所述立体声声道音频信号形成虚拟声源，从虚拟声源消除串扰，并基于消除了串扰的虚拟声源来调整输入立体声声道音频信号的信号特性。对输入立体声声道音频信号的信号特性的调整可表示为下面方程：

y_L＝P₁₁(z)L+P₁₂(z)R

y_R＝P₂₁(z)L+P₂₂(z)R

其中，L和R分别表示两声道的左、右输入信号，y_L和y_R分别表示左、右输出信号。滤波器系数P₁₁(z)、P₁₂(z)、P₂₁(z)和P₂₂(z)可通过使用下面方程来计算：

$\left[\begin{array}{cc}{P}_{11}\left(z\right)& P_{12}\left(z\right)\\ P_{21}\left(z\right)& P_{22}\left(z\right)\end{array}\right]=\left[\begin{array}{cc}{W}_{11}\left(z\right)+D_L\left(z\right)& W_{12}\left(z\right)\\ W_{21}\left(z\right)& W_{21}\left(z\right)+D_R\left(z\right)\end{array}\right]$

其中，W(z)表示为下面方程：

$\left[\begin{array}{cc}{W}_{11}\left(z\right)& W_{12}\left(z\right)\\ W_{21}\left(z\right)& W_{22}\left(z\right)\end{array}\right]=\begin{array}{c}\end{array}\left[\begin{array}{cc}{C}_{11}\left(z\right)& C_{12}\left(z\right)\\ C_{21}\left(z\right)& C_{22}\left(z\right)\end{array}\right]\left[\begin{array}{cc}{L}_L\left(z\right)& R_L\left(z\right)\\ L_R\left(z\right)& R_R\left(z\right)\end{array}\right]$

D(z)表示包括具有所述立体声声道音频信号的延迟时间和幅度的滤波器系数(D_L(z)，D_R(z))的对角矩阵。

本发明总的发明构思的上述和/或其他方面和优点也可通过提供一种再现立体声的设备来实现，该设备包括：双声道立体声合成部分、串扰消除器和直接滤波器。双声道立体声合成部分使用在预定位置测量的头部相关传递函数来从立体声声道音频信号形成与任意位置对应的虚拟声源。串扰消除器使用基于关于设置实际扬声器的角度的信息的滤波器系数来从由双声道立体声合成部分形成的虚拟声源消除串扰。直接滤波器使用所述直接滤波器的滤波器系数基于消除了串扰的虚拟声源来调整立体声声道音频信号的信号幅度和时间延迟。

                         本发明的方式

图1是根据本发明总的发明构思的实施例的再现宽立体声的设备的方框图。参照图1，该设备包括扩宽滤波器120以及左直接滤波器140和右直接滤波器150。扩宽滤波器120通过将左双声道立体声合成部分122和右双声道立体声合成部分124与串扰消除器128卷积在一起来形成。声像调节滤波器(panorama filter)100通过将扩宽滤波器120与左直接滤波器140和右直接滤波器150卷积来形成。

左双声道立体声合成部分122和右双声道立体声合成部分124基于相对于声源在预定位置(角度)测量的头部相关传递函数(HRTF)从2声道音频信号产生虚拟声源。换句话说，左双声道立体声合成部分122和右双声道立体声合成部分124使用HRTF呈现(render)了对称设置于收听者前面的虚拟扬声器182和192。所述2声道音频信号的左声道音频信号与在-30度测量的HRTF进行卷积。同样地，所述2声道音频信号的右声道音频信号与在+30度测量的HRTF进行卷积。因此，与在-30度用于左耳的HRTF进行卷积的音频信号和与在+30度用于左耳的HRTF进行卷积的音频信号被求和，以形成与左虚拟扬声器182对应的左虚拟音频信号。与在-30度用于右耳的HRTF进行卷积的音频信号和与在+30度用于右耳的HRTF进行卷积的音频信号被求和，以形成与右虚拟扬声器192对应的右虚拟音频信号。

串扰消除器128基于反映HRTF的滤波器系数来消除由左双声道立体声合成部分122形成的左虚拟音频信号和由右双声道立体声合成部分124形成的右虚拟音频信号之间的串扰。换句话说，串扰消除器128消除左虚拟音频信号和右虚拟音频信号之间的串扰，以便收听者不能经右耳听到与左虚拟扬声器182对应的左虚拟音频信号，并且不能经左耳听到与右虚拟扬声器192对应的右虚拟音频信号。

左直接滤波器140和右直接滤波器150对于已由串扰消除器128消除其串扰的左虚拟音频信号和右虚拟音频信号来调整所述2声道音频信号的电平和输出定时。左直接滤波器140和右直接滤波器150能够对输入立体声滤波，并能够对于与虚拟扬声器182和192对应的声音(左虚拟音频信号和右虚拟音频信号)来调整通过实际扬声器180和190输出的声音的输出定时和信号电平，由此产生自然的声音。

通过左直接滤波器140和右直接滤波器150滤波的2声道音频信号以及通过扩宽滤波器120滤波的左虚拟音频信号和右虚拟音频信号被求和，并被输出给左实际扬声器180和右实际扬声器190。因此，左实际扬声器180和右实际扬声器190输出通过左直接滤波器140和右直接滤波器150调整的2声道音频信号以及左虚拟音频信号和右虚拟音频信号，从而虽然左直接滤波器140和右直接滤波器150的输出(2声道音频信号的左音频信号和右音频信号)以及扩宽滤波器120的左虚拟音频信号和右虚拟音频信号分别通过左实际扬声器180和右实际扬声器190被输出，但收听者从左实际扬声器180和右实际扬声器190听到调整的2声道音频信号，并且收听者从左虚拟扬声器182和右虚拟扬声器192听到左虚拟音频信号和右虚拟音频信号。

图2是表示实现图1的设备的方法的流程图。扬声器和耳膜之间的声学传递函数被称为HRTF。HRTF包含表示声音被传入其中的空间的特性的信息，所述信息包括声波信号到达左耳和右耳的时间之差、左耳和右耳的声波信号的电平之差以及左耳廓和右耳廓的形状。特别地，HRTF能够包括关于严重影响上、下声像的定位的耳廓的信息。因为不容易对耳廓建模，所以可通过测量来获得关于耳廓的信息。

参照图2，在步骤212中，选择设置虚拟扬声器182和192的角度。在步骤216中，基于双声道立体声合成来设置虚拟扬声器182和192。虚拟声源可通过使用对于扬声器180和190和/或虚拟扬声器182和192在预定位置(角度)测量的HRTF数据库来在任意位置形成。例如，如果在30度测量的HRTF和实际声源被卷积，则能够获得在30度的虚拟声源的感觉。2N个虚拟扬声器对称地设置在收听者前面以扩宽立体声音场。立体声的右声道信号和左声道信号分别经过位于收听者右侧的N个虚拟扬声器以及位于收听者左侧的N个虚拟扬声器。

如图3中所示，可需要总共四个HRTF以设置两个虚拟扬声器182和192，所述四个HRTF包括左虚拟扬声器182和收听者的左耳、右耳的每一个之间的两个HRTF以及右虚拟扬声器192和收听者的左耳、右耳的每一个之间的两个HRTF。相应地，需要4N个HRTF以设置2N个虚拟扬声器。由于所述4N个HRTF能够表示成2×2方矩阵的总和，所以当使用方程1来计算该总和时，仅需要总共4个HRTF。因此，显著减小了计算量。

方程1为：

$\left[\begin{array}{cc}{L}_L\left(z\right)& R_L\left(z\right)\\ L_R\left(z\right)& R_R\left(z\right)\end{array}\right]=\left[\begin{array}{cc}\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{L}_{\mathrm{Li}}\left(z\right)& \underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{R}_{\mathrm{Li}}\left(z\right)\\ \underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{L}_{\mathrm{Ri}}\left(z\right)& \underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{R}_{\mathrm{Ri}}\left(z\right)\end{array}\right]---\left(1\right)$

其中，L_Li(z)表示第i个左虚拟扬声器与左耳之间的HRTF，R_Li(z)表示第i个右虚拟扬声器与左耳之间的HRTF，L_Ri(z)表示第i个左虚拟扬声器与右耳之间的HRTF，R_Ri(z)表示第i个右虚拟扬声器与右耳之间的HRTF。

在步骤214中，确定关于设置实际扬声器180和190的角度的信息。在步骤218中，根据关于设置实际扬声器180和190的角度的信息来设计基于具有优化的性能的无限冲激响应(IIR)滤波器的串扰消除器128。串扰消除器128用于防止立体声效果由于当仅通过两个实际扬声器180和190再现声音时在两个实际扬声器180和190与收听者的两耳之间产生串扰而变差。图4是串扰消除器128的详细方框图。参照图4，d(z)表示双声道立体声合成的信号，u(z)表示扬声器的输出，e(z)表示将被最小化的误差。参考字符H(z)表示两个扬声器和收听者两耳之间的传递函数矩阵(例如，2×2方矩阵)，参考字符C(z)表示串扰消除矩阵，所述串扰消除矩阵被设计为传递函数矩阵H(z)的逆矩阵。参考字符A(z)表示用于满足因果性(causality)的纯延迟滤波器矩阵(puredelay filter matrix)。由于传递函数矩阵H(z)可具有有限冲激响应(FIR)滤波器的形状，所以既然串扰消除矩阵C(z)是传递函数矩阵H(z)的逆矩阵，则串扰消除矩阵C(z)可具有IIR滤波器的形状。然而，由于稳定性，串扰消除矩阵C(z)可近似为FIR滤波器。在这种情况下，尽管串扰消除矩阵C(z)能够很好地近似为高阶FIR滤波器，但由于硬件问题，串扰消除矩阵C(z)也可近似为低阶FIR滤波器。因此，难以获得精确的串扰消除矩阵C(z)。图1的宽立体声再现设备可包括用于将IIR滤波器转换成FIR滤波器并优化所述滤波器的阶数的部分，以便优化的IIR滤波器能够应用于串扰消除器。基于IIR滤波器系数设计的串扰消除矩阵C(z)被分成稳定部分和不稳定部分。所述稳定部分由IIR滤波器形成，所述不稳定部分由FIR滤波器形成。这两个部分被卷积以获得单个稳定的IIR滤波器。

影响双声道立体声合成的虚拟扬声器182和192的数量和位置被预先确定，影响串扰消除器128的实际扬声器180和190的位置也是预先确定。因此，在步骤220和222中，双声道立体声合成和串扰消除器128被卷积以基于IIR滤波器设计扩宽滤波器120。如果设置了2N个虚拟扬声器，则双声道立体声合成是2×2方矩阵，并且串扰消除矩阵C(z)也是2×2方矩阵。因此，所述扩宽滤波器是与这两个2×2方矩阵的乘积对应的2×2方矩阵。所述扩宽滤波器通过方程2来获得：

$\left[\begin{array}{cc}{W}_{11}\left(z\right)& W_{12}\left(z\right)\\ W_{21}\left(z\right)& W_{22}\left(z\right)\end{array}\right]=\left[\begin{array}{cc}{C}_{11}\left(z\right)& C_{12}\left(z\right)\\ C_{21}\left(z\right)& C_{22}\left(z\right)\end{array}\right]\left[\begin{array}{cc}{L}_L\left(z\right)& R_L\left(z\right)\\ L_R\left(z\right)& R_R\left(z\right)\end{array}\right]---\left(2\right)$

其中，W(z)表示扩宽滤波器矩阵，C(z)表示串扰消除矩阵，L_L(z)表示左虚拟扬声器182和左耳之间的HRTF，R_L(z)表示右虚拟扬声器192和左耳之间的HRTF，L_R(z)表示左虚拟扬声器182和右耳之间的HRTF，R_R(z)表示右虚拟扬声器192和右耳之间的HRTF。

然而，由于串扰消除器128被基于IIR滤波器优化，所以扩宽滤波器120的阶数能够像串扰消除滤波器128一样增加。因此，可能难以实时实现扩宽滤波器120。相应地，在操作224中，扩宽滤波器120使用频率采样将IIR滤波器转换成FIR滤波器，以使扩宽滤波器的阶数最小化。此时，使用频率采样来调整频带中的频率间隔，由此调整FIR滤波器的阶数。不降低滤波器性能的最小滤波器阶数通过听觉测试来确定。

其后，在步骤226中，确定是否已完成通过听觉试验进行的扩宽滤波器120的性能测试。当性能测试完成时，在步骤228中，设计直接滤波器140和150以用于纠正实际扬声器180和190与虚拟扬声器182和192之间的时间延迟和输出电平差。换句话说，当立体声经过扩宽滤波器120并且随后仅通过两个实际扬声器180和190再现时，立体声好像通过收听者前面宽广布置的虚拟扬声器182和192被再现。在这种情况下，虽然立体声通过宽广布置的虚拟扬声器182和192被扩宽，但是在未设置虚拟扬声器182和192的收听者前侧中央，声音好像是空的。因此，收听者听到音调较差的不自然的声音。为了解决这个问题，设计了直接滤波器140和150，以便实际扬声器180和190也能够输出声音。直接滤波器140和150调整实际扬声器180、190和虚拟扬声器182、192的输出大小以及实际扬声器180、190与虚拟扬声器182、192之间的时间延迟。直接滤波器140和150的时间延迟与预先设计的扩宽滤波器120的时间延迟匹配，以防止声音的音调变差。直接滤波器140和150确定实际扬声器180和190的输出电平与虚拟扬声器182和192的输出电平之比。因此，所述直接滤波器能够调整立体声被划分的程度。如果直接滤波器140和150中的每一个的幅度接近于零，则声音仅通过虚拟扬声器被再现，相应地，虽然立体声音场被扩宽，但收听者前侧中央的声音是空的。如果直接滤波器140和150中的每一个的幅度非常大，则声音仅通过实际扬声器180和190被再现，相应地，没有获得宽立体声效果。因此，必须通过一些听觉测试来确定直接滤波器140和150的幅度。图5是表示直接滤波器140和150中的每一个的矩阵D(z)和扩宽滤波器120的矩阵W(z)之间的关系的方框图。扩宽滤波器120从输入立体声形成左、右虚拟音频信号，并输出与虚拟扬声器182和192对应的所述左、右虚拟音频信号。直接滤波器140和150基于左、右虚拟音频信号调整输入立体声的信号特性，并将调整的输入立体声输出给实际扬声器180和190。

在步骤232中，通过将扩宽滤波器120与直接滤波器140和150卷积来设计声像调节滤波器100。换句话说，通过将扩宽滤波器矩阵W(z)与直接滤波器矩阵D(z)相加来获得作为单个滤波器的声像调节滤波器矩阵P(z)。声像调节滤波器矩阵P(z)如方程3中所定义的：

P(z)＝W(z)+D(z)...(3)

矩阵P(z)的每个元素使用方程4来计算：

$\left[\begin{array}{cc}{P}_{11}\left(z\right)& P_{12}\left(z\right)\\ P_{21}\left(z\right)& P_{22}\left(z\right)\end{array}\right]=\left[\begin{array}{cc}{W}_{11}\left(z\right)+D_L\left(z\right)& W_{12}\left(z\right)\\ W_{21}\left(z\right)& W_{21}\left(z\right)+D_R\left(z\right)\end{array}\right]---\left(4\right)$

其中，矩阵P(z)和W(z)的每个元素是FIR滤波器系数，D(z)表示包括具有纯延迟时间和纯大小的滤波器系数(D_L(z)，D_R(z))的对角矩阵。

图6表示用于再现宽立体声的声像调节滤波器100。参照图6，由于立体声是2×2向量，所以当立体声以2×2方矩阵的形式经过声像调节滤波器100时，2声道扩宽立体声被输出。通过多种听觉测试能够调整尚未经过声像调节滤波器100的信号和经过声像调节滤波器100的信号的幅度，以便当播放宽立体声时获得最好的音质。最终输出信号的值通过使用方程5来获得：

y_L＝P₁₁(z)L+P₁₂(z)R

y_R＝P₂₁(z)L+P₂₂(z)R                           ...(5)

其中，L和R分别表示两声道的左、右输入信号，y_L和y_R分别表示两声道的左、右输出信号。

在步骤234中，确定是否已完成通过听觉试验进行的声像调节滤波器的性能测试。当性能测试完成时，在步骤236中再现宽立体声。从而，如图6中所示，收听者能够通过实际扬声器180和190以及虚拟扬声器182和192听到宽立体声。

图7是根据本发明总的发明构思的实施例的从单声道声音再现宽立体声的设备的方框图。

TV广播站通常输出单声道声音。图6中的声像调节滤波器矩阵P(z)具有如方程4所示的对称结构。因此，当单声道声音经过声像调节滤波器矩阵P(z)时，相同的信号被输出给实际扬声器180和190。换句话说，当单声道声音被输入至图6的声像调节滤波器100时，不产生立体声效果。参照图7，通过单个声道输入的单声道音频信号在通过反相器710时被转换成2声道音频信号，所述反相器710将输入单声道信号的相位反转180度。输入单声道音频信号和相位反转180度的输入单声道音频信号被输入给以最佳滤波器预先设计的声像调节滤波器100。从单声道声音产生的立体声能够表示为方程6：

L＝M，R＝-M...(6)

其中，L表示左声道，R表示以右声道，M表示单声道声音。

图8是表示根据本发明总的发明构思的实施例的产生自适应宽立体声的系统的方框图。

当使用图1的宽立体声技术时，收听者在用户处于最佳听音位置(sweetspot)时感受到最佳性能。由于收听者的位置通常不受约束，所以不管收听者在哪里都应该能够获得最佳宽立体声性能。因此，在图8的系统中，实时确定收听者的位置，并且根据确定的收听者位置使用预先设计的滤波器系数来再现宽立体声。

参照图8，首先，计算与收听者的各种位置对应的优化的声像调节滤波器100的系数P₁₁、P₁₂、P₂₁和P₂₂。这些声像调节滤波器系数被存储在滤波器系数表820中，所述滤波器系数表820是查找表。位置确定单元810使用虹膜识别技术来确定收听者的位置。位置确定单元810不限于使用虹膜识别技术，而是可以以多种方式来确定用户的位置。控制器830从滤波器系数表820读取与由位置确定单元810确定的收听者位置对应的滤波器系数P₁₁、P₁₂、P₂₁和P₂₂，并将这些滤波器系数P₁₁、P₁₂、P₂₁和P₂₂输出给声像调节滤波器100。声像调节滤波器100使用接收到的滤波器系数P₁₁、P₁₂、P₂₁和P₂₂来产生与输入2声道音频信号对应的立体声。从而，图8的系统能够提供适应于收听者的每个位置的立体声效果。

                       产业上的可利用性

本发明总的发明构思也可实现为计算机可读记录介质上的计算机可读代码。所述计算机可读记录介质可以是任何可存储其后能由计算机系统读取的数据的数据存储装置。所述计算机可读记录介质的例子包括：只读存储器(ROM)、随机存取存储器(RAM)、CD-ROM、磁带、软盘、光学数据存储装置、和载波(诸如通过互联网的数据传输)。所述计算机可读记录介质也可分布于网络连接的计算机系统上，以便所述计算机可读代码以分布方式被存储并被执行。

Claims (37)

1、一种在音频再现设备中再现立体声的方法，该方法包括：

使用在预定位置测量的头部相关传递函数来从立体声声道音频信号形成与任意位置对应的虚拟声源，并在扩宽滤波操作中使用反映了头部相关传递函数的滤波器系数来消除虚拟声源之间的串扰；和

基于消除了串扰的虚拟声源来调整立体声声道音频信号的信号特性。

2、如权利要求1所述的方法，其中，形成虚拟声源的步骤包括在双声道立体声合成操作中将所述头部相关传递函数与立体声声道音频信号进行卷积以形成虚拟声源，消除串扰的步骤包括在串扰消除操作中消除串扰。

3、如权利要求2所述的方法，其中，将头部相关传递函数与立体声声道音频信号进行卷积的步骤包括通过使用利用下面方程计算出的系数来形成虚拟声源：

$\left[\begin{array}{cc}{L}_L\left(z\right)& R_L\left(z\right)\\ L_R\left(z\right)& L_R\left(z\right)\end{array}\right]=\left[\begin{array}{cc}\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{L}_{\mathrm{Li}}\left(z\right)& \underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{R}_{\mathrm{Li}}\left(z\right)\\ \underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{L}_{\mathrm{Ri}}\left(z\right)& \underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{R}_{\mathrm{Ri}}\left(z\right)\end{array}\right]$

其中，L_Li(z)表示第i个左虚拟扬声器与收听者左耳之间的头部相关传递函数，R_Li(z)表示第i个右虚拟扬声器与左耳之间的头部相关传递函数，L_Ri(z)表示第i个左虚拟扬声器与收听者右耳之间的头部相关传递函数，R_Ri(z)表示第i个右虚拟扬声器与右耳之间的头部相关传递函数。

4、如权利要求2所述的方法，其中，用于串扰消除操作的滤波器系数的矩阵是两个虚拟扬声器与收听者左、右耳之间的头部相关传递函数的矩阵的逆矩阵。

5、如权利要求1所述的方法，其中，形成虚拟声源的步骤包括使用具有利用下面方程计算出的系数的扩宽滤波器来形成虚拟声源：

$\left[\begin{array}{cc}{W}_{11}\left(z\right)& W_{12}\left(z\right)\\ W_{21}\left(z\right)& W_{22}\left(z\right)\end{array}\right]=\left[\begin{array}{cc}{C}_{11}\left(z\right)& C_{12}\left(z\right)\\ C_{21}\left(z\right)& C_{22}\left(z\right)\end{array}\right]\left[\begin{array}{cc}{L}_L\left(z\right)& R_L\left(z\right)\\ L_R\left(z\right)& R_R\left(z\right)\end{array}\right]$

其中，W(z)表示扩宽滤波器系数，C(z)表示串扰消除系数，L_L(z)表示左虚拟扬声器和左耳之间的HRTF，R_L(z)表示右虚拟扬声器和左耳之间的HRTF，L_R(z)表示左虚拟扬声器和右耳之间的HRTF，R_R(z)表示右虚拟扬声器和右耳之间的HRTF。

6、如权利要求1所述的方法，其中，形成虚拟声源的步骤包括通过使用频率采样来将高阶无限冲激响应滤波器系数转换成低阶有限冲激响应滤波器系数。

7、如权利要求1所述的方法，其中，所述信号特性包括信号幅度和时间延迟。

8、如权利要求1所述的方法，还包括：

通过将输入单声道声音的相位转换180度来从输入单声道声音形成2声道立体声。

9、一种在音频再现设备中再现立体声的方法，该方法包括：

接收立体声声道音频信号；和

在声像调节滤波器操作中，从所述立体声声道音频信号形成虚拟声源，从虚拟声源消除串扰，并基于消除了串扰的虚拟声源来调整输入立体声声道音频信号的信号特性，

其中：

所述虚拟声源表示为下面方程：

y_L＝P₁₁(z)L+P₁₂(z)R

y_R＝P₂₁(z)L+P₂₂(z)R

其中，L和R分别表示两声道的左、右输入信号，y_L和y_R分别表示两声道的左、右输出信号，滤波器系数P₁₁(z)、P₁₂(z)、P₂₁(z)和P₂₂(z)通过使用下面方程来计算：

$\left[\begin{array}{cc}{P}_{11}\left(z\right)& P_{12}\left(z\right)\\ P_{21}\left(z\right)& P_{22}\left(z\right)\end{array}\right]=\left[\begin{array}{cc}{W}_{11}\left(z\right)+D_L\left(z\right)& W_{12}\left(z\right)\\ W_{21}\left(z\right)& W_{21}\left(z\right)+D_R\left(z\right)\end{array}\right]$

其中，W(z)表示为下面方程：

$\left[\begin{array}{cc}{W}_{11}\left(z\right)& W_{12}\left(z\right)\\ W_{21}\left(z\right)& W_{22}\left(z\right)\end{array}\right]=\left[\begin{array}{cc}{C}_{11}\left(z\right)& C_{12}\left(z\right)\\ C_{21}\left(z\right)& C_{22}\left(z\right)\end{array}\right]\left[\begin{array}{cc}{L}_L\left(z\right)& R_L\left(z\right)\\ L_R\left(z\right)& R_R\left(z\right)\end{array}\right]$

D(z)表示包括具有所述立体声声道音频信号的延迟时间和幅度的滤波器系数(D_L(z)，D_R(z))的对角矩阵。

10、如权利要求9所述的方法，其中，通过控制频带中的频率间隔来调整所述滤波器系数的阶数。

11、如权利要求9所述的方法，还包括：

计算相应于收听者的位置的用于声像调节滤波操作的滤波器系数；

检测收听者的位置；

读取与检测出的收听者的位置对应的用于声像调节滤波操作的滤波器系数；和

使用读出的滤波器系数来从所述立体声声道音频信号产生立体声。

12、一种再现立体声的设备，包括：

双声道立体声合成部分，用于使用在预定位置测量的头部相关传递函数(HTRF)来从立体声声道音频信号形成与任意位置对应的虚拟声源；

串扰消除器，用于使用基于关于设置实际扬声器的角度的信息的滤波器系数来从由双声道立体声合成部分形成的虚拟声源消除串扰；和

直接滤波器，用于基于消除了串扰的虚拟声源来调整立体声声道音频信号的幅度和时间延迟。

13、如权利要求12所述的设备，其中，所述双声道立体声合成部分和所述串扰消除器用作具有扩宽滤波器系数矩阵的扩宽滤波器，所述扩宽滤波器系数矩阵通过将所述双声道立体声合成部分的HRTF系数矩阵与所述串扰消除器的滤波器系数矩阵进行卷积来形成并通过使用下面方程来计算：

$\left[\begin{array}{cc}{W}_{11}\left(z\right)& W_{12}\left(z\right)\\ W_{21}\left(z\right)& W_{22}\left(z\right)\end{array}\right]=\left[\begin{array}{cc}{C}_{11}\left(z\right)& C_{12}\left(z\right)\\ C_{21}\left(z\right)& C_{22}\left(z\right)\end{array}\right]\left[\begin{array}{cc}{L}_L\left(z\right)& R_L\left(z\right)\\ L_R\left(z\right)& R_R\left(z\right)\end{array}\right]$

其中，W(z)表示扩宽滤波器系数，C(z)表示串扰消除器系数，L_L(z)表示左虚拟扬声器和收听者左耳之间的HRTF，R_L，(z)表示右虚拟扬声器和收听者左耳之间的HRTF，L_R(z)表示左虚拟扬声器和收听者右耳之间的HRTF，R_R(z)表示右虚拟扬声器和收听者右耳之间的HRTF。

14、如权利要求13所述的设备，其中，所述双声道立体声合成部分、所述串扰消除器和所述直接滤波器用作具有声像调节滤波器系数矩阵的声像调节滤波器，所述声像调节滤波器系数矩阵通过将扩宽滤波器系数矩阵与直接滤波器系数进行卷积来形成并通过使用下面方程来计算：

$\left[\begin{array}{cc}{P}_{11}\left(z\right)& P_{12}\left(z\right)\\ P_{21}\left(z\right)& P_{22}\left(z\right)\end{array}\right]=\left[\begin{array}{cc}{W}_{11}\left(z\right)+D_L\left(z\right)& W_{12}\left(z\right)\\ W_{21}\left(z\right)& W_{21}\left(z\right)+D_R\left(z\right)\end{array}\right]$

其中，D(z)表示包括仅具有所述立体声声道音频信号的延迟时间和幅度的直接滤波器系数(D_L(z)，D_R(z))的对角矩阵。

15、如权利要求14所述的设备，还包括：

滤波器系数表，用于存储相应于收听者的位置的声像调节滤波器系数；

位置确定单元，用于确定收听者的位置；和

控制器，用于从滤波器系数表读取与由位置确定单元确定的收听者位置对应的声像调节滤波器系数，并输出这些对应的声像调节滤波器系数。

16、如权利要求12所述的设备，还包括：反相器，用于将单声道声音的相位反转以便将单声道声音转换成立体声。

17、一种再现输入声音信号的设备，包括：

第一直接滤波器和第二直接滤波器，用于分别对输入声音信号的第一声道信号和第二声道信号进行滤波以调整第一声道信号和第二声道信号的特性；

扩宽滤波器，包括：

第一双声道立体声部分和第二双声道立体声部分，用于根据输入的第一声道信号和第二声道信号以及头部相关传递函数(HTRF)来形成第一虚拟信号和第二虚拟信号，和

串扰消除器，用于根据头部相关传递函数来消除第一虚拟信号和第二虚拟信号之间的串扰；和

第一输出终端，用于输出被滤波的第一声道信号和第一虚拟信号；和

第二输出终端，用于输出被滤波的第二信号和第二虚拟信号。

18、如权利要求17所述的设备，其中，所述第一直接滤波器和第二直接滤波器根据第一虚拟信号和第二虚拟信号来对第一声道信号和第二声道信号进行滤波。

19、如权利要求17所述的设备，其中，由第一直接滤波器和第二直接滤波器调整的第一声道信号和第二声道信号的特性包括第一声道信号和第二声道信号中的每一个的幅度和时间延迟。

20、如权利要求17所述的设备，其中，第一双声道立体声部分将第一声道信号与在第一预定位置和收听者的右耳、左耳之间测量的头部相关传递函数进行卷积，以形成第一右虚拟信号和第一左虚拟信号，第二双声道立体声部分将第二声道信号与在第二预定位置和收听者的右耳、左耳之间测量的头部相关传递函数进行卷积，以形成第二右虚拟信号和第二左虚拟信号，所述第二预定位置与所述第一预定位置相对于收听者对称，第一右虚拟信号和第二右虚拟信号被组合以形成第一和第二虚拟信号之一，第一左虚拟信号和第二左虚拟信号被组合以形成第一和第二虚拟信号中的另一个。

21、如权利要求17所述的设备，其中，所述串扰消除器包括串扰消除滤波器以消除第一虚拟信号和第二虚拟信号之间的串扰。

22、如权利要求21所述的设备，其中，所述串扰消除滤波器包括优化的IIR(无限冲激响应)滤波器。

23、如权利要求22所述的设备，其中，所述扩宽滤波器具有通过将所述头部相关传递函数的系数与所述串扰消除滤波器的系数进行卷积来确定的系数。

24、如权利要求23所述的设备，其中，所述扩宽滤波器以及所述第一直接滤波器和第二直接滤波器用作声像调节滤波器，所述声像调节滤波器的系数通过将所述扩宽滤波器的系数与所述第一直接滤波器和第二直接滤波器的系数相加来确定。

25、如权利要求17所述的设备，还包括：

反相器，用于当第一声道信号和第二声道信号相同时将第一声道信号和第二声道信号之一的相位反转。

26、如权利要求17所述的设备，还包括：

位置确定单元，用于确定收听者的位置；

表，用于存储与收听者的位置对应的信息；和

控制器，用于根据所述与收听者的位置对应的信息控制所述扩宽滤波器。

27、如权利要求17所述的设备，还包括：

第一扬声器，用于产生与被滤波的第一声道信号和第一虚拟信号对应的声音；和

第二扬声器，用于产生与被滤波的第二声道信号和第二虚拟信号对应的声音。

28、一种再现输入声音信号的方法，该方法包括：

对输入声音信号的第一声道信号和第二声道信号进行滤波以调整第一声道信号和第二声道信号的特性；

根据输入的第一声音信号和第二声音信号以及头部相关传递函数来形成第一虚拟信号和第二虚拟信号；

根据头部相关传递函数来消除第一虚拟信号和第二虚拟信号之间的串扰；和

将被滤波的第一声道信号与第一虚拟信号一起输出，并且将被滤波的第二声道信号与第二虚拟信号一起输出。

29、如权利要求28所述的方法，其中，对第一声道信号和第二声道信号进行滤波的步骤包括：

根据第一虚拟信号和第二虚拟信号来调整第一声道信号和第二声道信号的特性。

30、如权利要求28所述的方法，其中，所述第一声道信号和第二声道信号的特性包括第一声道信号和第二声道信号中的每一个的幅度和时间延迟。

31、如权利要求28所述的方法，其中，形成第一虚拟信号和第二虚拟信号的步骤包括：

将第一声道信号与在第一预定位置和收听者的左耳、右耳之间测量的头部相关传递函数进行卷积，以形成第一左虚拟信号和第一右虚拟信号；

将第二声道信号与在第二预定位置和收听者的左耳、右耳之间测量的头部相关传递函数进行卷积，以形成第二左虚拟信号和第二右虚拟信号，所述第二预定位置与所述第一预定位置相对于收听者对称；和

将第一左虚拟信号和第二左虚拟信号组合以形成第一和第二虚拟信号之一，将第一右虚拟信号和第二右虚拟信号组合以形成第一和第二虚拟信号中的另一个。

32、如权利要求28所述的方法，其中，消除第一虚拟信号和第二虚拟信号之间的串扰的步骤包括：

使第一虚拟信号和第二虚拟信号经过具有根据所述头部相关传递函数确定的系数的串扰消除滤波器。

33、如权利要求28所述的方法，还包括：

当第一声道信号和第二声道信号相同时，将第一声道信号和第二声道信号之一的相位反转。

34、如权利要求28所述的方法，还包括：

确定收听者的位置；和

形成第一虚拟信号和第二虚拟信号，并根据收听者的位置消除第一虚拟信号和第二虚拟信号之间的串扰。

35、如权利要求28所述的方法，其中，将被滤波的第一声道信号与第一虚拟信号一起输出并且将被滤波的第二声道信号与第二虚拟信号一起输出的步骤包括：

通过第一扬声器产生与被滤波的第一声道信号和第一虚拟信号对应的声音；和

通过第二扬声器产生与被滤波的第二声道信号和第二虚拟信号对应的声音。

36、一种再现输入声音信号的设备，包括：

第一直接滤波器和第二直接滤波器，用于分别根据第一直接滤波器系数和第二直接滤波器系数对输入声音信号的第一声道信号和第二声道信号进行滤波；

扩宽滤波器，包括：

第一双声道立体声部分和第二双声道立体声部分，用于根据输入的第一声道信号和第二声道信号以及头部相关传递函数(HTRF)来形成第一虚拟信号和第二虚拟信号，和

串扰消除器，用于根据所述头部相关传递函数来消除第一虚拟信号和第二虚拟信号之间的串扰；和

第一输出终端，用于输出与第一虚拟信号卷积的被滤波的第一声道信号；和

第二输出终端，用于输出与第二虚拟信号卷积的被滤波的第二信号。

37、如权利要求36所述的设备，其中，第一直接滤波器系数包括第一声道信号的第一延迟时间和第一幅度，第二直接滤波器系数包括第二声道信号的第二延迟时间和第二幅度。

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