CN1863416A - 音频装置和环绕声生成方法 - Google Patents
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Abstract
本发明的目的在于可以根据2声道的立体声信号较容易地生成2组或者2组以上的环绕信号的装置和环绕声的生成方法。装置(100)具有：作为第1环绕信号生成单元的SL信号生成部(20)和BL信号生成部(40)，该第1环绕信号生成单元输入2声道的立体声信号L信号和R信号，抽出R信号中与L信号高度相关的成分，并从L信号中将其扣除，由此，生成第1环绕信号；以及作为第2环绕信号生成单元的SR信号生成部(30)和BR信号生成部(50)，该第2环绕信号生成单元抽出L信号中与R信号高度相关的成分，并从R信号中将其扣除，由此，生成第2环绕信号。在生成第1或第2环绕信号时，使多组的各组中从L信号或R信号扣除的程度不相同。
Description
技术领域
本发明涉及一种从2声道的立体声信号生成2组或者2组以上的环绕信号的音频装置以及环绕声的生成方法。
背景技术
一直以来，从2声道的立体声信号生成环绕信号的音频装置为人所熟知(例如，参照特开2003-333698号公报)。在该音频装置中，使输入的立体声信号INL、INR通过自适应非相关器，由此，生成环绕信号SL、SR。例如，该自适应非相关器通过FIR滤波器的自适应信号处理来实现。
但是，在上述音频装置中，可以根据2声道的立体声信号生成1组环绕信号SL、SR，但是，对于生成2组或者2组以上的环绕信号，没有具体地描述。即使反复使用自适应非相关器生成环绕信号的方法，因为只能生成相同的环绕信号，所以，即便根据2声道的立体声信号生成2组或者2组以上的环绕信号，也不能够得到与增加扬声器数相应的具有空间传播的环绕声。因此，必须追加不同的处理电路(例如，矩阵译码电路)进行声道扩展，从而结构和处理变得复杂。
发明内容
本发明是鉴于上述问题而创造的，其目的在于提供一种可以根据2声道的立体声信号较容易地生成2组或者2组以上的环绕信号的音频装置和环绕声生成方法。
本发明的音频装置具有：笫1环绕信号生成单元，输入2声道的立体声信号L信号和R信号，抽出R信号中的与L信号高度相关的成分，并从L信号中将其扣除，由此，生成第1环绕信号；第2环绕信号生成单元，抽出L信号中的与R信号高度相关的成分，并从R信号中将其扣除，由此，生成第2环绕信号。本发明的音频装置具有多组笫1和第2环绕信号生成单元，在生成第1或第2环绕信号时使多组的各组中从L信号或R信号中扣除该成分的程度不相同。
此外，对于本发明的环绕声生成方法来说，输入2声道的立体声信号L信号和R信号，抽出R信号中的与L信号高度相关的成分并从L信号中将其扣除，由此，生成第1环绕信号，抽出L信号中的与R信号高度相关的成分并从R信号中将其扣除，由此，生成第2环绕信号，进行多组的第1和第2环绕信号的生成，同时，在生成第1或第2环绕信号时，使多组的各组中从L信号或R信号中扣除该成分的程度不相同。
在输入L信号和R信号时，可以通过从一个信号中扣除与另一个信号高度相关的成分从而生成环绕信号，而且，可以通过调整扣除高度相关成分的程度，由此较容易地生成提供给听众的声音效果不同的多组环绕信号。
此外，通过所述第1环绕信号生成单元抽出R信号中的与L信号高度相关成分是通过使用自适应算法更新自适应滤波器的滤波器系数进行的，通过所述第2环绕信号生成单元抽出L信号中的与R信号高度相关的成分是通过使用自适应算法来更新自适应滤波器的滤波器系数来进行的，优选使当使用自适应算法进行自适应滤波器系数的更新时所使用的步长参数μ的值在多组中的各组中不相同。或者，在所述的第1环绕信号的生成中，抽出R信号中的与L信号高度相关的成分是通过使用自适应算法更新自适应滤波器的滤波器系数而进行的，在所述的第2环绕信号的生成中，抽出L信号中的与R信号高度相关的成分是通过使用自适应算法更新自适应滤波器的滤波器系数而进行的，优选使用自适应算法进行自适应滤波器系数的更新时所使用的步长参数μ的值在多组中的各组中不相同。在使用自适应滤波器抽出在L信号和R信号的一者中所包含的与另一者高度相关的成分的情况下，使当使用自适应算法进行自适应滤波器系数的更新时所使用的步长参数μ的值可变，由此，可以较容易地生成多组环绕信号。
此外，优选所述第1环绕信号生成单元具有使L信号延迟输出的延迟单元、将R信号通过自适应滤波器后的信号从通过延迟单元后的信号中扣除从而生成误差信号的加法单元、使用LMS算法更新自适应滤波器的滤波器系数以使误差信号的功率最小的LMS算法处理单元；第2环绕信号生成单元具有使R信号延迟输出的延迟单元、将L信号通过自适应滤波器后的信号从通过延迟单元后的信号中扣除从而生成误差信号的加法单元、使用LMS算法更新自适应滤波器的滤波器系数以使误差信号的功率最小的LMS算法处理单元。由此，可以通过调整步长参数μ来改变在使用自适应滤波器抽出R信号中的与L信号高度相关的成分或L信号中的与R信号高度相关的成分时的滤波器系数更新的收敛度，从而可以容易地生成声音效果不同的环绕信号。
此外，优选所述第1环绕信号生成单元中所包含的LMS算法处理单元，将对R信号和误差信号乘以步长参数μ后的值与滤波器系数进行加法运算，由此，进行该滤波器系数的更新；第2环绕信号生成单元中包含的LMS算法处理单元将对L信号和误差信号乘以所述步长参数μ后的值与滤波器系数进行加法运算，由此，进行该滤波器系数的更新。由此，可以通过改变步长参数μ的值来改变自适应滤波器的特性，可以较容易地使利用自适应滤波器生成环绕信号时的声音特性具有变化。
此外，在所述多组的第1和第2环绕信号生成单元上连接有环绕声扬声器，并对应于环绕声扬声器的设置位置的排列顺序，优选使步长参数μ的值在一个方向上变化，其中，该环绕声扬声器输出分别从笫1和笫2环绕信号生成单元中输出的环绕信号。由此，在具有多组环绕声扬声器的情况下，可以输出与其配置对应的具有不同声音效果的环绕声，通过追加环绕声扬声器可以使声音空间具有变化。
此外，优选随着环绕声扬声器远离分别输出L信号和R信号的扬声器，将所述对应于环绕声扬声器的所述步长参数μ的值设定为较大的值。由此，可以生成与环绕声扬声器的配置相关联的环绕信号，可以防止声音空间整体的声音特性变得不自然而生成令人不舒服的环绕声。
此外，优选通过DSP的运算处理进行所述第1和第2环绕信号生成单元的第1和第2环绕信号的生成。由此，仅需对DSP的运算处理内容进行若干变更，就可以生成对应于各组的环绕信号，可以简化生成多组环绕信号所必须的处理。
附图说明
图1是表示本发明一实施方式的音频装置的构成的图。
图2是表示SL信号生成部和SR信号生成部的详细结构的图。
图3是表示自适应滤波器的详细结构的图。
图4是表示BL信号生成部和BR信号生成部的详细结构的图。
具体实施方式
下面，参照附图对应用了本发明的一个实施方式的音频装置进行说明。图1是表示本发明一实施例的音频装置结构的图。图1所示的音频装置100搭载在车辆上，具有加法部10、12、LPF(低通滤波器)14、SL信号生成部20、SR信号生成部30、BL信号生成部40、BR信号生成部50。在该音频装置100上连接了8个(7.1ch)的扬声器110、112、120、122、130、132、140、142。此外，通过DSP(Digital Signal Processor：数字信号处理器)的运算处理进行该音频装置100的环绕信号(SL信号、SR信号、BL信号、BR信号)等的生成。
一个加法部10将所输入的立体声信号(L信号、R信号)相加。相加后的信号从设置在听众前方的作为中央扬声器的扬声器110输出。另一个加法部12与加法部10一样，将所输入的立体声信号相加。相加后的信号通过LPF14抽出低频成分之后，从设置在听众后方的作为副低音扬声器的扬声器112输出。此外，在本实施方式中，对立体声信号进行简单地相加后，从扬声器110输出，但是，从扬声器110输出的信号的生成方法并不限定于此，也可以使用其它方法。
SL信号生成部20根据所输入的L信号和R信号生成环绕L信号(SL信号)，从设置在听众左侧的扬声器130输出。SR信号生成部30根据所输入的L信号和R信号生成环绕R信号(SR信号)，从设置在听众右侧的扬声器132输出。BL信号生成部40根据所输入的L信号和R信号生成左后方用的环绕L信号(BL信号)，从设置在听众左后方的扬声器140输出。BR信号生成部50根据所输入的L信号和R信号生成右后方用的环绕R信号(BR信号)，从设置在听众右后方的扬声器142输出。使用LSM算法更新自适应滤波器的滤波器系数的值，由此，进行所述环绕L信号和环绕R信号的生成。SL信号生成部20、SR信号生成部30分别对应于第1组的第1和第2环绕信号生成单元，BL信号生成部40、BR信号生成部50分别对应于第2组的第1和第2环绕信号生成单元。
此外，所输入的立体声信号中的L信号从设置在听众左前方的扬声器120直接输出。此外，所输入的立体声信号中的R信号从设置在听众右前方的扬声器122直接输出。
图2是表示SL信号生成部20和SR信号生成部30的详细结构的图。如图2所示，SL信号生成部20具有FIR滤波器21、自适应滤波器(ADF)22、加法部23、LMS算法处理部(LMS)24。FIR滤波器21作为延迟电路(延迟单元)来使用，仅使所输入的L信号延迟对应于抽头数(例如32抽头)的时间后输出。自适应滤波器22具有与FIR滤波器相同的结构，将所输入的R信号乘以预定的抽头系数W后输出。加法部23为加法单元，从由FIR滤波器21输出的L信号减去从自适应滤波器22输出的信号，输出误差信号e。LMS算法处理部24为LMS算法处理单元，使用LMS算法，改变自适应滤波器22的滤波器系数，以使从加法部23输出的误差信号e的功率最小。此外，从加法部23输出的误差信号e原封不动地作为环绕L信号(SL信号)从扬声器130输出。
图3是表示自适应滤波器22的详细结构的图。如图3所示，自适应滤波器22具有多个延迟元件221、将在各个延迟元件221中保持的信号乘以可变的滤波器系数的多个乘法部222、以及对各个乘法部222的输出进行相加的多个加法部223。通过LMS算法处理部24更新多个乘法部222的各个滤波器系数(乘数)的值。
LMS算法处理部24更新自适应滤波器22的滤波器系数的值，以使从加法部23输出的误差信号e的功率最小。在自适应滤波器22中更新滤波器系数的值，以便抽出所输入的R信号成分中的与L信号高度相关的成分。即，在LMS算法部24中输入R信号和从加法部23输出的误差信号e，通过LMS算法来处理这些R信号和误差信号e，由此，从LMS算法处理部24向自适应滤波器22内的各个乘法部222输出滤波器系数的更新指令，改变与在各个延迟元件221中保持的信号相重叠的滤波器系数的值。
这样，由自适应滤波器22抽出R信号中的与L信号高度相关的成分，通过加法部23从L信号中减去该成分。因而，从加法部23输出的误差信号e仅包含L信号中的与R信号不高度相关的成分，由此，将其作为环绕L信号使用。
但是，LMS算法是将瞬时方差作为评价量的算法，LMS算法处理部24按照下式更新滤波器系数W的值。
W(n+1)＝W(n)+2μ·e(n)·R(n) …(1)
这里，μ是步长参数，通过将该值设定得较大，滤波器系数W的收敛加快，相反，通过将该值设定得小，滤波器系数W的收敛变慢。
对于SR信号生成部30也是同样的。即，SR信号生成部30具有FIR滤波器31、自适应滤波器(ADF)32、加法部33、LMS算法处理部34。FIR滤波器31作为延迟电路使用，仅将所输入的R信号延迟对应于抽头数(例如32抽头)的时间并输出。自适应滤波器32具有与FIR滤波器相同的结构，对所输入的L信号乘以预定的抽头系数W并输出。加法部33从由FIR滤波器31输出的R信号减去从自适应滤波器32输出的信号，输出误差信号e。LMS算法处理部34使用LMS算法改变自适应滤波器32的滤波器系数，以使从加法部33输出的误差信号e的功率最小。此外，从加法部33输出的误差信号e原封不动地作为环绕R信号(SR信号)从扬声器132输出。
LMS算法处理部34更新自适应滤波器32的滤波器系数的值，以使从加法部33输出的误差信号e的功率最小。在自适应滤波器32中更新滤波器系数的值，以便抽出所输入的L信号成分中的与R信号高度相关的成分。即，在LMS算法部34中输入L信号和从加法部33输出的误差信号e，通过LMS算法来处理这些L信号和误差信号e，由此，从LMS算法处理部34对自适应滤波器32内的各个乘法部输出滤波器系数的更新指令，改变与在各个延迟元件中保持的信号相重叠的滤波器系数的值。
这样，通过自适应滤波器32抽出L信号中的与R信号高度相关的成分，利用加法运算部33从L信号中减去该成分。因而，从加法部33输出的误差信号e仅包含R信号中的不与L信号高度相关的成分，将其作为环绕R信号使用。
但是，LMS算法是将瞬时方差作为评价量的算法，LMS算法处理部34按照下式更新滤波器系数W的值。
W(n+1)＝W(n)+2μ·e(n)·L(n) …(2)
这里，μ是步长参数，通过将该值设定得较大，从而滤波器系数W的收敛加快，相反，通过将该值设定得小，滤波器系数W的收敛变慢。
图4是表示BL信号生成部40和BR信号生成部50的详细结构的图。如图4所示，BL信号生成部40具有FIR滤波器41、自适应滤波器(ADF)42、加法部43、LMS算法处理部(LMS)44。此外，BR信号生成部50具有FIR滤波器51、自适应滤波器(ADF)52、加法部53、LMS算法处理部54。BL信号生成部40、BR信号生成部50的各动作与SL信号生成部20、SR信号生成部30基本相同，下面对不同之处进行说明。
在SL信号生成部20内的LMS算法处理部24或SR信号生成部30内的LMS算法处理部34中，将用于进行滤波器系数更新的步长参数μ的值设为μ1。此外，在BL信号生成部40内的LMS算法处理部44或BR信号生成部50内的LMS算法处理部54中，将用于进行滤波器系数更新的步长参数μ的值设为μ2。在本实施方式中，在SL信号生成部20与SR信号生成部30中所使用的步长参数μ1和在BL信号生成部40与BR信号生成部50中所使用的步长参数μ2设定为不同的值。更优选设定为满足μ1＜μ2的关系。
如上所述，SL信号生成部20输出的环绕L信号仅包含L信号中不与R信号高度相关的成分。如果步长参数μ1的值增大，则由SL信号生成部20内的LMS算法处理部更新的滤波器系数W的收敛程度，即R信号中的与L信号高度相关的成分的抽出速度加快。从SR信号生成部30输出的环绕R信号也是相同的，结果，通过改变步长参数μ1，可以调整使用环绕L信号和环绕R信号时的声音传播。
因而，使在SL信号生成部20和SR信号生成部30中使用的步长参数μ1的值和在BL信号生成部40和SR信号生成部50中使用的步长参数μ2的值不相同，由此，较容易地生成环绕声效果不同的2组或者2组以上的环绕信号。特别是，通过设定为满足μ1＜μ2的关系，可以实现声音从听众的前方向后方逐渐传播的环绕声，并可以生成更加自然的输出声音。
这样，在输入L信号和R信号时，可以通过从一个信号中扣除与另一个信号高度相关的成分而生成环绕信号，而且，调整扣除高度相关的成分的程度，由此，可以容易地产生提供给听众的效果不同的多组环绕信号。特别是，在使用自适应滤波器抽出L信号和R信号的一者中包含的与另一者高度相关的成分的情况下，改变在使用自适应算法进行滤波器系数的更新时所使用的步长参数μ的值，从而可以容易地生成多组环绕信号。此外，通过改变步长参数μ的值，从而可以改变自适应滤波器的特性，很容易使利用自适应滤波器生成环绕信号时的声音特性具有变化。
此外，对应于环绕声扬声器的设置位置的排列顺序，使步长参数μ的值在一个方向上发生变化，由此，在具有多个环绕声扬声器的情况下，可以输出对应于其配置的具有不同声音效果的环绕声，通过追加环绕声扬声器，可以使声音空间具有变化。特别是，随着远离分别输出L信号和R信号的扬声器120、122，将对应于环绕声扬声器的步长参数μ的值设定为较大的值，由此，可以生成与环绕声扬声器的配置相关联的环绕信号，可以防止声音空间整体的声音特性变得不自然而生成令人不舒服的环绕声。换言之，当在车厢内的前侧配置了分别输出L信号和R信号的扬声器120、122的情况下，通过将对应于环绕声扬声器的步长参数μ的值设定为与配置在车厢内的后侧的环绕声扬声器相对应程度大小的值，可以生成与环绕声扬声器的配置相关联的环绕信号，并可以防止声音空间整体的声音特性变得不自然而生成令人不舒服的环绕声。
此外，通过DSP的运算处理进行环绕信号(SL信号、SR信号、BL信号、BR信号)的生成，由此，仅将DSP的运算处理内容改变若干就可以生成与各组相对应的环绕信号，并可以简化生成多个环绕信号所必须的处理。
此外，本发明并不仅限于上述实施方式，在本发明的主旨的范围内可以实施各种变型。在所述实施方式中，生成了2组环绕声(SL信号、SR信号的组和BL信号、BR信号的组)，但是，也可以生成3组或者3组以上的环绕声。在这种情况下，只要与追加使步长参数μ的值不相同的BL信号生成部40和BR信号生成部50的组数相一致即可。
Claims (13)
1.一种音频装置，具有：第1环绕信号生成单元，输入2声道的立体声信号L信号和R信号，抽出所述R信号中的与所述L信号高度相关的成分，并从所述L信号中将其扣除，由此，生成第1环绕信号；第2环绕信号生成单元，抽出所述L信号中的与所述R信号高度相关的成分，并从所述R信号中将其扣除，由此，生成第2环绕信号，其特征在于，
使用自适应算法更新自适应滤波器的滤波器系数，由此，通过所述第1环绕信号生成单元进行所述R信号中与所述L信号高度相关的成分的抽出；
使用自适应算法更新自适应滤波器的滤波器系数，由此，通过所述第2环绕信号生成单元进行所述L信号中与所述R信号高度相关的成分的抽出；
具有多组所述第1和第2环绕信号生成单元，在所述多组的各组中使当使用所述自适应算法进行所述滤波器系数的更新时所使用的步长参数μ的值不相同，由此，在所述多组的各组中使生成所述第1或第2环绕信号时从所述L信号或所述R信号中扣除的程度不相同。
2.如权利要求1记载的音频装置，其特征在于，
所述第1环绕信号生成单元具有使所述L信号延迟输出的延迟单元、将所述R信号通过所述自适应滤波器后的信号从所述通过延迟单元后的信号中扣除而生成误差信号的加法单元、以及使用LMS算法更新所述自适应滤波器的滤波器系数以使所述误差信号的功率最小的LMS算法处理单元；
所述第2环绕信号生成单元具有使所述R信号延迟输出的延迟单元、将所述L信号通过所述自适应滤波器后的信号从所述通过延迟单元后的信号中扣除而生成误差信号的加法单元、以及使用LMS算法更新所述自适应滤波器的滤波器系数以使所述误差信号的功率最小的LMS算法处理单元。
3.如权利要求2记载的音频装置，其特征在于，
所述第1环绕信号生成单元中包含的所述LMS算法处理单元，将对所述R信号和所述误差信号乘以所述步长参数μ后的值与所述滤波器系数相加，由此，进行该滤波器系数的更新；
所述第2环绕信号生成单元中包含的所述LMS算法处理单元，将对所述L信号和所述误差信号乘以所述步长参数μ后的值与所述滤波器系数相加，由此，进行该滤波器系数的更新。
4.如权利要求1记载的音频装置，其特征在于，
在所述多组第1和第2环绕信号生成单元上连接了环绕声扬声器，该环绕声扬声器输出分别从第1和第2环绕信号生成单元中输出的环绕信号；
对应于所述环绕声扬声器的设置位置的排列顺序，使所述步长参数μ的值在一个方向上变化。
5.如权利要求4记载的音频装置，其特征在于，
随着环绕声扬声器远离分别输出所述L信号和所述R信号的扬声器，将对应于所述环绕声扬声器的所述步长参数μ的值设定为较大的值。
6.如权利要求4记载的音频装置，其特征在于，
在车厢内的前侧配置了分别输出所述L信号和所述R信号的扬声器，
将对应于所述环绕声扬声器的所述步长参数μ的值设定为与配置在车辆后侧的环绕声扬声器相对应程度的较大的值。
7.如权利要求1记载的音频装置，其特征在于，
通过DSP的运算处理由所述第1和第2环绕信号生成单元进行所述第1和第2环绕信号的生成。
8.如权利要求1记载的音频装置，其特征在于，
搭载在车辆上。
9.一种环绕声的生成方法，输入2声道的立体声信号L信号和R信号，抽出所述R信号中的与所述L信号高度相关的成分，并从所述L信号中将其扣除，由此，生成第1环绕信号，抽出所述L信号中与所述R信号高度相关的成分，并从所述R信号中将其扣除，由此，生成第2环绕信号，其特征在于，
使用自适应算法更新自适应滤波器的滤波器系数，由此，进行所述第1环绕信号的生成中的所述R信号中与所述L信号高度相关成分的抽出；
使用自适应算法更新自适应滤波器的滤波器系数，由此，进行所述第2环绕信号的生成中的所述L信号中与所述R信号高度相关成分的抽出；
在进行多组所述第1和第2环绕信号的生成的同时，在所述多组的各组中使当使用所述自适应算法更新所述滤波器系数时所使用的步长参数μ的值不相同，由此，在所述多组的各组中使生成所述第1或第2环绕信号时扣除所述L信号或所述R信号的程度不相同。
10.如权利要求9记载的环绕声的生成方法，其特征在于，
使所述L信号通过延迟单元进行延迟的同时，将所述R信号通过所述自适应滤波器之后的信号从通过所述延迟单元后的信号中扣除，生成误差信号，使用LMS算法更新所述自适应滤波器的滤波器系数以使所述误差信号的功率最小，由此，进行所述第1环绕信号的生成；
使所述R信号通过延迟单元进行延迟的同时，将所述L信号通过所述自适应滤波器之后的信号从通过所述延迟单元后的信号中扣除，生成误差信号，使用LMS算法更新所述自适应滤波器的滤波器系数以使所述误差信号的功率最小，由此，进行所述第2环绕信号的生成。
11.如权利要求10记载的环绕声的生成方法，其特征在于，
在用于生成所述第1环绕信号而进行的使用了所述LMS算法的处理中，将所述R信号和所述误差信号与步长参数μ相乘后的值与所述滤波器系数相加，由此，进行该滤波器系数的更新；
在用于生成所述第2环绕信号而进行的使用了所述LMS算法的处理中，将所述L信号和所述误差信号与步长参数μ相乘后的值与所述滤波器系数相加，由此，进行该滤波器系数的更新。
12.如权利要求9记载的环绕声的生成方法，其特征在于，
所述多组的第1和第2环绕信号从分别与之对应的环绕声扬声器输出，
对应于所述环绕声扬声器的设置位置的排列顺序，使所述步长参数μ的值在一个方向上变化。
13.如权利要求12记载的环绕声的生成方法，其特征在于，
随着远离分别输出所述L信号和所述R信号的扬声器，将所述环绕声扬声器所对应的所述步长参数μ的值设定为较大的值。
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