CN211019235U - 一种单双声道音频信号的转换装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种单双声道音频信号的转换装置，其中，该装置包括：分频单元，用于根据预设的多个特征频率，对单声道音频信号进行分频处理，得到多个特征音频信号；相位调节单元，根据预设的相位调节矩阵，调节特征音频信号的相位，并分别复制各调节相位后的特征音频信号，得到多个左、右声道特征音频信号；相位差补充单元，用于分别将各左、右声道特征音频信号沿不同方向平移，得到多个平移后的左、右声道特征音频信号；合成单元，包括：第一合成子单元，用于将多个平移后的左声道特征音频信号进行合成，得到左声道音频合成信号；第二合成子单元，用于将多个平移后的右声道特征音频信号进行合成，得到右声道音频合成信号。

Description

一种单双声道音频信号的转换装置

技术领域

本实用新型涉及音频处理领域，具体涉及一种单双声道音频信号的转换装置。

背景技术

随着生活水平的提高和娱乐传媒业的高速发展，家庭数字影院等音频播放器越来越普及，人们越来越注重视听影音方面的享受，也提高了对音质的要求，在现代数字音频处理装置中，主要是对于数字音频信号的声道转换，如麦克风、扬声器，但是，在现有的音频信号声道转换器中，当将单声道的音频信号转换成双声道音频信号时，由于对音频信号的处理不到位，会导致环绕立体声的表现力欠缺以及音频信号的播放效果较差。

发明内容

因此，本实用新型要解决的技术问题在于克服现有技术中将单声道的音频信号转换成双声道音频信号时，由于对音频信号的处理不到位，导致的环绕立体声的表现力欠缺以及音频信号的播放效果较差的缺陷，从而提供一种单双声道音频信号的转换装置。

根据第一方面，本实用新型实施例公开了一种单双声道音频信号的转换装置，包括：分频单元、相位调节单元、相位差补充单元、合成单元，其中：所述分频单元，用于根据预设的多个特征频率，对输入所述分频单元的单声道音频信号进行分频处理，得到分别以各所述预设的特征频率为中心频率的多个特征音频信号；所述相位调节单元，根据预设的相位调节矩阵，分别调节各所述特征音频信号的相位，得到调节相位后的多个特征音频信号，并分别复制各调节相位后的特征音频信号，得到多个左声道特征音频信号和多个右声道特征音频信号；所述相位差补充单元，用于分别将各左声道特征音频信号沿第一方向平移，将各右声道特征音频信号沿第二方向平移，得到多个平移后的左声道特征音频信号和多个平移后的右声道特征音频信号，所述第一方向与第二方向相反；所述合成单元，包括：第一合成子单元，用于将多个平移后的左声道特征音频信号进行合成，得到左声道音频合成信号；第二合成子单元，用于将多个平移后的右声道特征音频信号进行合成，得到右声道音频合成信号。

结合第一方面，在第一方面第一实施方式中，所述相位调节单元，具体包括多个相位调节子单元，所述相位调节子单元用于根据预设的相位调节矩阵，调节所述特征音频信号的相位，并复制各调节相位后的特征音频信号，得到左声道特征音频信号和右声道特征音频信号。

结合第一方面，在第一方面第二实施方式中，该装置还包括：控制单元，用于控制所述分频单元、所述相位调节单元、所述相位差补充单元、所述合成单元进行音频信号的传输。

结合第一方面，在第一方面第三实施方式中，该装置还包括：第一处理单元、第二处理单元，其中：所述第一处理单元，用于获取单声道原始音频信号，把所述单声道原始音频信号转化成音频数字信号，并传输给所述第二处理单元；所述第二处理单元，用于对所述音频数字信号进行预处理，得到所述单声道音频信号，所述预处理至少包括：滤波处理、位置调节、音量调节。

结合第一方面第三实施方式，在第一方面第四实施方式中，所述第一处理单元还用于：当所述单声道原始音频信号为音频数字信号时，把所述音频数字信号直接传输给所述第二处理单元。

结合第一方面第四实施方式，在第一方面第五实施方式中，该装置还包括：第三处理单元，当所述单声道原始音频信号为音频模拟信号时，用于把所述左声道音频合成信号、右声道音频合成信号转化成音频模拟信号。

结合第一方面第五实施方式，在第一方面第六实施方式中，控制单元还用于控制所述第一处理单元、所述第二处理单元、所述第三处理单元进行音频信号的传输。

本实用新型技术方案，具有如下优点：

1.本实用新型提供的一种单双声道音频信号的转换装置，包括：分频单元、相位调节单元、相位差补充单元、合成单元，其中：通过分频单元，可以根据预设的多个特征频率，对输入分频单元的单声道音频信号进行分频处理，得到分别以各预设的特征频率为中心频率的多个特征音频信号；通过相位调节单元，可以根据预设的相位调节矩阵，分别调节各特征音频信号的相位，得到调节相位后的多个特征音频信号，并分别复制各调节相位后的特征音频信号，得到多个左声道特征音频信号和多个右声道特征音频信号；通过相位差补充单元，分别将各左声道特征音频信号沿第一方向平移，将各右声道特征音频信号沿第二方向平移，得到多个平移后的左声道特征音频信号和多个平移后的右声道特征音频信号，第一方向与第二方向相反；通过合成单元中的第一合成子单元，将多个平移后的左声道特征音频信号进行合成，得到左声道音频合成信号；通过第二合成子单元，可以将多个平移后的右声道特征音频信号进行合成，得到右声道音频合成信号，由此完成单声道音频信号到双声道音频信号的转换，解决了在现有音频信号声道转换技术中存在的由于对音频信号处理不到位而导致的环绕立体声的表现力欠缺以及音频信号的播放效果较差的问题，模拟了自然界的音源分离，将组成一个声音的各种不同频段的声源模拟分离出来，形成了音频信号的层次感与位置感，尤其使不同声部的音频信号可以产生最大的层次区分。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型实施例1中一种单双声道音频信号的转换装置的一个具体示例的结构框图；

图2为本实用新型实施例1中一种单双声道音频信号的转换装置中包含相位调节子单元的一个具体示例的结构框图；

图3为本实用新型实施例1中一种单双声道音频信号的转换装置中包含控制单元的一个具体示例的结构框图；

图4为本实用新型实施例1中一种单双声道音频信号的转换装置的包含预处理的一个具体示例的结构框图；

图5为本实用新型实施例1中一种单双声道音频信号的转换装置中包含第三处理单元的一个具体示例的结构框图；

具体实施方式

下面将结合附图对本实用新型的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，还可以是两个元件内部的连通，可以是无线连接，也可以是有线连接。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

此外，下面所描述的本实用新型不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。

实施例1

本实用新型实施例提供一种单双声道音频信号的转换装置，可应用于歌剧院、合唱团、家庭影院等需要对音频信号进行处理，以获得更好的视听体验的具体应用场景中，如图1所示，该装置包括：分频单元10、相位调节单元、相位差补充单元30、合成单元40，其中：

分频单元10，用于根据预设的多个特征频率，对输入分频单元10的单声道音频信号进行分频处理，得到分别以各预设的特征频率为中心频率的多个特征音频信号；在本实施例中，分频单元10用于将接收到的声音信号按照预设的频率分离，得到以预设的不同的特征频率为中心频率的音频信号。

具体地，特征频率可以是乐器的特征频率，例如，弦乐器的特征频率是260Hz，钢琴的特征频率是100Hz，低音鼓的特征频率是80Hz，小鼓的特征频率是250Hz，手鼓的特征频率是2Hz，电吉它的特征频率是240Hz，小号的特征频率是180Hz；特征频率也可以是不同声部的特征频率，例如，男低音的特征频率可以是82～392Hz，男中音的特征频率可以是123～493Hz，男高音的特征频率可以是164～698Hz，女低音的特征频率可以是82～392Hz，女中音的特征频率可以是123～493Hz，女高音的特征频率可以是2～1.1KHz。

示例性的，单声道是在单声道的音响器材中，只能感受到声音、音乐的前后位置及音色、音量的大小，而不能感受到声音从左到右等横向的移动，表示只采用一个声音通道，用一个传声器拾取声音，用一个扬声器进行放音的过程。经过单声道处理的音频信号就称之为单声道音频信号，具体是指把来自不同方位的音频信号，混合后统一由录音器材把它记录下来，再由一只音箱进行重放。

示例性的，以预设的多个特征频率点为中心频率，具体地，可以通过带通滤波器过滤掉不符合此频段范围的音频信号，得到了多个特征音频信号，具体地，音频信号可以是波形，将单声道波形，根据带通滤波器的计算，分解为以各特征频率点为中心频率的波形，就可以得到多个特征频率波形，另外，原单声道波形等于所有特征频率波形之和。

相位调节单元20，根据预设的相位调节矩阵，分别调节各所述特征音频信号的相位，得到调节相位后的多个特征音频信号，并分别复制各调节相位后的特征音频信号，得到多个左声道特征音频信号和多个右声道特征音频信号；在本实施例中，相位调节通过调节以不同特征频率点为中心频率的特征音频信号的相位，使上述特征音频信号的相位角产生变换。

具体地，可以是对于分离出来的多个特征频率波形，根据变换参数矩阵，也就是相位调节矩阵，对每个特征频率波形进行不同的相位调节，此时，相位调节主要包括相位角变换，具体地，通过上述步骤，可以得到N个分离出来的音频特征信号，也就是特征频率波形，我们可以直接复制分离出来的N个特征频率波形，得到2N个特征频率波形，分为多个左声道特征频率波形和多个右声道特征频率波形，分别对多个左声道特征频率波形和右声道特征频率波形进行相位调节；或者也可以是对于分离出来的N个特征频率波形，我们直接进行相位调节，也就是对于相位角的调节，得到N个调节相位后的特征频率波形，对N个调节相位后的特征频率波形直接进行复制，得到2N个调节相位后的特征频率波形，分为N个左声道特征频率波形和N个右声道特征频率波形，具体地，根据预设的变换参数矩阵，可以是二维的调节矩阵[2，n]，即[每个声道，每个特征频率]，设置一个相位角参数，计算需调节的相位角。

相位差补充单元30，用于分别将各左声道特征音频信号沿第一方向平移，将各右声道特征音频信号沿第二方向平移，得到多个平移后的左声道特征音频信号和多个平移后的右声道特征音频信号，第一方向与第二方向相反。在本实施例中，相位调节还包括相位平移，具体地，当音频信号时低音鼓信号时，左右声道的音频信号都是低音鼓信号，此时，可以将各左声道的低音鼓信号作第一距离的正向平移，将各右声道的低音鼓信号作第一距离的负向平移，第一距离可以是根据实际需要而确定的平移的幅度，此时，在听觉上可以感知到，低音鼓信号从偏左方向和偏右方向发射出来。

合成单元40，包括：第一合成子单元401，用于将多个平移后的左声道特征音频信号进行合成，得到左声道音频合成信号；第二合成子单元402，用于将多个平移后的右声道特征音频信号进行合成，得到右声道音频合成信号。在本实施例中，左声道中转换后的特征音频信号可以直接通过算法相加，具体地，特征音频信号可以是特征频率波形，可以将经过调节后的特征频率波形，直接进行合并，此时，我们就可以得到经过处理的左声道特征频率波形，也就是左声道音频合成信号；左声道音频合成信号也可以通过类似的方法得到，在此不再赘述。

本实用新型实施例提供的一种单双声道音频信号的转换装置，包括如下组成部分，首先通过分频单元，可以根据预设的多个特征频率，对输入分频单元的单声道音频信号进行分频处理，得到分别以各预设的特征频率为中心频率的多个特征音频信号；通过相位调节单元，可以根据预设的相位调节矩阵，分别调节各特征音频信号的相位，得到调节相位后的多个特征音频信号，并分别复制各调节相位后的特征音频信号，得到多个左声道特征音频信号和多个右声道特征音频信号；通过相位差补充单元，分别将各左声道特征音频信号沿第一方向平移，将各右声道特征音频信号沿第二方向平移，得到多个平移后的左声道特征音频信号和多个平移后的右声道特征音频信号，第一方向与第二方向相反；通过合成单元中的第一合成子单元，将多个平移后的左声道特征音频信号进行合成，得到左声道音频合成信号；通过第二合成子单元，可以将多个平移后的右声道特征音频信号进行合成，得到右声道音频合成信号，由此完成单声道音频信号到双声道音频信号的转换，解决了在现有音频信号声道转换技术中存在的由于对音频信号处理不到位而导致的环绕立体声的表现力欠缺以及音频信号的播放效果较差的问题，模拟了自然界的音源分离，将组成一个声音的各种不同频段的声源模拟分离出来，形成了音频信号的层次感与位置感，尤其使不同声部的音频信号可以产生最大的层次区分，不同的子单元分别合成不同声道的音频合成信号，可以使不同的声道合成不受干扰，得到更为纯净。播放效果更好的音频信号。

作为本申请一个可选实施方式，如图2所示，相位调节单元20，具体包括：多个相位调节子单元，可以是第一相位调节子单元201、第二相位调节子单元202、……，相位调节子单元用于分别根据预设的相位调节矩阵，调节各特征音频信号的相位，得到调节相位后的特征音频信号，并进行复制。示例性的，相位调节单元20存在多个相位调节子单元，对应上述分频单元10分离出来的多个以预设的特征频率为中心频率的特征音频信号，具体地，当分离出N个特征音频信号时，对应的，相位调节单元20中就存在N个相位调节子单元，分别调节各特征音频信号的相位，并复制调节后的各特征音频信号。

本实用新型实施例提供的一种单双声道音频信号的转换装置，通过在相位调节单元内设置多个相位调节子单元，分别调节各以预设的特征频率为中心频率的特征音频信号的相位，并复制调节相位后的音频特征信号，可以实现单声道音频信号转换成双声道音频信号，也可以在听觉上形成明显的立体层次，尤其是构成相位角正交的特征频率之间会形成显著的区别，进一步增加音频信号的立体感和层次感。

作为本申请一个可选实施方式，如图3所示，该单双声道音频信号的转换装置还包括：

控制单元50，用于控制分频单元10、相位调节单元20、相位差补充单元30、合成单元40进行音频信号的传输。在本实施例中，控制单元50用于控制该装置内的各个单元的运行，继而传输音频信号，具体地，控制单元50可以是可编程逻辑控制器(ProgrammableLogic Controller，PLC)，PLC是一种具有微处理机的数字电子设备，是用于自动化控制的数字逻辑控制器，可以将控制指令随时加载到内存中，以控制此设备内其他各单元的运行，可编程控制器由内部CPU，指令及资料内存、输入输出单元、电源模组、数字模拟等单元所模组化组合成。

本实用新型实施例提供的一种单双声道音频信号的转换装置，通过控制单元来控制装置内其他单元的运行，可以向执行单元精确地发送控制指令，避免由于不同指令的错误发送，导致的音频信号处理装置的故障，保证了用户的使用体验。

作为本申请一个可选实施方式，如图4所示，该单双声道音频信号的转换装置还包括：第一处理单元60、第二处理单元70，其中：

第一处理单元60，用于获取单声道原始音频信号，把单声道原始音频信号转化成音频数字信号，并传输给第二处理单元70；在本实施例中，第一处理单元60就是对单声道原始音频信号进行处理的过程，第一处理单元60可以是模数转换器，将自然界中的音频模拟信号转换成音频数字信号后传输；当需要处理的音频信号是数字信号时，此时，模数转换器可以直接传输获取到的数字信号。

第二处理单元70，用于对音频数字信号进行预处理，得到单声道音频信号，预处理至少包括：滤波处理、音量调节。在本实施例中，当第二处理单元70接收到音频数字信号后，会对音频数字信号的进行进一步的调节，包括，过滤掉音频数字信号中存在的噪声信号，对音频数字信号的位置进行调节；音量调节是指，自然界中的声音，或者是歌剧院中合唱团的声音，可能存在音量过高、过低以及音量分布不均匀的问题，所以会对此音频数字信号的音量的大小进行调节。

本实用新型实施例提供的一种单双声道音频信号的转换装置，通过对输入到分频单元的单声道音频信号进行处理，进行模数转换以及噪声的过滤，消除了单声道音频信号中的杂音，方便了后续的音频处理。

作为本申请一个可选实施方式，如图5所示，该单双声道音频信号的转换装置还包括：第三处理单元80，当单声道原始音频信号为音频模拟信号时，用于把音频合成信号转化成音频模拟信号。在本实施例中，当输入此装置的音频信号是模拟信号时，输出的也应该是模拟信号；当输入此装置的音频信号是数字信号时，输出的也应该是数字信号；因此，该装置还包括第三处理单元，也就是数模转换器，当单声道原始音频信号为音频模拟信号时，把进行处理之后的音频信号，也就是音频合成信号，转化成音频模拟信号后输出。

作为本申请一个可选实施方式，控制单元50还用于控制第一处理单元60、第二处理单元70、第三处理单元80进行音频信号的传输。在本实施例中，控制单元50可以是可编程逻辑控制器(Programmable Logic Controller，PLC)，PLC是一种具有微处理机的数字电子设备，是用于自动化控制的数字逻辑控制器，可以将控制指令随时加载到内存中，以控制此设备内其他各单元的运行，也就是第一处理单元60、第二处理单元70、第三处理单元80的运行，继而传输音频信号。

本实用新型实施例提供的一种单双声道音频信号的转换装置，通过控制单元来控制装置内其他单元的运行，可以向执行单元精确地发送控制指令，避免由于不同指令的错误发送，导致的音频信号处理装置的故障，保证了用户的使用体验。

Claims (7)

1.一种单双声道音频信号的转换装置，其特征在于，包括：分频单元、相位调节单元、相位差补充单元、合成单元，其中：

所述分频单元，用于根据预设的多个特征频率，对输入所述分频单元的单声道音频信号进行分频处理，得到分别以各所述预设的特征频率为中心频率的多个特征音频信号；

所述相位调节单元，用于根据预设的相位调节矩阵，分别调节各所述特征音频信号的相位，得到调节相位后的多个特征音频信号，并分别复制各调节相位后的特征音频信号，得到多个左声道特征音频信号和多个右声道特征音频信号；

所述相位差补充单元，用于分别将各左声道特征音频信号沿第一方向平移，将各右声道特征音频信号沿第二方向平移，得到多个平移后的左声道特征音频信号和多个平移后的右声道特征音频信号，所述第一方向与第二方向相反；

所述合成单元，包括：

第一合成子单元，用于将多个平移后的左声道特征音频信号进行合成，得到左声道音频合成信号；

第二合成子单元，用于将多个平移后的右声道特征音频信号进行合成，得到右声道音频合成信号。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述相位调节单元，具体包括多个相位调节子单元，所述相位调节子单元用于根据预设的相位调节矩阵，调节所述特征音频信号的相位，并复制各调节相位后的特征音频信号，得到左声道特征音频信号和右声道特征音频信号。

3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，还包括：控制单元，用于控制所述分频单元、所述相位调节单元、所述相位差补充单元、所述合成单元进行音频信号的传输。

4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，还包括：第一处理单元、第二处理单元，其中：

所述第一处理单元，用于获取单声道原始音频信号，把所述单声道原始音频信号转化成音频数字信号，并传输给所述第二处理单元；

所述第二处理单元，用于对所述音频数字信号进行预处理，得到所述单声道音频信号，所述预处理至少包括：滤波处理、位置调节、音量调节。

5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述第一处理单元还用于：当所述单声道原始音频信号为音频数字信号时，把所述音频数字信号直接传输给所述第二处理单元。

6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，还包括：第三处理单元，当所述单声道原始音频信号为音频模拟信号时，用于把所述左声道音频合成信号、右声道音频合成信号转化成音频模拟信号。

7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，控制单元还用于控制所述第一处理单元、所述第二处理单元、所述第三处理单元进行音频信号的传输。

Images