TWI496137B - 用以將多聲道音訊信號轉換為雙聲道音訊信號之方法與裝置 - Google Patents

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Description

用以將多聲道音訊信號轉換為雙聲道音訊信號之方法與裝置
本發明係關於一種用於將多聲道音訊信號轉換為雙聲道音訊信號之方法及裝置。
用於將多聲道音訊信號轉換為雙聲道信號之技術已為人們所熟知，且通常被稱為降混技術。運用降混可藉由具有兩個聲道及兩個揚聲器箱之一標準的立體聲裝備重現一原始多聲道音訊信號。總而言之，該等熟知的降混技術不容許收聽者辨識聲音之物理起源，聲音之物理起源通常係藉由用一多聲道重現系統重現原始多聲道信號而達成。
一熟知多聲道音訊信號之一實例係所謂的環繞聲系統。聲道環繞表示除該兩個前端立體聲道L及R以外亦包含一額外的前端中心聲道C及兩個環繞後端聲道Ls、Rs。在錄音階段，麥克風之一物理佈置係例如如圖1中所示。五個麥克風mL、mR、mC、mLs及mRs定位在一錄音工作室中。該等麥克風產生分別如上文指示之環繞音訊信號L、R、C、Ls及Rs。例如如圖2中所示，在重現期間該等環繞信號被供應給位於一收聽室中之對應的揚聲器。
如所知，如例如藉由下列公式給定般藉由對原始信號執行一線 性組合將原始環繞信號(L、R、C、Ls、Rs)降混為一立體聲信號(L'、R')：L'=L+α.C+β.Ls
R'=R+α.C+β.Rs
其中α及β係常數，例如皆等於0.5。該兩個立體聲信號L'、R'之各者係藉由相同側及該中心聲道C之前端信號及後端信號之一線性組合而給定。
參見圖3，該L'信號及該R'信號被供應給一立體聲揚聲器配置之左揚聲器及右揚聲器以向一收聽者重現。以此方式，即使藉由該兩個揚聲器L及R以降混形式重現環繞信號，定位於位置P1處之一收聽者亦感知一(偽)環繞感覺。
吾等假定以下一種狀況：例如，五聲道錄音係由源自兩個說話者之一聲音組成，如圖1中所示，一人(S1)站在靠近該mLs麥克風之一位置處，且另一人(S2)站在靠近該mL麥克風之一位置處。此等聲音具有使得該兩個右側麥克風mR、mRs不能感知數值上的比重之一位準。
當經由一立體聲揚聲器配置重現此錄音且在根據上述已知技術之降混之後，藉由左揚聲器L重現來自該mLs麥克風及該mL麥克風之所有音訊信號且該兩個說話者的正確(分開)定位皆不可行。即，現在藉由該左揚聲器L重現藉由位於該mLs麥克風及該mL麥克風處之兩個說話者產生之聲音信號，且收聽者感知該兩個人位於該左揚聲器之位置處。
藉由此特定實例展示，存在以下多種狀況：降混音訊信號不容許一收聽者區分說話者的位置且因此不容許相對於其等原始位置維持聲源之間之虛擬位置。此更具體言之應用於以下狀況：在產生/錄音階段，該等聲源係經定位靠近僅一側之前端及後端拾音構件。若一說 話者自一麥克風位置行走至另一麥克風位置，則可發生另一種問題狀況。已知的降混系統中不能感知該移動。
因此本發明之主要目的係為提供一種用於將多聲道音訊信號轉換為雙聲道音訊信號之方法及裝置，進而克服上述問題。
根據技術方案1，本發明之一目的係一種用於將n聲道音訊信號(L、R、Ls、Rs)轉換為雙聲道音訊信號(Ro、Lo)之方法，其中n4且為整數，該方法包括藉由以下各者之一組合產生該雙聲道音訊信號之任一者(右(Ro)或左(Lo))之步驟：相同側(右或左)之n聲道音訊信號之一前端(R、L)信號分量及後端(Ls、Rs)信號分量，及另一側(左或右)之n聲道音訊信號之一前端(L、R)信號分量，及依賴於n之一項(term)。
較佳地在該方法中，在該組合中，該另一側之n聲道音訊信號之該前端(L、R)信號分量乘以小於1之一因數δ，該因數δ較佳地在範圍[0,0.5]中，更佳地=0.25。
較佳地在該方法中，藉由以下各者之一組合產生該雙聲道音訊信號之另一者(右(Ro)或左(Lo))：相同側(左或右)之n聲道音訊信號之前端(R、L)信號分量及後端(Ls、Rs)信號分量，該前端(R、L)信號分量乘以一因數(1-δ)，及依賴於n之該項。
本發明之一進一步目的係經組態以實施上述方法之一裝置。
如形成本發明之整體部分之隨附技術方案中所述，此等及進一步目的係藉由一種用於將多聲道音訊信號轉換為雙聲道音訊信號之裝置及方法而達成。
藉由參考隨附圖式閱讀之僅僅例證且非限制性實例給定，自下列實施方式將完全明白本發明。
圖1展示用於錄音一環繞聲立信號之五個麥克風之佈置之一實例；圖2展示用於重現一環繞聲立信號之五個揚聲器之佈置之一實例；圖3展示用於使用本發明獲得之一進一步聲源之虛擬存在重現雙聲道聲音之兩個揚聲器之佈置之一實例；圖4、圖5及圖6分別展示等效於圖1、圖2及圖3之狀況，其中存在七個麥克風及揚聲器及一額外的聲源；圖7、圖8及圖9展示根據本發明之裝置之實施例之實例之方塊圖。
該等圖式中之相同的元件符號及字母係指示相同或功能上等效的部分。
在下文中，將描述本發明之方法之實施例之一些特定非限制實例。
本發明之一第一實施例主要應用於如上文參考圖1及圖2之狀況之一狀況，其中：L、R、C、Ls及Rs分別係上文已提及之多聲道音訊信號之左前端、右前端、中心、左後端及右後端分量。在此情況中，吾等具有n=5個輸入聲道之一輸入多聲道音訊信號。
應注意，一般而言，輸入信號無須為麥克風信號。該等輸入信號可藉由能夠產生多聲道(環繞)信號之任何器件(例如，混音控制台、電腦/人工產生內容(室模擬工具等等)、一般的播放器件等等)提供。
根據本發明，降混程序應用下列公式，其中該兩個立體聲信號之一者(例如Ro)得以修改： Lo=L+α.C+β.Ls Ro=R+α.C+β.Rs+δ.L
其中Lo、Ro係降混音訊信號之左分量及右分量；α及β係如上所述之常數，δ係一常數，較佳地實質上小於0.5。
α及β之一可能的範圍將為[0,1]，同時-3dB=0,707945.....係較佳的。
δ之一可能的範圍將為[0,0.5]，同時0.25係較佳的。
較佳地，亦以下列方式修改該Lo信號：Lo=η.L+α.C+β.Ls
其中較佳地η1，更佳地η=(1-δ)。
此處引入η以使藉由降混信號產生之聲音之總體位準逼近多聲道環繞信號之總體位準。
因此，藉由位於該mLs麥克風處之說話者(下文定義為第一說話者S1)產生之聲音信號係藉由(僅)左揚聲器而重現。如例如圖3中所繪，收聽者因此感知該第一說話者位於該左揚聲器L之位置處。
然而，藉由位於該mL麥克風處之說話者(下文定義為第二說話者S2)產生之聲音信號係藉由左揚聲器及右揚聲器二者而重現。因此，收聽者感知該第二說話者S2為左揚聲器與右揚聲器之間之一位置處之一所謂的假想聲源。如圖3中所示，若δ實質上小於0.5，則如同來自說話者S2之聲音來源於一虛擬揚聲器VL從收聽者的角度觀看，該位置將會處於中線cl左側。
因此，藉由用L信號之一部分饋送右揚聲器，可區分位於mLs麥克風及mL麥克風處之兩個說話者，因為其等現在分別係藉由該左揚聲器之位置及該左揚聲器之右側處之收聽者感知。
同樣，若錄音係由兩個說話者組成(一說話者係經定位靠近該mRs麥克風且另一說話者經定位靠近該mR麥克風)，則在正常的立體 聲重現期間及降混之後必須校正以實現區別該兩個說話者之定位。
降混程序應用下列公式，其中該兩個立體聲信號Lo得以修改：Lo=L+α.C+β.Ls+δ.R Ro=R+α.C+β.Rs
其中α、β及δ係如上述情況之常數。又在此情況中δ較佳地實質上小於0.5。
較佳地，亦以下列方式修改該Ro信號：Ro=η.R+α.C+β.Rs
其中較佳地η1，更佳地η=(1-δ)。
因此，藉由位於該mRs麥克風處之喇叭(下文定義為第一喇叭S1)產生之聲音信號係藉由(僅)右揚聲器而重現。收聽者因此感知該第一喇叭位於該右揚聲器R之位置處。
然而，藉由位於該mR麥克風處之喇叭(下文定義為第二喇叭S2)產生之聲音信號係藉由左揚聲器及右揚聲器二者而重現。因此，收聽者感知該第二喇叭S2位於左揚聲器與右揚聲器之間之一位置處。若δ實質上小於0.5，則如同來自喇叭S2之聲音來源於定位於該中線cl與該右揚聲器R之間之一虛擬揚聲器VR(未展示在圖3中)從收聽者的角度觀看，該位置將會處於中線cl右側。
因此，藉由用R信號之一部分饋送左揚聲器，可區分位於mRs麥克風及mR麥克風處之兩個說話者，因為其等現在分別係藉由該右揚聲器之位置及該左揚聲器之左側處之收聽者感知。
從上述兩種狀況可知，相對於原始相對位置維持該兩個信號源之間之相對虛擬位置。
一般而言吾等可假設，藉由以下各者之一組合給定雙聲道音訊信號之任一者(右(Ro)或左(Lo))：相同側(右或左)之n聲道音訊信號之前端(R、L)信號分量及後端 (Ls、Rs)信號分量，及另一側(左或右)之n聲道音訊信號之一前端(L、R)信號分量，及依賴於n之項，下文中識別為Ro之公式中之A(n)及Lo之公式中之B(n)。
較佳地，藉由以下各者之一組合產生雙聲道音訊信號之另一者(右(Ro)或左(Lo))：相同側(左或右)之n聲道音訊信號之前端(R、L)信號分量及後端(Ls、Rs)信號分量，該前端(R、L)信號分量較佳地乘以一因數η，及依賴於n之該項。
對於n=5，吾等具有A(n)=B(n)=(α.C)，因此藉由中心聲道C給定一比重，且較佳地η=(1-δ)。
本發明之方法之一第二實施例應用於具有n=4個輸入聲道之一輸入多聲道音訊信號之一狀況，其中缺少該中心聲道C，且吾等具有如上文定義之聲道L、R、Ls及Rs。
在此情況中，在無該項(α.C)且因此A(n)=B(n)=0之情況下上述等式(針對n=5之情況)仍適用於Ro、Lo，且較佳地η=(1-δ)。
本發明之方法之一第三實施例應用於具有n=7個輸入聲道之一輸入多聲道音訊信號之一狀況。
參考圖4及圖5，在此情況中吾等仍分別使左前端、右前端、中心、左後端及右後端之多聲道音訊信號L、R、C、Ls及Rs之五個分量(如n=5)加上藉由一右側Rss聲道及一左側Lss聲道給定之兩個額外的分量。
如在先前情況中，吾等具有位於麥克風mLs處之一聲源S1及位於麥克風mL處之另一聲源S2。現在一第三聲源(例如一喇叭)S3位於左側麥克風mLss聲道處(如圖4)。一等效狀況適用於右側，其中一額外的聲源S1係位於麥克風mRss處。
又在n=7之情況中，上述等式(n=5之情況)仍適用於Ro、Lo。所改變的係A(n)及B(n)之值，其中額外的比重來自左側Lss聲道或右側Rss聲道。
事實上，現在吾等具有A(n)=α.C+γ.Rss+ε.Lss且B(n)=α.C+γ.Lss+ε.Rss。額外的倍乘因數γ及ε較佳地小於1。進一步言之，較佳地η=(1-δ-ε)。更佳地δ>ε/γ。
參考圖6，在n=7之情況中，藉由位於該mRs或mLs麥克風處之喇叭S1產生之聲音信號係藉由(僅)右R揚聲器或左L揚聲器而重現。
藉由位於該mR或mL麥克風處之喇叭S2產生之聲音信號係藉由左揚聲器及右揚聲器二者而重現。因此，如自一虛擬揚聲器VL2觀看，收聽者感知該第二喇叭S2位於左L揚聲器與右R揚聲器之間之一位置處。又藉由位於該mRss或mLss麥克風處之喇叭S3產生之聲音信號係藉由左揚聲器及右揚聲器二者而重現，其中輸入信號之間之平衡不同。不同於S2，如自一虛擬揚聲器VL3觀看，收聽者感知該第三喇叭S3位於左L揚聲器與右R揚聲器之間之一位置處。又在此情況中，相對於原始相對位置維持該三個信號源之間之相對虛擬位置。
一般而言，藉由按比例減小原始聲音分量之比重控制藉由降混信號產生之聲音總體位準需要考慮各種公式中倍乘因數(α、β、δ、η、γ、ε)之存在。
至於關注一些裝置實例，下文可適用於本發明之實施用於將多聲道音訊信號轉換為雙聲道音訊信號之方法。
藉由在一錄音階段及多聲道(環繞)錄音之產生階段中對信號應用本發明之方法，可獲得以下優點：無須用一立體聲放大器及立體聲揚聲器配置修改一消費者立體聲裝備之所安裝的基座。只要其接收到所修改的降混立體聲信號，分開定位聲源係可行的。
在傳輸一原始多聲道(環繞)信號之情況中，本發明之方法可實施 於經適當修改以包含實施該方法之構件之一消費者音訊裝備中。
在環繞信號之產生期間較佳地可包含額外的控制信號，以容許立體聲裝備選擇應用哪一個公式且何時應用公式。
與多聲道(環繞)信號一起被傳輸之額外的控制信號可包含於後設資料中。例如，在音訊信號之遮蔽位準下其等可嵌入音訊聲道之一或多者中，或其等可插入一額外的聲道中。
因此，消費者音訊裝備之降混單元經調適以在發生藉由該等額外的控制信號之定義之時間間隔期間產生立體聲音訊信號之左側(Lo)信號分量及右側(Ro)信號分量。
參考圖7、圖8及圖9，分別在n=4、n=5及n=7之情況中描述根據本發明之裝置之實施例之實例之三個方塊圖。
在圖7中，根據上文針對n=4之公式，來自聲源L、Ls、Rs、R之四個輸入信號施加於使其等倍乘因數β、δ、η之電路。各自結果供應給分別給定為輸出立體聲降混信號Lo、Ro之兩個加法電路AD1、AD2。
一控制電路CNT1供應控制信號以根據選擇有效應用的特定公式(即，取決於聲源在一音訊場景中之位置及/或運動)實現倍乘因數之各者。該控制電路CNT1接收用於控制待應用的選擇之輸入信號IN1。
若在錄音及產生設施處進行自多聲道至兩個聲道之轉換，則可藉由例如根據已知準則適當地控制一錄音控制台而產生控制信號。
若在接收器處進行自多聲道至兩個聲道之轉換，則可在該接收器中產生該等控制信號，且該控制電路CNT1例如適當地解多工或解調變產生於錄音設施處且藉由上述技術之一者發送之額外的控制信號。
在圖8中，根據上文針對n=5之公式，來自聲源L、Ls、C、Rs、R之五個輸入信號施加於使其等倍乘因數α、β、δ、η之電路。各自結 果供應給分別給定為輸出立體聲降混信號Lo、Ro之兩個加法電路AD3、AD4。
藉由一控制電路CNT2以與參考圖7所述方式等效之一方式進行控制。
在圖9中，根據上文針對n=7之公式，來自聲源L、Ls、Lss、C、Rss、Rs、R之七個輸入信號施加於使其等倍乘因數α、β、δ、η、γ、ε之電路。各自結果供應給分別給定為輸出立體聲降混信號Lo、Ro之兩個加法電路AD5、AD6。
藉由一控制電路CNT3以與參考圖7及圖8所述方式等效之一方式進行控制。
當用於包括用於實施本發明之方法之一或多個步驟之程式編碼構件之電腦之一程式在一電腦上運行時，可透過此程式有利地實施該方法。因此，應明白保護範疇擴充至用於電腦之此一程式，且當此程式在一電腦上運行時，除其中具有一錄音訊息之一電腦可讀構件以外，該電腦可讀構件亦包括用於實施該方法之一或多個步驟之程式編碼構件。
下文緊接著進一步解釋揭示用於上述各種倍乘參數之值範圍之一值表。
然而，應強調信號分量無須以一線性方式組合。又，該等信號分量之非線性組合係可行的，諸如WO2011/057922A1中所述，揭示獲得兩個信號分量之冪校正加總之一組合。
熟習此項技術者在考慮說明書及揭示其較佳實施例之隨附圖式之後將明白本發明之許多改變、修改、變動及其他使用及應用。不脫離本發明之精神及範疇之所有此等改變、修改、變動及其他使用及應用被視為藉由本發明涵蓋。
進一步實施方案細節將不會予以描述，因為熟習此項技術者能夠自上述描述之教示開始實行本發明。
AD1‧‧‧加法電路
AD2‧‧‧加法電路
CNT1‧‧‧控制電路
IN1‧‧‧輸入信號
L‧‧‧前端信號分量/聲源/環繞音訊信號/原始環繞信號/左揚聲器/多聲道音訊信號
Lo‧‧‧雙聲道音訊信號
Ls‧‧‧後端信號分量/聲源/環繞音訊信號/環繞後聲道/原始環繞信號/多聲道音訊信號
R‧‧‧前端信號分量/聲源/環繞音訊信號/原始環繞信號/右揚聲器/多聲道音訊信號
Ro‧‧‧雙聲道音訊信號
Rs‧‧‧後端信號分量/聲源/環繞音訊信號/環繞後聲道/原始環繞信號/多聲道音訊信號

Claims (23)

  1. 一種用於將n聲道音訊信號(L、R、Ls、Rs)轉換為雙聲道音訊信號(Ro、Lo)之方法，其中n4且為整數，該方法包括藉由以下各者之一組合產生該等雙聲道音訊信號之任一者(右(Ro)或左(Lo))之步驟：相同側(右或左)之該n聲道音訊信號之一前端(R、L)信號分量及後端(Rs、Ls)信號分量，及另一側(左或右)之該n聲道音訊信號之一前端(L、R)信號分量，及依賴於n之一項(term)，及其中在該組合中，該另一側之該n聲道音訊信號之該前端(L、R)信號分量乘以小於1之一因數δ，及其中藉由以下各者之一組合產生該等雙聲道音訊信號之另一者(左(Lo)或右(Ro))：相同側(左或右)之該n聲道音訊信號之前端(L、R)信號分量及後端(Ls、Rs)信號分量，及依賴於n之該項。
  2. 如請求項1之方法，其中在獲得該雙聲道音訊信號(左(Lo)或右(Ro))之該另一者之組合中，該前端(L、R)信號分量乘以一因數η 。
  3. 如請求項2之方法，其中η 實質上等於1-δ 。
  4. 如請求項1之方法，其中該因數δ 之範圍為0到0.5。
  5. 如請求項4之方法，其中該因數δ 為0.25。
  6. 一種用於將n聲道音訊信號(L、R、Ls、Rs)轉換為雙聲道音訊信號(Ro、Lo)之裝置，其中n4且為整數，其中該裝置包括產生構 件，其藉由以下各者之一組合產生該等雙聲道音訊信號之任一者(右(Ro)或左(Lo))：相同側(右或左)之該n聲道音訊信號之一前端(R、L)信號分量及後端(Rs、Ls)信號分量，及另一側(左或右)之該n聲道音訊信號之一前端(L、R)信號分量，及依賴於n之一項，及其中該產生構件係經進一步調適以使該另一側之該n聲道音訊信號之該前端(L、R)信號分量乘以小於1之一因數δ，及其中該產生構件係經進一步調適以藉由以下各者之一組合產生該等雙聲道音訊信號之另一者(左(Lo)或右(Ro))：相同側(左或右)之該n聲道音訊信號之前端(L、R)信號分量及後端(Ls、Rs)信號分量，及依賴於n之該項。
  7. 如請求項6之裝置，其中在獲得該雙聲道音訊信號(左(Lo)或右(Ro))之該另一者之組合中，該前端(L、R)信號分量乘以一因數η 。
  8. 如請求項7之裝置，其中η 實質上等於1-δ 。
  9. 如請求項6之裝置，其中該因數δ 之範圍為0到0.5。
  10. 如請求項9之裝置，其中該因數δ 為0.25。
  11. 如請求項6之裝置，該裝置包括：用於接收該n聲道音訊信號之輸入，一降混單元，其用於將該n聲道音訊信號轉換為雙聲道立體聲音訊信號(Lo、Ro)，用於供應該雙聲道立體聲音訊信號之輸出，其中該降混單元經調適以以下列方式產生該立體聲音訊信號 之右側聲道分量(Ro)：Ro=η.R+β.Rs+δ.L+A(n)，其中R及L係該四聲道音訊信號之右前端信號分量及左前端信號分量，Rs係該四聲道音訊信號之右後端環繞信號分量，β及δ係小於1之倍乘因數，η係小於等於1之一倍乘因數，且A(n)係依賴於n之一等式。
  12. 如請求項6之裝置，該裝置包括：用於接收該n聲道音訊信號之輸入，一降混單元，其用於將該n聲道音訊信號轉換為雙聲道立體聲音訊信號(Lo、Ro)，用於供應該雙聲道立體聲音訊信號之輸出，其中該降混單元經調適以以下列方式暫時產生該立體聲音訊信號之左側聲道分量(Lo)：Lo=η.L+β.Ls+δ.R+B(n)，其中R及L係該四聲道音訊信號之右前端信號分量及左前端信號分量，Ls係該四聲道音訊信號之左後端環繞信號分量，β及δ係小於1之倍乘因數，η係小於等於1之一倍乘因數，且B(n)係依賴於n之一等式。
  13. 如請求項11或12之裝置，其中對於n=4，A(n)=B(n)=0。
  14. 如請求項11或12之裝置，其中對於n=5，A(n)=B(n)=α.C，其中C係該五聲道音訊信號之中心信號分量，α係小於1之一倍乘因數。
  15. 如請求項11或12之裝置，其中對於n=7，A(n)=α.C+γ.Rss+ε.Lss且B(n)=α.C+γ.Lss+ε.Rss，其中C係中央信號分量，Lss係該7聲道音訊信號之左側信號分量且Rss係該7聲道音訊信號之右側信號分量，α、γ及ε係小於1之一倍乘因數。
  16. 如請求項15之裝置，其中δ>ε/γ。
  17. 如請求項11或12之裝置，其中該裝置具備用於接收一第一控制信號及一第二控制信號之控制信號接收構件，該降混單元經調適以分別在藉由發生該第一控制信號及該第二控制信號定義之時間間隔期間產生該立體聲音訊信號之左側(Lo)信號分量及右側(Ro)信號分量。
  18. 如請求項17之裝置，其中該n聲道音訊信號進一步包含包括該第一控制信號及該第二控制信號之一額外的聲道，該轉換裝置進一步包括用於接收該額外的聲道並將該額外的聲道供應給該控制信號接收構件之一輸入。
  19. 如請求項13或14之裝置，其中且η 等於1-δ 。
  20. 如請求項15之裝置，其中且η 等於1-δ -ε 。
  21. 一種用於產生一n聲道音訊信號之錄音裝置，其包含包括一第一控制信號及一第二控制信號之一額外的聲道以供應給如請求項17之該轉換裝置，該錄音裝置包括：用於自至少四個音訊聲道接收音訊信號之輸入，該四個音訊聲道表示一左前端信號、一右前端信號、一左後端信號及一右後端信號，控制信號產生器構件，其在一錄音係由沿錄音音訊場景之左側分佈之兩個或更多個音訊信號組成之情況下用於產生一第一控制信號，且在一錄音係由沿錄音音訊場景之右側分佈之兩個或更多個音訊信號組成之情況下用於產生一第二控制信號，用於使該第一控制信號及該第二控制信號包含於該額外的聲道中之構件。
  22. 一種電腦程式，其包括經調適以當該程式在一電腦上運行時執行如請求項1之所有該等步驟之電腦程式碼構件。
  23. 一種電腦可讀媒體，一程式記錄在該電腦可讀媒體上，該電腦 可讀媒體包括經調適以當該程式在一電腦上運行時執行如請求項1之所有該等步驟之電腦程式碼構件。
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