专利名称：分频带测量耳间相关度感知特性的方法及其装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种耳间相关度感知特性的测量方法及其装置，更具体地，涉 及空间音频编码方法中提取的耳间相关度参数的感知特性测量方法及其装置。
背景技术：
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在空间音频编码技术里，空间参数表达了多声道(含立体声)音频中蕴涵 的空间信息。耳间相关度(Interaural Correlation,以下简称IC)是众多空 间参数中较为重要的一个，控制着声场宽度，在实际编码应用中被定义为声道 间的相关系数，其数值在0和1之间。如附图1的IC听觉感知示意图所示当 IC接近于0值时，声道间信号相关性较小，双耳感知到的是面声源，给人一种 开阔的听觉感受；当IC接近于1值时，声道间信号相关性较大，双耳感知到的 是点声源，给人一种集中的听觉感受。
当前空间心理声学的研究已经表明，IC在不同操作单元具有感知差异，也 就是说，在不同频率下，对相同IC数值，双耳感知的声场宽度是不同的；此外 在同一频率条件下，只有当IC值足够小的时候，双耳才能感受到声场具有一定 的宽度，否则双耳认为此时听到的仍然是点声源。
然而在现有的空间音频编码中，对IC的处理方法包括两类 一类是在整个 信号频率范围内对各操作单元(如各个划分的子带)的IC都进行编码；另一类
是为降低编码的参数码率，忽略ic对编码音质的影响而不对IC进行编码。这
两类的处理方法，要么忽略了 IC在不同操作单元具有的感知差异，浪费了参数 编码码率，要么以编码音质的下降为代价而不处理双耳对声像宽度的感知信息， 从而使得编码信号中存在大量无法去除的主观冗余信息，降低编码压縮效率。
发明内容
本发明旨在提出一种分频带测量ic感知特性的方法及其装置，为有效去除 多声道信号中存在的ic主观冗余，提高编码压縮效率提供有效的解决方法。
本发明的解决方案包括以下步骤 分频带测量耳间相关度感知特性的方法及其装置。其特征在于，包含以下步
步骤1，由频带划分单元设计待测信号，对其做分频带处理，各频带独立测
试；
步骤2，由响度设定单元，将所有频带信号设置成相同响度； 步骤3，由参数设置单元采用左右声道互混的方法，改变信号的耳间相关度 大小；
步骤4，由IC测试单元制作参考音，并逐步增大IC值并同时制作测试音， 将参考音与测试音进行主观测试比较，获取临界ic值。
本发明提出一种分频带测量IC感知特性的方法。将20Hz 15500Hz的频率 带宽被划分为24个频带。在等响度的条件下，每一个频带上设置多个不同的IC， 分别进行主观测试，根据能够被感知的IC大小，判断各个频带内IC的恰可感 知(Just noticeable difference,以下简称JND)点，连接即可得到IC的JND 曲线。
在上述的分频带测量耳间相关度感知特性的方法，所述的步骤l中，待测信 号采用两个不相关的白噪声，或者采用一个白噪声和一个单频音信号的组合。
在上述的分频带测量耳间相关度感知特性的方法，所述的步骤l中，所述的 待测信号采用窄带噪声，其频率位于各子带的中心频率位置；或者采用覆盖全子带频率的白噪声。
在上述的分频带测量耳间相关度感知特性的方法，所述的步骤l中，若待测 信号采用一个白噪声和一个单频音信号的组合，则去掉白噪声中的单频音频率 成分。
在上述的分频带测量耳间相关度感知特性的方法，所述的频率划分方法为巴
克划分方法划，将频率分成24个频带。
在上述的分频带测量耳间相关度感知特性的方法，所述的步骤3中，左右声 道互混的方法为左声道加入右声道成分，右声道加入左声道成分。
在上述的分频带测量耳间相关度感知特性的方法，所述的步骤4中，逐步增 大IC值的过程中，ITD和ILD为固定值，测试音IC的变化范围是0到1之间。
在上述的分频带测量耳间相关度感知特性的方法，所述的参考音的制作参数 取值为，IOl， ITD=0， ILD二0。
在上述的分频带测量耳间相关度感知特性的方法，所述的步骤4完成后，由 统计分析单元对所有频率和响度的IC临界值做统计分析，获取JND曲线族。
在上述的分频带测量耳间相关度感知特性的方法，它包括频带划分单元以及 分别与频率划分单元相连的响度设定单元和参数设置单元，所述的参数设置单 元还与IC测试单元相连，IC测试单元还与统计分析单元相连。
图1为本发明中IC的听觉感知模型
图2为本发明中主观测试流程图
图3为本发明中修改测试序列IC大小原理4为本发明中JND预期结果图 图5为本发明应用的结构原理图
具体实施例方式
分频带测量耳间相关度感知特性的方法及其装置。其特征在于，包含以下步
骤，
步骤1，由频带划分单元设计待测信号，对其做分频带处理，频率划分方法 为巴克划分方法划，将频率分成24个频带。各频带独立测试；待测信号采用两 个不相关的白噪声，或者采用一个白噪声和一个单频音信号的组合。待测信号 采用窄带噪声，其频率位于各子带的中心频率位置；或者采用覆盖全子带频率 的白噪声。若待测信号采用一个白噪声和一个单频音信号的组合，则去掉白噪 声中的单频音频率成分。
选择两段音频序列(如白噪声或单频音)分别作为左右声道信号，保证它们 在数学意义上互不相关，即相关度为零。由频带划分单元，对它进行分频带滤 波。分频带法则参照巴克频带划分方法，共24个频带。滤波后即得到24个左 右声道互不相关的子带噪声，作为基本的测试序列。
步骤2，由响度设定单元，将所有频带信号设置成相同响度；响度设定单元 修正基本测试序列的响度。设定一个合理的等响度值，根据等响度曲线，计算 各频带在该响度的能量大小，将基本测试序列调整到对应能量值上。
步骤3，由参数设置单元采用左右声道互混的方法，改变信号的耳间相关度 大小；左右声道互混的方法为左声道加入右声道成分，右声道加入左声道成分。 设置测试序列的IC大小时，由上一步得到的测试序列，其IC都必定为0。用左右声道相互混入的方法，可以调整成特定的IC大小。示意图如附图3所示，
公式如下
丄=& cos or + >s2 sin a A = & sm cir + a cos or
其中sl， s2表示2)中各频带的左右声道信号；L， R表示调整IC后，生
成序列的左右声道信号。a是控制IC大小的一个数学参数，与IC 一一对应，
其关系为
IC 二 sin (2a ) (2)
取一系列IC大小，计算相应a值。用编程工具生成对应的序列。即生成标 准音序列。 一般情况下，标准音序列取IC为1。计算得到a为45。。用编程工 具生成标准音序列，共24个。
步骤4，由IC测试单元制作参考音，并逐步增大IC值并同时制作测试音， 将参考音与测试音进行主观测试比较，获取临界IC值。在本实施例中，参考音 的制作参数取值为，IC=1， ITD=0， ILD=0，在逐步增大IC值的过程中，ITD和 ILD为固定值，测试音IC的变化范围是0到1之间。主观测试分24个频带分别 进行，每个频带含有若干个测试序列和1个标准音序列，对其测听。测试人员 需要在测听每个测试序列时，都与该频带的标准音序列比较，并标记各个测试 序列的声场效果是否与标准音序列的声场效果相同。
在上述的分频带测量耳间相关度感知特性的方法，所述的步骤4完成后，由 统计分析单元对所有频率和响度的IC临界值做统计分析，获取JND曲线族。统 计分析单元分析测试结果时，先分析个人的数据，在24个频带中，区分测试中 两种不同的标记，找到它们的边界处。定义边界处感知效果与标准音序列效果 不同的IC大小为JND值。则每个人均有24个分频带的JND值。再分析总体数据，对所有测试人员的结果做算术平均，得到24个平均后的JND值。用折线连 接后，即成为JND曲线。
频带分组根据JND曲线的特性，将相同特性，且相邻的频带分为一组。在编 解码时，它们可以采用相同的空间参数取舍策略。
一种用于分频带测量耳间相关度感知特性的方法的装置，它包括频带划分单 元以及分别与频率划分单元相连的响度设定单元和参数设置单元，所述的参数 设置单元还与IC测试单元相连，IC测试单元还与统计分析单元相连。
本装置规定了一种测量IC参数感知特性的操作步骤。测量结果将直接用于立 体声编码，决定着编码器中各频率段提取IC参数的门限值。门限值一旦确定， 则在立体声编码时，只对超过门限值大小的IC做处理量化并写入码流。对于 低于门限值大小的IC不做任何处理，视作默认值(一般为l)，不必量化和写入 码流。该装置在立体声编码的作用如附图5所示。
下面以立体声为例，利用本发明所设计的测试方法与装置，测量一组耳间 相关度的感知特性。其中，响度值取人耳感觉较为舒适的20方，待测IC大小 范围取0.5至0.9，步长为O. 1，标准音取IC为1，而其它空间立体声参数ILD 取0， ITD取O。听音测试人员选取20名有经验的测试者。具体实施步骤如下
1) 生成测试序列。选择两段不同的白噪声序列，取3秒钟时长，作为待测 立体声的左右声道。用Audition将它划分成为24个巴克频带，得到24个基本 的测试序列。
2) 修正基本测试序列的响度。设定响度为20方，根据等响度曲线，计算 各频带应该设定的能量大小。分别调整各频带上序列的能量大小。
3) 设置测试序列的IC大小。设定IC大小为0.5、 0.6、 0.7、 0.8、 0.9， 计算得到a分别为15。 、 18.43。 、 22.21。 、 26.57° 、 32.08° 。用MATLAB工具编写程序，生成满足以上IC大小的5个序列。24个频带共120个序列。
4) 生成标准音序列。标准音序列取IC等于1，即a等于45。。用MATLAB 工具生成标准音序列，共24个。
5) 进行主观测试。选择20名有主观测试经验的测试员，分频带测听序列。 要求测听每个测试序列的时候，均与标准音序列比较，标记各个测试序列的声 场效果是否与标准音序列的声场效果相同。标记符号设定为相同为"0"，不 相同为"1"。
6) 分析测试结果。首先分析个人数据，找到每个频带中，"0"和"1"的 边界位置，记录边界位置中"1"所对应的IC大小，即为该频带上的JND值。 同频带上，所有测试人员JND值的平均，即为总体的JND值。24个JND值连成 折线，即为JND曲线。
7) 频带分组。根据JND曲线的趋势，将相同特性，且相邻的频带分为一组， 在编解码时，它们可以采用相同的空间参数取舍策略。
权利要求
1. 一种分频带测量耳间相关度感知特性的方法及其装置。其特征在于，包含以下步骤，步骤1，由频带划分单元设计待测信号，对其做分频带处理，各频带独立测试；步骤2，由响度设定单元，将所有频带信号设置成相同响度；步骤3，由参数设置单元采用左右声道互混的方法，改变信号的耳间相关度大小；步骤4，由IC测试单元制作参考音，并逐步增大IC值并同时制作测试音，将参考音与测试音进行主观测试比较，获取临界IC值。
2. 根据权利要求1所述的分频带测量耳间相关度感知特性的方法，其特征在 于所述的步骤1中，待测信号采用两个不相关的白噪声，或者采用一个白噪 声和一个单频音信号的组合。
3. 根据权利要求2所述的分频带测量耳间相关度感知特性的方法，其特征在 于所述的步骤1中，所述的待测信号采用窄带噪声，其频率位于各子带的中 心频率位置；或者采用覆盖全子带频率的白噪声。
4. 根据权利要求1或2或3所述的分频带测量耳间相关度感知特性的方法， 其特征在于所述的步骤1中，若待测信号采用一个白噪声和一个单频音信号 的组合，则去掉白噪声中的单频音频率成分。
5. 根据权利要求1所述的分频带测量耳间相关度感知特性的方法，其特征在 于所述的频率划分方法为巴克划分方法划，将频率分成24个频带。
6. 根据权利要求1所述的分频带测量耳间相关度感知特性的方法，其特征在于所述的步骤3中，左右声道互混的方法为左声道加入右声道成分，右声道加入左声道成分。
7. 根据权利要求1所述的分频带测量耳间相关度感知特性的方法，其特征在于所述的步骤4中，逐步增大IC值的过程中，ITD和ILD为固定值，测试音 IC的变化范围是0到1之间。
8. 根据权利要求1所述的分频带测量耳间相关度感知特性的方法，其特征在 于所述的参考音的制作参数取值为，IC=1， ITD=0， ILD二0。
9. 根据权利要求1所述的分频带测量耳间相关度感知特性的方法，其特征在 于所述的步骤4完成后，由统计分析单元对所有频率和响度的IC临界值做统 计分析，获取JND曲线族。
10. —种用于权利要求1所述的方法的装置，其特征在于它包括频带划分 单元以及分别与频率划分单元相连的响度设定单元和参数设置单元，所述的参 数设置单元还与IC测试单元相连，IC测试单元还与统计分析单元相连。
全文摘要
本发明公开了一种分频带测量耳间相关度感知特性的方法及其装置。在空间音频编码中，耳间相关度是一个控制声场宽度的重要参数。本发明采用等响度、分频带分析的方法，测试人耳对耳间相关度参数的感知特性。并以此为基础，各频带独自判断，是否需要提取耳间相关度参数参与编码，相比较于全频带提取或全频带不提取的现有方法，本发明有效的去除了耳间相关度的主观冗余，提升了这一参数的编码效率。
文档编号G10L19/00GK101419801SQ20081023664
公开日2009年4月29日 申请日期2008年12月3日 优先权日2008年12月3日
发明者刘雨田, 波 杭, 涂卫平, 胡瑞敏, 陈文琴, 陈水仙 申请人:武汉大学