再现双声道虚拟声音的方法、设备和计算机可读介质的制作方法

文档序号:7621830
专利名称:再现双声道虚拟声音的方法、设备和计算机可读介质的制作方法
技术领域
本发明的总体构思涉及一种虚拟声音再现系统,更具体地讲,涉及一种用双声道扬声器系统再现虚拟声音的方法和从5.1声道(或7.1声道或更多)声音再现双声道虚拟声音的设备。
背景技术
虚拟声音再现系统代表性地仅用两个扬声器提供与在5.1声道系统中所探测的相同的环绕音效。
与传统的虚拟声音再现系统相关的技术在WO 99/49574(于1999年1月6日提交的标题为AUDIO SIGNAL PROCESSING METHOD ANDAPPARATUS的PCT/AU99/00002)中公开。在公开的技术中,多声道音频信号用头部相关传输函数(HRTF)被向下混合成双声道音频信号。
图1是示出传统的虚拟声音再现系统的方框图。参考图1,输入5.1声道音频信号。5.1声道音频信号包括左-前声道2、右-前声道、中-前声道、左-环绕声道、右-环绕声道和低-频(LFE)声道13。左右脉冲响应函数被应用到每个声道。因此,在卷积操作6中,左耳的左-前脉冲响应函数4根据左前声道2被左前信号3卷积。左前脉冲响应函数4用HRTF作为将在从位于理想位置的左前声道扬声器输出的理想尖锐模式下被左耳所接收的脉冲响应。卷积操作6的输出信号7被混合成耳机的左声道信号10。同样地,在卷积操作8中,右耳的左前脉冲响应函数5被左前信号3所卷积以产生将被混合到右声道信号11的输出信号9。因此,对于5.1声道音频信号图1的排列需要12个卷积操作。最终,如果包括在5.1声道音频信号中的信号通过组合测量的HRTF和向下混合来再现为双声频信号,则可获得与当5.1声道音频信号中的信号被再现为多声道信号时相同的环绕音效。
但是,用双声道扬声器系统接收5.1声道(或7.1声道)声音输入并再现虚拟声音的系统具有的缺点,在于,由于在双声道扬声器系统中的预定的收听位置HRTF被确定,如果收听者在预定的收听位置之外,则立体感会大大地降低。

发明内容
本发明的总体构思提供了一种再现双声道虚拟声音的方法和设备,用于当收听者在预定的收听位置(即最佳收听点位置)之外时通过测量收听者位置并补偿两个扬声器的输出电平和时间延迟值来产生最佳的立体声。
本发明的总体构思的其他方面和/或优点将在下面的描述中被部分阐述,并通过描述部分地变得清楚,或者可以通过总体发明构思的实践而掌握。
本发明的总体构思的前述的和/或其它方面通过提供一种再现虚拟声音的方法来实现,该方法包括从多声道声音产生双声道虚拟声音;根据两个扬声器感知收听者位置;通过基于感知的收听者位置计算两个扬声器的输出电平和时间延迟来产生收听者位置补偿值;以及基于收听者位置补偿值来补偿产生的双声道虚拟声音的输出值。
本发明的总体构思的前述的和/或其它方面还通过提供一种虚拟声音再现设备来实现,该设备包括虚拟声音信号处理单元,用于将多声道声音流处理成双声道虚拟声音信号;和收听者位置补偿器,用于基于收听者位置计算收听者位置补偿值并补偿由虚拟声音信号处理单元处理的双声道虚拟声音信号的电平和时间延迟。收听者位置补偿器可包括收听者位置传感器,用于根据两个扬声器的中间位置来测量收听者位置的角度和距离;收听者位置补偿值计算器,用于基于在收听者位置和两个扬声器的中间位置之间被收听者位置传感器所感知的距离和角度来计算两个扬声器的输出电平和时间延迟;和收听者位置补偿处理单元,用于基于由收听者位置补偿值计算器计算的两个扬声器的输出电平和时间延迟来补偿双声道虚拟声音信号。


通过下面结合附图进行的对实施例的描述,本发明的总体构思的这些和/或其他方面和优点将会变得更加清楚和更容易理解,其中图1是示出传统的虚拟声音再现系统的方框图;
图2是示出根据本发明的总体构思的实施例的虚拟声音再现设备的方框图;图3是示出图2的虚拟声音再现设备的虚拟声音信号处理单元的详细的方框图;图4是示出根据本发明的总体构思的实施例的基于收听者位置再现虚拟声音的方法的流程图;和图5是示出两个扬声器和收听者的几何示图。
具体实施例方式
现在,将详细说明其例子示在附图中的本发明的总体构思的实施例,其中,相同的标号始终表示相同的元件。下面参照附图描述实施例以解释本发明的总体构思。
图2是示出根据本发明的总体构思的实施例的虚拟声音再现设备的方框图。
参考图2,虚拟声音再现设备包括虚拟声音信号处理单元210、收听者位置传感器230、收听者位置补偿值计算器240、和收听者位置补偿值处理单元220。
虚拟声音信号处理单元210将5.1声道(或7.1声道,或更多)多声道音频流转变成可向收听者提供立体感的双声道音频数据。
收听者可从虚拟声音信号处理单元210再现的声音发觉多声道立体声效。但是,当收听者离开预定的收听位置(即最佳收听点)时,收听者可发觉立体感的减弱。
因此,根据本发明的总体构思的实施例,当收听者离开预定的收听位置时,通过测量收听者位置和补偿虚拟声音信号处理单元210输出到两个扬声器250和260(即左扬声器和右扬声器)的输出电平和时间延迟值来产生最佳立体声。换句话说,收听者位置传感器230根据两个扬声器250和260的中间位置来测量收听者位置的角度和距离。
收听者位置补偿值计算器240基于被收听者位置传感器230感知的收听者位置和两个扬声器250和260的中间位置之间的角度和距离来计算两个扬声器250和260的输出电平和时间延迟值。
收听者位置补偿值处理单元220用由收听者位置补偿计算器240计算的两个扬声器250和260的输出电平和时间延迟值的适合收听者位置的最佳值来补偿由虚拟声音信号处理单元210处理的双声道虚拟声音信号。换句话说,收听者位置补偿值处理单元220根据从收听者位置补偿值计算器240的输入来调节从虚拟声音信号处理单元210所接收的输出电平和时间延迟值。
最终,从收听者位置补偿值处理单元220输出的双声道虚拟声音信号被输出到左扬声器250和右扬声器260。
图3是示出图2的虚拟声音信号处理单元210的详细的方框图。
参考图3,虚拟环绕滤波器320用头部相关传输函数(HRTF)来设计并从左右环绕声道声音信号Ls和Rs来产生收听者的左侧和右侧的声音图像。虚拟后滤波器330从左右后声道声音信号Lb和Rb产生收听者的左右的后侧的声音图像。声音图像是指收听者感知声音起源于二维或者三维声场中的位置。增益和延迟修正滤波器310补偿左、中、LFE、和右声道声音信号的增益和延迟值。增益和延迟修正滤波器310可补偿左、中、LFE、和右声道声音信号在由虚拟环绕滤波器320和虚拟后滤波器330分别在左环绕Ls和右环绕Rs以及右后Rb和左后Lb声道声音信号中归纳的增益和延迟的变化。虚拟环绕滤波器320和虚拟后滤波器330每个输出左虚拟信号和右虚拟信号,其被分别加到增益和延迟修正滤波器310和左右扬声器380和390所输出的声音信号。从虚拟环绕滤波器320和虚拟后滤波器330输出的左右虚拟声音信号分别通过第一和第二加法器360和370被互相相加。此外,由第一和第二加法器360和370输出的相加的左右虚拟声音信号然后通过第三和第四加法器340和350被相加到从增益和延迟修正滤波器310输出的声音信号上,并分别被输出到左右扬声器380和390。
图3示出7.1声道的虚拟声音信号处理。当处理5.1声道声音时,因为5.1声道声音的左右后声道声音信号Lb和Rb的值是0,所以不用和/或可忽略虚拟后滤波器330。
图4是示出根据本发明的总体构思的实施例的基于收听者位置再现虚拟声音的方法的流程图。
参考图4,在操作420和440中用虚拟声音处理算法从多声道声音信号产生双声道立体声信号。
在操作410中测量收听者位置。
在操作430中,根据两个扬声器的中间位置从收听者位置来测量距离r和角度θ。如图5所示,两个扬声器的中间位置是指位于在两个扬声器之间一半长度的位置。因此,如图5所示,如果两个扬声器的中间位置位于收听者位置的右侧,则角度θ是正数,如果两个扬声器的中间位置位于收听者位置的左侧,则角度θ是负数。多种测量收听者位置的方法可在本发明的总体构思中被使用。例如,可使用虹探测方法和/或声源定位方法。因为这些方法已被大家所知并且对本发明的总体构思的实施例并不重要,所以其中将不再提供详细的描述。
在操作450中基于在感知的收听者位置和两个扬声器的中间位置之间的距离r和角度θ来计算与收听者位置补偿值相应的两个扬声器的输出电平和时间延迟。虽然本发明的总体构思的一些实施例根据两个扬声器的中间位置来确定收听者位置,但是,另外,根据扬声器系统中的其它点也可确定收听位置。例如,可根据两个扬声器中的一个来确定收听者位置。
通过方程1给出在左扬声器和收听者位置之间的距离r1和在右扬声器和收听者位置之间的距离r2[方程1]r1=r2+d2-2rdsinθ,r2=r2+d2+2rdsinθ]]>这里,r表示在收听者位置和两个扬声器中间位置之间的距离。在可能很难获得实际距离的情况下,r可被假设成预定的值。例如,预定的值可被假设成3m。d表示在两个扬声器的中间位置和两个扬声器中的一个之间的距离。
输出电平增益g可在两种情况下获得即基于自由声场模式和回声场模式。如果收听空间接近自由声场(即在不引起回声的情况),则输出电平增益g通过方程2给出[方程2]g=r1r2]]>如果收听空间不接近自由声场(即在引起回声或反射的情况),则输出电平增益g通过用直接和反射声场的总平均平方压力公式的方程3给出[方程3]
g=r1r2A+16πr22A+16πr12]]>这里,A表示全部声音吸收(吸收区域),并且A的值取决于收听空间的特点。因此,在很难确定收听空间的吸收度的情况下,可通过假设获得A。例如,如果假设空间大小为3×8×5m3并且平均吸收系数是0.3,则A被假设为47.4m2。或者,收听空间的特点可用实验的方法来假设。通过在收听者位置和两个扬声器之间的距离的变化产生的时间延迟Δ用方程4来计算[方程4]Δ=|integer(Fs(r1-r2)/c)|这里,Fs表示采样周期,c表示声速,和integer表示四舍五入到最近的整数的函数。
在操作460中,通过调节虚拟双声道立体声信号来产生补偿的双声道立体声信号以反映在操作450中计算的输出电平和时间延迟值。
在操作470中,基于收听者位置实现双声道立体声。因此,即使收听者离开预定的收听位置(即最佳收听点),由虚拟声音信号处理单元210(见图2)产生的立体感也不会减弱。收听者位置和收听空间的特点在用于虚拟声音信号处理的HRTF中不被典型地反映。但是,本发明的总体构思的实施例用反映收听者位置和收听空间的特点的收听者位置补偿值来再现为精确的收听者位置最优化的立体声。因为在实时情况下很难精确地模仿真实的收听空间,所以可用上文描述的过程计算近似值。
因此,用虚拟声音处理算法处理的输出值用收听者位置补偿值来补偿以适合收听者位置。在本实施例中,当测量的在收听者位置和两个扬声器的中间位置之间的角度θ是正数时,仅有来自输出值的左声道值XL可被补偿,而右声道值XR则不被补偿,如在方程5中所述[方程5]yL(n)=gxL(n-Δ),yR(n)=xR(n)当测量的角度θ是负数时,仅有输出值的右声道值XR可被补偿,而左声道值XL则不被补偿,如在方程6中所述[方程6]
yL(n)=xL(n),yR(n)=1gxR(n-Δ)]]>因此,如果右声道输出值YR和左声道输出值YL被两个扬声器再现,则产生适合收听者位置的最优化的立体声。
图4的方法可被重复的执行以对收听者位置的重复的变化补偿虚拟声音。也就是说,在操作410中可连续地测量收听者位置以确定收听者位置变化是否已发生。同样地,在操作420和440中,从输入的多声道声音可连续地产生虚拟立体声。因此,在操作410中,当测量到收听者位置变化时,在操作440产生的虚拟立体声可通过执行操作430、450、460、和470来补偿。
另外,尽管多个本发明的总体构思的实施例提到“收听者位置”,另外,应该理解可在声音可被接收和探测的声音接收位置接收到虚拟声音。例如,虚拟声音可以由装置在声音接收位置被探测、记录、测试等。
本发明的总体构思的实施例可被写成计算机程序,被存储在计算机可读记录介质上,并被计算机读取和执行。这样的计算机可读记录介质的例子包括磁存储器介质,例如ROM、软盘、硬盘等;光记录介质,例如CD-ROM、DVD等;和如载波的存储介质,例如互联网传输。计算机可读记录介质还能被分布在结合计算机系统的网络上,这样计算机可读代码以分散的方式被存储和执行。
如上所述,根据本发明的总体构思的实施例,即使收听者用双声道扬声器收听5.1声道(或7.1声道或更多)声音,收听者可探测到和在收听多声道扬声器系统相同的立体感。因此,收听者喜欢仅用由传统的双声道扬声器系统不买另外的扬声器而编码成5.1声道(或7.1声道或更多)的DVD。另外,在传统的虚拟声音系统中,当收听者离开在双声道扬声器系统中的特定的收听位置时,立体感大大地减弱。但是,通过使用本发明的总体构思的方法、系统、设备和计算机可读记录介质,收听者不管收听者的位置是否变化都可发觉到最佳的立体感。
尽管本发明的总体构思的各种实施例已被示出和描述,但是本领域技术人员应该理解,在不脱离本发明的总体构思的原理和精神的情况下,可在实施例中进行修改,本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
权利要求
1.一种再现虚拟声音的方法,该方法包括从多声道声音产生双声道虚拟声音;根据两个扬声器感知收听者位置;通过根据感知的收听者位置计算两个扬声器的输出电平和时间延迟来产生收听者位置补偿值;以及基于产生的收听者位置补偿值来补偿产生的双声道虚拟声音的输出值。
2.如权利要求1所述的方法,其中,感知收听者位置包括根据两个扬声器的中间位置测量收听者位置的角度和距离。
3.如权利要求2所述的方法,其中,当两个扬声器的中间位置位于收听者位置的右侧时,角度是正数,当两个扬声器的中间位置位于收听者位置的左侧时,角度是负数。
4.如权利要求1所述的方法,其中,产生收听者位置补偿值包括计算基于在收听者位置和两个扬声器的中间位置之间的距离和角度计算两个扬声器的输出电平和时间延迟。
5.如权利要求4所述的方法,其中,通过如下的一个来计算两个扬声器的输出电平和时间延迟g=r1r2,]]>或g=r1r2A+16πr22A+16πr12]]>和 Δ=|integeR(Fs(r1-r2)/c)|其中,r1=r2+d2-2rdsinθ,]]>r2=r2+d2+2rdsinθ,]]>A表示在收听者空间中全部声音吸收,Fs表示采样周期,c表示声速,r表示在收听者位置和两个扬声器的中间位置之间的距离,θ表示在收听者位置和两个扬声器德中间位置之间的角度,以及d表示在两个扬声器之间距离的一半。
6.如权利要求1所述的方法,其中,产生的双声道虚拟声音的输出值的补偿包括基于产生的收听者位置补偿值来调节产生的虚拟声音的电平和时间延迟以适合收听者位置。
7.如权利要求6所述的方法,其中,当测量的角度θ是正数时,虚拟声音的左声道电平值XL通过yL(n)=gxL(n-Δ),yR(n)=xR(n)来补偿,右声道电平值XR则按原样输出;当测量的角度θ是负数时,虚拟声音的右声道电平值XR通过 yL(n)=xL(n),yR(n)=1gxR(n-Δ)]]>来补偿,左声道电平值XL则按原样输出。
8.如权利要求1所述的方法,其中从多声道声音产生双声道虚拟声音包括连续地产生双声道虚拟声音;根据两个扬声器来感知收听者位置包括根据两个扬声器连续地感知收听者位置;和产生收听者位置补偿值包括每当感知到收听者位置的变化时基于感知的收听者位置计算两个扬声器的输出电平和时间延迟。
9.一种再现虚拟声音的方法,该方法包括在扬声器系统中产生虚拟声音;和每当收听者变化在扬声器系统中的位置时根据收听者位置变化来调节产生的虚拟声音。
10.如权利要求9所述的方法,其中虚拟声音的产生包括创建在预定的收听位置的声音图像;和产生的虚拟声音的调节包括创建在与预定的收听位置不同的实际的收听者位置的声音图像。
11.如权利要求9所述的方法,其中,虚拟声音的调节包括不管收听者位置来维持立体声。
12.如权利要求11所述的方法,其中,扬声器系统包括第一扬声器和第二扬声器,以及虚拟声音的产生包括接收与多声道扬声器系统相应的多个声道信号;和根据取决于在扬声器系统中的预定的收听位置的一个或多个头部相关传输函数来确定将由第一扬声器输出的第一虚拟声音信号和将由第二扬声器输出的第二虚拟声音信号。
13.如权利要求12所述的方法,其中,虚拟声音的调节包括根据第一和第二扬声器来感知收听者位置;和根据感知的收听者位置来调节第一和第二虚拟信号中的至少一个。
14.如权利要求13所述的方法,其中,调节第一和第二虚拟信号中的至少一个包括调节以下中的至少一个第一和第二虚拟信号中至少一个的增益;和第一和第二虚拟信号中至少一个的延迟。
15.如权利要求14所述的方法,其中,当收听空间的特点被确定接近自由空间场时,根据g=r1r2]]>来调节第一和第二虚拟信号中至少一个的增益;并且当收听空间的特点被确定不接近自由空间场时,g=r1r2A+16πr22A+16πr12]]>其中,r1是在第一扬声器和收听者位置之间的距离,r2是在第二扬声器和收听者位置之间的距离,以及A是声音吸收系数。
16.如权利要求14所述的方法,其中,第一和第二虚拟信号中的至少一个的延迟根据Δ=|integer(Fs(r1-r2)/c)|来调节,其中Fs代表采样周期,r1表示在第一扬声器和收听者位置之间的距离,r2是在第二扬声器和收听者位置之间的距离,c是声速,和|integer|是四舍五入到最近的整数的函数。
17.如权利要求9所述的方法,其中虚拟声音的调节包括在扬声器系统中感知收听者位置;选择距离收听者位置最近的扬声器;和根据Y(n)=g*x(n-Δ)来调节选择的扬声器的虚拟信号,其中x(n)是虚拟信号,g是调节的增益因数,Δ是调节的延迟值,以及Y(n)是调节的输出虚拟信号。
18.如权利要求9所述的方法,其中,在扬声器系统中虚拟声音的产生包括以下中的一个从5.1声道信号产生具有虚拟声音的双声道信号;和从7.1声道信号产生具有虚拟声音的双声道信号。
19.一种在不管声音正被接收的位置而维持立体声的同时再现虚拟声音的方法,该方法包括在两个扬声器系统中根据在两个扬声器系统的最佳点确定的一个或多个头部相关传输函数来确定虚拟信号以再现至少三个声道信号;和应用特定位置的补偿因数来计算在两个扬声器系统的最佳点和声音正被接收的位置之间的距离。
20.一种虚拟声音再现的设备,包括虚拟声音信号处理单元,用于将多声道声音流处理成双声道虚拟声音信号;和收听者位置补偿器,用于基于收听者位置来计算收听者位置补偿值并基于计算的收听者位置补偿值来补偿由虚拟声音信号处理单元处理的双声道虚拟声音信号的输出电平和时间延迟。
21.如权利要求20所述的设备,其中,收听者位置补偿器包括收听者位置传感器,用于根据两个扬声器的中间位置来测量收听位置的角度和距离;收听者位置补偿值计算器,用于基于由收听者位置传感器感知的在收听者位置和两个扬声器的中间位置之间的距离和角度来计算两个扬声器的输出电平和时间延迟;和收听者位置补偿处理单元,用于基于由收听者位置补偿值计算器计算的两个扬声器的输出电平和时间延迟来补偿双声道虚拟声音信号。
22.一种用于再现虚拟声音的设备,包括虚拟声音信号处理单元,用于在扬声器系统中产生虚拟声音;和收听者位置补偿单元,用于根据收听者位置的变化每当收听者变化在扬声器系统中的位置时更新产生的虚拟声音。
23.如权利要求22所述的设备,其中,收听者位置补偿单元不管收听者位置而维持立体声。
24.如权利要求23所述的设备,其中扬声器系统包括第一扬声器和第二扬声器;和虚拟声音信号处理单元包括输入单元,用于接收多个与多声道扬声器系统对应的声道信号,和一个或多个虚拟声音滤波器,用于根据取决于在扬声器系统中的预定的收听位置的一个或多个头部相关传输函数来确定将由第一扬声器输出的第一虚拟声音信号和将由第二扬声器输出的第二虚拟声音信号。
25.如权利要求24所述的设备,其中收听者位置补偿单元包括收听者位置传感器,用于根据第一和第二扬声器来感知收听者位置;和收听者位置补偿值计算器,用于根据感知的收听者位置来计算补偿值以调节第一和第二虚拟信号中的至少一个,其中,收听者位置由从在第一和第二扬声器之间的点的角度和距离来定义。
26.如权利要求25所述的设备,其中,补偿值调节第一和第二虚拟信号中的至少一个包括调节以下中的至少一个根据收听者位置和收听空间的特点的第一和第二虚拟信号的至少一个的增益;和根据收听者位置和收听空间的特点的第一和第二虚拟信号的至少一个的延迟。
27.如权利要求22所述的设备,其中,收听者位置补偿单元通过感知在扬声器系统中的收听者位置,选择距离收听者位置最近的扬声器,并根据Y(n)=g*x(n-Δ)来调节选择的扬声器的虚拟信号来更新虚拟声音,其中,x(n)是虚拟信号,g是调节的增益因数,Δ是调节的延迟值,Y(n)是调节的输出虚拟信号。
28.一种扬声器系统,包括虚拟声音信号处理单元,用于产生虚拟声音;和声音接收位置补偿单元,用于每当声音接收位置变化时根据声音接收位置变化来调节产生的虚拟声音。
29.一种具有可执行代码的用于再现虚拟声音的计算机可读介质,该介质包括第一代码,用于从多声道声音产生双声道虚拟声音;第二代码,用于根据两个扬声器感知收听者位置;第三代码,用于通过基于感知的收听者位置计算两个扬声器的输出电平和时间延迟来产生收听者位置补偿值;和第四代码,用于基于产生的收听者位置补偿值来补偿产生的双声道虚拟声音的输出值。
30.一种具有可执行代码的用于再现虚拟声音的计算机可读介质,该介质包括第一代码,用于在扬声器系统中产生虚拟声音;和第二代码,用于每当收听者变化在扬声器系统中的位置时根据收听者位置的改变更新产生的虚拟声音。
全文摘要
一种再现虚拟声音的方法和设备,用于使用双声道扬声器系统从5.1声道(或7.1声道或更多)声音再现双声道虚拟声音。该方法包括从多声道声音产生双声道虚拟声音;根据两个扬声器感知收听者位置;通过根据感知的收听者位置计算两个扬声器的输出电平和时间延迟来产生收听者位置补偿值;以及基于收听者位置补偿值来补偿产生的双声道虚拟声音的输出值。
文档编号H04S3/00GK1753577SQ200510089909
公开日2006年3月29日 申请日期2005年8月4日 优先权日2004年9月21日
发明者金善民, 李俊弦 申请人:三星电子株式会社
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