专利名称：音频矩阵解码的方法和装置的制作方法
技术领域：
本发明总的发明构思涉及一种音频再现系统，具体涉及一种由立体声声道音频信号产生多声道音频信号的增强音频矩阵解码方法和装置。
背景技术：
一般而言，地波广播已成为电影的主要来源，而录像带、影碟和卫星广播已经被广泛用作电影的另一个来源。因此，用户可以利用电影的来源，在家里享受电影的原声。
在提供原声的录像带、影碟和广播中，执行具有多个声道的音频信号的矩阵处理，来将音频信号编码成2声道音频信号。使用矩阵处理编码的2声道音频信号可以被再现为立体声。此外，当使用专用解码器时，可以从2声道音频信号恢复5声道音频信号，包括左前(L)、中央(C)、右前(R)、左环绕(Ls)和右环绕(Rs)声道。在音频信号的这5个声道中，中央声道信号起的作用是获得保证声音清晰的正确位置，而环绕声道信号改善对运动声音、环境声音和回音的真实感。
通常使用的矩阵解码器利用两个声道信号之和或之差来产生中央声道和环绕声道。其中矩阵特性不改变的音频矩阵称为被动矩阵解码器。主动矩阵解码器自适应地改变解码矩阵特性以便提高2声道矩阵编码信号之间的分离度。
在名为‘variable matrix decoder’的美国专利No.4779260和名为‘methodand apparatus for audio matrix decoding’的WO 02/19768A2中公开了关于常规的主动矩阵解码器的技术。
在常规的主动矩阵解码器中，执行两个声道矩阵编码信号(Lt，Rt)的带通滤波，来防止随机(arbitrary)解码错误。此外，利用通过将左声道信号与右声道信号相加获得的信号、以及通过从左声道信号减去右声道信号获得的信号，产生环绕声道信号和中央声道信号。然后，根据这四个声道信号，获得两个声道矩阵编码信号(Lt，Rt)之间的声音量差，并且确定环绕声道信号和中央声道信号的声音量的正交信号对的量值。使用信号的正交信号对的量值，检查相对优势度(relative dominance)，并且获得四个单极控制电压EL、ER、EC和ES。通过利用单极控制电压和两个声道矩阵编码信号(Lt，Rt)，获得最小化信号之间的干扰的矩阵。然后，通过利用获得的矩阵，由两个声道编码信号(Lt，Rt)获得L、C、R、Rs和Ls。
然而，尽管可以由两个声道编码信号(Lt，Rt)获得没有互干扰的信号，但是常规的主动矩阵解码器具有计算复杂的缺点。而且，无法获得与不是两个声道矩阵编码信号(Lt，Rt)的普通立体声信号相比的性能。此外，如果类似单声道的立体声信号输入到常规的主动矩阵解码器，则通过从左声道信号减去环绕声道信号获得的信号变小，从而相对优势度向前声道倾斜。
发明内容
本发明总的发明构思提供一种增强音频矩阵解码方法和装置，它可以用来产生立体声信号以及两个声道矩阵编码信号(Lt，Rt)，并且具有小的计算量。
本发明总的发明构思的额外方面和优点将在下面的描述中部分地阐述，并且将通过描述部分地变得显然，或者可以通过本发明总的发明构思的实践学习得到。
本发明总的发明构思的上述和/或其他方面可以通过提供一种用于由立体声声道音频信号产生多声道音频信号的音频矩阵解码装置来实现，该音频矩阵解码装置包括前声道消除单元，用于通过以预定延迟前馈混合，由立体声声道音频信号产生环绕声道音频信号；和电平控制单元，用于根据立体声声道的音频电平特性，控制在前声道消除单元中产生的环绕声道的音频电平，并且产生最终的环绕声道音频信号。
自动电平控制单元可以包括音频电平调节单元，用于分析输入立体声声道与环绕声道的音频电平特性，并且产生增益值，使得立体声声道与环绕声道的电平差变为设定值；和乘法单元，用于将环绕声道的音频电平乘以音频电平调节单元中产生的增益值，并且产生最终的环绕声道音频信号。
本发明总的发明构思的上述和/或其他方面可以通过提供一种用于由立体声声道音频信号产生多声道音频信号的音频矩阵解码方法来实现，该音频矩阵解码方法包括通过以预定延迟前馈混合，由输入立体声声道音频信号产生环绕声道音频信号；以及分析输入立体声声道与环绕声道音频信号的音频电平特性，并且相对于分析的电平特性控制环绕声道音频信号的音频电平，以及根据控制的环绕声道音频信号的音频电平，产生最终的环绕声道音频信号。
本发明总的发明构思的上述和/或其他方面可以通过提供一种包含计算机可读代码的计算机可读记录介质来实现，该代码可由计算机读取来执行音频矩阵解码方法，该音频矩阵解码方法包括通过以增益和延迟交叉混合，由输入立体声声道音频信号产生环绕声道音频信号；以及分析输入立体声声道与环绕声道的音频电平特性，相对于分析的电平特性控制环绕声道的音频电平，并且产生最终的环绕声道音频信号。
本发明总的发明构思的上述和/或其他方面可以通过提供一种用于由音频信号产生多声道音频信号的音频矩阵解码装置来实现，该音频矩阵解码装置包括前声道消除单元，用于由音频信号产生输入环绕声道信号；和电平控制单元，用于根据音频信号的音频电平特性，控制输入环绕声道信号的音频电平，来产生最终的环绕声道音频信号。
通过下面结合附图的详细描述，本发明总的发明构思的这些和/或其他方面和优点将变得清楚且更易于理解，其中图1是示出根据本发明总的发明构思的实施例的、具有增强音频矩阵解码器的整个音频再现系统的框图；图2是示出根据本发明总的发明构思的实施例的增强音频矩阵解码装置的框图；以及图3是示出图2的音频矩阵解码装置的前声道消除单元和自动电平控制单元的详细框图。
具体实施例方式
现在将详细参照本发明总的发明构思的实施例，在附图中示出其示例，其中相同的附图标记指代相同的元件。下面描述实施例以便参照
本发明总的发明构思。
图1是示出根据本发明总的发明构思的实施例的、具有增强音频矩阵解码器的音频再现系统的框图。
参照图1，信号提供装置110从记录介质(如录像带、影碟或卫星广播)接收信号，并且由接收的信号再现视频信号和音频信号。对应于视频信号的图像信号被提供到监视器(未示出)，而对应于音频信号的两个声道音频信号(Lu，Ru)作为输入信号，被提供到增强矩阵解码器单元120。这两个声道音频信号可以是两个未知的声道音频信号。
增强矩阵解码器单元120延迟和交叉混合(cross-mix)这两个声道信号(Lu，Ru)，并且相对于输入信号的功率电平调节信号电平。这样，增强矩阵解码器单元120产生左前声道、右前声道、中央声道、左环绕声道和右环绕声道的音频信号。
放大单元130放大从增强矩阵解码器单元120输出的每个声道的音频信号，并且将放大的音频信号输出到左前扬声器(LS)、右前扬声器(RS)、中央扬声器(CS)、左环绕扬声器(LsS)和右环绕扬声器(RsS)。
图2是示出根据本发明总的发明构思的增强矩阵解码装置的框图。
参照图1和2，图2的增强矩阵解码装置可以对应于图1的增强矩阵解码器单元120，并且包括前声道消除单元210、自动电平控制单元220和加法单元230。
嗓音分量可以存在于左前和/或右前声道以及中央声道中。
使用两个左和右声道音频信号(Lu，Ru)，前声道消除单元210通过以预定延迟前馈交叉混合，除去前声道的嗓音分量(L，R)，并且改善立体声感。即，前声道消除单元210通过尽可能多地除去左前和右前声道的音频信号(L，R)的干扰，产生左和右环绕声道的音频信号。因此，输入的左和右声道的音频信号(Lu，Ru)被转换成环绕声道音频信号(L’，R’)，其中嗓音分量被前声道消除单元210除去。
自动电平控制单元220分析输入的左和右声道音频信号(Lu，Ru)和输入的左和右环绕声道音频信号(L’，R’)的每个电平特性，由分析的电平特性获得用于确定最终左和右环绕声道音频信号(Ls，Rs)的电平的增益，并且产生通过将该增益施加到左和右环绕声道音频信号(L’，R’)而获得的最终左和右环绕声道音频信号(Ls，Rs)。即，自动电平控制单元220将环绕声道音频信号(L’，R’)调节到预定电平，例如，用户设定的电平，而不管输入的左和右声道音频信号(Lu，Ru)的电平特性如何。
加法单元230通过将输入的左和右声道音频信号(Lu，Ru)相加来产生中央声道音频信号。即，C＝Lu+Ru。
因此，通过音频矩阵解码装置，使用左和右声道音频信号(Lu，Ru)来产生最终的左前声道音频信号(L)、最终的右前声道音频信号(R)、最终的中央声道音频信号(C)、最终的左环绕声道音频信号(Ls)和最终的右环绕声道音频信号(Rs)。尽管在本实施例中用立体声声道作为例子说明，但本领域普通技术人员应当理解，本实施例可以应用到其他多声道信号，如2.1声道和5.1声道。
图3是示出图2的音频矩阵解码装置的前声道消除单元210和自动电平控制单元220的详细框图。
现在将在下面参照图2和3说明前声道消除单元210。
第一增益调节器311和第二增益调节器312用预定增益值(α)调节输入到左和右声道的音频信号的电平。
第一延迟器件313和第二延迟器件314用预定延迟值(Z-n)，将在第一和第二增益调节器311和312中调节了增益的左和右声道音频信号，延迟预定时间。
此时，延迟器件313和314可以具有1或2个采样的短延迟(Z-n)。
左减法器316获得左声道音频与被以增益值(α)增益调节、并且用延迟值(Z-n)延迟了的右声道音频信号的差，并且产生左环绕声道音频信号(L’)。
右减法器318获得右声道音频与被以增益值(α)增益调节、并且用延迟值(Z-n)延迟了的左声道音频信号的差，并且产生右环绕声道音频信号(R’)。
因此，前声道消除单元210通过以增益和延迟交叉混合的形式获得这两个声道之间的差，除去左和右声道信号之间的共同分量。因此，改善了立体声感，并且可以增强清晰度和分离度，这是因为比起通过简单地从左声道音频信号减去右声道音频信号所获得的，可以恢复更多高频区域和低频区域中的信息。
现在将详细说明自动电平控制单元220。
自动电平控制单元220包括具有功率计算单元342和增益产生单元344的自动电平调节单元340、以及第一乘法单元360和第二乘法单元350。
功率计算单元342计算输入的左和右声道音频信号Lu和Ru、以及左和右环绕声道音频信号L’和R’的均方根(RMS)值。
增益产生单元344产生第一增益值(gL)，使得在功率计算单元342中计算的左声道音频信号Lu的RMS值与左环绕声道音频L’的RMS值之差可以是用户设定值。
而且，增益产生单元344产生第二增益值(gR)，使得在功率计算单元342中计算的右声道音频信号Ru的RMS值与右环绕声道音频R’的RMS值之差可以是用户设定值。即，可以根据下面等式1和2计算第一和第二增益值(gL，gR)PLu-gLPL’＝D(dB)......(1)其中PLu表示左声道信号的RMS值，PL’表示左环绕声道信号的RMS值，而D表示用户设定值。
PRu-gRPR’＝D(dB)......(2)其中PRu表示右声道信号的RMS值，PR’表示右环绕声道信号的RMS值，而D表示用户设定值。
第一乘法单元360将左环绕声道音频信号(L’)乘以在增益产生单元344中产生的第一增益值(gL)，并且输出最终的左环绕声道音频信号(Ls)。
第二乘法单元350将右环绕声道音频信号(R’)乘以在增益产生单元344中产生的第二增益值(gR)，并且输出最终的右环绕声道音频信号(Rs)。
因此，自动电平控制单元220可以通过分析输入的左和右声道音频信号L’和R’的电平特性，将环绕声道音频信号Ls或Rs的电平调节到用户期望的程度，还可以通过相对于输入信号Lu或Ru的量值控制每个环绕声道音频信号L’或R’的量值，来提高声道的分离度，并且可以通过调节最终的环绕声道音频信号Ls和Rs的电平来防止信号消波。
最终的左和右环绕声道音频信号(Ls，Rs)可以用下面的等式3和4表示Ls＝gL·(Lu-αZn·Ru)......(3)Rs＝gR·(Ru-αZn·Lu)......(4)本发明总的发明构思可以作为计算机可读代码实现在计算机可读记录介质上。计算机可读记录介质是可以存储其后可由计算机系统读取的数据的任何数据存储设备。计算机可读记录介质的例子包括只读存储器(ROM)、随机存取存储器(RAM)、CD-ROM、磁带、软盘、光数据存储设备和载波(如通过因特网数据传输)。计算机可读记录介质也可以分布在连接计算机系统的网络上，从而以分布式存储和执行计算机可读代码。
根据如上所述的本发明总的发明构思，反映了左和右声道的电平特性，并且可以通过未知立体声输入信号和两个声道矩阵编码信号(Lt，Rt)产生多声道音频信号。此外，本发明还克服了常规被动矩阵结构具有的声音质量局限。在吸收主动矩阵结构的优点的同时，本发明总的发明构思减少了计算量，从而它可以有效地应用于各应用领域，如虚拟声。
尽管示出和描述了本发明总的构思的若干实施例，但本领域技术人员应当理解，在不背离总的发明构思的原理和宗旨的前提下，可以对这些实施例进行各种变化，本发明的范围在权利要求书及其等效中限定。
权利要求
1.一种用于由立体声声道音频信号产生多声道音频信号的音频矩阵解码装置，包括前声道消除单元，用于通过以增益和延迟交叉混合，由立体声声道音频信号产生环绕声道音频信号；和电平控制单元，用于根据立体声声道音频信号的音频电平特性，控制在前声道消除单元中产生的环绕声道的音频电平，并且根据控制的音频信号产生最终的环绕声道音频信号。
2.如权利要求1所述的装置，其中立体声声道信号包括左和右声道音频信号。
3.如权利要求1所述的装置，其中前声道消除单元包括左和右增益调节单元，用于调节左和右声道输入信号的增益；左和右信号延迟单元，用于将在左和右增益调节单元中调节过的左和右声道输入信号延迟预定时间；第一左减法单元，用于获得左声道输入信号与在右信号延迟单元中延迟的右声道输入信号之差；和第一右减法单元，用于获得右声道输入信号与在左信号延迟单元中延迟的左声道输入信号之差。
4.如权利要求1所述的装置，其中自动电平控制单元包括音频电平调节单元，用于分析输入立体声声道与环绕声道的音频电平特性，并且产生增益值，使得立体声声道与环绕声道的电平差变为设定值；和乘法单元，用于将环绕声道的音频电平乘以音频电平调节单元中产生的增益值，并且产生最终的环绕声道音频信号。
5.如权利要求4所述的装置，其中音频电平调节单元包括功率计算单元，用于计算输入的左和右声道音频信号以及左和右环绕声道音频信号的每一个的均方根RMS值；增益产生单元，用于产生第一增益值，使得在功率计算单元中计算的左声道信号与左环绕声道信号的RMS值之差变为预设值，并且产生第二增益值，使得在功率计算单元中计算的右声道信号与右环绕声道信号的RMS值之差变为预设值；第一乘法单元，用于将左环绕声道音频信号乘以增益产生单元中产生的第一增益值，并且输出最终的左环绕声道音频信号；和第二乘法单元，用于将右环绕声道音频信号乘以增益产生单元中产生的第二增益值，并且输出最终的右环绕声道音频信号。
6.一种用于由立体声声道音频信号产生多声道音频信号的音频矩阵解码装置，包括前声道消除单元，用于通过以增益和延迟交叉混合，由输入立体声声道音频信号产生环绕声道音频信号；音频电平调节单元，用于分析输入立体声声道与环绕声道的音频电平特性，并且相对于分析的电平特性和设定电平，控制前声道消除单元中产生的环绕声道的音频电平，以及根据控制的音频电平产生最终的环绕声道音频信号；和加法单元，用于通过将输入的左和右声道音频信号相加来产生中央声道音频信号。
7.一种用于由立体声声道音频信号产生多声道音频信号的音频矩阵解码方法，该音频矩阵解码方法包括通过以增益和延迟交叉混合，由输入立体声声道音频信号产生环绕声道音频信号；以及分析输入立体声声道与环绕声道的音频电平特性，并且相对于分析的电平特性控制环绕声道的音频电平，以及产生最终的环绕声道音频信号。
8.如权利要求7所述的方法，其中所述产生环绕声道音频信号的步骤包括通过获得左声道音频信号与被延迟预定采样的右声道输入信号之差，来扩展左声道立体声感；以及通过获得右声道输入信号与被延迟预定采样的左声道输入信号之差，来扩展右声道立体声感。
9.如权利要求7所述的方法，其中所述产生最终的环绕声道音频信号的步骤包括计算输入的左和右声道音频信号以及左和右环绕声道音频信号的每一个的功率值；产生第一增益值，使得左声道信号与左环绕声道信号的功率值之差变为预设值；产生第二增益值，使得右声道信号与右环绕声道信号的功率值之差变为预设值；以及通过将左环绕声道音频信号乘以第一增益值产生最终的左环绕声道音频信号，并且通过将右环绕声道音频信号乘以第二增益值产生最终的右环绕声道音频信号。
10.一种音频再现系统的矩阵解码装置，包括信号提供装置，用于再现立体声声道音频信号；矩阵解码器单元，用于通过以增益和延迟交叉混合，从所述立体声声道音频信号产生环绕声道音频信号，根据输入立体声声道的音频电平特性控制环绕声道的音频电平，以及根据控制的音频电平产生最终的环绕声道音频信号；和放大单元，用于放大从矩阵解码器单元产生的每个声道音频信号，并且将音频信号输出到对应于声道的扬声器端。
11.一种包含计算机可读代码的计算机可读记录介质，该代码可由计算机读取来执行音频矩阵解码方法，该音频矩阵解码方法包括通过以增益和延迟交叉混合，由输入立体声声道音频信号产生环绕声道音频信号；以及分析输入立体声声道与环绕声道的音频电平特性，相对于分析的电平特性控制环绕声道的音频电平，并且产生最终的环绕声道音频信号。
12.一种用于由音频信号产生多声道音频信号的音频矩阵解码装置，包括前声道消除单元，用于由音频信号产生输入环绕声道信号；和电平控制单元，用于根据音频信号的音频电平特性，控制输入环绕声道信号的音频电平，来产生最终的环绕声道音频信号。
13.如权利要求12所述的装置，其中，前声道消除单元从音频信号中除去嗓音分量，以产生输入环绕声道信号。
14.如权利要求12所述的装置，其中，前声道消除单元除去音频信号中的左前和右前声道的干扰，以产生输入环绕声道信号。
15.如权利要求12所述的装置，其中，音频信号包括左声道信号和右声道信号，并且前声道消除单元调节左和右声道信号的增益，延迟经增益调节的左和右声道信号，并且分别从右和左声道信号中减去延迟的经增益调节的左和右声道信号，以产生输入环绕声道信号。
16.如权利要求12所述的装置，其中，音频信号包括左声道信号和右声道信号，并且电平控制单元根据音频信号的左和右声道信号的电平特性，控制输入环绕声道信号，以产生最终的环绕声道信号。
17.如权利要求12所述的装置，其中，音频信号包括左声道信号和右声道信号，并且电平控制单元根据由音频信号的左和右声道信号的电平特性获得的增益，控制输入环绕声道信号的电平，以产生最终的环绕声道信号。
18.如权利要求12所述的装置，其中，音频信号包括左声道信号和右声道信号，并且电平控制单元对输入环绕声道信号应用由音频信号的左和右声道信号的电平特性获得的增益，以产生最终的环绕声道信号。
19.如权利要求12所述的装置，其中，音频信号包括左声道信号和右声道信号，并且电平控制单元根据用户的偏好，调节输入环绕声道信号的电平，以产生最终的环绕声道信号。
20.如权利要求12所述的装置，其中，电平控制单元将用户偏好和音频信号的特性之一应用到输入环绕声道信号，以产生最终的环绕声道信号。
全文摘要
一种用于由立体声声道音频信号产生多声道音频信号的增强音频矩阵解码方法和装置，包括前声道消除单元，用于通过以增益和延迟交叉混合，由输入立体声声道音频信号产生环绕声道音频信号；和电平控制单元，用于根据输入立体声声道音频信号的音频电平特性，控制在前声道消除单元中产生的环绕声道的音频电平，并且根据控制的音频信号产生最终的环绕声道音频信号。
文档编号H04S3/00GK1942024SQ20061015939
公开日2007年4月4日 申请日期2006年9月28日 优先权日2005年9月28日
发明者赵镕春, 金善民 申请人:三星电子株式会社