立体声扩展的制作方法

专利名称：立体声扩展的制作方法
技术领域：
本发明一般涉及音频再现。更具体地，本发明的实施例涉及立体声扩展。
背景技术：
诸如丰富度、饱满度、深度和空间感的心理声学感知的音频质量描述与听者的音 频体验有关的“音场(soimdstage) ”。这样的质量可以影响听者的主观音频参与，以及他们 对音场的整体空间感知。立体声音频(“立体声”)使用至少两(2)个区别的或者独立的音 频通道，以通过多个扬声器再现声音。立体声音频再现声音，从而可以从多个方向感知该声
曰°对于具有基本正常双耳听力的人而言，立体声音频可以提供接近自然的声音聆听 体验，在某种意义上可以认为，该体验是听觉上令人满足的。立体声音频可以使用立体声投 影，其中编码和再现与所记录的音频内容的声音分量相关联的相对位置，以生成音场的成 分或分量。扬声器的放置和分隔可以影响音场感知。此部分描述了可以想到的方法，但不一定是先前已经构思或想到的方法。因此，除 非另外指明，否则不应该仅由于此部分描述的任何方法包含在此部分中而假定该方法被看 作现有技术。类似地，除非另外指明，否则不应该基于此部分而假定任何现有技术已经认识 到根据一个或更多个方法所确定的问题。


在附图的图中通过示例的方式而不是通过限制的方式来描述本发明，并且在附图 中相同的附图标记表示类似的单元，在附图中图1描绘根据本发明的一个实施例的示例性去相关立体声扩展系统；图2描绘根据本发明的一个实施例的具有交叉滤波器的示例性去相关立体声扩 展系统；图3描绘根据本发明的一个实施例的具有全通滤波器的示例性去相关立体声扩 展系统；图4描绘根据本发明的一个实施例的也使用交叉滤波器的示例性去相关立体声 扩展系统；图5描绘根据本发明的一个实施例的示例性滤波器组；图6描绘根据本发明的一个实施例的示例性去相关滤波器；
4
图7描绘一个示例性实施方式中的振幅和相位响应的屏幕截图；图8描绘一个示例性实施方式中的绘制不同增益设置下音频通道之间相位响应 差异的屏幕截图；图9描绘根据本发明的一个实施例的示例性交叉滤波器；图10描述一个示例性实施方式中的与交叉滤波器相关联的振幅和相位响应曲线 的屏幕截图；并且图11描绘一个示例性实施方式中的分别与去相关滤波器和交叉滤波器相关联的 相位响应和振幅曲线的屏幕截图。
具体实施例方式这里描述立体声扩展。在以下说明中，出于解释的目的，为了提供对本发明的透彻 理解，记载许多具体的细节。然而，显然可以在没有这些具体细节的情况下实现本发明。在 其它例子中，为了避免使本发明不必要地封闭、模糊或者混淆，没有对公知的结构和装置进 行详尽的说明。I.概述这里描述的示例性实施例涉及立体声扩展。在具有两个或者更多个扬声器的声音 再现系统中实现扩展立体声响应。输入到立体声再现系统的立体声信号被访问(例如接收 和访问)，该立体声信号包括多个频率分量。可以将扬声器彼此接近地布置。立体声信号 的频率分量的范围是去相关的。例如，一个实施例对相对高的频率范围去相关，但是可能不 对更低的频率范围去相关。可以在预处理立体声信号时对频率范围去相关。基于所述去相 关，扩展声音再现系统的立体声响应。扬声器的间隔可以小于十厘米到二十厘米(10-20cm)。紧密的扬声器接近度可能 至少部分地降低声音再现系统的立体声响应中的饱满度。然而，实施例可以允许使用去相 关而通过这样紧密接近的扬声器进行立体声扩展。可以把执行所述去相关作为在与立体声 扩展相关的处理之前所执行的预处理功能。频率范围可以对应于相对高的频率。因此可以 对超过阈值频率值的频率执行去相关。在一个实施例中，阈值频率值处于三百赫兹(300Hz) 与三千赫兹(3000Hz)之间的频率范围内，包含300Hz和3000Hz。本发明的实施例非常适合与稍微紧密间隔的扬声器(例如一对间隔20cm或更少 的“左”扬声器和“右”扬声器)一起工作，例如为了避免相位抵消并产生适当的低音响应， 可以使用低频基本同相的各自的信号来驱动所述扬声器。高频(例如300Hz-3kHz以上，包 含300Hz和3kHz，截止频率)去相关可以降低某些可能的分散注意力的和不想要的影响， 诸如有时可能与中心图像位移(例如音频内容的中心摇动(center panning))相关联的影 响。中心图像位移能够阻止或降低立体声扩展，并且可能伴随低频去相关而发生。此外，由 于声源频谱可以在空间上延展，更低的频率可以具有稍微中心化的位置，而更高的频率则 可以具有稍大的空间延展。因此，使用高频去相关的实施例可以实现听觉上可感知的有美 感的声音质量。实施例涉及立体声扩展系统。图1描绘根据本发明的一个实施例的示例性立体声 扩展系统100。立体声扩展系统100具有去相关滤波器模块(去相关器)102，该去相关滤波器模块预处理用于扩展的立体声信号。立体声信号输入可以包括若干信号分量，该信号 分量可以包括右通道音频输入分量和左通道音频输入分量。去相关器102接收和/或访问左通道音频输入和右通道音频输入。去相关器102 对超过阈值频率值的频率进行去相关。可以不对更低的频率进行去相关。在一个实施例中， 阈值频率值处于300Hz与3kHz之间的频率范围内，包含300Hz和3kHz。去相关器102还接收和/或访问效果强度参数输入信号。效果强度参数输入信号 可以与去相关的程度(例如去相关强度)有关和/或与例如同系统100的通道或分量相关 联的缩放增益有关。例如，增加左通道与右通道之间的去相关强度可以增加与差通道能量 相关联的能量，并且因此可以加强系统100的立体声扩展效果。去相关器102将去相关的 音频信号输出到立体声扩展器模块104。扩展模块(扩展器)104接收和/或访问去相关器102的去相关的输出。扩展器 104执行与扩展立体声信号有关的处理。扩展器模块104从原来的立体声输入信号生成扩 展的输出立体声信号。因此，立体声输出信号可以包括右通道音频输出分量和左通道音频 输出分量。扩展器模块104还接收和/或访问效果强度参数输入信号。效果强度参数输入信 号可以与同系统100的通道或分量相关联的缩放增益有关和/或与去相关强度有关。例 如，缩放增益可以与和通道以及差通道有关。相对于和通道放大差通道可以用于扩展立体 声域。可以通过诸如移动电话和便携式装置的各种电子音频设备和装置来实施、使用、 应用和/或布置本发明的实施例。实施例可以用来显著增加通过电子音频设备呈现的立体 声图像宽度，该电子音频设备例如可具有相对窄的扬声器间距(例如小于10-20cm的预期 的扬声器间隔)和/或相对低的频响跌落(例如在大约IkHz处)。可以通过一个或更多个处理器来实施实施例，该处理器执行用计算机可读介质存 储的指令并且控制计算机系统或实质上计算机化的(例如数字化)声音再现、通信和网络 装置和设备以便进行去相关和立体声扩展功能。可以通过诸如集成电路(IC)的电路和设备来实施实施例，包括(但不限于)专用 IC(ASIC)、微控制器、现场可编程门阵列(FPGA)或者可编程逻辑器件(PLD)。与实施例相关 联的立体声扩展和去相关功能可以增加(accrue)到诸如ASIC的设备的结构和设计方面。 可替代地或进一步地，可以通过应用于诸如微控制器、PLD和FPGA的可编程IC的编程指令、 逻辑状态、和/或逻辑门配置来实现立体声扩展和去相关功能。II.示例性去相关立体声扩展系统实施例可以用来提高高频阈值以上的相对高的音频频率的去相关，其中所述阈值 处于大约300Hz到3kHz的范围之内。在一个实施例中，除了提高高频去相关之外，去相关 对于更低的频率是可选的。A.交叉滤波器示例在一个实施例中，通过可以作用于左、右音频输入信号的交叉滤波器网络(交叉 滤波器)来实施频率依赖去相关器。图2描绘根据本发明一个实施例的具有交叉滤波器202 和204的示例性去相关立体声扩展系统200。系统200接收和/或访问左、右音频输入。系统200使用交叉滤波器202访问左通道音频输入。系统200使用交叉滤波器204访问右通 道音频输入。交叉滤波器202和204分别将与左通道输入和右通道输入相关联的音频频谱分成 多个频带。交叉滤波器202和204可以用有源高通和低通滤波器来实现。高通滤波器部件 使超过预定的交叉点频率值的频率通过并且使该值以下的频率衰减。低通滤波器部件使交 叉点以下的频率通过并且使该值以上的频率衰减。交叉滤波器202和204分别用来将左音频输入和右音频输入分离成低频分量和高 频分量。在一个实施例中，交叉滤波器202和204可以是类似的(或者基本上相同的)。例 如，网络202和204的每个的交叉点均可以在IkHz实施。交叉滤波器202和204的高通输 出分别为第一去相关器“A”210和第二去相关器“B”212提供输入。去相关器A 210和去 相关器B 212可以具有类似的结构特征和/或其它特性。然而重要的是，去相关器210和 212可以采用不同的操作特性。例如，去相关器210去相关的程度可以比由去相关器212执 行的去相关的程度更大(或更小)。例如，如下面参照图6和图7在等式1中所述的，去相 关器210可以根据乘法参数的第一值g而去相关，而由去相关器212执行的去相关可以通 过乘法参数的第二值g’而去相关。交叉滤波器202的低通滤波器部件的输出被提供给延迟元件206。交叉滤波器204 的低通滤波器部件的输出被提供给延迟元件208。延迟元件206和208可以施加类似的延迟。交叉滤波器202的高通滤波器分量的输出被提供给去相关滤波器(去相关 器)210。交叉滤波器204的高通滤波器分量的输出被提供给去相关器212。去相关器210 和212至少对超过交叉阈值频率值的频率执行去相关。对更低频率的去相关是可选的。虽 然去相关器可以在所有频率下操作，但是交叉滤波器可以用来在低频下绕过去相关器。这 两个去相关器用于提供彼此去相关的各自的输出，从而使去相关器210的输出与去相关器 212的输出去相关。应该理解，去相关器210和去相关器212的每个的输出的去相关的程度 可以不同并且/或者是可变的。去相关滤波器210和212可选地各自接收和/或访问效果强度参数输入信号。效 果强度参数可以与去相关强度有关。提高左通道与右通道之间的去相关强度可以提高与差 通道能量相关联的能量，并且因此可以增强系统200的立体声扩展效果。通过加法器214对对应于左通道的延迟元件206和去相关滤波器210的输出求 和。通过加法器216对对应于右通道的延迟元件208和去相关滤波器212的输出求和。加 法器214和216各自输出去相关信号，该去相关信号提供到立体声扩展器104的输入，该立 体声扩展器可以基本上如上所述地工作(例如参照图1)。扩展器模块104因此生成与各自 的去相关立体声输入信号相对应的扩展的左、右通道输出立体声信号。B.相位校正滤波器示例在一个实施例中，通过相移滤波器来实施频率相关的(例如频率依赖的)去相关 器。图3描绘了具有相移(例如相位校正)滤波器302和304的示例性去相关立体声扩展 系统300。如在此所用的，术语“相移”和“相位校正”能够关于滤波器可交换地使用。在一 个实施例中，相移滤波器302和304可以通过全通滤波器来实施。虽然一个或更多个相移 滤波器302或304可以被实施为图3所描绘的全通相移滤波器，但是音频再现和立体声相
7关领域的技术人员应该理解，可以使用其它滤波器(在此用图3中的相位滤波器302和304 表示)进行相位校正。系统300接收和/或访问左、右音频输入。系统300通过相移滤波 器302来访问左通道音频输入。系统300通过相移滤波器304访问右通道音频输入。相移 滤波器302和304分别作用于左、右音频输入信号以生成与其相对应的相移的音频信号输 出。相位校正滤波器可以用于把低频的通道间的相位差基本上减小到零。一个实施例可以 使用例如具有具体的相位响应的全通滤波器。例如在低频下，一个实施例可以在一个通道 上使用单“相位校正”滤波器以匹配另一个通道的相位。在一个实施例中，可以消除相位校 正或交叉网络。例如，去相关器可以在通常不会遇到低频的频率范围内工作。在这个例子 中，可以认为图3所示的相位校正滤波器302和304不引入相位或振幅改变，或者相位校正 滤波器302和304是可选的，或者不提供相位校正滤波器302和304。相位校正滤波器302 和304可以在没有交叉滤波器的情况下允许频率选择性去相关。由相移滤波器302将相移的音频信号提供给第一去相关滤波器(去相关 器)“A”310。由相移滤波器304将相移的音频信号提供给第二去相关器“B”312。去相关 器A 310和去相关器B 312可以具有类似的结构特征和/或其它特性。然而重要的是，去 相关器310和312可以采用不同的操作特性。例如，去相关器310去相关的程度可以比由 去相关器312执行的去相关的程度更大(或更小)。例如，去相关器310可以根据乘法参 数的第一值g去相关，而由去相关器312执行的去相关可以通过乘法参数的第二值g’去相 关，例如，如下面参照图6和图7在等式1中所述的。去相关器310和312至少对超过阈值 频率值的频率进行去相关。相移滤波器302可以与去相关器310 —起工作，并且相移滤波 器304可以与去相关器312 —起工作，以产生在阈值以下的频率范围上紧密匹配的组合效 果，其中阈值在300Hz与3kHz之间。去相关器310和312各自接收和/或访问效果强度参数输入信号。效果强度参数 可以与去相关强度有关。提高左通道与右通道之间的去相关强度可以提高与差通道能量相 关联的能量，并且因此可以增强系统300的立体声扩展效果。可选地，效果强度参数还可以 作为输入而被提供到相移滤波器302和304。对应于左音频通道的去相关滤波器310的输出信号以及对应于左音频通道的去 相关滤波器312的输出用作立体声扩展器104的输入。立体声扩展器104可以基本上如上 所述地工作(例如参照图1)。扩展器模块104因此生成对应于各自的去相关立体声输入信 号的扩展的左、右通道输出立体声信号。C.对具有和/差信号的示例的交叉作用在一个实施例中，通过交叉滤波器来实施频率依赖的去相关器，该交叉滤波器作 用于和信号与差信号。当音频输入信号处在同和与差相关联的域(“和/差域”)中时，可 以对信号进行诸如可能与转换、变换等相关的额外的预处理。例如，和/差域中的输入信 号可以在去相关之前被转换到与音频方向性相关联的域(例如左方向和右方向；“左/右 域”)。在一个实施例中，该立体声扩展器模块被实施在和/差域中。在另外的(或者可替 选的)实施例中，该立体声扩展器模块被实施在左/右域中。图4描绘根据本发明的一个实施例的也使用交叉滤波器的示例性去相关立体声 扩展系统400。系统400接收和/或访问和与差域中的音频输入。系统400通过交叉滤波 器402访问和通道音频输入。系统400通过交叉滤波器404访问差通道音频输入。
交叉滤波器402和404分别将同和通道与差通道输入相关联的音频频谱分成多个 频带。可以通过有源高通和低通滤波器来实现交叉滤波器402和404。高通滤波器部件使 超过预定的交叉点频率值的频率通过并使该值以下的频率衰减。低通滤波器部件使交叉点 以下的频率通过并且使该值以上的频率衰减。交叉滤波器402和404分别用于将输入到低频部件和高频部件的和音频输入与 差音频输入分离。在一个实施例中，交叉滤波器402和404可以是类似的(或者基本上相 同)。例如，网络402和404各自的交叉点都可以实施在IkHz处。可以稍微不同地处理交 叉滤波器402和404的高通输出信号和低通输出信号。交叉滤波器402的低通滤波器部件的输出被提供给延迟元件406。交叉滤波器404 的低通滤波器部件的输出被提供给延迟元件408。延迟元件406和408可以施加类似的延迟。如在此所使用的，术语“混洗(shuffle)”可以指访问(例如接收和访问)诸如左 和右的两个立体声信号，并且生成与其对应的和与差(例如和信号与差信号)。如在此所使 用的，术语“混洗器”可以指执行这种混洗功能的部件(例如立体声扩展系统的部件)。如 在此所使用的，术语“去混洗”可以指访问(例如接收和访问)诸如和信号与差信号的两个 预先混洗的信号，并且将它们恢复为左信号和右信号(或者其它空间取向的信号)。如在此 所使用的，术语“去混洗器”可以指执行这样的去混洗功能的部件(例如立体声扩展系统的 部件)。交叉滤波器402和404的高通滤波输出被提供给去混洗器模块(去混洗器)418。 去混洗器418基本上将来自交叉滤波器402和404中的每一个的高通滤波的和信号与差信 号(至少临时地)转换(例如变换)成左域和右域。去混洗器418因此将对应于高通的和 输入与差输入的每个的去混洗的信号提供给第一去相关滤波器(去相关器)“A”410和第 二去相关器“B”412。去相关器A 410和去相关器B 412可以具有类似的结构特征和/或 其它特性。然而重要的是，去相关器410和412可以采用不同的操作特性。例如，去相关器 410去相关的程度可以比由去相关器412执行的去相关的程度更大(或更小)。例如，如下 面参照图6和图7在等式1中所描述的，去相关器410可以根据乘法参数的第一值g去相 关，而由去相关器412执行的去相关可以通过乘法参数的第二值g’去相关。根据去相关器410和412的效果强度参数输入，实施例可以实现影响与立体声域 宽度有关的模式的用户可控输入。可以选择性地实施包括诸如半模式级和全模式级的两个 或更多个宽度模式级。宽度模式输入可以调整去相关强度。提高在左通道与右通道之间的 去相关强度可以提高与差通道能量相关联的能量，并且因此可以被用于系统400以便扩展 立体声域。在一个左/右域实施方式中，在左通道与右通道之间的更多的去相关也可以提 高差通道能量的能量，并由此提高立体声扩展效果的强度。去相关器410和412至少对超过阈值频率值的频率进行去相关。对更低频率的去 相关是可选的。在一个实施例中，阈值频率值处于300Hz与3kHz之间的频率范围内，包含 300Hz和3kHz。对应于左信号的去相关滤波器410的输出信号以及对应于右信号的去相关 滤波器412的输出被提供给再混洗模块(混洗器)420。混洗器420处理去相关的左/右信号以生成与其去相关的和信号与差信号。混洗 器420将去相关的和信号提供给加法器414并且将去相关的差信号提供给加法器416。再引入来自延迟元件406的延迟的、低频滤波的和输入信号，该和输入信号与加
9法器414处的去相关的、再混洗的和信号成180° (度)的相移。再引入来自延迟元件408 的延迟的、低通差输入信号，该差输入信号与加法器416处的去相关的、再混洗的差信号成 180°的相移。相移可以近似于180°。因此相移基本上是异相的。加法器414将与其组 合的信号提供给和乘法器422。加法器416将与其组合的信号提供给差乘法器424。选择 180°的相移，使得低通滤波信号分量在交叉频率处以最大相位匹配与去相关的高通滤波 信号分量再组合。相移的其它选择(包括无相移的使用)可以适于去相关滤波器的行为在 交叉频率下不同的其它情形。可以通过听力测试来选择适合的相移，其中可以基于主观声 音质量做出选择。 和乘法器422和差乘法器424各自对加法器414和加法器416所提供的组合的和 信号与差信号进行缩放、衰减或增加增益。例如，提升差通道并且降低和通道能够用于扩展 立体声域。来自和乘法器422的和信号被提供给和有限脉冲响应(FIR)滤波器426。来自 差乘法器424的差信号被提供给差FIR滤波器428。 效果强度参数输入也可以通过乘法器422和424中的每一个并且通过FIR滤波器 426和428中的每一个而访问。实施例可以实现影响与立体声域宽度有关的模式的用户可 控输入。可以选择性实施包括半模式级和全模式级的两种(或更多种)宽度模式级。宽度 模式输入可以调整和通道与差通道的增益，以及FIR滤波器426和428的脉冲响应或者其 它特征或功能。重要的是，施加于和与差的增益可以不同。FIR滤波器426在修改的和信号上工作。FIR滤波器428在修改的差信号上工作。 此外，FIR滤波器426和428中的每一个用于提供串音消除和扬声器虚拟化。通过串音消 除功能，FIR滤波器426和428允许聆听者将左信号和右信号感知为从两个扬声器之间的 空间外发出。D.示例性FIR滤波器图5描绘根据本发明的一个实施例的示例性滤波器数据流程500。因此可以描绘 用于和通道与差通道的FIR滤波器(图4)系数的生成。可以通过头影模型(Head Shadow Model) 502实施串音消除滤波器504。在一个实施例中，串音消除滤波器504可以基于串音 消除技术，串音消除技术对于一般的音频技术相关领域的技术人员而言、以及对于特别是 至少与诸如由Schroeder提出或实施的串音消除技术类似的立体声相关领域的技术人员 而言应该是熟悉的。与放置在聆听者前面并且间隔90°的虚拟扬声器相对应的头部相关传递函数 (HRTF) 506，可以被叠加到串音消除滤波器506。重要的是，串音消除滤波器504和HRTF滤 波器506可以被功能地组合或级联在滤波器组合器(combiner) 508中。组合滤波器提供到 均衡校正和扬声器保护(EQ) 510的输入。EQ 510将串音消除滤波器504和HRTF 506的均衡的、组合的特征提供给最终滤波 器512。最终滤波器512可以使低频分量(例如具有200Hz以下频率值的分量)衰减，这可 以给予扬声器一定的保护以免受低频的影响。可能难以通过相对小的尺寸、相对小的功率 处理容量或其它微小特性的扬声器来再现低频，并且可以防止产生失真或过载。基于频率的去相关示例实施例可以通过去相关相对高的频率的各种方法和技术来实施在此所述的基于 频率(例如频率依赖)的去相关技术。在一个实施例中，相对高的频率被去相关，而基本上同时保持低频率同相。如在此所描绘的示例(例如参照图2和图4)中，为了实现频率依赖 去相关，一个实施例使用具有去相关滤波器的交叉滤波器。可替选地，例如如图3所示，一 个实施例可以通过使用补偿校正滤波器移除或减少低频中的去相关而实现频率依赖的去 相关。实施例可以使用全通去相关，全通去相关可以选择性地或排他性地影响信号的相 位。图6描绘根据本发明的一个实施例的示例性去相关滤波器600。在此所述的去相关从 计算的角度看可以是相对地或显著地有效率的。例如，在此所述的去相关器可以通过两(2) 个接头(tap)(例如2个乘法、2个加法)和由延迟元件602提供的延迟线而工作。加法器 604访问到去相关器600的输入。加法器604和606可以执行加法。乘法器608和608可以执行乘法。乘法器610 与延迟元件602共享输入，并且与延迟元件602 —起将输出提供给加法器606。延迟元件 602的输出还提供乘法器608的输入。加法器606从延迟元件602接收音频输入和来自乘 法器608的输出的输入。加法器606提供去相关器600的输出。下面，可以根据等式1来描述在一个实施例中的去相关滤波器的传递函数H(Z)。在等式1中，g是对应于[_1，1]的范围内的实数并且表示与乘法器608和610的 功能相关联的值，而N表示可以与延迟元件602相关联的延迟值。例如，具有与从频率为 48kHz的信号中抽取的25个采样相对应的延迟值的实施方式，对更高的频率生成充分的相 位变化，以有效地对音频输入进行去相关。在一个实施例中，采用g的不同值工作的类似的去相关器或者不同的去相关滤波 器可以被用在左通道和右通道(或者和通道与差通道)上。例如，上面的去相关器对210 和212、310和312、或410和412中的去相关器中的每一个(在此分别参照图2、图3和图 4所描述的)可以采用值g，而在每一对中的另一个去相关器可以采用值g’工作。去相关 器210、310或410中的一个或更多个可以采用值g工作，而去相关器212、312或412中的 一个或更多个可以采用值g’工作。去相关器210和212、310和312、或410和412中的每 一个可以具有类似的结构特征和其它特性。然而重要的是，它们可以各自采用与每个立体 声扩展系统内的另一去相关器不同的操作特性工作。当绝对值|g_g’ I =0(零)时，基本 上不会发生去相关。由于等式1中g是[_1，1]范围内的实数，当|g_g’ I =2( 二)时，可 以使去相关的程度最大化。当|g_g’|的值在0.8与1.6之间的范围内时，可以出现显著的 去相关。在一个实施例中，相似的(或相等的)延迟长度可以与去相关器中的每个相关联， 这可以允许统一且基本上恒量的相位卷绕(Phase wrapping)(例如在线性标度上)。一个 实施例可以采用具有基本上相等的延迟的去相关器以及具有基本上相等但一个符号为正 而另一个为负的符号相反的值g和g’的去相关器。在一个实施例中，每个系统中的去相关 器之一(或另一个)可以有效地被延迟功能替代(例如，替换)，在此情况下，可以在单独的 去相关器中执行频率相关的相移。去相关滤波器左、右音频输入通道在频率上不同地产生 相位差。通过使用g(或g’)的不同值，左和右(或者和与差域)通道可以获得不同的相位 响应。改变右通道和左通道的相位响应可以产生通道间去相关。 H {ζ) =
K等式ι)
11
图7描绘一个示例性实施方式中的振幅和相位响应的屏幕截图。关于去相关实施 方式，屏幕截图700包括左通道和右通道(分别是721和722)的振幅响应迹线(trace) 710 和相位响应曲线720，在该实施方式中，等式1中的值g对于左通道去相关器对应于g = 0. 8，而对于右通道去相关器对应于g = -0. 8。在迹线710中，左通道和右通道响应的振幅 响应715基本上在整个频率范围内均大致为零分贝(dB)。在曲线720中，迹线721对应于 左音频通道，而迹线722对应于右音频通道。迹线721和722示出左通道和右通道可以在 大致IkHz的频率值处共享去相关交叉点。在一个实施例中，可以通过改变与乘法器608和610相关联的系数g和g’来控制 去相关的程度。改变“g”系数可以影响通道之间的相位差。如在此所描述的，效果强度参 数和宽度模式可以与乘法器608和610的增益系数的改变相关联。因此，一个实施例可以 通过改变增益系数的值来控制去相关的量(例如强度)。例如，因此可以实施可选的(例如 可编程的、可调节的)宽度模式。图8描绘在一个示例性实施方式中的绘制不同增益设置下的左通道与右通道之 间的相位响应差异的屏幕截图800。迹线801绘制了在左通道的g值设置为0. 8而右通道 的g值设置为-0. 8的音频通道之间的示例性相位响应差异。迹线802绘制了在左通道增 益值设置为0. 4而右通道增益值设置为-0. 4的音频通道之间的示例性相位响应差异。迹 线801因此可以表示“全宽度模式”相位响应。迹线802因此可以表示“半宽度模式”相位 响应。迹线801和迹线802各自在大致IkHz的频率值处共享交叉点。示例性交叉滤波器实施例可以使用交叉滤波器网络(例如，交叉滤波器202、204和402、404 ；分别在 图2和图4)，这可以将相对高的频率范围分量与相对低的频率范围分量分离(例如，在对高 频分量去相关之前)。图9描绘根据本发明的一个实施例的示例性交叉滤波器900。交叉滤波器900接收和/或访问全带音频输入信号。该输入信号可以提供给无限 脉冲响应(IIR)滤波器901并提供给混合器(加法器)902。还可以使用具有除IIR特性之 外的特性的滤波器，例如可以导致更陡峭的滤波边缘以及伴随更少的重叠。在一个实施例 中，IIR滤波器901被实施为二阶IIR滤波器。在一个实施例中，IIR滤波器901被实施为 具有巴特沃斯(Butterworth)特性。在一个实施例中，IIR滤波器901被实施为二阶巴特 沃斯滤波器。IIR滤波器还可以被实施为具有切比雪夫(Chebyshev)、贝塞尔(Bessel)、椭 圆或其它IIR特性。在一个实施例中使用单个二阶IIR滤波器901和单个混合器902可以 节省与实施交叉滤波器900相关联的计算资源。交叉滤波器900将全带输入信号分成低通 和高通信号分量。图10描绘一个示例性实施方式中的与交叉滤波器相关联的振幅和相位响应曲线 的屏幕截图1000。屏幕截图1000包括振幅曲线1010和相位响应曲线1020。振幅曲线1010 包括低通响应迹线1011、高通响应迹线1012、以及对应于重建信号的迹线1015。相位响应 曲线1020包括低通响应迹线1021、高通响应迹线1022、以及对应于重建信号的迹线1025。高通滤波器响应可以接近一阶斜率。对于交叉点，实施例可以使用相对高的频率 值。因此，接近一阶斜率的高通滤波器响应可以满足通过其实施去相关的情况的需要。图11描绘在一个示例性实施方式中的分别与去相关滤波器和交叉滤波器相关联 的相位响应和振幅曲线的分开的视频截图1100。屏幕截图部分1110以左通道迹线721和右通道迹线722 (图7)绘制与示例性去相关器相关联的相位响应。实施例可以使用被实施为具有基本上线性地间隔的相位卷绕周期的去相关滤波 器。对数地绘制，高频相位差在相对更高的频率下可以比在相对更低的频率下更快速地变 化。IkHz以下的频率在曲线1110中是基本上异相的。从心理声学的角度，去相关的且 异相的左、右低频信号可以由例如具有正常双耳听力的人类聆听者感知为稍微减弱的低音 内容。减弱的低音内容可能至少部分地归因于，低音频率通过可能由异相的通道内容所引 起的破坏性干扰而消除。此外，幻觉的(例如虚拟的)音场中心的位置可以被感知为位移 到一侧(或另一侧)。可以感知音场中心的位移会导致稍微不自然的听力体验。因此，不希 望的相位差1113的范围可能发生在IkHz以下的频率。一个实施例用于对相对高的频率进行去相关并且减小、最小化或防止对相对低的 频率的去相关。一个实施例可以在IkHz的频率处实施交叉点，在该点处左通道与右通道之 间的去相关滤波器的相位差可以通过延迟而被最小化(例如零或大致为零)，该延迟对应 于例如对48kHz去相关器延迟线的25个采样的速率。高频滤波器部件可以被实施为具有一阶跌落(或接近于一阶的跌落)。因此，去相 关滤波器可以保留在IkHz的交叉频率以下的某个效果。然而，去相关器的效果可以随着频 率而降低。在一个实施例中，随着降低频率，降低的去相关效果可以是显著的(例如可能是 实质性的)。在IkHz处，左、右去相关器输出可以基本上同相。然而，在IkHz处，左、右去相关 器输出可以相对于去相关器输入异相180° (或大致如此)。一个实施例因此可以在去相 关之后再引入基本上异相的低频(例如分别通过图2和图4的混合器214、216和/或414、 416)。一个实施例因此可以扩展(延展)通过扬声器再现的音频内容(的立体声图像宽 度)，该扬声器间隔诸如小于IOcm的相对小的距离。根据一个实施例，立体声扩展因此可以 经济地用于诸如移动电话、个人数字助理、诸如Mp3播放器(或者与其它编码解码器有关的 或符合其它格式的音频内容播放器)和游戏设备的便携式声音再现设备、其它娱乐相关的 或便携式设备、膝上和掌上计算机等的装置和设备。在一个实施例中，用于补偿扬声器频率 响应的滤波器可以包括FIR滤波器(例如FIR滤波器426、428 ；图4)。因此，实施例可以被 定制，如用于调节(例如最大化)立体声扩展效果和/或用于定制各种手持送受话器、头戴 式送受话器等，其可以用于移动电话和其它设备和装置。III.示例性实施例因此，本发明的示例性实施例可以涉及在下面段落中列举的一个或更多个示例性 实施例。1. 一种方法，包括步骤访问输入到包括至少两个扬声器的声音再现系统的立体声信号；其中该立体声信号包括多个频率分量；并且其中所述至少两个扬声器被彼此接近地布置；去相关所述频率分量的频率范围；以及
基于所述去相关步骤扩展所述声音再现系统的立体声响应。2.如列举的示例性实施例1所述的方法，还包括步骤预处理该立体声信号；其中所述预处理步骤包括所述去相关步骤。3.如列举的示例性实施例1所述的方法，其中，所述接近对应于所述至少两个扬 声器的间隔，所述间隔在所述去相关步骤之前至少部分地降低与立体声响应相关联的饱满
度质量。4.如列举的示例性实施例3所述的方法，其中，所述间隔不超过二十厘米。5.如列举的示例性实施例3所述的方法，其中，所述间隔不超过十厘米。6.如列举的示例性实施例1所述的方法，其中，所述频率范围对应于高频率。7.如列举的示例性实施例6所述的方法，其中，对超过阈值频率值的高频率执行 去相关步骤。8.如列举的示例性实施例7所述的方法，其中，所述阈值频率值在三百赫兹 (300Hz)与三千赫兹(3kHz)之间的频率值范围内，包含300Hz和3kHz。9. 一种系统，包括用于访问输入到包括至少两个扬声器的声音再现系统的立体声信号的装置；其中所述立体声信号包括多个频率分量；并且其中所述至少两个扬声器被彼此接近地布置；用于去相关所述频率分量的频率范围的装置；以及用于基于所述去相关装置的功能扩展所述声音再现系统的立体声响应的装置。10.如列举的示例性实施例9所述的系统，还包括用于预处理所述立体声信号的装置；其中，所述预处理装置包括所述去相关装置。11.如列举的示例性实施例10所述的系统，其中，所述预处理装置还包括用于对 所述立体声信号输入进行滤波的装置。12.如列举的示例性实施例11所述的系统，其中，所述滤波装置包括以下至少之交叉滤波器；或者相位校正滤波器；其中，所述滤波装置将所述去相关频率范围与另一频率范围分离。13.如列举的示例性实施例12所述的系统，其中所述另一频率分量包括具有在所述去相关频率范围的频率值以下的频率值的频 率分量；并且其中所述预处理装置还包括用于将延迟加入到在所述去相关频率范围的频率值 以下的频率值的装置。14.如列举的示例性实施例13所述的系统，其中，所述系统在以下中的一个或更 多个上工作基于与所述立体声输入相关联的方向性分量的域；或者基于与所述立体声输入相关联的和与差的域。
15.如列举的示例性实施例14所述的系统，其中，对于基于与所述立体声输入相 关联的和与差的域，所述系统还包括用于在所述去相关装置的功能之前将所述立体声输入去混洗到基于方向性的域。16.如列举的示例性实施例15所述的系统，其中，所述系统还包括用于将来自所述去相关装置的去相关信号再混洗回到所述和与差域的装置。17.如列举的示例性实施例16所述的系统，还包括用于对来自所述再混洗装置 的再混洗信号与在所述去相关频率范围的频率值以下的延迟频率值混合的装置。18.如列举的示例性实施例17所述的系统，其中，所述混合装置用于将所述去相 关频率范围的频率值以下的所述延迟频率值与相对于所述再混洗信号成180度的相移混
I=I O19.如列举的示例性实施例17所述的系统，还包括用于对来自所述混合装置的混合信号进行缩放的装置。20.如列举的示例性实施例9或列举的示例性实施例19中一个或更多个所述的系 统，其中所述扩展装置包括扩展滤波装置。21.如列举的示例性实施例20所述的系统，其中所述扩展滤波装置包括有限脉冲 响应滤波器。22.如列举的示例性实施例20所述的系统，其中所述扩展滤波装置包括以下的一 个或更多个用于消除与通过系统处理的至少两个信号相关联的串音分量的装置；用于虚拟化扬声器阵列的装置；或者用于响应头部相关传递函数的装置。23.如列举的示例性实施例22所述的系统，其中所述扩展滤波装置还包括以下的 一个或更多个头影模型；或者均衡校正部件。24.如列举的示例性实施例11所述的系统，其中所述去相关装置包括延迟元件；第一混合器，从所述滤波装置获取输入；第二混合器，从所述延迟元件获取输入；第一放大器，从所述第一混合器获取输入；以及第二放大器，从所述延迟元件获取输入；其中所述第一混合器将来自滤波装置的输入与第二放大器的输出混合；并且其中所述第二混合器将来自所述延迟元件的输入与第一放大器的输出混合，以生 成去相关信号。25.如列举的示例性实施例11所述的系统，其中，所述滤波装置包括无限脉冲响 应滤波器。26.如列举的示例性实施例25所述的系统，其中，所述无限脉冲响应滤波器包括 巴特沃斯滤波器。27.如列举的示例性实施例25所述的系统，其中，所述无限脉冲响应滤波器包括二阶巴特沃斯滤波器。28.如列举的示例性实施例25所述的系统，其中，所述无限脉冲响应滤波器执行 低通滤波器功能。29.如列举的示例性实施例28所述的系统，其中，所述滤波装置还包括混合器，执行高通滤波器功能；其中，所述混合器将基本异相的无限脉冲响应滤波器的输出与立体声输入信号混
I=I O30.如列举的示例性实施例9所述的系统，其中，所述接近对应于所述至少两个扬 声器的间隔，所述间隔在所述去相关装置的功能之前至少部分地降低与立体声响应相关联 的饱满度质量。31.如列举的示例性实施例30所述的系统，其中，所述间隔不超过二十厘米。32.如列举的示例性实施例30所述的系统，其中，所述间隔不超过十厘米。33.如列举的示例性实施例9所述的系统，其中，所述频率范围对应于高频。34.如列举的示例性实施例33所述的系统，其中，所述去相关装置在超过阈值频 率值的高频上工作。35.如列举的示例性实施例34所述的系统，其中，所述阈值频率值处于三百赫兹 (300Hz)与三千赫兹(3kHz)之间的频率值范围之内，包含300Hz和3kHz。36. 一种计算机可读存储介质，包括指令，当所述指令被一个或更多个处理器执行 时，配置如列举的示例性实施例9至35所述的系统。37. 一种计算机可读存储介质，包括指令，当所述指令被一个或更多个处理器执行 时，使计算机系统执行与立体声扩展相关的步骤，其中所述步骤包括如列举的示例性实施例1至8所述的步骤中的一个或更多个。38. 一种集成电路设备，被配置成执行与立体声扩展有关的步骤，其中所述步骤包 括如列举的示例性实施例1至8中任一个所述的方法中的一个或更多个步骤。39. 一种集成电路设备，被配置为立体声扩展系统，其中所述系统包括如列举的示例性实施例9至35中任一个所述的系统。40.如列举的示例性实施例38或39中的一个或更多个所述的集成电路设备，其中 所述集成电路设备包括以下至少之一可编程逻辑器件；或者专用集成电路。41.如列举的示例性实施例40所述的集成电路设备，其中所述可编程逻辑器件包 括以下至少之一微控制器；或者现场可编程门阵列。42. 一种计算机可读存储介质，包括指令，当所述指令被处理实体执行时，配置如 列举的示例性实施例38至41中的一个或更多个所述的集成电路。43. 一种配置成执行与立体声扩展有关的步骤的装置，其中所述步骤包括如列举的示例性实施例1至8中任一个所述的方法中的一个或更多个步骤。
44. 一种配置有立体声扩展系统的装置，其中所述系统包括如列举的示例性实施例9至35中任一个所述的系统。45.如列举的示例性实施例43或44中的一个或更多个所述的装置，其中所述装置 包括以下至少之一通信设备；计算机设备；或者娱乐设备。46. 一种计算机可读存储介质，包括指令，当所述指令被处理实体执行时，控制如 列举的示例性实施例43至45中的一个或更多个所述的装置。47. 一种用于修改包括左输入信号和右输入信号的立体声输入以在分开小于 20cm的扬声器对上回放时提供扩展印象的方法，所述方法包括步骤通过去相关过程来修改所述左和右输入信号，以产生去相关的左通道信号以及去 相关的右通道信号，其中所述去相关的左通道信号根据所述左通道相位响应相对于所述左 输入信号发生相位变化，并且所述去相关的右通道信号根据所述右通道相位响应相对于所 述右输入信号发生相位变化，经由立体声扩展过程来修改所述去相关的左通道信号和所述去相关的右通道信 号，以及将来自所述立体声扩展过程的输出反馈到所述扬声器对，其中，所述左通道相位响应在阈值频率以下的频率处紧密匹配所述右通道相位响 应，而左通道相位响应在所述阈值频率以上的频率处不同于所述右通道相位，其中所述阈 值频率在300Hz与3kHz之间。IV.等效、引伸、替代和各种变形因此描述了立体声扩展的示例性实施例。在前述的说明书中，已经参照可在实施 方式间变化的许多具体细节描述了本发明的实施例。因此，本发明以及本发明的申请人所 预期的发明的单独和排他性的启示，是以该组权利要求提出的具体形式从本申请提出的该 组权利要求，包括任何后续的改正。在此清楚地提出的包含在该权利要求中的术语的任何 限定应该决定权利要求书中所用的该类术语的含义。因此，没有在权利要求中清楚地描述 的限制、要素、特性、特征、优点或属性不应该以任何方式限制该权利要求的范围。因此，应 该认为说明书和附图是说明性的，而非限制意义上的。
1权利要求
一种方法，包括步骤访问输入到包括至少两个扬声器的声音再现系统的立体声信号；其中所述立体声信号包括多个频率分量；并且其中所述至少两个扬声器被彼此接近地布置；去相关所述频率分量的频率范围；以及基于所述去相关步骤扩展所述声音再现系统的立体声响应。
2.根据权利要求1所述的方法，还包括步骤 预处理所述立体声信号；其中所述预处理步骤包括所述去相关步骤。
3.根据权利要求1所述的方法，其中所述接近对应于所述至少两个扬声器的间隔，所 述间隔在所述去相关步骤之前至少部分地降低与所述立体声响应相关联的饱满度质量。
4.一种系统，包括用于访问输入到包括至少两个扬声器的声音再现系统的立体声信号的装置； 其中所述立体声信号包括多个频率分量；并且 其中所述至少两个扬声器被彼此接近地布置； 用于去相关所述频率分量的频率范围的装置；以及用于基于所述去相关装置的功能扩展所述声音再现系统的立体声响应的装置。
5.根据权利要求4所述的系统，还包括 用于预处理所述立体声信号的装置；其中所述预处理装置包括所述去相关装置；并且其中所述预处理装置还包括用于对所述立体声信号输入进行滤波的装置。
6.根据权利要求5所述的系统，其中所述滤波装置包括以下至少之一 交叉滤波器；或者相位校正滤波器；其中，所述滤波装置将所述去相关频率范围与另一频率范围分离。
7.根据权利要求6所述的系统，其中，所述另一频率范围包括具有所述去相关频率范围的频率值以下的频率值的频率分量;并且其中，所述预处理装置还包括用于将延迟加入到所述去相关频率范围的频率值以下的 频率值的装置。
8.根据权利要求4所述的系统，其中，所述系统在以下的一个或更多个上工作 基于与所述立体声输入相关联的方向性分量的域；或者基于与所述立体声输入相关联的和与差的域。
9.根据权利要求8所述的系统，对于基于与所述立体声输入相关联的和与差的域，所 述系统还包括以下的一个或更多个用于在所述去相关装置的功能之前将所述立体声输入去混洗到所述基于方向性的域 中的装置；用于将来自所述去相关装置的去相关信号再混洗回到所述和与差的域中的装置；或者 用于将来自所述再混洗装置的再混洗信号与所述去相关频率范围的频率值以下的延迟的频率值混合的装置。
10. 一种用于修改包括左输入信号和右输入信号的立体声输入以在分开小于20cm的 扬声器对上回放时提供扩展印象的方法，所述方法包括步骤通过去相关过程来修改所述左输入信号和右输入信号，以产生去相关的左通道信号以 及去相关的右通道信号，其中所述去相关的左通道信号根据所述左通道相位响应相对于所 述左输入信号发生相位变化，并且所述去相关的右通道信号根据所述右通道相位响应相对 于所述右输入信号发生相位变化，经由立体声扩展过程来修改所述去相关的左通道信号和所述去相关的右通道信号，以及将来自所述立体声扩展过程的输出反馈到所述扬声器对，其中，所述左通道相位响应在阈值频率以下的频率处紧密匹配所述右通道相位响应， 并且左通道相位响应在所述阈值频率以上的频率处不同于所述右通道相位，其中所述阈值 频率在300Hz与3kHz之间。
全文摘要
在具有至少两个扬声器的声音再现系统中实现扩展立体声响应。访问包括多个频率分量的立体声信号输入。所述扬声器彼此靠近。例如在预处理立体声信号时，去相关频率分量的频率范围。基于所述去相关，扩展声音再现系统的立体声响应。
文档编号H04R3/12GK101946526SQ200980105021
公开日2011年1月12日 申请日期2009年2月11日 优先权日2008年2月14日
发明者纪尧姆·波塔德 申请人:杜比实验室特许公司