用于混合至少两个音频信号的布置的制作方法

用于混合至少两个音频信号的布置的制作方法
【专利摘要】为了在下混合布置中实现针对低频处的重现响度中的改变的校正，提出一种用于混合至少两个音频信号的混合布置，所述混合布置设有：用于导出第一功率信号的第一单元（104），所述第一功率信号为第一音频信号的功率的量度；用于导出第二功率信号的第二单元（105），所述第二功率信号为第二音频信号的功率的量度；用于导出互相关信号的互相关单元（103），所述互相关信号为第一和第二音频信号之间的互相关的量度；用于从第一和第二功率信号以及互相关信号导出乘法参数的单元（106）；以及用于执行对第一和第二音频信号的信号处理并组合它们的乘法与组合单元（107）。用于导出乘法参数的单元（106）设有用于导出组合信号的组合单元（110），所述组合信号为第一和第二功率信号以及互相关信号的组合的量度；并且设有用于利用缩放信号对用于导出乘法参数的单元中的信号之一进行缩放的缩放单元（109）。所述缩放信号（D[k]）具有在第一频率值（kL）以下基本上恒定、在第一频率值（kL）和第二频率值（kU）之间增加、并且在第二频率值以上再次基本上恒定的频率特性。用于导出乘法参数的单元（106）被进一步适配成从组合信号导出单个乘法参数（m[k]）；并且乘法与组合单元（107）被适配成对第一和第二音频信号执行信号处理，其等价于：将第一和第二音频信号乘以该单个乘法参数，并且将如此相乘后的第一和第二音频信号组合。
【专利说明】用于混合至少两个音频信号的布置

【技术领域】
[0001] 本发明涉及根据主权利要求的前序部分的用于混合至少两个音频信号的布置。该 类型的布置从W02011/057922A1中已知并且在那被用在用于实现立体声音频信号中的环 绕音频信号的下混合布置中。

【背景技术】
[0002] 梳状滤波器补偿被用在用来消除声染色的这种下混合布置中。在该过程中做出假 设：声场在其中单独信道的声音功率的平均水平相加到一起的重现期间出现。因此，其平均 地在重现区域中生成表现得好似要混合的输入信号是不相关的频谱。
[0003] 已知的下混合布置具有低频信号分量在梳状滤波器补偿下混合中以错误音量重 现的缺陷。
[0004] 信道信号中的低频分量通常在音频重现中在相位方面一致(或者至少强烈地相 关)。在这种情况下，单独信道的声波的相位也由于重现区域中的大波长而很难彼此偏离， 并且因而声压在此将相加到一起，而不是声功率级。
[0005] 这频繁地导致下混合梳状滤波器补偿使音乐中的低音范围比其余部分更安 静；因而说其利用功率叠加使得"好事过头反成坏事"。基于惯例相加（并且因而不具 有梳状滤波器补偿）的下混合将更适于低音范围。创建用于环绕和用于立体声的两个 单独的混合的声音工程师在听它时可以感知声场中的这些差异并且因此将在混合中考 虑到它们。但是，针对差异的一组量值不能被确定，原因在于量值将依赖于除信号自身 之外的重现区域的特性。在本文直接声音分量与混响声分量之比是决定性量(参见T. Gdrnc,Tontechnik[SoundEngineering],p.377)〇


【发明内容】

[0006] 本发明基于以下问题：提出一种混合布置，用以确保除在大的程度上保留音色和 空间效果之外，在环绕到立体声的下混合中在立体声版本的重现中实现与原始环绕版本中 相同的感知音量，并且混合质量将因此接近由声音工程师的单独混合的混合质量。
[0007] 为此，根据本发明的混合布置具有在权利要求1中要求保护的特性。根据本发明 的混合布置的有利设计形式被包含在从属权利要求中。
[0008] 本发明基于混合中的频率依赖的提出缩放（scaling)的步骤。特别地，该缩放依 赖于频率而具有针对中等范围到高频的恒定值D"，并且其在朝向低频的过渡范围中连续降 低到小残留分量a.Dp
[0009] 用于典型的重现区域的过渡范围的实际值下限kt近似为250…500Hz，上限ku近 似为750?1500Hz，并且缩放信号的残留分量因子a近似为零。kpb和a的值的选择还可 以被用来优化混合并且在该过程中可以从上述典型值偏离，这依赖于重现区域的环境。
[0010] 直线函数的使用建议自身用于所述过渡。
[0011] 扩展的解决方案想法是在减小的程度上执行缩放，如果真要如此的话，彼此相 对反相关的频谱分量要相加到一起。这防止缩放措施在如下情况中以梳状滤波器槽口 (notch)的期望平衡为代价，所述情况是后者也出现在低频中。反相关分量可以通过以下事 实来标识：它们的要混合的信号的互相关的伴随值落至优选地具有零值的阈值以下。
[0012] 解决此的方法是在下混合加法器中创建用于低频的惯例相加和用于较高频率的 功率叠加之间的连续过渡。
[0013] 在该过程中，根据本发明的缩放被应用于频率范围中的功率叠加，其被给出控制 其梳状滤波器补偿效果的程度的能力，以及如果必要的话在要相加的彼此相对相关的频谱 分量与彼此相对反相关的频率分量之间进行区分的能力。
[0014] 应指出，DE102009052992和W02004/084185也公开了用于混合至少两个音频信号 的布置。然而在该范围下，在那些文档中公开了缩放信号，缩放因子是恒定的并且非频率依 赖的，更不必说它们公开了如所要求保护的特定频率依赖性。

【专利附图】

【附图说明】
[0015] 将借助于在以下附图的描述中的几个示例来进一步解释本发明。在附图中示出以 下内容： 图1示出根据本发明的混合布置的第一示例； 图2示出在根据图1的示例中的作为频率的函数的缩放信号的行为； 图3示出根据本发明的混合布置的第二示例； 图4示出作为第一示例的扩展版本的混合布置的第三示例； 图5示出在根据图3的示例中的作为频率的函数的另一缩放信号的行为； 图6示出作为第二示例的扩展版本的混合布置的第四示例； 图7示出用于混合多于两个音频信号的混合布置；以及 图8示出在互相关信号落至提前建立的阈值以下的情况下根据图6的示例中的作为频 率的函数的缩放信号的行为。

【具体实施方式】
[0016] 图1示出根据本发明的混合布置的示例。在该示例中，两个音频信号被混合以形 成混合音频信号。混合布置设有第一输入101和第二输出102以接收两个音频信号A[k] 和B[k]，它们在此已经被转换到频率范围中。这两个输入分别耦合到用于导出互相关信号 XAB[k]的互相关单元（103)的相应输入，所述互相关信号是第一音频信号A[k]和第二音频 信号B[k]之间的互相关的量度。输入101同样耦合到用于导出第一功率信号eA [k]的第 一单兀104的输入，所述第一功率信号为第一音频信号A[k]的功率的量度。输入102同样 耦合到用于导出第二功率信号％ [k]的第二单元（105)的输入，所述第二功率信号为第二 音频信号B[k]的功率的量度。
[0017] 混合布置还包括用于从第一和第二功率信号以及互相关信号导出至少一个乘法 参数的单元106。为此，单元106的输入耦合到单元103、104和105的相应输出。此外，提 供乘法与组合单元107以对第一音频信号A[k]和第二音频信号B[k]执行信号处理。为此， 乘法与组合单元107的输入连接到混合布置的相应输入101和102。乘法与组合单元107 被设置成对第一音频信号A[k]和第二音频信号B[k]执行其信号处理，这等价于： 〇将第一音频信号A[k]乘以乘法参数mA [k]， 〇将第二音频信号B[k]乘以乘法参数mB [k]，以及 〇将以该方式相乘后的第一和第二音频信号组合以生成混合音频信号S[k]并且将 该混合音频信号S[k]馈送到输出108。
[0018] 用于导出乘法参数的单元106设有用于利用缩放信号D[k]对用于导出乘法参数 的单元106中的信号进行缩放的缩放单元109。在该示例中，互相关信号xAB[k]乘以该缩 放信号D[k]以获得经缩放的互相关信号yAB[k]。
[0019] 经缩放的互相关信号yAB[k]被馈送到用于导出组合信号的组合单元110的输入， 所述组合信号分别为第一功率信号eA [k]和第二功率信号^ [k]的组合的以及(在该情况 中经缩放的)互相关信号yAB[k]的量度。为此，第一单元103和第二单元104的输出同样耦 合到组合单元110的相应输入。
[0020] 缩放信号D[k]具有如图2中所示的频率特性。频率特性是在第一频率匕以下基 本上恒定，在第一频率匕到更高的第二频率k"之间增加，并且在第二频率k"以上再次基本 上恒定。
[0021] 在第二频率k"以上基本上恒定的值为Du，其位于值范围[0. 36 ;0. 81]中并且优选 地等于0. 49。在第一频率匕以下基本上恒定的值等于a.Du;以下应用于a:0<a< 1。
[0022] 在该示例中，组合单元110被设置成根据下式导出组合信号：

【权利要求】
1. 一种用于混合至少两个音频信号的布置，其包括： -用于接收至少两个音频信号的输入（101、102)， -用于导出第一功率信号的第一单兀（104)，所述第一功率信号为用于第一音频信号 的功率的量度， -用于导出第二功率信号的第二单元（105)，所述第二功率信号为用于第二音频信号 的功率的量度， -用于导出互相关信号的互相关单元（103)，所述互相关信号为第一和第二音频信号 之间的互相关的量度， -用于从第一和第二功率信号以及互相关信号导出至少一个乘法参数的单元（106)， -用于对第一和第二音频信号执行信号处理的乘法与组合单元（107)，所述信号处理 等价于： 〇将第一音频信号乘以乘法参数， 〇将第二音频信号乘以乘法参数， 〇将如此相乘后的第一和第二音频信号组合以生成混合音频信号， 所述布置的特征在于： 用于导出乘法参数的单元（106)设有用于导出作为用于第一和第二功率信号以及互相 关信号的组合的量度的组合信号的组合单元（110)，并且设有用于利用缩放信号对用于导 出乘法参数的单元（106)中的信号分量进行缩放的缩放单元（109)， 所述缩放信号（D[k])具有在第一频率值（匕）以下的频率范围中基本上恒定、在第一频 率值（匕）和更高的第二频率值（b)之间的频率范围中增加并且在第二频率值以上的频率 范围中再次基本上恒定的频率特性， 用于导出乘法参数的单元（106)被适配成从所述组合信号导出单个乘法参数(m[k])， 以及 所述乘法与组合单元（107)被适配成对第一和第二音频信号执行信号处理，所述信号 处理等价于： 〇将第一音频信号和第二音频信号乘以单个乘法参数，以及 〇将如此相乘后的第一和第二音频信号组合（图1、2)。
2. 如权利要求1所述的布置，其特征在于所述频率特性在所述第二频率以上的基本上 恒定的值等于D"，其中D"位于[0. 36 ;0. 81]的值范围中，并且在所述第一频率以下的基本 上恒定的值等于a.Du，其中a满足0彡a<l (图2)。
3. 如权利要求1或2所述的布置，第一和第二音频信号以及互相关信号是被转换在频 域中的信号（A [k]、B [k]、S [k])，其特征在于所述缩放单元（109)被适配成通过缩放信号对 所述互相关信号进行缩放以导出经缩放的互相关信号，所述缩放根据以下公式： yAB[k]-x.iB[k],D[kl 其中yAB[k]为所述经缩放的互相关信号，XAB[k]为所述互相关信号，D[k]为所述缩放 信号，并且k为频率参数（图1)。
4. 如权利要求3所述的布置，其特征在于所述组合单元（110)被适配成根据以下公式 导出所述组合信号C[k]: C：1k] I-L) ^ icdkj + c"|k]) ^ {{li^u. (cA[k| + Ci?[ki) + 2 . yA?4kl?l 2 其中eA[k]和eB[k]分别为第一和第二功率信号，并且L为恒定限制参数，其值为非负 的且优选地位于[〇. 05 ;0. 5]的值范围中（图1)。
5. 如权利要求4所述的布置，其特征在于用于导出乘法参数的单元（106)被适配成根 据以下公式从所述组合信号导出单个乘法参数： _卜 qk] 其中m[k]为所述单个乘法参数的值（图1)。
6. 如权利要求1所述的布置，其特征在于所述频率特性在所述第二频率以上的基本上 恒定的值等于D"'，其中D"'位于[0.6;0.9]的值范围中，并且在所述第一频率以下的基本 上恒定的值等于a' . D;，其中a'满足0彡a < 1 (图5)。
7. 如权利要求1或6所述的布置，第一和第二音频信号以及互相关信号是被转换在频 域中的信号以[1〇、8[?、5[1〇)，其特征在于用于导出所述组合信号(：[?的组合单元（310) 被适配成根据以下公式执行信号处理： C：lkJ)-(0 ? U.fCAikJ i e"lk])/((I ^ LMcAlkJ - e,，tk]? i 2,xA?[k]))iJ 其中eA[k]和eB[k]分别为第一和第二功率信号，xAB[k]为所述互相关信号，L为位于 [0. 05 ;0. 5]的值范围中的恒定限制参数，并且k为频率参数（图3)。
8. 如权利要求7所述的布置，其特征在于所述缩放单元（309)被适配成通过缩放信号 对所述组合信号进行缩放以用于导出经缩放的组合信号，所述缩放根据以下公式： IC[k] - I). Dlkl t ! 其中D' [k]为所述缩放信号（图3)。
9. 如权利要求8所述的布置，其特征在于用于导出乘法参数的单元（306)被适配成根 据以下公式从经缩放的组合信号导出单个乘法参数： m[k]H.k] - 1}. D.[k] + 1 其中m[k]为所述单个乘法参数（图3)。
10. 如权利要求4或7所述的布置，其特征在于L=0 (图4、6)。
11. 如前述权利要求中的任一项所述的布置，其特征在于， 其进一步设有阈值检测器（411)，所述阈值检测器用于： _建立所述互相关信号是否低于预设的阈值（T)， -响应于所述互相关信号小于所述阈值（T)而生成切换控制信号，以及 -将所述切换控制信号供应到用于导出乘法参数的单元（406、406'），以及 用于导出乘法参数的单元（406、406'）被适配成响应于接收到所述切换控制信号 (415)而切换到对第一和第二功率信号以及互相关信号的另一信号处理步骤（406'），以用 于导出第一乘法参数mA[k]并用于导出具有恒定值的第二乘法参数mB[k]，以及 所述乘法与组合单元（407)被进一步适配成对第一和第二音频信号执行信号处理步 骤，所述信号处理步骤等价于将第一音频信号乘以第一乘法参数并且将第二音频信号乘以 第二乘法参数，并且将如此相乘后的第一和第二音频信号组合（图4)。
12. 如权利要求11所述的布置，第一和第二音频信号以及互相关信号是被转换在频域 中的信号（A [k]、B [k]、S [k])，其特征在于所述缩放单元（409'）被适配成响应于接收到所 述切换控制信号而切换到对所述互相关信号的另一缩放步骤，所述另一缩放步骤根据以下 公式： y*Aii[kl = xAM[kl.l>*'Wl 其中y'AB[k]为经缩放的互相关信号，xAB[k]为所述互相关信号，D'' [k]为用于所述另 一缩放步骤的另一缩放信号，并且k为频率参数（图4、8)。
13. 如权利要求12所述的布置，其特征在于所述另一缩放信号（D'' [k])具有在第三频 率（V '）以下的频率范围中基本上恒定、在第三频率（V '）和更高的第四频率（k; '）之间 的频率范围中增加并且在第四频率以上的频率范围中再次基本上恒定的频率特性（图8)。
14. 如权利要求13所述的布置，其特征在于所述频率特性在所述第四频率值（k"' '）以 上的基本上恒定的值等于D"' '，其中D"' '位于[0. 5 ;1]的值范围中且优选地等于1，所述频 率特性在所述第三频率值（V '）以下的基本上恒定的值等于a' '. D"' '，其中a' '位于[0 ; 1]的值范围中（图8)。
15. 如权利要求12至14中的任一项所述的布置，其特征在于， 用于导出乘法参数的单元（406'）被适配成根据以下公式导出第一乘法参数（mA[k]): {CAfk'lV , cn(k])f + 1)'3 - Cy'^ufkJ - - L* . c?fk]) 其中eA[k]和％[?分别为第一和第二功率信号，y'AB[k]为经缩放的互相关信号，L'是 其值是非负的且优选地位于[〇. 05 ;0. 5]的值范围中的恒定限制参数，k为频率参数，以及 第二乘法参数（mB[k])等于1 (图4、6)。
16. 如权利要求11至15中的任一项所述的布置，其特征在于预设的阈值（T)等于零。
17. 如权利要求13至16中的任一项所述的布置，其特征在于所述第一频率等于所述第 三频率，并且所述第二频率等于所述第四频率。
18. 如权利要求2、6或14所述的布置，其特征在于a和a'优选地等于零并且a''优选 地等于1。
19. 如权利要求15所述的布置，其特征在于L'=0。
20. 如权利要求3至19中的任一项所述的布置，其特征在于所述第一单元（104)被适 配成根据以下公式导出所述第一功率信号： cAfk) = Rc(AlkJ), RdA|k|| i ImiAlkU , Im(Afkl) 其中A[k]为被转换在频域中的所述第一音频信号的频率值， 所述第二单元（105)被适配成根据以下公式导出所述第二功率信号： c?{k| = Rc(B[k；]|. RwlBfkp ^ , Im(B[kD 其中B[k]为被转换在频域中的所述第二功率信号的频率值，以及 所述互相关单元（103)被适配成根据以下公式导出所述互相关信号： xmik) = Rc(AlkJ). Rc(BIk}? + Ira(A[kD , imCBltjl， 并且其中Re和Im分别为所述频率值的实和虚部（图1)。
【文档编号】H04S3/00GK104350768SQ201380016762
【公开日】2015年2月11日 申请日期:2013年3月26日 优先权日:2012年3月27日
【发明者】S.戈森斯, J.格罗, C.哈特曼恩 申请人:无线电广播技术研究所有限公司