一种声音信号处理方法及系统与流程

本申请涉及声音处理技术领域，尤其涉及一种声音信号处理方法及系统。

背景技术：

在家庭中聆听各种音频素材，尤其是在观看电影时，人们往往希望能够听到良好环绕效果，以求更好的沉浸体验。这种环绕效果一般是由摆放在观影者周围的多通路音响系统来提供，目前被最为广泛地采用的多通路环绕系统是5.1家庭影院系统，该系统包含摆放在听众前方的左FL，中C，右FR，和摆放在听众后方的左环绕LS，右环绕RS这5个全频带通路，以及重低音通路LFE。5.1信号经由正确布置的5.1系统重发，可以重现水平面的环绕效果。采用这种多通路重放系统的代价是更高昂的产品价格，以及更复杂的安装方式。因此，人们会希望用更简单的系统来实现环绕效果。

目前已经有使用普通的双通路音响系统来重发5.1信号的技术存在，该类技术中所进行的信号处理过程如图1所示，该过程可以简述如下：对于C通路和LFE通路，对其进行-3dB的衰减后分别馈给双通路系统的左、右通路。对于FL和FR通路，直接馈给左、右通路。对于LS和RS通路，则需要经过更复杂的处理再馈给左、右通路，以产生环绕效果。对于LS和RS通路的处理，是采用头相关传输函数(HRTF)经过信号处理后来产生来自听众侧后方位置的虚拟声源，从而达到用两通路的音响系统重放环绕效果的目的。由于LS和RS采用了更复杂的信号处理，在实际应用中，往往还会对于其他通路的信号进行延时处理，以保证各个通路信号之间的同步。

这类技术中所采用的信号处理方法的推导过程有所不同，但都可以等效为以下两个步骤的处理：

1)产生来自后方空间位置的虚拟声源，即图2中从L、R到EL、ER的过程，经此处理后可产生适合于耳机重放虚拟声源双耳信号；

2)用经过串声消除处理的双扬声器来重放虚拟声源信号，即图2中从EL、ER的过程，经此处理后的扬声器系统的重放效果等同于耳机；

这里面所用到的HRTF数据是由实验测量得到的，这种实验测量往往包含以下两点：

1)在没有反射声的消声室中进行测量；

2)采用的是人工头代替真人进行测量；

在实际情况中，听众的头部和躯干的尺寸和形状跟人工头之间存在差异，音响系统更不会布置在消声室中，而是布置在有一定反射声存在的家居环境中。以上两点至少会对前面提到的信号处理过程中产生的虚拟声源双耳信号造成不良影响，从而损害空间环绕效果。

技术实现要素：

本发明实施例提供了一种声音信号处理方法及系统，用以解决现有技术中空间环绕声音处理效果较差的问题。

其具体的技术方案如下：

一种声音信号处理方法，所述方法包括：

获取表征左后方声音信号的第一Ls信号以及表征右后方声音信号的第一Rs信号；

分别对第一Ls信号以及第一Rs信号进行信号增强处理，得到第二Ls信号以及第二Rs信号；

按照预置墙角双脉冲BCIR响应数据，对所述第二Ls信号以及所述第二Rs信号进行处理，得到虚拟声源双耳信号；

将所述虚拟声源双耳信号反馈给左、右通路。

可选的，在获取表征左后方声音信号的第一Ls信号以及表征右后方声音信号的第一Rs信号之前，所述方法还包括：

在指定空间中，获取墙角双脉冲BCIR响应数据；

将所述墙角脉冲BCIR响应数据进行快速傅里叶变换得到指定传输函数；

将所述指定传输函数作为所述预置墙角脉冲BCIR响应数据。

可选的，在指定空间中，获取墙角双脉冲BCIR响应数据，包括:

将宽度为3m、长度为5m、高度为3m的空间划为所述指定空间；

在所述指定空间内，按照混响时间450ms，获取墙角双脉冲BCIR响应数据。

可选的，在指定空间中，获取墙角双脉冲BCIR响应数据，包括:

将宽度为3m、长度为5m、高度为3m的空间划为所述指定空间；

在所述指定空间内，按照时间窗截取前1024个点的脉冲响应数据，并将所述前1024个点的脉冲响应数据作为墙角双脉冲BCIR响应数据。

可选的，按照预置墙角双脉冲BCIR响应数据，对所述第二Ls信号以及所述第二Rs信号进行处理，得到虚拟声源双耳信号，包括：

通过指定传输函数以及第一公式对得到的第二Ls信号以及第二Rs信号进行串声消除处理，得到第一中间参数；

根据第一中间参数，得到所述虚拟声源双耳信号。

可选的，所述第一公式，具体为：

其中，所述E_L、E_R表征第一中间参数，所述CH_C、CH_I表征传输函数。

可选的，根据第一中间参数，得到所述虚拟声源双耳信号，包括：

对双通路扬声器系统进行串声消除处理，以使得它们适合于重放虚拟声源双耳信号的过程可以用以下数学式表示：

将L`和R`馈给左、右扬声器重放，从扬声器到听众双耳的物理传输过程可以用数学式表示为：

同时根据对称性令α＝H_LL＝H_RR，β＝H_LR＝H_RL可以得到：

一种声音信号处理系统，所述系统包括：

获取模块，用于获取表征左后方声音信号的第一Ls信号以及表征右后方声音信号的第一Rs信号；

处理模块，用于分别对第一Ls信号以及第一Rs信号进行信号增强处理，得到第二Ls信号以及第二Rs信号；按照预置墙角双脉冲BCIR响应数据，对所述第二Ls信号以及所述第二Rs信号进行处理，得到虚拟声源双耳信号；

通讯模块，用于将所述虚拟声源双耳信号反馈给左、右通路。

可选的，所述处理模块，还用于在指定空间中，获取墙角双脉冲BCIR响应数据；将所述墙角脉冲BCIR响应数据进行快速傅里叶变换得到指定传输函数；将所述指定传输函数作为所述预置墙角脉冲BCIR响应数据。

可选的，所述处理模块，还用于将宽度为3m、长度为5m、高度为3m的空间划为所述指定空间；在所述指定空间内，按照混响时间450ms，获取墙角双脉冲BCIR响应数据。

在本发明中，声音处理系统可以分别对第一Ls信号以及第一Rs信号进行信号增强处理，得到第二Ls信号以及第二Rs信号；按照预置墙角双脉冲BCIR响应数据，对第二Ls信号以及第二Rs信号进行处理，得到虚拟声源双耳信号，将虚拟声源双耳信号反馈给左、右通路。通过墙角脉冲响应数据对声音信号进行处理，从产生虚拟声源双儿信号，这样保证了更加明显的环绕声音效果，提升了声音品质。

附图说明

图1为现有技术中双通路重放信号的系统架构图；

图2为现有技术中声音信号处理过程图；

图3为本发明实施例中一种声音信号处理方法的流程图；

图4为本发明实施例中双通路重放信号的系统架构图；

图5为本发明实施例中一种声音信号处理系统的结构示意图。

具体实施方式

下面通过附图以及具体实施例对本发明技术方案做详细的说明，应当理解，本发明实施例以及实施例中的具体技术特征只是对本发明技术方案的说明，而不是限定，在不冲突的情况下，本发明实施例以及实施例中的具体技术特征可以相互组合。

如图3所示为本发明实施例中一种声音信号处理方法的流程图，该方法包括：

S301，获取表征左后方声音信号的第一Ls信号以及表征右后方声音信号的第一Rs信号；

S302，分别对第一Ls信号以及第一Rs信号进行信号增强处理，得到第二Ls信号以及第二Rs信号；

S303，按照预置墙角双脉冲BCIR响应数据，对所述第二Ls信号以及所述第二Rs信号进行处理，得到虚拟声源双耳信号；

S304，将所述虚拟声源双耳信号反馈给左、右通路。

具体来讲，如图4所示，在本发明实施例中，对于低音通路进行增强后再馈给左、右通路，以改善在没有低音炮的系统中的低音效果。所进行的处理包括：在如图1所示的系统中，省去了-3dB衰减的处理，以增强低音的幅度。然后，信号经过一个-3dB的DRC单元再馈给左、右通路，该DRC处理可以避免低音信号幅度过大而造成失真或者影响其他通路的效果。

对于LS和RS通路，采用以下两个特殊处理：

1)对于LS和RS通路进行增强处理，以减小其被其他通路对于他们的掩蔽或干扰作用。其处理方法如下：对LS和RS通路进行+3dB的提升，然后再经过一个-3dB的DRC单元后再馈给左、右通路

2)采用墙角双脉冲BCIR响应数据来进行处理，以产生来自左后方和右后方的虚拟声源双耳信号，然后再经过串声消除处理后馈给左、右通路进行重播。

更进一步来讲，使用人工头在消声室中测量得到的HRTF数据，会使产生的虚拟声源的方位畸变，严重影响环绕效果。环境中的反射声对于声源的定位有非常重要的作用。事实上，听力正常的普通听众也能够明显地感知到这一点，在消声室环境下，所感知到的声源位置明显要比普通房间中的位置更靠近听众，也就是说，反射声的缺失损害了空间位置的感知。

因此，本发明在产生虚拟声源双耳信号时，采用了包含反射声在内的墙角双脉冲响应数据来进行数据处理。

采用包含反射声在内的墙角双脉冲响应数据时，随之而来的问题的是信号处理变得更为复杂。首先，反射声的存在使得脉冲响应的长度大大增加了，尤其是在混响时间较长的房间中测量脉冲响应数据时，脉冲响应的长度使得滤波器的设计变得十分困难，所生产的滤波器抽头数目过于庞大，一般的DSP芯片根本无法处理。在消声室中测得的HRTF数据，能量几乎集中在前面128个数据点，在48kHz的采样频率下，这个过程大约为2.67ms，用它来设计相关的滤波器时，只需要128个抽头误差就可以很小。可是对于一般的家居环境来说，混响时间可以长达数百毫秒，滤波器的效率将变得难以处理。

对于这个问题，本发明中采取的第一个做法将测量环境选择在一个尺寸比较小的房间内，该房间宽度约为3m，长度约为5m，高度约为3m，其混响时间约为450ms。用扬声器在该房间播放各种音源时，都能够听到良好的空间感。在测得双耳脉冲响应数据后，本发明采取的第二个做法是用时间窗截取前面1024个点的脉冲响应数据。有很多研究都指出，前面几次反射声对于空间定位起十分重要的作用。而在尺寸为3m*5m*3m的房间中，1024个数据点可以包含主要的一次发射声和二次反射声。

基于上述的方法可以准确的采集到墙角双脉冲响应数据之后，首先对墙角双脉冲响应数据进行快速傅里叶变换，得到输出函数CH_C、CH_I。

将图2中的H_C和H_I替换为CH_C和CH_I后，产生虚拟声源的过程可用以下数学式表示：

其中，所述E_L、E_R表征第一中间参数，所述CH_C、CH_I表征传输函数。

对双通路扬声器系统进行串声消除处理，以使得它们适合于重放虚拟声源双耳信号的过程可以用以下数学式表示：

将L`和R`馈给左、右扬声器重放，从扬声器到听众双耳的物理传输过程可以用数学式表示为：

通过数学运算得到以下关系式中的G_C和G_I：

综合以上四式，同时根据对称性令α＝H_LL＝H_RR，β＝H_LR＝H_RL可以得到：

最后得到的G_C以及G_I就作为听众侧后方的虚拟声源。

在上述的方法中，通过墙角脉冲响应数据对声音信号进行处理，从产生虚拟声源双儿信号，这样保证了更加明显的环绕声音效果，提升了声音品质。

对应本发明实施例中，一种声音信号处理方法，本发明实施例中还提供了一种声音信号处理系统，如图5所示为本发明实施例中一种声音处理系统的结构示意图，该系统包括：

获取模块501，用于获取表征左后方声音信号的第一Ls信号以及表征右后方声音信号的第一Rs信号；

处理模块502，用于分别对第一Ls信号以及第一Rs信号进行信号增强处理，得到第二Ls信号以及第二Rs信号；按照预置墙角双脉冲BCIR响应数据，对所述第二Ls信号以及所述第二Rs信号进行处理，得到虚拟声源双耳信号；

通讯模块503，用于将所述虚拟声源双耳信号反馈给左、右通路。

进一步，在本发明实施例中，所述处理模块502，还用于在指定空间中，获取墙角双脉冲BCIR响应数据；将所述墙角脉冲BCIR响应数据进行快速傅里叶变换得到指定传输函数；将所述指定传输函数作为所述预置墙角脉冲BCIR响应数据。

进一步，在本发明实施例中，所述处理模块502，还用于将宽度为3m、长度为5m、高度为3m的空间划为所述指定空间；在所述指定空间内，按照混响时间450ms，获取墙角双脉冲BCIR响应数据。

尽管已描述了本申请的优选实施例，但本领域内的普通技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本申请范围的所有变更和修改。

显然，本领域的技术人员可以对本申请进行各种改动和变型而不脱离本申请的精神和范围。这样，倘若本申请的这些修改和变型属于本申请权利要求及其等同技术的范围之内，则本申请也意图包含这些改动和变型在内。