用于扬声器的多声道子带空间处理的制作方法

本公开内容的实施方式总体地涉及音频信号处理的领域，并且更具体地，涉及空间增强的多声道音频。

背景技术：

环绕声是指包括具有被定位在收听者周围的扬声器的多个声道的音频信号的声音再现。例如，5.1环绕声使用六个声道用于前扬声器、左扬声器和右扬声器、低音炮以及后(或“环绕”)左扬声器和后右扬声器。在另一示例中，7.1环绕声通过将5.1环绕声配置的左后和右扬声器分离成四个单独的扬声器例如左环绕扬声器、右环绕扬声器、左后环绕扬声器和右后环绕扬声器来使用八个声道。多声道音频信号的音频声道可以与下述角位置相关联，该角位置与音频声道输出至的扬声器的位置相对应。因此，当音频信号被输出至不同位置处的扬声器时，多声道音频信号使得收听者能够感知声场中的空间感。然而，当用于环绕声的多声道音频信号被输出至立体声(例如，左和右)扬声器或头戴式扬声器时，空间感可能丢失。

技术实现要素：

示例实施方式涉及将(例如，环绕声)多声道输入音频信号处理成用于左扬声器和右扬声器的立体声输出信号，同时保持或增强多声道输入音频信号的声场的空间感。其中，该处理导致了下述收听体验，其中，音频信号的每个声道被感知为源自与音频信号在环绕声系统(例如，5.1、7.1等)上呈现的情况下将发生的方向相同或相似的方向。

在一些示例实施方式中，接收包括左输入声道、右输入声道、左外围输入声道和右外围输入声道的多声道输入音频信号。对左输入声道、右输入声道、左外围输入声道和右外围输入声道执行子带空间处理以创建空间增强声道。子带空间处理可以包括对左输入声道、右输入声道、左外围输入声道和右外围输入声道的中间子带分量和侧子带分量进行增益调整。对空间增强声道执行串扰消除以产生串扰消除的左声道和右串扰消除声道。根据左串扰消除声道产生左输出声道，以及根据右串扰消除声道产生右输出声道。

左外围声道和右外围声道可以包括左环绕输入声道和右环绕输入声道，以及/或者左环绕后输入声道和右环绕后输入声道。多声道输入音频信号还可以包括可以与串扰消除的输出组合的中央声道和低频声道。

在一些实施方式中，对对应的左右声道对中的每一对执行子带空间处理。例如，可以通过对左输入声道和右输入声道的中间子带分量和侧子带分量进行增益调整，对左外围输入声道和右外围输入声道的中间子带分量和侧子带分量进行增益调整，并且将左输入声道、右输入声道、左外围输入声道和右外围输入声道的经增益调整的中间子带分量和经增益调整的侧子带分量组合成左组合声道和右组合声道来执行子带空间处理。对左组合声道和右组合声道执行串扰消除以产生输出声道。

在一些实施方式中，对组合的左声道和右声道执行子带空间处理。例如，子带空间处理可以包括将左输入声道和左外围输入声道组合为左组合声道，将右输入声道和右外围输入声道组合为右组合声道，以及对左组合声道和右组合声道的中间子带分量和侧子带分量进行增益调整以创建左空间增强声道和右空间增强声道。对左空间增强声道和右空间增强声道执行串扰消除以产生输出声道。

在一些实施方式中，将双耳滤波器(binauralfilter)应用于输入声道的至少一部分。例如，将双耳滤波器应用于外围输入声道以对与外围输入声道相关联的角位置进行调整。在一些实施方式中，将双耳滤波器应用于任何输入声道以适于对与该输入声道相关联的角位置进行调整，包括左输入声道或右输入声道。

一些实施方式可以包括一种用于处理多声道输入音频信号的系统。该系统包括下述电路，该电路被配置成：接收包括左输入声道、右输入声道、左外围输入声道和右外围输入声道的多声道输入音频信号；对左输入声道、右输入声道、左外围输入声道和右外围输入声道执行子带空间处理以创建空间增强声道，子带空间处理包括对左输入声道、右输入声道、左外围输入声道和右外围输入声道的中间子带分量和侧子带分量进行增益调整；对空间增强声道执行串扰消除以创建左串扰消除声道和右串扰消除声道；以及根据左串扰消除声道产生左输出声道，以及根据右串扰消除声道产生右输出声道。

一些实施方式可以包括一种存储程序代码的非暂态计算机可读介质。该程序代码可以是包括可执行指令的软件。该程序代码可以由一个或更多个处理器执行。该程序代码在由处理器执行时使该处理器接收包括左输入声道、右输入声道、左外围输入声道和右外围输入声道的多声道输入音频信号。当被执行时，该程序代码在由处理器执行时可以使处理器对左输入声道、右输入声道、左外围输入声道和右外围输入声道执行子带空间处理以创建空间增强声道。子带空间处理可以包括对左输入声道、右输入声道、左外围输入声道和右外围输入声道的中间子带分量和侧子带分量进行增益调整。该程序代码在由处理器执行时可以使处理器对空间增强声道执行串扰消除以创建左串扰消除声道和右串扰消除声道。该程序代码在由处理器执行时还可以使处理器根据左串扰消除声道产生左输出声道，以及根据右串扰消除声道产生右输出声道。

附图说明

图1示出了根据一个实施方式的环绕声立体声音频再现系统的示例。

图2示出了根据一个实施方式的音频系统的示例。

图3示出了根据一个实施方式的子带空间处理器的示例。

图4示出了根据一个实施方式的串扰消除处理器的示例。

图5示出了根据一个实施方式的利用图2所示的音频系统来增强音频信号的方法的示例。

图6示出了根据一个实施方式的音频系统的示例。

图7示出了根据一个实施方式的利用图6所示的音频系统来增强音频信号的方法的示例。

图8示出了根据一个实施方式的计算机系统的示例。

具体实施方式

说明书中描述的特征和优点并非包括一切，并且特别地，鉴于附图、说明书和权利要求书，许多附加特征和优点对于本领域普通技术人员而言将是明显的。此外，应当注意的是，本说明书中使用的语言主要出于可读性和指导性目的来进行选择，而并非被选择用于界定或限制本发明的主题。

附图(图)和下面的描述仅通过说明的方式涉及优选实施方式。应当注意的是，根据以下讨论，在不偏离本发明的原理的情况下，本文所公开的结构和方法的替选实施方式将容易地被认识作为可以采用的可行的替选方案。

现在将详细参照本发明的若干实施方式，所述若干实施方式的示例在附图中示出。注意，其中，类似或相似的附图标记可以在附图中使用，并且可以指示类似或相似的功能。附图仅出于说明的目的来描绘实施方式。本领域技术人员根据以下描述将容易认识到，在不偏离在本文中描述的原理的情况下，可以采用本文中所示的结构和方法的替选实施方式。

示例环绕声立体声和示例音频系统

本文所讨论的音频系统提供了用于输出到立体声(例如，左和右)扬声器的多声道环绕声音频信号的串扰处理和空间增强。信号处理导致在多声道环绕声音频信号中编码的声场的空间感的保持或增强。其中，使用多扬声器环绕声系统实现的空间感是使用立体声扬声器实现的。

图1示出了根据一个实施方式的环绕声立体声音频再现系统100的示例。系统100是向收听者140提供音频信号再现的7.1环绕声系统的示例。系统100包括左扬声器110l、右扬声器110r、中央扬声器115、低音炮125、左环绕扬声器120l、右环绕扬声器120r、左环绕后扬声器130l和右环绕扬声器130r。中央扬声器115和低音炮125可以被定位在收听者140的前面，其定义了0°处的前向轴。左扬声器110l可以被定位在相对于前向轴成-20°到-30°之间的角度处，以及右扬声器110r可以被定位在相对于前向轴成20°到30°之间的角度处。左环绕扬声器120l可被定位在相对于前向轴成-90°到-110°之间的角度处，以及右环绕扬声器120r可以被定位在相对于前向轴成90°到110°之间的角度处。左环绕后扬声器130l可以被定位在相对于前向轴成-135°到-150°之间的角度处，以及右环绕扬声器130r可以被定位在相对于前向轴成135°到150°之间的角度处。系统100可以被配置成接收包括针对扬声器110、115、120和130以及低音炮125中的每一个的声道的音频信号。多个扬声器及其位置布置提供了可以由收听者140感知的声场中的空间感。如下文更详细地论述，音频系统可以被配置成将环绕声系统100的多声道输入音频信号处理成用于左扬声器和右扬声器(例如，扬声器110l及110r)的增强的立体声信号，该增强的立体声信号使用多声道音频信号再现或模拟由环绕声系统100产生的声场中的空间感。

图2示出了根据一个实施方式的音频系统200的示例。音频系统200接收下述输入音频信号，该输入音频信号包括左输入声道201a、右输入声道210b、中央输入声道210c、低频输入声道210d、左环绕输入声道210e、右环绕输入声道210f、左环绕后输入声道210g和右环绕后输入声道210h。

声道210e、210f、210g和210h是环绕扬声器的外围声道的示例。外围声道可以包括除了左输入声道和右输入声道之外的声道。外围声道可包括声道对，例如左右对、或者前后对、或者其他对布置。例如，当输入音频信号由环绕声立体声音频再现系统100输出时，左环绕扬声器120l接收左环绕输入声道210e，右环绕扬声器120r接收右环绕输入声道210f，左环绕后扬声器130l接收左环绕后输入声道210g，以及右环绕后扬声器130r接收右环绕后输入声道210h。在一些实施方式中，输入音频信号具有更少或更多的外围声道。例如，用于5.1环绕声系统的音频输入信号可以包括仅两个外围声道，例如可以被输出至左环绕扬声器的左环绕输入声道以及被输出至右环绕扬声器的右环绕输入声道。类似地，左扬声器110l可以接收左输入声道210a，右扬声器110r可以接收右输入声道210b，中央扬声器115可以接收中央输入声道210c，并且低音炮125可以接收低频输入声道210d。输入音频信号在由环绕声立体声音频再现系统100输出时提供声场的空间感。

音频系统200接收输入音频信号，并产生包括左输出声道290l和右输出声道290r的输出信号。音频系统200可以组合输入音频信号的输入声道，并且还可以提供增强例如子带空间处理和串扰消除，以产生输出音频信号。左输出声道290l可以被提供至左扬声器，以及右输出声道290r可以被输出至右扬声器。输出音频信号使用左扬声器和右扬声器(例如，左扬声器110l和右扬声器110r)提供声场的空间感，这通常通过使用包括多个(例如，外围)扬声器的环绕声系统输出输入音频信号来实现。

音频系统200包括：增益215a、215b、215c、215d、215e、215f、215g和215h；子带空间处理器230a、230b和230c；高架滤波器(highshelffilter)220；划分器240；双耳滤波器250a、250b、250c和250d；左声道组合器260a；右声道组合器260b；串扰消除处理器270；左声道组合器260c；右声道组合器260d以及输出增益280。

增益215a到215h中的每一个可以接收相应的输入声道210a到210h，并且可以将增益施加至输入声道210a到210h。增益215a到215h可以是不同的以相对于彼此调整输入声道的增益，或者可以是相同的。在一些实施方式中，将正增益施加至左和右外围输入声道210e、210f、210g和210h，并且将负增益施加至中央声道210c。例如，增益215a可以施加0db增益，增益215b可以施加0db增益，增益215c可以施加-3db增益，增益215d可以施加0db增益，增益215e可以施加3db增益，增益215f可以施加3db增益，增益215g可以施加3db增益，以及增益215h可以施加3db增益。

增益215a和增益215b耦接至子带空间处理器230。类似地，增益215e和215f耦接至子带空间处理器230b，以及增益215g和215h耦接至子带空间处理器230c。子带空间处理器230a、230b和230c各自对对应的左和右声道对应用子带空间处理。

每个子带空间处理器230通过对左输入声道和右输入声道的中间子带分量和侧子带分量进行增益调整来对左输入声道和右输入声道执行子带空间处理，以产生左空间增强声道和右空间增强声道。子带空间处理器230a对左输入声道和右输入声道执行子带空间处理，而其他子带空间处理器230b和230c各自对对应的左外围声道和右外围声道执行子带空间处理。取决于输入音频信号中外围声道的数量，音频系统200可以包括更多或更少的子带空间处理器。在一些实施方式中，没有左/右对应的声道(例如中央输入声道210c、低频输入声道210d、或者其他类型的声道例如后中央、头顶中央等)可以旁路sbs(子带空间)处理。

子带空间处理器230b耦接至双耳滤波器250a和250b。子带空间处理器230b将左空间增强声道提供至双耳滤波器250a，并且将右空间增强声道提供至双耳滤波器250b。类似地，子带空间处理器230c耦接至双耳滤波器250c和250d。子带空间处理器230c将左空间增强声道提供至双耳滤波器250c，并且将右空间增强声道提供至双耳滤波器250d。关于子带空间处理器230的附加细节在图3中示出并在下面讨论。

双耳滤波器250a、250b、250c和250d中的每一个应用头部相关传递函数(hrtf)，头部相关传递函数描述收听者应当从其感知输入声道的声音的目标源位置。每个双耳滤波器接收输入声道，并且通过应用对与输入声道相关联的角位置进行调整的hrtf来产生左输出声道和右输出声道。角度位置可以包括如图1所示在x-y“方位”平面中相对于收听者140定义的角度，并且还可以包括在z轴中定义的角度，例如针对高保真度立体声响复制信号或基于声道的格式，其包含旨在相对于收听者140在x-y平面上方或下方呈现的信号。例如，双耳滤波器250a可以被配置成基于左环绕输入声道210e来应用滤波器，左环绕输入声道210e与相对于左环绕扬声器120l的前向轴成-90°到-110°之间的(在x-y平面中定义的)角度相关联。双耳滤波器250b可以被配置成基于右环绕输入声道210f来应用滤波器，右环绕输入声道210f与相对于右环绕扬声器120l的前向轴成90°到110°之间的角度相关联。双耳滤波器250c可以被配置成基于左环绕后输入声道210g来应用滤波器，左环绕后输入声道210g与相对于左环绕后扬声器130l的前向轴成-135°到-150°之间的角度相关联。双耳滤波器250d可以被配置成基于右环绕后输入声道210h来应用滤波器，右环绕后输入声道210h与相对于后扬声器130r的前向轴成135°到150°之间的角度相关联。在一些实施方式中，可以完全旁路双耳处理以保持声道间频谱一致性。可以从音频系统200中省略双耳滤波器250a、250b、250c和250d中的一个或更多个。然而，可以使用双耳滤波器250a、250b、250c和250d来增强空间成像。在一些实施方式中，双耳滤波可以应用于除了外围输入声道之外的声道。例如，双耳滤波器可以应用于从子带空间处理器230a输出的左空间增强声道和右空间增强声道中的每一个以对不同的左输出扬声器位置和右输出扬声器位置进行调整。在另一示例中，如果输入音频信号包括与其他扬声器位置(即，头顶、后中央等)相关联的声道，则双耳处理可以被应用于其他输入声道。在这种意义上，双耳处理可以被应用于左输入声道210a、右输入声道210b、中央输入声道210c或低频输入声道210d中的一个或更多个。在一些实施方式中，不应用hrtf，并且可以从系统200中旁路或省略双耳滤波器250a、250b、250c和250d中的一个或更多个。

示例双耳滤波器可以由等式1定义：

so(z)＝h(θ，z)si(z)等式(1)

其中，so和si分别是输出信号和输入信号。自变量θ对si和so中每个声道的角度进行编码。值z是任意复数，对其的解是编码频率的函数。因此，h(θ，z)是角度θ和z二者的函数，返回传递函数，其本身是z的函数，其可以在可能从人体测量数据库得到的传递函数集合中选择或内插。在这种表示法中，如果需要多声道处理，则角度θ以及作为z的函数的s和h(θ)可以评估为向量。在这种情况下，在s(z)和h(θ，z)中的每个系数对应于不同的声道，同时θ中的每个系数将角度与每个声道相关联。

在一些实施方式中，输入音频信号是定义声场的扬声器无关的表示的高保真度立体声响复制(ambisonics)音频信号。该高保真度立体声响复制音频信号可以被解码为用于环绕声系统的多声道音频信号。声道可以与在各种位置包括在收听者上方或下方的位置处的扬声器位置相关联。双耳滤波器可以应用于高保真度立体声响复制音频信号的每个解码的输入声道，以对解码的输入音频声道的相关联的位置进行调整。

在一些实施方式中，在子带空间处理之前执行双耳滤波。例如，双耳滤波器可以被应用于输入声道中的一个或更多个，以适于调整与声道相关联的角位置。对于每个左-右输入声道对，可以组合双耳滤波器的左输出声道，并且可以组合双耳滤波器的右输出声道，并且可以将子带空间处理应用于组合的左声道和右声道。在一些实施方式中，双耳滤波器被应用于中央输入声道210c或低频输入声道210d。在一些实施方式中，双耳滤波器被应用于除了低频输入声道210d之外的每个输入声道。

左声道组合器260a耦接至子带空间处理器230a以及双耳滤波器250a、250b、250c和250d。左声道组合器260a接收子带空间处理器230a以及双耳滤波器250a、250b、250c和250d的左输出声道，并且将这些声道组合成左组合声道。右声道组合器260b也耦接至子带空间处理器230a以及双耳滤波器250a、250b、250c和250d。右声道组合器260b接收子带空间处理器230a以及双耳滤波器250a、250b、250c和250d的右输出声道，并且将这些声道组合成右组合声道。

串扰消除处理器270接收左输入声道和右输入声道，并且执行串扰消除以产生左串扰消除声道和右串扰消除声道。串扰消除处理器耦接至左声道组合器260a以接收左组合声道，并且耦接至右声道组合器260b以接收右组合声道。此处，由串扰消除处理器270处理的左组合声道和右组合声道表示混合的下(mixeddown)左和右对应部分输入声道。关于串扰消除处理器270的附加细节在图4中示出并在下面讨论。

高架滤波器220接收中央输入声道210c并且应用高频斜波或峰值滤波器。高架滤波器220对中央输入声道210c提供“语音提升”。在一些实施方式中，高架滤波器220从音频系统200中被旁路或者被省略。高架滤波器220可以衰减或放大转角频率以上的频率。高架滤波器220耦接至左声道组合器260c和右声道组合器260d。在一些实施方式中，高架滤波器220由750hz转角频率、+3db增益和0.8q因子限定。高架滤波器220例如通过将中央输入声道分离成两个分离的左中央声道和右中央声道来产生左中央声道和右中央声道作为输出。

划分器240接收低频输入声道210d，并且将低频输入声道210d分成左低频声道和右低频声道。划分器240耦接至左声道组合器260c和右声道组合器260d，并且将左低频声道提供至左声道组合器260c以及将右低频声道提供至右声道组合器260d。

左声道组合器260c耦接至串扰消除处理器270、高架滤波器220和划分器240。左声道组合器260c接收来自串扰消除处理器270的左串扰声道、来自高架滤波器220的左中央声道以及来自划分器240的左低频声道，并且将这些声道组合成左输出声道。

右声道组合器260d耦接至串扰消除处理器270、高架滤波器220和划分器240。右声道组合器260d接收来自串扰消除处理器270的右串扰声道、来自高架滤波器220的右输出声道以及来自划分器240的右低频声道，并且将这些声道组合成右输出声道。

在一些实施方式中，来自高架滤波器220的左中央声道和来自划分器240的左低频声道通过左声道组合器260a与来自子带空间处理器230a的左空间增强声道和双耳滤波器250a、250b、250c和250d的左输出声道组合以产生左组合声道。类似地，来自高架滤波器220的右输出声道和来自划分器240的右低频声道通过右声道组合器260与来自子带空间处理器230a的右空间增强声道和双耳滤波器250a、250b、250c和250d的右输出声道组合以产生右组合声道。左组合声道和右组合声道被输入到串扰消除处理器270中。此处，中央声道和低频声道接收串扰消除操作。左声道组合器260c和右声道组合器260d可以被省略。在一些实施方式中，中央声道或低频声道中的一个接收串扰消除操作。

输出增益280耦接至左声道组合器260c和右声道组合器260d。输出增益280将增益施加至来自左声道组合器260c的左输出声道，并且将增益施加至来自右声道组合器260d的右输出声道。输出增益280可以将相同的增益施加至左输出声道和右输出声道，或者可以施加不同的增益。输出增益280输出表示音频系统200的输出信号的声道的左输出声道290l和右输出声道290r。

示例子带空间处理器

图3示出了根据一个实施方式的子带空间处理器230的示例。子带空间处理器230是音频系统200的子带空间处理器230a、230b或230c的示例。子带空间处理器230包括空间频带划分器340、空间频带处理器345和空间频带组合器350。空间频带划分器340耦接至空间频带处理器345，并且空间频带处理器345耦接至空间频带组合器350。

空间频带划分器340包括l/r至m/s转换器312，该转换器接收左输入声道xl和右输入声道xr，并且将这些输入转换成空间分量xm和非空间分量xs。可以通过将左输入声道xl与右输入声道xr相减来生成空间分量xs。可以通过将左输入声道xl与右输入声道xr相加来生成非空间分量xm。

空间频带处理器345接收非空间分量xm，并且应用一组子带滤波器以生成增强的非空间子带分量em。空间频带处理器345还接收空间子带分量xs，并且应用一组子带滤波器以生成增强的非空间子带分量em。子带滤波器可以包括峰值滤波器、陷波滤波器、低通滤波器、高通滤波器、低架滤波器、高架滤波器、带通滤波器、带阻滤波器和/或全通滤波器的各种组合。

在一些实施方式中，空间频带处理器345包括用于非空间分量xm的n个频率子带中的每一个的子带滤波器以及用于空间分量xs的n个频率子带中的每一个的子带滤波器。例如，对于n＝4个子带，空间频带处理器345包括用于非空间分量xm的一系列子带滤波器，所述一系列子带滤波器包括用于子带(1)的中间均衡(eq)滤波器362(1)、用于子带(2)的中间eq滤波器362(2)、用于子带(3)的中间eq滤波器362(3)以及用于子带(4)的中间eq滤波器362(4)。每个中间eq滤波器362将滤波器应用于非空间分量xm的频率子带部分以生成增强的非空间分量em。

空间频带处理器345还包括用于空间分量xs的频率子带的一系列子带滤波器，所述一系列子带滤波器包括用于子带(1)的侧均衡(eq)滤波器364(1)、用于子带(2)的侧eq滤波器364(2)、用于子带(3)的侧eq滤波器364(3)以及用于子带(4)的侧eq滤波器364(4)。每个侧eq滤波器364将滤波器应用于空间分量xs的频率子带部分以生成增强的空间分量es。

非空间分量xm和空间分量xs的n个频率子带中的每一个可以对应于一个频率范围。例如，频率子带(1)可以对应于0hz至300hz，频率子带(2)可以对应于300hz至510hz，频率子带(3)可以对应于510hz至2700hz，以及频率子带(4)可以对应于2700hz至奈奎斯特频率。在一些实施方式中，n个频率子带是关键频带的合并集合。可以使用来自各种音乐类型的音频样本的语料库来确定关键频带。根据样本确定24个巴克(bark)尺度关键频带上的中间分量与侧分量的长期平均能量比率。然后将具有类似的长期平均比率的连续频带分组在一起以形成关键频带集合。频率子带的范围以及频率子带的数量可以是可调整的。

在一些实施方式中，中间eq滤波器362或者侧eq滤波器364可以包括双二阶滤波器，该双二阶滤波器具有由等式2定义的传递函数：

其中，z是复变量。滤波器可以使用如等式3所定义的直接形式i拓扑来实现：

其中，x是输入向量，并且y是输出。其他拓扑可能对某些处理器有利——取决于它们的最大字长和饱和行为。

然后，可以使用双二阶来实现具有实值输入和输出的任何二阶滤波器。为了设计离散时间滤波器，设计连续时间滤波器并且经由双线性变换将其变换为离散时间。此外，可以使用频率弯曲(frequencywraping)来实现对带宽和中心频率的任何产生的偏移的补偿。

例如，峰值滤波器可以包括由等式4定义的s平面传递函数：

其中，s是复变量，a是峰值的幅度，以及q是滤波器“质量”(规范地得到为：)。数字滤波器系数为：

b0＝1+αa

b1＝-2*cos(ω0)

b2＝1-αa

α1＝-2cos(ω0)

其中，ω0是以弧度为单位的滤波器的中心频率，并且

空间频带组合器350接收中间分量和侧分量，对分量中的每一个施加增益，并将中间分量和侧分量转换成左声道和右声道。例如，空间频带组合器350接收增强的非空间分量em和增强的空间分量es，并且在将增强的非空间分量em和增强的空间分量es转换成左空间增强声道el和右空间增强声道er之前执行全局中间增益和全局侧增益。

更具体地，空间频带组合器350包括全局中间增益322、全局侧增益324以及耦接至全局中间增益322和全局侧增益324的m/s至l/r转换器326。全局中间增益322接收增强的非空间分量em并施加增益，以及全局侧增益324接收增强的空间分量es并施加增益。m/s至l/r转换器326接收来自全局中间增益322的增强的非空间分量em以及来自全局侧增益324的增强的空间分量es，并且将这些输入转换成左空间增强声道el和右空间增强声道er。

示例串扰消除处理器

图4示出了根据一个实施方式的串扰消除处理器270。串扰消除处理器270接收左空间增强声道el作为来自左声道组合器260a的输入，并且接收右空间增强声道er作为来自右声道组合器260b的输入，并且对声道el、er执行串扰消除，以产生左输出声道ol和右输出声道or。

串扰消除处理器270包括带内带外划分器410、反相器420和422、对侧估计器430和440、组合器450和452以及带内带外组合器460。这些部件一起操作以将输入声道tl、tr划分成带内分量和带外分量，并且对带内分量执行串扰消除以产生输出声道ol、or。

通过将输入音频信号e划分成不同的频带分量并且通过对选择分量(例如，带内分量)执行串扰消除，可以针对特定频带执行串扰消除，同时避免其他频带的劣化。如果在不将输入音频信号e划分成不同频带的情况下执行串扰消除，则在这样的串扰消除之后的音频信号可能在低频率(例如，350hz以下)、较高频率(例如，12000hz以上)或者在这二者处呈现出非空间分量和空间分量的显著衰减或放大。通过对绝大多数有效的空间线索所在的带内(例如，在250hz与14000hz之间)选择性地执行串扰消除，可以保持混合中跨频谱的平衡的总能量，特别是非空间分量中平衡的总能量。

带内带外划分器410将输入声道el、er分别分成带内声道el,in、er,in和带外声道el,out、er,out。特别地，带内带外划分器410将左增强补偿声道el划分成左带内声道el,in和左带外声道el,out。类似地，带内带外划分器410将右增强补偿声道er划分成右带内声道er,in和右带外声道er,out。每个带内声道可以包含相应输入声道中的与包括例如250hz至14khz的频率范围对应的部分。频带范围可以是例如根据扬声器参数可调整的。

反相器420和对侧估计器430一起操作以生成左对侧消除分量sl，以补偿由于左带内声道el,in引起的对侧声音分量。类似地，反相器422和对侧估计器440一起操作以生成右对侧消除分量sr，以补偿由于右带内声道er,in引起的对侧声音分量。

在一种方法中，反相器420接收带内声道el,in，并且使接收的带内声道el,in的极性反转以产生反相带内声道el,in’。对侧估计器430接收反相带内声道el,in’，并通过滤波提取反相带内声道el,in’中的与对侧声音分量对应的部分。因为对反相带内声道el,in’执行滤波，所以由对侧估计器430提取的部分变为带内声道el,in中的归因于对侧声音分量的部分的反相。因此，由对侧估计器430提取的部分变为左对侧消除分量sl，其可以被添加至对应的带内声道er,in以减少由于带内声道el,in而引起的对侧声音分量。在一些实施方式中，反相器420和对侧估计器430以不同顺序实现。

反相器422和对侧估计器440针对带内声道er,in执行类似的操作以生成右对侧消除分量sr。因此，为了简洁起见，本文省略对其的详细描述。

在一个示例实现方式中，对侧估计器430包括滤波器432、放大器434和延迟单元436。滤波器432接收反相输入声道el,in’，并通过滤波函数提取反相带内声道el,in’中的与对侧声音分量对应的部分。示例滤波器实现方式为具有选自5000hz与10000hz之间的中心频率和选自0.5与1.0之间的q的陷波滤波器或高架滤波器。以分贝为单位的增益(gdb)可以根据等式5得出：

gdb＝-3.0-log1.333(d)等式(5)

其中，d是延迟单元1556a/b例如在48khz的采样率下的采样中的延迟量。替选的实现方式为具有选自5000hz与10000hz之间的转角频率和选自0.5与1.0之间的q的低通滤波器。此外，放大器434将提取的部分放大对应的增益系数gl,in，并且延迟单元436根据延迟函数d对来自放大器434的放大的输出进行延迟以生成左对侧消除分量sl。对侧估计器440包括滤波器442、放大器444和延迟单元446，其对反相带内声道er,in执行类似的操作以生成右对侧消除分量sr。在一个示例中，对侧估计器430、440根据以下等式生成左对侧消除分量sl和右对侧消除分量sr：

sl＝d[gl,in*f[el,in’]]等式(6)

sr＝d[gr,in*f[er,in’]]等式(7)

其中，f[]是滤波器函数，以及d[]是延迟函数。

串扰消除的配置可以由扬声器参数确定。在一个示例中，可以根据输出信号的两个输出扬声器之间相对于收听者形成的角度或者扬声器的其他特征例如相对位置、功率等来确定滤波器中心频率、延迟量、放大器增益和滤波器增益。在一些实施方式中，扬声器角度之间的值被用于内插其他值。

组合器450将右对侧消除分量sr与左带内声道el,in组合以产生左带内补偿声道ul，并且组合器452将左对侧消除分量sl与右带内声道er,in组合以产生右带内补偿声道ur。带内带外组合器460将左带内补偿声道ul与带外声道el,out组合以产生左输出声道ol，并且将右带内补偿声道ur与带外声道er,out组合以产生右输出声道or。

因此，左输出声道ol包括与带内声道tr,in的归因于对侧声音的一部分的反相对应的右对侧消除分量sr，并且右输出声道or包括与带内声道tl,in的归因于对侧声音的一部分的反相对应的左对侧消除分量sl。在该配置中，由右扬声器(例如扬声器110r)根据到达右耳处的右输出声道or输出的同侧声音分量的波前可以抵消由右扬声器(例如扬声器110l)根据左输出声道ol输出的对侧声音分量的波前。类似地，由左扬声器根据到达左耳处的左输出声道ol输出的同侧声音分量的波前可以抵消由右扬声器根据右输出声道or输出的对侧声音分量的波前。因此，可以减少对侧声音分量以增强空间可检测性。

示例音频信号增强处理

图5示出了根据一个实施方式的利用图2所示的音频系统200来增强音频信号的方法500的示例。在一些实施方式中，方法500可以包括不同的和/或附加的步骤，或者一些步骤可以是不同顺序的。

音频系统200接收505多声道输入音频信号。多声道音频信号可以是包括左输入声道、右输入声道、至少一个左外围输入声道和至少一个右外围输入声道的环绕声音频信号。多声道音频信号还可以包括中央输入声道210c和低频输入声道210d。例如，输入音频信号可以用于7.1环绕声系统，该7.1环绕声系统包括左输入声道210a和右输入声道210b以及包括左环绕输入声道210e和右环绕输入声道210f、左环绕后输入声道210g和右环绕后输入声道210h的外围声道。在用于5.1环绕声系统的输入音频信号的另一示例中，外围声道可以包括单个左外围声道和单个右外围声道。

音频系统200(例如，增益215a到215h)将增益施加510至多声道输入音频信号的声道。增益215a到215h可以变化以控制特定输入声道对音频系统200所产生的输出信号的贡献。在一些实施方式中，中央声道210c接收负增益，而外围输入声道接收正增益。

音频系统200(例如，子带空间处理器230a)通过对左输入声道和右输入声道执行子带空间处理来产生515左空间增强声道和右空间增强声道。例如，子带空间处理器230a通过调整左输入声道210a和右输入声道210b的中间分量和侧分量的n个子带的增益来产生空间增强声道。

音频系统200(例如，子带空间处理器230b和/或230c)通过对左外围输入声道和右外围输入声道执行子带空间处理来产生520左空间增强外围声道和右空间增强外围声道。例如，子带空间处理器230b调整左环绕声道210e和右环绕声道210f的中间分量和侧分量的n个子带的增益，以产生左空间增强外围声道和右空间增强外围声道。子带空间处理器230c调整左环绕后声道210g和右环绕后声道210h的中间分量和侧分量的n个子带的增益，以产生左空间增强外围声道和右空间增强外围声道。

音频系统200(例如，双耳滤波器250a到250d)将双耳滤波器应用525于左空间增强外围声道和右空间增强外围声道中的每一个。例如，双耳滤波器250a通过应用头部相关传递函数(hrtf)根据从子带空间处理器230b输出的左空间增强外围声道产生左输出声道和右输出声道。双耳滤波器250b通过应用hrtf根据从子带空间处理器230b输出的空间增强右声道产生左输出声道和右输出声道。双耳滤波器250c通过应用hrtf根据从子带空间处理器230c输出的空间增强左声道产生左输出声道和右输出声道。双耳滤波器250d通过应用hrtf根据从子带空间处理器230c输出的空间增强右声道产生左输出声道和右输出声道。在一些实施方式中，旁路双耳滤波。

音频系统200(例如，高架滤波器220)将高架滤波器应用530于中央输入声道210c。在一些实施方式中，将增益施加至中央输入声道210c。此外，高架滤波器220将中央输入声道210c分成左中央声道和右中央声道。

音频系统200(例如，划分器240)将低频输入声道分离535成左低频声道和右低频声道。

音频系统200(例如，左声道组合器260a)将来自子带空间处理器230a的左空间增强声道与双耳滤波器250a、250b、250c和250d的左输出声道组合540以产生左组合声道。例如，可以将左空间增强声道与左输出声道相加。

音频系统200(例如，右声道组合器260b)将来自子带空间处理器230a的右空间增强声道与双耳滤波器250a、250b、250c和250d的右输出声道组合545以产生右组合声道。例如，可以将右空间增强声道与右输出声道相加。

音频系统200(例如，串扰消除处理器270)对左组合声道和右组合声道执行550串扰消除以产生左串扰消除声道和右串扰消除声道。

音频系统200(例如，左声道组合器260c和右声道组合器260d)将来自串扰消除处理器270的左串扰消除声道与来自划分器240的左低频声道和来自高架滤波器220的左中央声道组合555以产生左输出声道，并且将来自串扰消除处理器270的右串扰消除声道与来自划分器240的右低频声道和来自高架滤波器220的右中央声道组合以产生右输出声道。此外，音频系统200(例如，输出增益280)可以将增益施加至左输出声道和右输出声道中的每一个。音频系统200输出包括左输出声道290l和右输出声道290r的输出音频信号。

示例音频系统和示例音频处理过程

图6示出了根据一个实施方式的音频系统600的示例。音频系统600可以类似于音频系统200，但是与音频系统200的不同之处至少在于，在音频系统600的子带空间处理之前，将左输入声道和右输入声道与左外围声道和右外围声道组合。此处，可以使用单个子带空间处理器和对应的子带空间处理步骤，而不是如音频系统200所示的用于左-右扬声器对的分离的子带空间处理器。

音频系统600接收输入音频信号。输入音频信号可以包括左输入声道610a、右输入声道610b、中央输入声道610c、低频输入声道610d、左环绕输入声道610e、右环绕输入声道610f、左环绕后输入声道610g和右环绕后输入声道610h。声道610e、610f、610g和610h是可以被提供至环绕扬声器的外围声道的示例。在一些实施方式中，音频系统600可以接收和处理具有更少或更多声道的输入音频信号。

音频系统600使用对输入音频信号的增强例如子带空间处理和串扰消除来产生包括左输出声道690l和右输出声道690r的输出信号。左输出声道690l可以被提供至左扬声器，以及右输出声道690r可以被输出至右扬声器。输出音频信号使用左扬声器和右扬声器(例如，左扬声器110l和右扬声器110r)来提供与环绕声输入音频信号相关联的声场的空间感。

音频系统600包括增益615a、615b、615c、615d、615e、615f、615g和615h、高架滤波器620、划分器640、双耳滤波器650a、650b、650c和650d、左声道组合器660a、右声道组合器660b、子带空间处理器630、串扰消除处理器670、左声道组合器660c、右声道组合器660d和输出增益680。

增益615a到615h中的每一个可以接收相应输入声道610a到610h，并且可以将增益施加至输入声道610a到610h。增益615a到615h可以是不同的，以相对于彼此调整输入声道的增益，或者可以是相同的。在一些实施方式中，将正增益施加至左和右外围输入声道610e、610f、610g和610h，并且将负增益施加至中央声道610c。例如，增益615a可以施加0db增益，增益615b可以施加0db增益，增益615c可以施加-3db增益，增益615d可以施加0db增益，增益615e可以施加3db增益，增益615f可以施加3db增益，增益615g可以施加3db增益，以及增益615h可以施加3db增益。

左输入声道610a的增益615a耦接至左声道组合器660a。右输入声道610b的增益615b耦接至右声道组合器660b。增益615c耦接至高架滤波器620。增益615d耦接至划分器640。外围输入声道的增益615e、615f、610g和610h分别耦接至双耳滤波器650。特别地，增益610e耦接至双耳滤波器650a，增益615f耦接至双耳滤波器650b，增益615g耦接至双耳滤波器650c，以及增益615h耦接至双耳滤波器650d。

双耳滤波器650a、650b、650c和650d中的每一个应用头部相关传递函数(hrtf)，头部相关传递函数描述收听者应当从其感知输入声道的声音的目标源位置。每个双耳滤波器接收输入声道，并且通过应用hrtf来产生左输出声道和右输出声道。对音频系统200的双耳滤波器250a、250b、250c和250d的讨论可以适用于双耳滤波器650a、650b、650c和650d。例如，双耳滤波器650a到650d中的每一个可以对与它们相应的输入声道相关联的角位置施加调整。在一些实施方式中，可以从音频系统600中旁路或省略双耳滤波器650a到650d中的一个或更多个。

左声道组合器660a耦接至增益615a和双耳滤波器650a到650d。左声道组合器660a接收双耳滤波器650a到650d的左输出声道，并且将左输出声道与增益615a的输出组合。右声道组合器660b耦接至增益615b和双耳滤波器650a到650d。右声道组合器660b接收双耳滤波器650a到650d的右输出声道，并且将右输出声道与增益615b的输出组合。

在一些实施方式中，在子带空间处理之后执行双耳滤波。例如，双耳滤波器可以被应用于子带空间处理器630的左输出和右输出，以适于对与声道相关联的角位置进行调整。在一些实施方式中，如图6所示，双耳滤波器被应用于外围输入声道。在一些实施方式中，双耳滤波器被应用于中央输入声道610c或低频输入声道610d。在一些实施方式中，双耳滤波器被应用于除了低频输入声道610d之外的每个输入声道。

子带空间处理器630通过对左输入声道和右输入声道的中间子带分量和侧子带分量进行增益调整来对左输入声道和右输入声道执行子带空间处理，以产生左空间增强声道和右空间增强声道作为输出。子带空间处理器630耦接至左声道组合器660a以从左声道组合器660a接收左组合声道，并且耦接至右声道组合器660b以从右声道组合器660b接收右组合声道。与分别处理对应的左输入声道和右输入声道的音频系统200的子带空间处理器230a、230b和230c不同，子带空间处理器630在将左声道和右声道组合成左组合声道和右组合声道之后进行处理。因此，音频系统600可以包括仅单个子带空间处理器630。在一些实施方式中，图3所示的子带空间处理器230是子带空间处理器630的示例。

串扰消除处理器670对子带空间处理器630的输出执行串扰消除，该输出可以表示输入音频信号的混合的下立体声信号。串扰消除处理器670从子带空间处理器630接收左输入声道和右输入声道，并执行串扰消除以产生左串扰消除声道和右串扰消除声道。串扰消除处理器670耦接至左声道组合器260a和右声道组合器260b。在一些实施方式中，图4中所示的串扰消除处理器270是串扰消除处理器670的示例。

高架滤波器620接收中央输入声道610c并且应用高频斜波或峰值滤波器。高架滤波器620对中央输入声道610c提供“语音提升”。在一些实施方式中，高架滤波器620从音频系统600中被旁路，或者被省略。高架滤波器620可以衰减转角频率以上的频率。高架滤波器620耦接至左声道组合器660c和右声道组合器660d。在一些实施方式中，高架滤波器620由750hz转角频率、+3db增益和0.8q因子限定。高架滤波器620产生左中央声道和右中央声道作为输出。

划分器640接收低频输入声道610d，并且将低频输入声道610d划分成左低频声道和右低频声道。划分器640耦接至左声道组合器660c和右声道组合器660d，并且将左低频声道提供至左声道组合器660c以及将右低频声道提供至右声道组合器660d。

左声道组合器660c耦接至串扰消除处理器670、高架滤波器620和划分器640。左声道组合器660c接收来自串扰消除处理器670的左串扰声道、来自高架滤波器620的左中央声道以及来自划分器640的左低频声道，并且将这些声道组合成左输出声道。

右声道组合器660d耦接至串扰消除处理器670、高架滤波器620和划分器640。右声道组合器660d接收来自串扰消除处理器670的右串扰声道、来自高架滤波器620的右中央声道以及来自划分器640的右低频声道，并且将这些声道组合成右输出声道。

在一些实施方式中，来自高架滤波器620的左中央声道和来自划分器640的左低频声道通过左声道组合器660a与双耳滤波器650a到650d的左输出声道和增益615a的输出组合以产生左组合声道。来自高架滤波器620的右中央声道和来自划分器640的右低频声道通过右声道组合器660b与双耳滤波器650a到650d的右输出声道和增益615b的输出组合以产生右组合声道。左组合声道和右组合声道被输入至子带空间处理器630和串扰消除处理器670。此处，中央声道和低频声道接收子带空间处理和串扰消除操作。可以省略左声道组合器660c和右声道组合器660d。在一些实施方式中，中央声道和低频声道之一接收子带空间处理和串扰消除操作。

输出增益680耦接至左声道组合器660c和右声道组合器660d。输出增益680将增益施加至来自左声道组合器660c的左输出声道，并且将增益施加至来自右声道组合器660d的右输出声道。输出增益680可以将相同的增益施加至左输出声道和右输出声道，或者可以施加不同的增益。输出增益680输出表示音频系统600的输出信号的声道的左输出声道690l和右输出声道690r。

图7示出了根据一个实施方式的利用图6所示的音频系统600来增强音频信号的方法700的示例。在一些实施方式中，方法700可以包括不同的和/或附加的步骤，或者一些步骤可以是不同的顺序。

音频系统600接收705多声道输入音频信号。输入音频信号可以包括左输入声道610a、右输入声道610b、至少一个左外围输入声道和至少一个右外围输入声道。多声道音频信号还可以包括中央输入声道610c和低频输入声道610d。

音频系统600(例如，增益615a到615h)将增益施加710至多声道输入音频信号的声道。增益615a到615h可以变化以控制特定输入声道对音频系统600产生的输出信号的贡献。

音频系统600(例如，双耳滤波器650a到650d)将双耳滤波器应用715于左外围声道和右外围声道中的每一个。例如，双耳滤波器650a通过应用头部相关传递函数(hrtf)根据左环绕输入声道610e产生左输出声道和右输出声道。双耳滤波器650b通过应用hrtf根据右环绕输入声道610f产生左输出声道和右输出声道。双耳滤波器650c通过应用hrtf根据左环绕后输入声道610g产生左输出声道和右输出声道。双耳滤波器650d通过应用hrtf根据右环绕后输入声道610h产生左输出声道和右输出声道。

音频系统600(例如，高架滤波器620)将高架滤波器应用720于中央输入声道610c。在一些实施方式中，将增益施加至中央输入声道610c。此外，高架滤波器620将中央输入声道610c分成左中央声道和右中央声道。

音频系统600(例如，划分器640)将低频输入声道分离725成左低频声道和右低频声道。

音频系统600(例如，左声道组合器660a)组合730左输入声道610a和双耳滤波器650a、650b、650c和650d的左输出声道以产生左组合声道。

音频系统600(例如，右声道组合器660b)组合735右输入声道610b和双耳滤波器650a、650b、650c和650d的右输出声道以产生右组合声道。

音频系统600(例如，子带空间处理器630)通过对左组合声道和右组合声道执行子带空间处理来产生740左空间增强声道和右空间增强声道。例如，子带空间处理器630从左声道组合器660a和右声道组合器660b接收左组合声道和右组合声道，并通过调整左组合声道和右组合声道的中间分量和侧分量的n个子带的增益来产生空间增强声道。

音频系统600(例如，串扰消除处理器670)对来自子带空间处理器630的左空间增强声道和右空间增强声道执行745串扰消除，以产生左串扰消除声道和右串扰消除声道。

音频系统600(例如，左声道组合器660c和右声道组合器660d)将来自串扰消除处理器670的左串扰消除声道与来自划分器640的左低频声道和来自高架滤波器620的左中央声道组合750以产生左输出声道，并且将来自串扰消除处理器670的右串扰消除声道与来自划分器640的右低频声道和来自高架滤波器620的右中央声道组合以产生右输出声道。此外，音频系统600(例如，输出增益680)可以将增益施加至左输出声道和右输出声道中的每一个。音频系统600输出包括左输出声道690l和右输出声道690r的输出音频信号。

注意，本文描述的系统和处理可以在嵌入式电子电路或电子系统中实施。系统和处理还可以在以下计算系统中实施：该计算系统包括一个或更多个处理系统(例如，数字信号处理器)以及存储器(例如，编程的只读存储器或可编程固态存储器)，或一些其他电路例如专用集成电路(asic)或现场可编程门阵列(fpga)电路。

图8示出了根据一个实施方式的计算机系统800的示例。音频系统200和600可以在系统800上实现。示出了耦接至芯片组804的至少一个处理器802。芯片组804包括存储器控制器集线器820和输入/输出(i/o)控制器集线器822。存储器806和图形适配器812耦接至存储器控制器集线器820，并且显示装置818耦接至图形适配器812。存储装置808、键盘810、定位装置814和网络适配器816耦接至i/o控制器集线器822。计算机800的其他实施方式具有不同的架构。例如，在一些实施方式中，存储器806直接耦接至处理器802。

存储装置808包括一个或更多个非暂态计算机可读存储介质，例如硬盘驱动器、致密盘只读存储器(cd-rom)、dvd或者固态存储器装置。存储器806保持由处理器802使用的指令和数据。例如，存储器806可以存储下述指令，该指令在由处理器802执行时使处理器802执行本文所讨论的方法或者将处理器802配置成执行本文所讨论的方法例如方法500或方法700。定位装置814与键盘810结合使用以将数据输入到计算机系统800中。图形适配器812在显示装置818上显示图像和其他信息。在一些实施方式中，显示装置818包括用于接收用户输入和选择的触摸屏功能。网络适配器816将计算机系统800耦接至网络。计算机800的一些实施方式具有与图8所示的部件不同的部件和/或其他部件。例如，计算机系统800可以是没有显示装置、键盘和其他部件的服务器。

计算机800适于执行用于提供本文中所描述的功能的计算机程序模块。如本文中所使用的，术语“模块”是指用于提供指定功能的计算机程序和/或其他逻辑。因此，模块可以以硬件、固件和/或软件来实现。在一个实施方式中，由可执行的计算机程序指令形成的程序模块被存储在存储装置808上、被加载到存储器806中以及由处理器802执行。

其他考虑因素

所公开的配置可以包括许多益处和/或优点。例如，多声道输入信号可以被输出至立体声扬声器，同时保持或增强声场的空间感。可以实现高质量的收听体验，而不需要例如移动装置上的昂贵的多扬声器声音系统、条形音箱(soundbar)或智能扬声器。

在阅读本公开内容后，本领域的技术人员还将认识到实现本文中所公开的原理的另外的替选实施方式。因此，虽然已经示出和描述了特定的实施方式和应用，但是应当理解，所公开的实施方式不限于本文所公开的精确构造和部件。在不脱离本文所描述的范围的情况下，可以对本文所公开的方法和设备的布置、操作和细节进行对本领域技术人员而言将是明显的各种修改、改变和变化。

本文描述的任何步骤、操作或处理可以使用一个或更多个硬件或软件模块单独地或与其他装置组合地来执行或实现。在一个实施方式中，软件模块使用包括含计算机程序代码的计算机可读介质(例如，非暂态计算机可读介质)的计算机程序产品来实现，其中计算机程序代码可以由计算机处理器执行以执行所描述的任何或全部步骤、操作或处理。