专利名称：三维立体音效的播放方法及装置的制作方法
技术领域：
本发明是关于在使用立体声信道的便携式音频播放器中播放三维音频的一种三维立体音效播放方法及装置。
(2)背景技术最近，人们为了增强音效的立体感，引入了“三维音效”的概念，并且为了实现三维音效，正广泛地开展着各种研究。
另外，现在已经研究出了很多种方法，利用三维环境音效的多媒体内容、CD-ROM标题、游戏机、环境音效等多媒体装置，即使不使用高级装备，只利用两个扬声器就能实现三维音效。利用2信道方式的三维虚拟立体音效技术给予了单音源于方向感和现场感，使听众有一种身临其境的感觉。
更详细地说，所谓的三维立体音效就是通过耳麦或扬声器，在虚拟空间的特定位置上形成音源，使听众听到的声音似乎是从虚拟音源发出来的一样，使声音具有了方向感、距离感和空间感。
因为人的眼睛只能看见前方一定距离内的事物，所以人要根据听到的声音信息来移动自己的视线。在没有声音只有影像的环境系统中，只在眼睛能看到的前方一定区域内形成虚拟空间，但是赋予了三维音效的环境音效系统却可以将用户周围的整个环境都变成虚拟空间。
为了实现立体音效，需要一种在空间的特定位置上设置音源的音相定位技术。在三维空间的特定位置上仿佛存在着音源的效果称之为位置音效果。在2信道播放方式中，通过单音源和头部相关传输函数的时间轴卷积积分运算，可以实现位置音效果。
首先对头部相关传输函数(HRTFHead Related Transfer Function)进行说明。
所谓的HRTF就是利用模拟人类听觉器官的仿真头麦克风(Dumy HeadMicrophone)，在360度范围角(azimuthangle)和180度高度角(elavationangle)之间设置特定间隔，求得各个位置左右两侧的脉冲响应的函数。
HRTF以固定在一定位置上的仿真头(Dumy Head)为对象进行测定，在像剧场这样空旷，而且听众遍布各个地方的环境中，或者在听众(Listener)的位置发生移动的情况下，HRTF就丧失了其特性。另外在使用扬声器的时候，由于串音(Crosstalk)，音频信号会发生衰减，从而导致三维立体效果降低。因此，有必要进行为了减少衰减的运算和改进HRTF的研究。
下面就立体音相定位进行说明。
把握听众感知音相的位置称之为音相定位，使音相位于空间上特定位置中的技术称之为音相定位技术。2信道立体声方式使音相形成于两个扬声器之间。立体音效是一种利用2信道扬声器，在三维空间任意方向上形成立体音相的技术。
为了在三维空间中设置音相，要利用能使子音源和听众之间的音源传输路径具有立体感的头部相关传输函数数据库。也就是说，通过针对单音分别进行左右头部相关传输函数过滤的方式，可以实现三维音相定位。
利用这样的技术，就会使人感觉到声音好像是从固定位置上发出来的，也会使人听到的声音可以从一个位置可以移动到另一个位置。通过进行单音源和卷积积分运算，能够获得相关位置的头部相关传输函数，这样就生成了位置音。通过进行单音源和卷积积分运算，能够获得与声音移动轨迹有关的连续的头部相关传输函数，这样就生成了移动音。
下面参照附图，对三维立体音相的播放装置进行说明。
图1是现有的三维立体音效播放装置的简略构成图。
参照图1可以看出三维立体音相的播放装置包含了左侧头部相关传输函数卷积积分运算器100、右侧头部相关传输函数卷积积分运算器110。
上述左侧头部相关传输函数卷积积分运算器100和右侧头部相关传输函数卷积积分运算器110针对输入的音频信号，在左右两边进行与声音的位置有关的头部相关传输函数和各个卷积积分运算，再分别利用左侧和右侧的扬声器或耳麦进行播放，这样就形成了位置音。
利用上述装置播放音频信号的过程如图2所示。
图2是显示现有的三维立体音效播放的附图。
参照图2，如果利用现有的三维立体音效播放装置播放音频信号，就会发生左例扬声器播放出来的声音会进入人的右耳，右侧扬声器播放出来的声音会进入人的左耳的情况。
因此，在利用现有的耳麦或耳塞播放立体声信号的时候，低音部分就会衰减很多。
另外，一部分左侧信号传入了人的右耳，一部分右侧信号传入了人的左耳，这种现象会导致立体声效果降低。
(3)发明内容本发明的目的是要解决上述问题，提供一种能减少低频部分的衰减，使左侧信号完全不传入人的右耳，右侧信号完全不传入人的左耳的一种三维立体音效播放方法及装置。
为了实现上述目的，本发明提供了一种以包含以下部件的三维立体音效播放装置对左右两个音频信号分别进行头部相关传输函数和卷积积分运算，使这些音频信号具有方向性信息的头部相关传输函数卷积积分运算器；用于将所述的左、右各个音频信号进行合并的第1合成器，；在合成了上述左右音频信号之后，弥补上述合成信号低频部分的低通滤波器；将经过上述低通滤波器弥补的低频部分信号延迟一定时间后，再将其输出的延迟器；将从上述延迟器中传输来的信号和从上述各个头部相关传输函数卷积积分运算器中传输来的信号分别进行合并，然后播放这些信号的合成器。
上述头部相关传输函数卷积积分运算器包含以下装置针对左侧音频信号，进行左侧传输函数和卷积积分运算的左侧头部相关传输函数卷积积分运算器；针对右侧音频信号，进行右侧传输函数和卷积积分运算的右侧头部相关传输函数卷积积分运算器。
上述传输函数卷积积分运算器中输出的信号与上述延迟器中输出的信号是各自独立的。
上述合成器包含了第2合成器和第3合成器。
第2合成器用于合成上述左侧头部相关传输函数卷积积分运算器输出的信号和上述延迟器输出的信号；第3合成器将上述右侧头部相关传输函数卷积积分运算器输出的信号和上述延迟器输出的信号进行合并。
另外，为了实现上述目的，本发明还提供一种三维立体影像播放方法，这种方法的具体实施过程如下对左右各个音频信号分别进行左右头部相关传输函数和卷积积分运算，使音频信号具有方向性信息，并合成左右音频信号，然后对音频信息进行低通滤波处理，在将上述经过低通滤波处理的信号延迟一定时间(事先已经设定的时间)后，合成上述进行了头部相关传输函数和卷积积分运算的信号，再将其播放出来。
本发明的效果本发明能提供一种减少低频部分的衰减，使得左侧信号不传入人的右耳，右侧信号不传入人的左耳，提高立体声效果的三维立体音效播放方法及装置。
为进一步说明本发明的上述目的、结构特点和效果，以下将结合附图对本发明进行详细的描述。
(4)
图1是现有的三维立体音效播放装置的简略构成图。
图2是显示现有三维立体音效的播放示意图。
图3是作为本发明的一个实施例的三维立体音效播放装置的简略构成图。
图4是显示作为本发明的一个实施例的三维立体音效播放装置通过进行头部相关传输函数和卷积积分运算，播放音频信号的附图。
图5是显示作为本发明的一个实施例的三维立体影像播放的冲击响应图。
附图中主要部分的符号说明
100、300左侧头部相关传输函数卷积积分运算器110、310右侧头部相关传输函数卷积积分运算器320、350、360合成器 330LPF340延迟器(5)具体实施方式
以下参照附图，对本发明的三维立体音效播放方法及装置的一个实施例进行详细的说明。
图3是作为本发明的一个实施例的三维立体音效播放装置的简略构成图。
参照图3可以看出三维立体音效播放装置包含了左侧头部相关传输函数卷积积分运算器300、右侧头部相关传输函数卷积积分运算器310、第1合成器320、LPF330、延迟器340、第2合成器350、第3合成器360。
上述左侧头部相关传输函数卷积积分运算器300进行与音频信号的位置有关的左侧头部相关传输函数和卷积积分运算。
上述右侧头部相关传输函数卷积积分运算器310进行与音频信号的位置有关的右侧头部相关传输函数和卷积积分运算。
这样就使经过上述左、右头部相关传输函数卷积积分运算器300、310的音频信号具有了方向性信息。
上述第1合成器320用于将左侧音频信号和右侧音频信号进行合并，并将这些信号传输给LPF330。
上述低通滤波器LPF330(以下简称LPF330)用于弥补上述第1合成器320传输来的音频信号低频部分。
上述延迟器340将上述LPF330传输来的信号延迟事先设定的时间。延迟器340能防止经过头部相关传输函数卷积积分运算器300、310的低频信号与经过低通滤波器LPF 330的低频信号相互抵消。
上述第2合成器350将上述左侧头部相关传输函数卷积积分运算器300传输来的信号与上述延迟器340传输来的信号进行合并，并将其播放。
上述第3合成器360将上述右侧头部相关传输函数卷积积分运算器310传输来的信号与上述延迟器340传输来的信号进行合并，并将其播放。
下面就具有如上结构的三维立体音效播放装置的运作过程进行详细说明。
首先，左、右音频信号经过左、右侧头部相关传输函数卷积积分运算器300、310的运算，就具有了方向性信息。另外，上述左、右音频信号在第1合成器中被合成后，经过LPF330，使其低频成分得到弥补。
上述低频成分得到弥补的信号通过延迟器被延迟一定的时间，然后与经过上述左、右侧头部相关传输函数卷积积分运算器300、310的信号进行合并。
更详细地说，上述左侧头部相关传输函数卷积积分运算器300传输来的信号与上述延迟器340传输来的信号在第2合成器350中进行合并，并播放出来。上述右侧头部相关传输函数卷积积分运算器310传输来的信号与上述延迟器340传输来的信号在第3合成器360中进行合并，并播放出来。
为了防止经过左、右侧头部相关传输函数卷积积分运算器300、310的低频信号与经过低通滤波器330的低频信号相互抵消，所以实施了时间延迟，这就使得低频部分与经过头部相关传输函数装置被过滤的声音被分开了。
也就是说，经过左、右侧头部相关传输函数卷积积分运算器300、310的信号先被播放出来，经过一定的时间之后，再播放通过上述LPF330的信号。
如上所述，利用头部相关传输函数卷积积分运算器，播放音频信号的话，就能产生如图4所示的效果。
图4是显示作为本发明的一个实施例的三维立体音效播放装置通过进行头部相关传输函数和卷积积分运算，播放音频信号的附图。
如图4所示，左侧扬声器播放出来的声音全部传入了人的左耳，右侧扬声器播放出来的声音也全部传入了人的右耳。
因为左侧扬声器播放出来的声音不会传入人的右耳，右侧扬声器播放出来的声音不会传入人的左耳，所以我们听到的声音音色就变得更好了。
图5是作为本发明的一个实施例的三维立体影像播放的冲击响应图。
在下面的说明中，作了以下假设左右扬声器的角度都为40°(图4中的θ1、θ2)，低通滤波器LPF330是由FIR滤波器构成的，这时的左右冲击响应相同，取样频率数为44.1kHz。
参照图5可以看出经过头部相关传输函数(HRTF)卷积积分运算器的音频信号和经过低通滤波器的信号被分离了，这意味着低频部分通过虚拟的独立信道被用户所感知。这样就防止了经过头部相关传输函数卷积积分运算器300、310的低频信号与经过低通滤波器330的低频信号相互抵消。
本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上的实施例仅是用来说明本发明，而并非用作为对本发明的限定，只要在本发明的实质精神范围内，对以上所述实施例的变化、变型都将落在本发明权利要求书的范围内。
权利要求
1.一种三维立体音效播放装置，其特征在于包含以下部件头部相关传输函数卷积积分运算器，针对左、右各个音频信号分别进行头部相关传输函数和卷积积分运算，使其具有方向性信息的部件；第1合成器，用于将所述的左、右各个音频信号进行合并的部件；低通滤波器，在合成所述的左、右音频信号之后，针对所述的合成的信号，弥补低频部分的部件；延迟器，将经过所述的低通滤波器弥补过的低频部分信号延迟已设定的时间的部件；合成器，将分别从所述的延迟器中传输来的信号和从所述的各头部相关传输函数卷积积分运算器中传输来的信号进行合并，并播放这些信号的部件。
2.如权利要求1所述的三维立体音效播放装置，其特征在于所述的头部相关传输函数卷积积分运算器包含以下部件针对左侧音频信号，进行左侧传输函数和卷积积分运算的左侧头部相关传输函数卷积积分运算器；针对右侧音频信号，进行右侧传输函数和卷积积分运算的右侧头部相关传输函数卷积积分运算器。
3.如权利要求1所述的三维立体音效播放装置，其特征在于在所述的头部相关传输函数卷积积分运算器中输出的信号和在所述的延迟器中输出的信号是各自独立的。
4.如权利要求1所述的三维立体音效播放装置，其特征在于所述的合成器包含以下部件将所述的左侧头部相关传输函数卷积积分运算器输出的信号和所述的延迟器输出的信号进行合并的第2合成器；将所述的右侧头部相关传输函数卷积积分运算器输出的信号和所述的延迟器输出的信号进行合并的第3合成器。
5.一种应用如权利要求1所述的三维立体音效播放装置的进行步骤三维立体音效播放方法，其特征在于包括以下步骤第一步骤，左、右音频信号经过左、右侧头部相关传输函数卷积积分运算器，使之具有方向性信息；第二步骤，所述的左、右音频信号被合成后，进行低通滤波处理；第三步骤，所述的弥补了低频成分的信号通过延迟器被延迟一定的时间，然后与经过所述的左、右侧头部相关传输函数卷积积分运算器的信号分别合并，并播放出来。
全文摘要
本发明是关于三维立体音效的播放方法及装置，由以下部件构成对左、右两个音频信号分别进行头部相关传输函数和卷积积分运算，使这些音频信号具有方向性信息的头部相关传输函数卷积积分运算器；在合成了上述左右音频信号之后，弥补上述合成信号低频部分的低通滤波器；将经过上述低通滤波器弥补的低频部分信号延迟一定时间后，再将其输出的延迟器；将上述延迟器传输来的信号和上述各个头部相关传输函数卷积积分运算器传输来的信号分别进行合并，然后播放这些信号的合成器。本发明通过这样的结构体系，能够降低低频部分的衰减，使左侧信号不传入人的右耳，右侧的信号不传入左耳，从而使立体声效果得到了增强。
文档编号H04S5/00GK1753578SQ20041005165
公开日2006年3月29日 申请日期2004年9月24日 优先权日2004年9月24日
发明者房熙锡, 权完周 申请人:乐金电子(惠州)有限公司