专利名称：三维立体声输出装置及驱动方法
技术领域：
本发明涉及一种三维立体声输出装置，特别涉及通过一个扬声器实现三维立体声输出效果的三维立体声输出装置及其驱动方法。
背景技术：
通常情况下，为了实现三维立体音效，输出三维立体声的声音输出系统为输入听者两耳的声音赋予时间差和音响差，给听者造成错觉，认为声源的位置分布在多个地方。这样，为了使听者两耳产生这种差异，至少需要在左右两边放置两个或两个以上的扬声器。
人们所体验到的自然界的声音来自四面八方。室内的演奏或是由物体及动作所产生的大部分的声音都出现在听者的前面，但由于墙壁、天花板及地板对声音的反射作用，使声音也同样从四面八方灌入人的双耳，这样往往就会使听者产生三维立体声的感觉。
造成人们往往将声音信号感知成三维立体声的原因主要是进入人们双耳的声音的两耳间强度水平差IID和声音进入双耳的时间差ITD。如果对两耳间强度水平差异进行调节，直至消除两耳间的强度水平差异，则这种状态下的音源位于两耳正中间，但是任何一边的强度水平值增大，都会使人们感觉到音源位于强度水平值较大的一边。因此，通过这种对两耳间强度水平值差异的调节，使人们产生音源位置不同的错觉。同时由于输入两耳的声音信号存在到达时间的细微差别，由此也同样使人们错误地感觉到两耳间强度水平差异的存在，从而同样使人产生音源位置不同的错觉。
对于音乐唱片领域，利用相当于两耳的两个声道向听者提供声音的方法大部分采用的是立体声方式，即通过对单一音源的合成，改变音色或者将声音进行合成。但如果采用这种方式实现三维音效，需要相隔一定间距设置两个扬声器，听者根据播放的声音所感觉到的音源的位置需要受到两个扬声器间距的制约。
此外，利用两个声道的另外一种方法是利用代表处于不同位置上的音源和人们大脑(特别是两耳)之间声音传播的大脑传达函数。将各方向上相应的这种函数应用于声音，使人们认为声音来自于不同方位的音源。这种方法不需要在两个扬声器间保留较大的间距，所感觉到的音源的领域也不受扬声器间距的制约，可以在较大范围内有所扩大，但仍然至少需要相当于左和右的两个扬声器。
这样，如果通过一个扬声器实现三维立体音效，不仅可以减少扬声器的个数，更适用于便携式的移动通信终端机等体积小的产品中，提高空间的利用率同时还起到降低电力消耗的效果。
发明内容
为解决上述问题，本发明提供一种三维立体声输出装置及其驱动方法，旨在通过一个扬声器实现三维立体音效的效果。
为实现上述目的，根据本发明所提供的三维立体声输出装置由以下部分构成，并以此为特征数据输入部；数据转换部及声音输出部构成。其中数据输入部接收为实现通过利用两个扬声器产生三维立体音效果而生成的三维立体声数据；在数据转换部对在数据输入部输入的三维声音数据进行分析之后，针对三维声音数据，用时间上的差异对在空间上的三维信号差异进行补偿；之后将在数据转换部用时间上的差异进行补偿的单一输出信号在声音输出部通过一个扬声器输出，从而产生三维立体音效果。
这里，依据本发明，数据转换部的设计充分考虑到信号重复性的差异特性和人体通过听觉感知空间差异的听觉特性，为实现三维立体声音效而改变音频流的个数或是顺序，从而生成单一输出信号。
同时，依据本发明，上述声音输出部的特征是能够输出可变的具有高速率的单一输出信号。
此外，依据本发明实现的三维立体声输出装置的驱动方法由以下阶段构成接收为了实现利用两个扬声器产生三维立体声的效果而生成的三维立体声数据的阶段；对输入的三维立体声数据进行分析，针对上述三维立体声数据，用时间上的差异对空间上的三维信号差异进行补偿，生成单一输出的阶段；将用时间上的差异进行补偿的单一输出信号通过一个扬声器输出，从而产生三维立体音效果的阶段。
这里，依据本发明，在上述生成单一输出信号的阶段中充分考虑到信号重复性的差异特性和人通过听觉感知空间差异的听觉特性，为实现三维立体声音效改变音频流的个数或是顺序，从而生成单一输出信号。
同时，依据本发明，上述输出的单一输出信号其特征是可变的具有较快速度的单一输出信号。
此外，依据本发明，上述单一输出信号可以用下列数学式进行表示，并以此为特征。
Z＝F(yL，yR)＝FQH(xL，xR)这里的F是在将左右的三维声音信号生成单一音频流的过程中，将处于不同位置的扬声器的效果在不同时间上生成的信号上进行补偿的1声道变化函数。H是将与输入的声音相对应的音源的位置进行定位的传达函数。Q是在播放赋予三维立体音效的信号时，为去除上述播放时产生的串话的函数。(xL，xR)是在赋予三维立体音效之前的普通左右声音信号，(yL，yR)是赋予三维立体音效的声音信号。
依据如上所述的本发明，其优点是能够通过一个扬声器实现三维立体音效输出。
依据如上所述的三维声音输出装置及其驱动方法可以有效地实现三维声音输出。
此外，依据本发明，通过一个扬声器实现三维立体音效，不仅可以减少扬声器的个数，更适用于便携式的移动通信终端机等体积小的产品中，提高空间的利用率同时还起到降低电力消耗的效果。
图1是依据本发明实现的三维立体声输出装置构成的简单示意图；图2依据本发明的三维立体声输出装置的驱动方法，通过单一扬声器输出三维立体声过程的示意图。
附图主要部分符号说明100三维立体声输出装置 110数据输入部120数据转换部 130声音输出部
具体实施例方式
下面参照附图，对本发明的理想实施例进行详细说明。
本发明提供了一种能够通过一个扬声器实现三维立体音效输出的装置及其驱动方法。与以往的方式相比，即与通过放置于不同位置的两个或两个以上的扬声器实现三维立体音效输出的方法相比，可以通过使用一个扬声器以较高的输出速率输出信号，从而实现三维立体音效的输出。为实现高质量的三维立体音效的输出，在将位于不同位置上两个扬声器的输出生成一个扬声器的输出过程中，通过执行充分考虑到人体听觉特性而设置的过滤动作，可以对原有的从两个扬声器中传输出的三维立体声进行忠于自然音色的补偿。
图1是依据本发明实现的三维立体声输出装置构成的简单示意图。图2依据本发明的三维立体声输出装置的驱动方法，通过单一扬声器输出三维立体声过程的示意图。
如图1所示，依据本发明所提供的三维立体声输出装置100大体上分为两部分，即由数据输入部110和数据转换部120构成。其中数据输入部接收在使用两个或两个以上的扬声器时的三维立体声音数据，数据转换部120是在充分考虑到人体的听觉特性后，将两个或两个以上的扬声器的输出转换成较快速率的单一输出。同时，依据本发明所提供的三维立体声输出装置100，装置构成中还包括将在上述数据转换部转换的声音以实际的声音效果进行输出的输出部130。
在依据本发明三维立体声输出装置100的数据输入部110中，其接收的依然是原有的三维立体声系统中所使用的信号形式。为实现高质量的声音效果，上述数据输入部110可以接收抽样速率最高达48KHz，分辨率达16-比特的信号输入。
原有的三维立体声输出系统的信号经过考虑到三维定位和音长效果而设计的过滤动作后，经由两个声道输出，从两个扬声器播放。
依据本发明构成的三维立体声输出装置100根据下列数学式1所表示的方法进行音源定位，并对与在除去串话后的原有三维声音中左右两个信号(yL，yR)的特性相同的同种类信号进行一定时间范围内的特性分析。以上述分析结果为基础，再考虑到人体的听觉特性，根据下列数学式2，将原有的三维立体声转换成单一输出信号Z。此时，在将过滤后的输出转换成单一输出时，除了进行单纯的反复替换构造外，还考虑到人体贴的听觉特性和重复性，改变音频流的个数或顺序，形成高速率的单一输出。
为形成高速率的单一扬声器输出，单一扬声器的输出应比输入信号(原有的三维系统)具有更高的速率。
数学式1(yL，yR)＝QH(xL，xR)数字式2Z＝F(yL，yR)在上述数学式1中，(xL，xR)是赋予三维效果之前普通的左右声音信号，H是为使与输入声音相应的音源位置定位的传达函数。Q是播放赋予三维效果的信号时，去除在上述播放中产生的串话的函数。
在上述数学式2中，F是在将左右三维声音信号生成单一音频流的过程中，将在空间上处于不同位置的扬声器的效果在不同时间上播放的信号中进行补偿的1声道变化函数。此时，为了强调三维效果，在生成单一流时，分析左右信号的重复性和三维效果的强调性，从而确定左右信号的顺序和个数。
或者说，具有高速率的1声道输出信号Z为实现高质量的三维声效，一定避免左右的反复交替，变化函数F根据三维声音(yL，yR)的特性分析结果，调节输出信号的个数和顺序，以实现三维效果的最佳化。
通过上述过程，在充分考虑到人体听觉特性后设计生成的单一输出的三维数据比原有的通过两个扬声器输出的数据具有更快的速率，因而与原有移动通信终端机上所使用的数字-模拟转换器相比，其支持更高的速率。通过上述处理的数据转换成模拟信号后，就可以实现通过单一扬声器输出三维立体声音。
权利要求
1.一种三维立体声输出装置，其特征在于，包括接收为实现通过利用两个扬声器产生三维立体声而生成的三维立体声数据的数据输入部；对在数据输入部输入的三维声音数据进行分析之后，针对三维声音数据，用时间上的差异对在空间上的三维信号差异进行补偿的数据转换部；用时间上的差异进行补偿的单一输出信号通过一个扬声器输出，从而产生三维立体音的声音输出部。
2.如权利要求1所述的三维立体声输出装置，其特征在于上述数据转换部，为实现三维立体声音效而改变音频流的个数或是顺序，从而生成单一输出信号。
3.如权利要求1所述的三维立体声输出装置，其特征在于上述声音输出部能够输出可变的具有高速率的单一输出信号。
4.一种三维立体声输出装置的驱动方法，其特征在于，包括接收为了实现利用两个扬声器产生三维立体声的效果而生成的三维立体声数据的阶段；对输入的三维立体声数据进行分析，针对上述三维立体声数据，用时间上的差异对空间上的三维信号差异进行补偿，生成单一输出的阶段；将用时间上的差异进行补偿的单一输出信号通过一个扬声器输出，产生三维立体音的阶段。
5.如权利要求4所述的三维立体声输出装置的驱动方法，其特征在于在上述生成单一输出信号的阶段中，为实现三维立体声音效改变音频流的个数或是顺序，从而生成单一输出信号。
6.如权利要求4所述的三维立体声输出装置的驱动方法，其特征在于在上述输出阶段中，输出的单一输出信号是可变的具有较快速度的单一输出信号。
7.如权利要求4所述的三维立体声输出装置的驱动方法，其特征在于上述单一输出信号可以用下列数学式进行表示，Z＝F(yL，yR)＝FQH(xL，xR)这里的F是在将左右的三维声音信号生成单一音频流的过程中，将处于不同位置的扬声器的效果在不同时间上生成的信号上进行补偿1声道的变化函数；H是将与输入的声音相对应的音源的位置进行定位的传达函数；Q是在播放赋予三维立体音效的信号时，去除上述播放时产生的串话的函数；(xL，xR)是在赋予三维立体音效之前的普通左右声音信号，(yL，yR)是赋予三维立体音效的声音信号。
全文摘要
本发明涉及三维立体声输出装置，其包括数据输入部；数据转换部及声音输出部。数据输入部接收为利用两个扬声器而生成的三维立体声数据；在数据转换部对三维声音数据分析，对三维声音数据，用时间差异对在空间的三维信号差异补偿；将补偿的单一输出信号由一个扬声器输出。数据转换部考虑到信号重复性的差异特性和人体通过听觉感知空间差异的听觉特性，而改变音频流的个数或顺序，生成单一输出信号。三维立体声输出装置的驱动方法包括接收为利用两个扬声器而生成的三维立体声数据的阶段；对三维立体声数据分析，对三维立体声数据，用时间差异对空间的三维信号差异补偿，生成单一输出的阶段；将补偿的单一输出信号由一个扬声器输出的阶段。
文档编号H04R5/00GK1925697SQ20051003689
公开日2007年3月7日 申请日期2005年8月31日 优先权日2005年8月31日
发明者都大元, 吴相根, 田惠晶 申请人:乐金电子(惠州)有限公司