用于产生立体声输出信号以提供额外输出声道的装置、方法及计算机程序的制作方法
【专利摘要】一种用于产生立体声输出信号的装置，包括：操控信息产生器（110、210、340、440、640），其经调适以依据第一输入声道的第一信号指示值和第二输入声道的第二信号指示值来产生操控信息；以及操控器（120、220、360、370、460、470、660、670），其可基于该操控信息来操控组合信号，以得到第一经操纵的信号作为第一输出声道，以及得到第二经操控的信号作为该第二输出声道。该组合信号是藉由组合第一输入声道和第二输入声道而导出的信号。此外，该操控器（120、220、360、370、460、470、660、670）经配置，可在该第一信号指示值与该第二信号指示值成第一关系时以第一方式来操控该组合信号，或者在该第一信号指示值与该第二信号指示值成不同的第二关系时以不同的第二方式来操控该组合信号。
【专利说明】用于产生立体声输出信号以提供额外输出声道的装置、方法及计算机程序
[0001]本发明有关音频处理，特别涉及用于产生立体声输出信号的技术。
[0002]音频处理已有了多方面的进步。具体而言，环绕系统已变得愈发重要。然而，大多数的音乐录音仍被编码及作为立体声信号传输，而非作为多声道信号传输。由于环绕系统包含多个(举例而言，四个或五个)扩音器，已有的许多研究主题是，当仅有两个输入信号可供利用时，要将哪些信号提供给扩音器中的某一个。提供上述未经变更的第一输入信号给第一组扩音器，以及提供上述未经变更的第二输入信号给第二组扩音器，自然是一种解决方案。但收听者或将无法真正得到真实的环绕声音的印象，而会或将听到来自不同扩音器的相同声音。
[0003]此外，考虑由包括中央扩音器的五个扩音器所构成的环绕系统。为了给使用者提供真实声音的体验，事实上起源于该收听者前方的某一位置的声音应由该前方扩音器来重现，而非由该收听者后方的左右环绕扩音器来重现。所以，一些未包含此等声音部分的音频信号应可供利用。
[0004]此外，想要体验真实环绕音频的收听者亦期待来自左右环绕扩音器的高品质音频声音。以同一信号提供两个环绕扩音器并非为期盼的解决方案。起源于该收听者所在位置的左侧的声音不应由该右侧环绕扩音器重现，反之亦然。
[0005]然而，如早已提及，大多数的音乐录音仍被编码成立体声信号。许多立体声音乐制作采用幅值平移(panning)。多个声音来源Sk会被录音，以及继而会藉由施加加权掩码ak加以平移，以致在立体声系统中，这些声音来源会看起来起源于接收立体声输入信号的左声道^的左扩音器与接收该立体声输入信号的右声道Xs的右扩音器之间的特定位置。此外，此类录音包含例如起源于室内交混回响的环境信号部分ηι、η2。环境信号部分会出现在两个声道中，但不会涉及到特定的声音来源。所以，立体声输入信号的左声道&和右声道Xe可能包括:
[0006]xL - Σ + nI
k
[0007]xR=T/h.sk+nI
k
[0008]xL:左立体声信号
[0009]xE:右立体声信号
[0010]ak:声音来源k的平移因数
[0011]Sk:信号声音来源k
[0012]I^n2:环境信号部分
[0013]在环绕系统中，一般而言，假定仅有一些扩音器位于收听者的座位的前方(举例而言，中央、左前、和右前扩音器)，而假定其他的扩音器位于收听者的座位的左后和右后方(举例而言，左环绕和右环绕扩音器)。
[0014]等量出现在该立体声输入信号的两个声道中的信号分量(sk=ak.sk)看起来会起源于在该收听者前方的中央位置处 的声音来源。所以，这些信号不被该收听者后方的左环绕和右环绕扩音器重现会是合乎需要的。
[0015]此外，主要出现在左立体声声道中的信号分量(sk?ak.sk)由该左环绕扩音器来重现；以及主要出现在右立体声声道中的信号分量(sk〈〈ak.sk)由该右环绕扩音器来重现会是合乎需要的。
[0016]此外，该左立体声声道的环境信号部分Ii1应由该左环绕扩音器来重现，而该右立体声声道的环境信号部分n2应由该右环绕扩音器来重现，会是更合乎需要的。[0017]因此，为了给左环绕扬声器和右环绕扬声器提供适当的信号，从立体声输入信号的两个声道提供至少两个输出声道，这两个输出声道与两个输入声道不同并且具有所描述的性质，将会是倍受青睐的。
[0018]然而，上述用于从立体声输入信号产生立体声输出信号的需要并非受限于环绕系统，而可能也适用于传统立体声系统。立体声输出信号亦可能用于提供某种不同的声音体验，举例而言，通过提供立体声低音强化来使具有两个扩音器的传统立体声系统获得较宽的声场。就使用立体声扩音器或耳机的重播而论，可产生较宽和/或包封音频的印象。
[0019]依据第一现有技术的方法，单声输入源会被处理，以产生立体声信号用于回放，从而可从该单声输入源建立两个声道。藉由此动作，藉由互补式滤波器对输入信号加以修饰，以产生立体声输出信号。当被两个扩音器重播时，上述产生的立体声信号会建立比起同一信号未经滤波的重播更宽的声音。然而，该立体声信号内所包含的声音源会被“模糊化”，因为不会产生方向性信息。一些细节呈现在:
[0020]Manfred Schroeder在1957年10月8-12日的第9年度AES会议中所递交的“AnArtificial Stereophonic Effect Obtained From Using a Single Signal (使用单一信号所得的假象立体声效应)”。
[0021]另一个提议出的解决方案呈现在W09215180A1:“Sound reproduction systemshaving a matrix converter (具有一个矩阵转换器的声音重现系统)”。
[0022]依据此先前技术，藉由应用该立体声输入信号的声道的一个线性组合，可从立体声输入信号产生立体声输出信号。藉由应用此方法，可能产生输出信号，输出信号可使该输入信号的中央平移部分显著地衰减。然而，此方法亦会造成许多串音(由左声道至右声道，反之亦然)。藉由限制右输入信号对左输出信号的影响，可减少串音，反的亦然，因为该线性组合的对应加权因数会受到调整。然而，这也将会造成环绕扩音器中的中央平移信号部分的衰减的降低。起源于前中央位置的信号将会无意地被后方的环绕扩音器重现。
[0023]先前技术的另一个提议出的概念是藉由在一个频域中应用复数信号分析技术来决定立体声输入信号的方向和环境。举例而言，此先前技术概念在US7257231B1、US7412380B1、和US7315624B2中呈现。依据此解决方案，对于每个时间频率解析单元(bin),相对于方向和环境检查两个输入信号,并依据该方向和环境分析的结果在一个环绕系统中重新平移两个输入信号。依据此解决方案，采用相关分析来决定环境信号部分。基于该项分析，可产生环绕声道，环绕声道主要包含环境信号部分，并且可从环绕声道中移除中央平移的信号部分。然而，由于方向分析加上环境提取两者基于一些并非总是无错误的预测，可能会产生不希望有的假象。若输入信号混合包含若干具有重迭频谱的信号(举例而言，属不同仪器)，上述产生不当假象的问题将会增加。要从该立体声信号移除中央平移的部分，需要有效的信号相依性滤波，然而，该信号相依性滤波会使得因“音乐噪声”而造成的一些预测错误清晰可见。此外，方向分析和环境提取的组合更会从两种方法导致假象的增加。
[0024]所以，本发明的一个目的旨在提供用以产生立体声输出信号的改良型概念。本发明的目的藉由依据权利要求1的用以产生立体声输出信号的装置、依据权利要求14的上混合器、依据权利要求15的用以立体声低音扩展的装置、依据权利要求16的用以产生立体声输出信号的方法、依据权利要求17的编码器、和依据权利要求18的计算机程序来加以解决。
[0025]依据本发明，提供用以产生立体声输出信号的装置。此装置可从具有第一输入声道和一个第二输入声道的立体声输入信号产生具有第一输出声道和第二输出声道的立体声输出信号。
[0026]该装置可包括操控信息产生器，该操控信息产生器经调适可依据该第一输入声道的第一信号标志值以及依据该第二输入声道的第二信号标志值，来产生一些操控信息。此夕卜，该装置包括操控器，该操控器可基于该操控信息来操控组合信号，以获得第一经操控的信号作为该第一输出声道，以及得到第二经操控的信号作为该第二输出声道。
[0027]该组合信号是藉由组合第一输入声道和第二输入声道而导出的信号。此外，该操控器可被配置成，当第一信号指示值与第二信号指示值处于第一关系时按照第一方式来操控该组合信号，并当第一信号指示值与第二信号指示值处于不同的第二关系时按照不同的第二方式来操控该组合信号。
[0028]所以，藉由操控组合信号来产生该立体声输出信号。由于该组合信号是藉由组合第一和第二输入声道而导出，以及因而包含两者立体声输入声道有关的信息，该组合信号是用以从两个输入声道产生立体声输出信号的适当基础。
[0029]在实施例中，该操控信息产生器被配置成，依据作为该第一输入声道的第一信号指示值的第一能量值以及依据作为该第二输入声道的第二信号指示值的第二能量值，来产生操控信息。此外，该操控器被配置成，当该第一能量值与该第二能量值成第一关系时以第一方式来操控该组合信号，或者当该第一能量值与该第二能量值成不同的第二关系时以不同的第二方式来操控该组合信号。在这样的实施例中，第一和第二输入声道的能量值会被用作操控信息。该两个输入声道的能量提供了关于如何操控组合信号来得到第一和第二输出声道的适当指示，因为第一和第二输出声道包含与第一和第二输入声道有关的重要信肩、O
[0030]在另一实施例中，该装置还包括可计算第一和第二信号指示值的信号指示计算单
J Li ο
[0031]在另一实施例中，该操控器经调适以可操控该组合信号，其中该组合信号表示第一和第二输入声道之间的差异。此实施例基于上述采用差异信号来提供重要优点的研究结果O
[0032]依据又一个实施例，该装置还包括变换器单元，该变换器单元可将第一和第二输入声道从时域变换至频域。这可容许信号源的频率相依性处理。
[0033]此外，依据某一实施例的装置经调适以产生依据该第一信号指示值的第一加权掩码和依据该第二信号指示值的第二加权掩码。该装置经调适以藉由应用该第一加权掩码至该组合信号的幅值以得到第一经修饰的幅值来操控该组合信号，，以及经调适以藉由应用该第二加权掩码至该组合信号的幅值以得到第二经修饰的幅值来操控该组合信号。第一和第二加权掩码提供了基于第一和第二输入信号来修饰该差异信号的有效方法。
[0034]在又一个实施例中，该装置包含组合器，其经调适以组合该组合信号的该第一幅值和相位值以得到该第一输出声道，以及组合该组合信号的该第二幅值和相位值以得到该第二输出声道。在此种实施例中，该组合信号的相位值保持不变。
[0035]依据另一实施例，通过确定该第一声道的信号指示值与该第二声道的信号指示值之间的关系来产生第一和/或第二加权掩码。调谐可能采用调谐参数。
[0036]依据又一个实施例，提供变换器单元和组合信号产生器。在此实施例中，在产生组合信号之前，将输入信号转换至频域。因此，避免了将该组合信号转换至频域，而可节省处理时间。
[0037]此外，提供了一种上混合器、一种用以立体声低音扩展的装置、一种用以产生立体声输出信号的方法、一种用以编码操控信息的装置、和一种用以产生立体声输出信号的计算机程序。
[0038]在下文中，将参照所附诸图，说明一些较佳的实施例，其中:
[0039]图1例示依据实施例的用以产生立体声输出信号的装置；
[0040]图2描述依据另一实施例用以产生立体声输出信号的装置；
[0041]图3显示依据又一实施例用以产生立体声输出信号的装置；
[0042]图4例示用以产生立体声输出信号的装置的另一个实施例；
[0043]图5例示可显示依据本发明的实施例的不同的加权掩码相对于能量值的图表；
[0044]图6描述依据又一个实施例用以产生立体声输出信号的装置；
[0045]图7例示依据实施例的上混合器；
[0046]图8描述依据又一个实施例的上混合器；
[0047]图9显示依据一个实施例用以立体声低音扩展的装置；而
[0048]图10则描述依据实施例的编码器。
[0049]图1例示依据一个实施例用以产生一个立体声输出信号的装置。该装置包含操控信息产生器110和操控器120。该操控信息产生器110经调适，可依据立体声输入信号的第一声道的信号指示值'，来产生第一操控信息q。此外，该操控信息产生器110经调适，可依据立体声输入信号的第二声道的信号指示值\，来产生一个第二操纵信息GK。
[0050]在实施例中，该第一声道的信号指示值'是该第一声道的能量值，且该第二声道的信号指示值Vr是该第二声道的能量值。在另一实施例中，该第一声道的信号指示值\是该第一声道的幅值，且该第二声道的信号指示值\是该第二声道的幅值。
[0051]所产生的操控信息GpGk被提供给操控器120。此外，组合信号d被馈送进该操控器120内。该组合信号d藉由该立体声输入信号的第一和第二输入声道而导入。
[0052]该操控器120基于该第一操控信息Glj以及基于该组合信号d来产生第一操控信号4。此外,该操控器120亦基于该第二操控信息Gk以及基于该组合信号d来产生第二操控信号dK。该操控器120经配置为，在该第一信号指示值\与该第二信号指示值Vr成第一关系时以第一方式来操控该组合信号d，或者在该第一信号指示\与该第二信号指示值Vk成不同的第二关系时以不同的第二方式来操控该组合信号d。
[0053]在实施例中，该组合信号d为差异信号。举例而言，可能已从该立体声输入信号的第一声道减去该立体声输入信号的第二声道。采用差异信号作为一个组合信号是基于差异信号特别适合被修饰来产生立体声输出信号的研究结果。此研究结果基于下文:
[0054](单声道)差异信号，亦称做“S”(侧)信号是从立体声输入信号的左声道和右声道(举例而言，在时域中)藉由应用如下公式而产生:
[0055]S=Xl-Xe,
[0056]S:差异信号
[0057]xL:左输入信号
[0058]xE:右输入信号
[0059]采用\与的上述定义:
【权利要求】
1.一种用于从具有第一输入声道和第二输入声道的立体声输入信号产生具有第一输出声道和第二输出声道的立体声输出信号的装置，包括: 操控信息产生器(110、210、340、440、640),其经调适可依据第一输入声道的第一信号指示值和第二输入声道的第二信号指示值来产生操控信息；以及 操控器(120、220、360、370、460、470、660、670)，其可基于所述操控信息来操控组合信号，以获得第一经操控的信号作为所述第一输出声道，并得到第二经操控的信号作为所述第二输出声道； 其中，所述组合信号是藉由组合所述第一输入声道和第二输入声道而导出的信号；以及 其中，所述操控器(120、220、360、370、460、470、660、670)经配置为，在第一信号指示值与第二信号指示值成第一关系时以第一方式来操控所述组合信号，或在第一信号指示值与第二信号指示值成不同的第二关系时以不同的第二方式来操控该组合信号。
2.如权利要求1所述的装置，其特征在于， 所述操控信息产生器(110、210、340、440、640)经调适以依据作为第一输入声道的第一信号指示值的第一能量值和作为第二输入声道的第二信号指示值的第二能量值来产生所述操控信息；以及 其中，所述操控器(120、220、360、370、460、470、660、670)经配置为，在第一能量值与第二能量值成第一关系时以第一方式来操控该组合信号，或在第一能量值与第二能量值成不同的第二关系时以不同`的第二方式来操控该组合信号。
3.如权利要求1所述的装置，其特征在于， 操控信息产生器(110、210、340、440、640)经调适可依据第一输入声道的第一信号指不值或者依据第二输入声道的第二信号指示值来产生操控信息， 其中，第一输入声道的第一信号指不值取决于第一输入声道的幅值； 其中，第二输入声道的第二信号指示值取决于该第二输入声道的幅值；以及其中，所述操控器(120、220、360、370、460、470、660、670)经配置为，在第一信号指示值与第二信号指示值成第一关系时以第一方式来操控组合信号，或者在第一信号指示值与第二信号指示值成不同的第二关系时以不同的第二方式来操控组合信号。
4.如以上权利要求中的任一项所述的装置，其特征在于， 所述装置进一步包括信号指示计算单元(230、330、430、630)，其经调适以基于第一输入声道来计算第一信号指示值，以及进一步经调适以基于第二输入声道来计算第二信号指示值。
5.如以上权利要求中的任一项所述的装置，其特征在于， 所述操控器(120、220、360、370、460、470、660、670 )经调适以操控所述组合信号，其中所述组合信号依据下列公式而产生:d(t)=a.xL (t) - b.xE (t), 其中d(t)表不所述组合信号,其中Xlj(t)表不第一输入声道,其中xK(t)系表不第二输入声道，以及其中a和b是操控参数。
6.如权利要求1到4中的任一项所述的装置，其特征在于， 所述操控器(120、220、360、370、460、470、660、670 )经调适以操控所述组合信号，其中所述组合信号表示第一输入声道与第二输入声道之间的差异。
7.如以上权利要求中的任一项所述的装置，其特征在于， 所述装置进一步包括变换器单元(320、420、620)，用于将立体声输入信号的第一和第二输入声道从时域变换到频域。
8.如以上权利要求中的任一项所述的装置，其特征在于， 所述操控信息产生器(110、210、340、440、640)经调适以依据第一信号指示值产生第一加权掩码，以及依据第二信号指示值产生第二加权掩码；以及 其中所述操控器经调适为，藉由应用第一加权掩码至组合信号的幅值以得到第一经修饰的幅值来操纵所述组合信号，以及藉由应用第二加权掩码至组合信号的幅值以得到第二经修饰的幅值来操控所述组合信号。
9.如权利要求8所述的装置，其特征在于， 所述装置进一步包括组合器(380、480、680)，其经调适以组合第一经修饰的幅值与组合信号的相位值，以得到第一操控信号作为第一输出声道；以及 其中所述组合器(380、480、680)经调适以组合第二经修饰的幅值与组合信号的相位值，以得到第二操控信号作为第二输出声道。
10.如权利要求8或9所述的装置，其特征在于， 操控信息产生器(110、210、340 、440、640)经调适以依据下列公式产生第一加权掩码Gl (m, k) G? ~E'M~、“
[^ElXnuk)+ EK{m,k)) 或者其中所述操控信息产生器(110、210、340、440、640)经调适以依据下列公式产生第二加权掩码Gk (m，k) /\ a P ( ,、IEr (/?, k) I GR(m,k) 二 -———-———
KE,(m,k) + E K(m,k) y 其中GliOii, k)指示时间频率解析单元(m, k)的第一加权掩码,其中Gk(m, k)指示时间频率解析单元(m, k)的第二加权掩码,其中EliOii, k)是时间频率解析单元(m, k)的第一输入声道的信号指示值，其中Ek(m，k)是时间频率解析单元(m，k)的第二输入声道的信号指示值，以及其中α为调谐参数。
11.如权利要求10所述的装置，其特征在于， 所述操控信息产生器(110、210、340、440、640)经调适以产生第一或第二加权掩码，其中所述调谐参数α为α=1。
12.如以上权利要求中的任一项所述的装置，其特征在于， 所述装置包括变换器单元(320、420、620)和组合信号产生器(310、410、610)； 其中变换器单元(320、420、620)经调适以接收第一和第二输入声道，以及可将第一和第二输入声道从时域变换至频域，以得到第一频域输入声道和第二频域输入声道； 以及其中组合信号产生器(310、410、610)经调适以基于第一和第二频域输入声道来产生组合信号。
13.如以上权利要求中的任一项所述的装置，其特征在于，所述装置进一步包括信号延迟单元(605)，其经调适以延迟第一输入声道和/或第二输入声道。
14.一种可从至少两个输入声道产生至少三个输出声道的上混合器(700、800)，包括: 用于依据权利要求1到13中的任一项产生立体声输出信号(710、810)的装置，其经安排以接收上混合器(700、800)的输入声道中的两个作为输入声道；以及 组合单元(770、870)，用于组合上混合器(700、800)的至少两个输入信号以提供组合声道； 其中上混合器(700、800)经调适以输出用于产生立体声输出信号(710、810)的装置的第一输出声道，或从用于产生立体声输出信号(710、810)的装置的第一输出声道导出的信号，作为上混合器(700、800)的第一输出声道； 其中上混合器(700、800)经调适以输出用于产生立体声输出信号(710、810)的装置的第二输出声道，或从用于产生立体声输出信号(710、810)的装置的第二输出声道导出的信号，作为上混合器(700、800)的第二输出声道；以及 其中上混合器(700、800)经调适以输出所述组合声道作为上混合器(700、800)的第三输出声道。
15.—种用于立体声低音扩展以从两个输入声道产生两个输出声道的装置(900),包括: 用于依据权利要求1到13中的任一项产生立体声输出信号(910)的装置，其经安排以接收所述用于立体声低音扩展的`装置(900)的两个输入声道作为输入声道；以及 组合单元(920、930)，其用于组合所述用于产生立体声输出信号(910)的装置的至少一个输出声道与所述用于立体声低音扩展的装置(900)的至少一个输入声道，以提供组合声道； 其中所述用于立体声低音扩展的装置(900)经调适以输出所述组合声道或从所述组合声道导出的信号。
16.—种用于从具有第一输入声道和第二输入声道的立体声输入信号产生具有第一输出声道和第二输出声道的立体声输出信号的方法，包括: 依据第一输入声道的第一信号指示值和第二输入声道的第二信号指示值，来产生操控/[目息;以及 基于所述操控信息来操控组合信号，以得到第一经操控的信号作为所述第一输出声道，以及得到第二经操控的信号作为所述第二输出声道； 其中所述组合信号是藉由组合所述第一输入声道和第二输入声道而导出；以及其中所述组合信号的操控通过如下方式进行:在第一信号指示值与第二信号指示值成第一关系时以第一方式来操控所述组合信号，或在第一信号指示值与第二信号指示值成不同的第二关系时以不同的第二方式来操控所述组合信号。
17.一种用于编码操控信息的装置，包括: 信号指示计算单元(1010)，用于确定立体声输入信号的第一声道的第一信号指示值，以及用于确定立体声输入信号的第二声道的第二信号指示值； 操控信息产生器(1020)，其经调适可依据第一输入声道的第一信号指示值以及依据第二输入声道的第二信号指示值，来产生操控信息；以及输出模块(1030),用于输出所述操控信息； 其中所述操控信息适用来基于所述操控信息操控组合信号，以产生立体声输出信号的第一声道和第二声道； 其中所述组合信号是通过组合第一输入声道和第二输入声道而导出的信号；以及 其中所述操控信息指明第一信号指示值与第二信号指示值的关系； 以及其中第一信号指示值与第二信号指示值的关系指明，在第一信号指示值与第二信号指示值成第一关系时应按照第一方式操控所述组合信号，或者在第一信号指示值与第二信号指示值成不同的第二关系时，应按照不同的第二方式操控所述组合信号。
18.—种计算机程序,用于从具有第一输入声道和第二输入声道的立体声输入信号产生具有第一输出声道和第二输出声道的立体声输出信号，并实现如权利要求16所述的方法。`
【文档编号】H04S1/00GK103518386SQ201280022921
【公开日】2014年1月15日 申请日期:2012年5月8日 优先权日:2011年5月13日
【发明者】C·斯多克美尔, S·范娜尔, C·乌勒, P·普乐凯恩, O·赫尔穆特, U·海斯 申请人:德商弗朗霍夫应用研究促进学会