音频处理装置及其音频处理方法与流程

本发明涉及音频处理装置，特别涉及随使用者变化位置而改变音场的音频处理装置及其方法。

背景技术：

目前使用者使用一般影音装置看电影、玩游戏或使用虚拟实境(virtualreality，vr)装置时，如图1所示，不论使用者100相对于曲面荧幕110的所在位置变化与否，使用者100听到耳机120的声音大小皆相同，且不论是使用耳机120或其他实体扬声器，其产生的音场皆不会随着使用者100的位置改变而跟着发生变化，导致使用者100感受到影音内容的音源方位可能不正确。

技术实现要素：

本发明提供一种随使用者变化位置而改变音场的音频处理装置及其方法。

本发明的一实施例公开一种音频处理装置，包括：一定位单元，检测一使用者的一原始位置及一最新位置，计算该最新位置与该原始位置的一偏移量；一数字信号处理器，电性连接该定位单元，接收一音频数据用以产生具有多个虚拟扬声器音效的一环绕音场，以及接收该偏移量，根据该偏移量调整该环绕音场的所述多个虚拟扬声器音效。

本发明亦公开一种音频处理方法，用于一音频处理装置，包括：通过该音频处理装置的一数字信号处理器，接收一音频数据用以产生具有多个虚拟扬声器音效的一环绕音场；通过该音频处理装置的一定位单元，检测一使用者的一原始位置及一最新位置，计算该最新位置与该原始位置的一偏移量；通过该数字信号处理器接收该偏移量，根据该偏移量调整该环绕音场的所述多个虚拟扬声器音效。

基于本发明提供的实施例，使用者在观赏影音内容时，除了可以聆听到环绕音场之外，还可依据使用者的最新位置来做音场上的变化，让使用者在观赏影音时更有临场感，拥有更佳的影音效果体验。

附图说明

图1为显示使用者使用一般影音装置的示意图。

图2a为根据本发明第一实施例的音频处理装置的示意图。

图2b为根据本发明第二实施例的音频处理装置的示意图。

图3a、3b为使用者、音频处理装置及荧幕的相对位置示意图。

图4为根据本发明第一实施例的音频处理方法流程图。

附图标记说明：

100～使用者；

110～曲面荧幕；

120～耳机；

200～音频处理装置；

210～输入界面单元；

220～定位单元；

230～数字信号处理器；

231～麦克风界面；

240～输出界面单元；

241～数字模拟转换器；

242～耳机放大器；

243～多声道放大器；

250～麦克风；

260～个人电脑；

270～音频输出装置；

271～耳机；

272～多声道扬声器；

300～音频处理装置；

301～耳机；

310～使用者；

320～荧幕；

321～荧幕脚架；

330～虚拟扬声器；

401、402、403、404、405～步骤；

δ～偏移角度；

mute、vol_up、vol_down～设定指令；

xyz_cal～校正指令。

具体实施方式

为使本发明的上述和其他目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举出较佳实施例，并配合说明书附图，作详细说明如下。

图2a为根据本发明第一实施例所述的音频处理装置200的示意图。音频处理装置200主要包括输入界面单元210、定位单元220、数字信号处理器230及输出界面单元240。音频处理装置200接收来自个人电脑(pc)260的一影音数据，经过音频处理装置200处理后，由音频输出装置270输出声音至一使用者(图未绘示)。音频处理装置200可以是头戴式耳机、电竞耳机、智能眼镜、头戴式显示器、虚拟现实装置等头戴式装置、或穿戴式装置。

在此实施例中，个人电脑260依据使用者所播放的影音内容，通过通用串行总线(usb)或高画质多媒体界面(highdefinitionmultimediainterface，hdmi)或其他可传输影音数据的传输界面，传送影音数据至音频处理装置200，个人电脑260也可直接传送音频数据(audiodata)至音频处理装置200。在其他实施例中，音频处理装置200也可接收来自游戏机、多媒体播放器(例如：dvd播放器、蓝光光碟播放器)、随身听、智能手机、平板电脑、笔记本电脑的影音数据或音频数据，本发明实施例不限定于此。

输入界面单元210接收来自个人电脑260的影音数据，并将影音数据转换为视频数据和音频数据，前述视频数据经过必要的处理后由显示装置进行显示，前述音频数据则传送至数字信号处理器230，音频数据可以是立体声双声道的音频数据。当个人电脑260传送音频数据时，输入界面单元210不经转换直接将该音频数据传送至数字信号处理器230。音频数据可通过i²s(integratedinterchipsound)、hda(highdefinitionaudio)、pcm(pulse-codemodulation)等任何声音格式界面传送至数字信号处理器230。

定位单元220是九轴感应器，该九轴感应器由三轴加速度感测器(accelerometer)、三轴磁场感测器(magnetometer)及三轴陀螺仪感测器(gyroscope)所构成，用以检测使用者的最新位置与原始位置，定位单元220所检测的使用者位置信息可以是直角坐标系、极坐标系或圆柱坐标系等，本发明不限定于此。当定位单元220通过数字信号处理器230接收来自使用者的一校正指令(xyz_cal)时，定位单元220将使用者的当前位置设定为原始位置，该原始位置为(x,y,z)，接着不断检测使用者是否有旋转或移动，若有旋转或移动则检测其最新位置(x1,y1,z1)，并计算出最新位置与原始位置的一偏移量(x1-x,y1-y,z1-z)且传送该偏移量至数字信号处理器230。上述接收来自使用者校正指令的方法包括于音频处理装置200设置一按钮或于个人电脑260的软件界面设置输入选项，以供使用者输入校正指令，并传送至数字信号处理器230。以图3a为例，当使用者戴着耳机面向荧幕320的正中央(或既定区域)且输入校正指令时，定位单元检测使用者现时的位置作为原始位置，之后若使用者有移动位置或是转身动作时，则检测其移动或转向后的新位置，以取得新位置与原始位置的偏移量。

数字信号处理器230可以是编解码器(codec)，电性连接输入界面单元210及定位单元220，接收音频数据用以产生具有多个虚拟扬声器音效的环绕音场(virtualsurroundsound)，数字信号处理器230通过模拟声音定位的方法，利用人耳听音原理的效应，制造出环绕声源来自使用者后方或侧面等多个虚拟扬声器的效果。其模拟方法包括使用声音强度、相位差、时间差以及通过头部相关转换函数(headrelatedtransferfunction，hrtf)等方法产生出该虚拟环绕音场，细节在此不多做赘述。举例而言，数字信号处理器230可产生出不同方位的五个虚拟扬声器音效的环绕音场，并可针对不同方位的虚拟扬声器分别调整其增益值(gain)和/或输出强度。

此外，数字信号处理器230接收来自定位单元220的偏移量，根据该偏移量调整该环绕音场的所述多个虚拟扬声器音效。数字信号处理器230可计算该偏移量，转换为一偏移角度，并判断该偏移角度是否大于一预设角度(例如，5度)，若该偏移角度大于预设角度，则调整所述多个虚拟扬声器音效，若该偏移角度小于或等于预设角度，则不调整所述多个虚拟扬声器音效。数字信号处理器230根据该偏移角度，相对应调整所述多个虚拟扬声器音效的增益值(gain)和/或所述多个虚拟扬声器音效的输出强度。

输出界面单元240，接收来自数字信号处理器230处理过的环绕音场，用以输出至音频输出装置270。输出界面单元240具有数字模拟转换器(digitaltoanalogconverter，dac)(图未绘示)，用以将数字信号的环绕音场转换为模拟信号，传送到后级的放大器(图未绘示)，再通过放大器推动输出至音频输出装置270。

音频输出装置270可以是立体声耳机、头罩式耳机、双声道扬声器、多声道扬声器等等，本发明不限定于此。音频输出装置270接收来自输出界面单元240的环绕音场，通过双声道或多声道扬声器，播放给使用者聆听。

图2b为根据本发明第二实施例所述的音频处理装置200的示意图。音频处理装置200主要包括输入界面单元210、定位单元220、数字信号处理器230、输出界面单元240及麦克风250。在此实施例中，和第一实施例中相同名称的元件，其功能也如上所述，在此不再赘述。图2b和图2a的主要差异在于音频处理装置200还包括一麦克风(mic)250，用以接收来自外界或使用者的声音数据，数字信号处理器230还包括一麦克风界面231，用以接收来麦克风250的声音数据，可将该声音数据通过输出界面单元240回传给个人电脑260做后续处理或通过输出界面单元240输出至耳机271或多声道扬声器272播放。麦克风界面231可以是整合脉冲密度调变(pulse-densitymodulation)及模拟数字转换器(analogtodigitalconverter，adc)的界面。此外，数字信号处理器230可接收来自使用者的设定指令，该设定指令包括音量调大(vol_up)、音量调小(vol_down)及静音(mute)等功能，使用者的设定指令可通过设置于音频处理装置200的多个按钮或于个人电脑260的软件界面设置多个输入选项，以供使用者输入个人化设定指令，使得音频处理装置200的影音功能更加完善。

另外，在此实施例中，输出界面单元240还包括多个数字模拟转换器(dac)241、耳机放大器242以及多声道放大器243，用以将环绕音场输出至相对应的音频输出装置，音频输出装置是耳机271或多声道扬声器272，数字信号处理器230根据使用者使用的音频输出装置选择将环绕音场通过耳机放大器242或多声道放大器243输出至相对应的耳机271或多声道扬声器272，其中，耳机271可以是立体声双声道耳机或双声道扬声器，具有左声道及右声道输出，而多声道扬声器272可以是2.1声道、3.1声道、4.1声道、5.1声道、6.1声道、7.1声道、10.2声道、20.1声道等多声道扬声器组，本发明不限定于此。多声道扬声器272可围绕于使用者周边以构成家庭剧院的环绕音效。

请参考图3a及图3b的使用者310、音频处理装置300及荧幕320的相对位置示意图。在此实施例中，使用者310通过个人电脑、游戏机、便携装置等多媒体播放器(图未绘示)播放任意影音内容，并戴上音频处理装置300搭配荧幕320看电影、玩游戏或观赏影音内容。荧幕320可以是曲面荧幕、液晶显示器、oled显示器等显示装置，荧幕320还可以包括一荧幕脚架321，用以支撑荧幕320。音频处理装置300接收影音内容制造出有多个虚拟扬声器音效的环绕音场，通过具有立体声双声道的耳机301播放给使用者310聆听，令使用者感受到有如在其周围所设置的多颗虚拟扬声器发出声音。在本实施例中，音频处理装置300在使用者310身旁虚拟出五颗虚拟扬声器330，分别是虚拟扬声器a～e。在使用者310按下音频处理装置300的校正指令后，音频处理装置300的定位单元将使用者310的当前位置设定为原始位置，并同时不断地检测使用者310的最新位置。在图3a的示意图中，使用者310的原始位置为正对荧幕320，其偏移角度为0度。

接着，请参考图3b，使用者310相对于荧幕320向右转了(顺时针方向)一个偏移角度(δ)，音频处理装置300的定位单元检测到使用者310的最新位置，计算出最新位置与原始位置的偏移量并回传给音频处理装置300的数字信号处理器，数字信号处理器计算该偏移量为偏移角度，判断该偏移角度是否大于一预设角度，举例而言，预设角度为5度，若该偏移角度大于5度则改变环绕音场，并使用一预设的增益值对应表(如表一所示)，该增益值对应表依据使用者310的偏移角度分别对虚拟扬声器a～e调整其增益值(gain)，改变不同的输出强度(以分贝db表示)，以达到音场变化的效果。在一个实施例中，当使用者310从原始位置的0度向右转了(顺时针方向)60度时，则虚拟扬声器a从原本的+6db增加为+9db，虚拟扬声器b从原本的+3db增加为+6db，虚拟扬声器c从原本的+0db增加为+3db，而虚拟扬声器d从原本的+3db减少为+0db，虚拟扬声器e从原本的+6db减少为+3db。

表一对应不同偏移角度的增益值对应表

在表一中，虽未详列各个偏移角度的对应输出强度，然本发明所属技术领域技术人员应可理解其他偏移角度的对应输出强度。另外，应可理解的是，在本实施例中，使用者310使用耳机301聆听环绕音场，在其他实施例中，使用者310亦可使用实体的5.1声道扬声器取代耳机301，播放该环绕音场。

图4为根据本发明第一实施例的音频处理方法流程图，用于一音频处理装置。配合参考本发明第一实施例的图2a，在步骤401中，通过音频处理装置200的数字信号处理器230接收使用者的校正指令，定位单元220设定使用者的原始位置。在步骤402中，通过音频处理装置200的数字信号处理器230，接收音频数据用以产生具有多个虚拟扬声器音效的环绕音场，并输出至音频输出装置270播放给使用者聆听。在步骤403中，通过音频处理装置200的定位单元220，检测使用者的最新位置，计算最新位置与原始位置的偏移量。在步骤404中，通过数字信号处理器230判断该偏移量是否大于一预设角度，若该偏移量小于或等于该预设角度，则不调整所述多个虚拟扬声器音效，并回到步骤403，若该偏移量大于该预设角度，则进入步骤405。在步骤405中，通过数字信号处理器230根据该偏移量调整该环绕音场的所述多个虚拟扬声器音效，其中调整所述多个虚拟扬声器音效根据该使用者的该偏移角度，相对应调整所述多个虚拟扬声器音效的增益值(gain)及/或所述多个虚拟扬声器音效的输出强度，以达到改变环绕音场的效果。

更进一步地，在步骤402中，还包括通过音频处理装置200的输入界面单元210，接收影音数据，将该影音数据转换为该音频数据，传送至该数字信号处理器230做后续处理。另外，还包括通过音频处理装置的输出界面单元240，接收该环绕音场，用以输出至音频输出装置270。其中，该输出界面单元240包括一耳机放大器及一多声道放大器，用以将该环绕音场输出至相对应的该音频输出装置270。此外，该音频输出装置270是一耳机或一多声道扬声器，该数字信号处理器230根据该音频输出装置270选择将该环绕音场通过该耳机放大器或该多声道放大器输出至相对应的该耳机或该多声道扬声器。

因此，通过本发明的音频处理装置及音频处理方法，使用者在观赏影音内容时，除了可以聆听到环绕音场之外，还可依据使用者的最新位置来做音场上的变化，让使用者在观赏影音时更有临场感，拥有更佳的影音效果体验。

虽然本发明已以较佳实施例公开如上，然其并非用以限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，当可做些许变动与润饰，因此本发明的保护范围当以权利要求所界定者为准。