一种立体声转多通道声音的虚拟环绕方法及系统与流程

本发明涉及立体声转多通道声音，具体为一种立体声转多通道声音的虚拟环绕方法及系统。

背景技术：

1、自从数字通用磁盘(dvd)和超级音频cd的引入，多声道音频已经广泛应用在音响系统，特别是在汽车的高端音响系统。然而，它是可取的，以保持兼容性与现有的双通道立体声记录和/或广播。因此，近几十年来，双声道立体声到多声道格式的转换得到广泛的研究：

2、第一阶段：“单声道音频”，一般简称为“单声道”，仅使用一条音频通道记录声音，是最古老、最基础的声音重现方式。当扬声器回放音频信号时，大脑会根据左右耳接收到的信号差异来感知“宽度”，就像几何平面上的单个点一样，单声道音频只有一个声源。因此，当在立体声扬声器系统(如监听耳机或大多数扬声器对型配置)上回放单声道音频时，单声道信号会在立体声扬声器系统中呈两通道相同的状态呈现。没有信号差，也意味着听者不会产生心理声学定位，因此其声源不会表现出“宽度”。

3、第二阶段：大部分现代音乐都是以“双声道立体声”发行的，而且多数“数字音频工作站”的默认输出设置也是双声道立体声。但这到底是什么意思呢？顾名思义，“双声道立体声”指的是具有左右两个声道的声音。

4、这听起来像是与单声道没有太大区别，但这意味着采样双声道立体声的录音方式，可以让音频工程师具备，让音频充满“宽度”感的能力，也就是说，具有分别处理左右两个声道音频信息的能力，亦或创建两个不同的“面”的能力。在双声道立体声中，听者的大脑可以根据每个通道的振幅对音频进行“定位”；如果一个声音在左声道的音量大于右声道，则听者的大脑会将其“定位”在左边。双声道立体声音频技术也能支持我们测量一维空间内的音频信号，就像在测几何平面上某条直线一样。

5、第三阶段：“环绕立体声”(surroundsound，以下简称“环绕声”)的协议允许音频工程师将更多的音频通道混合在一起。在标准的5.1环绕声设置中，混合六个声道，包括五个具有全带宽的声道，一个“低频效果声道/低音炮”。这些声道的信号被发送到环绕摆放于收听位置(包括收听者身后)的扬声器中。这样一来，当您看到恐怖电影中的反派蹑手蹑脚地走到主角身后时，您会仿佛真的听到自己身后走廊的地板正在吱吱作响。

6、如果我们将双声道立体声比作一条直线，那您可以将环绕声想象成一个正方形。双声道立体声的两条音频通道，可以让我们在立体声场的左右位置摆放声音的发声点；而环绕声的六条音频通道，则可以让我们将立体声场视为一个平面，而不是一条简单的直线：因为它相较于立体声来说拥有声音的“宽度”。尽管对于大多数音乐人来说，音乐作品环绕声版混音可能没什么必要，但环绕声在另一个音频领域中有着重大意义：电影，尤其是在安装全套专业音频设备的家庭影院环境下，环绕声可以给您带来绝佳的音视觉体验。

7、第四阶段：对于声音在空间位置的定位摆放效果呈现，“全景声”可以理解为上升一个维度的环绕声，听者可以通过全景声技术，在三维立体空间内实现声音的定位，简而言之，可以想象成一个环绕在听音者的球形声场。因为单个点(单声道)没有“长度”，单条线(立体声)没有“宽度”，单个平面(环绕声)没有“高度”，而全景声则长、宽、高俱全。

8、全景声增加“高度”这个维度的空间音频信息，使听者可以分辨出，来自其上方或下方的声音。经典的“杜比全景声系统”就是通过在天花板上安装额外的扬声器，以实现全景声的回放需求。对于全景声音频来说，最酷的功能之一是，在没有安装全景声适配的扬声器系统进行回放时，它可以自动对音频文件进行“下行混音”的兼容处理。这意味着，在全景声条件下工作的音频工程师，根本不需要单独交付立体声格式及环绕声格式的音频文件。

9、现有的，虽然有较多的扬声器环绕，并不代表就能听到环绕声，如果播放声源为立体声，无论车内有多少个扬声器，人们听到的只有左声道和右声道，左前门扬声器的声音与左后门扬声器的声音是同样的，聆听者对于音源的感知局限在左右两个平面维度。

10、为此我们提出一种立体声转多通道声音的虚拟环绕方法及系统用于解决上述问题。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种立体声转多通道声音的虚拟环绕方法及系统，以解决上述背景技术中提出的问题。

2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种立体声转多通道声音的虚拟环绕方法，包括以下步骤：

3、s1：增加扬声器配置数量，根据播放空间的面积，适当增加扬声器的配置数量，通过更多的扬声器增加声道数量打造包围感、扩大频率范围实现高保真效果；

4、s2：分析立体声音源，并将其转换为多声道模式；

5、s3：根据区域安装对应的扬声器，将该播放空间区域分成若干个小区域，根据小区域的位置安装相对应的扬声器；

6、s4：对空间内的每个座位进行标记并监测，获取每个区域中座位的情况，判断人员聚集的位置并对其进行监测；

7、s5：根据人员聚集的位置，控制多声道声音信号对应的播放位置信息，播放位置信息用于反映扬声器所在的位置，能够根据人员聚集的区域选择相对应的扬声器，从而使得人员聚集处则为最佳听音区域。

8、优选的，所述立体声转换为多声道的过程如下：

9、s21：同时产生多个通道声音信号的转换；

10、s22：分别进行前后方声音信号的转换；

11、s23：生成后方两通道环绕声信号。

12、优选的，所述分别进行前后方声音信号的转换方法如下：

13、s221：生成前方三个通道声音信号，前方三个通道播放的声音信号用来进行声源定位，在转换过程中，提取并保存双通道立体声信号中的与声源位置相关的信息，再进行相应处理后把获取的声音信号反馈给相应的前方三个通道；并确保原来双通道立体声的声像定位效果不变，把双通道立体声转换成多通道环绕声后，保证听音者在中心位置所聆听到的声像位置基本不发生变化。

14、s222：生成后方两个环绕通道声音信号，提取原始双通道立体声信号中的能够体现环绕感、空间感的环境声学信息，再把提取到环境信息进行相应处理后生成两个具有很小相关性、甚至不相关的声音信号，再分别馈给后方左、右环绕通道声信号，在左、右环绕声信号的生成过程中，确保环绕声信号不会对前方三个通道信号的声像定位产生任何负影响。

15、s223：在多通道环绕声系统使用中间通道。

16、优选的，所述s223中，在立体声转换多通道环绕声时生成中间通道时，以正确的声音信号比例进行合成，确保生成的多通道声音信号在听音时不改变原始立体声声像的方向，馈给中间通道的任何声音信号均先衰减3db，把重要的声音信号以适当的比例馈给中间通道与前方左、右通道；

17、优选的，所述生成中间通道过程如下：增加一个中置声道，用立体声的左、右声道相加乘以系数表示，即假设两个间隔很大的麦克风录制的左、中、右声音，加入这个因子保证三个声道的总能量不变，产生前方中间通道声音信号时，采取pca算法，产生两个向量，分别表示主导信号y和剩余信号q的方向，两个方向相互垂直，创建一个新的坐标系，并将这两个信号作为基信号在矩阵中进行解码；

18、环绕声道的生成，环绕通道主要是播放环境音效，延迟前方通道信号，环境信息用原始信号中的左、右通道信号的差值来获取，此变化被称为反相分量，其量可以用剩余信号q表示，左右通道信号的相关系数可以表示为

19、

20、其中，和分别为xl和xr的平均值，为了确保信号的主要信息与次要信息分离，取ρ≥0，采用三位映射的方式获取多通道环绕声的信号。

21、优选的，所述人员聚集情况监测过程如下：

22、s41，在每个座位上安装显示屏，当有人员坐在该位置时，自动监测单个人员距离人群的位置，并判断该人员是否在最佳听音区域，若不在，则自动发出提示，建议该人员移动至最佳听音区域，并给出最佳听音区域的范围显示，该人员可根据需要自动选择取消或者确定；

23、s42，当控制模块接受到回复的信号时，则无需调节最佳听音区域的位置，监测最佳听音区域中的人群范围是否在外扩，并根据人员区域范围的变化判断是否需要扩大最佳听音区域；

24、s43，当监测到现有的最佳听音区域位置已满，且在其他座位依然存在一定数量的人员时，则根据人员的反馈情况确定人员的数量，并根据人员数量调节最佳听音区域。

25、优选的，所述立体声转换为多声道模式的过程，将立体声源中的人声和乐器设置到前声场，把环境音布置到其他位置，从而打造出的层次丰富，细节逼真的听觉享受。

26、优选的，所述多声道的输出信号通过布局在播放空间各处的扬声器播放出来，实现环绕声效果。

27、一种立体声转多通道声音的虚拟环绕系统，其特征在于，包括：

28、添加模块，配置为在需要进行多声道声音播放的空间添加一定数量的扬声器，并传输至控制模块；

29、分析转换模块，配置为分析立体声音源，将其转换为多声道模式，并通过数据信号将其通过扬声器进行播放；

30、数据处理模块，配置为监测播放区域空间的座位状态，并根据人数聚集的情况确定需要启动的扬声器的位置，并将信息传输至控制模块中；

31、控制模块，配置为接收数据处理模块传输的人员聚集位置的信号，并启动针对该区域能够完成环绕声音的扬声器，实现听音最佳区域的改变。

32、优选的，所述数据处理模块，包括采集单元、监测单元、统计单元，所述采集单元用于对需要进行播放空间内的听音座位序号进行采集，并传输至统计单元中，所述统计单元用于接收采集单元输送的数据信号，并将统计与依照区域规划的结果传输至监测单元，所述监测单元用于对播放空间内的座位进行监测，并与统计单元传输的结果相对应，判断出人员聚集的位置，将该数据信息传输至控制模块。

33、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

34、1.在三维空间有明显的环绕效果，对主要声音信号产生的负面影响较低，扩大最佳听音区域的范围，环绕通道的声音信号在水平上有环绕效果而且在后方整个三维空间均具备环绕效果；

35、2.能够根据播放空间区域中人员聚集的程度与位置开启相应的扬声器，使其聚集人群始终处于最佳听音区域，提高环绕效果。