一种多声道系统精简方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于声学领域，尤其涉及一种多声道系统精简方法。
【背景技术】
[0002] 随着三维电视和三维电影技术的发展，三维音频技术成为了多媒体领域的一个研 宄热点。三维平移是一种在三维声场中使用若干扬声器制造虚拟声源的技术。在三维平移 方法中，基于向量的幅度平移技术（vectorbasedamplitudepanning简记为VBAP)被广 泛认可。在三维VBAP中，虚拟声源用三个扬声器合成，起点在听音点，终点在虚拟声源所在 位置的单位向量可以用另外三个向量线性表示（每个向量起点在听音点，终点在每个向量 所对应扬声器所在位置，长度为1)。三个向量表示的系数经过归一化之后，作为权重系数使 得虚拟声源的信号分配到表示向量所对应的三个扬声器。如果表示虚拟声源使用的扬声器 数目多于三个，VBAP技术将整个重建扬声器空间按三个扬声器一组分为若干个子空间，在 每个子空间中按照VBAP进行信号分配。
[0003] 5. 1多声道系统曾经是非常流行的家庭影院声音系统。但是随着3D视频技术的发 展，对音频技术提出了更高的要求，现在多声道音频研宄专注于更加先进的带有更多声道 的系统，可以为人们提供更好的沉浸感。例如，日本广播协会实验室的22. 2多声道系统已 经被用于超高清电视转播。这一先进的多声道系统要求按照自己独特的扬声器摆放方法放 置扬声器才能产生最好的声音效果。尽管24个扬声器可以按照最优的方法摆放在剧院，但 是在家庭应用时摆放麻烦。"下混"是多声道系统中很好的减少扬声器声道的方法。从5.1 下混到两声道立体声或单声道已经被ITU-RRecommendation标准化，并被用于一些电视接 收器。尽管这一下混方法十分高效，但是它并不适用于任意数量的扬声器配置。为了使得 多个系统之间的下混变得可行，人们迫切需要一种新的声场重建或转化技术。
[0004] 2011年日本广播协会实验室的AkioAndo提出了一种新的下混方法，此方法利用 在同一球面上的三个扬声器替换此三个扬声器构成的球面三角形包围的一个扬声器（此 四个扬声器位于同一球面上，球面中心为听音点），保证替换前后听音点位置处的声压大小 和质子速度方向不变，该方法为VBAP技术提供了物理基础理论，反复利用该方法可以逐渐 把22. 2多声道系统精简到10声道或8声道系统（两个低频声道不作处理），听音效果优 于传统的下混方法。声音的物理性质可以由声压和质子速度共同表示，声压为标量，只有大 小，质子速度为向量，具有大小和方向。因此AkioAndo的方法只保证了精简前后声压大小 和质子速度的方向，忽略了质子速度的大小，将会给22. 2多声道系统重建带来误差。
【发明内容】
[0005] 本发明针对现有技术的不足，提供一种多声道系统精简方法。
[0006] 本发明技术方案提供一种多声道系统精简方法，包括以下步骤，
[0007] 步骤1，设替换扬声器组和待替换扬声器组均位于同一球面上，待替换扬声器组包 括m个扬声器Spvl、Spv2、…、Spvm，扬声器Spvl、Spv2、…、Spvm的原始信号均为S，替换 扬声器组包括n个扬声器Spl、Sp2、…、Spn，n〈m，球面的球心位置为听音点；获得n个扬声 器Spl、Sp2、…、Spn替换单个待替换扬声器Spvh所分配得到的信号，h=l，2，…，m，包 括以下子步骤，
[0008]步骤101，获得m个扬声器Spvl、Spv2、…、Spvm分别的位置信息，n个扬声器Spl、 Sp2、…、Spn分别的位置信息；
[0009]步骤102,计算确定n个扬声器Spl、Sp2、…、Spn的初始分配系数whl,Wm,…，wto， 包括构建方程如下，
[0015] Wh= (whl …wto)T，T表示矩阵转置，whj表示替换扬声器Spj针对待替换扬声 器Spvh的信号分配系数，j=l，2，…，n;
[0016]
[0017]
，j= 1，2...，n;
[0018] Ei= (0 0 1) T;
[0019] 0vh表示待替换的扬声器Spvh所在位置与原点0之间连线在XOY平面的射影与X 轴之间的夹角，h=l，2，…，m;
[0020] 表示待替换的扬声器Spvh所在位置与原点0之间连线与X0Y平面之间的夹角， h = 1，2，…，m ;
[0021]0j表示扬声器Spj所在位置与原点0之间连线在X0Y平面的射影与X轴之间的 夹角，j= 1，2，…，n;
[0022] A表示扬声器Spj所在位置与原点0之间连线与X0Y平面之间的夹角，j= 1， 2,…，n;步骤103,将单个待替换的扬声器Spvh的信号分别乘以步骤102所得初始分配系 数
[0023] whl，wh2,…，wto后分配到相应扬声器Spl、Sp2、…、Spn中，删除待替换的扬声器 Spvh，h= 1，2，…，m;
[0024] 步骤2,计算得到扬声器Spl、Sp2、…、Spn分别的信号，包括将步骤1中所得扬声 器Spj分配得到的一系列相应信号求和，扬声器Spj的最终分配信号计算公式如下：
[0025]
h=l
[0026] 其中，j= 1，2，...，n。
[0027]而且，n= 10,m= 22。
[0028] 采用本发明提供的m个扬声器系统精简为n个扬声器系统的方法，相较于Akio Ando在2011年提出的下混方法仅能保证替换前后听音点处声压大小和质子速度的方向不 变，本专利的方法既保证了替换前后听音点处声压大小和质子速度的方向不变，又保证替 换前后质子速度大小的误差最小，有利于提升合成虚拟声源的效果。本发明可以对包含任 意多个扬声器的多声道系统进行精简处理，具备很好的普适性。
【附图说明】
[0029] 图1为本发明的基本流程图。
[0030] 图2是本发明实施例的待替换扬声器摆放位置图。
[0031] 图3是本发明实施例的替换扬声器摆放位置图。
【具体实施方式】
[0032] 本发明针对摆放在同一球面上的多声道系统，提出了一种多声道系统精简方法， 该方法的核心技术是利用任意多个扬声器替换一个待替换扬声器，以下结合附图和具体实 施例详细说明本发明技术方案。
[0033] 实施例的目标是将包含22个扬声器Spvl、Spv2、…、Spv22的多声道系统精简到 包含10个扬声器Spl、Sp2、…、SplO的多声道系统。假设22个扬声器Spvl、Spv2、…、 Spv22为待替换扬声器组，每个扬声器的原始信号均为S，10个扬声器Spl、Sp2、…、SplO为 替换扬声器组。因此本发明主要利用10个扬声器替换一个待替换扬声器，并逐渐将22个 扬声器Spvl、Spv2、…、Spv22用Spl、Sp2、…、SplO替换。替换扬声器组和待替换扬声器 组均位于同一球面上，球面半径为2米，球面的球心位置为听音点。
[0034] 具体实施时，本发明方法可采用计算机软件技术实现自动运行流程。实施例采用 10个扬声器替换一个待替换扬声器的方法逐渐实现22. 2多声道系统的精简过程，参见图 1，实施例所提供流程包含以下步骤：
[0035] 步骤1，设m个扬声器Spvl、Spv2、…、Spvm位于同一个球面上，扬声器Spvl、 Spv2、…、Spvm的原始信号均为S，扬声器Spvl、Spv2、…、Spvm为待替换扬声器组；n个扬 声器Spl、Sp2、…、Spn为替换扬声器组（n〈m)，用于精简待替换扬声器组Spvl、Spv2、…、 Spvm，扬声器Spl、Sp2、…、Spn可以与扬声器Spvl、Spv2、…、Spvm中部分扬声器所在位 置相同，也可以完全不相同。获得n个扬声器Spl、Sp2、…、Spn替换一个待替换扬声器 Spvh(h= 1，2,…，m)所分配得到的信号，替换扬声器组和待替换扬声器组均位于同一球 面上，球面的球心位置为听音点。具体实施时，本领域技术人员可自行根据具体情况确定的 n、m取值，实现方式相同。
[0036] 实施例获得10个扬声器Spl、Sp2、…、SplO替换单个待替换扬声器所分配得到的 信号。包括以下子步骤，
[0037] 步骤101，获得22个待替换的扬声器Spvl、Spv2、…、Spv22分别的位置信息，10 个替换扬声器Spl、Sp2、…、SplO分别的位置信息；
[0038] 设以听音点为坐标原点0建立三维直角坐标系XYZ，本发明采用极坐标形式，如点 A的坐标（PA，0A，h)中，PA表示点A与坐标原点之间的距离，0A表示点A与原点0之 间连线在X0Y平面的射影与X轴之间的夹角，仏表示点A与原点0之间连线与X0Y平面之 间的夹角。假设单个待替换扬声器Spvh(h= 1，2,…，22)坐标为（P，0vh，9V)，10个替 换扬声器Spl、Sp2、…、SplO的坐标分别为（P，0 ^奶）、（P，0 2，供2 )、（P，0 3，妁）、 (P，0 4，灼）、（P，0 5，约）、（P，0 6, ％ )、（P，0 7，灼）、（P，0 8, ％ )、（P，0 9，灼）、 (P，0 10，供 10 ) 〇
[0039] 假设本实施例中，空心点表示听音点的位置，实心点表示扬声器所在位 置。替换扬声器Spl、Sp2、…、SplO分别位于球0表面的点，参见图3,扬声器主要 分布于高角度￡16￥&丨1〇11 = 45°、0°、-30°处，坐标分别为你1(2,0°，90°)、 Sp2(2,0。，45。）、Sp3(2,90。，45。）、Sp4(2，180。，45。）、Sp5(2,0。，0。）、 Sp6(2,60° ,0° )、Sp7(2，120° ,0° )、Sp8(2，180° ,0° )、Sp9(2,270 ° ,0° )、 Spl0(2,90°，-30° )，待替换扬声器组Spvl、Spv2、…、Spv22分别位于球0表面的点， 参见图 2,坐标分别为：Spvl(2,0°，90° )、Spv2(2,0°，45° )、Spv3(2,45°，45° )、 Spv4(2,90°，45° )、Spv5(2，135。，45° )、Spv6(2，180。，45° )、Spv7(2,225。，45° )、 Spv8(2,270。，45° )、Spv9(2,315。，45° )、Spvl0(2,0° ,0° )、Spvll(2,30。，0° )、 Spvl2(2,60。，0。）、Spvl3(2,90。，0。）、Spvl4(2，120。，0。）、Spvl5(2，150。，0。）、 Spvl6(2, 180 。，0 。）、Spvl7 (2,225 。，0 。）、Spvl8 (2,270 。，0 。）、 Spvl9(2,315 。，0 。）、Spv20(2,45 。，-30 。）、Spv21(2,90 。，-30 。）、 Spv22(2, 135° ,-30° )〇
[0040] 步骤102,计算确定10个替换扬声器Spl、Sp2、…、SplO的初始分配系数。
[0041] 按照单个待替换的扬声器Spvh(h= 1，2，…，m)