具有改善的通道分离的矩阵编码器的制造方法
【专利说明】具有改善的通道分离的矩阵编码器
[0001]本申请是原案申请号为201280038439.2的发明专利申请(国际申请号:PCT/AU2012/000631，申请日:2012年6月4日，发明名称:具有改善的通道分离的矩阵编码器)的分案申请。
技术领域
[0002]本发明涉及一种用于环绕立体声的改善的矩阵编码器。该矩阵编码器可以与环绕立体声系统关联，其中表示原始声场的至少四个音频输入信号被编码为两个通道并且两个通道被解码为与四个音频输入信号对应的至少四个通道。
[0003]相关申请的交叉引用
[0004]本发明涉及转让给本申请人的以下国际专利申请，此处以交叉引用的方式并入上述申请的公开:
[0005]PCT/AU2010/001666-頂PROVED MATRIX DECODER FOR SURROUND SOUND
【背景技术】
[0006]在如上所述的多通道系统中，音频信号的四个通道从原始声场获得并且被编码器编码为两个通道。这两个编码后的通道可以记录在诸如CD、DVD等的记录介质上或由立体声TV或FM收音机的广播。这两个编码后的通道可以从记录介质或广播节目再现并且借助矩阵解码器被解码为逼近从原始声场获得的音频信号的四个通道的四个通道。解码后的信号可以通过合适的放大器应用于四个扬声器，以再现原始声场。
[0007]为了促进理解本发明，下面参照附图中的图1和图2来描述“4-2-4”矩阵回放系统和常规编码器的原理。
[0008]在图1示出的系统中，在原始声场14中安装了四个麦克风10、11、12和13，以便分别产生四通道音频信号FL(左前)、FR(右前)、RL(左后)和RR(右后)。还可以产生可选的中心通道。四通道音频信号被提供给编码器15，以被变换或编码为两个信号L和R。来自编码器15的输出L和R应用于解码器16，以被变换或解码为逼近原始的四通道信号FL、FR、RL和RR的再现的四通道信号FL’、FR’、RL’和RR’。解码器16可以包括如下描述的单频带处理或多频带处理。所再现的四通道信号可以通过放大器(未示出)应用于位于聆听空间21中的四个扩音器17、18、19和20，以与相关技术的两通道系统相比时提供更紧密地逼近原始声场14的多通道声场。
[0009]包括⑶、DVD、TV、FM收音机等的各种两通道系统22可以用于捕捉或存储来自编码器15的输出L和R并且向解码器16提供所捕捉的或所存储的输出。在一个示例中，来自编码器15的输出L和R可以记录在诸如⑶、DVD或磁带等的存储介质上并且来自存储介质的输出可以应用于解码器16。根据另一个示例，来自编码器15的输出L和R或从记录介质再现的输出可以经由立体声TV或FM立体声无线电广播系统发送到解码器16。
[0010]常规编码器15的示例包括Q声音(Q sound)、专业逻辑(Prologic)或常规立体声(convent1nal stereo)。图1中的编码器15可以如图2所示进行配置，其中，由设置在原始声场14前部的麦克风10和11产生的音频信号FL和FR以及由设置在原始声场14后部的麦克风12、13产生的音频信号RL和RR应用于常规的矩阵电路23。
[0011 ] 矩阵电路23包括多个加法器/乘法器和移相器，设置它们以如下产生L和R输出信号:
[0012]L = FL+kFR+jRL+jkRR
[0013]R = FR+kFL-jRR-jkRL
[0014]其中，k表示变换或矩阵系数，通常具有约0.414的值，并且j表示90度相移。移相器可以在整个音频频带上提供基本一致的相移。四个通道信号FL’、FR’、RL’和RR’可以由具有相同矩阵系数k的常规解码器来再现。可以示出的是当矩阵系数k = 0.414时，通道FL’与相邻通道FR’和RL’之间的分离分别等于_3dB并且沿对角线方向的通道FL’和RR’之间分离等于-无限大dB(-1nfin.dB)。因为相邻通道之间的分离等于_3dB，所以不可能欣赏具有足够大的定向分辨率的四个通道的立体声回放。
[0015]图3示出包括具有控制单元25和解码器单元26的可变矩阵24的解码器的框图，该解码器采用矩阵系数SL、SR、SF、SB，可以根据两个通道信号L与R之间的相位差来控制矩阵系数的大小。
[0016]在图3所示的解码器中，两个通道信号L和R从两通道介质源应用于解码器的输入端子27和28，因此应用于可变矩阵24的输入端子29和30。输入端子27和28经由90度相移电路33还耦合到可变矩阵24的输入端子31和32。可变矩阵24工作，以对两个通道信号L和R解码或解矩阵化，以在其输出端子34、35、36和37产生四通道信号。控制电路25根据两通道信号L与R之间的相位差，向解码器单元26提供转变(steering)控制信号SL、SR、SF和SB。来自控制单元25的转变控制信号SL、SR、SF和SB的大小可以与信号L与R之间的相位差成比例地沿反方向变化。控制信号SF可以用于控制与前通道有关的矩阵系数，并且控制信号SB可以用于控制与后通道有关的矩阵系数。类似地，控制信号SR可以用于控制与右通道有关的矩阵系数，并且控制信号SL可以用于控制与左通道有关的矩阵系数。在信号L与R之间的相位差接近零的情况下，例如，控制信号SF工作，以减小与前通道有关的矩阵系数，由此增强前通道之间的分离。另一方面，控制信号SB工作，以增大与后通道有关的矩阵系数，以减小后通道之间的分离。与此并行地，可以增大前通道的信号电平，并且可以减小后通道的信号电平，以改善前后通道之间的分离。
[0017]控制单元25可以包括:相位区分器，该相位区分器用于检测信号L与R之间的相位差；或比较器，该比较器用于从和信号(L+R)的电平与差信号(L-R)的电平之间的差的方面来检测信号L与R之间的相位关系。通过检测信号L与R之间的相位关系来控制与前后通道关联的矩阵系数的原因是人类具有检测大声音的方向的敏锐的灵敏性，但是对于与大声音共存的小声音的灵敏性可能比较差。因此，在前部存在大声音并且后部存在小声音的情况下，如果增强了前通道之间的分离并且减小了后通道之间的分离，则四个通道的回放可能更有效。相反，在前通道中存在小声音并且后通道中存在大声音的情况下，如果增强了后通道之间的分离并且减小了前通道之间的分离，则四个通道的回放可能更有效。
[0018]在前部中存在大声音并且后部中存在小声音的情况下(8卩，在？1^、？1?>>1^、1^的情况下)，信号L和R可以具有基本相同的相位。这意味着和信号(L+R)的电平可以比差信号(L-R)的电平高。
[0019]相反，在前部中存在小声音而后部中存在大声音的情况下(S卩，在FL、FR〈〈RL、RR的情况下)，信号L和R具有相反相位。在这种情况下，和信号(L+R)的电平可以低于差信号(L-R)的电平。出于这个原因，可以经由相位区分器或比较器中的任一方来检测信号L与R之间的相位关系。
[0020]转让给本申请人的国际专利申请PCT/AU2010/001666中描述了一种可变矩阵解码器。具有智能三频带转变系统的解码器可以在关于动态音乐内容的所有解码后的环绕输出之间实现近似40db的通道分离。该解码器的一个缺点是立体声编码介质缺少全左/右通道分离并且听起来有点窄。
[0021]在数字(⑶)时代之前，通常接受的是期望20db分离，所以可以听不到串音。然而，利用现代数字技术可获得高达10db的分离。尽管如此，问题仍然是在典型的音乐条件下，为了实际上不被人类听觉检测到，什么程度的分离是可接受的。
[0022]与通常的观念相反，人耳基于到达时间和响度(而不只是响度)感知声音从哪个方向到达。这是已知为“HAAS”或“优先”效果的心理声学现象，并且由如图4所示的曲线例示。对于到达时间差在1-30毫秒的范围并且声压级差达12db的波前，到达时间是感知的声音方向的主要决定因素。这是曲线下面的区域。因此，即使第一波前在声压级上比后波前低了达12db，声音也被感知为来自要到达的第一波前的方向。Haas曲线基本上提出要求12db的信号电平差来克服左/右镜像定位的延时迹象。当与用现代CD技术获得的10db相比而测试12db的分离时，发现倾听者无法获得任何差异。
[0023]在使用图2所示的编码器时，存在总计为大约40db的过多的环绕分离。需要的是编码后的立体声在通道之间实现至少12db分离的更优化的点，因为上面说明的原因，即使通道分离无限大，倾听者也可能无法区分差异。
[0024]假定编码器中变换或矩阵系数0.414表示编码后的介质中立体声分离仅是6db，应当可以减小该矩阵系数，以在编码后的信号中给出12db的分离。
[0025]本发明可以提供改善了各个通道之间(包括前后通道之间和左右通道之间)的分离的矩阵编码器。
【发明内容】
[0026]—种在环绕立体声系统使用的编码器，其中，表示原始声场的至少四个音频输入信号(FL、FR、RL、RR)被编码为两通道信号(L、R)并且所述编码后的两通道信号被解码为与所述四个音频输入信号对应的至少四个音频输出信号(FL’、FR’、RL’、RR’)，所述编码器包括:
[0027]矩阵装置，该矩阵装置被连接以接收所述四个音频输入信号以便将所述四个输入信号编码为两通道(L和R)输出信号，并且所述矩阵装置