專利名稱：消除串音的裝置與方法以及使用它的立體聲生成系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總體構(gòu)思涉及虛擬音響系統(tǒng)，更具體地，涉及消除雙聲道揚聲器以及聽眾雙耳之間串音的裝置與方法，以及使用該裝置與方法的立體聲生成系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
立體聲系統(tǒng)通過耳機(jī)或揚聲器，將聲源置于虛擬空間的預(yù)定位置，并且提供方向感、距離感、以及空間感，就像聲音是實際從聲音的虛擬聲源所在的位置聽到的一樣。一般地，通過使用頭部相關(guān)轉(zhuǎn)移函數(shù)(head related transferfunction，HRTF，其為聲源與耳鼓之間的聲學(xué)轉(zhuǎn)移函數(shù))的雙耳聲合成濾波器，來實現(xiàn)立體聲。當(dāng)通過耳機(jī)再現(xiàn)信號時，利用雙耳聲合成濾波器的立體聲顯示最佳性能。但是，如果通過兩個揚聲器來再現(xiàn)信號，則會發(fā)生兩個揚聲器以及聽眾雙耳之間串音，從而使立體感下降。相應(yīng)地，串音消除器消除兩個信號之間的串音，從而使通過左揚聲器再現(xiàn)的信號不會被聽眾的右耳聽到，而通過右揚聲器再現(xiàn)的信號不會被聽眾的左耳聽到。
在美國專利No.6668061 B1(1998年11月18日提交，名稱為“CROSSTALK CANCELLER”)中描述了與此串音消除器相關(guān)的技術(shù)。
圖1顯示常規(guī)的串音消除器。圖1的串音消除器被稱為晶格結(jié)構(gòu)，并且包含四個濾波器142、143、144、145。
參照圖1，左輸入信號140(BL)通過濾波器142被卷積，而右輸入信號141(BR)通過濾波器144被卷積。隨后，由加法器150將兩個卷積信號相加，并且將其再現(xiàn)為左輸出信號152(SL)。另外，右輸入信號141(BR)通過濾波器145被卷積，而左輸入信號140(BL)通過濾波器143被卷積。隨后，由加法器151將兩個卷積信號相加，并且將其再現(xiàn)為右輸出信號152(SL)。
在圖1所示的串音消除方法中，對于四個濾波器142、143、144、145，執(zhí)行卷積運算四次。由此當(dāng)每個濾波器階次較高時，需要大量的計算。相應(yīng)地，在常規(guī)串音消除器中，難于在時域中進(jìn)行卷積，而應(yīng)該在頻域中進(jìn)行卷積。但是，因為頻域中的卷積需要大量的存儲器，所以必須也增加程序的大小。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明總體構(gòu)思提供了消除雙聲道揚聲器以及聽眾雙耳之間串音現(xiàn)象的裝置與方法，以及使用該裝置與方法的立體聲生成系統(tǒng)。
本發(fā)明總體構(gòu)思的其他方面將部分地在以下的描述中列出，部分地可以從說明書中明顯看出，或者可以通過對本發(fā)明總體構(gòu)思的實踐了解。
本發(fā)明總體構(gòu)思的以上和/或其他方面可以通過以下達(dá)到，提供一種消除兩個揚聲器與聽眾雙耳之間的串音的裝置，該裝置包含延遲單元，用來用相應(yīng)的預(yù)定延遲值延遲第一與第二聲道輸入信號；增益單元，用來調(diào)整在延遲單元中延遲的第一與第二聲道輸入信號中每一個的輸出增益；第一加法單元，用來將第一聲道輸入信號加到與經(jīng)過增益與延遲調(diào)整的第二聲道信號；第一濾波器單元，用來調(diào)整從第一加法單元輸出的信號的頻率特性；第二加法單元，用來將第二聲道輸入信號加到與經(jīng)過增益與延遲調(diào)整的第一聲道信號；以及第二濾波器單元，用來調(diào)整從第二加法單元輸出的信號的頻率特性。
本發(fā)明總體構(gòu)思的以上和/或其他方面也可以通過以下達(dá)到，提供一種消除兩個揚聲器與聽眾雙耳之間的串音的裝置，該裝置包含第一與第二濾波器單元，用來調(diào)整第一與第二聲道信號的頻率特性；延遲單元，用來用相應(yīng)的預(yù)定延遲值延遲第一與第二濾波器單元的輸出信號；增益單元，用來調(diào)整延遲單元中延遲的每個信號的輸出電平；第一加法單元，用來將第一濾波器單元的輸出信號加到經(jīng)過增益與延遲調(diào)整的第二濾波器單元的輸出信號；以及第二加法單元，用來將第二濾波器單元的輸出信號加到經(jīng)過增益與延遲調(diào)整的第一濾波器單元的輸出信號。
本發(fā)明總體構(gòu)思的以上和/或其他方面也可以通過以下達(dá)到，提供一種串音消除裝置，包含增益/延遲處理單元，用來接收第一與第二輸入聲道信號；對第一輸入聲道信號進(jìn)行第一增益與第一延遲處理；對第二輸入聲道信號進(jìn)行第二增益與第二延遲處理；將經(jīng)過增益/延遲的第一聲道信號加到第二輸入聲道信號，以獲得第一相加信號；將經(jīng)過增益/延遲的第二聲道信號加到第一輸入聲道信號，以獲得第二相加信號；以及輸出第一與第二相加信號；以及濾波器單元，用來對第一相加信號進(jìn)行第一卷積運算；對第二相加信號進(jìn)行第二卷積運算；以及分別輸出第一與第二經(jīng)過卷積的信號到第一與第二揚聲器。
本發(fā)明總體構(gòu)思的以上和/或其他方面也可以通過以下達(dá)到，提供一種串音處理裝置，包含濾波器單元，用來分別對與左右聲道揚聲器相關(guān)的左右聲道信號進(jìn)行濾波；以及增益/延遲單元，用來通過近似對于左聲道揚聲器的第一頭部相關(guān)轉(zhuǎn)移函數(shù)，并且預(yù)先確定相對于左聲道揚聲器的音響空間中右耳位置與左耳位置之間的第一增益差異與第一延遲差異，來處理經(jīng)過濾波的左聲道信號；以及通過近似對于右聲道揚聲器的第二頭部相關(guān)轉(zhuǎn)移函數(shù)，并且預(yù)先確定相對于右聲道揚聲器的音響空間中右耳位置與左耳位置之間的第二增益差異與第二延遲差異，來處理經(jīng)過濾波的右聲道信號。
本發(fā)明總體構(gòu)思的以上和/或其他方面也可以通過以下達(dá)到，提供一種立體聲生成系統(tǒng)，包含第一與第二揚聲器；以及消除第一、第二揚聲器與聽眾雙耳之間的串音的串音消除裝置。該串音消除裝置包含第一信號處理單元，用來交叉混合第一、第二聲道信號與經(jīng)過增益與延遲調(diào)整的第一、第二聲道信號；以及第二信號處理單元，用來調(diào)整在第一信號處理單元中混合的信號的頻率特性，并且向第一與第二揚聲器提供具有經(jīng)過調(diào)整后的頻率特性的信號。
本發(fā)明總體構(gòu)思的以上和/或其他方面也可以通過以下達(dá)到，提供一種利用左右聲道揚聲器每一個的聲學(xué)轉(zhuǎn)移函數(shù)之間的以下預(yù)定關(guān)系生成沒有左右聲道揚聲器之間串音的虛擬音響的串音消除裝置，H2(z)≅αz-βH1(z)]]>其中H1(z)表示左右聲道揚聲器中所選擇的一個揚聲器與靠近所選擇揚聲器的耳朵之間的第一聲學(xué)轉(zhuǎn)移函數(shù)，H2(z)表示所選擇的揚聲器與遠(yuǎn)離所選擇揚聲器的耳朵之間的第二聲學(xué)轉(zhuǎn)移函數(shù)，α表示所選擇揚聲器與靠近和遠(yuǎn)離的耳朵之間的增益差異，β表示所選擇揚聲器與靠近和遠(yuǎn)離的耳朵之間的延遲差異。
本發(fā)明總體構(gòu)思的以上和/或其他方面也可以通過以下達(dá)到，提供一種消除兩個揚聲器與聽眾雙耳之間的串音的方法，該方法包含以下步驟輸入由頭部相關(guān)轉(zhuǎn)移函數(shù)(HRTF)進(jìn)行了雙耳聲合成的左右聲道信號；調(diào)整左聲道輸入信號的增益與延遲；調(diào)整右聲道輸入信號的增益與延遲；將左聲道輸入信號加到經(jīng)過增益與延遲調(diào)整的右聲道信號，以獲得第一混合信號；按逆HRTF形式，調(diào)整第一混合信號的頻率特性，并且將結(jié)果輸出到左揚聲器；將右聲道輸入信號加到經(jīng)過增益與延遲調(diào)整的左聲道信號，以獲得第二混合信號；以及按逆HRTF形式，調(diào)整第二混合信號的頻率特性，并且將結(jié)果輸出到右揚聲器。
本發(fā)明總體構(gòu)思的以上和/或其他方面也可以通過以下達(dá)到，提供一種利用雙聲道揚聲器在聆聽點上生成聲音的方法，該方法包含分別接收第一與第二揚聲器對應(yīng)于的第一與第二聲道信號；根據(jù)第一揚聲器與聽眾的第一耳之間的第一頭部相關(guān)轉(zhuǎn)移函數(shù)、對應(yīng)的第一延遲值、以及對應(yīng)的第一增益值，來近似第一揚聲器與聽眾的第二耳之間的第二頭部相關(guān)轉(zhuǎn)移函數(shù)；根據(jù)第二揚聲器與聽眾的第二耳之間的第三頭部相關(guān)轉(zhuǎn)移函數(shù)、對應(yīng)的第二延遲值、以及對應(yīng)的第二增益值，來近似第二揚聲器與聽眾的第一耳之間的第四頭部相關(guān)轉(zhuǎn)移函數(shù)；以及根據(jù)第一、近似的第二、第三、以及近似的第四頭部相關(guān)轉(zhuǎn)移函數(shù)，處理第一與第二聲道信號，以消除第一與第二揚聲器之間串音。
本發(fā)明總體構(gòu)思的以上和/或其他方面也可以通過以下達(dá)到，提供一種計算機(jī)可讀介質(zhì)，包含可執(zhí)行代碼，用來消除兩個揚聲器與聽眾雙耳之間的串音，該介質(zhì)包含第一可執(zhí)行代碼，用來交叉混合第一、第二聲道信號與經(jīng)過增益與延遲調(diào)整的第一、第二聲道信號；以及第二可執(zhí)行代碼，用來調(diào)整在第一信號處理單元中混合的信號的頻率特性。
從以下結(jié)合附圖的對實施例的描述中，將清楚并且更容易理解本發(fā)明總體構(gòu)思的這些和或其他方面與優(yōu)點，其中圖1顯示常規(guī)的串音消除器；圖2顯示根據(jù)本發(fā)明總體構(gòu)思的實施例的消除串音的裝置；圖3顯示在兩個揚聲器與聽眾雙耳之間發(fā)生的串音現(xiàn)象；圖4顯示具有晶格結(jié)構(gòu)的串音消除器，用來更詳細(xì)地解釋對圖3串音現(xiàn)象的消除；圖5顯示鄰近的強(qiáng)力揚聲器的頭部相關(guān)轉(zhuǎn)移函數(shù)(HRTF)對；圖6顯示根據(jù)本發(fā)明總體構(gòu)思的實施例的近似的非對稱串音消除器；圖7為顯示圖6的近似的非對稱串音消除器的方框圖；圖8顯示根據(jù)本發(fā)明總體構(gòu)思的實施例的近似的對稱串音消除器；圖9為顯示根據(jù)本發(fā)明總體構(gòu)思的實施例的、圖8的近似的對稱串音消除器的方框圖。
具體實施例方式
現(xiàn)在將詳細(xì)參照本發(fā)明總體構(gòu)思的實施例，其例子在附圖中顯示，其中全文中相似的附圖標(biāo)記表示相似的元件。以下描述實施例以通過參照附圖來解釋本發(fā)明總體構(gòu)思。
圖2顯示根據(jù)本發(fā)明總體構(gòu)思的實施例的消除串音的裝置。圖2的串音消除裝置包含第一信號處理單元210與第二信號處理單元220。第一信號處理單元210包含第一增益單元212、第二增益單元216、第一延遲單元214、第二延遲單元218、第一加法單元219-1、以及第二加法單元219-2。第一信號處理單元210將左聲道信號(BL)、右聲道信號(BR)與經(jīng)過增益/延遲調(diào)整或者經(jīng)過延遲/增益調(diào)整的左聲道信號(BL)、右聲道信號(BR)交叉混合。第二信號處理單元220包含第一濾波器單元222與第二濾波器單元224。第二信號處理單元220調(diào)整在第一信號處理單元210中混合的每個信號的頻率特性?？梢愿鶕?jù)所希望的實現(xiàn)，改變第一增益單元212、第二增益單元216、以及第一延遲單元214、第二延遲單元218的順序。即，在串音消除裝置的另一實施例中，第一增益單元212與第二增益單元216可以分別與第一延遲單元214和第二延遲單元218調(diào)換。
參照圖2，第一增益單元212利用第一預(yù)定增益值調(diào)整正在輸入的左聲道信號(BL)的增益。
第二增益單元216利用第二預(yù)定增益值調(diào)整正在輸入的右聲道信號(BR)的增益。
第一延遲單元214將在第一增益單元212中經(jīng)過增益調(diào)整的左聲道信號(BL)延遲第一預(yù)定延遲值。
第二延遲單元218將在第二增益單元216中經(jīng)過增益調(diào)整的右聲道信號(BR)延遲第二預(yù)定延遲值。
第一加法單元219-1將正在輸入到第一信號處理單元210的左聲道信號(BL)加到已經(jīng)由第二增益單元216與第二延遲單元218進(jìn)行了增益與延遲調(diào)整的右聲道信號(BR)。
第二加法單元219-2將正在輸入到第一信號處理單元210的右聲道信號(BR)加到已經(jīng)由第一增益單元212與第一延遲單元214進(jìn)行了增益與延遲調(diào)整的左聲道信號(BL)。
第一濾波器單元222具有為揚聲器與聽眾雙耳之間的聲學(xué)轉(zhuǎn)移函數(shù)的HRTF的逆HRTF形式，并且調(diào)整在第一加法單元219-1中混合的信號的頻率特性。第一濾波器單元222的輸出信號(SL)輸出到左揚聲器。
第二濾波器單元224具有為揚聲器與聽眾雙耳之間的聲學(xué)轉(zhuǎn)移函數(shù)的HRTF的逆HRTF形式，并且調(diào)整在第二加法單元219-2中混合的信號的頻率特性。第二濾波器單元224的輸出信號(SR)輸出到右揚聲器。
將參照圖3到8更詳細(xì)地描述具有圖2的改進(jìn)結(jié)構(gòu)的消除串音的裝置。
參照圖3，在許多包括立體聲的應(yīng)用領(lǐng)域，會發(fā)生兩個揚聲器310與320以及聽眾雙耳之間的串音現(xiàn)象。
串音消除器通過補(bǔ)償緊接輸出信號被輸出到兩個揚聲器310與320之前的信號，消除串音現(xiàn)象。串音消除器被實現(xiàn)為兩個揚聲器310與320以及聽眾雙耳之間的HRTF矩陣的逆矩陣，如以下等式1C(z)=H(z)-1=H11(z)H12(z)H21(z)H22(z)-1=H22(z)-H12(z)-H21(z)H11(z)/(H11(z)H22(z)-H12(z)H21(z))---(1)]]>其中H11(z)、H12(z)、H21(z)、以及H22(z)分別構(gòu)成為兩個揚聲器與聽眾雙耳之間的聲學(xué)轉(zhuǎn)移函數(shù)的HRTF，如圖3所示。串音消除器具有次級方矩陣(secondary square matrix)，用來生成兩個輸出信號，以響應(yīng)于兩個輸入信號，并且由此被實現(xiàn)為圖4所示的結(jié)構(gòu)。一般地，圖4所示的結(jié)構(gòu)被稱為晶格結(jié)構(gòu)。此處，K11(z)、K12(z)、K21(z)、以及K22(z)分別為等式1的次級方矩陣的元素。
基本上，立體聲揚聲器系統(tǒng)安裝在當(dāng)前的數(shù)字媒體產(chǎn)品上。在諸如個人多媒體播放器(PMP)或個人數(shù)字助理(PDA)等便攜式設(shè)備以及TV中，兩個揚聲器相互鄰近。圖5顯示具有相互鄰近的兩個揚聲器310′、320′的立體聲揚聲器系統(tǒng)，從而聲音近似地從同一位置發(fā)出。如圖5所示，當(dāng)揚聲器310′、320′相互鄰近時，由于兩個揚聲器310′、320′的聲音近似地從同一位置發(fā)出這一實際情況，一個揚聲器310′中的聽眾雙耳之間的HRTF對(H1(z)，H2(z))具有類似的聲學(xué)特性。兩個揚聲器310′、320′相互靠得越近，H1(z)與H2(z)之間的相關(guān)性越高。此處，H1(z)為靠近揚聲器310′、320′的耳朵的HRTF，而H2(z)為遠(yuǎn)離揚聲器310′、320′的耳朵的HRTF。
考慮到HRTF對(H1(z)，H2(z))之間的相關(guān)性較高，可以進(jìn)行以下等式2的假定H2(z)≅αz-βH1(z)---(2)]]>即，假定在H1(z)與H2(z)之間只有增益與延遲之間的差異，則可以利用等式2通過調(diào)整增益與延遲，從H1(z)獲得H2(z)。此處，增益值(α)為兩個HRTF之間的電平差異，而延遲值(β)為兩個HRTF之間的延遲差異。從兩個揚聲器310′、320′與聽眾雙耳之間的兩個HRTF(H1(z)，H2(z))的脈沖響應(yīng)的最大值之間的差異、或者均方根(RMS)值之間的差異，獲得兩個HRTF之間的電平差異(α)。從兩個揚聲器310′、320′與聽眾雙耳之間的兩個HRTF(H1(z)，H2(z))的脈沖響應(yīng)的互相關(guān)函數(shù)變?yōu)樽畲髸r的時間，獲得兩個HRTF(H1(z)，H2(z))之間的延遲差異(β)。
相應(yīng)地，當(dāng)圍繞聽眾對稱地放置兩個揚聲器310、320時，如圖3所示，通過以上等式1獲得串音消除器。當(dāng)圍繞聽眾非對稱地放置兩個揚聲器310′、320′時，如圖5所示，可以根據(jù)等式2進(jìn)行以下等式3與4的假定。關(guān)于遠(yuǎn)離揚聲器310′、320′的耳朵的HRTF(H21(z)，H12(z))可以從關(guān)于靠近揚聲器310′、320′的耳朵的HRTF(H11(z)，H22(z))獲得，如以下等式3與4所示。
H21(z)≅α1z-β1H11(z)---(3)]]>H12(z)≅α2z-β2H22(z)---(4)]]>其中，α1、α2為兩個HRTF之間的電平差異，而β1、β2為兩個HRTF之間的延遲差異，如等式2中所述。
通過利用等式3與4，可以通過以下等式5近似等式1C(z)≅C11(z)-α2z-β2C11(z)-α1z-β1C22(z)C22(z)=C11(z)00C22(z)1-α2z-β2-α1z-β11]]>其中C11(z)=H22(z)H11(z)H22(z)-H12(z)H21(z)]]>
C22(z)=H11(z)H11(z)H22(z)-H12(z)H21(z)---(5)]]>表示近似的串音消除器的等式5可以表示為圖6的方框圖。
圖6的串音消除器的方框圖可以被擴(kuò)展為圖7的方框圖。即，串音消除器包含第一與第二增益單元，第一與第二延遲單元，以及第一與第二濾波器。作為結(jié)果，雖然圖4的晶格結(jié)構(gòu)的串音消除器相對于四個濾波器進(jìn)行了四次卷積運算，但是本實施例的串音消除器相對于兩個濾波器只進(jìn)行了兩次卷積運算，從而可以減少計算量與存儲器大小。
另外，當(dāng)圍繞聽眾對稱地放置兩個揚聲器310、320時(圖3)，對稱串音消除器可以采用與在圍繞聽眾非對稱地放置兩個揚聲器310′、320′時(圖5)使用的非對稱串音消除器相同的方法。
一般串音消除器變?yōu)镠11(z)＝H22(z)和H21(z)＝H12(z)。相應(yīng)地，該串音消除器可以表示為以下等式6C(z)=H(z)-1=H1(z)H2(z)H2(z)H1(z)-1=H1(z)-H2(z)-H2(z)H1(z)/(H12(z)-H22(z))---(6)]]>通過利用等式7的假定，可以將等式6近似為等式8(以下)H2(z)≅αz-βH1(z)---(7)]]>C(z)≅C1(z)1-αz-β-αz-β1,]]>whereC1(z)=H1(z)H12(z)-H22(z)---(8)]]>等式8表示近似的對稱串音消除器，并且可以表示為圖8的方框圖。圖8的近似對稱串音消除器的方框圖可以擴(kuò)展為圖9的對稱串音消除器的方框圖。
參照圖9，該對稱串音消除器包含第一信號處理單元910與第二信號處理單元920。第一信號處理單元910包含第一與第二濾波器單元912、914，用來分別調(diào)整輸入的左右聲道信號BL、BR的頻率特性。
第二信號處理單元920包含第一與第二增益單元922、926，用來以預(yù)定增益值分別調(diào)整第一與第二濾波器單元912、914的輸出信號的增益。第二信號處理單元920還包含第一與第二延遲單元924、928，用來以預(yù)定延遲值分別延遲在第一與第二增益單元922、926經(jīng)過增益調(diào)整的信號。第一加法單元929-1將第一濾波器單元912的輸出信號與經(jīng)過了增益與延遲調(diào)整的第二濾波器單元914的輸出信號相加。第二加法單元929-2將第二濾波器單元914的輸出信號與經(jīng)過了增益與延遲調(diào)整的第一濾波器單元912的輸出信號相加。
其中第一濾波器單元912(即，C1(z))連接到輸入終端的對稱串音消除器(如圖8與9所示)以及其中第一與第二濾波器單元(即，C11(z)，C22(z))連接到輸出終端的非對稱串音消除器(如圖7所示)會產(chǎn)生大致相同的結(jié)果。
作為結(jié)果，根據(jù)本發(fā)明總體構(gòu)思的實施例的串音消除器由圖7與9表示。如圖7與9所示，在與常規(guī)晶格結(jié)構(gòu)相比的本實施例的串音消除器中，濾波器的數(shù)目被減少(從4到2)，從而只進(jìn)行兩次卷積運算，并且可以利用簡單的增益值與簡單的延遲值處理剩余的信號。相應(yīng)地，在根據(jù)本發(fā)明總體構(gòu)思的實施例的串音消除器中，可以將常規(guī)串音消除器結(jié)構(gòu)中所需的計算量減少50％。另外，因為減少了濾波器的數(shù)目，所以可以減少存儲器的大小。
應(yīng)該理解雖然參照聽眾與聽眾的雙耳描述了本發(fā)明總體構(gòu)思的實施例，但是本發(fā)明總體構(gòu)思的實施例的串音消除器可以用來消除在立體聲生成系統(tǒng)和/或虛擬環(huán)繞系統(tǒng)的聆聽點附近發(fā)生的串音。聆聽點可以指聽眾感知到最優(yōu)立體聲效果的位置，并且這可以使用(例如)假人頭來近似。由此，當(dāng)串音消除器與立體聲生成系統(tǒng)運行時，聽眾不需要一定在場。
在本發(fā)明總體構(gòu)思的另一實施例中，串音消除器中的增益單元、延遲單元、以及濾波器單元不僅可以使用等式1至8從HRTF直接獲得，而且可以從常規(guī)的晶格結(jié)構(gòu)獲得。例如，如圖4所示，如果有預(yù)先設(shè)計的晶格結(jié)構(gòu)的四個濾波器系數(shù)(K11(z)，K12(z)，K21(z)，K22(z))，則可以從這四個濾波器系數(shù)(K11(z)，K12(z)，K21(z)，K22(z))獲得增益單元、延遲單元、以及濾波器單元。即，參照圖7，第一濾波器單元變?yōu)镵11(z)，而第二濾波器單元變?yōu)镵22(z)。第一增益單元與第一延遲單元從濾波器系數(shù)K22(z)與K21(z)、以及濾波器系數(shù)K22(z)與K21(z)的互相關(guān)函數(shù)之間的最大值(或者RMS值)的差異變?yōu)樽畲髸r的時間獲得。第二增益單元與第二延遲單元從濾波器系數(shù)K11(z)與K12(z)、以及濾波器系數(shù)K11(z)與K12(z)的互相關(guān)函數(shù)之間的最大值(或者RMS值)的差異變?yōu)樽畲髸r的時間獲得。
在本發(fā)明總體構(gòu)思的另一實施例中，通過進(jìn)行立體聲生成系統(tǒng)中的雙耳聲合成部分以及串音消除器的卷積，設(shè)計基于無限脈沖響應(yīng)濾波器(IIR)的展寬濾波器。當(dāng)虛擬揚聲器的數(shù)目為2N時，雙耳聲合成部分可以為尺寸為2的方矩陣，并且串音消除器部分也可以為尺寸為2的方矩陣，從而展寬濾波器變?yōu)槌叽鐬?的方矩陣，其為通過將對應(yīng)于雙耳聲合成部分以及串音消除器部分的兩個矩陣相乘而獲得的矩陣形式。相應(yīng)地，圖7與9所示的結(jié)構(gòu)也可以用于立體聲生成裝置，以進(jìn)行關(guān)于雙聲道輸入信號的尺寸為2的方矩陣結(jié)構(gòu)的卷積。
本發(fā)明總體構(gòu)思也可以實現(xiàn)為計算機(jī)可讀記錄介質(zhì)上的計算機(jī)可讀代碼。該計算機(jī)可讀記錄介質(zhì)為可以存儲此后能由計算機(jī)系統(tǒng)讀取的數(shù)據(jù)的任意數(shù)據(jù)存儲設(shè)備。計算機(jī)可讀記錄介質(zhì)的例子包括只讀存儲器(ROM)、隨即存取存儲器(RAM)、CD-ROM、磁帶、軟盤、光數(shù)據(jù)存儲設(shè)備、以及載波(例如通過因特網(wǎng)的數(shù)據(jù)傳送)。計算機(jī)可讀記錄介質(zhì)也可以分布于網(wǎng)絡(luò)耦合的計算機(jī)系統(tǒng)上，從而可以分布方式存儲與執(zhí)行計算機(jī)可讀代碼。另外，本發(fā)明總體構(gòu)思相關(guān)領(lǐng)域的程序員可以容易地構(gòu)造用來實現(xiàn)本發(fā)明總體構(gòu)思的功能程序、代碼、以及代碼段。
根據(jù)上述的本發(fā)明總體構(gòu)思的實施例，消除了兩個揚聲器與聽眾雙耳之間的串音現(xiàn)象，從而可以最大化包含立體聲系統(tǒng)的許多應(yīng)用領(lǐng)域中所希望的性能。另外，在根據(jù)本發(fā)明總體構(gòu)思的實施例的串音消除器中，濾波器數(shù)目從常規(guī)晶格結(jié)構(gòu)的4減少到2，并且只進(jìn)行兩次卷積，從而可以從常規(guī)晶格結(jié)構(gòu)將計算量與存儲器尺寸減少50％。
雖然已經(jīng)顯示并且描述了本發(fā)明總體構(gòu)思的幾個實施例，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該理解在不脫離本發(fā)明總體構(gòu)思的精神與原理的前提下，可以對這些實施例進(jìn)行修改，本發(fā)明的范圍由權(quán)利要求書及其等價物限定。
權(quán)利要求
1.一種消除兩個揚聲器與聽眾雙耳之間的串音的裝置，該裝置包含第一信號處理單元，用來交叉混合第一、第二聲道信號與經(jīng)過增益與延遲調(diào)整的第一、第二聲道信號；以及第二信號處理單元，用來調(diào)整在第一信號處理單元中混合的信號的頻率特性。
2.如權(quán)利要求1所述的裝置，其中第一信號處理單元包含第一增益單元，用來用第一預(yù)定增益值調(diào)整第一聲道信號的增益；第二增益單元，用來用第二預(yù)定增益值調(diào)整第二聲道信號的增益；第一延遲單元，用來用第一預(yù)定延遲值延遲第一增益單元的輸出信號；第二延遲單元，用來用第二預(yù)定延遲值延遲第二增益單元的輸出信號；第一加法單元，用來將由第一延遲單元延遲調(diào)整過的信號加到正在輸入的第二聲道信號；以及第二加法單元，用來將由第二延遲單元延遲調(diào)整過的信號加到正在輸入的第一聲道信號。
3.如權(quán)利要求1所述的裝置，其中第一信號處理單元包含第一延遲單元，用來用第一預(yù)定延遲值延遲第一聲道信號；第二延遲單元，用來用第二預(yù)定延遲值延遲第二聲道信號；第一增益單元，用來用第一預(yù)定增益值調(diào)整第一延遲單元的輸出信號的增益；第二增益單元，用來用第二預(yù)定增益值調(diào)整第二延遲單元的輸出信號的增益；第一加法單元，用來將由第一增益單元增益調(diào)整過的信號加到正在輸入的第二聲道信號；以及第二加法單元，用來將由第二增益單元增益調(diào)整過的信號加到正在輸入的第一聲道信號。
4.如權(quán)利要求3所述的裝置，其中第二信號處理單元包含第一濾波器單元，用來調(diào)整第一加法單元混合的信號的頻率特性；以及第二濾波器單元，用來調(diào)整第二加法單元混合的信號的頻率特性。
5.如權(quán)利要求4所述的裝置，其中第一濾波器單元為頭部相關(guān)轉(zhuǎn)移函數(shù)HRTF的逆形式，該頭部相關(guān)轉(zhuǎn)移函數(shù)HRTF為揚聲器與雙耳之間的聲學(xué)轉(zhuǎn)移函數(shù)。
6.如權(quán)利要求4所述的裝置，其中第二濾波器單元為頭部相關(guān)轉(zhuǎn)移函數(shù)HRTF的逆形式，該頭部相關(guān)轉(zhuǎn)移函數(shù)HRTF為揚聲器與雙耳之間的聲學(xué)轉(zhuǎn)移函數(shù)。
7.如權(quán)利要求2所述的裝置，其中通過揚聲器與雙耳之間的兩個HRTF的脈沖響應(yīng)的最大值之間的差異確定第一與第二預(yù)定增益值。
8.如權(quán)利要求2所述的裝置，其中由揚聲器與雙耳之間的兩個HRTF的脈沖響應(yīng)的互相關(guān)函數(shù)變?yōu)樽畲髸r的時間確定第一與第二預(yù)定延遲值。
9.如權(quán)利要求2所述的裝置，其中由預(yù)先設(shè)計的晶格結(jié)構(gòu)的兩個濾波器的脈沖響應(yīng)的最大值之間的差異確定第一與第二預(yù)定增益值。
10.如權(quán)利要求2所述的裝置，其中由預(yù)先設(shè)計的晶格結(jié)構(gòu)的兩個濾波器的脈沖響應(yīng)的互相關(guān)函數(shù)變?yōu)樽畲髸r的時間確定第一與第二預(yù)定延遲值。
11.一種消除兩個揚聲器與聽眾雙耳之間的串音的裝置，該裝置包含延遲單元，用來用相應(yīng)的預(yù)定延遲值延遲第一與第二聲道輸入信號；增益單元，用來調(diào)整在延遲單元中延遲的第一與第二聲道輸入信號中每一個的輸出增益；第一加法單元，用來將第一聲道輸入信號加到與經(jīng)過增益與延遲調(diào)整的第二聲道信號；第一濾波器單元，用來調(diào)整從第一加法單元輸出的信號的頻率特性；第二加法單元，用來將第二聲道輸入信號加到與經(jīng)過增益與延遲調(diào)整的第一聲道信號；以及第二濾波器單元，用來調(diào)整從第二加法單元輸出的信號的頻率特性。
12.一種消除兩個揚聲器與聽眾雙耳之間的串音的裝置，該裝置包含第一與第二濾波器單元，用來調(diào)整第一與第二聲道信號的頻率特性；延遲單元，用來用相應(yīng)的預(yù)定延遲值延遲第一與第二濾波器單元的輸出信號；增益單元，用來調(diào)整延遲單元中延遲的每個信號的輸出電平；第一加法單元，用來將第一濾波器單元的輸出信號加到經(jīng)過增益與延遲調(diào)整的第二濾波器單元的輸出信號；以及第二加法單元，用來將第二濾波器單元的輸出信號加到經(jīng)過增益與延遲調(diào)整的第一濾波器單元的輸出信號。
13.如權(quán)利要求12所述的裝置，其中通過揚聲器與雙耳之間的兩個HRTF的脈沖響應(yīng)的最大值之間的差異確定增益值。
14.如權(quán)利要求12所述的裝置，其中由揚聲器與雙耳之間的兩個HRTF的脈沖響應(yīng)的互相關(guān)函數(shù)變?yōu)樽畲髸r的時間確定所述相應(yīng)的預(yù)定延遲值。
15.一種立體聲生成系統(tǒng)，用來在處理雙聲道信號之前，通過計算關(guān)于雙聲道信號的雙耳聲合成器以及串音消除器，進(jìn)行預(yù)定尺寸的兩個矩陣結(jié)構(gòu)的卷積，該系統(tǒng)包含延遲單元，用來用相應(yīng)的預(yù)定延遲值延遲第一與第二聲道輸入信號；增益單元，用來調(diào)整在延遲單元中延遲的第一與第二聲道輸入信號中每一個的輸出增益；第一加法單元，用來將第一聲道輸入信號加到與經(jīng)過增益與延遲調(diào)整的第二聲道信號；第一濾波器單元，用來調(diào)整從第一加法單元輸出的信號的頻率特性；第二加法單元，用來將第二聲道輸入信號加到與經(jīng)過增益與延遲調(diào)整的第一聲道信號；以及第二濾波器單元，用來調(diào)整從第二加法單元輸出的信號的頻率特性。
16.一種串音消除裝置，包含增益/延遲處理單元，用來接收第一與第二輸入聲道信號；對第一輸入聲道信號進(jìn)行第一增益與第一延遲處理；對第二輸入聲道信號進(jìn)行第二增益與第二延遲處理；將經(jīng)過增益/延遲的第一聲道信號加到第二輸入聲道信號，以獲得第一相加信號；將經(jīng)過增益/延遲的第二聲道信號加到第一輸入聲道信號，以獲得第二相加信號；以及輸出第一與第二相加信號；以及濾波器單元，用來對第一相加信號進(jìn)行第一卷積運算；對第二相加信號進(jìn)行第二卷積運算；以及分別輸出第一與第二經(jīng)過卷積的信號到第一與第二揚聲器。
17.一種串音處理裝置，包含濾波器單元，用來分別對與左右聲道揚聲器相關(guān)的左右聲道信號進(jìn)行濾波；以及增益/延遲單元，用來通過近似對于左聲道揚聲器的第一頭部相關(guān)轉(zhuǎn)移函數(shù)，并且預(yù)先確定相對于左聲道揚聲器的音響空間中右耳位置與左耳位置之間的第一增益差異與第一延遲差異，來處理經(jīng)過濾波的左聲道信號；以及通過近似對于右聲道揚聲器的第二頭部相關(guān)轉(zhuǎn)移函數(shù)，并且預(yù)先確定相對于右聲道揚聲器的音響空間中右耳位置與左耳位置之間的第二增益差異與第二延遲差異，來處理經(jīng)過濾波的右聲道信號。
18.如權(quán)利要求17所述的串音處理裝置，其中使用兩個卷積運算來處理左右聲道信號。
19.一種利用左右聲道揚聲器每一個的聲學(xué)轉(zhuǎn)移函數(shù)之間的以下預(yù)定關(guān)系生成沒有左右聲道揚聲器之間串音的虛擬音響的串音消除裝置，H2(z)≅αz-βH1(z)]]>其中H1(z)表示左右聲道揚聲器中所選擇的一個揚聲器與靠近所選擇揚聲器的耳朵之間的第一聲學(xué)轉(zhuǎn)移函數(shù)，H2(z)表示所選擇的揚聲器與遠(yuǎn)離所選擇揚聲器的耳朵之間的第二聲學(xué)轉(zhuǎn)移函數(shù)，α表示所選擇揚聲器與靠近和遠(yuǎn)離的耳朵之間的增益差異，β表示所選擇揚聲器與靠近和遠(yuǎn)離的耳朵之間的延遲差異。
20.如權(quán)利要求19所述的串音消除裝置，其中對于靠近和遠(yuǎn)離的耳朵兩者，根據(jù)第一聲學(xué)轉(zhuǎn)移函數(shù)、所述增益差異、以及所述延遲差異，處理對應(yīng)于所選擇揚聲器的所選擇聲道信號。
21.一種立體聲生成系統(tǒng)，包含第一與第二揚聲器；以及消除第一、第二揚聲器與聽眾雙耳之間的串音的串音消除裝置，包含第一信號處理單元，用來交叉混合第一、第二聲道信號與經(jīng)過增益與延遲調(diào)整的第一、第二聲道信號；以及第二信號處理單元，用來調(diào)整在第一信號處理單元中混合的信號的頻率特性，并且向第一與第二揚聲器提供具有經(jīng)過調(diào)整后的頻率特性的信號。
22.如權(quán)利要求21所述的系統(tǒng)，其中第一與第二揚聲器被相對于彼此以及系統(tǒng)的聆聽點對稱地放置。
23.如權(quán)利要求21所述的系統(tǒng)，其中第一與第二揚聲器被彼此鄰近地、相對于系統(tǒng)的聆聽點非對稱地放置。
24.一種利用雙聲道揚聲器在聆聽點上生成聲音的方法，該方法包含分別接收對應(yīng)于第一與第二揚聲器的第一與第二聲道信號；根據(jù)第一揚聲器與聽眾的第一耳之間的第一頭部相關(guān)轉(zhuǎn)移函數(shù)、對應(yīng)的第一延遲值、以及對應(yīng)的第一增益值，來近似第一揚聲器與聽眾的第二耳之間的第二頭部相關(guān)轉(zhuǎn)移函數(shù)；根據(jù)第二揚聲器與聽眾的第二耳之間的第三頭部相關(guān)轉(zhuǎn)移函數(shù)、對應(yīng)的第二延遲值、以及對應(yīng)的第二增益值，來近似第二揚聲器與聽眾的第一耳之間的第四頭部相關(guān)轉(zhuǎn)移函數(shù)；以及根據(jù)第一、近似的第二、第三、以及近似的第四頭部相關(guān)轉(zhuǎn)移函數(shù)，來處理第一與第二聲道信號，以消除第一與第二揚聲器之間的串音。
25.一種消除兩個揚聲器與聽眾雙耳之間的串音的方法，該方法包含以下步驟輸入由頭部相關(guān)轉(zhuǎn)移函數(shù)HRTF進(jìn)行了雙耳聲合成的左右聲道信號；調(diào)整左聲道輸入信號的增益與延遲；調(diào)整右聲道輸入信號的增益與延遲；將左聲道輸入信號加到經(jīng)過增益與延遲調(diào)整的右聲道信號，以獲得第一混合信號；按逆HRTF形式，調(diào)整第一混合信號的頻率特性，并且將結(jié)果輸出到左揚聲器；將右聲道輸入信號加到經(jīng)過增益與延遲調(diào)整的左聲道信號，以獲得第二混合信號；以及按逆HRTF形式，調(diào)整第二混合信號的頻率特性，并且將結(jié)果輸出到右揚聲器。
26.一種計算機(jī)可讀介質(zhì)，包含可執(zhí)行代碼，用來消除兩個揚聲器與聽眾雙耳之間的串音，該介質(zhì)包含第一可執(zhí)行代碼，用來交叉混合第一、第二聲道信號與經(jīng)過增益與延遲調(diào)整的第一、第二聲道信號；以及第二可執(zhí)行代碼，用來調(diào)整在第一信號處理單元中混合的信號的頻率特性。
全文摘要
一種消除雙聲道揚聲器與聽眾雙耳之間的串音的裝置與方法。該串音消除裝置包含第一信號處理單元，用來交叉混合第一、第二聲道信號與經(jīng)過增益與延遲調(diào)整的第一、第二聲道信號；以及第二信號處理單元，用來調(diào)整在第一信號處理單元中混合的信號的頻率特性。
文檔編號H04R3/02GK1942017SQ20061015951
公開日2007年4月4日 申請日期2006年9月25日 優(yōu)先權(quán)日2005年9月26日
發(fā)明者金善民 申請人:三星電子株式會社