專利名稱:立體聲像加寬系統(tǒng)的制作方法
立體聲像加寬系統(tǒng)相關申請本申請基于35U.S.C.§ 119(e)要求2010年10月20日遞交的題為“Stereo ImageWidening System(立體聲像加寬系統(tǒng))”的美國臨時申請N0.61/405, 115的優(yōu)先權(quán),其全部內(nèi)容通過引用合并于此。
背景技術:
可以使用多個麥克風分開記錄左音頻信號和右音頻信號來產(chǎn)生立體聲。備選地,可以通過對單聲道信號施加雙耳合成濾波器來產(chǎn)生左音頻信號和右音頻信號,從而合成立體聲。在通過耳機再現(xiàn)立體聲信號時立體聲通常具有優(yōu)越性能。然而,如果通過兩個揚聲器再現(xiàn)信號,會在兩個揚聲器與收聽者耳朵之間出現(xiàn)串擾,使得劣化立體聲感知。因此,通常采用串擾消除器來消除或減小兩個信號之間的串擾,使得收聽者的右耳不會聽到左揚聲器信號,而收聽者的左耳不會聽到右揚聲器信號。
發(fā)明內(nèi)容
這里描述了一種立體聲加寬系統(tǒng)和關聯(lián)的信號處理算法,在特定實施例中,利用比現(xiàn)有串擾消除系統(tǒng)少的處理資源來加寬立體聲像。有利地,這些系統(tǒng)和算法可以在手持設備或具有緊湊布置的揚聲器的其他設備中實現(xiàn),從而以較低計算成本改進利用這些設備產(chǎn)生的立體聲效果。然而,這里描述的系統(tǒng)和算法不限于手持設備,而是可以更一般地在具有多個揚聲器的任何設備中實現(xiàn)。為了概述本公開,這里已經(jīng)描述了本發(fā)明的特定方面、優(yōu)點和新穎特征。應當理解并非根據(jù)這里公開的本發(fā)明的任何特定實施例均實現(xiàn)所有這些優(yōu)點。因此,可以實現(xiàn)或執(zhí)行這里公開的本發(fā)明,使得實現(xiàn)和優(yōu)化這里教導的一個優(yōu)點或一組優(yōu)點,而不必實現(xiàn)如這里教導或建議的其他優(yōu)點。
在特定實施例中,一種虛擬加寬通過揚聲器對播放的立體聲音頻信號的方法包括:接收立體聲音頻信號,其中,立體聲音頻信號包括左音頻信號和右音頻信號。該方法還可以包括:向左聲道提供左音頻信號并且向右聲道提供右音頻信號,并且在不采用任何計算密集型的頭部相關傳遞函數(shù)(HRTF)或反HRTF來嘗試完全消除串擾的情況下,采用聲偶極子原理來減輕揚聲器對與收聽者兩側(cè)耳朵之間的串擾的影響。所述采用可以包括(通過一個或多個處理器):至少通過(a)使左音頻信號反相來產(chǎn)生反相的左音頻信號并且(b)將反相的左音頻信號與右音頻信號相組合來近似第一聲偶極子,并且至少通過(a)使右音頻信號反相來產(chǎn)生反相的右音頻信號并且(b)將反相的右音頻信號與左音頻信號相組合來近似第二聲偶極子;對第一聲偶極子應用單個第一反HRTF,以產(chǎn)生左濾波信號。可以在左聲道的第一直接路徑而不是從左聲道到右聲道的第一串擾路徑中應用第一反HRTF。該方法還可以包括:對第二聲偶極子應用單個第二反HRTF函數(shù),以產(chǎn)生右濾波信號,其中,可以在右聲道的第二直接路徑而不是從右聲道到左聲道的第二串擾路徑中應用第二反HRTF,并且第一和第二反HRTF提供左濾波信號和右濾波信號之間的耳間強度差(IID)。此外,該方法可以包括提供左濾波信號和右濾波信號以在揚聲器對上回放,從而提供配置為被收聽者感知為比左揚聲器和右揚聲器之間的實際距離寬的立體聲像。在一些實施例中,一種虛擬加寬通過揚聲器對播放的立體聲音頻信號的系統(tǒng)包括:聲偶極子部件,能夠接收左音頻信號和右音頻信號,至少通過(a)使左音頻信號反相來產(chǎn)生反相的左音頻信號并且(b)將反相的左音頻信號與右音頻信號相組合來近似第一聲偶極子,并且至少通過(a)使右音頻信號反相來產(chǎn)生反相的右音頻信號并且(b)將反相的右音頻信號與左音頻信號相組合來近似第二聲偶極子。該系統(tǒng)還可以包括:耳間強度差(IID)部件,對第一聲偶極子應用單個第一聽覺響應函數(shù),以產(chǎn)生左濾波信號;并且對第二聲偶極子應用單個第二聽覺響應函數(shù),以產(chǎn)生右濾波信號。該系統(tǒng)可以提供左濾波信號和右濾波信號以在揚聲器對上回放,從而提供配置為被收聽者感知為比左揚聲器和右揚聲器之間的實際距離寬的立體聲像。此外,聲偶極子部件和IID部件可以由一個或多個處理器來實現(xiàn)。在一些實施例中,其上存儲有處理器可執(zhí)行指令的非暫時物理電子存儲裝置,處理器可執(zhí)行指令在由一個或多個處理器執(zhí)行時實現(xiàn)用于虛擬加寬通過揚聲器對播放的立體聲音頻信號的部件。這些部件可以包括:聲偶極子部件,能夠接收左音頻信號和右音頻信號,至少通過(a)使左音頻信號反相來產(chǎn)生反相的左音頻信號并且(b)將反相的左音頻信號與右音頻信號相組合來形成第一仿真聲偶極子,并且至少通過(a)使右音頻信號反相來產(chǎn)生反相的右音頻信號并且(b)將反相的右音頻信號與左音頻信號相組合來形成第二仿真聲偶極子。還部件還可以包括:耳間強度差(IID)部件,配置為對第一仿真聲偶極子應用單個第一反頭部相關傳遞函數(shù)(HRTF),以產(chǎn)生左濾波信號;并且對第二仿真聲偶極子應用單個第二反HRTF,以產(chǎn)生右濾波信號。
貫穿附圖,可以重復使用附圖標記來指示所標識的元件之間的對應關系。提供附圖來示意這里描述的本發(fā)明的實施例,但不限制本發(fā)明的范圍。圖1示出了串擾減小情形的實施例。圖2示出了可以用于加寬立體聲像的理想聲偶極子的原理。圖3示出了采用加寬的立體聲像來提高收聽者的音頻體驗的示例收聽情形。圖4示出了立體聲加寬系統(tǒng)的實施例。圖5示出了圖4的立體聲加寬系統(tǒng)的更詳細實施例。圖6示出了示例頭部相關傳遞函數(shù)(HRTF)的時域曲線圖。圖7示出了圖6的示例HRTF的頻率響應曲線圖。圖8示出了通過對圖7的HRTF取反而獲得的反HRTF的頻率響應曲線圖。圖9示出了通過操控圖8的反HRTF而獲得的反HRTF的頻率響應曲線圖。圖10示出了圖9的反HRTF之一的頻率響應曲線圖。圖11示出了立體聲加寬系統(tǒng)的實施例的掃頻曲線圖。
具體實施例方式1.介紹
典型地,便攜式電子設備包括緊湊布置的小揚聲器。由于被緊湊布置,這些揚聲器傾向于提供不良聲道分離,導致較窄聲像。因此,通過這樣的揚聲器很難聽到立體聲和3D聲效。當前的串擾消除算法的目的在于通過減小或消除揚聲器串擾來減輕這些問題。然而,這些算法實現(xiàn)起來計算成本太高,因為這些算法傾向于采用多個頭部相關傳遞函數(shù)(HRTF)。例如,普通串擾消除算法采用四個或更多個HRTF,這利用具有有限計算資源的移動設備執(zhí)行起來計算成本太高。有利地,在特定實施例中,這里描述的音頻系統(tǒng)提供具有與現(xiàn)有串擾消除方法相比降低計算資源消耗的立體聲加寬。在一個實施例中,音頻系統(tǒng)在每個聲道路徑采用單個反HRTF而不是多個HRTF。去除在串擾消除中通常使用的HRTF避免了對串擾消除的基本假定,即消除串擾的路徑的傳遞函數(shù)應當為零。然而,在特定實施例中,在音頻系統(tǒng)中實現(xiàn)聲偶極子特征可以有利地允許忽略該假定,而同時仍提供立體聲加寬并且潛在地提供至少一些串擾減少。這里描述的音頻系統(tǒng)的特征可以在便攜式電子設備(例如,電話、膝上型計算機、其他計算機、便攜式媒體播放器等)中實現(xiàn),來加寬由在這些設備內(nèi)部的揚聲器或與這些設備相連的外部揚聲器產(chǎn)生的立體聲像。對于一些實施例,在移動設備(例如,電話、平板電腦、膝上型計算機或具有緊湊布置的揚聲器的其他設備)中,這里描述的系統(tǒng)的優(yōu)點最顯著。然而,可以利用具有與移動設備相比間隔更大的揚聲器的設備(例如電視和車載立體聲系統(tǒng)等)來實現(xiàn)這里描述的系統(tǒng)的至少一些優(yōu)點。更一般地,可以在任何音頻設備(包括具有多于兩個揚聲器的設備)中實現(xiàn)這里描述的音頻系統(tǒng)。11 示例立體聲像加寬特征參考附圖,圖1示出了串擾減小情形100的實施例。在情形100中,收聽者102收聽從包括左揚聲器104L和右揚聲器104R在內(nèi)的兩個揚聲器104發(fā)出的聲音。還不出了傳遞函數(shù)106,表示揚聲器104的輸出與收聽者102的耳朵中接收到的聲音之間的關系。這些傳遞函數(shù)106包括同側(cè)路徑傳遞函數(shù)(“S”)和交互側(cè)路徑傳遞函數(shù)(“A”)。交互側(cè)路徑中“A”傳遞函數(shù)106導致每個揚聲器與收聽者102的對側(cè)耳朵之間的串擾。現(xiàn)有串擾消除技術的目的在于消除“A”傳遞函數(shù),使得“A”傳遞函數(shù)具有零值。為此,如圖1的上半部所示的技術可以執(zhí)行串擾處理。該處理通常開始于接收左(L)和右(R)音頻輸入信號,并且向多個濾波器110、112提供這些信號。示出了串擾路徑濾波器110和直接路徑濾波器112 二者。串擾和直接路徑濾波器110、112可以實現(xiàn)HRTF,HRTF操控音頻輸入信號來消除串擾。串擾路徑濾波器110執(zhí)行大部分串擾消除,其本身可以產(chǎn)生次串擾效應。直接路徑濾波器112可以減小或消除這些次串擾效應。一般方案是將每個串擾路徑濾波器110設置為等于-A/S(或其估計值),其中,A和S是上述傳遞函數(shù)106。直接路徑濾波器112可以使用各種技術來實現(xiàn),在1999年6月
4日遞交的題為“Method of Synthesizing a Three Dimensional Sound-Field(合成三維聲場的方法)”的美國專利N0.6,577,736的`圖4中示出和描述所述各種技術的一些示例,其全部內(nèi)容通過引用合并于此。使用每個相應聲道中的組合器塊114將串擾路徑濾波器110的輸出與直接路徑濾波器112的輸出相組合,來產(chǎn)生輸出音頻信號。應當注意,例如,可以通過將直接路徑濾波器112放置在組合器塊114和揚聲器104之間來反轉(zhuǎn)濾波階數(shù)。串擾消除器的缺點之一在于需要將收聽者的頭部精確地放置在兩個揚聲器104之間的小最有效點(sweet spot)內(nèi)或中間,以便感知串擾消除效果。然而,收聽者對于識別這樣的最有效點可能有困難,或者可能自然地走進或走出最有效點,降低了串擾效果。串擾消除的另一缺點在于采用的HRTF與特定收聽者的耳朵的實際聽覺響應函數(shù)不同。串擾消除算法因此可能對于一些收聽者而言比對于其他收聽者更有效。除了串擾消除有效性的這些缺點以外,串擾路徑濾波器110所采用的-A/S計算的計算成本可能較高。在具有相對低計算能力的移動設備或其他設備中,可能期望去除該串擾計算。這里描述的系統(tǒng)和方法實際上去除了該串擾計算。因此用虛線示出串擾路徑濾波器110,以指示可以從串擾處理中去除串擾路徑濾波器110。去除這些濾波器110是反直覺的,因為這些濾波器110執(zhí)行大部分串擾消除。沒有這些濾波器110,交互側(cè)路徑傳遞函數(shù)(A)的值可能不為零。然而,有利地可以去除這些串擾濾波器110,而同時通過采用聲偶極子的原理(以及可能的其他特征)仍提供良好立體聲分離。在特定實施例中,在串擾減小中使用的聲偶極子還可以在現(xiàn)有串擾算法的基礎上增大最有效點的尺寸,并且可以補償與聽覺響應函數(shù)中的各個差異不精確匹配的HRTF。此夕卜,如在以下更詳細描述的,可以調(diào)整串擾消除中使用的HRTF以便于去除特定實施例中的串擾路徑濾波器110。為了幫助說明這里描述的音頻系統(tǒng)如何使用聲偶極子原理,圖2示出了理想的聲偶極子200。偶極子200包括輻射相同聲能但相位相反的兩個點源210、220。偶極子200產(chǎn)生二維輻射圖案,該輻射圖案包括沿著第一軸224具有最大聲輻射和沿著與第一軸224垂直的第二軸226具有最小聲輻射的兩個波瓣。最小聲輻射的第二軸226位于兩個點源210、212之間。因此,位于沿著該軸226在兩個點源210、212之間的位置的收聽者202可以感知到具有較小或沒有串擾的寬立體聲像。可以通過背對背地放置兩個揚聲器、并且通過利用饋送給一個揚聲器的信號的反相版本饋送另一個揚聲器,來構(gòu)造理想聲偶極子200的物理近似。典型地,盡管在一些實施例中可以設計具有這種配置的揚聲器的設備,但是不能按照這種方式重新布置移動設備中的揚聲器。然而,可以通過使一個音頻輸入的極性反相并且將該反相輸入與相對聲道相組合來在軟件或電路中仿真或近似聲偶極子。例如,可以使左聲道輸入反相(180度),并且與右聲道輸入相組合??梢韵蜃髶P聲器提供同相左聲道輸入,并且可以向右揚聲器提供右聲道輸入和反相左聲道輸入(R-L)。生成的回放應當包括關于左聲道輸入的仿真聲偶極子。類似地,可以使右聲道輸入反相,并且與左聲道輸入相組合(以產(chǎn)生L-R),從而創(chuàng)建第二聲偶極子。因此,左揚聲器可以輸出L-R信號,而右揚聲器可以輸出R-L信號。這里描述的系統(tǒng)和處理可以利用一個或兩個偶極子(可選地,利用其他處理)來執(zhí)行該聲偶極子仿真,來提高立體聲分離。圖3示出了示例收聽情形300,采用聲偶極子技術來加寬立體聲像,并從而增強收聽者的音頻體驗。在情形300中,收聽者302收聽通過移動設備304 (平板計算機)輸出的音頻。移動設備304包括兩個揚聲器(未不出),由于設備的尺寸較小,因此兩個揚聲器的間隔相對較小。使用這里描述的仿真聲偶極子和可能的其他特征的立體聲加寬處理可以為收聽者302創(chuàng)建立體聲的加寬感知。該立體聲加寬由兩個虛擬揚聲器310、312來表示,兩個虛擬揚聲器310、312是收聽者302可以感知為發(fā)出聲音的虛擬聲源。因此,這里描述的立體聲加寬特征可以創(chuàng)建對比設備304中的實際揚聲器之間的物理距離間隔更大的聲源的感知。有利地,利用增大立體聲分離的聲偶極子,可以忽略將串擾路徑設置為等于零的串擾消除假定。在潛在的其他優(yōu)點之中,HRTF中的個體差異對收聽體驗的影響比典型的串擾消除算法小。圖4示出了立體聲加寬系統(tǒng)400的實施例。立體聲加寬系統(tǒng)400可以實現(xiàn)上述聲偶極子特征。此外,立體聲加寬系統(tǒng)400包括用于加寬并另外增強立體聲的其他特征。所示的部件包括耳間時間差(ITD)部件410、聲偶極子部件420、耳間強度差(IID)部件430以及可選增強部件440。這些部件中的每一個可以以硬件和/或軟件來實現(xiàn)。此夕卜,在一些實施例中可以省略所示的至少一些部件,并且在一些實施例中也可以重新布置部件的次序。立體聲加寬系統(tǒng)400接收左音頻輸入和右音頻輸入402、404。向耳間時間差(ITD)部件提供這些輸入402、404。ITD部件可以使用一個或多個延遲來創(chuàng)建左輸入402和右輸入404之間的耳間時間差。輸入402、404之間的該ITD可以創(chuàng)建揚聲器輸出之間的寬度感或方向。ITD部件410所應用的延遲量可以依賴于左輸入402和右輸入404中編碼的元數(shù)據(jù)。該元數(shù)據(jù)可以包括與左輸入402和右輸入404中聲源的位置有關的信息。基于聲源位置,ITD部件410可以創(chuàng)建適當?shù)难舆t,以使得聲源看起來來自所指示的聲源。例如,如果聲源來自左側(cè),則ITD部件410可以對右輸入404應用延遲,并且不對左輸入402應用延遲,或者與左輸入402相比對右輸入應用更大延遲。在一些實施例中,ITD部件410使用2006年9月13日遞交的題為“Systems and Methods for Audio Processing(音頻處理的系統(tǒng)和方法)”的美國專利N0.8,027,477( “‘477’專利(其全部公開通過引用合并于此)中描述的一些或所有構(gòu)思動態(tài)地計算ITD。ITD部件410向聲偶極子部件420提供左和右聲道信號。使用以上關于圖3描述的聲偶極子原理,聲偶極子部件420仿真或近似聲偶極子。為了示意,聲偶極子部件420可以使左和右聲道信號反相,并且將反相信號與相對聲道相組合。因此,可以消除或者減小在兩個揚聲器之間由兩個揚聲器產(chǎn)生的聲波。為了方便,本說明書的其余部分將通過組合反相左聲道信號與右聲道信號而創(chuàng)建的偶極子稱為“左聲偶極子”,并且將組合反相右聲道信號與左聲道信號而創(chuàng)建的偶極子稱為“右聲偶極子”。在一個實施例中,為了調(diào)整聲偶極子效果的量,聲偶極子部件420可以對要與相對聲道信號相組合的反相信號施加增益。該增益可以衰減或增大反相信號幅度。在一個實施例中,聲偶極子部件420所施加的增益量可以依賴于兩個揚聲器的實際物理分離寬度。在一些實施例中,兩個揚聲器的間隔越小,聲偶極子部件420可以施加的增益越小,反之亦然。該增益可以有效地創(chuàng)建兩個揚聲器之間的耳間強度差。可以調(diào)整該效果來補償不同的揚聲器配置。例如,立體聲加寬系統(tǒng)400可以提供具有滑動條、文本框的用戶界面,或者使得用戶能夠輸入揚聲器的實際物理寬度的其他用戶界面控制。使用該信息,聲偶極子部件420可以相應地調(diào)整對反相信號施加的增益。在一些實施例中,可以在圖4中表示的處理鏈中的任何點處應用該增益,并且不僅通過聲偶極子部件420。備選地,不施加增益。聲偶極子部件420所施加的增益基于所選的揚聲器寬度是固定的。然而,在另一實施例中,反相信號路徑增益依賴于在左音頻輸入或右音頻輸入402、404中編碼的元數(shù)據(jù),并且可以用于提高對輸入402、404的方向性的感測。對左反相輸入使用增益可能創(chuàng)建較強的左聲偶極子,例如,在左信號中創(chuàng)建比右信號更大的分離,或反之亦然。
聲偶極子部件420向耳間強度差(IID)部件430提供經(jīng)處理的左聲道信號和右聲道信號。IID部件430可以在兩個聲道或揚聲器之間創(chuàng)建耳間強度差。在一個實現(xiàn)方式中,IID部件430對左聲道和右聲道之一或二者施加上述增益,而不是由聲偶極子部件420執(zhí)行該增益。IID部件430可以基于在左輸入和右輸入402、404中編碼的聲音位置信息來動態(tài)地改變這些增益。每個聲道中的增益差可以引起用戶耳朵之間的IID,使得感覺上一個聲道中的聲音比另一個聲道中的聲音更接近收聽者。在一些實施例中,IID部件430施加的任何增益也可以補償對每個聲道施加的個體反HRTF中的差異的缺乏。如以下更詳細描述的,可以對每個聲道應用反HRTF,并且可以應用IID和/或ITD,以產(chǎn)生或增強聲道之間的分離感。除了或代替每個聲道中的增益,IID部件430可以包括一個或兩個聲道中的反HRTF0此外,可以選擇反HRTF,以減小串擾(以下描述的)。可以向反HRTF分配不同增益,所述增益可以是固定的以增強立體聲效果。備選地,如下所述,這些增益可以基于揚聲器配置而變化。在一個實施例中,IID部件430可以訪問針對每個聲道的若干反HRTF之一,IID部件430動態(tài)地選擇反HRTF來產(chǎn)生期望的方向性。ITD部件、聲偶極子部件420和IID部件430可以一起影響聲源位置的感知。IID部件也可以使用以上合并的’477專利中描述的IID技術。此外,可以如’ 477專利中所描述的使用簡化反HRTF。在特定實施例中,立體聲加寬系統(tǒng)400所創(chuàng)建的ITD、聲偶極子和/或IID可以補償不具有零值傳遞函數(shù)的串擾路徑(參見圖1)。因此,在特定示例中,可以利用比現(xiàn)有串擾消除算法所使用的計算資源更少的計算資源的提供聲道分離。然而,應當注意,可以省略所示的一個或多個部件,而同時仍提供某種程度的立體聲分離。還示出了可選增強部件440。一個或多個增強部件440可以具備立體聲加寬系統(tǒng)400。一般而言,增強分量440可以調(diào)整左聲道信號和右聲道信號的一些特性,以增強這些信號的音頻回放。在所描述的實施例中,可選增強部件440接收左聲道信號和右聲道信號,并且產(chǎn)生左輸出信號和右輸出信號452、454??梢韵蜃髶P聲器和右揚聲器或用于進一步處理的其他模塊饋送左輸出信號和右輸出信號452、454。增強部件440可以包括用于在頻譜上操控音頻信號的特征,以改善小揚聲器上的回放,以下關于圖4描述其一些實施例。更一般地,增強部件440可以包括但不限于SRSLabs, Inc.0f Santa Ana, California的以下美國專利和專利公開中任一個描述的任何音頻增強:5, 319,713,5, 333,201,5, 459,813,5, 638,452,5, 912,976,6, 597,791,7, 031,474、7,555,130,7,764,802,7,720,240、2007/0061026、2009/0161883、2011/0038490、2011/0040395,和2011/0066428,上述中的每一個全部內(nèi)容通過引用合并于此。此外,增強部件440可以插在輸入402、404和輸出452、454之間所示的信號路徑中的任何點處??梢赃B同用戶界面一起在設備上提供立體聲加寬系統(tǒng)400,用戶界面提供針對用戶的功能,以控制系統(tǒng)400的方面。用戶可以是設備的制造商或零售商,或者可以是設備的終端用戶??刂瓶梢允腔瑒訔l等形式,或者可選地可以是可調(diào)整的值,使得用戶能夠(間接或直接)總體上控制立體聲加寬效果,或者單獨控制立體聲加寬效果的方面。例如,滑動條可以用于總體上選擇較寬或較窄立體聲效果。在另一示例中可以提供更多個滑動條,以允許調(diào)整立體聲加寬系統(tǒng)的各個單獨特性,例如,ITD、針對一個或兩個偶極子的反相信號路徑增益、或IID,以及其他特征。在一個實施例中,這里描述的立體聲加寬系統(tǒng)可以在移動電話在提供左聲道與右聲道之間高達大約4-6英尺(大約1.2-1.8m)或更大的分離。盡管主要用于立體聲,但是立體聲加寬系統(tǒng)400的特征也可以在具有多于兩個揚聲器的系統(tǒng)中實現(xiàn)。例如,在環(huán)繞聲系統(tǒng)中,聲偶極子功能可以用于在左后和右后環(huán)繞聲輸入中創(chuàng)建一個或多個偶極子。也可以在前輸入和后輸入之間,或者在前輸入和中心輸入之間,以及許多其他可能配置之中創(chuàng)建偶極子。環(huán)繞聲設置中使用的聲偶極子技術可以提高聲場中的寬度感。圖5示出了圖4的立體聲加寬系統(tǒng)400的更詳細實施例,即立體聲加寬系統(tǒng)500。立體聲加寬系統(tǒng)500表示立體聲加寬系統(tǒng)400的一個示例實現(xiàn)方式,但是可以實現(xiàn)立體聲加寬系統(tǒng)400的任一特征。所示的系統(tǒng)500示出可以由一個或多個處理器(例如,DSP處理器)等(包括基于FPGA的處理器)實現(xiàn)的算法流。系統(tǒng)500還可以表示使用模擬和/或數(shù)字電路實現(xiàn)的部件。立體聲加寬系統(tǒng)500接收左音頻輸入和右音頻輸入52、504,并且產(chǎn)生左音頻輸出552和右音頻輸出554。為了便于描述,從左音頻輸入502到左音頻輸出552的直接信號路徑在這里被稱作左聲道,從右音頻輸入504到右音頻輸出554的直接信號路徑在這里被稱作右聲道。分別向延遲塊510提供輸入502、504中的每一個。延遲塊510表示ITD部件410的示例實現(xiàn)方式。如上所述,延遲510在一些實施例中可以不同,以創(chuàng)建聲場的加寬感或方向性。延遲塊的輸出被輸入組合器512。組合器512 (通過負號)使延遲的輸入反相,并且將反相延遲輸入與每個聲道中的左輸入和右輸入502、504相組合。因此,組合器512用于創(chuàng)建每個聲道中的聲偶極子。因此,組合器512是聲偶極子部件420的示例實現(xiàn)方式。例如,左聲道中組合器512的輸出可以是L-Rd6lay6d,而右聲道中組合器512的輸出可以是L-Rd6lay6d。應當注意,實現(xiàn)聲偶極子部件420的另一方式是在延遲塊510和組合器512之間(或者在延遲塊510之前)提供反相器,并且將組合器512變?yōu)榧臃ㄆ?而不是減法器)。向反HRTF塊520提供組合器512的輸出。這些反HRTF塊520是上述IID部件430的示例實現(xiàn)方式。以下更詳細地描述反HRTF520的示例實現(xiàn)方式的有利特性。反HRTF520各自向組合器522輸出經(jīng)濾波的信號,在所示實施例中,組合器522還從可選增強部件518接收輸入。該增強部件518采用左信號502或右信號504 (根據(jù)聲道)作為輸入,并且產(chǎn)生增強的輸出。以下描述該增強的輸出。組合器522各自向另一可選增強部件530輸出組合的信號。在所示實施例中,增強部件530包括高通濾波器532和限幅器534。高通濾波器532可以用于諸如移動電話等一些設備,所述設備具有低音頻率再現(xiàn)能力有限的非常小的揚聲器。該高通濾波器532可以減小反HRTF 520或其他處理所引起的低頻范圍的任何提升,從而降低了小揚聲器的低頻失真。然而,這種低頻內(nèi)容的減少可能引起低頻內(nèi)容和高頻內(nèi)容的不平衡,導致聲音質(zhì)量的音色變化。因此,以上所指的增強部件518可以包括低通濾波器,以至少將原始輸入502、504的低頻部分與反HRTF 520的輸出相混合。向硬限幅器534提供高通濾波器532的輸出。硬限幅器534可以對信號施加至少一些增益,而同時還降低對信號的限幅。更一般地,在一些實施例中,硬限幅器534可以強調(diào)低頻增益,而同時降低高頻的限幅或信號飽和。因此,硬限幅器534可以用于幫助創(chuàng)建實質(zhì)上平坦的頻率響應,該頻率響應不會實質(zhì)上改變聲音的音色(參見圖1)。在一個實施例中,硬限幅器534提升實驗確定的閾值以下的較低頻率增益,而同時對閾值以上的較高頻率施加較小增益或不施加增益。在其他實施例中,硬限幅器534對較低頻率施加的增益量大于對較高頻率施加的增益。更一般地,可以使用任何動態(tài)范圍壓縮器來代替硬限幅器534。硬限幅器534是可選的,并且在一些實施例中可以省略。任一個增強部件518可以被省略、用其他增強特征來代替、或者與其他增強特征
相組合。II1.示例反HRTF特征現(xiàn)在更詳細地描述示例反HRTF520的特性。如所見,可以設計反HRTF 520以進一步有助于去除串擾路徑濾波器110(圖1)。因此,在特定實施例中,反HRTF、聲偶極子和ITD部件的特性的任何組合可以有助于去除對計算量大的串擾路徑濾波器110的使用。圖6示出了示例頭部相關傳遞函數(shù)(HRTF)612、614的時域曲線圖600,示例頭部相關傳遞函數(shù)(HRTF) 612、614可以用于設計在立體聲加寬系統(tǒng)400或500中使用的改進反HRTF0每個HRTF 612、614表示針對收聽者耳朵的仿真聽覺響應函數(shù)。例如,HRTF 612能夠針對右耳,并且HRTF 614應當針對左耳,反之亦然。盡管時間對準,但是HRTF 612、614可以彼此延遲,以在一些實施例中創(chuàng)建ITD。典型地,相隔I米測量HRTF??梢再徺I到這樣的HRTF的數(shù)據(jù)庫。然而,用戶一般將移動設備握持在距收聽者頭部25-50cm范圍內(nèi)。為了產(chǎn)生更精確地反映該收聽范圍的HRTF,在特定實施例中,可以從數(shù)據(jù)庫中選擇(或者在Im范圍處產(chǎn)生)可購買到的HRTF。然后可以將所選HRTF的幅度按比例減小所選量,例如,減小大約3dB,或者大約2-6dB,或者大約l_12dB,或者一些其他值。然而,在給定手持機到用戶耳朵的典型距離大約是針對典型HRTF測量的Im距離的一半(50cm)的情況下,3dB差異在一些實施例中可以提供良好結(jié)果。然而,其他范圍也可以提供至少一些或全部期望效果。在所示示例中,通過將HRTF 614按比例縮小3dB(或一些其他值)在左聲道和右聲道之間創(chuàng)建IID。因此,HRTF 614的幅度小于HRTF 612。圖7示出了圖6的示例HRTF 612、614的頻率響應曲線圖700。在曲線圖700中,分別示出了 HRTF612、614的頻率響應712、714。所示的示例頻率響應712、714可以引起感知到聲源位于25-50cm距離范圍處的右方5度。然而,可以調(diào)整這些頻率響應以創(chuàng)建對來自不同位置的聲源的感知。圖8示出了通過使圖7的HRTF頻率響應712、714反相而獲得的反HRTF 812,814的頻率響應曲線圖800。在實施例中,反HRTF 812、814是加性逆元素。反HRTF 812、814對于串擾減小或消除是有用的,這是因為非反HRTF可以表示從揚聲器到耳朵的實際傳遞函數(shù),并且因此該函數(shù)的反函數(shù)可以用于消除或減小串擾。所示的示例反HRTF 812、814的頻率響應尤其在較高頻率中是不同的。這些差異通常在串擾消除算法中采用。例如,HRTF 812可以用作圖1的直接路徑濾波器112,而HRTF 814可以用作串擾路徑濾波器110。這些濾波器有利地可以適用于創(chuàng)建直接路徑濾波器112,避免或減少使用串擾路徑濾波器110來加寬立體聲像的需要。圖9示出了通過操控圖8的反HRTF 812、814而獲得的反HRTF 912、914的頻率響應曲線圖900。通過以實驗方式調(diào)整反HRTF 812、814的參數(shù)并且通過測試若干不同移動設備上的反HRTF并且利用盲收聽測試來獲得這些反HRTF 912、914。發(fā)現(xiàn)在一些實施例中,衰減較低頻率可以提供良好的立體聲加寬效果,而不會實質(zhì)上改變聲音的音色。備選地,較高頻率的衰減也是可能的。利用所示反濾波器912、914進行低頻衰減,這是因為反濾波器是揚聲器和收聽者耳朵之間的示例串擾HRTF的乘性逆元素(對于不同對反HRTF的低頻衰減,例如參見圖7)。因此,盡管反濾波器912、914強調(diào)了所示頻率響應曲線圖900中的低頻,但是不強調(diào)串擾的實際低頻。如所見,反HRTF 912、914的頻率特征相似。在一個實施例中出現(xiàn)該相似性,因為手持設備或其他小設備中的揚聲器之間的距離可以相對較小,引起相似反HRTF減小來自每個揚聲器的串擾。有利地,因為該相似性,可以從圖1中所示的串擾處理中去除反HRTF912、914之一。因此,如圖10所示,例如,可以在立體聲加寬系統(tǒng)400、500中使用單個反HRTF 1012(可以將所示的反HRTF 1012縮放到任何期望增益級)。具體地,可以從處理中去除串擾路徑濾波器110。利用四個濾波器110、112的在前計算可以包括總共4個FFT(快速傅立葉變換)卷積和4個IFFT (反FFT)卷積。通過去除串擾路徑濾波器110,可以使FFT/IFFT計算減半,而無需犧牲太多音頻性能。取而代之在時域中執(zhí)行反HRTF濾波。如上所述,IID部件430可以對每個聲道中的反HRTF施加不同增益(或者對一個聲道施加增益,但是不對另一聲道施加增益),從而補償對每個聲道施加的反HRTF的相似性或相同性。施加增益的處理強度遠小于在每個聲道中施加第二反HRTF。如這里所使用的,除了具有其普遍通意義以外,術語“增益”在一些實施例中還可以表示衰減。反HRTF 1012的頻率特性包括頻帶中的在大約700至900Hz處開始并且在大約3kHz和4kHz之間處到達波谷的衰減響應。從大約4kHz到大約9kHz和大約IOkHz之間,頻率響應的幅度通常增大。在大約9kHz到IOkHz之間處開始并且繼續(xù)到至少大約IlkHz的范圍中,反HRTF 1012具有更大振蕩響應,其中兩個主峰在IOkHz到IlkHz范圍中。盡管未示出,但是反HRTF 1012還可以具有IlkHz以上的頻譜特性,包括一直達到大約20kHz的可聽頻譜的末端。此外,所示的反HRTF 1012對于大約700至900Hz以下的較低頻率沒有效果。然而,在備選實施例中,反HRTF 1012在這些頻率中有響應。優(yōu)選地,這樣的響應是低頻處的衰減效果。然而,中性(平坦)或強調(diào)效果在一些實施例中也可以是有利的。圖11不出了專用于一個不例揚聲器配置的立體聲加寬系統(tǒng)500的實施例的不例掃頻曲線圖1100。為了產(chǎn)生曲線圖1100,將log掃頻1210饋送到立體聲加寬系統(tǒng)500的左聲道中,而同時右聲道不發(fā)聲。系統(tǒng)500生成的輸出包括左輸出1220和右輸出1222。這些輸出中的每一個在從20Hz到20kHz的多數(shù)或所有可聽頻譜上具有實質(zhì)上平坦的頻率響應。這些實質(zhì)上平坦的頻率響應指示不管上述處理如何,聲音的音色實質(zhì)上未變。在一個實施例中,反HRTF 1012和/或硬限幅器534的形狀有助于該實質(zhì)上平坦響應減小聲音的音色變化,并且降低來自小揚聲器的低頻失真。具體地,硬限幅器534可以提升低頻,以改善頻率響應的平坦度,而無需高頻限幅。硬限幅器534在特定實施例中提升低頻,以補償反HRTF 1012所引起的音色變化。在一些實施例中,構(gòu)造反HRTF以衰減高頻而不是低頻。在這樣的實施例中,硬限幅器534可以強調(diào)較高頻率,而同時限制或不強調(diào)較低頻率,以產(chǎn)生實質(zhì)上平坦的頻率響應。IV.附加實施例應當注意,在一些實施例中,可以從諸如計算機可讀介質(zhì)(例如,DVD、藍光盤、硬盤驅(qū)動器等)等數(shù)字文件中讀取左音頻信號和右音頻信號。在另一實施例中,左音頻信號和右音頻信號可以是通過網(wǎng)絡接收到的音頻流??梢岳脠A形環(huán)繞編碼信息來編碼左音頻信號和右音頻信號,使得解碼左音頻信號和右音頻信號可以產(chǎn)生多于兩個輸出信號。在另一實施例中,首先從單聲道信號合成左信號和右信號。許多其他配置是可能的。此外,在一些實施例中,立體聲加寬系統(tǒng)400、500可以使用圖8的任一反HRTF來代替圖9和10中示出的經(jīng)修改的反HRTF。V.術語除了這里描述以外的許多其他變型根據(jù)本公開應是顯而易見的。例如,根據(jù)實施例,這里描述的任一算法的特定動作、事件或函數(shù)可以按照不同順序執(zhí)行,可以添加、合并或全部省去(例如,對于算法的實踐不是所有描述的動作或事件都是必要的)。此外,在特定實施例中,可以并發(fā)地執(zhí)行動作或事件,例如,通過多線程處理,中斷處理、或多個處理器或處理器核或者在其他并行架構(gòu)上,而不是順序地執(zhí)行動作或事件。此外,可以通過可以一起操作的不同機器和/或計算系統(tǒng)來執(zhí)行不同任務或處理。結(jié)合這里公開的實施例描述的各種示意邏輯塊、模塊和算法步驟可以實現(xiàn)為電子硬件、計算機軟件或二者的組合。為了清楚地示意硬件和軟件的這種互換性,各種示意性部件、塊、模塊和步驟已經(jīng)在其功能方面總體上進行了描述。這樣的功能實現(xiàn)為硬件還是軟件取決于特定應用,以及對總體系統(tǒng)施加的設計約束。對于每個特定應用可以按照改變的方式實現(xiàn)描述的功能,但是這樣的實現(xiàn)方式?jīng)Q定不應解釋為引起與公開范圍的背離。結(jié)合這里公開的實施例描述的各種示意性邏輯塊和模塊可以由機器來實現(xiàn)或執(zhí)行,例如,通用處理器、數(shù)字信號處理器(DSP)、專用集成電路(ASIC)、現(xiàn)場可編程門陣列(FPGA)或其他可編程邏輯器件、分立門或晶體管邏輯電路、分立硬件部件或設計為執(zhí)行這里描述的功能的上述任何組合。通用處理器可以是微處理器,但是在備選方案中,處理器可以是控制器、微控制器、或狀態(tài)機,它們的組合等。處理器也可以實現(xiàn)為計算設備的組合,例如,DSP和微處理器的組合、多個微處理器、與DSP核結(jié)合的一個或更多微處理器,或者任何其他這樣的配置。盡管這里主要關于數(shù)字技術描述,但是處理器也可以主要包括模擬部件。例如,這里描述的任一信號處理算法可以在模擬電路中實現(xiàn)。計算環(huán)境可以包括任何類型的計算機系統(tǒng),包括但不限于基于微處理器的計算機系統(tǒng)、主機計算機、數(shù)字信號處理器、便攜式計算設備、個人組織器、設備控制器和儀器內(nèi)的計算引擎,僅舉幾個例子。結(jié)合這里公開實施例描述的方法、處理或算法的步驟可以直接用硬件、由處理器執(zhí)行的軟件模塊或二者的組合來實現(xiàn)。軟件模塊可以駐留在RAM存儲器、閃速存儲器、ROM存儲器、EPPOM存儲器、EEPROM存儲器、寄存器、硬盤、可拆卸盤、CD-ROM或任何其他形式的非暫時計算機可讀存儲介質(zhì)、媒介或本領域已知的物理計算機存儲裝置中。示例性存儲介質(zhì)可以耦合至處理器,使得處理器可以從存儲介質(zhì)讀取信息和向存儲介質(zhì)寫入信息。在備選方案中,存儲介質(zhì)可以集成到處理器。處理器和存儲介質(zhì)可以駐留在ASIC中。ASIC可以駐留在用戶終端中,在備選方案中,處理器和存儲介質(zhì)可以作為用戶終端中的分立部件駐
&3甶o這里使用的條件語言(例如,“能夠”、“可能”、“可以”、“例如”等)除非另外具體陳述或者在所使用的上下文內(nèi)另外理解,總體上意在傳達特定實施例包括而其他實施例不包括特定特征、元件和/或狀態(tài)。因此這樣的條件語言總體上不應暗示該特征、元件和/或狀態(tài)對于一個或多個實施例無論如何是必要的,或者一個或多個實施例必須包括用于判定的邏輯電路,具有或不具有作者輸入或提示,無論是否在任何特定實施例中包括或要執(zhí)行這些特征、元件和/或狀態(tài)。術語“包括”、“包含”、“具有”等是同義的,并且以開放方式包含地使用,并且不排除附加元件、特征、動作、操作等。術語“或”在其包括意義中使用(并且不在其排他意義中使用),使得例如當使用其連接元件的列表時,術語“或”意味著列表中的一個、一些或所有兀件。盡管上述描述已經(jīng)示出、描述、并且指出應用于各個實施例的新穎特征,但是應當理解在不背離本公開的精神的前提下可以進行所示意的設備或算法的形式和細節(jié)上的各種省略、替換和改變。如應認識到,這里描述的本發(fā)明的特定實施例可以在不提供這里提出的所有特征和優(yōu)點的形式內(nèi)實現(xiàn),這是因為一些特征可以彼此分離地使用或?qū)嵺`。
權(quán)利要求
1.一種用于虛擬加寬通過揚聲器對播放的立體聲音頻信號的方法,該方法包括: 接收立體聲音頻信號,立體聲音頻信號包括左音頻信號和右音頻信號; 向左聲道提供左音頻信號并且向右聲道提供右音頻信號; 在不采用任何計算密集型的頭部相關傳遞函數(shù)(HRTF)來嘗試完全消除串擾的情況下,采用聲偶極子原理來減輕揚聲器對與收聽者兩側(cè)耳朵之間的串擾的影響,包括通過一個或多個處理器: 至少通過(a)使左音頻信號反相來產(chǎn)生反相的左音頻信號并且(b)將反相的左音頻信號與右音頻信號相組合來近似第一聲偶極子,并且 至少通過(a)使右音頻信號反相來產(chǎn)生反相的右音頻信號并且(b)將反相的右音頻信號與左音頻信號相組合來近似第二聲偶極子; 對第一聲偶極子應用單個第一反HRTF,以產(chǎn)生左濾波信號,在左聲道的第一直接路徑而不是從左聲道到右聲道的第一串擾路徑中應用第一反HRTF ; 對第二聲偶極子應用單個第二反HRTF函數(shù),以產(chǎn)生右濾波信號,在右聲道的第二直接路徑而不是從右聲道到左聲道的第二串擾路徑中應用第二反HRTF,其中第一和第二反HRTF提供左濾波信號和右濾波信號之間的耳間強度差(IID);并且 提供左濾波信號和右濾波信號以在揚聲器對上回放,從而提供配置為被收聽者感知為比左揚聲器和右揚聲器之間的實際距離寬的立體聲像。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法,其中,所述近似第一聲偶極子還包括對左音頻信號應用第一延遲,并且所述近似第二聲偶極子還包括對右音頻信號應用第二延遲,選擇第一和第二延遲以提供耳間時延(ITD)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法,還包括: 增強左音頻信號以產(chǎn)生增強的左音頻信號; 將增強的左音頻信號與左濾波信號相組合,以產(chǎn)生增強的左濾波音頻信號; 增加右音頻信號以產(chǎn)生增強的右音頻信號;并且 將增強的右音頻信號與右濾波信號相組合,以產(chǎn)生增強的右濾波音頻信號。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項所述的方法,還包括:在執(zhí)行所述提供之前增強左濾波信號和右濾波信號。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法,其中,所述增強包括: 對左濾波信號進行高通濾波,以產(chǎn)生第二左濾波信號,從而降低左濾波信號的低頻失真;并且 對右濾波信號進行高通濾波,以產(chǎn)生第二右濾波信號,從而降低右濾波信號的低頻失真。
6.根據(jù)權(quán)利要求4或5所述的方法,其中,所述增強還包括:執(zhí)行左音頻信號和右音頻信號之一或二者的動態(tài)范圍壓縮,以相比于較高頻率更多地提升較低頻率,從而避免對較高頻率產(chǎn)生限幅。
7.根據(jù)權(quán)利 要求6所述的方法,其中,所述執(zhí)行動態(tài)范圍壓縮包括:對左濾波信號和右濾波信號之一或二者應用限幅器。
8.一種用于虛擬加寬通過揚聲器對播放的立體聲音頻信號的系統(tǒng),該系統(tǒng)包括: 聲偶極子部件,配置為:接收左音頻信號和右音頻信號, 至少通過(a)使左音頻信號反相來產(chǎn)生反相的左音頻信號并且(b)將反相的左音頻信號與右音頻信號相組合來近似第一聲偶極子,并且 至少通過(a)使右音頻信號反相來產(chǎn)生反相的右音頻信號并且(b)將反相的右音頻信號與左音頻信號相組合來近似第二聲偶極子;以及耳間強度差(IID)部件,配置為: 對第一聲偶極子應用單個第一聽覺響應函數(shù),以產(chǎn)生左濾波信號;并且 對第二聲偶極子應用單個第二聽覺響應函數(shù),以產(chǎn)生右濾波信號; 其中,該系統(tǒng)配置為提供左濾波信號和右濾波信號以由左揚聲器和右揚聲器回放,從而提供配置為被收聽者感知為比左揚聲器和右揚聲器之間的實際距離寬的立體聲像; 其中,聲偶極子部件和IID部件配置為由一個或多個處理器來實現(xiàn)。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的系統(tǒng),其中,所述提供包括:向至少一個增強部件提供左濾波信號和右濾波信號,所述至少一個增強部件配置為增強左濾波信號和右濾波信號,以提供增強的左信號和右信號,并且向左揚聲器和右揚聲器中的相應揚聲器提供增強的左信號和右信號。
10.根據(jù)權(quán)利要求8或9所述的系統(tǒng),其中,第一和第二反HRTF具有實質(zhì)上相同的頻譜特征。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的系統(tǒng),其中,第一和第二反HRTF僅在增益上不同。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的系統(tǒng),其中,增益上的不同提供左揚聲器和右揚聲器之間的耳間強度差。
13.根據(jù)權(quán)利要求8至12中任一項所述的系統(tǒng),其中,聲偶極子部件還配置為對左音頻信號和右音頻信號之一或二者施加增益。
14.根據(jù)權(quán)利要求8至12中任一項所述的系統(tǒng),其中,聲偶極子部件和IID部件配置為提供立體聲分離,而不完全消除左右揚聲器之間的串擾。
15.一種非暫時物理電子存儲裝置,包括其上存儲的處理器可執(zhí)行指令,當由一個或多個處理器執(zhí)行時實現(xiàn)用于虛擬加寬通過揚聲器對播放的立體聲音頻信號的部件,所述部件包括: 聲偶極子部件,配置為: 接收左音頻信號和右音頻信號, 至少通過(a)使左音頻信號反相來產(chǎn)生反相的左音頻信號并且(b)將反相的左音頻信號與右音頻信號相組合來形成第一仿真聲偶極子,并且 至少通過(a)使右音頻信號反相來產(chǎn)生反相的右音頻信號并且(b)將反相的右音頻信號與左音頻信號相組合來形成第二仿真聲偶極子;以及耳間強度差(IID)部件,配置為: 對第一仿真聲偶極子應用單個第一反頭部相關傳遞函數(shù)(HRTF),以產(chǎn)生左濾波信號;并且 對第二仿真聲偶極子應用單個第二反HRTF,以產(chǎn)生右濾波信號。
16. 根據(jù)權(quán)利要求15所述的非暫時物理電子存儲裝置,其中,第一和第二反HRTF是相同的反HRTF。
17.根據(jù)權(quán)利要求15或16所述的非暫時物理電子存儲裝置,其中,第一和第二反HRTF是從相同反HRTF中導出的。
18.根據(jù)權(quán)利要求18所述的非暫時物理電子存儲裝置,其中,IID部件配置為對第一反HRTF和第二反HRTF分配不同增益,從而創(chuàng)建耳間強度差。
19.根據(jù)權(quán)利要求15至18中任一項所述的非暫時物理電子存儲裝置,與一個或多個物理處理器相 結(jié)合。
全文摘要
這里描述了一種立體聲加寬系統(tǒng)和關聯(lián)的信號處理算法,在若干實施例中利用比現(xiàn)有串擾消除系統(tǒng)少的處理資源來加寬立體聲像。這些系統(tǒng)和算法有利地可以在手持設備或具有緊湊布置的揚聲器的其他設備中實現(xiàn),從而以較低計算成本改善了利用這種設備產(chǎn)生的立體聲效果。然而,這里描述的系統(tǒng)和算法不限于手持設備,而是可以更一般地在具有多個揚聲器的任何設備中實現(xiàn)。
文檔編號H04R5/00GK103181191SQ201180050566
公開日2013年6月26日 申請日期2011年10月20日 優(yōu)先權(quán)日2010年10月20日
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