基于个体听觉特性的再现两声道立体声音响的方法和装置

摘要

一种再现立体声音响的方法与装置，其生成为个体听觉特性设计的最优立体声音响。该方法包括：生成对应于根据一个或多个个体听觉特性分类的多个头部相关转移函数(HRTF)中每一个的一个或多个虚拟环绕滤波器，为该一个或多个虚拟环绕滤波器生成立体声音响，并且从该一个或多个虚拟环绕滤波器中选择至少一个；以及基于选择的所述至少一个虚拟环绕滤波器的滤波器值，再现立体声音响。

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求2006年12月27日向韩国知识产权局提交的专利申请第10-2006-0134983号的优先权，其内容通过引用融入本文。

技术领域

本发明总体构思涉及一种立体声音响再现系统，更具体地，涉及一种再现立体声音响的方法与装置，其生成为个体听觉特性设计的最优立体声音响。

背景技术

一般地，虚拟音响生成系统仅利用两个扬声器来提供诸如5.1声道系统等环绕音响效果。

在WO 99/49574(PCT/AU/00002，1999年1月6日提交，名称为“AudioSignal Processing Method and Apparatus”)中公开了关于该虚拟音响生成的技术。

在常规的虚拟音响生成系统中，利用头相关传递函数(HRTF)将多声道音频信号向下混频(down-mixing)为两声道音频信号。

参照图1，输入5.1声道音频信号。5.1声道系统包括左前声道、右左前声道、中前声道、左环绕声道、右环绕声道、以及低频效果(LFE)声道。向相应声道施加左脉冲响应与右脉冲响应。由此，在加法器6中，相对于左前声道2，将对应的左前脉冲响应函数4与左前信号3卷积。左前脉冲响应函数4使用HRTF作为将由听者的左耳接收的脉冲响应。输出信号7与左声道信号10组合，以由耳机使用。类似地，在加法器8中，相对于右声道扬声器的右耳，将对应的脉冲响应函数5与左前信号3卷积，以生成输出信号9，以供与右声道信号11组合。由此，相对于5.1声道信号，图1的结构要求大约12个卷积步骤。这样，通过组合测定的HRTF，向下混频5.1声道信号。即使将5.1声道信号再现为两声道信号，也可以获得由多声道系统再现的环绕效果。

同时，卷积虚拟音响生成系统不反映个体听觉特性，而是利用将人类听觉特性标准化的HRTF，例如通过利用仿真头(dummy head)。但是，因为人类对声源的空间感觉依赖于每个个体，所以使用标准化HRTF的常规虚拟音响生成系统不能产生最佳的立体声音响性能。

发明内容

本发明总体构思提供一种再现立体声音响的方法与装置，其生成为个体听觉特性设计的最优立体声音响。

本发明总体构思的其他方面和用途将部分地在以下描述中列出，并且部分地可以从描述中看出，或者可以通过对本发明总体构思的实践了解。

本发明总体构思的以上和/或其他方面和用途可以通过提供以下获得：生成对应于根据一个或多个个体听觉特性分类的一个或多个HRTF(头部相关转移函数)的一个或多个虚拟环绕滤波器，为该一个或多个虚拟环绕滤波器生成立体声音响，并且从该一个或多个虚拟环绕滤波器中选择至少一个；以及基于选择的所述至少一个虚拟环绕滤波器的滤波器值，再现立体声音响。

本发明总体构思的以上和/或其他方面和用途也可以通过提供以下获得：一种立体声音响再现装置，包括：听觉特性校正单元，用来对于对应于根据一个或多个个体听觉特性分类的多个HRTF中的每一个的一个或多个虚拟环绕滤波器生成立体声音响，并且从该一个或多个虚拟环绕滤波器中选择至少一个；以及立体声音响生成器，用来基于听觉特性校正单元选择的所述至少一个虚拟环绕滤波器的滤波器值，生成作为两声道立体声音响的多声道信号。

所述听觉特性校正单元也可以包括：测试信号生成器，用来生成测试信号；测试立体声音响生成器，用来生成对应于根据一个或多个个体听觉特性分类的每个HRTF的一个或多个虚拟环绕滤波器，并且基于由测试立体声音响生成器生成的所述一个或多个虚拟环绕滤波器将测试信号转换为虚拟立体声音响；以及滤波器选择器，用来基于测试立体声音响生成器生成的虚拟立体声音响，从所述一个或多个虚拟环绕滤波器中选择至少一个，并且设立所选的至少一个虚拟环绕滤波器为用户滤波器。

本发明总体构思的以上和/或其他方面和用途也可以通过提供以下获得：一种再现立体声音响的装置，通过该装置将多声道音频信号再现为两声道输出，该装置包括：听觉特性校正单元，用来生成对于对应于根据一个或多个个体听觉特性分类的多个HRTF的每一个的一个或多个虚拟环绕滤波器，为该一个或多个虚拟环绕滤波器中的每一个生成立体声音响，并且从该一个或多个虚拟环绕滤波器中选择至少一个；以及虚拟环绕滤波器单元，用来根据听觉特性校正单元选择的所述至少一个虚拟环绕滤波器，将两声道音频信号转换为两声道虚拟环绕音频信号；信号校正滤波器单元，用来校正虚拟环绕滤波器单元输出的两声道虚拟环绕音频信号与除该两声道虚拟环绕音频信号之外的其他声道音频信号之间的一个或多个信号特性；以及加法单元，用来将虚拟环绕滤波器单元与信号校正滤波器单元输出的声道信号相加。

本发明总体构思的以上和/或其他方面和用途也可以通过提供以下获得：一种计算机可读记录介质，在其上实现有执行方法的计算机程序，其中该方法包括：生成对应于根据一个或多个个体听觉特性分类的多个HRTF中每一个的一个或多个虚拟环绕滤波器，为该一个或多个虚拟环绕滤波器中的每一个生成立体声音响，并且从该一个或多个虚拟环绕滤波器中选择至少一个；以及基于选择的所述至少一个虚拟环绕滤波器的滤波器值，再现立体声音响。

本发明总体构思的以上和/或其他方面和用途也可以通过提供以下获得：一种再现立体声音响的装置，该装置包括：虚拟环绕滤波器单元，用来接收第一多声道音频信号，并且生成多个环绕信号；其中所述多个环绕信号对应于一个或多个个体听觉特性。

本发明总体构思的以上和/或其他方面和用途也可以通过提供以下获得：一种再现立体声音响的方法，包括：从对应于一个或多个个体听觉特性的第一多声道音频信号生成多个环绕信号；从第二多声道音频信号生成多个校正的信号；将所述多个环绕信号中的一个与所述多个校正的信号中的一个相加，以形成左声道信号；以及将所述多个环绕信号中的另一个与所述多个校正的信号中的另一个相加，以形成右声道信号。

本发明总体构思的以上和/或其他方面和用途也可以通过提供以下获得：一种立体声音响再现装置，该装置包括：听觉特性校正单元，用来选择对应于一个或多个个体听觉特性的至少一个虚拟环绕滤波器；以及立体声音响生成器，用来基于听觉特性校正单元选择的所述至少一个虚拟环绕滤波器的滤波器值，生成两声道立体声音响。

本发明总体构思的以上和/或其他方面和用途也可以通过提供以下获得：一种立体声音响再现系统，该系统包括：听觉特性校正单元，用来基于一个或多个个体听觉特性在高低方向上定位虚拟声源；以及立体声音响生成器，用来响应于听觉特性校正单元，生成多声道立体声音响。

本发明总体构思的以上和/或其他方面和用途也可以通过提供以下获得：一种用来处理多声道音频信号的立体声音响再现装置，该装置包括：信号校正滤波器单元，用来处理该多声道音频信号的第一组声道，以生成第一信号与第二信号；虚拟环绕滤波器单元，用来根据对应于一个或多个HRTF以及一个或多个个体听觉特性的一个或多个虚拟环绕滤波器，处理该多声道音频信号的第二组声道，以生成第一环绕信号与第二环绕信号；以及加法单元，用来将第一信号与第一环绕信号相加，以生成第一扬声器信号，以及将第二信号与第二环绕信号相加，以生成第二扬声器信号。

本发明总体构思的以上和/或其他方面和用途也可以通过提供以下获得：一种用来处理多声道音频信号的立体声音响再现装置，该装置包括：立体声音响生成器，其具有一个或多个滤波器单元，用来根据对应于至少一个个体听觉特性的一个或多个滤波器系数，处理环绕声道，以生成第一与第二环绕信号。

附图说明

通过参照附图详细描述本发明总体构思的示范性实施例，将清楚本发明总体构思的这些和/或其他方面与用途，其中

图1是图示常规立体声音响生成系统的方框图；

图2图示根据本发明总体构思的一个实施例的、用于立体声音响再现系统的立体声音响生成器；

图3A图示根据本发明总体构思的一个实施例的、图2所示的信号校正滤波器单元；

图3B图示根据本发明总体构思的一个实施例的、图2所示的虚拟环绕滤波器单元；

图4是根据本发明总体构思的一个实施例的立体声音响再现系统的方框图；

图5为图示根据本发明总体构思的一个实施例的立体声音响再现方法的流程图。

具体实施方式

现在将详细介绍本发明总体构思的实施例，其示例被图示在附图中，在附图中自始至终相似附图标记表示相似元件。下面参考附图描述实施例，以解释本发明总体构思。

图2图示根据本发明总体构思的一个实施例的、用于立体声音响再现系统的立体声音响生成器。参照图2，多声道音频信号100包括：左声道信号(L)、中置声道信号(C)、低频效果声道信号(LFE)、右声道信号(R)、左环绕声道信号(Ls)、以及右环绕声道信号(Rs)。在该实施例中描述了5.1声道系统，但是本发明总体构思可以用于诸如6.1声道系统或7.1声道系统的多声道系统。

虚拟环绕滤波器单元204接收多声道音频信号的左环绕声道信号(Ls)与右环绕声道信号(Rs)。

虚拟环绕滤波器单元204降低输入的左环绕声道信号与右环绕声道信号之间的相关性，同时产生其临场感(presence)，向每个滤波器系数施加反映个体听觉特性的头相关传递函数(HRTF)，并且生成听者左后侧与右后侧处的虚拟声源。

信号校正滤波器单元200接收左声道信号(L)、中置声道信号(C)、低频效果声道信号(LFE)、与右声道信号(R)。

相应地，从虚拟环绕滤波器单元204输出的左环绕声道信号与右环绕声道信号的输出增益被改变，并且会发生左环绕声道信号与右环绕声道信号的时间延迟。由此，信号校正滤波器单元200根据左环绕声道信号与右环绕声道信号的输出增益与时间延迟，调整左声道信号(L)、中置声道信号(C)、低频效果声道信号(LFE)、与右声道信号(R)的增益与时间延迟。

第一加法单元201与第二加法单元202分别将从虚拟环绕滤波器单元204与信号校正滤波器单元200输出的左声道信号相加，并且将从虚拟环绕滤波器单元204与信号校正滤波器单元200输出的右声道信号相加。然后，将相加后的左信号输出到左声道扬声器242，将相加后的右信号输出到右声道扬声器244。

图3A图示根据本发明总体构思的一个实施例的、图2所示的信号校正滤波器单元200。参照图3A，左声道信号(L)的输出增益由增益单元310改变，并且左声道信号(L)由延迟单元315延迟。

中置声道信号(C)的输出增益由增益单元320改变，并且中置声道信号(C)由延迟单元325延迟。

低频效果声道信号(LFE)的输出增益由增益单元330改变，并且低频效果声道信号(LFE)由延迟单元335延迟。

右声道信号(R)的输出增益由增益单元340改变，并且右声道信号(R)由延迟单元345延迟。

第一加法单元300-1将从延迟单元315、325、335输出的信号相加。第二加法单元300-2将从延迟单元325、335、345输出的信号相加。

图3B图示根据本发明总体构思的一个实施例的、图2所示的虚拟环绕滤波器单元204。参照图3B，利用实现为虚拟声源与虚拟听者之间的HRTF矩阵的双耳合成滤波器单元(binaural synthesis filter unit)(B₁₁、B₁₂、B₂₁和B₂₂)以及利用实现为虚拟声源与两个声道输出位置之间的HRTF矩阵的逆矩阵的串音消除滤波器单元(C₁₁、C₁₂、C₂₁和C₂₂)，计算虚拟环绕滤波器单元204。

双耳合成滤波器单元(B₁₁、B₁₂、B₂₁和B₂₂)为定位(localize)虚拟扬声器于左环绕扬声器与右环绕扬声器的位置的滤波器矩阵，并且串音消除滤波器单元(C₁₁、C₁₂、C₂₁和C₂₂)为消除两个扬声器与听者两耳之间的串音的滤波器矩阵。由此，通过将双耳合成滤波器矩阵与串音消除器矩阵相乘，计算虚拟环绕滤波器单元204的矩阵K(z)。

图4是根据本发明总体构思的一个实施例的立体声音响再现系统的方框图。参照图4，该立体声音响再现系统包括：听觉特性校正器400与立体声音响生成器410。听觉特性校正器400包括：测试信号生成器420、测试立体声音响生成器430、滤波器选择器440、用户滤波器值存储单元450、以及滤波器表存储单元460。

听觉特性校正器400生成对应于根据个体听觉特性分类的每个HRTF的多个虚拟环绕滤波器，为该多个虚拟环绕滤波器生成立体声音响，选择该多个虚拟环绕滤波器中的一个，并且设立所选虚拟环绕滤波器为最优用户滤波器值。在本发明总体构思的一个实施例中，将最优用户滤波器值设置为个体听觉特性的校正值，以校正立体声音响生成器410的系数，或者用作立体声音响生成器410的系数。

在本发明总体构思的另一个实施例中，听觉特性校正器400生成对应于扬声器位置的多个虚拟环绕滤波器，并且选择该多个虚拟环绕滤波器中的一个。

听觉特性校正器400施加滤波器选择器440选择的最优用户滤波器值的滤波器系数到虚拟环绕滤波器单元204，作为图2所示的滤波器单元(B₁₁、B₁₂、B₂₁和B₂₂)和/或(C₁₁、C₁₂、C₂₁和C₂₂)的滤波器系数，以生成作为两声道立体声音响的多声道信号。

现在详细描述听觉特性校正器400。

测试信号生成器420生成要测试的预定音频信号。

滤波器表存储单元460设立对应于根据个体听觉特性分类的每个HRTF的多个虚拟环绕滤波器的表格，并且存储该表。除反映个体听觉特性的多个虚拟环绕滤波器之外，滤波器表存储单元460也可以存储根据扬声器的位置信息的各种类型的滤波器系数。

例如，测试立体声音响生成器430依次将在滤波器表存储单元460中存储的多个虚拟环绕滤波器施加到测试信号生成器420生成的测试信号，以生成立体声音响信号。

滤波器选择器440选择该多个虚拟环绕滤波器中的一个，其被聆听测试立体声音响生成器430生成的立体声音响信号的用户根据该立体声音响信号确定生成了最适当的立体声音响。

用户滤波器值存储单元450从在滤波器表存储单元460中存储的滤波器系数中，选择对应于滤波器选择器440选择的虚拟环绕滤波器的滤波器系数，并且存储所选的滤波器系数作为最优虚拟环绕滤波器值。可以在虚拟环绕滤波器单元204中使用该最优虚拟环绕滤波器值，以生成要与声道信号组合的环绕信号，从而从扬声器242、244再现左音响与右音响。

图5为图示根据本发明总体构思的一个实施例的立体声音响再现方法的流程图。参照图5，基于个体听觉特性，将HRTF分类为几个组(操作510)。基于个体听觉特性分类HRTF有两种方法。第一，将个体HRTF编组，以分类HRTF。第二，对一个HRTF建模，并且选择几个代表性参数，以分类HRTF，从而确定几个代表性HRTF。与例如使用通过仿真头测量的HRTF的立体声音响再现装置相比，使用反映个体听觉特性的HRTF的立体声音响再现装置可以增加立体声音响性能。具体地，重要的是要反映个体听觉特性，以在高低方向(elevation direction)上定位虚拟声源。高低方向上的声源通过个体耳廓(pinna)的频率特性察觉。但是，因为每个个体可能具有不同的耳廓，例如以与每个个体具有不同指纹一样的方式，所以通过仿真头测量的HRTF使之难于在高低方向上定位虚拟声源。因此，如果将诸如5.1声道或者7.1声道等多声道扩展到例如10.2声道或者22.2声道，因为重要的是在高低方向上定位虚拟声源。因此，立体声音响再现装置需要反映个体听觉特性。高低方向例如表示从以头部为中心的耳间极坐标系统的水平面到源在中弧矢面(mid-sagittal plane)的投影的角度。在该系统中，耳间轴为穿过对象的左耳与右耳中心的直线。另外，该系统的原点为耳间中点，其恰为连接两耳的线段的中点。该点一般略低于后于头部中心。

将分类的HRTF分别施加到图3B所示的多个虚拟环绕滤波器的滤波器系数(操作520)。在本发明总体构思的一个实施例中，当分类的HRTF的数目为N时，虚拟环绕滤波器的数目为N.

在滤波器表存储单元460中存储该N个虚拟环绕滤波器(操作530)。该N个虚拟环绕滤波器例如依次被传送到测试立体声音响生成器430(操作540)。

每当将该N个虚拟环绕滤波器施加到测试信号时，测试立体声音响生成器430将测试信号转换为立体声音响(操作550)。

用户从第一虚拟环绕滤波器到第N虚拟环绕滤波器中，选择最适当的虚拟环绕滤波器(操作560与570)。例如，在TV的屏幕上显示(OSD)上指示当前正在再现的立体声音响信号所使用的虚拟环绕滤波器的索引为号码。当虚拟声源被定位在45度仰角上时，用户选择能够将最佳声像定位于45度仰角的虚拟环绕滤波器。

如果用户选择了最适当的虚拟环绕滤波器，则确定所选虚拟环绕滤波器的滤波器值为个体优化滤波器值，并且存储在用户滤波器值存储单元450中(操作580)。

将个体优化滤波器值传送到立体声音响生成器410，以用于其滤波器单元，从而再现个体优化的立体声音响(操作590)。图4的立体声音响生成器410可以与图2立体声音响再现装置中的相同。

本发明总体构思可以实现为计算机可读介质上的计算机可读代码。计算机可读介质可以包括计算机可读记录介质与计算机可读传送介质。计算机可读记录介质为可以存储以后由计算机系统读取的数据的任何数据存储设备。计算机可读记录介质的例子包括只读存储器(ROM)、随即存取存储器(RAM)、CD-ROM、磁带、软盘、以及光数据存储设备。计算机可读记录介质也可以分布在网络耦合的计算机系统上，从而以分布式的方式存储与执行计算机可读代码。计算机可读传送介质可以传送载波或者信号(例如通过因特网的有线或者无线数据传送)。另外，本领域技术人员可以容易地构造实现本发明总体构思的功能程序、代码、以及代码段。

如上所述，本发明总体构思可以根据个体听觉特性生成最优立体声音响。本发明总体构思还可以利用为扬声器各种位置设计的滤波器，再现立体声音响，从而不需要为各种TV型号修改滤波器。

根据本发明总体构思的各种实施例，不管个体听觉特性如何，用户都可以感受到强烈的立体声音响效果。当本发明总体构思用于音频产品时，用户也可以利用常规的两声道扬声器系统，欣赏编码有多声道音频的DVD，而不需要附加的扬声器。

虽然已经图示并且描述了本发明总体构思的几种实施例，但是本领域技术人员应该理解：在不脱离本发明总体构思的原理与精神的前提下，可以对这些实施例进行修改，本发明总体构思的范围由权利要求及其等价物限定。