產(chǎn)生增強(qiáng)下混頻信號(hào)的裝置、產(chǎn)生增強(qiáng)下混頻信號(hào)的方法以及計(jì)算機(jī)程序的制作方法
【專利摘要】一種用于基于多聲道麥克風(fēng)信號(hào)產(chǎn)生增強(qiáng)下混頻信號(hào)的裝置，包括：空間分析器，被配置為基于多聲道麥克風(fēng)信號(hào)來計(jì)算空間提示參數(shù)集合，空間提示參數(shù)集合包括對(duì)直達(dá)聲的到達(dá)方向加以描述的方向信息、直達(dá)聲功率信息以及散射聲功率信息。該裝置還包括：濾波器計(jì)算器，根據(jù)對(duì)直達(dá)聲的到達(dá)方向加以描述的方向信息、直達(dá)聲功率信息以及散射聲功率信息來計(jì)算增強(qiáng)濾波器參數(shù)。該裝置還包括：濾波器，使用增強(qiáng)濾波器參數(shù)對(duì)麥克風(fēng)信號(hào)或從麥克風(fēng)信號(hào)中導(dǎo)出的信號(hào)進(jìn)行濾波，以獲得增強(qiáng)下混頻信號(hào)。
【專利說明】產(chǎn)生增強(qiáng)下混頻信號(hào)的裝置、產(chǎn)生增強(qiáng)下混頻信號(hào)的方法以及計(jì)算機(jī)程序
[0001]本申請是申請日為2011年2月15日，申請?zhí)枮?01180020677.6的發(fā)明專利申請
“產(chǎn)生增強(qiáng)下混頻信號(hào)的裝置、產(chǎn)生增強(qiáng)下混頻信號(hào)的方法以及計(jì)算機(jī)程序”的分案申請。
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0002]根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例涉及一種用于產(chǎn)生增強(qiáng)下混頻信號(hào)的裝置、一種用于產(chǎn)生增強(qiáng)下混頻信號(hào)的方法、以及一種產(chǎn)生增強(qiáng)下混頻信號(hào)的計(jì)算機(jī)程序。
[0003]根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例涉及一種針對(duì)空間音頻麥克風(fēng)的增強(qiáng)下混頻計(jì)算。
【背景技術(shù)】
[0004]利用小麥克風(fēng)配置記錄環(huán)繞聲音仍是一種挑戰(zhàn)。最廣泛已知的這種配置之一是聲場麥克風(fēng)以及對(duì)應(yīng)的環(huán)繞解碼器(例如，參見參考文獻(xiàn)[3])，對(duì)應(yīng)的環(huán)繞解碼器對(duì)聲場麥克風(fēng)的四個(gè)幾乎一致的麥克風(fēng)膠囊信號(hào)進(jìn)行濾波和組合，以產(chǎn)生環(huán)繞聲音輸出聲道。盡管保持了高單聲道信號(hào)保真度，但是該方法的缺陷在于其與一階麥克風(fēng)方向響應(yīng)的有限方向性相關(guān)的有限聲道分尚。
[0005]備選地，可以應(yīng)用基于觀察到的聲場的參數(shù)表示的技術(shù)。在參考文獻(xiàn)[2]中，已經(jīng)提出了一種使用傳統(tǒng)的一致立體麥克風(fēng)對(duì)來記錄環(huán)境聲音。示出了如何根據(jù)這些定向麥克風(fēng)信號(hào)估計(jì)空間提示參數(shù)直射-散射聲比和聲音到達(dá)方向，以及如何應(yīng)用該信息來驅(qū)動(dòng)空間音頻編碼合成，從而產(chǎn)生環(huán)境聲音。在參考文獻(xiàn)[2]中，還討論了參數(shù)信息(即，聲音的到達(dá)方向(DOA)和聲場的散射聲比(DSR))如何用于直接計(jì)算在MPEG環(huán)繞(MPS)編碼方案中使用的特定空間參數(shù)(例如，參見參考文獻(xiàn)[6])。
[0006]MPEG環(huán)繞是多聲道音頻信號(hào)的參數(shù)表示，代表了高質(zhì)量空間音頻編碼的高效方法。MPS利用了以下事實(shí):從感知的觀點(diǎn)，多聲道音頻信號(hào)相對(duì)于不同的擴(kuò)音器聲道包含顯著冗余。MPS編碼器考慮多個(gè)揚(yáng)聲器信號(hào)作為輸入，其中，必須預(yù)先知道揚(yáng)聲器的對(duì)應(yīng)空間配置?；谶@些輸入信號(hào)，MPS編碼器計(jì)算頻率子帶下的空間參數(shù)，例如，兩個(gè)聲道之間的聲道電平差(CLD)和兩個(gè)聲道之間的聲道間相關(guān)性(ICC)。然后根據(jù)這些空間參數(shù)導(dǎo)出實(shí)際MPS輔助信息。此外，編碼器計(jì)算能夠由一個(gè)或多個(gè)音頻聲道構(gòu)成的下混頻信號(hào)。
[0007]已經(jīng)發(fā)現(xiàn)立體聲麥克風(fēng)輸入信號(hào)非常適合于估計(jì)空間提示參數(shù)。然而，還發(fā)現(xiàn)未處理的立體聲麥克風(fēng)輸入信號(hào)通常不太適合于直接用作對(duì)應(yīng)的MPEG環(huán)繞下混頻信號(hào)。在許多情況下已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，左聲道和右聲道之間的串?dāng)_太高，導(dǎo)致MPEG環(huán)繞解碼信號(hào)中的不良聲道分離。
[0008]由于這種情況，需要一種基于多聲道麥克風(fēng)信號(hào)產(chǎn)生增強(qiáng)下混頻信號(hào)的構(gòu)思，使得增強(qiáng)下混頻信號(hào)在MPEG環(huán)繞解碼之后產(chǎn)生足夠好的空間音頻質(zhì)量和定位特性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]通過所要求保護(hù)的用于產(chǎn)生增強(qiáng)下混頻信號(hào)的裝置、所要求保護(hù)的用于產(chǎn)生增強(qiáng)下混頻信號(hào)的方法以及所要求保護(hù)的用于產(chǎn)生增強(qiáng)下混頻信號(hào)的計(jì)算機(jī)程序來實(shí)現(xiàn)上述目標(biāo)。
[0010]根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例創(chuàng)建了一種用于基于多聲道麥克風(fēng)信號(hào)產(chǎn)生增強(qiáng)下混頻信號(hào)的裝置。該裝置包括:空間分析器，被配置為基于多聲道麥克風(fēng)信號(hào)來計(jì)算空間提示參數(shù)集合，空間提示參數(shù)集合包括對(duì)直達(dá)聲的到達(dá)方向加以描述的方向信息、直達(dá)聲功率信息以及散射聲功率信息。該裝置還包括:濾波器計(jì)算器，根據(jù)對(duì)直達(dá)聲的到達(dá)方向加以描述的方向信息、直達(dá)聲功率信息以及散射聲功率信息來計(jì)算增強(qiáng)濾波器參數(shù)。該裝置還包括:濾波器，使用增強(qiáng)濾波器參數(shù)對(duì)麥克風(fēng)信號(hào)或從麥克風(fēng)信號(hào)中導(dǎo)出的信號(hào)進(jìn)行濾波，以獲得增強(qiáng)下混頻信號(hào)。
[0011]根據(jù)本發(fā)明的該實(shí)施例基于以下發(fā)現(xiàn):可以通過濾波操作根據(jù)輸入的多聲道麥克風(fēng)信號(hào)導(dǎo)出比輸入的多聲道麥克風(fēng)信號(hào)更適合的增強(qiáng)下混頻信號(hào)，以及可以根據(jù)空間提示參數(shù)高效地導(dǎo)出針對(duì)這種信號(hào)增強(qiáng)濾波操作的濾波器參數(shù)。
[0012]相應(yīng)地，能夠再使用同樣的信息(即，空間提示參數(shù)，也非常適合于導(dǎo)出MPGE環(huán)繞參數(shù))，來計(jì)算增強(qiáng)濾波器參數(shù)。相應(yīng)地，可以使用上述構(gòu)思來創(chuàng)建高效系統(tǒng)。
[0013]此外，即使多聲道麥克風(fēng)信號(hào)的聲道信號(hào)僅包括低空間分離，也能夠?qū)С鲈贛PEG環(huán)繞解碼器中被處理時(shí)允許良好聲道分離的下混頻信號(hào)。相應(yīng)地，與傳統(tǒng)系統(tǒng)相比，增強(qiáng)下混頻信號(hào)可以在MPEG環(huán)繞解碼之后產(chǎn)生顯著改善的空間音頻質(zhì)量和定位特性。
[0014]總之，根據(jù)本發(fā)明的上述實(shí)施例允許以適度計(jì)算量來提供具有良好空間分離特性的增強(qiáng)下混頻信號(hào)。
[0015]在優(yōu)選實(shí)施例中，濾波器計(jì)算器被配置為計(jì)算增強(qiáng)濾波器參數(shù)，使得增強(qiáng)下混頻信號(hào)與期望下混頻信號(hào)近似。使用該方法，可以確保增強(qiáng)濾波器參數(shù)非常適合于期望的濾波結(jié)果。例如，可以計(jì)算增強(qiáng)濾波器參數(shù)，使得增強(qiáng)下混頻信號(hào)的一個(gè)或多個(gè)統(tǒng)計(jì)特性與下混頻信號(hào)的期望統(tǒng)計(jì)特性近似。相應(yīng)地，可以實(shí)現(xiàn)增強(qiáng)的下混頻信號(hào)非常適合于期望值，其中可以在期望相關(guān)性方面以數(shù)值方式定義期望值。
[0016]在優(yōu)選實(shí)施例中，濾波器計(jì)算器被配置為根據(jù)空間提示參數(shù)計(jì)算多聲道麥克風(fēng)信號(hào)(或，更精確地，多聲道麥克風(fēng)信號(hào)的聲道信號(hào))與下混頻信號(hào)的期望聲道信號(hào)之間的期望相關(guān)值。在這種情況下，濾波器計(jì)算器優(yōu)選地被配置為根據(jù)期望互相關(guān)值計(jì)算增強(qiáng)濾波器參數(shù)。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，所述互相關(guān)值是對(duì)下混頻信號(hào)的聲道信號(hào)是否呈現(xiàn)足夠良好聲道分離特性的良好度量。同樣，還發(fā)現(xiàn)，可以基于空間提示參數(shù)以適度的計(jì)算量來計(jì)算期望的相關(guān)值。
[0017]在優(yōu)選實(shí)施例中，濾波器計(jì)算器被配置為根據(jù)方向相關(guān)增益因子和一個(gè)或多個(gè)下混頻矩陣值來計(jì)算期望互相關(guān)值，方向相關(guān)增益因子描述了多聲道麥克風(fēng)信號(hào)的直達(dá)聲分量對(duì)多個(gè)擴(kuò)音器信號(hào)的期望貢獻(xiàn)，一個(gè)或多個(gè)下混頻矩陣值描述了多個(gè)音頻聲道(例如，擴(kuò)音器信號(hào))對(duì)增強(qiáng)下混頻信號(hào)的一個(gè)或多個(gè)聲道的貢獻(xiàn)。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，方向相關(guān)增益因子和下混頻矩陣值均非常適合于計(jì)算期望互相關(guān)值，并且發(fā)現(xiàn)方向相關(guān)增益因子和增強(qiáng)下混頻矩陣值是容易獲得的。此外，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)基于所述信息容易獲得期望互相關(guān)值。
[0018]在優(yōu)選實(shí)施例中，濾波器計(jì)算器被配置為將方向信息映射到方向相關(guān)增益因子。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，多聲道幅度平移(panning)定律可以用于根據(jù)方向信息以適度工作量確定增益因子。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，到達(dá)方向信息非常適合于確定方向相關(guān)增益因子，方向相關(guān)增益因子例如可以描述哪個(gè)揚(yáng)聲器應(yīng)當(dāng)呈現(xiàn)直達(dá)聲分量。容易理解，根據(jù)到達(dá)方向信息(簡要地，被指定為方向信息)向不同揚(yáng)聲器信號(hào)分發(fā)直達(dá)聲分量，并且確定對(duì)哪個(gè)揚(yáng)聲器應(yīng)當(dāng)呈現(xiàn)直達(dá)聲分量加以描述的增益因子相對(duì)簡單。例如，用于將方向信息映射到方向相關(guān)增益因子集合的映射規(guī)則可以簡單地確定與到達(dá)方向相關(guān)聯(lián)的那些揚(yáng)聲器能夠呈現(xiàn)(或主要呈現(xiàn))直達(dá)聲分量，而與其他方向相關(guān)聯(lián)的其他揚(yáng)聲器僅呈現(xiàn)直達(dá)聲分量的一小部分，或者甚至抑制直達(dá)聲分量。
[0019]在優(yōu)選實(shí)施例中，濾波器計(jì)算器被配置為考慮直達(dá)聲功率信息和散射聲功率信息，來計(jì)算期望互相關(guān)值。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，對(duì)兩個(gè)所述聲音分量(直達(dá)聲分量和散射聲分量)的功率的考慮獲得特別良好的聽覺印象，這是因?yàn)橹边_(dá)聲分量和散射聲分量均可以被適當(dāng)?shù)胤峙浣o(典型地，多聲道)下混頻信號(hào)的聲道信號(hào)。
[0020]在優(yōu)選實(shí)施例中，濾波器計(jì)算器被配置為根據(jù)方向信息對(duì)直達(dá)聲功率信息加權(quán)，并且對(duì)散射聲功率信息應(yīng)用與方向信息無關(guān)的預(yù)定權(quán)重，以便計(jì)算期望互相關(guān)值。相應(yīng)地，可以在直達(dá)聲分量與散射聲分量之間進(jìn)行區(qū)分，以獲得對(duì)期望互相關(guān)值的特別現(xiàn)實(shí)的估計(jì)。
[0021]在優(yōu)選實(shí)施例中，濾波器計(jì)算器被配置為基于維納-霍普夫(Wiener-Hopf)方程導(dǎo)出增強(qiáng)濾波器參數(shù)。在這種情況下，維納-霍普夫方程描述了相關(guān)值、增強(qiáng)濾波器參數(shù)與期望互相關(guān)值之間的關(guān)系，所述相關(guān)值描述了多聲道麥克風(fēng)信號(hào)的不同聲道對(duì)之間的相關(guān)性，期望互相關(guān)值是多聲道麥克風(fēng)信號(hào)的聲道信號(hào)與下混頻信號(hào)的期望聲道信號(hào)之間的期望互相關(guān)值。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，基于維納-霍普夫方程能夠獲得非常適合于下混頻信號(hào)的聲道信號(hào)的期望相關(guān)特性的增強(qiáng)濾波器參數(shù)。
[0022]在優(yōu)選實(shí)施例中，濾波器計(jì)算器被配置為根據(jù)期望下混頻信號(hào)的模型來計(jì)算增強(qiáng)濾波器參數(shù)。通過對(duì)期望下混頻信號(hào)進(jìn)行建模，可以計(jì)算增強(qiáng)濾波器參數(shù)，使得獲得允許對(duì)多聲道解碼器中的期望多聲道揚(yáng)聲器信號(hào)的良好重構(gòu)的下混頻信號(hào)。
[0023]在一些實(shí)施例中，期望下混頻聲道的模型可以包括在可單獨(dú)獲得聲道信號(hào)(例如，擴(kuò)音器信號(hào))的情況下執(zhí)行的理想下混頻模型。此外，建?？梢园词苟嗦暤利溈孙L(fēng)信號(hào)包括僅具有有限空間分離的聲道信號(hào)，也可以根據(jù)多聲道麥克風(fēng)信號(hào)獲得單獨(dú)聲道信號(hào)的模型。相應(yīng)地，例如，通過將用于獲得單獨(dú)聲道信號(hào)(例如，擴(kuò)音器信號(hào))以及用于根據(jù)所述單獨(dú)聲道信號(hào)獲得期望下混頻聲道的建模相組合，來獲得期望下混頻信號(hào)的總模型。因此，這對(duì)于以相對(duì)小計(jì)算量可獲得增強(qiáng)濾波器參數(shù)的計(jì)算而言是足夠良好的參考。
[0024]在優(yōu)選實(shí)施例中，濾波器計(jì)算器被配置為選擇性地執(zhí)行單聲道濾波或雙聲道濾波，在單聲道濾波中，通過對(duì)多聲道麥克風(fēng)信號(hào)的第一聲道的濾波來導(dǎo)出下混頻信號(hào)的第一聲道，并且通過對(duì)多聲道麥克風(fēng)信號(hào)的第二聲道的濾波來導(dǎo)出下混頻信號(hào)的第二聲道，同時(shí)避免從多聲道麥克風(fēng)信號(hào)的第一聲道到下混頻信號(hào)的第二聲道的串?dāng)_以及從多聲道麥克風(fēng)信號(hào)的第二聲道到下混頻信號(hào)的第一聲道的串?dāng)_，在雙聲道濾波中，通過對(duì)多聲道麥克風(fēng)信號(hào)的第一和第二聲道進(jìn)行濾波來導(dǎo)出下混頻信號(hào)的第一聲道，并且通過對(duì)多聲道麥克風(fēng)信號(hào)的第一和第二聲道進(jìn)行濾波來導(dǎo)出下混頻信號(hào)的第二聲道。根據(jù)對(duì)多聲道麥克風(fēng)信號(hào)的第一聲道和多聲道麥克風(fēng)信號(hào)的第二聲道之間相關(guān)性加以描述的相關(guān)值來進(jìn)行對(duì)單聲道濾波和雙聲道濾波的選擇。通過在單聲道濾波和雙聲道濾波之間進(jìn)行選擇，可以避免數(shù)字錯(cuò)誤，如果在左聲道和右聲道高度相關(guān)的情況下使用雙聲道濾波，則有時(shí)會(huì)出現(xiàn)數(shù)字錯(cuò)誤。相應(yīng)地，可以獲得良好質(zhì)量的下混頻信號(hào)，而與多聲道麥克風(fēng)信號(hào)的聲道信號(hào)是否聞度相關(guān)無關(guān)。
[0025]根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例創(chuàng)建了一種用于產(chǎn)生增強(qiáng)下混頻信號(hào)的方法。
[0026]根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例創(chuàng)建了一種用于執(zhí)行產(chǎn)生增強(qiáng)下混頻信號(hào)的方法的計(jì)算機(jī)程序。
[0027]方法和計(jì)算機(jī)程序可以基于與裝置相同的發(fā)現(xiàn)，并且可以通過參照裝置討論的任何特征和功能來補(bǔ)充方法和計(jì)算機(jī)程序。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0028]參照附圖順序地描述根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，在附圖中:
[0029]圖1示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的用于產(chǎn)生增強(qiáng)下混頻信號(hào)的裝置的示意框圖；
[0030]圖2示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的空間音頻麥克風(fēng)處理的圖示說明；
[0031]圖3示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的增強(qiáng)下混頻計(jì)算的圖示說明；
[0032]圖4示出了可以在根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例中使用的用于計(jì)算期望下混頻信號(hào)Y1和Y2的聲道映射的圖示說明；
[0033]圖5示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的基于預(yù)處理的麥克風(fēng)信號(hào)的增強(qiáng)下混頻計(jì)算的圖示說明；
[0034]圖6示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的用于根據(jù)多聲道麥克風(fēng)信號(hào)導(dǎo)出增強(qiáng)濾波器參數(shù)的計(jì)算的示意表示；以及
[0035]圖7示出了根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例的用于根據(jù)多聲道麥克風(fēng)信號(hào)導(dǎo)出增強(qiáng)濾波器參數(shù)的計(jì)算的示意表示。
【具體實(shí)施方式】
[0036]1.根據(jù)圖1用于產(chǎn)生增強(qiáng)下混頻信號(hào)的裝置
[0037]圖1示出了基于多聲道麥克風(fēng)信號(hào)產(chǎn)生增強(qiáng)下混頻信號(hào)的裝置100的示意框圖。裝置100被配置為接收多聲道麥克風(fēng)信號(hào)110，并且基于多聲道麥克風(fēng)信號(hào)110提供增強(qiáng)下混頻信號(hào)112。裝置100包括:空間分析器120，被配置為基于多聲道麥克風(fēng)信號(hào)110來計(jì)算空間提示參數(shù)集合122?？臻g提示參數(shù)典型地包括對(duì)直達(dá)聲(直達(dá)聲被包括在多聲道麥克風(fēng)信號(hào)中)的到達(dá)方向加以描述的方向信息、直達(dá)聲功率信息以及散射聲功率信息。裝置100還包括濾波器計(jì)算器130，根據(jù)空間提示參數(shù)122 (即，根據(jù)對(duì)直達(dá)聲的到達(dá)方向加以描述的方向信息)、直達(dá)聲功率信息以及散射聲功率信息來計(jì)算增強(qiáng)濾波器參數(shù)132。裝置100還包括濾波器140，使用增強(qiáng)濾波器參數(shù)132對(duì)麥克風(fēng)信號(hào)110或根據(jù)麥克風(fēng)信號(hào)110導(dǎo)出的信號(hào)110’進(jìn)行濾波，以獲得增強(qiáng)下混頻信號(hào)112?？蛇x地可以使用可選預(yù)處理150根據(jù)多聲道麥克風(fēng)信號(hào)110來導(dǎo)出信號(hào)110’。
[0038]關(guān)于裝置100的功能，應(yīng)當(dāng)注意，典型地提供增強(qiáng)下混頻信號(hào)112，使得與多聲道麥克風(fēng)信號(hào)110相比增強(qiáng)下混頻信號(hào)112實(shí)現(xiàn)了 MPEG環(huán)繞解碼之后改善的空間音頻質(zhì)量，這是因?yàn)樵鰪?qiáng)濾波器參數(shù)132典型地由濾波器計(jì)算器130來提供，以便實(shí)現(xiàn)該目標(biāo)。增強(qiáng)濾波器參數(shù)132的提供是基于空間分析器所提供的空間提示參數(shù)集合122，使得根據(jù)多聲道麥克風(fēng)信號(hào)110的空間特性來提供增強(qiáng)濾波器參數(shù)132，以便強(qiáng)調(diào)多聲道麥克風(fēng)信號(hào)110的空間特性。相應(yīng)地，濾波器140所執(zhí)行的濾波與輸入的多聲道麥克風(fēng)信號(hào)110相比實(shí)現(xiàn)了對(duì)增強(qiáng)下混頻信號(hào)112的空間特性的信號(hào)自適應(yīng)改進(jìn)。
[0039]后續(xù)更詳細(xì)地描述由空間分析器120執(zhí)行的空間分析、濾波器計(jì)算器130執(zhí)行的濾波器參數(shù)計(jì)算和濾波器140執(zhí)行的濾波有關(guān)的細(xì)節(jié)。
[0040]2.根據(jù)圖2的用于產(chǎn)生增強(qiáng)下混頻信號(hào)的裝置
[0041]圖2示出了用于產(chǎn)生增強(qiáng)下混頻信號(hào)(可以采用雙聲道音頻信號(hào)的形式)以及與具有多于兩個(gè)聲道的上混頻信號(hào)相關(guān)聯(lián)的空間提示集合的裝置200的示意框圖。裝置200包括:麥克風(fēng)裝置205,被配置為提供包括第一聲道信號(hào)210a和第二聲道信號(hào)210b的雙聲道麥克風(fēng)信號(hào)。
[0042]裝置200還包括:處理器216，基于雙聲道麥克風(fēng)信號(hào)提供與具有多于兩個(gè)聲道的上混頻信號(hào)相關(guān)聯(lián)的空間提示集合。處理器216還被配置為提供增強(qiáng)濾波器參數(shù)232。處理器216被配置為接收麥克風(fēng)裝置205提供的第一聲道信號(hào)210a和第二聲道信號(hào)210b作為其輸入信號(hào)。處理器216被配置為提供增強(qiáng)濾波器參數(shù)232，并且還提供空間提示信息262。裝置200還包括:雙聲道音頻信號(hào)供應(yīng)器240，被配置為接收麥克風(fēng)裝置205提供的第一聲道信號(hào)210a和第二聲道信號(hào)210b,并且提供第一聲道信號(hào)210a和第二聲道信號(hào)210b的處理版本作為包括聲道信號(hào)212a、212b的雙聲道音頻信號(hào)212。
[0043]麥克風(fēng)裝置205包括第一定向麥克風(fēng)206和第二定向麥克風(fēng)208。第一定向麥克風(fēng)206和第二定向麥克風(fēng)208優(yōu)選地間隔不超過30cm。相應(yīng)地，第一定向麥克風(fēng)206和第二定向麥克風(fēng)208接收到的信號(hào)具有強(qiáng)相關(guān)性，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)這對(duì)于信號(hào)分析器220計(jì)算分量能量信息(或分量功率信息 )122a和方向信息122b是有利的。然而,對(duì)第一定向麥克風(fēng)206和第二定向麥克風(fēng)208進(jìn)行定向，使得第二定向麥克風(fēng)208的方向特性209是第一定向麥克風(fēng)206的方向特性207的旋轉(zhuǎn)版本。相應(yīng)地，第一聲道麥克風(fēng)信號(hào)210a和第二聲道麥克風(fēng)信號(hào)210b具有強(qiáng)相關(guān)性(由于麥克風(fēng)206和208的空間接近)，然而也是不同的(由于定向麥克風(fēng)206、208的不同方向特性207、209)。具體地，從近似恒定方向入射在麥克風(fēng)裝置205上的方向信號(hào)使第一聲道麥克風(fēng)信號(hào)210a和第二聲道麥克風(fēng)信號(hào)210b的強(qiáng)相關(guān)信號(hào)分量具有時(shí)間恒定的方向相關(guān)幅度比(或強(qiáng)度比)。從時(shí)變方向入射在麥克風(fēng)陣列205上的環(huán)境音頻信號(hào)使第一聲道麥克風(fēng)信號(hào)210a和第二聲道麥克風(fēng)信號(hào)210b的信號(hào)分量具有顯著相關(guān)性但具有時(shí)間波動(dòng)幅度比(或強(qiáng)度比)。相應(yīng)地，麥克風(fēng)裝置205提供使得即使在麥克風(fēng)206、208間距較小時(shí)，處理器216的信號(hào)分析器220也能夠在直達(dá)聲與散射聲之間進(jìn)行區(qū)分的雙聲道麥克風(fēng)信號(hào)210a、210b。因此，裝置200構(gòu)成音頻信號(hào)供應(yīng)器，音頻信號(hào)供應(yīng)器能夠以空間緊湊的形式來實(shí)現(xiàn)，但仍能夠提供與具有多于兩個(gè)聲道的上混頻信號(hào)相關(guān)聯(lián)的空間提不。
[0044]空間提示262可以與空間音頻解碼器提供的雙聲道音頻信號(hào)212a、212b相結(jié)合地使用，以提供環(huán)繞聲音輸出信號(hào)。在下文中，給出了關(guān)于裝置200的一些其他說明。可選地，裝置200包括:麥克風(fēng)裝置205，提供第一聲道信號(hào)210a和第二聲道信號(hào)210b。第一聲道信號(hào)210a也可以用X1⑴表示，第二聲道信號(hào)210b也可以用^⑴表示。應(yīng)當(dāng)注意，第一聲道信號(hào)210a和第二聲道信號(hào)210b可以表不被輸入到根據(jù)圖1的裝置100中的多聲道麥克風(fēng)信號(hào)110。
[0045]雙聲道音頻信號(hào)供應(yīng)器240接收第一聲道信號(hào)210a和第二聲道信號(hào)210b，并且典型地還接收增強(qiáng)濾波器參數(shù)信息232。雙聲道音頻信號(hào)供應(yīng)器240例如可以執(zhí)行可選預(yù)處理150和濾波器140的功能，以提供由第一聲道信號(hào)212a和第二聲道信號(hào)212b表不的雙聲道音頻信號(hào)212。雙聲道音頻信號(hào)212可以等同于圖1的裝置100輸出的增強(qiáng)下混頻信號(hào) 112。
[0046]信號(hào)分析器220可以被配置為接收第一聲道信號(hào)210a和第二聲道信號(hào)210b。同樣，信號(hào)分析器220可以被配置為基于雙聲道麥克風(fēng)信號(hào)210 (即，基于第一聲道信號(hào)210a和第二聲道信號(hào)210b)獲得分量能量信息122a和方向信息122b。優(yōu)選地，信號(hào)分析器220被配置為獲得分量能量信息122a和方向信息122b，使得分量能量信息122a描述對(duì)雙聲道麥克風(fēng)信號(hào)的直達(dá)聲分量的能量(或功率)以及雙聲道麥克風(fēng)信號(hào)的散射聲分量的能量(或功率)的估計(jì)，并且使得方向信息122描述對(duì)雙聲道麥克風(fēng)信號(hào)210a、210b的直達(dá)聲分量從哪個(gè)方向而來的估計(jì)。相應(yīng)地，信號(hào)分析器220可以采用空間分析器120的功能，并且分量能量信息122a和方向信息122b可以等同于空間提示參數(shù)122。分量能量信息122a可以等同于直達(dá)聲功率信息和散射聲功率信息。處理器216還包括:空間輔助信息發(fā)生器260,從信號(hào)分析器220接收分量能量信息122a和方向信息122b?？臻g輔助信息發(fā)生器260被配置為基于分量能量信息122a和方向信息122b提供空間提示信息262。優(yōu)選地，空間輔助信息發(fā)生器260被配置為將雙聲道麥克風(fēng)信號(hào)210a、210b的分量能量信息122a和雙聲道麥克風(fēng)信號(hào)210a、210b的方向信息122b映射到空間提示信息262上。相應(yīng)地，獲得空間輔助信息262，使得空間提示信息262描述與具有多于兩個(gè)聲道的上混頻音頻信號(hào)相關(guān)聯(lián)的空間提不集合。
[0047]處理器216基于雙聲道麥克風(fēng)信號(hào)210a、210b實(shí)現(xiàn)了對(duì)空間提示信息262的計(jì)算上非常高效的計(jì)算，空間提示信息262與具有多于兩個(gè)聲道的上混頻音頻信號(hào)相關(guān)聯(lián)。信號(hào)分析器220能夠從雙聲道麥克風(fēng)信號(hào)中提取大量信息，即分量能量信息122a和方向信息122b，分量能量信息122a描述對(duì)直達(dá)聲分量的能量估計(jì)以及對(duì)散射聲分量的能量估計(jì)，方向信息122b描述了對(duì)雙聲道麥克風(fēng)信號(hào)的直達(dá)聲分量所源自的方向的估計(jì)。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，信號(hào)分析器220基于雙聲道麥克風(fēng)信號(hào)210a、2IOb獲得的該信息甚至對(duì)于具有多于兩個(gè)聲道的上混頻音頻信號(hào)也足以導(dǎo)出空間提示信息262。重要地，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)分量能量信息122a和方向信息122b足以直接確定空間提示信息262，而無需實(shí)際使用上混頻音頻聲道作為中間量。
[0048]此外，處理器216包括:濾波器計(jì)算器230，被配置為接收分量能量信息122a和方向信息122b，并且基于分量能量信息122a和方向信息122b提供增強(qiáng)濾波器參數(shù)信息232。相應(yīng)地，濾波器計(jì)算器230可以接管濾波器計(jì)算器130的功能。
[0049]綜上所述，裝置200能夠在兩種情況下，以高效方式使用相同的中間信息122a、122b高效地確定增強(qiáng)下混頻信號(hào)212和空間提示信息262。同樣，應(yīng)當(dāng)注意，裝置200能夠使用空間上較小的麥克風(fēng)裝置205來獲得(增強(qiáng))下混頻信號(hào)212和空間提示信息262。盡管使用小麥克風(fēng)裝置(可以是裝置200的部件或者可以在裝置200外部但與裝置200相連)，但下混頻信號(hào)212包括非常良好的空間分離特性，這是因?yàn)橥ㄟ^濾波器計(jì)算器230來計(jì)算增強(qiáng)濾波器參數(shù)232。相應(yīng)地，(增強(qiáng))下混頻信號(hào)212在與空間提示信息262相結(jié)合時(shí)可以非常適合于空間呈現(xiàn)(例如，使用MPEG環(huán)繞解碼器的空間呈現(xiàn))。
[0050]總之，圖2示出了空間音頻麥克風(fēng)技術(shù)的示意框圖。如所見，在模塊216中使用立體聲麥克風(fēng)輸入信號(hào)210a (也用X1 (t)表示)和210b (也用x2 (t)表示)，來計(jì)算與多聲道上混頻信號(hào)(例如，雙聲道音頻信號(hào)212)相關(guān)聯(lián)的空間提示信息262的集合。此外，提供了雙聲道下混頻信號(hào)212。
[0051]在以下部分中，對(duì)基于分析立體聲麥克風(fēng)信號(hào)確定空間提示信息262所需的步驟進(jìn)行概述。這里，參照參考文獻(xiàn)[2]中的描述。
[0052]3.立體聲信號(hào)分析
[0053]在下文中，描述可以由空間分析器120或信號(hào)分析器220執(zhí)行的立體聲信號(hào)分析。應(yīng)當(dāng)注意，在存在多于兩個(gè)所使用的麥克風(fēng)并且存在多聲道麥克風(fēng)信號(hào)的多于兩個(gè)聲道信號(hào)的一些實(shí)施例中，可以使用增強(qiáng)信號(hào)分析。
[0054]本文描述的立體聲信號(hào)分析可以用于提供空間提示參數(shù)122，可以采取分量能量信息122a和方向信息122b的形式。應(yīng)當(dāng)注意，立體聲信號(hào)分析可以在時(shí)-頻域中執(zhí)行。相應(yīng)地，可以將多聲道麥克風(fēng)信號(hào)110、210的聲道信號(hào)210a、210b轉(zhuǎn)換成用于其他分析目的的時(shí)-頻域表示。
[0055]麥克風(fēng)信號(hào)X1 (t)和X2 (t)的時(shí)-頻域表示是X1 (k, i)和X2 (k, i),其中，k和i是時(shí)間和頻率索引。假定可以將Xjk，i)和X2(k，i)建模為:
[0056]X1 (k, i) = S(k, i) +N1 (k, i)
[0057]X2 (k, i) = a (k, i) S (k, i) +N2 (k, ), (I)
[0058]其中，a(k，i)是增益因子，S(k，i)是左聲道中的直達(dá)聲,Njk，i)和隊(duì)&，1)表示
散射聲。`
[0059]根據(jù)a，E{SS*} ,EiN1N1I，和E{N2N/}計(jì)算空間音頻編碼(SAC)下混頻信號(hào)112、212和輔助信息262，其中，E{.}是短時(shí)平均運(yùn)算，并且*表示復(fù)共軛。在下文中導(dǎo)出這些值。
[0060]根據(jù)(I)，遵循
[0061]E(XiIl) =
[0062]E{.X,Xi} = "2EprKE.闕}
[0063]= οΕ{551-Ε{Λι_Λ2}.(2)
[0064]應(yīng)當(dāng)注意，這里可以將E{SS*}視為直達(dá)聲功率信息，同樣也可以視為直達(dá)聲能量信息，并且可以將EiN1N1I和E{N2N/}視為散射聲功率信息或散射聲能量信息。可以將E{SS*}和EiN1N1I視為分量能量信息，可以將a視為方向信息。
[0065]假定兩個(gè)麥克風(fēng)信號(hào)的散射聲量相同，即，E(N1N1) =EiN2N2*! =E{NN*}，并且假定N1與N2之間的歸一化互相關(guān)系數(shù)是Odiff,即，
【權(quán)利要求】
1.一種用于基于多聲道麥克風(fēng)信號(hào)(110 ;210 ；310)產(chǎn)生增強(qiáng)下混頻信號(hào)(112 ；212 ；312)的裝置(100 ；200 ；300 ;500)，該裝置包括: 空間分析器(120 ；220 ;320)，被配置為基于多聲道麥克風(fēng)信號(hào)來計(jì)算空間提示參數(shù)集合(E{Nr}，E{SS*}，a，α)，空間提示參數(shù)集合包括對(duì)直達(dá)聲的到達(dá)方向加以描述的方向信息(a, α)、直達(dá)聲功率信息(E{SS*})以及散射聲功率信息(E{NN*})； 濾波器計(jì)算器(130;230;316)，根據(jù)對(duì)直達(dá)聲的到達(dá)方向加以描述的方向信息(a，α )、直達(dá)聲功率信息(E{SS*})以及散射聲功率信息(E{NN*})來計(jì)算增強(qiáng)濾波器參數(shù)(132 ；232 ；332)； 濾波器(140 ；240 ;340)，使用增強(qiáng)濾波器參數(shù)(132 ；232 ；332)對(duì)麥克風(fēng)信號(hào)(110 ；210；310)或從麥克風(fēng)信號(hào)中導(dǎo)出的信號(hào)進(jìn)行濾波，以獲得增強(qiáng)下混頻信號(hào)(112;212;312)； 其中，濾波器計(jì)算器(130 ；230 ；316)被配置為根據(jù)對(duì)多聲道麥克風(fēng)信號(hào)的第一聲道(X1)和多聲道麥克風(fēng)信號(hào)的第二聲道(X2)之間的相關(guān)性加以描述的相關(guān)值來選擇性地執(zhí)行單聲道濾波或雙聲道濾波， 在單聲道濾波中，通過對(duì)多聲道麥克風(fēng)信號(hào)(110 ；210 ；310)的第一聲道(X1)的濾波來導(dǎo)出增強(qiáng)下混頻信號(hào)(112;212;312)的第一聲道Cf1 )，并且通過對(duì)多聲道麥克風(fēng)信號(hào)的第二聲道(X2)的濾波 來導(dǎo)出增強(qiáng)下混頻信號(hào)的第二聲道(A ).同時(shí)避免從多聲道麥克風(fēng)信號(hào)的第一聲道到增強(qiáng)下混頻信號(hào)的第二聲道的串?dāng)_以及從多聲道麥克風(fēng)信號(hào)的第二聲道到增強(qiáng)下混頻信號(hào)的第一聲道的串?dāng)_， 在雙聲道濾波中，通過對(duì)多聲道麥克風(fēng)信號(hào)的第一和第二聲道(X1, X2)進(jìn)行濾波來導(dǎo)出增強(qiáng)下混頻信號(hào)的第一聲道(Y1 )，并且通過對(duì)多聲道麥克風(fēng)信號(hào)的第一和第二聲道(X1,X2)進(jìn)行濾波來導(dǎo)出增強(qiáng)下混頻信號(hào)的第二聲道(y2)o
2.—種用于基于多聲道麥克風(fēng)信號(hào)產(chǎn)生增強(qiáng)下混頻信號(hào)的方法，該方法包括: 基于多聲道麥克風(fēng)信號(hào)來計(jì)算空間提示參數(shù)集合，空間提示參數(shù)集合包括對(duì)直達(dá)聲的到達(dá)方向加以描述的方向信息、直達(dá)聲功率信息以及散射聲功率信息； 根據(jù)對(duì)直達(dá)聲的到達(dá)方向加以描述的方向信息、直達(dá)聲功率信息以及散射聲功率信息來計(jì)算增強(qiáng)濾波器參數(shù)； 使用增強(qiáng)濾波器參數(shù)對(duì)麥克風(fēng)信號(hào)或從麥克風(fēng)信號(hào)中導(dǎo)出的信號(hào)進(jìn)行濾波，以獲得增強(qiáng)下混頻信號(hào)； 其中，該方法包括:根據(jù)對(duì)多聲道麥克風(fēng)信號(hào)的第一聲道(X1)和多聲道麥克風(fēng)信號(hào)的第二聲道(X2)之間的相關(guān)性加以描述的相關(guān)值選擇性地執(zhí)行單聲道濾波或雙聲道濾波， 在單聲道濾波中，通過對(duì)多聲道麥克風(fēng)信號(hào)(110 ；210 ；310)的第一聲道(X1)的濾波來導(dǎo)出增強(qiáng)下混頻信號(hào)(112;212;312)的第一聲道(^ )，并且通過對(duì)多聲道麥克風(fēng)信號(hào)的第二聲道(X2)的濾波來導(dǎo)出增強(qiáng)下混頻信號(hào)的第二聲道(t)，同時(shí)避免從多聲道麥克風(fēng)信號(hào)的第一聲道到增強(qiáng)下混頻信號(hào)的第二聲道的串?dāng)_以及從多聲道麥克風(fēng)信號(hào)的第二聲道到增強(qiáng)下混頻信號(hào)的第一聲道的串?dāng)_，在雙聲道濾波中，通過對(duì)多聲道麥克風(fēng)信號(hào)的第一和第二聲道(X1, X2)進(jìn)行濾波來導(dǎo)出增強(qiáng)下混頻信號(hào)的第一聲道)，并且通過對(duì)多聲道麥克風(fēng)信號(hào)的第一和第二聲道(X1,X2)進(jìn)行濾波來導(dǎo)出增 強(qiáng)下混頻信號(hào)的第二聲道(戌)。
【文檔編號(hào)】G10L19/00GK103811010SQ201410045881
【公開日】2014年5月21日 申請日期:2011年2月15日 優(yōu)先權(quán)日:2010年2月24日
【發(fā)明者】法比安·庫奇, 于爾根·赫勒, 克里斯托弗·弗勒, 克里斯多佛·圖爾尼里 申請人:弗勞恩霍夫應(yīng)用研究促進(jìn)協(xié)會(huì)