專利名稱：用于處理聲場表現(xiàn)的方法和系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種方法和一種系統(tǒng)，用于處理一個聲場表現(xiàn)以便提供一種至少通過空間處理而被修改的聲場表現(xiàn)。
背景技術(shù)：
現(xiàn)今存在的方法和系統(tǒng)從為時間和空間函數(shù)的系數(shù)形式表現(xiàn)的聲場，允許提供對由對應(yīng)于至少聲場的空間處理的線性組合而提供的這些系數(shù)的修改的表現(xiàn)。
然而，在所有情況下可能的處理操作都受到限制和被預(yù)先規(guī)定。
例如，在《高保真度立體聲響復(fù)制》名詞下組合的系統(tǒng)使用一個具有環(huán)繞一個同化于聆聽位置的點的虛擬聲源的角度分布的形式的音響環(huán)境的表現(xiàn)。
這些系統(tǒng)只允許修改特定的預(yù)定性能，例如方位角上的角度失真、在優(yōu)先方向內(nèi)的聚焦或者相對于給定軸的旋轉(zhuǎn)。
此外，這些系統(tǒng)在精度方面受到限制。因此，在現(xiàn)有系統(tǒng)中，例如任何方向內(nèi)的聚焦這類處理操作只能應(yīng)用于在對應(yīng)于一階算術(shù)的精度范圍內(nèi)加以表現(xiàn)，也即質(zhì)量是差的。
顯然，現(xiàn)有技術(shù)的系統(tǒng)都無法表現(xiàn)一個為獲得修改的表現(xiàn)而對聲場進行任何修改的性能，尤其在很高質(zhì)量的初始表現(xiàn)例如高階次的情況下更是如此。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是通過提供一種用于處理一個聲場表現(xiàn)的方法和一種系統(tǒng)而克服該問題，從而允許進行非常廣泛的處理操作的性能。
本發(fā)明涉及一種方法，用于處理一個聲場表現(xiàn)以便通過應(yīng)用至少對應(yīng)于聲場空間處理的處理操作而提供一種被修改的聲場表現(xiàn)，它包括-使用一個聲場的一組時間和三維空間的系數(shù)的形式來建立該聲場的初始表現(xiàn)；及-通過使用對應(yīng)于處理操作并且應(yīng)用于初始表現(xiàn)的系數(shù)的濾波組合而建立修改的表現(xiàn)，其特征在于它還包括一個確定處理操作的步驟，該步驟包括-一個建立一組用于代表處理操作的方向性函數(shù)的步驟，其形式是對應(yīng)于這些函數(shù)在球形諧波的基礎(chǔ)上的分解的一組系數(shù)；及-一個在該分解基礎(chǔ)上確定濾波組合的步驟，用于實施一個將如此確定的濾波組合應(yīng)用于初始表現(xiàn)系數(shù)的步驟，從而獲得修改的表現(xiàn)。
根據(jù)本發(fā)明的其它特征-用于確定一組方向性函數(shù)的步驟包括一個子步驟，用于以多種預(yù)定格式中的一種或其它格式來直接確定該組方向性函數(shù)的全部或一部分；-用于確定一組方向性函數(shù)的步驟包括一個子步驟，用于自動地解釋一條處理指令，該指令允許在該處理指令的基礎(chǔ)上以多種預(yù)定格式中的一種或其它格式來自動地提供該組方向性函數(shù)的全部或一部分；-使用多種預(yù)定格式中的一種或其它格式來表達用于代表處理操作的該組方向性函數(shù)，以及建立一組方向性函數(shù)的步驟包括一個轉(zhuǎn)換子步驟，用于從預(yù)定格式轉(zhuǎn)換為對應(yīng)于這些方向性函數(shù)在球形諧波的基礎(chǔ)上的分解的一組系數(shù)；-限定處理操作的步驟還包括一個用于為該處理操作建立一組參數(shù)的步驟；-該組參數(shù)包括以下參數(shù)的全部或一部分；-一組用于形成加權(quán)系數(shù)和被定為處理操作本質(zhì)的函數(shù)的常量；及-一個用于規(guī)定該方法操作的限制順序和對應(yīng)于所需算術(shù)精度限制的參數(shù)；-建立一組參數(shù)的步驟包括一個子步驟，用于直接確定該組參數(shù)的全部或一部分；-建立一組參數(shù)的步驟包括一個子步驟，用于自動地解釋一條處理指令，該指令允許在該處理指令的基礎(chǔ)上自動地提供該組參數(shù)的全部或一部分；-建立一組參數(shù)的步驟包括一個子步驟，用于計算作為處理操作本質(zhì)的函數(shù)的該組常量的全部或一部分；-確定濾波組合的步驟包括至少一個子步驟，用于通過將一些系數(shù)進行線性組合而計算濾波組合，這些系數(shù)對應(yīng)于對代表處理操作的該組方向性函數(shù)進行的基于球形諧波的分解；-通過線性組合進行計算的子步驟使用該組常量作為加權(quán)系數(shù)；-該過程多次重復(fù)，以及由不同計算子步驟所得的該濾波組合彼此組合以便形成將要應(yīng)用于初始表現(xiàn)系數(shù)的濾波組合；-計算子步驟的結(jié)果直接形成將要應(yīng)用于初始表現(xiàn)系數(shù)的濾波組合；-該處理是卷積處理；-該處理是開窗處理；-該處理包括至少一個將要應(yīng)用于初始聲場表現(xiàn)的失真，以及在建立一組方向性函數(shù)的步驟期間所確定的全部或一部分方向性函數(shù)形成一組用于代表失真的各失真對，其形式是對應(yīng)于各失真對在球形諧波基礎(chǔ)上的分解的一組系數(shù)；-該處理包括一個被稱為正常操作的第一處理操作和(各)失真，用于提供對應(yīng)于正常處理的濾波組合的計算子步驟，用于確定濾波組合的步驟還至少包括一個失真子步驟，它在代表(各)失真的各失真對的基礎(chǔ)上將由計算子步驟所提供的濾波組合加以修改，以便提供將要應(yīng)用于初始表現(xiàn)系數(shù)的濾波組合；-該組參數(shù)包括一個用于代表失真效果的參數(shù)，也即，用于規(guī)定將要應(yīng)用的處理和正常處理之間的相似性的參數(shù)；
-該處理只包括(各)失真，用于確定濾波組合的步驟包括至少一個失真子步驟，用于只根據(jù)代表(各)失真的各失真對來提供濾波組合，從而提供將要應(yīng)用于初始表現(xiàn)系數(shù)的濾波組合。
-它包括多個失真子步驟，它們彼此是遞歸的，以使每個失真子步驟接收由先前子步驟所提供的濾波組合作為輸入。
-至少一個失真子步驟包括一個優(yōu)化子步驟，用于確定濾波組合，這些濾波組合對應(yīng)于對那些并非由失真對所直接目標(biāo)針對的初始表現(xiàn)部分所執(zhí)行的修改；-該操作分為多個元素性處理操作，以及至少該用于確定濾波組合的步驟被多次重復(fù)，這些由不同計算和/或失真子步驟所得的并且對應(yīng)于各元素性處理操作的濾波組合彼此攙和排列以便形成將應(yīng)用于初始表現(xiàn)系數(shù)的濾波組合；-用于確定濾波組合的步驟包括一個用于把以預(yù)定格式表示的濾波組合進行轉(zhuǎn)換的子步驟，從而考慮到執(zhí)行使用濾波組合的步驟而提供適用于各給定濾波器的參數(shù)化的各濾波器參數(shù)；-該處理是空間處理，以及應(yīng)用濾波組合的步驟包括應(yīng)用于初始表現(xiàn)系數(shù)的增益修改；-該處理是空間的和頻率的處理，以及應(yīng)用濾波組合的步驟包括將濾波器應(yīng)用到初始表現(xiàn)系數(shù)，而這些濾波器隨頻率而變化；-用于代表初始聲場表現(xiàn)和修改表現(xiàn)的各組參數(shù)是所謂傅立葉-貝塞爾系數(shù)的各系數(shù)組。
本發(fā)明還涉及一種用于處理一個聲場表現(xiàn)的設(shè)備，通過應(yīng)用對應(yīng)于該聲場的至少空間處理的處理操作而提供該聲場的一個表現(xiàn)，該設(shè)備接收具有一組系數(shù)形式的聲場初始表現(xiàn)作為輸入，該組系數(shù)在時間上和三維空間內(nèi)表現(xiàn)該聲場，該設(shè)備輸出一個由對應(yīng)于那些應(yīng)用于初始表現(xiàn)系數(shù)的處理的濾波組合所修改的表現(xiàn)，該設(shè)備的特征在于它包括用于定義處理的裝置，包括-建立用于代表處理操作的一組方向性函數(shù)的裝置，該組方向性函數(shù)具有對應(yīng)于它們在球形諧波基礎(chǔ)上分解的一組系數(shù)的形式；及
-在該分解基礎(chǔ)上用于確定濾波組合的裝置，以由將初始表現(xiàn)系數(shù)作為輸入加以接收以及提供修改的表現(xiàn)作為輸出的濾波裝置(80)使用。
根據(jù)該設(shè)備的其它特征-用于限定處理操作的裝置包括一個用于以多種格式中的一種或其它格式為該設(shè)備直接獲取操作數(shù)據(jù)的模塊；-用于限定處理操作的裝置包括一個用于自動地解釋操作指令的模塊，該操作指令允許按照多種預(yù)定格式中的一種或其它格式自動地提供操作數(shù)據(jù)；-這些操作數(shù)據(jù)包括用于代表處理操作的該組方向性函數(shù)；-用于限定處理操作的裝置包括一個轉(zhuǎn)換模塊，適用于將該組方向性函數(shù)從多種預(yù)定格式中的一種或其它格式轉(zhuǎn)換為對應(yīng)于這些方向性函數(shù)在球形諧波基礎(chǔ)上分解的一組系數(shù)；-這些操作數(shù)據(jù)包括一組用于處理操作的參數(shù)；-用于限定處理操作的裝置包括一個根據(jù)處理操作的性質(zhì)用于計算一組參數(shù)的全部或一部分的模塊；-用于確定濾波組合的裝置包括一個模塊，用于通過將對應(yīng)于代表處理操作的方向性集合在球形諧波基礎(chǔ)上的分解的系數(shù)進行線性組合而計算濾波組合；-該組處理參數(shù)包括一組常量，以及用于通過線性組合而計算的模塊使用該組常量作為加權(quán)系數(shù)；-該處理操作包括至少一個失真，一組方向性函數(shù)的全部或一部分形成對應(yīng)于將要應(yīng)用于初始表現(xiàn)的(各)失真的一組失真對，以及用于確定濾波組合的裝置還包括一個用于失真的模塊，它在失真對的基礎(chǔ)上對由計算模塊提供的濾波組合進行修改，從而提供將要應(yīng)用于初始表現(xiàn)系數(shù)的濾波組合；-該處理操作只包括一個或多個失真，一組方向性函數(shù)的全部或一部分形成對應(yīng)于將要應(yīng)用于初始表現(xiàn)的(各)失真的一組失真對，以及用于確定濾波組合的裝置只包括一個失真模塊，用于只在失真對的基礎(chǔ)上提供濾波組合。


參照附圖閱讀以下只通過例子給出的說明時，將能更好地理解本發(fā)明，附圖中-圖1是一個球形坐標(biāo)系統(tǒng)的表示；-圖2是本發(fā)明方法的一般流程圖；-圖3是本發(fā)明第一實施例的詳細流程圖；-圖4是應(yīng)用處理步驟的實施例的圖；-圖5是本發(fā)明第二實施例的詳細流程圖；及-圖6是適用于實施本發(fā)明方法的設(shè)備的框圖。
具體實施例方式
圖1顯示一個常規(guī)球形坐標(biāo)系統(tǒng)，用于清楚描述本文中將其用作參照的坐標(biāo)系統(tǒng)。
該坐標(biāo)系統(tǒng)是一個具有原點O的正交坐標(biāo)系統(tǒng)，以及包括三個軸(OX)、(OY)和(OZ)。
在此坐標(biāo)系統(tǒng)中，由 所表示的位置通過其球形坐標(biāo)(r，θ，φ)加以描述，其中r表示相對于原點O的距離，θ是垂直平面內(nèi)的方向，及φ是水平平面內(nèi)的方向。
在這一坐標(biāo)系統(tǒng)中，如果每一個瞬間t在所有點上，由p(r，θ，φ，t)表示的聲壓都被確定，則該聲場為已知，其中該聲壓的傅立葉變換由P(r，θ，φ，f)表示，而f表示頻率。
本發(fā)明的方法的依據(jù)是使用空間-時間函數(shù)，允許將任何聲場用時間和三維空間來描述。
在所描述的實施例中，這些函數(shù)是已知的第一類球形傅立葉-貝塞爾函數(shù)，今后將稱為傅立葉-貝塞爾函數(shù)。
在一個沒有聲源和阻礙的區(qū)域內(nèi)，傅立葉-貝塞爾函數(shù)對應(yīng)于波動方程的解，并且提供一個基礎(chǔ)，用于生成位于該區(qū)域外部的聲源所生成的所有聲場。
因此任何三維聲場可以用傅立葉-貝塞爾函數(shù)的一個線性組合根據(jù)以下表達式來表示P(r,θ,φ,f)=4πΣl=0∞Σm=-1lPl,m(f)j′jl(kr)ylm(θ,φ)]]>在此等式中，Pl，m(f)項被定義為場p(r，θ，φ，t)的傅立葉-貝塞爾系數(shù)，k＝2πf/c，c是空氣中的音速(340ms-1)，jl(kr)是l階次的第一類球形貝塞爾函數(shù)，并由下式表示jl(x)=π2xJl+1/2(x)]]>其中Jv(x)是v階次的第一類貝塞爾函數(shù)，以及yml(θ，φ)是l階次m項的實部球形諧波，其中m的范圍從-l到l，由下式?jīng)Q定ylm(θ,φ)=Pl|m|(cosθ)trgm(φ)]]>其中trgm(φ)=1πcos(mφ)for m>012πfor m=01πsin(mφ)for m<0]]>在該式中，Pml(x)是相關(guān)聯(lián)的勒讓德函數(shù)，它由下式?jīng)Q定Plm(x)=2l+12(l-m)!(l+m)!(1-x2)m/2dmdxmPi(x)]]>其中Pl(x)表示勒讓德多項式，由下式?jīng)Q定Pl(x)=12′l!d′dx′(x2-1)′]]>傅立葉-貝塞爾系數(shù)也能由對應(yīng)于傅立葉-貝塞爾系數(shù)Pl，m(f)的逆時域傅立葉變換的系數(shù)pl，m(t)在時域內(nèi)表達。
在其它實施例中，聲場是在函數(shù)的基礎(chǔ)上被分解的，其中每個函數(shù)由一個可選的傅立葉-貝塞爾函數(shù)的無限線性組合所表示。
圖2顯示一個本發(fā)明方法的一般流程圖。
一般而言，該方法從步驟2開始，用于定義一個將應(yīng)用于聲場表現(xiàn)的和至少對應(yīng)于該聲場的空間處理的處理操作。
用于定義處理操作的步驟2包括一個步驟4，用于建立代表處理操作的一組方向性函數(shù)。
一個方向性函數(shù)意味著一個由G(θ，φ，f)表示的函數(shù)，它將一個實數(shù)值或復(fù)數(shù)值與空間中的每個方向關(guān)聯(lián)起來，這些實數(shù)值或復(fù)數(shù)值可選地是頻率的函數(shù)或頻率范圍。
任何方向性函數(shù)G(θ，φ，f)通過球形傅立葉變換被分解為由Gl，m(f)表示的球形諧波系數(shù)。因此，根據(jù)以下表達式，通過逆球形傅立葉變換，可從球形傅立葉系數(shù)Gl，m(f)獲得方向性函數(shù)G(θ，φ，f)G(θ,φ,f)=Σl=0∞Σm=-1lGl,m(f)ylm(θ,φ)]]>在本文件的其余部分，方向性函數(shù)可以由它們在直接空間內(nèi)的表達式G(θ，φ，f)或以球形傅立葉系數(shù)Gl，m(f)的形式來表示。
在步驟4末尾，以對應(yīng)于方向性函數(shù)在球形諧波基礎(chǔ)上的分解的一組系數(shù)的形式來提供此組方向性函數(shù)。
隨后，在步驟4中所執(zhí)行的方向性函數(shù)分解的基礎(chǔ)上，執(zhí)行用于確定濾波組合的步驟6。所謂濾波的含義覆蓋著頻率、幅值和相位的濾波或者它們的組合。
因此，用于確定濾波組合的步驟6提供對應(yīng)于將應(yīng)用的處理的濾波組合，其形式是濾波器參數(shù)，它們以后允許依靠例如一組數(shù)字濾波器來實施這些濾波組合。
考慮到應(yīng)用這些處理，該方法包括一個步驟8，用于以一組系數(shù)或信號的形式建立一個聲場的初始表現(xiàn)，這些系數(shù)或信號在時間上或三維空間內(nèi)表示該聲場。
具體地，此組系數(shù)是一組已知稱為《傅立葉-貝塞爾》系數(shù)的如同參照圖1所定義的系數(shù)。
該方法然后包括一個步驟10，用于將步驟2中所定義的濾波組合應(yīng)用于如步驟8中所定義的初始表現(xiàn)系數(shù)。
步驟10允許生成一個修改的表現(xiàn)，它對應(yīng)于初始聲場被所定義的處理進行修改后在時間上和三維空間內(nèi)的表現(xiàn)，其形式是被稱為傅立葉-貝塞爾系數(shù)的一組系數(shù)。
圖3詳細地顯示本發(fā)明第一實施例的流程圖。
在此實施例中，所應(yīng)用的處理操作是例如空間開窗的處理操作，它在于修改被認為是生成初始聲場的全部或某一些虛擬聲源的增益的操作；以及空間卷積或空間濾波，它在于對這些虛擬聲源中的全部或一些的角擴展進行修改，或者任何其它類似的處理操作。
該開窗和卷積處理可以隨著頻率變化，它允許對全部或一些虛擬聲源進行距離和頻譜修改。
如圖2中所描述的，該方法從步驟4開始，用于確定代表將要應(yīng)用的處理的一組方向性函數(shù)。
當(dāng)該處理只包括單個處理操作例如開窗或卷積處理時，可選地隨著頻率變化的單個方向性函數(shù)已足夠用于代表它。
優(yōu)選地，步驟4包括一個子步驟12，用于以多種預(yù)定格式中的一種或其它格式來直接確定該組方向性函數(shù)的全部或一部分。
附加地或選代地，步驟4包括一個子步驟14，用于輸入一條處理指令，它在子步驟16中被自動地解釋，允許以多種預(yù)定格式中的一種或其它格式來自動地提供該組方向性函數(shù)的全部或一部分。例如，該處理操作被計算機中的軟件裝置所使用，以及該處理指令具有一個圖標(biāo)的形式，它的有效性給出由軟件裝置的給定處理操作所得的性能。
子步驟12和14對應(yīng)于例如手動獲取操作或者也對應(yīng)于來自內(nèi)部存儲器或來自外部設(shè)備的方向性數(shù)據(jù)的接收操作。
作為該組方向性函數(shù)確定時的格式的函數(shù)，步驟4可能需要一個子步驟18，用于將該組方向性函數(shù)從預(yù)定格式轉(zhuǎn)換為一組系數(shù)，該組系數(shù)對應(yīng)于方向性函數(shù)在球形諧波基礎(chǔ)上的分解。
對于該組方向性函數(shù)的每個方向性函數(shù)Gl，m(f)，此轉(zhuǎn)換子步驟18可用多種方式執(zhí)行。
例如，方向性函數(shù)Gl，m(f)在各參數(shù)(rq，θq，φq)和各參數(shù)Hq(f)的基礎(chǔ)上被定義，其中各參數(shù)(rq，θq，φq)規(guī)定Q個虛擬聲源的位置和各參數(shù)Hq(f)規(guī)定這些聲源中的每一個的頻率響應(yīng)。一個輻射模型與每個虛擬聲源相關(guān)聯(lián)，以致這些聲源作為整體被認為產(chǎn)生一個聲場，它的以傅立葉-貝塞爾系數(shù)表現(xiàn)的表現(xiàn)允許一個方向性函數(shù)與該聲場相關(guān)聯(lián)。
例如，與每個聲源相關(guān)聯(lián)的輻射模型是一個球形波輻射模型，以及通過以下等式在子步驟18中獲得方向性函數(shù)Gl，m(f)Gl,m(f)=Σq=1QHq(f)rqe-j2πrqfcξl(rq,f)ylm(θq,φq)]]>其中ξl(rq,f)=Σk=0l(l+k)!2kk!(l-k)!(j2πrqfc)-k]]>在一個替換方案中，在用于規(guī)定Q個聲源方向的各參數(shù)(θq，φq)的基礎(chǔ)上執(zhí)行此計算。在此情況下，一個平面波輻射模型與每個聲源相關(guān)聯(lián)，以及通過以下等式獲得方向性函數(shù)Gl，m(f)Gl,m(f)=Σq=1QHq(f)ylm(θq,φq)]]>在其它實施例中，在平面波和球形波的輻射模型的基礎(chǔ)上確定Gl，m(f)。
在另一個情況下，在用于代表一個方向性函數(shù)的參數(shù)化描述的各參數(shù)的基礎(chǔ)上定義方向性函數(shù)。該參數(shù)化描述在直接空間中實現(xiàn)，以及用一個可能是復(fù)數(shù)的數(shù)值與每個方向相關(guān)聯(lián)。優(yōu)選地，這些參數(shù)可能隨著頻率變化。
在該情況下，方向性函數(shù)Gl，m(f)的系數(shù)通過使用一個參數(shù)化模型加以確定。該模型的各參數(shù)被放置于一個向量γ(f)內(nèi)，以及方向性函數(shù)的參數(shù)化模型寫為G(θ，φ，γ(f))。根據(jù)以下等式，這些方向性函數(shù)Gl，m(f)的系數(shù)通過G(θ，φ，γ(f))的球形傅立葉變換獲得Gl,m(f)=∫θ=0π∫φ=02πG(θ,φ,γ→(f))ylm(θ,φ)sinθdθdφ]]>例如，參數(shù)化模型可以對應(yīng)于一個具有單個波瓣的方向性函數(shù)。此模型由各參數(shù)(θ1(f)，φ1(f))和參數(shù)θ0(f)控制，其中各參數(shù)(θ1(f)，φ1(f))規(guī)定波瓣方向以及參數(shù)θ0(f)規(guī)定波瓣的開啟角度。
因此，參數(shù)化模型可以是一個方向性函數(shù)，它在任何方向內(nèi)具有數(shù)值0而在每個(θ，φ)方向內(nèi)具有數(shù)值1，從而驗證以下關(guān)系
(θ1(f)，φ1(f))·(θ，φ)＞cos(θ0(f))其中(θ1(f)，φ1(f))·(θ，φ)表示各方向(θ1(f)，φ1(f))和(θ，φ)之間的標(biāo)量積。
在此情況下，方向性函數(shù)的各系數(shù)Gl，m(f)由下式給出Gl,m(f)=2πylm(θ1(f),φ1(f))Pl-1(cosθ0(f))-Pl+1(cosθ0(f))2l+1]]>在此表達式中P-1(x)＝1。
在一個替換方案中，方向性函數(shù)的參數(shù)化描述的各參數(shù)可以隨著時間變化。在這種情況下，該模型的各參數(shù)被放置于一個向量γ(t)內(nèi)，以及方向性函數(shù)的參數(shù)化模型寫為g(θ，φ，γ(t))。根據(jù)以下表達式，在時域內(nèi)這些方向性函數(shù)gl，m(t)的系數(shù)通過g(θ，φ，γ(t))的球形傅立葉變換獲得gl,m(t)=∫θ=0π∫φ=02πg(θ,φ,γ→(t))ylm(θ,φ)sinθdθdφ]]>然后通過系數(shù)gl，m(t)的時域傅立葉變換獲得以頻域表示的方向性函數(shù)的系數(shù)Gl，m(f)。
在又一種情況下，方向性函數(shù)用一系列Q個樣本的形式被定義。該系列由Q對{((θq，φq)，vq)}組成，其中(θq，φq)是樣本q的方向及其中vq是(θq，φq)方向內(nèi)方向性函數(shù)的數(shù)值。優(yōu)選地，該系列樣本可以為多個頻率f獲取和然后被表示為{((θq，φq)，vq)}(f)。
對于每個操作頻率f，方向性函數(shù)的系數(shù)Gl，m(f)從該系列樣本{((θq，φq)，vq)}(f)中獲取。這些系數(shù)通過將角度采樣過程倒置而獲取，這允許在方向性函數(shù)的基礎(chǔ)上從系列{((θq，φq)，vq)}(f)中獲取樣本，這些方向性函數(shù)是用球形諧波系數(shù)的形式提供的。此倒置操作可以采取不同形式以便控制樣本之間的內(nèi)插。
在所描述的實施例中，這些樣本以下列方式被放置于一個向量V內(nèi)。
t一個矩陣Y以下列方式由各采樣方向組成。
Y1,0,0Y1,1,-1Y1,1,0Y1,1,1···Y1,L,-L···Y1,L,0···Y1,L,LY2,0,0Y2,1,-1Y2,1,0Y2,1,1···Y2,L,-L···Y2,L,0···Y2,L,L······························YQ,0,0YQ,1,-1YQ,1,0YQ,1,1···YQ,L,-L···YQ,L,0···YQ,L,L]]>其中每個元素Yq，l，m等于Yq,l,m=ylm(θq,φq)]]>應(yīng)記住，yml(θq，φq)表示所考慮的采樣方向θq，φq的l階次和m項的球形諧波。
為頻率f確定包含系數(shù)Gl，m(f)的向量G。向量G可以通過以下關(guān)系來確定-如果頻率f處的樣本數(shù)量Q大于系數(shù)Gl，m(f)的數(shù)量，則G＝(YTY)-1YTV；以及-如果頻率f處的樣本數(shù)量Q小于系數(shù)Gl，m(f)的數(shù)量，則G＝Y(jié)T(YYT)-1V。
在向量G中，系數(shù)Gl，m(f)以下列方式組織[G0，0(f)G1，-1(f)G1，0(f)G1，1(f)…GL，-L(f)…GL，0(f)…GL，L(f)]t在一個替換方案中，可以為多個瞬間t獲取系列樣本并且標(biāo)以{((θq，φq)，vq)}(t)。
對于每個用于獲取的瞬間t，以時域表達的方向性函數(shù)系數(shù)gl，m(t)可從系列樣本{((θq，φq)，vq)}(t)中獲取。這些系數(shù)通過將角度采樣處理倒置而獲取，這允許在方向性函數(shù)的基礎(chǔ)上從系列{((θq，φq)，vq)}(t)中獲取樣本，這些方向性函數(shù)是用球形諧波系數(shù)的形式提供的。
然后，在頻域內(nèi)表達的方向性函數(shù)系數(shù)Gl，m(f)通過系數(shù)gl，m(t)的時域傅立葉變換而獲得。
當(dāng)然，當(dāng)步驟12或16直接以對應(yīng)于方向性函數(shù)在球形諧波的基礎(chǔ)上的分解的系數(shù)的形式而提供該函數(shù)時，轉(zhuǎn)換子步驟18并不修改該函數(shù)。
因此，在步驟4末尾，以對應(yīng)于這些方向性函數(shù)在球形諧波的基礎(chǔ)上的分解的一組系數(shù)的形式提供用于代表將要應(yīng)用的處理的一組方向性函數(shù)。
此外，用于決定處理操作的步驟2包括一個用于建立一組處理參數(shù)的步驟20。
如同步驟4的情況，可以在用于直接確定的子步驟22期間直接確定此組參數(shù)和/或在用于輸入一個處理指令的子步驟24和用于解釋該允許自動地提供該組參數(shù)的全部或一部分的處理指令的子步驟26之后直接確定此組參數(shù)。
這些子步驟22和24對應(yīng)于例如特定參數(shù)的手動獲取操作或者也對應(yīng)于從一個內(nèi)部存儲器或一個外部設(shè)備接收參數(shù)數(shù)據(jù)的操作。
具體地，在用于建立一組參數(shù)的步驟20期間，以下參數(shù)的全部或某一部分被決定-一個參數(shù)L，用于規(guī)定該方法的操作限制順序(limit order)并對應(yīng)于所需算術(shù)精度限制；-一組標(biāo)以Cl，m，l″，m″l′，m′的常量，用于形成各加權(quán)系數(shù)，它們被定義為處理操作性質(zhì)的函數(shù)。具體地，這些系數(shù)優(yōu)選地應(yīng)用于方向性函數(shù)以便獲取上述濾波組合。
某一部分參數(shù)可以是不變的并可直接在該方法中集合。
參數(shù)L允許將該方法用于初始表現(xiàn)的精度水平，以及具體地，允許本發(fā)明所涉及的方法將一個處理操作應(yīng)用于一個具有高精度水平的初始表現(xiàn)。
如上所述，可以由一個操作者在步驟20期間從一個存儲器或一個內(nèi)部安排的設(shè)備來直接確定常量Cl，m，l″，m″l′，m′。例如，它們?nèi)际孪扔嬎愫?，存于一個存儲器內(nèi)并根據(jù)處理操作的性質(zhì)被選擇。
替代地，在子步驟24期間獲取一條用于定義處理操作性質(zhì)的指令，以及子步驟26對應(yīng)于根據(jù)處理操作性質(zhì)和以下文件中將要描述的關(guān)系計算此組常量的全部或一部分。
當(dāng)然，能使用所描述的解的組合來確定這些常量Cl，m，l″，m″l′，m′。
在步驟20期間所建立的各參數(shù)以及在步驟4期間所建立的對應(yīng)于方向性函數(shù)的各系數(shù)都在用于確定濾波組合的步驟6中使用。
該確定步驟6包括一個子步驟30，用于將一些系數(shù)進行線性組合而計算濾波組合，這些系數(shù)對應(yīng)于用于代表處理操作的這組方向性函數(shù)的基于球形諧波的分解。
在此第一計算子步驟30期間，標(biāo)以Cl，ml′，m′(f)的濾波組合是在方向性函數(shù)Gl，m(f)和各常量Cl，m，l″，m″l′，m′的基礎(chǔ)上確定的，它們根據(jù)處理操作的性質(zhì)而確定并形成線性組合的加權(quán)系數(shù)。然后這些濾波組合用以下方式確定Cl,ml′,m′(f)=Σl′′=0LΣm′′=-1l′′cl,m,l′′,m′′l′,m′Gl′′,m′′(f)]]>在以上關(guān)系中，l和m分別標(biāo)示初始表現(xiàn)的系數(shù)的階次和項，l’和m’分別標(biāo)示修改的表現(xiàn)的系數(shù)的階次和項，以及l(fā)”和m”分別標(biāo)示方向性函數(shù)的系數(shù)的階次和項。
當(dāng)處理操作是一個開窗類型的處理操作時，常量Cl，m，l″，m″l′，m′可通過以下關(guān)系確定cl,m,l′′,m′′l′,m′=12(cl,m,l′′,m′′l′,m′(1)+cl,-m,l′′,m′′l′,m′(1))pour m>0cl,0,l′′,m′′l′,m′(1)pour m=0j2(cl,-m,l′′,m′′l′,m′(1)-cl,m,l′′,m′′l′,m′(1))pour m<0]]>其中cl,m,l′′′,m′′l′,m′(1)=12(cl,m,l′′,m′′l′,m′(2)+cl,m,l′′,-m′′l′,m′(2))pourm′′>0cl,m,l′′,0l′,m′(2)pourm′′=0j2(cl,m,l′′,-m′′l′,m′(2)-cl,m,l′′,m′′l′,m′(2))pourm′′<0]]>其中cl,m,l′′,m′′l′,m′(2)=12(cl,m,l′′,m′′l′,m′(3)+cl,m,l′′,m′′l′,-m′(3))pourm′>0cl,m,l′′,m′′l′,0(3)pourm′=01j2(cl,m,l′′,m′′l′,-m′,(3)-cl,m,l′′,m′′l′,m′(3))pourm′<0]]>其中
cl,m,l′′,m′′l′,m′(3)=δm′′m′-m12π(2l+1)(2l′+1)(2l′′+1)l+l′+l′′+1Cl+|m|lCl′+|m′|l′Cl′′+|m′′|l′′Cl|m|Cl′|m′|Cl′′|m′′|×]]>Σk=|m|lΣk′|m′|l′Σk′′=|m′′|l′′(-1)k+k′+k′′ClkClk-|m|Cl′k′Cl′k′-|m′|Cl′′k′′Cl′′k′′-|m′′|Cl+l′+l′′k+k′+k′′-n]]>并且δxy=1pour x=y0pour x≠y]]>并且n=|m|+|m′|+|m′′|2]]>并且Cnp=n!p!(n-p)!]]>由于球形諧波系數(shù)Gl，m(f)對應(yīng)于方向性函數(shù)G(θ，φ，f)，該處理操作對應(yīng)于具有時域濾波的空間開窗的應(yīng)用。類似地，初始聲場的傅立葉-貝塞爾系數(shù)P(I)l，m(f)對應(yīng)于方向性函數(shù)P(I)(θ，φ，f)的球形諧波系數(shù)。因此，為每個頻率f所作空間開窗與時域濾波的結(jié)果是由方向性函數(shù)G(θ，φ，f)所作的方向性函數(shù)P(I)(θ，φ，f)的開窗操作，這對應(yīng)于這兩個方向性函數(shù)的數(shù)值的每個方向(θ，φ)的乘積，其中這兩個方向性函數(shù)的數(shù)值可能是復(fù)數(shù)。
如上所述，應(yīng)用于聲場的此處理操作所具有的效果是被認為用于生成該聲場的該組虛擬聲源的全部或一部分的幅值、距離和頻譜的修改。
方向性函數(shù)G(θ，φ，f)可以獨立于頻率并被標(biāo)以G(θ，φ)。然后該處理只是空間的，并在每個頻率f處對應(yīng)于方向性函數(shù)P(I)(θ，φ，f)和方向性函數(shù)G(θ，φ)的乘積。
當(dāng)處理操作是卷積類型時，這些常量Cl，m，l″，m″l′，m′通過以下關(guān)系確定cl,m,l′′,m′′l′,m′=12(cl,m,l′′,m′′l′,m′(1)+cl,-m,l′′,m′′l′,m′(1))pour m>0cl,0,l′′,m′′l′,m′(1)pour m=0j2(cl,-m,l′′,m′′l′,m′,(1)-cl,m,l′′,m′′l′,m′(1))pour m<0]]>
其中cl,m,l′′,m′′l′,m′(1)=12(cl,m,l′′,m′′l′,m′(2)+cl,m,l′′,-m′′l′,m′(2))pourm′′>0cl,m,l′′,0l′,m′(2)pourm′′=0j2(cl,m,l′′,-m′′l′,m′(2)-cl,m,l′′,m′′l′,m′(2))pourm′′<0]]>其中cl,m,l′′,m′′l′,m′(2)=12(cl,m,l′′,m′′l′,m′(3)+cl,m,l′′,m′′l′,-m′(3))pourm′>0cl,m,l′′,m′′l′,0(3)pourm′=01j2(cl,m,l′′,m′′l′,-m′,(3)-cl,m,l′′,m′′l′,m′(3))pourm′<0]]>其中cl,m,l′′,m′′l′,m′(3)=δl′′1δm′′m′l-m2πϵm′m′ϵm′′m′′2l+1l′+l+1Cl+|m|lCl′+|m′|l′Cl′|m′′|Cl|m|Cl′|m′|Cl′+|m′′|l′Σk=|m|lClkClk-|m|×]]>Σp=(max)(0,-m)min(l′-m′,l′+m′′)(-1)p+k+mCl′+m′′pCl′-m′′p+m×1/Cl′+lp+ksi m≥01/Cl′+lp+k+msi m≤0]]>并且ϵmm=(signe(m))m]]>此處理操作對應(yīng)于具有時域濾波的空間濾波的應(yīng)用。
響應(yīng)于一個參考聲場的激勵，例如來自方向(0，0)的平面脈沖波的激勵，球形諧波系數(shù)Gl，m(f)對應(yīng)于由一個線性的和角度上不變的音響系統(tǒng)所產(chǎn)生的聲場的傅立葉-貝塞爾系數(shù)。這一響應(yīng)被標(biāo)以表達式《空間-時域響應(yīng)》。如果一個音響系統(tǒng)所接收的聲場旋轉(zhuǎn)時，在它所生成的聲場上引發(fā)相同旋轉(zhuǎn)，則該線性音響系統(tǒng)是角度上恒定的。因此，這些系數(shù)Gl，m(f)對應(yīng)于這一音響系統(tǒng)的空間-時域響應(yīng)。
初始聲場的傅立葉-貝塞爾系數(shù)P(I)l，m(f)也可認為是一個方向性函數(shù)P(I)(θ，φ，f)的球形諧波系數(shù)。因此，對于每個頻率f，空間與時域濾波的卷積的結(jié)果是方向性函數(shù)P(I)(θ，φ，f)與方向性函數(shù)G((θ，φ，)f)的空間卷積，它在每個頻率f處被認為是一個方向卷積核。
在所描述的實施例中，在應(yīng)用卷積時考慮一個方向(θ0，φ0)，然后將卷積核G(θ，φ，f)旋轉(zhuǎn)，將其北極(垂直方向，θ＝0和φ＝0)轉(zhuǎn)至(θ0，φ0)。為在方向(θ’，φ’)內(nèi)獲取修改聲場P(T)(θ，φ,f)的數(shù)值，把被旋轉(zhuǎn)的核在方向(θ’，φ’)內(nèi)的數(shù)值與P(I)(θ，φ，f)在方向(θ0，φ0)內(nèi)的數(shù)值相乘，并將所有方向(θ0，φ0)的這些乘積相加。
應(yīng)用于聲場的此處理允許例如修改角度分布也即空間定位精度，也就是被認為是為每個頻率f生成初始聲場的虛擬點音源的大小。此處理是通過窗口的時域卷積的空間仿真，其效果是修改一個音響事件的時域分布，例如一個平均或延遲效果。
當(dāng)方向性函數(shù)Gl,m(f)具有圓柱形對稱性時，也即，如果在m≠0時，Gl，m(f)＝0，則以上等式被簡化，以及通過以下關(guān)系確定系數(shù)Cl,m,l′′,m′′l′,m′:]]>cl,m,l′′,m′′l′,m′=δl′′lδl′lδm′mδm′′04π2l+1]]>方向性函數(shù)G(θ，φ，f)可以獨立于頻率并被標(biāo)以G(θ，φ)。然后該處理只是空間的并在每個頻率f處對應(yīng)于與初始聲場相關(guān)聯(lián)的方向性函數(shù)P(I)(θ，φ，f)和方向性函數(shù)G(θ，φ)的卷積。
此外，本發(fā)明的方法還允許執(zhí)行旋轉(zhuǎn)處理。然而，在此情況下不使用方向性函數(shù)，而本方法獲取用于代表該聲場圍繞原點O的旋轉(zhuǎn)的參數(shù)(θ，φ，ψ)。
因此，如果處理操作是一個旋轉(zhuǎn)，則根據(jù)以下關(guān)系從代表聲場旋轉(zhuǎn)的參數(shù)(θ，φ，ψ)中確定濾波組合Cl,ml′,m′=δll′Dm′,mlR]]>其中
其中Dm′,ml=ϵmmϵm′m′dm′,ml(θ)e-jm′φe-jmψ]]>其中dm′,ml(θ)=(l+m′)!(l-m′)!(l+m)!(l-m)!∑k=max(0,m-m′)min(l-m′,l+m)(-1)kCl+mkCl-mk+m′-m×]]>(cosθ2)2l+m-m′-2k(sinθ2)2k+m′-m]]>并且R(x)＝實部(x) 在此關(guān)系中，用于角度θ，φ和ψ的卷積在于圍繞軸(OZ)旋轉(zhuǎn)一個角度ψ，再圍繞軸(OY)旋轉(zhuǎn)一個角度θ，然后圍繞軸(OZ)旋轉(zhuǎn)一個角度φ。
最后，所執(zhí)行的處理還可以對應(yīng)于中性處理。在此情況下，除當(dāng)l’＝l和m’＝m時濾波組合的數(shù)值等于1之外，它們的其余數(shù)值都是零。
當(dāng)然，得益于該組加權(quán)常量Cl，m，l″，m″，l′，m′的定義，能夠執(zhí)行其它處理操作以及所描述的處理操作的各組合。
例如，可以通過該組常量的隨機定義來執(zhí)行隨機處理操作。
優(yōu)選地，只為非零常量Cl，m，l″，m″，l′，m′執(zhí)行計算子步驟30。
如此獲得的濾波組合Cl，ml′，m′(f)被放置于一個其大小為(L’+1)2乘以(L+1)2的矩陣C內(nèi)。
當(dāng)將要應(yīng)用的處理操作只包含旋轉(zhuǎn)、卷積或濾波時，矩陣C直接對應(yīng)于將要應(yīng)用的濾波組合并以一般方式標(biāo)為F，以使計算子步驟30的結(jié)果形成將要應(yīng)用于初始表現(xiàn)系數(shù)的濾波組合。
當(dāng)處理操作對應(yīng)于各類處理操作例如旋轉(zhuǎn)、濾波、卷積和/或任何類型處理操作的組合時，計算子步驟30多次重復(fù)，以及每個矩陣C被連續(xù)地存儲，以便與以下各矩陣組合，最后提供一個矩陣F，它包括對應(yīng)于將要應(yīng)用于初始表現(xiàn)系數(shù)的濾波組合的各系數(shù)。因此，矩陣F是由連續(xù)的各矩陣C的矩陣乘積獲取的。
矩陣F的每個元素Fl，ml′，m′(f)代表一個空間-時域處理濾波器的頻率響應(yīng)。
濾波器和濾波方法的不同形式可用于步驟10中，其中將濾波組合應(yīng)用于聲場的初始表現(xiàn)。
當(dāng)這些濾波器直接使用頻率響應(yīng)進行參數(shù)化時，這些系數(shù)Fl，ml′，m′(f)被直接應(yīng)用。優(yōu)選地，用于確定濾波組合的步驟6包括一個轉(zhuǎn)換子步驟32，以便為其它濾波方法確定這些濾波器的各參數(shù)。
例如，這些濾波組合Fl，ml′，m′(f)被轉(zhuǎn)換為-各有限脈沖響應(yīng)Fl，ml′，m′(t)，它們通過Fl，ml′，m′(f)的逆時域傅立葉變換進行計算，每個脈沖響應(yīng)fl，ml′，m′(t)被采樣，然后被截斷至一個適合于每個響應(yīng)的長度；或者-使用自適應(yīng)方法從Fl，ml′，m′(f)中計算具有無限脈沖響應(yīng)的遞歸濾波器的系數(shù)。
在應(yīng)用濾波組合的步驟10期間應(yīng)用如此定義的濾波組合，它將初始表現(xiàn)P(I)l，m(f)變換為一個標(biāo)以P(T)l，m(f)的修改表現(xiàn)，并且它對應(yīng)于一個通過對其應(yīng)用至少代表步驟2中所定義的空間處理的處理濾波器而獲得的修改聲場。
在步驟10期間，對應(yīng)于修改表現(xiàn)，P(T)系數(shù)的各系數(shù)p(T)l，m(t)是以下列方式通過頻率響應(yīng)處理濾波器Fl，ml′，m′(f)的應(yīng)用而從對應(yīng)于初始表現(xiàn)p(I)系數(shù)的系數(shù)p(I)l，m(t)中獲得的Pl′,m′(T)(f)=∑l=0L∑m=-1lFl,ml′,m′(f)Pl,m(l)(f)]]>其中P(I)l，m(f)是p(I)l，m(t)的傅立葉變換和P(T)l，m(f)是p(T)l，m(t)的傅立葉變換，這些分別是涉及初始表現(xiàn)和修改表現(xiàn)的各系數(shù)。
因此，為應(yīng)用步驟2以合適形式所提供的濾波組合，步驟10實施常規(guī)時域濾波方法。
例如-可以通過頻域內(nèi)的濾波方法例如塊卷積技術(shù)實現(xiàn)濾波。在此情況下，以頻率響應(yīng)Fl，ml′，m′(f)的形式提供濾波組合。
-可以通過時域卷積在時域內(nèi)實現(xiàn)濾波。在此情況下，以脈沖響應(yīng)fl，ml′，m′(t)的形式提供濾波組合。
-可以通過無限脈沖響應(yīng)遞歸濾波器在時域內(nèi)實現(xiàn)濾波。在此情況下，以遞歸關(guān)系系數(shù)的形式提供濾波組合。
圖4描述有限脈沖響應(yīng)濾波的情況。此濾波初始地要求確定一個對應(yīng)于表征每個響應(yīng)fl，ml′，m′(t)的樣本數(shù)的變量Tl，ml′，m′，這導(dǎo)致以下時域卷積表達式pl′,m′(T)[t]=∑l=0L∑m=-1l∑τ=0Tl,ml,m′-1fl,ml′,m′[τ]pl,m(l)[t-τ]]]>這些系數(shù)P(T)l，m(t)所代表的聲場對應(yīng)于在應(yīng)用至少空間處理之后的初始聲場，該空間處理將一個至少由一個音源所產(chǎn)生的聲場與另一個至少由一個其方向、距離和/或增益被修改過的音源所產(chǎn)生的聲場加以相互關(guān)聯(lián)。
在另一個實施例中，本發(fā)明的方法還允許應(yīng)用各失真類型的處理操作，這些處理操作對應(yīng)于通過將生成初始聲場的全部或一些虛擬聲場的分布、位置、幅值的特性加以修改所得的一部分聲場的失真。
此失真處理可以隨著頻率變化，它允許對這些虛擬音源的全部或某一部分修改距離和頻譜。
優(yōu)選地，此處理可以與參照圖3所描述的處理操作中的一個互相組合。
圖5描述本發(fā)明方法的一個實施例的流程圖，其中將一個第一處理操作和一個空間失真處理操作組合起來，該第一處理操作稱為正常處理并對應(yīng)于一個以上所描述的處理操作，其結(jié)果是初始聲場的各表現(xiàn)分量的頻率、幅值和/或相位特性的失真。
因此，在此實施例中，如前一樣，用于決定處理的步驟2包括用于建立一組方向性函數(shù)的步驟4，它包括用于直接確定的子步驟12和/或用于獲取的子步驟14和用于解釋的子步驟16以及轉(zhuǎn)換子步驟18，允許以對應(yīng)于在一組方向性函數(shù)的球形諧波的基礎(chǔ)上的分解的一組系數(shù)的形式提供該組函數(shù)。
在此實施例中，在步驟4中確定的該組方向性函數(shù)的一部分對應(yīng)于代表將要應(yīng)用的失真的N對失真對。以類似于以上所描述的實施例的方式，這些失真對被用一組標(biāo)以{(Hl，m，n(f)，H’l，m，n(f))}的系數(shù)的形式加以描述，其中該組系數(shù)對應(yīng)于它們在球形諧波基礎(chǔ)上的分解。
每個失真對由兩個方向性函數(shù)組成，它們對應(yīng)于一個源聲場和一個目標(biāo)聲場的各傅立葉-貝塞爾系數(shù)，應(yīng)用于源聲場的失真操作意圖在于使它相似于目標(biāo)聲場。
因此，步驟4提供一組對應(yīng)于正常處理和也對應(yīng)于各失真對的方向性函數(shù)，這些失真對代表將要應(yīng)用的失真，其形式是對應(yīng)于方向性函數(shù)在球形諧波基礎(chǔ)上的分解的一組系數(shù)。
如以上一樣，步驟2還包括步驟20，用于通過直接確定的子步驟22和/或獲取的子步驟24和解釋的子步驟26來確定該組處理參數(shù)。
然而，在此實施例中，用于確定參數(shù)的步驟20還包括確定一個參數(shù)λ，它可以在0和1之間調(diào)整，用于規(guī)定將要應(yīng)用的最后處理與由步驟4確定的正常處理之間的相似性，也即所實現(xiàn)的失真的相對幅值。
因此，如果λ等于1，則只考慮失真，而如果λ等于0，則只考慮步驟4期間所確定的處理。
如同參照圖3所描述的實施例，用于確定濾波組合的步驟6包括如上所描述地被執(zhí)行的計算子步驟30，用于允許提供一個矩陣C，它所包括的一組濾波組合對應(yīng)于正常處理的應(yīng)用，如同步驟4中確定的該組方向性函數(shù)所定義的那樣。
該組失真對被用于為確定濾波組合的步驟6中，在用于失真的子步驟50期間修改在計算子步驟30末尾所確定的濾波組合。
在此子步驟50期間，在標(biāo)以{(Hl，m，n(f)，H’l，m，n(f))}的失真對和參數(shù)λ的基礎(chǔ)上修改濾波組合Cl，ml′，m′(f)，以便提供濾波組合Fl，ml′，m′(f)作為輸出，它們所代表的處理包括正常處理和失真并被應(yīng)用于初始表現(xiàn)的系數(shù)。
在子步驟50期間，代表N個源方向性函數(shù)的球形諧波系數(shù)Hl，m，n(f)以如下方式被放置于其大小為(L+1)2乘以N的矩陣H內(nèi) 類似地，代表N個目標(biāo)方向性函數(shù)的球形諧波系數(shù)H’l，m，n(f)被放置于其大小為(L’+1)2乘以N的矩陣H’內(nèi) 正常處理的濾波組合的系數(shù)Cl，ml′，m′(f)也被放置于其大小為(L’+1)2乘以(L+1)2的矩陣C內(nèi) 然后在失真子步驟50期間，作為整體確定代表處理操作的濾波組合Fl，ml′，m′(f)，其對應(yīng)的一個優(yōu)化操作，確定一組濾波組合用于以可能的最好方式證實失真對以及Fl，ml′，m′(f)和Cl，ml′，m′(f)之間的相似性。
能夠通過一些方法例如梯度下降或矩陣倒置法來實現(xiàn)優(yōu)化，并且確定來對被認為生成初始聲場的虛擬音源進行各種修改，這不是由失真對所直接規(guī)定的。
例如，由失真對所定義的修改操作對鄰近于直接目標(biāo)部分的各部分進行內(nèi)插操作，以便獲取濾波組合，其結(jié)果是失真對的直接目標(biāo)部分周圍的聲場的初始表現(xiàn)被漸進性修改。
所描述的實施例使用一個矩陣倒置法，它的結(jié)果是在子步驟50期間根據(jù)以下關(guān)系確定一個矩陣FF＝((1-λ)C+λH’HT)((1-λ)I+λHHT)-1其中I表示大小為(L+1)2的單位矩陣。
當(dāng)λ等于1和N≤(L+1)2時，矩陣F由下式給出F＝C+(H’-CH)(HTH)-1HT在矩陣F中，系數(shù)Fl，ml′，m′(f)用以下方式組織 當(dāng)然，根據(jù)所用內(nèi)插法，此優(yōu)化步驟可能涉及在失真對的直接目標(biāo)部分與相鄰部分之間的修改中的漸進的或突然的改變。
隨后，在子步驟32期間，濾波組合Fl，ml′，m′(f)被可選地轉(zhuǎn)換，并在步驟10期間被應(yīng)用，如同參照圖3和4所描述的。
優(yōu)選地，連續(xù)地應(yīng)用數(shù)個失真處理，因此該方法包括多個失真子步驟50，它們是彼此遞歸的，以使每個子步驟50作為正常處理，接收一個由先前子步驟所提供的濾波組合，用作輸入。
當(dāng)參數(shù)λ等于0時，不應(yīng)用失真，而在計算子步驟30期間所確定的濾波組合直接對應(yīng)于代表該處理的濾波組合。如此參數(shù)化后，此實施例對應(yīng)于參照圖3和4所描述的第一實施例。
在另一個實施例中，只應(yīng)用失真，只根據(jù)以下關(guān)系通過失真對確定濾波組合-如果N≤(L+1)2則F＝I+(H’-H)(HTH)-1HT-如果N≥(L+1)2則F＝H’HT(HHT)-1在這些等式中，這些矩陣H和H’被如上所描述地確定。在此情況下，不使用矩陣C和不執(zhí)行子步驟30。因此，步驟2只包括失真子步驟50。
此實施例是當(dāng)λ等于1和正常處理是中性處理時所描述的實施例的簡化。
因此顯然，由于使用一組代表處理操作的并以一組對應(yīng)于這些函數(shù)在球形諧波基礎(chǔ)上分解的系數(shù)的形式表現(xiàn)的方向性函數(shù)，本發(fā)明的方法允許對具有高精度水平的聲場表現(xiàn)應(yīng)用非常廣泛的處理操作。
當(dāng)所應(yīng)用的處理能被分為多個元素性處理操作例如以上所述操作時，作為整體，可以通過將對應(yīng)于多個處理操作中的每一個的矩陣實行矩陣乘法操作，也即通過將由計算子步驟30和/或失真子步驟50所提供的濾波組合加以排列，從而獲得處理操作的濾波組合。
因此將此處理操作重復(fù)多次，每次的結(jié)果與前次結(jié)果進行組合。
圖6顯示適用于實施本發(fā)明的設(shè)備的框圖。
設(shè)備60至少允許對聲場表現(xiàn)進行空間處理，以便提供一個至少由空間處理所修改的表現(xiàn)。
設(shè)備60包括用于定義處理的裝置61，用于實施本發(fā)明方法的步驟2。這些裝置61包括用于建立一組代表該處理的方向性函數(shù)的裝置，其形式是對應(yīng)于這些方向性函數(shù)在球形諧波基礎(chǔ)上分解的一組系數(shù)。
優(yōu)選地，這些裝置包括一個模塊62，供操作人員從一個存儲器或一個外部設(shè)備直接獲取設(shè)備60的操作數(shù)據(jù)，具體地允許直接確定該組方向性函數(shù)。
例如，獲取模塊62由一個鍵盤或一個與外部設(shè)備的接口組成，該鍵盤允許直接獲取數(shù)據(jù)，而該接口直接提供為實施本發(fā)明方法所需數(shù)據(jù)。
模塊62也可用于輸入一條處理指令，以及裝置61也包括一個模塊64，用于自動地解釋該指令，從而為設(shè)備60提供操作數(shù)據(jù)，具體地是該組方向性函數(shù)。
通過用于獲取的模塊62和/或用于解釋的模塊64所輸入的數(shù)據(jù)也可具有不同預(yù)定格式，以及設(shè)備60包括一個模塊66，用于在預(yù)定格式和為實施本發(fā)明方法所選格式之間轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)。
具體地，模塊66允許將該組方向性函數(shù)從多個格式中的一個或其它格式轉(zhuǎn)換為對應(yīng)于它們在球形諧波基礎(chǔ)上分解的一組系數(shù)。
因此，這些模塊62、64和66允許實施本發(fā)明的步驟4和步驟20，以便以對應(yīng)于這些函數(shù)在球形諧波基礎(chǔ)上分解的各系數(shù)的形式提供代表處理操作的一組方向性函數(shù)。
當(dāng)設(shè)備60用于執(zhí)行失真處理時，模塊62、64和66提供用于形成失真對的方向性函數(shù)。
模塊62、64和66還允許確定為實施本發(fā)明方法所需的一組參數(shù)的全部或一部分。
具體地，這些模塊62、64和66允許決定以下參數(shù)的全部或某一部分-參數(shù)L，用于規(guī)定本方法操作的限制順序和對應(yīng)于所需算術(shù)精度限制；-一個參數(shù)S，用于決定將要實現(xiàn)的處理操作的性質(zhì)；-一組標(biāo)以Cl，m，l″，m″，l′，m′的常量的全部或一部分，用于形成加權(quán)系數(shù)和被定義為處理操作性質(zhì)的函數(shù)；及-參數(shù)λ，用于規(guī)定將要實現(xiàn)的失真的幅值。
優(yōu)選地，設(shè)備60包括一個存儲器，允許將這些參數(shù)的全部或某一部分尤其是該組常量存儲起來。例如，這一存儲器包括多組常量，每組對應(yīng)于一個處理操作，所用的一組常量是從多個作為代表處理操作的參數(shù)S的函數(shù)中選出的。
替代地，用于定義處理操作的裝置61包括一個計算模塊，適用于確定作為代表處理操作本質(zhì)的參數(shù)S的函數(shù)的該組常量的全部或一部分。
所有這些操作數(shù)據(jù)被引入用于確定濾波組合的裝置70中，裝置70被包括于用于定義處理操作的裝置61中，并適用于實施本方法的步驟6。裝置70包括一個模塊72，用于為實施本方法的計算子步驟30而應(yīng)用線性組合來進行計算。模塊72接收該組方向性函數(shù)作為輸入，以便提供濾波組合，這是通過將對應(yīng)于代表處理操作的各組方向性函數(shù)在球形諧波基礎(chǔ)上的分解的各系數(shù)實行線性組合所得的濾波組合。
優(yōu)選地，由模塊62、64和66所提供的各常量形成加權(quán)系數(shù)并用作模塊72中的線性組合系數(shù)。
當(dāng)設(shè)備60也使用失真處理時，它還包括一個用于失真的模塊74，把由模塊72所提供的線性組合進行修改，實施本方法的子步驟50。此模塊接收代表將要應(yīng)用的失真的失真對以及代表如上所述地描述的失真效果的參數(shù)λ作為輸入。
當(dāng)只應(yīng)用失真時，模塊72不參加該設(shè)備的工作而只需要失真模塊74。
因此，裝置70提供對應(yīng)于代表將要應(yīng)用的處理的濾波組合的一組系數(shù)。
可選地，這些濾波組合被引入一個轉(zhuǎn)換模塊76，適用于通過實施如上所述的方法的子步驟32而從濾波組合中提供濾波器參數(shù)。
可將這些濾波器參數(shù)或者直接將濾波組合應(yīng)用于濾波裝置80，它實施本方法的步驟10并接收聲場初始表現(xiàn)作為輸入，其形式是在時間上和在三維空間內(nèi)代表該聲場的一組系數(shù)，從而應(yīng)用所確定的濾波器來提供對應(yīng)于由上述決定的處理所修改的初始聲場的一個修改表現(xiàn)。
例如，濾波裝置80是數(shù)字濾波裝置，由一個信號處理-處理器應(yīng)用于一個初始聲場的數(shù)字表現(xiàn)上。
在另一個實施例中，這些濾波裝置是增益控制的模擬濾波裝置，應(yīng)用于聲場的模擬表現(xiàn)，其形式是每個對應(yīng)于聲場的初始表現(xiàn)系數(shù)的一組信號。
例如，設(shè)備60可具有計算機的形式，配備有用于計算的軟件裝置和用于獲取和再現(xiàn)的硬件裝置，從而允許使用數(shù)據(jù)輸入裝置62，以及獲取聲場的初始表現(xiàn)和輸出該聲場的修改表現(xiàn)，設(shè)備60的不同元件由軟件裝置和硬件裝置的組合所形成。
在其它實施例中，設(shè)備60對應(yīng)于一個特定獲取卡，專用于音響處理性能，或者具有只用于實施這些功能而編程的部件的形式。
優(yōu)選地，設(shè)備60被集成在一個音響系統(tǒng)中，它包括用于獲取聲場的裝置和用于表現(xiàn)該聲場的裝置，該聲場所具有的形式是在時間上和在三維空間內(nèi)的一組系數(shù)，用于提供該聲場的初始表現(xiàn)。這一系統(tǒng)還包括一個由控制裝置進行控制的再現(xiàn)單元，該控制裝置接收聲場的修改表現(xiàn)作為輸入并控制一個再現(xiàn)單元，從而獲取該修改聲場的再現(xiàn)。
權(quán)利要求
1.一種用于處理一個聲場表現(xiàn)的方法，以便提供一個通過應(yīng)用對應(yīng)于聲場的至少空間處理的所述處理來提供一個修改的表現(xiàn)，包括-建立(8)該聲場的初始表現(xiàn)，其形式是在時間上和三維空間內(nèi)代表該聲場的一組系數(shù)；及-通過對應(yīng)于該處理操作并被應(yīng)用于初始表現(xiàn)的各系數(shù)的濾波組合，建立(10)修改的表現(xiàn)；其特征在于它還包括一個用于決定處理操作的步驟(2)，該步驟包括-一個用于建立代表所述處理操作的一組方向性函數(shù)的步驟(4)，所述方向性函數(shù)的形式是對應(yīng)于這些函數(shù)在球形諧波基礎(chǔ)上的分解的一組系數(shù)；及-一個在分解的基礎(chǔ)上用于確定濾波組合的步驟(6)，用于實施將如此確定的濾波組合應(yīng)用于初始表現(xiàn)的系數(shù)的步驟(10)，從而獲取修改的表現(xiàn)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于用于確定一組方向性函數(shù)的步驟(4)包括一個子步驟(12)，用于以多種預(yù)定格式中的一種或其它格式來直接確定該組方向性函數(shù)的全部或一部分。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或權(quán)利要求2的方法，其特征在于用于確定一組方向性函數(shù)的步驟(4)包括一個子步驟(16)，用于自動地解釋一條處理指令，允許在該處理指令的基礎(chǔ)上以多種預(yù)定格式中的一種或其它格式來自動地提供該組方向性函數(shù)的全部或一部分。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至權(quán)利要求3中任何一項的方法，其特征在于用于代表該處理操作的該組方向性函數(shù)根據(jù)多種預(yù)定格式中的一種或其它格式來加以表達，以及在于用于建立一組方向性函數(shù)的步驟(4)包括一個子步驟(18)，用于從預(yù)定格式轉(zhuǎn)換為對應(yīng)于這些方向性函數(shù)在球形諧波基礎(chǔ)上的分解的一組系數(shù)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至權(quán)利要求4中任何一項的方法，其特征在于用于定義處理操作的步驟(2)還包括一個步驟(20)，用于為該處理操作建立一組參數(shù)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5的方法，其特征在于該組參數(shù)包括以下參數(shù)的全部或某一部分-一組常量(Cl，m，l″、m″l′、m′)，用于形成各加權(quán)系數(shù)，并根據(jù)處理操作的性質(zhì)被定義；及-一個參數(shù)(L)，用于規(guī)定該方法的操作的限制順序并對應(yīng)于所需算術(shù)精度限制。
7.根據(jù)權(quán)利要求5或權(quán)利要求6的方法，其特征在于用于建立一組參數(shù)的步驟(20)包括一個用于直接確定該組參數(shù)的全部或一部分的子步驟(22)。
8.根據(jù)權(quán)利要求5至權(quán)利要求7中任何一項的方法，其特征在于用于建立一組參數(shù)的步驟(20)包括一個子步驟(26)，用于自動地解釋該處理指令，允許在該處理指令基礎(chǔ)上自動地提供該組參數(shù)的全部或一部分。
9.根據(jù)權(quán)利要求6至權(quán)利要求8中任何一項的方法，其特征在于用于建立一組參數(shù)的步驟(20)包括一個子步驟，根據(jù)該處理操作的性質(zhì)用于計算該組常量的全部或一部分。
10.根據(jù)權(quán)利要求1至權(quán)利要求9中任何一項的方法，其特征在于用于確定濾波組合的步驟(6)包括至少一個子步驟(30)，用于通過將所述系數(shù)進行線性組合而計算濾波組合，所述系數(shù)對應(yīng)于用于代表處理操作的這組方向性函數(shù)的基于球形諧波的分解。
11.根據(jù)權(quán)利要求6和權(quán)利要求10的方法，其特征在于通過線性組合進行計算的子步驟(30)使用該組常量作為各加權(quán)系數(shù)。
12.根據(jù)權(quán)利要求10或權(quán)利要求11的方法，其特征在于計算子步驟(30)的結(jié)果直接形成將要應(yīng)用于初始表現(xiàn)系數(shù)的濾波組合。
13.根據(jù)權(quán)利要求12的方法，其特征在于該處理是一個卷積處理。
14.根據(jù)權(quán)利要求12的方法，其特征在于該處理是一個開窗處理。
15.根據(jù)權(quán)利要求1至權(quán)利要求11中任何一項的方法，其特征在于該處理包括至少一個將要應(yīng)用于初始聲場表現(xiàn)的失真，以及在于在用于建立一組方向性函數(shù)的步驟(4)期間所確定的方向性函數(shù)的全部或某一部分形成代表失真的一組失真對，其形式是對應(yīng)于該失真對在球形諧波基礎(chǔ)上的分解的一組系數(shù)。
16.根據(jù)權(quán)利要求10和權(quán)利要求15的方法，其特征在于該處理包括一個稱為正常處理的第一處理操作和各失真，計算子步驟(30)提供對應(yīng)于正常處理的濾波組合，并且用于確定濾波組合的步驟(6)還包括至少一個失真的子步驟(50)，在代表各失真的失真對的基礎(chǔ)上，修改由計算子步驟(30)所提供的濾波組合，從而提供將要被應(yīng)用于初始表現(xiàn)各系數(shù)的濾波組合。
17.根據(jù)權(quán)利要求5和權(quán)利要求16在一起的方法，其特征在于該組參數(shù)包括一個代表失真效果的參數(shù)(λ)，也即是說，用于規(guī)定將要應(yīng)用的處理與正常處理之間的相似性。
18.根據(jù)權(quán)利要求15的方法，其特征在于該處理只包括(各)失真，用于確定濾波組合的步驟(6)包括至少一個失真子步驟(50)，只在代表(各)失真的失真對的基礎(chǔ)上提供濾波組合，從而提供將要被應(yīng)用于初始表現(xiàn)系數(shù)的濾波組合。
19.根據(jù)權(quán)利要求16至權(quán)利要求18中任何一項的方法，其特征在于它包括多個失真子步驟(50)，它們彼此是遞歸的，以使每個失真子步驟(50)接收由先前子步驟所提供的濾波組合作為輸入。
20.根據(jù)權(quán)利要求16至權(quán)利要求19中任何一項的方法，其特征在于至少一個失真子步驟(50)允許確定濾波組合，這些濾波組合對應(yīng)于對那些并非由失真對所直接目標(biāo)針對的初始表現(xiàn)部分所執(zhí)行的修改。
21.根據(jù)權(quán)利要求10、16和18中任何一項的方法，其特征在于該處理分為多個元素性處理操作，以及在于至少該用于確定濾波組合的步驟(6)被多次重復(fù)，這些由各不同計算(30)和/或失真(50)子步驟所得的并且對應(yīng)于各元素性處理操作的濾波組合彼此一起排列以便形成將應(yīng)用于初始表現(xiàn)系數(shù)的濾波組合。
22.根據(jù)權(quán)利要求1至權(quán)利要求21中任何一項的方法，其特征在于用于確定濾波組合的步驟(6)包括一個用于把以預(yù)定格式表示的濾波組合進行轉(zhuǎn)換的子步驟(32)，從而考慮到執(zhí)行應(yīng)用濾波組合的步驟(10)而提供適用于各給定濾波器的參數(shù)化的各濾波器參數(shù)。
23.根據(jù)權(quán)利要求1至權(quán)利要求22中任何一項的方法，其特征在于該處理是空間處理，以及在于應(yīng)用濾波組合的步驟(10)包括用于初始表現(xiàn)系數(shù)的增益修改。
24.根據(jù)權(quán)利要求1至權(quán)利要求23中任何一項的方法，其特征在于該處理是空間的和頻率的處理，以及在于應(yīng)用濾波組合的步驟(10)包括將隨頻率而變化的濾波器應(yīng)用于初始表現(xiàn)系數(shù)。
25.根據(jù)權(quán)利要求1至權(quán)利要求24中任何一項的方法，其特征在于代表初始聲場表現(xiàn)和修改表現(xiàn)的各組系數(shù)是稱為傅立葉-貝塞爾系數(shù)的各組系數(shù)。
26.一種用于處理一個聲場表現(xiàn)的設(shè)備，通過應(yīng)用對應(yīng)于至少該聲場的空間處理的處理操作而提供該聲場的一個表現(xiàn)，該設(shè)備(60)接收具有一組系數(shù)形式的聲場初始表現(xiàn)作為輸入，該組系數(shù)在時間上和三維空間內(nèi)表現(xiàn)該聲場，該設(shè)備提供一個由對應(yīng)于應(yīng)用于初始表現(xiàn)系數(shù)的處理的濾波組合所修改的表現(xiàn)作為輸出，該設(shè)備的特征在于它包括用于定義處理操作的裝置(61)，包括-建立用于代表處理操作的一組方向性函數(shù)的裝置(62、64、66)，該組方向性函數(shù)的形式是對應(yīng)于它們在球形諧波基礎(chǔ)上的分解的一組系數(shù)；及-在所述分解基礎(chǔ)上用于確定濾波組合的裝置(70)，以由將初始表現(xiàn)系數(shù)作為輸入加以接收以及提供修改的表現(xiàn)作為輸出的濾波裝置(80)使用。
27.根據(jù)權(quán)利要求26的設(shè)備，其特征在于用于定義處理操作的裝置(61)包括一個用于以多種格式中的一種或其它格式為該設(shè)備直接獲取操作數(shù)據(jù)的模塊(62)。
28.根據(jù)權(quán)利要求26或權(quán)利要求27的設(shè)備，其特征在于用于定義處理操作的裝置(61)包括一個用于自動地解釋一條操作指令的模塊(64)，該操作指令允許按照多種預(yù)定格式中的一種或其它格式自動地提供操作數(shù)據(jù)。
29.根據(jù)權(quán)利要求27或權(quán)利要求28的設(shè)備，其特征在于所述操作數(shù)據(jù)包括用于代表處理操作的該組方向性函數(shù)。
30.根據(jù)權(quán)利要求29的設(shè)備，其特征在于用于定義處理操作的裝置(61)包括一個轉(zhuǎn)換模塊(66)，適用于將該組方向性函數(shù)從多種預(yù)定格式中的一種或其它格式轉(zhuǎn)換為對應(yīng)于這些方向性函數(shù)在球形諧波基礎(chǔ)上分解的一組系數(shù)。
31.根據(jù)權(quán)利要求27或權(quán)利要求28的設(shè)備，其特征在于這些操作數(shù)據(jù)包括一組用于處理操作的參數(shù)。
32.根據(jù)權(quán)利要求31的設(shè)備，其特征在于用于定義處理操作的裝置(61)包括一個根據(jù)處理操作的性質(zhì)用于計算一組參數(shù)的全部或一部分的模塊。
33.根據(jù)權(quán)利要求26至權(quán)利要求32中任何一項的設(shè)備，其特征在于用于確定濾波組合的裝置(70)包括一個模塊(72)，用于通過將對應(yīng)于代表處理操作的方向性集合在球形諧波基礎(chǔ)上的分解的各系數(shù)進行線性組合而計算濾波組合。
34.根據(jù)權(quán)利要求31和權(quán)利要求33的設(shè)備，其特征在于該組處理參數(shù)包括一組常量，以及在于用于通過線性組合而計算的模塊(72)使用該組常量作為加權(quán)系數(shù)。
35.根據(jù)權(quán)利要求26至權(quán)利要求33中任何一項的設(shè)備，其特征在于該處理操作包括至少一個失真，一組方向性函數(shù)的全部或一部分形成對應(yīng)于將要應(yīng)用于初始表現(xiàn)的(各)失真的一組失真對，以及在于用于確定濾波組合的裝置(70)還包括一個用于失真的模塊(74)，它在失真對的基礎(chǔ)上對由計算模塊(72)提供的濾波組合進行修改，從而提供將要應(yīng)用于初始表現(xiàn)系數(shù)的濾波組合。
36.根據(jù)權(quán)利要求26至權(quán)利要求32中任何一項的設(shè)備，其特征在于該處理操作只包括一個或多個失真，一組方向性函數(shù)的全部或一部分形成對應(yīng)于將要應(yīng)用于初始表現(xiàn)的(各)失真的一組失真對，以及在于用于確定濾波組合的裝置(70)只包括一個失真模塊(74)，以便只在失真對的基礎(chǔ)上提供濾波組合。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于處理一個聲場表現(xiàn)的方法，用于至少通過空間處理提供已經(jīng)修改過的表現(xiàn)。本發(fā)明方法包括以下步驟建立(8)該聲場的初始表現(xiàn)及通過對應(yīng)于前述處理操作的濾波組合來建立(10)已經(jīng)修改過的表現(xiàn)。本發(fā)明的特征在于它還包括一個用于決定處理操作的步驟(2)，該步驟包括一個步驟(4)，用于建立代表前述處理的一組方向性函數(shù)，其形式是對應(yīng)于所述函數(shù)在球形諧波基礎(chǔ)上的分解的一組系數(shù)；及一個步驟(6)，用于根據(jù)該分解來確定前述濾波組合，從而完成另一個步驟(10)，以便應(yīng)用如此確定的濾波組合。
文檔編號G06F17/14GK1723453SQ03824553
公開日2006年1月18日 申請日期2003年9月22日 優(yōu)先權(quán)日2002年9月23日
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