本發(fā)明涉及音頻信號(hào)處理領(lǐng)域。特別地，本發(fā)明涉及一種音頻信號(hào)處理裝置和音頻信號(hào)濾波方法，用以創(chuàng)建虛擬聲音圖像。

背景技術(shù)：

減少音頻信號(hào)內(nèi)的串?dāng)_對(duì)于多數(shù)應(yīng)用來說具有重要意義。例如，當(dāng)使用揚(yáng)聲器為收聽者重現(xiàn)雙聲道音頻信號(hào)時(shí)，收聽者的右耳通常也會(huì)聽到收聽者的左耳所要聽到的音頻信號(hào)。該效果表示為串?dāng)_，其可通過向用于對(duì)音頻信號(hào)進(jìn)行濾波的音頻重現(xiàn)鏈中添加逆濾波器來降低。逆濾波器在本領(lǐng)域中也稱為串?dāng)_消除單元。

在數(shù)學(xué)上，用于實(shí)現(xiàn)串?dāng)_消除的逆濾波器可以表達(dá)為串?dāng)_消除濾波矩陣c。串?dāng)_消除的目的是，通過使串?dāng)_消除濾波矩陣c與聲學(xué)傳遞函數(shù)(acoustictransferfunction，簡(jiǎn)稱atf)矩陣h的矩陣相乘的結(jié)果約等于單位矩陣i，即h*c≈i，來選擇串?dāng)_消除濾波矩陣c，更具體地是選擇其元素，其中，atf矩陣h由從揚(yáng)聲器到收聽者的各個(gè)耳朵的傳遞函數(shù)來定義。

找到精確的串?dāng)_消除解決方案是不可能的，但卻可以應(yīng)用近似方案。因?yàn)槟鏋V波器通常不穩(wěn)定，所以這些近似方案使用正則化以便控制串?dāng)_消除濾波器的增益并減少動(dòng)態(tài)范圍損失。然而，由于病態(tài)性，逆濾波器對(duì)誤差很敏感。換句話說，重現(xiàn)鏈中的小誤差能夠?qū)е轮噩F(xiàn)點(diǎn)處的大誤差，導(dǎo)致如takeuchi,t.和nelson,p.a.在asa期刊112(6),2002中的《用于揚(yáng)聲器上的雙聲道合成的最佳來源分布》所描述的狹窄的最佳聽音位置和非期望的音染。

在本領(lǐng)域中，音頻系統(tǒng)為眾所周知，其將串?dāng)_消除單元與雙聲道化單元相結(jié)合，用于提供無串?dāng)_的虛擬環(huán)繞聲，即收聽者感知到的在虛擬揚(yáng)聲器位置處產(chǎn)生的無串?dāng)_聲音。然而，這種雙聲道化單元通常會(huì)引入不可避免的小誤差，這些誤差隨后會(huì)被非完全串?dāng)_消除單元放大從而導(dǎo)致更多的音染和錯(cuò)誤的空間感知。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種用于提供基本無串?dāng)_的虛擬環(huán)繞聲的改進(jìn)概念。

該目的是通過獨(dú)立權(quán)利要求的主旨實(shí)現(xiàn)的。根據(jù)從屬權(quán)利要求、說明書和附圖，進(jìn)一步的實(shí)施形式顯而易見。

本發(fā)明以解決串?dāng)_問題的理念為基礎(chǔ)，不是通過串?dāng)_消除階段和雙聲道化階段的易錯(cuò)序列化，而是通過采用串?dāng)_消除階段來將一組期望的虛擬揚(yáng)聲器位置作為目標(biāo)，而非試圖直接消除來自真實(shí)揚(yáng)聲器的串?dāng)_。這樣，在渲染準(zhǔn)確的虛擬環(huán)繞聲和良好音質(zhì)時(shí)，就不需要傳統(tǒng)使用的雙聲道化階段，從而也避免了錯(cuò)誤序列化。

第一方面，本發(fā)明提供了一種音頻信號(hào)處理裝置，用于對(duì)左聲道輸入音頻信號(hào)進(jìn)行濾波以獲取左聲道輸出音頻信號(hào)，以及用于對(duì)右聲道輸入音頻信號(hào)進(jìn)行濾波以獲取右聲道輸出音頻信號(hào)，所述左聲道輸出音頻信號(hào)和所述右聲道輸出音頻信號(hào)通過聲學(xué)傳播路徑傳輸給收聽者，其中，所述聲學(xué)傳播路徑的傳遞函數(shù)由聲學(xué)傳遞函數(shù)(acoustictransferfunction，簡(jiǎn)稱atf)矩陣h定義，所述音頻信號(hào)處理裝置包括：確定器，用于基于所述atf矩陣h和目標(biāo)atf矩陣vh確定濾波矩陣c，其中，所述目標(biāo)atf矩陣vh包括目標(biāo)聲學(xué)傳播路徑的目標(biāo)傳遞函數(shù)，所述目標(biāo)聲學(xué)傳播路徑由虛擬揚(yáng)聲器位置相對(duì)于所述收聽者的目標(biāo)布置來定義；濾波器，用于：基于所述濾波矩陣c對(duì)所述左聲道輸入音頻信號(hào)進(jìn)行濾波，以獲取第一濾波左聲道輸入音頻信號(hào)和第二濾波左聲道輸入音頻信號(hào)，以及基于所述濾波矩陣c對(duì)所述右聲道輸入音頻信號(hào)進(jìn)行濾波，以獲取第一濾波右聲道輸入音頻信號(hào)和第二濾波右聲道輸入音頻信號(hào)；以及合路器，用于：合并所述第一濾波左聲道輸入音頻信號(hào)和所述第一濾波右聲道輸入音頻信號(hào)，以獲取所述左聲道輸出音頻信號(hào)，并合并所述第二濾波左聲道輸入音頻信號(hào)和所述第二濾波右聲道輸入音頻信號(hào)，以獲取所述右聲道輸出音頻信號(hào)。所述濾波器可以由串?dāng)_消除單元提供。

根據(jù)本發(fā)明第一方面，在所述音頻信號(hào)處理裝置的第一種實(shí)現(xiàn)形式中，所述確定器用于根據(jù)以下等式基于所述atf矩陣h和所述目標(biāo)atf矩陣vh確定所述濾波矩陣c：

c＝(h^h·h+β(ω)i)^-1(h^h·vh)e^-jωm，

其中，h^h表示所述atf矩陣h的厄米特轉(zhuǎn)置，i表示單位矩陣，β表示正則化因子，m表示建模時(shí)延，ω表示角頻率。

根據(jù)本發(fā)明第一方面，在所述音頻信號(hào)處理裝置的第二種實(shí)現(xiàn)形式中，所述確定器用于根據(jù)以下等式基于所述atf矩陣h和所述目標(biāo)atf矩陣vh確定所述濾波矩陣c：

c＝(h^h·h)^-1(h^h·vh)e^-jωm，

其中，h^h表示所述atf矩陣h的厄米特轉(zhuǎn)置，m表示建模時(shí)延，ω表示角頻率。

根據(jù)本發(fā)明第一方面，在所述音頻信號(hào)處理裝置的第三種實(shí)現(xiàn)形式中，所述確定器用于根據(jù)以下等式基于所述atf矩陣h和所述目標(biāo)atf矩陣vh確定所述濾波矩陣c：

c＝(h^h·h+β(ω)i)^-1(h^h·phase(vh))e^-jωm，

其中，h^h表示所述atf矩陣h的厄米特轉(zhuǎn)置，i表示單位矩陣，β表示正則化因子，m表示建模時(shí)延，ω表示角頻率，phase(a)表示返回只包含矩陣a的元素的相位分量的矩陣的矩陣運(yùn)算。

根據(jù)本發(fā)明第一方面，在所述音頻信號(hào)處理裝置的第四種實(shí)現(xiàn)形式中，所述確定器用于根據(jù)以下等式基于所述atf矩陣h和所述目標(biāo)atf矩陣vh確定所述濾波矩陣c：

c＝(h^h·h)^-1(h^h·phase(vh))e^-jωm,

其中，h^h表示所述atf矩陣h的厄米特轉(zhuǎn)置，m表示建模時(shí)延，ω表示角頻率，phase(a)表示返回只包含矩陣a的元素的相位分量的矩陣的矩陣運(yùn)算。

根據(jù)本發(fā)明第一方面或其前述任意一種實(shí)現(xiàn)形式，在所述音頻信號(hào)處理裝置的第五種實(shí)現(xiàn)形式中，所述左聲道輸出音頻信號(hào)將通過左揚(yáng)聲器和所述收聽者的左耳之間的第一聲學(xué)傳播路徑以及所述左揚(yáng)聲器和所述收聽者的右耳之間的第二聲學(xué)傳播路徑進(jìn)行傳輸，所述右聲道輸出音頻信號(hào)將通過右揚(yáng)聲器和所述收聽者的右耳之間的第三聲學(xué)傳播路徑以及所述右揚(yáng)聲器和所述收聽者的左耳之間的第四聲學(xué)傳播路徑進(jìn)行傳輸，所述第一聲學(xué)傳播路徑的第一傳遞函數(shù)、所述第二聲學(xué)傳播路徑的第二傳遞函數(shù)、所述第三聲學(xué)傳播路徑的第三傳遞函數(shù)以及所述第四聲學(xué)傳播路徑的第四傳遞函數(shù)形成所述atf矩陣。

根據(jù)本發(fā)明第一方面或其前述任意一種實(shí)現(xiàn)形式，在所述音頻信號(hào)處理裝置的第六種實(shí)現(xiàn)形式中，所述目標(biāo)atf矩陣vh包括虛擬左揚(yáng)聲器位置和所述收聽者的左耳之間的第一目標(biāo)聲學(xué)傳播路徑的第一目標(biāo)傳遞函數(shù)、所述虛擬左揚(yáng)聲器位置和所述收聽者的右耳之間的第二目標(biāo)聲學(xué)傳播路徑的第二目標(biāo)傳遞函數(shù)、虛擬右揚(yáng)聲器位置和所述收聽者的右耳之間的第三目標(biāo)聲學(xué)傳播路徑的第三目標(biāo)傳遞函數(shù)以及所述虛擬右揚(yáng)聲器位置和所述收聽者的左耳之間的第四目標(biāo)聲學(xué)傳播路徑的第四目標(biāo)傳遞函數(shù)。

根據(jù)本發(fā)明第一方面或其前述任意一種實(shí)現(xiàn)形式，在所述音頻信號(hào)處理裝置的第七種實(shí)現(xiàn)形式中，所述確定器還用于從數(shù)據(jù)庫中檢索所述atf矩陣或者所述目標(biāo)atf矩陣。

根據(jù)本發(fā)明第一方面或其前述任意一種實(shí)現(xiàn)形式，在所述音頻信號(hào)處理裝置的第八種實(shí)現(xiàn)形式中，所述合路器用于：將所述第一濾波左聲道輸入音頻信號(hào)和所述第一濾波右聲道輸入音頻信號(hào)相加，以獲取所述左聲道輸出音頻信號(hào)，并將所述第二濾波左聲道輸入音頻信號(hào)和所述第二濾波右聲道輸入音頻信號(hào)相加，以獲取所述右聲道輸出音頻信號(hào)。

根據(jù)本發(fā)明第一方面或其前述任意一種實(shí)現(xiàn)形式，在所述音頻信號(hào)處理裝置的第九種實(shí)現(xiàn)形式中，所述裝置還包括：分解器，用于：將所述左聲道輸入音頻信號(hào)分解成主左聲道輸入音頻子信號(hào)和次左聲道輸入音頻子信號(hào)，并將所述右聲道輸入音頻信號(hào)分解成主右聲道輸入音頻子信號(hào)和次右聲道輸入音頻子信號(hào)，其中所述主左聲道輸入音頻子信號(hào)和所述主右聲道輸入音頻子信號(hào)分配給主預(yù)定頻段，所述次左聲道輸入音頻子信號(hào)和所述次右聲道輸入音頻子信號(hào)分配給副預(yù)定頻段；以及延時(shí)器，用于：將所述次左聲道輸入音頻子信號(hào)延遲一個(gè)時(shí)延以獲取次左聲道輸出音頻子信號(hào)，并將所述次右聲道輸入音頻子信號(hào)延遲另一個(gè)時(shí)延以獲取次右聲道輸出音頻子信號(hào)；其中，所述濾波器用于：基于所述濾波矩陣c對(duì)所述主左聲道輸入音頻子信號(hào)進(jìn)行濾波，以獲取第一濾波主左聲道輸入音頻子信號(hào)和第二濾波主左聲道輸入音頻子信號(hào)，并基于所述濾波矩陣c對(duì)所述主右聲道輸入音頻子信號(hào)進(jìn)行濾波，以獲取第一濾波主右聲道輸入音頻子信號(hào)和第二濾波主右聲道輸入音頻子信號(hào)；其中，所述合路器用于：合并所述第一濾波主左聲道輸入音頻子信號(hào)、所述第一濾波主右聲道輸入音頻子信號(hào)和所述次左聲道輸入音頻子信號(hào)，以獲取所述左聲道輸出音頻信號(hào)，并合并所述第二濾波主左聲道輸入音頻子信號(hào)、所述第二濾波主右聲道輸入音頻子信號(hào)和所述次右聲道輸入音頻子信號(hào)，以獲取所述右聲道輸出音頻信號(hào)。

根據(jù)本發(fā)明第一方面的第九種實(shí)現(xiàn)形式，在所述音頻信號(hào)處理裝置的第十種實(shí)現(xiàn)形式中，所述分解器是音頻交叉網(wǎng)絡(luò)。

根據(jù)本發(fā)明第一方面或其前述任意一種實(shí)現(xiàn)形式，在所述音頻信號(hào)處理裝置的第十一種實(shí)現(xiàn)形式中，所述左聲道輸入音頻信號(hào)由多聲道輸入音頻信號(hào)的前左聲道輸入音頻信號(hào)形成，所述右聲道輸入音頻信號(hào)由所述多聲道輸入音頻信號(hào)的前右聲道輸入音頻信號(hào)形成，所述左聲道輸出音頻信號(hào)由前左聲道輸出音頻信號(hào)形成，所述右聲道輸出音頻信號(hào)由前右聲道輸出音頻信號(hào)形成；或者，所述左聲道輸入音頻信號(hào)由多聲道輸入音頻信號(hào)的后左聲道輸入音頻信號(hào)形成，所述右聲道輸入音頻信號(hào)由所述多聲道輸入音頻信號(hào)的后右聲道輸入音頻信號(hào)形成，所述左聲道輸出音頻信號(hào)由后左聲道輸出音頻信號(hào)形成，所述右聲道輸出音頻信號(hào)由后右聲道輸出音頻信號(hào)形成。

根據(jù)本發(fā)明第一方面的第十一種實(shí)現(xiàn)形式，在所述音頻信號(hào)處理裝置的第十二種實(shí)現(xiàn)形式中，所述多聲道輸入音頻信號(hào)包括中央聲道輸入音頻信號(hào)，所述合路器用于：合并所述中央聲道輸入音頻信號(hào)、所述前左聲道輸出音頻信號(hào)和所述后左聲道輸出音頻信號(hào)，并合并所述中央聲道輸入音頻信號(hào)、所述前右聲道輸出音頻信號(hào)和所述后右聲道輸出音頻信號(hào)。

第二方面，本發(fā)明提供了一種音頻信號(hào)處理方法，用于對(duì)左聲道輸入音頻信號(hào)進(jìn)行濾波以獲取左聲道輸出音頻信號(hào)，以及用于對(duì)右聲道輸入音頻信號(hào)進(jìn)行濾波以獲取右聲道輸出音頻信號(hào)，所述左聲道輸出音頻信號(hào)和所述右聲道輸出音頻信號(hào)通過聲學(xué)傳播路徑傳輸給收聽者，其中，所述聲學(xué)傳播路徑的傳遞函數(shù)由聲學(xué)傳遞函數(shù)(acoustictransferfunction，簡(jiǎn)稱atf)矩陣h定義，所述音頻信號(hào)處理方法包括以下步驟：基于所述atf矩陣h和目標(biāo)atf矩陣vh確定濾波矩陣c，其中，所述目標(biāo)atf矩陣vh包括目標(biāo)聲學(xué)傳播路徑的目標(biāo)傳遞函數(shù)，所述目標(biāo)聲學(xué)傳播路徑由多個(gè)虛擬揚(yáng)聲器位置相對(duì)于所述收聽者的目標(biāo)布置來定義；基于所述濾波矩陣c對(duì)所述左聲道輸入音頻信號(hào)進(jìn)行濾波，以獲取第一濾波左聲道輸入音頻信號(hào)和第二濾波左聲道輸入音頻信號(hào)，并基于所述濾波矩陣c對(duì)所述右聲道輸入音頻信號(hào)進(jìn)行濾波，以獲取第一濾波右聲道輸入音頻信號(hào)和第二濾波右聲道輸入音頻信號(hào)；合并所述第一濾波左聲道輸入音頻信號(hào)和所述第一濾波右聲道輸入音頻信號(hào)，以獲取所述左聲道輸出音頻信號(hào)，并合并所述第二濾波左聲道輸入音頻信號(hào)和所述第二濾波右聲道輸入音頻信號(hào)，以獲取所述右聲道輸出音頻信號(hào)。

根據(jù)本發(fā)明第二方面所述的方法可以由根據(jù)本發(fā)明第一方面所述的裝置執(zhí)行。根據(jù)本發(fā)明第二方面所述的方法的進(jìn)一步特征可以直接從根據(jù)本發(fā)明第一方面及其不同實(shí)現(xiàn)形式所述的裝置的功能中得到。

第三方面，本發(fā)明涉及一種計(jì)算機(jī)程序，包括：在計(jì)算機(jī)上被執(zhí)行時(shí)用于執(zhí)行根據(jù)本發(fā)明第二方面所述的方法的程序代碼。

本發(fā)明可以以硬件和/或軟件來實(shí)現(xiàn)。

附圖說明

本發(fā)明的實(shí)施例將結(jié)合以下附圖進(jìn)行描述，其中：

圖1示出了根據(jù)一實(shí)施例的用于對(duì)左聲道輸入音頻信號(hào)和右聲道輸入音頻信號(hào)進(jìn)行濾波的音頻信號(hào)處理裝置的圖；

圖2示出了根據(jù)一實(shí)施例的用于對(duì)左聲道輸入音頻信號(hào)和右聲道輸入音頻信號(hào)進(jìn)行濾波的音頻信號(hào)處理方法的圖；

圖3示出了根據(jù)一實(shí)施例的用于對(duì)左聲道輸入音頻信號(hào)和右聲道輸入音頻信號(hào)進(jìn)行濾波的音頻信號(hào)處理裝置的圖；

圖4示出了根據(jù)一實(shí)施例的給預(yù)定頻段分配頻率的圖；

圖5示出了根據(jù)一實(shí)施例的用于對(duì)左聲道輸入音頻信號(hào)和右聲道輸入音頻信號(hào)進(jìn)行濾波的音頻信號(hào)處理裝置的圖；

圖6示出了傳統(tǒng)的串?dāng)_消除技術(shù)和本發(fā)明實(shí)施例之間的a/b測(cè)試結(jié)果的圖。

具體實(shí)施方式

圖1示出了根據(jù)一實(shí)施例的音頻信號(hào)處理裝置100的圖。所述音頻信號(hào)處理裝置100用于對(duì)左聲道輸入音頻信號(hào)l進(jìn)行濾波以獲取左聲道輸出音頻信號(hào)x1，以及對(duì)右聲道輸入音頻信號(hào)r進(jìn)行濾波以獲取右聲道輸出音頻信號(hào)x2。

所述左聲道輸出音頻信號(hào)x1和所述右聲道輸出音頻信號(hào)x2通過聲學(xué)傳播路徑傳輸給收聽者，其中，所述聲學(xué)傳播路徑的傳遞函數(shù)由聲學(xué)傳遞函數(shù)(acoustictransferfunction，簡(jiǎn)稱atf)矩陣h定義。

所述音頻信號(hào)處理裝置100包括：確定器101，用于基于所述atf矩陣h和目標(biāo)atf矩陣vh確定濾波矩陣c，其中，所述目標(biāo)atf矩陣vh包括目標(biāo)聲學(xué)傳播路徑的目標(biāo)傳遞函數(shù)，所述目標(biāo)聲學(xué)傳播路徑由虛擬揚(yáng)聲器位置相對(duì)于所述收聽者的目標(biāo)布置來定義。

術(shù)語“虛擬揚(yáng)聲器位置”(以及“虛擬揚(yáng)聲器”)為本領(lǐng)域技術(shù)人員所熟知。通過選擇合適的傳遞函數(shù)，收聽者感知到的接收到揚(yáng)聲器發(fā)出的音頻信號(hào)的位置可以與揚(yáng)聲器的實(shí)際位置不同。該位置即是此處使用的“虛擬揚(yáng)聲器位置”，其與諸如立體音擴(kuò)展和虛擬環(huán)繞等技術(shù)相關(guān)聯(lián)。其中，虛擬揚(yáng)聲器位置并不只局限于例如立體聲揚(yáng)聲器對(duì)的物理布局和它們之間的位置。

所述音頻信號(hào)處理裝置100還包括：濾波器103，用于：基于所述濾波矩陣c對(duì)所述左聲道輸入音頻信號(hào)l進(jìn)行濾波，以獲取第一濾波左聲道輸入音頻信號(hào)107和第二濾波左聲道輸入音頻信號(hào)109，并基于所述濾波矩陣c對(duì)所述右聲道輸入音頻信號(hào)r進(jìn)行濾波，以獲取第一濾波右聲道輸入音頻信號(hào)111和第二濾波右聲道輸入音頻信號(hào)113；以及合路器105，用于：合并所述第一濾波左聲道輸入音頻信號(hào)107和所述第一濾波右聲道輸入音頻信號(hào)111，以獲取所述左聲道輸出音頻信號(hào)x1，并合并所述第二濾波左聲道輸入音頻信號(hào)109和所述第二濾波右聲道輸入音頻信號(hào)113，以獲取所述右聲道輸出音頻信號(hào)x2。

在數(shù)學(xué)上，所述音頻信號(hào)處理裝置100不是用于確定其濾波矩陣c使得所述atf矩陣h和所述濾波矩陣c的乘積約等于所述單位矩陣i(正如在傳統(tǒng)串?dāng)_消除單元中的情況)，而是用于確定其濾波矩陣c使得所述atf矩陣h和所述濾波矩陣c的乘積等于由虛擬揚(yáng)聲器位置相對(duì)于所述收聽者的目標(biāo)布置定義的所述目標(biāo)atf矩陣vh。更具體地，所述目標(biāo)atf矩陣vh的元素由所述傳遞函數(shù)定義，所述傳遞函數(shù)描述從期望的虛擬揚(yáng)聲器位置到收聽者耳朵的相應(yīng)聲學(xué)傳播路徑。這些傳遞函數(shù)可以是取自數(shù)據(jù)庫或者某些基于模型的傳遞函數(shù)的頭相關(guān)傳遞函數(shù)(headrelatedtransferfunction，簡(jiǎn)稱hrtf)。

在一實(shí)施例中，所述確定器101用于根據(jù)以下等式，使用最小二乘近似，基于所述atf矩陣h和所述目標(biāo)atf矩陣vh確定所述濾波矩陣c：

c＝(h^h·h+β(ω)i)^-1(h^h·vh)e^-jωm

其中，h^h表示所述atf矩陣h的厄米特轉(zhuǎn)置，i表示單位矩陣，β表示正則化因子，m表示建模時(shí)延，ω表示角頻率。

通常會(huì)采用正則化因子β來實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定性并限制濾波器的增益。正則化因子β越大，濾波器增益越小，但這是以重現(xiàn)準(zhǔn)確度和聲音質(zhì)量為代價(jià)的。正則化因子β可被視為被控加性噪聲，其被引入以實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定性。因?yàn)樵摰仁较到y(tǒng)的病態(tài)性可以隨頻率而變化，所以可以將該因子設(shè)計(jì)為頻率相關(guān)。

意外地，本發(fā)明提出的方法具有如下有利的副作用：與傳統(tǒng)串?dāng)_消除單元相比，可以選擇較小的正則化因子β。這是因?yàn)樗龇匠痰牡诙?xiàng)((h^h·vh)e^-jωm)的作用是增益控制，其被優(yōu)化以準(zhǔn)確地重現(xiàn)期望的雙耳因素。即，在不影響雙聲道重現(xiàn)的準(zhǔn)確度的情況下保持了所述濾波器的穩(wěn)定性和魯棒性。

因此，在進(jìn)一步的實(shí)施例中，可以將所述正則化因子β設(shè)置為零，使得在本實(shí)施例中，所述確定器101用于根據(jù)以下等式基于所述atf矩陣h和所述目標(biāo)atf矩陣vh確定所述濾波矩陣c：

c＝(h^h·h)^-1(h^h·vh)e^-jωm.

可以只通過所述目標(biāo)atf矩陣vh中包含的相位信息來進(jìn)一步提高本發(fā)明中的輸出聲音質(zhì)量，即：

h·c≈phase(vh),

其中，phase(a)表示返回只包含矩陣a的元素的相位分量的矩陣的矩陣運(yùn)算。

因此，在進(jìn)一步的實(shí)施例中，所述確定器101用于根據(jù)以下等式基于所述atf矩陣h和所述目標(biāo)atf矩陣vh確定所述濾波矩陣c：

c＝(h^h·h+β(ω)i)^-1(h^h·phase(vh))e^-jωm.

該方法基本上對(duì)應(yīng)于使頭相關(guān)傳遞函數(shù)(headrelatedtransferfunction，簡(jiǎn)稱hrtf)或者傳遞函數(shù)近似到全通系統(tǒng)，即，恒定幅度和可變相位。這樣就保留了耳間時(shí)間差(inter-auraltimedifference，簡(jiǎn)稱itd)，同時(shí)避免了錯(cuò)誤的耳間聲級(jí)差(inter-auralleveldifference，簡(jiǎn)稱ild)，這樣就會(huì)在不明顯影響環(huán)繞聲效的情況下使得音染顯著減少。

由于本發(fā)明方法的以上描述的對(duì)所述正則化因子β的有利效果，對(duì)于本實(shí)施例，也可將所述正則化因子β設(shè)置為零。因此，在進(jìn)一步的實(shí)施例中，所述確定器101用于根據(jù)以下等式基于所述atf矩陣h和所述目標(biāo)atf矩陣vh確定所述濾波矩陣c：

c＝(h^h·h)^-1(h^h·phase(vh))e^-jωm.

圖2示出了根據(jù)一實(shí)施例的音頻信號(hào)處理方法200的圖。所述音頻信號(hào)處理方法200用于對(duì)左聲道輸入音頻信號(hào)l進(jìn)行濾波以獲取左聲道輸出音頻信號(hào)x1，對(duì)右聲道輸入音頻信號(hào)r進(jìn)行濾波以獲取右聲道輸出音頻信號(hào)x2。

所述左聲道輸出音頻信號(hào)x1和所述右聲道輸出音頻信號(hào)x2通過聲學(xué)傳播路徑傳輸給收聽者，其中，所述聲學(xué)傳播路徑的傳遞函數(shù)由聲學(xué)傳遞函數(shù)(acoustictransferfunction，簡(jiǎn)稱atf)矩陣h定義。

所述音頻信號(hào)處理方法200包括：步驟201：基于所述atf矩陣h和目標(biāo)atf矩陣vh確定濾波矩陣c，其中，所述目標(biāo)atf矩陣vh包括目標(biāo)聲學(xué)傳播路徑的目標(biāo)傳遞函數(shù)，所述目標(biāo)聲學(xué)傳播路徑由多個(gè)虛擬揚(yáng)聲器位置相對(duì)于所述收聽者的目標(biāo)布置來定義；步驟203：基于所述濾波矩陣c對(duì)所述左聲道輸入音頻信號(hào)l進(jìn)行濾波，以獲取第一濾波左聲道輸入音頻信號(hào)107和第二濾波左聲道輸入音頻信號(hào)109，并基于所述濾波矩陣c對(duì)所述右聲道輸入音頻信號(hào)r進(jìn)行濾波，以獲取第一濾波右聲道輸入音頻信號(hào)111和第二濾波右聲道輸入音頻信號(hào)113；以及步驟205：合并所述第一濾波左聲道輸入音頻信號(hào)107和所述第一濾波右聲道輸入音頻信號(hào)111，以獲取所述左聲道輸出音頻信號(hào)x1，并合并所述第二濾波左聲道輸入音頻信號(hào)109和所述第二濾波右聲道輸入音頻信號(hào)113，以獲取所述右聲道輸出音頻信號(hào)x2。

本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)理解，上述步驟可以連續(xù)、并行或者組合執(zhí)行。例如，步驟201和203可以相對(duì)于彼此并行執(zhí)行，而相對(duì)于步驟205，則可連續(xù)執(zhí)行。

下文描述了所述音頻信號(hào)處理裝置100和所述音頻信號(hào)處理方法200的其它實(shí)現(xiàn)形式和實(shí)施例。

圖3示出了根據(jù)一實(shí)施例的音頻信號(hào)處理裝置100的圖。所述音頻信號(hào)處理裝置100用于對(duì)左聲道輸入音頻信號(hào)l進(jìn)行濾波以獲取左聲道輸出音頻信號(hào)x1，以及對(duì)右聲道輸入音頻信號(hào)r進(jìn)行濾波以獲取右聲道輸出音頻信號(hào)x2。

所述左聲道輸出音頻信號(hào)x1和所述右聲道輸出音頻信號(hào)x2通過聲學(xué)傳播路徑傳輸給收聽者，其中，所述聲學(xué)傳播路徑的傳遞函數(shù)由聲學(xué)傳遞函數(shù)(acoustictransferfunction，簡(jiǎn)稱atf)矩陣h定義。

所述音頻信號(hào)處理裝置100包括確定器101，其在圖3的實(shí)施例中實(shí)現(xiàn)為串?dāng)_校正器形式的濾波器103的一部分。所述確定器101用于基于所述atf矩陣h和目標(biāo)atf矩陣vh確定濾波矩陣c，其中，所述目標(biāo)atf矩陣vh包括目標(biāo)聲學(xué)傳播路徑的目標(biāo)傳遞函數(shù)，所述目標(biāo)聲學(xué)傳播路徑由虛擬揚(yáng)聲器位置相對(duì)于所述收聽者的目標(biāo)布置來定義。

所述音頻信號(hào)處理裝置100還包括：分解器315，用于：將所述左聲道輸入音頻信號(hào)(l)分解成主左聲道輸入音頻子信號(hào)和次左聲道輸入音頻子信號(hào)，并將所述右聲道輸入音頻信號(hào)r分解成主右聲道輸入音頻子信號(hào)和次右聲道輸入音頻子信號(hào)。所述主左聲道輸入音頻子信號(hào)和所述主右聲道輸入音頻子信號(hào)分配給主預(yù)定頻段，所述次左聲道輸入音頻子信號(hào)和所述次右聲道輸入音頻子信號(hào)分配給副預(yù)定頻段。

頻率分解可以由所述分解器315使用例如低復(fù)雜度濾波器組和/或音頻交叉網(wǎng)絡(luò)來實(shí)現(xiàn)。所述音頻交叉網(wǎng)絡(luò)可以是模擬音頻交叉網(wǎng)絡(luò)或者數(shù)字音頻交叉網(wǎng)絡(luò)。僅作為一個(gè)示例，分解器315、確定器101、延時(shí)器317以及合路器105可以是數(shù)字濾波器的離散元件。

圖3所示的音頻信號(hào)處理裝置100還包括：延時(shí)器317，用于：將所述次左聲道輸入音頻子信號(hào)延遲一個(gè)時(shí)延以獲取次左聲道輸出音頻子信號(hào)，并將所述次右聲道輸入音頻子信號(hào)延遲另一個(gè)時(shí)延以獲取次右聲道輸出音頻子信號(hào)。延時(shí)器317可以是數(shù)字延時(shí)線。

所述串?dāng)_校正器形式的濾波器103用于：基于所述濾波矩陣c對(duì)所述主左聲道輸入音頻子信號(hào)進(jìn)行濾波，以獲取第一濾波主左聲道輸入音頻子信號(hào)和第二濾波主左聲道輸入音頻子信號(hào)，并基于所述濾波矩陣c對(duì)所述主右聲道輸入音頻子信號(hào)進(jìn)行濾波，以獲取第一濾波主右聲道輸入音頻子信號(hào)和第二濾波主右聲道輸入音頻子信號(hào)。

圖3所示的音頻信號(hào)處理裝置100還包括：合路器105，用于：合并所述第一濾波主左聲道輸入音頻子信號(hào)、所述第一濾波主右聲道輸入音頻子信號(hào)和所述次左聲道輸入音頻子信號(hào)，以獲取要提供給左揚(yáng)聲器319的所述左聲道輸出音頻信號(hào)x1，并合并所述第二濾波主左聲道輸入音頻子信號(hào)、所述第二濾波主右聲道輸入音頻子信號(hào)和所述次右聲道輸入音頻子信號(hào)，以獲取要提供給右揚(yáng)聲器321的所述右聲道輸出音頻信號(hào)x2。

在一實(shí)施例中，考慮到所述揚(yáng)聲器319和321的聲學(xué)特性，例如低頻截止和高頻限制，所述分解器315將所述輸入音頻信號(hào)劃分成子頻段。避開低于截止頻率且高于高頻限制的頻率以避免失真。所述主預(yù)定頻段可以是圖4中所示的中間頻率的頻段，所述副預(yù)定頻段可以是圖4中所示的高低頻率的頻段。在一實(shí)施例中，所述分解器315為音頻交叉網(wǎng)絡(luò)。

圖5示出了根據(jù)一實(shí)施例的音頻信號(hào)處理裝置100的圖。所述音頻信號(hào)處理裝置100用于對(duì)左聲道輸入音頻信號(hào)進(jìn)行濾波以獲取左聲道輸出音頻信號(hào)x1，并對(duì)右聲道輸入音頻信號(hào)進(jìn)行預(yù)失真以獲取右聲道輸出音頻信號(hào)x2。該圖指的是用于對(duì)多聲道音頻信號(hào)進(jìn)行濾波的虛擬環(huán)繞音頻系統(tǒng)。

所述音頻信號(hào)處理裝置100包括兩個(gè)分解器315、兩個(gè)串?dāng)_校正器形式的兩個(gè)濾波器103、實(shí)現(xiàn)為相應(yīng)串?dāng)_校正器的一部分的兩個(gè)確定器101、兩個(gè)延時(shí)器317以及一個(gè)具有結(jié)合圖3描述的相同功能的合路器105。所述左聲道輸出音頻信號(hào)x1通過左揚(yáng)聲器319進(jìn)行傳輸。所述右聲道輸出音頻信號(hào)x2通過右揚(yáng)聲器321進(jìn)行傳輸。

在該圖的上半部分中，所述左聲道輸入音頻信號(hào)l由所述多聲道輸入音頻信號(hào)的前左聲道輸入音頻信號(hào)形成，所述右聲道輸入音頻信號(hào)r由所述多聲道輸入音頻信號(hào)的前右聲道輸入音頻信號(hào)形成。在該圖的下半部分中，所述左聲道輸入音頻信號(hào)l由所述多聲道輸入音頻信號(hào)的后左聲道輸入音頻信號(hào)形成，所述右聲道輸入音頻信號(hào)r由所述多聲道輸入音頻信號(hào)的后右聲道輸入音頻信號(hào)形成。

所述多聲道輸入音頻信號(hào)還包括中央聲道輸入音頻信號(hào)，其中，所述合路器105用于：合并所述中央聲道輸入音頻信號(hào)、所述前左聲道輸出音頻信號(hào)和所述后左聲道輸出音頻信號(hào)，并合并所述中央聲道輸入音頻信號(hào)、所述前右聲道輸出音頻信號(hào)和所述后右聲道輸出音頻信號(hào)。

圖6示出了傳統(tǒng)的串?dāng)_消除技術(shù)和本發(fā)明實(shí)施例之間的a/b測(cè)試結(jié)果的圖。所評(píng)估的屬性為環(huán)繞感(例如，感知空間印象)和聲音質(zhì)量(例如，偏好)。使用bradley-terry-luce(bradley-terry-luce，簡(jiǎn)稱btl)模型對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，該模型給定了相對(duì)偏好范圍，其取值反映在y軸上。信號(hào)通過tv-揚(yáng)聲器進(jìn)行呈現(xiàn)?？偣灿?3個(gè)對(duì)象參與到該測(cè)試中。

收聽測(cè)試的結(jié)果將本發(fā)明實(shí)施例(xtc1)與傳統(tǒng)串?dāng)_消除(xtc)以及原始立體聲進(jìn)行比較?？梢郧宄乜闯?，關(guān)于寬度和聲音質(zhì)量方面，本發(fā)明明顯優(yōu)于現(xiàn)有技術(shù)最高水準(zhǔn)的解決方案。

本發(fā)明實(shí)施例還提供了以下優(yōu)點(diǎn)。控制濾波器的增益所需的正則化較少。因?yàn)椴辉賰?yōu)化該問題以近似于精確求逆而是優(yōu)化一組傳遞函數(shù)，所以所得到的濾波器更加穩(wěn)定和強(qiáng)健。強(qiáng)健的濾波器意味著更寬的最佳試音位置。在重現(xiàn)點(diǎn)引入的音染較少，且可以在不影響聲音質(zhì)量的情況下實(shí)現(xiàn)逼真的3d音效，使用傳統(tǒng)解決方案的情況也是如此。鑒于不再需要雙聲道化單元，本發(fā)明顯著降低了濾波器的復(fù)雜性。本發(fā)明可以與任意揚(yáng)聲器配置(不同的擴(kuò)散角、幾何形狀以及揚(yáng)聲器大小)一起使用，并且可以容易地?cái)U(kuò)展到多于雙聲道。

本發(fā)明實(shí)施例應(yīng)用于具有至少兩個(gè)揚(yáng)聲器的音頻終端內(nèi)，例如tv、高保真(highfidelity，簡(jiǎn)稱hifi)系統(tǒng)、影院系統(tǒng)、諸如智能手機(jī)或平板電腦等的移動(dòng)設(shè)備、或者電話會(huì)議系統(tǒng)。本發(fā)明實(shí)施例在半導(dǎo)體芯片組中實(shí)現(xiàn)。

本發(fā)明實(shí)施例可以在用于在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)上運(yùn)行的計(jì)算機(jī)程序中實(shí)現(xiàn)，至少包括當(dāng)在諸如計(jì)算機(jī)系統(tǒng)等的可編程裝置上運(yùn)行時(shí)用于執(zhí)行根據(jù)本發(fā)明的方法步驟的代碼部分，或者使得可編程裝置執(zhí)行根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備或系統(tǒng)的功能的代碼部分。

計(jì)算機(jī)程序是指令列表，例如，特定的應(yīng)用程序和/或操作系統(tǒng)。計(jì)算機(jī)程序例如可以包括以下中的一個(gè)或多個(gè)：子例程、函數(shù)、流程、對(duì)象方法、對(duì)象實(shí)現(xiàn)、可執(zhí)行應(yīng)用、小程序、服務(wù)器小程序、源代碼、目標(biāo)代碼、共享庫/動(dòng)態(tài)加載庫和/或設(shè)計(jì)用于在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)上執(zhí)行的其它指令序列。

計(jì)算機(jī)程序可以存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)內(nèi)部或通過計(jì)算機(jī)可讀傳輸介質(zhì)傳輸?shù)接?jì)算機(jī)系統(tǒng)。全部或部分計(jì)算機(jī)程序可以在永久地、可移除地或遠(yuǎn)程地耦合至信息處理系統(tǒng)的瞬時(shí)性或非瞬時(shí)性計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)上提供。計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)可以包括，例如但不限于，任意數(shù)量的以下示例：磁存儲(chǔ)介質(zhì)，包括磁盤和磁帶存儲(chǔ)介質(zhì)；光存儲(chǔ)介質(zhì)，例如光盤介質(zhì)(例如，cd-rom、cd-r等)和數(shù)字視頻光盤存儲(chǔ)介質(zhì)；非易失性存儲(chǔ)器存儲(chǔ)介質(zhì)，包括基于半導(dǎo)體的存儲(chǔ)器單元，例如閃存、eeprom、eprom、rom；鐵磁數(shù)字存儲(chǔ)器；mram；易失性存儲(chǔ)介質(zhì)，包括寄存器、緩沖器或緩存、主存儲(chǔ)器、ram等；以及數(shù)據(jù)傳輸介質(zhì)，包括計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、點(diǎn)對(duì)點(diǎn)電信設(shè)備、載波傳輸介質(zhì)，此處僅舉幾例。

計(jì)算機(jī)進(jìn)程通常包括執(zhí)行(運(yùn)行)程序或程序的一部分、當(dāng)前程序值和狀態(tài)信息，以及操作系統(tǒng)用來管理進(jìn)程的執(zhí)行的資源。操作系統(tǒng)(operatingsystem，簡(jiǎn)稱os)是管理計(jì)算機(jī)資源共享的軟件，并為程序員提供用于訪問這些資源的接口。操作系統(tǒng)處理系統(tǒng)數(shù)據(jù)和用戶輸入，并通過分配及管理任務(wù)和內(nèi)部系統(tǒng)資源作為服務(wù)對(duì)系統(tǒng)的用戶和程序進(jìn)行響應(yīng)。

計(jì)算機(jī)系統(tǒng)例如可以包括至少一個(gè)處理單元、關(guān)聯(lián)存儲(chǔ)器和多個(gè)輸入/輸出(input/output，簡(jiǎn)稱i/o)設(shè)備。當(dāng)執(zhí)行計(jì)算機(jī)程序時(shí)，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)根據(jù)計(jì)算機(jī)程序處理信息并通過i/o設(shè)備生成合成的輸出信息。

此處討論的連接可以是適用于例如通過中間設(shè)備從或向相應(yīng)節(jié)點(diǎn)、單元或設(shè)備傳遞信號(hào)的任意類型的連接。因此，除非另有所指或所述，該連接例如可以是直接連接或間接連接?？梢越Y(jié)合單個(gè)連接、多個(gè)連接、單向連接或雙向連接對(duì)該連接進(jìn)行說明或描述。然而，不同的實(shí)施例可能會(huì)使該連接的實(shí)現(xiàn)發(fā)生變化。例如，可以使用單獨(dú)的單向連接而不是雙向連接，反之亦然。此外，多個(gè)連接可以被替換為以串行或時(shí)間復(fù)用方式傳遞多個(gè)信號(hào)的單個(gè)連接。同樣地，攜帶多個(gè)信號(hào)的單個(gè)連接可以被分離成攜帶這些信號(hào)的子集的各種不同的連接。因此，存在許多用于傳遞信號(hào)的選擇。

本領(lǐng)域技術(shù)人員將意識(shí)到，各邏輯塊之間的界限僅僅是說明性的，并且替代實(shí)施例可以合并邏輯塊或電路元件，或者可以在各種邏輯塊或電路元件上實(shí)行功能的替代分解。因此，應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的架構(gòu)僅僅是示例性的，并且實(shí)際上，許多其它實(shí)現(xiàn)相同功能的架構(gòu)也能夠?qū)崿F(xiàn)。

因此，實(shí)現(xiàn)相同功能的組件的任意布置是有效地“關(guān)聯(lián)”，從而實(shí)現(xiàn)了所期望的功能。因此，不論是架構(gòu)或是中間組件，此處組合以實(shí)現(xiàn)某個(gè)特定功能的任意兩個(gè)組件可被視為相互“關(guān)聯(lián)”，從而實(shí)現(xiàn)了所期望的功能。同樣地，任意兩個(gè)如此關(guān)聯(lián)的組件也可被視為相互“可操作地連接”或“可操作地耦合”，以實(shí)現(xiàn)所期望的功能。

此外，本領(lǐng)域技術(shù)人員將意識(shí)到，以上所描述的操作之間的界限僅僅是說明性的。多個(gè)操作可以組合成單個(gè)操作，單個(gè)操作可以分布在附加操作中，操作可以以在時(shí)間上至少部分重疊的方式來執(zhí)行。另外，替代實(shí)施例可以包括某個(gè)特定操作的多個(gè)示例，在各種其它實(shí)施例中可以改變操作的順序。

此外，例如，其中的示例或部分可以，例如以任意合適類型的硬件描述語言，實(shí)現(xiàn)為物理電路的或可轉(zhuǎn)換成物理電路的邏輯表示的軟或代碼表示。

此外，本發(fā)明不限于在不可編程硬件中實(shí)現(xiàn)的物理設(shè)備或單元，也可以應(yīng)用于能夠通過根據(jù)合適的程序代碼進(jìn)行操作來執(zhí)行所期望的設(shè)備功能的可編程設(shè)備或單元，例如，大型主機(jī)、小型計(jì)算機(jī)、服務(wù)器、工作站、個(gè)人計(jì)算機(jī)、記事本、個(gè)人數(shù)字助理、電子游戲、汽車和其它嵌入式系統(tǒng)、蜂窩電話和各種其它無線設(shè)備，在本申請(qǐng)中通常表示為‘計(jì)算機(jī)系統(tǒng)’。

然而，其它修改、變形和替代也是可能的。相應(yīng)地，應(yīng)認(rèn)為本說明書和附圖具有說明性意義而非限制性意義。