一種多聲道系統(tǒng)精簡方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明屬于聲學領域，尤其涉及一種多聲道系統(tǒng)精簡方法。
【背景技術】
[0002] 隨著三維電視和三維電影技術的發(fā)展，三維音頻技術成為了多媒體領域的一個研 宄熱點。三維平移是一種在三維聲場中使用若干揚聲器制造虛擬聲源的技術。在三維平移 方法中，基于向量的幅度平移技術（vectorbasedamplitudepanning簡記為VBAP)被廣 泛認可。在三維VBAP中，虛擬聲源用三個揚聲器合成，起點在聽音點，終點在虛擬聲源所在 位置的單位向量可以用另外三個向量線性表示（每個向量起點在聽音點，終點在每個向量 所對應揚聲器所在位置，長度為1)。三個向量表示的系數(shù)經(jīng)過歸一化之后，作為權(quán)重系數(shù)使 得虛擬聲源的信號分配到表示向量所對應的三個揚聲器。如果表示虛擬聲源使用的揚聲器 數(shù)目多于三個，VBAP技術將整個重建揚聲器空間按三個揚聲器一組分為若干個子空間，在 每個子空間中按照VBAP進行信號分配。
[0003] 5. 1多聲道系統(tǒng)曾經(jīng)是非常流行的家庭影院聲音系統(tǒng)。但是隨著3D視頻技術的發(fā) 展，對音頻技術提出了更高的要求，現(xiàn)在多聲道音頻研宄專注于更加先進的帶有更多聲道 的系統(tǒng)，可以為人們提供更好的沉浸感。例如，日本廣播協(xié)會實驗室的22. 2多聲道系統(tǒng)已 經(jīng)被用于超高清電視轉(zhuǎn)播。這一先進的多聲道系統(tǒng)要求按照自己獨特的揚聲器擺放方法放 置揚聲器才能產(chǎn)生最好的聲音效果。盡管24個揚聲器可以按照最優(yōu)的方法擺放在劇院，但 是在家庭應用時擺放麻煩。"下混"是多聲道系統(tǒng)中很好的減少揚聲器聲道的方法。從5.1 下混到兩聲道立體聲或單聲道已經(jīng)被ITU-RRecommendation標準化，并被用于一些電視接 收器。盡管這一下混方法十分高效，但是它并不適用于任意數(shù)量的揚聲器配置。為了使得 多個系統(tǒng)之間的下混變得可行，人們迫切需要一種新的聲場重建或轉(zhuǎn)化技術。
[0004] 2011年日本廣播協(xié)會實驗室的AkioAndo提出了一種新的下混方法，此方法利用 在同一球面上的三個揚聲器替換此三個揚聲器構(gòu)成的球面三角形包圍的一個揚聲器（此 四個揚聲器位于同一球面上，球面中心為聽音點），保證替換前后聽音點位置處的聲壓大小 和質(zhì)子速度方向不變，該方法為VBAP技術提供了物理基礎理論，反復利用該方法可以逐漸 把22. 2多聲道系統(tǒng)精簡到10聲道或8聲道系統(tǒng)（兩個低頻聲道不作處理），聽音效果優(yōu) 于傳統(tǒng)的下混方法。聲音的物理性質(zhì)可以由聲壓和質(zhì)子速度共同表示，聲壓為標量，只有大 小，質(zhì)子速度為向量，具有大小和方向。因此AkioAndo的方法只保證了精簡前后聲壓大小 和質(zhì)子速度的方向，忽略了質(zhì)子速度的大小，將會給22. 2多聲道系統(tǒng)重建帶來誤差。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明針對現(xiàn)有技術的不足，提供一種多聲道系統(tǒng)精簡方法。
[0006] 本發(fā)明技術方案提供一種多聲道系統(tǒng)精簡方法，包括以下步驟，
[0007] 步驟1，設替換揚聲器組和待替換揚聲器組均位于同一球面上，待替換揚聲器組包 括m個揚聲器Spvl、Spv2、…、Spvm，揚聲器Spvl、Spv2、…、Spvm的原始信號均為S，替換 揚聲器組包括n個揚聲器Spl、Sp2、…、Spn，n〈m，球面的球心位置為聽音點；獲得n個揚聲 器Spl、Sp2、…、Spn替換單個待替換揚聲器Spvh所分配得到的信號，h=l，2，…，m，包 括以下子步驟，
[0008]步驟101，獲得m個揚聲器Spvl、Spv2、…、Spvm分別的位置信息，n個揚聲器Spl、 Sp2、…、Spn分別的位置信息；
[0009]步驟102,計算確定n個揚聲器Spl、Sp2、…、Spn的初始分配系數(shù)whl,Wm,…，wto， 包括構(gòu)建方程如下，
[0015] Wh= (whl …wto)T，T表示矩陣轉(zhuǎn)置，whj表示替換揚聲器Spj針對待替換揚聲 器Spvh的信號分配系數(shù)，j=l，2，…，n;
[0016]
[0017]
，j= 1，2...，n;
[0018] Ei= (0 0 1) T;
[0019] 0vh表示待替換的揚聲器Spvh所在位置與原點0之間連線在XOY平面的射影與X 軸之間的夾角，h=l，2，…，m;
[0020] 表示待替換的揚聲器Spvh所在位置與原點0之間連線與X0Y平面之間的夾角， h = 1，2，…，m ;
[0021]0j表示揚聲器Spj所在位置與原點0之間連線在X0Y平面的射影與X軸之間的 夾角，j= 1，2，…，n;
[0022] A表示揚聲器Spj所在位置與原點0之間連線與X0Y平面之間的夾角，j= 1， 2,…，n;步驟103,將單個待替換的揚聲器Spvh的信號分別乘以步驟102所得初始分配系 數(shù)
[0023] whl，wh2,…，wto后分配到相應揚聲器Spl、Sp2、…、Spn中，刪除待替換的揚聲器 Spvh，h= 1，2，…，m;
[0024] 步驟2,計算得到揚聲器Spl、Sp2、…、Spn分別的信號，包括將步驟1中所得揚聲 器Spj分配得到的一系列相應信號求和，揚聲器Spj的最終分配信號計算公式如下：
[0025]
h=l
[0026] 其中，j= 1，2，...，n。
[0027]而且，n= 10,m= 22。
[0028] 采用本發(fā)明提供的m個揚聲器系統(tǒng)精簡為n個揚聲器系統(tǒng)的方法，相較于Akio Ando在2011年提出的下混方法僅能保證替換前后聽音點處聲壓大小和質(zhì)子速度的方向不 變，本專利的方法既保證了替換前后聽音點處聲壓大小和質(zhì)子速度的方向不變，又保證替 換前后質(zhì)子速度大小的誤差最小，有利于提升合成虛擬聲源的效果。本發(fā)明可以對包含任 意多個揚聲器的多聲道系統(tǒng)進行精簡處理，具備很好的普適性。
【附圖說明】
[0029] 圖1為本發(fā)明的基本流程圖。
[0030] 圖2是本發(fā)明實施例的待替換揚聲器擺放位置圖。
[0031] 圖3是本發(fā)明實施例的替換揚聲器擺放位置圖。
【具體實施方式】
[0032] 本發(fā)明針對擺放在同一球面上的多聲道系統(tǒng)，提出了一種多聲道系統(tǒng)精簡方法， 該方法的核心技術是利用任意多個揚聲器替換一個待替換揚聲器，以下結(jié)合附圖和具體實 施例詳細說明本發(fā)明技術方案。
[0033] 實施例的目標是將包含22個揚聲器Spvl、Spv2、…、Spv22的多聲道系統(tǒng)精簡到 包含10個揚聲器Spl、Sp2、…、SplO的多聲道系統(tǒng)。假設22個揚聲器Spvl、Spv2、…、 Spv22為待替換揚聲器組，每個揚聲器的原始信號均為S，10個揚聲器Spl、Sp2、…、SplO為 替換揚聲器組。因此本發(fā)明主要利用10個揚聲器替換一個待替換揚聲器，并逐漸將22個 揚聲器Spvl、Spv2、…、Spv22用Spl、Sp2、…、SplO替換。替換揚聲器組和待替換揚聲器 組均位于同一球面上，球面半徑為2米，球面的球心位置為聽音點。
[0034] 具體實施時，本發(fā)明方法可采用計算機軟件技術實現(xiàn)自動運行流程。實施例采用 10個揚聲器替換一個待替換揚聲器的方法逐漸實現(xiàn)22. 2多聲道系統(tǒng)的精簡過程，參見圖 1，實施例所提供流程包含以下步驟：
[0035] 步驟1，設m個揚聲器Spvl、Spv2、…、Spvm位于同一個球面上，揚聲器Spvl、 Spv2、…、Spvm的原始信號均為S，揚聲器Spvl、Spv2、…、Spvm為待替換揚聲器組；n個揚 聲器Spl、Sp2、…、Spn為替換揚聲器組（n〈m)，用于精簡待替換揚聲器組Spvl、Spv2、…、 Spvm，揚聲器Spl、Sp2、…、Spn可以與揚聲器Spvl、Spv2、…、Spvm中部分揚聲器所在位 置相同，也可以完全不相同。獲得n個揚聲器Spl、Sp2、…、Spn替換一個待替換揚聲器 Spvh(h= 1，2,…，m)所分配得到的信號，替換揚聲器組和待替換揚聲器組均位于同一球 面上，球面的球心位置為聽音點。具體實施時，本領域技術人員可自行根據(jù)具體情況確定的 n、m取值，實現(xiàn)方式相同。
[0036] 實施例獲得10個揚聲器Spl、Sp2、…、SplO替換單個待替換揚聲器所分配得到的 信號。包括以下子步驟，
[0037] 步驟101，獲得22個待替換的揚聲器Spvl、Spv2、…、Spv22分別的位置信息，10 個替換揚聲器Spl、Sp2、…、SplO分別的位置信息；
[0038] 設以聽音點為坐標原點0建立三維直角坐標系XYZ，本發(fā)明采用極坐標形式，如點 A的坐標（PA，0A，h)中，PA表示點A與坐標原點之間的距離，0A表示點A與原點0之 間連線在X0Y平面的射影與X軸之間的夾角，仏表示點A與原點0之間連線與X0Y平面之 間的夾角。假設單個待替換揚聲器Spvh(h= 1，2,…，22)坐標為（P，0vh，9V)，10個替 換揚聲器Spl、Sp2、…、SplO的坐標分別為（P，0 ^奶）、（P，0 2，供2 )、（P，0 3，妁）、 (P，0 4，灼）、（P，0 5，約）、（P，0 6, ％ )、（P，0 7，灼）、（P，0 8, ％ )、（P，0 9，灼）、 (P，0 10，供 10 ) 〇
[0039] 假設本實施例中，空心點表示聽音點的位置，實心點表示揚聲器所在位 置。替換揚聲器Spl、Sp2、…、SplO分別位于球0表面的點，參見圖3,揚聲器主要 分布于高角度￡16￥&丨1〇11 = 45°、0°、-30°處，坐標分別為你1(2,0°，90°)、 Sp2(2,0。，45。）、Sp3(2,90。，45。）、Sp4(2，180。，45。）、Sp5(2,0。，0。）、 Sp6(2,60° ,0° )、Sp7(2，120° ,0° )、Sp8(2，180° ,0° )、Sp9(2,270 ° ,0° )、 Spl0(2,90°，-30° )，待替換揚聲器組Spvl、Spv2、…、Spv22分別位于球0表面的點， 參見圖 2,坐標分別為：Spvl(2,0°，90° )、Spv2(2,0°，45° )、Spv3(2,45°，45° )、 Spv4(2,90°，45° )、Spv5(2，135。，45° )、Spv6(2，180。，45° )、Spv7(2,225。，45° )、 Spv8(2,270。，45° )、Spv9(2,315。，45° )、Spvl0(2,0° ,0° )、Spvll(2,30。，0° )、 Spvl2(2,60。，0。）、Spvl3(2,90。，0。）、Spvl4(2，120。，0。）、Spvl5(2，150。，0。）、 Spvl6(2, 180 。，0 。）、Spvl7 (2,225 。，0 。）、Spvl8 (2,270 。，0 。）、 Spvl9(2,315 。，0 。）、Spv20(2,45 。，-30 。）、Spv21(2,90 。，-30 。）、 Spv22(2, 135° ,-30° )〇
[0040] 步驟102,計算確定10個替換揚聲器Spl、Sp2、…、SplO的初始分配系數(shù)。
[0041] 按照單個待替換的揚聲器Spvh(h= 1，2，…，m)