[发明专利]针对双声道音频信号的三维环绕音效技术

说明书

技术领域

本发明涉及一种能够将双声道音频声源扩展为三维环绕音效的方法和设备，尤其涉及能够增强手持设备音效的方法和设备。

根据本发明实例，三维环绕音效技术提供了一种多声道音频再建系统，只需将同一声源信号输送到多个声道中，经过滤波系统，并对一些可调参数进行调整，就能够改变这些重建虚拟声源的听觉位置。三维环绕音效技术的正常工作基于以下三项发现：

●振幅环绕：人的听觉系统根据相对振幅的强弱来确定低频音信号(低于1000赫兹)的声源位置；

●延迟环绕：人的听觉系统根据时间差来确定高频音信号(高于1000赫兹)的声源位置；

●领先特效：人的听觉系统对先传入的声波方向十分敏感，受此影响，同一时刻由后续声源发出的声音就被掩蔽或忽略。

本发明三维环绕技术是将音频信号经过滤波处理分为高、低两个频带，并对低频信号和高频信号分别采用振幅环绕和延迟环绕技术。在双声道音响扬声系统中，从一个扬声器里发出的声音必定混有另一个扬声器发出的声音。本发明三维环绕音效技术通过将在一个声道的音频信号与另一声道的高频信号进行混合的方法来模拟这种交叉音效。这里需说明的是，本方法在信号混音过程中，不包括低频信号，因为低频信号能量巨大，会被领先效应所掩蔽。

原则上讲，本发明方法和设备所提供三维环绕音效引擎可用于多种不同类型的电子设备，如手机，PDA，MP3/MP4播放器，LCD和数字电视等。

背景技术

本发明致力于寻求扩展和增强双声道音响扬声系统的音效，意在解决双声道音响扬声系统声音不够饱满，和手持设备固有的窄带频响限制及相关的问题。

传统的三维环绕音效法，如图1所示，不区分高低频带地应用振幅环绕和延迟环绕，此外，该方法也没有考虑到领先效应和交叉效应。故这种方法不能为真实的双声道音响扬声系统提供准确的模型，无法模拟优质的三维环绕音效。

根据上述方法，传统的三维环绕技术假设听者位于图2所示的中心位置，由于振幅环绕，他会首先确定左右两侧的音频增益，随后，由于延迟环绕，三维环绕技术会预测左右两侧声道的延迟情况。这种方法对所有频带的音频信号同时采用振幅环绕和延迟环绕，而没有区分考虑对哪种信号要用哪种方法。

更具体地说，如图1所示，传统三维环绕技术100包括一个左音频增益估算器110，一个右音频增益估算器120，一个左音频延迟估算器130，一个右音频延迟估算器140.所有上述4种估算器的计算都基于方向参数“theta”，即方位。

若一种三维环绕音效方法或设备是实用的，它应该具备：(1)简单：因为该方法要用于消费电子设备上，如手机、PDA等；(2)准确：因为该方法必须要逼真地再建真实的声音环境。目前尚无这样可用的三维环绕音效方法和设备。

发明内容

本发明的第一目标是提供一种能再建三维环绕音效系统的三维环绕音效方法和设备。

本发明的第二目标是提供一种适用于任何消费电子设备，如手机、PDA等，并且能有效重建三维环绕音效的方法和设备。

本发明的第三目标是在不需要大量系统资源的条件下，包括CPU和存储器，能够提供一种准确的三维环绕音效环境的方法和设备。

根据本发明实例原则，通过提供三维环绕引擎，以其最宽的涵盖形式，基于听者相对两个扬声器的位置，来确定左右声道的振幅增益和时间延迟，以实现上述目标。

本发明实例将传入的音频信号运用滤波技术，分为宽带(低频)和窄带(高频)两种频带。延迟环绕应用于高频频带的音频信号。对低频频带，本发明三维环绕技术先将一个声道的输入音频信号和另一声道经高通滤波的音频信号相混合，随后，将混合信号输入低通滤波器，输出结果再经过增益处理。最后，将振幅环绕输出和延迟环绕输出进行混合并经过增益处理后的信号输出到相应的扬声器中。

本发明三维环绕音效技术能高度准确地模拟三维环绕环境是因为，本方法在建立人体听觉系统主观感知的模型时，考虑到了以下三个因素：(1)人体听觉系统通过振幅变化来辨别低频声源的听觉位置；(2)人体听觉系统通过延迟和相位变化来辨别高频声源的听觉位置；(3)人的听觉系统对先输入声波的方向十分敏感，受此影响，后续声源就可能被忽略。

由于本发明应用PCM音频信号，故可对任何音频和语音编解码标准进行信号地后处理，以提供三维环绕音效。

附图说明

图1传统三维环绕音效法的方法示意图；

图2真实的双声道音响环境；

图3根据本发明原理建立的三维环绕音效结构示意图；