[发明专利]在变换域中用于有效的双耳声音空间化的方法和装置

说明书

技术领域

本发明涉及对压缩音频信号的空间化，通常称为3D-渲染声音。 

背景技术

上述的操作例如是在对一个压缩的3D音频信号的解压缩中进行的，例如，将以一定数量的声道表示的该信号，解压缩为由不同数量的声道，例如2个声道，来表示，从而允许在一对耳机上重构3D音频效果。 

因此，术语“双耳的”用于在一对立体声的耳机上重构一个音频信号且仍具有空间化效果。本发明并不限于前述的技术，而且本发明显著地适用于从“双耳的”技术衍生的技术，例如称为 的重构技术，换言之，在远程的扬声器上重构音频信号的技术。是COOPER BAUCK CORPORATION公司的商业上的商标。这样的技术可以接着采用一种包括消除交叉声道在内的“串扰消除”技术，以使得经过该方式处理并由扬声器发出的声音，仅能由听众的两耳的其中一只耳朵听到。 

因此，本发明还涉及对多声道音频信号的传输和重构，还涉及将该多声道音频信号转化到用户的设备所加的重构装置即变换器上。例如，其可以是通过一对音频耳机或一对喇叭重构5.1声道声音的场景。 

本发明还涉及，例如在一个游戏或视频录像的场景下，为了声音的空间化，对存储在文件中的一个或多个声音采样进行重构。 

在双耳声音空间化的领域中的已知技术中，已经提出了多种不同的方法。 

特别地，参照图1a，双声道双耳合成包括，通过对应于适当方 向的频域中的左HRTF-1和右HRTF-r声学传递函数，基于重构从多个声源S_i中滤出希望定位于空间某一位置的信号，该适当方向由极坐标定义。上述的传递函数HRTF，即“头部相关传递函数”的缩写，是空间中各位置与耳道之间的听众的头部的声学传递函数。此外，它们的时域图形为HRIR，即“头部相关冲击响应”的缩写。这些函数也可以包括空间残响(room effect)。 

对于每个声源S_i，获取左侧和右侧两个信号，并叠加到来自其他声源的空间化的左信号和右信号上，并最终生成发送至听众的左耳和右耳的信号L和R。 

静态双耳合成需要滤波器或者传递函数的数量为2.N，而动态双耳合成需要滤波器或者传递函数的数量为4.N，其中，N表示需要进行空间化的声源或音频流的数量。 

公布于J.Acoust.Soc.Am.91(3)：pp.1637-1647(1992)，由D.Kistler和F.L.Wightman发表的题为“A model of head-related transfer functionsbased on principal components analysis and minimum-phase reconstruction(一种基于主要成分分析和最小相位重构的头部相关传递函数模型)”的论文，以及由A.Kulkami于1995发表的IEEE目录号为95TH8144的“IEEE ASSP Workshop on Applications of Signal Processingto Audio and Acoustics(音频和声学信号处理的应用的IEEE ASSP讨论会)”的论文证实，HRTF的相位可以分解为两项的和，一项对应于两耳间的延迟，另一项等于与HRTF的模相关的最小相位。 

因此，HRTF传递函数可以表示为如下形式： 

对应于两耳间的延迟； 

为与滤波器H的模相关的最小相位。 

通常地，双耳滤波器是通过两个最小相位滤波器和一个纯延迟的形式实现的，该纯延迟是与作用于与声源距离最远的一个耳朵的左延迟和右延迟的差值相对应的。该延迟通常是通过延迟线实现的。

最小相位滤波器是一个有限冲击响应滤波器并且可以应用于时域或频域。可以探求无限冲击响应滤波器以接近最小相位HRTF滤波器的模值。 

考虑到双耳立体声(binauralization)，参考图1b，情形是非限制性地以5.1模式空间化的声音场景，其目的是在一个人HB的音频耳机上重构后者(5.1的音频信号)。 

5个扬声器，C：中间，Lf：左前，Rf：右前，Sl：环绕左，Sr：环绕右，每个扬声器均生成一个声音由人HB的两个接收器即他的双耳接听。声信号所经历的变化由一个滤波函数模拟，其表示了在重构该声信号的扬声器和一个给定的耳朵之间的传播过程中该声音所经历的变化。 

特别地，从扬声器Lf发出的声音通过一个HRTF滤波器A作用于左耳LE，但是该同样的声音到达右耳RE时被一个HRTF滤波器B改变。