[发明专利]用于从音频信号中产生环境信号的设备和方法，用于从音频信号中导出多声道音频信号的设备和方法以及计算机程序

说明书

技术领域

本发明总的涉及用于从音频信号中产生环境信号的设备和方法，涉及从音频信号中导出多声道音频信号的设备和方法，以及涉及计算机程序。具体地，本发明涉及用于根据音频信号来计算环境信号的方法和概念，以对单声道音频信号进行上混(upmix)从而在多声道系统上回放。 

背景技术

下面将讨论本发明的根本动机。目前，在用户家庭环境中，多声道音频素材也越来越普及。其主要的原因是DVD介质上的电影通常提供5.1多声道声音。由于这个原因，即使家庭用户也常常安装能够重现多声道音频信号的音频回放系统。 

例如，一种对应的设置可以由以下组成：三个布置在前方的扬声器(示例性地标记为L、C和R)、两个布置在收听者的后方或对着收听者背后的扬声器(标记为L_S和R_S)，以及一个低频音效声道(也被称为LFE)。布置在前方的三个扬声器(L、C、R)以下也被称为前置扬声器。布置在后方并在收听者背后的扬声器(L_S、R_S)以下也称之为后置扬声器。 

此外，应该注意到，为了方便起见，以下的细节和解释是针对5.1系统。当然，只要对以下的细节做很小的修改，也可以应用到其它多声道系统中。 

与双声道立体声重现相比，多声道系统(如5.1多声道音频系统)提供了几个公知的优势。以如下优势为例： 

-优势1：即使在或不在最优(中心)收听位置，都能改进前置图像的稳定性。通过中心声道扩大了“甜点(sweet spot)”。术语“甜点”指的是(收听者)可以感知到最优声音印象的收听位置区域。 

-优势2：建立对音乐厅印象或体验的更佳近似。通过后方声道扬声器或后置声道扬声器，获得对“包围”和空间感的增强体验。 

然而，仍存在大量遗留的仅由两个(“立体声”)音频声道组成的音频内容(如在致密光盘上)。甚至还有CD和/或DVD上的非常老的录音、老的电影和电视连续剧出售，这些CD和/或DVD仅提供单声道质量和/或仅通过一个声道的“单声道”音频信号的方式来提供。 

因此，对于通过5.1多声道设置来对单声道的遗留音频素材进行回放，存在以下选项： 

-选项1：通过中心声道或通过中心扬声器来重现或回放单声道，以获得真实的单声道源。 

-选项2：在L和R扬声器上(即在左前置扬声器和右前置扬声器上)重现或回放单声道信号。这种方法产生的仿真单声道源具有比真实的单声道源更广的感知的源宽度，然而在收听者没有坐在甜点时，具有朝向最接近收听者的扬声器的趋向。 

如果只有双声道回放系统可用，也可使用这种方法，并且该方法不使用扩展的扬声器设置(如使用具有5或者6个扬声器的扬声器设置)。C扬声器或中心扬声器，L_S扬声器或左后置扬声器，R_S扬声器或右后置扬声器以及LFE扬声器或低频音效声道扬声器保持不使用。 

-选项3：可以采用一种方法，使用5.1扬声器的所有扬声器(即5.1多声道系统中使用的所有6个扬声器)将单声道信号的声道转换为多声道信号。按照这种方式，多声道信号受益于先前讨论的多声道设置的优势。这种方法实时使用或“动态”使用或通过预处理的方式使用，并被称为上混处理或“上混”。 

对于音频质量或声音质量，选项3提供了超过选项1和选项2的优势。然而，尤其对于产生用于馈送至后置扬声器的信号，所需要的信号处理并不明显。 

在文献中，针对上混方法或上混处理描述了两种不同的概念。这些概念是“直射/环境(Direct/Ambient)概念”和“在乐队中(In-the-band)概念”。以下将对所提到的这两个概念进行描述。 

直射/环境概念 

“直射声源”是通过3个前置声道来重现或回放的，使得在与原始的双声道版本相同的位置对其进行感知。此处使用术语“直射声源”来描述完全并直接来自一个分立声源(例如乐器)的声音，其仅展现很小另外的声音或不展现任何另外的声音，例如由于墙壁的反射而产生的声音。 

在此场景中，馈送至后置扬声器的声音或噪声应当仅由似环境声音或似环境噪声(在原始的录音中可能出现或也可能未出现)组成。似环境声音或似环境噪声不与单个声源或噪声源相关联，而对录音的声学环境(室内声学)的重现或回放或收听者的所谓的“包围感”做出贡献。似环境声音或似环境噪声还是现场表演中来自观众的声音或噪声(如掌声)，或出于艺术目而添加的环境声音或环境噪声(如录音噪声、鸟鸣、蟋蟀的鸣叫声)。