[发明专利]一种针对移动终端设备并基于声源内容的全息音频方法和装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种能够重构全息音频信号的技术，尤其涉及能够适合提升移动终端设备音频播放效果的技术。

根据本发明实例，全息音频技术提供了一种依据声源音频流信号建立多重辅助流的系统，声源音频流通过这些由辅助流构建的多种信号处理系统的处理，即可重构声源音频流的全息音频信号，并取得声源音频流信号所不能达到的优质播放效果。全息音频技术的工作原理基于以下三项技术：

●音场扩展：人的听觉系统对声源位置的判断具有频率依赖性：1)根据相对振幅的强弱来确定高频信号(一般高于1000赫兹)的声源位置；2)根据时间差来确定低频信号(一般低于1000赫兹)的声源位置。低频扩展和高频扩展的截止频率、以及对高频部分的幅频增益和对低频部分的延时时长，应依据不同声源信号的频谱分布，进行调整，以达到最优音场扩展效果。

●环境再现：声源信号通过音响环境到达人耳的过程其实就是对声源信号的滤波过程，再现不同的音响环境可以通过设计不同的滤波系统来实现。环境滤波系统的设计不仅要考虑环境的具体情况，同时也要考虑声源信号本身对滤波系统功效的影响。

●频谱补偿：一般说来，音频信号的低频部分决定该音频音色的柔和度，而高频部分则决定该音频音色的明亮度。针对声源信号的频谱特性进行频谱补偿可以显著改变听觉效果。

本发明全息音频技术是将声源音频信号经过分析处理后，生成音场扩展辅助流、环境再现辅助流、和频谱补偿辅助流；在播放时，这些辅助流构建音场扩展、环境再现、和频谱补偿系统，声源信号经由上述系统的处理，生成全息音频信号。

背景技术

本发明致力于寻求一种能够依据声源音频信号的内容重构其包括音场扩展、环境再现、和频谱补偿的全息音频信号的技术，旨在为多媒体电子设备，尤其是移动终端设备的用户提供优质的音频播放效果。

传统改善音频听觉效果的方法为，1)均衡器技术，2)音频环绕技术，3)环境再现技术。这三种传统技术都是使用固定的模型参数，不能随着音频内容的变化而加以调整。这样的技术不可能使声源信号的播放达到最优效果。

传统的均衡器技术使用低通滤波器、多个带通滤波器、和高通滤波器把音频频带分成若干子带，赋予各子带一个固定的能量增益并对各子带进行滤波处理，如图1所示。传统均衡器在运行过程中，没有考虑输入音频信号的频谱分布对各子带滤波的影响，即，无论输入音频信号频谱分布如何，都施予固定的子带能量增益。不同音频信号的频谱分布差异是极大的，传统均衡器技术难免增益不该增益的频带。这就是为什么传统均衡器技术有时会对播放效果起到适得其反作用的原因。

传统的音频环绕技术，如图2所示，使用固定截止频率分割高低频带并对高低频带分别应用振幅增益和延时方法来模拟环绕效果。该方法忽略了声源信号本身对环绕效果的影响，没有依据声源内容对振幅增益和延时时长进行调整。因而这种方法不能为声源信号提供准确的环绕模型，无法获得优质的音频环绕或音场扩展效果。

环境再现技术实际上是对某一环境回声现象的再现。自然的回声是声波在传播过程中遇到阻碍被多方向弹回的现象。通过当前声波信号与经过能量衰减的过去声波信号的累加，回声造成了自然的混声效果。从数字信号分析的角度来看，回声现象是音频信号在经过时延和能量衰减后的信号重现。时延是声波传播所需的往返时间，音频信号衰减的幅度取决于声波往返路径的长短、信号的频率及声波传输的介质等因素。

传统的环境再现技术可分为两种：1)测量技术：通过对真实环境的测量获得真实环境的单位冲激响应，如图3所示，声源信号经过与该单位冲激响应的卷积运算，重现环境的回声现象；2)合成技术：使用信号处理技术合成环境的回声现象，如图6所示。

音频信号在环境中的回声由两部分组成：1)早期反射(Early Reflection)：音频信号在传输中遇到媒介阻碍(例如墙壁)先期反射回来的音频信号，其信号特点是方向固定、频率固定，是回声信号中能量最强的部分；2)后期散射(Subsequent Reverberation)：早期反射音频信号的再反射信号，这部分信号具有方向和频率的随机性、叠加性，且能量呈指数衰减。