[发明专利]一种多声道系统中声源方向和距离重建的方法与装置

说明书

技术领域

本发明属于多媒体信号处理领域，尤其涉及音频信号处理方向中声源重建、声场重建、声源空间方位和距离恢复等方向，具体涉及一种多声道系统中声源方向和距离重建的方法与装置。

背景技术

尽管双声道立体声的音质和声场效果大大好于单声道，但它仍然有明显的局限性。双声道立体声系统只能再现人前方一个扇形区域内的声场，并不能让重放的声音给人以包围感。于是，多声道技术也开始发展起来。多声道数字音频系统通过声道数量的扩展，能够恢复多种环境音，给听众带来更好的沉浸感和更高质量的音频享受，远远超越了传统单声道和立体声系统的效果。随着DVD、SACD等存储媒介的发展，多声道音频已由最初的独占电影院逐步进入人们生活的多个领域。

典型的多声道系统有杜比数字AC-3多声道环绕声系统、THX Surround EX系统和22.2多声道立体音响系统。

杜比数字音频压缩标准(AC-3)是提出的国际性标准,它解决了在一条胶片上数字声和模拟声并存的问题。杜比数字AC-3多声道环绕声系统是由六个独立的声道组成。由于这六个独立声道中的前五个独立声道的频响范围都是音频全频带即20Hz～20kHz,而超低音声道频响范围仅有15Hz～150Hz,只占整个频谱的十分之一,因此杜比数字AC-3多声道环绕声系统又称为5.l声道环绕声系统。

THX Surround EX系统严格地制订了电影院相关影音器材与环境的标准，只要符合THX标准且经过认证，就能有相当的水准。这样只要消费者选择具有THX认证的影院，就会有绝佳的影音享受。后来THX被移植到家庭影院，用于认证高品质的视听器材，并针对家庭环境的不同有着独特的要求。但是THX并非Dolby Digital和DTS那样为一种音频格式，而是一种音频后处理模式，目的是获得最佳的视听享受。当6.1声道的Dolby Digital EX和DTS ES出来后，THX将其进一步演化成THX Surround EX系统。为了兼容原双向发声的侧声道和再度加强环绕声效包围感，于是在原侧声道的基础上又增加了两只后声道，这就构成了7.1声道。

22.2多声道立体音响系统是由NHK作为“超高清”影像用音响而开发的。通过上层9声道、中层10声道、下层3声道三层配置的扬声器，以及双声道低频音效（LFE）扬声器，可较为真实地再现向前后左右及上下方向传播的声音。22.2声道的音响技术需要在与听众耳朵水平的位置、高于和低于听众耳朵的位置分别安放10个、9个和3个喇叭，另外配有由36个小低音单元组成的2个低音炮。整个环绕声系统由三层组成，最底层的声场由三个前方声道和两个LFE声道组成。中层声场由四个前方声道、两个侧环绕声道和三个后环绕声道组成。上层声场由三个前方声道、两个侧环绕声道、四个后环绕声道再加上一个上方声道组成。另外，在主声道方面，为了增强效果，还可以选择两个由36个小喇叭组成的喇叭阵列来确保主声道输出的力度感。

5.1环绕声系统、22.2多声道系统能给听众带来很好的包围感，对声音的重建均基于信号本身的处理，在音质保真方面取得了令人满意的效果，但是缺乏对声源的方位的恢复，无法在重建端恢复出声源的位置信息。

发明内容

为了克服现有多声道系统在重建声源方向和距离信息上存在的不足，本发明提供了一种多声道系统中声源方向和距离重建的方法与装置，在多声道系统中能够准确恢复声源方向和距离。

本发明的方法采用的技术方案是：一种多声道系统中声源方向和距离重建的方法与装置，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：根据已知声源的时域信号s(t)，在原始声场中以听音点为原点建立笛卡尔直角坐标系后，计算与声源距离为r的听音点处接收到的声源的粒子速度pv₀和声压p₀；

步骤2：根据步骤1中计算的声源的粒子速度pv₀，选择包括该方向的4个扬声器L₁、L₂、L₃、L₄；

步骤3：由声源信号s(t)和步骤2中的扬声器L₁、L₂、L₃、L₄，将s(t)分别乘以4个权值因子w₁、w₂、w₃、w₄后分配到所选的四个扬声器上；