[发明专利]一种多通道信号的相干声与环境声提取方法及系统

说明书

本发明公开了一种多通道信号的相干声与环境声提取方法及系统，所述方法包括：计算N个通道信号相干声的权重表达式，根据权重表达式估计相干声，由此计算各个通道的相干声；其中，每个通道的环境声能量相同；根据各个通道的相干声计算各个通道的环境声；将N个通道相干声与N个通道环境声进行逆傅里叶变换，得到时域表示的相干声与环境声。本发明的方法探究出在各通道环境声能量相同条件下的，针对任意通道数信号估计相干声的权重表达式，利用各个通道的信号能量以及通道间相关值，求出权重表达式中的各个未知参数，实现多通道信号的相干声与环境声提取，提取精度高。

技术领域

本发明涉及空间声重放领域，特别涉及一种多通道信号的相干声与环境声提取方法及系统。

背景技术

空间声重放技术在娱乐媒体中得到了广泛应用，比如电影院、家庭影院以及便携式电子设备在播放影片时，通过耳机或扬声器重放出具有一定声像宽度和沉浸感良好的空间声，可以为消费者带来更好的视听体验。近年来，空间声重放在尖端的科学研究和实用工程领域也逐渐显露出重要的应用前景，比如虚拟现实、航空、航天等领域。

空间声主要包含两种性质不同的成分，其一是具有方向性的声成分，称为相干声；其二是具有扩散性、无法辨别方向的声成分，称为环境声。为了实现更好的声重放效果，需要对空间声进行相干声与环境声提取(Primary-Ambient Extraction,PAE)并进行不同的处理。比如，音频编解码系统中，将PAE作为音频编码或解码的前端，可以实现有效且沉浸感较好的空间声重放。

针对两通道信号的PAE方法发展较为成熟，应用较为广泛的是主成分分析法和最小二乘法。针对多通道信号，可以使用成对相关法进行PAE。但是成对相关法提取成分准确度不高。因此将适用于立体声的PAE方法拓展至多通道信号具有重要意义。主成分分析法在相干声占主要能量的前提下，通过计算输入信号的协方差矩阵的特征值，对立体声信号进行PAE。该方法也可对多通道信号进行成分提取，但是当通道数较多时，计算复杂度增大，而且主成分分析法仅在相干声占主要能量时提取效果较好。最小二乘法在各个通道环境声能量相等的前提下，通过计算估计相干声的权重，实现对立体声信号的PAE。但是，直接将最小二乘法应用于多通道信号时，估计权重不易求解。环境声成分在空间声中主要起烘托气氛的作用，为了达到更好的环绕感，环境声在各个通道能量分布差异较小。因此，在各个通道环境声能量相等的前提下，对多通道信号进行相干声与环境声提取有着重要意义。

发明内容

本发明的目的在于克服上述技术缺陷，在环境声在各个通道能量相等的前提下，通过计算通道数较少时使用最小二乘法估计相干声的权重，根据权重随通道数变化的规律性，得出针对任意通道数的多通道信号进行相干声估计时的权重表达式。

为实现上述目的，本发明提出了一种多通道信号的相干声与环境声提取方法，所述方法包括：

计算N个通道信号相干声的权重表达式，根据权重表达式估计相干声，由此计算各个通道的相干声；其中，每个通道的环境声能量相同；

根据各个通道的相干声计算各个通道的环境声；

将N个通道相干声与N个通道环境声进行逆傅里叶变换，得到时域表示的相干声与环境声。

作为上述方法的一种改进，所述计算N个通道信号相干声的权重表达式，根据权重表达式估计相干声，由此计算各个通道的相干声；其中，每个通道的环境声能量相同；具体包括：

将时域多通道信号进行傅里叶变换，第n个通道输入信号X_n表示为：

X_n＝β_nS+A_n

其中，S表示相干声的频谱，β_n表示第n个通道的相干声与第一个通道的相干声存在的幅度差异因子，1≤n≤N，β₁＝1，A_n表示第n个通道的环境声的频谱；