一种多通路三维空间环绕声的虚拟重放方法技术

本发明专利技术所述的一种多通路三维空间环绕声的虚拟重放方法,它将多通路空间环绕声的信号经过和差运算和虚拟重放信号处理函数处理后，反馈给布置在水平的左前、右前，30º±10º高仰角面的左前上、右前上位置的四个真实扬声器重放，产生三维空间环绕声的听觉效果。本发明专利技术使多通路空间环绕声所需的重放扬声器数量与布置得到简化，适用于电视等不宜布置空间环绕声多个扬声器的场合。

A Virtual Reproduction Method of Multi-channel Three-dimensional Surround Sound

The virtual playback method of multi-channel three-dimensional space surround sound is described in the present invention. The signal of multi-channel space surround sound is processed by sum-difference operation and virtual playback signal processing function, and is fed back to four real loudspeakers arranged in the left front, right front, left front and right front of the horizontal elevation surface to produce the auditory effect of three-dimensional space surround sound. Fruit. The invention simplifies the number and arrangement of reproduced loudspeakers required for multi-channel space surround sound, and is suitable for TV and other occasions where it is not suitable to arrange multiple loudspeakers for space surround sound.

【技术实现步骤摘要】
一种多通路三维空间环绕声的虚拟重放方法
本专利技术涉及电声
，具体是指一种多通路三维空间环绕声的虚拟重放方法。
技术介绍
目前多通路环绕声技术已经由传统的水平面环绕声发展到三维空间环绕声，并应用到电影、家用声视频重放等领域。传统的水平面环绕声是采用水平面扬声器布置的。例如国际电信联盟推荐的家用5.1通路环绕声是采用水平面前方左L、中C、右R，侧后方左环绕LS、右环绕RS共五个全频带扬声器布置，加上可选择的次低频扬声器。三维空间环绕声的重放效果较水平面环绕声有明显的提高，但更为复杂，需要更多的重放扬声器，通常是采用分层布置的形式。例如在家用重放中，最简单的9.1通路空间环绕声包括9个全频带扬声器，加上1个可选择的次低频扬声器。采用包括水平层和上(高)层的两层扬声器布置，其中水平层5个全频带扬声器布置和国际电信联盟推荐的5.1通路环绕声的布置一致；上层的4个全频带扬声器布置在水平层左、右、左环绕和右环绕扬声器的上方。而对于电视等应用，以及由于室内条件的限制，有时并不一定适合布置空间环绕声的多个扬声器。因而可以采用虚拟重放的方法，减少重放扬声器。其基本原理是，将多通路环绕声信号经过头相关传输函数(HRTF)进行信号处理和混合后，变成较少通路信号，再利用较少数量的真实扬声器进行重放，从而得到类似于多通路环绕声的效果,达到简化多通路环绕声的目的。对水平面的5.1通路环绕声重放，国外已发展了采用前方两真实扬声器虚拟重放的专利技术和产品(如SRS、Qsurround,Dolby等)，但普遍存在一定的缺陷，特别是听音区域较窄、重放音色改变等。在国家专利技术专利授权(ZL02134416.7，ZL200610037495.0)中，克服了过去技术听音区域窄、重放音色改变等问题，并对头相关传输函数滤波器进行了简化。该两个专利技术可用于电视机的水平面环绕声重放，并用一对布置在电视机两侧的左、右扬声器，或者一个布置布置在电视上(或下)方且集成左、右通路的条形扬声器系统(称为“声霸”或“SoundBar”)实现。国外也发展了采用前方两真实扬声器虚拟重放空间环绕声的技术。虽然这类技术结构较为简单，但由于两真实扬声器重放本身的物理原理限制，这类技术只能产生前半水平面的声音空间效果，不能产生稳定垂直方向的空间环绕声效果。
技术实现思路
本专利技术是在现有技术的基础上，进一步提供一种多通路三维空间环绕声的虚拟重放方法。该方法采用HRTF(HeadRelatedTransferFunction，头相关传输函数)信号处理，将多通路空间环绕声信号转换为四通路信号，并用布置在左前、右前、左前上、右前上四个扬声器重放。实际中可用一对分别布置在电视机上方和下方的条形扬声器系统(即双声霸系统)，或者一对分别在电视机左、右两侧的竖布置扬声器条形扬声器系统(每系统包含上、下两扬声器)、或者一对分别布置在电视机左、右两侧的扬声器和一个布置在电视机上方的条形扬声器系统实现重放。本专利技术所述的一种多通路三维空间环绕声的虚拟重放方法,包括如下步骤和处理条件：第一步：将四个扬声器分别布置在水平的左前、右前，30°±15°仰角面的左前上、右前上位置。第二步：输入原始的空间环绕声水平层通路的M(偶数)个非前、非后方向通路的信号E1,E2…..EM,以及可能的前方向通路信号EM+1和后方向通路信号EM+2。将M个通路的信号按奇数编号代表左半空间通路、偶数编号代表对称的右半空间通路排序，其中m＝1,2…M；第三步：输入原始的空间环绕声上层通路的m'(偶数)个非前、非后方向通路的信号E'1,E'2…..E'M',以及可能的前方向通路信号E'M'+1和后方向通路信号E'M'+2。将M’个通路的信号按奇数编号代表左半空间通路、偶数编号代表对称的右半空间通路排序，其中m'＝1,2…M'；第四步：在水平层的M个通路信号中，将每个左半空间通路信号与对称的右半空间通路信号进行加减(和差)运算，得到水平层的M/2个和信号(E1+E2),(E3+E4)….(EM-1+EM)，以及水平层的M/2个差信号(E1-E2),(E3-E4)….(EM-1-EM)。第五步：在上层的M'个通路信号中，将每个左半空间通路信号与对称的右半空间通路信号进行加减(和差)运算，得到上层的M'/2个和信号(E'1+E'2),(E'3+E'4)….(E'M'-1+E'M'+1)，以及上层的M'/2个差信号(E'1-E'2),(E'3-E'4)….(E'M'-1-E'M')。第六步：将水平层的M/2个和信号分别用M/2个虚拟重放信号处理函数Σ1,2，Σ3,4…ΣM-1,M进行滤波后求和，再加上可能的水平层前、后方向通路信号EM+1,EM+2，得到水平层的总和信号ESUM＝Σ1,2(E1+E2)+Σ3,4(E3+E4)….+ΣM-1,M(EM+EM+1)+EM+1+EM+2。第七步：将水平层的M/2个差信号分别用M/2个虚拟重放信号处理函数Δ1,2，Δ3,4…ΔM-1,M进行滤波后求和，得到水平层的总差信号EDIF＝Δ1,2(E1-E2)+Δ3,4(E3-E4)….+ΔM-1,M(EM-1-EM))。第八步：将上层的M'/2个和信号分别用M'/2个虚拟重放信号处理函数Σ'1,2，Σ'3,4…Σ'M'-1,M'进行滤波后求和，再加上可能的上层前、后方向通路信号E'M'+1,E'M'+2，得到上层的总和信号E'SUM＝Σ'1,2(E'1+E'2)+Σ'3,4(E'3+E'4)….+Σ'M'-1,M'(E'M'+E'M'+1)+E'M'+1+E'M'+2。第九步：将上层的M'/2个差信号分别用M'/2个虚拟重放信号处理函数Δ'1,2，Δ'3,4…Δ'M-1,M进行滤波处理后求和，得到上层的总差信号E'DIF＝Δ'1,2(E'1-E'2)+Δ'3,4(E'3-E'4)….+Δ'M'-1,M'(E'M'-E'M'+1)。第十步：对水平层的总和信号ESUM、总差信号EDIF进行加和差运算，并衰减分别得到水平面左前、右前真实扬声器的重放信号，并将信号馈给相应的真实扬声器重放；第十一步：对上层的总和信号E'SUM、总差信号E'DIF进行和差运算，并衰减分别得到左前上、右前上真实扬声器的重放信号，并将信号馈给相应的真实扬声器重放。进一步的，第十步中：对水平层的总和信号ESUM、总差信号EDIF进行加和差运算，并衰减-3dB即乘以0.7后，分别得到水平面左前、右前真实扬声器的重放信号EL1＝0.7(ESUM+EDIF)、ER1＝0.7(ESUM-EDIF)，并将信号馈给相应的真实扬声器重放。进一步的，第十一步中：对上层的总和信号E'SUM、总差信号E'DIF进行和差运算，并衰减-3dB即乘以0.7后，分别得到左前上、右前上真实扬声器的重放信号EL2＝0.7(E'SUM+E'DIF)、ER2＝0.7(E'SUM–E'DIF)，并将信号馈给相应的真实扬声器重放。进一步的，第六步中用M/2个虚拟重放信号处理函数Σ1,2，Σ3,4…ΣM-1,M进行滤波，以及第七步中用M/2个虚拟重放信号处理函数Δ1,2，Δ3,4…ΔM-1,M进行滤波，就是根据以下公式得到的虚拟重放信号处理函数进行滤波：Σm,m+1＝0.707[A1(θm,ω)+A1(θm+1,本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种多通路三维空间环绕声的虚拟重放方法，其特征是，包括如下步骤：第一步：将四个扬声器分别布置在水平的左前、右前，30°±15°仰角面的左前上、右前上位置；第二步：输入原始的空间环绕声水平层通路的m个非前、非后方向通路的信号E1,E2…..EM,以及可能的前方向通路信号EM+1和后方向通路信号EM+2，M为偶数；将M个通路的信号按奇数编号代表左半空间通路、偶数编号代表对称的右半空间通路排序，其中m＝1,2…M；第三步：输入原始的空间环绕声上层通路的m'个非前、非后方向通路的信号E'1,E'2…..E'M',以及可能的前方向通路信号E'M'+1和后方向通路信号E'M'+2，m'为偶数；将M'个通路的信号按奇数编号代表左半空间通路、偶数编号代表对称的右半空间通路排序，其中m'＝1,2…M'；第四步：在水平层的M个通路信号中，将每个左半空间通路信号与对称的右半空间通路信号进行和差运算，得到水平层的M/2个和信号(E1+E2),(E3+E4)….(EM‑1+EM)，以及水平层的M/2个差信号(E1‑E2),(E3‑E4)….(EM‑1‑EM)；第五步：在上层的M'个通路信号中，将每个左半空间通路信号与对称的右半空间通路信号进行和差运算，得到上层的M'/2个和信号E'1+E'2),(E'3+E'4)….(E'M'‑1+E'M'+1)，以及上层的M'/2个差信号(E'1‑E'2),(E'3‑E'4)….(E'M'‑1‑E'M')；第六步：将水平层的M/2个和信号分别用M/2个虚拟重放信号处理函数Σ1,2，Σ3,4…ΣM‑1,M进行滤波后求和，再加上可能的水平层前、后方向通路信号EM+1,EM+2，得到水平层的总和信号ESUM＝Σ1,2(E1+E2)+Σ3,4(E3+E4)….+ΣM‑1,M(EM+EM+1)+EM+1+EM+2；第七步：将水平层的M/2个差信号分别用M/2个虚拟重放信号处理函数Δ1,2，Δ3,4…ΔM‑1,M进行滤波后求和，得到水平层的总差信号EDIF＝Δ1,2(E1‑E2)+Δ3,4(E3‑E4)….+ΔM‑1,M(EM‑1‑EM)；第八步：将上层的M'/2个和信号分别用M'/2个虚拟重放信号处理函数Σ'1,2，Σ'3,4…Σ'M’‑1,M'进行滤波后求和，再加上可能的上层前、后方向通路信号EM'+1,EM'+2，得到上层的总和信号E'SUM＝Σ'1,2(E'1+E'2)+Σ'3,4(E'3+E'4)….+Σ'M'‑1,M'(E'M'+E'M'+1)+E'M'+1+E'M'+2；第九步：将上层的M'/2个差信号分别用M'/2个虚拟重放信号处理函数Δ'1,2，Δ'3,4…Δ'M'1,M'进行滤波处理后求和，得到上层的总差信号E'DIF＝Δ'1,2(E'1‑E'2)+Δ'3,4(E'3‑E'4)….+Δ'M'‑1,M'(E'M'‑E'M'+1)；第十步：对水平层的总和信号ESUM、总差信号EDIF进行加和差运算，并衰减分别得到水平面左前、右前真实扬声器的重放信号，并将信号馈给相应的真实扬声器重放；第十一步：对上层的总和信号E'SUM、总差信号E'DIF进行和差运算，并衰减分别得到左前上、右前上真实扬声器的重放信号，并将信号馈给相应的真实扬声器重放。...

【技术特征摘要】
1.一种多通路三维空间环绕声的虚拟重放方法，其特征是，包括如下步骤：第一步：将四个扬声器分别布置在水平的左前、右前，30°±15°仰角面的左前上、右前上位置；第二步：输入原始的空间环绕声水平层通路的m个非前、非后方向通路的信号E1,E2…..EM,以及可能的前方向通路信号EM+1和后方向通路信号EM+2，M为偶数；将M个通路的信号按奇数编号代表左半空间通路、偶数编号代表对称的右半空间通路排序，其中m＝1,2…M；第三步：输入原始的空间环绕声上层通路的m'个非前、非后方向通路的信号E'1,E'2…..E'M',以及可能的前方向通路信号E'M'+1和后方向通路信号E'M'+2，m'为偶数；将M'个通路的信号按奇数编号代表左半空间通路、偶数编号代表对称的右半空间通路排序，其中m'＝1,2…M'；第四步：在水平层的M个通路信号中，将每个左半空间通路信号与对称的右半空间通路信号进行和差运算，得到水平层的M/2个和信号(E1+E2),(E3+E4)….(EM-1+EM)，以及水平层的M/2个差信号(E1-E2),(E3-E4)….(EM-1-EM)；第五步：在上层的M'个通路信号中，将每个左半空间通路信号与对称的右半空间通路信号进行和差运算，得到上层的M'/2个和信号E'1+E'2),(E'3+E'4)….(E'M'-1+E'M'+1)，以及上层的M'/2个差信号(E'1-E'2),(E'3-E'4)….(E'M'-1-E'M')；第六步：将水平层的M/2个和信号分别用M/2个虚拟重放信号处理函数Σ1,2，Σ3,4…ΣM-1,M进行滤波后求和，再加上可能的水平层前、后方向通路信号EM+1,EM+2，得到水平层的总和信号ESUM＝Σ1,2(E1+E2)+Σ3,4(E3+E4)….+ΣM-1,M(EM+EM+1)+EM+1+EM+2；第七步：将水平层的M/2个差信号分别用M/2个虚拟重放信号处理函数Δ1,2，Δ3,4…ΔM-1,M进行滤波后求和，得到水平层的总差信号EDIF＝Δ1,2(E1-E2)+Δ3,4(E3-E4)….+ΔM-1,M(EM-1-EM)；第八步：将上层的M'/2个和信号分别用M'/2个虚拟重放信号处理函数Σ'1,2，Σ'3,4…Σ'M’-1,M'进行滤波后求和，再加上可能的上层前、后方向通路信号EM'+1,EM'+2，得到上层的总和信号E'SUM＝Σ'1,2(E'1+E'2)+Σ'3,4(E'3+E'4)….+Σ'M'-1,M'(E'M'+E'M'+1)+E'M'+1+E'M'+2；第九步：将上层的M'/2个差信号分别用M'/2个虚拟重放信号处理函数Δ'1,2，Δ'3,4…Δ'M'1,M'进行滤波处理后求和，得到上层的总差信号E'DIF＝Δ'1,2(E'1-E'2)+Δ'3,4(E'3-E'4)….+Δ'M...

【专利技术属性】
技术研发人员：谢菠荪，张承云，刘路路，
申请(专利权)人：华南理工大学，广州大学，
类型：发明
国别省市：广东,44