一种立体声音效增强系统技术方案

本发明专利技术涉及一种立体声音效增强系统，该系统包括：信号分离模块，对白增强模块，解相关处理模块，信号合成模块，环境音效模块，虚拟低音增强模块和动态范围控制模块；该系统用于将接收到的立体声信号进行预处理后输出给播放设备以获得期望的音效。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及声信号处理
，特别涉及一种立体声音效增强系统。
技术介绍
目前，多通道环绕声系统已经得到广泛的应用，例如杜比和DTS的5.1/7.1格式和NHK的22.2格式等。但是，在笔记本电脑、智能电视、PAD、无线音箱和手机等这些终端设备中，两通道立体声格式的系统依然被广泛的使用，并且还会长期存在。上述这些电子产品的播放设备一般是小尺寸扬声器。但是，这样的小尺寸扬声器存在很多缺陷，例如小型扬声器由于受到单元尺寸等物理条件的限制，无法有效的重放低频信号；很多扬声器的高频损失也比较严重。总之，这类扬声器的频响特性不佳，非线性失真比较严重。在很多的实际应用中，两只扬声器之间的距离很近，这使得立体声的声场变窄，听众无法体验到真实震撼的环绕声效果。另外，这样场合中用户往往抱怨对白不够清晰的问题，用户期望能听到改善的声音。为了解决上述问题，出现了很多种音效处理技术。HRTF是一种被广泛讨论的用来制造虚拟环绕声的技术，在耳机或扬声器的预处理中都有相应的处理方法。但是，HRTF是高度个性化的，每个人都有一套自己的HRTF数据，而且不同人的HRTF存在很大的差异性。另一方面，HRTF处理会使得音色变化以及声音不自然。这些缺陷使得HRTF的实际应用受到很大的限制。另外一种是所谓的立体声增强技术，例如SRS、Dolby和WAVES等都有相应的商业解决方案。这些技术在电子产品领域都取得了一定的成功，但是由于不同的人对声音的感知具有很强的主观性，对这些技术的评价也很难有一个明确的结论。本专利技术专利从解决上述存在问题出发，给出一种适合消费电子领域应用的音效增强方法。本专利给出一种利用解相关技术扩展声场宽度的方法。解相关技术是一种经典的声像展宽方法，它将相关性很强的信号分解为具有低相关性的信号进行重放，以降低双耳听觉互相关系数(Inter-AuralCrossCorrelation,IACC)，从而获得展宽的声像，有助于改善一般的音频设备播放中声场过窄的问题。该方法的物理依据是：一个宽阔的声源可以分解为若干个空间分离的点源，若这组点源具有高相关性，听者只能感知到位于这组点源重心的一个狭窄声像；若这组点源具有低相关性，听者可以感受到与原来的宽阔声源接近的宽阔声像。解相关方法并不是创造物理上正确的声像，而是运用心理声学作用来获取一个扩散的、宽阔的声像。因此，该方法极大地降低了计算复杂度，具有很强的实际应用价值。如前所述的小型扬声器受到单元尺寸等物理条件的限制，无法有效地重放低频信号。传统上采用均衡器或分频器的方法会带来系统耗能增加，效率降低，不便于携带等诸多问题。因此，利用心理声学基频缺失(MissingFundmental)原理的虚拟低音(virtualbass)增强技术可以有效增强小型扬声器低音重放品质。现有的虚拟低音增强技术主要通过不同的谐波产生单元产生低频信号的谐波成分，主要分为时域算法和频域算法两大类。时域谐波产生单元包括：半波全波整流器和无限反馈乘法器等。由于非线性作用的存在，使这些技术在产生谐波的同时，也会产生严重的互调失真，影响重放音频的音质。频域谐波产生单元大多利用相位声码器产生谐波，这种方法虽然可以降低非线性失真，但受限于时频分辨率，会产生瞬态模糊和混响效应等失真。这些缺陷在一定程度上制约了虚拟低音增强技术的推广和应用。
技术实现思路
本专利技术的目的在于，为解决在现有的技术中，实际呈现的声场比较窄，使得环绕声效果不佳，对白信号淹没在环境声中导致对白不够清晰，低音重放效果不佳和扬声器动态范围小的问题，本专利技术提供了一种立体声音效增强系统。本专利技术提供了一种立体声音效增强系统，包括：信号分离模块，对白增强模块，解相关处理模块，信号合成模块，环境音效模块，虚拟低音增强模块和动态范围控制模块；该系统用于将接收到的立体声信号进行预处理后输出给播放设备以获得期望的音效。具体的实现方法如下：所述的信号分离模块把系统接收到的左声道信号xLin和右声道信号xRin分离并获得直达声信号xs和环绕声信号xd；其中，所述的直达声信号xs输入到所述的对白增强模块，所述的对白增强模块对上述的直达声信号xs进行处理，得到输出的xsout；而环绕声信号xd输入到所述的解相关处理模块，所述的解相关处理模块将上述环绕声信号xd通过一对解相关滤波器组得到两个具有很低的相关性的输出信号xL1和xR1；所述的xsout、xL1和xR1三个信号全部输入到所述的信号合成模块，所述的信号合成模块将上述得到的xsout、xL1和xR1三个信号进行加权组合得到新的左声道信号xL2和右声道信号xR2；随后，所述的环境音效模块将xL2和xR2分别与左、右通道的双耳房间脉冲响应hL和hR进行卷积后得到输出xL3和xR3；随后，所述的虚拟低音增强模块接收输入信号xL3和xR3进行低音增强后得到输出xL4和xR4；所述的动态范围控制模块，根据输出设备的动态范围自适应的调节xL4和xR4的幅度，得到系统的输出信号xLout和xRout。作为上述技术方案的进一步改进，所述的对白增强模块是一个IIR或者FIR滤波器，该滤波器的幅度谱是对等响度曲线的逆进行修正后获得的。作为上述技术方案的进一步改进，所述的解相关处理模块是将该模块的输入通过一对解相关滤波器hLD和hRD后输出xL1和xR1，所述的滤波器hLD和hRD具有近似平坦的幅度响应，而其相位响则是完全不相关或者弱相关的。作为上述技术方案的进一步改进，所述的信号合成模块是将所述的解相关模块的输出xL1和xR1分别乘上增益因子k，然后加上所述的对白增强模块的输出xsout与增益因子ρ的乘积得到输出的左声道信号xL2和右声道信号xR2，其中k的范围是0≤k≤10，ρ的范围是0≤ρ≤10。作为上述技术方案的进一步改进，所述的双耳房间脉冲响应是首先通过镜像法模拟指定的声学场景或者在实际的房间进行测量获得双耳房间脉冲响应，然后对其早期反射声部分进行简化后得到的。作为上述技术方案的进一步改进，所述的虚拟低音增强模块包括：第一高通滤波单元，所述的第一高通滤波单元对输入信号xL3进行高通滤波，所述的第一高通滤波单元的截止频率为系统扬声器的低频截止频率；第二高通滤波单元，所述的第二高通滤波单元对输入信号xR3进行高通滤波，所述的第二高通滤波单元的截止频率为系统扬声器的低频截止频率；第一求和装置，所述第一求和装置将左声道信号xL3和右声道信号xR3进行相加；低通滤波单元，所述低通滤波单元从所述的第一求和装置中提取低频信号，所述低通滤波单元的截止频率为系统扬声器的低频截止频率；降采样单元，所述的降采样单元对所述低通滤波单元提取的低频信号进行降采样处理，降采样因子由系统扬声器的低频截止频率和输入音频信号的采样率决定；预分析及分离单元，所述预分析及分离单元是用来对所述降采样单元所得的低频信号进行基频频率估计以及对所述第一高通滤波单元和所述第二高通滤波单元所得高频信号进行瞬态起振时间检测；谐波产生单元，所述谐波产生单元采用不同的方法分别处理基频分量和残余分量；升采样单元，所述升采样单元对所述谐波产生单元产生的信号进行升采样处理，升采样因子与所述降采样单元的降采样因子相等；第一延时单元，所述第一延时单元对由所述第一高通滤波单元所得信号进行延时处理，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种立体声音效增强系统，其特征在于，该系统包括：信号分离模块，对白增强模块，解相关处理模块，信号合成模块，环境音效模块，虚拟低音增强模块和动态范围控制模块；所述的信号分离模块把系统接收到的左声道信号xLin和右声道信号xRin分离并获得直达声信号xs和环绕声信号xd；其中，所述的直达声信号xs输入到所述的对白增强模块，所述的对白增强模块对上述的直达声信号xs进行处理，得到输出的xsout；而环绕声信号xd输入到所述的解相关处理模块，所述的解相关处理模块将上述环绕声信号xd通过一对解相关滤波器组得到两个具有很低的相关性的输出信号xL1和xR1；所述的xsout、xL1和xR1三个信号全部输入到所述的信号合成模块，所述的信号合成模块将上述得到的xsout、xL1和xR1三个信号进行加权组合得到新的左声道信号xL2和右声道信号xR2；随后，所述的环境音效模块将xL2和xR2分别与左、右通道的双耳房间脉冲响应hL和hR进行卷积后得到输出xL3和xR3；随后，所述的虚拟低音增强模块接收输入信号xL3和xR3进行低音增强后输出xL4和xR4；所述的动态范围控制模块，根据输出设备的动态范围自适应的调节xL4和xR4的幅度，得到系统的输出信号xLout和xRout。...

【技术特征摘要】
1.一种立体声音效增强系统，其特征在于，该系统包括：信号分离模块，对白增强模块，解相关处理模块，信号合成模块，环境音效模块，虚拟低音增强模块和动态范围控制模块；所述的信号分离模块把系统接收到的左声道信号xLin和右声道信号xRin分离并获得直达声信号xs和环绕声信号xd；其中，所述的直达声信号xs输入到所述的对白增强模块，所述的对白增强模块对上述的直达声信号xs进行处理，得到输出的xsout；而环绕声信号xd输入到所述的解相关处理模块，所述的解相关处理模块将上述环绕声信号xd通过一对解相关滤波器组得到两个具有很低的相关性的输出信号xL1和xR1；所述的xsout、xL1和xR1三个信号全部输入到所述的信号合成模块，所述的信号合成模块将上述得到的xsout、xL1和xR1三个信号进行加权组合得到新的左声道信号xL2和右声道信号xR2；随后，所述的环境音效模块将xL2和xR2分别与左、右通道的双耳房间脉冲响应hL和hR进行卷积后得到输出xL3和xR3；随后，所述的虚拟低音增强模块接收输入信号xL3和xR3进行低音增强后输出xL4和xR4；所述的动态范围控制模块，根据输出设备的动态范围自适应的调节xL4和xR4的幅度，得到系统的输出信号xLout和xRout。2.根据权利要求1所述的立体声音效增强系统，其特征在于，所述的对白增强模块是一个IIR或者FIR滤波器，该滤波器的幅度谱是对等响度曲线的逆进行修正后获得的。3.根据权利要求1所述的立体声音效增强系统，其特征在于，所述的解相关处理模块是将该模块的输入通过一对解相关滤波器hLD和hRD后输出xL1和xR1，所述的解相关滤波器hLD和hRD具有近似平坦的幅度响应，而其相位响应是完全不相关或者弱相关的。4.根据权利要求1所述的立体声音效增强系统，其特征在于，所述的信号合成模块是将所述的解相关模块的输出xL1和xR1分别乘上增益因子k，然后加上所述的对白增强模块的输出xsout与增益因子ρ的乘积得到输出的左声道信号xL2和右声道信号
\txR2，其中k的范围是0≤k≤10，ρ的范围是0≤ρ≤10。5.根据权利要求1所述的立体声音效增强系统，其特征在于，所述的双耳房间脉冲响应是通过镜像法模拟设定的声学场景或者在实际的房间测量获得的双耳房间脉冲响应后对其早期反射声部分进行简化后得到的。6.根据权利要求1所述的立体声音效增强系统，其特征在于，所述的虚拟低音增强模块包括：第一高通滤波单元，所述的第一高通滤波单元对输入信号xL3进行高通滤波，所述的第一高通滤波单元的截止频率为系统扬声器的低频截止频率；第二高通滤波单元，所述的第二高通滤波单元对输入信号xR3进行高通滤波，所述的第二高通滤波单元的截止频率为系统扬声器的低频截止频率；第一求和装置，所述第一求和装置将左声道信号xL3和右声道信号xR3进行相加；低通滤波单元，所述低通滤波单元从所述的第一求和装置中提取低频信号，所述低通滤波单元的截止频率为系统扬声器的低频截止频率；降采样单元，所述的降采样单元对所述低通滤波单元提取的低频信号进行降采样处理，降采样因子由系统扬声器的低频截止频率和输入音频信号的采样率决定；预分析及分离单元，所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨飞然，朱睿，朱乔茜，杨军，
申请(专利权)人：中国科学院声学研究所，
类型：发明
国别省市：北京;11