用于声学图像空间的经增强产生的系统、方法和设备技术方案

本发明专利技术揭示用于使用经心理声学低音增强的信号来驱动扬声器阵列的方法、系统和设备。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及音频信号处理。
技术介绍
波束成形是最初在传感器阵列(例如，麦克风阵列)中用于定向信号发射或接收的信号处理技术。通过使用固定或自适应接收/发射波束图案来实现此空间选择性。固定波束成形器的实例包含延迟相加波束成形器(DSB)和超方向性波束成形器，其中的每一者均为最小方差无失真响应(MVDR)波束成形器的特殊情况。归因于声学的互易原理，用于产生声音拾取模式的麦克风波束成形器理论可应用于扬声器阵列，而不是实现声音投射模式。举例来说，可将波束成形理论应用于扬声器阵列，以将声音投射操纵到空间中的所要方向。
技术实现思路
一种根据一般配置的音频信号处理方法包含对第一音频信号进行空间处理以产生第一多个M个成像信号。此方法包含对于所述第一多个M个成像信号中的每一者，将第一多个M个驱动信号中的对应一者施加到阵列的第一多个M个扬声器中的对应一者，其中所述驱动信号是基于所述成像信号。此方法包含在谐波上扩展包含第一频率范围内的能量的第二音频信号以产生经扩展信号，所述经扩展信号包含所述第二音频信号在所述第一频率范围内的所述能量的在高于所述第一频率范围的第二频率范围内的谐波；以及对基于所述经扩展信号的经增强信号进行空间处理，以产生第二多个N个成像信号。此方法包含对于所述第二多个N个成像信号中的每一者，将第二多个N个驱动信号中的对应一者施加到所述阵列的第二多个N个扬声器中的对应一者，其中所述驱动信号是基于所述成像信号。本专利技术还揭示具有有形特征的计算机可读存储媒体(例如，非暂时媒体)，所述有形特征致使读取所述特征的机器执行此方法—种根据一般配置用于音频信号处理的设备包含用于对第一音频信号进行空间处理以产生第一多个M个成像信号的装置；以及用于对于所述第一多个M个成像信号中的每一者将第一多个M个驱动信号中的对应一者施加到阵列的第一多个M个扬声器中的对应一者的装置，其中所述驱动信号是基于所述成像信号。此设备包含用于在谐波上扩展包含第一频率范围内的能量的第二音频信号以产生经扩展信号的装置，所述经扩展信号包含所述第二音频信号在所述第一频率范围内的所述能量的在高于所述第一频率范围的第二频率范围内的谐波；以及用于对基于所述经扩展信号的经增强信号进行空间处理以产生第二多个N个成像信号的装置。此设备包含用于对于所述第二多个N个成像信号中的每一者将第二多个N个驱动信号中的对应一者施加到所述阵列的第二多个N个扬声器中的对应一者的装置，其中所述驱动信号是基于所述成像信号。一种根据一般配置用于 音频信号处理的设备包含第一空间处理模块，其经配置以对第一音频信号进行空间处理以产生第一多个M个成像信号；以及音频输出级，其经配置以对于所述第一多个M个成像信号中的每一者，将第一多个M个驱动信号中的对应一者施加到阵列的第一多个M个扬声器中的对应一者，其中所述驱动信号是基于所述成像信号。此设备包含谐波扩展模块，其经配置以在谐波上扩展包含第一频率范围内的能量的第二音频信号以产生经扩展信号，所述经扩展信号包含所述第二音频信号在所述第一频率范围内的所述能量的在高于所述第一频率范围的第二频率范围内的谐波；以及第二空间处理模块，其经配置以对基于所述经扩展信号的经增强信号进行空间处理以产生第二多个N个成像信号。在此设备中，所述音频输出级经配置以对于所述第二多个N个成像信号中的每一者，将第二多个N个驱动信号中的对应一者施加到所述阵列的第二多个N个扬声器中的对应一者，其中所述驱动信号是基于所述成像信号。附图说明图1展示将波束成形应用于扬声器阵列的一个实例。图2展示用于MVDR波束成形器的波束成形器理论的实例。图3展示相控阵列理论的实例。图4展示针对BSS算法的一组初始条件的波束图案的实例，且图5展示使用有约束的BSS方法从那些初始条件产生的波束图案的实例。图6展示针对十二扬声器的均匀线性阵列上设计有22kHz取样速率和零度的操纵方向的DSB(左)和MVDR(右)波束成形器的实例波束图案。图7A展示锥型扬声器的实例。图7B展示矩形扬声器的实例。图7C展示十二扬声器的阵列的实例。图7C展示十二扬声器的阵列的实例。图8展示针对延迟相加波束成形器设计(左列)且针对MVDR波束成形器设计(右列)的振幅响应(顶部)、白噪声增益(中部)和方向性指数(底部)的图表。图9A展示增强模块EMlO的框图。图9B展示增强模块EMlO的实施方案EM20的框图。图1OA展示增强模块EMlO的实施方案EM30的框图。图1OB展示增强模块EMlO的实施方案EM40的框图。图11展示音乐信号在PBE处理之前和之后的频谱的实例。图12A展示根据一般配置的系统SlOO的框图。图12B展示根据一般配置的方法MlOO的流程图。图13A展示空间处理模块PMlO的实施方案PM20的框图。图13B展示设备AlOO的实施方案Al 10的框图。图13C展示高通滤波器HP20的振幅响应的实例。图14展示类似于设备AllO的配置的框图。图15展不掩蔽噪声的实例。图16展示设备AlOO的实施方案A200的框图。图17展示系统SlOO的实施方案S200的框图。图18展示系统S200的应用的实例的俯视图。图19展示非线性间隔的扬声器呈阵列的配置的图。图20展示音频输出级A020的实施方案A030的混合功能的图。图21展示音频输出级A020的实施方案A040的混合功能的图。图22展示设备AlOO的实施方案A300的框图。图23A展示针对用于三子阵列方案的处理路径的三种不同带通设计的实例。图23B展示针对三子阵列方案的三种不同低通设计的实例。 图23C展示其中根据用于下一最低频带的子阵列的高通切断来选择用于较高频率子阵列中的每一者的低通滤波器的低频切断的实例。图24A到24D展不扬声器阵列的实例。图25展示其中三个源信号指向不同对应方向的实例。图26展示其中波束指向用户的左耳且对应的空波束指向用户的右耳的实例。图27展示其中波束指向用户的右耳且对应的空波束指向用户的左耳的实例。图28展示渐减窗的实例。图29到31分别展示使用左、右和中心变换器来在对应方向上投射的实例。图32A到32C展示渐减对相控阵列扬声器波束成形器的辐射模式的影响。图33展示相控阵列的理论波束图案的实例。图34展示其中三个源信号指向不同对应方向的实例。图35展示根据一般配置的方法M200的流程图。图36展示根据一般配置的设备MF100的框图。图37展示设备AlOO的实施方案A350的框图。图38展示设备AlOO的实施方案A500的框图。具体实施例方式除非受其上下文明确限制，否则术语“信号”在本文中用以指示其普通意义中的任一者，包括如在导线、总线或其它传输媒体上表达的存储器位置(或存储器位置集合)的状态。除非由其上下文明确限制，否则本文中使用术语“产生”来指示其普通意义中的任一者，例如计算或以另外方式产生。除非受其上下文明确地限制，否则术语“计算”在本文中用以指示其普通意义中的任一者，例如运算、评估、估计及/或从多个值中进行选择。除非由其上下文明确限制，否则使用术语“获得”来指示其普通意义中的任一者，例如计算、得出、接收(例如，从外部装置)及/或检索(例如，从存储元件阵列)。除非由其上下文明确限制，否则使用术语“选择”来指示其普通意义中的任一者，例如识别、指示、应本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2010.07.26 US 61/367,840;2011.05.06 US 61/483,209;1.一种音频信号处理方法，所述方法包括对第一音频信号进行空间处理以产生第一多个M个成像信号；对于所述第一多个M个成像信号中的每一者，将第一多个M个驱动信号中的对应一者施加到阵列的第一多个M个扬声器中的对应一者，其中所述驱动信号是基于所述成像信号;在谐波上扩展包含第一频率范围内的能量的第二音频信号以产生经扩展信号，所述经扩展信号包含所述第二音频信号在所述第一频率范围内的所述能量的在高于所述第一频率范围的第二频率范围内的谐波；对基于所述经扩展信号的经增强信号进行空间处理，以产生第二多个N个成像信号；以及对于所述第二多个N个成像信号中的每一者，将第二多个N个驱动信号中的对应一者施加到所述阵列的第二多个N个扬声器中的对应一者，其中所述驱动信号是基于所述成像信号。2.根据权利要求1所述的音频信号处理方法，其中所述将所述第二多个N个驱动信号施加到所述第二多个N个扬声器包括产生沿第一方向比沿不同于所述第一方向的第二方向集中的声学能量波束，且其中所述方法包括在所述将所述第二多个N个驱动信号施加到所述第二多个N个扬声器期间，驱动所述第二多个N个扬声器以产生沿所述第二方向比沿所述第一方向集中的声学噪声能量波束，其中所述第一和第二方向是相对于所述第二多个N个扬声器。3.根据权利要求1所述的音频信号处理方法，其中所述将所述第二多个N个驱动信号施加到所述第二多个N个扬声器包括产生沿第一方向比沿不同于所述第一方向的第二方向集中的第一声学能量波束，且其中所述方法包括在所述将所述第二多个N个驱动信号施加到所述第二多个N个扬声器期间，将第三多个N个驱动信号施加到所述第二多个N个扬声器以产生沿所述第二方向比沿所述第一方向集中的第二声学能量波束，其中所述第一和第二方向是相对于所述第二多个N个扬声器，且其中所述第三多个N个驱动信号中的每一者是基于不同于所述第二音频信号的额外音频信号。4.根据权利要求3所述的音频信号处理方法，其中所述第二音频信号和所述额外音频信号是立体声音频信号的不同信道。5.根据权利要求1所述的音频信号处理方法，其中所述方法包含确定在第一时间用户的头部的定向在第一范围内，且其中所述将所述第一多个M个驱动信号施加到所述第一多个M个扬声器以及所述将所述第二多个N个驱动信号施加到所述第二多个N个扬声器是基于在所述第一时间的所述确定7且其中所述方法包括确定在继所述第一时间之后的第二时间所述用户的所述头部的定向在不同于所述第一范围的第二范围内；响应于在所述第二时间的所述确定，将所述第一多个M个驱动信号施加到第二阵列的第一多个M个扬声器，且将所述第二多个N个驱动信号施加到所述第二阵列的第二多个N 个扬声器，其中所述第二阵列的所述第一多个M个扬声器中的至少一者不在所述第一阵列的所述第一多个M个扬声器之中，且其中所述第二阵列的所述第二多个N个扬声器中的至少一者不在所述第一阵列的所述第二多个N个扬声器之中。6.根据权利要求5所述的音频信号处理方法，其中所述第一阵列的所述第一多个M个扬声器是沿第一轴线布置，且其中所述第二阵列的所述第一多个M个扬声器是沿第二轴线布置，且其中所述第一与第二轴线之间的角度为至少六十度，且不大于一百二十度。7.根据权利要求1所述的音频信号处理方法，其中所述方法包括将空间成形函数应用于所述第一多个M个成像信号，且其中所述空间成形函数将所述阵列内的所述第一多个M个扬声器的至少一子集之中的每一者的位置映射到对应增益因子，且其中所述应用所述空间成形函数包括根据所述对应增益因子改变所述第一多个M个成像信号的所述子集之中的每一者的振幅。8.根据权利要求1所述的音频信号处理方法，其中所述第一频率范围内的能量与所述第二频率范围内的能量的比率针对所述第二多个N个驱动信号中的每一者比针对所述经扩展信号低至少六分贝。9.根据权利要求1所述的音频信号处理方法，其中所述第二音频信号包含高于所述第二频率范围的第一高频范围内的能量，以及高于所述第一高频范围的第二高频范围内的能量，且其中所述第一高频范围内的能量与所述第二高频范围内的能量的比率针对所述第二多个N个驱动信号中的每一者比针对所述经扩展信号高至少六分贝。10.根据权利要求1所述的音频信号处理方法，其中所述方法包括在谐波上扩展包含所述第二频率范围内的能量的第三音频信号以产生第二经扩展信号，所述第二经扩展信号包含所述第三音频信号在所述第二频率范围内的所述能量的在高于所述第二频率范围的第三频率范围内的谐波，且其中所述第一音频信号是基于所述第二经扩展信号。11.根据权利要求10所述的音频信号处理方法，其中所述第一频率范围内的能量与所述第二频率范围内的能量的比率针对所述第二多个N个驱动信号中的每一者比针对所述经扩展信号低至少六分贝，且其中所述第二频率范围内的能量与所述第三频率范围内的能量的比率针对所述第一多个M个驱动信号中的每一者比针对所述第二经扩展信号低至少六分贝。12.根据权利要求11所述的音频信号处理方法，其中所述第一频率范围内的能量与所述第三频率范围内的能量的比率针对所述第一多个M个驱动信号中的每一者比针对所述第二经扩展信号低至少六分贝。13.根据权利要求10所述的音频信号处理方法，其中所述第二音频信号包含高于所述第三频率范围的第一高频范围内的能量，以及高于所述第一高频范围的第二高频范围内的能量，且其中所述第一高频范围内的能量与所述第二高频范围内的能量的比率针对所述第二多个N个驱动信号中的每一者比针对所述经扩展信号高至少六分贝，且其中所述第三音频信号包含所述第二高频范围内的能量，以及高于所述第二高频范围的第三高频范围内的能量，且其中所述第二高频范围内的能量与所述第三高频范围内的能量的比率针对所述第一多个M个驱动信号中的每一者比针对所述第二经扩展信号高至少六分贝。14.根据权利要求10所述的音频信号处理方法，其中所述第二音频信号和所述第三音频信号两者是基于共同音频信号。15.根据权利要求1到14中任一权利要求所述的音频信号处理方法，其中所述第一多个M个驱动信号包含所述第二多个N个驱动信号。16.根据权利要求1到14中任一权利要求所述的音频信号处理方法，其中所述第一多个M个扬声器中的邻近扬声器之间的距离小于所述第二多个N个扬声器中的邻近扬声器之间的距离。17.根据权利要求1到14中任一权利要求所述的音频信号处理方法，其中所述第一音频信号和所述第二音频信号两者是基于共同音频信号。18.一种用于音频信号处理的设备，所述设备包括用于对第一音频信号进行空间处理以产生第一多个M个成像信号的装置；用于对于所述第一多个M个成像信号中的每一者将第一多个M个驱动信号中的对应一者施加到阵列的第一多个M个扬声器中的对应一者的装置，其中所述驱动信号是基于所述成像信号；用于在谐波上扩展包含第一频率范围内的能量的第二音频信号以产生经扩展信号的装置，所述经扩展信号包含所述第二音频信号在所述第一频率范围内的所述能量的在高于所述第一频率范围的第二频率范围内的谐波；用于对基于所述经扩展信号的经增强信号进行空间处理以产生第二多个N个成像信号的装置；以及用于对于所述第二多个N个成像信号中的每一者将第二多个N个驱动信号中的对应一者施加到所述阵列的第二多个N个扬声器中的对应一者的装置，其中所述驱动信号是基于所述成像信号。19.根据权利要求18所述的用于音频信号处理的设备，其中所述用于将所述第二多个 N个驱动信号施加到所述第二多个N个扬声器的装置经配置以产生沿第一方向比沿不同于所述第一方向的第二方向集中的声学能量波束，且其中所述设备包括用于在所述将所述第二多个N个驱动信号施加到所述第二多个N 个扬声器期间驱动所述第二多个N个扬声器以产生沿所述第二方向比沿所述第一方向集中的声学噪声能量波束的装置，其中所述第一和第二方向是相对于所述第二多个N个扬声器。20.根据权利要求18所述的用于音频信号处理的设备，其中所述用于将所述第二多个 N个驱动信号施加到所述第二多个N个扬声器的装置经配置以产生沿第一方向比沿不同于所述第一方向的第二方向集中的第一声学能量波束，且其中所述设备包括用于在所述将所述第二多个N个驱动信号施加到所述第二多个N个扬声器期间将第三多个N个驱动信号施加到所述第二多个N个扬声器以产生沿所述第二方向比沿所述第一方向集中的第二声学能量波束的装置，其中所述第一和第二方向是相对于所述第二多个N个扬声器，且其中所述第三多个N个驱动信号中的每一者是基于不同于所述第二音频信号的额外音频信号。21.根据权利要求20所述的用于音频信号处理的设备，其中所述第二音频信号和所述额外音频信号是立体声音频信号的不同信道。22.根据权利要求18所述的用于音频信号处理的设备，其中所述设备包含用于确定在第一时间用户的头部的定向在第一范围内的装置，且其中所述用于在所述第一时间确定的装置经布置以启用所述用于将所述第一多个M 个驱动信号施加到所述第一多个M个扬声器的装置，以及所述用于将所述第二多个N个驱动信号施加到所述第二多个N个扬声器的装置，且其中所述设备包括用于确定在继所述第一时间之后的第二时间所述用户的所述头部的定向在不同于所述第一范围的第二范围内的装置；用于将所述第一多个M个驱动信号施加到第二阵列的第一多个M个扬声器的装置；以及用于将所述第二多个N个驱动信号施加到所述第二阵列的第二多个N个扬声器的装置，其中所述用于在所述第二时间确定的装置经布置以启用所述用于将所述第一多个M 个驱动信号施加到所述第二阵列的所述第一多个M个扬声器的装置，以及所述用于将所述第二多个N个驱动信号施加到所述第二阵列的所述第二多个N个扬声器的装置，其中所述第二阵列的所述第一多个M个扬声器中的至少一者不在所述第一阵列的所述第一多个M个扬声器之中，且其中所述第二阵列的所述第二多个N个扬声器中的至少一者不在所述第一阵列的所述第二多个N个扬声器之中。23.根据权利要求22所述的用于音频信号处理的设备，其中所述第一阵列的所述第一多个M个扬声器是沿第一轴线布置，且其中所述第二阵列的所述第一多个M个扬声器是沿第二轴线布置，且其中所述第一与第二轴线之间的角度为至少六十度，且不大于一百二十度。24.根据权利要求18所述的用于音频信号处理的设备，其中所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：埃里克·维瑟，向佩，
申请(专利权)人：高通股份有限公司，
类型：
国别省市：