專利名稱：數(shù)字音頻混響器和數(shù)字音頻混響方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及數(shù)字音頻處理，更具體地講，涉及一種結(jié)構(gòu)統(tǒng)一的數(shù)字音頻 混響器以及數(shù)字音頻混響方法。
背景技術(shù)：
混響現(xiàn)象是一種普遍存在的聲學(xué)現(xiàn)象，它是由聲音的一次和多次反射造 成的。不管是大空間(如教堂)還是小空間(如臥室)，都有混響現(xiàn)象的存在。 在某 一聲學(xué)環(huán)境下 一個(gè)聲源除了直接到達(dá)人耳外，還有 一部分要通過(guò)人體周
圍的障礙物反射到達(dá)人耳，直達(dá)聲和反射聲疊加在一起就形成了混響。因此， 只要在人體周圍有障礙物存在，比如辦公室的墻壁、街道上建筑物的墻壁等， 就會(huì)發(fā)生混響。當(dāng)反射聲越多越密集，持續(xù)時(shí)間越長(zhǎng)時(shí)，混響的聽(tīng)覺(jué)效果越 明顯。
根據(jù)反射聲的強(qiáng)度，可以把混響聲分成三個(gè)部分。圖l示出三個(gè)部分的 混響示意圖，包括直接聲、早期反射聲和混響聲。如圖1所示，直達(dá)聲是聲 波不經(jīng)過(guò)任何障礙物直接到達(dá)人耳的部分，因?yàn)槠淠芰繐p失較少，所以能量
很強(qiáng)；早期反射聲是由經(jīng)一次或較少次反射的聲波所組成，此時(shí)的語(yǔ)線離散， 能量由于聲波與物體碰撞有所減少；混響聲是指聲波經(jīng)過(guò)了多次反射，能量
成指數(shù)遞減，此時(shí)的語(yǔ)線不再是離散的，而是連續(xù)譜?，F(xiàn)有的人工混響器就 是模擬特定空間的這三部分聲音。
現(xiàn)有的人工混響器技術(shù)主要有兩種形式， 一種是通過(guò)與所需模擬空間的 單位沖擊響應(yīng)進(jìn)行巻積運(yùn)算來(lái)產(chǎn)生混響聲。這種方法將空間的單位沖擊響應(yīng) 和音頻信號(hào)進(jìn)行巻積運(yùn)算，得到系統(tǒng)的輸出信號(hào)。另一種方法是通過(guò)梳狀濾 波器和全通濾波器的筒單級(jí)聯(lián)或嵌套來(lái)產(chǎn)生混響聲，利用濾波器的特性來(lái)產(chǎn) 生混響信號(hào)。
然而，用單位沖擊響應(yīng)原理來(lái)實(shí)現(xiàn)的混響器的代價(jià)很大，特別是運(yùn)算量 很大。對(duì)于嵌入式應(yīng)用，其運(yùn)算量更是一種負(fù)擔(dān)。此外，梳狀濾波器和全通 濾波器的簡(jiǎn)單級(jí)聯(lián)或嵌套的方法往往不能夠產(chǎn)生很高的混響密度，混響效果不夠真實(shí)。而且，這種混響器往往需要采用多種結(jié)構(gòu)才能產(chǎn)生多種混響效果。
因此，需要開(kāi)發(fā)一種能夠模擬出任意空間的混響效果，且實(shí)現(xiàn)代價(jià)小、 混響真實(shí)的數(shù)字音頻混響器。這將有助于混響器在嵌入式系統(tǒng)中的應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容
在下面的描述中將部分地闡明本發(fā)明另外的方面和/或優(yōu)點(diǎn)，通過(guò)描述， 其會(huì)變得更加清楚，或者通過(guò)實(shí)施本發(fā)明可以了解。
根據(jù)本發(fā)明的一方面，提供了一種數(shù)字音頻混響器，包括直接聲產(chǎn)生 模塊，接收數(shù)字音頻信號(hào)的左右聲道信號(hào)并對(duì)接收的左右聲道信號(hào)進(jìn)行濾波; 第一能量分布控制模塊，接收數(shù)字音頻信號(hào)的左右聲道信號(hào)并對(duì)接收的左右 聲道信號(hào)進(jìn)行二分之一衰減；前期空氣/物質(zhì)衰減濾波器模塊，接收經(jīng)第一能 量分布控制模塊衰減的左右聲道信號(hào)的和信號(hào)，并對(duì)和信號(hào)進(jìn)行濾波；早期 反射聲產(chǎn)生模塊，接收前期空氣/物質(zhì)衰減濾波器模塊的輸出信號(hào)，并對(duì)接收 的信號(hào)進(jìn)行延時(shí)和濾波；中期反射聲產(chǎn)生模塊，接收早期反射聲產(chǎn)生模塊的 輸出信號(hào)，并對(duì)接收的信號(hào)進(jìn)行矩陣運(yùn)算和延時(shí)；后期反射聲產(chǎn)生模塊，接 收中期反射聲產(chǎn)生模塊的輸出信號(hào)及其自身反饋的輸出信號(hào)，并對(duì)接收的兩 種輸出信號(hào)的疊加信號(hào)進(jìn)行矩陣運(yùn)算、濾波和延時(shí)；第一雙耳互相關(guān)系數(shù)模 塊，接收中期反射聲產(chǎn)生模塊輸出的左右聲道信號(hào)，并對(duì)接收的左右聲道信 號(hào)進(jìn)行互相關(guān)運(yùn)算，以增加左右聲道信號(hào)的相關(guān)性；第二雙耳互相關(guān)系數(shù)模 塊，接收后期反射聲產(chǎn)生模塊輸出的左右聲道信號(hào)，并對(duì)接收的左右聲道信 號(hào)進(jìn)行互相關(guān)運(yùn)算，以增加左右聲道信號(hào)的相關(guān)性；第二能量分布控制模塊， 接收經(jīng)第一雙耳互相關(guān)系數(shù)模塊進(jìn)行互相關(guān)運(yùn)算后輸出的左右聲道信號(hào)，并 將接收的左右聲道信號(hào)乘以第一能量因子，以調(diào)節(jié)中期反射聲區(qū)域的能量； 第三能量分布控制模塊，接收經(jīng)第二雙耳互相關(guān)系數(shù)模塊進(jìn)行互相關(guān)運(yùn)算后 輸出的左右聲道信號(hào)，并將接收的左右聲道信號(hào)乘以第二能量因子，以調(diào)節(jié) 后期反射聲區(qū)域的能量；輸出加法器，將直接聲產(chǎn)生模塊、早期反射聲產(chǎn)生 模塊、第二能量分布控制模塊和第三能量分布控制模塊輸出的左右聲道信號(hào) 分別相加，以輸出混響信號(hào)。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，還提供了一種數(shù)字音頻混響方法，包括在直 接聲產(chǎn)生模塊接收數(shù)字音頻信號(hào)的左右聲道信號(hào)并對(duì)接收的左右聲道信號(hào)進(jìn) 行濾波；在第一能量分布控制模塊接收數(shù)字音頻信號(hào)的左右聲道信號(hào)并對(duì)接收的左右聲道信號(hào)進(jìn)行二分之一衰減；在前期空氣/物質(zhì)衰減濾波器模塊接收 經(jīng)第一能量分布控制^f莫塊衰減的左右聲道信號(hào)的和信號(hào)，并對(duì)和信號(hào)進(jìn)行濾
波；在早期反射聲產(chǎn)生模塊接收前期空氣/物質(zhì)衰減濾波器模塊的輸出信號(hào)， 并對(duì)接收的信號(hào)進(jìn)行延時(shí)和濾波；在中期反射聲產(chǎn)生模塊接收早期反射聲產(chǎn) 生模塊的輸出信號(hào)，并對(duì)接收的信號(hào)進(jìn)行矩陣運(yùn)算和延時(shí)；在后期反射聲產(chǎn) 生模塊接收中期反射聲產(chǎn)生模塊的輸出信號(hào)以及自身反饋的輸出信號(hào)，并對(duì) 接收的兩種信號(hào)的疊加信號(hào)進(jìn)行矩陣運(yùn)算、濾波和延時(shí)；在第一雙耳互相關(guān) 系數(shù)模塊接收中期反射聲產(chǎn)生模塊輸出的左右聲道信號(hào)，并對(duì)接收的左右聲 道信號(hào)進(jìn)行互相關(guān)運(yùn)算，以增加左右聲道信號(hào)的相關(guān)性；在第二雙耳互相關(guān) 系數(shù)模塊接收后期反射聲產(chǎn)生模塊輸出的左右聲道信號(hào)，并對(duì)接收的左右聲 道信號(hào)進(jìn)行互相關(guān)運(yùn)算，以增加左右聲道信號(hào)的相關(guān)性；在第二能量分布控 制模塊接收第 一雙耳互相關(guān)系數(shù)模塊進(jìn)行互相關(guān)運(yùn)算后輸出的左右聲道信 號(hào)，并將接收的左右聲道信號(hào)乘以第一能量因子，以調(diào)節(jié)中期反射聲區(qū)域的 能量；在第三能量分布控制模塊接收第二雙耳互相關(guān)系數(shù)模塊進(jìn)行互相關(guān)運(yùn) 算后輸出的左右聲道信號(hào)，并將接收的左右聲道信號(hào)乘以第二能量因子，以 調(diào)節(jié)后期反射聲區(qū)域的能量；在輸出加法器將直接聲產(chǎn)生模塊、早期反射聲 產(chǎn)生模塊、第二能量分布控制模塊和第三能量分布控制模塊輸出的左右聲道 信號(hào)分別相加，以輸出混響信號(hào)。


通過(guò)下面結(jié)合附圖對(duì)實(shí)施例進(jìn)行的描述，本發(fā)明的這些和/或其他方面和 優(yōu)點(diǎn)將會(huì)變得清楚和更易于理解，其中 圖1示出三個(gè)部分的混響示意圖； 圖2示出4艮據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的四個(gè)部分的混響示意圖； 圖3示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的數(shù)字音頻混響器的結(jié)構(gòu)框圖； 圖4示出根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的數(shù)字音頻混響方法的流程圖。
具體實(shí)施例方式
現(xiàn)在對(duì)本發(fā)明實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)的描述，其示例表示在附圖中，其中，相 同的標(biāo)號(hào)始終表示相同部件。下面通過(guò)參照附圖對(duì)實(shí)施例進(jìn)行描述以解釋本 發(fā)明。
9圖2示出根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的四個(gè)部分的混響示意圖。如圖2所示，在
本發(fā)明的實(shí)施例中將整個(gè)混響信號(hào)分成四個(gè)部分、包括直接聲、早期反射聲、 中期反射聲和后期反射聲。通過(guò)分別對(duì)四個(gè)部分的信號(hào)進(jìn)行模擬，可以構(gòu)造 一種結(jié)構(gòu)統(tǒng)一的數(shù)字音頻混響器，在所述數(shù)字音頻混響器中，針對(duì)不同的空 間(如大廳，房間)，只需更改相應(yīng)參數(shù)就能產(chǎn)生不同的混響效果。
圖3示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的數(shù)字音頻混響器的結(jié)構(gòu)框圖。 參照?qǐng)D3，數(shù)字音頻混響器包括直接聲產(chǎn)生模塊10、前期空氣/物質(zhì)衰減 濾波器模塊20、早期反射聲產(chǎn)生模塊30、中期反射聲產(chǎn)生模塊40、后期反 射聲產(chǎn)生模塊50、第一雙耳互相關(guān)系數(shù)(IACC)模塊60、第二IACC模塊 70、第一能量分布控制模塊81、第二能量分布控制模塊82、第三能量分布控 制模塊83和輸出加法器90。此外，數(shù)字音頻混響器還包括第一加法器91、 第二加法器92、第三加法器93和第四加法器94。
以下，假設(shè)所處空間為教堂，來(lái)具體描述根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的數(shù)字音頻 混響器。
直接聲產(chǎn)生模塊10接收數(shù)字音頻信號(hào)的左右聲道信號(hào)L和R，對(duì)接收的 左右聲道信號(hào)進(jìn)行濾波，并將濾波后的左右聲道信號(hào)輸出到第一加法器91。 直接聲產(chǎn)生模塊10可以實(shí)現(xiàn)為一個(gè)無(wú)限沖擊響應(yīng)(IIR)低通濾波器，以便 控制數(shù)字音頻信號(hào)的能量。具體地講，該IIR低通濾波器可采用二階巴特沃 思低通濾波器來(lái)實(shí)現(xiàn)，該二階巴特沃思低通濾波器的截止頻率為19000Hz， 因而可抑制部分高頻信號(hào)，得到更加真實(shí)的直接聲。該二階巴特沃思低通濾 波器的表示式為
w")=i>—…(1)
其中，采用Matlab的濾波器設(shè)計(jì)器可得到二階巴特沃思濾波器的系數(shù)1)_6/￡和 A,分別為
和[1 1.398 0.541]。
前期空氣/物質(zhì)衰減濾波器模塊20接收從第一加法器91輸出的信號(hào)，即， 第一加法器91通過(guò)對(duì)第一能量分布控制模塊81處理的左右聲道信號(hào)求和而 輸出的左右聲道信號(hào)的和信號(hào)。前期空氣/物質(zhì)衰減濾波器模塊20用于模擬 空氣和墻壁等對(duì)不同頻率的音頻分量的吸收特性。具體地講，前期空氣/物質(zhì) 衰減濾波器模塊20可實(shí)現(xiàn)為二階巴特沃思低通濾波器，其截止頻率為 8000Hz。該二階巴特沃思低通濾波器的表示式為<formula>formula see original document page 11</formula>
其中，采用Matlab的濾波器設(shè)計(jì)器可得到二階巴特沃思濾波器的系數(shù)^4_^和 」—，分別為
和[1 -0.509 0.218]。
早期反射聲產(chǎn)生才莫塊30包括八個(gè)延時(shí)單元Tu至t18和八個(gè)IIR低通濾波 器El至E8。所述八個(gè)延時(shí)單元T 至118對(duì)從前期空氣/物質(zhì)衰減濾波器模塊 濾波輸出的信號(hào)依次進(jìn)行延時(shí)，將延時(shí)的信號(hào)輸出到所述八個(gè)IIR低通濾波 器El至E8,而所述八個(gè)IIR低通濾波器El至E8對(duì)所述八個(gè)延時(shí)單元t 至^8輸出的信號(hào)分別進(jìn)行濾波。
更具體地講，早期反射聲產(chǎn)生模塊30的八個(gè)延時(shí)單元的延時(shí)時(shí)間由需要 模擬空間的單位沖擊響應(yīng)決定。單位沖擊響應(yīng)中的前八個(gè)顯著反射聲(直接 聲除外)將決定八個(gè)延時(shí)單元的延時(shí)時(shí)間。在本實(shí)施例中，前八個(gè)顯著反射 聲延時(shí)時(shí)間分別為98.23、 99.95、 102.43、 102.90、 103.85、 105.60、 107.87 和110.07ms。早期反射聲產(chǎn)生模塊30的八個(gè)IIR低通濾波器為二階IIR低通 濾波器，其頻幅特性由上述八個(gè)延時(shí)單元的延時(shí)時(shí)間和不同頻率下的早期衰 減時(shí)間(EDT)來(lái)決定。EDT為反射聲能量下降到直接聲的-10db處所經(jīng)過(guò) 的時(shí)間。通過(guò)使用Matlab可以計(jì)算出不同頻率下的五D7;，從而，根據(jù)公式 《,i 。.10W"可以得到早期反射聲階^度的頻幅響應(yīng)，其中，A^為早期反射 聲的開(kāi)始時(shí)間和直接聲的時(shí)間差，i 。為直接聲的能量。通過(guò)使用Yule-Walker 方法可得出相應(yīng)的二階IIR低通濾波器的系數(shù)。為了筒化運(yùn)算量，本實(shí)施例 采用八個(gè)系數(shù)相同的濾波器，濾波器的表示式與式(1)或式(2)所示的濾 波器相同，濾波器系數(shù)5_^和五_ 分別為
和[1 0.0037 -0.051]。
中期反射聲產(chǎn)生模塊40包括一個(gè)矩陣模塊MATRIXING 1以及八個(gè)延時(shí) 單元t21至t28。所述矩陣模塊MATRIXING 1對(duì)從早期反射聲產(chǎn)生模塊30的 八個(gè)IIR低通濾波器濾波輸出的信號(hào)進(jìn)行矩陣運(yùn)算，將經(jīng)過(guò)矩陣運(yùn)算得到的 信號(hào)輸入到所述八個(gè)延時(shí)單元t2i至t28中相應(yīng)的延時(shí)單元，從而對(duì)所述信號(hào) 進(jìn)行延時(shí)。
更具體地講，中期反射聲產(chǎn)生模塊40的矩陣模塊用于增加中期反射聲的 密度。為了更快的增加反射聲的回聲密度，可采用正交的Hadamard矩陣，式 (3 )示出了本實(shí)施例中使用的Hadamard矩陣<formula>formula see original document page 12</formula>
中期反射聲產(chǎn)生^t塊40的八個(gè)延時(shí)單元采用統(tǒng)一的結(jié)構(gòu)。即，不管何種 空間，都采用相同的延時(shí)時(shí)間，延時(shí)時(shí)間分布在0到25ms之間。具體地講， 八個(gè)延時(shí)單元的延時(shí)時(shí)間為0.183、 5.620、 5.780、 7.836、 13.553、 14.718、 16.338和22.722ms。
后期反射聲產(chǎn)生模塊50包括一個(gè)矩陣模塊MATRIXING 2、八個(gè)IIR低 通濾波器Rl至R8和八個(gè)延時(shí)單元i;31至t38。后期反射聲產(chǎn)生模塊50接收中 期反射聲產(chǎn)生模塊40的八個(gè)延時(shí)單元延時(shí)輸出的信號(hào)以及反饋的其自身的 輸出信號(hào)。所述矩陣模塊MATRIXING 2對(duì)中期反射聲產(chǎn)生模塊40的輸出信 號(hào)與后期反射聲產(chǎn)生模塊50的反饋信號(hào)的疊加信號(hào)進(jìn)行矩陣運(yùn)算，將經(jīng)過(guò)矩 陣運(yùn)算得到的信號(hào)輸入到所述八個(gè)nR低通濾波器Rl至R8，所述八個(gè)IIR 低通濾波器Rl至R8將濾波輸出的信號(hào)輸入到所述八個(gè)延時(shí)單元t31至t38， 從而對(duì)所述信號(hào)進(jìn)4于延時(shí)。
更具體地講，后期反射聲產(chǎn)生模塊50的矩陣模塊、八個(gè)IIR低通濾波器 和八個(gè)延時(shí)單元組成一個(gè)類似反饋延時(shí)網(wǎng)絡(luò)(FDN),用來(lái)產(chǎn)生后期反射聲。 后期反射聲產(chǎn)生模塊50的矩陣模塊用于增加后期反射聲的密度，可采用正交 的Hadamard矩陣。在本實(shí)施例中，后期反射聲產(chǎn)生模塊50的矩陣模塊與中 期反射聲產(chǎn)生模塊40的矩陣模塊結(jié)構(gòu)相同，如式(3)所示。后期反射聲產(chǎn) 生模塊50的八個(gè)IIR低通濾波器為二階IIR低通濾波器，其頻幅特性由后期 反射聲產(chǎn)生模塊50的八個(gè)延時(shí)單元的延時(shí)時(shí)間和不同頻率下的/ r ( i r定義 為混響時(shí)間，即從直接聲到能量衰減為-60db的時(shí)間)決定。通過(guò)使用 Yule-Walker方法可得出相應(yīng)的二階IIR低通濾波器的系數(shù)。在本實(shí)施例中， 八個(gè)二階IIR低通濾波器的表示式與式(1 )或式(2)所示的濾波器相同， 但是這八個(gè)二階IIR低通濾波器是有差別的濾波器，即，其系數(shù)不同。具體 地講，八個(gè)二階IIR低通濾波器的系數(shù)w —"和i —^分別為，i —
、
、
、
、
、
、
和
; i — [1.0000 -0.5073 0.0656]、 [1.0000 -0.5072 0.0655]、 [1.0000 -0.5070 0.0655]、 [1.0000 -0.5070 0.0654]、 [1.0000 -0.5069 0.0654]、 [1.0000 -0.5068 0.0653〗、[1.0000 -0.5068 0.0653]和[1.0000 -0.5066 0.0652]。后 期反射聲產(chǎn)生模塊50的八個(gè)延時(shí)單元采用統(tǒng)一的結(jié)構(gòu)。即，不管何種空間， 都采用相同的延時(shí)時(shí)間，延時(shí)時(shí)間分布在25 28ms之間。具體地講，八個(gè)延 時(shí)單元的延時(shí)時(shí)間為25.223、 25.669、 26.279、 26.408、 26.728、 27.167、 27.216 和28.03lms。
第一 IACC模塊60和第二 IACC模塊70用于增加左右聲道信號(hào)的相關(guān) 性，以來(lái)改善聽(tīng)覺(jué)效果，其中，左右聲道的相關(guān)性由單位脈沖沖擊響應(yīng)中的 左右聲道特性決定。對(duì)于第一IACC模塊60，其輸入為中期反射聲產(chǎn)生模塊 40輸出的左右聲道信號(hào)，即，中期反射聲產(chǎn)生模塊40的八個(gè)延時(shí)單元中奇 數(shù)次序延時(shí)單元延時(shí)的信號(hào)之和以及偶數(shù)次序延時(shí)單元延時(shí)的信號(hào)之和，其 中，可通過(guò)第三加法器93分別獲得上述的奇數(shù)次序延時(shí)單元延時(shí)的信號(hào)之和 以及偶數(shù)次序延時(shí)單元延時(shí)的信號(hào)之和。對(duì)于第二IACC模塊70,其輸入為 后期反射聲產(chǎn)生模塊50輸出的左右聲道信號(hào)，即，后期反射聲產(chǎn)生模塊50 的八個(gè)延時(shí)單元中奇數(shù)次序延時(shí)單元延時(shí)的信號(hào)之和以及偶數(shù)次序延時(shí)單元 延時(shí)的信號(hào)之和，其中，可通過(guò)第三加法器94分別獲得上述的奇數(shù)次序延時(shí) 單元延時(shí)的信號(hào)之和以及偶數(shù)次序延時(shí)單元延時(shí)的信號(hào)之和。第一 IACC模 塊60和第二 IACC模塊70可通過(guò)式(4 )來(lái)對(duì)左右聲道信號(hào)進(jìn)行互相關(guān)運(yùn)算
其中，xl (n)為中期反射聲產(chǎn)生模塊40或后期反射聲產(chǎn)生模塊50輸出的左 聲道信號(hào)，x2 (n)為中期反射聲產(chǎn)生模塊40或后期反射聲產(chǎn)生模塊50輸出 的右聲道信號(hào)，yl(n)為經(jīng)互相關(guān)運(yùn)算后從第一 IACC模塊60或第二 IACC模 塊70輸出的左聲道信號(hào)，y2 (n)為經(jīng)互相關(guān)運(yùn)算后從第一 IACC模塊60或 第二IACC模塊70輸出的右聲道信號(hào)(n=l, 2)。 6由所模擬空間的單位脈沖 響應(yīng)決定，是描述空間相關(guān)性的一個(gè)參數(shù)。在本實(shí)施例中，e由等式 ^二(l/2)arcsin(p)決定，其中，p為左右聲道的互相關(guān)系數(shù)。第一能量分布控制模塊81、第二能量分布控制模塊82和第三能量分布
控制模塊83均可實(shí)現(xiàn)為乘法器。第一能量分布控制模塊81接收數(shù)字音頻信 號(hào)的左右聲道信號(hào)，對(duì)接收的左右聲道信號(hào)進(jìn)行二分之一衰減，以防止混合 兩個(gè)聲道時(shí)溢出。第二能量分布控制模塊82接收第一 IACC模塊60輸出的 左右聲道信號(hào)，將接收的左右聲道信號(hào)乘以預(yù)定的能量因子，從而能夠根據(jù) 不同空間中期反射聲區(qū)域能量大小的不同，來(lái)調(diào)節(jié)中期反射聲區(qū)域的能量。 第三能量分布控制模塊83接收第二 IACC模塊70輸出的左右聲道信號(hào)，將 接收的左右聲道信號(hào)乘以預(yù)定的能量因子，從而能夠根據(jù)不同空間后期反射 聲區(qū)域能量大小的不同，來(lái)調(diào)節(jié)后期反射聲區(qū)域的能量。在本實(shí)施例中，第 一能量分布控制模塊81、第二能量分布控制模塊82和第三能量分布控制模 塊83中的系數(shù)(即，能量因子)分別為0.5、 0.61和0.61。
輸出加法器90將直接聲產(chǎn)生模塊10、早期反射聲產(chǎn)生模塊、第二能量 分布控制模塊82和第三能量分布控制模塊83輸出的左右聲道信號(hào)分別相加， 以輸出最終的混響信號(hào)Lr和Rr。
以上以教堂空間為例描述了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的數(shù)字音頻混響器。但是， 通過(guò)改變各個(gè)模塊中的延時(shí)時(shí)間、濾波器參數(shù)以及乘法器系數(shù)，可以得到不 同空間的混響效果，并且可以產(chǎn)生現(xiàn)實(shí)中不存在的空間的混響效果。另一方 面，根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的數(shù)字音頻混響器中的延時(shí)單元和濾波器的數(shù)量不限 于8個(gè)，而是可以根據(jù)不同的效果要求以及不同的系統(tǒng)性能要求，增加或減 少延時(shí)單元和濾波器的個(gè)數(shù)，并且可以相應(yīng)地改變矩陣的維數(shù)。
圖4示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的數(shù)字音頻混響方法的流程圖。
參照?qǐng)D4，在步驟401，直接聲產(chǎn)生模塊接收數(shù)字音頻信號(hào)的左右聲道信 號(hào)，并對(duì)接收的左右聲道信號(hào)進(jìn)行濾波。在步驟402，第一能量分布控制模 塊接收數(shù)字音頻信號(hào)的左右聲道信號(hào)，并對(duì)接收的左右聲道信號(hào)進(jìn)行二分之 一衰減。在步驟403,前期空氣/物質(zhì)衰減濾波器模塊接收經(jīng)第一能量分布控 制模塊衰減的左右聲道信號(hào)的和信號(hào)，并對(duì)和信號(hào)進(jìn)行濾波。在步驟404， 早期反射聲產(chǎn)生模塊接收經(jīng)前期空氣/物質(zhì)衰減濾波器模塊濾波輸出的信號(hào)， 并對(duì)接收的信號(hào)進(jìn)行延時(shí)和濾波。在步驟405,中期反射聲產(chǎn)生模塊接收經(jīng) 早期反射聲產(chǎn)生模塊延時(shí)和濾波輸出的信號(hào)，并對(duì)接收的信號(hào)進(jìn)行矩陣運(yùn)算 和延時(shí)。在步驟406,后期反射聲產(chǎn)生模塊接收經(jīng)中期反射聲產(chǎn)生模塊進(jìn)行 矩陣運(yùn)算和延時(shí)輸出的信號(hào)及其自身反饋的輸出信號(hào)，并對(duì)接收的兩種信號(hào)的疊加信號(hào)進(jìn)行矩陣運(yùn)算、濾波和延時(shí)。在步驟407,第一IACC模塊接收經(jīng) 中期反射聲產(chǎn)生模塊進(jìn)行矩陣運(yùn)算和延時(shí)輸出的左右聲道信號(hào)，并對(duì)接收的 左右聲道信號(hào)進(jìn)行互相關(guān)運(yùn)算，以增加左右聲道信號(hào)的相關(guān)性。在步驟408, 第二 IACC模塊接收經(jīng)后期反射聲產(chǎn)生模塊進(jìn)行矩陣運(yùn)算、濾波和延時(shí)輸出 的左右聲道信號(hào)，并對(duì)接收的左右聲道信號(hào)進(jìn)行互相關(guān)運(yùn)算，以增加左右聲 道信號(hào)的相關(guān)性。在步驟409，第二能量分布控制模塊接收經(jīng)第一IACC模塊 進(jìn)行互相關(guān)運(yùn)算后輸出的左右聲道信號(hào)，并將接收的左右聲道信號(hào)乘以預(yù)定 的能量因子，以調(diào)節(jié)中期反射聲區(qū)域的能量。在步驟410,第三能量分布控 制模塊接收經(jīng)第二 IACC模塊進(jìn)行互相關(guān)運(yùn)算后輸出的左右聲道信號(hào)，并將 接收的左右聲道信號(hào)乘以預(yù)定能量因子，以調(diào)節(jié)后期反射聲區(qū)域的能量。在 步驟411,輸出加法器將直接聲產(chǎn)生模塊、早期反射聲產(chǎn)生模塊、第二能量 分布控制模塊和第三能量分布控制模塊輸出的左右聲道信號(hào)分別相加，以輸 出混響信號(hào)。
在如上所述的根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的數(shù)字音頻混響方法中，直接聲產(chǎn)生模 塊、前期空氣/物質(zhì)衰減濾波器模塊、早期反射聲產(chǎn)生模塊、中期反射聲產(chǎn)生 模塊、后期反射聲產(chǎn)生模塊、第一IACC模塊、第二IACC模塊、第一能量 分布控制模塊、第二能量分布控制模塊、第三能量分布控制模塊和輸出加法 器可具有參照?qǐng)D3描述的各個(gè)模塊的結(jié)構(gòu)。
綜上所述，根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例，通過(guò)模擬混響信號(hào)的四個(gè)部分來(lái)產(chǎn)生高 音質(zhì)、高密度并有一定相似度的混響輸出信號(hào)。此外，根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例， 通過(guò)改變各個(gè)模塊的延時(shí)時(shí)間、濾波器參數(shù)以及乘法器系數(shù)，可以得到不同 空間的混響效果，并且可以產(chǎn)生現(xiàn)實(shí)中不存在的空間的混響效果。
雖然已經(jīng)參照本發(fā)明的特定示例性實(shí)施例顯示和描述了本發(fā)明，但是本 領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該理解，在不脫離由權(quán)利要求及其等同物限定的本發(fā)明的精 神和范圍的情況下，可在形式和細(xì)節(jié)上進(jìn)行各種改變。
1權(quán)利要求
1、一種數(shù)字音頻混響器，包括直接聲產(chǎn)生模塊，接收數(shù)字音頻信號(hào)的左右聲道信號(hào)并對(duì)接收的左右聲道信號(hào)進(jìn)行濾波；第一能量分布控制模塊，接收數(shù)字音頻信號(hào)的左右聲道信號(hào)并對(duì)接收的左右聲道信號(hào)進(jìn)行二分之一衰減；前期空氣/物質(zhì)衰減濾波器模塊，接收經(jīng)第一能量分布控制模塊衰減的左右聲道信號(hào)的和信號(hào)，并對(duì)和信號(hào)進(jìn)行濾波；早期反射聲產(chǎn)生模塊，接收前期空氣/物質(zhì)衰減濾波器模塊的輸出信號(hào)，并對(duì)接收的信號(hào)進(jìn)行延時(shí)和濾波；中期反射聲產(chǎn)生模塊，接收早期反射聲產(chǎn)生模塊的輸出信號(hào)，并對(duì)接收的信號(hào)進(jìn)行矩陣運(yùn)算和延時(shí)；后期反射聲產(chǎn)生模塊，接收中期反射聲產(chǎn)生模塊的輸出信號(hào)及其自身反饋的輸出信號(hào)，并對(duì)接收的兩種輸出信號(hào)的疊加信號(hào)進(jìn)行矩陣運(yùn)算、濾波和延時(shí)；第一雙耳互相關(guān)系數(shù)模塊，接收中期反射聲產(chǎn)生模塊輸出的左右聲道信號(hào)，并對(duì)接收的左右聲道信號(hào)進(jìn)行互相關(guān)運(yùn)算，以增加左右聲道信號(hào)的相關(guān)性；第二雙耳互相關(guān)系數(shù)模塊，接收后期反射聲產(chǎn)生模塊輸出的左右聲道信號(hào)，并對(duì)接收的左右聲道信號(hào)進(jìn)行互相關(guān)運(yùn)算，以增加左右聲道信號(hào)的相關(guān)性；第二能量分布控制模塊，接收經(jīng)第一雙耳互相關(guān)系數(shù)模塊進(jìn)行互相關(guān)運(yùn)算后輸出的左右聲道信號(hào)，并將接收的左右聲道信號(hào)乘以第一能量因子，以調(diào)節(jié)中期反射聲區(qū)域的能量；第三能量分布控制模塊，接收經(jīng)第二雙耳互相關(guān)系數(shù)模塊進(jìn)行互相關(guān)運(yùn)算后輸出的左右聲道信號(hào)，并將接收的左右聲道信號(hào)乘以第二能量因子，以調(diào)節(jié)后期反射聲區(qū)域的能量；輸出加法器，將直接聲產(chǎn)生模塊、早期反射聲產(chǎn)生模塊、第二能量分布控制模塊和第三能量分布控制模塊輸出的左右聲道信號(hào)分別相加，以輸出混響信號(hào)。
2、 如權(quán)利要求1所述的數(shù)字音頻混響器，其中，直接聲產(chǎn)生模塊被配置為截止頻率為19000Hz的二階巴特沃思低通濾波器。
3、 如權(quán)利要求1所述的數(shù)字音頻混響器，其中，第一能量分布控制模塊、 第二能量分布控制模塊和第三能量分布控制模塊被配置為具有不同系數(shù)的乘法器。
4、 如權(quán)利要求1所述的數(shù)字音頻混響器，其中，前期空氣/物質(zhì)衰減濾 波器模塊被配置為截止頻率為8000Hz的二階巴特沃思低通濾波器。
5、 如權(quán)利要求1所述的數(shù)字音頻混響器，其中，早期反射聲產(chǎn)生模塊包括第一至第八延時(shí)單元，依次對(duì)接收的前期空氣/物質(zhì)衰減濾波器模塊的輸 出信號(hào)進(jìn)行延時(shí)；第一至第八二階IIR濾波器，對(duì)第一至第八延時(shí)單元的輸出信號(hào)分別進(jìn) 4亍濾波。
6、 如權(quán)利要求5所述的數(shù)字音頻混響器，其中，中期反射聲產(chǎn)生模塊包括矩陣模塊，對(duì)早期反射聲產(chǎn)生模塊中的第一至第八二階IIR濾波器的輸 出信號(hào)進(jìn)行矩陣運(yùn)算；第九至第十六延時(shí)單元，對(duì)經(jīng)矩陣運(yùn)算獲得的信號(hào)分別進(jìn)行延時(shí)。
7、 如權(quán)利要求6所述的數(shù)字音頻混響器，其中，所述矩陣模塊采用如下 矩陣、ll1l1l 「 l —1 1 -l 1 -1 1 -l ll -1 _1 11 _1 -l l—1-llM = 。 1 1 1 1_1 _1 _1 一l1一l1-1 _11-l 11 1一l -l _1 _11 11_1 -11-11 1 一l
8、 如權(quán)利要求6所述的數(shù)字音頻混響器，其中，后期反射聲產(chǎn)生模塊包括矩陣模塊，對(duì)中期反射聲產(chǎn)生模塊中的第九至第十六延時(shí)單元的輸出信 號(hào)及其自身反饋的輸出信號(hào)的疊加信號(hào)進(jìn)行矩陣運(yùn)算；第九至第十六二階IIR濾波器，對(duì)經(jīng)矩陣運(yùn)算獲得的信號(hào)分別進(jìn)行濾波；第十七至第二十四延時(shí)單元，對(duì)第九至第十六二階IIR濾波器的輸出信 號(hào)分別進(jìn)行延時(shí)，其中，第十七至第二十四延時(shí)單元延時(shí)后的輸出信號(hào)^皮反饋到所述矩陣 模塊。
9、 如權(quán)利要求8所述的數(shù)字音頻混響器，其中，所述矩陣模塊采用如下 矩陣<formula>formula see original document page 4</formula>
10、 如權(quán)利要求6所述的數(shù)字音頻混響器，其中，第一雙耳互相關(guān)系數(shù) 模塊通過(guò)如下等式對(duì)中期反射聲產(chǎn)生模塊輸出的左右聲道信號(hào)進(jìn)行互相關(guān)運(yùn) 算<formula>formula see original document page 4</formula>其中，xl (n)為中期反射聲產(chǎn)生模塊輸出的左聲道信號(hào)，x2 (n)為中 期反射聲產(chǎn)生模塊輸出的右聲道信號(hào)，yl(n)為經(jīng)互相關(guān)運(yùn)算后從第一雙耳互 相關(guān)系數(shù)模塊輸出的左聲道信號(hào)，y2 (n)為經(jīng)互相關(guān)運(yùn)算后從第一雙耳互相 關(guān)系數(shù)模塊輸出的右聲道信號(hào)，n=l， 2， e為等式P—l/2)arcsin(p)決定的相關(guān) 參數(shù)，p為左右聲道的互相關(guān)系數(shù)，其中，中期反射聲產(chǎn)生模塊輸出的左聲道信號(hào)為第九至第十六延時(shí)單元 中的奇數(shù)次序延時(shí)單元的輸出信號(hào)的和信號(hào)，中期反射聲產(chǎn)生模塊輸出的右 聲道信號(hào)為第九至第十六延時(shí)單元中的偶數(shù)次序延時(shí)單元的輸出信號(hào)的和信
11、 如權(quán)利要求8所述的數(shù)字音頻混響器，其中，第二雙耳互相關(guān)系數(shù) 模塊通過(guò)如下等式對(duì)后期反射聲產(chǎn)生模塊輸出的左右聲道信號(hào)進(jìn)行互相關(guān)運(yùn) 算<formula>formula see original document page 4</formula>其中，xl (n)為后期反射聲產(chǎn)生模塊輸出的左聲道信號(hào)，x2 (n)為后 期反射聲產(chǎn)生模塊輸出的右聲道信號(hào)，yl(n)為經(jīng)互相關(guān)運(yùn)算后從第二雙耳互 相關(guān)系數(shù)模塊輸出的左聲道信號(hào)，y2 (n)為經(jīng)互相關(guān)運(yùn)算后從第二雙耳互相 關(guān)系數(shù)模塊輸出的右聲道信號(hào)，n=l， 2, e為^(l/2)arcsin(戶)決定的相關(guān)參數(shù), p為左右聲道的互相關(guān)系數(shù)，其中，后期反射聲產(chǎn)生模塊輸出的左聲道信號(hào)為第十七至第二十四延時(shí) 單元中的奇數(shù)次序延時(shí)單元的輸出信號(hào)的和信號(hào)，后期反射聲產(chǎn)生模塊輸出 的右聲道信號(hào)為第十七至第二十四延時(shí)單元中的偶數(shù)次序延時(shí)單元的輸出信 號(hào)的和信號(hào)。
12、 如權(quán)利要求5所述的數(shù)字音頻混響器，其中，早期反射聲產(chǎn)生模塊 輸出的左聲道信號(hào)為第 一至第八二階IIR濾波器中的奇數(shù)次序二階IIR濾波器 的輸出信號(hào)的和信號(hào)，早期反射聲產(chǎn)生模塊輸出的右聲道信號(hào)為第 一至第八 二階IIR濾波器中的偶數(shù)次序二階IIR濾波器的輸出信號(hào)的和信號(hào)。
13、 一種數(shù)字音頻混響方法，包括在直接聲產(chǎn)生模塊接收數(shù)字音頻信號(hào)的左右聲道信號(hào)并對(duì)接收的左右聲 道信號(hào)進(jìn)4于濾波；在第一能量分布控制模塊接收數(shù)字音頻信號(hào)的左右聲道信號(hào)并對(duì)接收的 左右聲道信號(hào)進(jìn)行二分之一衰減；在前期空氣/物質(zhì)衰減濾波器模塊接收經(jīng)第一能量分布控制模塊衰減的 左右聲道信號(hào)的和信號(hào)，并對(duì)和信號(hào)進(jìn)行濾波；在早期反射聲產(chǎn)生模塊接收前期空氣/物質(zhì)衰減濾波器模塊的輸出信號(hào)， 并對(duì)接收的信號(hào)進(jìn)行延時(shí)和濾波；在中期反射聲產(chǎn)生模塊接收早期反射聲產(chǎn)生模塊的輸出信號(hào)，并對(duì)接收 的信號(hào)進(jìn)行矩陣運(yùn)算和延時(shí)；在后期反射聲產(chǎn)生模塊接收中期反射聲產(chǎn)生模塊的輸出信號(hào)以及自身反 饋的輸出信號(hào)，并對(duì)接收的兩種信號(hào)的疊加信號(hào)進(jìn)行矩陣運(yùn)算、濾波和延時(shí)；在第 一雙耳互相關(guān)系數(shù)模塊接收中期反射聲產(chǎn)生模塊輸出的左右聲道信 號(hào)，并對(duì)接收的左右聲道信號(hào)進(jìn)行互相關(guān)運(yùn)算，以增加左右聲道信號(hào)的相關(guān) 性；在第二雙耳互相關(guān)系數(shù)模塊接收后期反射聲產(chǎn)生模塊輸出的左右聲道信 號(hào)，并對(duì)接收的左右聲道信號(hào)進(jìn)行互相關(guān)運(yùn)算，以增加左右聲道信號(hào)的相關(guān)性；在第二能量分布控制模塊接收第 一雙耳互相關(guān)系數(shù)模塊進(jìn)行互相關(guān)運(yùn)算 后輸出的左右聲道信號(hào)，并將接收的左右聲道信號(hào)乘以第一能量因子，以調(diào)節(jié)中期反射聲區(qū)域的能量；在第三能量分布控制模塊接收第二雙耳互相關(guān)系數(shù)模塊進(jìn)行互相關(guān)運(yùn)算 后輸出的左右聲道信號(hào)，并將接收的左右聲道信號(hào)乘以第二能量因子，以調(diào) 節(jié)后期反射聲區(qū)域的能量；在輸出加法器將直接聲產(chǎn)生模塊、早期反射聲產(chǎn)生模塊、第二能量分布 控制模塊和第三能量分布控制模塊輸出的左右聲道信號(hào)分別相加，以輸出混 響信號(hào)。
全文摘要
本發(fā)明提供一種數(shù)字音頻混響器和數(shù)字音頻混響方法。所述數(shù)字音頻混響器包括直接聲產(chǎn)生模塊、第一能量分布控制模塊、前期空氣/物質(zhì)衰減濾波器模塊、早期反射聲產(chǎn)生模塊、中期反射聲產(chǎn)生模塊、后期反射聲產(chǎn)生模塊、第一雙耳互相關(guān)系數(shù)(IACC)模塊；第二IACC模塊、第二能量分布控制模塊、第三能量分布控制模塊、輸出加法器。所述數(shù)字音頻混響器通過(guò)對(duì)輸入音頻信號(hào)的左右聲道信號(hào)進(jìn)行處理，可以輸出高音質(zhì)、高密度并有一定相似度的混響輸出信號(hào)。此外，通過(guò)改變所述數(shù)字音頻混響器中各個(gè)模塊的延時(shí)時(shí)間、濾波器參數(shù)以及乘法器系數(shù)，可以得到不同空間的混響效果，并且可以產(chǎn)生現(xiàn)實(shí)中不存在的空間的混響效果。
文檔編號(hào)G10K15/08GK101661746SQ20081021250
公開(kāi)日2010年3月3日 申請(qǐng)日期2008年8月29日 優(yōu)先權(quán)日2008年8月29日
發(fā)明者蔣萌青, 金基勇 申請(qǐng)人:三星電子株式會(huì)社;三星半導(dǎo)體(中國(guó))研究開(kāi)發(fā)有限公司