專利名稱：環(huán)繞聲重放系統(tǒng)、聲音/圖象重放系統(tǒng)、環(huán)繞聲處理裝置和輸入環(huán)繞聲信號的處理方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及權(quán)利要求1前序部分中描述的聲音重放系統(tǒng)。
本發(fā)明還涉及環(huán)繞聲信號處理裝置。
本發(fā)明還涉及包括聲音重放系統(tǒng)的聲音/圖象重放系統(tǒng)。
本發(fā)明還涉及輸入的環(huán)繞聲信號的處理方法。
為了改善聽眾的感受特性，已知多聲道聲音重放系統(tǒng)，它除了左聲道和右聲道(最好還有中央聲道)之外還包括環(huán)繞聲聲道(過去常稱為“環(huán)境”或“特殊音響效果”聲道)。這些系統(tǒng)現(xiàn)在在電影院比較常見，而且在用戶家中日漸普遍。這樣的系統(tǒng)在用戶家中迅速擴散背后的推動力是環(huán)繞聲家用視頻軟件，主要是為電影院播放而制作的、隨后轉(zhuǎn)移到家用視頻介質(zhì)(例如，錄象磁帶、視盤、廣播電視或有線電視)上的環(huán)繞聲電影(影片)越來越容易獲得。
盡管家用視頻介質(zhì)有雙聲道立體聲聲道，但是，這兩個聲道通常借助于振幅和相位矩陣編碼而載有與家用視頻聲道由之衍生的雙聲道立體聲電影聲道相同的左、中、右和環(huán)繞聲四個聲道的聲音信息。也像電影院所做那樣，左、中、右和環(huán)繞聲聲道由用戶用矩陣解碼器，一般稱作“環(huán)繞聲”解碼器解碼并恢復。在家庭環(huán)境中，該解碼器一般包括在盒式磁帶放像機、視盤放像機或電視機/視頻監(jiān)視器中或作為其附件。
在以這樣的方式重放立體聲，即，提供擴展到聽眾后面的聲場或把聲像定位在聽眾后面的情況下，兩個(前)揚聲器布置在聽眾的前面，以重放立體聲，并且另外至少一個或兩個揚聲器布置在聽眾后面，以重放環(huán)繞聲。
但是，在普通的家庭中，因為從空間和成本的角度看難以布置兩個后揚聲器和中央揚聲器，所以實際上只在聽眾的左前方和右前方安裝左聲道揚聲器和右聲道揚聲器。在這種揚聲器配置中，獲得足夠的環(huán)繞聲效果是不可能的。尤其是在利用單聲環(huán)繞聲信號的聲音重放系統(tǒng)的情況下，盡管這系統(tǒng)具有這樣的特征，即，可以在聽眾后側(cè)獲得聲場，或可以移動聲像，但是在不布置后置揚聲器的情況下不可能獲得上述那樣的聲響效果。
為了解決上述問題，從歐洲專利申請EP-A-0637191得知，利用一種環(huán)繞聲信號處理裝置，可以在只通過左前方和右前方揚聲器的聲音重放的基礎上獲得與布置后揚聲器的情況相似的立體聲音響效果。
輸入的后環(huán)繞聲信號用濾波裝置處理，處理后的信號加到立體聲信號中的一個上，然后輸出到一對揚聲器中的一個。另外，把濾波處理后的信號的反相信號加到立體聲信號中的另一個上，然后輸出到另一個揚聲器。
這種已知的聲音重放系統(tǒng)的缺點是感受的聲音強烈地取決于(聽眾頭部的和)聽眾的位置。另外，濾波器特性復雜，并取決于聽眾、例如，后耳道、頭/軀體、和/或耳廓，結(jié)果有可能達不到要求的結(jié)果。此外，已知的聲音重放系統(tǒng)復雜。
本發(fā)明的目的是提供一種沒有上述聲音重放系統(tǒng)的缺點的聲音重放系統(tǒng)，而且還提供一種健壯的聲音重放系統(tǒng)，從而使濾波器拓撲結(jié)構(gòu)的操作在抗系數(shù)量化錯誤方面是非常健壯的。此外，聽眾位置與聲音重放系統(tǒng)性能的關(guān)系不大。
為此目的，本發(fā)明的第一方面提供一種權(quán)利要求1中描述的聲音重放系統(tǒng)。
通過把后環(huán)繞聲的頻率范圍分成若干個分離的頻帶，并且把第一選擇提供給左揚聲器，把第二選擇提供給右揚聲器，使頻譜加寬，結(jié)果感受到環(huán)繞聲。
應該指出，當輸入信號是例如具有立體聲環(huán)繞聲信號的MPEG信號時，環(huán)繞聲信號處理裝置只須使這些立體聲環(huán)繞聲信號定位于遠離左聲道揚聲器和右聲道揚聲器的虛擬聲源的位置，而不必解碼成第一(例如左)和第二(例如右)環(huán)繞聲信號。
本發(fā)明的第二方面提供一種權(quán)利要求3所描述的聲音/圖象重放系統(tǒng)。
該聲音重放系統(tǒng)在聲音/圖象重放系統(tǒng)，諸如電視接收機、計算機監(jiān)視器等中的使用顯著增強了重放的聲音，結(jié)果大大改善用戶的滿意程度。
本發(fā)明的第三方面提供一種權(quán)利要求7所描述的環(huán)繞聲信號處理裝置。
這樣一種環(huán)繞聲信號處理裝置不僅可以用于聲音重放系統(tǒng)和聲音/圖象重放系統(tǒng)，例如電視機等，而且還可以，例如，用于計算機聲卡和/或計算機(聲音)游戲。
本發(fā)明的第四方面提供權(quán)利要求9所描述的用于輸入環(huán)繞聲信號的處理方法。
通過把環(huán)繞聲信號的頻率范圍分成至少兩個頻帶并擴展該信號以便分別提供給左和右揚聲器，來獲得改善的環(huán)繞聲。
按照本發(fā)明的聲音重放系統(tǒng)提供一種所謂不可思議環(huán)繞聲的有效實施方案，從而具有這樣的濾波器拓撲結(jié)構(gòu)，使得濾波器系數(shù)對于量化更加健壯，并且需要較少儲存器。這是通過把頻率范圍分成分離的頻帶來實現(xiàn)的。
按照本發(fā)明的聲音重放系統(tǒng)的最佳實施例具有權(quán)利要求5的特征。
這樣便得到一種簡化的具有最佳性能的聲音重放系統(tǒng)。
按照本發(fā)明的聲音重放系統(tǒng)實施例具有權(quán)利要求6的特征。
在沒有中央揚聲器的情況下，中央信號被分成左和右部分，必要時每一部分乘以相關(guān)的系數(shù)，通過相應的組合裝置提供給相應的左揚聲器和右揚聲器。
將通過以下附圖闡明本發(fā)明的這些和其它方面，從中將明白本發(fā)明的這些和其他方面。附圖中

圖1是聲音/圖象重放系統(tǒng)方塊示意圖的例子；圖2是環(huán)繞聲信號處理裝置方塊示意圖的例子；圖3是環(huán)繞聲信號處理裝置的第一實施例；圖4是圖3的去相關(guān)濾波器的頻率響應；圖5是環(huán)繞聲信號處理裝置的第二實施例；圖6是圖5的濾波器傳遞函數(shù)HL和2HL-1的頻率響應；圖7是環(huán)繞聲信號處理裝置的第三實施例；以及圖8是圖7的濾波器傳遞函數(shù)Ha和Hb的頻率響應。
圖1表示聲音/圖象重放系統(tǒng)1，諸如電視機，它包括左聲道揚聲器LL、右聲道揚聲器RL和中央揚聲器CL。聲音/圖象重放系統(tǒng)還包括環(huán)繞聲解碼器裝置SDU，用來把包括兩個分量LT和RT的輸入信號解碼為后環(huán)繞聲信號S和兩個聲道前立體聲信號L和R以及中央信號C。另外，聲音/圖象重放系統(tǒng)包括環(huán)繞聲信號處理裝置SSPU1，用來在沒有后揚聲器的情況下把后環(huán)繞聲信號S轉(zhuǎn)換成第一和第二環(huán)繞聲信號SL和RL，并用來把這些環(huán)繞聲信號定位在遠離左聲道和右聲道揚聲器LL和RL的虛擬聲源上。第一立體聲信號L在第一組合裝置CM1與第一環(huán)繞聲信號SL組合，而這第二立體聲信號R在第二組合裝置CM2與第二環(huán)繞聲信號SR組合。第一組合裝置的輸出耦合到左揚聲器，而第二組合裝置的輸出耦合到右揚聲器。
環(huán)繞聲信號處理裝置SSPU1包括濾波器裝置，該濾波器裝置包括這樣的裝置它用來把后環(huán)繞聲信號的預定頻率范圍分成至少兩個相鄰的頻帶，把頻帶的第一選擇作為第一環(huán)繞聲信號提供給第一組合裝置CM1，而把頻帶的第二選擇作為第二環(huán)繞聲信號提供給第二組合裝置CM2。第一和第二選擇是基本上分離的，而第一和第二選擇的總和覆蓋所述預定的頻率范圍。
圖2中以方框圖的形式示出按照本發(fā)明的環(huán)繞聲信號處理裝置。下面將參照圖3，5和7描述環(huán)繞聲信號處理裝置的一些實施例。
代替中央揚聲器CL的使用，也可以在沒有中央揚聲器的情況下，把中央信號分成兩部分，這兩部分可以通過(修正后)組合裝置分別提供給左和右揚聲器LL和RL。
圖2表示按照本發(fā)明的環(huán)繞聲信號處理裝置SSPU2的方框圖，其中通過去相關(guān)器DEC2把接收到的環(huán)繞聲信號轉(zhuǎn)換成兩個去相關(guān)的信號SFL2和SFR2。為了進一步改善環(huán)繞聲，把信號SFL2和SFR2輸送到擴展器EXP2以便擴展該信號。環(huán)繞聲信號處理裝置在其輸出端提供左環(huán)繞聲信號SL和右環(huán)繞聲信號SR。這些輸出信號可以提供給左和右揚聲器。
當輸入信號是MPEG(活動圖象專家組)信號時，可以得到立體聲環(huán)繞聲信號。結(jié)果在這種情況下不必執(zhí)行去相關(guān)操作。
可以用許多方法來將環(huán)繞聲信號SFL2和SFR2擴展(展寬)。在以下例子(圖3)中，使用混洗器(shuffler)，以濾波器傳遞函數(shù)Ha，Hb進行濾波和使用去混洗器(de-sbuffler)，這是進行環(huán)繞聲信號擴展的一種非常有效的方法。在圖5和7中，分別通過使必要的元件減到最少來進一步優(yōu)化擴展器EXP5和EXP7。
圖3表示接收環(huán)繞聲信號S的環(huán)繞聲信號處理裝置SSPU3的實施例，該環(huán)繞聲信號被輸送到具有圖4a所示的傳遞函數(shù)HL的第一去相關(guān)濾波器FL31和具有圖4b所示的傳遞函數(shù)HR的第二去相關(guān)濾波器FR31。去相關(guān)濾波器FL31和FR31起分頻裝置的作用，用來把環(huán)繞聲信號的頻率范圍分成分離的部分。濾波器的輸出信號FL3和FR3被輸送到擴展器EXP3的所謂混洗器SH3。這種混洗器計算和信號(SFL3+SFR3)和差信號(SFL3-SFR3)。這些和信號和差信號分別通過具有傳遞函數(shù)Hb(見圖9)的濾波器FL32和具有傳遞函數(shù)Ha(見圖9)的濾波器FR32輸送到所謂去混洗器DSH3。在去混洗器的輸出端獲得第一和第二環(huán)繞聲信號SL3和SR3，準備提供給組合裝置(見圖1)。
混洗器連同分別具有傳遞函數(shù)Ha，Hb的濾波器以及去混洗器的使用是擴展器的最佳實施例，用來將環(huán)繞聲信號展寬(擴展)。
圖4表示利用低通濾波器作為第一濾波器FL31(見圖4a)并且利用高通濾波器作為第二濾波器FR31(見圖4b)把頻率范圍分成兩個分離的頻帶的最基本的解決方案。這樣，后環(huán)繞聲信號S的頻率范圍的較低一半(低于頻率Fg)將提供給左揚聲器LL，而所述頻率范圍較高的一半(高于頻率Fg)提供給右揚聲器RL。
圖5表示從環(huán)繞聲解碼器(見圖1)接收環(huán)繞聲信號S的環(huán)繞聲信號處理裝置SSPU5的第二實施例。利用傳遞函數(shù)中的關(guān)系HR＝1-HL從濾波器FL31推演出濾波器FR31，從而進行簡化。還應指出，也可以利用HL＝1-HR。利用這種簡化，環(huán)繞聲信號處理裝置的電路可以簡化為圖5所示。在這個實施例中，環(huán)繞聲信號S提供給具有傳遞函數(shù)2HL的濾波器F5，這個濾波器的輸出信號提供給減法裝置SUB的正輸入端，其負輸入端接收信號S，結(jié)果得到總傳遞函數(shù)(2HL-1)。所述減法裝置在其輸出端把通過具有傳遞函數(shù)Hb(見圖9)的濾波器FR5提供的差信號輸送到去混洗器DSH5。在去混洗器的另一個輸入端，通過具有傳遞函數(shù)Ha(見圖9)的濾波器FL5接收信號S。
圖6表示HL(虛線)和(2HL-1)(實線)的振幅對頻率的傳遞函數(shù)?？梢郧宄乜闯?，某些頻帶通到左揚聲器，而另一些頻帶通到右揚聲器。
圖7表示從環(huán)繞聲解碼器(見圖1)接收信號S的環(huán)繞聲信號處理裝置SSPU7的最佳實施例。圖5的濾波器F5和減法裝置SUB被具有傳遞函數(shù)Hφ的全通濾波器F7代替。圖8中示出關(guān)于圖7的實施例的振幅對頻率的總傳遞函數(shù)。去混洗器DSH7在其一個輸入端通過濾波器F7和濾波器FR7接收信號S。在另一個輸入端，去混洗器通過濾波器FL7接收信號S。在輸出端，去混洗器提供信號SL7和SR7，它們可以提供給組合裝置(見圖1)。
圖8表示從環(huán)繞聲信號S到信號SL(實線)和SR(虛線)的總傳遞函數(shù)。一條曲線的峰與另一條曲線的谷一致。
圖9表示濾波器FL32，F(xiàn)R32，F(xiàn)L5，F(xiàn)R5和FL7，F(xiàn)R7中用的傳遞函數(shù)Ha(實線)和Hb(點劃線)。
本專業(yè)的技術(shù)人員將會意識到，在不偏離本發(fā)明的情況下可以有許多修改的地方。例如，如上所述地修改組合裝置，以便在沒有中央揚聲器的情況下組合分開了的中央信號CL和CR。
按照本發(fā)明的環(huán)繞聲信號處理裝置不僅可以用于聲音重放系統(tǒng)，和/或聲音/圖象重放系統(tǒng)，諸如電視機等，而且可以用于計算機聲卡和/或計算機(聲音)游戲、多媒體裝置、便攜式音頻裝置等。
還將會看到，濾波器可以用模擬或數(shù)字的方式實現(xiàn)。濾波器的階數(shù)可以隨意選擇，盡管二階濾波器的性能被證明是令人滿意的。
另外，正如上面指出的，當聲音/圖象重放系統(tǒng)的輸入信號是MPEG信號時，不必執(zhí)行去相關(guān)操作。
本專業(yè)的技術(shù)人員很清楚，不論是否優(yōu)化，可以用其它方法來代替混洗器，濾波和去混洗器的組合，作為擴展器提供環(huán)繞聲信號的擴展。
通過把環(huán)繞聲信號分成兩個分離的選擇，并通過將這些選擇展寬(擴展)，顯著地增強了重放的環(huán)繞聲。
權(quán)利要求
1.一種聲音重放系統(tǒng)，它包括左聲道和右聲道揚聲器；環(huán)繞聲解碼裝置，用來把至少一個輸入信號解碼成至少一個后環(huán)繞聲信號和兩個聲道的立體聲信號；環(huán)繞聲信號處理裝置，用來把后環(huán)繞聲信號轉(zhuǎn)換成第一和第二環(huán)繞聲信號，并用來把這些環(huán)繞聲信號定位于遠離左聲道和右聲道揚聲器的虛擬聲源上；以及第一組合裝置，它耦合到所述揚聲器之一，用來把所述第一環(huán)繞聲信號與立體聲信號中的一個組合；和第二組合裝置，它耦合到另一個揚聲器，用來把第二環(huán)繞聲信號與另一個立體聲信號組合，而所述環(huán)繞聲信號處理裝置還包括濾波器裝置，其特征在于所述環(huán)繞聲信號處理裝置的所述濾波器裝置包括分頻裝置，用來把后環(huán)繞聲信號的至少一個預定的頻率范圍分成至少兩個相鄰的頻帶，把所述頻帶的第一選擇提供給所述第一組合裝置，而把所述頻帶的所述第二選擇提供給所述第二組合裝置，所述第一和第二選擇基本上是分離的，所述第一和第二選擇的總和覆蓋所述預定的頻率范圍。
2.權(quán)利要求1的聲音重放系統(tǒng)，其特征在于所述分頻裝置安排來交替地提供相鄰的頻帶，作為所述第一和第二環(huán)繞聲信號。
3.權(quán)利要求1的聲音重放系統(tǒng)，其特征在于所述濾波器裝置包括作為去相關(guān)裝置一部分的第一和第二去相關(guān)濾波器，其輸出端耦合到混洗器的輸入端，所述混洗器的輸出端通過第三和第四濾波器與去混洗器耦合，以便擴展所述環(huán)繞聲信號。
4.權(quán)利要求1的聲音重放系統(tǒng)，其特征在于所述環(huán)繞聲信號處理裝置包括耦合到所述濾波器裝置一個濾波器的輸入端的輸入端，所述濾波器的輸出端耦合到減法裝置輸入端，所述減法裝置的另一個輸入端耦合到所述濾波器的所述輸入端，所述減法裝置通過第二濾波器耦合到去混洗器，所述去混洗器的另一個輸入端通過第三濾波器耦合到所述環(huán)繞聲信號處理裝置的所述輸入端。
5.權(quán)利要求1的聲音重放系統(tǒng)，其特征在于所述環(huán)繞聲信號處理裝置包括全通濾波器，所述全通濾波器的輸出端通過第二濾波器耦合到去混洗器的一個輸入端，所述去混洗器的另一個輸入端通過第二濾波器耦合到所述環(huán)繞聲信號處理裝置的所述輸入端。
6.權(quán)利要求1的聲音重放系統(tǒng)，其特征在于所述環(huán)繞聲解碼器還提供具有第一和第二部分的中央信號，由此通過第一定標器把所述第一部分提供給所述第一組合裝置，而通過第二定標器把所述第二部分提供給所述第二組合裝置。
7.一種包括權(quán)利要求1的聲音重放系統(tǒng)的聲音/圖象重放系統(tǒng)。
8.一種用于權(quán)利要求1的聲音重放系統(tǒng)的環(huán)繞聲信號處理裝置。
9.一種把輸入的環(huán)繞聲信號分成左聲道和右聲道輸出信號的處理方法，其特征在于所述方法包括以下步驟-把所述輸入的環(huán)繞聲信號的預定頻率范圍分成至少兩個相鄰的頻帶，-提供頻帶的第一選擇，以便在擴頻后形成左聲道輸出信號，-提供頻帶的第二選擇，以便在擴頻后形成右聲道輸出信號，所述第一和第二選擇基本上是分離的，所述第一和第二選擇的總和覆蓋所述預定的頻率范圍。
全文摘要
為了改善聽眾的感受特性,已知有包括環(huán)繞聲聲道的多聲道聲音重放系統(tǒng)。最好在沒有后揚聲器的情況下利用前立體聲揚聲器(LL,RL)來重放環(huán)繞聲信號(S)。為了改善環(huán)繞聲,環(huán)繞聲信號(S)的頻率范圍被(SSPU1)分成至少兩個相鄰的頻帶。分頻后。環(huán)繞聲信號(S)的兩個部分(SR,SL)被擴展,以便進一步改善重放的環(huán)繞聲信號。至少把環(huán)繞聲信號(SR,SL)(通過CM1,CM2)與相應的立體聲信號(L,R)組合。
文檔編號H04S1/00GK1256851SQ99800132
公開日2000年6月14日 申請日期1999年1月28日 優(yōu)先權(quán)日1998年2月13日
發(fā)明者R·M·阿特斯 申請人:皇家菲利浦電子有限公司