控制增益调节和环绕信号电平的制作方法

专利名称：控制增益调节和环绕信号电平的制作方法
技术领域：
本发明涉及在多音频信号的音频系统中控制增益调节和环绕信号电平的方法、装置和系统。
背景技术：
具有环绕声特性的音频系统流行于影剧院、家庭娱乐系统和汽车中。通常，环绕声特性通过增加与音乐、电影配乐和其他音频性能相关联的听觉刺激，增强了整体倾听体验。利用一组空间上不同的换能器提供环绕声能力。通常，主(或前)换能器位于听者或听众前方，而环绕声换能器位于听者或听众的后方和/或旁边。音频输入的环绕声处理控制发送到每个换能器的信号，并切使得每个换能器产生不同的音频输出。因此，可以给听者呈现好像是被声音环绕的感觉和/或声音发源于特定方向的感觉。

发明内容
在一个方面中，这里描述了用于提供对调节多音频功能的单个自由度(DOF)控制的系统和方法。特别地，可以对在第一范围的控制位置上的第一组信号执行第一功能，而可以对在其他范围的控制位置上的另一组信号执行一个或多个其他功能。每个范围中控制的信号数量可以不同。
在一个实施例中，可以使用单个控制设备来在环绕声应用中控制环绕信号电平和图像增益调节(image fader)功能。控制设备在第一范围的控制操作上执行环绕信号电平控制，并且在一个或多个其他范围的控制操作上执行增益调节功能。控制设备仅仅对环绕信号或在控制设备操作范围的部分上的信号操作，并且对环绕信号和其他部分操作范围上的其他信号(可以包括例如左前、中心和右前信号)操作。控制设备以自然和直观的方式完成这两个功能。
提供系统和技术来使用单个控制设备控制包括多个输入信号和多个空间上不同的换能器(transducer)的环绕系统。控制设备的操作范围可以分成两个或多个控制区域。每个区域可以对应于不同的控制功能。在一个实施例中，第一控制区域可以控制相对于一个或多个音频前源信号的一个或多个音频环绕源信号的强度。第二控制区域除了控制音频环绕源信号和音频前源信号的相对强度之外，还可以控制音频环绕源信号和音频前源信号的混合。可以使用控制的音频环绕源信号的混合来保留音频系统中的一个或多个音频信号。
在一个方面中，用于在音频系统中保留音频信号的方法包括从多个音频信号中选择第一音频信号。第一音频信号被施加到第一换能器。该方法还包括将一部分第一音频信号与来自多个音频信号的第二音频信号混合来产生混合音频信号。在将一部分混合音频信号施加到第二换能器时降低施加到第一换能器的第一音频信号的增益，以保留至少一部分第一音频信号。可以通过使第一音频信号渐弱(fade-out)来实现第一音频信号增益的降低。可以通过使混合音频信号渐强(fade-in)来实现将一部分混合音频信号施加到第二换能器。
可以在将这一部分第一音频信号混合进第二音频信号之前修改第二音频信号的增益。第一音频信号可以是例如环绕声信号或中心声道信号。
在一个例子中，将至少一部分来自多个音频信号的第三音频信号混合进一部分来自多个音频信号的第四音频信号中，以产生另一混合音频信号。所述混合步骤可以包括确定第一音频信号和第二音频信号中的至少一个的混合系数。
在另一方面中，根据本发明的音频系统包括用于产生多个音频信号的音频源。所述多个音频信号包括施加到第一换能器的第一音频信号。处理器将一部分第一音频信号与来自多个音频信号的第二音频信号混合来产生混合音频信号。增益调节控制器在将一部分混合音频信号施加到第二换能器时降低施加到第一换能器的第一音频信号的增益，以保留至少一部分第一音频信号。
增益调节控制器可以包括具有纯增益调节功能的控制区域。处理器可以是环绕声处理器。音频源可以产生离散音频信号。所述多个音频信号中的一个或多个可以是环绕信号和/或中心声道信号。增益调节控制器可以是旋转控制器或线性控制器。
在另一方面中，以在音频系统中预留音频信号的装置具体化本发明。该装置包括用于接收多个音频信号的处理器。处理器将一部分来自多个音频信号的第一音频信号与来自多个音频信号的第二音频信号混合来提供混合音频信号。增益调节控制器在增加混合音频信号增益的同时降低第一音频信号的增益，以保留至少一部分第一音频信号。
增益调节控制器可以包括具有纯增益调节功能的控制区域。处理器可以包括环绕声处理器。所述多个音频信号中的一个或多个可以包括环绕信号和/或中心声道信号。增益调节控制器可以包括旋转控制器或线性控制器。
在一个方面中，在一种增益调节控制器中实现本发明。该增益调节控制器包括具有纯增益调节区域的第一控制区域。在至少保留第二音频信号的同时在纯增益调节区域中降低第一音频信号的增益。第二控制区域位于第一控制区域附近。在至少保留第一混合信号增益的同时在第二控制区域中降低第一音频信号的增益。第一混合信号包括一部分第一音频信号和一部分第二音频信号。
所述第一和第二音频信号中的至少一个可以包括环绕信号。所述第一和第二音频信号中的至少一个可以包括中心声道信号。所述第一和第二音频信号中的至少一个可以包括前声道信号。在一个配置中，第一音频信号可以包括环绕信号，而第二音频信号可以包括前声道信号。
在另一方面中，在一种增益调节控制器中实现本发明。该增益调节控制器包括第一控制区域。在第一控制区域中增加第一混合信号增益的同时降低第一音频信号的增益。第一混合信号包括一部分第一音频信号和一部分第二音频信号。第二控制区域位于第一控制区域附近。在第二控制区域中增加第二混合信号的增益的同时降低第三音频信号的增益。第二混合信号包括一部分第三音频信号和一部分第四音频信号。
额外的第三控制区域可以位于第一和第二控制区域之间。第三控制区域提供纯增益调节功能。增益调节控制器的中心位置可以位于第一和第二控制区域之间。该中心位置包括中间(neutral)增益调节位置。
第一、第二、第三和第四音频信号中的至少一个可以包括环绕信号。第一、第二、第三和第四音频信号中的至少一个可以包括中心声道信号。第一音频信号可以包括环绕信号，而第二音频信号可以包括前声道信号。第三音频信号可以包括中心声道信号，而第四音频信号可以包括环绕信号。
在一个方面中，以一种确定音频系统的增益调节控制器的位置的方法来实现本发明。该方法包括计算音频信号所产生的前信号与后信号之比。该方法还可以包括调节增益调节控制器的位置并计算音频信号所产生的前信号与后信号之比。该方法还可以包括通过生成相对于计算出的前信号与后信号之比的增益调节增益的模型来生成增益调节曲线(fade contour)。该方法还可以包括通过生成相对于计算出的前信号与后信号之比的增益调节增益的查找表来生成增益调节曲线。该方法还可以包括取音频系统产生的前信号和后信号的加权平均。


通过参照下面结合附图的描述，本发明的其他特征、目标和优点将更好理解，其中相同的附图标记指示相同的结构组件和特征，其中图1是汽车音响环境中的多声道离散环绕声系统的方框图；图2是可以在环绕声系统中使用的单自由度控制器的旋转控制图；图3(包括图3A和图3B)是对于图2所示的控制设备的每个位置施加到每个换能器的各个输入信号和信号电平的示意图；图4是环绕电平控制区域和后增益调节控制区域之间的转换区域的精细解决控制方案的代表图；图5示出对图4所示的控制设备的每个中间位置施加到每个换能器的各个输入信号和信号电平的示意图；图6是在汽车音响环境中的多声道离散环绕声系统中空间上不同的换能器的方框图；图7示出根据本发明一个实施例的环绕电平控制的旋转控制图；图8示出根据本发明一个实施例的增益调节控制器的旋转控制图；图9示出根据本发明另一实施例的增益调节控制器的旋转控制图；图10示出根据本发明一个实施例的增益调节曲线的图；图11示出根据本发明一个实施例的下混合(downmix)模块的示意图；图12示出根据本发明另一实施例的下混合模块的示意图；图13是对根据本发明的环绕声系统中的具有各个声道的信号混合系数的说明性信号混合器；以及图14是在可以与图11的下混合模块使用的环绕声系统中的具有各个声道的信号系数的信号处理器。
具体实施例方式
将假设汽车音响环境来描述和说明该公开的系统和技术。然而，该技术可以应用于其他类型的音响环境，例如起居室、影院等。
图1是汽车音响环境中的多声道离散环绕声系统的方框图。环绕声系统150使用对应于左前(FL)声道10、右前(FR)声道20、中心(C)声道30、环绕左(SL)声道、环绕右(SR)声道50和低音或低频效果(LFE)声道60的多个离散环绕声源信号。尽管示出和描述了六个源信号声道，但源信号声道的数量是可以改变的。例如，环绕声系统150可能包括中心声道30和/或LFE声道60。作为选择，环绕声系统150可以包括环绕中心声道(未示出)。因此，源信号声道的数量可以小于6或大于6。
信号处理器70接收离散信号10-60来对信号10-60进行操作。信号处理器70可以以数字信号处理器(DSP)或模拟电路的形式实现。信号处理器70对各种输入信号10-60执行一个或多个功能来创建输出信号。信号处理器70可以执行的一个功能是改变信号增益。信号处理器70可以根据所选的控制参数衰减或升高(无论是从绝对还是相对来说)一个或多个信号10-60，这将在下面详细描述。
信号处理器70可以执行的另一功能是信号混合。信号10-60可以以某种方式、以可变的相对或绝对增益在信号处理器70中混合在一起。信号混合将多个输入信号作为输入，将一个或多个输入信号的子集混合在一起，并且生成多个输出信号。混合可以包括衰减或升高要混合的输入信号子集的相对电平以及将调整后的输入信号加在一起。一些或所有输出信号可以包含多个(即，超过一个)输入信号的各分量。输入信号数量可以与输出信号数量不同。如果输出信号的数量小于输入信号的数量，则该处理称为下混合。如果输出信号的数量大于输入信号的数量，则该处理称为上混合。
信号处理器70还可以对各个输入信号执行其他功能来生成输出信号。例如，可以将一对信号之间的差当作一个信号输出。所述技术不限于可以对输入信号执行的功能，且不限于可能存在的输入信号或输出信号的数量。
在执行了期望的功能之后，信号处理器70的输出信号可以被选择性地送到空间上不同的多个换能器。换能器可以包括左前换能器(FL-T)80、中心换能器(C-T)90、右前换能器(FR-T)100、环绕左换能器(SL-T)110、低频效果换能器(LFE-T)120和环绕右换能器(SR-T)130。各个换能器80-130可以安装在车辆140中。与源信号的数量类似，换能器的数量也可以小于或大于六。
可以根据多种因素选择可用来调节输入(源)信号(经过混合或没有混合)的控制参数值，例如扬声器的位置以及信号处理的目的是为了环绕声电平控制还是图像增益调节控制。控制参数也可以取决于音响环境的声音特性。
图2示出可以在环绕声系统中使用的单自由度控制器的旋转控制图。然而，所述技术不限于旋转控制设备。也可以实现其他控制，如滑触头(slider)或+/-(递增/递减控制)控制设备。控制设备可以包括某种类型的用于改变模拟信号或控制电压的电位计，或者可以是某种类型的根据控制设备的位置或运动而输出数字编码的编码器。数字编码器(可以是旋转、线性、递增/递减或某些其他类型的控制设备)可以用于数字(DSP)实现。
控制设备可以是遥控器或固定在音响环境中的某处的控制器的形式。控制设备也可以位于环绕声系统的部件上，例如车辆音频系统的控制接口单元。为了简单起见，下面的描述假设使用旋转控制设备，尽管该技术同样应用于其他类型的控制设备。
如图2所示，旋转控制设备的总控制区域被分成多个控制区域。在所示的实现中，旋转控制设备包括五个控制区域顺时针在位置5和11之间的环绕电平控制区域205、顺时针在位置12和15之间的后增益调节控制区域210、顺时针在位置1和4之间的前增益调节控制区域215、顺时针在位置11和12之间的第一转换区域220和顺时针在位置4和5之间的第二转换区域225。有多种划分控制区域的方法，然而，所述技术不限于划分控制区域的方式。例如，环绕声电平控制区域205可以顺时针位于位置4和12之间，而前增益调节和后增益调节控制区域210和215可以相对较小。控制区域也可以非对称地划分，而不是像图2所示那样对称地划分。也可以使用更多或更少数量的调谐阶(tuning step)(图2所示总共15个)。在一些实现中，调谐阶的数量可以足够大，使得即使当调谐阶的整个范围产生可以察觉的不同音响效果时，相邻调谐阶之间的差别也几乎听不出来。此外，一些实现可以不包括转换区域220和225，和/或可以只包括一个增益调节控制区域。
作为说明性的例子，在环绕电平控制区域205中，每个顺时针旋转阶可以将环绕信号电平增加1.5dB。环绕电平控制区域205可以同时控制单个单道环绕信号、一对立体声环绕信号、或者多声道环绕信号电平(例如，可以在7.1声道实现中存在的左环绕、左中心环绕、右中心环绕和右环绕)。在图2的例子中，可以通过将旋转控制设备从位置5顺时针旋转到位置11来产生总共9dB(6*1.5)的电平变化(增加)。在一个实现中，位置8可以对应于相对于原始输入环绕信号的0dB环绕电平调节，位置11可以对应于相对于位置8的+4.5dB的调节(每一阶，如从位置8到9，增加电平1.5dB)，而位置5可以对应于相对于位置8的-4.5dB的调节(每一阶，如从位置8到7，减少电平1.5dB)。这里所述的阶长用于说明目的，在实际实现中可以按期望改变。此外，每阶的电平改变不必是恒定的。当从位置8移动到位置9时的电平改变可以与当从位置9移动到位置10的电平改变不同，等等。
在位置12和位置15之间的后增益调节区域210中，可以每个调谐阶地调节前换能器(FL-T80、FR-T100和C-T90)对于后换能器(SL-T110、SR-T130和LFE-T120)的输出电平。该调节可以通过对施加到不同的换能器的信号进行操作来完成。当控制设备在旋转控制设备的操作范围的后增益调节区域210上移动，而不是在环绕电平区域205执行的操作范围(例如，在从位置5到11的范围上)时，可以执行不同的功能。此外，后增益调节区域210可以控制不同的信号组(例如，可以调节不仅仅是环绕信号的电平)。
例如，后增益调节区域210中的控制设备的顺时针旋转可以使送到后换能器的信号比送到前换能器的信号强(即，后增益调节功能)。此外，送到后换能器的信号可以具有左前、中心和右前输入信号的分量。送到前换能器的信号也可以包括来自环绕输入信号的信息。在一些实现中，送到前和/或后换能器的信号也可以包括来自低频效果输入信号的信息。
有多种可能的方法来调节前和后换能器的相对输出电平。对在后增益调节情况中的旋转控制的每个顺时针阶，可用通过下面方式来完成增益调节1)保持送到前换能器的信号不变，并且升高送到后换能器的信号；2)衰减送到前换能器的信号，并且保持送到后换能器的信号不变；3)衰减送到前换能器的信号并升高送到后换能器的信号。
在位置1和位置4之间的前增益调节区域215中，可以每个调谐阶地调节后换能器(SL-T110、SR-T130和LFE-T120)对于前换能器(FL-T80、FR-T100和C-T90)的输出电平。该调节可以通过对施加到不同的换能器的信号进行操作来完成。当控制设备在旋转控制设备的操作范围的后增益调节区域215上移动，而不是在环绕电平区域205(例如，在从位置5到11的范围上)和后增益调节区域(例如，在从位置12到15的范围上)执行的操作范围时，可以执行不同的功能。此外，前增益调节区域215可以控制不同的信号组。
例如，前增益调节区域215中的控制设备的顺时针旋转可以使送到前换能器的信号比送到后换能器的信号强(即，前增益调节功能)。此外，送到前换能器的信号可以具有左环绕和右环绕输入信号的分量。送到后换能器的信号也可以包括来自前输入信号的信息。在一些实现中，送到前和/或后换能器的信号也可以包括来自低频效果输入信号的信息。与后增益调节区域210中的操作相比，可以以不同的方式在前增益调节区域215中执行信号的合并。例如，在后增益调节区域210中的操作可以引起信号被送到具有大量前换能器分量的后换能器，而在前增益调节区域215中的操作可以引起信号被送到具有相对少量环绕换能器分量的前换能器。
有多种可能的方法来调节前和后换能器的相对输出电平。对在前增益调节情况中的旋转控制的每个逆时针阶，可用通过下面方式来完成增益调节1)保持送到后换能器的信号不变，并且升高送到前换能器的信号；2)衰减送到后换能器的信号，并且保持送到前换能器的信号不变；3)衰减送到后换能器的信号并升高送到前换能器的信号。
图3示出对图2所示的控制设备的每个位置施加到每个换能器的各个输入信号和信号电平的说明控制参数表250。控制设备可以用于例如车辆中的环绕声应用。在第一操作区域上控制送到所选换能器的环绕信号电平。在其他区域上，使用变化的相对和绝对电平将各个信号混合(相加)在一起，然后送到所选的换能器。图3的控制参数表250为图1所示的、使用图2所示旋转控制设备的六换能器环绕声配置提供信号混合和相应的控制参数值。表250的水平轴255表示图2所示的六个换能器。表250的垂直轴260表示图1所示的六个换能器(FL-T80、FR-T100、C-T90、SL-T110、SR-T130和LFE-T120)。表250表示环绕电平和增益调节控制系统的一个可能的实现。可以使用其他信号混合组合和参数值。
图3中的每个单元显示对于每个换能器和每个控制设备位置的混合在一起的离散信号。每个单元还显示要对于每个换能器和每个控制设备位置施加到离散信号上的控制参数。控制参数表示相对于原始输入信号的增益改变。例如，对于左前换能器80，当控制设在位置1(见图2)时，分别以特定的增益改变(0dB和-1.5dB)(如单元280所示)处理离散的左前和环绕左信号(FL和SL)，然后将其混合(相加)在一起。混合信号被送到左前换能器80。对于左环绕换能器110，当控制设备设在位置12(见图2)时，分别以特定的增益改变(每个-1.5dB)(如单元290所示)处理离散的左前、中心和环绕左信号(FL、C和SL)，然后将其混合在一起。然后混合信号被送到左环绕换能器110。可以根据确定标准(例如关于最优化感受的声音质量和/或维持恒定的总系统输出电平)来选择控制参数值。
对于环绕电平控制区域205(顺时针、位置5和11之间)，环绕输入信号和前输入信号保留为离散。也就是说，不发生信号混合，并且仅仅实现相对于其他信号的环绕信号的增益变化。当控制装置被设置在位置8处时，所有离散信号不加任何增益变化地传递到相应的换能器。从位置8，每个顺时针旋转阶都以预定量(例如1.5dB)增加环绕信号电平或多个电平(SL和SR信号)。在位置9，左和右环绕信号(SL和SR信号)将具有1.5dB的增益增加(参见单元287-1和287-2)，而其他离散信号不用修改直接通过。每个附加顺时针旋转阶产生关于左和右环绕信号的进一步的增益增加。在本示范性实现中，当从位置11移动到位置12时，左和右环绕信号(SL和SR信号)具有2dB增益变化。因此，由每个控制阶提供的信号升高或衰减不一定是常数。任何特定实现中使用的值都可以依赖于期望的系统和倾听环境规范进行选择。
类似地，从位置8开始，每个逆时针旋转阶将左和右环绕信号电平(SL和SR信号)降低预定量，如1.5dB。在该例子中，在位置7处，左和右环绕信号(SL和SR)具有-1.5dB的增益改变(见单元288-1和288-2)，并且所有其他信号没有修改地通过。额外的逆时针旋转阶导致左和右环绕信号进一步增益衰减。
在后增益调节控制区域210(在顺时针位置12和15之间)中，用每个顺时针阶旋转将音频图像增益调节到后面。对于该范围中的操作，经过与控制设备相关的信号处理的音频信号不再保持为离散。例如，音频不表示离散的多声道环绕声，相反，输入信号以某种方式混合。然而，所有的环绕声信息仍然存在。
从位置12(见图2)开始，每个顺时针阶旋转使送到后换能器110和130(SL-T和SR-T)的信号比送到前换能器80、90和100(FL-T、FR-T和C-T)的信号相对较强。尽管示出了特定的实现，但有多种可能的实现来调节前换能器和后换能器之间的相对信号强度，例如1)保持送到前换能器的信号不变，并且升高送到后换能器的信号；2)衰减送到前换能器的信号，并且保持送到后换能器的信号不变；3)衰减送到前换能器的信号并升高送到后换能器的信号。任意这些方法(不管是单独还是组合)都可以用于实现增益调节功能。所示的例子对从位置12到15区域中的顺时针阶旋转保持送到后换能器的信号强度不变，并且降低送到前换能器的信号强度。
在该例子中，在位置13，通过将离散的左前信号(FL)衰减8dB来调节，通过将离散的环绕左信号(SL)衰减10dB来调节，并且将这两个调节的信号混合并送入左前换能器80(FL-T)(如单元295-1所示)。在另一实现中，左前和环绕左信号(FL和SL)可以衰减相同的幅度，如8dB。在这种情况下，可以将信号在衰减前而不是之后混合在一起。换句话说如果左前和环绕左信号(FL和SL)衰减相同的幅度(例如，8dB)，则实现可以将左前和环绕左信号(FL和SL)送到左前换能器(FL-T)而不经任何预调节。相反，可以调节左前换能器80的输出来对信号FL和SL实现相同的8dB衰减。因此，如果所有混合信号的调节量都相同，则既可以在信号处理器中也可以在信号送入的换能器中执行混合信号情况下的信号调节。类似地，既可以在信号处理器中也可以在信号送入的换能器中执行离散信号情况下(例如送到中心换能器90(C-T)的信号)的信号调节。
与前换能器相比，在位置13对环绕换能器执行不同的调节和混合。例如，通过将离散的左前信号(FL)衰减1.5dB来调节，通过将离散的中心信号(C)衰减1.5dB来调节，通过将离散的环绕左信号(SL)衰减1.5dB来调节，并且将这三个调节的信号混合并送入左前换能器110(SL-T)(如单元295-2所示)。
在位置15，所有送到前换能器80、90和100的信号(FL-T、FR-T和C-T)被调节衰减60dB(如单元295-3、295-4和295-5所示)。在这种情况下，实际上听不到从前换能器出来的声音。另一方面，送到后换能器110和130的信号(SL-T和SR-T)被设置回它们原来的电平并且与未调节的前信号合并(如单元295-6和295-7所示)。
在前增益调节区域(在顺时针位置1和4之间)，用每个逆时针阶旋转将音频图像增益调节到前面。对于该范围中的操作，经过与控制设备相关的信号处理的音频信号不再保持为离散。例如，音频不是离散的多声道环绕声，而是使用以某种方式混合的输入信号。然而，所有的环绕声信息仍然存在。
从位置4开始，每个顺时针阶旋转使送到前换能器80、90和100(FL-T、FR-T和C-T)的信号比送到后换能器110和130(SL-T和SR-T)的信号相对较强。在该例子中，送到前换能器的前信号(FL和FR)强度保持不变，而送到前换能器的环绕信号(SL和SR)强度通常随着每个逆时针阶旋转而增加。同时，对从位置4到1的区域中逆时针阶旋转，送到后换能器的信号强度降低。然而，有多种可能的实现来调节前换能器和后换能器之间的相对信号强度，例如1)保持送到后换能器的信号不变，并且升高送到前换能器的信号；2)衰减送到后换能器的信号，并且保持送到前换能器的信号不变；3)衰减送到后换能器的信号并升高送到前换能器的信号。任意这些方法(不管是单独还是组合)都可以用于实现增益调节功能。
作为前增益调节区域的特殊例子，在位置3，离散的左前信号(FL)没有经任何调节(具有0dB的控制参数)地经过，通过将离散的环绕左信号(SL)衰减3dB来调节，并且将这两个调节的信号混合并送入左前换能器80(FL-T)(如单元285-1所示)。在另一实现中，左前和环绕左信号(FL和SL)可以衰减相同的幅度，如3dB。在这种情况下，可以将信号在衰减前而不是之后混合在一起。同样在位置3，通过将离散的左前信号(FL)衰减9dB来调节，通过将离散的环绕左信号(SL)衰减13dB来调节，并且将这两个调节的信号混合并送入左环绕换能器80(SL-T)(如单元285-2所示)。
在位置1，所有送到后换能器110和130的信号(SL-T和SR-T)被调节衰减60dB(如单元285-3和285-4所示)。在这种情况下，实际上听不到来自后换能器的声音。
环绕电平控制区域和后增益调整控制区域之间的转换区域(图2中在顺时针位置11和12之间)用作环绕信号电平和后增益调整控制功能之间的转换区域。类似地，环绕电平控制区域和前增益控制区域之间的转换区域(图2中在顺时针位置5和4之间)用作环绕信号电平和前增益调整控制功能之间的转换区域。这些转换区域可以用于使控制功能之间的转换尽可能平滑。可以通过当在环绕电平控制和增益调节功能之间切换时保持系统输出电平近似恒定以及通过使未混合和混合信号之间的转换尽可能连续来实现这种平滑。
图4示出环绕电平控制区域和后增益调节控制区域之间的转换区域的精细解决控制方案的代表图。可以对环绕电平控制区域和前增益调节控制区域之间的转换区域使用类似的控制方案。精细解决控制方案300包括多个中间控制位置1’、2’、...和3’。每个中间控制位置可以表示对于位置11和12的混合的中间电平和中间系统输出电平。
图5示出对图4所示的控制设备的每个中间位置施加到每个换能器的各个输入信号和信号电平的说明参数控制表500。该表表示对位置11和12之间的转换区域的信号混合和相应的增益控制参数值的例子。为了简单起见，假设位置11和12之间有三个精细中间阶，尽管可以使用其他数量的中间控制位置。表500的水平轴505表示图4所示的中间控制位置1’-3’。表500的垂直轴510表示图1所示的六个换能器(FL-T80、FR-T100、C-T90、SL-T110、SR-T130和LFE-T120)。表500表示环绕电平和增益调节控制系统的转换区域的一种可能的实现。也可以使用其他信号混合组合和参数值。
对于前换能器，顺时针阶旋转引起离散的左前、右前和中心信号(FL、FR和C)的衰减。环绕左和环绕右信号(SL和SR)分别被加到左前和右前信号(FL和FR)，并且在每个旋转阶中升高。对于后换能器，顺时针阶旋转引起离散的左前和右前信号(FL和FR)分别被加到环绕左和环绕右信号(SL和SR)上。此外，中心信号(C)被均等地加到环绕左和环绕右信号(SL和SR)上。左前、右前和中心信号(FL、FR和C)在每个旋转阶升高，并且离散的环绕左和环绕右信号(SL和SR)逐阶衰减。
对于左前换能器80(FL-T)，当从位置11到12转换时，离散的左前信号(FL)将从位置11处的0dB(如单元600-1所示)逐渐衰减到位置12处的-4dB(如单元600-2所示)。环绕左信号(SL)逐渐与离散的左前信号(FL)以在位置1’处-60dB的相对增益(所以几乎听不到)开始混合，并且环绕左信号增益随着每个顺时针阶旋转增加，在位置12达到-6dB。
对于左环绕换能器110(SL-T)，当在顺时针方向上从位置11到12转换时，环绕左信号(SF)可以从位置11处的5dB相对增益(如单元610-1所示)逐渐衰减到位置12处的-1.5dB。在进行转换时，左前和中心信号(FL和C)逐渐与环绕左信号(SL)混合。特别地，离散的左前和中心信号(FL和C)逐渐在位置1’处以-60dB相对增益混合，并且左前和中心信号(FL和C)的增益随着每个顺时针阶旋转增加到位置12处的-1.5dB(如单元610-2所示)。其他可能的转换区域的实现也是可能的。例如，可以使用其他参数值或者可以使用替代的混合方法。
环绕电平控制和前增益调节控制之间的第二转换区域可以使用类似于图5所示的转换方法。
图6是在汽车音响环境中的多声道离散环绕声系统620中空间上不同的换能器的方框图。环绕声系统使用对应于左前(FL)声道622、右前(FR)声道624、前中心(FC)声道626、环绕左(SL)声道628、环绕右(SR)声道630和后中心(BC)声道632的多个离散环绕声源信号。尽管示出和描述了六个源信号声道，但源信号声道的数量是可以改变的。例如，环绕声系统620可能还包括低频效果(LFE)声道。这样，多声道离散环绕声系统620可以是例如5.1、6.1、7.1或8.1离散环绕系统。
信号处理器634接收离散信号622-632来对信号622-632进行操作。信号处理器634可以以数字信号处理器(DSP)或模拟电路的形式实现。信号处理器634对各种输入信号622-632执行一个或多个功能来创建输出信号。信号处理器634可以执行的一个功能是改变信号增益。信号处理器634可以根据所选的控制参数衰减或升高(无论是从绝对还是相对来说)一个或多个信号622-632，这将在下面详细描述。
信号处理器634可以执行的另一功能是信号混合。信号622-632可以以某种方式、以可变的相对或绝对增益在信号处理器634中混合在一起。混合可以包括通过衰减或升高要混合的输入信号子集的相对或绝对电平来调节并将调节后的输入信号加在一起。一个或所有输出信号可以包含多个(即，超过一个)输入信号的分量。输入信号622-632的数量可以与输出信号的数量不同。
信号处理器634还可以对各个输入信号622-632执行其他功能来生成输出信号。例如，可以将一对信号之间的差当作一个信号输出。所述技术不限于可以对输入信号执行的功能(例如混合)，且不限于可能存在的输入信号或输出信号的数量。
在执行了期望的功能之后，信号处理器634的输出信号可以被选择性地送到空间上不同的多个换能器。换能器可以包括左前换能器(FL-T)636、前中心换能器(FC-T)638、右前换能器(FR-T)640、环绕左换能器(SL-T)642、后中心换能器(BC-T)644和环绕右换能器(SR-T)646。各个换能器636-646可以安装在车辆648中。与源信号的数量类似，换能器的数量也可以小于或大于六。
可以根据多种因素选择可用来调节输入(源)信号(经过混合或没有混合)的控制参数值，例如扬声器的位置以及信号处理器634是执行信号混合、环绕声电平控制、还是图像增益调节控制或者信号处理的组合。控制参数也可以取决于音响环境的声音特性，例如车内装潢类型、座位数、乘客数、车顶(headliner)材料、内部音量等。
在一些实施例中，可以使用单独的增益调节控制器和环绕电平控制器来控制输入信号622-632。例如，增益调节控制器和/或环绕电平控制器每个可以包括单自由度的旋转控制器。然而，该控制器不限于旋转控制设备。也可以实现其他控制，如滑触头(slider)或+/-(递增/递减控制)控制设备。控制设备可以包括某种类型的用于改变模拟信号或控制电压的电位计，或者可以是某种类型的根据控制设备的位置或运动而输出数字编码的编码器。数字编码器(可以是旋转、线性、递增/递减、或某些其他类型的控制设备)可以用于数字(DSP)实现。
控制设备可以是遥控器或固定在音响环境中的某处的控制器的形式。控制设备也可以位于环绕声系统的部件上，例如车辆音频系统的控制接口单元。为了简单起见，下面的描述假设使用旋转控制设备，尽管该技术同样应用于其他类型的控制设备。在一个实施例中，可以由参照图7所述的单独的环绕电平控制器控制混合的环绕信号的电平(增益)。例如，环绕信号电平控制器可以增加或降低施加到图6的后换能器642、644、646的后环绕信号的增益。
此外，环绕信号电平控制器可以在前增益调节操作期间增加或降低与前信号混合的后环绕信号的增益。这可以影响与前信号混合的后环绕信号部分的增益，从而改变后环绕信号对前信号的增益比。例如，环绕信号电平控制器可以增加与前信号混合的环绕信号的增益，使在信号混合中环绕信号更突出。作为选择，环绕信号电平控制器可以降低与前信号混合的环绕信号的增益，使在信号混合中环绕信号较不突出。在一个实施例中，预先确定环绕信号的增益以保持车辆中的声音能量恒定。
为了在反向增益调节(fade backward)时保持前中心声道信息，至少一部分前中心声道信号可以与后环绕信号在后增益调节区域中混合。与后环绕信号混合的前中心声道信号的百分比可以保持恒定或者随着增益调节控制器逐渐反向增益调节而改变。混合参数可以由反向增益调节的程度和前中心声道信号电平来控制。例如，与后环绕信号混合的前中心声道信号的百分比随着增益调节控制器逐渐反向增益调节到位置而增加。混合的前中心声道信号的电平(增益)可以由单独的中心声道电平控制器(未示出)控制，或者由参照图7所述的环绕电平控制器的一部分来控制。例如，环绕信号电平控制器的一部分可以控制前中心声道信号的增益。环绕信号电平控制器的一部分可以增加或降低施加到图6的前中心声道换能器638的前中心声道信号的增益。
应当注意的是，当反向增益调节时可以通过将左前和/或右前声道信息的至少一部分与后环绕信号在后增益调节区域中混合来直接保留左前和/或右前声道信息。在一个实施例中，前中心声道信息包括左前和/或右前声道信息。因此，保留中心声道信息也保留了左前和/或右前声道信息。
图7示出根据本发明一个实施例的环绕电平控制器650的旋转控制图。作为旋转控制器示出环绕电平控制器650，然而，也可以实现其他控制，如滑触头或+/-(递增/递减控制)控制设备。环绕电平控制器650可以包括某种类型的用于改变模拟信号或控制电压的电位计，或者可以是某种类型的根据环绕电平控制器650的位置或运动而输出数字编码的编码器。数字编码器(可以是旋转、线性、递增/递减、或某些其他类型的控制设备)可以用于数字(DSP)实现。环绕电平控制器650可以是遥控器或固定在音响环境中的某处的控制器的形式。环绕电平控制器650也可以位于环绕声系统的部件上，例如车辆音频系统的控制接口单元。
环绕电平控制器650可以控制环绕声信号的增益。例如，每个顺时针旋转阶可以将环绕信号电平增加1.5dB。环绕电平控制器650可以同时控制单个单道环绕信号、一对立体声环绕信号、或者多声道环绕信号电平(例如，可以在7.1声道实现中存在的左环绕、左中心环绕、右中心环绕和右环绕)。
在图7的例子中，可以通过将旋转控制设备从位置1652顺时针旋转到位置15 654来产生总共21dB(14*1.5)的电平变化。在一个实现中，位置8 655可以对应于相对于原始输入环绕信号的0.0dB环绕电平调节，位置15 654可以对应于相对于位置8 655的+10.5dB的调节(每一阶，如从位置8 655到位置9 656，增加电平1.5dB)，而位置1 652可以对应于相对于位置8 655的-10.5dB的调节(每一阶，如从位置8 655到位置7 657，减少电平1.5dB)。这里所述的阶长用于说明目的，在实际实现中可以按期望改变。此外，每阶的电平改变不必是恒定的。当从位置8 655移动到位置9 656时的电平改变可以与当从位置9 656移动到位置10 658的电平改变不同，等等。
图8示出根据本发明一个实施例的增益调节控制器660的旋转控制图。增益调节控制器660包括前增益调节区域662和后增益调节区域664。增益调节控制器660还可以包括中心位置666，该位置对应于无增益调节的位置或中间增益调节位置。在一个实施例中，前增益调节区域662还包括环绕声混合，用于将一个或多个环绕声信号与前音频信号(例如图6的左前(FL)声道622、左前(FR)声道624和/或前中心(FC)声道626)下混合。随着增益调节控制器660从中心位置666逆时针旋转，环绕声信号可以与前音频信号混合。在一个实施例中，后增益调节区域654还包括中心声道混合，用于将中心声道信号与后环绕声信号下混合。随着增益调节控制器660从中心位置666顺时针旋转，中心声道信号可以与后环绕声信号混合。
尽管示出增益调节控制器660具有两个对称区域，即前增益调节区域662和后增益调节区域664，但有多种划分区域的方法。例如，前增益调节区域662可以大于后增益调节区域664或者后增益调节区域664可以大于前增益调节区域662。此外，尽管示出了总共15个调谐阶，但也可以使用更多或更少数量的调谐阶。
在一个实施例中，增益调节控制器660如下工作。在位置8和位置15之间的后增益调节区域654中，可以每个调谐阶地调节前换能器(图6的FL-T636、FR-T640和C-T638)对于后换能器(图6的SL-T642、SR-T646和BC-T644)的输出电平。该调节可以通过对施加到不同的换能器的信号进行操作来完成。当增益调节控制器660在旋转控制器的操作范围的后增益调节区域644部分上移动来将中心声道信息下混合到后换能器中时，可以执行混合功能。此外，后增益调节区域644可以混合和/或控制不同的信号组(例如，可以执行将不仅仅是中心声道信息混合进环绕信号中)。
例如，增益调节控制器660在后增益调节区域210中的顺时针旋转可以使送到后换能器642、644、646的信号比送到前换能器636、638、640的信号强(即，后增益调节功能)。此外，送到后换能器642、644、646的信号可以具有左前622、前中心626和右前624输入信号的分量。送到前换能器636、638、640的信号也可以包括来自环绕输入信号628、630的信息。在一些实施例中，送到前和/或后换能器的信号也可以包括来自低频效果输入信号(未示出)的信息。
有多种可能的方法来调节前636、638、640和后换能器642、644、646的相对输出电平。对增益调节控制器660在后增益调节区域664中的顺时针旋转，可用通过下面方式来完成增益调节保持送到前换能器636、638、640的信号不变，并且升高送到后换能器642、644、646的信号；衰减送到前换能器636、638、640的信号，并且保持送到后换能器642、644、646的信号不变；升高送到前换能器636、638、640的信号并衰减送到后换能器642、644、646的信号；或者衰减送到前换能器636、638、640的信号并升高送到后换能器642、644、646的信号。
在位置1和位置8之间的前增益调节区域662中，可以每个调谐阶地调节后换能器(图6的SL-T642、SR-T646和BC-T644)对于前换能器(图6的FL-T636、FR-T640和FC-T638)的输出电平。该调节可以通过对施加到不同的换能器的信号进行操作来完成。当增益调节控制器660在增益调节控制器660的操作范围的前增益调节区域662部分上移动来将环绕声信号信息下混合到前换能器636、638、640中时，可以执行混合功能。此外，前增益调节区域662可以混合和/或控制不同的信号组(例如，可以执行将不仅仅是环绕声信号信息混合进前音频信号中)。
例如，增益调节控制器660在前增益调节区域662中的顺时针旋转可以使送到前换能器636、638、640的信号比送到后换能器642、644、646的信号强(即，前增益调节功能)。此外，送到前换能器636、638、640的信号可以具有左环绕628和右环绕输入信号630的分量。送到后换能器642、644、646的信号也可以包括来自前输入信号622、624、626的信息。在一些实现中，送到前和/或后换能器的信号也可以包括来自低频效果输入信号(如果存在的话)的信息。
与后增益调节区域664中的操作相比，可以以不同的方式在前增益调节区域662中混合和/或控制组合信号。例如，在后增益调节区域664中的操作可以引起信号被送到具有大量前信号分量的后换能器642、644、646，而在前增益调节区域662中的操作可以引起信号被送到具有相对少量环绕声信号分量的前换能器636、638、640。
有多种可能的方法来调节前636、638、640和后换能器642、644、646的相对输出电平。对增益调节控制器660在前增益调节区域662中的逆时针旋转，可用通过下面方式来完成增益调节保持送到后换能器642、644、646的信号不变，并且升高送到前换能器636、638、640的信号；衰减送到后换能器642、644、646的信号，并且保持送到前换能器636、638、640的信号不变；或者衰减送到后换能器642、644、646的信号并升高送到前换能器636、638、640的信号。
图9示出根据本发明另一实施例的增益调节控制器670的旋转控制图。图9的增益调节控制器670与图8的增益调节控制器660类似，并且包括前增益调节区域672和后增益调节区域674。增益调节控制器670还可以包括额外的纯增益调节区域676。纯增益调节区域676被配置成包括在增益调节控制器670的中间区域的纯增益调节功能。在一个实施例中，纯增益调节区域676包括增益调节控制器670的整个范围的大约百分之三十。然而，纯增益调节区域676可以包括增益调节控制器670的整个范围的更大或更小的百分比。此外，中心位置678可以对应于无增益调节位置。可以象之前参照图8的前增益调节区域662和后增益调节区域664所述的那样配置前增益调节区域672和后增益调节区域674。
在一个实施例中，声音能量可以在纯增益调节区域676中以及前672和后增益调节区域674中保持恒定。如前面所述，纯增益调节区域676是执行没有下混合的纯增益调节的区域。前672和后增益调节区域674用下混合增加增益调节控制来保留所选的信号内容。应当注意的是，本发明可以用另外的包括增益调节控制(如图8所示用下混合增加增益调节控制来保留所选的信号内容)的控制区域来实现。另外，应当注意的是，图8的增益调节控制器660和图9的增益调节控制器670可以与图7的环绕电平控制器650一起使用以提供对环绕信号电平的独立调节。
可以以多种方式划分区域。每个区域可以根据增益调节控制器670的位置引入各个信号增益。此外，也可以根据增益调节控制器670的位置进行信号混合的类型和程度。也可以施加对应于增益调节控制器670的位置的其他信号效果，如相位延迟和/或均衡。在一个实施例中，仅仅依照增益定义增益调节区域。
图10示出根据本发明一个实施例的增益调节曲线图680。图680可以对应于图8的增益调节控制器650或图9的增益调节控制器670。在使用图9的增益调节控制器670的例子中，示出中心位置678位于位置8处。纯增益调节区域676位于大约位置6.0和大约位置10.0之间。在位置6.0处，前音频信号的增益增加大约1.5dB，而后环绕音频信号的增益降低大约2.5dB。在位置10.0，后环绕音频信号的增益增加大约1.5dB，而前音频信号的增益降低大约2.5dB。
在前增益调节区域672中，前音频信号的增益逐渐增加到位置1.0处的大约3.0dB，而后环绕音频信号的增益最初逐步降低，然后迅速降低到位置1.0处的大约-28dB。在后增益调节区域674中，后音频信号的增益逐渐增加到位置15.0处的大约3.0dB，而前环绕音频信号的增益最初逐步降低，然后迅速降低到位置15.0处的大约-33dB。
为了在前向增益调节时保留后环绕信息，可以将至少一部分后环绕信号与前信号在前增益调节区域672中混合。混合参数可以由前向增益调节的程度和环绕信号电平控制。例如，与前信号混合的后环绕信号的量随着增益调节控制器670中间向位置1.0前向增益调节而增加。
在一个实施例中，增益调节控制器670的位置可以通过计算前和后信号的增益比来确定。例如，在假设立体声配置的情况下，左前信号与左后信号之比等于右前信号与右后信号之比。因此，比率x(假设增益调节到后)可以如下表示x=frontrear]]>其中front表示前，rear表示后。计算可以在包括较低(骤减)的采样速率的任何速率上进行。此外，在比率计算中可以使用任何信号强度指示，如均方根(RMS)信号电平。RMS可以最小化例如由于时间变化和小的信号干扰而导致的差错。此外，可以将左和右信号相加以便取消信号电平的平衡效应。
增益调节曲线680可以通过使用增益调节控制器670的每个位置的比率x来产生。增益调节曲线680是相对于增益调节控制器的位置的增益调节增益的图。可以使用多项式来逼近该增益调节曲线(Fade contour)。该多项式可以表示如下FadeContour＝P0+P1x+P2x2+...+PNxN
可以使用模型来计算多项式的系数，例如，“最小二乘拟合”(least squarefit)模型。多项式的阶(order)是根据期望的拟合精度确定的。例如，可以使用三阶或更高阶多项式。在一个实施例中，也可以实现包含信号比率对增益调节增益信息的查找表来生成增益调节曲线。
增益调节控制器的位置的确定可以用于通过头单元的前置放大器输出连接到头单元的(具有处理器的)放大器。了解了增益调节控制器的位置，放大器可以处理来自头单元的信号来改善系统性能，例如调节均衡参数，同时保持用户期望的增益调节位置。
在一个配置中，放大器还可以如下恢复原始立体声信号的逼近。可以通过对来自音频系统的头单元的增益调节过的信号取平均来逼近原始立体声信号。
Left(t)＝a×front×Left(t)+a×rear×Left(t)Right(t)＝a×front×Right(t)+a×rear×Right(t)比率x可以如下表示(假设增益调节到前)x=rearfront]]>对a求解得到下面方程1＝a×front+a×rear＝a×(1+x)×front在许多应用中，当增益调节控制器前向增益调节信号时，front具有一致增益。换句话说，在与增益调节方向相反的方向上的增益受增益调节控制器的影响。例如，当前向增益调节时，front具有一致增益而rear具有衰减增益；相反，当反向增益调节时，rear具有一致增益而front具有衰减增益。在这个假设下，缩放系数a可以如下表示a=11+x]]>可以通过使用增益调节控制器670的每个位置的比率x产生加权函数a(x)。可以使用多项式来逼近该加权函数。多项式可以如下表示a(x)＝P0+P1x+P2x2+...+PNxN可以使用模型来计算多项式的系数，例如，“最小二乘拟合”模型。多项式的阶是根据期望的拟合精度确定的。例如，可以使用三阶或更高阶多项式。在一个实施例中，也可以实现包含信号比率对增益调节增益信息的查找表来生成增益调节曲线。这样可以确定a的值。然后可以通过在前述方程中替换a的值来逼近原始立体声信号。
图11示出根据本发明一个实施例的下混合模块700的示意图。下混合模块700对环绕声系统操作，如5.1、6.1或7.1环绕声配置。如前面所讨论的，如果不考虑故意保留特定信号内容(例如通过图11所示的下混合)，则可能丢弃极端增益调节位置中的信号信息。例如，在典型的环绕声系统中，如果音频被完全前向增益调节，则将丢失环绕信号。在示意图中示出下混合模块700以便更好地说明其操作。有多种模拟和数字电路涉及可以用来实现下混合模块700。
本发明提供一种当在音响环境(如车舱内或试听室)中执行增益调节控制时保留诸如环绕声道或中心声道的信号信息的技术。例如，在具有空间上不同的换能器的典型环绕应用中(例如图6所示)，当前向或反向增益调节时可以保留某些信号。在一些配置中，例如为了便于调谐或特定设计中，通过涉及可以使特定信号总是存在。例如，立体声对L’和R’可以被配置成在图9的前增益调节区域672和后增益调节区域674中总是存在。
因此，通过将每个环绕声道的至少一部分或中心声道的至少一部分混合进L’和R’中来保留环绕声道和中心声道内容。图11所示的下混合模块700可以包括每个声道的增益单元，以便独立缩放内容(即，信号电平控制)。
下混合模块700的输出在数学上可以如下表示L′＝(scaleLR·FL)+(downLsRs·Ls′)+(downC·C′)R′＝(scaleLR·FR)+(downLsRs·Rs′)+(downC·C′)C′＝scaleC·FCLs′＝scaleLsRs·SLRs′＝scaleLsRs·SR其中L’702是下混合模块700的左前声道的输出，R’704是下混合模块700的右前声道的输出，C’706是下混合模块700的前中心声道的输出，Ls’708是下混合模块700的左环绕声道的输出，而Rs’710是下混合模块700的右环绕声道的输出。
在一个例子中，左前声道的输出(L’702)是下混合信号，包括左前信号(FL712)与缩放因子或系数(scaleLR714)之积加上前中心声道的输出(C’706)与系数(downC716)之积加上左环绕声道的输出(Ls’708)与系数(downLsRs718)之积。因此，下混合模块700将左环绕声道(Ls’708)与左前声道(FL712)混合来在前增益调节操作中保留左环绕信息。信号混合的比例由系数scaleLR714、downC716和downLsRs718决定。
根据特定的设计目的(例如最优化听到的声音效果，保持声音能量恒定，或者控制信号混合量)，有多种确定系数(即，scaleLR714、downC716和downLsRs718)的方法。
图12示出根据本发明另一实施例的下混合模块750的示意图。下混合模块750与图11的下混合模块700类似，同时添加了后中心声道752。也可以使用其他下混合模块。如前面所讨论的，如果不考虑故意保留特定信号内容，则可能丢失极端增益调节位置中的信号信息。在示意图中示出下混合模块750以便更好地说明其操作。有多种模拟和数字电路涉及可以用来实现下混合模块750。
图12所示的下混合模块750包括每个声道的增益单元，以便独立缩放内容(即，信号电平控制)。下混合模块750的输出在数学上可以如下表示L′＝(scaleLR·FL)+(downLsRs·Ls′)+(downC·C′)+(downBC·BC′)R′＝(scaleLR·FR)+(downLsRs·Rs′)+(downC·C′)+(downBC·BC′)C′＝scaleC·FCLs′＝(scaleLsRs·SL)+(downBC·BC′)Rs′＝(scaleLsRs·SR)+(downBC·BC′)BC′＝scaleBC·BC其中L’754是下混合模块750的左前声道的输出，R’756是下混合模块750的右前声道的输出，C’706是下混合模块750的前中心声道的输出，Ls’760是下混合模块750的左环绕声道的输出，Rs’762是下混合模块750的右环绕声道的输出，而BC’764是下混合模块750的后中心环绕声道的输出。
在一个例子中，左前声道的输出(L’754)是下混合信号，包括左前信号(FL712)与系数(scaleLR714)之积加上前中心声道的输出(C’706)与系数(downC716)之积加上左环绕声道的输出(Ls’760)与系数(downLsRs766)之积加上右中心声道的输出(BC’764)与系数(downBC768)之积。因此，下混合模块750将左环绕声道(Ls’760)和后中心声道(BC’764)与左前声道(FL712)混合来在前增益调节操作中保留左环绕信息。信号混合的比例由系数scaleLR714、downC716、downBC768和downLsRs766决定。
除了下混合模块750外，还可以使用信号混合器来进一步控制信号内容和信号增益电平。一个双模块设计包括由下模块750和用于控制各个信号的信号电平的信号混合器的交互得到的额外自由度。例如，当前向增益调节时，在左前636(图6)和右前换能器640(图6)处的信号的总增益可以由下模块750中的系数和信号混合器中的系数独立地修改。
图13是对根据本发明的环绕声系统中的具有各个声道的信号混合系数的说明性信号混合器800。图13的信号混合器800以表格的形式示出。在一个实施例中，信号混合器800位于图11的下混合模块700后面。然而，应当注意的是，信号混合器可以位于下混合模块700的前面或者可以与下混合模块700集成在单个模块实现中。以表格的形式示出信号混合器800来更好地说明其操作。有多种模拟和数字电路设计可以用来实现信号混合器800。
信号混合器800包括对应于下混合模块700的左前声道输出L’702、右前声道输出R’704、前中心声道输出C’706、左环绕声道输出Ls’708和右环绕声道输出Rs’710的列。每一列包括可以施加到信号的各个系数。增益调节列包括表示为front 804和rear 806的增益调节系数(即，增益调节增益)，它们也可以根据具体的增益调节区域施加到信号上。系数front 804和rear 806可以随着增益调节控制的位置改变。例如，随着增益调节控制器反向增益调节，系数front 804可以增加，而系数rear 806可以降低。
信号混合器800包括对应于信号混合器800的、将被送到各个扬声器的输出的行。左前输出用FL’812表示，右前输出用FR’814表示，前中心输出用FC’816表示，环绕左输出用SL’818表示，而环绕右输出用SR’820表示。可选的后中心输出用BC’822表示。
根据信号混合器800的左前声道的输出(FL’812)可以如下表示FL′＝front(a·L′+b·C′)＝(front·a·L′)+(front·b·C′)将图11的下混合模块700的L’和C’替换产生下面方程FL′＝front·a·(scaleLR·FL+downLsRs·Ls′+downC·C′)+front·b·C′＝(front·a·scaleLR)·FL+(front·a·downLsRs·scaleLsRs)·SL+(front·a·downC·scaleC+front·b·scaleC)·FC类似地，根据信号混合器800的右前声道的输出(FR’814)可以如下表示FR′＝front(a·R′+b·C′)＝(front·a·R′)+(front·b·C′)将图11的下混合模块700的R’和C’替换产生下面方程
FL′＝front·a·(scaleLR·FR+downLsRs·Rs′+downC·C′)+front·b·C′＝(front·a·scaleLR)·FR+(front·a·downLsRs·scaleLsRs)·SR+(front·a·downC·scaleC+front·b·scaleC)·FC在图9的纯增益调节区域676中，应用纯增益调节功能并且有效地绕开下混合模块。这可以通过如下设置系数来实现scaleLR＝scaleLsRs＝scaleC≠0downC＝0downLsRs＝0这导致如下的在没有故意保留环绕内容情况下的左前(FL’812)和右前信号(FR’814)FL′＝(front·a·scaleLR)·FL+(front·b·scaleC)·FCFR′＝(front·a·scaleLR)·FR+(front·b·scaleC)·FC因此，在纯增益调节区域676中，当前向增益调节时没有故意地保留环绕信号内容。通过信号混合器800(图13)的设计，将至少一部分左中心声道信号内容与左前和右前信号混合。然而，可以通过将系数b设置为0来丢弃中心声道信号内容。在一个实施例中，中心声道信号的部分不与左前和右前信号下混合，这将参照图14进行说明。
在图9的前增益调节区域672中，增益调节信号，并且进行下混合以保留环绕信号内容。由于前中心声道内容通常存在于前增益调节位置中，因此可以将系数downc设置为0。然而，如果希望的话可以将系数downc设置为非零值。通过将系数downLsRs设置为非零值来完成环绕信号的保留。这产生了如下具有保留的环绕信号内容的左前(FL’812)和右前信号(FR’814)scaleLR＝scaleLsRs＝scaleC≠0downC＝0downLsRs≠0FL′＝(front·a·scaleLR)·FL+(front·a·downLsRs·scaleLsRs)·SL+(front·b·scaleC)·FCFR′＝(front·a·scaleLR)·FR+(front·a·downLsRs·scaleLsRs)·SR+(front·b·scaleC)·FC如前面所述，尽管可以使用单个下混合模块，但双模块实现可以例如通过包括额外的下混合机会以及包括对各个信号的信号电平的额外控制来增加可用选项数。例如，随着系数front 804增加，可以通过调节系数scaleLR714(图11)独立地控制左前(FL’812)和右前(FR’814)声道的总增益。在一个实施例中，当增益调节控制器670(图9)在前增益调节区域672中操作时，系数scaleLR714与增加的系数front 804成比例地降低，而左前(FL’812)和右前(FR’814)声道的总增益保持恒定。
根据信号混合器800的左环绕声道的输出(SL’818)可以如下表示SL′＝rear(e·L′+f·C′+g·Ls′)＝(rear·e·L′)+(rear·f·C′)+(rear·g·Ls′)将图11的下混合模块700的L’、C’和Ls’替换产生下面方程SL′＝rear·e·(scaleLR·FL+downLsRs·Ls′+downC·C′)+rear·f·scaleC·FC+rear·g·scaleLsRs·SL＝(rear·e·scaleLR)·FL+(rear·e·downLsRs·scaleLsRs+rear·g·scaleLsRs)·SL+(rear·e·downC·scaleC+rear·f·scaleC)·FC类似地，根据信号混合器800的右环绕声道的输出(SR’820)可以如下表示SR′＝rear·(e·R′+f·C′+g·Rs′)＝(rear·e·R′)+(rear·f·C′)+(rear·g·Rs′)将图11的下混合模块700的R’、C’和Rs’替换产生下面方程SR′＝rear·e·(scaleLR·FR+downLsRs·Rs′+downC·C′)+rear·f·scaleC·FC+rear·g·scaleLsRs·SR＝(rear·e·scaleLR)·FR+(rear·e·downLsRs·scaleLsRs+rear·g·scaleLsRs)·SR+(rear·e·downC·scaleC+rear·f·scaleC)·FC在图9的纯增益调节区域676中，应用纯增益调节功能并且有效地绕开下混合模块。这可以通过如下设置系数来实现scaleC＝scaleLR＝scaleLsRs≠0downC＝0downLsRs＝0这导致如下的在没有故意保留中心声道内容情况下的左环绕(SL’818)和右环绕信号(SR’820)SL′＝(rear·e·scaleLR)·FL+(rear·g·scaleLsRs)·SL+(rear·f·scaleC)·FCSR′＝(rear·e·scaleLR)·FR+(rear·g·scaleLsRs)·SR+(rear·f·scaleC)·FC因此，在纯增益调节区域676中，当反向增益调节时没有故意地保留环绕信号内容。通过信号混合器800(图13)的设计，将至少一部分左前和右前信号内容与环绕信号声道下混合。然而，可以通过将系数e设置为0来丢弃左前和右前信号内容。在一个实施例中，此外通过设置downc≠0来将中心声道信号内容与环绕左和环绕右信号下混合。
在图9的后增益调节区域674中，增益调节信号，并且进行下混合以保留中心声道信号内容。通过将系数downc设置为非零值来完成对中心声道信号内容的保留。这产生了如下具有保留的中心声道信号内容的左环绕和右环绕信号
scaleLR＝scaleLsRs＝scaleC≠0downC≠0downLsRs＝0SL′＝(rear·e·scaleLR)·FL+(rear·g·scaleLsRs)·SL+(rear·e·downC·scaleC+rear·f·scaleC)·FCSR′＝(rear·e·scaleLR)·FR+(rear·g·scaleLsRs)·SR+(rear·e·downC·scaleC+rear·f·scaleC)·FC如前面所述，尽管可以使用单个下混合模块，但双模块实现可以例如通过包括额外的下混合机会以及包括对各个信号的信号电平的额外控制来增加可用选项数。例如，随着系数rear 806增加，可以通过调节系数scaleLR714(图11)独立地控制左前(FL’)和右前(FR’)声道的总增益。在一个实施例中，当增益调节控制器670(图8)在后增益调节区域674中操作时，系数scaleLR714与增加的系数rear 806成比例地降低，而左环绕(SL’)和右环绕(FR’)声道的总增益保持恒定。
图14是在可以与图11的下混合模块700使用的环绕声系统中的具有各个声道的信号系数的信号处理器850。与图13的信号混合器800不同，信号处理器850不包括信号混合。以表格的形式示出信号处理器850来更好地说明其操作。有多种模拟和数字电路设计可以用来实现信号处理器850。在一个实施例中，信号处理器850位于图11的下混合模块700后面。然而，应当注意的是，信号处理器850可以位于下混合模块700的前面或者可以与下混合模块700集成在单个模块实现中。
信号处理器850包括对应于下混合模块700的左前声道输出L’702、右前声道输出R’704、前中心声道输出C’706、左环绕声道输出Ls’708和右环绕声道输出Rs’710的列。每一列包括可以施加到信号的各个系数。增益调节列852包括表示为front 854和rear 856的可选系数，它们也可以根据具体的增益调节区域施加到信号上。系数front 854和rear 856可以随着增益调节控制的位置改变。例如，随着增益调节控制器前向增益调节，系数front 854可以增加，而系数rear 856可以降低。
信号处理器850包括对应于信号处理器850的输出的行。左前输出用FL’862表示，右前输出用FR’864表示，前中心输出用FC’866表示，环绕左输出用SL’868表示，而环绕右输出用SR’870表示。可选的后中心输出用BC’872表示。
根据信号处理器850的左前声道的输出(FL’862)可以如下表示FL′＝front(a·L′)将图11的下混合模块700的L’替换产生下面方程FL′＝front·a·(scaleLR·FL+downLsRs·Ls′+downC·C′)＝(front·a·scaleLR)·FL+(front·a·downLsRs·scaleLsRs)·SL+(front·a·downC·scaleC)·FC类似地，根据信号处理器850的右前声道的输出(FR’864)可以如下表示FR′＝front(a·R′)将图11的下混合模块700的R’和C’替换产生下面方程FR′＝front·a·(scaleLR·FR+downLsRs·Rs′+downC·C′)＝(front·a·scaleLR)·FR+(front·a·downLsRs·scaleLsRs)·SR+(front·a·downC·scaleC)·FC在图9的纯增益调节区域676中，应用纯增益调节功能并且有效地绕开下混合模块700。这可以通过如下设置系数来实现scaleLR＝scaleLsRs＝scaleC≠0downC＝0downLsRs＝0这导致如下的在没有保留环绕内容情况下的左前和右前信号FL′＝(front·a·scaleLR)·FLFR′＝(front·a·scaleLR)·FR因此，在纯增益调节区域676中，当前向增益调节时没有保留环绕信号内容。
在图9的前增益调节区域672中，增益调节信号，并且进行下混合以保留环绕信号内容。由于前中心声道内容通常存在于前增益调节位置中，因此可以将系数downc设置为0。然而，如果希望的话可以将系数downc设置为非零值。通过将系数downLsRs设置为非零值来完成环绕信号的保留。这产生了如下具有保留的环绕信号内容的左前(FL’862)和右前信号(FR’864)scaleLR＝scaleLsRs＝scaleC≠0downC＝0downLsRs≠0FL′＝(front·a·scaleLR)·FL+(front·a·downLsRs·scaleLsRs)·SLFR′＝(front·a·scaleLR)·FR+(front·a·downLsRs·scaleLsRs)·SR根据信号处理器850的左环绕声道的输出(SL’868)可以如下表示
SL′＝rear(g·Ls′)将图11的下混合模块700的Ls’708替换产生下面方程SL′＝rear·g·scaleLsRs·SL类似地，根据信号处理器850的右环绕声道的输出(SR’870)可以如下表示SR′＝rear(g·Rs′)将图11的下混合模块700的Rs’替换产生下面方程SR′＝rear·g·scaleLsRs·SR在该实施例中，图11的下混合模块700并不想要保留图9的后增益调节区域674中的中心声道内容。在另一实施例中(未示出)，下混合模块可以被设计成保留后增益调节区域674中的中心声道内容。在所示的实施例中，图8的增益调节控制器670在后增益调节区域674中执行纯增益调节功能。此外，如前面所述，在图9的纯增益调节区域676中应用纯增益调节功能。
已经描述了本发明的多个实施例。然而，应当理解可以进行各种修改。例如，尽管主要在汽车音响环境的上下文中描述了系统和技术，但系统和技术也应用于其他音响环境。此外，尽管描述了控制参数的特定例子，但可以结合其他(使用两个或多个控制区域来对每个控制区域应用不同的控制功能的)控制参数来使用系统和技术。
显然，本领域技术人员现在可以在不背离发明构思的前提下对这里所述的特定装置和技术进行多种修改和使用。因此，本发明应当被认为包含这里披露的装置和技术所存在或拥有的每个创造性特征和特征的创造性组合，并且仅仅由所附权利要求书的宗旨和范围限定。
权利要求
1.一种在具有至少一个第一换能器和第二换能器以及多个音频信号的音频系统中保留音频信号的方法，该方法包括从多个音频信号中选择第一音频信号，第一音频信号被施加到第一换能器；将一部分第一音频信号与来自多个音频信号的第二音频信号混合来产生混合音频信号；和在将一部分混合音频信号施加到第二换能器时降低施加到第一换能器的第一音频信号的增益，以保留至少一部分第一音频信号。
2.如权利要求1所述的方法，还包括在将这一部分第一音频信号混合进第二音频信号之前修改第二音频信号的增益。
3.如权利要求1所述的方法，其中，第一音频信号包括环绕声信号。
4.如权利要求1所述的方法，其中，第一音频信号包括中心声道信号。
5.如权利要求1所述的方法，还包括将至少一部分来自多个音频信号的第三音频信号混合进一部分来自多个音频信号的第四音频信号中，以产生另一混合音频信号。
6.如权利要求1所述的方法，其中，所述降低施加到第一换能器上的第一音频信号的增益的步骤包括使第一音频信号渐弱。
7.如权利要求1所述的方法，其中，所述将一部分混合音频信号施加到第二换能器的步骤包括使混合音频信号渐强。
8.如权利要求1所述的方法，其中，所述混合步骤还包括确定第一音频信号和第二音频信号中的至少一个的混合系数。
9.一种具有至少第一和第二换能器的音频系统，包括多个音频信号的音频源，所述多个音频信号包括施加到第一换能器的第一音频信号；处理器，用于将一部分第一音频信号与来自多个音频信号的第二音频信号混合来产生混合音频信号；和控制器，用于在将一部分混合音频信号施加到第二换能器时降低施加到第一换能器的第一音频信号的增益，以保留至少一部分第一音频信号。
10.如权利要求9所述的音频系统，其中，控制器包括增益调节控制器。
11.如权利要求9所述的音频系统，其中，音频源包括离散音频信号。
12.如权利要求9所述的音频系统，其中，所述多个音频信号中的至少一个包括环绕信号。
13.如权利要求9所述的音频系统，其中，所述多个音频信号中的至少一个包括中心声道信号。
14.如权利要求9所述的音频系统，其中，增益调节控制器包括旋转控制器。
15.如权利要求9所述的音频系统，其中，增益调节控制器包括线性控制器。
16.一种在具有多个音频信号的音频系统中预留音频信号的装置，该装置包括用于接收多个音频信号的处理器，处理器将一部分来自多个音频信号的第一音频信号与来自多个音频信号的第二音频信号混合来提供混合音频信号；和控制器，用于在至少维持混合音频信号的同时降低第一音频信号的增益，以保留至少一部分第一音频信号。
17.如权利要求16所述的装置，其中，控制器包括增益调节控制器。
18.如权利要求16所述的装置，其中，所述多个音频信号中的至少一个包括环绕信号。
19.如权利要求16所述的装置，其中，所述多个音频信号中的至少一个包括中心声道信号。
20.如权利要求16所述的装置，其中，增益调节控制器包括旋转控制器。
21.如权利要求16所述的装置，其中，增益调节控制器包括线性控制器。
22.一种第一和第二音频信号的增益调节控制器，包括包括纯增益调节区域的第一控制区域，其被构造和布置来在至少保留第二音频信号增益的同时建立在纯增益调节区域中降低的第一音频信号的增益；和与第一控制区域相邻的第二控制区域，在至少保留第一混合信号增益的同时第一音频信号的增益在第二控制区域中降低，第一混合信号包括一部分第一音频信号和一部分第二音频信号。
23.如权利要求22所述的增益调节控制器，其中，所述第一和第二音频信号中的至少一个包括环绕信号。
24.如权利要求22所述的增益调节控制器，其中，所述第一和第二音频信号中的至少一个包括中心声道信号。
25.如权利要求22所述的增益调节控制器，其中，所述第一和第二音频信号中的至少一个包括前声道信号。
26.如权利要求22所述的增益调节控制器，其中，第一音频信号包括环绕信号，而第二音频信号包括前声道信号。
27.一种多个音频信号的增益调节控制器，包括第一控制区域，其被构造和布置来在增加第一混合信号的增益的同时建立在第一控制区域中降低的第一音频信号的增益，第一混合信号包括一部分第一音频信号和一部分第二音频信号；和与第一控制区域相邻的第二控制区域，其被构造和布置来在增加第二混合信号的增益的同时建立在第二控制区域中降低的第三音频信号的增益，第二混合信号包括一部分第三音频信号和一部分第四音频信号。
28.如权利要求27所述的增益调节控制器，还包括位于第一和第二控制区域之间的第三控制区域，其被构造和布置来建立在第三控制区域的纯增益调节功能。
29.如权利要求27所述的增益调节控制器，其被构造和布置成建立位于第一和第二控制区域之间的中心位置，该中心位置包括中间增益调节位置。
30.如权利要求27所述的增益调节控制器，其中，第一、第二、第三和第四音频信号中的至少一个包括环绕信号。
31.如权利要求27所述的增益调节控制器，其中，第一、第二、第三和第四音频信号中的至少一个包括中心声道信号。
32.如权利要求27所述的增益调节控制器，其中，第一音频信号包括环绕信号，而第二音频信号包括前声道信号。
33.如权利要求27所述的增益调节控制器，其中，第三音频信号包括中心声道信号，而第四音频信号包括环绕信号。
34.一种确定音频系统的增益调节控制器的位置的方法，该方法包括确定前信号与后信号之比。
35.如权利要求34所述的方法，还包括调节增益调节控制器的位置。
36.如权利要求34所述的方法，还包括用相对于前信号与后信号之比的增益调节增益的模型建立增益调节曲线。
37.如权利要求34所述的方法，还包括用相对于前信号与后信号之比的增益调节增益的查找表建立增益调节曲线。
38.如权利要求34所述的方法，还包括取前信号和后信号的加权平均。
39.一种在具有至少第一和第二换能器以及音频信号源的音频系统中保留音频信号的装置，该装置包括用于从多个音频信号中选择第一音频信号的器件，第一音频信号被施加到第一换能器；用于将一部分第一音频信号与来自多个音频信号的第二音频信号混合来产生混合音频信号的器件；和用于在将一部分混合音频信号施加到第二换能器时降低施加到第一换能器的第一音频信号的增益、以保留至少一部分第一音频信号的器件。
全文摘要
在音频系统中保留音频信号包括从多个音频信号中选择第一音频信号。第一音频信号被施加到第一换能器。将第一音频信号的一部分与来自多个音频信号的第二音频信号混合来提供混合音频信号。在将混合音频信号的一部分施加到第二换能器时施加到第一换能器的第一音频信号的增益降低，以保留至少一部分第一音频信号。
文档编号H04S5/02GK1832339SQ200610055070
公开日2006年9月13日 申请日期2006年3月3日 优先权日2005年3月4日
发明者埃杜尔多·T·萨尔瓦多, 托比·巴克斯达尔 申请人:伯斯有限公司