专利名称:处理2个输入声道音频信号以创建多个输出声道的方法
技术领域：
本发明涉及音频信号处理，且尤其涉及处理2个声道音频信号以创建2个以上输 出声道的方法。
背景技术：
公开号为US-2003-0002693-Al，发明名称为"AUDI0 SIGNALPROCESSING"的美国专 利申请披露了与本发明的音频信号处理相关的现有技术的内容。
发明内容
根据本发明的一个方面，一种处理2个输入音频声道信号以提供n个输出音频声 道信号的方法，其中n > 2，该方法包括将第一个输入声道信号和第二个输入声道信号分 为多个相应的非低音频带；对于所述多个对应的非低音频带中的每一对非低音频带测量 所述频带中音频信号的幅度，以提供第一输入声道第一频带音频信号和第二输入声道第一 频带音频信号，从而提供第一输入声道的第一频带音频信号幅度和第二输入声道的第一频 带音频信号幅度；确定第一输入声道第一频带音频信号与第二输入声道第一频带音频信号 间的相关度以提供第一频带相关系数；利用第一因子&按比例縮放第一输入声道第一频 带音频信号，所述第一因子A与第一频带相关系数有关，并且还与第一输入声道的第一频 带音频信号幅度和第二输入声道的第一频带音频信号幅度有关，以提供第一按比例縮放的 第一输出声道第一频带音频信号的第一部分；利用第二因子a2按比例縮放第二输入声道 第一频带音频信号，所述第二因子a2与第一频带相关系数有关，并且还与第一输入声道的 第一频带音频信号幅度和第二输入声道的第一频带音频信号幅度有关，以提供第一按比例 縮放的第一输出声道第一频带音频信号的第二部分；将第一按比例縮放的第一输出声道第 一频带音频信号的第一部分与第一按比例縮放的第一输出声道第一频带音频信号的第二 部分进行组合，以提供中置声道输出音频信号的第一频带部分。该方法还包括用第三因子
V7^[按比例縮放第一声道第一频带音频信号，以提供左声道输出信号的第一频带部分。
该方法还包括将左声道输出音频信号的第一频带部分与第一输入声道音频信号的第二频 带部分进行组合，以提供左侧非低音音频信号。频带可以是时变的。第一频带可为话音频 段。2个输入音频声道信号包括压縮的音频信号数据。压縮的音频信号可为不可还原的数 据格式，如MP3格式。
根据本发明的另一个方面，一种处理2个输入音频声道信号以提供n个输出音频 声道信号(其中n > 3且n个输出声道信号中包括环绕声道)的方法包括将2个输入声道 分为多个相应的非低音频带；处理多个输入声道非低音频带中的每一个以提供相应频带的 中置声道输出信号及2个非环绕非中置输出声道信号；至少处理2个非中置非环绕输出声 道信号中的一个以提供环绕输出声道信号，其中处理2个非中置声道输出信号不包括处理 表示2个输入声道之差的信号。处理2个非中置声道输出信号包括将2个非中置输入声道 信号中的一个至少进行延时、衰减和移相其中之一。处理2个非中置声道输出信号包括将2个非中置输入声道信号中的一个至少进行延时、衰减和移相其中之一。
根据本发明的另一个方面，一种处理2个输入音频声道以提供n个输出音频声道
(其中n > 2)的方法包括将第一个输入声道信号和第二个输入声道信号分为多个相应的非
低音频带；根据第一程序处理第一输入声道的第一频带音频信号以提供中置输出声道信号
的第一频带的第一部分；根据第二程序处理第二输入声道的第一频带音频信号以提供中置
输出声道信号的第一频带的第二部分；根据第三程序处理第一输入声道的第二频带音频信
号以提供中置输出声道信号的第二频带的第一部分；根据第四程序处理第二输入声道的第
二频带音频信号以提供中置输出声道信号的第二频带的第二部分；其中第三程序不同于第
一程序和第二程序，且第四程序不同于第一程序和第二程序。该方法还包括根据第五程序
处理第一输入声道的第一频带音频信号，以提供非中置输出声道信号的第一频带的第一部
分；以及根据第六程序处理第一输入声道的第二频带音频信号，以提供非中置输出声道信
号的第二频带的第一部分；其中第五程序不同于第六程序。第一程序可包括用一个因子a
按比例縮放第一输入声道的第一频带音频信号。第五程序包括用一个因子vT^7按比例縮
放第一输入声道的第一频带音频信号。第六程序可包括提供非衰减的第一输入声道的第二 频带音频信号从而中置输出声道信号包括用a按比例縮放的第一输入声道的第一频带音
频信号和非中置输出声道包括用VT^按比例縮放的第一输入声道的第一频带信号以及
非衰减的第一输入声道的第二频带信号。第三程序可包括提供中置输出声道信号的第二频 带的第一部分时不提供第一输入声道的第二频带音频信号，从而中置输出声道信号包括用 a按比例縮放的第一输入声道的第一频带音频信号和不含第一输入声道的第二频带音频信 号部分。第六程序可包括提供非衰减的第一输入声道的第一频带音频信号。第一程序、第 二程序、第三程序或第四程序中至少有一个可为时变的。
根据本发明的另一个方面，一种处理2个输入音频声道信号以提供n个输出音频 声道信号(其中n > 2且2个输入音频声道信号包括不可复原的压縮音频信号数据)的方 法包括将输入音频声道信号分成若干频带；独立处理这些频带；以及将独立处理的频带进 行组合以提供n个输出音频声道。独立处理频带可包括将第一声道的第一频带信号按比例 縮放、将第二声道的第一频带信号按比例縮放，且其中独立处理不包括处理表示第一输入 音频声道信号任何部分与第二音频声道信号任何部分之间的差的信号。
当结合下列附图阅读时，从下面的详细描述中，其他特性、目的以及优点将变得更 明显。其中
图1A和1B是音频系统的方框图；
图2是解码和重放系统的方框图；
图3是滤波器网络的方框图；
图4是音频系统方框图，其更详细描述了控制电路；
图5A和5B是音频系统方框图，其显示图4中控制电路的执行过程
图6A-6C是表示第一个控制电路的特性图；
图7A-7C是表示第二个控制电路的特性图。
具体实施方式
尽管将附图的几幅图中的元件作为方框图中的分立元件展示和描述，并称为"电路"，除非有其它的指明，这些元件可用模拟电路、数字电路或一个或多个执行软件指令的微处理器中之一或其组合来实现。软件指令可包括数字信号处理(DSP)指令。除非有其它的指明，信号线路可用离散模拟或数字信号线路、采用有关信号处理操作来处理单独的音频信号流的单个离散数字信号线路来、或无线通信系统中的元件来实现。 一些处理操作以系数计算和应用来表达。与计算和应用系数等效的操作可由其他信号处理技术来实现，且包括在本专利申请的范围内。除非有其它的指明，音频信号可以数字或模拟形式进行编码。[0016] 参照图1A和IB，其表示2个音频系统。图1A中，立体声音频信号源2A与一个x或x. 1声道解码和重放系统8耦接。解码和重放系统8具有x个音频声道，包括中置声道和至少一个环绕声道。通常，x为4或5，但还可以更多。解码和重放系统还可有一个低频音效(LFE)声道，如以〃 .1〃表示。解码和重放系统8从立体声音频信号源2A接收立体声
音频信号，并用下面描述的方式处理立体声音频信号以提供x个声道。[0017] 许多处理立体声音频信号以提供额外声道的解码和重放系统将不期望的音响效果引入x或x. 1重放声道中的一个或多个声道中。 一些解码和重放系统可分隔并处理L-R信号以创建环绕声道。"L-R信号"是指L(左声道)信号与相应的R(右声道)信号之差的信号。在一些场合下，为再现立体声创建的素材中含有的L与R信号之间的差来自内容制作者所需的音箱效果，其并不要从环绕音箱辐射出去。在一些传统环绕音频系统中，将L-R信号理解成要通过环绕音箱辐射出去。如果将按传统方式创建的立体声音带中的L-R信号解释成要从环绕音箱中辐射的话，本来应从听众前面来的声音将从听众后面出来。如果用L-R信号创建环绕音箱信号，口声(vocal sound)就无法很好地定位，或者空间效果发生改变而不是内容制作者所想要的，或者出现听得见的瑕疵。
图IB中，音频信号数据压縮器4从音频信号源2B接收音频信号数据，压縮音频信号数据，并将压縮的音频信号数据存储在压縮音频信号数据存储设备6中。解码和重放系统8将压縮音频信号解码，处理音频信号以提供x个声道，并将解码的音频信号转换成声能。
音频信号源2A可为传统立体声设备，如CD播放器，或可为由AM或FM无线电接收机、IB0C(带内同频(in-band on cha皿el))无线电接收机、卫星无线电接收机、或因特网设备接收的立体声无线电信号。同样，音频信号源2B可为传统立体声设备，如CD播放器，但也可为多声道音频源。音频信号数据压縮器4可为许多类型的音频信号数据压縮器之一，其(如果必要的话，将多声道縮混(downmix)成2个声道)压縮音频信号数据以便与未压縮的音频信号数据相比能更快速并以更少带宽传输音频信号数据，或存储在极少的存储器中，或两者都有。 一些压縮器以不可复原或"有损"方式压縮数据，即它们压縮数据的方式使一些信息丢失，从而解码和重放系统8不能精确再现原始信号数据。这些设备中有一类使用所谓的MP3压縮算法。使用MP3算法的压縮器通常将音频信号存储在存储设备6如硬盘上；之后可将所存储的音频信号复制到另一个存储设备如便携MP3播放器上的硬盘中，或通过解码和重放系统8解码并转换为声能。因为有损压縮器可丢失数据，存储设备上存储的音频信号可能存在所不期望的瑕疵(artfact)，其也转换为声能。因此，可配置压縮算法，以便屏蔽瑕疵，从而在传统立体声系统中播放时基本上听不到瑕疵音。
5[0020] 许多算法如MP3算法设计时将2个声道(通常为立体声L和R)音频信号提供给存储设备。如上所述，当立体声重放设备将压縮的音频信号解码并转换为声能时，由于屏蔽作用，基本上听不到因数据丢失产生的瑕疵音。然而，一些重放系统含2个以上声道，例如，除左和右声道之外，还有中置声道以及一个或多个环绕声道。某些多声道重放系统中有一些含信号处理电路，其处理2个声道以提供另外的声道，如中置声道以及一个或多个环绕声道。可是，有时候，处理2个声道以提供另外的声道会导致不能屏蔽因数据丢失而产生的瑕疵，从而它们听得见且很恼人。
处理2个声道以提供另外的声道是可导致不能屏蔽瑕疵的一个例子是当使用差操作(即产生L-R信号)创建另外的声道之时。在用诸如MP3算法之类的算法压縮的音频信号中，解压后的L和R信号之差(即通过有损压縮和解压过程产生的信号)可能不表示压縮前的L和R输入信号之间的差。相反，解压后的L和R信号之间的差中明显有一部分出自压縮算法丢失数据所致的瑕疵。有必要使用解压后L和R信号中的一些公共部分内容来屏蔽瑕疵音。如果差操作(即创建解压后的L和R信号的差信号)将该公共内容除去，就不能屏蔽瑕疵音因此听得见。换种说法，解压后的L和R信号每个都包含瑕疵音，但该信号瑕疵比(类似于信噪比)足够高因而听不到瑕疵音。通过对解压信号执行差操作而提取公共内容可除去重要的信号内容，因此信号瑕疵比极大降低，从而听得见瑕疵音。[0022] 参照图2，其表示解码和重放系统8。解码和重放系统8包括2个输入端10L和IOR，每个分别与滤波器网12L和12R连接。分别用n条信号线(用Ll-Ln和Rl-Rn表示)将滤波器网12L和12R与控制电路40连接。将控制电路40与音箱20L(左)、20LS(左环绕)、20C(中置)、20R(右)和20RS(右环绕)连接。以下将音箱20L、20LS、20C、20R和20RS一起称为音箱20。滤波器网12L和12R也可与低音处理电路42连接，该电路与低音音箱44连接。音频系统中常见的一些元件，如放大器和数模转换器，在该图中没有表示出来。[0023] 操作时，接线端10L处接收的音频信号流(其可为压縮的音频信号流、广播音频信号流、传统立体声信号流等)的声道(如左声道)，并通过滤波器网12L分成n个频带。滤波器网12L也可分离低音频带。接线端10R处接收音频信号的第二声道(如右声道)，并通过滤波器网12R分成n个频带。滤波器网12R也可分离低音频带。
控制电路40处理左和右声道信号的几个频带，并将这些频带重新组合以形成输
出多声道音频信号，将其传输到音箱20以转换成声能。多个声道可包括环绕声道。为简化
起见，下文将控制电路形成的传输给左音箱的音频信号称为"左音箱信号"。同样，将传输给中置音箱的信号称为"中置音箱信号"，将传输给右音箱的信号称为"右音箱信号"，将传
输给左环绕音箱的信号称为"左环绕音箱信号"，将传输给右环绕音箱的信号称为"右环绕音箱信号"。控制电路40对每个频带所做操作是将信号按比例縮放(scales) —个比例因子，并将按比例縮放后的信号传到输出端，一些实施例中还经过一个加法器，其将来自几个频带的信号相加形成输出声道信号。比例因子可为一定范围内的值，如处于0 (表示完全衰减)和l(单位增益)之间，如下面一个例子中的情况。此外，比例因子的范围也可不在O和1之间，或者也可用dB表示。传统音频系统也可为用户提供平衡或衰减控制，以允许用户控制各个音箱或数组音箱中信号的放大量。下面将对控制电路40的操作作更具体的描述。
现在参照图3，其表示适合图2中的滤波器网12L或12R的电路。将输入端10L与
6低通滤波器25、带通滤波器27A和27B、以及高通滤波器28并排连接。低通滤波器25的输出信号是频带Ll，带通滤波器27A的输出信号是频带L2，带通滤波器27B的输出信号是频带L3，和高通滤波器28的输出信号是频带L4。
图3的滤波器网只是示例。也可采用许多其他类型的数字或模拟滤波器网。[0027] 可以许多方式确定并实现图2中的控制电路40特性。可主观地例如通过听测试，或客观地例如靠对测试音频信号的预定可测响应，或结合主观和客观方法确定所期望的特性。可用某种代数方程或一组方程、查表、或某种基于规则的逻辑、或结合代数方程、查表和基于规则的逻辑来实现所期望的特性。代数方程或规则集可为简单或复杂形式，例如控制电路应用于某个频带的特性受相邻频带中情况的影响。
可区别对待每个频带(例如图2中的频带L1/R1、频带L2/R2、频带L3/R3等)，且控制电路为每个频带采用不同的特性。每个频带的特性可随时间变化。可用代数方程表示该特性，其中对每个频带而言，同一代数方程中的变量值(如下面描述的相关系数)在不同频带中会产生不同特性。变量值可以是时变的，从而每个频带的特性随时间变化，且一个频带的特性不同与另一个频带的特性。此外，可使用不同方程控制不同频带中的特性。控制电路所应用的特性包括对一个或多个频带不作任何更改，这可用比例因子1表示，该特性也包括对一个或多个频带作极大程度的信号衰减，这可用比例因子0表示。[0029] 现在参照图4，其表示解码和重放系统8，且更详细地显示控制电路40。滤波器网12L的Ll输出端和滤波器网12R的Rl输出端与频带1控制逻辑单元46-1连接。滤波器网12L的L2输出端和滤波器网12R的R2输出端与频带2控制逻辑单元46_2连接。类似地，滤波器网12L的输出端和相应的滤波器网12R的输出端每个都与控制逻辑单元连接。为清楚起见，该图中只显示控制逻辑46-1和46-2。每个控制逻辑单元，如46-1和46_2，与一个或多个加法器18LS、 18L、 18C、 18R和18RS连接。为清楚起见，只示出了来自频带1和频带2控制逻辑单元46-1和46-2的信号线和到加法器18C的信号线。还示出了到加法器18LS、18L、18C、18R和18RS的输出信号线，可是，根据控制逻辑，省略了到一个或多个加法器的信号线。来自中置加法器18C的输入线表示所有频带的输入，根据控制逻辑，省略了来自一个或多个控制逻辑单元的信号线。加法器18LS、18L、18C、18R和18RS分别与音箱20LS、20L、20C、20R和20RS连接。如果到一个加法器的信号线只有一条，该加法器可省略掉，且将信号线直接连接到音箱。
在操作过程中，用于一个频带的控制逻辑单元如46-1或46-2将逻辑应用于左和右频带音频信号。控制逻辑单元如46-1所应用的逻辑可不同于控制逻辑单元46-2以及有关其他频带的控制逻辑单元所应用的逻辑。该逻辑可为一个方程的形式，其使每个频带的各个声道部分产生不同的结果，或每个频带有不同的方程的形式。每个逻辑单元将压縮的音频信号输出给一个或多个加法器18LS、18L、18C、18R和18RS。加法器18LS、 18L、 18C、 18R和18RS将来自这些频带的信号相加，并将音频信号输出到相关的音箱以转化为声能。[0031] 音频系统可含有处理低音范围频率的电路，且可有一个独立的用于低音范围频率的音箱。美国专利申请09/735， 123中描述了一种处理低音范围频率的电路。[0032]
现在参照图5A，其表示图4的音频信号处理系统的执行过程。在图5A的实现中，滤波器网有针对4个频带每一个的4个输出端(分别为左和右声道的L1、L2、L3和L4以及R1、R2、R3和R4)。每个逻辑单元包括相关检测器24_1 ;幅度检测器26_1 ;比例算子如将输出端如Ll连接到左加法器18L的14L-1 ;比例算子如将输出端如LI连接到中置加法器18C 的16L-1 ;比例算子如将输出端如R1连接到右加法器18R的14R-1 ;以及比例算子如将输出 端如Rl连接到中置加法器18C的16R-1。其他频带的逻辑单元具有类似的成分，该图中没 有表示出来。左加法器18L与左音箱20L连接，且通过传递函数单元22LS连接到左环绕音 箱20LS。右加法器18R与右音箱20R连接，且通过传递函数单元22RS连接到右环绕音箱 20RS。
在操作中，输入端IOL处接收左声道信号，并分成频带LI、 L2、 L3和L4、以及可任 选一低音频带。输入端10R处接收右声道信号，并分成频带R1、R2、R3和R4、以及可任选一 低音频带。每个左声道频带Ll、 L2、 L3和L4分别与相应的右声道Rl、 R2、 R3和R4 —起通 过相关检测器24-1和幅度检测器26-1进行处理。幅度检测器26-1测量左Ll频带信号和 右Rl频带信号的幅度，并提供信息给比例算子如14L-1和16L-l，如之后将描述的。类似的 幅度检测器(未示出了 )测量对应的L和R信号线如L2/R2、 L3/R3和L4/R4的幅度。 相关检测器24-1比较信号线Ll和Rl上的信号，并提供相关系数Cl。类似的相关 检测器比较信号线L2/R2、 L3/R3和L4/R4上的信号，并提供相关系数c2、 c3和c4。"相关" 是指信号随时间一起变化的倾向。可用许多不同方式确定相关程度。例如，在简单的形式 中，在重合时间段将2个信号进行比较。相关为2个信号在那段时间段一起改变的倾向性。 典型的重合时间段间隔为数毫秒。在更复杂形式的相关检测中，对数据平滑以防止异常情 况过分影响相关计算，或在类似但不同时的时间间隔上测量2个信号一起改变的倾向性。 例如，可将2个以相同方式随时间变化但相位上有偏移或时间上有延迟的信号认为是相关 的。在确定相关时，可考虑或不考虑信号的幅度和极性。简单形式的确定相关比其他形式 需要的计算少，且对许多情形而言，产生的结果与其他形式从听觉上无法区分。通常用根据 公式计算的相关系数c定义相关程度。通常，如果相关系数计算公式得到的结果为0或接 近O，称信号是不相关的。如果相关系数计算公式得到的结果为1或接近l，称信号是相关 的。 一些相关系数计算公式可允许相关系数为负值，从而相关系数为-1表示2个信号是相 关但不同相的(换言之，趋向于相互间反方向变化)。
比例算子16L-l用一个因子按比例縮放左低频带信号，该因子与相关系数q有 关，且还与信号线L1和R1上的信号相对幅度有关。将所得信号传输给加法器18C。比例算 子14L-1用一个因子按比例縮放Ll信号，该因子与系数A有关，且还与信号线Ll和Rl上 的信号相对幅度有关，并将按比例縮放后的信号传输给加法器18L。比例算子16R-1用一 个因子按比例縮放Rl信号，该因子与相关系数Cl有关，且还与Ll和Rl上的信号相对幅度 有关，并传输给加法器18C。比例算子14R-1用一个因子按比例縮放R1信号，该因子与系 数Cl有关，且还与信号线Ll和Rl上的信号相对幅度有关，并将按比例縮放后的信号传输 给加法器I8R。下面将描述确定比例因子的具体例子。加法器18L、18C和18R将传输给它 们的信号相加，并将组合信号分别传输给音箱20L、20C和20R。也可通过传递函数处理来自 加法器18L和18R的信号，并分别传输给音箱LS和RS。计算每个频带中的系数值，因此频 带L1/R1、 L2/R2、 L3/R3和L4/R4有不同的系数值。因此，Ll系数与Rl系数不同，L2系数 与R2系数不同，等等。系数值可随时间变化。基于一些因素如相关性，这些频带的滤波器 截止频率值可以是固定的，或是时变的。不同频带可用不同的方程计算比例因子。
在一个实施例中，超低音卫星型音频系统中的音箱20L、20R、20C、20LS和20RS为
8卫星音箱(satellite speaker)。传递函数22LS和22RS可包括时延、相移和衰减。在其 他实施例中，传递函数22LS和22RS可为模拟或数字形式的不同长度时延、相移或放大/衰 减，或时延、相移和放大的某种结合。此外，也可对到音箱20L、20R、20C、20LS和20RS的信 号执行其他模仿其他声学室内效果的信号处理操作。
现在参照图5B，其示出了实施图4音频系统中元件的另一个音频系统的示例。左 信号输入端10L与滤波器网12L连接。滤波器网12L输出3个频带一个低音频带以及2 个非低音频带，其中一个频带比另一个频带高，且称之为"较高"频带，相应地将另一个较低 的频带称为"较低"频带。例如，"较低"频带可在语音频带(如20Hz到4kHz)内，且较高频 带处于语音频带之上。低音频带的输出端与低音处理电路连接。滤波器网12L的较低非低 音频带端与比例算子14L-1和16L-1连接。比例算子16L-1的输出端与加法器18C连接。 比例算子14L-1的输出端与加法器18L连接。滤波器网12L的较高非低音频带输出端与加 法器18L连接。加法器18L的输出端与音箱20L连接，且经过传递函数22LS与首箱20LS 连接，此时其有8ms延时和3dB衰减。右信号输入端IOR与滤波器网12R连接。滤波器网 12R与滤波器网12L输出的频带类似输出3个频带。低音频带输出端与低音处理电路连接。 滤波器网12R的较低非低音频率端与比例算子14R-1和16R-1连接。比例算子16R-1的输 出端与加法器18C连接。比例算子14R-1的输出端与加法器18R连接。滤波器网12R的较 高非低音频率输出端与加法器18R连接。加法器18R的输出端与音箱20R连接，且经过传 递函数22RS与音箱20RS连接，此时传递函数有8ms延时和3dB衰减。幅度检测器26_1和 相关检测器24-1与左较低频带滤波器网输出端和右较低频带滤波器输出端连接，从而它 们可测量并比较幅度以及确定左较低信号和右较低信号的相关值，以提供信息给比例算子 用来计算比例因子。考虑信号的相对幅度时使用rms值较方便，但也可使用其他幅度测量 值，如峰值或平均值。
在一实施过程中，幅度检测器26-1测量左较低频带信号的信号幅度和右较低频 带信号的信号幅度，并将幅度信息提供给与该频带有关的比例算子，在该情况下，为比例 算子14L-1、16L-1、14R-1和16R-l。相关检测器24_1比较左和右较低频带中的信号，并
提供相关系数^ =义广^^^,其中k和&为某个时间段上的较低频带的L和R
的rms值，且X是某个时间段上(L+R)或(L-R)的rms值中的较大值。相关系数的值 在0到1之间，O表示完全不相关，且1表示相关，在该执行过程中，计算相关系数时没有考 虑相位。〃 L〃下标表示其为较低非低音频带的相关系数。比例算子16L-1用一个因子 "^^^i ^、-((1-^)y))按比例縮放左较低频带信号，其中为某时间段
上的(L+R)或(L-R)的rms值，且Y为LPRl和LMRl中的较大值，其中LMRl为某时间段上的
(L-R)的rms值。比例算子14L-1用一个因子力-a(fe/f)i按比例縮放左较低频带信号。比 例算子l6R-l用一个因子afh'g似入=-^ -((1 -^)y》按比例縮放右较低频带
信号，其可与a(right^不同。比例算子14R-1用一个因子力-一妙f)〖按比例縮放左较低 频带信号。直接连接到加法器18L，因此到音箱20L的音频信号包括滤波 器网12L输出的左较高频带以及比例算子14L-1的输出。将右较高频带输出直接连接到加 法器18R，因此到音箱20R的音频信号包括滤波器网12R输出的右较高频带以及比例算子 14R-1的输出。
将提供给中置声道的L和R信号中的那部分用一个因子a按比例縮放，并将L和 R声道中剩余的L和R信号中的那部分分别用一个因子V7I^按比例縮放，基本上保持送 给中置音箱以及左和右音箱的能量不变。如果该按比例縮放导致中置音箱信号非常强，则L 和R信号将相应地极其弱。如果对L和R信号(非L-R信号)作处理以分别提供左环绕音 箱和右环绕音箱信号，则左环绕音箱信号和右环绕音箱信号将不比中置音箱信号强。这种 关系导致在中间和前面对中置声音图像保持固定。如果按比例縮放导致中置音箱信号弱， 则L和R信号将相应地极其强。如果对L和R信号(非L-R信号)作处理以分别提供左环 绕音箱和右环绕音箱信号，则左环绕音箱信号和右环绕音箱信号将比中置音箱信号强。当 中心声音图像不强时这种关系导致宽广的声音图像。
现在参照图6，其表示根据图5B中描述的示例性控制电路40，不同相关度和相对 幅度的组合情况中较低非低音频带的特性图。
对一个或多个频带而言，每个图左侧表示当右声道(如图2中的声道R1)中的信 号幅度相对于左声道(如图2中的声道Ll)中的信号极低(例如_20dB)时或换言之当左 声道中信号幅度比右声道中信号幅度大得多时(下文将该情况称为"左加重的")的示例性 控制电路的控制特性。对一个或多个频带而言，每个图右侧表示当右声道(如图2中的声 道R1)中的信号幅度相对于左声道(如图2中的声道L1)中的信号极大(例如+20dB)时 (下文将该情况称为"右加重的")的示例性控制电路的控制特性。每个图的中间部分为当 左声道和右声道的幅度基本上相等时的示例性控制电路的特性。采用应用于不同信号的比 例因子表示控制电路的特性。表示了3种情况的示例性控制电路的特性。图6A表示当左 和右声道中的信号相关且同相时(通常用相关系数c为l表示)控制电路的作用。图6B 表示当左和右声道中的信号不相关时(通常用相关系数c为O表示)或当左和右声道中的 信号相位正交时控制电路的作用。在其他控制电路的例子中，不相关且相位正交时的特性 可能是不同的。图6C表示当左和右声道中的信号相关且反相时(即相互向相反方向变化) 可仿效控制电路的作用。
这些图目的是说明一般特性，且不是用来提供准确数据。图6和7表示控制电路 针对相关系数c的主要值而言的特性。对其他的c值而言，其曲线将与图6和7中的不同。 在图6A中可看到，如果左和右声道中的信号相关(c = l)，且如果信号是左加重 的，将用一个接近O的因子按比例縮放右音箱信号和右环绕音箱信号。用一个大约为1. 0的 因子按比例縮放左音箱信号。用一个大约为0.5的因子按比例縮放左环绕音箱信号。类似 地，如果信号幅度为右加重的，用一个接近O的因子按比例縮放左音箱信号和左环绕音箱 信号。用一个大约为1. 0的因子按比例縮放右音箱信号。用一个大约为0. 5的因子按比例 縮放右环绕音箱信号。对左和右声道中的信号幅度近似相等的情况而言，用一个大约为1. 0 的因子按比例縮放中置音箱信号，且用一个接近0的因子按比例縮放到其他音箱的信号。 查看图6A中各个音箱所对应的曲线，在左和右加重情况下，用一个接近0. 3的因 子按比例縮放中置音箱信号。当幅度上左或右加重逐渐减小时，比例因子增加，从而当左和
10右输入声道中的信号幅度相等时，中置音箱信号的比例因子大约为1.0。对左加重情况而 言，左音箱信号的比例因子大约为0. 9。当幅度上左加重逐渐减小时，左音箱信号的比例因 子减小，直到当左和右声道中的信号幅度相等时其接近O，且当右输入声道中的信号比左输 入声道中的信号大时仍保持接近0。对左加重情况而言，左环绕音箱信号的比例因子大约为 0. 6。当幅度上左加重逐渐减小时，左环绕音箱信号的比例因子减小，直到当左和右声道中 的信号幅度相等时其接近O，且当右输入声道中的信号比左输入声道中的信号大时所有值 仍保持接近0。图6A中示例性控制电路对右和右环绕声道的作用基本上是其对左和左环绕 声道的作用的镜象图。
从图6B(c = 0)中可看到，如果2个声道中的信号不相关或相位正交，对左加重情 况而言，左音箱信号的比例因子最高，且左环绕音箱信号的比例因子次高。右、右环绕和中 置音箱信号的比例因子相对低。对右加重情况而言，这些信号基本上为镜象图像关系。对 左和右声道中的信号幅度基本上相等的情况而言，所有5个音箱的比例因子都在一个相对 窄的范围内，左/右音箱信号的比例因子比中置音箱信号稍微大些，而中置音箱信号的值 比左环绕音箱信号和右环绕音箱信号稍微高些。
图6C中的图表示L和R信号相关(c = 1)且反相时控制电路相到于左、左环绕、 右和右环绕音箱的特性与图6B所示特性类似。可是，在图6C的曲线中，中置音箱信号的比 例因子在所有情况下都低，且如果输入声道中的信号有相同幅度值，其下降到基本上为O。 图7是另一个示例性控制电路的特性。对左、右以及中置音箱信号而言，图7A(c =1)中所示特性与图6A中所示特性类似。对所有输入信号幅度关系而言，左环绕和右环 绕音箱信号的比例因子基本上为O，表明比例因子基本上与输入声道的幅度关系无关。在 2个输入声道的信号幅度相同的情况下，图6A和7A中所示特性基本上相同，这与当信号相 关、同相以及幅度相等时声源位于左和右音箱之间是音频源素材制作者所期望的的设想是 一致的。
图7B(c = 0)中所示特性与图6B中所示特性之间的差别是对某些幅度关系而言， 例如当2个声道中的信号幅度的差别小于10dB时，在图7B中，环绕音箱信号的比例因子要 比左和右音箱信号的比例因子大。与图6B的特性不同的是，图7B所示特性提供了一种情 况(不相关、幅度大致相等)，其中环绕音箱比例因子要比左和右音箱比例因子大，因此声 音图像有移向背后的感觉。
图7C(c = 1、反相)中所示特性与图6C中所示特性之间的差别是对图中的多数点 而言，应用于环绕音箱信号(如左环绕音箱)的比例因子要显著大于应用于相应的前面音 箱(如左音箱)的比例因子。这与音频编码系统中将环绕信息作为反相的相关音频信号来 编码是一致的。
图1A所示的使用图4所公开类型的控制电路40的音频系统类型比传统的处理立 体声信号以提供x个声道信号的音频系统有许多优点。传统的处理按传统方式创建的立体 声素材信号以提供环绕声道的音频系统可产生不想要的但听得见的效果。例如，位于与2 个立体声麦克风等距处的音源的立体声记录包括高度相关的源的直接辐射、以及由于声音 在作记录的环境中的不对称性所致的不高度相关的回声辐射。不相关的回声会带来L-R信 号。这时传统产生的L-R信号用作环绕信号的音频系统使回声以相对于直接辐射听起来不 自然的方式再现。图1A所示的使用了图4所公开类型的控制电路40的音频系统类型也比不处理多个频带中的信号的音频系统优越，因为它们不会使一个频带中的声学现象反常地 影响另一个频带中的声学现象。例如，如果使嗓音范围内的声源处于中央，且使嗓音范围外 的乐器声源处于两侧，则嗓音范围的声源不会使乐器范围的声源听起来来自中央，且乐器 范围的声源不会使嗓音范围的声源听起来来自两侧。
图IB所示的使用图4所公开类型的控制电路40的音频系统类型比传统的将2个 声道中的压縮音频信号数据解码的音频系统优越，因为它们不形成解压的L和R信号的信 号之差。因此，使用图4控制电路40的系统不屏蔽瑕疵或曲解解压的L和R声道信号之间 差的程度要比传统的产生并处理L-R信号以提供额外声道的音频系统小。如果未压縮的音 频信号是用传统方式创建的立体声信号，图1B所示类型的音频系统也因与图1A所示类型 的音频系统有关的陈述原因而同样优越。
本领域的技术人员可充分利用且不偏离这里公开的特定装置和技术。因此，该发 明应被看作包括每个新颖特性以及这里公开的特性的新颖组合，并仅通过所附权利要求
的 实质和范围来限定。
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权利要求
一种处理2个输入音频声道信号以提供n个输出音频声道信号的方法，其中n＞2，所述方法包括将第一输入声道信号和第二输入声道信号分为多个对应的非低音频带；对于所述多个对应的非低音频带中的每一对非低音频带测量所述频带中音频信号的幅度，以提供第一输入声道第一频带音频信号和第二输入声道第一频带音频信号，从而提供第一输入声道的第一频带音频信号幅度和第二输入声道的第一频带音频信号幅度；确定所述第一输入声道第一频带音频信号与所述第二输入声道第一频带音频信号之间的相关度，以提供第一频带相关系数；利用第一因子a1按比例缩放所述第一输入声道第一频带音频信号，所述第一因子a1与所述第一频带相关系数有关，并且还与所述第一输入声道的第一频带音频信号幅度以及所述第二输入声道的第一频带音频信号幅度有关，所述按比例缩放提供第一按比例缩放的第一输出声道第一频带音频信号的第一部分；利用第二因子a2按比例缩放所述第二输入声道第一频带音频信号，所述第二因子a2与所述第一频带相关系数有关，并且还与所述第一输入声道的第一频带音频信号幅度以及所述第二输入声道的第一频带音频信号幅度有关，所述按比例缩放提供第一按比例缩放的第一输出声道第一频带音频信号的第二部分；将所述第一按比例缩放的第一输出声道第一频带音频信号的第一部分与所述第一按比例缩放的第一输出声道第一频带音频信号的第二部分进行组合，以提供中置声道输出音频信号的第一频带部分。
2. 根据权利要求
1所述的处理2个输入音频声道信号的方法，还包括利用第三因子a3按比例縮放所述第一输入声道第一频带音频信号，以提供左声道输出音频信号的第一频带部分。
3. 根据权利要求
2所述的处理2个输入音频声道信号的方法，其中"3 = 。
4. 根据权利要求
2所述的处理2个输入音频声道信号的方法，还包括将所述左声道输出音频信号的第一频带部分与所述第一输入声道音频信号的第二频带部分进行组合，以提供左侧非低音音频信号。
5. 根据权利要求
1所述的处理2个输入音频声道信号的方法，其中频带是时变的。
6. 根据权利要求
1所述的处理2个输入音频声道信号的方法，其中所述第一频带是语音频带。
7. 根据权利要求
1所述的处理2个输入音频声道信号的方法，其中2个输入音频声道信号包括压縮的音频信号数据。
8. 根据权利要求
7所述的处理2个输入音频声道信号的方法，其中压縮的音频信号是一种不可还原的数据格式。
9. 根据权利要求
1所述的处理2个输入音频声道信号的方法，其中输入信号是根据MP3格式压縮的。
专利摘要
一种处理2个声道的音频输入以提供2个以上输出声道的音频系统。输入可以是传统的立体声素材或压缩的音频信号数据。音频处理包括将输入信号分成若干频带，并根据各个频带都不同的程序处理这些频带。音频处理不包括处理L-R信号。
文档编号H04S1/00GKCN1708186 B发布类型授权 专利申请号CN 200510076162
公开日2010年5月12日 申请日期2005年6月8日
发明者阿布希吉特·库尔卡尼 申请人:伯斯有限公司导出引文BiBTeX, EndNote, RefMan专利引用 (6), 非专利引用 (1),