从高阶立体混响声音频信号解码立体声扬声器信号的方法和装置制造方法
【专利摘要】立体声扬声器设置的立体混响声表示的解码被称为一阶立体混响声。但是这种一阶立体混响声方式要么具有高负旁瓣，要么具有在前面区域中的不良定位。本发明处理更高阶立体混响声HOA的立体声解码器的处理。期望平移函数可以从扬声器之间的虚拟源的位移的平移定律而推导。对于每一个扬声器，定义在采样点的全部可能输入方向的期望平移函数。平移函数通过圆形谐波函数接近，并且随着立体混响声阶增大，以减小的误差匹配期望平移函数。对于扬声器之间的前面区域，使用如正切定律或向量基幅度平移(VBAP)的平移定律。对于后面区域，定义具有来自这些方向的声音的轻微衰减的平移函数。
【专利说明】从高阶立体混响声音频信号解码立体声扬声器信号的方法和装置
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种用于使用用于采样圆上的点的平移函数从高阶立体混响声(Ambisonics)音频信号解码立体声扬声器信号的方法和装置。
【背景技术】
[0002]立体声扬声器或耳机设置的立体混响声表示的解码被称为一阶立体混响声，例如根据可以从 XiphWik1-Ambisonics http://wik1.xiph.0rg/index.php/Ambisonics#Default_channel_convers1ns_from_B-Format 获得 的 J.S.Bamford>J.Vender-kooy 的《Ambisonic sound for us》 (Aud1 Engineering Society Preprints,Convent1n paper 4138 presented at the 99th Convent1n, 1995 年 10 月，纽约)中的等式(10)。这些方式基于在英国专利394325中公开的Blumlein立体声。另一方式使用模式匹配:M.A.Poletti 的〈〈Three-Dimens1nal Surround Sound Systems Based on SphericalHarmonics)) (J.Aud1 Eng.Soc.，卷 53(11)，第 1004-1025 页，2005 年 11 月)。
【发明内容】
[0003]这种一阶立体混响声方式要么具有与基于具有八图案(figure-of-eightpatterns)的虚拟扬声器的Blumlein立体声(GB394325)的立体混响声解码器一样的高负旁瓣(参见 S.Weinzierl 的《Handbuch der Aud1technik)) (Springer,柏林，2008 年)中的第3.3.4.1节)，要么具有前方向上的较差定位。例如，使用负旁瓣，来自右后方向上的声音对象在左立体声扬声器上再现。
[0004]本发明要解决的一个问题是提供使用改进的立体声信号输出解码的立体混响声信号。该问题通过权利要求1和2中公开的方法解决。在权利要求3中公开利用这些方法的装置。
[0005]本发明描述用于更高阶立体混响声HOA音频信号的立体声解码器的处理。期望平移函数可以从扬声器之间的虚拟源的位移的平移定律而推导。对于每一个扬声器，定义全部可能的输入方向的期望平移函数。类似于J.M.Batke、F.Keiler的《Using VBAP-derivedpanning funct1ns for 3D Ambisonics decoding)) (Proc.0f the 2nd Internat1nalSymposium on Ambisonics and Spherical Acoustics, 2010 年 5 月 6-7 日，巴黎,法国，URLhttp://ambisonicsl0.1rcam.fr/drupal/files/proceedings/presentat1ns/014_47.pdf)和W02011/117399A1的对应描述而计算立体混响声解码矩阵。平移函数通过圆形谐波函数近似，并且随着立体混响声阶增大，以减小的误差匹配期望平移函数。具体地，对于在扬声器之间的前面区域，可以使用如正切定律或向量基幅度平移(VBAP)的平移定律。对于超过扬声器位置的向后方向，使用具有来自这些方向的声音的轻微衰减的平移函数。
[0006]特殊情况是使用指向后方向的扬声器方向的心形图案的一半。
[0007]在本发明中，尤其在前面区域中利用更高阶立体混响声的更高空间分辨率，并且后方向中的负旁瓣的衰减随着立体混响声阶增大而增大。本发明还可以用于具有多于两个被放置在半圆上的或小于半圆的圆的分段上的扬声器的扬声器设置。其还便于其中一些空间区域接收更多衰减的立体声的更艺术的缩混。这有益于创建使得对话能够更清晰易懂的改进的直接声音与漫音比(direct-sound-to-diffuse-sound rat1)。
[0008]根据本发明的立体声解码器满足一些重要属性:在扬声器之间的前方向上的良好定位，在得到的平移函数中仅存在较小负旁瓣，以及后方向的轻微衰减。其还使能当聆听双通道版本时可能在其他情况下被视为干扰或令人分心的空间区域的衰减或屏蔽。
[0009]与W02011/117399A1相比，逐个圆形分段地定义期望平移函数，并且在扬声器位置之间的前面区域，可以使用公知的平移处理(例如，VBAP或正切定律)，同时后方向可以轻微衰减。当使用一阶立体混响声解码器时这种属性是不可行的。
[0010]原则上，本发明方法适用于从更高阶立体混响声音频信号a(t)解码立体声扬声器信号I (t)，所述方法包括下列步骤:
[0011]-从左和右扬声器的方位角值和从圆上的虚拟采样点的数目S计算包含全部虚拟采样点的期望平移函数的矩阵G，
Qf (φ、) *** Os ((i)c)
[0012]其中...'Ih以及&(Φ)和?(小)元素是S个不同采样点的平移函数；
[0013]-确定所述立体混响声音频信号a(t)的阶N;
[0014]-从所述数目S和从所述阶N计算模式矩阵Ξ和所述模式矩阵Ξ的对应伪逆Ξ+，其中 ξ = [/((^)，/(小2)，...，/(Φ3)]和:r*(#) = [r:w(#),…,似孙…,是所述立体混响声音频信号a(t)的圆形谐波向量7(Φ) = [Υ_Ν(Φ)，…，γ0(Φ)，…，ΥΝ(Φ)]Τ的复数共轭，并且υπ(φ)是圆形谐波函数；
[0015]-从所述矩阵G和Ξ+计算解码矩阵D = G Ξ + ;
[0016]-计算扬声器信号I(t) = Da⑴。
[0017]原则上，本发明方法适用于确定可以用于从2D更高阶立体混响声音频信号a(t)解码立体声扬声器信号I (t) =Da(t)的解码矩阵D，所述方法包括下列步骤:
[0018]-接收所述立体混响声音频信号a(t)的阶N;
[0019]-从左和右扬声器的期望方位角值(ΦρΦΕ)和从圆上的虚拟采样点的数目S计算包含全部虚拟采样点的期望平移函数的矩阵G，
TQi Γ?&ι ) *** Qr rd^c^
[0020]其中=...θκ(φ5ι以及&(φ)和&(小)元素是s个不同采样点的平移函数；
[0021]-从所述数目S和从所述阶N计算模式矩阵Ξ和所述模式矩阵Ξ的对应伪逆Ξ+，其中 Ξ =和广⑷=[Υ:Ν(φ),…,Κ0*(φ),….N⑷Γ是所述立体混响声音频信号a(t)的圆形谐波向量γ(Φ) = [Υ_Ν(Φ)，…，Υ0(Φ)，…，ΥΝ(Φ)]Τ的复数共轭，并且ΥΠ(Φ)是圆形谐波函数；
[0022]-从所述矩阵G和Ξ+计算解码矩阵D = G Ξ + ;
[0023]原则上，本发明装置适用于从更高阶立体混响声音频信号a(t)解码立体声扬声器信号I (t)，所述装置包括:
[0024]-被适配用于从左和右扬声器的方位角值和从圆上的虚拟采样点的数目S计算包含全部虚拟采样点的期望平移函数的矩阵G的部件，
[0025]其中
【权利要求】
1.一种用于从三维空间更高阶立体混响声音频信号a(t)解码立体声扬声器信号I (t)的方法，所述方法包括下列步骤: -从左和右扬声器的方位角值(Φμ ΦΕ)和从圆上的虚拟采样点的数目S计算(51)包含全部虚拟采样点的期望平移函数的矩阵G，
及&(φ)和&(Φ)元素是S个不同采样点的平移函数； -确定(52)所述立体混响声音频信号a (t)的阶N; -从所述数目S和从所述阶N计算(53、54)模式矩阵Ξ和所述模式矩阵Ξ的对应伪逆 Ξ+，其中 Ξ =和 ΠΦ) = 10(0).....Υ?(φ).....Υ^φψ是所述立体混响声音频信号a(t)的圆形谐波向量
，Yn ( Φ) ]Τ的复数共轭，并且Ym ( Φ)是圆形谐波函数； -从所述矩阵G和Ξ +计算(55)解码矩阵D = G Ξ + ; -计算(56)扬声器信号I (t) =Da(t)，其中对于该计算进行a(t)的3D到2D转换(57)。
2.—种用于确定可以用于从2D更高阶立体混响声音频信号a(t)解码(56)立体声扬声器信号I (t) = Da (t)的解码矩阵D的方法，所述方法包括下列步骤: -接收(52)所述立体混响声音频信号a (t)的阶N; -从左和右扬声器的期望方位角值(Φμ ΦΕ)和从圆上的虚拟采样点的数目S计算(51)包含全部虚拟采样点的期望平移函数的矩阵G，
以及和&(小)元素是S个不同采样点的平移函数； -从所述数目S和从所述阶N计算(53、54)模式矩阵Ξ和所述模式矩阵Ξ的对应伪逆 Ξ+，其中
是所述立体混响声音频信号a (t)的圆形谐波向量
...，Yn ( Φ) ]Τ的复数共轭，并且Ym ( Φ)是圆形谐波函数； -从所述矩阵G和Ξ +计算(55)解码矩阵D = G Ξ +。
3.一种用于从3维空间更高阶立体混响声音频信号a(t)解码立体声扬声器信号I (t)的装置，所述装置包括: -被适配用于从左和右扬声器的方位角值(Φμ ΦΕ)和从圆上的虚拟采样点的数目s计算包含全部虚拟采样点的期望平移函数值的矩阵G的部件(51)， 其中“GD:以及&(Φ)和&(Φ)元素是s个不同采样点的平移函数； -被适配用于确定所述立体混响声音频信号a(t)的阶N的部件(52)； -被适配用于从所述数目S和从所述阶N计算模式矩阵Ξ和所述模式矩阵Ξ 的对应伪逆 Ξ + 的部件(53、54)，其中 Ξ = [/((^1)，γ*(Φ2),...，γ*(Φ5)]和rm =忙…；(φ)γ是所述立体混响声音频信号a(t)的圆形谐波向量γ(Φ) = [Υ-Ν(Φ)，...，Υο(Φ)，...，ΥΝ(Φ)]Τ的复数共轭，并且Υπ(φ)是圆形谐波函数； -被适配用于从所述矩阵G和Ξ +计算解码矩阵D = GS+的部件(55)； -被适配用于计算扬声器信号I (t) =Da(t)的部件(56)，其中对于计算I (t) =Da(t)进行a(t)的3D到2D转换(57)。
4.根据权利要求1或2的方法的方法，或根据权利要求3的装置的装置，其中对于所述圆形上的多个分段定义所述平移函数，并且对于所述分段使用不同平移函数。
5.根据权利要求1、2或4的方法的方法，或根据权利要求3或4的装置的装置，其中对于扬声器之间的前面区域，正切定律或向量基幅度平移VBAP被用作期望平移函数。
6.根据权利要求1、2、4和5中的一项的方法的方法，或根据权利要求3到5中的一项的装置的装置，其中，对于超过扬声器位置的向后方向，使用具有来自这些方向的声音的衰减的平移函数。
7.根据权利要求1、2、4到6中的一项的方法的方法，或根据权利要求3到6中的一项的装置的装置，其中多于两个扬声器被放置在所述圆形的分段上。
8.根据权利要求1、2、4到7中的一项的方法的方法，或根据权利要求3到7中的一项的装置的装置，其中S = 8N。
9.根据权利要求1、2、4到8中的一项的方法的方法，或根据权利要求3到8中的一项的装置的装置，其中在均匀分布虚拟采样点的情况下，用解码矩阵D = α6ΞΗ替换所述解码矩阵D = 6Ξ+，其中ΞΗ是的Ξ伴随矩阵，并且缩放因子α取决于圆形谐波的归一化方案和S。
【文档编号】H04S3/00GK104205879SQ201380016236
【公开日】2014年12月10日 申请日期:2013年3月20日 优先权日:2012年3月28日
【发明者】F.基勒, J.贝姆 申请人:汤姆逊许可公司