CN103563403B

CN103563403B - 音频系统及方法

Info

Publication number: CN103563403B
Application number: CN201280025446.9A
Authority: CN
Inventors: A.S.赫马; M.H.帕克; G.特伊福
Original assignee: Koninklijke Philips Electronics NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 2011-05-26
Filing date: 2012-05-14
Publication date: 2016-10-26
Anticipated expiration: 2032-05-14
Also published as: EP2716075A1; RU2013157935A; EP2716075B1; JP6009547B2; US20140072121A1; JP2014518046A; RU2595912C2; BR112013029850A2; CN103563403A; BR112013029850B1; US9408010B2; WO2012160472A1

Abstract

一种音频系统包括用于接收输入音频信号的接收器。分解器（103）将该音频信号分解为至少瞬变成分信号和非瞬变成分信号。然后输出电路（105、107、109）响应于所述瞬变成分信号和所述非瞬变成分信号的加权组合产生第一输出音频信号。在所述组合中，所述瞬变成分信号的加权不同于所述非瞬变成分信号的加权。可以实现一种对特定声音特征具有不同加强的新信号。该手段可以特别适合于从现有的空间音频声道产生新的空间音频声道，例如，特别是从较低声道的音频信号产生高位声道。

Description

音频系统及方法

技术领域

本发明涉及音频系统及方法，尤其但非排他地涉及空间音频系统。

背景技术

近几十年来，音频再现变得日益复杂和多样。传统的音频被再现为单一的单声道信号或者可能被再现为空间双声道（立体声）信号。此外，音频修正和改变通常局限于水平调节或均衡。然而，如今许多不同且复杂的音频系统被广泛使用，包括空间音频系统，如环绕立体声家庭影院系统。此外，信号处理和改变已经变得日益复杂，并且高级的信号处理已经被用于调节所呈现的声音的各种参数，例如包括声道之间的相对延迟差、语音的加强等。

然而，仍然希望进一步发展、增强和提高音频呈现和再现。实际上，仍存在进一步开发用于允许向用户提供改进的或者更多样的音频信号的手段的动力。特别地，提供改进的空间用户体验的声音呈现是高度期望的。

Duxbury C等的“Separation of transient information in musical audio using mulitresolution analysis techniques”公开了将音乐音频的变化缓慢的稳定状态成分与噪声瞬变信息分离的方法（参见Proceeding of Cost G-6 Conference on Digital Audio Effects, 6 December 2001 (2001-12-06), pages 1-4, XP00237330）。该技术被随后应用于音频处理技术，以增强或削弱音符攻击信息的强度。

WO2010/027882A1公开了一种增强多音频声道的再现的方法，包括从意图用于向收听区域的侧面或后侧播放的一对声道提取失相（out-of-phase）声音信息，并且将该失相声音信息施加到位于用于向收听区域前方播放的播放声道的扬声器上方的一个或多个扬声器。

US4837825A公开一种改进的立体音响系统，用于从不同方向收敛到收听者的耳朵的同相（in-phase）和失相信号的组合发展出多维声音。

US2007/263888A1公开了使用竖直移位驱动器的环绕声束形成。以关于每个驱动器的受控相位关系的方式向这些驱动器提供环绕声道信息和主声道信息，使得以基本上与主声道信息的方向图不同的方向图传播环绕声道信息。

US2009/198501A1公开了通过自适应插值线性预测编码系数来编码或解码音频信号。LPC系数插值是根据当前帧中是否存在瞬变部分而选择性进行的，从而防止当在瞬变部分中插值LPC系数时出现噪声。

实际上，近来已经提出利用水平二维平面之外的附加扬声器来增强传统的二维空间音频系统（如5.1环绕立体声系统）。特别地，已经提出增加位置高于传统的前置（或中央）扬声器的高位前置扬声器。然而，由于音频内容通常只可采用传统的二维环绕立体声格式，所以必须从现有的二维声道产生这些高位声音声道。已经提出了基于不同声道中的信号成分之间的相关性产生这种高位声音声道。然而，当前的手段趋向于不提供理想的性能，并且在许多情况下导致空间体验不能如期望那样令人信服。实际上，这种高位扬声器的空间效果通常被认为不够显著。

本质上，同样的限制通常还适用于位于收听区域的最远侧的扬声器以及可以通过有向声音再现方法（例如，使用墙壁和其他房间表面作为声音反射器的有向再现）和通过消除期望方向上的声音（例如，使用声学偶极源）创建的虚拟环绕立体声扬声器。

因此，改进的音频系统将是有优势的，特别是允许增加灵活性、具有新的或改进的音频效果、改善对所呈现的音频的改变和/或修改、改善空间体验、改善附加空间声道的产生（特别是高位声道）和/或改善性能的系统将是有优势的。

发明内容

因此，本发明寻求单独或以任何组合方式更好地缓解、减轻或消除上述缺陷中的一个或多个。

根据本发明的一方面，提供一种音频系统，包括：接收器，其用于接收输入音频信号；分解器，其用于至少部分地将所述输入音频信号分解为至少瞬变成分信号和非瞬变成分信号；以及第一电路，其用于响应于所述瞬变成分信号和所述非瞬变成分信号的加权组合产生第一输出音频信号，其中所述瞬变成分信号的权重不同于所述非瞬变成分信号的权重。

本发明可以提供一种改进的音频系统。该音频系统可以在许多情况下提供附加的音频效果和处理，并且可以在许多情况下提供更灵活多变和/或更加改善的音频体验。

该音频系统可以例如产生向例如空间音频系统中的用户提供不同空间特征的信号。在一些实施例中，该音频系统可以产生音频信号，与较慢的变化相比，该音频信号对信号中快速和突然变化的强调被减小或增加。这种手段可以例如被用于加强或削弱特定类型的声音；例如，爆炸等声音可以被加强或削弱。

所述组合可以是加权和。

在一些实施例中，所述第一电路可以包括：第一加权电路，其用于通过对所述瞬变成分信号施加第一权重产生第一加权信号；第二加权电路，其用于通过对所述非瞬变成分信号施加第二权重产生第二加权信号，所述第二权重不同于所述第一权重；以及用于通过组合所述第一加权信号和所述第二加权信号产生所述第一输出信号的电路。

所述第一输出信号是可以被声音转换器再现的声音呈现信号。所述第一输出信号可以具体是声音转换器驱动信号，例如具体是扬声器驱动信号。所述音频系统可以包括用于呈现来自声音转换器的所述第一输出信号的装置。

根据本发明的可选特征，所述输入音频信号是第一空间音频声道的信号，并且所述第一输出信号是与不同于所述第一空间音频声道的标称位置相关联的第二空间音频信道的信号。

本发明可以在空间音频系统中提供改善的和/或修改的效果。具体来说，该手段可以基于输入空间声道产生新空间声道。所述新空间声道可以例如反映与来自典型的音频环境中的不同方向上的声音相关的不同声音特征。例如，该手段可以产生适合从不同于传统声音位置的位置/方向呈现的声音。具体来说，该手段可以提供一种有效的有益方式，以从非高位空间声道的输入音频信号产生与高位位置相对应的空间声道的适当音频，和/或从较近位置的输入音频信号产生对应于宽位置的空间声道的适当音频。

对瞬变成分信号和非瞬变成分信号的独立加权可以提供特别有利的特征变化，该变化与来自不同位置，特别是来自不同高度的声音的典型感受差异相对应。

根据本发明的可选特征，瞬变成分信号的加权和非瞬变成分信号的加权中的至少一个是依赖频率的。

这可以获得高水平的声音效果，并且可以改善声音呈现的改变，以向收听者提供适当的感受提示。

根据本发明的可选特征，该音频系统进一步包括第二电路，所述第二电路用于响应于所述瞬变成分信号和所述非瞬变成分信号的加权组合产生第二输出音频信号，其中所述瞬变成分信号的加权和所述非瞬变成分信号的加权不同于所述第一输出音频信号。

所述音频系统可以将单个输入音频信号上混合为两个（或更多个）输出音频信号。所述输出信号可以具有不同的特征，以向收听者提供不同的感受效果。具体来说，可以提供相对于更恒定的声音成分而言、对快速和突然声音成分具有不同加强的信号。

根据本发明的可选特征，该音频系统进一步包括驱动器，所述驱动器用于从第一扬声器呈现所述第一输出音频信号和从第二扬声器呈现所述第二输出音频信号。

这可以提供有优势的空间声音输出的产生，并且在许多实施例中可以特别提供增强的空间体验。在许多实施例中，可以从两个（或更多个）声音转换器呈现一个空间声道，从每个声音转换器呈现的声音特征不同。这种不同特征可以反映在典型声音环境中的不同方向上感受到的典型特征差异。

根据本发明的可选特征，所述输入音频信号是第一空间音频声道的信号，所述第一输出音频信号是第二空间音频声道的信号，并且所述第二输出音频信号是与不同于所述第二空间音频声道的标称位置相关的第三空间音频声道的信号。

所述音频系统可以提供从单个输入声道产生多个空间声道的空间上混合。该手段可以允许产生附加的空间声道，从而提供增强的空间体验。所述附加的空间声道可以被产生为具有不同的感受特征，并且可以特别适应于典型地与各种音频源位置相关联的声音特征相对应。

根据本发明的可选特征，所述第二空间音频声道的标称位置相对于所述第二空间音频声道的标称位置被抬高。

该手段可以提供用于上混合空间信号的特别有利的方式，以产生与相对于空间信号的高位位置相对应的新空间声道。例如，可以从传统的二维空间信号的前声道，如从2声道立体声或者5.1声道环绕信号，产生特别有利的高位前声道。

相对于更稳定的声音，对快速和突然变化的加强的变化可以提供特别适当的对与声音转换器位置高度相关的特征的调节。

在许多实施例中，所述第二空间音频信道的标称位置可以相对于所述输入音频信号的空间输入声道的标称位置被有利地抬高。

根据本发明的可选特征，所述第一输出音频信号的瞬变成分信号相对于非瞬变成分信号的权重比所述第二输出音频信号的高。

在许多实施例中，这可以提供改进的空间体验。具体来说，收听者可以感受到更自然音响的声场（sound stage）。

根据本发明的可选特征，所述第一输出音频信号中的非瞬变成分信号的权重比瞬变成分信号的权重低至少十倍。

这在许多情况下可以提供特别有利的性能。具体来说，它可以在许多情况下从高位声音转换器提供改善的感受特征。在许多实施例中，所述第一输出信号中非瞬变成分信号的权重可以有利地为零。

根据本发明的可选特征，所述第一输出音频信号中瞬变成分的权重和所述第二输出音频信号中瞬变成分信号的权重是依赖于频率的。

这可以提供更灵活和/或改进的声音呈现。在许多实施例中，它可以提供改进的并且更自然音响的空间体验。

根据本发明的可选特征，所述第一输出音频信号中瞬变成分的权重随着频率增加而增加，并且所述第二输出音频信号中瞬变成分信号的权重随着频率增加而减小。

这可以提供更灵活和/或改善的声音呈现。在许多实施例中，它可以提供改善的并且更自然音响的空间体验。

根据本发明的可选特征，所述第一输出音频信号中和所述第二输出音频信号中瞬变成分的组合加权是基本恒定的。

这可以在许多实施例中提供改善的声音呈现。该组合加权对于音频带中的频率可以是基本恒定的。例如，在从400Hz到4kHz的频带中，该组合加权的变化可以小于10%。所述瞬变成分信号可以以随频率变化的分布，分布在所述两个输出信号上。

根据本发明的可选特征，所述音频系统进一步包括：第一滤波器，其用于从所述第一输出音频信号产生第一频带中的第一空间输出音频信号；第二滤波器，其用于从所述第一输出音频信号产生第二频带中第二空间输出音频信号；其中所述第一频带不同于所述第二频带，并且所述第一空间输出音频信号与不同于所述第二空间输出音频信号的标称位置相关联。

根据本发明的可选特征，所述第一频带包括比所述第二频带高的频率，并且所述第一空间输出音频信号的标称位置相对于所述第二空间输出音频信号的标称位置被抬高。

这可以在许多实施例中提供改善的并且更自然音响的空间体验。

根据本发明的一方面，提供一种音频系统的操作方法，该方法包括：接收输入音频信号；将所述输入音频信号至少部分分解为至少瞬变成分信号和非瞬变成分信号；以及响应于所述瞬变成分信号和所述非瞬变成分信号的加权组合产生第一输出音频信号，其中所述瞬变成分信号的权重不同于所述非瞬变成分信号的权重。

本发明的这些和其他方面、特征和优点将从下面描述的实施例变得明显并且关于这些实施例被阐明。

附图说明

将参照附图仅以举例的方式描述本发明的实施例，其中

图1示出根据本发明的一些实施例的音频系统的元件的例子；

图2-4示出空间音频系统的扬声器设置的例子；

图5示出根据本发明的一些实施例的音频系统的元件的例子；

图6示出根据本发明的一些实施例的音频系统的元件的例子；

图7示出根据本发明的一些实施例的音频系统的交叉（cross-over）滤波器配置的例子。

具体实施例

下面的描述集中于可应用于空间环绕声系统并且特别可应用于家庭影院音频系统的本发明的实施例。然而，应当理解，本发明不局限于该应用，而是还可以应用于许多其他音频呈现和处理应用。

图1示出根据本发明的一些实施例的音频系统的元件的例子。

该音频系统包括用于接收输入音频信号的接收器101。可以从任何适当的内部或外部源，例如，DVD播放器、存储器、网络连接等，接收该输入音频信号。在一些实施例中，接收到的音频信号可以是编码音频信号，并且接收器101可以包括用于解码该编码的音频信号以提供解码音频信号的功能。

接收器101连接到接收该音频信号的分解器103。分解器103配置为将该音频信号分解为瞬变成分信号和非瞬变成分信号。在下文中，该音频信号只被分解为瞬变成分信号和非瞬变成分信号，但是应当理解，在一些实施例中，该音频信号可以被分解为更多个成分，包括例如正弦成分。

在本例子中，该音频信号因此被分成主要代表该信号的特征中的突然变化的信号成分和主要代表该音频信号的较慢和较稳定的特征的另一信号成分。

瞬变可被认为是相对于在两个或更多个非重叠频带（带宽例如是八音度的1/3）同时出现的长期（例如，＞200ms）信号幅度，信号幅度短时间（例如，1-200ms）增加超过某一阈值（例如，1dB）。

该信号幅度可被解释为信号的RMS值，并且该信号可包含一些预处理，例如，使用固定或自适应滤波器的谱白化或谱加权。

分解器103连接到第一加权电路105，瞬变成分信号被馈送到第一加权电路105。第一加权电路105配置为对该瞬变成分信号施加权重以产生加权瞬变成分信号。作为简单的例子，该权重可以是简单的标量相乘。在较复杂的实施例中，可以施加依赖于频率的和/或复杂的权重，或者该权重可以包括瞬变成分信号的滤波。

分解器103还连接到第二加权电路107，非瞬变成分信号被馈送到第二加权电路107。第二加权电路107配置为对该瞬变成分信号施加权重以产生加权非瞬变成分信号。作为简单的例子，该权重可以是简单的标量相乘。在较复杂的实施例中，可以施加依赖于频率的和/或复杂的权重，或者该权重可以包括瞬变成分信号的滤波。

第一和第二加权电路105、107连接到组合器109，组合器109通过组合加权瞬变成分信号和加权非瞬变成分信号产生音频输出信号。在低复杂性例子中，组合器109可以简单进行这两个加权信号的相加。

在该系统中，该瞬变成分信号和该非瞬变成分信号的加权是不同的。因此，该系统产生瞬变和非瞬变特征存在不同加强的输出信号。在一些实施例中，在输出音频信号中可以减弱输入音频信号的瞬变特性，而在其他实施例中，在输出音频信号中可以放大输入音频信号的瞬变特性。实际上，在一些实施例中，可以自动（例如，根据信号的特征）或手动地动态修改瞬变特性的加强。

本发明人已经意识到信号的瞬变和非瞬变成分之间关系的修改可以提供所提供声音的人类感受的高度有利的修改。具体来说，本发明人已经意识到通过改变瞬变和非瞬变成分的相对加强可以修改来自音频信号的空间感受和体验。

作为另一个例子，图1的手段可被用于改善所呈现的声音水平的适应性以适应用户。

作为特定例子，在许多动作片中，声轨可包含许多大声的爆炸声，这些声音可能出现在立体声或环绕音频混合的所有声道中。对于许多人来说，这种声音被认为太响，因此他们喜欢将回放的幅度减小。然而，这也将减小声轨中语音和其他重要声音的可听性。已经提出了这可以通过使用相比于声音中较安静部分更多地减小较大声部分的幅度的波形非线性压缩来解决。然而，爆炸声的实际幅度通常不显著高于音频信号的其他部分。因此，用于削弱声音的较大声部分的非线性压缩将导致二者例如枪击声或人说话声的幅度相似地减小。

在图1的系统中，通过相对于非瞬变成分信号的权重减小瞬变成分信号的权重，从而提供所呈现的声音水平的更灵活和有利的适应性，可以解决该问题。例如，可以在不减小对话音量的情况下减小爆炸音量。

在图1的特定例子中，输入音频信号是空间音频声道的信号，并且输出音频信号被提供作为另一个空间音频声道。空间音频声道与标称位置相关联。因此，空间音频声道不仅被有意呈现给用户，而且还被有意从相对于收听者的特定位置（或区域）呈现。空间声道的标称位置可以是关于其他空间声道的相对位置，并且/或者可以是关于其他空间声道的相对位置。

例如，广泛使用的空间环绕立体声系统是五声道系统，其中与位于收听位置周围的扬声器位置相对应地提供空间声道，包括收听位置正前方的扬声器（中央扬声器）、收听位置左前方的扬声器（左前方扬声器）、收听位置右前方的扬声器（右前方扬声器）、收听位置左后方的扬声器（左环绕扬声器）和收听位置右后方的扬声器（右环绕扬声器）。

图1的手段可被用于从另一个空间声道产生新的空间声道。具体来说，当修改瞬变和非瞬变信号成分之间的加强时，可以产生适合于与输入声道的标称位置不同的位置呈现的信号。具体来说，本发明人已经意识到这种修改和瞬变选择性呈现提供用于在三维上操纵感受到的空间声音图像的各种吸引人的方式。例如，瞬变的更多加强提供适合于从例如相对于输入信号的高位位置或非常宽的位置呈现的信号。

因此，图1的手段例如可被用于产生相对于输入声道的高位空间声道，或者可被用于产生有意从比输入声道的标称位置更靠侧面的位置呈现的宽空间声道。该手段可以以这种方式用于为现有空间音频系统产生附加空间信道，并且可以由此有效地上混合输入信号。该手段可被特别用于产生附加高位声道，并且可以由此将水平二维环绕立体声系统扩展为三维环绕立体声系统。可选地或附加地，该手段可被用于产生从较宽位置呈现的空间声道，从而提供宽带声场。

可以代替呈现原始声道，从与输入声道的标称位置不同的位置处的扬声器产生该新产生的声道，或者可以除了原始声道以外还呈现该新产生的声道。在一些实施例中，可以通过呈现两个修正信号来代替原始声道。例如，可以代替从标称位置呈现原始信号，使用两个（或更多个）扬声器呈现内容。因此，可以使用输入空间声道的分布式空间呈现。

在下文中，将提供多声道环绕立体声系统的更详细的描述，其中至少一个接收到的声道被上混合以提供多个输出声道。该特定例子将集中于高位空间声道的产生和呈现，但是应当理解，这仅是作为例子提供的，并且在其他实施例中，例如可以产生其他空间声道。

环绕立体声系统使用位于或靠近标称位置的多个扬声器提供空间体验。由此提供具有多个声道的空间多声道信号，每个声道承载有意从对应的标称位置处的扬声器呈现的信号。图2示出五声道环绕立体声系统的典型标称设置的例子。

在该例子中，假定扬声器位于收听位置201周围，包括收听位置201正前方的扬声器（中央扬声器203）、收听位置左前方的扬声器（左前方扬声器205）、收听位置右前方的扬声器（右前方扬声器207）、收听位置左后方的扬声器（左环绕扬声器209）和收听位置右后方的扬声器（右环绕扬声器211）。

当相对于收听位置根据标称设置定位扬声器时，该空间音频信号被产生以提供期望的空间体验。因此，需要用户将他们的扬声器定位在相对于收听位置的特定位置，以实现最佳空间体验。

然而，尽管这种系统可以提供有趣和令人兴奋的空间体验，但是从有限数目的扬声器呈现的声音趋向于导致不完美的空间效果。具体来说，由于扬声器位置设置在水平二维平面中，所以所提供的声场趋向于是相对水平的。

因此，为了改善空间体验，已经提出增加附加的空间声道，特别地，已经提出增加该二维平面之外的附加声道。特别地，已经提出增加如图3中所示的两个附加的高位前置扬声器。这些扬声器被有意放置在收听者的前方和侧面，但是处于如图4的例子中所示的高位位置，图4示出具有两个高位扬声器401、403的示例性标称扬声器设置。

然而，由于大多数内容只存在于传统的五声道（或者在一些情况下为七声道）二维系统中，所以必须从其他空间声道中的现有信号导出这些声道的驱动。然而，必须进一步产生这种基于现有的五声道信号从例如五声道到七声道的上混合，使得组合空间体验被改善并且似乎是自然的。这是难以实现的，并且例如只将前侧声道再用于高位前声道会趋向于提供次优的空间体验。特别地，这可以提供对特定点声音源的更弥散的体验，并因此导致更弥散的声场。

下面的例子描述图1的手段可被如何用于上混合空间信道。该例子将集中于从对应的前下方空间声道产生高位前空间声道，但是应当理解，在其他实施例中，可以产生其他空间声道。

图1的手段可被用于从前侧声道产生前高位声道。该高位空间声道与比所接收的声道的标称位置高的标称位置相关联。因此，可以根据输入声道的标称位置呈现输入声道，但是另外产生从较高位置呈现的新声道。该新声道是通过将输入信号分成瞬变成分和非瞬变成分，然后将这些成分不同地加权，并将加权成分组合成驱动信号而产生的。

该系统相对于高位声道的非瞬变成分特别加强输入信号的瞬变成分。由此从较低空间声道导出高位空间声道，但是声音空间中突然和短期声音进一步加强。本发明人已经意识到这种瞬变加强提供高度适合于从高位位置呈现的空间信号。实际上，增加瞬变加强的附加高位空间声道提供感觉更加多样化更加扩展的声场。它还允许从高位扬声器提供更强的效果。可以提供自然音响的声场，但是在竖直方向上具有附加的感受到的扩展。

在一些实施例中，非瞬变成分信号的加权可以比瞬变成分信号的小得多。实际上，在许多实施例中，非常有利的声场产生是通过产生瞬变成分信号比非瞬变成分信号的权重高十倍以上的高位声道实现的。在许多实施例中，非瞬变成分信号的权重可以是零，从高位扬声器位置只呈现瞬变成分。

在上述例子中，附加空间声道是从接收到的空间声道产生的，但是该接收到的空间声道是没有经过修改而呈现的。然而，在其他实施例中，可以用由该音频系统产生的另一个空间声道替换该接收到的空间声道。因此，该单一接收到的空间声音声道可以被上混合为代替该接收到的空间声道呈现的两个（或更多个）空间声道。这可以在许多实施例中提供高度有利的声场。

图5示出一音频系统，其中从一个输入空间声道产生两个输出空间声道，通过呈现这两个输出空间声道代替呈现该输入空间声道。

在该例子中，该音频系统包括如针对图1的音频系统描述的接收器101、分解器103、第一加权电路105、第二加权电路105。然而，在上述手段中，第一空间声道是从第一加权电路105的输出产生的，第二空间声道是从第二加权电路107的输出产生的。因此，在本例子中，第一空间声道的瞬变成分信号和非瞬变成分信号的组合只包括瞬变成分信号（对应于非瞬变成分信号的权重为零），并且第二空间声道的瞬变成分信号和非瞬变成分信号的组合只包括非瞬变成分信号（对应于瞬变成分信号的权重为零）。

在本例子中，第一空间声道的信号被馈送到用于驱动扬声器401的第一驱动电路501，第二空间声道的信号被馈送到用于驱动扬声器205的第二驱动电路503。因此，在本例子中，一个扬声器呈现输入信号的瞬变成分信号，另一个扬声器呈现输入信号的非瞬变成分信号。输入空间声道被相应地分布在两个输出声道上，各声道的特征特别适合于提供不同的空间感受。具体来说，通过从高位位置呈现瞬变特征加强的信号和从低位扬声器呈现瞬变特征减弱的信号而提供的空间声场提供高度有利的空间系统。因此，该手段提供上混合空间输入信号的高效方式以提供附加空间信道，具体来说，提供高位空间声道。

应当理解，在图5的系统中，第一和第二加权电路105、107可以施加稳定或固定权重，并且可以例如与这些信号的简单增益设置相对应。

在一些实施例中，上混合的两个声道被产生为包括来自瞬变成分信号和非瞬变成分信号二者的贡献。图6中示出这种实施例的例子。在该例子中，高位空间声道的信号被产生为如针对图1描述的瞬变成分信号和非瞬变成分信号的组合。另外，该音频系统包括用于对瞬变成分信号施加第三权重的第三加权电路601和用于对非瞬变成分信号施加第四权重的第四加权电路603。第三和第四加权电路601、603连接到第二组合器605，第二组合器605组合加权后的信号以产生低位空间声音声道的输出信号。

在该实施例中，关于输入信号，改变两个输出信号的瞬变和非瞬变特征之间的加权。此外，对这两个声道的加权是不同的。

在图6的系统中，可以实现非常灵活地产生新的空间声道，并且特别地，突然或意料外的声音的精确加强或减弱可被改变，以适合于特定的扬声器设置、用户喜好等。

该手段可以特别产生还提供竖直维度的扩展声场。这是通过附加高位声音声道实现的，该高位声音声道呈现从对应于较低位置的输入声道产生的声音。高位声源的使用通过产生高位声源的逼真的幻觉来增加环绕收听体验的沉浸感。所描述的手段的优点在于，它允许从高位位置产生更显著的空间效果而不会导致最终的声场显得弥散或不自然。这具体是通过与低位声道相比，使高位声道的瞬变成分信号的权重更高来实现的。

可以以不同的方式提供高位声源，并且应当理解，可以使用任何适当的手段。

例如，在物理上，扬声器可以位于收听场所中的高位位置，例如，接近天花板。作为另一个例子，两个或更多个扬声器可以一起工作，以产生加强的瞬变声音的高位幻象。作为另一个例子，可以使用扬声器阵列或超声扬声器，以将窄的声束引向天花板，产生来自天花板的声音反射，从而产生声源在收听场所中的高位位置的幻觉。

还应当理解，可以使用将信号分解为瞬变成分信号和非瞬变成分信号的任何适当手段而不偏离本发明。

在图1、5和6的系统中，瞬变被认为对应于音频信号和从该信号的以前特征产生的音频信号的预测版本之间的误差超过阈值的信号成分。

特别地，可以将预测算法应用于输入信号以产生预测信号。产生代表输入信号与预测信号之间的差的误差信号，并且将其与阈值相比较。如果误差信号超过阈值，则该输入音频信号被认为对应于瞬变成分，如果误差信号低于阈值，则该音频信号被认为对应于非瞬变成分。因此，在本例子中，输入音频信号被分成与瞬变成分相对应的时间段和与非瞬变成分相对应的时间段。

在一些实施例中，该处理可以是频率选择的。例如，在一些实施例中，可以在各个频带中进行瞬变和非瞬变信号的分割。

更具体来说，可以用x(n)代表输入信号。在本例子中，可以在由X(k,ω)表示的信号的时间-频率表达式上进行该分解，其中k是时间指数，ω是频率变量。

产生一函数，该函数提供在信号x(n)中何时出现瞬变事件的表示。该函数被称为“检测函数（DN）”。在该例子中，输入信号被分成若干个频带（例如，通过FFT）。这导致一组子带信号，x_k(n) (k=1,2,…,M)，其中M是在其中分析该信号的频带的数目。

获得x_k(n)之后，对每个单独（时域）子带信号的短时帧施加自适应线性预测误差滤波器。该检测是基于瞬变事件何时开始的考虑，预测的输出将不再是准确预测，因此将出现子带信号和预测子带信号之间误差信号值增加。该误差信号将被用作DF，然后将DF与阈值相比较，以识别对应于瞬变的时间段和对应于非瞬变的时间段。

结果是每个频带中的瞬变时间序列（TTS）：

之后基于检测到的瞬变的位置分析遮蔽（mask）函数。这被表示如下：

M(n,ω)∈[0,1]

其中M(n,ω) = tts(n,ω)×w(n,ω)

并且w(n,ω)是预定义窗口，其被设计为遮蔽瞬变事件的开始。

通过使用该遮蔽函数，瞬变成分信号和非瞬变成分信号可被计算为：

Y_t(k,ω) = M(k,ω)X(k,ω)

Y_s(k,ω) = (1-M(k,ω))X(k,ω)

其中Y_t代表瞬变成分信号，Y_s代表非瞬变成分信号。

可选地或者附加地，权重可以根据频率变化。频率变化可以与子带产生相关联，或者可以独立于子带。例如，在一些实施例中，频率选择性分解可以与不依赖于频率的权重相结合，而在其他实施例中，可以在使用依赖于频率的权重的同时进行非频率选择性分解。

作为特定例子，可以频率选择性地进行加权，使得高位空间声道中的高频率瞬变比低频率瞬变更加被加强。因此，由第一加权电路109施加的权重可以随着频率增加而增加，并且/或者由第二加权电路109施加的权重可以随着频率增加而减小。

在一些实施例中，可以相应地但是在相反的方向上修改低位空间声道的权重。因此，在一些实施例中，第三加权电路601施加的权重可以随着频率增加而减小，并且/或者第四加权电路603施加的权重可以随着频率增加而增加。

具体来说，在一些实施例中，如果瞬变成分信号和/或非瞬变成分信号的组合权重对于音频带中的频率基本恒定，则是有利的。例如，瞬变成分信号（或者非瞬变成分信号）的组合权重可以变化不超过导致从500Hz到3kHz的频率范围中组合音频信号能量变化不足10%。

因此，输入空间音频声道在两个空间输出声道上的分布可以随频率变化，以反映感受特征，并且特别提供改进的沉浸式空间体验而不会导致显著的频率选择畸变。

作为特定例子，可以使用两个扬声器（一个高位；另一个在地平面上），以形成声音幻象，低位空间声道的驱动信号由S_e表示，高位空间声道的驱动信号由S_g表示。这些驱动信号可以被产生为：

S_e(k,ω) = A_e(ω)Y_t(k, ω)

S_g(k, ω) = Y_s(k, ω) + (1-A_e(ω))Y_t(k, ω)

其中A_e(ω)和1-A_e(ω)是依赖于频率的权重，其反映将声能分布在两个声道上的频域窗口。

作为一个简单例子，函数A_e(ω)可以是

其中ω_n是奈奎斯特（Nyquist）频率。该函数平移（pan）瞬变声音，使得可以从靠近高位扬声器处听到较高频率内容，同时听到较低频率源自靠近地平面扬声器处。这可以提供改进的空间体验。

在一些实施例中，可以与修正后的信号的不同频带相对应地产生两个空间声道。例如，在图1的音频系统中，可以用选择不同频带的两个（或更多个）滤波器过滤音频输出。每个滤波器的输出可被用作要在不同位置呈现的空间声道的信号。通过滤波具有加强瞬变特征的音频信号使得较高频带被馈送到高位扬声器并且较低频带被馈送到低位扬声器，可以实现特别有利的性能。

这种手段可以反映不是所有的瞬变声音都必须优选地从上面重现。例如，踢打鼓的声音是瞬变的，但是通常预期从靠近地板的位置传来，从而反映录音棚或演唱会中的正常设置。因此，可以基于频率选择手段分布瞬变声音的高度。

例如，当通过一个或多个竖直安排的扬声器呈现瞬变声音时，可以由下式获得角度（高度）θ处的某一扬声器的输入信号S_θ

其中A_θ(k,ω)是类似于图7中所示的交叉网络使用的频域窗口。

应当理解，以上出于清楚起见的描述已经关于不同的功能电路、单元和处理器描述了本发明的实施例。然而，应当理解，在不同功能电路、单元或处理器之间任何适当的功能分布都可以被使用而不偏离本发明。例如，被示出为由分开的处理器或控制器进行的功能可以由同一处理器或控制器来进行。因此，涉及特定功能单元或电路时，只应被视为涉及用于提供所描述的功能的适当装置，而不表示严格的逻辑或物理结构或组织。

本发明能够以包括硬件、软件、固件或者它们的任何组合的任何适当形式实施。本发明可以任选地至少部分作为运行在一个或多个数据处理器和/或数字信号处理器上的计算机软件来实施。本发明实施例的元件和部件可以在物理、功能和逻辑上以任何适当的方式来实现。实际上，所述功能可以在单个单元中、在多个单元中或者作为其他功能单元的一部分来实施。同样，本发明可以在单个单元中实施，或者可以在物理和功能上分布在不同单元、电路和处理器之间。

尽管已经结合一些实施例描述了本发明，但是本发明不意图局限于本文给出的特定形式。相反，本发明的范围仅由所附权利要求限定。另外，尽管特征可能表现为结合具体实施例描述，但是本领域的技术人员将会认识到，可以根据本发明结合所描述的实施例的各种特征。在权利要求中，术语“包括”不排除其它元件或步骤的存在。

此外，尽管被分别列出，但是可以例如通过单个电路、单元或处理器实施多个装置、元件、电路或方法步骤。另外，尽管在不同权利要求中可包括各个特征，但是这些特征可能可以被有利地结合，并且包括在不同权利要求中不意味着特征的组合是不可行的和/或不利的。此外，特征包括在一类权利要求中不意味着局限于该类别，而是表示该特征酌情同样可适用于其它权利要求类别。此外，权利要求中特征的顺序不意味着这些特征必须按其工作的任何特定顺序，具体来说，方法权利要求中各个步骤的顺序不意味着这些步骤必须按该顺序进行。相反，这些步骤可以以任何适当的顺序进行。另外，涉及单个时不排除多个。因此，提及“一”、“一个”、“第一”、“第二”等不排除多个。权利要求中的附图标记仅被提供用于澄清例子，而绝不应当被理解为限制权利要求的范围。

Claims

1.一种音频系统，包括：

接收器（101），其用于接收输入音频信号；

分解器（103），其用于至少部分地将所述输入音频信号分解为至少瞬变成分信号和非瞬变成分信号；以及

第一电路（105，107，109），其用于响应于所述瞬变成分信号和所述非瞬变成分信号的加权组合产生第一输出音频信号，其中所述瞬变成分信号的权重不同于所述非瞬变成分信号的权重，所述音频系统特征在于所述输入音频信号是第一空间音频声道的信号，并且所述第一输出信号是与所述第一空间音频声道的标称位置不同的标称位置相关联的第二空间音频声道的信号，其中所述标称位置是空间音频声道被呈现的位置。

2.根据权利要求1所述的音频系统，其中所述瞬变成分信号的权重和所述非瞬变成分信号的权重中的至少一个是依赖于频率的。

3.根据权利要求1所述的音频系统，进一步包括：第二电路（601，603，605），其用于响应于所述瞬变成分信号和所述非瞬变成分信号的加权组合产生第二输出音频信号，其中对于所述第一输出音频信号，所述瞬变成分信号的权重和所述非瞬变成分信号的权重是不同的。

4.根据权利要求3所述的音频系统，进一步包括：驱动器（109，501，605，503），其用于从第一扬声器（401）呈现所述第一输出音频信号以及从第二扬声器（205）呈现所述第二输出音频信号。

5.根据权利要求4所述的音频系统，其中所述输入音频信号是第一空间音频声道的信号，所述第一输出音频信号是第二空间音频声道的信号，并且所述第二输出音频信号是与不同于所述第二空间音频声道的标称位置相关联的第三空间音频声道的信号。

6.根据权利要求5所述的音频系统，其中所述第一输出音频信号的相对于非瞬变成分信号的瞬变成分信号的权重比所述第二输出音频信号的高。

7.根据权利要求3所述的音频系统，其中所述第一输出音频信号中非瞬变成分信号的权重比瞬变成分信号的权重低至少十倍。

8.根据权利要求3所述的音频系统，其中所述第一输出音频信号中瞬变成分的权重和所述第二输出音频信号中瞬变成分信号的权重是依赖于频率的。

9.根据权利要求8所述的音频系统，其中所述第一输出音频信号中瞬变成分的权重随着频率增加而增加，并且所述第二输出音频信号中瞬变成分信号的权重随着频率增加而减小。

10.根据权利要求8所述的音频系统，其中所述第一输出音频信号中和所述第二输出音频信号中瞬变成分的组合加权是基本恒定的。

11.根据权利要求1所述的音频系统，进一步包括：

第一滤波器，其用于从所述第一输出音频信号产生第一频带中的第一空间输出音频信号；

第二滤波器，其用于从所述第一输出音频信号产生第二频带中第二空间输出音频信号；

其中所述第一频带不同于所述第二频带，并且所述第一空间输出音频信号与不同于所述第二空间输出音频信号的标称位置相关联。

12.根据权利要求11所述的音频系统，其中所述第一频带包括比所述第二频带高的频率，并且所述第一空间输出音频信号的标称位置相对于所述第二空间输出音频信号的标称位置被抬高。

13.一种音频系统的操作方法，该方法包括：

接收输入音频信号；

将所述输入音频信号至少部分分解为至少瞬变成分信号和非瞬变成分信号；以及

响应于所述瞬变成分信号和所述非瞬变成分信号的加权组合产生第一输出音频信号，其中所述瞬变成分信号的权重不同于所述非瞬变成分信号的权重，

所述方法特征在于还包括呈现作为第一空间音频声道的信号的所述输入音频信号、和作为与所述第一空间音频声道的标称位置不同的标称位置相关联的第二空间音频声道的信号的所述第一输出信号，其中所述标称位置是空间音频声道被呈现的位置。