CN100381016C - 信号处理装置、信号处理方法 - Google Patents

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Abstract

一种信号处理装置，该装置包括：解码器，用于解码数据流信号以生成低音效果(effect)声道的数字音频信号和第一到第n(n≥2)声道的数字音频信号；加法单元，用于将低音效果(effect)声道的数字音频信号与第一到第n声道中的特定声道的数字音频信号相加，以生成相加信号；n个D/A转换单元，用于将第一到第n声道中除特定声道以外的其它声道的数字音频信号和相加信号转换为n种模拟音频信号；第一信号处理单元，用于生成低音效果(effect)声道的模拟音频信号；和第二信号处理单元，用于生成特定声道的模拟音频信号。

Description

信号处理装置、信号处理方法
技术领域
本发明涉及一种用于将多声道数字音频信号转换为模拟音频信号并输出模拟音频信号的信号处理装置和信号处理方法；一种用于执行信号处理的程序；和一种用于记录该程序的记录媒体。
背景技术
下面将参考图9、10和11说明传统的用于将多声道数字音频信号转换为模拟音频信号并输出模拟音频信号的信号处理装置300。信号处理装置300例如可以应用于DVD视频播放器。DVD视频标准支持多至5.1个声道的多声道音频信号的重放。图10示出了5.1声道扬声器单元的排布。5.1声道装置，如图10所示，5声道包括左前方(L：左)，中置(C：中)，右前方(R：右)，左环绕(LS)，和右环绕(RS)声道，以及一个低音效果(effect)声道(LFE)。
图9示出了信号处理装置300的结构图。根据DVD视频标准，5.1声道音频比特流信号40被输入到信号处理装置300中。解码器6接收音频比特流信号40并将音频比特流信号40解码为数字音频信号(线性PCM)。然后，音频比特流信号40将数字音频信号分离为第一声道的数字音频信号31(第一声道数字音频信号31)、第二声道的数字音频信号32(第二声道数字音频信号32)......第n(n≥2)声道的数字音频信号3n(第n声道数字音频信号3n)，和LFE声道的数字音频信号30(LFE声道数字音频信号30)。在5.1声道***中，n＝5。下混频信号处理单元3接收合成的数字音频信号30、31......3n并执行下混频信号处理。
下混频信号处理可以以不同方式执行。在5.1声道***中，下混频信号处理可以如图11所示执行。下混频信号处理单元3将L、R、C、SL、SR和LFE声道的5.1声道的数字音频信号下混频为L、R和LFE声道的2.1声道的数字音频信号。在图11中，L、R、C、SL、SR和LFE声道的数字音频信号由附图标记51、52、53、54和50表示。下混频信号处理单元3包括乘法器8a，8b，8c，8d，8e和8f和加法器9a和9b。乘法器8a，8b，8c，8d，8e和8f的乘法系数分别为m1，m2，m3，m4，m5和m6。乘法器8a将SL声道数字音频信号51与乘法系数m1相乘。乘法器8b将L声道数字音频信号52与乘法系数m2相乘。乘法器8c将C声道数字音频信号53与乘法系数m3相乘。乘法器8d将R声道数字音频信号54与乘法系数m4相乘。乘法器8e将SR声道数字音频信号55与乘法系数m5相乘。乘法器8f将LFE声道数字音频信号50与乘法系数m6相乘。数字音频信号51到55和50分别相应于数字音频信号31、32、......3n和30，如图9所示。
加法器9a将乘法器8a，8b，8c的输出信号相加并输出L声道数字音频信号56(L声道数字音频信号56)。加法器9b将乘法器8c，8d，8e的输出信号相加并输出R声道数字音频信号57(R声道数字音频信号57)。乘法器8f输出LFE声道的数字音频信号58(LFE声道数字音频信号58)。
典型的乘法系数的总比值为m1∶m2∶m3∶m4∶m5∶m6＝0.7∶1.0∶0.7∶1.0∶0.7∶1.0。乘法系数的比值可以根据输入信号或***的特性而改变。在输入到下混频信号处理单元3的信号是电平调整的以避免溢出的情况下，乘法系数的比值可以使上述比值。在下混频信号处理有可能导致溢出的情况下，乘法系数从m1到m6的比值需要预先调整。在L、R、C、SL、SR和LFE声道数字音频信号50、51、52、53、54和55不进行防止溢出的处理的情况下，所有的乘法系数从m1到m6的比值需要进一步以1/(2.4)调整。
由下混频信号处理过程得到的L、R和LFE声道数字音频信号56、57和58被提供到D/A转换器63、64和65，如图9所示。D/A转换器63将L声道数字音频信号56转换为L声道的模拟音频信号56′(L声道模拟音频信号56′)并输出L声道模拟音频信号56′。D/A转换器64将R声道数字音频信号57转换为R声道的模拟音频信号57′(R声道模拟音频信号56′)并输出R声道模拟音频信号57′。D/A转换器65将LFE声道数字音频信号58转换为LFE声道的模拟音频信号58′(LFE声道模拟音频信号58′)并输出LFE声道模拟音频信号58′。
每个声道都需要一个D/A转换器。因此，图9所示的信号处理装置300需要三个D/A转换器63、64和65。然而，在大多数实际产品中，两个D/A转换器被包装为一个LSI。两个这种LSI被加入到信号处理装置300中，一个D/A转换器没有被使用。另外，用于DVD播放器的D/A转换器为了提供高品质的声音大多比较昂贵。
当用户用DVD播放器重现视频或音频信号时，他/她经常使用不是环绕***的扬声器单元。时常，他/她不使用LFE声道。在便携式DVD播放器中，通常使用耳机扬声器输出音频信号，在这种情况下，LFE声道没有被用到。此外，DVD播放器的输出通常由常用的TV接收机重现。TV接收机的大部分扬声器单元不是环绕***，只有L声道和R声道。LFE声道没有用。
在传统的信号处理装置中，每个声道提供一个D/A转换器，以将数字信号转换为模拟信号，而通常LFE信号不用转换。在2.1声道输出***中，需要三个D/A转换器，因此增加了不必要的成本。
发明概述
根据本发明的一个方面，提供了一种信号处理装置，该装置包括：解码器，用于解码数据流信号以生成低音效果(effect)声道的数字音频信号和第一到第n(n≥2)声道的数字音频信号，其中数据流信号包括低音效果(effect)声道的信息，该信息包括低频分量，数据流信号还包括第一到第n声道的信息，该信息包括所有频带的分量，第一到第n声道具有不同的声源位置；加法单元，用于将低音效果(effect)声道的数字音频信号与第一到第n声道中的特定声道的数字音频信号相加，以生成相加信号；n个D/A转换单元，用于将除特定声道的数字音频信号以外的第一到第n声道的数字音频信号和相加信号转换为n种模拟音频信号；第一信号处理单元，用于执行由相加信号的D/A转换得到的模拟音频信号的第一信号处理过程，以生成低音效果(effect)声道的模拟音频信号；和第二信号处理单元，用于执行由相加信号的D/A转换得到的模拟音频信号的第二信号处理过程，以生成特定声道的模拟音频信号。
在本发明的一个实施例中，信号处理装置进一步包括乘法单元，用于调整由解码器生成的低音效果(effect)声道的数字音频信号的幅度。
在本发明的一个实施例中，信号处理装置进一步包括乘法单元，用于调整由解码器生成的特定声道的数字音频信号的幅度。
在本发明的一个实施例中，第一信号处理过程是低通滤波处理。
在本发明的一个实施例中，第二信号处理过程是高通滤波处理或全通滤波处理。
在本发明的一个实施例中，第二信号处理单元包括切换单元，用于从高通滤波处理和全通滤波处理中选择其一。当低频模拟音频信号由第二信号处理单元输出时，选择全通滤波处理，当低频模拟音频信号不由第二信号处理单元输出时，选择高通滤波处理。
在本发明的一个实施例中，n是5，数据流信号包括5.1声道信息。
根据本发明的另一方面，提供了一种信号处理装置，该装置包括：解码器，用于解码数据流信号以生成低音效果(effect)声道的数字音频信号和第一到第n(n≥2)声道的数字音频信号，其中数据流信号包括低音效果(effect)声道的信息，该信息包括低频分量，数据流信号还包括第一到第n声道的信息，该信息包括所有频带的分量，第一到第n声道具有不同的声源位置；下混频信号处理单元，用于将第一到第n声道的数字音频信号转换为L声道的数字音频信号和R声道的数字音频信号；第一加法单元，用于将低音效果(effect)声道的数字音频信号与L声道的数字音频信号相加，以生成第一相加信号；第二加法单元，用于将低音效果(effect)声道的数字音频信号与R声道的数字音频信号相加，以生成第二相加信号；第一D/A转换单元，用于将第一相加信号转换为第一模拟音频信号；第二D/A转换单元，用于将第二相加信号转换为第二模拟音频信号；第三加法单元，用于将第一模拟音频信号与第二模拟音频信号相加，以生成第三模拟音频信号；第一信号处理单元，用于执行第三模拟音频信号的第一信号处理过程，以生成低音效果(effect)声道的第四模拟音频信号；第二信号处理单元，用于执行第一的模拟音频信号的第二信号处理过程，以生成L声道的第五模拟音频信号；和第三信号处理单元，用于执行第二的模拟音频信号的第三信号处理过程，以生成R声道的第六模拟音频信号。
在本发明的一个实施例中，信号处理装置进一步包括包括乘法单元，用于调整低音效果(effect)声道的数字音频信号的幅度。
在本发明的一个实施例中，信号处理装置进一步包括乘法单元，用于调整由下混频信号处理单元生成的L声道的数字音频信号的幅度。
在本发明的一个实施例中，信号处理装置进一步包括乘法单元，用于调整由下混频信号处理单元生成的R声道的数字音频信号的幅度。
在本发明的一个实施例中，第一信号处理过程是低通滤波处理。
在本发明的一个实施例中，第二信号处理过程是高通滤波处理或全通滤波处理。
在本发明的一个实施例中，第二信号处理单元包括切换单元，用于从高通滤波处理和全通滤波处理中选择其一。当低频模拟音频信号由第二信号处理单元输出时，选择全通滤波处理，当低频模拟音频信号不由第二信号处理单元输出时，选择高通滤波处理。
在本发明的一个实施例中，第三信号处理过程是高通滤波处理或全通滤波处理。
在本发明的一个实施例中，第三信号处理单元包括切换单元，用于从高通滤波处理和全通滤波处理中选择其一。当低频模拟音频信号由第二信号处理单元输出时，选择全通滤波处理，当低频模拟音频信号不由第二信号处理单元输出时，选择高通滤波处理。
在本发明的一个实施例中，n是5，数据流信号包括5.1声道信息。
根据本发明的再一方面，提供了一种信号处理方法，包括以下步骤：对数据流信号解码，以生成低音效果(effect)声道的数字音频信号和第一到第n(n≥2)声道的数字音频信号，其中数据流信号包括低音效果(effect)声道的信息，该信息包括低频分量，数据流信号还包括第一到第n声道的信息，该信息包括所有频带的分量，第一到第n声道具有不同的声源位置；将低音效果(effect)声道的数字音频信号与第一到第n声道中的特定声道的数字音频信号相加，以生成相加信号；将除特定声道的数字音频信号以外的第一到第n声道的数字音频信号和相加信号转换为n种模拟音频信号；执行由相加信号的D/A转换得到的模拟音频信号的第一信号处理过程，以生成低音效果(effect)声道的模拟音频信号；和执行由相加信号的D/A转换得到的模拟音频信号的第二信号处理过程，以生成特定声道的模拟音频信号。
根据本发明的还一方面，提供了一种信号处理方法，包括以下步骤：解码数据流信号以生成低音效果(effect)声道的数字音频信号和第一到第n(n≥2)声道的数字音频信号，其中数据流信号包括低音效果(effect)声道的信息，该信息包括低频分量，数据流信号还包括第一到第n声道的信息，该信息包括所有频带的分量，第一到第n声道具有不同的声源位置；将第一到第n声道的数字音频信号下混频为L声道的数字音频信号和R声道的数字音频信号；将低音效果(effect)声道的数字音频信号与L声道的数字音频信号相加，以生成第一相加信号；将低音效果(effect)声道的数字音频信号与R声道的数字音频信号相加，以生成第二相加信号；将第一相加信号转换为第一模拟音频信号；将第二相加信号转换为第二模拟音频信号；将第一模拟音频信号与第二模拟音频信号相加，以生成第三模拟音频信号；执行第三模拟音频信号的第一信号处理过程，以生成低音效果(effect)声道的第四模拟音频信号；执行第一的模拟音频信号的第二信号处理过程，以生成L声道的第五模拟音频信号；和执行第二的模拟音频信号的第三信号处理过程，以生成R声道的第六模拟音频信号。
根据本发明的又一方面，提供了一种用于使计算机执行将数字音频信号转换为模拟音频信号的信号处理的程序，信号处理包括以下步骤：对数据流信号解码，以生成低音效果(effect)声道的数字音频信号和第一到第n(n≥2)声道的数字音频信号，其中数据流信号包括低音效果(effect)声道的信息，该信息包括低频分量，数据流信号还包括第一到第n声道的信息，该信息包括所有频带的分量，第一到第n声道具有不同的声源位置；将低音效果(effect)声道的数字音频信号与第一到第n声道中的特定声道的数字音频信号相加，以生成相加信号；将除特定声道的数字音频信号以外的第一到第n声道的数字音频信号和相加信号转换为n种模拟音频信号；执行由相加信号的D/A转换得到的模拟音频信号的第一信号处理过程，以生成低音效果(effect)声道的模拟音频信号；和执行由相加信号的D/A转换得到的模拟音频信号的第二信号处理过程，以生成特定声道的模拟音频信号。
根据本发明的还一方面，提供了一种用于使计算机执行将数字音频信号转换为模拟音频信号的信号处理的程序，信号处理包括以下步骤：解码数据流信号以生成低音效果(effect)声道的数字音频信号和第一到第n(n≥2)声道的数字音频信号，其中数据流信号包括低音效果(effect)声道的信息，该信息包括低频分量，数据流信号还包括第一到第n声道的信息，该信息包括所有频带的分量，第一到第n声道具有不同的声源位置；将第一到第n声道的数字音频信号下混频为L声道的数字音频信号和R声道的数字音频信号；将低音效果(effect)声道的数字音频信号与L声道的数字音频信号相加，以生成第一相加信号；将低音效果(effect)声道的数字音频信号与R声道的数字音频信号相加，以生成第二相加信号；将第一相加信号转换为第一模拟音频信号；将第二相加信号转换为第二模拟音频信号；将第一模拟音频信号与第二模拟音频信号相加，以生成第三模拟音频信号；执行第三模拟音频信号的第一信号处理过程，以生成低音效果(effect)声道的第四模拟音频信号；执行第一的模拟音频信号的第二信号处理过程，以生成L声道的第五模拟音频信号；和执行第二的模拟音频信号的第三信号处理过程，以生成R声道的第六模拟音频信号。
根据本发明的另一方面，提供了一种具有程序的计算机可读的记录媒体，其上记录有用于使计算机执行将数字音频信号转换为模拟音频信号的信号处理的程序，信号处理包括以下步骤：对数据流信号解码，以生成低音效果(effect)声道的数字音频信号和第一到第n(n≥2)声道的数字音频信号，其中数据流信号包括低音效果(effect)声道的信息，该信息包括低频分量，数据流信号还包括第一到第n声道的信息，该信息包括所有频带的分量，第一到第n声道具有不同的声源位置；将低音效果(effect)声道的数字音频信号与第一到第n声道中的特定声道的数字音频信号相加，以生成相加信号；将除特定声道的数字音频信号以外的第一到第n声道的数字音频信号和相加信号转换为n种模拟音频信号；执行由相加信号的D/A转换得到的模拟音频信号的第一信号处理过程，以生成低音效果(effect)声道的模拟音频信号；和执行由相加信号的D/A转换得到的模拟音频信号的第二信号处理过程，以生成特定声道的模拟音频信号。
根据本发明的还一方面，提供了一种具有程序的计算机可读的记录媒体，其上记录有用于使计算机执行将数字音频信号转换为模拟音频信号的信号处理的程序，信号处理包括以下步骤：解码数据流信号以生成低音效果(effect)声道的数字音频信号和第一到第n(n≥2)声道的数字音频信号，其中数据流信号包括低音效果(effect)声道的信息，该信息包括低频分量，数据流信号还包括第一到第n声道的信息，该信息包括所有频带的分量，第一到第n声道具有不同的声源位置；将第一到第n声道的数字音频信号下混频为L声道的数字音频信号和R声道的数字音频信号；将低音效果(effect)声道的数字音频信号与L声道的数字音频信号相加，以生成第一相加信号；将低音效果(effect)声道的数字音频信号与R声道的数字音频信号相加，以生成第二相加信号；将第一相加信号转换为第一模拟音频信号；将第二相加信号转换为第二模拟音频信号；将第一模拟音频信号与第二模拟音频信号相加，以生成第三模拟音频信号；执行第三模拟音频信号的第一信号处理过程，以生成低音效果(effect)声道的第四模拟音频信号；执行第一的模拟音频信号的第二信号处理过程，以生成L声道的第五模拟音频信号；和执行第二的模拟音频信号的第三信号处理过程，以生成R声道的第六模拟音频信号。
这里描述的本发明具有下述优点：(1)提供了一种用于以减少用于将多声道数字音频信号转换为模拟音频信号D/A转换器数量为结果的低成本电路结构重现多通道音频信号并指定用于输出LFE声道的模拟音频信号的声道的信号处理装置和信号处理方法；和(2)提供了一种用于执行这种信号处理的程序和用于记录该程序的记录媒体。
在本领域技术人员结合附图阅读并理解了下面的详细说明之后，本发明的这些和其他的优点将更加明显。
附图说明
图1A示出了根据本发明的第一实施例的信号处理装置的结构；
图1B是说明根据第一实施例的信号处理方法的流程图；
图2A示出了根据本发明的第二实施例的信号处理装置的结构；
图2B是说明根据第二实施例的信号处理方法的流程图；
图2C是示出了根据本发明的用于执行信号处理方法的计算机结构；
图3示出了根据本发明的信号处理装置的第一信号处理单元的结构；
图4是图3中示出的第一信号处理单元的频率特性的曲线图；
图5示出了图3中示出的第一信号处理单元的电路结构，其由模拟电路实现；
图6示出了根据本发明的信号处理装置的第二信号处理单元的结构；
图7是图6中示出的第二信号处理单元的频率特性的曲线图；
图8示出了图6中示出的第二信号处理单元的电路结构，其由模拟电路实现；
图9示出了传统信号处理装置的结构；
图10示出了多声道***的扬声器单元的排布；和
图11示出了用传统的信号处理装置和根据本发明的信号处理装置所执行的下混频信号处理过程。
实现本发明的最佳方式
下面，将参考附图对实施例进行描述来对本发明作以说明。在不同实施例中的相同元件用相同附图标记表示。
(实施例1)
图1A示出了根据本发明第一实施例的信号处理装置100。信号处理装置100包括第一信号处理单元1、第二信号处理单元2、D/A转换器41、42、......4n、乘法器5a和5b、解码器6和加法器7。
图1B是图1A中所示的信号处理装置100的操作的流程图。
下面参考图1B对信号处理装置100的操作做以说明。
S101：解码器6从外部装置接收音频比特流信号40。音频比特流信号40包括LFE声道的信息，该信息包括低频分量，该音频比特流信号40还包括第一到第n(n≥2)声道的信息，该信息包括所有频带的分量。第一到第n声道具有不同的声源位置。解码器6将音频比特流信号40解码为数字音频信号(线性PCM)。然后，解码器6将数字音频信号分解为第一声道的数字音频信号31(第一声道数字音频信号31)、第二声道的数字音频信号32(第二声道数字音频信号32)......第n声道的数字音频信号3n(第n声道数字音频信号3n)和LFE声道的数字音频信号30(LFE声道数字音频信号30)。在本发明的第一和第二实施例中，附图标记“3n”可以是在33到39范围内的任何数。根据本发明，声道的数目可以是大于等于2的任意整数。
乘法器5a将LFE声道数字音频信号30与乘法系数M1相乘并输出数字音频信号30′。乘法器5b将第二声道数字音频信号32与乘法系数M2相乘并输出数字音频信号32′。第二声道被定义为特定声道。
S102：加法器7将数字音频信号30′和数字音频信号32′相加，并输出作为相加信号的数字音频信号70。
S103：D/A转换器42将数字音频信号70转换为模拟音频信号70′。D/A转换器41到4n(除了D/A转换器42)分别将第一到第n数字音频信号31到3n(除了第二数字音频信号32)转换为(n-1)种模拟音频信号31′到3n′(除了32′)。
S104：第一信号处理单元1包括低通滤波器(LPF：在图1A中未示出)，并由此执行模拟音频信号70′的低通滤波，以取出低频分量。然后，第一信号处理单元1输出LFE声道的模拟音频信号30″(LFE声道模拟音频信号30″)。
S105：第二信号处理单元2包括高通滤波器(HPF：在图1A中未示出)，并由此执行模拟音频信号70′的高通滤波，以取出高频分量。然后，第二信号处理单元2输出第二声道的模拟音频信号32″(LFE声道模拟音频信号32″)。
下面将对信号处理装置100的操作作进一步的描述。
音频比特流信号40包括多声道信息。多声道信息包括用于重现低频分量的LFE声道的信息和用于重现所有频带的频率分量的通用声道的信息。在声道数是5.1的情况下，通用声道的数量是5。LFE声道的信息主要包括作为频率分量的低频分量，但可以基本上仅包括低频分量。低频分量的频带被定义在每个编码***。例如，低频分量的频带在Dolby Digital***中是小于等于120Hz，在DTS(Digital Theater Systems)中是小于等于240Hz。第一到第n声道的信息包括用于重现每个编码***定义的所有频带的信息。第一到第n声道的信息包括至少等于或高于具有低频分量的频带的频带分量。
在第一实施例中，第一到第n声道是通用声道。在下面的描述中，n＝5，第一声道是L声道，第二声道是C声道，第三声道是R声道，第四声道是SL声道，第五声道是SR声道。在第一实施例中，与LFE声道的信号相加的特定声道信号是第二声道信号，但是将任意声道信号与LFE声道的信号相加，其效果都是相同的。LFE声道信号可以与多个通用声道的信号相加。
如上所述，5.1声道的音频比特流信号40被通过解码器6解码，并被分离为第一到第五声道数字音频信号31到35和LFE声道数字音频信号30。如上所述，LFE声道数字音频信号30通过乘法器5a与乘法系数M1相乘，第二声道数字音频信号32通过乘法器5b与乘法系数M2相乘。M1和M2的数值在本发明的每个实施例中可以任意确定。由乘法过程得到的数字音频信号30′和32′通过加法器7相加。
第二声道数字音频信号32可以包括与低频分量相同的频率分量的信号。因此，乘法系数M1和M2最好设定为使由加法器7得到的加和结果不会溢出。
在第二声道数字音频信号32和LFE声道数字音频信号30的幅度通过解码器6或类似的方式调整以避免溢出的情况下，乘法器5a和5b可以被省略。
作为数字音频信号30和数字音频信号32通过加法器7相加得到的结果的数字音频信号70被输入到D/A转换器42并转换为模拟音频信号70′。同时，第一道第五声道数字音频信号31到35(除了第二声道数字音频信号32)被分别输入D/A转换器41到45(除了D/A转换器42)并转换为模拟音频信号31′到35′(除了32′)。
模拟音频信号31′到35′(除了32′)不经处理而直接输出。由D/A转换器42输出的模拟信号70′被输入到第一信号处理单元1和第二信号处理单元2。
图3示出了第一信号处理单元1的结构。第一信号处理单元1包括图3中示出的低通滤波器(LPF)10。图4示出了LPF10的典型频率特性。当通过模拟电路实现时，LPF10具有图5中所示的电路结构。LPF10包括运算放大器11、电阻R1和R2、电容C1和C2。电容C1被提供在反馈部分。
第一信号处理单元1通过上述LPF10从模拟音频信号70′中取出低频分量，并输出LFE声道模拟音频信号30″。更具体的说，LPF10去除了模拟音频信号70′的高频分量(图4中所示的大约等于或大于200Hz的频率分量)。在这种情况下，高频分量的去除包括高频分量的衰减。由LPF10去除的频率分量最好为大约等于或大于200Hz的频率分量，但并不局限于此。第一信号处理单元1的LPF10的输入部分或输出部分可以包括电平调节器。
第二信号处理单元2根据乘法系数M1和M2的数值从模拟音频信号70′中生成第二声道模拟音频信号32″。图6示出了第二处理部分2的结构。如图6所示，第二处理部分2包括高通滤波器(HPF)14、输出开关15和乘法器16。图7示出了HPF14的典型频率特性。当由模拟电路实现时，HPF14包括运算放大器12、电阻R3和R4以及电容C3和C4。电阻R3提供在反馈部分。
输入到第二处理部分2的模拟音频信号70′被提供到HPF14和输出开关15。HPF14去除模拟音频信号70′中的低频分量(图4中所示的大约等于或低于200Hz的频率分量)，并因此生成模拟音频信号70″。在这种情况下，低频分量的去除包括低频分量的衰减。由HPF14去除的频率分量最好为大约等于或低于200Hz的频率分量，但并不局限于此。由HPF14输出的模拟音频信号70″被输入到输出开关15。输出开关15根据外部装置的设置选择输出模拟音频信号70′或模拟音频信号70″，并将输出被选择的信号到乘法器16。乘法器16将被选择的信号与乘法系数M3(＝1/M2)相乘，并输出作为第二声道模拟音频信号32″的结果。
第一实施例中的信号处理装置100可以工作在输出LFE声道模拟音频信号30″的模式或不输出LFE声道模拟音频信号30″的模式。在具有LFE声道的扬声器的情况下，第一信号处理单元输出LFE声道模拟音频信号30″。在这种情况下，第二信号处理单元2的输出开关15可以选择从HPF14输出模拟音频信号70″。模拟音频信号70″通过乘法器16被提供到C声道(第二声道)扬声器。
在不具有LFE声道的扬声器的情况下，第一信号处理单元不输出LFE声道模拟音频信号30″。在C声道扬声器可以重现低频分量的情况下，输出开关15选择模拟音频信号70′。因此，假定由C声道输出的声音和具有弱方向性的低频声音可以同时由C声道的扬声器输出。在由于***设计C声道扬声器不能重现低频分量的情况下，输出开关15选择模拟音频信号70″。因此，除去低频分量的模拟音频信号70″可以输出到C声道扬声器。
如上所述，乘法器16将输出开关15输出的信号与乘法系数M3相乘。为了保持模拟音频信号32″和其他声道模拟音频信号31′到3n′(除了32′)和30″之间良好的平衡，乘法系数M3被设定为1/M2。在第一实施例中，乘法器16被提供在输出开关15的下一级，但可以提供在第二信号处理单元2的前一级。基本上可以获得相同的效果。
在第一实施例中，模拟音频信号70′的低频分量(包括包含在数字音频信号32中的低频分量和包含在数字音频信号30中的低频分量)由第一信号处理单元1取出并作为LFE声道模拟音频信号30″输出。因此，在LFE声道具有扬声器的情况下，模拟音频信号70′的低频分量可以从LFE声道扬声器输出。由于低频声音具有弱定向性，整体声音质量基本上不会被输出低频声音的扬声器影响。
在第一实施中，如上所述，与乘法系数相乘作为结果得到的LFE声道数字音频信号被与同乘法系数相乘作为结果得到的特定声道的信号相加。该合成信号经过D/A转换，然后通过低通滤波器生成LFE声道模拟音频信号。由于这种结构，用于LFE声道的D/A转换器可以被省略而不损坏声音质量。在第一实施例中，通过n个D/A转换器，n+1种数字音频信号可以被转换为n种模拟音频信号。在这种情况下，需要低通滤波器和高通滤波器。由于低通滤波器和高通滤波器具有温和的频率特性，相对于包括用于LFE声道的D/A转换器相比，信号处理装置可以以十分低廉的成本进行制造。
(实施例2)
图2A示出了根据本发明的第二实施例的信号处理装置200。信号处理装置200包括第一信号处理单元1、第二信号处理单元2′、下混频信号处理单元3、D/A转换器61和62、乘法器5a，5c，和5d、解码器6和加法器7a，7b和7c。
信号处理装置200可以用两个D/A转换器61和62执行信号处理，并由此与图9中所示的传统信号处理装置300相比减少了D/A转换器的数量，其需要三个D/A转换器。
图2B是图2A中所示的信号处理装置200的操作过程的流程图。
信号处理装置200的操作将参考附图2B被描述。
S201：解码器6从外部装置接收音频比特流信号40。解码器6将音频比特流信号40解码为数字音频信号(线性PCM)。然后，解码器6将数字音频信号分解为第一声道数字音频信号31、第二声道数字音频信号32......第n(n≥2)声道数字音频信号3n和LFE声道数字音频信号30。在5.1声道***的情况下，n＝5。
S202：下混频信号处理单元3接收数字音频信号31、32、......3n和30并执行下混频信号处理。
下混频信号处理可以以多种方式执行。在5.1声道***的情况下，下混频信号处理单元3执行，如参考图11描述的下混频信号处理。如上所述，下混频信号处理单元3接收数字音频信号31、32、......3n和30(相当于数字音频信号51到55和50)并通过乘法器8a，8b，8c，8d，8e和8f及加法器9a和9b执行下混频信号处理。结果，下混频信号处理单元3输出L声道数字音频信号56、R声道数字音频信号57和LFE声道数字音频信号58。
乘法器5a通过将从下混频信号处理单元3得到的LFE声道数字音频信号58与乘法系数M1相乘执行幅度调整并输出数字音频信号58′。乘法器5c通过将从下混频信号处理单元3得到的L声道数字音频信号56与乘法系数M4相乘执行幅度调整并输出数字音频信号56′。乘法器5d通过将从下混频信号处理单元3得到的R声道数字音频信号57与乘法系数M4相乘执行幅度调整并输出数字音频信号57′。
S203：加法器7a将数字音频信号58′与数字音频信号56′相加并输出作为相加信号的数字音频信号71。
S204：加法器7b将数字音频信号58′与数字音频信号57′相加并输出作为相加信号的数字音频信号72。
S205：D/A转换器61将数字音频信号71转换为模拟音频信号71′。
S206：D/A转换器62将数字音频信号72转换为模拟音频信号72′。
S207：加法器7c将由D/A转换器61得到的模拟音频信号71′与由D/A转换器62得到的模拟信号72′相加并输出作为合成结果的模拟音频信号73。
S208：第一信号处理单元1包括LPF，并因此执行从加法器7c得到的模拟音频信号73的低通滤波以将低频分量取出并输出LFE声道的模拟音频信号83(LFE声道模拟音频信号83)。
第二信号处理单元2′包括信号处理单元21a和21b。信号处理单元21a和21b每个都包括HPF。
S209：信号处理单元21a执行由D/A转换器61得到的模拟音频信号71′的高通滤波以去除低频分量并由此输出L声道的模拟音频信号81(L声道模拟音频信号81)。
S210：信号处理单元21b执行由D/A转换器62得到的模拟音频信号72′的高通滤波以去除低频分量并由此输出R声道的模拟音频信号82(R声道模拟音频信号82)。
下面将详细描述信号处理装置200的操作过程。在下面的描述中，信号处理装置200解码5.1声道音频比特流并输出2.1声道的模拟音频信号。
如在第一实施例中所述，音频比特流信号40包括多声道信息。多声道信息包括用于重现低频分量的低音效果(effect)声道的信息和用于重现所有频带的频率分量的通用声道的信息。在声道数是5.1的情况下，通用声道的数量是5。在第一实施例中，第一到第n声道是通用声道。在下面的描述中，n＝5，第一声道是L声道，第二声道是C声道，第三声道是R声道，第四声道是SL声道，和第五声道是SR声道。
5.1声道的音频比特流信号40由解码器6解码并被分离为第一到第五声道数字音频信号31到35和LFE声道数字音频信号30。下混频信号处理单元3接收数字音频信号31到35和30(相应于数字音频信号51到55和50)，并执行下混频信号处理，例如，如参考图11所述的使用乘法器8a到8f和加法器9a和9b。由此，下混频信号处理单元3输出L声道数字音频信号56、R声道数字音频信号57和LFE声道数字音频信号58。
从下混频信号处理单元3得到的LFE声道数字音频信号58通过乘法器5a与乘法系数M1相乘。乘法器5a输出数字音频信号58′。从下混频信号处理单元3得到的L声道数字音频信号56通过乘法器5c与乘法系数M4相乘。乘法器5c输出数字音频信号56′。从下混频信号处理单元3得到的R声道数字音频信号57通过乘法器5d与乘法系数M4相乘。乘法器5d输出数字音频信号57′。从乘法器5c输出的数字音频信号56′和从乘法器5a输出的数字音频信号58′通过加法器7a被加在一起，加法器7a输出数字音频信号71。从乘法器5d输出的数字音频信号57′和从乘法器5a输出的数字音频信号58′通过加法器7b被加在一起，加法器7b输出数字音频信号72。
M1和M4的数值在本发明的每个实施例中可以被任意确定。L和R声道数字音频信号56和57可以包括具有与LFE声道数字音频信号58相同频率分量的信号。因此，乘法系数M1和M4最好设定为使由加法器7a和7b得到的合成结果不会溢出。
由加法器7a得到的数字音频信号71和由加法器7b得到的数字音频信号72分别被输入D/A转换器61和62并被转换为模拟音频信号71′和72′。模拟音频信号71′和72′被提供到加法器7c和第二信号处理单元2′。加法器7c将模拟音频信号71′和72′相加，并输出模拟音频信号73。模拟音频信号73被提供到第一信号处理单元1。
第一信号处理单元1包括图3、4和5中示出的第一实施例中描述的LPF10。第一信号处理单元1具有特性并执行第一实施例中所述的除了第一实施例中的接收和从其输出不同种类的信号的操作。在第二实施例中，第一信号处理单元1接收模拟音频信号73，提取低频分量，并输出LFE信号模拟音频信号83。
第二信号处理单元2′的信号处理单元21a根据乘法系数M1和M4的数值从模拟音频信号71′生成L声道模拟音频信号81。第二信号处理单元2′的信号处理单元21b根据乘法系数M1和M4的数值从模拟音频信号72′生成R声道模拟音频信号82。
参考图6，信号处理单元21a和21b每个都包括HPF14、输出开关15和乘法器16。信号处理单元21a和21b每个都具有特性并执行图6、7和8中示出的第一实施例中所述的关于第二信号处理单元2的除了第一实施例中的接收和从其输出不同种类的信号的操作。
与在第一实施例中的第二信号处理单元2中一样，向信号处理单元21a输入的模拟音频信号71′被提供到HPF14和输出开关15。HPF14去除模拟音频信号71′的低频分量。输出开关15根据外部装置的设置选择输出模拟音频信号71′或HPF14的输出，并输出选择的信号到乘法器16。乘法器16将被选择的信号与乘法系数M5(＝1/M4)相乘，并输出作为L信号模拟音频信号81的结果。向信号处理单元21b输入的模拟音频信号72′被提供到HPF14和输出开关15。HPF14去除模拟音频信号72′的低频分量。输出开关15根据外部装置的设置选择输出模拟音频信号72′或HPF14的输出，并输出选择的信号到乘法器16。乘法器16将被选择的信号与乘法系数M5(＝1/M4)相乘，并输出作为R信号模拟音频信号82的结果。
第二实施例中的信号处理装置200可以工作在输出LPF声道模拟音频信号83的模式或不输出LPF声道模拟音频信号83的模式。在LFE声道模拟音频信号83从通常的LFE声道扬声或其他适当的环绕扬声器单元输出的情况下，每个信号处理单元21a和21b的输出开关15可选择HPF14的输出，并将选择的信号输出到乘法器16。
在没有通常的LFE声道扬声或其他适当的环绕扬声器单元(即LFE声道模拟音频信号83不能输出的情况下)并且L和R声道的扬声器可以重现低频分量的情况下，信号处理单元21a和21b输出开关15选择输出模拟音频信号71′和72′。因此，低频声音可以由L和R声道的扬声器输出。在由于***设计L和R声道的扬声器都不能重现低频分量的情况下，信号处理单元21a和21b输出开关15选择HPFs14的输出，以输出低频分量被去除了的模拟音频信号81和82。
每个信号处理单元21a和21b的乘法器16将从输出开关15输出的信号与乘法系数M5相乘。为了保持由信号处理和装置200的声道输出的模拟音频信号之间的良好的平衡，乘法系数M5被设定为1/M4。在第二实施例中，乘法器16被提供在输出开关15的下一级，但也可以提供在第二声道处理部分21a和21b的前一级。基本上可以获得相同的效果。
在第二实施例中，每个模拟音频信号71′和72′的低频分量被通过第一信号处理单元1取出并作为LFE声道模拟音频信号83输出。因此，在具有LEF声道扬声器的情况下，低频分量(包括L声道的低频分量和R声道的低频分量)可以从LFE声道的扬声器输出。由于低频声音具有弱方向性，整体声音质量基本上不会被输出低频声音的扬声器影响。
在第二实施例中，如上所述，作为与乘法系数相乘的结果得到的LFE声道数字音频信号被加入到每个L和R声道的数字音频信号中，其也是作为与乘法系数相乘的结果得到的。合成信号经过D/A转换，然后通过低通滤波器生成LFE声道模拟音频信号。由于这种结构，用于LFE声道的D/A转换器可以被省略而不会损坏声音质量。在这种情况下，需要低通滤波器和高通滤波器。由于低通滤波器和高通滤波器具有温和频率特性已经足够了，与具有用于LFE声道的D/A转换器相比，信号处理装置可以以非常低的成本被制造出来。
(记录媒体)
在第一和第二实施例中的信号处理可以以程序的形式被记录在记录媒体上。作为记录媒体，任何计算机可读的记录媒体如软盘或CD-ROM可以被使用。通过安装信号处理程序，从记录媒体上读取，在任何可以输入和输出数字音频信号和模拟音频信号的计算机上，计算机被允许作为信号处理装置操作。在这种情况下，信号处理可以通过固定在计算机内部的或与计算机相连的信号处理装置执行，或至少一部分信号处理装置可以通过计算机使用软件执行。
图2C示出了用于执行这种信号处理的计算机90的典型结构。计算机90包括CPU91、用于从存储了用于使计算机90执行信号处理的程序的记录盘96上读取程序的盘驱动装置92、用于存储由盘驱动装置92读取的程序的存储器93、用于接收和输出音频比特流信号40和通过对音频比特流信号40进行信号处理生成的多个通道的模拟音频信号97的输入和输出部分94和总线95。在计算机90中，第一和第二实施例中描述的信号处理通过CPU91和存储器93被执行。存储器具有硬盘或类似部件。
程序可以由记录媒体如记录盘96提供，或通过如因特网的数据分配提供。
音频比特流信号40可以由记录媒体如DVD提供，或通过如数字广播或因特网的数据分配提供。
在不离开本发明的范围和精神的条件下，本领域的技术人员可以作出各种其他的改进。因此，附加的权利要求的保护范围并用于局限于上述描述，该权利要求具有更宽的理解。
工业应用
如上所述，根据本发明，为了将数字音频信号转换为模拟音频信号以重现多通道信号，LFE声道数字音频信号通过数字信号处理与不同声道的数字音频信号混合。由混合得到的数字音频信号被转换为模拟音频信号。模拟音频信号的的低频分量被取出，并由此生成LFE声道模拟音频信号。不同声道的模拟音频信号可以通过去除以D/A转换和后来的电平调整合成信号为结果生成的模拟音频信号的低频分量而得到。在这种方式中，D/A转换器的数量可以减少，而同时保持LFE声道和通用声道的高声音质量。因此，用于多声道信号的高质量信号处理装置可以以低成本被提供。本发明减少了用于LEF声道的D/A转换器并仍从其他声道独立输出低频模拟音频信号。

Claims (19)

1.一种信号处理装置，包括：
解码器，用于解码数据流信号以生成一个低音效果声道的数字音频信号和第一到第n声道的数字音频信号，其中n≥2且数据流信号包括低音效果声道的信息，该信息包括低频分量，数据流信号还包括第一到第n声道的信息，该信息包括所有频带的分量，第一到第n声道的声源具有不同位置；加法单元，用于将低音效果声道的数字音频信号与第一到第n声道中的一个特定声道的数字音频信号相加，以生成一个相加信号；
n个D/A转换单元，用于将第一到第n声道中除特定声道以外的其它声道的数字音频信号和相加信号转换为n种模拟音频信号；
第一信号处理单元，用于执行对作为相加信号的D/A转换结果而得到的模拟音频信号的第一信号处理过程，以便生成一个低音效果声道的模拟音频信号；和
第二信号处理单元，用于执行对作为由相加信号的D/A转换结果而得到的模拟音频信号的第二信号处理过程，以便生成特定声道的模拟音频信号。
2.根据权利要求1所述的信号处理装置，进一步包括乘法单元，用于调整由解码器生成的低音效果声道的数字音频信号的幅度。
3.根据权利要求1所述的信号处理装置，进一步包括乘法单元，用于调整由解码器生成的特定声道的数字音频信号的幅度。
4.根据权利要求1所述的信号处理装置，其中第一信号处理过程是低通滤波处理。
5.根据权利要求1所述的信号处理装置，其中第二信号处理过程是高通滤波处理或全通滤波处理之一。
6.根据权利要求5所述的信号处理装置，其中，第二信号处理单元包括切换单元，用于从高通滤波处理和全通滤波处理中选择一种处理，其中
当从第二信号处理单元输出低频模拟音频信号时，选择全通滤波处理，当不从第二信号处理单元输出低频模拟音频信号时，选择高通滤波处理。
7.根据权利要求1所述的信号处理装置，其中，n是5，且数据流信号包括5.1个声道的信息。
8.一种信号处理装置，包括：
解码器，用于解码数据流信号以生成一个低音效果声道的数字音频信号和第一到第n声道的数字音频信号，其中n≥2且数据流信号包括低音效果声道的信息，该信息包括低频分量，数据流信号还包括第一到第n声道的信息，该信息包括所有频带的分量，第一到第n声道的声源具有不同位置；
下混频信号处理单元，用于将第一到第n声道的数字音频信号转换为一个L声道的数字音频信号和一个R声道的数字音频信号；
第一加法单元，用于将低音效果声道的数字音频信号与L声道的数字音频信号相加，以生成第一相加信号；
第二加法单元，用于将低音效果声道的数字音频信号与R声道的数字音频信号相加，以生成第二相加信号；
第一D/A转换单元，用于将第一相加信号转换为第一模拟音频信号；
第二D/A转换单元，用于将第二相加信号转换为第二模拟音频信号；
第三加法单元，用于将第一模拟音频信号与第二模拟音频信号相加，以生成第三模拟音频信号；
第一信号处理单元，用于执行第三模拟音频信号的第一信号处理过程，以生成低音效果声道的第四模拟音频信号；
第二信号处理单元，用于执行第一模拟音频信号的第二信号处理过程，以生成L声道的第五模拟音频信号；
和第三信号处理单元，用于执行第二模拟音频信号的第三信号处理过程，以生成R声道的第六模拟音频信号。
9.根据权利要求8所述的信号处理装置，进一步包括乘法单元，用于调整低音效果声道的数字音频信号的幅度。
10.根据权利要求8所述的信号处理装置，进一步包括乘法单元，用于调整由下混频信号处理单元生成的L声道的数字音频信号的幅度。
11.根据权利要求8所述的信号处理装置，进一步包括乘法单元，用于调整由下混频信号处理单元生成的R声道的数字音频信号的幅度。
12.根据权利要求8所述的信号处理装置，其中第一信号处理过程是低通滤波处理。
13.根据权利要求8所述的信号处理装置，其中第二信号处理过程是高通滤波处理或全通滤波处理之一。
14.根据权利要求13所述的信号处理装置，其中第二信号处理单元包括切换单元，用于从高通滤波处理和全通滤波处理中选择一种处理，其中，
当第二信号处理单元输出低频模拟音频信号时，选择全通滤波处理，当第二信号处理单元不输出低频模拟音频信号时，选择高通滤波处理。
15.根据权利要求8所述的信号处理装置，其中，第三信号处理过程为高通滤波处理或全通滤波处理之一。
16.根据权利要求15所述的信号处理装置，其中第三信号处理单元包括切换单元，用于从高通滤波处理和全通滤波处理中选择一种处理，其中，
当第二信号处理单元输出低频模拟音频信号时，选择全通滤波处理，当第二信号处理单元不输出低频模拟音频信号时，选择高通滤波处理。
17.根据权利要求8所述的信号处理装置，其中n为5，且数据流信号包括5.1个声道的信息。
18.一种信号处理方法，包括以下步骤：
对数据流信号解码，以生成低音效果声道的数字音频信号和第一到第n声道的数字音频信号，其中n≥2且数据流信号包括低音效果声道的信息，该信息包括低频分量，数据流信号还包括第一到第n声道的信息，该信息包括所有频带的分量，第一到第n声道的声源具有不同位置；
将低音效果声道的数字音频信号与第一到第n声道中的一个特定声道的数字音频信号相加，以生成相加信号；
将第一到第n声道中除特定声道以外的其它声道的数字音频信号和相加信号转换为n种模拟音频信号；
执行对作为相加信号的D/A转换结果而得到的模拟音频信号的第一信号处理过程，以生成低音效果声道的模拟音频信号；和
执行对作为相加信号的D/A转换结果而得到的模拟音频信号的第二信号处理过程，以生成特定声道的模拟音频信号。
19.一种信号处理方法，包括以下步骤：
解码数据流信号以生成低音效果声道的数字音频信号和第一到第n声道的数字音频信号，其中n≥2且数据流信号包括低音效果声道的信息，该信息包括低频分量，数据流信号还包括第一到第n声道的信息，该信息包括所有频带的分量，第一到第n声道的声源具有不同位置；
将第一到第n声道的数字音频信号下混频为一个L声道的数字音频信号和一个R声道的数字音频信号；
将低音效果声道的数字音频信号与L声道的数字音频信号相加，以生成第一相加信号；
将低音效果声道的数字音频信号与R声道的数字音频信号相加，以生成第二相加信号；
将第一相加信号转换为第一模拟音频信号；
将第二相加信号转换为第二模拟音频信号；
将第一模拟音频信号与第二模拟音频信号相加，以生成第三模拟音频信号；
执行第三模拟音频信号的第一信号处理过程，以生成低音效果声道的第四模拟音频信号；
执行第一模拟音频信号的第二信号处理过程，以生成L声道的第五模拟音频信号；和
执行第二模拟音频信号的第三信号处理过程，以生成R声道的第六模拟音频信号。
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