TWI489887B - 用於喇叭或耳機播放之虛擬音訊處理技術 - Google Patents

Description

用於喇叭或耳機播放之虛擬音訊處理技術 相關申請案的交互參考

本案係請求2009年6月1日發明人Walsh等人提出申請序號61/217,562的美國臨時申請案“用於喇叭或耳機播放之三維虛擬音訊處理技術”的優先權，申請序號61/217,562的美國暫時申請案合併在此佐為參考。

發明領域

本案係關於處理音訊信號之技術，尤指一種處理再生於多虛擬聲道的音訊信號。

發明背景

音訊扮演在提供消費電子中內容豐富多媒體經驗的一重要角色。消費電子裝置的可擴充性及行動性伴隨無線連結的成長提供使用者對內容的即時存取。第1a圖說明一用於以耳機12或一喇叭14播放及為所屬領域人士充分了解的習知音訊再生系統10。

該習知音訊再生系統10係接收來自多種不同的音訊或音訊/視訊源18，例如一光碟機、一電視調諧器及一手持影音播放器等，的數位或類比音訊來源信號16。該習知音訊再生系統10可為專用於廣播音訊及/或視訊信號的選取、處理及路由選擇的一家庭劇院接收器或一汽車音響系統。或者，該音訊再生系統10及一或數個音訊信號可被一起整合於一消費電子裝置，例如一可攜式影音播放器、一電視機及一筆記型電腦等。

一音訊輸出信號20經一般處理及輸出被播放於一喇叭系統，此輸出信號20可為用於環場音效播放的送至耳機12或一對前置喇叭的雙聲道信號或多聲道信號。對環場音效播放，該音訊再生系統10可包含有一敘述於讓渡給數位戲院系統(Digital Theater Systems)公司的美國專利序號5,974,380的多聲道解碼器，在此被包含佐為參考。其他常用的解碼器則包含有DTS-HD及DolbyAC3。

該音訊再生系統10更包含有標準處理裝備(未顯示)，例如，用於連接類比音訊源的類比至數位轉換器或數位音訊輸入介面。該音訊再生系統10可包含有一用於處理音訊信號的數位信號處理器，以及數位至類比轉換器與用於轉換被處理的輸出信號為送至該轉換器(耳機12或喇叭14)的電信號的多個信號放大器。

一般說來，喇叭14可取決於不同應用而被安排為不同的配置。喇叭14可為如第1a圖所述的獨立喇叭，或者是可被併入如消費電子中的電視、筆記型電腦及手持立體音響等的同一裝置。第1b圖說明一具有兩彼此平行的內置喇叭24a、24b的一筆記型電腦22。該內置喇叭係彼此以一短距離a’相隔。消費電子產品可包含有以不同方向，例如並排方式或上下排列方式，設置的內置喇叭24a、24b。該內置喇叭24a、24b的間距及大小係依應用而異，因而取決於外殼的大小及實體限制。

由於技術及實體的限制，這類裝置的音訊播放多半須被妥協或受限。這在喇叭相隔不遠或耳機用來在例如筆記型電腦、MP3播放器及行動電話等播放音訊而具有實體限制的電子裝置中特別顯著。一些裝置由於喇叭間的實體分隔及因為介於喇叭及聆聽者間的一對應小的角度。在此類音訊再生系統中，該聆聽者一般感受的聲音階段的寬度較具有適當間距喇叭的系統為差。產品設計者經常藉由不包含一安裝於中央的喇叭方式而趨於一電視的美感設計。由於語音及對話係被指向中央的說話者，這種妥協會限制電視的整體音質。

為解決這些音訊限制，音訊處理方法係普遍採用以一副耳機或一對喇叭再生雙聲道或多聲道音訊信號，此類方法包含有壓迫空間改良效應以改善具有狹窄間距喇叭應用中的音訊播放。

在美國專利序號5,671,287中，Gerzon揭露一兼具有低回響(Phasiness)及一實質上扁平再生的全能量反應的虛擬音響或定向擴散效應。該虛擬音響效應包含有最小的令人不悅及不滿意的副作用。該專利也能提供控制一虛擬音響效應的多種不同參數，例如音源的角度擴展大小，的簡單方法。

在美國專利序號6,370,256中，McGrath揭露一關於一頭部追蹤聆聽環境中的一輸入音訊信號的頭部相關轉移函數。該頭部追蹤聆聽環境包含有一系列主成分濾音器、一系列延遲元件、一加總手段及一頭部追蹤參數映射單元；該系列主成分濾音器係依附於該輸入音訊信號的主成分濾音器，且每一主成分濾音器輸出一預設的模擬到達音；每一延遲元件係依附於該等主成分濾音器對應之一，且以一取決於一延遲輸入的變動量延遲該濾音器的輸出，藉以產生一濾波延遲輸出；該加總手段係連接於該系列延遲元件及加總該濾波延遲輸出以產生一音訊喇叭輸出信號；該頭部追蹤參數映射單元具有一目前方向信號輸出及連接至各系列延遲元件藉以提供該延遲輸入。

在美國專利序號6,574,649中，McGrath揭露一用於空間改良有效率的卷積技術。該時域輸出採用低處理電力加上多種不同空間效應至該輸入信號。

習知空間音訊改良效應包含有處理音訊信號以提供信號係自虛擬喇叭輸出的感覺，藉此具有一在頭外部的效果(在耳機播放時)，或超越該喇叭弧效果(在喇叭播放時)。這種“虛擬化”處理用於包含有大多數側音(或雙重單音的)時特別有效。然而，當音訊信號包含有中央相位的聲音分量，中央相位聲音分量的被感覺位置維持固定於該喇叭的中心點。當這類聲音經由耳機被再生時，經常被感覺似乎被提高，並產生依不盡理想“在頭內”的音訊經驗。

虛擬音訊效果對非積極混音用在雙聲道或立體信號音訊素材則較不具強制性。基於此考量，中央相位的分量主導該混音，導致最小的空間改良。在一輸入信號係完全單音化(在左右音訊源聲道皆相同)的極端情形中，當空間改良演算法被啟動時完全聽不到空間效果。

在喇叭低於一聆聽者的耳朵平面(水平聆聽平面)的系統中，這將特別會是問題。此類配置係存在於筆記型電腦或行動裝置。在這些裝置中，該處理後混音的雙重單音的分量可在喇叭外及高於喇叭平面處被感覺到，然而該中央相位及/或單音分量係從該原有喇叭間被感覺到。這導致了一個很不連貫的再生立體音效圖像。

所以，鑑於持續增生的興趣及提供在音訊信號上的空間效應利用，在相關技藝上需要有改進的虛擬音訊處理。

發明概要

根據本發明第一方面，一用於處理音訊信號的方法包含有下列步驟：接收具有至少一中央聲道信號、一右側聲道信號及一左側聲道信號的至少一音訊信號；以一第一虛擬處理器處理該右側及左側聲道信號，藉此創造一右側虛擬聲道信號及一左側虛擬聲道信號；以一空間延伸器處理該中央聲道信號以產生不同的右側及左側輸出，藉此以一虛擬立體音效擴展該中央聲道；以及加總該右側及左側輸出至該右側及左側虛擬聲道信號以產生至少一經修改側聲道輸出。

該中央聲道信號係被產生右側及左側相移輸出信號的右側及左側全通濾波器濾波。該右側及左側聲道信號係被該第一虛擬處理器處理以創造一對該右側聲道信號及左側聲道信號至少其一的不同被感受的空間位置。在另一實施例中，該以一空間延伸器處理中央聲道信號的步驟更包含有施加一延遲或一全通濾波器至該中央聲道信號，藉此創造一相移中央聲道信號。接下來，該相移中央聲道信號係自產生該右側輸出的中央聲道信號減去。然後，該相移中央聲道信號係被加至產生該左側輸出的中央聲道信號。在另一實施例中，該空間延伸器基於決定一空間延伸被感受數量的至少一係數縮放調整該中央聲道信號。該係數係由驗證a ² +b ² =c ² 的放大因子a及b所決定，其中c等於一預設常數值。

根據本發明第二方面，一用於處理音訊信號的方法包含有下列步驟：接收具有至少一右側聲道信號及一左側聲道信號的至少一音訊信號；處理該右側及左側聲道信號以提取一中央聲道信號；更以一第一虛擬處理器處理該右側及左側聲道信號，藉此創造一右側虛擬聲道信號及一左側虛擬聲道信號；以一空間延伸器處理該中央聲道信號以產生不同的左側及右側輸出，藉此以一虛擬立體音效擴展該中央聲道；以及加總該右側及左側輸出至該右側及左側虛擬聲道信號以產生至少一經修改側聲道輸出。該第一處理步驟可包含濾波該右及左側聲道信號為複數個次頻段音訊信號的步驟，每一次頻段信號係相關於一不同的頻段；自每一頻段抽取一次頻段中央聲道信號的步驟；以及重新組合該被抽取次頻段中央聲道信號以產生一全頻段中央聲道輸出信號。該第一處理步驟可包含藉由以至少一比例係數縮放調整至少一右側或左側次頻段側聲道信號而抽取該次頻段中央聲道信號。要考慮的是該至少一比例係數係藉由評估該右側及左側聲道信號間的一聲道間相似度係數被決定。該聲道間相似度係數係相關於該左側及右側聲道信號所共有的一信號分量之大小。

根據本發明第三方面，一音訊信號處理裝置包含有：具有至少一中央聲道信號、一右側聲道信號及一左側聲道信號的至少一音訊信號；用於接收該右側及左側聲道信號的一處理器，該處理器以一第一虛擬處理器處理該右側及左側聲道信號，藉此創造一右側虛擬聲道信號及一左側虛擬聲道信號；用於接收該中央聲道信號的一空間延伸器，該空間延伸器以一空間延伸器處理該中央聲道信號以產生不同的右側及左側輸出信號，藉此以一虛擬立體音效擴展該中央聲道；以及一用於將該右側及左側輸出信號加總至該右側及左側虛擬聲道信號以產生至少一經修改側聲道輸出的混音器。該右側及左側聲道信號被該第一虛擬處理器所處理以創造一對該右側聲道信號及左側聲道至少其一的不同被感受到的空間位置。本發明係藉由參考當下列詳細敘述連同所伴隨的圖式來閱讀時最易被了解。

圖式簡單說明

揭露於此多種不同實施例的這些及其他特色及優點相對於下列敘述及圖式將易於被了解，其中全部圖式中相同圖號係指相同的元件，而且其中：

第1a圖係說明用來以耳機或喇叭再生音訊的一習知音訊再生播放系統的示意圖。

第1b圖係說明具有兩窄距相隔內置喇叭的一筆記型電腦的示意圖。

第2圖係說明用來以一對前置喇叭播放的虛擬音訊處理裝置的示意圖。

第3圖係說明具有包含於中央聲道處理方塊的三平行處理方塊及一空間延伸器的一虛擬音訊處理裝置的方塊圖。

第3a圖係配備有具有一加總及差異轉移函數及產生二輸出信號的HRTF濾波器的一前聲道虛擬處理方塊的方塊圖。

第3b圖係配備有具有一加總及差異轉移函數及產生二輸出信號的HRTF濾波器的一環場聲道虛擬處理方塊的方塊圖。

第4圖係說明根據本發明一實施例的空間延伸處理的聽覺效應的示意圖。

第5a圖係描述中央聲道信號被一右側全通濾波器及一左側全通濾波器濾波的空間延伸處理方塊的方塊圖。

第5b圖係包含有一延遲單元的一全通濾波器的方塊圖。

第5c圖係具有一延遲單元的一空間延展處理方塊的方塊圖。

第5d圖係具有一全通濾波器的一空間延展處理方塊的方塊圖。

第6圖係具有一用來自右側及左側聲道信號抽取一中央聲道信號的一中央聲道抽取方塊的一虛擬音訊處理裝置的方塊圖。

第7圖係執行次頻帶分析的一中央聲道抽取處理方塊的方塊圖。

第8圖係在相同處理方塊中具有一空間延展及聲道虛擬器的一虛擬音訊處理裝置的方塊圖。

較佳實施例之詳細說明

在下列敘述中，許多細節被提出。然而，須了解的是本發明的實施例可被實施而無需這些細節。在其他範例中，眾所周知的電路、結構及技術不被顯示以避免模糊本敘述的了解。

本發明一實施例的元件可以硬體、韌體、軟體或其任一組合來實現。當以軟體實現時，本發明一實施例的元件基本上係執行必要工作的程式碼段(code segment)。該軟體可包含執行敘述於本發明一實施例中操作的實際程式碼，或超越或模仿該等操作的程式碼。該程式或程式碼可儲存於一處理器或機器可存取的媒體中，或被一具體表現於一載波的電腦資料信號，或經由一傳輸媒體被一載具調變的一信號所傳輸。該“處理器可讀取或可存取媒體”或“機器可讀取或可存取媒體”可包含有任何能儲存、傳輸或轉送資訊的媒體。該處理器可讀取媒體的範例包含有一電子電路、一半導體記憶裝置、一唯讀記憶體、一快閃記憶體、一可抹除唯讀記憶體(EROM)、一磁碟片、一唯讀記憶光碟、一光碟片、一硬碟、一光纖媒體及一射頻(RF)連結等。該電腦資料信號可包含有任何能經由一傳輸媒體，例如電子網路管道、光纖、空氣、電磁波及RF連結等，傳播的信號。該程式碼段可經由電腦網路，例如網際網路及企業網路等，被下載。

該機器可存取媒體可包含在一製造物品中。該機器可存取媒體可包含有當被一機器存取時會造成機器執行下列所述操作的資料，此處的“資料”一詞係指任何型態被編碼用於機器可讀取用途的資訊。所以，其可包含有程式、程式碼、資料及檔案等。

本發明一實施例的全部或部份可由軟體實現。該軟體可具有多個彼此連結的模組。一軟體模組係連結至其他模組以接收變數、參數、函數引數及指標等，及/或產生或傳送結果、更新後的變數及指標等。一軟體模組也可為一軟體驅動程式或與執行於該平台與作業系統互相作用的介面。一軟體模組也可為一硬體驅動器以組配、設定、初始化、傳送資料至一硬體裝置及自一硬體裝置接收資料。

本發明的一實施例可被敘述為通常被描述為一流程表、一流程圖、一結構圖或一方塊圖的一程序。雖然一方塊圖可敘述該等操作為一序列的程序，多個該等操作能被平行或同時執行。除此之外，該等操作的順序可被重新安排。一程序當其操作結束時被終止。一程序可對應於一方法、一程式及一步驟等。

第2圖係一說明本案一實施例可被置放於一環境的示意圖。該環境包含有被配置接收至少一音訊來源信號28的一虛擬音訊處理裝置26。該音訊來源信號28可為任何音訊信號，例如一單聲道信號或一雙聲道信號(例如，一音樂聲帶或電視廣播)。一雙聲道音訊信號包含有用來經由一對前置喇叭LF,RF播放的兩側聲道信號LF(t),RF(t) 。或者，該音訊來源信號28可為一多聲道信號(例如一電影原聲帶)及包含有一中央聲道信號CF(t) 及四個用來經由一環場音效喇叭陣列的側聲道信號LS(t),LF(t),RF(t)及RS(t) 。較佳的是，該音訊來源信號28包含有至少一左聲道信號LF(t) 及一右聲道信號RF(t) 。

該虛擬音訊處理裝置26具有音訊來源信號28以產生用來經由喇叭或耳機播放的音訊輸出信號30a、30b。一音訊來源信號可為一用來執行於環場該聆聽者的一陣列喇叭，例如，第1a圖所示具有標示有LS(左側環場)、LF(左前)、CF(中前)、RF(右前)、RS(右側環場)及SW(重低音)喇叭的標準‘5.1’喇叭佈置，的多聲道信號。該標準‘5.1’喇叭佈置係經由範例方式被提供而非為範例所限制。在此點上，應考量音訊輸出信號30a、30b可被配置用來模擬任何表示為‘m.n’的來源(或‘虛擬，)喇叭佈置，其中m係主要(衛星)聲道的數目，及n係重低音喇叭(或低頻加強)聲道的數目。或者，該音訊輸出信號30a、30b可被處理用作經由一對耳機12播放。

該虛擬音訊處理裝置26係具有多種不同習知處理方式(未顯示)。該等方式可包含有連接至數位音訊輸入及輸出介面及用於儲存暫時處理資料及處理程式指令的記憶體儲存裝置的一數位信號處理器。

該音訊輸出信號30a、30b係被導引至一對分別標示為L及R的喇叭。第2圖描述用於一五聲道音訊輸入信號的該等喇叭LS、LF、CF、RF及RS的放置。在許多實際應用中，例如，電視機或筆記型電腦，該等輸出喇叭L及R的實體間距較該等喇叭LF及RF想要的間距為窄。在此情形下，該虛擬音訊處理裝置26被設計以產生一立體音效擴展效益。該立體音效擴展效益係產生音訊信號LF(t) 及RF(t) 自一對位於位置LF及RF的虛擬喇叭發出的錯覺。因此，所感受的是聲音係發自於位於該等喇叭想要位置的虛擬喇叭。在此點上，所被考量的是音訊來源信號28可被處理以自在任何被感受位置的虛擬喇叭發出。

對一五聲道音訊來源信號28而言，該虛擬音訊處理裝置26產生音訊聲道信號CF(t) 、LS(t) 及RS(t) 自分別位於CF、LS及RS的喇叭發出的感覺。同樣地，音訊聲道信號CF(t) 、LS(t) 及RS(t) 可被感受自分別位於CF、LF及RF的喇叭發出。如同相關技藝所熟知，這些錯覺可藉由施予轉換考慮有喇叭至耳朵的聽覺轉移函數或頭部相關轉移函數(Head Related Transfer Functions-HRTF)量測值或近似值的音訊來源信號28而可被達成。一頭部相關轉移函數係相關於被施加在發自於任何聲音來源聲音上的受頻率影響的時間及振幅差異及歸因於環繞聆聽者頭部的聽覺繞射。要考量的是所有的聲音來源自任何方向產生二相關的頭部相關轉移函數(分別對應於雙耳)。重要的是注意大多數三維音效系統不能使用使用者的頭部相關轉移函數。在大多數狀況下，非個人的(一般性的)頭部相關轉移函數被使用。通常，基於實體上或聽覺心理上，一理論性的方式通常被使用來推導對大部分人們具一般性的非個人的頭部相關轉移函數。

該同側的頭部相關轉移函數代表聲音來源至最接近耳朵的路徑及對側的頭部相關轉移函數則代表至最遠耳朵的路徑。第2圖所示的頭部相關轉移函數如下所示：H _Oi ：用於左前或右前實體喇叭位置的同側頭部相關轉移函數；H _Oc ：用於左前或右前實體喇叭位置的對側頭部相關轉移函數；H _Fi ：用於左前或右前虛擬喇叭位置的同側頭部相關轉移函數；H _Fc ：用於左前或右前虛擬喇叭位置的對側頭部相關轉移函數；H _Si ：用於左側或右側環場虛擬喇叭位置的同側頭部相關轉移函數；H _Sc ：用於左側或右側環場虛擬喇叭位置的對側頭部相關轉移函數；H _F ：用於前中虛擬喇叭位置的頭部相關轉移函數(對雙耳皆相同)。

該虛擬音訊處理裝置假設一相對於聆聽者前側方向介於該實體及虛擬喇叭佈置的對稱關係。當一對稱關係存在時，一聆聽者被定位在相對於該CF喇叭的一線性軸上，使音訊影像在方向上被平衡。被考量的是頭部稍微的改變將不致弄亂該對稱關係。一對稱關係係經由範例被提供而非為該範例所限制。在此點上，本技藝具有通常知識者了解本發明可延伸至包含有位於任何在一音效平台上被感受位置的一任意數目的虛擬喇叭的非對稱虛擬喇叭佈置。

在本發明的一範例中，想要的輸出喇叭可為耳機12。在此情況下，實際輸出喇叭L及R係位於聆聽者的耳朵。該轉移函數H _Oi 係耳機轉移函數，而該轉移函數H _{O C} 係可予以忽略。

現在請參閱第3圖，所顯示的是該虛擬音訊處理裝置26的一方塊圖。該整體處理被分解為三個處理音訊來源信號28的平行處理方塊，其輸出信號係分別加總以計算該最終輸出信號L(t) 及R(t) 。每一音訊來源信號28被虛擬化，藉此提供各音訊聲道信號LF(t) 、RF(t) 、LS(t) 、RS(t) 及CF(t) 係位於三維空間的一不同預設位置上的錯覺。然而，為提供該想要的空間效應，僅側聲道信號LF(t) 、RF(t) 、LS(t) 及RS(t) 之一需要被虛擬化。多種用於一5.1聲道系統的環場喇叭的不同虛擬技術為本發明相關技藝所熟知。在一些系統中，該5.1環場混音的LS(t) 、RS(t) 聲道可被雙耳立體音效方式處理，藉以創造出具有對應於大約在自前方雙側(該環場喇叭的正交位置)110度的頭部相關轉移函數的虛擬聲源。

該前聲道虛擬處理方塊34係處理該前聲道來源音訊信號對LF(t) 及RF(t) 。該環場聲道虛擬處理方塊36處理該環場聲道來源音訊信號LS(t) 及RS(t) 。該中央聲道虛擬處理方塊38係處理該中央聲道來源音訊信號CF(t) 。

對一前置喇叭輸出而言，該中央聲道虛擬處理方塊38可包含有一3dB的信號衰減。對一耳機輸出而言，該中央聲道虛擬處理方塊38可施加一濾波器至由一轉移函數[H _F /H _Oi ]所定義的該音源信號CF(t) 。

現在請參閱第3a圖及第3b圖，所顯示的是一描述該前聲道虛擬處理方塊34及該環場聲道虛擬處理方塊36一實施例的一方塊圖。本實施例假設實體及虛擬喇叭佈置具有相對於該聆聽者前方的對稱性。該方塊HF_SUM 、HF_DIFF 、HS_SUM 及HS_DIFF 代表具有分別定義如下轉移函數的濾波器：

HF _SUM =[H _Fi +H _Fc ]/[H _Oi +H _Oc ];

HF _DIFF =[H _Fi -H _Fc ]/[H _Oi -H _Oc ];

HS _SUM =[H _Si +H _Sc ]/[H _Oi +H _Oc ];

HF _SUM =[H _Si -H _Sc ]/[H _Oi -H _Oc ];

請參閱第3圖，該中央聲道虛擬方塊38後接產生來自一單一聲道輸入信號CF(t) 的二不同(L及R)輸出信號及一虛擬立體音響效應的一空間延伸處理方塊40(或空間延伸器，更多細節敘述於下)。該虛擬立體音響效應轉換一單一信號為一二聲道或多聲道輸出信號，藉此將一單聲道信號展開於一二聲道或多聲道平台上。

在前置喇叭播放中，所導致的主觀效應係該中央聲道音訊信號CF(t) 自如第4圖所示位於實體喇叭附近位置的一延伸區域發出。該所導致的信號CF(t) 係被展開或散佈，藉此創造一更自然的聲音感受。在耳機播放中，所導致的主觀效應係該中央聲道音訊信號局部化的一更自然及外部化的感受。該主觀效應係一改善的前方“頭外”定位的感覺，藉此減輕在耳機播放中的一常見缺失。

在第3圖中，該中央聲道虛擬處理方塊38係一單一輸入及單一輸出的濾波器，因此，其相當於藉由先對該輸入信號CF(t) 施予該空間延伸處理，然後相同地分別對該空間延伸處理方塊兩輸出信號L及R施予中央聲道虛擬處理來修改第3圖的程序。

現在請參閱第5a圖，所顯示的是一空間延伸處理方塊40的方塊圖。該聲源信號CF(t) 係分成被不同全通濾波器APF_L 及APF_R 所處理的左側及右側輸出信號L、R。一全通濾波器係一同樣地通過所有頻率的電子濾波器，但會改變多種不同頻率間的相位關係。因此，一全通濾波器可提供一信號一頻率相關的相位偏移或/及隨頻率而改變其傳播延遲。全通濾波器係一般用來補償其他起因於一程序所不需要的相位偏移，或用來與該原始信號的未偏移型式混合以實施一梳形凹口濾波器。全通濾波器也可被用於轉換一混合相位濾波器為一具有一相同振幅響應的最小相位濾波器或轉換一不穩定濾波器為一具有一相同振幅響應的穩定濾波器。

現在請參閱第5b圖，所見的是一全通濾波器處理方塊APF一實施例的一方塊圖。該全通濾波器APF包含有一表示為Z^-N 的延遲單元42，其係用來引進一時間延遲至該中央聲道信號CF(t) 。該數位延遲長度N 係以樣本表達，且g 表示一正或負迴路增益使其大小|g|<1.0。較佳的是，該空間延展處理方塊40方塊係包含有對每一全通濾波器APF的一不同數位延遲長度，並具有一介於3至5 ms的延遲時段。然而，因該延遲時段可根據多種不同參數被決定，其範圍非意在於限制。

現在請參閱第5c圖，所顯示的是根據另一實施例的空間延伸處理方塊40的一方塊圖。在本實施例中，該空間延伸處理方塊40的L及R輸出信號的差異係分別將該音訊來源信號CF(t) 的一延遲複製信號加至該音訊來源信號CF(t) 及自該音訊來源信號CF(t) 減去該延遲複製信號而予以產生。較佳的是，該複製的CF(t) 信號包含有一具有一介於2至4 ms的一數位延遲長度的時間延遲。對一已知的數位延遲長度N ，空間延伸程度係取決於比例因子a及b。該等比例因子係根據具有一比率a/b的放大因子被產生。較佳的是該比率a/b係包含於[0.0,1.0]。該輸出信號L及R的總功率可藉由加諸a ² +b ² =c 的定律而能被限制以符合該輸入信號CF(t) 的總功率。應被考慮的是c 等於一預設常數，較佳的是，c 大致等於0.5。

現在請參閱第5d圖，所顯示的是根據本發明再一實施例的空間延伸處理方塊40的一方塊圖。第5c圖的處理方塊係藉由以一全通濾波器APF取代該延遲單元而予以修改。一延遲或一全通濾波器係被施加於CF(t) ，藉此創造一相移中央聲道信號。該相移中央聲道信號係自產生左側輸出的CF(t) 扣除。該相移中央聲道信號係加至產生右側輸出的CF(t) 。該空間延展處理方塊40可藉由以其他單一輸入單一輸出的全通網路取代APF而予以實施。其他用來建構單一輸入單一輸出的全通網路的方法可被應用於敘述於第5a圖或第5d圖中空間延伸方塊的實施例。這些方法包含有以其他全通網路疊接複數個單一輸入單一輸出的全通網路及/或取代或疊接任何延遲單元在一全通網路濾波器中。

現在請參閱第6圖，所顯示的是包含於一裝置26的該前聲道及中央聲道虛擬處理的另一實施例。此實施例係當該音訊來源信號28不包括一離散中央聲道信號CF(t) 時為較佳。一中央聲道提取處理方塊44在該前聲道虛擬處理方塊34之前被***。該中央聲道提取處理方塊44係接收該表示為LF(t) 及RF(t) 的前聲道信號對及輸出三信號LF’ 、RF’ 及CF’ 。該音訊信號CF’ 係包含有為該原有左側及右側輸入信號LF 及RF (或中央相位的)所通用的音訊信號分量的該被提取的中央聲道音訊信號。該音訊信號LF’ 包含有被局限(或被偏移)於該原有二聲道輸入信號(LF 及RF )中左側的該音訊信號分量。相似地，該音訊信號RF’ 包含有被局限(或被偏移)於該原有二聲道輸入信號(LF 及RF )中右側的該音訊信號分量。該三信號LF’ 、RF’ 及CF’ 係被以如同在第3圖虛擬音訊處理裝置26的相同方式處理。該提取的中央聲道信號CF’ 可選用地以可加方式與一離散中央聲道輸入信號CF(t) 相結合，使該相同的虛擬音訊處理裝置26也可被運用於處理包含有一原有中央聲道信號的多聲道輸入信號。

現在請參閱第7圖，所顯示的是該中央聲道提取處理方塊44的一實施例的方塊圖。該音訊來源聲道信號LF(t) 及RF(t) 係被分解該等信號為複數個相關於不同頻段的次頻段音訊信號的可選用的次頻段分析平台46a及46b所處理。在包含有這些次頻段分析平台46a及46b的實施例中，該中央聲道提取程序係針對各頻段被各自執行，且一合成方塊可選用地被提供用於重新混合分別對應於該三輸出聲道LF(t)、RF(t) 及CF(t) 的次頻段輸出信號為該全頻段音訊信號LF’、RF’ 及CF’ 。在一實施例中，該中央聲道提取程序係根據下列公式被執行：LF’ =k _L *LF ；RF’ =k _R *RF ；CF’ =k _C * (LF +RF )；其中k _L 係表示LF’ 信號的比例係數，k _R 係表示RF’ 信號的比例係數，及k _C 表示CF’ 信號的比例係數。在一實施例中，該等比例係數k _L 、k _R 及k _C 係可被一連續評估輸入聲道間的聲道間相似度指數M ，當該聲道間相似度指數高時提升k _C 值及當該聲道間相似度指數低時減少k _C 值的可適應主導偵測器方塊48以可調適方式所計算，同時，該可適應主導偵測器方塊48當該聲道間相似度指數高時減少k _L 及k _R 值及當該聲道間相似度指數低時增加該等係數值。在本發明的一實施例中，該聲道間相似度指數M 係被定義為：M=log[|LF+RF|² /|LF-RF|² ]

現在請參閱第8圖，所顯示的是根據另一可選擇實施例的虛擬音訊處理裝置的方塊圖。第3a圖的該空間延展處理方塊40及該前聲道虛擬處理方塊34係被結合在一單一處理方塊。該空間延伸處理係應用於自該音訊來源信號LF(t) 及RF(t) 的加總所推導出的濾波器HF_SUM 輸出。一延遲或一全 通濾波器係應用於CF(t) ，藉此創造出一相移中央聲道信號。該相移中央聲道信號係自產生右側輸出的CF(t) 減去，該相移中央聲道信號則係加至產生左側輸出的CF(t) 。該左側及右側聲道信號的差值被HF_DIFF 處理以產生一濾波差值信號，該濾波差值信號係加總至該相移中央聲道信號。該可選用的可適應主導偵測器48係根據聲道間相似度指數M 不停地調整空間延伸程度。如第7圖所示，該輸入信號LF(t) 及RF(t) 可選用性地被一次頻段分析方塊(未顯示於第8圖)前處理，且該輸出信號L及R可被一合成方塊後處理以重新混合次頻段信號為全頻段信號。

在此所示的細節係經由範例及僅以說明討論本發明實施例為目的，且以為了提供咸信為本發明原理及概念層面上最有用及最容易了解的敘述方式予以呈現。在此點上，嘗試以更詳細方式來顯示本發明的細節對本發明的基礎了解並非需要，以圖式所為的敘述對本發明具有通常技藝人士關於本發明的多種形式如何可予以具體實施係顯而易見的。

10．．．音訊再生系統

12．．．耳機

14．．．喇叭信號

16．．．數位或類比音訊來源

18．．．音訊/視訊源

20．．．音訊輸出信號

22．．．筆記型電腦

24a、24b．．．內置喇叭

26．．．處理裝置音訊

28．．．音訊來源信號

30a、30b．．．音訊輸出信號

34．．．前聲道虛擬處理方塊

36．．．環場聲道虛擬處理方塊

38．．．中央聲道虛擬處理方塊

40．．．空間延伸處理方塊

42．．．延遲單元

44．．．中央聲道提取處理方塊

46a、46b．．．次頻段分析平台

48．．．可適應主導偵測器方塊

第1a圖係說明用來以耳機或喇叭再生音訊的一習知音訊再生播放系統的示意圖。

第1b圖係說明具有兩窄距相隔內置喇叭的一筆記型電腦的示意圖。

第2圖係說明用來以一對前置喇叭播放的虛擬音訊處理裝置的示意圖。

第3圖係說明具有包含於中央聲道處理方塊的三平行處理方塊及一空間延伸器的一虛擬音訊處理裝置的方塊圖。

第3a圖係配備有具有一加總及差異轉移函數及產生二輸出信號的HRTF濾波器的一前聲道虛擬處理方塊的方塊圖。

第3b圖係配備有具有一加總及差異轉移函數及產生二輸出信號的HRTF濾波器的一環場聲道虛擬處理方塊的方塊圖。

第4圖係說明根據本發明一實施例的空間延伸處理的聽覺效應的示意圖。

第5a圖係描述中央聲道信號被一右側全通濾波器及一左側全通濾波器濾波的空間延伸處理方塊的方塊圖。

第5b圖係包含有一延遲單元的一全通濾波器的方塊圖。

第5c圖係具有一延遲單元的一空間延展處理方塊的方塊圖。

第5d圖係具有一全通濾波器的一空間延展處理方塊的方塊圖。

第6圖係具有一用來自右側及左側聲道信號抽取一中央聲道信號的一中央聲道抽取方塊的一虛擬音訊處理裝置的方塊圖。

第7圖係執行次頻帶分析的一中央聲道抽取處理方塊的方塊圖。

第8圖係在相同處理方塊中具有一空間延展及聲道虛擬器的一虛擬音訊處理裝置的方塊圖。

26．．．處理裝置音訊

28．．．音訊來源信號

34．．．前聲道虛擬處理方塊

36．．．環場聲道虛擬處理方塊

38．．．中央聲道虛擬處理方塊

40．．．空間延伸處理方塊

Claims (24)

1. 一種用來處理音訊信號的方法，其包含有下列步驟：接收具有至少一中央聲道信號、一右側聲道信號及一左側聲道信號的至少一音訊信號；以一第一虛擬處理器處理該右側及左側聲道信號，藉此創造一右側虛擬聲道信號及一左側虛擬聲道信號；以一空間延伸器處理該中央聲道信號以產生不同的左側及右側輸出，藉此以一擬立體(pseudo-stereo)音效擴展該中央聲道，其進一步包含下列步驟：施加一延遲或一全通濾波器於該中央聲道信號，藉此創造一相移中央聲道信號；從該中央聲道信號減去該相移中央聲道信號以產生該右側輸出；將該相移中央聲道信號加至該中央聲道信號以產生該左側輸出；基於決定一空間延伸被感受數量的至少一係數縮放調整該中央聲道信號；以及加總該右側輸出至該右側虛擬聲道信號，以及該左側輸出至該左側虛擬聲道信號，以產生至少一經修改側聲道輸出。
2. 如申請專利範圍第1項的方法，其中以一空間延伸器處理該中央聲道信號的步驟包含有：以一右側全通濾波器處理該中央聲道信號，以產生 一右側相移輸出信號。
3. 如申請專利範圍第1項的方法，其中以一空間延伸器處理該中央聲道信號的步驟包含有：以一左側全通濾波器處理該中央聲道信號，以產生一左側相移輸出信號。
4. 如申請專利範圍第1項的方法，其中以該第一虛擬處理器處理該右側及左側聲道信號的步驟，創造出對該右側聲道信號及該左側聲道信號至少之一的一不同被感受空間位置。
5. 如申請專利範圍第1項的方法，其中該至少一係數係取決於驗證下列公式的放大因子a 及b ：a ² +b ² =c 其中c 等於一預設常數值。
6. 如申請專利範圍第5項的方法，其中該預設常數值係0.5。
7. 如申請專利範圍第1項的方法，其中該至少一音訊信號更包含有一右側環場側聲道信號及一左側環場側聲道信號。
8. 如申請專利範圍第7項的方法，其中該右側及左側環場側聲道信號係由一第二虛擬處理器所處理，藉此創造出一右側環場虛擬聲道信號及一左側環場虛擬聲道信號。
9. 如申請專利範圍第8項的方法，其更包含有下列步驟：加總該右側輸出至該右側環場虛擬聲道信號，以及該左側輸出至該左側環場虛擬聲道信號，以產生至少一經修改側環場聲道輸出。
10. 如申請專利範圍第1項的方法，其中該虛擬處理器包含有表示為H _(SUM) 的第一頭部相關轉移函數(HRTF)濾波器、及表示為H _(DIFF) 的第二頭部相關轉移函數濾波器，其中H _(SUM) 及H _(DIFF) 包含有下列轉移函數：H _(SUM) =[H _i +H _c ]/[H _Oi +H _Oc ]；H _(DIFF) =[H _i -H _c ]/[H _Oi -H _Oc ]；其中H _i 係一左側或右側虛擬喇叭位置的一個同側頭部相關轉移函數，H _c 係該左側或右側虛擬喇叭位置的一個對側頭部相關轉移函數，H _0i 係一左側或右側實體喇叭位置的一個同側頭部相關轉移函數，H _0c 係該左側或右側實體喇叭位置的一個對側頭部相關轉移函數。
11. 一種用來處理音訊信號的方法，其包含有下列步驟：接收具有至少一右側聲道信號及一左側聲道信號的至少一音訊信號；處理該右側及左側聲道信號以提取一中央聲道信號；以一第一虛擬處理器處理該右側及左側聲道信號，藉此創造一右側虛擬聲道信號及一左側虛擬聲道信號；以一空間延伸器處理該中央聲道信號以產生不同的左側及右側輸出，藉此以一虛擬立體音效擴展該中央聲道，其進一步包含下列步驟：施加一延遲或一全通濾波器於該中央聲道信號，藉此創造一相移中央聲道信號； 從該中央聲道信號減去該相移中央聲道信號以產生該右側輸出；將該相移中央聲道信號加至該中央聲道信號以產生該左側輸出；及基於決定一空間延伸被感受數量的至少一係數縮放調整該中央聲道信號；以及加總該右側輸出至該右側虛擬聲道信號，以及該左側輸出至該左側虛擬聲道信號，以產生至少一經修改側聲道輸出。
12. 如申請專利範圍第11項的方法，其中處理該右側及左側聲道信號以提取一中央聲道信號包含有下列步驟：濾波該右側及左側聲道信號成與不同頻段相關聯的多個次頻段音訊信號；在至少一頻段中提取一次頻段中央聲道信號；以及重新結合該等次頻段中央聲道信號以產生一全頻段中央聲道信號。
13. 如申請專利範圍第11項的方法，其中處理該右側及左側聲道信號以提取一中央聲道信號包含有：以至少一比例係數縮放調整該右或左側聲道信號中的至少一個。
14. 如申請專利範圍第13項的方法，其中該至少一比例係數係藉由連續評估該右及左側聲道信號間的一聲道間相似度指數予以決定，其中該聲道間相似度指數係相關於該右側及左側聲道信號所共有的一信號分量之大小。
15. 如申請專利範圍第14項的方法，其中該聲道間相似度指數係藉由比較該右側及左側聲道之加總值及差值的功率而予以決定。
16. 如申請專利範圍第11項的方法，其中第一虛擬處理器包含有表示為H _(SUM) 的第一頭部相關轉移函數濾波器、及表示為H _(DIFF) 的第二頭部相關轉移函數濾波器，其中H _(SUM) 及H _(DIFF) 包含有下列轉移函數：H _(SUM) =[H _i +H _c ]/[H _Oi +H _Oc ]；H _(DIFF) =[H _i -H _c ]/[H _Oi -H _Oc ]；其中H _i 係一左側或右側虛擬喇叭位置的一個同側頭部相關轉移函數，H _c 係該左側或右側虛擬喇叭位置的一個對側頭部相關轉移函數，H _0i 係一左側或右側實體喇叭位置的一個同側頭部相關轉移函數，H _0c 係該左側或右側實體喇叭位置的一個對側頭部相關轉移函數。
17. 如申請專利範圍第16項的方法，其包含有下列步驟：以H _(SUM) 處理該右及左側聲道信號之和，以產生該中央聲道信號。
18. 如申請專利範圍第16項的方法，其更包含有下列步驟：以H _(DIFF) 處理該右側及左側聲道信號的差值，以產生一濾波差值信號；以及將該濾波差值信號加總至該相移中央聲道信號。
19. 如申請專利範圍第16項的方法，其中該轉移函數H _0i 係一耳機轉移函數，及該轉移函數H _0c 實質上為0。
20. 如申請專利範圍第11項的方法，其中該中央聲道信號的 振幅係基於該右側及左側聲道信號間的一聲道間相似度指數被一比例因子連續調整，其中該相似度指數係相關於該右側及左側聲道信號所共有的一信號分量的大小。
21. 如申請專利範圍第1或11項的方法，其中該加總步驟產生用於經由耳機播放的至少二經修改側聲道輸出信號。
22. 一種音訊信號處理裝置，其包含有：具有至少一中央聲道信號、一右側聲道信號及一左側聲道信號的至少一音訊信號；用以接收該右側及左側聲道信號的一處理器，該處理器處理該右側及左側聲道信號，藉此創造一右側虛擬聲道信號及一左側虛擬聲道信號；用以接收該中央聲道信號的一空間延伸器，該空間延伸器處理該中央聲道信號以產生不同的右側及左側輸出信號，藉此以一虛擬立體音效擴展該中央聲道；其中該空間延伸器施加一延遲或一全通濾波器於該中央聲道信號，藉此創造一相移中央聲道信號；且從該中央聲道信號減去該相移中央聲道信號以產生該右側輸出；該空間延伸器將該相移中央聲道信號加至該中央聲道信號以產生該左側輸出；以及基於決定一空間延伸被感受數量的至少一係數縮放調整該中央聲道信號；以及用以將該右側輸出加總至該右側虛擬聲道信號，將該左側輸出加總至該左側虛擬聲道信號，以產生至少一經修改側聲道輸出的一混音器。
23. 如申請專利範圍第22項的音訊信號處理裝置，其中處理該右側及左側聲道信號，創造出對該右側聲道信號及該左側聲道信號中之至少一個的一不同被感受空間位置。
24. 如申請專利範圍第22項的音訊信號處理裝置，其中該音訊信號包含有一右側環場側聲道信號及一左側環場側聲道信號。