УСТРОЙСТВО ОБРАБОТКИ АУДИОСИГНАЛА И СПОСОБ ФИЛЬТРАЦИИ АУДИОСИГНАЛА
DEVICE OF AUDIO SIGNAL PROCESSING AND METHOD OF AUDIO SIGNAL FILTERING

Область техники, к которой относится изобретение
Изобретение относится к области обработки аудиосигнала. В частности, изобретение относится к устройству обработки аудиосигнала и к способу фильтрации аудиосигнала для создания виртуального звукового образа.
Уровень техники
Уменьшение перекрестных помех среди аудиосигналов представляет значительный интерес во множестве применений. Например, при воспроизведении бинауральных аудиосигналов для слушателя, использующего громкоговорители, аудиосигналы, которые должны быть слышны, например, левым ухом слушателя обычно также слышны правым ухом слушателя. Этот эффект определяется как перекрестные помехи и может быть уменьшен путем добавления обратного фильтра, также называемого в данной области техники блоком подавления перекрестных помех, в схему воспроизведения аудиоданных, выполненную с возможностью фильтрации аудиосигналов.
С математической точки зрения обратный фильтр для подавления перекрестных помех может быть выражен в виде матрицы C фильтра подавления перекрестных помех. Цель подавления перекрестных помех состоит в выборе матрицы C фильтра подавления перекрестных помех, и более конкретно - ее компонентов, таким образом, чтобы результат матричного умножения матрицы C фильтра подавления перекрестных помех на матрицу H акустической передаточной функции (ATF) был по существу равен матрицы I идентичности, т.е. H*C ≈ I, при этом матрица H ATF определяется передаточными функциями из громкоговорителей в соответствующие уши слушателя.
Нахождение точного решения для подавления перекрестных помех невозможно, и применяются аппроксимации. Поскольку обратные фильтры обычно являются нестабильными, в этих аппроксимациях используется регуляризация для управления усилением фильтра подавления перекрестных помех и для снижения потери динамического диапазона. Однако ввиду плохой обусловленности обратные фильтры чувствительны к ошибкам. Другими словами, малые ошибки в схеме воспроизведения могут приводить к большим ошибкам в точке воспроизведения, что приводит к узкой зоне наилучшего восприятия и нежелательному окрашиванию, как описано в источнике Takeuchi, T. и Nelson, P.A., "Optimal source distribution for binaural synthesis over loudspeakers", Journal ASA 112(6), 2002 г.
В данной области техники известны аудиосистемы, которые объединяют блоки подавления перекрестных помех с блоками бинаурализации для обеспечения свободного от перекрестных помех виртуального объемного звука, т.е. свободного от перекрестных помех звука, воспринимаемого слушателем как издаваемый в положениях виртуальных громкоговорителей. Однако часто такие блоки бинаурализации вносят неизбежные малые ошибки, которые затем усиливаются несовершенными блоками подавления перекрестных помех, что приводит к большему окрашиванию и неправильному пространственному восприятию.
Раскрытие изобретения
Задача изобретения состоит в создании улучшенной концепции обеспечения по существу свободного от перекрестных помех виртуального объемного звука.
Эта задача решается объектами независимых пунктов формулы. Дополнительные формы реализации очевидны из зависимых пунктов формулы, описания и чертежей.
Изобретение основано на идее решения проблемы перекрестных помех не путем подверженной ошибкам последовательной организации этапа подавления перекрестных помех и этапа бинаурализации, а путем адаптации этапа подавления перекрестных помех таким образом, чтобы он имел целью набор желаемых положений виртуальных громкоговорителей вместо попытки непосредственного подавления перекрестных помех от фактических громкоговорителей. Таким образом традиционно используемый этап бинаурализации становится ненужным, и таким образом исключается подверженная ошибкам последовательная организация, при этом воспроизводя точный виртуальный окружающий звук и обеспечивая хорошее качество звука.
В соответствии с первым аспектом изобретение обеспечивает устройство обработки аудиосигнала для фильтрации входного аудиосигнала левого канала для получения выходного аудиосигнала левого канала, и для фильтрации входного аудиосигнала правого канала для получения выходного аудиосигнала правого канала, причем выходной аудиосигнал левого канала и выходной аудиосигнал правого канала подлежат передаче слушателю по путям распространения акустического сигнала, причем передаточные функции путей распространения акустического сигнала определяются матрицей H акустической передаточной функции (ATF), при этом устройство обработки аудиосигнала содержит: блок определения, выполненный с возможностью определения матрицы C фильтра на основании матрицы H ATF и матрицы VH целевой ATF, причем матрица VH целевой ATF содержит целевые передаточные функции целевых путей распространения акустического сигнала, причем целевые пути распространения акустического сигнала определяются целевой конфигурацией положений виртуальных громкоговорителей относительно слушателя; фильтр, выполненный с возможностью фильтрации входного аудиосигнала левого канала на основании матрицы C фильтра для получения первого фильтрованного входного аудиосигнала левого канала и второго фильтрованного входного аудиосигнала левого канала, и фильтрации входного аудиосигнала правого канала на основании матрицы C фильтра для получения первого фильтрованного входного аудиосигнала правого канала и второго фильтрованного входного аудиосигнала правого канала; и блок объединения, выполненный с возможностью объединения первого фильтрованного входного аудиосигнала левого канала и первого фильтрованного входного аудиосигнала правого канала для получения выходного аудиосигнала левого канала, и объединения второго фильтрованного входного аудиосигнала левого канала и второго фильтрованного входного аудиосигнала правого канала для получения выходного аудиосигнала правого канала. Фильтр может быть обеспечен блоком подавления перекрестных помех.
В первом варианте реализации устройства обработки аудиосигнала в соответствии с первым аспектом изобретения, соответственно, блок определения выполнен с возможностью определения матрицы C фильтра на основании матрицы H ATF и матрицы VH целевой ATF в соответствии со следующим уравнением:
H
где H означает Эрмитово транспонирование матрицы H ATF, I означает матрицу идентичности, β означает коэффициент регуляризации, M означает задержку моделирования, и ω означает угловую частоту.
Во втором варианте реализации устройства обработки аудиосигнала в соответствии с первым аспектом изобретения, соответственно, блок определения выполнен с возможностью определения матрицы C фильтра на основании матрицы (H) ATF и матрицы VH целевой ATF в соответствии со следующим уравнением:
H
где H означает Эрмитово транспонирование матрицы H ATF, M означает задержку моделирования, и ω означает угловую частоту.
В третьем варианте реализации устройства обработки аудиосигнала в соответствии с первым аспектом изобретения, соответственно, блок определения выполнен с возможностью определения матрицы C фильтра на основании матрицы H ATF и матрицы VH целевой ATF в соответствии со следующим уравнением:
H
phase
где H означает Эрмитово транспонирование матрицы H ATF, I означает матрицу идентичности, β означает коэффициент регуляризации, M означает задержку моделирования, ω означает угловую частоту и (A) означает операцию с матрицей, которая возвращает матрицу, содержащую только фазовые компоненты элементов матрицы A.
В четвертом варианте реализации устройства обработки аудиосигнала в соответствии с первым аспектом изобретения, соответственно, блок определения выполнен с возможностью определения матрицы C фильтра на основании матрицы H ATF и матрицы VH целевой ATF в соответствии со следующим уравнением:
,
H
phase
где H означает Эрмитово транспонирование матрицы H ATF, M означает задержку моделирования, ω означает угловую частоту и (A) означает операцию с матрицей, которая возвращает матрицу, содержащую только фазовые компоненты элементов матрицы A.
В пятом варианте реализации устройства обработки аудиосигнала в соответствии с первым аспектом изобретения, соответственно, или любым предшествующим вариантом его реализации, выходной аудиосигнал левого канала подлежит передаче по первому пути распространения акустического сигнала между левым громкоговорителем и левым ухом слушателя и второму пути распространения акустического сигнала между левым громкоговорителем и правым ухом слушателя, причем выходной аудиосигнал правого канала подлежит передаче по третьему пути распространения акустического сигнала между правым громкоговорителем и правым ухом слушателя и четвертому пути распространения акустического сигнала между правым громкоговорителем и левым ухом слушателя, и при этом первая передаточная функция первого пути распространения акустического сигнала, вторая передаточная функция второго пути распространения акустического сигнала, третья передаточная функция третьего пути распространения акустического сигнала и четвертая передаточная функция четвертого пути распространения акустического сигнала образуют матрицу ATF.
В шестом варианте реализации устройства обработки аудиосигнала в соответствии с первым аспектом изобретения, соответственно, или любым предшествующим вариантом его реализации, матрица VH целевой ATF содержит первую целевую передаточную функцию первого целевого пути распространения акустического сигнала между положением виртуального левого громкоговорителя и левым ухом слушателя, вторую целевую передаточную функцию второго целевого пути распространения акустического сигнала между положением виртуального левого громкоговорителя и правым ухом слушателя, третью целевую передаточную функцию третьего целевого пути распространения акустического сигнала между положением виртуального правого громкоговорителя и правым ухом слушателя, и четвертую целевую передаточную функцию четвертого целевого пути распространения акустического сигнала между положением виртуального правого громкоговорителя и левым ухом слушателя.
В седьмом варианте реализации устройства обработки аудиосигнала в соответствии с первым аспектом изобретения, соответственно, или любым предшествующим вариантом его реализации блок определения дополнительно выполнен с возможностью извлечения матрицы ATF или матрицы целевой ATF из базы данных.
В восьмом варианте реализации устройства обработки аудиосигнала в соответствии с первым аспектом изобретения, соответственно, или любым предшествующим вариантом его реализации блок объединения выполнен с возможностью сложения первого фильтрованного входного аудиосигнала левого канала и первого фильтрованного входного аудиосигнала правого канала для получения выходного аудиосигнала левого канала, и сложения второго фильтрованного входного аудиосигнала левого канала и второго фильтрованного входного аудиосигнала правого канала для получения выходного аудиосигнала правого канала.
В девятом варианте выполнения устройства обработки аудиосигнала в соответствии с первым аспектом изобретения, соответственно, или любым предшествующим вариантом его реализации, устройство дополнительно содержит: блок разложения, выполненный с возможностью разложения входного аудиосигнала левого канала на первичный входной субаудиосигнал левого канала и вторичный входной субаудиосигнал левого канала, и разложения входного аудиосигнала правого канала на первичный входной субаудиосигнал правого канала и вторичный входной субаудиосигнал правого канала, причем первичный входной субаудиосигнал левого канала и первичный входной субаудиосигнал правого канала выделяются в первичную заданную полосу частот, и при этом вторичный входной субаудиосигнал левого канала и вторичный входной субаудиосигнал правого канала выделяются во вторичную заданную полосу частот; и блок задержки, выполненный с возможностью задержки вторичного входного субаудиосигнала левого канала на временную задержку для получения вторичного выходного субаудиосигнала левого канала и задержки вторичного входного субаудиосигнала правого канала на другую временную задержку для получения вторичного выходного субаудиосигнала правого канала; причем фильтр выполнен с возможностью фильтрации первичного входного субаудиосигнала левого канала на основании матрицы C фильтра для получения первого фильтрованного первичного входного субаудиосигнала левого канала и второго фильтрованного первичного входного субаудиосигнала левого канала, и фильтрации первичного входного субаудиосигнала правого канала на основании матрицы C фильтра для получения первого фильтрованного первичного входного субаудиосигнала правого канала и второго фильтрованного первичного входного субаудиосигнала правого канала; причем блок объединения выполнен с возможностью объединения первого фильтрованного первичного входного субаудиосигнала левого канала, первого фильтрованного первичного входного субаудиосигнала правого канала и вторичного входного субаудиосигнала левого канала для получения выходного аудиосигнала левого канала, и объединения второго фильтрованного первичного входного субаудиосигнала левого канала, второго фильтрованного первичного входного субаудиосигнала правого канала и вторичного входного субаудиосигнала правого канала для получения выходного аудиосигнала правого канала.
В десятом варианте реализации устройства обработки аудиосигнала в соответствии с девятым вариантом реализации первого аспекта изобретения блок разложения представляет собой сеть аудиокроссоверов.
В одиннадцатом варианте реализации устройства обработки аудиосигнала в соответствии с первым аспектом изобретения, соответственно, или любым предшествующим вариантом его реализации входной аудиосигнал левого канала образован входным аудиосигналом переднего левого канала из многоканального входного аудиосигнала, и входной аудиосигнал правого канала образован входным аудиосигналом переднего правого канала из многоканального входного аудиосигнала, и выходной аудиосигнал левого канала образован выходным аудиосигналом переднего левого канала, и выходной аудиосигнал правого канала образован выходным аудиосигналом переднего правого канала, или входной аудиосигнал левого канала образован входным аудиосигналом заднего левого канала из многоканального входного аудиосигнала, и входной аудиосигнал правого канала образован входным аудиосигналом заднего правого канала из многоканального входного аудиосигнала, и выходной аудиосигнал левого канала образован выходным аудиосигналом заднего левого канала, и выходной аудиосигнал правого канала образован выходным аудиосигналом заднего правого канала.
В двенадцатом варианте реализации устройства обработки аудиосигнала в соответствии с одиннадцатым вариантом реализации первого аспекта изобретения многоканальный входной аудиосигнал содержит входной аудиосигнал центрального канала, и блок объединения выполнен с возможностью объединения входного аудиосигнала центрального канала, выходного аудиосигнала переднего левого канала и выходного аудиосигнала заднего левого канала, и объединения входного аудиосигнала центрального канала, выходного аудиосигнала переднего правого канала и выходного аудиосигнала заднего правого канала.
В соответствии со вторым аспектом изобретение обеспечивает способ обработки аудиосигнала для фильтрации входного аудиосигнала левого канала для получения выходного аудиосигнала левого канала, и для фильтрации входного аудиосигнала правого канала для получения выходного аудиосигнала правого канала, причем выходной аудиосигнал левого канала и выходной аудиосигнал правого канала подлежат передаче слушателю по путям распространения акустического сигнала, при этом передаточные функции путей распространения акустического сигнала определяются матрицей H акустической передаточной функции (ATF), при этом способ обработки аудиосигнала содержит этапы, на которых: определяют матрицу C фильтра на основании матрицы H ATF и матрицы VH целевой ATF, причем матрица VH целевой ATF содержит целевые передаточные функции целевых путей распространения акустического сигнала, при этом целевые пути распространения акустического сигнала определяются целевой конфигурацией множества положений виртуальных громкоговорителей относительно слушателя; фильтруют входной аудиосигнал левого канала на основании матрицы C фильтра для получения первого фильтрованного входного аудиосигнала левого канала и второго фильтрованного входного аудиосигнала левого канала, и фильтруют входной аудиосигнал правого канала на основании матрицы C фильтра для получения первого фильтрованного входного аудиосигнала правого канала и второго фильтрованного входного аудиосигнала правого канала; и объединяют первый фильтрованный входной аудиосигнал левого канала и первый фильтрованный входной аудиосигнал правого канала для получения выходного аудиосигнала левого канала, и объединяют второй фильтрованный входной аудиосигнал левого канала и второй фильтрованный входной аудиосигнал правого канала для получения выходного аудиосигнала правого канала.
Способ в соответствии со вторым аспектом изобретения может быть выполнен устройством в соответствии с первым аспектом изобретения. Другие признаки способа в соответствии со вторым аспектом изобретения являются непосредственным результатом функциональных возможностей устройства в соответствии с первым аспектом изобретения и различных вариантов его реализации.
В соответствии с третьим аспектом изобретение относится к компьютерной программе, содержащей программный код для выполнения способа в соответствии со вторым аспектом изобретения при выполнении на компьютере.
Изобретение может быть реализовано аппаратным обеспечением и/или программным обеспечением.
Краткое описание чертежей
Варианты выполнения изобретения будут описаны с обращением к нижеследующим чертежам, на которых:
На Фиг. 1 показана схема устройства обработки аудиосигнала для фильтрации входного аудиосигнала левого канала и входного аудиосигнала правого канала в соответствии с вариантом выполнения;
На Фиг. 2 показана схема способа обработки аудиосигнала для фильтрации входного аудиосигнала левого канала и входного аудиосигнала правого канала в соответствии с вариантом выполнения;
На Фиг. 3 показана схема устройства обработки аудиосигнала для фильтрации входного аудиосигнала левого канала и входного аудиосигнала правого канала в соответствии с вариантом выполнения;
На Фиг. 4 показана схема выделения частот в заданные полосы частот в соответствии с вариантом выполнения;
На Фиг. 5 показана схема устройства обработки аудиосигнала для фильтрации входного аудиосигнала левого канала и входного аудиосигнала правого канала в соответствии с вариантом выполнения; и
На Фиг. 6 показана схема результатов A/B-тестирования традиционных методик подавления перекрестных помех и вариантов выполнения настоящего изобретения.
Осуществление изобретения
1
2
На Фиг. 1 показана схема устройства 100 обработки аудиосигнала в соответствии с вариантом выполнения. Устройство 100 обработки аудиосигнала выполнено с возможностью фильтрации входного аудиосигнала L левого канала для получения выходного аудиосигнала X левого канала, и фильтрации входного аудиосигнала R правого канала для получения выходного аудиосигнала Xправого канала.
1
2
Выходной аудиосигнал X левого канала и выходной аудиосигнал X правого канала подлежат передаче слушателю по путям распространения акустического сигнала, причем передаточные функции путей распространения акустического сигнала определяются матрицей H акустической передаточной функции (ATF).
Устройство 100 обработки аудиосигнала содержит блок 101 определения, выполненный с возможностью определения матрицы C фильтра на основании матрицы H ATF и матрицы VH целевой ATF, причем матрица VH целевой ATF содержит целевые передаточные функции целевых путей распространения акустического сигнала, при этом целевые пути распространения акустического сигнала определяются целевой конфигурацией положений виртуальных громкоговорителей относительно слушателя.
Понятие «положение виртуального громкоговорителя» (а также «виртуальный громкоговоритель») хорошо известно специалисту в данной области техники. Путем выбора подходящих передаточных функций положение, из которого слушатель, согласно своему восприятию, принимает аудиосигнал, испускаемый громкоговорителем, может отличаться от реального положения громкоговорителя. Это положение является «положением виртуального громкоговорителя» в контексте настоящего документа, и оно связано с такими методиками, как расширение стереоэффекта и виртуальный объемный звук, причем понятие положения виртуального громкоговорителя выходит за пределы, например, физического размещения стереопары громкоговорителей и местоположений между ними.
1
2
Устройство 100 обработки аудиосигнала дополнительно содержит фильтр 103, выполненный с возможностью фильтрации входного аудиосигнала L левого канала на основании матрицы C фильтра для получения первого фильтрованного входного аудиосигнала 107 левого канала и второго фильтрованного входного аудиосигнала 109 левого канала, и фильтрации входного аудиосигнала R правого канала на основании матрицы C фильтра для получения первого фильтрованного входного аудиосигнала 111 правого канала и второго фильтрованного входного аудиосигнала 113 правого канала, и блок 105 объединения, выполненный с возможностью объединения первого фильтрованного входного аудиосигнала 107 левого канала и первого фильтрованного входного аудиосигнала 111 правого канала для получения выходного аудиосигнала X левого канала, и объединения второго фильтрованного входного аудиосигнала 109 левого канала и второго фильтрованного входного аудиосигнала 113 правого канала для получения выходного аудиосигнала X правого канала.
С математической точки зрения, устройство 100 обработки аудиосигнала выполнено с возможностью не определения своей матрицы C фильтра таким образом, чтобы произведение матрицы H ATF и матрицы C фильтра было по существу равно матрице I идентичности (что имеет место в традиционных блоках подавления перекрестных помех), а определения своей матрицы C фильтра таким образом, чтобы произведение матрицы H ATF и матрицы C фильтра было равно матрице VH целевой ATF, определяемой целевой конфигурацией положений виртуальных громкоговорителей относительно слушателя. Более конкретно, элементы матрицы VH целевой ATF определяются передаточными функциями, которые описывают соответствующие пути распространения акустического сигнала из желаемых положений виртуальных громкоговорителей к ушам слушателя. Эти передаточные функции могут быть передаточными функциями головы (HRTF), полученными из базы данных, или передаточными функциями, основанными на какой-либо модели.
В варианте выполнения блок 101 определения выполнен с возможностью определения матрицы C фильтра на основании матрицы H ATF и матрицы VH целевой ATF с использованием аппроксимации по методу наименьших квадратов в соответствии со следующим уравнением:
H
где H означает Эрмитово транспонирование матрицы H ATF, I означает матрицу идентичности, β означает коэффициент регуляризации, M означает задержку моделирования, и ω означает угловую частоту.
Коэффициент регуляризации β обычно используется для обеспечения стабильности и ограничения коэффициента усиления фильтра. Чем больше коэффициент регуляризации β, тем меньше коэффициент усиления фильтра, но это достигается за счет точности воспроизведения и качества звука. Коэффициент регуляризации β можно рассматривать как управляемый аддитивный шум, который вводится для обеспечения стабильности. Поскольку плохая обусловленность системы уравнений может быть различной в зависимости от частоты, этот коэффициент может быть рассчитан таким образом, чтобы быть зависимым от частоты.
Неожиданным образом, подход, предлагаемый настоящим изобретением, имеет полезный побочный эффект, состоящий в том, что, по сравнению с традиционными блоками подавления перекрестных помех, может быть выбран относительно малый коэффициент регуляризации β. Это вызвано тем, что второй член уравнения (действует в качестве средства управления коэффициентом усиления, который оптимизирован для точного воспроизведения желаемых бинауральных сдвигов. То есть стабильность и надежность фильтра сохраняется без ущерба для точности бинаурального воспроизведения.
Таким образом, в другом варианте выполнения коэффициент регуляризации β может быть установлен равным нулю, таким образом, что в данном варианте выполнения блок 101 определения выполнен с возможностью определения матрицы C фильтра на основании матрицы H ATF и матрицы VH целевой ATF в соответствии со следующим уравнением:
Качество выходного звука в соответствии с настоящим изобретением может быть дополнительно повышено путем использования только фазовой информации, содержащейся VH целевой ATF, т.е.:
,
phase
где (A) означает операцию с матрицей, которая возвращает матрицу, содержащую только фазовые компоненты элементов матрицы A.
Таким образом, в другом варианте выполнения блок 101 определения выполнен с возможностью определения матрицы C фильтра на основании матрицы H ATF и матрицы VH целевой ATF в соответствии со следующим уравнением:
Этот подход по существу соответствует аппроксимации передаточных функций головы (HRTF) или передаточных функций к пропускающей все частоты системе, т.е. постоянную величину и переменную фазу. Таким образом сохраняются величины интерауральной разницы во времени (ITD), и при этом исключаются неправильные величины интерауральной разницы по уровню (ILDs), что приводит к значительному уменьшению окрашивания без существенного влияния на эффект объемного звука.
Ввиду вышеописанного полезного эффекта подхода согласно настоящему изобретению к коэффициенту регуляризации β, для этого варианта выполнения коэффициент регуляризации β также может быть установлен равным нулю. Таким образом, в другом варианте выполнения блок 101 определения выполнен с возможностью определения матрицы C фильтра на основании матрицы H ATF и матрицы VH целевой ATF в соответствии со следующим уравнением:
1
2
На Фиг. 2 показана схема способа 200 обработки аудиосигнала в соответствии с вариантом выполнения. Способ 200 обработки аудиосигнала выполнен с возможностью фильтрации входного аудиосигнала L левого канала для получения выходного аудиосигнала X левого канала, и фильтрации входного аудиосигнала R правого канала для получения выходного аудиосигнала X правого канала.
1
2
Выходной аудиосигнал X левого канала и выходной аудиосигнал X правого канала подлежат передаче слушателю по путям распространения акустического сигнала, причем передаточные функции путей распространения акустического сигнала определяются матрицей H акустической передаточной функции (ATF).
1
2
Способ 200 обработки аудиосигнала содержит этап 201 определения матрицы C фильтра на основании матрицы H ATF и матрицы VH целевой ATF, причем матрица VH целевой ATF содержит целевые передаточные функции целевых путей распространения акустического сигнала, причем целевые пути распространения акустического сигнала определяются целевой конфигурацией множества положений виртуальных громкоговорителей относительно слушателя, этап 203 фильтрации входного аудиосигнала L левого канала на основании матрицы C фильтра для получения первого фильтрованного входного аудиосигнала 107 левого канала и второго фильтрованного входного аудиосигнала 109 левого канала, и фильтрации входного сигнала R правого канала на основании матрицы C фильтра для получения первого фильтрованного входного аудиосигнала 111 правого канала и второго фильтрованного входного аудиосигнала 113 правого канала, и этап 205 объединения первого фильтрованного входного аудиосигнала 107 левого канала и первого фильтрованного входного аудиосигнала 111 правого канала для получения выходного аудиосигнала X левого канала, и объединения второго фильтрованного входного аудиосигнала 109 левого канала и второго фильтрованного входного аудиосигнала 113 правого канала для получения выходного аудиосигнала X правого канала.
Специалисту в данной области техники будет понятно, что вышеупомянутые этапы могут быть выполнены последовательно, параллельно, или в сочетании этих вариантов. Например, этапы 201 и 203 могут быть выполнены параллельно друг другу и последовательно по отношению к этапу 205.
Ниже описаны другие варианты реализации и варианты выполнения устройства 100 обработки аудиосигнала и способа 200 обработки аудиосигнала.
1
2
На Фиг. 3 показана схема устройства 100 обработки аудиосигнала в соответствии с вариантом выполнения. Устройство 100 обработки аудиосигнала выполнено с возможностью фильтрации входного аудиосигнала L левого канала для получения выходного аудиосигнала X левого канала, и фильтрации входного аудиосигнала R правого канала для получения выходного аудиосигнала X правого канала.
1
2
Выходной аудиосигнал X левого канала и выходной аудиосигнал X правого канала подлежат передаче слушателю по путям распространения акустического сигнала, причем передаточные функции путей распространения акустического сигнала определяются матрицей H акустической передаточной функции (ATF).
Устройство 100 обработки аудиосигнала содержит блок 101 определения, который в варианте выполнения по Фиг. 3 реализован в виде части фильтра 103 в форме блока коррекции перекрестных помех. Блок 101 определения выполнен с возможностью определения матрицы C фильтра на основании матрицы H ATF и матрицы VH целевой ATF, причем матрица VH целевой ATF содержит целевые передаточные функции целевых путей распространения акустического сигнала, при этом целевые пути распространения акустического сигнала определяются целевой конфигурацией положений виртуальных громкоговорителей относительно слушателя.
Устройство 100 обработки аудиосигнала дополнительно содержит блок 315 разложения, выполненный с возможностью разложения входного аудиосигнала (L) левого канала на первичный входной субаудиосигнал левого канала и вторичный входной субаудиосигнал левого канала, и разложения входного аудиосигнала R правого канала на первичный входной субаудиосигнал правого канала и вторичный входной субаудиосигнал правого канала. Первичный входной субаудиосигнал левого канала и первичный входной субаудиосигнал правого канала выделяются в первичную заданную полосу частот, и вторичный входной субаудиосигнал левого канала и вторичный входной субаудиосигнал правого канала выделяются во вторичную заданную полосу частот.
Частотное разложение может быть обеспечено блоком 315 разложения с использованием, например, банка фильтров низкой сложности и/или сети аудиокроссоверов. Сеть аудиокроссоверов может быть сетью аналоговых аудиокроссоверов или сетью цифровых аудиокроссоверов. В качестве лишь одного примера, блок 315 разложения, блок 101 определения, блок 317 задержки и блок 105 объединения могут быть дискретными элементами цифрового фильтра.
Устройство 100 обработки аудиосигнала, показанное на Фиг. 3, дополнительно содержит блок 317 задержки, выполненный с возможностью задержки вторичного входного субаудиосигнала левого канала на временную задержку для получения вторичного выходного субаудиосигнала левого канала, и задержки вторичного входного субаудиосигнала правого канала на другую временную задержку для получения вторичного выходного субаудиосигнала правого канала. Блок 317 задержки может представлять собой цифровую линию задержки.
Фильтр 103 в форме блока коррекции перекрестных помех выполнен с возможностью фильтрации первичного входного субаудиосигнала левого канала на основании матрицы C фильтра для получения первого фильтрованного первичного входного субаудиосигнала левого канала и второго фильтрованного первичного входного субаудиосигнала левого канала, и фильтрации первичного входного субаудиосигнала правого канала на основании матрицы C фильтра для получения первого фильтрованного первичного входного субаудиосигнала правого канала и второго фильтрованного первичного входного субаудиосигнала правого канала.
1
2
Устройство 100 обработки аудиосигнала, показанное на Фиг. 3, дополнительно содержит блок 105 объединения, выполненный с возможностью объединения первого фильтрованного первичного входного субаудиосигнала левого канала, первого фильтрованного первичного входного субаудиосигнала правого канала и вторичного входного субаудиосигнала левого канала для получения выходного сигнала X левого канала, подлежащего передаче в левый громкоговоритель 319, и объединения второго фильтрованного первичного входного субаудиосигнала левого канала, второго фильтрованного первичного входного субаудиосигнала правого канала и вторичного входного субаудиосигнала правого канала для получения выходного аудиосигнала X правого канала, подлежащего передаче в правый громкоговоритель 321.
В варианте выполнения блок 315 разложения разделяет входные аудиосигналы на поддиапазоны с учетом акустических свойств громкоговорителей 319 и 321, таких как подавление низких частот и ограничение высоких частот. Частоты ниже частоты подавления и выше предела высоких частот обходят для исключения искажений. Первичная заданная полоса частот может быть полосой средних частот, показанной на Фиг. 4, а вторичная заданная полоса частот может быть полосой(ами) низких и высоких частот, показанными на Фиг. 4. В варианте выполнения блок 315 разложения представляет собой сеть аудиокроссоверов.
1
2
На Фиг.5 показана схема устройства 100 обработки аудиосигнала в соответствии с вариантом выполнения. Устройство 100 обработки аудиосигнала выполнено с возможностью фильтрации входного аудиосигнала левого канала для получения выходного аудиосигнала X левого канала, и предварительного искажения входного аудиосигнала правого канала для получения выходного аудиосигнала X правого канала. Схема относится к аудиосистеме виртуального объемного звука для фильтрации многоканального аудиосигнала.
1
2
Устройство 100 обработки аудиосигнала содержит два блока 315 разложения, два фильтра 103 в форме двух блоков коррекции перекрестных помех, два блока 101 определения, реализованные в виде части соответствующего блока коррекции перекрестных помех, два блока 317 задержки и блок 105 объединения, имеющий ту же функциональность, что описана в отношении Фиг. 3. Выходной аудиосигнал X левого канала передается через левый громкоговоритель 319. Выходной аудиосигнал X правого канала передается через правый громкоговоритель 321.
В верхней части схемы входной аудиосигнал L левого канала формируется входным аудиосигналом переднего левого канала из многоканального входного аудиосигнала, а входной аудиосигнал R правого канала формируется входным аудиосигналом переднего правого канала из многоканального входного аудиосигнала. В нижней части схемы входной аудиосигнал L левого канала формируется входным аудиосигналом заднего левого канала из многоканального входного аудиосигнала, и входной аудиосигнал R правого канала формируется входным аудиосигналом заднего правого канала из многоканального входного аудиосигнала.
Многоканальный входной аудиосигнал дополнительно содержит входной аудиосигнал центрального канала, причем блок 105 объединения выполнен с возможностью объединения входного аудиосигнала центрального канала, выходного аудиосигнала переднего левого канала и выходного аудиосигнала заднего левого канала, и объединения входного аудиосигнала центрального канала, выходного аудиосигнала переднего правого канала и выходного аудиосигнала заднего правого канала.
На Фиг. 6 показана схема результатов A/B-тестирования традиционных методик подавления перекрестных помех и вариантов выполнения настоящего изобретения. Оцениваемыми параметрами были объемность (например, воспринимаемое пространственное впечатление) и качество звука (например, предпочтительность),. Данные анализировались с использованием модели Брэдли-Терри-Льюса (BTL), которая обеспечивает шкалу относительного предпочтения, значения которой отображены на оси Y. Сигналы представляли через телевизионные (TV) громкоговорители. В тестировании участвовали в общей сложности 13 субъектов.
Результаты тестирования с прослушиванием содержат сравнение вариантов выполнения настоящего изобретения (XTC1) с традиционным подавлением перекрестных помех (XTC) и с исходным стереозвуком. Ясно видно, что настоящее изобретение является в значительной мере предпочтительным по сравнению с решениями из уровня техники в отношении широты и качества звука.
Варианты выполнения настоящего изобретения обеспечивают, среди прочих, следующие преимущества. Меньшая регуляризация необходима для управления коэффициентом усиления фильтров. Поскольку задача более не оптимизируется для аппроксимации точной инверсии, а направлена на получение набора передаточных функций, получаемые фильтры являются более стабильными и надежными. Надежные фильтры приводят к более широкой зоне наилучшего восприятия. В точке воспроизведения вносится меньшее окрашивание, и может быть обеспечен реалистичный трехмерный звуковой эффект без ущерба для качества звука, что имеет место в традиционных решениях. Настоящее изобретение обеспечивает существенное снижение сложности фильтров, учитывая, что более нет необходимости в блоке бинаурализации. Изобретение может применяться с любой конфигурацией громкоговорителей (с различными углами охвата, геометрическими формами и размерами громкоговорителей) и может быть с легкостью расширено на более чем два канала.
Варианты выполнения изобретения применяются в аудиотерминалах, имеющих по меньшей мере два громкоговорителя, таких как телевизоры (TV), системы высокой точности воспроизведения (HiFi), системы кинотеатров, мобильные устройства, такие как смартфоны или планшетные компьютеры, и системы телеконференций. Варианты выполнения изобретения реализуются в архитектурах полупроводниковых схем.
Варианты выполнения изобретения могут быть реализованы в компьютерной программе, выполняемой компьютерной системой, включающей в себя по меньшей мере участки кода для выполнения этапов способа в соответствии с изобретением при выполнении на программируемом устройстве, таком как компьютерная система, или позволяющей программируемому устройству выполнять функции устройства или системы в соответствии с изобретением.
Компьютерная программа представляет собой список инструкций, такой как конкретное программное приложение и/или операционная система. Компьютерная программа может, например, включать в себя одно или более из: подпрограммы, функции, процедуры, объектного метода, объектной реализации, исполняемого приложения, мини-приложения, серверной программы, исходного кода, объектного кода, совместно используемой библиотеки/библиотеки динамической загрузки, и/или другой последовательности инструкций, разработанной для выполнения в компьютерной системе.
Компьютерная программа может быть внутренне сохранена на машиночитаемом носителе данных или передана в компьютерную систему по машиночитаемой среде передачи. Вся компьютерная программа или некоторая ее часть может быть предусмотрена на непостоянном или постоянном машиночитаемом носителе, постоянно, съемно или удаленно соединенном с системой обработки информации. Машиночитаемые носители могут включать в себя, в качестве примера и не ограничиваясь, любое количество из следующего: магнитные носители данных, включающие в себя носители данных на диске и ленте; оптические носители данных, такие как носители на компакт-дисках (например, CD-ROM, CD-R и т.п.) и носители данных на цифровых видеодисках; носители данных в энергонезависимой памяти, включающие в себя блоки памяти на полупроводниковой основе, такие как флэш-память, EEPROM, EPROM, ROM; цифровые запоминающие устройства на ферромагнитной основе; MRAM; энергозависимые носители, включая регистры, буферы или кэши, основную память, RAM и т.п.; и среды передачи данных, включающие в себя компьютерные сети, телекоммуникационное оборудование для соединения между двумя объектами, и среды передачи на несущей частоте, в качестве лишь некоторых примеров.
Компьютерный процесс обычно включает в себя исполняемую (выполняемую) программу или часть программы, текущие значения программы и информацию о состояниях, и ресурсы, используемые операционной системой для управления исполнением процесса. Операционная система (OS) представляет собой программное обеспечение, которое управляет совместным использованием ресурсов компьютера и обеспечивает программистам интерфейс, используемый для осуществления доступа к этим ресурсам. Операционная система обрабатывает системные данные и пользовательский ввод и реагирует путем выделения задач и внутренних ресурсов системы и управления ими в качестве службы для пользователей и программ в системе.
Компьютерная система может включать в себя, например, по меньшей мере один процессор, связанную с ним память и некоторое количество устройств ввода-вывода (I/O). При выполнении компьютерной программы компьютерная система обрабатывает информацию в соответствии с компьютерной программой и представляет итоговую выходную информацию через устройства I/O.
Соединения, описанные в настоящем документе, могут представлять собой любой вид соединения, подходящий для передачи сигналов в соответствующие узлы, блоки или устройства или от них, например через промежуточные устройства. Соответственно, если иное не подразумевается или не указано, соединения могут быть, например, непосредственными соединениями или опосредованными соединениями. Соединения могут быть проиллюстрированы или описаны в отношении того, что они представляют собой одно соединение, множество соединений, однонаправленные соединения или двунаправленные соединения. Однако реализация соединения в различных вариантах выполнения может быть различной. Например, могут быть использованы отдельные однонаправленные соединения, а не двунаправленные соединения, и наоборот. Также множество соединений может быть заменено одним соединением, которое служит для передачи множества сигналов последовательным способом или с мультиплексированием по времени. Аналогичным образом, одно соединение, по которому передается множество сигналов, может быть разделено на различные разные соединения, по которым передаются поднаборы этих сигналов. Таким образом, для передачи сигналов существует множество вариантов.
Специалистам в данной области техники будет понятно, что границы между логическими блоками являются лишь иллюстративными, и что в альтернативных вариантах выполнения логические блоки или элементы схемы могут быть объединены, или может быть организовано переменное распределение функциональности среди различных логических блоков или элементов схемы. Таким образом, следует понимать, что архитектуры, показанные в настоящем документе, являются лишь примерными, и что фактически могут быть реализованы многочисленные другие архитектуры, которые обеспечивают ту же функциональность.
Таким образом, любая конфигурация компонентов для достижения той же функциональности тем самым является «ассоциированной» таким образом, чтобы обеспечивалась желаемая функциональность. Соответственно, любые два компонента, объединенные в настоящем документе для обеспечения конкретной функциональности, могут рассматриваться как «ассоциированные» друг с другом таким образом, чтобы обеспечивалась желаемая функциональность, безотносительно к архитектурам или промежуточным компонентам. Аналогичным образом, любые два компонента, ассоциированные таким образом, могут рассматриваться как «соединенные при функционировании» или «связанные при функционировании» друг с другом для обеспечения желаемой функциональности.
Кроме того, специалистам в данной области техники будет понятно, что границы между вышеописанными операциями являются лишь иллюстративными. Множество операций может быть объединено в одну операцию, одна операция может быть распределена в дополнительные операции, и операции могут выполняться с по меньшей мере частичным совпадением по времени. Кроме того, альтернативные варианты выполнения могут включать в себя множество экземпляров конкретной операции, и порядок операций может изменяться в различных прочих вариантах выполнения.
Также, например, примеры или их части могут быть реализованы в виде программных или кодовых представлений физической схемы или логических представлений, преобразуемых в физическую схему, например на языке описания аппаратного обеспечения любого подходящего вида.
Изобретение также не ограничено физическими устройствами или блоками, реализованными непрограммируемым аппаратным обеспечением, но может также применяться в программируемых устройствах или блоках, способных выполнять желаемые функции устройства путем работы в соответствии с подходящим программным кодом, таких как центральные компьютеры, миникомпьютеры, серверы, рабочие станции, персональные компьютеры, планшеты, карманные персональные компьютеры, электронные игровые устройства, автомобильные и другие встроенные системы, сотовые телефоны и различные другие беспроводные устройства, обозначенные в настоящей заявке в общем как «компьютерные системы».
Однако также возможны другие модификации, варианты и альтернативы. Соответственно, описание и чертежи следует рассматривать в смысле иллюстрации, но не ограничения.