專利名稱：分頻帶測量耳間相關(guān)度感知特性的方法及其裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種耳間相關(guān)度感知特性的測量方法及其裝置，更具體地，涉 及空間音頻編碼方法中提取的耳間相關(guān)度參數(shù)的感知特性測量方法及其裝置。
背景技術(shù)：
.-
在空間音頻編碼技術(shù)里，空間參數(shù)表達(dá)了多聲道(含立體聲)音頻中蘊(yùn)涵 的空間信息。耳間相關(guān)度(Interaural Correlation,以下簡稱IC)是眾多空 間參數(shù)中較為重要的一個(gè)，控制著聲場寬度，在實(shí)際編碼應(yīng)用中被定義為聲道 間的相關(guān)系數(shù)，其數(shù)值在0和1之間。如附圖1的IC聽覺感知示意圖所示當(dāng) IC接近于0值時(shí)，聲道間信號相關(guān)性較小，雙耳感知到的是面聲源，給人一種 開闊的聽覺感受；當(dāng)IC接近于1值時(shí)，聲道間信號相關(guān)性較大，雙耳感知到的 是點(diǎn)聲源，給人一種集中的聽覺感受。
當(dāng)前空間心理聲學(xué)的研究已經(jīng)表明，IC在不同操作單元具有感知差異，也 就是說，在不同頻率下，對相同IC數(shù)值，雙耳感知的聲場寬度是不同的；此外 在同一頻率條件下，只有當(dāng)IC值足夠小的時(shí)候，雙耳才能感受到聲場具有一定 的寬度，否則雙耳認(rèn)為此時(shí)聽到的仍然是點(diǎn)聲源。
然而在現(xiàn)有的空間音頻編碼中，對IC的處理方法包括兩類 一類是在整個(gè) 信號頻率范圍內(nèi)對各操作單元(如各個(gè)劃分的子帶)的IC都進(jìn)行編碼；另一類
是為降低編碼的參數(shù)碼率，忽略ic對編碼音質(zhì)的影響而不對IC進(jìn)行編碼。這
兩類的處理方法，要么忽略了 IC在不同操作單元具有的感知差異，浪費(fèi)了參數(shù) 編碼碼率，要么以編碼音質(zhì)的下降為代價(jià)而不處理雙耳對聲像寬度的感知信息， 從而使得編碼信號中存在大量無法去除的主觀冗余信息，降低編碼壓縮效率。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明旨在提出一種分頻帶測量ic感知特性的方法及其裝置，為有效去除 多聲道信號中存在的ic主觀冗余，提高編碼壓縮效率提供有效的解決方法。
本發(fā)明的解決方案包括以下步驟 分頻帶測量耳間相關(guān)度感知特性的方法及其裝置。其特征在于，包含以下步
步驟1，由頻帶劃分單元設(shè)計(jì)待測信號，對其做分頻帶處理，各頻帶獨(dú)立測
試；
步驟2，由響度設(shè)定單元，將所有頻帶信號設(shè)置成相同響度； 步驟3，由參數(shù)設(shè)置單元采用左右聲道互混的方法，改變信號的耳間相關(guān)度 大??；
步驟4，由IC測試單元制作參考音，并逐步增大IC值并同時(shí)制作測試音， 將參考音與測試音進(jìn)行主觀測試比較，獲取臨界ic值。
本發(fā)明提出一種分頻帶測量IC感知特性的方法。將20Hz 15500Hz的頻率 帶寬被劃分為24個(gè)頻帶。在等響度的條件下，每一個(gè)頻帶上設(shè)置多個(gè)不同的IC， 分別進(jìn)行主觀測試，根據(jù)能夠被感知的IC大小，判斷各個(gè)頻帶內(nèi)IC的恰可感 知(Just noticeable difference,以下簡稱JND)點(diǎn)，連接即可得到IC的JND 曲線。
在上述的分頻帶測量耳間相關(guān)度感知特性的方法，所述的步驟l中，待測信 號采用兩個(gè)不相關(guān)的白噪聲，或者采用一個(gè)白噪聲和一個(gè)單頻音信號的組合。
在上述的分頻帶測量耳間相關(guān)度感知特性的方法，所述的步驟l中，所述的 待測信號采用窄帶噪聲，其頻率位于各子帶的中心頻率位置；或者采用覆蓋全子帶頻率的白噪聲。
在上述的分頻帶測量耳間相關(guān)度感知特性的方法，所述的步驟l中，若待測 信號采用一個(gè)白噪聲和一個(gè)單頻音信號的組合，則去掉白噪聲中的單頻音頻率 成分。
在上述的分頻帶測量耳間相關(guān)度感知特性的方法，所述的頻率劃分方法為巴
克劃分方法劃，將頻率分成24個(gè)頻帶。
在上述的分頻帶測量耳間相關(guān)度感知特性的方法，所述的步驟3中，左右聲 道互混的方法為左聲道加入右聲道成分，右聲道加入左聲道成分。
在上述的分頻帶測量耳間相關(guān)度感知特性的方法，所述的步驟4中，逐步增 大IC值的過程中，ITD和ILD為固定值，測試音IC的變化范圍是0到1之間。
在上述的分頻帶測量耳間相關(guān)度感知特性的方法，所述的參考音的制作參數(shù) 取值為，IOl， ITD=0， ILD二0。
在上述的分頻帶測量耳間相關(guān)度感知特性的方法，所述的步驟4完成后，由 統(tǒng)計(jì)分析單元對所有頻率和響度的IC臨界值做統(tǒng)計(jì)分析，獲取JND曲線族。
在上述的分頻帶測量耳間相關(guān)度感知特性的方法，它包括頻帶劃分單元以及 分別與頻率劃分單元相連的響度設(shè)定單元和參數(shù)設(shè)置單元，所述的參數(shù)設(shè)置單 元還與IC測試單元相連，IC測試單元還與統(tǒng)計(jì)分析單元相連。


圖1為本發(fā)明中IC的聽覺感知模型
圖2為本發(fā)明中主觀測試流程圖
圖3為本發(fā)明中修改測試序列IC大小原理4為本發(fā)明中JND預(yù)期結(jié)果圖 圖5為本發(fā)明應(yīng)用的結(jié)構(gòu)原理圖
具體實(shí)施例方式
分頻帶測量耳間相關(guān)度感知特性的方法及其裝置。其特征在于，包含以下步
驟，
步驟1，由頻帶劃分單元設(shè)計(jì)待測信號，對其做分頻帶處理，頻率劃分方法 為巴克劃分方法劃，將頻率分成24個(gè)頻帶。各頻帶獨(dú)立測試；待測信號采用兩 個(gè)不相關(guān)的白噪聲，或者采用一個(gè)白噪聲和一個(gè)單頻音信號的組合。待測信號 采用窄帶噪聲，其頻率位于各子帶的中心頻率位置；或者采用覆蓋全子帶頻率 的白噪聲。若待測信號采用一個(gè)白噪聲和一個(gè)單頻音信號的組合，則去掉白噪 聲中的單頻音頻率成分。
選擇兩段音頻序列(如白噪聲或單頻音)分別作為左右聲道信號，保證它們 在數(shù)學(xué)意義上互不相關(guān)，即相關(guān)度為零。由頻帶劃分單元，對它進(jìn)行分頻帶濾 波。分頻帶法則參照巴克頻帶劃分方法，共24個(gè)頻帶。濾波后即得到24個(gè)左 右聲道互不相關(guān)的子帶噪聲，作為基本的測試序列。
步驟2，由響度設(shè)定單元，將所有頻帶信號設(shè)置成相同響度；響度設(shè)定單元 修正基本測試序列的響度。設(shè)定一個(gè)合理的等響度值，根據(jù)等響度曲線，計(jì)算 各頻帶在該響度的能量大小，將基本測試序列調(diào)整到對應(yīng)能量值上。
步驟3，由參數(shù)設(shè)置單元采用左右聲道互混的方法，改變信號的耳間相關(guān)度 大?。蛔笥衣暤阑セ斓姆椒樽舐暤兰尤胗衣暤莱煞?，右聲道加入左聲道成分。 設(shè)置測試序列的IC大小時(shí)，由上一步得到的測試序列，其IC都必定為0。用左右聲道相互混入的方法，可以調(diào)整成特定的IC大小。示意圖如附圖3所示，
公式如下
丄=& cos or + >s2 sin a A = & sm cir + a cos or
其中sl， s2表示2)中各頻帶的左右聲道信號；L， R表示調(diào)整IC后，生
成序列的左右聲道信號。a是控制IC大小的一個(gè)數(shù)學(xué)參數(shù)，與IC 一一對應(yīng)，
其關(guān)系為
IC 二 sin (2a ) (2)
取一系列IC大小，計(jì)算相應(yīng)a值。用編程工具生成對應(yīng)的序列。即生成標(biāo) 準(zhǔn)音序列。 一般情況下，標(biāo)準(zhǔn)音序列取IC為1。計(jì)算得到a為45。。用編程工 具生成標(biāo)準(zhǔn)音序列，共24個(gè)。
步驟4，由IC測試單元制作參考音，并逐步增大IC值并同時(shí)制作測試音， 將參考音與測試音進(jìn)行主觀測試比較，獲取臨界IC值。在本實(shí)施例中，參考音 的制作參數(shù)取值為，IC=1， ITD=0， ILD=0，在逐步增大IC值的過程中，ITD和 ILD為固定值，測試音IC的變化范圍是0到1之間。主觀測試分24個(gè)頻帶分別 進(jìn)行，每個(gè)頻帶含有若干個(gè)測試序列和1個(gè)標(biāo)準(zhǔn)音序列，對其測聽。測試人員 需要在測聽每個(gè)測試序列時(shí)，都與該頻帶的標(biāo)準(zhǔn)音序列比較，并標(biāo)記各個(gè)測試 序列的聲場效果是否與標(biāo)準(zhǔn)音序列的聲場效果相同。
在上述的分頻帶測量耳間相關(guān)度感知特性的方法，所述的步驟4完成后，由 統(tǒng)計(jì)分析單元對所有頻率和響度的IC臨界值做統(tǒng)計(jì)分析，獲取JND曲線族。統(tǒng) 計(jì)分析單元分析測試結(jié)果時(shí)，先分析個(gè)人的數(shù)據(jù)，在24個(gè)頻帶中，區(qū)分測試中 兩種不同的標(biāo)記，找到它們的邊界處。定義邊界處感知效果與標(biāo)準(zhǔn)音序列效果 不同的IC大小為JND值。則每個(gè)人均有24個(gè)分頻帶的JND值。再分析總體數(shù)據(jù)，對所有測試人員的結(jié)果做算術(shù)平均，得到24個(gè)平均后的JND值。用折線連 接后，即成為JND曲線。
頻帶分組根據(jù)JND曲線的特性，將相同特性，且相鄰的頻帶分為一組。在編 解碼時(shí)，它們可以采用相同的空間參數(shù)取舍策略。
一種用于分頻帶測量耳間相關(guān)度感知特性的方法的裝置，它包括頻帶劃分單 元以及分別與頻率劃分單元相連的響度設(shè)定單元和參數(shù)設(shè)置單元，所述的參數(shù) 設(shè)置單元還與IC測試單元相連，IC測試單元還與統(tǒng)計(jì)分析單元相連。
本裝置規(guī)定了一種測量IC參數(shù)感知特性的操作步驟。測量結(jié)果將直接用于立 體聲編碼，決定著編碼器中各頻率段提取IC參數(shù)的門限值。門限值一旦確定， 則在立體聲編碼時(shí)，只對超過門限值大小的IC做處理量化并寫入碼流。對于 低于門限值大小的IC不做任何處理，視作默認(rèn)值(一般為l)，不必量化和寫入 碼流。該裝置在立體聲編碼的作用如附圖5所示。
下面以立體聲為例，利用本發(fā)明所設(shè)計(jì)的測試方法與裝置，測量一組耳間 相關(guān)度的感知特性。其中，響度值取人耳感覺較為舒適的20方，待測IC大小 范圍取0.5至0.9，步長為O. 1，標(biāo)準(zhǔn)音取IC為1，而其它空間立體聲參數(shù)ILD 取0， ITD取O。聽音測試人員選取20名有經(jīng)驗(yàn)的測試者。具體實(shí)施步驟如下
1) 生成測試序列。選擇兩段不同的白噪聲序列，取3秒鐘時(shí)長，作為待測 立體聲的左右聲道。用Audition將它劃分成為24個(gè)巴克頻帶，得到24個(gè)基本 的測試序列。
2) 修正基本測試序列的響度。設(shè)定響度為20方，根據(jù)等響度曲線，計(jì)算 各頻帶應(yīng)該設(shè)定的能量大小。分別調(diào)整各頻帶上序列的能量大小。
3) 設(shè)置測試序列的IC大小。設(shè)定IC大小為0.5、 0.6、 0.7、 0.8、 0.9， 計(jì)算得到a分別為15。 、 18.43。 、 22.21。 、 26.57° 、 32.08° 。用MATLAB工具編寫程序，生成滿足以上IC大小的5個(gè)序列。24個(gè)頻帶共120個(gè)序列。
4) 生成標(biāo)準(zhǔn)音序列。標(biāo)準(zhǔn)音序列取IC等于1，即a等于45。。用MATLAB 工具生成標(biāo)準(zhǔn)音序列，共24個(gè)。
5) 進(jìn)行主觀測試。選擇20名有主觀測試經(jīng)驗(yàn)的測試員，分頻帶測聽序列。 要求測聽每個(gè)測試序列的時(shí)候，均與標(biāo)準(zhǔn)音序列比較，標(biāo)記各個(gè)測試序列的聲 場效果是否與標(biāo)準(zhǔn)音序列的聲場效果相同。標(biāo)記符號設(shè)定為相同為"0"，不 相同為"1"。
6) 分析測試結(jié)果。首先分析個(gè)人數(shù)據(jù)，找到每個(gè)頻帶中，"0"和"1"的 邊界位置，記錄邊界位置中"1"所對應(yīng)的IC大小，即為該頻帶上的JND值。 同頻帶上，所有測試人員JND值的平均，即為總體的JND值。24個(gè)JND值連成 折線，即為JND曲線。
7) 頻帶分組。根據(jù)JND曲線的趨勢，將相同特性，且相鄰的頻帶分為一組， 在編解碼時(shí)，它們可以采用相同的空間參數(shù)取舍策略。
權(quán)利要求
1. 一種分頻帶測量耳間相關(guān)度感知特性的方法及其裝置。其特征在于，包含以下步驟，步驟1，由頻帶劃分單元設(shè)計(jì)待測信號，對其做分頻帶處理，各頻帶獨(dú)立測試；步驟2，由響度設(shè)定單元，將所有頻帶信號設(shè)置成相同響度；步驟3，由參數(shù)設(shè)置單元采用左右聲道互混的方法，改變信號的耳間相關(guān)度大??；步驟4，由IC測試單元制作參考音，并逐步增大IC值并同時(shí)制作測試音，將參考音與測試音進(jìn)行主觀測試比較，獲取臨界IC值。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的分頻帶測量耳間相關(guān)度感知特性的方法，其特征在 于所述的步驟1中，待測信號采用兩個(gè)不相關(guān)的白噪聲，或者采用一個(gè)白噪 聲和一個(gè)單頻音信號的組合。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的分頻帶測量耳間相關(guān)度感知特性的方法，其特征在 于所述的步驟1中，所述的待測信號采用窄帶噪聲，其頻率位于各子帶的中 心頻率位置；或者采用覆蓋全子帶頻率的白噪聲。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的分頻帶測量耳間相關(guān)度感知特性的方法， 其特征在于所述的步驟1中，若待測信號采用一個(gè)白噪聲和一個(gè)單頻音信號 的組合，則去掉白噪聲中的單頻音頻率成分。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的分頻帶測量耳間相關(guān)度感知特性的方法，其特征在 于所述的頻率劃分方法為巴克劃分方法劃，將頻率分成24個(gè)頻帶。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的分頻帶測量耳間相關(guān)度感知特性的方法，其特征在于所述的步驟3中，左右聲道互混的方法為左聲道加入右聲道成分，右聲道加入左聲道成分。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的分頻帶測量耳間相關(guān)度感知特性的方法，其特征在于所述的步驟4中，逐步增大IC值的過程中，ITD和ILD為固定值，測試音 IC的變化范圍是0到1之間。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的分頻帶測量耳間相關(guān)度感知特性的方法，其特征在 于所述的參考音的制作參數(shù)取值為，IC=1， ITD=0， ILD二0。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的分頻帶測量耳間相關(guān)度感知特性的方法，其特征在 于所述的步驟4完成后，由統(tǒng)計(jì)分析單元對所有頻率和響度的IC臨界值做統(tǒng) 計(jì)分析，獲取JND曲線族。
10. —種用于權(quán)利要求1所述的方法的裝置，其特征在于它包括頻帶劃分 單元以及分別與頻率劃分單元相連的響度設(shè)定單元和參數(shù)設(shè)置單元，所述的參 數(shù)設(shè)置單元還與IC測試單元相連，IC測試單元還與統(tǒng)計(jì)分析單元相連。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種分頻帶測量耳間相關(guān)度感知特性的方法及其裝置。在空間音頻編碼中，耳間相關(guān)度是一個(gè)控制聲場寬度的重要參數(shù)。本發(fā)明采用等響度、分頻帶分析的方法，測試人耳對耳間相關(guān)度參數(shù)的感知特性。并以此為基礎(chǔ)，各頻帶獨(dú)自判斷，是否需要提取耳間相關(guān)度參數(shù)參與編碼，相比較于全頻帶提取或全頻帶不提取的現(xiàn)有方法，本發(fā)明有效的去除了耳間相關(guān)度的主觀冗余，提升了這一參數(shù)的編碼效率。
文檔編號G10L19/00GK101419801SQ20081023664
公開日2009年4月29日 申請日期2008年12月3日 優(yōu)先權(quán)日2008年12月3日
發(fā)明者劉雨田, 波 杭, 涂衛(wèi)平, 胡瑞敏, 陳文琴, 陳水仙 申請人:武漢大學(xué)