專利名稱：定向解碼的制作方法
本申請為＿＿＿提交的＿＿＿號名為“編碼和解碼”的申請(它是現(xiàn)已撤回的1997年2月7日提交的08/796,285號申請的繼續(xù)部分)的部分繼續(xù)申請。
本發(fā)明涉及把音頻信號解碼成為定向通道，尤其涉及把輸入通道解碼成為基本(cardinal)輸出通道的新設備和方法。背景參考該申請及背景。
本發(fā)明的一個重要目的是提供一種用于把音頻信號解碼成為多個輸出通道的改進方法和設備。
依據(jù)本發(fā)明，處理多通道音頻信號的方法包括確定通道中兩個通道的相關程度，并依據(jù)第一和第二歸一化模式對這兩個通道進行歸一化；分別對確定這兩個通道相關和不相關作出響應。
在本發(fā)明的另一個方面，處理多通道音頻信號的方法包括確定通道中兩個通道的相關程度，并響應于確定這兩個通道部分相關和部分不相關，依據(jù)第一歸一化模式和第二歸一化模式的組合對這兩個通道進行處理。
在本發(fā)明的另一個方面，對編碼的多通道音頻信號進行解碼的方法包括確定第一通道和第二通道的相關，并處理第一通道和第二通道來產(chǎn)生第三通道和第四通道。
在本發(fā)明的再一個方面，處理多通道音頻信號的設備包括確定通道中兩個通道的相關程度的輸入特性確定器；耦合到輸入特性確定器的第一歸一化乘法器，用于把第一歸一化系數(shù)加到兩個通道中的第一個通道，此歸一化系數(shù)響應于相關程度；以及耦合到輸入特性確定器的第二歸一化乘法器，用于把第二歸一化系數(shù)加到第二信號，所述歸一化系數(shù)響應于相關程度。
從以下詳細描述并參考以下附圖將使其它特征、目的和優(yōu)點變得明顯起來，其中

圖1是音頻信號處理系統(tǒng)的方框圖；圖2是有助于說明音頻信號的特性的音頻信號表象圖；圖3是依據(jù)本發(fā)明的輸入特性確定器的方框圖；圖4是依據(jù)本發(fā)明的輸出通道合成裝置的電路的第一部分；
圖5是依據(jù)本發(fā)明的輸出通道合成裝置的電路的第二部分；圖6是依據(jù)本發(fā)明的輸出通道合成裝置的電路的第三部分；圖7是依據(jù)本發(fā)明的輸出通道合成裝置的電路的第四部分；圖8是示出耦合到依據(jù)本發(fā)明的輸出通道合成裝置的輸出的音頻再現(xiàn)揚聲器的位置圖；圖9是圖4-7的組合電路；以及圖10是示出對音頻信號處理系統(tǒng)進行信號預處理的電路(其中示出預混合器結合“n”通道定向解碼器的流程圖，這里“n”≤5)。
現(xiàn)在參考圖1，其中示出依據(jù)本發(fā)明的兩輸入通道(channel)、八輸出通道寬帶定向解碼音頻信號處理系統(tǒng)1。輸入通道特性確定器10適用于從輸入通道12、13(示為左輸入通道Lt 12和右輸入通道Rt 13)接收來自諸如接收機、VCR或DVD播放裝置等信號源的音頻信號。輸入通道特性確定器10適用于在通道12、13(通過信號線17、19)上發(fā)送輸入，并發(fā)送將在討論圖3時描述的其它信號，至輸出通道合成裝置14。輸出通道合成裝置14適用于合成輸出通道50、56、62、66、68、70、72、74上的輸出信號。
這里所使用的“通道”指以此方式編碼的音頻信息，從而可對其進行解碼或處理或這兩者及在相對于聽眾的位置處再現(xiàn)，從而聽眾感覺到的聲音就象來源于空間中的一個方向?？梢源朔绞綄斎胪ǖ肋M行編碼，從而可把它們解碼成為不止一個輸出通道，或者從而輸出通道的總數(shù)大于輸入通道的總數(shù)。依據(jù)想要感覺到聲音來源的方向，輸出通道通常由方向標志符來表示，諸如“左”、“右”、“中間”、“環(huán)繞”、“左環(huán)繞”和“右環(huán)繞”等，。為了說明，以分開的元件示出輸入通道12、13和輸出通道50、56、62、66、68、70、72、74。輸入通道的數(shù)目不必與發(fā)送這些通道中的信息的實際信號線的數(shù)目相同。數(shù)字信號發(fā)送系統(tǒng)通常有一條信號線來發(fā)送幾個輸入通道。通常把輸入通道編碼成為模擬電信號或數(shù)字位流。
“呈現(xiàn)(presentation)通道”指可用于解碼或再現(xiàn)的通道，“再現(xiàn)通道”指已被解碼并將由諸如揚聲器等裝置再現(xiàn)的通道。
如果輸出通道中的信息僅關于該輸出通道的有關方向，則輸出通道中的信息可處于“基本”狀態(tài)。換句話說，如果輸出通道中的信息僅包含該通道的有關方向的信息，而其它輸出通道都不包含該通道的有關方向的信息，則該輸出通道處于基本狀態(tài)，且有關的方向為基本方向。因此，例如，如果左環(huán)繞通道僅包含左環(huán)繞信號內容，而其它通道都不包含左環(huán)繞信號內容，則左環(huán)繞通道處于基本狀態(tài)，左環(huán)繞通道為基本方向，相對于聽眾沿基本方向的位置叫做基本位置。
現(xiàn)在參考圖2，其中示出輸入通道信息的一個例子。在圖2中，把輸入通道信息編碼成為通常相對于時間t以伏v測量的信號電平。為了便于說明，將在公式中把通道(例如輸入通道Lt)中的信號電平表示為Lt。類似地，例如，將把通道(例如輸入通道Rt)中的信號電平的時間平均值表示為|Rt|，將把通道Lt與Rt的信號電平之差表示為Lt-Rt，將把信號電平之和的時間平均值表示為Lt+Rt，把通道Lt與Rt中的信號電平的時間平均差的絕對值表示為|Lt-Rt|，類似地表示其它信號。典型的時間平均間隔為大約5ms到大約1000ms。以下結合圖3來討論時間平均間隔的長度。還可以數(shù)字方式把輸入通道信息編碼成為以時間間隔來測量的信號電平的位流。
現(xiàn)在參考圖3，其中更詳細地示出輸入通道特性確定器10。把輸入通道Lt12和Rt13輸入到RMS響應電平檢測器及相關和相位分析器40中，該裝置40產(chǎn)生以下時間平均信號量(1)|Lt+Rt|(2)|Lt-Rt|(3)|Lt|(4)|Rt|把這些量饋送到邏輯42，邏輯42得到(1)或(2)中較大的量X，并得到(3)或(4)中較大的量Y。把信號量(1)和(2)與信號量(3)和(4)以及與量Y和X相組合，以構成歸一化系數(shù)A1、A2、A3和A4。用來構成A1、A2、A3和A4的量(1)、(2)、(3)和(4)及量X和Y的特定組合與RMS響應電平檢測器及相關和相位分析器40所確定的相關和相位關系信息有關。如果輸入通道Lt和Rt是相關的(以下叫做“平面(panned)單通道”)，A1、A2、A3和A4的值為A1=|Lt+Rt|‾-|Lt|Y......{0,1}]]>A2=|Lt-Rt|‾-|Lt|Y......{0,1}]]>A3=|Lt-Rt|‾-|Rt|Y...{0,1)]]>A4=|Lt+Rt|‾-|Rt|Y......{0,1}]]>所有歸一化系數(shù)的疇都從0到1，包括0和1。因而，對于和信號占主導的情況，評估歸一化系數(shù)(A2)和(A3)為零。類似地，對于差信號占主導的情況，評估歸一化系數(shù)(A1)和(A4)為零。
加到通道Lt和Rt中的信號的歸一化系數(shù)是不同的。在歸一化系數(shù)A1和A2的情況下，歸一化系數(shù)響應于兩個信號的和或差及Lt的量值，而在歸一化系數(shù)A3和A4的情況下，歸一化系數(shù)響應于兩個信號的和或差及Rt的量值。將把不同歸一化系數(shù)加到輸入信號的這種類型的歸一化模式叫做“差分模式”。
在一個實施例中，時間平均間隔可自適應于相關和相位分析器40所確定的輸入信號的內容。如果輸入信號不相關，則平均間隔可相對長(例如大約1000ms)。如果輸入信號相關；即，具有類似的波形，則時間間隔可較短(例如大約5ms)。如果信號的量值相對小，則時間平均間隔可較短。如果輸入信號都接近于零，則時間平均間隔可較短。如果信號的量值之差較大(例如，如果|Lt-Rt|≥20dB)，時間平均間隔可以較短。實現(xiàn)時間平均間隔的一個常用方法是周期性地測量信號并對按指數(shù)小于前一測量值的每個測量值進行加權。使用此測量，通常把平均間隔表示為對測量值進行加權以傾斜到減少到某個小數(shù)(諸如最新測量值的權重的 )所花費的時間周期。
現(xiàn)在參考圖4，其中示出輸出通道合成器14的電路的第一部分。把Lt輸入通道12饋送到乘法器22和24，在這兩個乘法器中分別把它乘以歸一化系數(shù)A1和A2，以分別形成后歸一化通道Lc’30和Ls’32。類似地，把Rt輸入通道13饋送到乘法器34和36，在這兩個乘法器中分別把它乘以歸一化系數(shù)A3和A4，以分別形成后歸一化通道Rs’38和Rc’40。
如果Lt和Rt處的輸入信號相關且被進一步約束為同相或相位偏移180度的相對相位差，則Lt對Lc’(或Ls’)的貢獻(在量值上)等于Rt對Rc’(或Rs’)的貢獻，而與輸入端Lt和Rt處所施加的相對幅度差(如果有的話)無關。此外，Lt對Lc’(或Ls’)及Rt對Rc’(或Rs’)的貢獻等于Lt和Rt處兩個輸入信號幅度中較小的一個。在(A1)到(A4)處獲得的歸一化輸出信號為來自Lt和Rt的等幅非立體聲貢獻，它們按方向被識別為中央通道或中央環(huán)繞通道分量。如果考慮Lt和Rt處的輸入情況包括中央通道信號和環(huán)繞通道信號，但產(chǎn)生和信號占主導或差信號占主導的情況，則歸一化函數(shù)特別響應于主導情況。相應地，出現(xiàn)在(A1)和(A4)的輸出處的和占主導的歸一化信號可包含非主導環(huán)繞通道信號。同樣，出現(xiàn)在(A2)和(A3)的輸出處的差占主導的歸一化信號可包含非主導中央通道信號。通過從(A1)中減去(A4)的輸出來檢索環(huán)繞通道信號，它在和信號占主導的情況下存在于(A1)和(A4)的輸出處。把環(huán)繞通道信號識別為包含輸入端Lt和Rt處的180度相對相位差。類似地，通過對(A3)與(A2)的輸出求和來檢索在差占主導的情況下出現(xiàn)在(A2)和(A3)的輸出處的中央通道信號。把中央通道信號識別為包含出現(xiàn)在輸入端Lt和Rt處的同相信號。
圖4所示的歸一化函數(shù)具有重要的特征。如果Lt和Rt處的輸入信號包含主導中央通道信號而同時包含不相關的非等幅信號(從而Lt或Rt處于主導的情況下)，則(A1)和(A4)的輸出處的歸一化Lt和Rt信號的貢獻將不包含Lt和Rt輸入信號的等幅貢獻，而是歸一化Lt和Rt輸入信號的等幅貢獻。當存在和信號占主導的情況及Lt或Rt占主導的情況下，從(A1)中減去(A4)的輸出來檢索環(huán)繞通道信號將把一部分中央通道信號引入環(huán)繞通道。當在Lt或Rt占主導的輸入的情況下在Lt和Rt處存在差占主導的輸入的情況，把(A2)和(A3)的輸出相加來檢索中央通道信號將把一部分環(huán)繞通道信號引入中央通道。因而，在Lt和Rt處的輸入情況為平面單通道時，尤其想要基于差分的歸一化函數(shù)。然而，想要使此歸一化函數(shù)在Lt和Rt處的輸入信號不同于平面單通道時都適用于這些輸入信號情況。
本發(fā)明的另一個特征是，本發(fā)明包括提供一種改進的歸一化模式，例如其中Lt和Rt的內容不同于平面單通道。再參考圖3，如果RMS響應電平檢測器及相關和相位分析器40檢測到Rt和Lt處的信號不相關，則邏輯42對A1、A2、A3和A4輸出以下值A1=|Lt+Rt|‾-YY.....{0,1}]]>A2=|Lt-Rt|‾-YY......{0,1}]]>A3=|Lt-Rt|‾-YY...{0,1}]]>A4=|Lt+Rt|‾-YY.....{0,1}]]>通過取信號量(1)和(2)并結合Y變量來形成這些歸一化系數(shù)，這些系數(shù)不包括信號量|Lt|和|Rt|。
通過取信號量(1)和(2)并結合Y變量來形成這些歸一化系數(shù)，這對加到Lt和Rt的歸一化系數(shù)是共模的，且不包括信號量|Lt|和|Rt|。將把共模歸一化系數(shù)加到輸入信號的這種類型的歸一化模式叫做“共模模式”。
如以上所討論的，時間平均間隔可變化。
把信號量(3)和(4)的Y變量代入歸一化系數(shù)(A1)到(A4)把歸一化系數(shù)(A1)到(A4)從差分模式轉變到共模模式。當輸入通道Lt和Rt中的信號不相關時，則對于任意假設的Lt和Rt輸入情況，A1的值將等于A4的值。同樣，A2的值也將等于A3的值。
現(xiàn)在參考圖4，并使用新的A1-A4的值，在Lt和Rt處的先前輸入信號狀態(tài)(其中Lt或Rt占主導且同時包含一主導中央通道信號)現(xiàn)在在A1和A4的輸出處產(chǎn)生來自Lt和Rt的相等中央通道信號。從A1中減去A4的輸出不再把中央通道信號引入環(huán)繞通道。此外，如果Lt和Rt處的輸入信號包含具有專門的(attending)Lt或Rt主導信號的主導環(huán)繞通道信號，則把A2的輸出加到A3將不會把環(huán)繞通道信號引入中央通道。因而，每當Lt和Rt處的輸入信號不相關時，就想要基于共模模式的歸一化函數(shù)。現(xiàn)在，可在輸入通道Lt和Rt中的信號相關時把歸一化系數(shù)(A1)到(A4)與輸入通道Lt和Rt中的信號不相關時(A1)到(A4)的值鏈接起來，以形成轉換系數(shù)(A7)，進一步把轉換系數(shù)A7定義為A7=X-Lt2+Rt2+ϵLt-Rt-Lt2+Rt2+ϵ]]>算符A8為A8=Lt+Rt+ϵX+ϵ]]>這里，e為比任何其它量小得多的任意數(shù)字，這些量是如此插入的，從而如果評估分母的其余項為零，則該電路將不被零除。
現(xiàn)在可把歸一化系數(shù)(A1)到(A4)歸納為A1=(A8·|Lt-Rt|-A7Lt-(1-A7)YY+ϵ-u(|Lt-Rt|-|Lt+Rt|)·A7·(1-2LY+ϵ)
)
]]>A2=(A8·|Lt-Rt|-A7Lt-(1-A7)YY+ϵ-u(|Lt+Rt|-|Lt-Rt|)·A7·(1-2LtY+ϵ)
)
]]>A3=(A8·|Lt-Rt|-A7Rt-(1-A7)YY+ϵ-u(|Lt+Rt|-Lt-Rt)·A7·(1-2RY+ϵ)
)
]]>A4=(A8·|Lt-Rt|-A8Rt-(1-At)YY+ϵ-u(|Lt-Rt|-Lt+Rt)·A7·(1-2RY+ϵ)
)
]]>公式A1、A2、A3和A4的歸一化形式可適用于所有的相關程度和相位。在信號高度相關的情況下，這些歸納的公式簡化為差分模式歸一化系數(shù)。在信號高度不相關的情況下，這些歸納的公式簡化為共模模式歸一化系數(shù)。在信號部分相關的情況下，這些歸納的公式產(chǎn)生的結果是有些差分內容也有些共模內容。將把這種類型的歸一化叫做“復合模式”。
現(xiàn)在參考圖5，其中示出輸出通道合成器14的電路的第二部分。組合圖4的后歸一化通道來產(chǎn)生過渡通道Lc 50、Ls”52、Rs”54和Rc 56為Lc＝Lc’+.5(Ls’+Rs’)Rc＝Rc’+.5(ls’+Rs’)Ls”＝Ls’+.5(Lc’-Rc’)Rs”＝Rs’+.5(Rc’-Lc’)以歸一化系數(shù)A1-A4來表示過渡通道產(chǎn)生了Lc＝Lt(A1)+.5{Lt(A2)+Rt(A3)}Rc＝Rt(A4)+.5{Lt(A2)+Rt(A3)}Ls”＝Lt(A2)+.5{Lt(A1)-Rt(A4)}Rs”＝Rt(A3)+.5{Rt(A4)-Lt(A1)}現(xiàn)在參考圖6，其中示出圖5的電路，在組合器的輸出處增加的過渡通道Lo’60和Ro’62產(chǎn)生了Lo′＝Lt-Rc+Rs”Ro’＝Rt-Lc+Ls”把這些歸一化系數(shù)特別地(因而唯一地)響應于Lt和Rt處的主導輸入信號狀態(tài)。如果Lt和Rt處的輸入信號為和信號占主導，則Lt和Rt處的輸入信號為同相相關，只有歸一化乘法器(A1)和(A4)是有效的。如果Lt和Rt處的輸入信號是差信號占主導的，則Lt和Rt處的輸入信號以相對180度的相移相關，只有歸一化乘法器(A2)和(A3)是有效的。如果Lt和Rt的輸入信號不相關(或相位正交)，則和信號的量值與差信號的量值相等，且所有歸一化乘法器(A1)到(A4)都有效，并具有相同的數(shù)值。
從Lt輸入中減去相關Rc信號的結果簡單地減小了Lt處的同相相關(或中央通道)信號的幅度。這不減小排它的左通道信號分量的幅度，因為Rc不包含任何排它的左通道信號分量。從Lt輸入中除去的Rc信號的數(shù)量與Lt和Rt輸入信號之間的相對相關程度線性相關。當從Rt輸入中減去Lc信號分量時存在同樣的結果。Rt處的同相相關信號分量的幅度正比于Lt和Rt輸入信號之間的相關程度而減小。
把相關(但不同相)Rs”信號加到Lt輸入的結果是減小了Lt處的相關但不同相(或環(huán)繞)通道信號的幅度。這不減小排它的左通道信號分量的幅度，因為Rs”信號不包含任何排它的左通道信號分量。從Lt輸入中除去的Rs”信號的數(shù)量與Lt和Rt輸入信號之間的不同相相關的程度線性相關。當把Ls”中的不同相相關信號分量加到Rt時存在同樣的結果。Rt處的不同相相關信號分量的幅度正比于Lt和Rt輸入信號之間的相關程度而減小。
當Lt和Rt處的輸入信號狀態(tài)不相關時，項Rs”-Rc和Ls”-Lc的矩陣(分別)減小到-.5{(A1)+(A2)}Lt和-.5{(A4)+(A3)}Rt因而，通過從Lt中減去Lt的歸一化幅度并從Rt中減去Rt的歸一化幅度分別減小了Lt和Rt輸入信號。這樣使Lo’和Ro’的幅度響應減小。
考慮信號Lc、Rc、Ls”和Rs”的本質，想到Lc＝Lc’+.5(Ls’+Rs’)Rc＝Rc’+.5(Rs’+Ls’)Ls”＝Ls’+.5(Lc’-Rc)Rs”＝Rs’+.5(Rc’-Lc’)由于Lc’和Ls’是歸一化Lt輸入的分量，Rc’和Rs’是歸一化Rt輸入的分量，Lc’信號與Ls’信號累積組合，Rc’信號與Rs’信號累積組合。當Lt和Rt處的輸入信號狀態(tài)本質上不相關時，(A1)到(A4)處的歸一化系數(shù)變量在數(shù)值上相等。對于此情況，Lt對Lc和Ls”的貢獻占主導，它比Rt對Lc和Ls”的貢獻高三倍，或近似于10dB。Rt對Rc’和Rs”的貢獻占主導，同樣，它比Lt對Rc’和Rs”的貢獻高三倍，或近似于10dB。這樣，Lc’與Ls”信號基本上為歸一化Lt輸入的分量，Rc’與Rs”信號基本上為歸一化Rt輸入的分量。如果分別由置于中央左右處的分開的揚聲器來再現(xiàn)Lc’和Rc’信號，基本上保持了Lt和Rt處不相關信號的立體聲內容。每當實際上可在再現(xiàn)系統(tǒng)中利用分開的中央通道揚聲器時，依據(jù)本發(fā)明的信號處理系統(tǒng)把從Lt對中央及從Rt到中央的貢獻再現(xiàn)為分開的Lc和Rc信號。這優(yōu)于通過對Lt和Rt處的一部分(或所有)分量信號求和而從經(jīng)矩陣編碼的Lt和Rt立體聲信號中得到中央通道信號的音頻信號處理系統(tǒng)。想到每當Lt和Rt處的輸入信號為差信號占主導時，輸入歸一化乘法器(A1)和(A4)的歸一化系數(shù)值近似于零。在Lc和Rc處把可在差信號占主導的情況下存在于Lt和Rt處的中央通道信號定義為Lc＝.5(Ls’+Rs’)Rc＝.5(Rs’+Ls’)對于這種情況的Lt和Rt輸入信號假設，Lc和Rc相同。分別對Lc和Rc處的信號Ls’和Rs’求和使得Lc和Rc本質上是非立體聲的。對Ls’和Rs’處的Lt和Rt的分量信號求和而產(chǎn)生Lc和Rc保證了Lc和Rc信號不包含主導環(huán)繞通道信號。當Lt和Rt處的輸入情況不相關或本質上為立體聲時，Lc和Rc的內容在很大程度上也是立體聲的，而且每當Lt和Rt處輸入信號本質上為不同信號(或環(huán)繞通道)主導時，Lc和Rc的內容是非立體聲的。每當Lt和Rt處的輸入信號情況基本上相關時，本質上通道Lc和Rc在很大程度上是非立體聲的。
每當Lt和Rt處的輸入信號情況基本上為由以下占主導的和信號(或中央通道)時，Ls”和Rs”處的過渡信號類似地減小Ls”＝.5(Lc’-Rc’)Rs”＝.5(Rc’-Lc’)每當Lt和Rt處的輸入信號情況為和信號(或中央通道)主導時，輸入歸一化乘法器(A2)和(A3)處的歸一化系數(shù)值近似于零。通過從Lc’中減去Rc’的信號分量而產(chǎn)生Ls”，以及類似地從Rc’中減去Lc’處的信號分量而產(chǎn)生Rs”，得到了在和信號占主導的情況下可能存在于Lt和Rt處的環(huán)繞通道信號。從Lc’中減去Rc’而產(chǎn)生Ls”以及從Rc’中減去Lc’而產(chǎn)生Rs”保證了，每當Lt和Rt基本上為和信號(或中央通道)主導時，Ls”和Rs”不包含任何中央通道信號分量。每當Lt和Rt處的輸入信號情況本質上不相關或基本上為立體聲時，本質上過渡信號Ls”和Rs”的內容在很大程度上是立體聲的。每當Lt和Rt處的輸入信號情況基本上為和信號(或中央通道)主導時，本質上Ls”和Rs”處的過渡信號基本上為非立體聲的。對于通過從Lt輸入信號中減去一部分(或全部)Rt輸入信號而從矩陣編碼的立體聲Lt和Rt信號中得到非立體聲環(huán)繞通道信號的音頻信號處理系統(tǒng)而言，Lt和Rt處不相關的輸入信號的過渡信號Ls”和Rs”的立體聲是有利的。
雖然當Lt和Rt處的輸入信號情況不相關時，本質上Ls”和Rs”處的過渡信號在很大程度是立體聲的，但這些過渡信號并不表現(xiàn)出排它的基本狀態(tài)。經(jīng)編碼的Lt和Rt信號是這樣的，從而排它的左環(huán)繞通道信號或排它的右環(huán)繞通道信號將分別出現(xiàn)在Lt和Rt處Lt＝Ls，Rt＝-.5(Ls) 對于排它的左環(huán)繞通道信號輸入Rt＝-Rs Lt＝.5(Rs)對于排它的右環(huán)繞通道信號輸入。對于排他的唯一左或唯一右環(huán)繞通道信號，Lt或Rt編碼信號是這樣的，從而以專門的Lt或Rt主導情況對差信號主導情況進行編碼。此外，經(jīng)編碼的Lt和Rt信號為平面單通道。依據(jù)本發(fā)明的音頻信號處理系統(tǒng)是有利的，因為它可把給定的編碼Lt和Rt信號情況解碼成為排他的唯一左或唯一右環(huán)繞通道信號。
現(xiàn)在參考圖7，其中示出通道合成器的另一部分。依據(jù)以下公式組合給定通道Ls”52和Rs”54信號，以形成左前通道Lo 64、右前通道Ro 66、左中央環(huán)繞通道Lcs 68、右中央環(huán)繞通道Rcs 70、左環(huán)繞通道Ls 72和右環(huán)繞通道Rs 74Lo＝Lo’-.5(A5(.75Ls”-.25Rs”))Ro＝Ro’-.5(A6(.75Rs”-.25Rs”))Lcs＝.5(A5(.75Ls”-.25Rs”))+.5(A6(.75Ls”-.25Rs”))+.75Ls”-.25Ls”Rcs＝.5(A6(.75Ls”-.25Rs”))+.5(A5(.75Rs”-.25Ls”))+.75Rs”-.25Ls”Ls＝A5(.75Ls”-.25Rs”)Rs＝A6(.75Rs”-.25Ls”)其中A5=(A7·Y-RtY+ϵ·max(2,1(|Lt-Rt|-YY+ϵ)
+(|Lt+Rt|-YY+ϵ)
+ϵ))
]]>A6=(A7·Y-LY+ϵ·max(2,1(|Lt-Rt|-YY+ϵ)
+(|Lt+Rt|-YY+ϵ)
+ϵ))
]]>圖7的電路的效果是以歸一化系數(shù)A5和A6重新建立過渡通道Ls”和Rs”的矩陣。不同相(或環(huán)繞通道)信號累積地組合，而同相(或中央通道)信號差分地組合。重新建立Ls”和Rs”信號的矩陣使得相應地減小了任何中央通道信號分量(可能在Lt和Rt處的差占主導的不相關輸入信號情況下存在于Ls”或Rs”中)的幅度。雖然重新建立Ls”和Rs”信號矩陣的處理進一步減小了Ls”和Rs”的立體聲內容，但相對于Rt對Rs”的貢獻，Lt對Ls”的貢獻仍舊占主導。同樣，相對于Lt對Rs”的貢獻，Rt對Rs”的貢獻仍舊占主導。因而，當Lt和Rt處的信號情況基本上不相關時，重新建立矩陣的Ls”和Rs”信號仍舊保持立體聲特性?？紤]Lt和Rt處的平面非立體聲的相關不同相輸入情況，有助于重新檢查信號Ls”、Rs”、Lo’和Ro’的本質。當Lt和Rt處的輸入信號相關但不同相時，本質上在Ls”和Rs”處Lt和Rt的歸一化貢獻基本上是非立體聲的，與Lt和Rt處的相對幅度無關。每當兩個輸入信號Lt和Rt的相對幅度不同時，Ls”和Rs”處的Lt和Rt的歸一化貢獻等于信號Lt和Rt中較小的一個。因而，Lt和Rt處相關的差占主導、Lt占主導的輸入信號情況將導致Lt和Rt對Ls”和Rs”的貢獻等于Rt輸入信號幅度。
由于從Lt和Rt中除去這些信號來產(chǎn)生過渡信號Lo’和Ro’(如圖6所示)，所以Lo’過渡信號包含在Lt中占主導的差分環(huán)繞通道信號?？蓪t和Rt處輸入信號(它們相關但不同相，而且是Rt占主導的)的過渡信號Ro’進行同樣的觀察。乘法器(A5)或(A6)的輸出的幅度與Ls”或Rs”處Lt或Rt的貢獻(它是始發(fā)的編碼Ls或Rs輸入信號情況的一個分量)的幅度相等。這樣，把所有Lt占主導和差信號占主導的輸入信號情況定義為Ls占主導的輸出信號情況。同樣，把所有Rt占主導和差信號占主導的輸入信號情況定義為Rs占主導的輸出信號情況。把定向基本Ls或Rs編碼信號情況解碼成為基本Ls或Rs輸出信號情況。這于這一點，解碼器是經(jīng)編碼信號情況的補充。每當Lt和Rt處的編碼信號為等幅信號時，考慮Ls和Rs處的輸出信號近似于零是有利的。對于此情況，把經(jīng)編碼的信號解碼至Lcs和Rcs輸出端。因此，經(jīng)解碼的輸出信號的情況為經(jīng)編碼的信號情況的定向補充(complement)。
現(xiàn)在參考圖8，所揭示的解碼方法的本質是這樣的，從而可把信號基本解碼至以下輸出端相對于所示的聽眾78放置的Lo62、Lc50、Rc70、Ro66、Ls72、Lcs68、Rcs56、Rs74。
可把經(jīng)矩陣編碼的Lt和Rt信號解碼至360度空間中的六個定向基本位置。根據(jù)多個通道中所存在編碼信號，過渡定向位置為“假想”源。例如，可以互補的方式對一信號進行編碼隨后進行解碼，以使該信號出現(xiàn)在左通道輸出和左環(huán)繞通道輸出之間的任何點處。同樣，可以互補方式對一信號進行編碼隨后進行解碼，以使該信號出現(xiàn)在右輸出通道和右環(huán)繞輸出通道之間的任何地方。因而，可對一信號進行編碼隨后進行解碼，以使該信號出現(xiàn)在360度空間角度內的任何點。
當實際再現(xiàn)通道位于指定的空間角度時，更容易感覺到在聽眾的左或右側附近所提供的源。更多數(shù)目的呈現(xiàn)通道的可獲得性(尤其是在諸如電影院等使用更多數(shù)目的再現(xiàn)通道的更大的商業(yè)性地點中)尤其利用了本發(fā)明的這一方面。
通過把08/796285號未決美國專利申請中圖17及其第16頁上的描述所揭示的成對形式的解碼技術與這里所揭示了的解碼技術相結合，可在商業(yè)性系統(tǒng)中更好地利用更多數(shù)目的再現(xiàn)揚聲器，從而處理包含在矩陣解碼的Lt/Rt信號或始發(fā)分離媒體中的相反通道信息，以在專門聽眾的左側和右側附近產(chǎn)生附加的基本呈現(xiàn)通道。
在許多應用中，實際上不利用多達八個的實際再現(xiàn)揚聲器。更典型的，由五個實際再現(xiàn)揚聲器來構成現(xiàn)代的家用再現(xiàn)系統(tǒng)。此外，5.1通道的分離媒體呈現(xiàn)系統(tǒng)的介紹已定義了提出所利用的實際再現(xiàn)揚聲器的數(shù)目。為了方便(即，有限數(shù)目的實際呈現(xiàn)揚聲器及與分離媒體呈現(xiàn)格式的兼容性)，想要經(jīng)由五個實際再現(xiàn)通道來向下混合(down-mix)所揭示的再現(xiàn)算法的解碼輸出通道的數(shù)目。這可通過如下所示組合通道來進行C＝.707(Lc+Rc)Ls＝.707(Lcs+Ls)Rs＝.707(Rcs+Rs)向下混合經(jīng)解碼的輸出通道不減少基本定向狀態(tài)的數(shù)目，而是減少再現(xiàn)基本方向的方式。仍舊保留基本Ls和Rs定向狀態(tài)。同樣保存Ls和Rs處的信號的立體聲本質。現(xiàn)在把排他的Lcs/Rcs輸出情況再現(xiàn)為Ls和Rs處的等幅信號。類似地，Lc和Rc輸出信號出現(xiàn)在單個中央通道輸出處，因而保持了基本的唯一中央方向。
參考圖9，示出圖3、4、5、6和8的組合電路。圖9的合成方框圖是由圖4、5、6和7的獨立方框圖構成的。已把布爾(boolean)開關80和82引入圖9，以使能或無效中央通道解碼或環(huán)繞通道解碼或者這兩者。當這兩組開關都處于斷開狀態(tài)時，Lt和Rt處的輸入信號呈現(xiàn)給Lo和Ro輸出端。把環(huán)繞通道模式開關設定為斷開狀態(tài)把Lt和Rt處的環(huán)繞通道信號呈現(xiàn)給Lo和Ro輸出端。類似地，把中央通道模式開關設定為斷開狀態(tài)把Lt和Rt處的中央通道信號呈現(xiàn)給Lo和Ro輸出端。
在許多情況下，所提供的再現(xiàn)通道的數(shù)目比可獲得的呈現(xiàn)通道的數(shù)目少。在這些情況下，處理較少數(shù)目的再現(xiàn)通道從而得到的再現(xiàn)通道的數(shù)目等于可獲得的呈現(xiàn)通道的數(shù)目是有利的。此外，現(xiàn)代的信號傳送格式傳遞少到一個通道或多到具有一專門的(頻譜有限的)低頻效果通道的五個通道。在諸如Dolby AC-3等某些信號傳遞格式中，識別預定的再現(xiàn)通道格式的信息作為輔助數(shù)據(jù)包含在傳遞格式中。可把此輔助數(shù)據(jù)用作對預定的再現(xiàn)通道數(shù)目進行重新格式化以進一步處理成為可獲得的呈現(xiàn)通道的數(shù)目的手段。就前和后(環(huán)繞)再現(xiàn)通道的數(shù)目來定義所提供的通道信息。最廣泛的格式為
(1)三個前通道兩個后通道(立體聲環(huán)繞)(2)兩個前通道兩個后通道(沒有中央通道)(3)三個前通道兩個后通道(非立體聲環(huán)繞)(4)兩個通道(立體聲)(沒有中央或環(huán)繞通道)(5)經(jīng)編碼的兩個通道Lt/Rt矩陣應理解，其它預定的再現(xiàn)格式是可能的，同樣，可使用這里所揭示的技術來處理其它預定的再現(xiàn)格式。
在所有的情況下，想要僅處理必須的通道來獲得所需數(shù)目的呈現(xiàn)通道。對于所有的說明，假設可獲得的呈現(xiàn)通道的數(shù)目為五。這樣，假設已如上所述對圖9所示解碼系統(tǒng)的Lcs、Rcs、Lc和Rc輸出進行了下混合。然而，可獲得的的呈現(xiàn)通道信號的數(shù)目不限于五個。
對于格式(1)，分離地處理這些通道。
對于格式(2)，僅根據(jù)Rt和Lt來處理所提供的左和右再現(xiàn)通道處理，以獲得新的左、右和(得到的)中央呈現(xiàn)通道信號。不處理格式(2)的始發(fā)環(huán)繞通道信號，把圖9方框圖中的環(huán)繞通道模式開關80設定為斷開狀態(tài)。
對于格式(3)，首先把給定的通道格式轉換成矩陣格式來處理。這是如此實現(xiàn)的，即通過首先給定的非立體聲環(huán)繞通道下混合到給定的左聲道中以形成Lnew，進一步把給定的非立體聲環(huán)繞通道下混合到給定的右通道中以形成Rnew。接著把Lnew和Rnew輸入到解碼器中，以獲得新的左、右、左環(huán)繞和右環(huán)繞呈現(xiàn)通道。把中央通道模式開關80設定為斷開狀態(tài)，因為不處理始發(fā)的中央通道信號，并根據(jù)給定來再現(xiàn)該信號再現(xiàn)。
對于格式(4)和(5)，把給定的信號輸入圖9的電路作為Lt和Rt。
在圖10中歸納了對各種格式的預處理。
其它實施例在權利要求書的范圍內。
權利要求
1.一種用于處理多通道音頻信號的方法，其特征在于包括確定通道中兩個通道的相關程度；響應于所述兩個通道相關的確定，依據(jù)第一歸一化模式對所述通道進行歸一化；以及響應于所述兩個通道不相關的確定，依據(jù)第二歸一化模式對所述通道進行歸一化。
2.如權利要求1所述的用于處理多通道音頻信號的方法，其特征在于所述第一歸一化模式為差分模式。
3.如權利要求2所述的用于處理多通道音頻信號的方法，其特征在于還包括確定所述兩個通道的相位關系。
4.如權利要求3所述的用于處理多通道音頻信號的方法，其特征在于響應于所述兩個通道基本上不同相的確定，所述差分模式為差信號占主導。
5.如權利要求3所述的用于處理多通道音頻信號的方法，其特征在于響應于所述兩個通道基本上同相的確定，所述差分模式為和信號占主導。
6.如權利要求1所述的用于處理多通道音頻信號的方法，其特征在于所述第二歸一化模式為共模模式。
7.如權利要求6所述的用于處理多通道音頻信號的方法，其特征在于還包括確定所述兩個通道的和信號的絕對值與所述兩個通道的差信號的絕對值的步驟。
8.如權利要求7所述的用于處理多通道音頻信號的方法，其特征在于響應于所述和信號的所述絕對值大于所述差信號的所述絕對值的確定，所述共模模式為和信號占主導。
9.如權利要求7所述的用于處理多通道音頻信號的方法，其特征在于響應于所述差信號的所述絕對值大于所述和信號的所述絕對值的確定，所述共模模式為差信號占主導。
10.一種用于處理多通道音頻信號的方法，其特征在于包括確定通道中兩個通道的相關程度；響應于所述兩個通道部分相關及部分不相關的確定，依據(jù)第一歸一化模式與第二歸一化模式的組合來處理所述通道。
11.如權利要求1所述的用于處理多通道音頻信號的方法，其特征在于所述第一歸一化模式為差分模式。
12.如權利要求1所述的用于處理多通道音頻信號的方法，其特征在于所述第二歸一化模式為共模模式。
13.如權利要求10所述的用于處理多通道音頻信號的方法，其特征在于所述組合為所述第一模式與所述第二模式的線性加權組合。
14.如權利要求13所述的用于處理多通道音頻信號的方法，其特征在于所述第一模式為差分模式，所述第二模式為共模模式。
15.一種用于對經(jīng)編碼的多通道音頻信號進行解碼的方法，其特征在于包括確定第一通道和第二通道的相關；處理所述第一通道和所述第二通道，以產(chǎn)生第三通道和第四通道。
16.如權利要求15所述的解碼方法，其特征在于響應于所述第一通道與所述第二通道不相關的確定，所述第三通道和所述第四通道基本上不相關。
17.如權利要求15所述的解碼方法，其特征在于響應于所述第一通道與所述第二通道基本上相關的確定，所述第三通道和所述第四通道基本上相關。
18.如權利要求15所述的對經(jīng)編碼的多通道音頻信號進行解碼的方法，其特征在于還包括確定所述第一通道和所述第二通道的和信號的絕對值。
19.如權利要求18所述的對經(jīng)編碼的多通道音頻信號進行解碼的方法，其特征在于響應于所述和信號的所述絕對值大于所述差信號的所述絕對值，所述第三通道和所述第四通道基本上相關。
20.如權利要求18所述的對經(jīng)編碼的多通道音頻信號進行解碼的方法，其特征在于響應于所述差信號的所述絕對值開始大于所述差信號的所述絕對值，所述第三通道和所述第四通道基本上不相關。
21.一種用于處理多通道音頻信號的設備，其特征在于包括用于確定通道中兩個通道的相關程度的輸入特性確定裝置；耦合到所述輸入特性確定裝置的第一歸一化乘法器，用于把第一歸一化系數(shù)加到所述兩個通道中的第一個，所述歸一化系數(shù)響應于所述相關程度；以及耦合到所述輸入特性確定裝置的第二歸一化乘法器，用于把第二歸一化系數(shù)加到所述第二信號，所述歸一化系數(shù)響應于所述相關程度。
全文摘要
確定兩個音頻信號之間的相關程度,分別依據(jù)響應于相關和不相關的第一和第二歸一化模式對這些通道進行歸一化。
文檔編號H04S3/00GK1281329SQ0010869
公開日2001年1月24日 申請日期2000年5月17日 優(yōu)先權日1999年5月17日
發(fā)明者J·R·艾爾沃德, H·萊納特 申請人:伯斯有限公司