【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及音频信号编码、音频信号处理和音频信号解码，特别涉及一种用于减少再现虚拟声学的系统中的频谱失真的装置和方法。
技术介绍
1、当声波从扬声器发射到收听者的耳朵时，声音会被多次修改，例如通过声波在墙上的反射而被修改。由此，到达耳朵耳廓的声音除了例如音乐和语音之外，还包括关于收听环境的信息。
2、除此之外，来自多个方向的声音通过收听者的头部和耳廓以不同的方式形成。利用这些信息，收听者的大脑能够确定声源的大致方向和距离。
3、然而，如果使用耳机，通常会丢失所有这些信息，因为音频几乎直接发射到收听者的耳膜上。由此，产生了一种效果，仿佛声音会在收听者的头部内产生，这可能会被认为是不方便的，例如，当耳机使用较长时间时，可能会出现频谱着色。
4、已经确定的是，声波在到达收听者耳廓和耳膜途中的上述修改可以通过数字滤波器进行测量和复制，例如，通过使用头部相关脉冲响应、头部相关传递函数、双耳室脉冲响应和双耳室传递函数进行测量和复制。如果将这种滤波器应用于耳机或小型耳机再现的音频信号，则会产生空间声音，从而产生逼真的声音效果。
5、虚拟声学，也称为虚拟声学空间(参见[7])或虚拟听觉空间，是一种音频技术，其中通过耳机呈现的声音似乎来自任何所需的空间方向，并且其中产生了收听者头部外一个或多个虚拟声源的幻觉。
6、头部相关传递函数(hrtf)是从声源到两只耳朵的声学传递函数。hrtf包含对应声源的位置信息。当经由耳机收听时，来自某个方向的虚拟声音可以通过对应hrtf和音频信号的卷积产生
7、为了以二元方式呈现空间声音，对收听者周围相关位置的hrtf进行测量并存储。hrtf是频率依赖性的，为合理的双耳效应提供了必要的心理声学线索。
8、例如，如果使用扬声器箱而不是耳机来再现双耳音频信号，则其中一个扬声器箱再现的信号会到达两只耳朵，因此会发生串扰。为了通过一对扬声器正确再现双耳信号，应对该信号进行预滤波，以补偿串扰效应，否则串扰效应将显著损害双耳信号的空间特性。例如，在播放前应用串扰消除(ctc)，将避免或至少减少串扰。
9、为了实现串扰消除，所应用的滤波器矩阵引入了频谱失真。例如，这可能是由于滤波器的相位/幅度响应中的极端动态而造成的。例如，串扰消除滤波器矩阵的频谱动态在某些频带中可能达到极值。这会影响整体音色，特别是可理解性、中心源的音色存在以及基于串扰消除的播放系统的感知质量。
10、在[1]和[2]中，描述了串扰消除的概念。矩阵h
11、
12、示出了当由两个扬声器播放两个扬声器信号
13、
14、时的传递函数。
15、收听者左耳el和右耳er的两个信号可以表示为：
16、
17、信号yl被馈送到包括第一扬声器(例如左扬声器)的第一扬声器箱中。信号yr被馈送到包括第二扬声器(例如右扬声器)的第二扬声器箱中。
18、信号el是在收听者的第一耳朵(例如，收听者的左耳)处接收到的第一信号。信号er是在收听者的第二只耳朵(例如，收听者的右耳)处接收到的第二信号。
19、对于第一扬声器l(例如，左扬声器)，串扰系数hll表示所述扬声器l的直接路径，串扰系数hlr则表示所述扩音器l的交叉路径。
20、对于第二扬声器r(例如，右扬声器)，串扰系数hrr表示所述扬声器r的直接路径，串扰系数hrl则表示所述扩音器r的交叉路径。
21、因此，h描述了扬声器信号对同侧耳朵的修改和对侧耳朵的串扰(参见[1]、[2])。在h中，系数hrl和hlr表示应消除或至少减少的串扰分量。
22、如果在由两个扬声器输出音频信号之前，对两个扬声器的音频信号xl、xr应用滤波器矩阵c，以获得消除了串扰的两个扬声器信号：
23、
24、则可以在收听者耳朵处实现信号的完美重建，例如完美的串扰消除，
25、其中，c是通过根据以下公式对hrtf矩阵h进行求逆而获得的：
26、
27、其中d是由下式给出的行列式
28、d＝hllhrr–hlrhrl.
29、图2示出了这种双通道串扰消除系统的示意图。
30、完美的串扰消除系统将引入耳朵信号的完美分离，而不会对双声道源信号引入额外的着色，只是需要收听者位于最佳位置。然而，在现实世界的串扰消除系统中，通常不可避免地会出现不期望的着色。
31、影响频谱失真的一个关键因素是c中的ctc系数。矩阵h的求逆可能是一个不适定问题。为了实现足够的串扰消除性能，ctc滤波器矩阵可能会在某些频带中显示出极端的频谱动态。
32、在现有技术的方法中，通过逆问题的(频率相关的)正则化来降低滤波器矩阵c的动态性(参见[3])。
33、图3示出了一个示例性的传递函数矩阵h，假设hrtf对称，总扬声器开口角为30°。
34、图4示出了应用低正则化的示例性传递函数矩阵c(h)，其中b＝10-7。
35、图5示出了应用增强正则化的示例性传递函数矩阵c(h)，其中b＝0.01。
36、考虑到虚拟中心分量的示例，单个系统扬声器上的直接信号和串扰信号的总和可能会导致着色，并可能减少存在(参见[4])。由于两个系统通道的输入信号是相关的，因此在这种情况下，预期的着色将不同于其他情况，例如环境分量，其中串扰消除滤波器将彼此正交。
37、一些方法应用串扰消除信号的动态自适应。
38、在一些现有技术方法中，提出了输入信号的预处理。在us9532156b2(参见[5])中，提供了一种用于声场增强的装置和方法。空间比由中心分量和侧分量确定。基于空间比调整数字音频输入信号，以形成预处理信号。串扰消除信号的中心分量被重新对齐，以产生最终的数字音频输出。
39、在us10063984b2(参见[6])中，提供了一种用于产生具有无失真声学中心的虚拟声学立体声系统的方法。ctc输入信号的中心/侧分离是为了仅对侧分量应用串扰消除，而使中心分量不失真。
技术实现思路
1、本专利技术的目的是提供用于减少再现虚拟声学的系统中的频谱失真的改进概念。本专利技术的目的通过根据权利要求1的装置、根据权利要求29的系统、根据权利要求34的方法和根据权利要求35的计算机程序来解决。
2、提供了一种用于减少经由扬声器再现虚拟声学的系统中的频谱失真的装置。所述装置被配置为通过进行自适应均衡和/或通过进行时间动态均衡来减少频谱失真。
3、此外，提供了一种经由扬声器再现虚拟声学的系统。所述系统包括扬声器信号发生器，用于从一个或多个音频输入信号中产生两个或更多个音频输出信号。此外，所述系统包括如上所述的用于减少频谱失真的装置。所述装置被配置为通过对一个或多个音频输入信号中的至少一个和/或对两个或更多个音频输出信号中的至少一个和/或对扬声器信号发生器在一个本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种用于减少经由扬声器再现虚拟声学的系统(200)中的频谱失真的装置(100)，
2.根据权利要求1所述的装置(100)，
3.根据权利要求2所述的装置(100)，
4.根据权利要求2或3所述的装置(100)，
5.根据权利要求2至4之一所述的装置(100)，
6.根据权利要求2至5之一所述的装置(100)，
7.根据权利要求6所述的装置(100)，
8.根据权利要求6或7所述的装置(100)，
9.根据权利要求6至8之一所述的装置(100)，
10.根据权利要求9所述的装置(100)，
11.根据权利要求10所述的装置(100)，
12.根据权利要求9至11之一所述的装置(100)，
13.根据权利要求9至12之一所述的装置(100)，
14.根据权利要求6至13之一所述的装置(100)，
15.根据权利要求14所述的装置(100)，
16.根据前述权利要求之一所述的装置(100)，
18.根据权利要求16，还根据权利要求6至15之一所述的装置(100)，
19.根据权利要求16或18所述的装置(100)，
20.根据权利要求19所述的装置(100)，
21.根据权利要求20所述的装置(100)，
22.根据权利要求21所述的装置(100)，
23.根据权利要求20，还根据权利要求6至15之一所述的装置(100)，
24.根据前述权利要求之一所述的装置(100)，
25.根据前述权利要求之一，还根据权利要求2所述的装置(100)，
26.根据前述权利要求之一所述的装置(100)，
27.根据前述权利要求之一，还根据权利要求2所述的装置(100)，
28.根据前述权利要求之一所述的装置(100)，
29.一种经由扬声器再现虚拟声学的系统(200)，其中所述系统(200)包括：
30.根据权利要求29所述的系统(200)，
31.根据权利要求30所述的系统(200)，
32.根据权利要求29至31之一所述的系统(200)，
33.根据权利要求29至31之一所述的系统(200)，
34.一种用于减少经由扬声器再现虚拟声学的系统(200)中的频谱失真的方法，
35.一种计算机程序，用于在计算机或信号处理器上执行时实现根据权利要求34所述的方法。
...【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】
1.一种用于减少经由扬声器再现虚拟声学的系统(200)中的频谱失真的装置(100)，
2.根据权利要求1所述的装置(100)，
3.根据权利要求2所述的装置(100)，
4.根据权利要求2或3所述的装置(100)，
5.根据权利要求2至4之一所述的装置(100)，
6.根据权利要求2至5之一所述的装置(100)，
7.根据权利要求6所述的装置(100)，
8.根据权利要求6或7所述的装置(100)，
9.根据权利要求6至8之一所述的装置(100)，
10.根据权利要求9所述的装置(100)，
11.根据权利要求10所述的装置(100)，
12.根据权利要求9至11之一所述的装置(100)，
13.根据权利要求9至12之一所述的装置(100)，
14.根据权利要求6至13之一所述的装置(100)，
15.根据权利要求14所述的装置(100)，
16.根据前述权利要求之一所述的装置(100)，
17.根据权利要求16所述的装置(100)，
18.根据权利要求16，还根据权利要求6至15之一所述的装置(100)，
19.根据权利要求16或1...
【专利技术属性】
技术研发人员：阿德里安·洛伦兹，菲利克斯·沃尔夫，西蒙尼·纽卡姆，迈克尔·洛维迪·特纳，
申请(专利权)人：弗劳恩霍夫应用研究促进协会，
类型：发明
国别省市：
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