一种多通道音频编解码系统及其方法技术方案

本发明专利技术涉及多通道音频编解码系统及其方法，将多通道信号转换成前后两对立体声信号，加入模拟人头微小转动的动态信息，调制前后两对立体声信号做出相应的变化，既不影响下混合后普通立体声的收听效果，同时接收端也可以解出动态信息，区分前后两对立体声，再分配到多通道系统播放，实现良好的环绕声重放，可用于广播系统，在家庭、汽车等私人空间能实现很好的环绕声重放。本发明专利技术在编码时嵌入模拟人头微小转动的动态信息，一方面不影响下混合后立体声信号的听音效果，另一方面恢复多通道信号时能解出动态信息，区分声源的前后，明确声源定位。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及声信号处理
，特别涉及。
技术介绍
随着多通道数字音频编解码技术的广泛应用和多通道环绕声节目的丰富，如何在家庭、汽车等私人空间中通过传统的传输信道(如广播)欣赏高质量的环绕声节目正逐渐被重视。上世纪70年代开始，针对多通道信号和双通道立体声之间的兼容问题提出了矩阵环绕(Matrix Surround)编解码，通过编码矩阵使得下混合后立体声的左右通道间关系 对应于声源的空间信息，解码矩阵尽可能的恢复出和原始环绕声相同空间定位的多通道信号。基于此开发了一系列商业化系统如“Dolby Pro Logic”, “Lexicon Logic7”，“SRSCircle Surround”，“DTS Neo 6” 等。近几年出现的MPEG Surround (IS0/IEC 23003-1)同样采用矩阵环绕编解码作为一种工作模式，基于大量的音频样本测试，通过推算各通道间的声级差、相关度等恢复出多通道音频信号，但是仍不能避免矩阵环绕编解码存在的缺陷。矩阵环绕声系统经过多年的发展，虽有多种形式，但其编码方法是类似的。下面列举一个5.1系统的例子来说明其原理。d=Ms (I)其中，权利要求1.一种多通道音频编解码系统，包括多通道音频声源、扬声器、声信号AD/DA转化器、 功率放大器、多通道音频编码器、多通道音频解码器和声信号传输设备，其特征在于所述的多通道音频声源，用于产生多通道音频信号，输出到多通道音频编码器的输入端;所述的多通道音频编码器，用于将多通道音频信号分成前方信号和后方信号，将前方信号分配到前面的一对虚拟立体声信号、后方信号分配到后面的一对虚拟立体声信号，得到前后两对立体声信号；然后，模拟人头的微小转动，根据设定的前后方的人头转动模式对前后两对立体声信号分别调制其左右通道的幅值，前后两对立体声左右通道的幅度变化趋势不同；最后，将前后两对立体声信号向下混合成一对立体声信号输出到声信号传输设备;所述的声信号传输设备，用于将多通道音频编码器输出的一对立体声信号传输到多通道音频解码器的输入端；所述的多通道音频解码器，根据多通道音频编码器中设定的前后转动模式，将一对立体声信号分解成前后两对立体声信号，再根据扬声器配置，利用信号分配原则将两对立体声恢复出和原始环绕声相同空间定位的多通道音频信号；所述的功率放大器，用于放大解码器和声信号DA转换器输出的多通道音频信号，并将信号输出到扬声器。2.根据权利要求1所述的多通道音频编解码系统，其特征在于，所述的多通道音频编码器和多通道音频解码器采用普通PC机或者数字信号处理器。3.根据权利要求1所述的多通道音频编解码系统，其特征在于，所述的扬声器为包括两个或两个以上扬声器阵列，用于播放解码后的多通道音频信号。4.一种多通道音频编解码方法，该方法在编码端先将多通道信号转化为前后两对立体声信号，然后加入模拟人头微小转动的动态信息，调制两对立体声信号做出相应的变化，向下混合成一对立体声信号输出，在解码端根据立体声信号解出动态信息，区分出前后两对立体声，具体包括如下步骤(1)将多通道音频声源信号输出到多通道音频编码器的输入端；(2)通过多通道音频编码器将多通道音频信号分成前方信号和后方信号，然后根据信号分配原则，将前方信号分配到前面的一对虚拟立体声信号，后方信号分配到后面的一对虚拟立体声信号，得到前后两对立体声信号；(3 )模拟人头的微小转动，根据设定的前后方的人头转动模式，按照一定的频率和转动模式对前后两对立体声信号分别调制其左右通道的幅值，前后两对立体声左右通道的幅度变化趋势不同；(4)将前后两对立体声信号分别进行左通道相加、右通道相加，向下混合成一对立体声信号，使用声信号传输设备传输到多通道音频解码器；(5)多通道音频解码器根据多通道音频编码器中设定好的前后转动模式，将一对立体声信号分解成前后两对立体声信号，再根据扬声器配置，利用信号分配原则将两对立体声恢复出和原始环绕声相同空间定位的多通道音频信号；(6)经过声信号DA转化器、功率放大器输出到扬声器进行播放。5.根据权利要求4所述的多通道音频编解码方法，其特征在于，所述的步骤3)中模拟人头的转动频率一般在50Hz以上，为了让听者使用普通立体声收听时感觉不到声像移动。6.根据权利要求4所述的多通道音频编解码方法，其特征在于，所述的步骤5)通过多通道音频解码器将双通道立体声信号转化到时频域处理，对信号做时频变换，在每一个时频点将左右通道相除，观察前后两帧或更多帧左右通道比值的变化，然后对比之前设定好的前后两对立体声左右通道比值的变化，判断出该频点属于前方或后方，最后将时频域信号反变换到时域信号，解出前后方两对立体声信号，根据扬声器配置将两对立体声变换成多通道音频信号。7.根据权利要求4所述的多通道音频编解码方法，其特征在于，所述的步骤5)通过多通道音频解码器将双通道立体声信号转化到时频域处理，采用信号处理方法将下混合后的双通道信号中的直达声成分和背景声成分分离，各得到一对立体声信号，能够提高直达声信噪比；同时原双通道立体声信号在每一个时频点将左右通道相除，观察前后两帧或更多帧左右通道比值的变化，然后对比之前设定好的前后两对立体声左右通道比值的变化，判断出该频点属于前方或后方，将原双通道立体声的时频点换成相对应的直达声的时频点， 最后将时频域信号反变换到时域信号，解出对应直达声的前后方两对立体声信号；根据扬声器配置将两对直达声立体声和一对背景声立体声变换成多通道音频信号。8.根据权利要求7所述的多通道音频编解码方法，其特征在于，所述的步骤5)将两对直达声按其方位，通过立体声信号分配原则分配到最近的两个通道；将背景声直接加到左前、右前通道；背景声做一定延迟，通过低通滤波器，分配到左后、右后通道。9.根据权利要求4所述的多通道音频编解码方法，其特征在于，所述的方法包括步骤:步骤301 :多通道音频编码器，数字信号处理器(202)读取5.1格式多通道音频声源(201)，左前、右前、中前、低音、左后、右后通道信号分别为L、R、C、LFE、Ls和Rs ；步骤302 :假设在±45度、±135度方位有4个虚拟扬声器(401、402、403和404)，根据简单的信号分配原理，将5.1通道信号转化到假设的2对虚拟扬声器上，前后两对立体声分别为L, = L* cos((30 - 45) * pi/180) + ^2/2^ (C + LFE) + R * cos((30 + 45) * pi /180)R, = L * cos((30 + 45) * pi/180) + 万 / 2 * (C + LFE) + R * cos((30 — 45) * pi /180)步骤303 :设定前后方头部的转动模式，模拟人头微小转动，当头部逆时针转动时，相当于4个虚拟扬声器(401、402、403、404)同时顺时针转动，相应的各个通道的信号发生变化为令前半平面的立体声Lf’ =B1^Lf, Rf' =a2*Rf,后半平面的立体声V =a3*Lb, Rb' =a4*Rb ；其中，％、a2、a3、a4的选取需要符合调制后声像方位基本不变，只是声像宽度稍变宽， 相比于调制前人耳感受无很大区别，为了使声音的强度和效果不产生大的变化，取值约在本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种多通道音频编解码系统，包括：多通道音频声源、扬声器、声信号AD/DA转化器、功率放大器、多通道音频编码器、多通道音频解码器和声信号传输设备，其特征在于：所述的多通道音频声源，用于产生多通道音频信号，输出到多通道音频编码器的输入端；所述的多通道音频编码器，用于将多通道音频信号分成前方信号和后方信号，将前方信号分配到前面的一对虚拟立体声信号、后方信号分配到后面的一对虚拟立体声信号，得到前后两对立体声信号；然后，模拟人头的微小转动，根据设定的前后方的人头转动模式对前后两对立体声信号分别调制其左右通道的幅值，前后两对立体声左右通道的幅度变化趋势不同；最后，将前后两对立体声信号向下混合成一对立体声信号输出到声信号传输设备；所述的声信号传输设备，用于将多通道音频编码器输出的一对立体声信号传输到多通道音频解码器的输入端；所述的多通道音频解码器，根据多通道音频编码器中设定的前后转动模式，将一对立体声信号分解成前后两对立体声信号，再根据扬声器配置，利用信号分配原则将两对立体声恢复出和原始环绕声相同空间定位的多通道音频信号；所述的功率放大器，用于放大解码器和声信号DA转换器输出的多通道音频信号，并将信号输出到扬声器。...

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：张玲玲，叶青华，蔡志博，李晓东，
申请(专利权)人：中国科学院声学研究所，
类型：发明
国别省市：