环绕声矩阵编解码系统及其实现方法技术方案

本申请公开了一种环绕声矩阵编、解码系统及各自的实现方法，在编码时通过音频水印方式在环绕声矩阵编码后的双通道信号中增加原始音源类型信息；在解码时提取出该原始音源类型信息，并选择与每种原始音源类型最佳的回放方式。本申请使得环绕声回放系统可以完美地兼容原始音源类型为双通道的音频内容，并且实现简单。

【技术实现步骤摘要】

本申请涉及一种多媒体处理技术，特别是涉及一种用音频水印来改进环绕声矩阵解码器对双通道原始音源的后向兼容性的方法和装置。
技术介绍
立体声是指具有立体感的声音。自然界发出的声音是立体声，人们希望把这些立体声信息经记录、传输、重发(回放)后，仍能准确感知原始的立体声。一种现有的的立体声处理方式是双通道立体声系统，简称为双通道、双声道。2.0系统是典型的双通道回放系统，仅由左前置扬声器L和右前置扬声器R组成。2.1系统在2.O系统的基础上增加了低音单元LFE。另一种现有的立体声处理方式是环绕声立体声系统,简称为环绕声。5.1系统是典型的环绕声回放系统，由左前置扬声器L、右前置扬声器R、中前置扬声器C、低音单兀LFE、左后环绕扬声器Ls、右后环绕扬声器Rs组成。7.1系统在5.1系统的基础上增加了左侧扬声器和右侧扬声器。环绕声系统作为比双通道系统更好的立体声再现方式，在家庭影院、电子竞技游戏、实况再现、虚拟现实等场合得到了快速推广和广泛应用。然而，双通道系统具有超过半个世纪的应用历史，硬件设备和音频资源的数量都远大于环绕声系统。如何充分利用已有的双通道信号的制作、存储、传输等设备，实现大部分环绕声系统的性能，便有着巨大的市场价值。一个典型的应用场景是，将现有的调频立体声广播方便地升级为准环绕声广播。由于环绕声系统所包含的立体声信息远多于双通道系统，一旦双通道系统按其原始设计无法存储额外的环绕声信息时，从双通道信号到环绕声信号的转换(称为环绕声矩阵编码、盲解码)就面临部分环绕声信息无法恢复的难题。有别于主要承担数据压缩功能的纯环绕声编解码器，业界习惯上将从双通道信号向上混音到环绕声信号的系统称为环绕声矩阵解码系统，也称环绕声盲解码系统。请参阅图1，这是一种现有的环绕声矩阵编码系统，仅包括环绕声矩阵编码器11。所述环绕声矩阵编码器11将任意声道的环绕声信号(图1中以5.1声道为例)转换为双通道信号，以便于在目前大量存在的双通道信号的制作、存储和传输设备中使用。请参阅图2，这是一种现有的环绕声矩阵解码系统，包括环绕声矩阵解码器21、环绕声放大器22等。所述环绕声矩阵解码器21将双通道信号转换为环绕声信号(图2中以5.1声道为例)。所述环绕声放大器22将环绕声信号经过放大、处理后输出给环绕声回放系统(图2中以5.1环绕声回放系统为例)播放。由于原始音源类型的信息在存储、传输、编码环节已经丢失，环绕声矩阵解码系统无法得知原始音源类型是双通道还是环绕声，因此环绕声矩阵解码系统的重发方式可能就与原始音源类型的最佳重发方式相悖。例如，图1中的环绕声的原始音源类型如果为双通道信号。聆听者在典型的双通道回放系统上感知到的是位于左前置扬声器L和右前置扬声器R之间的虚拟的中置声像M’。而经过环绕声矩阵解码系统后，聆听者在5.1环绕声回放系统上听到的是由中前置扬声器C发出的实中置声像M，这可能会因为幅度增大造成过幅失真。从高保真的角度讲，当原始音源为双通道信号时，聆听者更倾向于由L、R扬声器构成的双通道系统回放。若图1中的5.1环绕声回放系统能够准确地知道原始音源类型是双通道信号，便可以将5.1环绕声回放系统降级切换为2. O或2.1的双通道回放系统，以完美兼容双通道立体声内容。
技术实现思路
本申请所要解决的技术问题是提供一种环绕声矩阵编码系统，可以在双通道信号中嵌入原始音源类型信息。为此，本申请还要提供所述环绕声矩阵编码系统的实现方法。相应地，本申请还要提供一种环绕声矩阵解码系统，可以根据双通道信号中所携带的不同的原始音源类型信息进行不同的处理。为此，本申请还要提供所述环绕声矩阵解码系统的实现方法。为解决上述技术问题，本申请环绕声矩阵编码系统包括——环绕声矩阵编码器，将环绕声信号转换为双通道信号；——水印嵌入器，在双通道信号中以音频水印方式嵌入原始音源类型信息，输出具有原始音源类型信息的双通道信号。所述环绕声矩阵编码系统的实现方法为环绕声信号经过环绕声矩阵编码器，被转换为双通道信号；所述双通道信号再经过水印嵌入器，被嵌入表示原始音源类型信息的音频水印后输出。相应地，本申请环绕声矩阵解码系统包括——环绕声矩阵解码器，将具有原始音源类型信息的双通道信号转换为环绕声信号，输出给混音器；——水印提取器，从具有原始音源类型信息的双通道信号中识别并提取出原始音源类型信息，控制混音器的工作模式；——混音器，直接采集具有原始音源类型信息的双通道信号；当原始音源类型为双通道时，水印提取器设定混音器的工作模式为将所采集的具有原始音源类型信息的双通道信号输出给环绕声放大器；当原始音源类型为环绕声时，水印提取器设定混音器的工作模式为将环绕声矩阵解码器输出的环绕声信号输出给环绕声放大器；——环绕声放大器，将具有原始音源类型信息的双通道信号、或者环绕声信号经过放大、处理后输出给环绕声回放系统播放。所述环绕声矩阵解码系统的实现方法为具有原始音源类型类型的双通道信号同时进入环绕声矩阵解码器、水印提取器和混音器；所述环绕声矩阵解码器将其转换为环绕声信号并输出给混音器；所述水印提取器从其中提取出原始音源类型信息，并生成混音器的工作模式信号输出给混音器；所述混音器根据工作模式信号，或者将环绕声信号输出给环绕声放大器，或者将具有原始音源类型类型的双通道信号输出给环绕声放大器。与现有技术相比，本申请具有以下优点其一，环绕声矩阵解码系统完全兼容原始双通道音源，使得环绕声回放系统能更好地表现原始的双通道音源。其二，不改变现有双通道信号的制作、存储、传输系统，仅在环绕声矩阵编码器端加入水印嵌入器，在环绕声矩阵解码器端加入水印提取器和混音器。所增加的模块更可以分别整合到环绕声编码器和环绕声解码器之中，以节约成本。其三，嵌入音频水印可以采用矩阵变换技术，使得有、无水印信号可作为双通道节目源与环绕声节目源的指示；或者，也可使得水印信号中的不同信息作为双通道节目源与环绕声节目源的指示。这可以更好地兼容立体声调频广播中最为广泛使用的和差制、导频制。附图说明图1是现有的环绕声矩阵编码系统的结构示意图；图2是现有的环绕声矩阵解码系统的结构示意图；图3是本申请环绕声矩阵编码系统的结构示意图；图4是本申请环绕声矩阵解码系统的结构示意图；图5是图3中水印嵌入器的一个实施例的结构示意图；图6是图5中水印嵌入单元的一个实施例的结构示意图；图7是图5中水印嵌入单元的另一个实施例的结构示意图；图8是图4中水印提取器的一个实施例的结构示意图；图9是图8中去抖动处理模块对信号处理前、后的波形图、以及交叉混音切换器对信号C淡入、信号D淡出的波形图；图10是图4中混音器的一个实施例的结构示意图。图中附图标记为11为环绕声矩阵编码器；21为环绕声矩阵解码器；22为环绕声放大器；23为5.1声道环绕声回放系统；31为水印嵌入器；311为矩阵M ；312为水印嵌入单元；313为矩阵M-1 ；41为水印提取器；411为差分器；412为水印检测单元；413为冗余纠错解码模块；414为去抖动处理模块；415为水印判别模块；42为混音器；421为交叉混音切换器；422为延时、增益调整模块；51为冗余纠错编码模块；52为载波信号发生器；53为调制器；54为混合器；55为滤波器；56为卷积器。具体实施例方式请参阅图3，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种环绕声矩阵编码系统，其特征是，包括：——环绕声矩阵编码器，将环绕声信号转换为双通道信号；——水印嵌入器，在双通道信号中以音频水印方式嵌入原始音源类型信息，输出具有原始音源类型信息的双通道信号。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：蔡志博，李晓东，
申请(专利权)人：上海中科高等研究院，
类型：发明
国别省市：