УСТРОЙСТВО ОБРАБОТКИ АУДИОСИГНАЛА И СПОСОБ СНИЖЕНИЯ ПЕРЕКРЕСТНЫХ ПОМЕХ АУДИОСИГНАЛА Российский патент 2019 года по МПК H04S1/00 H04S3/00 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

Изобретение относится к области обработки аудио сигнала, в частности, к снижению перекрестных помех в аудио сигналах.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Снижение перекрестных помех в аудио сигналах представляет большой интерес для множества приложений. Например, при воспроизведении бинауральных аудио сигналов для слушателя, использующего динамики, аудио сигналы, которые должны прослушиваться, например, в левом ухе слушателя, обычно также слышны в правом ухе слушателя. Этот эффект обозначается как перекрестная помеха и может быть снижен за счет добавления обратного (инверсного) фильтра в цепь аудио воспроизведения. Снижение перекрестных помех также может упоминаться как компенсация перекрестных помех и может быть реализовано путем фильтрации аудио сигналов.

Точная обратная фильтрация обычно невозможна и применяются аппроксимации. Поскольку обратные фильтры обычно нестабильны, эти аппроксимации используют регуляризацию, чтобы управлять усилением обратных фильтров и снижать потери динамического диапазона. Однако, вследствие плохой обусловленности, обратные фильтры чувствительны к ошибкам. Другими словами, малые ошибки в цепи воспроизведения могут приводить к большим ошибкам в точке воспроизведения, что приводит к узкой зоне наилучшего восприятия (ʺприятному местуʺ) и нежелательному окрашиванию, как описано в публикации Takeuchi, T., Nelson, P.A., ʺOptimal source distribution for binaural synthesis over loudspeakersʺ (Оптимальное распределение источников для бинаурального синтеза по громкоговорителям), журнал ASA 112(6), 2002.

В EP 1 545 154 A2, для определения обратных фильтров используются измерения от динамиков до слушателя. Недостатком этого подхода является узкая зона наилучшего восприятия и нежелательное окрашивание из-за регуляризации. Поскольку все частоты обрабатываются одинаково на этапе оптимизации, низкочастотные и высокочастотные компоненты подвержены ошибкам из-за плохой обусловленности (некондиционности).

В публикации M.R. Bai, G.Y. Shih, C.C. Lee ʺComparative study of audio spatializers for dual-loudspeaker mobile phonesʺ (Сравнительное исследование устройств создания объемного аудио для мобильных телефонов с двумя динамиками), журнал ASA 121 (1), 2007, описывается деление на поддиапазоны, чтобы снизить сложность конструкции обратного фильтра. В этом подходе используется банк фильтров из квадратурных зеркальных фильтров (QMF), чтобы обеспечить снижение перекрестных помех многоскоростным образом. Однако все частоты обрабатываются одинаково, деление на поддиапазоны используется только для уменьшения сложности. В результате, применяются высокие значения регуляризации, что приводит к снижению пространственного восприятия и качества звука.

В US 2013/0163766 A1 используется анализ поддиапазонов, чтобы оптимизировать выбор значений регуляризации. Поскольку низко- и высокочастотные компоненты используют большие значения регуляризации, это оказывает влияние на пространственное восприятие и качество звука.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Задачей настоящего изобретения является создание эффективной концепции фильтрации входного аудио сигнала левого канала и входного аудио сигнала правого канала.

Это достигается за счет признаков независимых пунктов формулы изобретения. Другие формы реализации очевидны из зависимых пунктов формулы изобретения, описания и чертежей.

Изобретение основано на установлении того, что входной аудио сигнал левого канала и входной аудио сигнал правого канала можно разложить на множество предопределенных частотных поддиапазонов, причем каждый предопределенный частотный диапазон выбран для повышения точности соответствующих бинауральных сигналов, таких как интерауральная разность во времени (прихода звука в оба уха)(ITD) и интерауральная разность уровней звука (ILD), в пределах каждого предопределенного частотного диапазона и сведения к минимуму сложности.

Каждый предопределенный частотный диапазон может быть выбран таким образом, чтобы можно было обеспечить надежность и избежать нежелательного окрашивания. На низких частотах, например, ниже 0,6 кГц, снижение перекрестных помех может быть выполнено с использованием простых временных задержек и коэффициентов усиления. Таким образом, могут быть отображены точные интерауральные разности во времени (ITD) при сохранении высокого качества звука. Для средних частот, например, между 1,6 кГц и 6 кГц, может быть выполнено снижение перекрестных помех для точного воспроизведения интерауральных разностей уровней (ILD) между аудио сигналами. Очень низкочастотные компоненты, например, ниже 200 Гц, и высокочастотные компоненты, например, выше 6 кГц, могут быть задержаны и/или обойдены во избежание гармонических искажений и нежелательного окрашивания. Для частот ниже 1,6 кГц в локализации звука могут доминировать интерауральные разности во времени (ITD). Выше этой частоты влияние интерауральных разностей уровней (ILD) может систематически увеличиваться с частотой, что делает его доминирующим сигналом на высоких частотах.

В соответствии с первым аспектом, изобретение относится к устройству обработки аудио сигнала для фильтрации входного аудио сигнала левого канала для получения выходного аудио сигнала левого канала и для фильтрации входного аудио сигнала правого канала для получения выходного аудио сигнала правого канала, выходной аудио сигнал левого канала и выходной аудио сигнал правого канала должны передаваться по акустическим путям распространения к слушателю, причем передаточные функции акустических путей распространения определяются матрицей акустической передаточной функции, причем устройство обработки аудио сигнала содержит блок разбиения (декомпозер), сконфигурированный, чтобы разбивать входной аудио сигнал левого канала на первый входной аудио подсигнал левого канала и второй входной аудио подсигнал левого канала и разбивать входной аудио сигнал правого канала на первый входной аудио подсигнал правого канала и второй входной аудио подсигнал правого канала, причем первый входной аудио подсигнал левого канала и первый входной аудио подсигнал правого канала распределены в первый предопределенный частотный диапазон, и причем второй входной аудио подсигнал левого канала и второй входной аудио подсигнал правого канала распределены во второй предопределенный частотный диапазон, первый блок снижения перекрестных помех сконфигурирован, чтобы уменьшать перекрестные помехи между первым входным аудио подсигналом левого канала и первым входным аудио подсигналом правого канала в первом предопределенном частотном диапазоне на основе матрицы акустической передаточной функции для получения первого выходного аудио подсигнала левого канала и первого выходного аудио подсигнала правого канала, второй блок снижения перекрестных помех сконфигурирован, чтобы уменьшать перекрестные помехи между вторым входным аудио подсигналом левого канала и вторым входным аудио подсигналом правого канала во втором предопределенном частотном диапазоне на основе матрицы акустической передаточной функции для получения второго выходного аудио подсигнала левого канала и второго выходного аудио подсигнала правого канала, и блок объединения, сконфигурированный, чтобы объединять первый выходной аудио подсигнал левого канала и второй выходной аудио подсигнал левого канала для получения выходного аудио сигнала левого канала и чтобы объединять первый выходной аудио подсигнал правого канала и второй выходной аудио подсигнал правого канала для получения выходного аудио сигнала правого канала. Таким образом, реализуется эффективная концепция фильтрации входного аудио сигнала левого канала и входного аудио сигнала правого канала.

Устройство обработки аудио сигнала может выполнять уменьшение перекрестных помех между входным аудио сигналом левого канала и входным аудио сигналом правого канала. Первый предопределенный частотный диапазон может содержать низкочастотные компоненты. Второй предопределенный частотный диапазон может содержать компоненты средней частоты.

В первой форме реализации устройства обработки аудио сигнала в соответствии с первым аспектом как таковым, выходной аудио сигнал левого канала должен передаваться по первому акустическому пути распространения между левым динамиком и левым ухом слушателя и второму акустическому пути распространения между левым динамиком и правым ухом слушателя, причем выходной аудио сигнал правого канала должен передаваться по третьему акустическому пути распространения между правым динамиком и правым ухом слушателя и четвертому акустическому пути распространения между правым динамиком и левым ухом слушателя, и при этом первая передаточная функция первого акустического пути распространения, вторая передаточная функция второго акустического пути распространения, третья передаточная функция третьего акустического пути распространения и четвертая передаточная функция четвертого акустического пути распространения образуют матрицу акустической передаточной функции. Таким образом, матрица акустической передаточной функции обеспечивается на основе расположения левого динамика и правого динамика по отношению к слушателю.

Во второй форме реализации устройства обработки аудио сигнала в соответствии с первым аспектом как таковым или любой предшествующей формой реализации первого аспекта, первый блок снижения перекрестных помех сконфигурирован, чтобы определять первую матрицу снижения перекрестных помех на основе матрицы акустической передаточной функции и фильтровать первый входной аудио подсигнал левого канала и первый входной аудио подсигнал правого канала на основе первой матрицы снижения перекрестных помех. Таким образом, снижение перекрестных помех с помощью первого блока снижения перекрестных помех выполняется эффективным образом.

В третьей форме реализации устройства обработки аудио сигнала в соответствии со второй формой реализации первого аспекта, элементы первой матрицы снижения перекрестных помех указывают коэффициенты усиления и временные задержки, ассоциированные с первым входным аудио подсигналом левого канала и первым входным аудио подсигналом правого канала, причем коэффициенты усиления и временные задержки являются постоянными в пределах первого предопределенного частотного диапазона. Таким образом, интерауральные разности во времени (ITD) могут быть эффективно реализованы.

В четвертой форме реализации устройства обработки аудио сигнала в соответствии с третьей формой реализации первого аспекта, первый блок снижения перекрестных помех сконфигурирован, чтобы определять первую матрицу снижения перекрестных помех в соответствии со следующими уравнениями:

где C_S1 обозначает первую матрицу снижения перекрестных помех, A_ij обозначает коэффициенты усиления, d_ij обозначает временные задержки, C обозначает обобщенную матрицу снижения перекрестных помех, C_ij обозначает элементы обобщенной матрицы снижения перекрестных помех, C_ijmax обозначает максимальное значение элементов C_ij обобщенной матрицы снижения перекрестных помех, H обозначает матрицу акустической передаточной функции, I обозначает единичную матрицу, β обозначает коэффициент регуляризации, M обозначает задержку моделирования, и ω обозначает угловую частоту. Таким образом, первая матрица снижения перекрестных помех определяется на основе метода снижения перекрестных помех с минимальной среднеквадратичной ошибкой, имеющего постоянные коэффициенты усиления и временные задержки в первом предопределенном частотном диапазоне.

В пятой форме реализации устройства обработки аудио сигнала в соответствии с первым аспектом как таковым или любой предшествующей формой реализации первого аспекта, второй блок снижения перекрестных помех сконфигурирован, чтобы определять вторую матрицу снижения перекрестных помех на основе матрицы акустической передаточной функции и фильтровать второй входной аудио подсигнал левого канала и второй входной аудио подсигнал правого канала на основе второй матрицы снижения перекрестных помех. Таким образом, снижение перекрестных помех вторым блоком снижения перекрестных помех выполняется эффективным образом.

В шестой форме реализации устройства обработки аудио сигнала в соответствии с пятой формой реализации первого аспекта, второй блок снижения перекрестных помех сконфигурирован, чтобы определять вторую матрицу снижения перекрестных помех в соответствии со следующим уравнением:

где C_S2 обозначает вторую матрицу снижения перекрестных помех, H обозначает матрицу акустической передаточной функции, I обозначает единичную матрицу, BP обозначает полосовой фильтр, β обозначает коэффициент регуляризации, M обозначает задержку моделирования, и ω обозначает угловую частоту. Таким образом, вторая матрица снижения перекрестных помех определяется на основе метода снижения перекрестных помех с минимальной среднеквадратичной ошибкой. Полосовая фильтрация может быть выполнена во втором предопределенном частотном диапазоне.

В седьмой форме реализации устройства обработки аудио сигнала в соответствии с первым аспектом как таковым или любой предшествующей формой реализации первого аспекта, устройство обработки аудио сигнала дополнительно содержит блок задержки, сконфигурированный, чтобы задерживать третий входной аудио подсигнал левого канала в третьем предопределенном частотном диапазоне на время задержки для получения третьего выходного аудио подсигнала левого канала и чтобы задерживать третий входной аудио подсигнал правого канала в третьем предопределенном частотном диапазоне на дополнительное время задержки для получения третьего выходного аудио подсигнала правого канала, причем блок разбиения сконфигурирован для разбиения входного аудио сигнала левого канала на первый входной аудио подсигнал левого канала, второй входной аудио подсигнал левого канала и третий входной аудио подсигнал левого канала и для разбиения входного аудио сигнала правого канала на первый входной аудио подсигнал правого канала, второй входной аудио подсигнал правого канала и третий входной аудио подсигнал правого канала, причем третий входной аудио подсигнал левого канала и третий входной аудио подсигнал правого канала распределены в третий предопределенный частотный диапазон, и при этом блок объединения сконфигурирован, чтобы объединять первый выходной аудио подсигнал левого канала, второй выходной аудио подсигнал левого канала и третий выходной аудио подсигнал левого канала для получения выходного аудио сигнала левого канала и чтобы объединять первый выходной аудио подсигнал правого канала, второй выходной аудио подсигнал правого канала и третий выходной аудио подсигнал правого канала для получения выходного аудио сигнала правого канала. Таким образом, реализуется обход в третьем предопределенном частотном диапазоне. Третий предопределенный частотный диапазон может содержать компоненты очень низкой частоты.

В восьмой форме реализации устройства обработки аудио сигнала в соответствии с седьмой формой реализации первого аспекта устройство обработки аудио сигнала дополнительно содержит дополнительный блок задержки, сконфигурированный, чтобы задерживать четвертый входной аудио подсигнал левого канала в четвертом предопределенном частотном диапазоне на временную задержку для получения четвертого выходного аудио подсигнала левого канала и чтобы задерживать четвертый входной аудио подсигнал правого канала в четвертом предопределенном частотном диапазоне на дополнительную временную задержку для получения четвертого выходного аудио подсигнала правого канала, при этом блок разбиения сконфигурирован для разбиения входного аудио сигнала левого канала на первый входной аудио подсигнал левого канала, второй входной аудио подсигнал левого канала, третий входной аудио подсигнал левого канала и четвертый входной аудио подсигнал левого канала и для разбиения входного аудио сигнала правого канала на первый входной аудио подсигнал правого канала, второй входной аудио подсигнал правого канала, третий входной аудио подсигнал правого канала и четвертый входной аудио подсигнал правого канала, при этом четвертый входной аудио подсигнал левого канала и четвертый входной аудио подсигнал правого канала распределены в четвертый предварительно определенный диапазон частот, и при этом блок объединения сконфигурирован для объединения первого выходного аудио подсигнала левого канала, второго выходного аудио подсигнала левого канала, третьего выходного аудио подсигнала левого канала и четвертого выходного аудио подсигнала левого канала для получения выходного аудио сигнала левого канала и для объединения первого выходного аудио подсигнала правого канала, второго выходного аудио подсигнала правого канала, третьего выходного аудио подсигнала правого канала и четвертого выходного аудио подсигнала правого канала для получения выходного аудио сигнала правого канала. Таким образом, реализуется обход в четвертом предопределенном частотном диапазоне. Четвертый предопределенный частотный диапазон может содержать высокочастотные компоненты.

В девятой форме реализации устройства обработки аудио сигнала в соответствии с первым аспектом как таковым или любой предшествующей формой реализации первого аспекта, блок разбиения представляет собой схему разделения спектра (фильтрации) аудио. Таким образом, разбиение входного аудио сигнала левого канала и входного аудио сигнала правого канала реализуется эффективным образом.

Схема разделения спектра аудио может быть аналоговой схемой разделения спектра аудио или цифровой схемой разделения спектра аудио. Разбиение может быть реализовано на основе полосовой фильтрации входного аудио сигнала левого канала и входного аудио сигнала правого канала.

В десятой форме реализации устройства обработки аудио сигнала в соответствии с первым аспектом как таковым или любой предшествующей формой реализации первого аспекта, блок объединения сконфигурирован, чтобы суммировать первый выходной аудио подсигнал левого канала и второй выходной аудио подсигнал левого канала для получения выходного аудио сигнала левого канала и чтобы суммировать первый выходной аудио подсигнал правого канала и второй выходной аудио подсигнал правого канала для получения выходного аудио сигнала правого канала. Таким образом, суперпозиция реализуется эффективным образом посредством блока объединения.

Блок объединения может дополнительно быть сконфигурирован, чтобы суммировать третий выходной аудио подсигнал третьего левого канала и/или четвертый выходной аудио подсигнал левого канала с первым выходным аудио подсигналом левого канала и вторым выходным аудио подсигналом левого канала для получения выходного аудио сигнала левого канала. Блок объединения может быть дополнительно сконфигурирован, чтобы суммировать третий выходной аудио подсигнал правого канала и/или четвертый выходной аудио подсигнал правого канала с первым выходным аудио подсигналом правого канала и вторым выходным аудио подсигналом правого канала для получения выходного аудио сигнала правого канала.

В одиннадцатой форме реализации устройства обработки аудио сигнала в соответствии с первым аспектом как таковым или любой предшествующей формой реализации первого аспекта, входной аудио сигнал левого канала формируется входным аудио сигналом переднего левого канала многоканального входного аудио сигнала, и входной аудио сигнал правого канала формируется входным аудио сигналом переднего правого канала многоканального входного аудио сигнала, или входной аудио сигнал левого канала формируется входным аудио сигналом заднего левого канала многоканального входного аудио сигнала, и входной аудио сигнал правого канала формируется входным аудио сигналом заднего правого канала многоканального входного аудио сигнала. Таким образом, многоканальный входной аудио сигнал может эффективно обрабатываться устройством обработки аудио сигнала.

Первый блок снижения перекрестных помех и/или второй блок снижения перекрестных помех могут учитывать размещение виртуальных динамиков по отношению к слушателю с использованием модифицированного снижения перекрестных помех методом наименьших квадратов.

В двенадцатой форме реализации устройства обработки аудио сигнала в соответствии с одиннадцатой формой реализации первого аспекта, многоканальный входной аудио сигнал содержит входной аудио сигнал центрального канала, причем блок объединения сконфигурирован, чтобы объединять входной аудио сигнал центрального канала, первый выходной аудио подсигнал левого канала и второй выходной аудио подсигнал левого канала для получения выходного аудио сигнала левого канала, и чтобы объединять входной аудио сигнал центрального канала, первый выходной аудио подсигнал правого канала и второй выходной аудио подсигнал правого канала для получения выходного аудио сигнала правого канала. Таким образом, объединение с немодифицированным входным аудио сигналом центрального канала реализуется эффективным образом.

Входной аудио сигнал центрального канала может быть дополнительно объединен с третьим выходным аудио подсигналом левого канала, четвертым выходным аудио подсигналом левого канала, третьим выходным аудио подсигналом правого канала и/или четвертым выходным аудио подсигналом правого канала.

В тринадцатой форме реализации устройства обработки аудио сигнала в соответствии с первым аспектом как таковым или любой предшествующей формой реализации первого аспекта, устройство обработки аудио сигнала дополнительно содержит память, сконфигурированную, чтобы хранить матрицу акустической передаточной функции и предоставлять матрицу акустической передаточной функции на первый блок снижения перекрестных помех и второй блок снижения перекрестных помех. Таким образом, матрица акустической передаточной функции может быть предоставлена эффективным образом.

Матрица акустической передаточной функции может быть определена на основе измерений, обобщенных передаточных функций слухового аппарата человека или модели передаточной функции слухового аппарата человека.

Согласно второму аспекту, изобретение относится к способу обработки аудио сигнала для фильтрации входного аудио сигнала левого канала для получения выходного аудио сигнала левого канала и для фильтрации входного аудио сигнала правого канала для получения выходного аудио сигнала правого канала, выходной аудио сигнал левого канала и выходной аудио сигнал правого канала должны передаваться по акустическим путям распространения к слушателю, причем передаточные функции акустических путей распространения определяются матрицей акустической передаточной функции, причем способ обработки аудио сигнала содержит разбиение, посредством блока разбиения, входного аудио сигнала левого канала на первый входной аудио подсигнал левого канала и второй входной аудио подсигнал левого канала, разбиение, посредством блока разбиения, входного аудио сигнала правого канала на первый входной аудио подсигнал правого канала и второй входной аудио подсигнал правого канала, причем первый входной аудио подсигнал левого канала и первый входной аудио подсигнал правого канала распределены в первый предопределенный частотный диапазон, и причем второй входной аудио подсигнал левого канала и второй входной аудио подсигнал правого канала распределены во второй предопределенный частотный диапазон, снижение перекрестных помех, посредством первого блока снижения перекрестных помех, между первым входным аудио подсигналом левого канала и первым входным аудио подсигналом правого канала в первом предопределенном частотном диапазоне на основе матрицы акустической передаточной функции для получения первого выходного аудио подсигнала левого канала и первого выходного аудио подсигнала правого канала, снижение перекрестных помех, посредством второго блока снижения перекрестных помех, между вторым входным аудио подсигналом левого канала и вторым входным аудио подсигналом правого канала во второй предопределенном частотном диапазоне на основе матрицы акустической передаточной функции для получения второго выходного аудио подсигнала левого канала и второго выходного аудио подсигнала правого канала, объединение, посредством блока объединения, первого выходного аудио подсигнала левого канала и второго выходного аудио подсигнала левого канала для получения выходного аудио сигнала левого канала и объединение, посредством блока объединения, первого выходного аудио подсигнала правого канала и второго выходного аудио подсигнала правого канала для получения аудио сигнала правого канала. Таким образом, реализуется эффективная концепция фильтрации входного аудио сигнала левого канала и входного аудио сигнала правого канала.

Способ обработки аудио сигнала может выполняться устройством обработки аудио сигнала. Другие признаки способа обработки аудио сигнала непосредственно вытекают из функциональности устройства обработки аудио сигнала.

В первой форме реализации способа обработки аудио сигнала в соответствии со вторым аспектом как таковым, выходной аудио сигнал левого канала должен передаваться по первому акустическому пути распространения между левым динамиком и левым ухом слушателя и второму акустическому пути распространения между левым динамиком и правым ухом слушателя, причем выходной аудио сигнал правого канала должен передаваться по третьему акустическому пути распространения между правым динамиком и правым ухом слушателя и четвертому акустическому пути распространения между правым динамиком и левым ухом слушателя, и при этом первая передаточная функция первого акустического пути распространения, вторая передаточная функция второго акустического пути распространения, третья передаточная функция третьего акустического пути распространения и четвертая передаточная функция четвертого акустического пути распространения образуют матрицу акустической передаточной функции. Таким образом, матрица акустической передаточной функции обеспечивается на основе расположения левого динамика и правого динамика по отношению к слушателю.

Во второй форме реализации способа обработки аудио сигнала в соответствии со вторым аспектом как таковым или любой предшествующей формой реализации второго аспекта, способ обработки аудио сигнала дополнительно включает в себя определение, первым блоком снижения перекрестных помех, первой матрицы снижения перекрестных помех на основе матрицы акустической передаточной функции и фильтрацию, первым блоком снижения перекрестных помех, первого входного аудио подсигнала левого канала и первого входного аудио подсигнала правого канала на основе первой матрицы снижения перекрестных помех. Таким образом, снижение перекрестных помех с помощью первого блока снижения перекрестных помех выполняется эффективным образом.

В третьей форме реализации способа обработки аудио сигнала в соответствии со второй формой реализации второго аспекта, элементы первой матрицы снижения перекрестных помех указывают коэффициенты усиления и временные задержки, ассоциированные с первым входным аудио подсигналом левого канала и первым входным аудио подсигналом правого канала, причем коэффициенты усиления и временные задержки являются постоянными в пределах первого предопределенного частотного диапазона. Таким образом, интерауральные разности во времени (ITD) могут быть эффективно воспроизведены.

В четвертой форме реализации способа обработки аудио сигнала в соответствии с третьей формой реализации второго аспекта, способ обработки аудио сигнала дополнительно включает в себя определение, первым блоком снижения перекрестных помех, первой матрицы снижения перекрестных помех в соответствии со следующими уравнениями:

где C_S1 обозначает первую матрицу снижения перекрестных помех, A_ij обозначает коэффициенты усиления, d_ij обозначает временные задержки, C обозначает обобщенную матрицу снижения перекрестных помех, C_ij обозначает элементы обобщенной матрицы снижения перекрестных помех, C_ijmax обозначает максимальное значение элементов C_ij обобщенной матрицы снижения перекрестных помех, H обозначает матрицу акустической передаточной функции, I обозначает единичную матрицу, β обозначает коэффициент регуляризации, M обозначает задержку моделирования, и ω обозначает угловую частоту. Таким образом, первая матрица снижения перекрестных помех определяется на основе метода снижения перекрестных помех с минимальной среднеквадратичной ошибкой, имеющего постоянные коэффициенты усиления и временные задержки в первом предопределенном частотном диапазоне.

В пятой форме реализации способа обработки аудио сигнала в соответствии с вторым аспектом как таковым или любой предшествующей формой реализации второго аспекта, способ обработки аудио сигнала дополнительно содержит определение, посредством второго блока снижения перекрестных помех, второй матрицы снижения перекрестных помех на основе матрицы акустической передаточной функции и фильтрацию, посредством второго блока снижения перекрестных помех, второго входного аудио подсигнала левого канала и второго входного аудио подсигнала правого канала на основе второй матрицы снижения перекрестных помех. Таким образом, снижение перекрестных помех вторым блоком снижения перекрестных помех выполняется эффективным образом.

В шестой форме реализации способа обработки аудио сигнала в соответствии с пятой формой реализации второго аспекта, способ обработки аудио сигнала дополнительно включает в себя определение, вторым блоком снижения перекрестных помех, второй матрицы снижения перекрестных помех в соответствии со следующим уравнением:

где C_S2 обозначает вторую матрицу снижения перекрестных помех, H обозначает матрицу акустической передаточной функции, I обозначает единичную матрицу, BP обозначает полосовой фильтр, β обозначает коэффициент регуляризации, M обозначает задержку моделирования, и ω обозначает угловую частоту. Таким образом, вторая матрица снижения перекрестных помех определяется на основе метода снижения перекрестных помех с минимальной среднеквадратичной ошибкой. Полосовая фильтрация может быть выполнена во втором предопределенном частотном диапазоне.

В седьмой форме реализации способа обработки аудио сигнала в соответствии со вторым аспектом как таковым или любой предшествующей формой реализации второго аспекта, способ обработки аудио сигнала дополнительно включает в себя задержку, посредством блока задержки, третьего входного аудио подсигнала левого канала в третьем предопределенном частотном диапазоне на временную задержку для получения третьего выходного аудио подсигнала левого канала, задержку, посредством блока задержки, третьего входного аудио подсигнала правого канала в третьем предопределенном частотном диапазоне на дополнительную временную задержку для получения третьего выходного аудио подсигнала правого канала, разбиение, посредством блока разбиения, входного аудио сигнала левого канала на первый входной аудио подсигнал левого канала, второй входной аудио подсигнал левого канала и третий входной аудио подсигнал левого канала, разбиение, посредством блока разбиения, входного аудио сигнала правого канала на первый входной аудио подсигнал первого канала, второй входной аудио подсигнал правого канала и третий входной аудио подсигнал правого канала, причем третий входной аудио подсигнал левого канала и третий входной аудио подсигнал правого канала распределены в третий предопределенный частотный диапазон, объединение, посредством блока объединения, первого выходного аудио подсигнала левого канала, второго выходного аудио подсигнала левого канала и третьего выходного аудио подсигнала левого канала для получения выходного аудио сигнала левого канала и объединение, посредством блока объединения, первого выходного аудио подсигнала правого канала, второго выходного аудио подсигнала правого канала и третьего выходного аудио подсигнала правого канала для получения выходного аудио сигнала правого канала. Таким образом, реализуется обход в третьем предопределенном частотном диапазоне. Третий предопределенный частотный диапазон может содержать компоненты очень низкой частоты.

В восьмой форме реализации способа обработки аудио сигнала в соответствии с седьмой формой реализации второго аспекта, способ обработки аудио сигнала дополнительно содержит задержку, посредством дополнительного блока задержки, четвертого входного аудио подсигнала левого канала в четвертом предопределенном частотном диапазоне на временную задержку для получения четвертого выходного аудио подсигнала левого канала, задержку, посредством дополнительного блока задержки, четвертого входного аудио подсигнала правого канала в четвертом предопределенном частотном диапазоне на дополнительную временную задержку для получения четвертого выходного аудио подсигнала правого канала, разбиение, посредством блока разбиения, входного аудио сигнала левого канала на первый входной аудио подсигнал левого канала, второй входной аудио подсигнал левого канала, третий входной аудио подсигнал левого канала и четвертый входной аудио подсигнал левого канала, разбиение, посредством блока разбиения, входного аудио сигнала правого канала на первый входной аудио подсигнал правого канала, второй входной аудио подсигнал правого канала, третий входной аудио подсигнал правого канала и четвертый входной аудио подсигнал правого канала, при этом четвертый входной аудио подсигнал левого канала и четвертый входной аудио сигнал правого канала распределены в четвертый предопределенный частотный диапазон, объединение, посредством блока объединения, первого выходного аудио подсигнала левого канала, второго выходного аудио подсигнала левого канала, третьего выходного аудио подсигнала левого канала и четвертого выходного аудио подсигнала левого канала для получения выходного аудио сигнала левого канала и объединение, посредством блока объединения, первого выходного аудио подсигнала правого канала, второго выходного аудио подсигнала правого канала, третьего выходного аудио подсигнала правого канала и четвертого выходного аудио подсигнала правого канала для получения выходного аудио сигнала правого канала. Таким образом, реализуется обход в четвертом предопределенном частотном диапазоне. Четвертый предопределенный частотный диапазон может содержать высокочастотные компоненты.

В девятой форме реализации способа обработки аудио сигнала в соответствии со вторым аспектом как таковым или любой предшествующей формой реализации второго аспекта, блок разбиения представляет собой схему разделения спектра аудио. Таким образом, разбиение входного аудио сигнала левого канала и входного аудио сигнала правого канала реализуется эффективным образом.

В десятой форме реализации способа обработки аудио сигнала в соответствии со вторым аспектом как таковым или любой предшествующей формой реализации второго аспекта, способ обработки аудио сигнала дополнительно включает в себя суммирование, посредством блока объединения, первого выходного аудио подсигнала левого канала и второго выходного аудио подсигнала левого канала для получения выходного аудио сигнала левого канала и суммирование, посредством блока объединения, первого выходного аудио подсигнала правого канала и второго выходного аудио подсигнала правого канала для получения выходного аудио сигнала правого канала. Таким образом, суперпозиция реализуется эффективным образом посредством блока объединения.

Способ обработки аудио сигнала может дополнительно включать в себя суммирование, посредством блока объединения, третьего выходного аудио подсигнала левого канала и/или четвертого выходного аудио подсигнала левого канала с первым выходным аудио подсигналом левого канала и вторым выходным аудио подсигналом левого канала для получения выходного аудио сигнала левого канала. Способ обработки аудио сигнала может дополнительно включать в себя суммирование, посредством блока объединения, третьего выходного аудио подсигнала правого канала и/или четвертого выходного аудио подсигнала правого канала с первым выходным аудио подсигналом правого канала и вторым выходным аудио подсигналом правого канала для получения выходного аудио сигнала правого канала.

В одиннадцатой форме реализации способа обработки аудио сигнала в соответствии со вторым аспектом как таковым или любой предшествующей формой реализации второго аспекта, входной аудио сигнал левого канала формируется входным аудио сигналом переднего левого канала многоканального входного аудио сигнала, и входной аудио сигнал правого канала формируется входным аудио сигналом переднего правого канала многоканального входного аудио сигнала, или входной аудио сигнал левого канала формируется входным аудио сигналом заднего левого канала многоканального входного аудио сигнала, и входной аудио сигнал правого канала формируется входным аудио сигналом заднего правого канала многоканального входного аудио сигнала. Таким образом, многоканальный входной аудио сигнал может эффективно обрабатываться способом обработки аудио сигнала.

В двенадцатой форме реализации способа обработки аудио сигнала в соответствии с одиннадцатой формой реализации второго аспекта, многоканальный входной аудио сигнал содержит входной аудио сигнал центрального канала, причем способ обработки аудио сигнала дополнительно содержит объединение, посредством блока объединения, входного аудио сигнала центрального канала, первого выходного аудио подсигнала левого канала и второго выходного аудио подсигнала левого канала для получения выходного аудио сигнала левого канала и объединение, посредством блока объединения, входного аудио сигнала центрального канала, первого выходного аудио подсигнала правого канала и второго выходного аудио подсигнала правого канала для получения выходного аудио сигнала правого канала. Таким образом, объединение с немодифицированным входным аудио сигналом центрального канала реализуется эффективным образом.

Способ обработки аудио сигнала может дополнительно содержать объединение, посредством блока объединения, входного аудио сигнала центрального канала с третьим выходным аудио подсигналом левого канала, четвертым выходным аудио подсигналом левого канала, третьим выходным аудио подсигналом правого канала и/или четвертым выходным аудио подсигналом правого канала.

В тринадцатой форме реализации способа обработки аудио сигнала в соответствии со вторым аспектом как таковым или любой предшествующей формой реализации второго аспекта, способ обработки аудио сигнала дополнительно содержит сохранение, посредством памяти, матрицы акустической передаточной функции и предоставление, посредством памяти, матрицы акустической передачи на первый блок снижения перекрестных помех и второй блок снижения перекрестных помех. Таким образом, матрица акустической передаточной функции может быть предоставлена эффективным образом.

Согласно третьему аспекту, изобретение относится к компьютерной программе, содержащей программный код для выполнения способа обработки аудио сигнала при исполнении на компьютере. Таким образом, способ обработки аудио сигнала может выполняться автоматически и повторяемым образом. Устройство обработки аудио сигнала может быть запрограммировано для выполнения компьютерной программы.

Изобретение может быть реализовано в аппаратных средствах и/или программном обеспечении.

Варианты осуществления изобретения будут описаны со ссылками на следующие чертежи, на которых:

Фиг. 1 показывает схему устройства обработки аудио сигнала для фильтрации входного аудио сигнала левого канала и входного аудио сигнала правого канала в соответствии с вариантом осуществления;

Фиг. 2 показывает блок-схему способа обработки аудио сигнала для фильтрации входного аудио сигнала левого канала и входного аудио сигнала правого канала в соответствии с вариантом осуществления;

Фиг. 3 показывает схему общего сценария снижения перекрестных помех, содержащего левый динамик, правый динамик и слушателя;

Фиг. 4 показывает схему общего сценария снижения перекрестных помех, содержащего левый динамик и правый динамик;

Фиг. 5 показывает схему устройства обработки аудио сигнала для фильтрации входного аудио сигнала левого канала и входного аудио сигнала правого канала в соответствии с вариантом осуществления;

Фиг. 6 показывает схему совместного блока задержки для задержки третьего входного аудио подсигнала левого канала, третьего входного аудио подсигнала правого канала, четвертого входного аудио подсигнала левого канала и четвертого входного аудио подсигнала правого канала в соответствии с вариантом осуществления;

Фиг. 7 показывает схему первого блока снижения перекрестных помех для снижения перекрестных помех между первым входным аудио подсигналом левого канала и первым входным аудио подсигналом правого канала в соответствии с вариантом осуществления;

Фиг. 8 показывает схему устройства обработки аудио сигнала для фильтрации входного аудио сигнала левого канала и входного аудио сигнала правого канала в соответствии с вариантом осуществления;

Фиг. 9 показывает схему устройства обработки аудио сигнала для фильтрации входного аудио сигнала левого канала и входного аудио сигнала правого канала в соответствии с вариантом осуществления;

Фиг. 10 показывает диаграмму распределения частот в предопределенных частотных диапазонах в соответствии с вариантом осуществления; и

Фиг. 11 показывает диаграмму частотного отклика схемы разделения спектра аудио в соответствии с вариантом осуществления.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ

На фиг. 1 показана блок-схема устройства 100 обработки аудио сигнала в соответствии с вариантом осуществления. Устройство 100 обработки аудио сигнала приспособлено для фильтрации входного аудио сигнала L левого канала для получения выходного аудио сигнала X₁ левого канала и для фильтрации входного аудио сигнала R правого канала для получения выходного аудио сигнала X₂ правого канала.

Выходной аудио сигнал X₁ левого канала и выходной аудио сигнал X₂ правого канала должны передаваться по акустическим путям распространения к слушателю, причем передаточные функции акустических путей распространения определяются матрицей H акустической передаточной функции (ATF).

Устройство 100 обработки аудио сигнала содержит блок 101 разбиения, сконфигурированный для разбиения входного аудио сигнала L левого канала на первый входной аудио подсигнал левого канала и второй входной аудио подсигнал второго левого канала, и для разбиения входного аудио сигнала R правого канала на первый входной аудио подсигнал правого канала и второй входной аудио подсигнал второго канала, причем первый входной аудио подсигнал левого канала и первый входной аудио подсигнал правого канала распределены в первый предопределенный частотный диапазон, и второй входной аудио подсигнал левого канала и второй входной аудио подсигнал правого канала распределены во второй предопределенный частотный диапазон, первый блок 103 снижения перекрестных помех сконфигурирован, чтобы снижать перекрестные помехи между первым входным аудио подсигналом левого канала и первым входным аудио подсигналом правого канала в первом предопределенном частотном диапазоне на основе матрицы Н ATF для получения первого выходного аудио подсигнала левого канала и первого выходного аудио подсигнала правого канала, второй блок снижения 105 перекрестных помех сконфигурирован, чтобы снижать перекрестные помехи между вторым входным аудио подсигналом левого канала и вторым входным аудио подсигналом правого канала во втором предопределенном частотном диапазоне на основе матрицы H ATF для получения второго выходного аудио подсигнала левого канала и второго выходного аудио подсигнала правого канала, блок 107 объединения сконфигурирован, чтобы объединять первый выходной аудио подсигнал левого канала и второй выходной аудио подсигнал левого канала для получения выходного аудио сигнала X₁ левого канала, и чтобы объединять первый выходной аудио подсигнал правого канала и второй аудио подсигнал правого канала для получения выходного аудио сигнала Х₂ правого канала.

Фиг. 2 показывает блок-схему способа 200 обработки аудио сигнала в соответствии с вариантом осуществления. Способ 200 обработки аудио сигнала приспособлен для фильтрации входного аудио сигнала L левого канала для получения выходного аудио сигнала X₁ левого канала и для фильтрации входного аудио сигнала R правого канала для получения выходного аудио сигнала X₂ правого канала.

Выходной аудио сигнал X₁ левого канала и выходной аудио сигнал X₂ правого канала должны передаваться по акустическим путям распространения к слушателю, причем передаточные функции акустических путей распространения определяются матрицей Н ATF.

Способ 200 обработки аудио сигнала включает в себя разбиение 201 входного аудио сигнала L левого канала на первый входной аудио подсигнал левого канала и второй входной аудио подсигнал левого канала, разбиение 203 входного аудио сигнала R правого канала на первый входной аудио подсигнал правого канала и второй входной аудио подсигнал правого канала, причем первый входной аудио подсигнал левого канала и первый входной аудио подсигнал правого канала распределены в первый предопределенный частотный диапазон, а второй входной аудио подсигнал левого канала и второй входной аудио подсигнал правого канала распределены во второй предопределенный частотный диапазон, снижение 205 перекрестных помех между первым входным аудио подсигналом левого канала и первым входным аудио подсигналом правого канала в первом предопределенном частотном диапазоне на основе матрицы Н ATF для получения первого выходного аудио подсигнала левого канала и первого выходного аудио подсигнала правого канала, снижение 207 перекрестных помех между вторым входным аудио подсигналом левого канала и вторым входным аудио подсигналом правого канала во втором предопределенном частотном диапазоне на основе матрицы H ATF для получения второго выходного аудио подсигнала левого канала и второго выходного аудио подсигнала правого канала, объединение 209 первого выходного аудио подсигнала левого канала и второго выходного аудио подсигнала левого канала для получения выходного аудио сигнала X₁ левого канала и объединение 211 первого выходного аудио подсигнала правого канала и второго выходного аудио подсигнала второго канала для получения выходного аудио сигнала X₂ правого канала.

Специалисту в данной области должно быть понятно, что вышеуказанные этапы могут выполняться последовательно, параллельно или в комбинации того и другого. Например, этапы 201 и 203 могут выполняться параллельно друг другу и последовательно с соответствующими этапами 205 и 207.

Далее описаны дополнительные формы реализации и варианты осуществления устройства 100 обработки аудио сигнала и способа 200 обработки аудио сигнала. Устройство 100 обработки аудио сигнала и способ 200 обработки аудио сигнала могут применяться для оптимизированного по восприятию снижения перекрестных помех с использованием анализа поддиапазонов.

Эта концепция относится к области обработки аудио сигнала, в частности, к обработке аудио сигнала с использованием по меньшей мере двух динамиков или преобразователей, чтобы обеспечить расширенный пространственный эффект (например, стерео-расширение) или эффект виртуального объемного аудио для слушателя.

Фиг. 3 показывает схему общего сценария снижения перекрестных помех. Представленная диаграмма иллюстрирует общую схему снижения перекрестных помех или компенсации перекрестных помех. В этом случае входной аудио сигнал D₁ левого канала фильтруется для получения выходного аудио сигнала X₁ левого канала, а входной аудио сигнал D₂ правого канала фильтруется для получения выходного аудио сигнала X₂ правого канала на основе элементов C_ij.

Выходной аудио сигнал X₁ левого канала должен передаваться через левый динамик 303 по акустическим путям распространения к слушателю 301, а выходной аудио сигнал X₂ правого канала должен передаваться через правым динамик 305 по акустическим путям распространения к слушателю 301. Передаточные функции акустических путей распространения определяются матрицей Н ATF.

Выходной аудио сигнал X₁ левого канала должен передаваться по первому акустическому пути распространения между левым динамиком 303 и левым ухом слушателя 301 и по второму акустическому пути распространения между левым динамиком 303 и правым ухом слушателя 301. Выходной аудио сигнал X₂ правого канала должен передаваться по третьему акустическому пути распространения между правым динамиком 305 и правым ухом слушателя 301 и по четвертому акустическому пути распространения между правым динамиком 305 и левым ухом слушателя 301. Первая передаточная функция Н_L1 первого акустического пути распространения, вторая передаточная функция H_R1 второго акустического пути распространения, третья передаточная функция Н_R2 третьего акустического пути распространения и четвертая передаточная функция Н_L2 четвертого акустического пути распространения формируют матрицу H ATF. Слушатель 301 воспринимает аудио сигнал V_L левого уха в левом ухе и аудио сигнал V_R правого уха в правом ухе.

При воспроизведении, например, бинауральных аудио сигналов через динамики 303, 305, аудио сигналы, которые должны быть слышны в одном ухе слушателя 301, также слышны в другом ухе. Этот эффект обозначается как перекрестная помеха, и его можно снизить, например, путем добавления обратного фильтра в цепь воспроизведения. Эти методы также обозначаются как компенсация перекрестных помех.

Идеальное снижение перекрестных помех может быть достигнуто, если аудио сигналы в ушах V_i совпадают с входными аудио сигналами D_i, т.е.

где H обозначает матрицу ATF, содержащую передаточные функции от динамиков 303, 305 к ушам слушателя 301, C обозначает матрицу фильтров снижения перекрестных помех, содержащую фильтры снижения перекрестных помех, и I обозначает единичную матрицу.

Точного решения обычно не существует, и оптимальные обратные фильтры могут быть найдены путем минимизации функции затрат, основанной на уравнении (1). Результатом типичной оптимизации снижения перекрестных помех с использованием аппроксимации наименьших квадратов является:

где β обозначает коэффициент регуляризации, и M обозначает задержку моделирования. Коэффициент регуляризации обычно используется для достижения стабильности и ограничения усиления фильтров. Чем больше коэффициент регуляризации, тем меньше коэффициент усиления фильтра, но ценой точности воспроизведения и качества звука. Коэффициент регуляризации можно рассматривать как контролируемый аддитивный шум, который вводится для достижения стабильности.

Поскольку плохо обусловленная система уравнений может варьироваться в зависимости от частоты, этот коэффициент может рассчитываться как частотно-зависимый. Например, на низких частотах, например, ниже 1000 Гц, в зависимости от угла охвата динамиков 303, 305, коэффициент усиления полученных фильтров может быть довольно большим. Таким образом, может иметь место внутренне присущая потеря динамического диапазона, и могут быть использованы большие значения регуляризации, чтобы избежать перегрузки динамиков 303, 305. На высоких частотах, например, выше 6000 Гц, акустические пути распространения между динамиками 303, 305 и ушами могут представлять провалы и пики, которые могут быть характерны для передаточных функций слухового аппарата человека (HRTF). Эти провалы могут быть инвертированы в большие пики, что может привести к нежелательному окрашиванию, артефактам звона и искажениям. Кроме того, индивидуальные различия между передаточными функциями слухового аппарата человека (HRTF), могут стать большими, что затрудняет правильную инверсию системы уравнений без введения ошибок.

Фиг. 4 показывает схему общего сценария снижения перекрестных помех. Представленная диаграмма иллюстрирует общую схему снижения перекрестных помех или компенсации перекрестных помех.

Чтобы создать виртуальный звуковой эффект с левым динамиком 303 и правым динамиком 305, перекрестная помеха между контралатеральными динамиками и ипсилатеральными ушами уменьшается или компенсируется. Этот подход обычно страдает от плохой обусловленности, что приводит к обратным фильтрам, чувствительным к ошибкам. Большие коэффициенты усиления фильтра также являются результатом плохой обусловленности системы уравнений, и обычно применяется регуляризация.

Варианты осуществления изобретения применяют методологию проектирования снижения перекрестных помех, в которой частоты делятся на предопределенные частотные диапазоны, и оптимальный принцип проектирования для каждого предопределенного частотного диапазона выбирается для того, чтобы максимизировать точность соответствующих бинауральных сигналов, например, интерауральных разностей во времени (ITD) и интерауральных разностей уровней звука (ILD) и минимизировать сложность.

Каждый предопределенный частотный диапазон оптимизируется так, чтобы выход был устойчивым к ошибкам и предотвращалось нежелательное окрашивание. На низких частотах, например, ниже 1,6 кГц, фильтры снижения перекрестных помех могут быть аппроксимированы простыми временными задержками и коэффициентами усиления. Таким образом, при сохранении качества звука могут воспроизводиться точные интерауральные разности во времени (ITD). Для средних частот, например, между 1,6 кГц и 6 кГц, может использоваться снижение перекрестных помех, предназначенное для воспроизведения точных интерауральных разностей уровней звука (ILD), например обычное снижение перекрестных помех. Очень низкие частоты, например, ниже 200 Гц в зависимости от динамиков, и высокие частоты, например выше 6 кГц, где индивидуальные различия становятся значительными, могут быть задержаны и/или обойдены во избежание гармонических искажений и нежелательного окрашивания.

Фиг. 5 показывает схему устройства 100 обработки аудио сигнала в соответствии с вариантом осуществления. Устройство 100 обработки аудио сигнала приспособлено для фильтрации входного аудио сигнала L левого канала для получения выходного аудио сигнала X₁ левого канала и для фильтрации входного аудио сигнала R правого канала для получения выходного аудио сигнала X₂ правого канала.

Выходной аудио сигнал X₁ левого канала и выходной аудио сигнал X₂ правого канала должны передаваться по акустическим путям распространения к слушателю, причем передаточные функции акустических путей распространения определяются матрицей Н ATF.

Устройство 100 обработки аудио сигнала содержит блок 101 разбиения, сконфигурированный для разбиения входного аудио сигнала L левого канала на первый входной аудио подсигнал левого канала, второй входной аудио подсигнал левого канала, третий входной аудио подсигнал левого канала и четвертый входной аудио подсигнал левого канала и для разложения входного аудио сигнала R правого канала на первый входной аудио подсигнал правого канала, второй входной аудио подсигнал правого канала, третий входной аудио подсигнал правого канала и четвертый входной аудио подсигнал правого канала, причем первый входной аудио подсигнал левого канала и первый входной аудио подсигнал правого канала распределены в первый предопределенный частотный диапазон, причем второй входной аудио подсигнал левого канала и второй входной аудио подсигнал правого канала распределены во второй предопределенный частотный диапазон, причем третий входной аудио подсигнал левого канала и третий входной аудио подсигнал правого канала распределены в третий предопределенный частотный диапазон, и причем четвертый входной аудио подсигнал левого канала и четвертый входной аудио подсигнал правого канала распределены в четвертый предопределенный частотный диапазон. Блок 101 разбиения может представлять собой схему разделения спектра аудио.

Устройство 100 обработки аудио сигнала дополнительно содержит первый блок 103 снижения перекрестных помех, сконфигурированный, чтобы снижать перекрестные помехи между первым входным аудио подсигналом левого канала и первым входным аудио подсигналом правого канала в первом предопределенном частотном диапазоне на основе матрицы Н ATF для получения первого выходного аудио подсигнала левого канала и первого выходного аудио подсигнала правого канала, и второй блок 105 снижения перекрестных помех, сконфигурированный, чтобы снижать перекрестные помехи между вторым входным аудио подсигналом левого канала и вторым входным аудио подсигналом правого канала во втором предопределенном частотном диапазоне на основе матрицы H ATF для получения второго выходного аудио подсигнала левого канала и второго выходного аудио подсигнала правого канала.

Устройство 100 обработки аудио сигнала дополнительно содержит совместный блок 501 задержки. Совместный блок 501 задержки сконфигурирован, чтобы задерживать третий входной аудио подсигнал левого канала в третьем предопределенном частотном диапазоне на временную задержку d₁₁ для получения третьего выходного аудио подсигнала левого канала, и задерживать третий входной аудио подсигнал правого канала в третьем предопределенном частотном диапазоне на дополнительную временную задержку d₂₂ для получения третьего выходного аудио подсигнала правого канала. Совместный блок 501 задержки дополнительно сконфигурирован, чтобы задерживать четвертый входной аудио подсигнал левого канала в четвертом предопределенном частотном диапазоне на временную задержку d₁₁ для получения четвертого выходного аудио подсигнала левого канала и чтобы задерживать четвертый входной аудио подсигнал правого канала в четвертом предопределенном частотном диапазоне на дополнительную временную задержку d₂₂ для получения четвертого выходного аудио подсигнала правого канала.

Совместный блок 501 задержки может содержать блок задержки, сконфигурированный, чтобы задерживать третий входной аудио подсигнал левого канала в третьем предопределенном частотном диапазоне на временную задержку d₁₁ для получения третьего выходного аудио подсигнала левого канала, и чтобы задерживать третий входной аудио подсигнал правого канала в третьем предопределенном частотном диапазоне на дополнительную временную задержку d₂₂ для получения третьего выходного аудио подсигнала правого канала. Совместный блок 501 задержки может содержать дополнительный блок задержки, сконфигурированный, чтобы задерживать четвертый входной аудио подсигнал левого канала в четвертом предопределенном частотном диапазоне на временную задержку d₁₁ для получения четвертого выходного аудио подсигнала левого канала, и чтобы задерживать четвертый входной аудио подсигнал правого канала в четвертом предопределенном частотном диапазоне на дополнительную временную задержку d₂₂ для получения четвертого выходного аудио подсигнала правого канала.

Устройство 100 обработки аудио сигнала дополнительно содержит блок 107 объединения, сконфигурированный, чтобы объединять первый выходной аудио подсигнал левого канала, второй выходной аудио подсигнал левого канала, третий выходной аудио подсигнал левого канала и четвертый выходной аудио подсигнал левого канала для получения выходного аудио сигнала X₁ левого канала и объединять первый выходной аудио подсигнал правого канала, второй выходной аудио подсигнал правого канала, третий выходной аудио подсигнал правого канала и четвертый выходной аудио подсигнал правого канала для получения выходного аудио сигнала X₂ правого канала. Объединение может выполняться путем суммирования.

Варианты осуществления изобретения основаны на выполнении снижения перекрестных помех в разных предопределенных частотных диапазонах и выборе оптимального принципа проектирования для каждого предопределенного частотного диапазона, чтобы максимизировать точность соответствующих бинауральных сигналов и минимизировать сложность. Разбиение частот может быть достигнуто с помощью устройства 101 разбиения с использованием, например, банка фильтров низкой сложности и/или схемы разделения спектра аудио.

Частоты отсечки могут быть выбраны так, чтобы соответствовать акустическим характеристикам воспроизводящих динамиков 303, 305 и/или восприятию звука человеком. Частоту f₀ можно установить в соответствии с частотой отсечки динамиков 303, 305, например от 200 до 400 Гц. Частоту f₁ можно установить, например, на значение менее 1,6 кГц, что может быть пределом, при котором доминируют интерауральные разности во времени (ITD). Частота f₂ может быть установлена, например, на значение менее 8 кГц. Выше этой частоты, передаточные функции слухового аппарата человека (HRTF) могут существенно различаться среди слушателей, что приводит к ошибочной 3D-локализации звука и нежелательному окрашиванию. Таким образом, может быть желательно избежать любой обработки на этих частотах, чтобы сохранить качество звука.

При таком подходе каждый предопределенный частотный диапазон может быть оптимизирован так, чтобы сохранялись важные бинауральные сигналы: интерауральные разности во времени (ITD) на низких частотах, то есть в поддиапазоне S₁, интерауральные разности в уровнях звука (ILD) на средних частотах, т.е. в поддиапазоне S₂. Естественность звука может сохраняться на очень низких частотах и ​​высоких частотах, т. е. в поддиапазонах S₀. Таким образом, достигается виртуальный звуковой эффект, в то время как сложность и окрашивание уменьшаются.

На средних частотах между f₁ и f₂, то есть в поддиапазоне S₂, традиционное снижение перекрестных помех может использоваться вторым блоком 105 снижения перекрестных помех в соответствии с соотношением:

где коэффициент регуляризации β(ω) может быть установлен на очень малое число, например 1e-8, для достижения стабильности. Вторая матрица C_S2 снижения перекрестных помех может быть определена сначала для всего частотного диапазона, например, от 20 Гц до 20 кГц, а затем отфильтрована в полосе между f₁ и f₂, в соответствии с соотношением:

где BP обозначает частотный отклик соответствующего полосового фильтра.

Для частот между f₁ и f₂, например, между 1,6 кГц и 8 кГц система уравнений может быть довольно хорошо обусловлена, что означает, что можно использовать меньшую регуляризацию, и, таким образом, может быть введена меньшее окрашивание. В этом диапазоне частот интерауральные различия уровней (ILD) могут быть доминирующими и могут поддерживаться при таком подходе. Побочным продуктом ограничения диапазона может быть то, что могут быть получены более короткие фильтры, что дополнительно уменьшает сложность таким образом.

На фиг. 6 показана схема совместного блока 501 задержки согласно варианту осуществления. Совместный блок 501 задержки может реализовать временные задержки для обхода очень низких и высоких частот.

Совместный блок 501 задержки сконфигурирован, чтобы задерживать третий входной аудио подсигнал левого канала в третьем предопределенном частотном диапазоне на временную задержку d₁₁ для получения третьего выходного аудио подсигнала левого канала и задерживать третий входной аудио подсигнал правого канала в третьем предопределенном частотном диапазоне на дополнительную временную задержку d₂₂ для получения третьего выходного аудио подсигнала правого канала. Совместный блок 501 задержки дополнительно сконфигурирован, чтобы задерживать четвертый входной аудио подсигнал левого канала в четвертом предопределенном частотном диапазоне на временную задержку d₁₁ для получения четвертого выходного аудио подсигнала левого канала и чтобы задерживать четвертый входной аудио подсигнал правого канала в четвертом предопределенном частотном диапазоне на дополнительную временную задержку d₂₂ для получения четвертого выходного аудио подсигнала правого канала.

Частоты ниже f₀ и выше f₂, т. е. в поддиапазоне S₀, можно обходить с использованием простых временных задержек. Ниже частот отсечки динамиков 303, 305, т.е. ниже частоты f₀, может быть нежелательно выполнять какую-либо обработку. Выше частоты f₂, например 8 кГц, индивидуальные различия между передаточными функциями слухового аппарата человека (HRTF) могут быть трудно инвертируемыми. Таким образом, в этих предопределенных частотных диапазонах может не предусматриваться снижение перекрестных помех. Простая временная задержка, которая соответствует постоянной временной задержке блоков снижения перекрестных помех в диагонали матрицы C снижения перекрестных помех, то есть C_ii, может использоваться для того, чтобы избежать окрашивания из-за эффекта гребенчатой ​​фильтрации.

На фиг. 7 показана диаграмма первого блока 103 снижения перекрестных помех для снижения перекрестных помех между первым входным аудио подсигналом левого канала и первым входным аудио подсигналом правого канала в соответствии с вариантом осуществления. Первый блок 103 снижения перекрестных помех может применяться для снижения перекрестных помех на низких частотах.

На низких частотах, обычно ниже 1 кГц, можно использовать большую регуляризацию, чтобы регулировать усиление и избегать перегрузки динамиков 303, 305. Это может привести к потере динамического диапазона и неправильному пространственному воспроизведению. Поскольку интерауральные разности во времени (ITD) могут доминировать на частотах ниже 1,6 кГц, может быть желательно воспроизводить точные интерауральные разности во времени (ITD) в этом предопределенном частотном диапазоне.

Варианты осуществления изобретения применяют методологию проектирования, которая аппроксимирует первую матрицу C_S1 снижения перекрестных помех на низких частотах для реализации простых коэффициентов усиления и временных задержек с использованием только линейной фазовой информации откликов снижения перекрестных помех в соответствии с соотношением:

где

обозначает величину максимального значения элемента C_ij снижения полнодиапазонных перекрестных помех матрицы C снижения перекрестных помех, например, обобщенной матрицы снижения перекрестных помех, вычисленной для всего частотного диапазона, и d_ij обозначает постоянную временную задержку C_ij.

При таком подходе интерауральные разности во времени (ITD) могут быть точно воспроизведены, в то время как качество звука может не быть скомпрометировано, учитывая, что большие значения регуляризации в этом диапазоне могут не применяться.

На фиг. 8 показана схема устройства 100 обработки аудио сигнала в соответствии с вариантом осуществления. Устройство 100 обработки аудио сигнала приспособлено для фильтрации входного аудио сигнала L левого канала для получения выходного аудио сигнала X₁ левого канала и для фильтрации входного аудио сигнала R правого канала для получения выходного аудио сигнала X₂ правого канала. Диаграмма относится к варианту осуществления с двумя входами/двумя выходами.

Выходной аудио сигнал X₁ левого канала и выходной аудио сигнал X₂ правого канала должны передаваться по акустическим путям распространения к слушателю, причем передаточные функции акустических путей распространения определяются матрицей Н ATF. Устройство 100 обработки аудио сигнала содержит блок 101 разбиения, сконфигурированный для разбиения входного аудио сигнала L левого канала на первый входной аудио подсигнал левого канала, второй входной аудио подсигнал левого канала, третий входной аудио подсигнал левого канала и четвертый входной аудио подсигнал правого канала и для разбиения входного аудио сигнала R правого канала на первый входной аудио подсигнал правого канала, второй входной аудио подсигнал правого канала, третий входной аудио подсигнал правого канала и четвертый входной аудио подсигнал правого канала, причем первый входной аудио подсигнал левого канала и первый входной аудио подсигнал правого канала распределены в первый предопределенный частотный диапазон, второй входной аудио подсигнал левого канала и второй входной аудио подсигнал правого канала распределены во второй предопределенный частотный диапазон, третий входной аудио подсигнал левого канала и третий входной аудио подсигнал правого канала распределены в третий предопределенный частотный диапазон, и четвертый входной аудио подсигнал левого канала и четвертый входной аудио подсигнал правого канала распределены в четвертый предопределенный частотный диапазон. Блок 101 разбиения может содержать первую схему разделения спектра аудио для входного аудио сигнала L левого канала и вторую схему разделения спектра аудио для входного аудио сигнала R правого канала.

Устройство 100 обработки аудио сигнала дополнительно содержит первый блок 103 снижения перекрестных помех, сконфигурированный, чтобы снижать перекрестные помехи между первым входным аудио подсигналом левого канала и первым входным аудио подсигналом правого канала в первом предопределенном частотном диапазоне на основе матрицы Н ATF для получения первого выходного аудио подсигнала левого канала и первого выходного аудио подсигнала правого канала, и второй блок 105 снижения перекрестных помех, сконфигурированный, чтобы снижать перекрестные помехи между вторым входным аудио подсигналом левого канала и вторым входным аудио подсигналом правого канала во втором предопределенном частотном диапазоне на основе матрицы H ATF для получения второго выходного аудио подсигнала левого канала и второго выходного аудио подсигнала правого канала.

Устройство 100 обработки аудио сигнала дополнительно содержит совместный блок 501 задержки. Совместный блок 501 задержки сконфигурирован, чтобы задерживать третий входной аудио подсигнал левого канала в третьем предопределенном частотном диапазоне на временную задержку d₁₁ для получения третьего выходного аудио подсигнала левого канала и задерживать третий входной аудио подсигнал правого канала в третьем предопределенном частотном диапазоне на дополнительную временную задержку d₂₂ для получения третьего выходного аудио подсигнала правого канала. Совместный блок 501 задержки дополнительно сконфигурирован, чтобы задерживать четвертый входной аудио подсигнал левого канала в четвертом предопределенном частотном диапазоне на временную задержку d₁₁ для получения четвертого выходного аудио подсигнала левого канала и задерживать четвертый входной аудио подсигнал правого канала в четвертом предопределенном частотном диапазоне на дополнительную временную задержку d₂₂ для получения четвертого выходного аудио подсигнала правого канала. Для удобства иллюстрации совместный блок 501 задержки показан на чертеже распределенным образом.

Совместный блок 501 задержки может содержать блок задержки, сконфигурированный, чтобы задерживать третий входной аудио подсигнал левого канала в третьем предопределенном частотном диапазоне на временную задержку d₁₁ для получения третьего выходного аудио подсигнала левого канала и чтобы задерживать третий входной аудио подсигнал правого канала в третьем предопределенном частотном диапазоне на дополнительную временную задержку d₂₂ для получения третьего выходного аудио подсигнала правого канала. Совместный блок 501 задержки может содержать дополнительный блок задержки, сконфигурированный, чтобы задерживать четвертый входной аудио подсигнал левого канала в четвертом предопределенном частотном диапазоне на временную задержку d₁₁ для получения четвертого входного аудио сигнала левого канала и задерживать четвертый входной аудио подсигнал правого канала в четвертом предопределенном частотном диапазоне на дополнительную временную задержку d₂₂ для получения четвертого выходного аудио подсигнала правого канала.

Устройство 100 обработки аудио сигнала дополнительно содержит блок 107 объединения, сконфигурированный, чтобы объединять первый выходной аудио подсигнал левого канала, второй выходной аудио подсигнал левого канала, третий выходной аудио подсигнал левого канала и четвертый выходной аудио подсигнал левого канала для получения выходного аудио сигнала X₁ левого канала, и объединять первый выходной аудио подсигнал правого канала, второй выходной аудио подсигнал правого канала, третий выходной аудио подсигнал правого канала и четвертый выходной аудио подсигнал правого канала для получения выходного аудио сигнала X₂ правого канала. Объединение может выполняться путем суммирования. Выходной аудио сигнал X₁ левого канала передается через левый динамик 303. Выходной аудио сигнал X₂ правого канала передается через правый динамик 305.

Устройство 100 обработки аудио сигнала может применяться для бинаурального аудио воспроизведения и/или стерео расширения. Разбиение на поддиапазоны блоком 101 разбиения может выполняться с учетом акустических свойств динамиков 303, 305.

Снижение перекрестных помех или компенсация перекрестных помех (XTC) вторым блоком 105 снижения перекрестных помех на средних частотах может зависеть от угла охвата динамика между динамиками 303, 305 и приблизительного расстояния до слушателя. Для этой цели могут быть использованы измерения, обобщенные передаточные функции слухового аппарата человека (HRTF) или модель передаточной функции слухового аппарата человека (HRTF). Временные задержки и коэффициенты усиления для снижения перекрестных помех с помощью первого блока 103 снижения перекрестных помех на низких частотах могут быть получены из обобщенно метода снижения перекрестных помех во всем частотном диапазоне.

Варианты осуществления изобретения используют метод снижения виртуальных перекрестных помех, в котором матрицы и/или фильтры снижения перекрестных помех оптимизируются для моделирования сигнала перекрестной помехи и прямого аудио сигнала желательных виртуальных динамиков вместо снижения перекрестных помех реальных динамиков. Также можно использовать комбинацию, использующую различное снижение низкочастотных перекрестных помех и перекрестных помех на средних частотах. Например, временные задержки и коэффициенты усиления для низких частот могут быть получены из метода снижения виртуальных перекрестных помех, тогда как на средних частотах может применяться традиционное снижение перекрестных помех или наоборот.

На фиг. 9 показана схема устройства 100 обработки аудио сигнала в соответствии с вариантом осуществления. Устройство 100 обработки аудио сигнала приспособлено для фильтрации входного аудио сигнала L левого канала для получения выходного аудио сигнала X₁ левого канала и для фильтрации входного аудио сигнала R правого канала для получения выходного аудио сигнала X₂ правого канала. Диаграмма относится к виртуальной аудио системе объемного звука для фильтрации многоканального аудио сигнала.

Устройство 100 обработки аудио сигнала содержит два блока 101 разбиения, первый блок 103 снижения перекрестных помех, два вторых блока 105 снижения перекрестных помех, совместные блоки 501 задержки и блок 107 объединения, имеющие такую ​​же функциональность, как описано в связи с фиг. 8. Выходной аудио сигнал X₁ левого канала передается через левый динамик 303. Выходной аудио сигнал X₂ правого канала передается через правый динамик 305.

В верхней части схемы, входной аудио сигнал L левого канала формируется входным аудио сигналом переднего левого канала многоканального входного аудио сигнала, а входной аудио сигнал R правого канала формируется входным аудио сигналом переднего правого канала многоканального входного аудио сигнала. В нижней части схемы, входной аудио сигнал L левого канала формируется входным аудио сигналом заднего левого канала многоканального входного аудио сигнала, а входной аудио сигнал R правого канала формируется входным аудио сигналом заднего правого канала многоканального входного аудио сигнала.

Многоканальный входной аудио сигнал дополнительно содержит входной аудио сигнал центрального канала, причем блок 107 объединения сконфигурирован, чтобы объединять входной аудио сигнал центрального канала и выходные аудио подсигналы левого канала для получения выходного аудио сигнала X₁ левого канала, и чтобы объединять входной аудио сигнал центрального канала и выходные аудио подсигналы правого канала для получения выходного аудио сигнала X₂ правого канала.

Низкие частоты всех каналов могут микшироваться с понижением и обрабатываться с помощью первого блока 103 снижения перекрестных помех на низких частотах, причем могут применяться только временные задержки и коэффициенты усиления. Таким образом, может использоваться только один первый блок 103 снижения перекрестных помех, что дополнительно уменьшает сложность.

Средние частоты переднего и заднего каналов могут обрабатываться с использованием различных методов снижения перекрестных помех, чтобы улучшить восприятие виртуального объемного звука. Входной аудио сигнал центрального канала может быть оставлен необработанным, чтобы уменьшить латентность.

Варианты осуществления изобретения используют метод снижения виртуальных перекрестных помех, в котором матрицы и/или фильтры снижения перекрестных помех оптимизируются для моделирования сигнала перекрестной помехи и прямого аудио сигнала желательных виртуальных динамиков вместо снижения перекрестных помех реальных динамиков.

На фиг. 10 показана диаграмма распределения частот по предопределенным частотным диапазонам согласно варианту осуществления. Распределение может выполняться блоком 101 разбиения. На диаграмме показана общая схема распределения частот. S_i обозначает разные поддиапазоны, причем различные методы могут применяться в разных поддиапазонах.

Низкие частоты между f₀ и f₁ распределяются в первый предопределенный частотный диапазон 1001, образующий поддиапазон S₁. Средние частоты между f₁ и f₂ распределяются во второй предопределенный частотный диапазон 1003, образующий поддиапазон S₂. Очень низкие частоты ниже f₀ распределяются в третий предопределенный частотный диапазон 1005, образующий поддиапазон S₀. Высокие частоты выше f₂ распределяются в четвертый предопределенный частотный диапазон 1007, образующий дополнительный поддиапазон S₀.

На фиг. 11 показана диаграмма частотного отклика схемы разделения спектра аудио согласно варианту осуществления. Схема разделения спектра аудио может содержать банк фильтров.

Низкие частоты между f₀ и f₁ распределены в первый предопределенный частотный диапазон 1001, образующий поддиапазон S₁. Средние частоты между f₁ и f₂ распределены во второй предопределенный частотный диапазон 1003, образующий поддиапазон S₂. Очень низкие частоты ниже f₀ распределены в третий предопределенный частотный диапазон 1005, образующий поддиапазон S₀. Высокие частоты выше f₂ распределены в четвертый предопределенный частотный диапазон 1007, образующий дополнительный поддиапазон S₀.

Варианты осуществления изобретения основаны на методологии проектирования, которая позволяет точно воспроизводить бинауральные сигналы при сохранении качества звука. Поскольку низкочастотные компоненты обрабатываются с использованием простых временных задержек и коэффициентов усиления, может быть использована меньшая регуляризация. Может отсутствовать оптимизация коэффициента регуляризации, что дополнительно снижает сложность конструкции фильтра. Вследствие узкополосного подхода применяются более короткие фильтры. Данный подход можно легко адаптировать к различным условиям прослушивания, например, для планшетов, смартфонов, телевизоров и домашних кинотеатров. Бинауральные сигналы точно воспроизводятся в их частотном диапазоне. То есть, реалистичные трехмерные аудио эффекты могут быть достигнуты без ущерба для качества звука. Кроме того, могут использоваться надежные фильтры, что приводит к более широкой зоне наилучшего восприятия. Этот подход можно использовать с любой конфигурацией динамиков, например, с использованием различных углов охвата, геометрий и/или размеров динамиков, и его можно легко расширить на более чем два аудио канала.

Варианты осуществления изобретения применяют снижение перекрестных помех в разных предопределенных частотных диапазонах или поддиапазонах и выбирают оптимальный принцип проектирования для каждого предопределенного диапазона или поддиапазона, чтобы максимизировать точность соответствующих бинауральных сигналов и минимизировать сложность.

Варианты осуществления изобретения относятся к устройству 100 обработки аудио сигнала и способу 200 обработки аудио сигнала для воспроизведения виртуального звука через по меньшей мере два динамика с использованием разбиения на поддиапазоны на основе перцептивных сигналов. Этот подход включает в себя снижение низкочастотных перекрестных помех с использованием только временных задержек и коэффициентов усиления, а также снижение перекрестных помех на средних частотах с использованием обычного подхода к снижению перекрестных помех и/или подхода виртуального снижения перекрестных помех.

Варианты осуществления изобретения применяются в аудио терминалах, имеющих по меньшей мере два динамика, таких как телевизоры, системы высокой точности (HiFi), киносистемы, мобильные устройства, такие как смартфон или планшеты, или системы телеконференций. Варианты осуществления изобретения реализуются в полупроводниковых чипсетах.

Варианты осуществления изобретения могут быть реализованы в компьютерной программе для исполнения на компьютерной системе, по меньшей мере включающей в себя части кода для выполнения этапов способа в соответствии с изобретением при исполнении на программируемом устройстве, таком как компьютерная система, или обеспечения возможности программируемому устройству выполнять функции устройства или системы в соответствии с изобретением.

Компьютерная программа представляет собой список инструкций, таких как конкретная прикладная программа и/или операционная система. Компьютерная программа может, например, включать в себя одно или несколько из подпрограммы, функции, процедуры, объектного метода, реализации объекта, исполняемого приложения, апплета, сервлета, исходного кода, объектного кода, совместно используемой библиотеки/динамически загружаемой библиотеки и/или другой последовательности инструкций, предназначенных для исполнения на компьютерной системе.

Компьютерная программа может храниться внутренним образом на считываемом компьютером носителе хранения данных или передаваться в компьютерную систему через считываемую компьютером среду передачи. Вся или часть компьютерной программы может быть предоставлена ​​на временных или не-временных считываемых компьютером носителях на постоянной основе, с возможностью удаления или на основе дистанционной связи с системой обработки информации. Считываемые компьютером носители могут включать в себя, в качестве примера и без ограничения, любое количество следующих элементов: магнитные носители хранения данных, включая носители на дисках и лентах; оптические носители хранения данных, такие как носители на компакт-дисках (например, CD-ROM, CD-R и т.д.) и носители хранения на цифровом видеодиске; носители с энергонезависимой памятью, включая модули памяти на основе полупроводников, такие как флэш-память, EEPROM, EPROM, ROM; ферромагнитные цифровые запоминающие устройства; MRAM; энергозависимые носители данных, включая регистры, буферы или кэши, основную память, RAM и т.д.; и среды передачи данных, включая компьютерные сети, двухточечное телекоммуникационное оборудование и среды передачи несущей волны, просто для того, чтобы назвать некоторые.

Компьютерный процесс обычно включает исполняющуюся (запущенную) программу или часть программы, текущие значения программы и информацию о состоянии, и ресурсы, используемые операционной системой для управления исполнением процесса. Операционная система (OS) является программным обеспечением, которое управляет совместным использованием ресурсов компьютера и обеспечивает программистов интерфейсом, используемым для доступа к этим ресурсам. Операционная система обрабатывает системные данные и пользовательский ввод и отвечает, распределяя и управляя задачами и внутренними системными ресурсами в качестве услуги для пользователей и программ системы.

Компьютерная система может, например, включать в себя по меньшей мере один процессор, связанную память и несколько устройств ввода/вывода (I/O). При исполнении компьютерной программы компьютерная система обрабатывает информацию в соответствии с компьютерной программой и создает результирующую выходную информацию через устройства ввода/вывода.

Соединения, как обсуждалось здесь, могут быть соединением любого типа, подходящим для передачи сигналов от или к соответствующим узлам, блокам или устройствам, например, через промежуточные устройства. Соответственно, если не подразумевается или не указано иное, соединения могут быть, например, прямыми соединениями или непрямыми соединениями. Соединения могут быть проиллюстрированы или описаны со ссылкой на одно соединение, множество соединений, однонаправленные соединения или двунаправленные соединения. Однако различные варианты осуществления могут варьировать реализацию соединений. Например, можно использовать отдельные однонаправленные соединения, а не двунаправленные соединения, и наоборот. Кроме того, множество соединений может быть заменено одним соединением, которое передает несколько сигналов поочередно или с временным мультиплексированием. Аналогично, отдельные соединения, несущие несколько сигналов, могут быть разделены на несколько различных соединений, несущих подмножества этих сигналов. Поэтому для передачи сигналов существует множество вариантов.

Специалисты в данной области техники поймут, что границы между логическими блоками являются просто иллюстративными и что альтернативные варианты осуществления могут объединять логические блоки или элементы схемы или предписывать альтернативное разбиение функциональности по различным логическим блокам или элементам схемы. Таким образом, следует понимать, что архитектуры, изображенные здесь, являются просто иллюстративными и что на самом деле может быть реализовано множество других архитектур, которые обеспечивают ту же функциональность.

Таким образом, любая компоновка компонентов для достижения одинаковой функциональности эффективно ʺассоциируетсяʺ, так что достигается желательная функциональность. Следовательно, любые два компонента, объединенные здесь для достижения конкретной функциональности, можно рассматривать как ʺассоциированныеʺ друг с другом, так что желательная функциональность достигается независимо от архитектур или промежуточных компонентов. Аналогично, любые два ассоциированных таким образом компонента также могут рассматриваться как ʺфункционально соединенныеʺ или ʺфункционально связанныеʺ друг с другом для достижения желательной функциональности.

Кроме того, специалисты в данной области поймут, что границы между описанными выше операциями являются просто иллюстративными. Несколько операций могут быть объединены в одну операцию, одна операция может быть распределена на дополнительные операции, и операции могут выполняться по меньшей мере с частичным перекрытием во времени. Более того, альтернативные варианты осуществления могут включать в себя несколько экземпляров конкретной операции, и порядок операций может быть изменен в различных других вариантах осуществления.

Таким образом, например, примеры или их части могут быть реализованы как мягкие или кодовые представления физической схемы или логических представлений, преобразуемых в физические схемы, например, на языке описания аппаратного обеспечения любого подходящего типа.

Кроме того, изобретение не ограничено физическими устройствами или блоками, реализованными в непрограммируемом оборудовании, но может также применяться в программируемых устройствах или блоках, способных выполнять требуемые функции устройств, работающих в соответствии с подходящим программным кодом, таких как мейнфреймы, миникомпьютеры, серверы, рабочие станции, персональные компьютеры, блокноты, персональные цифровые помощники, электронные игры, автомобильные и другие встроенные системы, сотовые телефоны и различные другие беспроводные устройства, обычно обозначаемые в настоящей заявке как ʺкомпьютерные системыʺ.

Однако возможны и другие модификации, варианты и альтернативы. Соответственно, спецификации и чертежи рассматриваются в иллюстративном, а не в ограничительном смысле.

Изобретение относится к средствам обработки аудиосигнала. Технический результат заключается в повышении эффективности фильтрации входного аудиосигнала. Разбивают входной аудиосигнал (L) левого канала на первый входной аудиоподсигнал левого канала и второй входной аудиоподсигнал левого канала. Разбивают входной аудиосигнал (R) правого канала на первый входной аудиоподсигнал правого канала и второй входной аудиоподсигнал правого канала. Причем первый входной аудиоподсигнал левого канала и первый входной аудиоподсигнал правого канала распределены в первый предопределенный частотный диапазон. Второй входной аудиоподсигнал левого канала и второй входной аудиоподсигнал правого канала распределены во второй предопределенный частотный диапазон. Снижают перекрестные помехи между первым входным аудиоподсигналом левого канала и первым входным аудиоподсигналом правого канала в первом предопределенном частотном диапазоне для получения первого выходного аудиоподсигнала левого канала и первого выходного аудиоподсигнала правого канала. 2 н. и 12 з.п. ф-лы, 11 ил.

1. Устройство обработки аудиосигнала для фильтрации входного аудиосигнала (L) левого канала для получения выходного аудиосигнала (X₁) левого канала и для фильтрации входного аудиосигнала (R) правого канала для получения выходного аудиосигнала (X₂) правого канала, выходной аудиосигнал (X₁) левого канала и выходной аудиосигнал (X₂) правого канала должны передаваться по акустическим путям распространения к слушателю, причем передаточные функции акустических путей распространения определяются матрицей (H) акустических передаточных функций, ATF, причем устройство обработки аудиосигнала содержит:

блок разбиения, сконфигурированный для разбиения входного аудиосигнала (L) левого канала на первый входной аудиоподсигнал левого канала и второй входной аудиоподсигнал левого канала и для разбиения входного аудиосигнала (R) правого канала на первый входной аудиоподсигнал правого канала и второй входной аудиоподсигнал правого канала, причем первый входной аудиоподсигнал левого канала и первый входной аудиоподсигнал правого канала распределены в первый предопределенный частотный диапазон, и причем второй входной аудиоподсигнал левого канала и второй входной аудиоподсигнал правого канала распределены во второй предопределенный частотный диапазон;

первый блок снижения перекрестных помех, сконфигурированный, чтобы снижать перекрестные помехи между первым входным аудиоподсигналом левого канала и первым входным аудиоподсигналом правого канала в первом предопределенном частотном диапазоне на основе матрицы ATF (H) для получения первого выходного аудиоподсигнала левого канала и первого выходного аудиоподсигнала правого канала;

второй блок снижения перекрестных помех, сконфигурированный, чтобы снижать перекрестные помехи между вторым входным аудиоподсигналом левого канала и вторым входным аудиоподсигналом правого канала во втором предопределенном частотном диапазоне на основе матрицы ATF (H) для получения второго выходного аудиоподсигнала левого канала и второго выходного аудиоподсигнала правого канала; и

блок объединения, сконфигурированный, чтобы объединять первый выходной аудиоподсигнал левого канала и второй выходной аудиоподсигнал левого канала для получения выходного аудиосигнала (X₁) левого канала и объединять первый выходной аудиоподсигнал правого канала и второй выходной аудиоподсигнал правого канала для получения выходного аудиосигнала (X₂) правого канала.

2. Устройство обработки аудиосигнала по п. 1, в котором выходной аудиосигнал (X₁) левого канала должен передаваться по первому акустическому пути распространения между левым динамиком и левым ухом слушателя и по второму акустическому пути распространения между левым динамиком и правым ухом слушателя, причем выходной аудиосигнал (X₂) правого канала должен передаваться по третьему акустическому пути распространения между правым динамиком и правым ухом слушателя и по четвертому акустическому пути распространения между правым динамиком и левым ухом слушателя, и при этом первая передаточная функция (H_L1) первого акустического пути распространения, вторая передаточная функция (H_R1) второго акустического пути распространения, третья передаточная функция (H_R2) третьего акустического пути распространения и четвертая передаточная функция (H_L2) четвертого акустического пути распространения образуют матрицу ATF (H).

3. Устройство обработки аудиосигнала по любому из предыдущих пунктов, в котором первый блок снижения перекрестных помех сконфигурирован, чтобы определять первую матрицу (C_s1) снижения перекрестных помех на основе матрицы ATF (H) и фильтровать первый входной аудиоподсигнал левого канала и первый входной аудиоподсигнал правого канала на основе первой матрицы (C_s1) снижения перекрестных помех.

4. Устройство обработки аудиосигнала по п. 3, в котором элементы первой матрицы (C_s1) снижения перекрестных помех указывают коэффициенты усиления (A_ij) и временные задержки (d_ij), ассоциированные с первым входным аудиоподсигналом левого канала и первым входным аудиоподсигналом правого канала, причем коэффициенты усиления (A_ij) и временные задержки (d_ij) являются постоянными в первом предопределенном частотном диапазоне.

5. Устройство обработки аудиосигнала по п. 4, в котором первый блок снижения перекрестных помех сконфигурирован, чтобы определять первую матрицу (C_s1) снижения перекрестных помех в соответствии со следующими уравнениями:

где C_S1 обозначает первую матрицу снижения перекрестных помех, A_ij обозначает коэффициенты усиления, d_ij обозначает временные задержки, C обозначает обобщенную матрицу снижения перекрестных помех, C_ij обозначает элементы обобщенной матрицы снижения перекрестных помех, C_ijmax обозначает максимальное значение элементов C_ij обобщенной матрицы снижения перекрестных помех, H обозначает матрицу ATF, I обозначает единичную матрицу, β обозначает коэффициент регуляризации, M обозначает задержку моделирования и ω обозначает угловую частоту.

6. Устройство обработки аудиосигнала по п. 1, в котором второй блок снижения перекрестных помех сконфигурирован, чтобы определять вторую матрицу (C_s2) снижения перекрестных помех на основе матрицы (Н) ATF и фильтровать второй входной аудиоподсигнал левого канала и второй входной аудиоподсигнал правого канала на основе второй матрицы (C_s2) снижения перекрестных помех.

7. Устройство обработки аудиосигнала по п. 6, в котором второй блок (105) снижения перекрестных помех сконфигурирован, чтобы определять вторую матрицу (C_s2) снижения перекрестных помех в соответствии со следующим уравнением:

где C_S2 обозначает вторую матрицу снижения перекрестных помех, H обозначает матрицу ATF, I обозначает единичную матрицу, BP обозначает полосовой фильтр, β обозначает коэффициент регуляризации, M обозначает задержку моделирования и ω обозначает угловую частоту.

8. Устройство обработки аудиосигнала по п. 1, дополнительно содержащее:

блок задержки, сконфигурированный, чтобы задерживать третий входной аудиоподсигнал левого канала в третьем предопределенном частотном диапазоне на временную задержку (d₁₁) для получения третьего выходного аудиоподсигнала левого канала и задерживать третий входной аудиоподсигнал третьего канала в третьем предопределенном частотном диапазоне на дополнительную временную задержку (d₂₂) для получения третьего выходного аудиоподсигнала правого канала;

причем блок разбиения сконфигурирован для разбиения входного аудиосигнала (L) левого канала на первый входной аудиоподсигнал левого канала, второй входной аудиоподсигнал левого канала и третий входной аудиоподсигнал левого канала и для разбиения входного аудиосигнала (R) правого канала на первый входной аудиоподсигнал правого канала, второй входной аудиоподсигнал правого канала и третий входной аудиоподсигнал правого канала, причем третий входной аудиоподсигнал левого канала и третий входной аудиоподсигнал правого канала распределены в третий предопределенный частотный диапазон, и

при этом блок объединения сконфигурирован, чтобы объединять первый выходной аудиоподсигнал левого канала, второй выходной аудиоподсигнал левого канала и третий выходной аудиоподсигнал левого канала для получения выходного аудиосигнала (X₁) левого канала и объединять первый выходной аудиоподсигнал правого канала, второй выходной аудиоподсигнал правого канала и третий выходной аудиоподсигнал правого канала для получения выходного аудиосигнала (X₂) правого канала.

9. Устройство обработки аудиосигнала по п.8, дополнительно содержащее:

дополнительный блок задержки, сконфигурированный, чтобы задерживать четвертый входной аудиоподсигнал левого канала в четвертом предопределенном частотном диапазоне на временную задержку (d₁₁) для получения четвертого выходного аудиоподсигнала левого канала и задерживать четвертый входной аудиоподсигнал правого канала в четвертом предопределенном частотном диапазоне на дополнительную временную задержку (d₂₂) для получения четвертого выходного аудиоподсигнала правого канала;

при этом блок разбиения сконфигурирован для разбиения входного аудиосигнала (L) левого канала на первый входной аудиоподсигнал левого канала, второй входной аудиоподсигнал левого канала, третий входной аудиоподсигнал левого канала и четвертый входной аудиоподсигнал левого канала и для разбиения входного аудиосигнала (R) правого канала на первый входной аудиоподсигнал правого канала, второй входной аудиоподсигнал правого канала, третий входной аудиоподсигнал правого канала и четвертый входной аудиоподсигнал правого канала, при этом четвертый входной аудиоподсигнал левого канала и четвертый входной аудиоподсигнал правого канала распределены в четвертый предварительно определенный частотный диапазон, и

при этом блок объединения сконфигурирован, чтобы объединять первый выходной аудиоподсигнал левого канала, второй выходной аудиоподсигнал левого канала, третий выходной аудиоподсигнал левого канала и четвертый выходной аудиоподсигнал левого канала для получения выходного аудиосигнала (X₁) левого канала и объединять первый выходной аудиоподсигнал правого канала, второй выходной аудиоподсигнал правого канала, третий выходной аудиоподсигнал правого канала и четвертый выходной аудиоподсигнал правого канала для получения выходного аудиосигнала (X₂) правого канала.

10. Устройство обработки аудиосигнала по п. 1, в котором блок разбиения представляет собой схему разделения спектра аудио.

11. Устройство обработки аудиосигнала по п. 1, в котором блок объединения сконфигурирован, чтобы суммировать первый выходной аудиоподсигнал левого канала и второй выходной аудиоподсигнал левого канала для получения выходного аудиосигнала (X₁) левого канала и суммировать первый выходной аудиоподсигнал правого канала и второй выходной аудиоподсигнал правого канала для получения выходного аудиосигнала (X₂) правого канала.

12. Устройство обработки аудиосигнала по п. 1, в котором входной аудиосигнал (L) левого канала формируется входным аудиосигналом переднего левого канала многоканального входного аудиосигнала и входной аудиосигнал (R) правого канала формируется входным аудиосигналом переднего правого канала многоканального входного аудиосигнала или входной аудиосигнал (L) левого канала формируется входным аудиосигналом заднего левого канала многоканального входного аудиосигнала и входной аудиосигнал (R) правого канала формируется входным аудиосигналом заднего правого канала многоканального входного аудиосигнала.

13. Устройство обработки аудиосигнала по п. 12, в котором многоканальный входной аудиосигнал содержит входной аудиосигнал центрального канала, причем блок объединения сконфигурирован, чтобы объединять входной аудиосигнал центрального канала, первый выходной аудиоподсигнал левого канала и второй выходной аудиоподсигнал левого канала для получения выходного аудиосигнала (X₁) левого канала и чтобы объединять входной аудиосигнал центрального канала, первый выходной аудиоподсигнал правого канала и второй выходной аудиоподсигнал правого канала для получения выходного аудиосигнала (X₂) правого канала.

14. Способ обработки аудиосигнала для фильтрации входного аудиосигнала (L) левого канала для получения выходного аудиосигнала (X₁) левого канала и для фильтрации входного аудиосигнала (R) правого канала для получения выходного аудиосигнала (X₂) правого канала, причем выходной аудиосигнал (X₁) левого канала и выходной аудиосигнал (X₂) правого канала должны передаваться по акустическим путям распространения к слушателю, причем передаточные функции акустических путей распространения определяются матрицей (Н) ATF, причем способ обработки аудиосигнала содержит:

разбиение входного аудиосигнала (L) левого канала на первый входной аудиоподсигнал левого канала и второй входной аудиоподсигнал левого канала;

разбиение входного аудиосигнала (R) правого канала на первый входной аудиоподсигнал правого канала и второй входной аудиоподсигнал правого канала,

причем первый входной аудиоподсигнал левого канала и первый входной аудиоподсигнал правого канала распределены в первый предопределенный частотный диапазон, и причем второй входной аудиоподсигнал левого канала и второй входной аудиоподсигнал правого канала распределены во второй предопределенный частотный диапазон,

снижение перекрестных помех между первым входным аудиоподсигналом левого канала и первым входным аудиоподсигналом правого канала в первом предопределенном частотном диапазоне на основе матрицы (Н) ATF для получения первого выходного аудиоподсигнала левого канала и первого выходного аудиоподсигнала правого канала,

снижение перекрестных помех между вторым входным аудиоподсигналом левого канала и вторым входным аудиоподсигналом правого канала во втором предопределенном частотном диапазоне на основе матрицы (Н) ATF для получения второго выходного аудиоподсигнала левого канала и второго выходного аудиоподсигнала правого канала,

объединение первого выходного аудиоподсигнала левого канала и второго выходного аудиоподсигнала левого канала для получения выходного аудиосигнала (X₁) левого канала, и

объединение первого выходного аудиоподсигнала правого канала и второго выходного аудиоподсигнала правого канала для получения выходного аудиосигнала (X₂) правого канала.