CN102461213A - 中心声道呈现 - Google Patents

Abstract

一种音频系统包括用于单独呈现对话声道和中心音乐声道的呈现处理器。该音频系统可以包括用于从不包括对话声道和中心音乐声道全部两者的节目素材中提取对话声道和中心音乐声道中的一个或者两者的电路。可以用不同辐射图样辐射对话声道和中心音乐声道。

Description

中心声道呈现

技术领域

本说明书描述一种具有所谓“中心声道”的多声道音频系统。

发明内容

在一个方面中，一种音频系统包括用于单独呈现对话声道和中心音乐声道的呈现处理器。该音频系统还可以包括用于从不包括对话声道和中心音乐声道全部两者的节目素材中提取对话声道和中心音乐声道中的至少一个声道的声道提取器。声道提取器可以包括用于从不包括对话声道和中心音乐声道中的任一声道的节目素材中提取对话声道和中心音乐声道的电路。呈现处理器还可以包括用于处理对话声道音频信号和中心音乐声道音频信号从而使得定向阵列以不同辐射图样来辐射中心对话声道和中心音乐声道的电路。相同定向阵列可以辐射对话声道和中心音乐声道。相同定向阵列的不同元件可以辐射对话声道和中心音乐声道。在对话声道辐射图样的频率范围中，具有在任何方向上最高声压水平的-6dB内的声压水平的方向的内角少于120度，并且在中心音乐声道辐射图样的频率范围的至少一部分中，具有在任何方向上最高声压水平的-6dB内的声压水平的方向的内角大于120度。在频率范围中的在任何方向上的最大声压水平与在该频率范围中的在任何方向上的最小声压水平之差对于对话声道辐射图样可以大于-6dB，而对于中心音乐声道辐射图样可以在0dB与-6dB之间。呈现处理器可以向不同扬声器呈现对话声道和中心音乐声道。呈现处理器可以将中心音乐声道与左声道或者右声道或者二者组合。

在另一方面中，一种音频信号处理系统包括分立中心声道输入和用于创建中心音乐声道的信号处理电路。信号处理电路可以包括用于处理除了分立中心声道之外的声道以创建中心音乐声道的电路。信号处理电路可以包括用于处理分立中心声道和其它音频声道以创建中心音乐声道的电路。音频信号处理系统还可以包括用于向第一扬声器提供分立中心声道并且向第二扬声器提供中心音乐声道的电路。

在另一方面中，一种音频处理系统包括用于从不包括对话声道和中心音乐声道全部两者的节目素材中提取对话声道和中心音乐声道中的至少一个声道的声道提取器。声道提取器可以包括用于从不包括对话声道和中心音乐声道中的任一声道的节目素材中提取对话声道和中心音乐声道的电路。

附图说明

图1是音频系统的框图；

图2是包括中心声道提取器的音频系统的框图；

图3是包括中心音乐声道提取器和对话声道提取器的音频系统的框图；

图4是包括对话声道提取器的音频系统的框图；

图5是缺少专用中心声道回放设备的音频系统的框图；

图6是声辐射图样的极座标图；

图7-图10是声道提取处理器、声道呈现处理器和回放设备的概略视图；以及

图11A-图11D是对话声道和中心音乐声道的辐射图样的极坐标图。

具体实施方式

尽管附图的若干视图的单元在框图中被示出和描述为分立单元并且称为“电路”，但是除非指示相反情况，否则单元可以实施为模拟电路、数字电路或者一个或者多个执行软件指令的微处理器中的一种或者其组合。软件指令可以包括数字信号处理(DSP)指令。除非指示相反情况，否则信号线可以实施为分立模拟或者数字信号线、具有用于处理单独音频信号流的适当信号处理的单个分立数字信号线或者无线通信系统的单元。除非指示相反情况，否则可以用数字或者模拟形式对音频信号编码。为了方便，“与声道x对应的辐射声波”将表达为“辐射声道x”。“扬声器”或者“回放设备”并不限于具有单个声驱动器的设备。如果具有适当信号处理，则扬声器或者回放设备可以包括多于一个声驱动器并且可以在共同外壳中包括多个声驱动器中的一些或者所有声驱动器。如果具有适当信号处理，则在共同外壳中的声驱动器的不同组合可以构成不同扬声器或者回放设备。

多个多声道音频系统可以处理或者回放中心声道。中心声道可以是在声源材料中存在的分立声道或者可以从其它声道(比如左声道和右声道)提取中心声道。

中心声道的期望声像可以根据中心声道的内容变化。例如，如果节目内容包括其意图表观声源在屏幕或者监视器上的口头对话，则通常希望声像“紧致”并且明确地在屏幕上。如果节目内容为音乐，则通常希望表观声源更含糊和扩散。

紧致的屏幕上像通常与口头对话(通常为运动画面或者运动画面的视频再现)关联。出于该原因，与紧致的屏幕上像关联的中心声道将在这里称为“对话声道”，其应被理解为对话声道可以包括非对话元素并且在一些实例中对话可以存在于其它声道中(例如，如果意图表观声源在屏幕外)并且还理解可以有在希望更扩散的中心像时的实例(例如画外音)。

更扩散的声像通常与音乐(尤其是乐器或者管弦音乐)关联。出于该原因，与扩散像关联的中心声道将在这里称为“中心音乐声道”，其应被理解为音乐声道可以包括对话并且还理解可以有如下实例，在这些实例中希望用于音乐音频的更紧致的屏幕上声像。

对话声道和中心音乐声道也可以在频率内容上变化。对话声道的频率内容通常在话音频谱带(例如150Hz至5kHz)中，而中心音乐声道的频率内容可以范围在更宽频谱带(例如50Hz至9kHz)中。

如果声源材料没有中心声道(对话或者音乐)，但是呈现或者回放系统确实具有辐射中心声道的能力，则呈现或者回放系统可以从声源音频信号提取中心声道。可以通过多种方法完成提取。在一种方法中，提取话音内容使得中心声道为对话声道，并且通过中心声道回放设备回放话音内容。一种提取话音声道的简单方法是使用带通滤波器以提取输入信号的在话音频带中的频谱部分。其它更复杂的方法可以包括分析在输入声道之间的相关性或检测话音的特性图样。在另一种用于提取中心声道的方法中，处理至少两个定向声道的内容以形成新的定向声道。例如可以处理左前声道和右前声道以形成新的左前声道、新的右前声道和中心前声道。

将对话声道作为中心音乐声道来处理或者反之可能具有不希望的结果。如果将对话声道作为中心音乐声道来处理，则声像可能显得扩散而不是期望的紧致的屏幕上像并且词语可能不如期望的那样可理解。如果将中心音乐声道作为对话声道来处理，则声像可能显得比期望的更窄和直接，并且频率响应可能是不期望的。

参照图1，示出了音频系统10。音频系统包括用于从音频信号源接收音频信号的多个输入声道11(由线来表示)。音频系统可以包括声道提取处理器12和声道呈现处理器14。音频系统还包括如下多个回放设备，这些回放设备可以包括对话回放设备16、中心音乐声道回放设备18和其它回放设备20。

如下文将更具体说明的那样，在操作中，声道提取处理器12从输入声道11提取可能在输入声道中不包括的附加声道。附加声道可以包括对话声道22、中心音乐声道24和其它声道25。声道呈现处理器14准备音频声道中的音频信号以用于由回放设备16、18、20再现。呈现处理器14完成的处理可以包括放大、均衡和其它音频信号处理(比如空间增强处理)。

在图1和后续图中，声道由不连续线代表。在一种实际实施方式中，可以通过单个输入端子输入或者通过单个信号路径发送多个输入声道，其中信号处理适合于将多个输入声道从单个输入信号流分离。类似地，线22、24和25代表的声道可以是具有用于单独处理多个输入声道的适当信号处理的单个音频信号流。许多音频系统具有单独的低音或低频效果(LFE)声道，该声道可以包括多个声道的组合低音部分并且可以由单独的低频扬声器(比如低音扩音器(woofer)或者子低音扩音器)辐射。音频系统10可以具有低频或者LFE声道并且也可以具有低音扩音器或者子低音扩音器，但是为了方便，在这一视图中未示出它们。如下文将描述的那样，回放设备16、18、20可以是传统扬声器或者可以是某一其它类型的设备(比如定向阵列)。回放设备可以如所示的那样是分立和单独的或者可以共有一些或者所有元件(比如图9的定向阵列40CD或者图10的定向阵列42)。

声道提取处理器14和声道呈现处理器可以包括分立的模拟或者数字电路元件、但是由对数字编码音频信号执行信号处理操作的数字信号处理器(DSP)最有效地完成。

图2更具体地示出了具有声道提取处理器12(示出了更具体地具有中心声道提取器26)的音频系统。在图2的系统中有五个输入声道：中心对话声道C、左声道L、右声道R、左环绕声道LS和右环绕声道RS。用于L声道和R声道的端子耦合到中心声道提取器26，该提取器通过声道呈现处理器14耦合到中心音乐声道回放设备18并且耦合到L声道回放设备20L和R声道回放设备20R。在该图和后续图中，撇号(’)标示符指示声道提取处理器14的输出。提取器产生的声道的内容可以与对应输入声道的内容基本上相同或者可以不同。例如声道提取器产生的左声道L’的内容可以与左输入声道L的内容不同。

在操作中，中心声道提取器26处理L和R输入声道以提供中心音乐声道C’以及左声道和右声道(L’和R’)。然后，回放设备18辐射中心音乐声道。

中心音乐声道提取器26通常是对数字编码音频信号执行信号处理操作的DSP。在通过整体引用结合于此的公布美国专利申请2005/0271215或者美国专利7,016,051中描述了提取中心音乐声道的方法。

在图3的音频系统中，声源材料仅有两个输入声道L和R。图2的中心声道提取器26(通过声道呈现处理器14耦合到中心音乐声道回放设备18、左回放设备20L和右回放设备20R)、对话声道提取器28(耦合到对话回放设备16)和环绕声道提取器30(通过呈现处理器14耦合到环绕回放设备20LS和20RS)耦合到输入声道L和R。

在操作中，中心声道提取器26处理L和R输入声道以提供中心音乐声道C’以及左声道和右声道。声道提取器产生的左声道和右声道(L’和R’)如撇号(’)指示符所示可以与L和R输入声道不同。中心音乐声道回放设备18然后辐射中心音乐声道。对话声道提取器28处理L和R声道以提供然后由对话回放设备16辐射的对话声道D’。环绕声道提取器30处理L和R声道以提供左声道和右环绕声道LS和RS，左声道和右环绕声道LS和RS然后分别由环绕回放设备20LS和20RS辐射。

中心音乐声道提取器26、对话声道提取器28和环绕声道提取器30通常是对数字编码音频信号执行信号处理操作的DSP。在美国专利7,016,501中描述了一种提取中心音乐声道的方法。在美国专利6,928,169中描述了一种提取对话声道的方法。在通过整体引用结合于此的美国专利6,928,169、美国专利7,016,501或者美国专利申请2005/0271215中描述了提取环绕声道的方法。另一种提取环绕声道的方法为美国加州旧金山Dolby Laboratories，Inc.(杜比实验室公司)的ProLogic

系统。

图4的音频系统具有中心音乐输入声道C、但是没有对话声道。对话声道提取器28通过声道呈现处理器14耦合到C声道输入端子和对话回放设备16和中心音乐声道回放设备18。

在操作中，如果适当，则对话声道提取器28从中心音乐声道和其它声道提取对话声道D’。对话回放设备16然后辐射对话声道。在其它实施例中，向中心声道提取器的输入也可以包括其它输入声道(比如L和R声道)。

图5的音频系统没有前图的中心音乐声道回放设备18。图5的音频系统可以具有任何前图的输入声道和声道提取处理器，并且可以从该视图省略它们。图5的音频系统也可以包括在这一视图中也未示出的左环绕和右环绕声道。图5的声道呈现处理器14可以包括耦合到中心音乐声道24的空间增强器32。中心音乐声道信号在求和器34与左声道求和而在求和器36与右声道求和(如果存在可选空间的增强器32则通过可选的空间增强器32)使得通过左声道声驱动器20L和右声道声驱动器20R辐射中心声道。声道呈现处理器14通过相比对话更适合于音乐的呈现电路呈现中心声道并且通过相比对话更适合于音乐的声驱动器辐射中心声道，而无需单独的中心声道呈现电路和单独的中心音乐声道声驱动器。

空间增强器32以及求和器34和36通常实施于对数字编码音频信号执行信号处理操作的DSP中。

可以通过运用定向扬声器(比如定向阵列)来增强声像。定向扬声器是具有如下辐射图样的扬声器，在该辐射图样中在一些方向上比在其它方向上辐射更多声能。辐射相对较多声能的方向(例如如下方向，在这些方向上，声压水平处于在任何方向上与定向扬声器等距的点的最大声压水平(SPL)的6dB内(优选地在-6dB与-4dB之间并且理想地在-4dB与-0dB之间))将称为“高辐射方向”。辐射较少声能的方向(例如如下方向，在这些方向上，SPL是相对于在任何方向上与定向扬声器等距的点的最大值至少为-6dB的水平(优选地在-6dB与-12dB之间并且理想地处于下降多于12dB的水平，例如-20dB)将称为“低辐射方向”。

扬声器的定向特性通常显示为极坐标图(比如图6的极坐标图)。在一组同心环中绘制扬声器的辐射图样。最外环代表在任何方向上的最大声压水平。接下来的最外环代表声压水平减少的某一水平(例如-6dB)。接下来的最外环代表减少得更多的声压水平(例如-12dB)，以此类推。一种表达扬声器的定向性的方式是在任何方向上的最大声压水平方向的两侧上的-6dB点之间的内角。例如在图6中，辐射图样112具有比辐射图样114的内角θ更少的内角

因此认为辐射图样112比辐射图样114更定向。比如其中内角接近180度的图样114这样的辐射图样可以描述为“非定向”。比如在所有方向上的辐射在任何方向上的最大值的-6dB内的图样116这样的辐射图样可以描述为“全向”。也可以按照最大与最小声压水平之差将定向特性分类为更定向。例如在辐射图样112中，最大与最小声压水平之差为-18dB，这将表征为比其中最大与最小声压水平之差为-6dB的辐射图样114更定向，辐射图样114将表征为比其中最大与最小声压水平之差少于-6dB的辐射图样116更定向。

从定向扬声器直接朝着收听者辐射对话声道使声像紧致并且使得声音的表观声源明确在收听者的附近。从定向扬声器、但是不直接在收听者处辐射音乐声道从而反射的辐射的幅度与直接辐射的幅度相似或者甚至更高可以使声像更扩散，正如以更少定向性或者从非定向扬声器辐射中心音乐声道那样。

一种实现定向性的简单方式是通过扬声器的尺度来实现定向性。扬声器往往在与扬声器的辐射表面的直径接近并且比辐射表面的直径更短的波长变成定向。然而这可能不切实际，因为定向地辐射对话声道可能需要辐射表面大的扬声器以在话音频带中实现定向性。

另一种实现定向性的方式是通过扬声器的机械配置(例如通过使用声透镜、挡板或者喇叭)来实现定向性。

一种实现定向性的更有效和通用的方式是通过使用定向阵列来实现定向性。定向阵列为具有多个声能量源的定向扬声器。在通过整体引用结合于此的美国专利5,870,484中更具体讨论了定向阵列。在定向阵列中，在其中对应波长相对于能量源的间距而言较大的频率范围内，声能量源辐射的声压波相消地干涉，从而阵列根据出现的相消干涉的程度而在不同方向上辐射更多或者更少能量。定向阵列是有利的，因为可以电子地控制定向性的程度并且因为单个定向阵列可以辐射两个或者更多声道而且可以用不同程度的定向性辐射两个或者更多声道。另外，声驱动器可以是多于一个阵列的部件。

在一些图中，概略地示出了定向扬声器为具有两个圆锥形声驱动器。定向扬声器可以是除了多元件扬声器之外的某一类型的定向扬声器。声器驱动器可以是除了圆锥类型之外的类型(例如圆穹顶类型或者平板类型)。定向阵列具有至少两个声能量源并且可以具有多于两个声能量源。增加声能量源数目例如通过允许控制多于一个平面中的辐射图样来增加对定向扬声器辐射图样的控制。图中的定向扬声器示出了扬声器的位置、但是未必示出声能量源的数目或者取向。

图7-图10描述了一些前图的如下音频系统的实施例，该音频系统具有包括定向扬声器的反馈系统。图7-图10示出了扬声器与收听者38的空间关系并且还指示哪些扬声器辐射哪些声道以及辐射声道的定向性的程度。在相同图中比其它辐射图样更定向的辐射图样将由比其它箭头长和粗得多的、指向最大辐射方向的一个箭头指示。更少定向的图样将由比其它箭头以更小量更长和更粗的指向最大辐射方的箭头指示。图7-图10可以包括其它声道(比如环绕声道)，但是可以不示出环绕声道。在这些视图中未示出声道提取处理器12和声道呈现处理器14的细节，也未示出输入声道的细节。

可以通过变化向每个阵列单元馈送的信号的幅度和相位来控制定向阵列的辐射图样。此外，可以在每个频率独立控制每个元件的幅度和相位。辐射图样也可以由换能器的特性和变化的阵列几何形状控制。

图7的音频系统包括耦合到声道呈现处理器14的定向阵列40L、40R、40C和40D。

图7的音频系统适合于与图1-4中的任何图的如下音频系统一起使用，该音频系统分别产生对话声道D’、中心音乐声道C’以及左声道和右声道L’和R’。从近似直接在收听者38前面的定向阵列40D以高度定向辐射图样辐射对话声道D’。近似直接在说话者前面的定向阵列40C以比定向阵列40D的辐射图样更少定向的辐射图样辐射中心音乐声道C’。分别在收听者38左侧和右侧的定向阵列以与定向阵列40C的辐射图样近似同等定向的辐射图样辐射左声道L’和右声道R’。

图8的音频系统包括耦合到声道呈现处理器14的定向阵列40L、40R和40CD。图8的音频系统也适合于与图1-4之一的音频系统一起使用。图8的音频系统与图7的音频系统相似地操作，但是以不同程度的定向性程度辐射对话声道D’和中心音乐声道C’两者。

图9的音频系统包括图5的声道呈现处理器。左定向阵列40L、右定向阵列40R和对话定向阵列40D耦合到声道呈现处理器14。左定向阵列40L辐射左声道L’和中心声道左部分C’[L]。右定向阵列40R辐射右声道R’和中心声道右部分C’[R](可以与中心声道左部分相同或者不同)。对话定向阵列40D以比从定向阵列40L和40R辐射的其它声道更高程度的定向性辐射对话声道D’。

在图10的音频系统中，声道呈现处理器14耦合到包括多个(在本例中为7个)声驱动器的阵列42。包括声驱动器子组的定向阵列以不同程度的定向性程度辐射声道L’、R’、C’、D’、LS’和RS’(以及C’[L]和C’[R])(如果存在)中的音频信号。在一种实施方式中，中心音乐声道和对话声道由三个中心声驱动器44辐射并且还由并非定向阵列一部分的高音扩音器辐射。

例如在图11A中，在250Hz至660Hz的频带中，对话声道辐射图样120的高辐射方向(在任何方向上的最大辐射的-6dB内)的内角约为90度，而音乐中心声道辐射图样122的高辐射方向的内角约为180度。在任何方向上的最大与最小声压水平之差对于对话声道120而言为-12dB。在任何方向上的最大声压水平之差对于音乐中心声道122而言为-6dB。对话声道辐射图样120因此在这一频率范围中比音乐中心声道的辐射图样122更定向。

在图11B中，对于820Hz第三倍频程(octave)，高辐射方向的内角对于对话声道辐射图样120而言约为120度，而高辐射方向的内角对于音乐中心声道辐射图样122而言约为180度。对话声道辐射图样120的在任何方向上的最大与最小声压水平之差约为-9dB，而音乐中心声道辐射图样122的最大与最小声压水平之差约为-6dB。对话声道辐射图样120因此也在这一频率范围中比音乐中心声道的辐射图样122更定向。

在图11C中，对于1kHz第三倍频程，高辐射方向的内角对于对话声道辐射图样120而言约为130度，并且音乐中心声道的辐射图样122基本上为全向，因而对话声道辐射图样120比音乐中心声道的辐射图样122更定向。

在图11D中，对于2kHz第三倍频程，对话声道辐射图样120和音乐中心声道的辐射图样均基本上为全向。最大与最小声压水平之差对于对话声道辐射图样120而言约为-3dB，而对于音乐中心声道辐射图样而言约为-1dB，因而对话声道辐射图样比音乐中心声道辐射图样略微更定向。

由于对话声道辐射图样120的辐射图样在图11A、11B、11C和11D中所示的所有频率范围中比音乐中心声道的辐射图样122更定向，所以它比音乐中心声道的辐射图样122更定向。

本领域技术人员现在可以进行对这里公开的具体装置和技术的诸多运用和修改而不脱离发明概念。因而本发明将被理解为涵盖这里公开的每一个新颖特征和特征的新颖组合并且仅由所附权利要求的精神和范围限制。

Claims (16)

1.一种音频系统，包括：

呈现处理器，用于单独地呈现对话声道和中心音乐声道。

2.根据权利要求1所述的音频系统，还包括：声道提取器，用于从不包括所述对话声道和所述中心音乐声道全部两者的节目素材中提取所述对话声道和所述中心音乐声道中的至少一个声道。

3.根据权利要求2所述的音频系统，其中所述声道提取器包括用于从不包括对话声道和中心音乐声道中的任一声道的节目素材中提取对话声道和中心音乐声道的电路。

4.根据权利要求1所述的音频系统，所述呈现处理器还包括用于处理对话声道音频信号和中心音乐声道音频信号从而使得定向阵列以不同辐射图样辐射所述中心对话声道和所述中心音乐声道的电路。

5.根据权利要求4所述的音频系统，其中所述对话声道和所述中心音乐声道由相同定向阵列来辐射。

6.根据权利要求4所述的音频系统，其中所述对话声道和所述中心音乐声道由相同定向阵列的不同元件来辐射。

7.根据权利要求4所述的音频系统，其中在对话声道辐射图样的频率范围中，具有在任何方向上的最高声压水平的-6dB内的声压水平的方向的内角少于120度，并且其中在中心音乐声道辐射图样的频率范围的至少一部分中，具有在任何方向上的最高声压水平的-6dB内的声压水平的方向的内角大于120度。

8.根据权利要求4所述的音频系统，其中在频率范围中的在任何方向上的最大声压水平与在所述频率范围中的在任何方向上的最小声压水平之差对于对话声道辐射图样而言大于-6dB，而对于中心音乐声道辐射图样而言在0dB与-6dB之间。

9.根据权利要求1所述的音频系统，其中所述呈现处理器向不同扬声器呈现所述对话声道和所述中心音乐声道。

10.根据权利要求1所述的音频系统，其中所述呈现处理器将所述中心音乐声道与左声道或者右声道或者二者组合。

11.一种音频信号处理系统，包括分立中心声道输入和用于创建中心音乐声道的信号处理电路。

12.根据权利要求11所述的音频信号处理系统，其中所述信号处理电路包括用于处理除了所述分立中心声道之外的声道以创建所述中心音乐声道的电路。

13.根据权利要求11所述的音频信号处理系统，其中所述信号处理电路包括用于处理所述分立中心声道和其它音频声道以创建所述中心音乐声道的电路。

14.根据权利要求11所述的音频信号处理系统，还包括用于向第一扬声器提供所述分立中心声道而向第二扬声器提供所述中心音乐声道的电路。

15.一种音频处理系统，包括用于从不包括所述对话声道和所述中心音乐声道全部两者的节目素材中提取所述对话声道和所述中心音乐声道中的至少一个声道的声道提取器。

16.根据权利要求15所述的音频处理系统，其中所述声道提取器包括用于从不包括对话声道和中心音乐声道中的任一声道的节目素材中提取对话声道和中心音乐声道的电路。

Images