[发明专利]具定制功能的5.1通路环绕声耳机重放信号处理方法

说明书

技术领域

本发明涉及5.1通路环绕声技术领域，具体涉及一种具定制功能的5.1通路环绕声耳机重放信号处理方法。

背景技术

5.1通路系统已被国际电信联盟(ITU)推荐为环绕声的国际标准，并已被广泛应用于家庭影院、多媒体计算机和各种手持式播放设备的声音重放。它采用前方左L、中C、右R以及左环绕LS、右环绕RS共五个独立的全频带通路及扬声器，再加上一路可选择的低频效果通路LFE，从而重放出环绕倾听者的声音听觉效果。按国际电信联盟推荐的标准，各扬声器的布置如图1所示，方位角分别为(空间方位由仰角-90°≤φ≤90°和方位角-180°≤θ≤180°表示。其中φ＝-90°、0°和90°分别表示下方，水平面和上方。水平面内θ＝-90°、0°、90°和180°分别代表左、前、右和后方)：

θ_L＝-30° θ_C＝0° θ_R＝30° θ_LS＝-110° θ_RS＝110°  (1)

5.1通路系统本来是为扬声器重放而设计的。但在多媒体计算机和各种手持式播放设备的应用中，经常将5.1通路信号直接向下混合成两通路的信号并用耳机重放。这会导致头中定位(声音感知在头内而不是头外)等不自然听觉效果。

国内外研究已提出了一些5.1通路环绕声的双耳(虚拟)耳机重放方法，如Dolby实验室的Dolby耳机技术，或华南理工大学的双耳虚拟环绕声信号去相关技术(国家发明专利授权：ZL02134415.9)。这类技术涉及到头相关传输函数(英文全名Head Related Transfer Function，缩写为HRTF)信号处理，这是一类在声重放中虚拟空间声源的技术。5.1通路环绕声的双耳(虚拟)耳机重放的基本原理如图2所示，将5.1通路环绕声的五个全频带信号分别用相应扬声器方向的头相关传输函数(HRTF)滤波后，再混合成两通路耳机重放信号：

E_L＝H_L(θ_L，f)L+H_L(θ_R，f)R+H_L(θ_C，f)C+H_L(θ_LS，f)LS+H_L(θ_RS，f)RS

E_R＝H_R(θ_L，f)L+H_R(θ_R，f)R+H_R(θ_C，f)C+H_R(θ_LS，f)LS+H_R(θ_RS，f)RS    (2)

H_L和H_R分别是声源(5.1通路环绕声的扬声器)到左和右耳的HRTF，并且已在图1标出，f代表频率(这里略去了低频效果通路LFE，事实上，对LFE通路信号的处理和C信号是类似的)。由于图2或(2)式的信号处理模拟了5.1通路环绕声重放中声波从扬声器到倾听者双耳的声学传输过程，因而在一定程度上改善了耳机重放的效果。

图2或(2)式的直接实现需要10个HRTF滤波器，信号处理相对复杂。在实际的应用中也经常将HRTF近似成左、右对称，则信号处理可以简化。在左、右对称的情况下，各扬声器到左、右耳的HRTF满足以下的对称关系：

H_L(θ_L，f)＝H_R(θ_R，f)＝H_α1(f) H_L(θ_R，f)＝H_R(θ_L，f)＝H_β1(f)

H_L(θ_LS，f)＝H_R(θ_RS，f)＝H_α2(f) H_L(θ_RS，f)＝H_R(θ_LS，f)＝H_β2(f)  (3)

H_L(θ_C，f)＝H_R(θ_C，f)＝H_γ(f)