[发明专利]音频信号处理方法和装置

说明书

发明领域

本发明涉及音频信号处理领域，具体涉及用脉冲响应函数或类似函数对输入音频信号进行卷积的有效卷积方法。

技术背景

在本申请人所提出的国际PCT申请号为No．PCT／AU93／00330题目为“高精确度高效率数字滤波器”的专利申请中，公开了一种卷积处理方法，除了允许对复杂的脉冲响应进行有效长卷积外，该方法还具有特别低的等待时间。

众所周知利用脉冲响应函数的卷积可以为音频信号增加“色彩”以至于例如当用头戴耳机进行播放时，信号能提供一种立体的收听效果。遗憾的是，这种卷积处理方法，当使用高级算法技术例如快速傅里叶变换(FFT)时通常需要过多的计算时间。这种计算方面的要求当多声道必须被独立卷积时通常还会增加，并且当要求全部的环绕声功能时通常必须对多声道进行独立卷积。现代的DSP处理器通常不能用于进行多个源的多个信号的完全卷积，特别时是对卷积的等待时间加以实时限制时。

因此需要减少全卷积系统的处理要求，同时保持卷积处理的全部质量。

发明综述

根据本发明的第一个方面，提供了处理一系列输入音频信号的方法，所述输入音频信号代表放置在收听者周围预定位置的一系列虚拟的音频声源，该方法可以产生一组精简的用于在收听者周围的扬声器装置上进行播放的音频输出信号，该方法包括以下步骤：(a)对每个输入音频信号和每个输出音频信号进行以下步骤：(ⅰ)用相应的脉冲响应最初的头部对输入音频信号进行卷积以形成一系列初始响应，其中的脉冲响应充分映射了相应的虚拟声源到相应的扬声器装置的脉冲响应的初始声音和早期反射；(b)对每个输入音频信号和每个输出音频信号进行以下步骤：(ⅰ)形成音频输入信号的混音；并(ⅱ)确定单独的卷积尾；(ⅲ)用单独的卷积尾对音频信号的混音进行卷积以形成复合尾部响应；(c)对每个音频输入信号进行以下步骤：(ⅰ)把相应系列的初始响应与相应的复合尾部响应进行复合以形成音频输出信号。

单独的卷积尾可以通过复合相应脉冲响应的尾部而形成。或者单独的卷积尾也可以从虚拟的扬声器尾部脉冲响应中挑选一个。理想地，该方法进一步包括对脉冲响应函数进行预处理的步骤：(a)构造一组对应的脉冲响应函数；(b)把脉冲响应函数分成多个段；(c)对预定的多个段，在段的尾部减少脉冲响应值。

输入音频信号最好转化到频域，这样卷积可以在频域内进行。脉冲响应函数可以在频域中通过使高频系数为零并删除高频系数为零处的乘法步骤而得到简化。

卷积最好通过使用低等待时间的卷积处理方法来进行。低等待时间的卷积处理方法最好包括以下步骤：把输入音频信号的第一预定块大小的部分转化为相应的频域输入系数块；把脉冲响应信号的第二预定块大小的部分转化为相应的频域脉冲系数块；把每个频域输入系数块与预定的相应频域脉冲系数块以预定方式进行合并以产生复合输出块；把预定的一些复合输出块相加以对每个音频输出信号作出频域输出响应；把频域输出响应转化为相应的时域音频输出信号；输出时域音频输出信号。

根据本发明的另一方面，提供了处理一系列输入音频信号的方法，所述音频信号代表放置在收听者周围预定位置的一系列虚拟的音频声源，该方法可以产生一组精简的用于在收听者周围的扬声器装置上进行播放的音频输出信号，该方法包括以下步骤：(a)形成一系列能充分把相应的虚拟声源映射到相应的扬声器装置的脉冲响应函数；(b)把脉冲响应函数分成多个段；(c)对预定的多个段，在段的尾部减少脉冲响应值以产生修正的脉冲响应；(d)对每个输入音频信号和每个输出音频信号进行以下步骤：(ⅰ)用相应的修正的脉冲响应部分对输入音频信号进行卷积，其中修正的脉冲响应部分用于把相应的虚拟声源充分映射到相应的扬声器装置。

根据本发明的再一个方面，提供了用于把代表从不同的第一批声源发出的多个音频信号进行同时卷积的方法，以便模拟从第二批输出声源发出的音频环境，该方法包括以下步骤：(a)利用能完全映射置于音频环境中的第一批声源的脉冲响应函数的初始部分对多个音频信号的每个进行独立滤波；(b)利用多个脉冲响应函数的后续部分形成的回响尾部滤波器对多个音频信号进行复合回响尾部滤波。

滤波可以通过频域内的卷积产生，音频信号最好首先转化到频域。这一系列输入音频信号可以包括：左前声道信号，右前声道信号，正前声道信号，左后声道信号和右后声道信号。音频输出信号可以包括左右耳机的输出信号。