對聲場的高階立體混響表示進行壓縮和解壓縮的方法和設(shè)備的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及對聲場的高階立體混響表示進行壓縮和解壓縮的方法和設(shè)備。
【背景技術(shù)】
[0002] 高階立體混響（表示為Η0Α)提供了表示三維立體聲的一種方式。其它的技術(shù)是 波場合成（WFS)或者像22. 2的基于聲道的方法。相比于基于聲道的方法，HOA表示提供了 獨立于特定揚聲器配置的優(yōu)點。然而，這種靈活性是以犧牲解碼過程為代價的，對于在特定 揚聲器配置上的HOA表示的回放，需要解碼過程。與需要的揚聲器數(shù)量通常很大的WFS方 法相比，HOA也可以被提供給只包括較少揚聲器的配置。HOA的其它優(yōu)點是，在沒有針對對 耳機的雙耳呈現(xiàn)的任何修改的情況下，也可以采用相同的表示。
[0003] HOA是基于按照截短的球面諧波（SH)展開的、復(fù)雜諧波平面波振幅的空間密度的 表示。每個展開系數(shù)是角頻率的函數(shù)，所述角頻率的函數(shù)可以通過時域函數(shù)來等價表示。因 此，不失一般性地，實際上可以假設(shè)完整的HOA聲場表示由0個時域函數(shù)組成，其中0表示 展開系數(shù)的數(shù)量。在下文中，這些時域函數(shù)將會等同地稱為HOA系數(shù)序列。
[0004] HOA表示的空間分辨率隨著展開的最大階N的增長而提高。不幸地，展開系數(shù)0的 數(shù)量隨著階N二次方地增長，具體地是0= (N+1)2。例如，典型的使用階N = 4的HOA表示 需要0 = 25的HOA(展開）系數(shù)。根據(jù)上述考慮，給定期望的單聲道采樣速率fs以及每個 樣本的比特數(shù)量N b，針對HOA表示的傳輸?shù)目偙忍芈视? · fs · Nb確定。使用每個樣本Nb =16個比特、以樣本速率fs= 48kHz傳輸階N = 4的HOA表示將會導(dǎo)致19. 2 MBits/s的 比特率，這對于許多實際應(yīng)用（例如流傳輸）來說非常的高。因此，非常需要HOA表示的壓 縮。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 處理HOA表示（具有N > 1)的壓縮的現(xiàn)有方法是很少的。由E.Hellerud， I. Burnett,A Solvang and U. P. Svensson, " Encoding Higher Order Ambisonics with AAC"，124th AES Convention，Amsterdam，2008提出的最直接的方法是使用高級音頻編碼 (AAC)執(zhí)行各個HOA系數(shù)序列的直接編碼，所述高級音頻編碼（AAC)是感知編碼算法。然 而，該方法固有的問題是從未聽見的信號的感知編碼。重建的回放信號經(jīng)常通過HOA系數(shù) 序列的加權(quán)和來獲得，并且當(dāng)解壓縮的HOA表示在特定的揚聲器配置上呈現(xiàn)時，有很大的 可能會暴露感知編碼噪音。針對感知編碼噪音暴露的主要問題是各個HOA系數(shù)序列之間的 高互相關(guān)性。由于各個HOA系數(shù)序列中的編碼噪音信號經(jīng)常是相互之間不相關(guān)的，因此可 能會出現(xiàn)感知編碼噪音的有益的疊加，同時無噪音HOA系數(shù)序列在疊加處消除。其它的問 題是，這些互相關(guān)性導(dǎo)致感知編碼器效率下降。
[0006] 為了使兩種效果的程度降到最低，在EP 2469742 A2中提出了在感知編碼之前，將 HOA表示變換為離散空間域中的等價表示。從形式上看，該離散空間域是在一些離散方向處 采樣的、復(fù)雜諧波平面波振幅的空間密度的時域等價物。因此離散空間域由O個傳統(tǒng)時域 信號來表示，如果揚聲器恰好位于與針對空間域變換假設(shè)的方向相同的方向，則傳統(tǒng)時域 信號可以解釋為從采樣方向沖擊的大體平面波，并且傳統(tǒng)時域信號將會與揚聲器信號相對 應(yīng)。
[0007] 向離散空間域的變換降低了各個空間域信號之間的互相關(guān)性，但是沒有完全消除 這些互相關(guān)性。相對高的互相關(guān)性的示例是方向在由空間域信號覆蓋的相鄰方向中間的方 向的定向信號。
[0008] 兩種方法的主要缺點是：感知編碼信號的數(shù)量是（N+1)2,并且針對壓縮的HOA表 示的數(shù)據(jù)速率隨著立體混響階N二次方地增長。
[0009] 為了降低感知編碼信號的數(shù)量，專利申請EP 2665208 Al提出了將HOA表示分解 為給定的最大數(shù)量的主導(dǎo)定向信號和殘余環(huán)境分量。要感知編碼的信號數(shù)量的降低是通過 降低殘余環(huán)境分量的階來實現(xiàn)的。該方法背后的原理是：在通過較低階HOA表示使用足夠 精度來表示殘余的同時，保持關(guān)于主導(dǎo)定向信號的高空間分辨率。
[0010] 只要滿足關(guān)于聲場的假設(shè)，該方法會很好的工作，即，假設(shè)聲場由少量的主導(dǎo)定向 信號（代表使用完整的階N編碼的大體平面波函數(shù)）和沒有任何方向性的殘余環(huán)境分量組 成。然而，如果在分解之后殘余環(huán)境分量仍然包含一些主導(dǎo)定向分量，則階降低會導(dǎo)致在分 解之后的呈現(xiàn)處明顯可以感知到的錯誤。違反了假設(shè)的HOA表示的典型示例是以低于N的 階編碼的大體平面波。這樣的階低于N的大體平面波可以產(chǎn)生于藝術(shù)創(chuàng)作，以便使得聲源 看起來更廣泛，并且這樣的階低于N的大體平面波還可以隨著通過球形麥克風(fēng)記錄HOA聲 場表示而出現(xiàn)。在兩種示例中，由大量高度相關(guān)的空間域信號來表示聲場（其解釋還可以 參見 Spatial resolution of Higher Order Ambisonics) 〇
[0011] 本發(fā)明要解決的問題是消除專利申請EP 2665208A1中描述的過程引起的缺點， 由此也避免了上述其它引用的現(xiàn)有技術(shù)的缺點。該問題是由權(quán)利要求1和3公開的方法解 決的。權(quán)利要求2和4中公開了利用這些方法的對應(yīng)的設(shè)備。
[0012] 本發(fā)明改進了專利申請EP 2665208 Al中描述的HOA聲場表示壓縮過程。首先，像 EP 2665208 Al中描述的，針對主導(dǎo)聲源的存在對HOA表示進行分析，估計所述主導(dǎo)聲源的 方向。利用主導(dǎo)聲源方向的信息，將HOA表示分解為多個表示大體平面波的主導(dǎo)定向信號 和殘余分量。然而，將該殘余HOA分量的階變換到離散空間域，而不是立即降低該殘余HOA 分量的階，以便獲得在表示殘余HOA分量的均勻采樣方向處的大體平面波函數(shù)。此后，根據(jù) 主導(dǎo)定向信號預(yù)測這些平面波函數(shù)。該操作的原因在于，殘余HOA分量的一部分可能與主 導(dǎo)定向信號高度相關(guān)。
[0013] 所述預(yù)測可以是簡單的預(yù)測，從而只產(chǎn)生少量的輔助信息。在最簡單的情況下，預(yù) 測由適當(dāng)?shù)目s放和延時組成。最后，預(yù)測誤差變換回HOA域，并且當(dāng)作殘余環(huán)境HOA分量， 針對所述殘余環(huán)境HOA分量執(zhí)行階降低。
[0014] 有利的是，從殘余HOA分量中減去可預(yù)測的信號的效果是減小其總功率并且保持 主導(dǎo)定向信號的數(shù)量，并且通過這種方式來減少由于階降低導(dǎo)致的分解誤差。
[0015] 在原則上，本發(fā)明的壓縮方法適用于壓縮聲場的高階立體混響（表示為Η0Α)表 示，所述方法包括以下步驟：
[0016] -根據(jù)HOA系數(shù)的當(dāng)前時幀，估計主導(dǎo)聲源方向；
[0017] -基于所述HOA系數(shù)并且基于所述主導(dǎo)聲源方向，將所述HOA表示分解為時域中的 主導(dǎo)定向信號和殘余HOA分量，其中所述殘余HOA分量變換到離散空間域，以便在表示所述 殘余HOA分量的均勻采樣方向處獲得平面波函數(shù)，并且其中所述平面波函數(shù)是根據(jù)所述主 導(dǎo)定向信號預(yù)測的，由此提供描述所述預(yù)測的參數(shù)，并且對應(yīng)的預(yù)測誤差變換回HOA域；
[0018] -將所述殘余HOA分量的當(dāng)前階降低到更低的階，得到降階殘余HOA分量；
[0019] -對所述降階殘余HOA分量進行去相關(guān)，以獲得對應(yīng)的殘余HOA分量時域信號；
[0020] -對所述主導(dǎo)定向信號和所述殘余HOA分量時域信號進行感知編碼，從而提供壓 縮的主導(dǎo)定向信號和壓縮的殘余分量信號。
[0021] 原則上，本發(fā)明的壓縮設(shè)備適用于壓縮聲場的高階立體混響（表示為Η0Α)表示， 所述設(shè)備包括：
[0022] -適于根據(jù)HOA系數(shù)的當(dāng)前時間幀來估計主導(dǎo)聲源方向的裝置；
[0023] -適于基于所述HOA系數(shù)并且基于所述主導(dǎo)聲源方向，將所述HOA表示分解為時域 中的主導(dǎo)定向信號和殘余HOA分量的裝置，其中所述殘余HOA分量變換到離散空間域，以便 在表示所述殘余HOA分量的均勻采樣方向處獲得平面波函數(shù)，并且其中所述平面波函數(shù)是 根據(jù)所述主導(dǎo)定向信號預(yù)測的，由此提供描述所述預(yù)測的參數(shù)，并且對應(yīng)的預(yù)測誤差變換 回HOA域；
[0024] -適于將所述殘余HOA分量的當(dāng)前階降低到更低的階，得到降階殘余HOA分量的裝 置；
[0025] -適于對所述降階殘余HOA分量進行去相關(guān)，以獲得對應(yīng)的殘余HOA分量時域信號 的裝置；
[0026] -適于對所述主導(dǎo)定向信號和所述殘余HOA分量時域信號進行感知編碼，從而提 供解壓縮的主導(dǎo)定向信號和解壓縮的殘余分量信號的裝置；
[0027] 原則上，本發(fā)明的解壓縮方法適用于解壓縮根據(jù)上述壓縮方法壓縮的高階立體混 響表示，所述解壓縮方法包括以下步驟：
[0028] -對所壓縮的主導(dǎo)定向信號和所壓縮的殘余分量信號進行感知解碼，從而提供解 壓縮的主導(dǎo)定向信號和表示空間域中的殘余HOA分量的解壓縮的時域信號；
[0029] -對所述解壓縮的時域信號進行重新相關(guān)，來獲得對應(yīng)的降階殘余HOA分量；
[0030] -將所述降階殘余HOA分量的階增大到原始的階，從而提供對應(yīng)的解壓縮殘余HOA 分量；
[0031] -使用所述解壓縮主導(dǎo)定向信號、所述原始階解壓縮殘余HOA分量、所述估計的主 導(dǎo)聲源方向和描述所述預(yù)測的所述參數(shù)來組成對應(yīng)的HOA系數(shù)的解壓縮且重新組成的幀。
[0032] 在原則上，本發(fā)明的解壓縮設(shè)備適于解壓縮根據(jù)上述壓縮方法壓縮的高階立體混 響表示，所述解壓縮設(shè)備包括：
[0033] -適于對所壓縮的主導(dǎo)定