專利名稱：分布式空間音頻解碼器的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及環(huán)繞聲音解碼和分布技術。
背景技術：
多聲道音頻再現通常使用分布在收聽者或一群收聽者周圍的多個揚聲器傳達來自所再現的音頻記錄或音軌或者人工演奏的聲學事件的沉浸或環(huán)繞的感覺。多聲道音頻首先在電影音軌中普及。電影院使用分布在整個表演空間中的揚聲器的網絡來圍繞觀眾。隨著可在DVD和藍光光盤上獲得的多聲道電影和音樂音軌記錄以及來自游戲機和個人計算機的交互式多聲道音軌的出現，多聲道音頻也在家庭中變得普及。多聲道音頻通常被壓縮，使得適應高質量音軌再現所需的數據量被充分減少，以能夠置于給定的物理存儲介質上或者能夠在給定的比特流帶寬中對該數據進行流傳輸。這樣的壓縮方案包括用于DVD、藍光光盤和HDTV的杜比數字或DTS。這些經編碼數據流通常被傳遞到家庭影院接收機上的外部解碼器，并且經解碼的PCM音軌通過導線被引導至多個輸出聲道以在收聽室周圍分布。也可以通過控制臺或者PC游戲引擎來實時產生并混合多聲道音頻。也可以通過利用諸如杜比專業(yè)邏輯(Dolby Pro Logic)之類的算法或者基于序號為12/246,491的美國專利申請中概述的理論的算法對經過矩陣編碼的立體聲音軌進行專門解碼來創(chuàng)建多聲道音頻。也可以通過利用諸如創(chuàng)新CMSS-3D環(huán)繞(Creative CMSS-3D Surround)、DTS Neo 6和SRS環(huán)繞聲(SRS Circle Surround)之類的算法將傳統(tǒng)的立體聲音軌“上混合”(upmix)成多聲道混合物來產生多聲道音軌。如圖1所示，多聲道音頻信號102(例如通過SPDIF連接而傳輸)通常在單個設備中被解碼和放大，這單個設備通常是通過有線揚聲器連接106來分發(fā)每個個體再現聲道的家庭影院接收機104或機頂盒。目前可用的多數較新多聲道放大器將最高支持7. 1聲道輸出(即，7個主揚聲器聲道和一個重低音聲道)。較新的無線技術允許利用例如藍牙高級音頻分布協(xié)定(A2DP)來進行對音頻聲道的無線傳輸。該方法減輕了對將主放大器與后方揚聲器相連的不雅觀連線的需求。通常，家庭無線音頻傳輸的數據速率是有限的，并且例如僅允許兩個聲道的音頻數據的傳輸。因此，在許多無線多聲道音頻回放方案中，只有音頻聲道的子集可被無線傳輸，而其他聲道需要有線揚聲器連接。在音頻聲道信號被離散傳輸的任何無線多聲道音頻再現系統(tǒng)中，增加無線揚聲器的數目需要無線傳輸帶寬的成比例增加。這最終限制了無線多聲道音頻系統(tǒng)的靈活性和縮放性。此外，增加聲道的數目可能需要用專門的(非一般的)組件來取代諸如信號處理器、 數模轉換器或放大器之類的常用組件，并且需要共享的多聲道解碼器或放大器單元具有更大的成本、功耗和大小。因此，需要用于多聲道音頻解碼和分發(fā)的改進的技術和系統(tǒng)。

發(fā)明內容
本發(fā)明描述了一種通過廣播原始的經編碼數據并且在多個接收單元之間分布解碼處理而對多聲道音頻信號進行分散解碼的方法。這允許了對具有任意數目的輸出聲道的可縮放多聲道音頻再現系統(tǒng)的設計和制造，該系統(tǒng)包括各自生成更少輸出聲道的多個通用解碼器和揚聲器單元。利用分布式解碼，制造者可以在每個通用解碼模塊中使用“現成的” 立體聲或單聲道信號處理器、數模轉換器和放大器組件，從而降低了每個模塊的制造成本和復雜性要求，同時在輸出聲道的總數方面提供了無限制的縮放性。根據本發(fā)明的一個方面，提供了一種用于再現多聲道音頻的方法。該方法包括向多個解碼器處理單元發(fā)送多聲道音頻經編碼源信號，每個解碼器處理單元具有位置在收聽環(huán)境中的輸出聲道。來自輸出聲道的輸出信號是由輸出聲道位置確定的，而源信號獨立于收聽環(huán)境中的輸出聲道位置。根據本發(fā)明的另一方面，提供了一種用于多聲道音頻再現的系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括多聲道音頻解碼器的分布式網絡，其中每個解碼器可操作來接收同一經編碼音頻數據流并且僅僅再現來自經編碼音頻數據流的如下音頻信號這些音頻信號對于通過相關聯(lián)揚聲器相對于基準位置的位置而識別出的相關聯(lián)揚聲器信號輸出而言是相關的。根據本發(fā)明的另一方面，提供了一種用于再現多聲道音頻信號的方法。該方法包括經由無線立體聲音頻發(fā)送機來廣播二聲道相位-幅度經編碼音頻信號；經由多個立體聲無線接收機接收所述經編碼音頻信號；以及經由相位-幅度立體聲解碼器來處理接收到的音頻信號，其中該處理僅對對于預定位置而言相關的音頻信號解碼。下面參考附圖描述了本發(fā)明的這些和其他特征和優(yōu)勢。


圖1是示出DVD播放器利用單個SPDIF連接與多聲道接收機相連的有線5. 1聲道環(huán)繞聲再現系統(tǒng)的簡化功能圖。圖2A是示出DVD播放器與無線SPDIF信號發(fā)送機和多個無線SPDIF信號接收機相連的無線5. 1聲道環(huán)繞聲再現系統(tǒng)的功能圖，其中各個信號接收機將接收到的SPDIF信號引導至杜比數字解碼器并且將與所連接的揚聲器驅動器相關聯(lián)的經解碼聲道引導通過單聲道DAC和功率放大器。圖2B是示出DVD播放器與無線SPDIF信號發(fā)送機和多個無線SPDIF信號接收機相連的無線5. 1聲道環(huán)繞聲再現系統(tǒng)的功能圖，其中各個信號接收機將接收到的SPDIF信號引導至杜比數字解碼器并且將與一對所連接的揚聲器驅動器相關聯(lián)的一對經解碼聲道弓I導通過立體聲DAC和功率放大器。圖3是示出通過兩個無線重低音器和一組八個直立揚聲器棒來實現對無線傳輸的相位-幅度經編碼立體聲信號的分布式解碼的多聲道解碼器系統(tǒng)的示圖，每個直立揚聲器棒處理同一經編碼立體聲信號，但是僅對與沿著每個直立揚聲器棒分布的四個揚聲器驅動器的位置相關聯(lián)的四個聲道進行解碼。圖4是示出通過具有內置無線接收機的重低音器和三個立體聲揚聲器單元來實現對無線傳輸的相位-幅度經編碼立體聲信號的分布式解碼的多聲道解碼器系統(tǒng)的示圖， 每個立體聲揚聲器單元包含無線接收機和實現多聲道相位-幅度解碼器的信號處理器以及揚聲器虛擬化濾波器的網絡，它們各自對與個體立體聲揚聲器的放置相關聯(lián)的揚聲器位置進行解碼和虛擬化。
具體實施例方式現在將詳細參考本發(fā)明的優(yōu)選實施例。優(yōu)選實施例的示例在附圖中示出。雖然將結合這些優(yōu)選實施例來描述本發(fā)明，但是將會了解，并不意圖將本發(fā)明限制于這樣的優(yōu)選實施例。相反，意圖覆蓋可包括在如所附權利要求限定的本發(fā)明的精神和范圍內的備選、修改和等同物。在下面的描述中，給出了許多具體細節(jié)以提供對本發(fā)明的透徹理解?？梢栽跊]有這些具體細節(jié)中的一些或全部的情況下實施本發(fā)明。在其他實例中，公知的機制未被詳細描述，以免不必要地模糊本發(fā)明。這里應當注意，在各幅圖中，相似的標號指代相似的部分。這里示出并描述的各幅圖用于說明本發(fā)明的各種特征。在特定特征在一幅圖中示出但未在另一幅圖中示出的情況下，除了另外指明或者該結構固有地禁止了該特征的并入之外，將會了解到這些特征可適用于包括在其他圖中表示的實施例中，就如同它們在這些圖中被完全示出一樣。除非另外指明，否則附圖不一定是按比例的。圖上提供的任何尺寸并不意圖對本發(fā)明的范圍進行限制，而是只是說明性的。一般而言，本發(fā)明提供了一種多聲道揚聲器系統(tǒng)，其中每個揚聲器知道其相對于某個基準的位置并且對與該位置最相關的音頻信號進行解碼。每個揚聲器接收同一經編碼數據流，但是僅對該流中與其位置相關聯(lián)的一些部分進行解碼/輸出。具體而言，每個解碼器可被配置成產生特定輸出聲道而不得出任何其他聲道。經編碼的音頻流可以是模擬的、 數字的、壓縮的、立體聲的、多聲道的等等。根據本發(fā)明的一個實施例，提供了一種包括多個多聲道音頻解碼器的方法和系統(tǒng)，其中每個解碼器接收同一經編碼數據流，并且僅僅再現如下音頻信號這些音頻信號對于通過(一個或多個)相關聯(lián)揚聲器相對于某個基準位置的位置而識別出的相關聯(lián)揚聲器信號輸出(或者揚聲器輸出的子集)而言是相關的。根據本發(fā)明的另一實施例，提供了一種用于多聲道音頻再現的方法和系統(tǒng)，其包括無線立體聲音頻發(fā)送機，該發(fā)送機廣播例如用序號為12/246,491的美國專利申請中描述的編碼器的實施例生成的二聲道相位-幅度經編碼音頻信號。該廣播被多個分離的立體聲無線接收機接收。接收到的立體聲音頻進一步被相位-幅度立體聲解碼器處理，該解碼器例如是序號為12/246,491的美國專利申請中描述的解碼器的實施例，該解碼器僅對對于預定位置或者預定位置子集而言最相關的音頻信號進行解碼，這些位置通常是由至少一個揚聲器相對于基準位置的位置確定的。根據本發(fā)明的另一實施例，多個無線立體聲揚聲器單元各自包含立體聲無線接收機、解碼器(例如，諸如在序號為12/246,491的美國專利申請中描述的解碼器的實施例之類的相位-幅度解碼器)以及轉聽(transaural)揚聲器虛擬化濾波器的網絡，這些轉聽揚聲器虛擬化濾波器提供比對進行再現的立體聲揚聲器的物理位置周圍附近所物理存在的揚聲器更多的揚聲器的感受。首先，圖2A示出了 5. 1聲道“家庭影院”設置，DVD播放器202利用該設置以SPDIF 格式202輸出杜比數字流。在本具體實施例中，SPDIF數據流202被利用無線數據發(fā)送機 204而“廣播”。該數據流被各自包括無線SPDIF接收機208的重低音器單元206a和五個揚聲器單元206b接收，無線SPDIF接收機208對執(zhí)行杜比數字解碼器210的音頻信號處理器進行饋給。解碼器210的輸出被適配成使得只有與揚聲器216(即216a、216b)位置相關的音頻聲道被輸出到相關聯(lián)的數模轉換器(DAC) 212和功率放大器214?？梢允褂萌魏渭夹g來使得解碼器210知道揚聲器位置。例如，可以由解碼器210實現手動或自動揚聲器位置檢測技術。進行接收的揚聲器單元206(即206a、206b)可以是電池供電的，或者可以由墻壁電源插座來供電。在一些實施例中，在一些DSP和放大單元中再現兩個或更多個聲道。這允許對將用在該系統(tǒng)中的常見/日常立體聲音頻部件(例如立體聲DAC和放大器)的可能更加經濟的使用。這樣的實施例在圖2B中示出?？梢詫⒋藬U展到包括如下重低音器216a:該重低音器216a可被附接到接收機揚聲器單元206中的一個或多個。在一些實施例中，經編碼音頻流的傳輸是有線的，并且是在中央分發(fā)的或者通過 SPDIF信號轉發(fā)器(i^peater)以菊花鏈的方式分發(fā)到逐個解碼器。在一些實施例中，每個揚聲器單元包括重新校準經解碼輸出信號以補償不適當的揚聲器設置的后期處理。多聲道音頻編碼格式可以是任何模擬或數字格式，例如DTS、杜比數字、MP3環(huán)繞、 MPEG環(huán)繞、微軟WAV可擴展、WMA等等。在一些實施例中，音軌被廣播到作為公共表演設施(例如電影院)的一部分的多個接收機和解碼器。用于無線信號的廣播和接收的可能數字協(xié)議可以包括SPDIF、HDMI、藍牙AD2P，衛(wèi)星或HD無線電、802. llx,2. 4GHz等等。在另一優(yōu)選實施例中，源資料表示序號為12/246,491的美國專利申請中描述的相位-幅度3D立體聲矩陣編碼器的流式或所存儲的輸出。經編碼的資料可能源自離散的多聲道電影、游戲或音樂音軌，或者編碼器可能是諸如交互式游戲之類的應用中的實時多聲道混合引擎的一部分。得到的立體聲信號被無線傳輸到接收機的網絡，每個接收機具有解碼器、放大器和揚聲器的相關聯(lián)子集。立體聲信號可以利用模擬或數字傳輸方法來發(fā)送和接收。也可以利用諸如AAC、MP3或WMA之類的算法在傳輸之前對數字表示進行壓縮。每個無線接收機的輸出端之后是實現頻域相位-幅度立體聲解碼器的DSP，該解碼器例如是序號為12/246,491的美國專利申請中描述的方法的一個實施例。如序號為12/246,491的美國專利申請所述，這樣的解碼器能夠呈現任意數目的輸出聲道，針對相關聯(lián)的揚聲器的位置來對每個經解碼的輸出進行適配。解碼器的這種屬性引起了可縮放的、自配置的多聲道揚聲器回放系統(tǒng)，該系統(tǒng)采用根據本發(fā)明的分布式解碼方法。如圖3所示，經過相位-幅度編碼的資料302的無線立體聲廣播信號被多個揚聲器單元306 (即，八個無線、垂直站立的揚聲器棒306b和兩個無線重低音器306a的網絡)接收。每個揚聲器棒306a包含四個獨立的揚聲器驅動器316b，揚聲器驅動器316b可以位于沿著棒的長度的任何位置處。在接收到立體聲無線信號的情況下，嵌入在每個直立揚聲器棒的基底處的信號處理器實現頻域相位-幅度立體聲解碼器310，例如在序號為12/M6，491 的美國專利申請中描述的方法的一個實施例。每個解碼器310生成一組四個輸出信號318， 這些輸出信號適應于相對于收聽者的每個揚聲器316(即，316a、316b)位置。DSP系統(tǒng)因此需要在對立體聲無線信號解碼之前知道這些個體揚聲器位置。這可以通過使用中央放置的麥克風的手動或自動校準測量的某種方法來完成。在其他實施例中可以使用檢測每個揚聲器定位位置的備選方法。如果揚聲器位置被修改或者更少或更多的直立揚聲器棒被引入，則用戶可以重新校準系統(tǒng)以考慮這些改變。在本實施例中，兩個重低音器306a還接收無線立體聲流，僅對相關的低頻信號解碼。在一些實施例中，在每個揚聲器棒306b上存在更少或更多的揚聲器元件316b，可能是單個元件。在一些實施例中，系統(tǒng)包括更少或更多的重低音器306a、316a。在一些實施例中，再現系統(tǒng)是自配置的它可以感測解碼器/揚聲器單元的初始設置、增加、去除或誤動作，并且作為結果而指定或者重新指定系統(tǒng)中每個單元的參數。也就是說，系統(tǒng)可以基于存在的揚聲器的位置和數目來進行自配置。DSP系統(tǒng)可以使用任何技術來檢測揚聲器位置。例如，揚聲器位置檢測技術可以包括使用聲學校準測試、機器視覺技術、IR、相機、無線接收機三角測量或者簡單聲道標記(FL、C、FR、SR、SL等)。在源資料是例如序號為12/246,491的美國專利申請中描述的相位-幅度3D立體聲矩陣編碼器的輸出的另一實施例(在圖4中示出)中，廣播立體聲信號402被一個或多個立體聲揚聲器單元406接收，每個立體聲揚聲器單元406包含立體聲無線接收機408、實現頻域相位-幅度解碼器410(例如在序號為12/246,491的美國專利申請中描述的)的嵌入式信號處理器以及轉聽揚聲器虛擬化濾波器420的網絡，這些轉聽揚聲器虛擬化濾波器 420總地提供比對進行再現的立體聲揚聲器的物理位置周圍附近所物理存在的揚聲器更多的揚聲器的感受。轉聽濾波器的網絡可以利用序號為11/835,403的美國專利申請中描述的方法來設計和實現。這樣的系統(tǒng)在圖4中示出。在本示例中，與前方揚聲器單元406相關聯(lián)的相位-幅度解碼器410對左前(FL)、右前(FR)、中前(FC)、側左(SL)和側右(SR) 聲道解碼，并且相關聯(lián)的處理器執(zhí)行以下附加處理利用兩個物理前方揚聲器換能器將每個經解碼聲道信號虛擬化成坐在“最佳點”(sweet spot)422處的單個收聽者的希望位置。 與頂部揚聲器單元406相關聯(lián)的頻域相位-幅度解碼器410對左上(TL)、右上(TR)和中上(TC)聲道解碼，并且相關聯(lián)的處理器執(zhí)行以下附加處理利用收聽者頭上的兩個物理揚聲器換能器將每個經解碼聲道虛擬化成坐在最佳點處的單個收聽者的希望位置。與后方揚聲器單元406相關聯(lián)的頻域相位-幅度解碼器410對左后(BL)、右后(BR)、中后(BC)、側左和側右聲道解碼，并且相關聯(lián)的處理器執(zhí)行以下附加處理利用收聽者頭部后方的兩個物理揚聲器換能器將每個經解碼聲道虛擬化成坐在“最佳點122處的單個收聽者的希望位置。虛擬揚聲器的該整個網絡的結果產生了被比物理存在的揚聲器更多的個體揚聲器的陣列所圍繞的感覺。由于前方和后方揚聲器單元都對側左和側右揚聲器位置進行了虛擬化， 因此前方和后方解碼器的側方聲道輸出的增益可在每個相應解碼器中被進行功率規(guī)格化。在一些實施例中，頂部揚聲器單元是不存在的，并且予前方和后方揚聲器單元406 相關聯(lián)的相位-幅度解碼器410都呈現左上、右上和中上聲道信號。用于前方和后方揚聲器單元的虛擬揚聲器虛擬化塊現在可以實現虛擬的左上、右上和中上揚聲器。由于前方和后方揚聲器單元都對頂部揚聲器位置進行了虛擬化，因此解碼器的頂部聲道輸出的增益可被進行功率規(guī)格化。在一些實施例中，存在更多或更少的揚聲器單元406，每個揚聲器單元呈現更多或更少的虛擬揚聲器位置。雖然為了理解的清楚而以某種細節(jié)描述了前面的發(fā)明，但是顯然，可以在所附權利要求的范圍內實行某些改變和修改。因此，當前的實施例被認為是說明性的而不是限制性的，本發(fā)明不限于這里給出的細節(jié)，而是可以在所附權利要求的范圍和等同物內修改。
權利要求
1.一種用于再現多聲道音頻的方法，包括向多個解碼器處理單元發(fā)送多聲道音頻經編碼源信號，每個解碼器處理單元具有位置在收聽環(huán)境中的輸出聲道，其中來自所述輸出聲道的輸出信號是由輸出聲道位置確定的， 而所述源信號獨立于所述收聽環(huán)境中的輸出聲道位置。
2.如權利要求1所述的方法，還包括由所述多個解碼器處理單元接收所述多聲道音頻經編碼源信號；以及在確定和生成所述輸出信號時對所述多聲道音頻經編碼源信號解碼。
3.如權利要求2所述的方法，還包括 將所述輸出信號轉換成不同的信號類型。
4.如權利要求3所述的方法，還包括 對經轉換的輸出信號進行放大。
5.如權利要求2所述的方法，還包括 對所述輸出信號進行虛擬化。
6.如權利要求1所述的方法，其中，每個輸出聲道位置對應于所述收聽環(huán)境中的揚聲器位置。
7.如權利要求1所述的方法，其中，所述多聲道音頻經編碼源信號是2聲道經編碼資料。
8.如權利要求7所述的方法，其中，所述2聲道經編碼資料是2聲道相位-幅度經編碼資料。
9.如權利要求1所述的方法，其中，所述多聲道音頻經編碼源信號是模擬信號類型。
10.如權利要求1所述的方法，其中，所述多聲道音頻經編碼源信號是數字信號類型。
11.一種用于多聲道音頻再現的系統(tǒng)，包括多聲道音頻解碼器的分布式網絡，其中每個解碼器可操作來接收同一經編碼音頻數據流并且僅僅再現來自所述經編碼音頻數據流的如下音頻信號這些音頻信號對于通過相關聯(lián)揚聲器相對于基準位置的位置而識別出的相關聯(lián)揚聲器信號輸出而言是相關的。
12.如權利要求11所述的系統(tǒng)，還包括用于對所再現的音頻信號進行虛擬化的轉聽濾波器的網絡，所述轉聽濾波器的網絡耦合到所述多聲道音頻解碼器的分布式網絡。
13.如權利要求11所述的系統(tǒng)，其中，所述多聲道音頻解碼器的分布式網絡是以無線設置方式實現的。
14.如權利要求11所述的系統(tǒng)，其中，所述多聲道音頻解碼器的分布式網絡是以有線設置方式實現的。
15.如權利要求11所述的系統(tǒng)，其中，所識別出的位置是在再現所述音頻信號之前確定的。
16.如權利要求11所述的系統(tǒng)，其中，所述多聲道音頻解碼器是頻域相位-幅度解碼器。
17.如權利要求11所述的系統(tǒng)，其中，所述經編碼音頻數據流是2聲道經編碼資料。
18.一種用于再現多聲道音頻信號的方法，包括經由無線立體聲音頻發(fā)送機來廣播二聲道相位-幅度經編碼音頻信號；經由多個立體聲無線接收機接收所述經編碼音頻信號；以及經由相位-幅度立體聲解碼器來處理接收到的音頻信號，其中所述處理僅對對于預定位置而言相關的音頻信號解碼。
19.如權利要求18所述的方法，其中，所述經解碼音頻信號是通過至少一個揚聲器相對于基準位置的位置而確定的。
20.如權利要求19所述的方法，其中，每個解碼器耦合到轉聽揚聲器虛擬化處理器的網絡。
全文摘要
本發(fā)明描述了一種通過廣播原始的經編碼數據并且在多個接收單元之間分布解碼處理而對多聲道音頻信號進行分散解碼的方法。這允許了對具有任意數目的輸出聲道的可縮放多聲道音頻再現系統(tǒng)的設計和制造，該系統(tǒng)包括各自生成更少輸出聲道的多個通用解碼器和揚聲器單元。利用分布式解碼，制造者可以在每個通用解碼模塊中使用“現成的”立體聲或單聲道信號處理器、數模轉換器和放大器組件，從而降低了每個模塊的制造成本和復雜性要求，同時在輸出聲道的總數方面提供了無限制的縮放性。
文檔編號H04S3/00GK102272840SQ201080004168
公開日2011年12月7日 申請日期2010年1月6日 優(yōu)先權日2009年1月7日
發(fā)明者吉恩-馬克·喬特, 愛德華·斯坦, 馬丁·沃什 申請人:創(chuàng)新科技有限公司