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音频 信号处理设备、音频信号处理方法和成像设备

阅读：830发布：2020-05-15

专利汇可以提供音频信号处理设备、音频信号处理方法和成像设备专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且提供音频信号处理设备、音频信号处理方法和成像设备。音频信号处理设备包括：第一、第二和第三全向麦克风，每个接收声音，生成全向音频信号，并按预定距离隔开；第一加法器，将第一、第二和第三全向麦克风生成的音频信号相加，生成在全部圆周方向上全向性的第一音频信号；第一减法器，减去第一和第三全向麦克风生成的音频信号，生成在左右方向上的方向性的第二音频信号；第二加法器，将第一和第三全向麦克风生成的音频信号相加；第二减法器，从第二加法器相加的音频信号中减去由第二全向麦克风生成的音频信号，生成在前后方向上方向性的第三音频信号；和输出部分，把用预定系数乘以第一音频信号、用预定系数乘以第二音频信号、用预定系数乘以第三音频信号得到的音频信号相加，生成单向音频信号。，下面是音频信号处理设备、音频信号处理方法和成像设备专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种音频信号处理设备，包括：
第一、第二和第三全向麦克风，它们每个都接收声音并生成全向音频信号，并且彼此按预定的距离分隔放置；
第一加法器部分，它将由所述第一、第二和第三全向麦克风生成的音频信号相加，并生成具有在全部圆周方向上的全向性的音频信号；
第一减法器部分，它计算由所述第一和第三全向麦克风生成的音频信号之差，并生成具有在左右方向上的方向性的音频信号；
第二加法器部分，它将由所述第一和第三全向麦克风生成的音频信号相加；
第二减法器部分，它从由所述第二加法器部分相加的音频信号中减去由所述第二全向麦克风生成的音频信号，并生成具有在前后方向上的方向性的音频信号；以及输出部分，它将以下三种音频信号相加：用预定系数乘以所述具有在全部圆周方向上的方向性的音频信号而得到的音频信号、用预定系数乘以所述具有在左右方向上的方向性的音频信号而得到的音频信号、用预定系数乘以所述具有在前后方向上的方向性的音频信号而得到的音频信号，并生成单向音频信号。
2.根据权利要求1的音频信号处理设备，其中，根据所述全向音频信号的最大方向灵敏度来调整所述具有在左右和前后方向上的方向性的音频信号的方向灵敏度。
3.根据权利要求1的音频信号处理设备，其中，按照被视为足够地小于声音波长的距离将所述第一、第二和三全向麦克风分隔放置并将它们排布成三角形的形式。
4.根据权利要求1的音频信号处理设备，进一步包括：
在所述第一减法器部分后面的第一积分器部分，所述第一积分器部分提高所述具有在左右方向上的方向性的音频信号的低频带；以及
在所述第二减法器部分后面的第二积分器部分，所述第二积分器部分提高所述具有在前后方向上的方向性的音频信号的低频带；
5.根据权利要求1的音频信号处理设备，
其中，提供多个所述输出部分。
6.根据权利要求1的音频信号处理设备，进一步包括乘法器部分，它校正所述第一、第二和第三全向麦克风的灵敏度的变化。
7.根据权利要求4的音频信号处理设备，进一步包括：
在所述第一减法器部分后面且在第一积分器部分之前的第一高通滤波器部分，所述第一高通滤波器部分只允许所述具有在左右方向上的方向性的音频信号的高频带通过；
在所述第二减法器部分后面且在第二积分器部分之前的第二高通滤波器部分，所述第二高通滤波器部分只允许所述具有在前后方向上的方向性的音频信号的高频带通过；
在所述第一加法器部分后面的全通滤波器，所述全通滤波器把所述全向音频信号的相位转换为所述具有在左右和前后方向上的方向性的、已通过高通滤波器的音频信号的相位。
8.根据权利要求7的音频信号处理设备，进一步包括：
噪声检测部分，它从由所述第一积分器部分和第二积分器部分输出的音频信号以及由所述全通滤波器输出的音频信号中检测噪声；
控制部分，它根据由所述噪声检测部分检测到的噪声来计算截止系数和积分系数；
系数生成部分，它向所述第一和第二高通滤波器以及所述全通滤波器供应根据控制部分的计算而生成的截止系数，并向所述第一和第二积分器部分供应根据控制部分的控制而生成的积分系数。
9.一种音频信号的处理方法，包括以下步骤：
由每个都接收声音的第一、第二和第三全向麦克风生成具有在全部圆周方向上的全向性的音频信号；
将由所述第一、第二和第三全向麦克风生成的音频信号相加，并生成具有在全部圆周方向上的全向性的音频信号；
计算由所述第一和第三全向麦克风生成的音频信号之差，并生成具有在左右方向上的方向性的音频信号；
将由所述第一和第三全向麦克风生成的音频信号相加；
从由所述第一和第三全向麦克风生成的相加的音频信号中减去由所述第二全向麦克风生成的音频信号，并生成具有在前后方向上的方向性的音频信号；以及将以下三种音频信号相加：用预定系数乘以所述具有在全部圆周方向上的方向性的音频信号而得到的音频信号、用预定系数乘以所述具有在左右方向上的方向性的音频信号而得到的音频信号、用预定系数乘以所述具有在前后方向上的方向性的音频信号而得到的音频信号，并生成单向音频信号。
10.一种成像设备包括：
音频信号处理电路，它包括第一、第二和第三全向麦克风，每个麦克风都接收声音并生成全向音频信号，并按预定的距离分隔放置，该音频信号处理电路对接收到的音频信号进行预定处理，
所述音频信号处理电路进一步包括：
第一加法器部分，它将由所述第一、第二和第三全向麦克风生成的音频信号相加，并生成具有在全部圆周方向上的全向性的音频信号；
第一减法器部分，它计算由所述第一和第三全向麦克风生成的音频信号之差，并生成具有在左右方向上的方向性的音频信号；
第二加法器部分，它将由所述第一和第三全向麦克风生成的音频信号相加；
第二减法器部分，它从由所述第二加法器部分相加的音频信号中减去由所述第二全向麦克风生成的音频信号，并生成具有在前后方向上的方向性的音频信号；以及输出部分，它将以下三种音频信号相加：用预定系数乘以所述具有在全部圆周方向上的方向性的音频信号而得到的音频信号、用预定系数乘以所述具有在左右方向上的方向性的音频信号而得到的音频信号、用预定系数乘以所述具有在前后方向上的方向性的音频信号而得到的音频信号，并生成单向音频信号。

说明书全文

音频信号处理设备、音频信号处理方法和成像设备

技术领域

[0001] 本发明涉及适用于记录例如环绕声5.1声道音频信号的音频信号处理设备、音频信号处理方法和成像设备。

背景技术

[0002] 过去，已经提出了用于在室内欣赏例如无线电节目或音乐CD(紧致盘)或DVD(数字通用盘)的音频的各种音频播放器。这些音频播放器能够通过使用用于实现类似于电影院的声场的环绕声技术或者用于实现类似于音乐厅的声场的环绕声技术，来播放环绕声记录的(surround-recorded)声源。

[0003] 例如，过去的(5.1声道)环绕声系统具有关于收听者的五个声道扬声器：在前面的左前(FL)扬声器和右前(FR)扬声器、左后的左环绕声(SL)扬声器和右后的右环绕声(SR)扬声器和正前(front center)(FC)扬声器，以及0.1声道次级低音扬声器(SW)。该环绕声系统实现了支持环绕声回放收听者周围的5.1声道的声音。

[0004] 照此方式，为了实现环绕声回放，在记录时希望以适合于扬声器特性的声音来记录环绕声。过去，为了实现环绕声记录，已使用了各种记录技术。

[0005] JP-A-5-191886(专利文献1)公开了一种环绕声麦克风系统，它通过具有未定向的第一麦克风以及具有呈现心形曲线方向的第二到第四麦克风在360°声源方向上收集声音。

[0006] JP-A-2002-232988(专利文献2)公开了一种多声道声音收集设备，它从三个未定向的麦克风的输出来合成具有左前、右前、右后、左后和正前的方向的五个方向的麦克风声音。

[0007] JP-A-2002-218583(专利文献3)公开了一种声场合成(field soundsynthesis)计算方法和设备，其校正对近音的低频的灵敏度并使用所提取的近音来减少接触噪声和/或卷绕噪声。

发明内容

[0008] 顺便提及，过去为了实现环绕声记录支持5.1声道的声音，使用了五个麦克风。因此，存在一个问题，例如为了实现五个麦克风使得安装面积和/或成本增加。此外，由于以前使用方向的麦克风来记录，因此，方向的角度取决于麦克风的排布。然后，每次在任意角度上进行记录时必须改变麦克风的排布。因此，如果没有改变麦克风的实施形式，则没有满足改变麦克风方向的角度的要求。

[0009] 例如，由于在专利文献1中公开的技术使用了方向的麦克风，因此，重要的是确定麦克风附着的排布和角度。在例如小的视频摄像机等中，在其中安装有机体内含的麦克风的情况下，所存在的问题是麦克风的安装面积的增加。

[0010] 在专利文献2中公开的技术中使用了延迟器来从构成三角形一边的两个麦克风上合成单向，在此，该延迟器延迟了与传到三个麦克风中的两个的声波的延迟时间相等的时间。然而，即使通过使用该技术，最大方向灵敏度的方向仅朝向在三个麦克风中的两个的连线上的角，其中在最大方向灵敏度方向上，方向灵敏度处于最大值。由于这个缘故，仅设置一个系数并不能允许最大方向灵敏度的方向指向任意角度。为了将最大方向灵敏度的方向限定为任意方向，可以要求改变三角形的排布。在此情况下，浪费地使用了用于实施麦克风的音箱中的空间。

[0011] 考虑到麦克风的尺寸、麦克风的频带、音箱材料的厚度以及要分配给设备的声音收集部分的空间，假设相邻的麦克风之间的距离为10mm的情况。在此情况下，为了实现单向，重要的是内部延迟器的延迟时间要等于对应于10mm的声波的延迟时间，而这可能使音频信号处理电路复杂化。

[0012] 此外，为了实现呈现心形曲线的单向，重要的是要确定延迟时间和麦克风之间的距离，以便由延迟器的延迟时间和由麦克风之间的距离而引起的声波的延迟时间可以是1∶1的关系。例如，在固定取样频率的情况下，要求在技术上根据延迟器的延迟的时间来调整麦克风之间的距离、或者根据由麦克风之间的距离而引起的延迟时间来调整延迟器的延迟时间。然而，为了实现单向，由于不能任意选择麦克风之间的距离，并且在实施时麦克风的排布受到限制，而情况恶化。由于最大方向灵敏度的方向只能指向在三个麦克风中两个的连线上的角度，因此，最多只能在五个方向上合成单向。

[0013] 虽然在专利文献3中公开的技术可用于改变单向的反向灵敏度(back sensitivity)，但是，难以使单向朝向任意方向。

[0014] 相应地，希望通过使用将在较小的面积中实现的便宜的麦克风来记录环绕声。 [0015] 本发明的实施例包括：由每个都接收声音的第一、第二和第三全向麦克风生成具有在全部圆周方向上的全向性的音频信号；将由第一、第二和第三全向麦克风生成的音频信号相加，并生成具有在全部圆周方向上的全向性的音频信号；计算由第一和第三全向麦克风生成的音频信号之差，并生成具有在左右方向上的方向性的音频信号；将由第一和第三全向麦克风生成的音频信号相加；从由第一和第三全向麦克风生成的相加的音频信号中减去由第二全向麦克风生成的音频信号，并生成具有在前后方向上的方向性的音频信号；以及将以下三种音频信号相加：用预定系数乘以具有在全部圆周方向上的方向性的音频信号而得到的音频信号、用预定系数乘以具有在左右方向上的方向性的音频信号而得到的音频信号、用预定系数乘以具有在前后方向上的方向性的音频信号而得到的音频信号，并生成单向音频信号。

[0016] 照此方式，通过使用三个全向麦克风并通过用预定系数乘以具有在圆周、左右和前后方向上的方向性的音频信号来生成单向音频信号，允许任意数量的声道的环绕声记录。

[0017] 根据本发明的实施例，通过使用三个全向麦克风来合成单向，允许任意数量的声道的环绕声记录。由于全向麦克风便宜又小巧，因此能够有利地减少整体实施成本和安装面积。

[0018] 附图说明

[0019] 图1是示出根据本发明的第一实施例的成像设备的外部构造示例的透视图； [0020] 图2是示出根据本发明的第一实施例的成像设备的内部配置示例的方块图； [0021] 图3A和图3B是示出根据本发明的第一实施例的麦克风的排布示例的说明图； [0022] 图4是示出根据本发明的第一实施例的DSP的内部配置示例的方块图； [0023] 图5是示出根据本发明的第一实施例的乘法器部分的输出的频率特性示例的说明图；

[0024] 图6A和6B是示出根据本发明的第一实施例、具有在左右方向上的方向性的积分器部分的输出的频率特性示例的说明图；

[0025] 图7A和7B是示出根据本发明的第一实施例、具有在前后方向上的方向性的积分器部分的输出的频率特性示例的说明图；

[0026] 图8A和8B是示出根据本发明的第一实施例、具有在所有方向上的方向性的加法器部分的输出的频率特性示例的说明图；

[0027] 图9A到9E是示出根据本发明的第一实施例、合成单向音频信号的处理示例的说明图；

[0028] 图10是示出根据本发明的第一实施例的心形曲线示例的说明图； [0029] 图11是示出根据本发明的第一实施例的过心形曲线(hyper-cardiodcurve)示例的说明图；

[0030] 图12A和12B是示出根据本发明的第一实施例、具有在正前(FC)方向上的方向性的输出部分的频率特性示例的说明图；

[0031] 图13A和13B是示出根据本发明的第一实施例、具有在左前(FL)方向上的方向性的输出部分的频率特性示例的说明图；

[0032] 图14A和14B是示出根据本发明的第一实施例、具有在右前(FR)方向上的方向性的输出部分的频率特性示例的说明图；

[0033] 图15A和15B是示出根据本发明的第一实施例、具有在左后方的左环绕(SL)方向上的方向性的输出部分的频率特性示例的说明图；

[0034] 图16A和16B是示出根据本发明的第一实施例、具有在右后方的右环绕(SR)方向上的方向性的输出部分的频率特性示例的说明图；

[0035] 图17是示出根据本发明的第二实施例的DSP的内部配置示例的方块图； [0036] 图18是示出根据本发明的第三实施例的DSP的内部配置示例的方块图； [0037] 图19是示出根据本发明的实施例的卷绕噪声的频率特性示例的图； [0038] 图20是示出根据本发明的第四实施例的DSP的内部配置示例的方块图；以及 [0039] 图21是示出根据本发明的另一个实施例的DSP的内部配置示例的方块图。具体实施方式

[0040] 以下，将参照附图1到16B来描述本发明的第一实施例。此实施例描述了本发明被用于把外部音频记录成环绕声的成像设备的示例。

[0041] 首先，参照图1来描述能够在内部信息记录介质上数字化地记录图像和声音的成像设备1。成像设备1能够利用诸如CMOS(互补型金属氧化物半导体)图像传感器之类的成像器件32(稍后将参照图2来加以描述)将光学图像转换成电信号，以便显示在诸如液晶显示之类的具有扁平面板的显示设备上且/或记录在作为记录图像和声音的信息记录介质的光盘上。信息记录介质并不限于光盘，它可以是盘形的记录介质，例如，磁光盘和磁盘、硬盘、诸如盒式磁带之类的磁带或半导体存储器。

[0042] 成像设备1包括：外壳12、光盘驱动部分、控制电路、透镜器件4和显示部分3。外壳12是保护内部部件的摄像机机体。光盘驱动部分被放置在外壳12中并驱动以旋转可拆卸地安装于其中的光盘，并记录(写)和播放(读)信息信号。控制电路可以控制光盘驱动部分的驱动。透镜器件4捕捉物体的图像光并将图像光传送到成像器件32上。显示部分3可旋转地附着于外壳12上。

[0043] 外壳12是基本上管状的空壳。显示部分3以允许空间方位角(attitude)改变的方式附着于外壳12的一侧。显示部分3包括面板箱(panel case)10和面板支撑部分11。面板箱10存储包含扁平状液晶显示器在内的扁平面板。面板支撑部分11以相对于外壳12允许改变面板箱的方位的方式来支撑面板箱10。

[0044] 透镜器件4被放置在外壳12的前部。透镜器件4具有基本上为方形管状的透镜筒31(参见图2)。在透镜筒31中，以固定的或活动的方式支撑包括物镜15在内的多个透镜。

[0045] 面板箱10是扁平的腔体，它大致上是矩形的平行六面体。面对外壳12一侧的表面露出扁平面板的显示。面板支撑部分11有水平旋转部分及前后(back-and-forth)旋转部分。水平旋转部分允许面板箱10围绕垂直轴水平旋转约90度。围绕水平轴，前后(back-and-forth)旋转部分允许面板箱10总共旋转大约270度，其中包括约180度的前后(back-and-forth)旋转以及另外的约90度的上下(up-and-down)旋转。

[0046] 如此，显示部分3能够进入显示部分3被存放在外壳12的侧面上的存放(stored)状态、面板箱10水平旋转90度以使扁平面板面朝后的状态、面板箱10从该状态旋转180度以使扁平面板面朝前的状态、扁平面板从扁平面板面朝后的状态进一步向后旋转90度以使得扁平面板面朝下的状态、以及在上述状态中的中间位置上的任意状态(方位)。 [0047] 在外壳12的显示部分3的对侧上提供用于夹持外壳12的夹持部分6。夹持部分6还起着用于被存放在其中的机械平台(mechanical deck)(未示出)的覆盖构件的作用。
通过打开夹持装置6的顶部，就露出内部所含的机械平台的光盘插入槽孔，以允许安装或移去光盘的操作。

[0048] 在夹持部分6的后上方提供电源开关9、快门按钮8和缩放按钮7。电源开关9还起着模式选择开关的作用。快门按钮8用于拍摄静止图像。缩放按钮7在预定的范围内连续地放大或缩小图像。电源开关9具有通过其上的旋转操作来打开和关闭电源的功能，以及在打开电源的状态下通过其上的旋转操作来切换以重复多种功能模式的功能。用以拍摄活动图像的记录按钮被提供在电源开关9的下面。

[0049] 手带16跨越前后方向附于夹持部分6的下面，且手垫(未示出)附于手带16上。手带16和手垫支撑用户的手以握紧外壳12上的夹持部分6，且防止成像设备1掉落。 [0050] 在外壳12前上方的麦克风存储部分18内部包含了三个麦克风101到103，其中每个都收集立体声。下面将参照图3A到3B来描述稍后将描述的在麦克风101到103之间的排布关系。发光部分17被放置在透镜器件4的前上方用于在暗处拍摄时发光。诸如视频灯和外部麦克风之类的附件可拆卸地附于外壳12的顶部，并为这些附件提供了附件靴(accessory shoe)(未示出)。附件靴被放在透镜器件4的上方，并且通常可拆除地由靴盖
5覆盖。在存放于外壳12中的显示部分3的上方提供具有多个操作按钮的操作部分2。 [0051] 下面，将参照图2来描述成像设备1的内部配置示例。作为捕获视频信号的配置，成像设备1包括：透镜筒31、成像器件32、放大器部分33和视频信号处理部分34。透镜筒
31捕获拍摄物体的图像光。成像装置32把通过透镜筒31捕获到的图像光转换为视频信号。放大器部分33放大转换后的视频信号。视频信号处理部分34把拍摄到的视频图像处理成预定的信号。作为捕获音频的配置，成像设备1进一步包括：三个麦克风101到103、放大器部分和数字信号处理器(DSP)100。放大器部分放大由麦克风101到103收集到的模拟音频信号。DSP 100是音频信号处理电路，它把放大后的模拟音频信号转化为数字信号并进行预定的方向性合成处理。

[0052] 成像设备1进一步包括视频记录/播放部分35、内部存储器36、显示部分3、监视器驱动部分37和光盘40。视频记录/播放部分35控制从视频信号处理部分34供应的视频信号以及从DSP 100供应的音频信号的记录和播放。内部存储器36具有用于驱动视频记录/播放部分35的程序存储器、数据存储器以及其它的RAM(随机存取存储器)和ROM(只读存储器)。例如，显示部分3显示拍摄到的视频。监视器驱动部分37驱动显示部分3。光盘40记录拍摄到的视频和/或音频。例如，视频记录/播放部分35可以包括具有微型计算机(即CPU：中央处理单元)的计算电路。

[0053] 在物体的图像输入到透镜筒31的透镜系统并在成像器件32的图像形成平面上成像后，由成像器件32生成的图像信号通过放大器部分33被输入到视频信号处理部分34。由视频信号处理部分34处理成预定的视频信号的信号被输入到视频记录/播放部分35。
与来自视频记录/播放部分35的物体的图像相应的信号被输出到监视器驱动部分37、内部存储器36或光盘驱动部分45。结果，与物体的图像相应的图像通过监视器驱动部分37被显示在显示部分3上。可以按照需要将图像信号记录在内部存储器36或光盘40中。 [0054] 下面将参照图3A和3B来描述用于记录环绕声的全向麦克风的排布示例。此实施例的成像设备1包括三个麦克风，它们每个都能记录环绕声。如图3A所示，三个麦克风以正三角形的形式排布，其中麦克风101和103放在朝前方向的垂直线上，麦克风102则放在朝前方向上。可替换地，如图3B所示，三个麦克风可以按倒三角形的形式排布，麦克风101和
103放在正前方向的垂直线上，麦克风102则放在与正前方向的对侧上。但是，麦克风101到103没有放在同一直线上，因为如果将麦克风101到103被放在同一直线上，则生成具有只在前后方向或只在左右方向上的单向音频信号。同样重要的是，麦克风之间的距离应足够地小于必需频带的最低频上的声波波长，例如，在几厘米的范围之内。 [0055] 下面，将参照图4来描述进行方向性合成处理的DSP 100的内部配置示例。DSP
100包括把音频信号相加的第一加法器部分110和第二加法器部分111、减去音频信号的第一减法器部分115和第二减法器部分120、用预定系数乘以音频信号的乘法器部分112、
114、116、117、121和122，和校正频率特性的第一积分器部分118和第二积分器部分123。
DSP 100进一步包括可变地放大音频信号的可变增益放大器131a到131e、132a到132e、和
133a到 133e、把可变放大的音频信号相加的加法器部分134a到134e、和用以合成五个声道的单向的五个声道的输出部分130a到130e。DSP 100进一步包括0.1声道的输出部分
130。

[0056] 根据此实施例，作为可变放大的音频信号的相加的结果：

[0057] 由输出部分130a输出的音频信号具有在正前(FC)方向上的单向； [0058] 由输出部分130b输出的音频信号具有在左前(FL)方向上的单向； [0059] 由输出部分130c输出的音频信号具有在右前(FR)方向上的单向； [0060] 由输出部分130d输出的音频信号具有在左后方的左环绕(SL)方向上的单向； [0061] 由输出部分130e输出的音频信号具有在右后方的右环绕(SR)方向上的单向。 [0062] 以正三角形的形式放置在正前方向上的全向麦克风101到103从接收到的外部音频中生成音频信号。由麦克风101到103生成的音频信号经过第一加法器部分110中的加法处理，并由乘法器部分114用预定系数(例如1/3)进行乘法处理，并如此合成全向。在正前方向左边的全向麦克风101生成的音频信号以及在正前方向右边的全向麦克风103生成的音频信号经过第二加法器部分111中的加法处理，并经过由乘法器部分112用预定系数(例如1/2)进行的乘法处理，从而合成位于麦克风101和麦克风103之间的中点上的虚拟全向。第二减法器部分120获得由乘法器部分112输出的音频信号和由在正前方向上的全向麦克风102生成的音频信号之间的差。为了标准化，乘法器部分121用系数乘以此差值，并合成在前后方向上的双向。

[0063] 在此，由乘法器部分114输出的全向的灵敏度被称为“最大方向灵敏度”。术语“标准化”是指参照“最大方向灵敏度”来调整从其它乘法器部分116和121输出的音频信号的方向灵敏度。由于标准化在从乘法器部分114、116和121输出的音频信号之间提供了相等的最大方向灵敏度，因此，可以更容易地进行合成。

[0064] 按照相同的方式，第一减法器115得到由正前方向的左侧的全向麦克风101生成的音频信号和由正前方向的右侧的全向麦克风103生成的音频信号之间的差值。乘法器部分116用系数乘以此差值，并用最大方向灵敏度来使此结果标准化，并合成在左右方向上的双向。通过在乘法器部分117和112中用系数乘以在左右方向上的双向信号和在前后方向上的双向信号，用乘法器部分114的输出的全向和最大方向灵敏度来对结果进行标准化。由于乘法器部分117和112的输出信号是从到达前后左右的麦克风的声波之间的差值得到的，因此具有比麦克风之间的空间更长波长的声波信号、即在较低频的信号没有显著的相位差。由于这个缘故，由乘法器部分117和122输出的音频信号的频率特性随着频率的下降而衰减。

[0065] 参照图5，将描述由乘法器部分117和乘法器部分122输出的音频信号的频率特性示例。图5示出频率下降得越多，频率特性中的输出就越少。在此情况下，为了方便起见，可将频率特性视为初级差别(primarydifferentiation)。在此状况下，低频成分没有被包含在回放的音频中，只回放高频成分。然后，为了校正频率特性并提高低频增益，用第一积分器部分118和第二积分器部分123分别对从由乘法器部分117和122输出的音频信号进行积分。

[0066] 图6A和6B示出了由第一积分器部分118输出的音频信号的频率特性和方向性的示例。图6A示出音频信号的频率特性中低于10000Hz的频带被提高到平坦的特性。图6B示出在此情况下的音频信号的方向性是左右方向。

[0067] 图7A和7B示出了由第二积分器部分123输出的音频信号的频率特性和方向的示例。图7A示出音频信号的频率特性中低于10000Hz的频带被提高到平坦的特性。图7B示出在此情况下的音频信号的方向性是前后方向。

[0068] 图8A和8B示出由乘法器部分114输出的音频信号的频率特性和方向性的示例。图8A示出音频信号的频率特性中低于10000Hz的频带被提高到平坦的特性。图8B示出在此情况下的音频信号的方向性是由左右和前后方向相加得到的全部方向。全部方向的方向性被称为最大方向灵敏度。

[0069] 使用三个麦克风101到103并校正频率允许转换到具有包括左右和前后方向的所有方向上的方向性的音频信号。由第一积分器部分118和第二积分器部分123输出的音频信号包括左右方向的双向成分以及前后方向的双向成分，它们是用最大方向灵敏度来标准化的。通过改变由乘法器114输出的音频信号的全向成分、在左右方向上的双向成分以及在前后方向上的双向成分之间的合成比例，能够合成具有单向音频信号。例如，所合成的双向的图案可以是心形曲线、过心形(hyper-cardioid)曲线和超心形(super-cardioid)曲线。

[0070] 参照图9A和9B，将描述合成单向音频信号的处理的示例。图9A到9E 示出在合成由极坐标系统指示的两个输入音频信号的情况下、输出音频信号的方向性的示例。许多两输入音频信号的左音频信号具有全方向成分，而右音频信号具有在左右方向上的双向成分。用圈来指示音频信号的灵敏度。

[0071] 在0到90度和在270到360度的音频信号被处理作为正相位成分。两个音频信号的正相位成分的相加结果被呈现作为增加的正相位成分。另一方面，在90到270度的音频信号被处理作为负相位成分。两个音频信号的负相位成分的相加结果被呈现作为减少的负相位成分。这意味着，通过调整全向成分和双向成分的灵敏度并把它们相加，能够产生具有在左右方向上的任意单向音频信号。已经参照图9A到9E说明了合成两输入音频信号的示例，通过合成具有在前后方向上的双向成分的音频信号能够生成具有在任意方向上的单向音频信号。

[0072] 在此，在涉及输出部分130a的示例中，当通过可变增益放大器131a、132a和133a的系数乘法和加法器部分134a的加法以合成单向、来改变在全向和双向之间的合成比时，通过改变系数比能够限定任意方向和/或任意子波瓣(sub lobe)。通过改变可变增益放大器131a、132a和133a之间的合成比，能够改变心形曲线的形式，并且也能改变方向特性的灵敏度。

[0073] 图10示出了在改变了可变增益放大器131a、132a和133a之间的合成比的情况下的音频信号的方向特性的示例。由输出部分130a输出的音频信号的方向特性呈现心形曲线，这意味着以右侧为0度的情况下在135度的方向上的单向。

[0074] 同样地，图11示出了在改变了可变增益放大器131a、132a和133a之间的合成比的情况下的音频信号的方向特性的示例。由输出部分130a输出的音频信号的方向特性呈现过心形曲线，这意味着以右侧为0度的情况下在135度的方向上的单向。 [0075] 如图10和图11所示，改变在可变增益放大器131a、132a和133a之间的合成比能够改变方向特性。此外，提供五个输出部分130a到130e允许合成五个声道的单向音频信号。

[0076] 例如，与此实施例一样，通过合成五个声道的单向音频信号和处理由输出部分130(乘法器部分114)输出的全向成分的0.1声道的音频信号作为LFE(低频效应)声道的音频信号，能够实现环绕声的5.1声道记录。LFE声道是专门用于将由辅助低音扬声器(sub-woofer)输出的低频的音频信号。

[0077] 图12A到16B示出了由根据本实施例的加法器部分134a到134e输出的音频信号的频率特性和声道的方向性。

[0078] 图12A和图12B示出了由加法器部分134a输出的音频信号的频率特性和方向性的示例。图12A示出了音频信号的频率特性中低于10000Hz的频带被提高为平坦的特性。图12B示出了音频信号的方向性图案是过心形曲线并具有在正前(FC)方向上的单向。 [0079] 图13A和图13B示出了由加法器部分134b输出的音频信号的频率特性和方向性的示例。图13A示出了音频信号的频率特性中低于10000Hz的频带被提高为平坦的特性。
图13B示出了音频信号的方向性图案是过心形曲线并具有在左前(FL)方向上的单向。 [0080] 图14A和图14B示出了由加法器部分134c输出的音频信号的频率特性和方向性的示例。图14A示出了音频信号的频率特性中低于10000Hz的频带被提高为平坦的特性。
图14B示出了音频信号的方向性图案是过心形曲线并具有右前(FL)方向上的单向。 [0081] 图15A和图15B示出了由加法器部分134d输出的音频信号的频率特性和方向性的示例。图15A示出了音频信号的频率特性中低于10000Hz的频带被提高为平坦的特性。
图15B示出了音频信号的方向性图案是过心形曲线并具有在左后方的左环绕(SL)方向上的单向。

[0082] 图16A和图16B示出了由加法器部分134e输出的音频信号的频率特性和方向性的示例。图16A示出了音频信号的频率特性中低于10000Hz的频带被提高为平坦的特性。图16B示出了音频信号的方向性图案是过心形曲线并具有在右后方的右环绕(SR)方向上的单向。

[0083] 根据上述的第一实施例，仅使用三个麦克风101到103允许生成和记录具有所期望的方向性图案的音频信号。每个麦克风都是全向麦克风。将三个麦克风101到103以足够地小于声波波长的距离分开放置，并排布成三角形的形式。这种排布允许通过计算处理合成在任意方向上的音频信号的方向性。

[0084] 根据此实施例，由三个全向麦克风收集的音频信号的相加和相减生成具有在全部圆周方向上的全向性的音频信号、具有在左右方向上的双向的音频信号以及具有在前后方向上的双向的音频信号。通过用预定系数乘以这些音频信号并将结果相加，来合成单向音频信号，并能实现多声道的环绕声记录。尽管在过去麦克风的数量等于要记录的声道的数量，但是，全向麦克风价格便宜，而且三个麦克风就足够了，这有利于减少整体成本。 [0085] 能在任意方向上限定单向的最大方向灵敏度的方向。能够自由地改变所收集的音频信号的方向性灵敏度。例如，可将心形曲线改变为过心形曲线或超心形曲线。如此，通过向系数乘法器部分和包含在输出部分130a中的加法器部分提供具有类似组件的输出部分，能够合成任意方向和任意形式的多声道的单向。在此情况下，输出部分的数量等于所期望的声道的数量。因此，能够减少部件的数量，并能够有利于减少成本。 [0086] 根据具有全向音频信号的最大方向灵敏度来调整具有在左右和前后方向上的双向的音频信号的方向灵敏度。从而，能记录其能量为三个麦克风的平均能量的音频信号，以至于要记录的音频信号的能级(level)不必要地变低或变高。

[0087] 将第一积分器部分118和第二积分器部分123分别放在第一减法器部分115和第二减法器部分120之后。如此，即使当低频频带下降到音频信号被减法器部分视为初级差别的程度时，也能用积分器部分将频率特性的低频频带提高到平坦的特性。结果，能方便地记录即使是低频频带的音频信号。

[0088] 下面，参照图17，将描述支持用于记录环绕声的多个声道的DSP的内部配置示例作为本发明的第二实施例。也根据将本发明应用于记录环绕声音频的成像设备的示例来描述此实施例。用相同的附图标记来表示图17中的、与图4中的部件对应的部件，由于已对这些部件作了说明，在此就不再详细说明了。

[0089] 根据本实施例的DSP 140包括预放大器141到143，它们放大由三个麦克风101到103生成的音频信号。通常，大家都知道，麦克风101到103具有随安装的位置等而变化的灵敏度。因为这个原因，由于在全向麦克风之间的灵敏度的变化，因此难于得到所期望的单向。如果，为了抑制麦克风的灵敏度的变化，预放大器141到143预先校正在麦克风101到
103之中的灵敏度的变化。分别为麦克风101到103提供预放大器141到143，且预放大器
141到143具有通过用校正系数乘以音频信号来校正灵敏度变化的功能。 [0090] 根据本实施例的DSP 140具有比五个声道更多的输出部分130n，例如，可以提供
100个输出部分。在此，像五个声道的输出部分130a到130e那样，输出部分130n包括用于可变地放大音频信号的可变增益放大器131n、132n和133n以及将可变放大后的音频信号相加的加法器部分134n。

[0091] 由于上述的根据本实施例的DSP 140包括预放大器141到143，因此能够校正在麦克风101到103之中的灵敏度的变化。由于预先生成了为灵敏度的变化校正的音频信号，因此，能进行其后的加法、乘法和减法处理而不用考虑灵敏度的变化，从而能够有利地简化处理。

[0092] 由于提供了比五个声道更多的(例如100个)输出部分130n，因而能提供比五个声道更多的用于音频信号的输出部分。因此，就能用所期望数量的声道方便地记录环绕声的音频。

[0093] 下面，将参照图18和19来描述DSP 150的内部配置示例作为本发明的第三实施例，其中，DSP 150减少卷绕噪声以降低频特性和方向性的衰退。还根据将本发明应用于记录环绕声音频的成像设备的示例来描述本实施例。用相同的附图标记来表示图18中的、与图4和图17中的部件对应的部件，由于已对这些部件作了说明，在此就不再详细说明了。 [0094] 随着近来用于记录环绕声的声道数量的增加，即使对多声道而言，例如7.1声道，也能够提供用与输出部分130a相似的七个输出部分来进行的记录，以实现7.1声道环绕声记录。7.1声道环绕声是指使用放在前方、右前方和左前方、右边和左边、右后方和左后方的扬声器的播放方法，并能根据本发明而任意地限定。

[0095] 为了实现这一点，用只允许高频成分通过的高通滤波器(HPF)151和153来阻断双向的低频。在此情况下，由于双向的低频仅在相位特性上有所不同，因此，在乘法器部分114之后插入把通过的音频信号的相位提前的全通滤波器(APF)152。然后，预先用APF 152使双向频率和全向频率同相。根据此实施例，由于只阻断了双向低频，因此，即使在混合卷绕噪声和低频声音的时候，也不会丢失低频声音。

[0096] 除了五个声道的输出部分130a到130e以外，根据此实施例的DSP 150进一步包括两个声道的输出部分130f和130g。输出部分130f包括用于可变地放大音频信号的可变增益放大器131f、132f和133f，和用于将可变放大后的音频信号相加的加法器部分134f。类似地，输出部分130g包括用于可变地放大音频信号的可变增益放大器131g、132g和133g，以及用于将可变放大后的音频信号相加的加法器部分134g。

[0097] 下面将参照图19来描述卷绕噪声的频率特性的示例。图19示出卷绕噪声的噪声能量集中在低频(如1000Hz和更低)上。考虑到在双向增益和全向增益之间的关系，双向增益明显地更高。因此，由于噪声能级的有影响的项目是双向频率，因此，HPF 151和153只阻断双向低频成分。

[0098] 由于根据上述的本实施例的DSP 150包括高通滤波器151和153，因此能够有效地阻断被包括在卷绕噪声中的音频信号的低频成分。由三个麦克风101到103接收通过了高通滤波器151和153的音频信号，并由全通滤波器152来校正所相加的音频信号的相位。因此，能够用所匹配的相位，调整音频信号的全向成分、左右方向上的双向成分以及前后方向上的双向成分，并将它们输出到声道中。由于音频信号的全向成分、左右方向上的双向成分以及前后方向上的双向成分能够与减少了的卷绕噪声相加，因此，不必要的卷绕噪声不会混合到相加的音频信号中，这意味着能够有利地记录清晰的音频信号。 [0099] 此外，仅提供三个麦克风用于接收外部音频，输出音频信号的七个输出部分就能够进行环绕声7.1声道记录。因此，能够有利地减少用于进行环绕声记录的成本。 [0100] 下面，将参照图20来描述动态阻断音频信号的低频成分的DSP 160的内部配置示例，作为本发明的第四实施例。也根据本发明被应用于记录环绕声音频的成像设备的示例来描述此实施例。用相同的附图标记来表示图20中的、与图4和图18中的部件对应的部件，由于已对这些部件作了描述，在此就不再详细描述了。

[0101] 根据本实施例的DSP 160控制以通过使用反馈环路来动态地阻断音频信号的低频成分。来自第一积分器部分118、第二积分器部分123和全通滤波器152的音频信号输出被供应给检测卷绕噪声的噪声检测部分161。噪声检测部分161检测来自输入音频信号的卷绕噪声，并把检测到的卷绕噪声信息供应给控制反馈环路的控制部分162。控制部分162根据所供应的卷绕噪声信息计算用于削减卷绕噪声的系数，并将此系数通报给系数生成部分163，该系数生成部分163生成预定的截止系数(cutoff coefficient)和积分系数。 [0102] 生成系数的系数生成部分163根据由控制部分162通报的系数来生成用于HPF151和153的截止系数以及用于APF 152的截止系数。将所生成的截止系数供应给HPF 151和153以及APF 152，以动态地削减卷绕噪声。同样地，根据由控制部分162通报的系数，系数生成部分163生成用于第一积分器部分118和第二积分器部分123的积分系数。并将所生成的积分系数供应给第一积分器部分118和第二积分器部分123，以削减在任意能级上的卷绕噪声。

[0103] 根据上述的本实施例的DSP 160能够通过部署高通滤波器和积分器部分来削减在期望的低频的噪声。由于由噪声检测部分161、控制部分162和系数生成部分163、高通滤波器和全通滤波器生成了反馈回路，因而当噪声能级高时，能够动态地改变积分系数。因此，其优点在于，能够有效地消除即使是零散的噪声或低频噪声。

[0104] 尽管生成了五个声道的音频信号，但是，本实施例被配置用于从仅三个声道的音频信号中消除检测到的噪声。这种配置有利于允许低成本来记录已除去了不必要的卷绕噪声的清晰的音频信号。

[0105] 根据本发明的上述第一到第四实施例的成像设备允许通过仅使用三个全向的麦克风来记录多声道的环绕声。通过相加或减去由三个全向的麦克风收集到的音频信号，生成了具有在全部环绕方向上的全向音频信号、具有在左右方向上的双向的音频信号以及具有在前后方向上的双向的音频信号。通过用预定系数乘以这些音频信号并将结果相加，合成了单向音频信号，并能实施多声道环绕声记录。全向的麦克风价格便宜，虽然以往已经准备了与要记录的声道数量相同数量的麦克风，但是，仅三个麦克风就足够了，这可以有利于减少整体成本。

[0106] 可将三个全向麦克风以任何的三角形的形式排布，在此，麦克风之间的距离可以被视为足够地小于声音的波长。换句话说，可将这三个麦克风101到103放在除了在一条直线上的任何位置上。允许进行多声道音频记录，而不用改变麦克风的物理排布，例如麦克风之间的距离和三角形的形式。因此，音频记录与要实施到成像设备中的麦克风的实施表面(implementationsurface)的形式无关。结果，可以有利地放宽了对要安装麦克风的地点的限制。

[0107] 可把单向的最大方向灵敏度的方向限定为任意方向。因此，不限制最大单向的方向的数量。通过改变在双向和全向之间的合成比，仅通过限定系数，就能得到所期望的单向和最大方向角度。通过按照所期望的声道数来增加类似的电路，这也可以应用于多声道记录。由于仅通过限定系数就能改变单向的形式，因此，能够减少部件的数量，能够方便地减少成本。

[0108] 根据全向音频信号的最大方向灵敏度来调整具有在左右和前后方向上的双向的音频信号的方向灵敏度。因此，要记录的音频信号的能级不会不必要地过低或过高，并且，能够方便地记录其能量为三个麦克风的平均能量的音频信号。

[0109] 将第一积分器部分118和第二积分器部分123分别放在第一减法器115和第二减法器120的后面。因此，即使当低频带下降到音频信号被视为减法器部分中的初级差别的程度时，也能用积分器部分将频率特性的低频带提高到平坦的特性。结果，能够方便地记录低频带的音频信号。

[0110] 已经描述了包含在成像设备中的音频信号处理电路被用于根据第一到第四实施例的DSP的示例，在不含DSP的实施例中，也能实现这种配置。该DSP可以用在其它的电子机械中。

[0111] 由于能够在减少了的麦克风的安装面积的情况下合成单向，且全向的麦克风被用于音频记录，因此，不轻易限制麦克风的排布。因此，在设计上的灵活度很大，并且本发明可应用到数字视频摄像机、数字静止照相机和会议系统等。

[0112] 参照图21的方块图来描述DSP 170的内部配置的示例，作为本发明的变化示例，在此例中，增加了自动增益控制部分以便实现环绕声记录。用于放大信号的放大器部分171将由全向麦克风101到103输出的模拟音频信号放大到所期望的能级。用于将模拟信号转换为数字信号的A/D转换部分172将放大了的模拟音频信号转换为数字音频信号。用于校正在麦克风101到103之间的灵敏度的变化的麦克风灵敏度变化校正部分173通过用预定系数来进行乘法运算来削弱(absorb)麦克风灵敏度的变化。用于进行增益调整的自动增益控制(AGC)部分174按照所期望的特性分级压缩(level-compress)数字音频信号。 [0113] 自动增益控制部分174预定义输入音频信号的参考输入能级，并照原样输出接近参考输入能级的音频信号输入。如果输入音频信号的能级低于参考输入能级，将其视为静音暂停，并输出具有减少了噪声和不必要的背景声的音频信号。另一方面，如果输入音频信号的能级高于参考输入能级，输出其能级低于输入音频信号的能级的音频信号，以防止过大的音量。输出零散出现的大输入音频信号，其中其能级被降低到预定阈值以便防止削波(clipping)，通过用于校正频率特性的校正电路175在频率上校正从自动增益控制部分174输出的音频信号，并合成双向的音频信号。由频率特性校正部分175形成的反馈环路、噪声检测部分178和单向合成部分176动态地削减检测到的噪声。单向合成部分176根据所期望的声道处理已经从中削减了噪声的音频信号为单向音频信号。被进行预定压缩处理的编码器处理部分179处理过的音频信号被供应给视频记录/播放部分35。照此方式，通过插入自动增益控制部分174，可以记录音频信号，而其能级被保持在预定范围内。因此，有利于收听者方便地收听播放的音频。

[0114] 本领域技术人员应当了解的是，只要在附后的权利要求及其等效条款所规定的范围内，可以根据设计要求和其它因素进行各种修改、组合、子组合和变更。 [0115] 相关申请的交叉引用

[0116] 本发明包含涉及于2006年12月25日在日本专利局提交的日本专利申请JP2006-348376的主题，其全部内容被引用附于此。

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音频信号处理设备、音频信号处理方法和成像设备

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