Способ и система для генерирования передаточной функции головы путем линейного микширования передаточных функций головы

Способ и система для генерирования передаточной функции головы путем линейного микширования передаточных функций головы

Иллюстрации

Показать все

Реферат

ПЕРЕКРЕСТНЫЕ ССЫЛКИ НА РОДСТВЕННЫЕ ЗАЯВКИ

Данная заявка заявляет приоритет предварительной заявки на патент США № 61/614610, поданной 23 марта 2012 г., которая ссылкой полностью включается в настоящее раскрытие.

ПРЕДПОСЫЛКИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

1. Область технического применения

Изобретение относится к способам и системам для выполнения интерполяции на передаточных функциях головы (функциях HRTF) с целью генерирования интерполированных функций HRTF. Более конкретно, изобретение относится к способам и системам для выполнения линейного микширования на связанных функциях HRTF (т.е. на значениях, которые определяют связанные функции HRTF) с целью определения интерполированных функций HRTF, для выполнения фильтрации посредством интерполированных функций HRTF и для предварительного определения связанных функций HRTF, обладающих такими свойствами, что интерполяция может выполняться на них особенно желательным образом (путем линейного микширования).

2. Предпосылки изобретения

Повсюду в данном раскрытии, включая формулу изобретения, выражение выполнения операции «на» сигналах или данных (например, операции фильтрации, масштабирования или преобразования сигналов или данных) используется в широком смысле для обозначения выполнения операции непосредственно на сигналах или данных, или на обработанных версиях этих сигналов или данных (например, на версиях сигналов, которые претерпели предварительную фильтрацию перед выполнением на них указанной операции).

Повсюду в данном раскрытии, включая формулу изобретения, выражение «линейное микширование» значений (например, коэффициентов, которые определяют передаточные функции головы) обозначает определение линейной комбинации этих значений. В настоящем раскрытии, выполнение «линейной интерполяции» передаточных функций головы (функций HRTF) с целью определения интерполированной HRTF обозначает выполнение линейного микширования значений, которые определяют функции HRTF (определение линейной комбинации таких значений), с целью определения значений, которые определяют интерполированную HRTF.

Повсюду в данном раскрытии, включая формулу изобретения, выражение «система» используется в широком смысле для обозначения устройства, системы или подсистемы. Например, подсистема, которая реализует преобразование, может именоваться системой преобразования (или преобразователем), а система, включающая такую подсистему (т.е. система, которая выполняет различные типы обработки данных на звуковом вводе, в которой указанная подсистема определяет передаточную функцию для использования в одной из операций обработки данных), также может именоваться системой преобразования (или преобразователем).

Повсюду в данном раскрытии, включая формулу изобретения, выражение «представлять» обозначает процесс преобразования звукового сигнала (например, многоканального звукового сигнала) в один или несколько сигналов, подаваемых на динамики (где каждый сигнал, подаваемый на динамик, представляет собой звуковой сигнал, подлежащий применению непосредственно к громкоговорителю или последовательно к усилителю и громкоговорителю), или процесс преобразования звукового сигнала в один или несколько сигналов, подаваемых на динамики, и преобразования указанного сигнала (сигналов), подаваемого на динамик, в звук с использованием одного или нескольких громкоговорителей. В последнем случае, представление иногда именуется в настоящем раскрытии представлением «посредством» громкоговорителя (громкоговорителей).

Повсюду в данном раскрытии, включая формулу изобретения, выражения «динамик» и «громкоговоритель» используются как синонимичные для обозначения любого преобразователя, излучающего звук. Это определение включает громкоговорители, реализованные как несколько преобразователей (например, как низкочастотный динамик и высокочастотный динамик).

Повсюду в данном раскрытии, включая формулу изобретения, глагол «включает» используется в широком смысле для обозначения «представляет собой или включает», и другие формы глагола «включать» используются в том же широком смысле. Например, выражение «фильтр, который включает фильтр обратной связи» (или выражение «фильтр, включающий фильтр обратной связи») в настоящем раскрытии обозначает либо фильтр, который представляет собой фильтр обратной связи (т.е. не включает фильтр положительной обратной связи), либо фильтр, который включает фильтр обратной связи (и по меньшей мере еще один другой фильтр).

Повсюду в данном раскрытии, включая формулу изобретения, термин «виртуализатор» (или «система виртуализатора») обозначает систему, подключенную и сконфигурированную для приема N входных звуковых сигналов (служащих признаком звука из набора первоначальных местоположений) и для генерирования М звуковых сигналов с целью воспроизведения посредством набора из М физических динамиков (например, наушников или громкоговорителей), расположенных в выходных местоположениях, отличающихся от первоначальных местоположений, где каждое из чисел N и М представляет собой число больше единицы. N может быть равно или не равно М. Виртуализатор генерирует (или предпринимает попытку генерировать) выходные звуковые сигналы так, чтобы при их воспроизведении слушатель воспринимал воспроизводимые сигналы как излучаемые из первоначальных местоположений, а не из выходных местоположений физических динамиков (первоначальные положения и выходные местоположения определяются по отношению к слушателю). Например, в случае, когда M=2 и N=1, виртуализатор выполняет повышающее микширование входного сигнала с целью генерирования левого и правого выходных сигналов для стереофонического проигрывания (или проигрывания при помощи наушников). В другом примере, в случае, когда M=2 и N>3, виртуализатор выполняет понижающее микширование N входных сигналов для стереофонического проигрывания. В другом примере, в котором N=M=2, входные сигналы служат признаками звука из местоположений двух задних источников (за головой слушателя), и виртуализатор генерирует два выходных звуковых сигнала для воспроизведения стереофоническими громкоговорителями, расположенными перед слушателем так, чтобы слушатель воспринимал воспроизводимые сигналы как излучаемые из первоначальных местоположений (за головой слушателя), а не из местоположений громкоговорителей (перед головой слушателя).

Передаточные функции головы («функции HRTF») представляют собой характеристики фильтра (представляемые как импульсные характеристики или частотные характеристики), которые представляют способ, которым звук распространяется в свободном пространстве к обоим ушам человеческого субъекта. Функции HRTF изменяются от одного человека к другому, а также варьируются в зависимости от угла прихода звуковых волн. Применение HRTF-фильтра правого уха (т.е. применение фильтра, имеющего импульсную характеристику HRTF правого уха) к звуковому сигналу x(t) может вырабатывать HRTF-фильтрованный сигнал x_R(t), служащий признаком звукового сигнала, который мог бы восприниматься слушателем после распространения в заданном направлении прихода от источника к правому уху слушателя. Применение HRTF-фильтра левого уха (т.е. применение фильтра, имеющего импульсную характеристику HRTF левого уха) к звуковому сигналу x(t) может вырабатывать HRTF-фильтрованный сигнал x_L(t), служащий признаком звукового сигнала, который мог бы восприниматься слушателем после распространения в заданном направлении прихода от источника к левому уху слушателя.

Несмотря на то, что функции HRTF в настоящем раскрытии часто именуются «импульсными характеристиками», каждая такая HRTF, в альтернативном варианте, может именоваться и при помощи других выражений, в том числе «передаточная функция», «частотная характеристика» и «характеристика фильтра». Каждая HRTF может быть представлена как импульсная характеристика во временной области или как частотная характеристика - в частотной области.

Мы можем определять направление прихода исходя из азимутального угла и угла возвышения (Az, El) или исходя из единичного вектора (x, y, z). Например, на фиг. 1 направление прихода звука (к ушам слушателя) можно определить исходя из единичного вектора (x, y, z,), где оси x и y - таковы, как показано, а ось z является перпендикулярной плоскости по фиг. 1, и направление прихода звука также можно определить исходя из показанного азимутального угла Az (например, с углом возвышения, El, равным нулю).

Фиг. 2 показывает направление прихода звука (излучаемого из положения источника S) в положение L (например, местоположение уха слушателя), определенное исходя из единичного вектора (x, y, z), где показаны оси x, y и z, и исходя из азимутального угла Az и угла возвышения El.

Общепринятым является осуществление измерений функций HRTF для индивидуумов путем излучения звука из разных направлений и сбора данных отклика в ушах слушателя. Измерения могут осуществляться вблизи барабанной перепонки слушателя или на входе в заблокированный наружный слуховой канал, или другими способами, хорошо известными в данной области техники. Измеренные характеристики HRTF могут модифицироваться множеством способов (также хорошо известных в данной области техники) с целью компенсации частотной коррекции громкоговорителя, используемого при измерениях, а также с целью компенсации частотной коррекции наушников, которые будут использоваться позднее при воспроизведении бинаурального материала для слушателя.

Типичным применением функций HRTF является применение в качестве характеристик фильтров при обработке сигнала, предназначенной для создания у слушателя, надевшего наушники, иллюзии трехмерного звука. Другие типичные применения функций HRTF включают создание улучшенного проигрывания звуковых сигналов через громкоговорители. Например, общепринятым является использование функций HRTF для реализации виртуализатора, который генерирует выходные звуковые сигналы (в ответ на входные звуковые сигналы, служащие признаком звука из некоторого набора местоположений источников) так, чтобы когда выходные звуковые сигналы воспроизводятся громкоговорителями, они воспринимались как излучаемые из местоположений источников, а не из местоположений физических динамиков (где первоначальные местоположения и выходные местоположения определяются по отношению к слушателю).

Виртуализаторы могут реализовываться во множестве мультимедийных устройств, которые содержат стереофонические громкоговорители (телевизоры, ПК, док-станции iPod) или предназначаются для использования со стереофоническими громкоговорителями или наушниками.

Виртуальный окружающий звук может способствовать созданию впечатления того, что существует большее количество источников звука, чем имеется физических динамиков (например, наушников или громкоговорителей). Как правило, для обычного слушателя требуется по меньшей мере два динамика, чтобы воспринимать воспроизводимый звук так, будто он излучается из нескольких источников звука. В системах виртуального окружающего звука общепринятым является использование функций HRTF для генерирования звуковых сигналов, которые при их воспроизведении физическими динамиками (например, парой физических динамиков), расположенными перед слушателем, воспринимаются барабанными перепонками слушателя как звук от громкоговорителей в любом положении или в широком разнообразии положений (в том числе в положениях за слушателем).

Из вариантов осуществления изобретения может извлекать выгоду большинство или все традиционные применения функций HRTF.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

В одном из классов вариантов осуществления изобретения, изобретение представляет собой способ выполнения линейного микширования на связанных функциях HRTF (т.е. на значениях, которые определяют связанные функции HRTF) с целью определения интерполированной HRTF для любого заданного направления прихода в некотором диапазоне (например, в диапазоне, охватывающем по меньшей мере 60 градусов в плоскости, или в полном диапазоне 360 градусов в плоскости), где связанные функции HRTF были предварительно определены как обладающие такими свойствами, что на них может выполняться линейное микширование (с целью генерирования интерполированных функций HRTF) без внесения искажения гребенчатой фильтрации (в том смысле, что каждая интерполированная HRTF, определяемая таким линейным микшированием, имеет амплитудную характеристику, которая не проявляет значительное искажение гребенчатой фильтрации).

Как правило, линейное микширование выполняется на значениях предварительно определенного «набора связанных функций HRTF», где набор связанных функций HRTF включает значения, которые определяют набор связанных функций HRTF, и каждая из связанных функций HRTF соответствует одному направлению прихода набора из по меньшей мере двух направлений прихода. Как правило, набор связанных функций HRTF включает небольшое количество связанных функций HRTF, каждая - для отличающегося одного направления прихода из небольшого количества направлений прихода в пространстве (например, в плоскости или части плоскости), и линейная интерполяция, выполняемая на связанных функциях HRTF в наборе, определяет HRTF для каждого заданного направления прихода в пространстве. Как правило, набор связанных функций HRTF включает пару связанных функций HRTF (HRTF, связанную с левым ухом, и HRTF, связанную с правым ухом) для каждого угла из небольшого количества углов прихода, которые охватывают пространство (например, горизонтальную плоскость) и являются квантованными до определенной угловой разрешающей способности. Например, набор связанных функций HRTF может состоять из пары связанных функций HRTF для каждого из двенадцати углов прихода по окружности в 360 градусов с угловой разрешающей способностью 30 градусов (например, углов 0, 30, 60,..., 300 и 330 градусов).

В некоторых вариантах осуществления изобретения, способ изобретения использует (например, включает этапы определения и использования) базисного набора функций HRTF, который, в свою очередь, определяет набор связанных функций HRTF. Например, базисный набор функций HRTF может определяться (исходя из предварительно определенного набора функций HRTF) путем выполнения, по меньшей мере, аппроксимации по методу наименьших квадратов или другого процесса аппроксимации с целью определения коэффициентов базисного набора функций HRTF так, чтобы базисный набор функций HRTF определял набор связанных функций HRTF с приемлемой (предварительно определенной) точностью. Базисный набор функций HRTF «определяет» набор связанных функций HRTF в том смысле, что линейная комбинация значений (например, коэффициентов) базисного набора функций HRTF (в ответ на заданное направление прихода) определяет такую же HRTF (с приемлемой точностью), как HRTF, определяемая линейной комбинацией связанных функций HRTF в наборе связанных функций HRTF в ответ на такое же направление прихода.

Связанные функции HRTF, генерируемые или используемые в типичных вариантах осуществления изобретения, отличаются от обыкновенных функций HRTF (например, от физически измеренных функций HRTF) тем, что они имеют существенно уменьшенную интерауральную групповую задержку на высоких частотах (выше частоты связывания) и, в то же время, по-прежнему обеспечивают хорошо подобранную интерауральную фазовую характеристику (в сравнении с таковой, обеспечиваемой парой обыкновенных функций HRTF левого уха и правого уха) на низких частотах (ниже частоты связывания). Частота связывания составляет больше 700 Гц и, как правило, меньше 4 кГц. Связанные функции HRTF из набора связанных функций HRTF, генерируемые (или используемые) в типичных вариантах осуществления изобретения, как правило, определяются исходя из обыкновенных функций HRTF (для одних и тех же направлений прихода) путем намеренного изменения фазовой характеристики каждой обыкновенной HRTF выше частоты связывания (с целью выработки соответствующей связанной HRTF). Это осуществляется так, чтобы фазовые характеристики всех связанных HRTF-фильтров в наборе являлись связанными выше частоты связывания (т.е. так, чтобы разность между фазами каждой HRTF, связанной с левым ухом, и каждой HRTF, связанной с правым ухом, была, по меньшей мере, по существу постоянной в зависимости от частоты для всех частот существенно выше частоты связывания).

В типичных вариантах осуществления изобретения, способ изобретения включает этапы:

(a) в ответ на сигнал, служащий признаком заданного направления прихода (например, на данные, служащие признаком заданного направления прихода), - выполнения линейного микширования на данных, служащих признаками связанных функций HRTF из набора связанных функций HRTF (где набор связанных функций HRTF включает значения, которые определяют набор связанных функций HRTF, соответствующих набору из по меньшей мере двух направлений прихода) с целью определения HRTF для заданного направления прихода; и

(b) выполнения HRTF-фильтрации на входном звуковом сигнале (например, на аудиоданных в частотной области, служащих признаком одного или нескольких звуковых каналов, или на аудиоданных во временной области, служащих признаком одного или нескольких звуковых каналов) с использованием указанной HRTF для заданного направления прихода. В некоторых вариантах осуществления изобретения, этап (а) включает этап выполнения линейного микширования на коэффициентах базисного набора функций HRTF с целью определения HRTF для заданного направления прихода, где базисный набор функций HRTF определяет набор связанных функций HRTF.

В некоторых вариантах осуществления изобретения, изобретение представляет собой HRTF-преобразователь (и способ преобразования, реализуемый таким HRTF-преобразователем), сконфигурированный для выполнения линейной интерполяции (т.е. линейного микширования) связанных функций HRTF из набора связанных функций HRTF с целью определения HRTF для любого заданного направления прихода в некотором диапазоне (например, в диапазоне, охватывающем по меньшей мере 60 градусов в плоскости, или в полном диапазоне 360 градусов в плоскости, или даже в полном диапазоне углов прихода в трех измерениях). В некоторых вариантах осуществления изобретения HRTF-преобразователь является сконфигурированным для выполнения линейного микширования коэффициентов фильтра для базисного набора функций HRTF (который, в свою очередь, определяет набор связанных функций HRTF) с целью определения HRTF для каждого заданного направления прихода в некотором диапазоне (например, в диапазоне, охватывающем по меньшей мере 60 градусов в плоскости, или в полном диапазоне 360 градусов в плоскости, или даже в полном диапазоне углов прихода в трех измерениях).

В одном из классов вариантов осуществления изобретения, изобретение представляет собой способ и систему для выполнения HRTF-фильтрации на входном звуковом сигнале (например, на аудиоданных в частотной области, служащих признаком одного или нескольких звуковых каналов, или на аудиоданных во временной области, служащих признаком одного или нескольких звуковых каналов). Система включает HRTF-преобразователь (подключенный для приема сигнала, например, данных, служащих признаком направления прихода) и подсистему (например, ступень) HRTF-фильтра, подключенную для приема входного звукового сигнала и сконфигурированную для фильтрации входного звукового сигнала с использованием HRTF, определенной HRTF-преобразователем в ответ на направление прихода. Например, преобразователь может хранить в памяти данные (или быть сконфигурированным для получения доступа к данным), определяющие базисный набор функций HRTF (который, в свою очередь, определяет набор связанных функций HRTF), и является сконфигурированным для выполнения линейной комбинации коэффициентов в базисном наборе функций HRTF способом, определяемым направлением прихода (например, направлением прихода, определяемым как угол или как единичный вектор, соответствующий набору входных аудиоданных, направленных в подсистему HRTF-фильтра), с целью определения пары функций HRTF (т.е. HRTF левого уха и HRTF правого уха) для заданного направления прихода. Подсистема HRTF-фильтра может быть сконфигурирована для фильтрации направляемого в нее набора входных аудиоданных парой функций HRTF, определяемых преобразователем для направления прихода, соответствующего входным аудиоданным. В некоторых вариантах осуществления изобретения, подсистема HRTF-фильтра реализует виртуализатор, например, виртуализатор, сконфигурированный для обработки данных, служащих признаком монофонического входного звукового сигнала, с целью генерирования левого и правого выходных звуковых каналов (например, для представления через наушники с тем, чтобы создать у слушателя впечатление звука, излучаемого из источника в заданном направлении прихода). В некоторых вариантах осуществления изобретения, виртуализатор является сконфигурированным для генерирования выходного звукового сигнала (в ответ на входной звуковой сигнал, служащий признаком звука из фиксированного источника), служащего признаком звука из источника, который является плавно панорамированным между углами прихода в пространстве, охватываемом набором связанных функций HRTF (без внесения значительно искажения гребенчатой фильтрации).

Использование набора связанных функций HRTF, определенного в соответствии с одним из классов вариантов осуществления изобретения, входной звуковой сигнал может обрабатываться так, чтобы он казался приходящим под любым углом в пространстве, охватываемом набором связанных функций HRTF, включая углы, которые не точно соответствуют связанным функциям HRTF, заключенным в этом наборе, без внесения значительного искажения гребенчатой фильтрации.

Типичные варианты осуществления изобретения определяют (или определяют и используют) набор связанных функций HRTF, который удовлетворяет трем следующим критериям (иногда для удобства именуемым в настоящем раскрытии «Золотым правилом»):

1. Интерауральная фазовая характеристика каждой пары HRTF-фильтров (т.е. каждой пары из HRTF левого уха и HRTF правого уха, созданных для заданного направления прихода) согласуется с интерауральной фазовой характеристикой соответствующей пары обыкновенных функций HRTF левого уха и правого уха с фазовой ошибкой менее 20% (или, более предпочтительно, с фазовой ошибкой менее 5%) для всех частот ниже частоты связывания. Частота связывания составляет больше 700 Гц и, как правило, меньше 4 кГц. Иными словами, абсолютное значение разности между фазой HRTF левого уха, созданной из указанного набора, и фазой соответствующей HRTF правого уха, созданной из указанного набора, отличается от абсолютного значения разности между фазой соответствующей обыкновенной HRTF левого уха и фазой соответствующей обыкновенной HRTF правого уха не более чем на 20% (или, более предпочтительно, не более чем на 5%) на каждой из частот ниже частоты связывания. При частотах выше частоты связывания фазовая характеристика HRTF-фильтров, которые создаются исходя из указанного набора (при помощи процесса линейного микширования), отклоняется от поведения обыкновенных функций HRTF так, что интерауральная групповая задержка (на таких высоких частотах) значительно уменьшается по сравнению с обыкновенными функциями HRTF;

2. Амплитудная характеристика каждого HRTF-фильтра, созданного из указанного набора (путем процесса линейного микширования) для одного из направлений прихода, находится в пределах диапазона, ожидаемого для обыкновенных функций HRTF для этого направления прихода (например, в том смысле, что она не проявляет значительное искажение гребенчатой фильтрации относительно амплитудной характеристики типичного обыкновенного HRTF-фильтра для этого направления прихода); и

3. Диапазон углов прихода, который может охватываться процессом микширования (с целью генерирования пары функций HRTF для каждого угла прихода в этом диапазоне путем процесса линейного микширования связанных функций HRTF из этого набора) составляет по меньшей мере 60 градусов (и, предпочтительно, составляет 360 градусов).

Одна из особенностей изобретения представляет собой систему, сконфигурированную для выполнения какого-либо из вариантов осуществления способа изобретения. В некоторых вариантах осуществления изобретения, система согласно изобретению представляет собой или включает процессор общего или специального назначения (например, процессор цифровой обработки звуковых сигналов), запрограммированный программным обеспечением (или аппаратно-программным обеспечением) и/или иначе сконфигурированный для выполнения одного из вариантов осуществления способа изобретения. В некоторых вариантах осуществления изобретения, система согласно изобретению реализуется путем соответствующего конфигурирования (например, путем программирования) конфигурируемого процессора цифровой обработки звуковых сигналов (DSP). Звуковой DSP может представлять собой традиционный звуковой DSP, который является конфигурируемым (например, программируемым соответствующим программным обеспечением или аппаратно-программным обеспечением, или иначе конфигурируемым в ответ на управляющие данные) для выполнения любой из множества операций на входном звуковом сигнале, а также для выполнения одного из вариантов осуществления способа изобретения. В действии, звуковой DSP, который был сконфигурирован для выполнения одного из вариантов осуществления изобретательского способа согласно изобретению, является подключенным для приема по меньшей мере одного входного звукового сигнала и по меньшей мере одного сигнала, служащего признаком направления прихода, и указанный DSP, как правило, выполняет ряд операций на каждом указанном звуковом сигнале в дополнение к выполнению на нем HTRF-фильтрации в соответствии с указанным вариантом осуществления способа изобретения.

Другими особенностями изобретения являются: способы генерирования набора связанных функций HRTF (например, набора, который удовлетворяет Золотому правилу, описываемому в настоящем раскрытии), машиночитаемый носитель данных (например, диск), в памяти которого хранится (в материальной форме) код, предназначенный для программирования процессора или другой системы на выполнение какого-либо из вариантов осуществления способа изобретения, и машиночитаемый носитель данных (например, диск), в памяти которого хранятся (в материальной форме) данные, которые определяют набор связанных функций HRTF, где указанный набор связанных функций HRTF был определен в соответствии с одним из вариантов осуществления изобретения (например, так, чтобы он удовлетворял Золотому правилу, описываемому в настоящем раскрытии).

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ГРАФИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ

Фиг. 1 - схема, показывающая определение направления прихода звука (к первому уху слушателя) исходя из единичного вектора (x, y, z), где ось z является перпендикулярной плоскости фиг. 1, и исходя из азимутального угла Az (где угол возвышения, El, равен нулю).

Фиг. 2 - схема, показывающая определение направления прихода звука (излучаемого из положения источника S) в местоположение L исходя из азимутального угла Az и угла возвышения El.

Фиг. 3 - набор графиков (зависимости амплитуды от времени) для пар определенных традиционно импульсных характеристик HRTF для азимутальных углов 35 и 55 градусов (обозначенных HRTF_L(35,0) и HRTF_R(35,0), и HRTF_L(55,0) и HRTF_R(55,0)), пары определенных традиционно (измеренных) импульсных характеристик HRTF для азимутального угла 45 градусов (обозначенных HRTF_L(45,0) и HRTF_R(45,0)) и пары синтезированных импульсных характеристик HRTF для азимутального угла 45 градусов (обозначенных (HRTF_L(35,0)+HRTF_L(55,0))/2 и (HRTF_R(35,0)+HRTF_R(55,0))/2), сгенерированных путем линейного микширования традиционных импульсных характеристик для азимутальных углов 35 и 55 градусов.

Фиг. 4 - график частотной характеристики синтезированной HRTF правого уха ((HRTF_R(35,0)+HRTF_R(55,0))/2) по фиг. 3 и частотной характеристики истинной HRTF правого уха для азимута 45 градусов (HRTF_R(45,0)) по фиг. 3.

Фиг. 5(a) - график частотных характеристик (зависимостей амплитуды от частоты) несинтезированных HRTF_R правого уха для 35, 45 и 55 градусов по фиг. 3.

Фиг. 5(b) - график фазовых характеристик (зависимостей фазы от частоты) несинтезированных функций HRTF_R правого уха для 35, 45 и 55 градусов по фиг. 3.

Фиг. 6(a) - график фазовых характеристик связанных функций HRTF правого уха (сгенерированных в соответствии с одним из вариантов осуществления изобретения) для азимутальных углов 35 и 55 градусов.

Фиг. 6(b) - график фазовых характеристик связанных функций HRTF правого уха (сгенерированных в соответствии с другим вариантом осуществления изобретения) для азимутальных углов 35 и 55 градусов.

Фиг. 7 - график частотной характеристики (амплитуды в зависимости от частоты) определенной традиционно HRTF правого уха для азимутального угла 45 градусов (обозначена HRTF_R(45,0)) и график частотной характеристики HRTF правого уха (обозначена (HRTF^Z _R(35,0)+HRTF^Z _R(55,0))/2), определенной согласно одному из вариантов осуществления изобретения путем линейного микширования связанных функций HRTF (также определенных согласно изобретению) для азимутальных углов 35 и 55 градусов.

Фиг. 8 - график (построенный как зависимость амплитуды от частоты, где частота выражена в единицах индексов k элементов дискретизации FFT) весовой функции W(k), используемой в некоторых вариантах осуществления изобретения для определения связанных функций HRTF.

Фиг. 9 - блок-схема одного из вариантов осуществления изобретательской системы.

Фиг. 10 - блок-схема одного из вариантов осуществления изобретательской системы, которая включает HRTF-преобразователь 10 и аудиопроцессор 20 и является сконфигурированной для обработки монофонического сигнала для представления через наушники так, чтобы создавать у слушателя впечатление звука, расположенного под заданным азимутальным углом Az.

Фиг. 11 - блок-схема одного из вариантов осуществления изобретательской системы, которая включает микшер 30 и HRTF-преобразователь 40.

Фиг. 12 - блок-схема другого варианта осуществления изобретательской системы.

Фиг. 13 - блок-схема еще одного варианта осуществления изобретательской системы.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНЫХ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Технологически возможными являются многие варианты осуществления настоящего изобретения. Средним специалистам в данной области техники из настоящего раскрытия станет очевидно, каким образом их реализовывать. Варианты осуществления изобретательской системы, среды и способа будут описаны со ссылкой на фиг. 3-13.

В настоящем раскрытии, «набор» функций HRTF обозначает совокупность функций HRTF, которая соответствует нескольким направлениям прихода. Набор функций HRTF может храниться в справочной таблице, и может выводиться (в ответ на ввод, служащий признаком направления прихода) пара функций HRTF левого уха и правого уха (заключенных в наборе), которая соответствует направлению прихода. Как правило, в набор включаются HRTF левого уха и HRTF правого уха (соответствующие каждому направлению прихода).

Функции HRTF левого уха и правого уха, реализованные как импульсные характеристики конечной длины (что представляет собой способ, которым они чаще всего реализуются), в настоящем раскрытии иногда будут именоваться, соответственно, HRTF_L(x, y, z, n) и HRTF_R(x, y, z, n), где (x, y, z) устанавливает единичный вектор, который определяет соответствующее направление прихода (в альтернативном варианте, в некоторых вариантах осуществления изобретения, вместо координат положения х, y и z, функции HRTF определяются в отношении азимутального угла и угла возвышения, Az и El), и где 0≤n≤N, где N - порядок фильтров FIR, и n - количество дискретных значений импульсной характеристики. Иногда, когда в результате пропуска ссылки на количество дискретных значений импульсной характеристики, n, не будет возникать путаница, мы для простоты будем именовать такие фильтры без ссылки на дискретные значения импульсной характеристики, которая их включает (например, фильтры будут именоваться HRTF_L(x, y, z) или HRTF_L(Az, El)).

В настоящем раскрытии, выражение «обыкновенная HRTF» обозначает характеристику фильтра, которая имеет близкое сходство с передаточной функцией головы человеческого субъекта. Обыкновенная HRTF может создаваться любым из множества способов, хорошо известных в данной области техники. Одной из особенностей настоящего изобретения является HRTF нового типа (именуемая в настоящем раскрытии связанной HRTF), которая отличается от обыкновенных функций HRTF специфическим образом, который подлежит описанию.

В настоящем раскрытии, выражение «базисный набор функций HRTF» обозначает совокупность характеристик фильтра (обычно - коэффициентов фильтра FIR), которые могут линейно комбинироваться друг с другом для генерирования функций HRTF (коэффициентов HRTF) для различных направлений прихода. Для выработки наборов коэффициентов фильтра уменьшенного размера в данной области техники известно множество способов, в том числе способ, который традиционно именуется анализом главных компонент.

В настоящем раскрытии, выражение «HRTF-преобразователь» обозначает способ или систему, которая определяет пару импульсных характеристик HRTF (импульсную характеристику левого уха и импульсную характеристику правого уха) в ответ на заданное направление прихода (например, направление, заданное как угол или единичный вектор). HRTF-преобразователь может действовать путем использования набора функций HRTF и может определять пару функций HRTF для заданного направления путем выбора из набора функций HRTF, направление прихода которых является ближайшим к заданному направлению прихода. В альтернативном варианте, HRTF-преобразователь может определять каждую HRTF для требуемого направления путем интерполяции между функциями HRTF из набора, где интерполяция осуществляется между функциями HRTF из набора, которые имеют соответствующие направления прихода, близкие к требуемому направлению. Обе эти методики (ближайшее соответствие и интерполяция) хорошо известны в данной области техники.

Например, набор функций HRTF может содержать совокупность коэффициентов импульсной характеристики, которые представляют функции HRTF для нескольких направлений прихода, в том числе некоторого количества направлений в горизонтальной плоскости (El=0). Если набор включает элементы для (Az=35°, El=0°) и (Az=55°, El=0°), то HRTF-преобразователь может вырабатывать оценочную характеристику HRTF для (Az=45°,El=0°) при помощи некоторой формы микширования:

(1.1)

В альтернативном варианте, HRTF-преобразователь может вырабатывать HRTF-фильтры для отдельного угла прихода путем линейного микширования друг с другом коэффициентов фильтра из базисного набора функций HRTF. Более подробное изложение этого примера дано в описании ниже в отношении связанных функций HRTF в формате В.

Привлекательным является выполнение каждой операции микширования по уравнениям (1.1) просто путем усреднения импульсных характеристик, например, следующим образом:

(1.2)

Однако простой подход к линейной интерполяции для микширования (например, по уравнениям (1.2)) традиционно генерируемых функций HRTF ведет к трудностям, вызванным существованием разностей групповых задержек между характеристиками, которые подвергаются микшированию (например, между традиционно определяемыми характеристиками HRTF_R(35,0) и HRTF_R(55,0) в уравнениях (1.2)).

Фиг. 3 показывает типичные импульсные характеристики обыкновенных функций HRTF для азимутальных углов 35 и 55 градусов (характеристики, помеченные на фиг. 3 HRTF_L(35,0) и HRTF_R(35,0), и характеристики, помеченные HRTF_L(55,0) и HRTF_R(55,0)). Фиг. 3 также показывает пару синтезированных 45-градусных функций HRTF (помеченных на фиг. 3 (HRTF_L(35,0)+HRTF_L(55,0))/2 и (HRTF_R(35,0)+HRTF_R(55,0))/2), сгенерированных путем усреднения характеристик для 35 и 55 градусов способом, показанным в уравнениях (1.2). Фиг. 4 показывает частотную характеристику, усредненной HRTF правого уха («(HRTF_R (35,0)+HRTF_R(55,0))/2») в с