产生HOA信号的混合的空间/系数域表示的方法和设备与流程

本发明涉及一种用于从hoa信号的系数域表示产生所述hoa信号的混合的空间/系数域表示的方法和设备，其中，hoa信号的数目能够是可变的。

背景技术：

1、被表示为hoa的高阶ambisonics(高保真度立体声响复制)是对二维或三维声场的数学描述。声场可以通过麦克风阵列捕捉，从合成声源设计，或者可以是这二者的组合。hoa可以被用作针对二维或三维环绕声的传送格式。与基于扩音器的环绕声表示相比，hoa的优点在于在不同扩音器布置上再现声场。因此，hoa适于通用音频格式。

2、通过hoa阶确定hoa的空间分辨率。该阶定义描述声场的hoa信号的数目。存在针对hoa的两种表示，它们被分别称为空间域和系数域。在通常情况下，hoa最初在系数域中表示，并且这种表示可以通过矩阵乘法(或变换)被转换到空间域，如ep?2469742?a2中的描述?？占溆虬ㄓ胂凳蛑邢嗤男藕攀?。然而，在空间域中，每个信号与方向相关，其中，方向均匀地分布在单位球体上。这有利于分析hoa表示的空间分布。系数域表示以及空间域表示都是时间域表示。

技术实现思路

1、在下文中，基本上，目的在于尽可能地使用空间域用于hoa表示的pcm传输，以针对每个方向提供相同的动态范围。这意味着在空间域中的hoa信号的pcm样本必需被归一化到预定义的值范围中。然而，这种归一化的缺点在于：空间域中的hoa信号的动态范围比系数域中的小。这是由于从系数域信号产生空间域信号的变换矩阵而造成的。

2、在一些应用中，在系数域中传输hoa信号，例如在ep?13305558.2中描述的处理中，在系数域中传输所有信号，因为常数个hoa信号和可变数目的额外hoa信号将被传输。但是，如以上提到的且在ep?2469742a2中所示，系数域中的传输不是很有益的。作为解决方案，可以在空间域中传输常数个hoa信号，并且在系数域中仅传输可变数目的额外hoa信号。在空间域中的额外hoa信号的传输是不可能的，因为时变数目的hoa信号将导致时变的系数到空间域变换矩阵，并且可能在所有的空间域信号中发生不连续性，这对于pcm信号的后续感知编码而言是欠佳的。

3、为了确保这些额外hoa信号的传输而不超过预定义的值范围，可以使用可逆的归一化处理，该处理被设计为防止这种信号不连续性，并且还实现逆参数的高效传输。

4、关于针对pcm编码的两个hoa表示的动态范围和hoa信号的归一化，可以在下文中得出这种归一化应该在系数域中发生还是在空间域中发生。

5、在系数时域中，hoa表示包括连续帧的n个系数信号dn(k)，n＝0，...，n-1，其中，k表示样本索引，n表示信号索引。

6、这些系数信号被收集在矢量d(k)＝[d0(k),…,dn-1(k)]t，以获得紧凑的表示。

7、通过在ep?12306569.0中定义的n×n变换矩阵来执行到空间域的变换：

8、

9、见结合方程(21)和(22)描述的ξgrid的定义。

10、从w(k)＝ψ-1d(k)(1)获得空间域矢量w(k)＝[w0(k),…,wn-1(k)]t，其中，ψ-1是矩阵ψ的逆矩阵。

11、通过d(k)＝ψw(k)(2)执行从空间域到系数域的逆变换。

12、如果在一个域中定义了样本的值范围，则变换矩阵ψ自动地定义另一个域的值范围。在下文中省略第k个样本的项(k)。

13、由于实际在空间域中再现hoa表示，因此在该域中定义值范围、响度和动态范围。由pcm编码的比特分辨率来定义动态范围。在该应用中，“pcm编码”意味着将浮点表示样本转换为定点标记的整数表示样本。

14、对于hoa表示的pcm编码，必须将n个空间域信号归一化到-1≤wn＜1的值范围中，从而它们可以被扩大到最大pcm值wmax并被四舍五入为定点整数pcm标记w′n＝[wnwmax](3)。

15、注：这是一般化的pcm编码表示?？梢酝ü卣螃椎奈耷罘妒醇扑阆凳虻难镜闹捣段?，其中，矩阵ψ通过来定义，并且空间域中的最大绝对值wmax＝1到-||ψ||∞wmax≤dn＜||ψ||∞wmax。由于对于使用的矩阵ψ的定义的‖ψ‖∞大于‘1’，因此dn的值范围增加。

16、倒数意味着在系数域中对信号的pcm编码需要通过‖ψ‖∞的归一化，因为-1≤dn/||ψ||∞＜1。然而，该归一化减小了系数域中的信号的动态范围，这会导致较低的信号-量化噪声比。因此，优选空间域信号的pcm编码。

17、本发明要解决的问题在于如何使用归一化在系数域中传输空间域的期望的hoa信号的部分，而不减小系数域中的动态范围。此外，归一化的信号不应包含信号级跳变，使得它们可以在没有跳变引起的质量损失的情况下被感知编码。

18、原理上，本发明的产生方法适于从hoa信号的系数域表示产生所述hoa信号的混合的空间/系数域表示，其中，所述hoa信号的数目能够在连续的系数帧中随时间变化，所述方法包括以下步骤：

19、-将hoa系数域信号的矢量分离为具有常数个hoa系数的系数域信号的第一矢量、和具有随时间可变的数目个hoa系数的系数域信号的第二矢量；

20、-通过将系数域信号的所述矢量乘以变换矩阵的逆矩阵，来将系数域信号的所述第一矢量变换为空间域信号的相应矢量；

21、-对空间域信号的所述矢量进行pcm编码以得到pcm编码的空间域信号的矢量；

22、-通过归一化因子对系数域信号的所述第二矢量进行归一化，其中，所述归一化是针对系数域信号的所述第二矢量的hoa系数的当前值范围进行的自适应归一化，并且在所述归一化中，用于矢量的hoa系数的可用值范围未被超出，并且在所述归一化中，均匀连续转移函数被应用于当前第二矢量的系数，以将该矢量中的增益从前一第二矢量中的增益连续地改变为后一第二矢量中的增益，并且所述归一化提供用于相应解码器侧的去归一化的边信息；

23、-对归一化后的系数域信号的所述矢量进行pcm编码，以得到pcm编码和归一化后的系数域信号的矢量；

24、-对pcm编码的空间域信号的所述矢量与pcm编码和归一化后的系数域信号的所述矢量进行复用。

25、原理上，本发明的产生设备适于从hoa信号的系数域表示产生所述hoa信号的混合的空间/系数域表示，其中，所述hoa信号的数目能够在连续的系数帧中随时间变化，所述设备包括：

26、-适于将hoa系数域信号的矢量分离为具有常数个hoa系数的系数域信号的第一矢量、和具有随时间可变的数目(k)个hoa系数的系数域信号的第二矢量的装置；

27、-适于通过将系数域信号的所述矢量乘以变换矩阵的逆矩阵，来将系数域信号的所述第一矢量变换为空间域信号的相应矢量的装置；

28、-适于对空间域信号的所述矢量进行pcm编码以得到pcm编码的空间域信号的矢量的装置；

29、-适于通过归一化因子对系数域信号的所述第二矢量进行归一化的装置，其中，所述归一化是针对系数域信号的所述第二矢量的hoa系数的当前值范围进行的自适应归一化，并且在所述归一化中，用于矢量的hoa系数的可用值范围未被超出，并且在所述归一化中，均匀连续转移函数被应用于当前第二矢量的系数，以将该矢量中的增益从前一第二矢量中的增益连续地改变为后一第二矢量中的增益，并且所述归一化提供用于相应解码器侧的去归一化的边信息；

30、-适于对归一化后的系数域信号的所述矢量进行pcm编码，以得到pcm编码和归一化后的系数域信号的矢量的装置；

31、-适于对pcm编码的空间域信号的所述矢量与pcm编码和归一化后的系数域信号的所述矢量进行复用的装置。

32、原理上，本发明的解码方法适于对编码hoa信号的混合的空间/系数域表示进行解码，其中，所述hoa信号的数目能够在连续的系数帧中随时间变化，并且其中编码hoa信号的所述混合的空间/系数域表示根据上述发明的产生方法而产生，所述解码包括以下步骤：

33、-对pcm编码的空间域信号和pcm编码和归一化后的系数域信号的所述复用矢量进行解复用；

34、-通过将pcm编码的空间域信号的所述矢量乘以所述变换矩阵，将pcm编码的空间域信号的所述矢量变换为系数域信号的相应矢量；

35、-对pcm编码和归一化后的系数域信号的所述矢量进行去归一化，其中，所述去归一化包括：

36、--使用接收到的边信息的相应指数en(j-1)和递归计算的增益值gn(j-2)计算变换矢量hn(j-1)，其中，用于pcm编码和归一化后的系数域信号的将被处理的后一矢量的相应处理的增益值gn(j-1)被保持，j是hoa信号矢量的输入矩阵的运转索引；

37、--将相应的逆增益值应用于pcm编码和归一化后的信号的当前矢量，从而得到pcm编码和去归一化后的信号的相应矢量；

38、-将系数域信号的所述矢量与去归一化后的系数域信号的矢量进行组合，从而得到可以具有可变数目的hoa系数的hoa系数域信号的组合矢量。

39、原理上，本发明的解码设备适于对编码hoa信号的混合的空间/系数域表示进行解码，其中，所述hoa信号的数目能够在连续的系数帧中随时间变化，并且其中编码hoa信号的所述混合的空间/系数域表示根据上述发明的产生方法而产生，所述解码设备包括：

40、-适于对pcm编码的空间域信号和pcm编码和归一化后的系数域信号的所述复用矢量进行解复用的装置；

41、-适于通过将pcm编码的空间域信号的所述矢量乘以所述变换矩阵，将pcm编码的空间域信号的所述矢量变换为系数域信号的相应矢量的装置；

42、-适于对pcm编码和归一化后的系数域信号的所述矢量进行去归一化的装置，其中，所述去归一化包括：

43、--使用接收到的边信息的相应指数en(j-1)和递归计算的增益值gn(j-2)计算变换矢量hn(j-1)，其中，用于pcm编码和归一化后的系数域信号的将被处理的后一矢量的相应处理的增益值gn(j-1)被保持，j是hoa信号矢量的输入矩阵的运转索引；

44、--将相应的逆增益值应用于pcm编码和归一化后的信号的当前矢量，从而得到pcm编码和去归一化后的信号的相应矢量；

45、-适于将系数域信号的所述矢量与去归一化后的系数域信号的矢量进行组合，从而得到可以具有可变数目的hoa系数的hoa系数域信号的组合矢量的装置。