用于具有音質(zhì)保護的失真減少多頻帶壓縮器的技術(shù)的制作方法
【專利說明】
[0001] 本分案申請是基于申請?zhí)枮?01180014412. 5(國際申請?zhí)枮镻CT/ US2011/028439)，申請日為2011年3月15日，發(fā)明名稱為"用于具有音質(zhì)保護的失真減少 多頻帶壓縮器的技術(shù)"的中國專利申請的分案申請。
[0002] 相關(guān)申請的交叉引用
[0003] 本發(fā)明要求于2010年3月18日提交的美國專利臨時申請No. 61/315, 172的優(yōu)先 權(quán)，通過引用而將其全文合并到此。
技術(shù)領(lǐng)域
[0004] 本發(fā)明總體涉及音頻呈現(xiàn)，并且尤其涉及在呈現(xiàn)期間的失真減少。
【背景技術(shù)】
[0005] 回放設(shè)備（例如膝上型計算機、蜂窩無線電話、便攜式音樂播放器和電視）包括具 有受限輸出能力的放大器和音頻換能器（例如揚聲器）。在這些設(shè)備中，音頻回放可感知地 失真，并且常常在呈現(xiàn)期間隨著回放水平增加而明顯失真。此外，這種失真對于回放設(shè)備常 常是頻率相關(guān)的。例如，當(dāng)輸出信號通常超過特定水平時，電視的波形因數(shù)可能在特定頻率 處展現(xiàn)諧振響應(yīng)，產(chǎn)生煩人的聲音。
[0006] 多頻帶壓縮可以在回放之前應(yīng)用于音頻信號，以減少失真并且嘗試最大化回放水 平。對于壓縮器的每個頻帶指定失真閾值。壓縮器獨立地將不同增益值應(yīng)用于每個頻帶， 以確保輸出信號不超過任何對應(yīng)失真閾值。
[0007] 然而，該方法可能劇烈地改變音質(zhì)（timbre)或聽者感知的屬性，其中相等響度和 音調(diào)（pitch)的兩個聲音可能被感知為不相似。也就是說，當(dāng)某些頻率達到失真閾值并且 其它未達到時，壓縮器通過改變這些頻率之間的相對平衡而引入其自身的缺陷。每個頻帶 隔離地操作。所得的聲音顯現(xiàn)為畸變的或另外不自然的。
[0008] 據(jù)此，發(fā)明人理解，為了清晰自然的收聽體驗，通過多頻帶壓縮的用于音質(zhì)保護的 技術(shù)是期望的。
[0009] 該部分中描述的方法是可以貫徹實施的方法，但不一定是先前已被構(gòu)思或貫徹實 施的方法。因此，除非另外指示，否則不應(yīng)假設(shè)該部分中描述的任何方法僅僅由于它們包含 在該部分中而被當(dāng)作現(xiàn)有技術(shù)。相似地，除非另外指示，否則相對于一個或多個方法標(biāo)識的 問題不應(yīng)基于該部分而被假定在任何現(xiàn)有技術(shù)中已經(jīng)被認(rèn)識到。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010] 提供用于多頻帶壓縮器中的音質(zhì)保護的方法和裝置。通過確定多個頻帶中的每一 個中的時變閾值來實現(xiàn)音質(zhì)保護，該時變閾值與（i)用于該頻帶的相應(yīng)固定閾值以及至少 部分地與（ii)第二頻帶中的音頻信號水平（無論是數(shù)字還是模擬音頻信號）以及（iii) 第二頻帶中的固定閾值有關(guān)。因此，每個時變閾值是輸入信號自適應(yīng)的。如果特定頻帶由 于高于其固定閾值（或替代地，接近固定閾值）而受到顯著增益減少（gain reduction)，則 一個或多個其它頻帶的時變閾值也下降以受到若干增益減少。
[0011] 在本發(fā)明實施例中，提供或另外確定用于第一頻帶的固定閾值。確定所述第一頻 帶內(nèi)的音頻信號的第一水平。所述第一水平可以小于所述固定閾值。還確定第二頻帶的音 頻信號的第二水平。使用所述第二水平對于所述第一頻帶計算時變閾值，所述時變閾值小 于所述固定閾值。所述音頻信號在所述第一頻帶內(nèi)衰減為等于或小于所述時變閾值，或替 代地，所述音頻信號可以隨著接近所述時變閾值而在所述第一頻帶內(nèi)逐漸衰減。可以由每 個頻帶中的音頻輸入信號與其相應(yīng)固定閾值的平均差來計算所述時變閾值。可選地，可以 進一步確定用于所述第二頻帶的第二固定閾值。所述音頻信號的第二水平可以超過所述第 二固定閾值，導(dǎo)致所述第二頻帶內(nèi)的音頻信號衰減到所述第二固定閾值。
[0012] 在另一實施例中，壓縮器包括多頻帶濾波器組、壓縮函數(shù)元件（compression function element)以及至少一個音質(zhì)保護元件。各壓縮函數(shù)元件可以專用于一個頻帶。 所述音質(zhì)保護元件耦合到所述多頻帶濾波器組和所述壓縮函數(shù)元件。所述音質(zhì)保護元件接 收用于每個頻帶的固定閾值并且對每個頻帶提供時變閾值。用于一個頻帶的時變閾值部分 地由該頻帶外部的音頻信號的水平確定。
[0013] 在本發(fā)明又一實施例中，系統(tǒng)包括多頻帶濾波器組、音質(zhì)保護元件和壓縮函數(shù)元 件。所述音質(zhì)保護元件接收用于多個頻帶中的每一個的固定閾值，并且進而對于頻帶提供 時變閾值。所述時變閾值至少部分地由該頻帶外部的音頻信號的水平確定。在具體實施例 中，時變閾值是每個頻帶中的音頻輸入信號與其相應(yīng)的固定閾值的平均差的函數(shù)。
[0014] 作為本發(fā)明另一實施例，系統(tǒng)包括多頻帶濾波器裝置、壓縮函數(shù)裝置和音質(zhì)保護 裝置。所述音質(zhì)保護裝置接收用于多個頻帶中的每一個的固定限值，并且對于這些頻帶中 的每一個提供時變閾值。這些時變閾值至少部分地由相應(yīng)頻帶外部的音頻信號的水平和關(guān) 聯(lián)的固定閾值確定。
[0015] 作為本發(fā)明實施例，提供用于第一頻帶的預(yù)定閾值。確定所述第一頻帶內(nèi)的音頻 信號的第一水平。所述第一水平可以小于所述預(yù)定閾值。還確定第二頻帶的音頻信號的第 二水平。使用所述第二水平對于所述第一頻帶計算信號自適應(yīng)閾值，所述信號自適應(yīng)閾值 小于所述預(yù)定閾值。所述音頻信號基于所述信號自適應(yīng)閾值而在所述第一頻帶內(nèi)衰減。在 具體實施例中，所述預(yù)定閾值可以與所述第一頻帶內(nèi)的音頻信號的水平無關(guān)，或?qū)嶋H上與 任何頻帶中的水平無關(guān)。反之，所述信號自適應(yīng)閾值依賴于音頻信號，尤其依賴于所述第一 頻帶外部的音頻信號的水平。
【附圖說明】
[0016] 在附圖中通過示例的方式而不是限制的方式示出本發(fā)明實施例，并且其中，相似 標(biāo)號指代相似元件，并且其中：
[0017] 圖IA示出根據(jù)本發(fā)明實施例的示例性壓縮器；
[0018] 圖IB和圖IC提供了根據(jù)本發(fā)明實施例的壓縮函數(shù)的示例性輸入/輸出特性；
[0019] 圖2是示出根據(jù)本發(fā)明實施例的示例性結(jié)果的簡化圖；以及
[0020] 圖3示出根據(jù)本發(fā)明實施例的簡化流程圖。
【具體實施方式】
[0021] 圖IA示出根據(jù)本發(fā)明實施例的具有音質(zhì)保護約束的示例性多頻帶壓縮器100。壓 縮器100接收輸入信號X [η]，其通過濾波器組102被分為多個頻帶（例如B個頻帶，其可以 是2、3、4、5、……20或更多個頻帶）。作為示例，濾波器組102的每個頻帶的輸出可如輸 入信號X [η]與帶通濾波器響應(yīng)hb [η]卷積被計算：
[0022] Xb[n] = hb [η] *x [n], b = I. . . B
[0023] 接下來，每個帶信號連同相應(yīng)時變閾值Tb[n] -起傳送到相應(yīng)壓縮函數(shù)CF 104(a)、104(b)、......104(B)。圖 IB 提供作為 Tb[n]的函數(shù)的 CF 104(a)、104(b)、...... 104(B)的示例性輸入/輸出特性。壓縮函數(shù)的輸入水平可以多種方式作為帶信號xb[n]的 函數(shù)被計算。例如，快速起音/緩慢釋放（Fast attack/slow release)單極點平滑器（例 如能量估計器108)可以應(yīng)用于信號xb[n]的平方，以計算每個頻帶中的時變能量e b[n]的 估計：
[0025] 起音時間值（λΑ)可以是IOms的量級，而釋放時間值（λκ)可以是IOOms的量級 (例如釋放時間為起音時間10倍，或更大）。隨著如e b [η]估計的輸入信號Xb [η]的水平接 近閾值Tb[n]，輸出信號更緩慢地上升，并且最終被限制到該閾值（如輸出增益gb[n]的改 變所反映的那樣）。
[0026] 圖IC示出另一壓縮函數(shù)。在此情況下，在閾值Tb[n]之下的輸入/輸出斜率110 超過在閾值Tb[n]之上的斜率。代替漸進時變閾值，可以期望在超過時變閾值以不同速率 (例如減少的速率或更大速率）繼續(xù)衰減。在具體實施例中，斜率110等于1或更小，而斜 率112小于斜率110或甚至為零。應(yīng)進一步理解，CF 104(a)、104(b)、……104(B)可以分 別具有用于特定頻帶的不同的或個性化的輸入/輸出特性。
[0027] 使用音質(zhì)保護函數(shù)（TPF)元件106來計算這些時變閾值Tb[n]。在該實施例中，每 個時變閾值T b[η]作為頻帶b = 1……B上的所有帶信號xb[n]和所有固定閾值Lb的函數(shù) 被計算：
[0028] Tb [n] = TPF (Ui [n]，Li I i = 1. · · B})
[0029] 用于每個頻帶的增益gb[n]然后被計算為gb[n] = CF(xb[n]，TJn])。
[0030] 作為替選，每個閾值Tb [η]可以作為多個但小于全部的頻帶信號xb [η]和/或多個 但小于全部的固定閾值Lb的函數(shù)被計算。用于頻帶的時變閾值可以基于其最接近的鄰近頻 帶或一定范圍的鄰近頻帶而被計算。在一些情況下，可以期望允許特定帶與TPF完全隔離 地操作，對TPF沒有貢獻。例如，一些音頻系統(tǒng)可能歸因于小揚聲器尺寸而在低音頻率中具 有異常低的固定閾值。如果允許這些低音頻帶貢獻于TPF，則整體回放水平的急劇減少可能 產(chǎn)生。在此情況下，可以期望允許這些低音頻帶獨立地操作，并且將TPF應(yīng)用于其余頻帶。 替代地，可以采用附加的頻率相關(guān)加權(quán)來較不重地加權(quán)這些低音頻帶。
[0031] 在壓縮器100中，作為超過它們的固定閾值Lb的其它頻帶的函數(shù)，TPF元件106減 少具有低于它們的固定閾值L b的輸入水平的頻帶的時變閾值。換句話說，如果頻帶歸因于 高于其固定閾值而受到顯著增益減少，則其它頻帶的時變閾值也減少，以受到若干增益減 少。由于用于頻帶的時變閾值減少到其相應(yīng)固定閾值之下，因此壓縮器100仍在減輕或另 外阻止對音質(zhì)的改變的同時減少失真。
[0032] 作為本發(fā)明實施例，TPF元件106可以被配置為計算每個頻帶中的音頻輸入信號 和其相應(yīng)的固定閾值L b的平均差。每個頻帶中的時變閾值于是可以是該頻帶中的音頻輸 入信號水平減去該平均差。
[0033] 此外，時變閾值可以隨著時間而被平滑，至少大于增益gb[n]。也就是說，用于計算 閾值的音頻輸入信號的水平可以比用于計算增益g b[n]的信號（例如eb[n])更重地被平 滑。可以采用具有較長時間常數(shù)的單極點平滑器來計算平滑器能量信號s b[n]:
[0035] 在此情況下，可以使用為傳統(tǒng)多頻帶壓縮器的10倍的量級的起音和釋放時間。平 滑能量信號然后可以由dB表示：
[0036] Sb [n] = IOlog10 (sb [η])
[0037] 也以dB表示的每個頻帶中的平滑能量信號與每個頻帶中的固定閾值Lb之間的差 被計算為：
[0038] Db [n] = Sb [n]-Lb
[0039] 并且尋找在