專利名稱：音頻信號的處理的制作方法
技術領域：
本發(fā)明關于音頻信號的處理，以達到增強聲音的輸出。
背景技術：
在擴音器設計中，用于產生聲音頻率的低音用擴音器的能力被標記為其尺寸和功率。隨著不斷追求小揚聲器設計，該類擴音器系統(tǒng)的低音分離頻率變得較高。該失落的基頻效應被已知。大腦通過相對基頻的較高的諧波的比率且不被基頻本身所調解來感覺音調高度。因此，如果耳朵察覺一系列不包含基礎頻率自身的諧波頻率，大腦將仍然感覺將要出現的基礎頻率。通常超過擴音器低音分離點頻率的高的諧波是困難的，當復調多音被演奏時。因此需要一種技術通過八度音階來音調變化音頻，以此產生第一個諧波，然后產生額外的更高順序的諧波。

發(fā)明內容
根據本發(fā)明的一個方面，提供一種處理音頻信號的方法，以當由音頻輸出設備播放時，增強被感覺到的所述音頻信號的低頻滿足度。該方法包括的步驟為接收音頻輸入信號；濾波所述音頻輸入信號以產生高頻信號和低頻信號；通過自所述低頻信號產生較高頻諧波以生成增強信號，包括自卷積處理；且結合所述高頻信號和所增強信號以產生輸出信號。


圖1顯示的是根據本發(fā)明實施例的音頻處理系統(tǒng)內所包含的部件的實例；圖2顯示的是根據本發(fā)明實施例的處理過程的總體圖；圖3顯示的是步驟205的擴展；圖4顯示是Fl和F2緩沖器；圖5顯示的是權重值；圖6實例的是自卷積方法；圖7顯示的是Fl的自卷積工作實例；圖8顯示的是F2的自卷積；圖9顯示的是環(huán)形調制；圖10顯示的是增強信號的產生。
具體實施例方式圖 1根據本發(fā)明的實施例的包含在音頻處理系統(tǒng)內部件如圖1所示。提供有中央處理器101，和隨機存取存儲器102，后者被提供用于存儲程序和操作由中央處理器101執(zhí)行的數據。
存儲程序和操作數據也由硬盤驅動器103提供，盡管其他形式的存儲是可行的， 例如固態(tài)閃存。輸入/輸出接口 104提供用于接收自例如鼠標，鍵盤或者其他輸入裝置的輸入命令，并用于提供輸出到輸出裝置，其可以是音頻輸出裝置，例如擴音器105，耳機或者其他類型的輸出裝置。網卡106提供連接到網絡的便利且新的程序和數據可以通過次網絡被載入，或者真正自便攜存儲設備，例如盤107，通過DVD驅動器108。各部件的通訊通過系統(tǒng)總線109。圖 2根據本發(fā)明的實施例的處理總體顯示為圖2。為了增強聲音的輸出，一系列的處理被執(zhí)行在輸入信號上。音頻輸入信號被接收在201，且濾波被適用在202。本發(fā)明的一個實施例，所述音頻輸入信號被描述成數字樣本，且因此所述濾波步驟在數字領域被執(zhí)行。在一個優(yōu)選的實例中，信號濾波器可以被采用，例如高通濾波器。當被配置以用于提高擴音器的性能，高通濾波器的響應適宜的匹配了擴音器的該低頻操作。被濾波的信號可自原始信號的拷貝中減去，以生成僅具有低頻表現的第二信號。在可選擇的實施例中，可采用兩個獨立的濾波器，一個是低通濾波器且第二個時高通濾波器。該可選擇的實施例可以通過采用陷波濾波器(notch filters)和/或者帶通濾波器來實現。處于202的該濾波工序將低頻(如203所示)自高頻(如204所示)處分離開。低頻然后在205處被處理， 如將在圖3中詳細描述。上述處理的結果是206處所示的增強信號產生。該增強信號已經自低頻所產生， 但其自身處于較高頻率。該增強信號206然后同高頻204在207處結合。因此，在208處作為結果的輸出信號被具有相對高頻量而產生。然而，由于發(fā)生在205處的處理，該輸出信號由于心理聲學作用而聽起來類似于輸入信號。詳細的，被包含在輸入信號的低頻對于耳朵而言仍然存在于輸出信號中。采取的處理是通過一引入聲頻樣本的窗操作(借助類似于漢(Harm)功能)，并通過將該窗操作的樣本同原始音頻樣本卷積來被執(zhí)行的。這可以被看做是自卷積。該處理將通過圖3進一步描述。因此，在時/頻率域中，所述音頻在一個方向上向前一個樣本接一個樣本，同時脈沖響應在相反方向上進入一個樣本接一個樣本。這形成完美八度音階的復調線性音調轉換。數字技術通常相對容易產生單順序諧波，這類諧波通常聽起來被變形且不被需要的。被認為是所需的變形類型通常是雙順序諧波，其很難數字產生。本發(fā)明提供一種設備以產生完全雙順序諧波列，其通過采用經過上述處理而生成的第二諧波，并通過執(zhí)行再處理以產生第四，等等。更進一步的雙順序諧波可以按此法產生。為了獲得失落的基頻效應，該方法包括增加到已產生的雙順序諧波列于一定預定數量純正弦波的全部諧波變形的約60%。其結果是無需實際演奏基頻最低根音，耳朵將聽到全部的諧波變形并設想該低根音。這造成音調的感覺低于通過輸出裝置實際產生的。真正的，耳朵將聽到產生自揚聲器的音調，而該揚聲器實際上不能夠產生。圖 3在步驟205的處理的擴展將在圖3中顯示。該較低頻輸入顯示為203。提供一系列的緩沖器和被窗操作的信號樣本。在步驟301，第一緩沖器，Fl緩沖器(圖4所示)被更新。最近樣本被加到緩沖器且先前存儲在該緩沖器內的最老的樣本被丟棄。在步驟302，F1緩沖器自卷積。這進一步由圖7所闡述。作為該卷積的結果，產生值F2。另一個緩沖器(如圖4所示)存儲F2值并該緩沖器在步驟303處更新為新的值。 該F2緩沖器在步驟304自卷積，如圖8所描述。該卷積的結果是值F4。Fl是第一諧波，F2是第二諧波且F4是第四諧波。自卷積處理強加了反應時間，其不同于Fl，F2和F4值。Fl和F2樣本因此在步驟305處延時，這樣Fl，F2和F4值被及時的重新校正。環(huán)形調制處理然后在步驟306處執(zhí)行，如圖9中進一步描述。這產生進一步的諧波。已經產生的諧波然后在步驟307通過權重系數被求和。這如圖10中所描述。該求和的結果是增強信號308。圖 4Fl緩沖器和F2緩沖器如圖4所示。Fl緩沖器存儲一系列的引入的較低頻(Fl) 的樣本。在本例中，該緩沖器是長度固定的。在該例子中，Fl緩沖器內具有間隔以用于8個樣本。值N被用于代表緩沖器內的間隔數，因此在本例中N = 8，且緩沖器中的8個間隔被分別表示為A，B, C，D，E，F，G和H。F2緩沖器也在圖4中所示。在該實例中，F2緩沖器存儲了先前N/2個(N被2所除)F2信號的樣本。因此在本實例中Fl緩沖器存儲了 8個值，F2緩沖器存儲了 4個值。圖 5權重值得排列例子如圖5所示。在501處，第一排列被顯示，其關于Fl諧波并提供一系列的8個權重值，其相對應存儲在Fl緩沖器中的8個樣本。在502處，第二權重排列被顯示，其相對應F2諧波和并被使用，以用于自卷積F2 諧波生成F4諧波。圖 6自卷積的方法如圖6中的總體公式被顯示。排列A[N]中含有的系列N，排列W[N] 中含有的窗口權重值，和排列系數i，其值自零到N-1，自卷積的公式如圖6所示。圖 7Fl的自卷積的例子(用于生成F2值)如圖7所示。自Fl緩沖器的第一值A同 Fl緩沖器的最后值H被卷積，其同自Fl權重排列的第一值Wl被卷積。其被加到B和G和自Fl權重排列的第二值W2的卷積，等等，根據圖5所示的公式。因此，緩沖器同它自身的窗口形式卷積，以生成第二諧波信號F2的信號樣本。該生成的F2值被用來更新如圖8所示的另一個緩沖器。圖 8F2緩沖器同其自身的窗口形式卷積以生成第四諧波F4，如圖8所示。自卷積處理強加了反應時間，其不同于Fl，F2和F4值。因此，Fl和F2樣本被延遲，這樣Fl，F2和F4值被及時重新校正。然后，環(huán)形調制處理產生進一步的諧波。這進一步在圖9中顯示。圖 9
圖9顯示是為了生成諧波F13，F35，和F26的環(huán)形調制。它們每一個是通過先前生成的諧波的卷積來生成。包含頻率A和B的兩信號的環(huán)形調制，產生具有A加B和A減 B頻率的一信號。圖 10為了生成含有諧波系列的增強信號，單獨的諧波被通過權重系數被求和(此處標示為W2，W4，W13，W35和W26)。該權重值被用于控制每一諧波對該系列的相對貢獻。增強信號通過卷積每一個權重系數和它的諧波值來產生，如圖10所示。該處理的結果是具有現實聲音和穩(wěn)定的八度音階來音調變化。自卷積技術是復調的，且音調變化可以完全的在所有頻率階段內獲得。前述的生成的增強信號同來自輸入信號的較高頻率相結合，以使得生成最終的輸出信號。在本發(fā)明的一個實施例中，輸出信號被轉化成模擬信號，并且隨后被放大并提供該音頻輸出裝置，例如擴音器。本處理的效果是該作為結果的輸出信號被感覺包含不是該信號真實部分的諧波。 這意味著被感知的聲音可以不在音頻輸出裝置的產出能力中。例如，不能再制造低頻的小揚聲器將表現出生成比其實際生產能力的較低頻率，因為耳朵感覺到了不存在的基礎頻率。
權利要求
1.一種處理音頻信號的方法，以當由音頻輸出設備播放時，增強被感覺到的所述音頻信號的低頻滿足度，該方法包括的步驟為接收音頻輸入信號；濾波所述音頻輸入信號以產生高頻信號和低頻信號；通過自所述低頻信號產生較高頻諧波以生成增強信號，包括自卷積處理；且結合所述高頻信號和所增強信號以產生輸出信號。
2.如權利要求1所述的方法，其特征在于所述音頻輸入信號被表現為數字樣本，且所述濾波步驟在數字領域中被執(zhí)行。
3.如權利要求1所述的方法，其特征在于所述第一濾波步驟被執(zhí)行到所述輸入信號以生成所述高頻信號，且第二濾波步驟被執(zhí)行以生成所述低頻信號。
4.如權利要求1所述的方法，其特征在于所述生成步驟還包括環(huán)形調制處理。
5.如權利要求1所述的方法，其特征在于所述生成步驟還包括采用權重系數結合多個諧波的處理。
6.如權利要求1所述的方法，其特征在于所述輸出信號被轉化成模擬信號，被放大且提供到不能再產生所述低頻信號的成分的擴音器。
7.—種處理音頻信號的裝置，包括 被構造成接收音頻輸入信號的輸入部分， 處理器裝置，被構造成濾波所述音頻輸入信號以產生高頻信號和低頻信號， 通過自所述低頻信號產生較高頻諧波以生成增強信號，包括自卷積處理，且結合所述高頻信號和所增強信號以產生輸出信號，和被構造成接收所述輸出信號且產生音頻輸出的輸出部分。
8.如權利要求7所述的裝置，其特征在于所述輸出部分是擴音器。
9.如權利要求8所述的裝置，其特征在于所述擴音器不能再生產所述低頻信號的成分。
10.一種具有可被電腦執(zhí)行的電腦可讀指令的電腦可讀媒介，使得當執(zhí)行所述指令，電腦將執(zhí)行以下步驟接收音頻輸入信號；濾波所述音頻輸入信號以產生高頻信號和低頻信號； 通過自所述低頻信號產生較高頻諧波以生成增強信號，包括自卷積處理；且結合所述高頻信號和所增強信號以產生輸出信號。
全文摘要
一種處理音頻信號的方法，以當由音頻輸出設備播放時，增強被感覺到的所述音頻信號的低頻滿足度，該方法包括的步驟為接收音頻輸入信號；濾波所述音頻輸入信號以產生高頻信號和低頻信號；通過自所述低頻信號產生較高頻諧波以生成增強信號，包括自卷積處理；且結合所述高頻信號和所增強信號以產生輸出信號。
文檔編號H04R3/04GK102484759SQ201080003902
公開日2012年5月30日 申請日期2010年4月15日 優(yōu)先權日2009年4月17日
發(fā)明者克里斯托弗·大衛(wèi)·弗農, 理查德·愛德華·韋伯斯特 申請人:森迪亞邏輯有限公司