響應於頻道變化自動補償音頻音量的設備和方法

2023-09-19 14:03:20

專利名稱：響應於頻道變化自動補償音頻音量的設備和方法
技術領域：
本發明總體構思涉及一種音頻信號處理系統，尤其涉及一種響應於頻道變化自動補償音頻音量的設備和方法。
背景技術：
TV接收機的功能已經變得更加多樣和複雜。為了在傳統TV接收機中選擇廣播頻道，用戶必須通過手動改變廣播頻道來確認屏幕狀態。在較近的TV接收機中，用戶可自動搜索可接收頻段的連續的廣播頻道。
然而，當用戶改變廣播頻道時，由於廣播頻道的接收靈敏度從頻道到頻道有變化，所以廣播頻道的音頻聲級會輕微不同。因此，對頻道改變引起的變化，音頻音量應該被補償。
傳統地，控制音頻信號的動態範圍的動態範圍控制(DRC)方法被用來補償由頻道改變引起的音頻音量變化。動態範圍可被理解為描述特定廣播頻道的最響聲音和最輕聲音的音量之比。
圖1是示出使用DRC方法的傳統音頻音量補償設備的方框圖。
參照圖1，聲級測量單元110測量在預定範圍內的輸入信號X(n)的平均包絡值。例如，輸入信號X(n)的平均包絡值XRMS(n)使用α|X(n)|+(1-α)·XRMS(n-1)來計算。這裡，α指的是增強時間係數或衰減時間係數。
聲級比較器120根據由聲級測量單元110測量的平均包絡值XRMS(n)比較定義輸入音頻信號(即，輸入信號X(n))聲級與輸出音頻信號Y(n)聲級之間的相關性的靜態聲級曲線的聲級。聲級比較器120其後根據比較結果輸出增益聲級值。靜態聲級曲線由使用G(dB)＝f(X[dB])的試驗值定義。參照圖2，輸入音頻信號X(n)的平均包絡值XRMS(n)與靜態聲級曲線的Sturn、Mturn、以及Bturn區中的聲級比較。具有低音頻音量的輸入信號X(n)的增益聲級被映射到具有被提高10dB音量的輸出信號Y(n)，具有高音頻音量的輸入信號X(n)的增益聲級被映射到具有被降低10dB音量的輸出信號Y(n)。
增益計算器130基於由聲級比較器120映射的增益聲級值和先前的增益值g(n-1)計算應用於輸入音頻信號X(n)的增益值g(n)。
延遲單元140延遲輸入音頻信號X(n)直到計算出應用於輸入音頻信號X(n)的增益值g(n)。
乘法器150通過將由增益計算器130計算出的增益值g(n)與輸入音頻信號X(n)相乘產生輸出音頻信號Y(n)。
然而，使用DRC方法的傳統音頻音量補償設備響應於由頻道改變引起的音頻音量變化，通過降低輸入音頻信號X(n)的動態範圍產生輸出音頻信號Y(n)。即，如圖3A和3B所示，當輸入音頻信號X(n)具有高音頻音量時，如果輸入音頻信號X(n)的動態範圍是20dB，則作為DRC處理的結果的動態範圍被降低至5dB以下。輸入音頻信號X(n)的音響效果由於降低的動態範圍而失真。如圖4A和4B所示，如果輸入音頻信號X(n)具有中間音頻音量，則作為DRC處理的結果的輸入音頻信號X(n)被無動態範圍大變化地再現。如圖5A和5B所示，如果輸入音頻信號X(n)具有低音頻音量，則由於快速增強和慢速衰減特性，所以具有低音頻音量的輸入音頻信號X(n)被提高至具有中間音量聲級，並且具有中間音量聲級的輸入音頻信號X(n)被無變化動態範圍地再現。當具有低音頻音量的音頻信號X(n)被輸入至傳統的音頻音量補償設備時，由於動態範圍的變化小，所以輸出音頻信號Y(n)的失真小。然而，存在一個問題輸出音頻信號Y(n)的音頻音量幾乎不變化。

發明內容
本發明總體構思提供一種對由改變頻道造成的音頻信號的音頻音量變化或者對具有過大的動態範圍的音頻音量自動補償音頻音量的方法。
本發明總體構思還提供一種用於自動補償由頻道改變引起的音頻音量變化的自動音頻音量補償設備。
本發明總體構思的另外的方面和/或優點部分地在下面的描述中提出，部分地可從描述中變得清楚，或者可通過對發明的實踐而被了解。
本發明總體構思的上述和/或其它方面和優點將通過提供一種自動補償音頻音量的方法來實現，該方法包括通過比較輸入音頻信號的平均聲級與預定輸入/輸出聲級曲線產生用於調整輸入音頻信號的聲級的增益值，通過將產生的增益值應用於輸入音頻信號的聲級調整輸入音頻信號的音頻音量，以及調整具有調整的音頻音量的音頻信號的動態範圍。
本發明總體構思的上述和/或其它方面和優點還可通過提供一種自動音頻音量補償設備來實現，該設備包括第一音頻音量補償器，其通過比較第一輸入音頻信號的平均聲級與預定輸入/輸出聲級曲線產生第一增益值以調整第一輸入音頻信號的聲級；第一乘法器，其將由第一音頻音量補償器產生的第一增益值與第一輸入音頻信號的聲級相乘以輸出第二輸入音頻信號；第二音頻音量補償器，其產生第二增益值以調整從第一乘法器輸出的第二輸入音頻信號的動態範圍；以及第二乘法器，其將由第二音頻音量補償器產生的第二增益值與從第一乘法器輸出的第二輸入音頻信號相乘。


通過下面結合附圖進行的對實施例的描述，本發明總體構思的上述和/或其它方面和優點將會變得清楚和更易於理解，其中圖1是示出使用動態範圍控制(DRC)方法的傳統音頻音量補償設備的方框圖；圖2是示出由圖1的傳統音頻音量補償設備的聲級比較器使用的靜態聲級曲線的曲線圖；圖3A至5B是示出根據音頻音量變化的DRC輸出結果的波形圖；圖6是示出根據本發明總體構思的實施例的響應於頻道改變而自動補償音頻音量的設備的方框圖；圖7是示出由圖6的補償設備的全局聲級比較器使用的靜態聲級曲線的曲線圖；圖8A至8C是示出在其中根據頻道改變，音頻音量從高音量變化至低音量和從低音量變化至中間音量的情況的波形圖；圖9A至9F是示出具有高音頻音量的音頻信號的音頻音量補償結果的波形圖和曲線圖；以及圖10是示出根據本發明總體構思的實施例的自動補償音頻音量的方法的流程圖。
具體實施例方式
現在，詳細參照本發明總體構思的實施例，在附圖中給出其示例，其中，相同的標號始終指的是相同的部件。以下，參照附圖描述實施例以解釋本發明總體構思。
圖6是示出根據本發明總體構思的實施例的響應於頻道改變而自動補償音頻音量的設備的方框圖。
參照圖6，該設備包括第一音頻音量補償器600-1，其調整輸入音頻信號X(n)的聲級；第二音頻音量補償器600，其調整輸入音頻信號X(n)的動態範圍；第一乘法器690，其將由第一音頻音量補償器600-1調整的第一增益值與輸入音頻信號X(n)相乘；延遲單元640，其將從第一乘法器690輸出的輸入音頻信號X(n)延遲預定時間；以及第二乘法器698，其通過將由第二音頻音量補償器600調整的第二增益值與由延遲單元640延遲的輸入音頻信號X(n)相乘而產生輸出音頻信號Y(n)。
參照圖6，根據頻道信息當接收到頻道改變數據時頻道改變接收器650設置標記。例如，當TV廣播頻道從「頻道11」改變至「頻道9」時標記被設置為「1」。
參考第一音頻音量補償器600-1，全局聲級測量單元660通過連續地計算在預定範圍內的輸入信號X(n)的平均聲級而產生指示輸入信號(即，輸入音頻信號X(n))的全局音頻音量的全局均方根(RMS)值GRMS。例如，更新的輸入信號的全局RMS值GRMS由GRMS(n)＝k|X(n)|+(1-k)·GRMS(n-1)給出。這裡，|X(n)|是更新的輸入信號的絕對值，GRMS(n-1)是先前信號的RMS值，以及k是增強時間係數或衰減時間係數。例如，k可被設置為0.0001-0.0005。當從頻道改變接收器650接收到標記時，全局聲級測量單元660將全局RMS值GRMS初始化到中間音頻音量範圍。
全局聲級比較器670比較定義輸入聲級和輸出聲級之間的相關性的靜態聲級曲線的聲級與由全局聲級測量單元660測量的全局RMS值GRMS，並且根據比較結果產生增益聲級值G(n)。這裡，靜態聲級曲線由G[dB]＝f(X[dB])定義。靜態聲級曲線可由實驗方法確定。參照圖7，通過比較輸入音頻信號X(n)的全局RMS值GRMS與在靜態聲級曲線區Sturn、Mturn、以及Bturn的靜態聲級曲線的值來產生映射的增益聲級值G(n)。因此，全局聲級比較器670將具有高音頻音量的輸入信號X(n)映射為具有中間音頻音量的信號，並且還將具有低音頻音量的輸入信號X(n)映射為具有中間音頻音量的信號。例如，通過將增益提高25dB(圖7中增益2)將具有低音頻音量的輸入信號X(n)的增益映射為第一中間增益聲級值，並且通過將增益降低25dB(圖7中增益1)將具有高音頻音量的輸入信號X(n)的增益映射為第二中間增益聲級值。
全局增益計算器680使用由全局聲級比較器670產生的增益聲級值G(n)和先前的全局增益值Global_g(n-1)來計算將被應用於輸入音頻信號X(n)的全局增益值Global_g(n)。即，全局增益值Global_g(n)由Global_g(n)＝Global_g(n-1)·0.5+G(n)·0.5來定義。
第一乘法器690通過將由全局增益計算器680計算的全局增益值Global_g(n)與輸入音頻信號X(n)相乘來調整輸入音頻信號X(n)的增益。具有調整的增益的輸入音頻信號X(n)作為用作將被在第二音頻音量補償器600中處理的輸入音頻信號X(n)的第二輸入音頻信號X(n)而從第一乘法器690輸出。
參考第二音頻音量補償器600，聲級測量單元610測量在預定範圍內的輸入音頻信號X(n)的平均包絡值XRMS(n)，該輸入音頻信號X(n)具有由第一乘法器690調整的增益聲級。例如，輸入音頻音頻信號X(n)的平均包絡值XRMS(n)由XRMS(n)＝α|X(n)|+(1-α)·XRMS(n-1)來定義。這裡，α是增強時間係數或衰減時間係數。當|X(n)|＞XRMS(n-1)時輸入音頻信號X(n)處於增強狀態，並且當|X(n)|＜XRMS(n-1)時輸入音頻信號X(n)處於衰減狀態。
聲級比較器620比較在其中輸入聲級和輸出聲級之間的相關性被定義的靜態聲級曲線區Sturn、Mturn、以及Bturn與由聲級測量單元610測量的平均包絡值XRMS(n)，並且根據比較結果計算增益聲級值。即，計算出的具有低音頻音量的輸入信號X(n)的增益聲級值為正，計算出的具有高音頻音量的輸入信號X(n)的增益聲級值為負。
增益計算器630使用由聲級比較器620計算的增益聲級值和先前的增益值g(n-1)產生將被應用於輸入音頻信號X(n)的最終增益值g(n)。
延遲單元640延遲輸入音頻信號X(n)直到最終增益值g(n)被應用於輸入音頻信號X(n)。
第二乘法器698通過將由增益計算器630計算的最終增益值g(n)與由延遲單元640延遲的輸入音頻信號X(n)相乘而產生具有調整的動態範圍的輸出音頻信號y(n)。輸出音頻信號Y(n)由y(n)＝g(n)·X(n-D)定義。這裡，X(n-D)指示由延遲單元640延遲的輸入音頻信號X(n)。
也就是說，計算在預定範圍內的輸入信號X(n)的平均聲級，將輸入信號X(n)調整至具有中間音頻音量，並且利用傳統的DRC處理方法調整調整的輸入信號X(n)的動態範圍。因此，由本發明總體構思的實施例產生的具有中間音頻音量的輸入信號X(n)為傳統的DRC處理方法提供更適當的音頻音量。結果，輸出信號Y(n)具有比當對具有高音頻音量或低音頻音量的輸入信號X(n)執行傳統DRC處理時得到的輸出信號要少的失真。
圖8A至8C是示出在其中根據本發明總體構思的實施例的頻道改變，音頻音量從高音頻音量變化至低音頻音量和從低音頻音量變化至中間音頻音量的情況的波形圖。
圖8A是示出根據頻道改變，當輸入音頻信號X(n)的音頻音量從高音頻音量變化至低音頻音量和從低音頻音量變化至中間音頻音量時的輸入音頻信號X(n)的波形圖。箭頭標誌指的是在其上頻道改變標記由頻道改變接收器650(見圖6)設置的點。
圖8B是示出通過將由全局增益計算器680(見圖6)計算的全局增益Global_g(n)應用於輸入音頻信號X(n)得到的音頻信號的波形圖。這裡，當頻道改變標記被設置時，RMS聲級GRMS被設置為中間音頻音量的初始值。
圖8C是示出具有通過將由增益計算器630(見圖6)產生的最終增益值g(n)應用於延遲的輸入音頻信號X(n-D)而調整的動態範圍的輸出音頻信號y(n)的波形圖。參照圖8C，通過自動調整音頻音量輸出音頻信號y(n)的失真被最小化。
圖9A至9F是示出根據本發明總體構思的實施例的具有高音頻音量的音頻信號的音頻音量補償結果的波形圖和曲線圖。
圖9A是示出具有高音頻音量的輸入音頻信號X(n)的波形圖。
圖9B是示出靜態聲級曲線和用於計算全局增益值Global_g(n)的全局RMS值GRMS的曲線圖。參照圖9B，在輸入信號的高音頻音量聲級區(Bturn)，X(n)被映射為靜態曲線聲級的中間信號聲級。例如，-14dB的輸入信號聲級被映射為高於輸入信號聲級X(n)-12dB的-26dB的中間信號聲級。因此，全局增益值Global_g(n)被設置為-12dB。
圖9C是示出關於圖9B作為將全局增益值Global_g(n)(-12dB)應用於輸入信號X(n)的結果，靜態聲級曲線和輸入信號X(n)的動態範圍如箭頭指示被移動的曲線圖。因此，得到具有調整的增益聲級的信號。
圖9D是示出作為將全局增益值Global_g(n)(-12dB)應用於具有高音頻音量的輸入信號X(n)的結果而得到的具有調整的增益聲級的信號的波形圖。
圖9E是示出使用具有調整的增益聲級的信號的RMS聲級從靜態聲級曲線計算最終增益值g(n)的曲線圖。即，比較在靜態聲級曲線上的預定靜態聲級與由聲級測量單元610(見圖6)測量的平均包絡值XRMS(n)，並且輸出基於比較結果的最終增益值g(n)。具有低音頻音量的輸入信號X(n)的最終增益值g(n)為正(10dB)，具有高音頻音量的輸入信號X(n)的最終增益值g(n)為負(-10dB)圖9F是示出具有通過將由增益計算器630(見圖6)產生的最終增益值g(n)應用於延遲的輸入音頻信號X(n-D)而得到的動態範圍的輸出信號y(n)的波形圖。參照圖9F，通過將最終增益值應用於具有通過將全局增益值Global_g(n)(-12dB)應用於輸入信號X(n)而得到的調整的增益聲級的信號而輸出具有最小失真和適當的音頻音量的信號。
圖10是示出根據本發明總體構思的實施例的自動補償音頻音量的方法的流程圖。
參照圖10，在操作1110，在頻道上廣播的音頻信號X(n)被輸入廣播接收機。在操作1120如果頻道被改變，則在操作1140全局RMS值GRMS被初始化為中間音頻音量的RMS聲級。否則，全局RMS值GRMS不被初始化。其後在操作1150通過比較預定輸入/輸出聲級曲線與輸入音頻信號X(n)的平均聲級來計算全局增益值Global_g(n)。在操作1160通過將在操作1150中計算的全局增益值Global_g(n)與輸入音頻信號X(n)相乘來調整輸入音頻信號X(n)的增益聲級。其後，在操作1170，使用傳統的DRC處理方法調整對其應用全局增益值Global_g(n)的輸入音頻信號X(n)的動態範圍。
本發明總體構思可被應用於用於再現音頻內容的諸如TV、MP3播放器、以及膝上型電腦的任意裝置。
如上所述，根據本發明總體構思的實施例，當頻道被改變時，輸入信號的音頻音量可被保持為恆定值，而無需用戶調整音頻音量。當頻道被改變至具有不同音量的頻道或具有過大動態範圍的頻道時，音頻音量可被自動調整到適當的音頻音量。因此，通過有效地將本發明總體構思應用於TV、MP3播放器、膝上型電腦、或任意其它音頻內容再現設備，可提高產品性能。
儘管示出並描述了本發明總體構思的一些實施例，但是，本領域技術人員應理解在不脫離發明的一般概念的原理和精神的情況下，可以進行各種修改，本發明的範圍由權利要求和其等同物限定。
權利要求
1.一種自動補償音頻音量的方法，該方法包括通過比較輸入音頻信號的平均聲級與預定輸入/輸出聲級曲線產生增益值以調整輸入音頻信號的聲級；通過將產生的增益值應用於輸入音頻信號的聲級調整輸入音頻信號的音頻音量；以及調整具有調整的音頻音量的輸入音頻信號的動態範圍。
2.如權利要求1所述的方法，還包括當廣播頻道被改變時，將輸入音頻信號的聲級初始化為預定聲級。
3.如權利要求2所述的方法，其中，輸入音頻信號的聲級的初始化包括將輸入音頻信號的聲級初始化為在最大聲級和最小聲級之間的中間聲級。
4.如權利要求1所述的方法，其中，增益值的產生包括計算在預定範圍內的輸入音頻信號的平均聲級；以及通過比較計算出的輸入音頻信號的平均聲級與基於預定輸入/輸出方程的輸入/輸出聲級曲線並且將在預定範圍內的輸入音頻信號的平均聲級映射為輸入/輸出聲級曲線的預定聲級而產生增益值。
5.如權利要求4所述的方法，其中，產生增益值的步驟包括當輸入音頻信號具有高音頻音量時將輸入音頻信號的平均聲級調整為中間音頻音量的第一聲級；以及當輸入音頻信號具有低音頻音量時將輸入音頻信號的平均聲級調整為中間音頻音量的第二聲級。
6.如權利要求1所述的方法，其中，調整輸入音頻信號的音頻音量的步驟包括將輸入音頻信號的聲級調整為在最大聲級和最小聲級之間的中間聲級。
7.如權利要求1所述的方法，其中，調整音頻信號的動態範圍的步驟包括計算在預定範圍內的輸入音頻信號的平均包絡值；比較計算出的輸入音頻信號的平均包絡值與基於預定輸入/輸出方程的聲級曲線，並且將計算出的輸入音頻信號的平均包絡值映射為由輸入/輸出聲級曲線定義的聲級；以及通過將映射的聲級與輸入音頻信號相乘調整輸入音頻信號的動態範圍。
8.一種控制音頻音量的方法，包括根據輸入音頻信號的全局增益值和最終增益值調整輸入音頻信號的音量聲級和動態範圍，從而音頻音量不考慮頻道改變而被保持為恆定值。
9.如權利要求8所述的方法，其中，調整輸入音頻信號的音量聲級和動態範圍的步驟包括調整輸入音頻信號的音量聲級；以及調整具有調整的音量聲級的輸入音頻信號的動態範圍。
10.如權利要求8所述的方法，其中，調整輸入音頻信號的音量聲級和動態範圍的步驟包括根據全局增益值和靜態聲級曲線區調整音量聲級；以及根據最終增益值和靜態聲級曲線區調整動態範圍。
11.如權利要求8所述的方法，其中，調整音量聲級的步驟包括測量在預定範圍內的輸入音頻信號的平均聲級以產生全局RMS值；比較全局RMS值與靜態聲級曲線的聲級以產生增益聲級值；以及根據輸入音頻信號的增益聲級值和先前的增益聲級值計算全局增益值。
12.如權利要求8所述的方法，其中，調整動態範圍的步驟包括測量在預定範圍內的輸入音頻信號的平均包絡值；比較平均包絡值與靜態聲級曲線以產生增益聲級值；以及根據輸入音頻信號的增益聲級值和先前的增益聲級值計算最終增益值。
13.如權利要求8所述的方法，其中，調整音量聲級和動態範圍的步驟包括當頻道被改變為具有高音量和低音量之一時將音量聲級調整為中間音量；以及根據動態範圍控制處理調整動態範圍。
14.如權利要求13所述的方法，其中，調整輸入音頻信號的音量聲級的步驟包括噹噹前頻道被改變時初始化輸入音頻信號的全局均方根(RMS)；根據Global_g(n)＝Global_g(n-1)·0.5+G(n)·0.5計算全局增益，其中，Global_g(n)是全局增益值，Global_g(n-1)是先前的全局增益值，G(n)是從輸入音頻信號的值映射到第一預定增益聲級曲線的第一增益聲級；以及根據全局增益值調整輸入音頻信號的音量聲級。
15.如權利要求14所述的方法，其中，第一預定增益聲級曲線將高音量聲級降低第一預定分貝聲級，並且將低音量聲級提高第二預定分貝聲級。
16.如權利要求15所述的方法，其中，高音量聲級與第一預定增益聲級曲線的Bturn區相應，低音量聲級與第一預定增益聲級曲線的Sturn區相應。
17.如權利要求13所述的方法，其中，調整輸入音頻信號的動態範圍的步驟包括確定音量調整的輸入音頻信號的平均包絡值；比較平均包絡值與第二預定增益聲級曲線以確定第二增益聲級；以及根據第二增益聲級和先前的最終增益值計算最終增益值；以及通過將最終增益值應用於音量調整的輸入音頻信號調整輸入音頻信號的動態範圍。
18.如權利要求17所述的方法，其中，平均包絡值根據XRMS(n)＝a|X(n)|+(1-a)·XRMS(n-1)來確定。這裡，XRMS(n)是輸入音頻信號的均方根值，a是衰減時間係數和增強時間係數之一，|X(n)|是輸入音頻信號的絕對值，XRMS(n-1)是輸入音頻信號的先前的均方根值。
19.如權利要求17所述的方法，其中，當輸入音頻信號具有低音量時最終增益值為正，當輸入音頻信號具有高音量時最終增益值為負。
20.如權利要求13所述的方法，還包括將輸入音頻信號的頻道改變為具有不同的相應的音量聲級的頻道。
21.一種控制音頻音量的設備，包括音頻音量補償器，其根據輸入音頻信號的全局增益值和最終增益值調整輸入音頻信號的音量聲級和動態範圍，從而音頻音量不考慮頻道改變而被保持恆定值。
22.如權利要求21所述的設備，其中，音頻音量補償器通過調整輸入音頻信號的音量聲級，並且調整具有調整的音量聲級的輸入音頻信號的動態範圍來調整輸入音頻信號的音量聲級和動態範圍。
23.如權利要求21所述的設備，其中，音頻音量補償器通過根據全局增益值和靜態聲級曲線區調整音量聲級，並且根據最終增益值和靜態聲級曲線區調整動態範圍來調整輸入音頻信號的音量聲級和動態範圍。
24.如權利要求21所述的設備，其中，音頻音量補償器通過測量在預定範圍內的輸入音頻信號的平均聲級以產生全局RMS值，比較全局RMS值與靜態聲級曲線的聲級以產生增益聲級值，以及根據輸入音頻信號的增益聲級值和先前的增益聲級值計算全局增益值來調整輸入音頻信號的音量聲級。
25.如權利要求21所述的設備，其中，音頻音量補償器通過測量預定範圍內的輸入音頻信號的平均包絡值，比較平均包絡值與靜態聲級曲線以產生增益聲級值，以及根據輸入音頻信號的增益聲級值和先前的增益聲級值計算最終增益值來調整輸入音頻信號的動態範圍。
26.如權利要求21所述的設備，其中，當頻道被改變為具有高音量和低音量之一時音頻音量補償器通過將音量聲級調整為中間聲級，以及根據動態範圍控制處理調整動態範圍來調整輸入音頻信號的音量聲級和動態範圍。
全文摘要
一種響應於頻道改變自動補償音頻音量的設備和方法。該方法包括通過比較輸入音頻信號的平均聲級與預定輸入/輸出聲級曲線產生增益值以調整輸入音頻信號的聲級；通過將產生的增益值應用於輸入音頻信號的聲級調整輸入音頻信號的音頻音量；以及調整具有調整的音頻音量的音頻信號的動態範圍。
文檔編號H04N5/60GK1725827SQ200510080769
公開日2006年1月25日 申請日期2005年7月5日 優先權日2004年7月24日
發明者吳潤學, 金承勳 申請人:三星電子株式會社