處理音頻數據的方法和裝置、程序單元及計算機可讀介質的製作方法

2023-09-19 16:28:20 3

專利名稱：處理音頻數據的方法和裝置、程序單元及計算機可讀介質的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種用於處理音頻數據的裝置。 除此之外，本發明涉及一種處理音頻數據的方法。 此外，本發明涉及一種程序單元。 另外，本發明涉及一種計算機可讀介質。
背景技術：
電子娛樂設備變得越來越重要。具體地，越來越多的用戶購買音 頻播放器以及其他娛樂設備，以在客車等交通工具中使用。根據現有技術的電子娛樂設備的一個特徵是可以以用戶定義的 方式來調節音頻數據的可聽再現的特性，例如，通過用戶可控音量控 制或者用戶可控均衡器來調節。已知的音頻播放器具備這樣的特徵。根據現有技術，用戶手動對車載HiFi系統進行均衡。US 2004/0264714 Al公開了一種音頻歸一化方法。當接收到播放 音頻文件的請求時，可以從媒體庫中或者從音頻文件中檢索音量歸一 化參數，並且可以在播放音頻文件時應用這些參數。發明內容本發明的目的是提供一種處理音頻數據的系統，允許以適當質量 來再現音頻內容。為了實現上述目的，提供了根據獨立權利要求的用於處理音頻數 據的裝置、處理音頻數據的方法、程序單元和計算機可讀介質。根據本發明的示例性實施例，提供了一種用於處理音頻數據的裝 置，其中，該裝置包括中頻濾波器單元，適於以如下方式對音頻數據的中頻範圍分量進行選擇性濾波對音頻數據的中頻範圍分量的不同 頻率子分量的幅度進行縮放，使得縮放後的幅度反映所述不同頻率子 分量的原始幅度之間的關係。另外，根據本發明的另一示例性實施例，提供了一種處理音頻數 據的方法，包括如下步驟以如下方式對音頻數據的中頻範圍分量進 行選擇性濾波對音頻數據的中頻範圍分量的不同頻率子分量的幅度 進行縮放，使得縮放後的幅度反映所述不同頻率子分量的原始幅度之 間的關係。除此之外，根據本發明的另一示例性實施例，提供了一種計算機 可讀介質，其中存儲有處理音頻數據的電腦程式，該電腦程式在 由處理器執行時，適於控制或執行上述方法步驟。此外，根據本發明的又一示例性實施例，提供了一種處理音頻數 據的程序單元，該程序單元在由處理器執行時，適於控制或執行上述 方法步驟。根據本發明對音頻數據的處理可以通過電腦程式，即軟體來實 現，或者可以通過使用一個或多個專用電子優化電路，即硬體來實現， 或者可以以混合形式，即利用軟體組件和硬體組件來實現。根據本發明的特徵尤其具有如下優點可以提供中頻濾波器單 元，其可以用作一種均衡器，尤其是工作於中頻音頻數據的範圍中。 該濾波器能夠以如下方式對該中頻範圍中的子分量(例如，子頻帶或 單個頻率)進行單獨縮放(尤其是縮小)縮放後的幅度反映不同頻率 子分量的原始幅度之間的關係。也就是說，在修改後的幅度中至少部 分保留子分量之間的原始幅度差。因此，可以通過再縮放(reselling) 方案考慮不同子分量之間的幅度關係，這允許維持原始中頻音頻數據 的聲音特性，同時剪裁中頻範圍以改進聲音質量。根據本發明示例性實施例的縮放方案可以確保將中頻範圍保持 在特定的預定幅度範圍內。可選地，與中頻域不同的頻率區域可以或 可以不根據相同或不同的濾波方案來濾波。可以以如下方式執行中頻 範圍的再縮放維持該頻率範圍的子分量中的原始幅度之間的比例。因此，根據本發明的示例性實施例，提供了一種平滑且有效的中 頻範圍濾波算法，在播放自動均衡的音頻內容時，能夠實現適當的聆 聽質量和自然的聲音。可以以合理低的計算負擔來實現濾波算法。由 處理後的音頻數據產生的聲音可以具有自然特性，因為可以至少部分 保持不同中頻範圍子部分中的原始幅度關係。根據本發明的示例性實施例，可以實現使用中頻範圍增強(boost)壓縮(具體地是利用線性縮放)的自動均衡。具體地，這可以允許在車載HiFi系統中以自動且高質量的方式執行均衡。根據本發明的一個方面，可以根據均衡算法來處理要由揚聲器系 統再現的音頻數據，該均衡算法可以對音頻數據進行處理以改迸聆聽 質量。根據這種算法，可以計算需要插入信號路徑中的濾波器，以在 聆聽位置實現適當的聲音質量。然後可以對音頻數據的不同頻率範圍 單獨修改該濾波器。具體地，可以執行中頻範圍中的校正。術語"中頻範圍"可以具 體地表示音頻頻率的中間頻帶，並且可以覆蓋例如約310Hz和約8kHz 之間(更具體地，700Hz和4kHz之間的範圍)的頻率。中頻範圍也可 以根據原始頻譜通過將其分為低頻域(如果需要，可以進一步分為兩 個子範圍)、中頻域和高頻域來定義。換句話說，術語中頻範圍可以定 義為夾在低頻域和高頻域之間的頻率範圍。然後，與較低和較高頻率 相比，可以根據單獨的濾波算法來處理中頻域。根據US 6,381,334 Bl，中頻範圍頻帶具體地可以覆蓋500Hz和 5kHz之間的頻率。根據本發明實施例的中頻範圍校正可以簡單地將整個中頻範圍 設置為恆定的增強目標等級(例如，3dB)。然而，更精細的解決方案 還可以限制中頻範圍增強等級(boost levd)，但是可以保留不同中頻 範圍頻率子帶彼此之間的比例。更為精細的方案可以對中頻範圍區域 上的縮小因子進行線性縮放。可選地，除了中頻範圍濾波之外，低音(低頻)和高音(高頻) 頻帶也可以優化。對於低音範圍中的極低頻，可以執行削減(cut)。 較高的低音頻率可以根據增強限制(例如，8dB)來調整。高音頻率 可以固定到恆定值(例如，對於車載聲音系統的前揚聲器為3dB，對 於車載聲音系統的後揚聲器為一3dB)。 根據本發明的示例性實施例，實現了在具有高反射表面的小容量 車箱中的自動均衡。在這種聲學環境中，聲場可以受到聲源奇異位置 的嚴重影響。尤其對於中頻範圍，可以獲得良好平衡和明亮的聲音。根據本發明的系統的示例性應用領域是有限房間(如車箱)中的 揚聲器系統。根據本發明的一個方面，提供了一種自動均衡器，具有保留彼此 比例關係的中頻範圍增強壓縮以及線性縮放。因此，可以提供音頻均 衡器，使用線性縮放技術來增強中頻範圍。根據本發明示例性實施例的中頻範圍增強壓縮方案可以作用於 譜數據(根據本發明的示例性實施例，不是作用於時域數據)，並且最 初目的不是通過防止限幅來增加音量。與此相反，根據本發明的系統的目的是使聲音均衡，同時保留FFT (快速傅立葉變換)元(bin)即 譜帶彼此之間的比例。根據本發明，實現了自動揚聲器均衡，具體地是自動中頻範圍增 強壓縮。因此，可以大大改進揚聲器(例如，擴音器)再現的聲音。根據本發明示例性實施例的系統因此可以允許自動均衡，尤其在 汽車中。為此目的，濾波器可以適於以單獨且不同的方式來處理不同 頻域。為了確定濾波器的參數，可以測量該系統要實現的聲學環境中 的聲音，並且由系統執行濾波器適配，使得聲音可以被均衡。根據本 發明的裝置的濾波器可以針對汽車中的駕駛員位置或者針對副駕駛員 的位置而調節。可選地，可以通過對汽車中所有乘客的所有位置進行 插值來執行濾波器適配，使得可以獲得對汽車中所有乘客平均而言提 供最優聲音(在不同需求之間折中)的濾波器。一種可能性是汽車製造商測量車內的聲學特性，並執行一次濾波 計算。然後，可以在車中實現該計算且優化的濾波器，而不再次改變 濾波器配置。可選地，車中的音頻系統可以向用戶提供調節作為預設 值的濾波器參數的機會。為此，可以通過調節過程引導用戶，例如， 通過用戶界面，在該用戶界面中，用戶可以輸入框架條件的參數的希 望值。然後，可以考慮用戶定義的規範，來執行濾波計算。此外，如 果需要，用戶可以重複濾波器優化過程，例如用來針對修改的框架條
件而調節濾波器參數。根據本發明的另一示例性實施例，可以提供這 樣的系統，其中麥克風檢測車中一個或多個特定位置(例如，靠近駕 駛員的位置)處的聲音，並以自適應的方式執行濾波器參數的在線或 實時適配。參考從屬權利要求，描述本發明進一步的示例性實施例。接著，將描述用於處理音頻數據的裝置的示例性實施例。這些實施例也可以應用於處理音頻數據的方法，應用於計算機可讀介質和程序單元。在該裝置中，中頻濾波器單元可以適於以如下方式對音頻數據的 中頻範圍分量進行選擇性濾波將音頻數據的中頻範圍分量的不同頻 率子分量的幅度縮小，使得縮小後的幅度反映所述不同頻率子分量的 原始幅度之間的關係或比例。換句話說，通過縮小中頻範圍，可以避 免中頻音頻分量過度擴大，而過度擴大會導致惡劣或奇怪的聲音。因 此，所述實施例實現了中頻分量幅度的限制以及中頻域中不同子頻帶 之間關係的維持。根據另一實施例，中頻濾波器可以適於以如下方式對音頻數據的 中頻範圍分量進行選擇性濾波對作為音頻數據的中頻範圍分量的不同頻率子分量的l/3八度音程(octave)頻帶的幅度進行縮放，使得縮 放後的幅度反映l/3八度音程頻帶的原始幅度之間的關係。通過將每個 八度音程分為3個頻帶，獲得了足夠精細而對處理資源而言複雜度可接 受的中頻範圍濾波。這也可以允許濾波器參數的實時處理和自適應更 新。採取這種措施，實現了快速計算過程以及足夠精細的分析。然而， 雖然選擇l/3八度音程足夠精細同時複雜度可接受，但是如果希望或有 必要的話，這種選擇當然可以更加精細或者粗略。另外，中頻濾波器單元可以適於以如下方式對音頻數據的中頻範 圍分量進行選擇性濾波對音頻數據的中頻範圍分量的不同頻率子分 量的幅度進行縮放，保留所述不同頻率子分量的幅度之間的比例。通 過保留不同子帶之間的比例或相對強度比例，可以使聲音不會修改太 多，從而不會惡化聆聽者的聲學體驗。除此之外，該裝置可以包括縮放單元，適於通過估計不同頻率子 分量的最大幅度，以及基於所估計的最大幅度與指示幅度上限的預定 閾值，來計算用於對音頻數據的中頻範圍分量的不同頻率子分量的幅 度進行縮放的縮放因子。在這種情況下，首先可以確定不同中頻範圍 子頻帶中哪個具有最高音頻幅度。然後，可以將該最高幅度與最大允 許的閾值相比較，並且如果超出閾值，則減小幅度，以確保再縮放的 幅度不會超過預定閾值。然後可以對中頻域的所有子頻帶採取這種縮 小因子，以將它們縮小，但是維持原始比例。仍然參考前述實施例，中頻濾波器單元可以適於以如下方式對音 頻數據的中頻範圍分量進行選擇性濾波根據所計算的縮放因子，將 音頻數據的中頻範圍分量的所有不同頻率子分量的幅度縮小。換句話 說，可以應用縮放因子來對所有不同中頻子帶分量進行相應地縮小。具體地，中頻濾波器可以適於以如下方式對音頻數據的中頻範圍 分量進行選擇性濾波根據所計算的縮放因子，將音頻數據的中頻範 圍分量的不同頻率子分量的幅度按對數縮小。另外，該裝置可以可選地包括縮放因子調節單元，該單元可以適 於對每個不同頻率子分量單獨調節先前計算的縮放因子。換句話說， 在計算了基本公共縮放因子之後，可以對中頻域中的每個子頻帶單獨 調節縮放因子，以進一步改進處理過的音頻數據在再現時的主觀質量， 並使分析精細。具體地，縮放因子調節單元可以適於通過對不同頻率子分量線性 縮放所計算的縮放因子，來調節所計算的縮放因子。這種線性縮放技 術採用子帶的頻率作為參數，其影響特定子域中調節後縮放因子的值。例如，縮放因子調節單元可以適於調節所計算的縮放因子，使得 針對第一頻率子分量的調節後縮放因子高於針對第二頻率子分量的調 節後縮放因子，其中第一頻率子分量可以包括比第二頻率子分量高的 頻率。根據該實施例，子範圍的頻率越高，縮放因子可以越大。具體 地，調節後的縮放因子可以與每個子範圍的頻率線性相關。另外，中頻濾波器單元可以適於對音頻數據中在作為中頻範圍的約0.3kHz和約8kHz之間的頻率範圍中的分量進行選擇性濾波。然而，所指出的頻率範圍僅是示例性的，並且可以擴展到較小頻率或較大頻 率。根據本發明示例性實施例的裝置還可以包括高頻濾波器單元，可 以適於以如下方式對音頻數據的高頻範圍分量進行選擇性濾波將音 頻數據的高頻範圍分量的不同頻率子分量的幅度固定到恆定的預定 值。也就是說，可以將中頻範圍之上的所有頻率分量設置為固定的幅度值。原因可能是，在例如大於8kHz的高頻，在許多情況下不需要進 行平衡校正以拉平色彩(coloring)。因此，可以對這些增強等級實施 相對的硬限制。這種方案可以允許以低計算負擔，並因此以非常迅速 的方式來計算高頻校正值。高頻濾波器單元可以適於對音頻數據中在中頻範圍之上的頻率 範圍中的分量進行選擇性濾波。具體地，高頻域可以覆蓋約8kHz之上 的所有頻率分量。另外或者可選地，該裝置可以包括極低頻濾波器單元，適於以如 下方式對音頻數據的極低頻範圍分量進行選擇性濾波削減極低頻範 圍分量。極低頻，例如約40Hz之下的頻率，可能是揚聲器系統不能再 現的。因此，可以簡單地將這些頻率值濾除。因此，可以在信號路徑 中省略任何極低頻濾波器。極低頻單元具體地可以適於對音頻數據中在約40Hz之下的頻率範圍中的分量進行選擇性濾波。根據本發明的另一示例性實施例，該裝置可以包括低頻濾波器單 元，適於以如下方式對音頻數據的低頻範圍分量進行選擇性濾波對 極低頻範圍分量進行調整,使得未超過預定最大閾值的幅度保持不變； 而且超過預定最大閾值的幅度被減小到最大閾值。這種低頻濾波器單 元可以適於對極低頻範圍和中頻範圍之間(例如，40Hz和310Hz之間) 的頻率分量進行濾波或處理，在沒有超出最大幅度時可以保持不受濾 波處理的影響。然而，如果是這種情況，則將幅度限制到預定值根據本發明的裝置還可以包括再現單元，用於再現處理後的音頻 數據。換句話說，輸入音頻數據可以被提供給該裝置，可以由濾波器 進行處理，然後可以作為處理過的音頻數據提供給再現單元，用於以 可由聆聽者聽見的方式來再現處理過的音頻數據。因此，用於再現處
理過的音頻數據的裝置可以是揚聲器或耳機。根據本發明的系統的主要應用領域在於處理音頻數據。然而，該系統可以嵌入場景(scenario)中，其中除了音頻數據外，還處理另外 的數據，例如與可視內容相關的數據。因此，本發明可以以視頻數據 處理系統的框架來實現。根據本發明的裝置還可以實現為包括如下各項的組中的一項車 載音頻系統、可攜式音頻播放器、可攜式視頻播放器、頭戴顯示器、 行動電話、DVD播放器、CD播放器、基於硬碟的媒體播放器、互聯 網無線設備、公共娛樂設備、以及MP3播放器。術語"車載音頻系統" 可以具體表示安裝或適於安裝在任何種類交通工具(例如，小汽車、 貨車、卡車、輪船、飛機、或火車)中的音頻系統。然而，優選的應 用領域是客車，其中可能具有特別的聲學特性，可以利用根據本發明 的系統對此進行極好的處理。雖然上述設備涉及本發明的主要應用領 域，但是其他應用也是可能的。根據下文將描述的實施例示例，本發明的上述方面和其他方面將 顯而易見，並且參考這些實施例示例進行描述。


電子娛樂設備變得越來越重要。具體地，越來越多的用戶購買音 頻播放器以及其他娛樂設備，以在客車等交通工具中使用。根據現有技術的電子娛樂設備的一個特徵是可以以用戶定義的 方式來調節音頻數據的可聽再現的特性，例如，通過用戶可控音量控 制或者用戶可控均衡器來調節。已知的音頻播放器具備這樣的特徵。 根據現有技術，用戶手動對車載HiFi系統進行均衡。US 2004/0264714 Al公開了一種音頻歸一化方法。當接收到播放 音頻文件的請求時，可以從媒體庫中或者從音頻文件中檢索音量歸一 化參數，並且可以在播放音頻文件時應用這些參數。
具體實施方式
附圖中的圖示都是示意性的。在不同附圖中，相似或相同的單元具有相同的標記。下面參考圖1，描述根據本發明示例性實施例的用於處理輸入音頻數據101的裝置ioo的示意圖。裝置100包括存儲單元102，其中存儲待播放的音頻內容，包括 輸入音頻數據101。在本示例中，存儲單元102被設計為插入在CD 播放器中。但是，存儲單元102可以是存儲有MP3文件的硬碟等。將輸入音頻數據IOI提供給濾波器單元，用於獲得輸出音頻數據 109。濾波器單元具體的是可選的極低頻濾波器單元103、低頻濾波器 單元104、中頻濾波器單元105和高頻濾波器單元106。極低頻濾波器單元103適於以如下方式對輸入音頻數據101中頻 率低於40Hz的頻率分量進行選擇性濾波削減即消除這些極低頻分 量。因為該極低頻範圍分量在許多情況下不會對輸出音頻數據109做 出重大貢獻(因為揚聲器IIO可能不能夠再現該頻率範圍中的音頻分 量)，所以極低頻濾波器單元104可以在圖1中簡單地省略。但是，在 再現單元也能再現極低頻分量或者極低頻範圍中的分量應該在輸出音 頻數據109中實現時的另一情況中，可以相應地調節該極低頻濾波器 單元103。低頻濾波器單元104可以適於對輸入音頻數據101中40Hz和 310Hz之間頻率範圍中的分量進行選擇性濾波。在該頻率域中，低頻 濾波器單元104可以按照對低頻範圍分量進行調整的方式來對輸入音 頻數據101的該低頻範圍分量進行選擇性濾波。更具體地，這些分量 在其幅度沒有超出其最大閾值(例如，8dB)時可以維持不變，而在 該分量幅度超過最大閾值時可以減小到8dB的最大閾值。另外，圖1示出了中頻濾波器單元105，該中頻濾波器單元105 適於以如下方式對輸入音頻數據101中的中頻範圍分量，具體的是 310Hz和8kHz之間頻率範圍中的分量進行選擇性濾波對輸入音頻 數據101的中頻範圍分量的不同頻率子分量的幅度進行縮放，使得縮 放後的幅度反映不同頻率子分量的原始幅度之間的關係或比例。例如， 可以將中頻劃分為預定數目的子帶或區間，例如分為十五(15)個區 間。然後，可以對十五(15)個區間中的幅度進行縮放(縮小)，使得
一般地保持他們原始的關係。為此，可以將中頻頻帶分為1/3八度音 程(l/3-octave)頻帶，並且可以執行縮小，使得不同頻率子分量的幅 度之間的比例可以得到保留。具體地，中頻濾波器單元105可以包括縮放單元107，該縮放單 元107可以適於基於不同頻率子分量的最大幅度以及基於指示幅度上 限的預定閾值，計算用於對輸入音頻數據101的中頻範圍分量的不同 頻率子分量的幅度進行縮放的縮放因子。例如，估計十五(15)個頻 帶中哪個具有最高幅度。然後將該幅度按照特定縮小因子進行縮小， 該特定縮小因子可以基於預定閾值和所估計的最大幅度之間的比例來 確定。然後，縮放因子調節單元(18)可以進一步調節縮放因子(例如， 可以為四(4))，使得針對十五(15)個頻率子分量中每個一來單獨調 節所計算的縮放因子。具體地，這可以通過對不同頻率子分量來線性 縮放所計算的縮放因子而得以執行。下面將更加詳細地描述該過程。高頻濾波器單元106適於以如下方式對音頻數據101中的高頻範 圍分量(例如，高於8kHz的分量)進行選擇性濾波將音頻數據101 的高頻範圍分量的不同頻率子分量的幅度固定為恆定的預定值，例如 3dB。由濾波單元103至106濾波後的分量可以求和，並可以作為輸出音頻數據109提供給揚聲器iio，揚聲器no然後例如可以在車載環境中以可聽的方式再現處理過的音頻數據109。下面將參考圖2至圖16更加詳細地描述根據本發明的系統的示 例性實施例。根據本發明的一個方面，提供了一種算法，設計用於對揚聲器系 統進行自動均衡。這可以實現用於車廂中，但是不限於這種應用。這 裡，聲場可以受到聲源奇異位置的嚴重影響。另外，車廂的體積較小 以及某些表面可能是高度反射性的事實可能產生明顯的共振，這可以 導致頻率響應的較大改變。下面，參考圖2，示意性地描述根據本發明示例性實施例的算法200。
算法200包括兩部分，即測量和測量調整部分201以及隨後的逆 濾波計算和濾波調整部分202。首先，將更加詳細地描述測量和測量調整部分201。 對每個聲道，可以通過相應的揚聲器播放以48kHz採樣的白噪聲 信號並可以通過聆聽位置處的麥克風來記錄。可以使記錄通過算法 200的另一部分，該部分通過截止頻率為40Hz的二階Butterworth高 通濾波器來對這些記錄濾波，以去除直流(DC)分量。此後，可以估 計噪聲生成與待解釋的第一有用樣本之間的延時。不是代表性的樣本 可以去除。下面，將更加詳細地描述逆濾波計算和濾波調整部分202。 首先，可以進行FFT (快速傅立葉變換)和基準計算。 對於每個聲道(例如，常規汽車中的四個聲道)，可以計算快速傅立葉變換(FFT)。 FFT長度可以設為16.384點。可能需要該頻率解析度(±3Hz)以具有適宜的低端精度。圖3示出了說明傳遞函數"左前揚聲器-駕駛員位置處的麥克風"的FFT的曲線圖300。沿曲線圖300的橫坐標301，按Hz以對數標度繪製了頻率。沿曲線圖300的縱坐標302繪製了以dB計的幅度。為了確定基準(例如0dB)，可以利用50Hz和1000Hz之間的能量的平均來縮放FFT。該頻帶中的能量可能與頭部周圍的麥克風位置無關。圖4示出了說明縮放後的傳遞函數"左前揚聲器-駕駛員位置"的 曲線圖400。精確的低端解析度所需的相對大的FFT長度還意味著準確而不 必要的高端解析度。具有大的高端解析度的均衡濾波器可能由於可能 出現的尖銳峰值而導致不可避免的"振蕩"。因此，FFT可以分為25Hz 至20kHz範圍中的1/3八度音程。第一 1/3八度音程值可以是25Hz、 31.5Hz、 40Hz、 50Hz和63Hz。這可以解釋為什麼之前可以適當地選 擇3Hz的頻率精度。圖5示出了說明按照1/3八度音程頻帶的縮放後傳遞函數"左前 揚聲器-麥克風"的曲線圖500。下面將更加詳細地描述逆濾波計算。需要插入信號部分中以在聆聽位置具有平坦響應的濾波器可以 是傳遞函數的反轉，見圖5。圖示曲線圖600的圖6中示出了該"原始"反轉。 接著，將描述低頻校正。圖1中的濾波器103、 104可以實現該低頻校正。然而，極低頻 濾波器103可以從信號路徑中省略，因為均衡濾波器不必增強揚聲器 系統不能再現的頻率。作為替代，可以將25Hz、 31.5Hz和40Hz頻帶 中的信號削減12dB。這可以給信號提供額外的淨空(headroom)。取 決於需要均衡的揚聲器響應，需要削減更多或更少的低頻帶。此外， 需要減小大的增強等級，以避免失真。最大低音增強等級可以調節。 根據預設，可以將值設置為8dB，並且可以限制低音增強直到250Hz。圖7示出了低音調整的結果，其中圖7圖示了曲線圖700，用於 示出低音增強調整。接著，將解釋中頻範圍校正。圖7示出了在約700Hz和約4kHz之間的頻域中的較大中頻範圍 增強，這是應該避免的。直接的解決方案是硬限制增強等級。聆聽試 驗證明該等級應該最大為3dB。現在，濾波器是簡單的中頻範圍增強， 而非均衡濾波器。這在圖8的曲線圖800中示出。換句話說，圖8示出了曲線圖800，用於說明對700Hz和4kHz 之間的頻域中的中頻範圍進行硬限制。聲音現在可能更明亮，但是可能不是非常平衡。理論上，均衡的 目標是在聆聽位置獲得平坦的傳遞函數。由於大的增強等級，這通常 不能實現。具體地，均衡可以通過精細的校正，拉平相鄰頻率或頻帶 的幅度差。這在圖9中進行了說明，圖9示出了理論均衡相對實際均衡。 圖9示出了第一曲線圖900，該曲線圖用於說明原始傳遞函數。 第二曲線圖901涉及理論均衡，並且示出了傳遞函數。 第三曲線圖902示出了實際均衡，並且示出了傳遞函數。
下面，將描述保留彼此比例關係的中頻範圍增強壓縮。準備了專門的系統，該系統通過保留1/3八度音程頻帶彼此之間 的比例，限制(具體地，壓縮)中頻範圍增強等級。該過程可以自動 進行，並且將在下面進行描述。可以在310Hz和8kHz之間的頻帶中搜索最大(中頻範圍)增強。 可以將該最大值與目標值(設為3dB的標準)相比較，以得到用於整 個中頻範圍的縮小因子。例如，參考圖7，最大中頻範圍增強是12dB (1.25kHz)。可以將 縮小因子計算為12/3 = 4。現在，可以利用該因子以對數方式對整個中頻範圍區域進行縮 小。這實際上是對增強等級的壓縮，因為對數領域的除法可以對應於 線性領域的n次冪方根。在保留彼此比例關係的同時，大增強被減小的幅度可以大於小增 強被減小的幅度24dB(16)變為6dB(2)， 6dB (2)變為1.5dB(1.2)。圖IO所示的曲線圖IOOO示出了中頻範圍縮放的結果，如前所述。然而，根據圖10的中頻範圍增強壓縮或中頻範圍校正可以被進 一步優化，尤其是由於如下兩個原因-首先，可以對310Hz頻帶進行縮放，而不對250Hz頻帶進行縮放。 假設250Hz和310Hz頻帶需要增強10dB。由於中頻範圍縮放，310Hz 例如可以被縮放至2.5dB。於是，過渡增強等級的差異可能太大。其次，感覺上，可以使低中頻帶增強的幅度大於高中頻帶，然後 聽起來比較強烈。因此，可能不必將低中頻增強等級減小與高中頻增 強等級一樣大的幅度，這樣獲得"更平坦"的聲音。下面，將描述利用線性縮放的中頻範圍增強壓縮。由於上述方面的原因，可以引入調節系統，該系統可能能夠在整 個中頻範圍區域上線性縮放縮小因子。中頻範圍區域可以設置在 310Hz和8kHz之間，包含了總共15個頻帶(310Hz到400Hz， 400Hz 到500Hz，500Hz到630Hz，…，5000Hz到6300Hz， 6300Hz到8000Hz)。原始縮小因子通過使用如下公式，可以適配頻帶 "每頻帶的縮放因子=1+ (縮放因子一l) *頻帶號/頻帶數"假設固定的縮小因子為4，則得到如下結果 對310Hz頻帶，縮小因子變為1+ (4—1) *1/15 = 18/15， 對400Hz頻帶，縮小因子變為1+ (4—1) *2/15 = 21/15， 對8kHz頻帶，縮小因子變為l十(4—1) "5/15 = 60/15=4。 310Hz頻帶可以縮小，但是不多。這樣，從250Hz頻帶的原始過 渡可以保持幾乎不變。此外，高中頻帶增強的幅度可以小於低中頻帶， 這可以得到不那麼強烈的聲音。這意味著只有在8kHz處出現標稱最大增強時才可以達到原始目 標值，因為在該處縮小因子達到其完全的大小。實際上，大多數揚聲 器系統可能具有向著較高頻率的自然滾降(roll-off)，因此，最大增強 等級在這些較高頻率處出現的機會相當大。因此一般而言，對高中頻 帶獲得的最大增強等級不會與假定的目標值相差太多。圖11示出了曲線圖1100，用於說明利用線性縮放的中頻範圍壓縮。可能不是非常容易將圖11和圖10進行直觀比較，因為在700Hz以下無增強(削減(cut)沒有被壓縮，因此保持不變)。因此，根據圖12至圖14的曲線圖示出了線性縮放對低中頻帶的影響的例子。原始濾波器根據右聲道傳遞函數測量得出。具體地，圖12示出了未經中頻範圍壓縮的曲線圖1200。 未經中頻範圍壓縮，聲音可能是強烈的(大的增強等級)。 圖13示出了曲線圖1300，用於說明中頻範圍壓縮。 利用中頻範圍壓縮，高中頻聲音將被良好地平衡，但是低中頻聲音仍然可以改進。下面，參考圖14，描述曲線圖1400，用於說明利用線性縮放的中頻範圍壓縮。利用中頻範圍壓縮和線性縮放，可以實現最優中頻範圍均衡。可 以在低中頻聲音中獲得最大平坦的聲音，因為壓縮保留彼此的比例關 系，向著低音(增強)具有完美的交叉。在高中頻聲音中，由於線性 縮放，以精細且按比例的方式將峰谷拉平，得到良好平衡、不強烈的 聲音。頻率切點(cut)保持不變。 下面，參考圖15所示的曲線圖1500，描述高頻校正。 在8kHz以上，可能需要平衡校正，以拉平色彩(coloring)。因 此，可以對這些增強等級施加硬限制。8kHz以上的小增強可以顯著地 加寬立體聲像。因為在車中，對於常規立體聲，前後揚聲器相同地播 放，可以對前聲道施加固定的高音增強(如果必要的話)，並且對後聲 道施加固定的削減。這可以將聲音像拉到聆聽者前方。前聲道中的增強可以固定為+3dB，並且後聲道的削減可以固定 為一3dB (在前後聲道之間給出6dB的差異)。圖15所示的曲線圖1500示出了所述的高頻校正(對於前聲道)。 圖16示出了曲線圖1600，給出了根據本發明的上述實施例的濾 波器操作的概觀。頻域分為低音域1601、中間域1602和高音域1603。低音域1601 進一步分為極低頻區域和低頻區域。參考低音域1601，削減極低頻區 域(一12dB)。利用最大8dB的增強限制來處理低頻區域。在中間域 1602，執行利用線性縮放的中頻範圍壓縮。在高音域1603，對汽車的 前揚聲器，幅度固定為+3dB，而對汽車的後揚聲器，幅度固定為一 3dB。應該注意，術語"包括"並不排除其他單元或步驟，並且單數形 式不排除複數形式。此外，結合不同實施例描述的單元可以組合。還應注意，權利要求中的附圖標記不應理解為對權利要求範圍的 限制。
權利要求
1.一種用於處理音頻數據(101)的裝置(100)，其中，該裝置(100)包括中頻濾波器單元(105)，該中頻濾波器單元(105)適於以如下方式對音頻數據(101)的中頻範圍分量進行選擇性濾波對音頻數據(101)的中頻範圍分量的不同頻率子分量的幅度進行縮放，使得縮放後的幅度反映所述不同頻率子分量的原始幅度之間的關係。
2. 根據權利要求l所述的裝置(100)，其中，中頻濾波器單元 (105)適於以如下方式對音頻數據(101)的中頻範圍分量進行選擇性濾波將音頻數據(101)的中頻範圍分量的不同頻率子分量的幅度 縮小。
3. 根據權利要求l所述的裝置(100)，其中，中頻濾波器單元 (105)適於以如下方式對音頻數據(101)的中頻範圍分量進行選擇性濾波對作為音頻數據(101)的中頻範圍分量的不同頻率子分量的 1/3八度音程頻帶的幅度進行縮放，使得縮放後的幅度反映l/3八度音 程頻帶的原始幅度之間的關係。
4. 根據權利要求l所述的裝置(100)，其中，中頻濾波器單元 (105)適於以如下方式對音頻數據(101)的中頻範圍分量進行選擇性濾波對音頻數據(101)的中頻範圍分量的不同頻率子分量的幅度 進行縮放，保留所述不同頻率子分量的幅度之間的比例。
5. 根據權利要求l所述的裝置(100)，包括縮放單元(107)， 該縮放單元(107)適於通過估計不同頻率子分量的最大幅度，以及基 於所估計的最大幅度與指示幅度上限的預定閾值，來計算用於對音頻 數據(101)的中頻範圍分量的不同頻率子分量的幅度進行縮放的縮放因子。
6. 根據權利要求5所述的裝置(100)，其中，中頻濾波器單元 (105)適於以如下方式對音頻數據(101)的中頻範圍分量進行選擇性濾波根據所計算的縮放因子，將音頻數據(101)的中頻範圍分量 的所有不同頻率子分量的幅度縮小。
7. 根據權利要求5所述的裝置(100)，其中，中頻濾波器單元 (105)適於以如下方式對音頻數據(101)的中頻範圍分量進行選擇性濾波根據所計算的縮放因子，將音頻數據(101)的中頻範圍分量 的不同頻率子分量的幅度按對數方式縮小。
8. 根據權利要求5所述的裝置(100)，包括縮放因子調節單元 (108)，該縮放因子調節單元(108)適於對每個所述不同頻率子分量單獨調節所計算的縮放因子。
9. 根據權利要求8所述的裝置(100)，其中，縮放因子調節單 元(108)適於通過對不同頻率子分量線性縮放所計算的縮放因子，來 調節所計算的縮放因子。
10. 根據權利要求8所述的裝置(100)，其中，縮放因子調節單 元(108)適於調節所計算的縮放因子，使得針對第一頻率子分量的調 節後縮放因子高於針對第二頻率子分量的調節後縮放因子，所述第一 頻率子分量包括比第二頻率子分量高的頻率。
11. 根據權利要求l所述的裝置(100)，其中，中頻濾波器單元(105) 適於對音頻數據(101 )中在作為中頻範圍的約0.3kHz和約8kHz 之間的頻率範圍中的分量進行選擇性濾波。
12. 根據權利要求l所述的裝置(100)，包括高頻濾波器單元(106) ，該高頻濾波器單元(106)適於以如下方式對音頻數據(101) 的高頻範圍分量進行選擇性濾波將音頻數據(101)的高頻範圍分量 的不同頻率子分量的幅度固定到恆定的預定值。
13. 根據權利要求12所述的裝置(100)，其中，高頻濾波器單元 (106)適於對音頻數據(101)中在中頻範圍之上的頻率範圍中的分量進行選擇性濾波。
14. 根據權利要求l所述的裝置(100)，包括極低頻濾波器單元 (103)，該極低頻濾波器單元(103)適於以如下方式對音頻數據(101 )的極低頻範圍分量進行選擇性濾波削減極低頻範圍分量。
15. 根據權利要求14所述的裝置(100)，其中，極低頻濾波器單 元(103)適於對音頻數據(101)中在約0.04kHz之下的頻率範圍中的 分量進行選擇性濾波。
16. 根據權利要求l所述的裝置(100)，包括低頻濾波器單元 (104)，該低頻濾波器單元(104)適於以如下方式對音頻數據(101)的低頻範圍分量進行選擇性濾波對低頻範圍分量進行調節，使得 未超過預定最大閾值的幅度保持不變；而且 超過預定最大閾值的幅度被減小到最大閾值。
17. 根據權利要求16所述的裝置(100)，其中，低頻濾波器單元 (104)適於對音頻數據(101)中在極低頻範圍和中頻範圍之間的頻率範圍中的分量進行選擇性濾波。
18. 根據權利要求l所述的裝置(100)，包括再現單元(110)， 該再現單元(110)適於再現處理後的音頻數據(109)。
19. 根據權利要求l所述的裝置(100)，被實現為包括如下各項 的組中的一項車載音頻系統、可攜式音頻播放器、可攜式視頻播放 器、頭戴顯示器、行動電話、DVD播放器、CD播放器、基於硬碟的 媒體播放器、網際網路無線設備、公共娛樂設備、以及MP3播放器。
20. —種處理音頻數據(101)的方法，其中，該方法包括如下 步驟以如下方式對音頻數據(101)的中頻範圍分量進行選擇性濾波 對音頻數據(101)的中頻範圍分量的不同頻率子分量的幅度進行縮放，使得縮放後的幅度反映所述不同頻率子分量的原始幅度之間的關係。
21. —種計算機可讀介質，其中存儲有處理音頻數據(101)的 電腦程式，該電腦程式在由處理器執行時，適於控制或執行如下方法步驟以如下方式對音頻數據(101)的中頻範圍分量進行選擇性濾波對音頻數據(101)的中頻範圍分量的不同頻率子分量的幅度進行縮放，使得縮放後的幅度反映所述不同頻率子分量的原始幅度之間的關係。
22. —種處理音頻數據(101)的程序單元，該程序單元在由處理器執行時，適於控制或執行如下方法步驟以如下方式對音頻數據(101)的中頻範圍分量進行選擇性濾波 對音頻數據(101)的中頻範圍分量的不同頻率子分量的幅度進行縮放， 使得縮放後的幅度反映所述不同頻率子分量的原始幅度之間的關係。
全文摘要
一種用於處理音頻數據(101)的裝置(100)，其中，該裝置(100)包括中頻濾波器單元(105)，適於以如下方式對音頻數據(101)的中頻範圍分量進行選擇性濾波對音頻數據(101)的中頻範圍分量的不同頻率子分量的幅度進行縮放，使得縮放後的幅度反映所述不同頻率子分量的原始幅度之間的關係。
文檔編號H03G9/02GK101151800SQ200680010003
公開日2008年3月26日 申請日期2006年4月4日 優先權日2005年4月8日
發明者克裡斯託夫·范雷克 申請人:Nxp股份有限公司