音頻信號處理設備的製作方法
2023-05-28 11:23:51
本發明涉及處理接收音頻信號的設備，目的在於改善該接收音頻信號的音頻渲染。
在音頻信號傳輸的領域中，信號由發射器發射，經傳輸信道轉送並且隨後在被再現—典型地以收聽者為對象—之前由接收器接收。傳輸信道可能（主要在射頻技術的情況下）引入幹擾。這些幹擾主要是源自于波的多路徑、信號的衰減以及相鄰信道的存在。這些幹擾對於信號是不利的，並且在接收之後再現時產生令人不愉快的收聽效果。還尋求的是通過在接收時消除幹擾的後果來改善音頻渲染的辦法。
幹擾所導致的效果主要是或者以更激烈的方式出現在音頻高頻或高音中。此外，相對於低音，消除高音更不易於被收聽者的耳朵察覺到。
還已知在存在幹擾時縮減音頻信號的譜的高頻。
然而，這樣的方法有些過於粗暴，因為該方法沒有顧及信號以及高音的高音實際用途。
本發明克服了該缺陷並提出一種音頻信號處理設備，該設備在消除高音之前分析所述高音在信號中的實際用途，僅僅是如果不使用所述高音並且是在不使用所述高音的情況下才消除所述高音。
本發明涉及一種音頻信號處理設備，其包括：
·高音檢測器塊，其能夠分析音頻信號以確定高音比率，
·濾波塊，如果高音比率小於最大閾值，則該濾波塊能夠在高音中衰減音頻信號。
根據另一特徵，該高音檢測器塊包括確定部件，其能夠確定高音比率，比如相比於音頻信號的總能量的在檢測帶中的能量。
根據另一特徵，檢測帶從7khz延伸至13khz。
根據另一特徵，在10khz之上延伸的衰減帶中實現衰減。
根據另一特徵，當高音比率大於或等於最大閾值時，衰減最小，優選地為零。
根據另一特徵，當高音比率小於或等於比最大閾值小的最小閾值時，衰減最大，優選地為全部。
根據另一特徵，衰減在對應於最小閾值的最大衰減與對應於最大閾值的最小衰減之間為線性的。
根據另一特徵，該設備還包括時間塊，其能夠在濾波塊的激活和/或去活時實現時間上的漸變。
本發明還涉及一種包括這樣的處理設備的無線電接收器。
本發明的其它特徵、細節和優點將從與附圖關聯以指示的方式在後文中給出的詳細描述更清楚地顯現，在所述附圖上：
-圖1呈現了適當場合下的處理設備的示意圖，
-圖2圖示了確定高音比率的原理，
-圖3詳細示出了使用高音比率來配置濾波塊，
-圖4詳細示出了濾波塊。
如圖1中圖示那樣，本發明圖示了音頻信號處理設備1。在處理之前，初始音頻信號4典型地出自於接收器（例如，無線電接收器），並且為如下的音頻信號：即在可能的解調之後能夠以收聽者為對象由聲音再現設備（如放大器、揚聲器或等同物）再現的信號。最終的音頻信號5為經本發明改善了的類似的音頻信號。
根據一個實施方式，根據本發明的處理設備1包括高音檢測器塊2和濾波塊3。高音檢測器塊2能夠分析初始音頻信號4以確定高音比率百分比。如果如先前確定的高音比率百分比小於最大閾值smax，則濾波塊3能夠在高音中衰減初始音頻信號4。
因此，通過濾波塊3在高音中衰減如下的初始音頻信號4：該初始音頻信號4包括很少的高音或不包括高音，如由微小的高音比率百分比—因為其小於最大閾值smax—所指示那樣。這是有利的，因為特別是出現在高音中的幹擾的後果由此被衰減。此外，在初始音頻信號4中沒有高音的情況下，幹擾的後果由於未被信號所固有的高音掩蓋而更加聽得到。相反，該衰減對最終音頻信號5其本身幾乎沒有負面後果，因為被這樣衰減過的高音沒有在初始音頻信號4中顯現或很少顯現。
相反地，不對如下的初始音頻信號4進行修改：該初始音頻信號4使用較多的高音，如由高的高音比率百分比—因為其大於最大閾值smax—所指示那樣。以初始音頻信號4的整體來復原初始音頻信號4是優先的。在初始音頻信號4中可能存在可能的幹擾，但是在初始音頻信號4中存在高音的情況下所述幹擾不太聽得到。
高音檢測器塊2根據圖2中圖示的原理來運轉。圖2根據將譜功率p（縱坐標）描繪為頻率f（橫坐標）的函數的圖示來呈現初始音頻信號4的譜視圖。高音檢測器2通過將高音中的能量ea相比於信號總能量et來確定高音比率百分比。高音中的能量ea是針對初始音頻信號4的包括在被稱為檢測帶6的頻帶中的譜部分來確定的。以相同的方式，總能量et是針對譜的整體來確定的。因此，在圖形上能量ea為檢測帶6中被定界在曲線4c之下的、即在檢測截斷頻率fcd右側的面積，並且總能量et為在整個譜中被定界在曲線4c之下的面積。通過比值百分比=ea/et來確定高音比率百分比。
高音檢測器2還有利地使用檢測帶6上的帶通濾波，或者截斷檢測截斷頻率fcd的頻率的高通濾波。
先前已看到，高音檢測器2利用在高音中的檢測來運轉。檢測帶6還有利地被部署在對應於高音的音頻頻率中。檢測帶6的下界限和上界限有利地為可參數化的，以便優化處理設備1的性能。
根據一個實施方式，將下界限或檢測截斷頻率fcd取為大約等於7khz，並將上界限取為大約等於13khz。
計算高音比率百分比的目的是就存在高音與否來表徵初始音頻信號4的輪廓。這樣的高音輪廓一般不需要過於頻繁的確定。過高的確定頻率可能甚至表現出反效應。因此，對於表示音樂片段的初始音頻信號4來說，高音輪廓應當有利地對於音樂片段的全體來說是幾乎相同的。以有損害的方式，過於頻繁的確定可能針對單個音符確定出更尖銳或更低沉的值。
還根據有利的特徵，高音檢測器塊2有利地包括應用統計函數來確定高音比率百分比。該統計函數典型地為在平滑窗口上的時間平均。這樣的函數的時間常數是在對音樂片段的初始音頻信號4的顯著改變（如一時段的結束）的足夠快的檢測與為了不受同一時段內的局部變化的影響而進行的足夠慢的檢測之間的折衷。這樣的時間常數有利地為可配置參數，以便優化處理設備1的性能。
如圖4中圖示那樣，根據由高音檢測器2確定的高音比率百分比，濾波塊3應用衰減。圖4呈現將譜功率p（縱坐標）描繪為頻率f（橫坐標）的函數的譜圖。有利地在稱為衰減帶7的頻帶中實現衰減a，以便在頻率上是選擇性的。先前已看到，有利地在高音中應用該衰減。另外衰減帶7典型地是由下邊界（或衰減截斷頻率fca）以及由典型地對應於音頻信號或可聽到的譜的最高頻率的上邊界限定的。在衰減截斷頻率fca下方，即對於更低的頻率來說，初始音頻信號4幾乎不變。衰減帶7的下邊界（或衰減截斷頻率fca）有利地為可配置的參數，以便優化處理設備1的性能。該下邊界可以優選地被取為等於10khz。
根據一個實施方式，獨特的閾值smax確定是否應用衰減。如果高音比率百分比小於閾值smax則應用最大衰減amax，並且如果高音比率百分比大於閾值smax則應用最小衰減amin。
在整個本文中，最大衰減可以有利地對應於實現在初始音頻信號4的作用帶中對其進行清除的完全衰減。同樣，在整個本文中，最小衰減可以有利地對應於使初始音頻信號4在其作用帶中未被改變的零衰減。
根據圖3中圖示的更進一步的實施方式，其中圖3描繪指示作為高音比率百分比（橫坐標）的函數的衰減a（縱坐標）的圖示，採用比第一最大閾值smax更小的第二閾值（或最小閾值smin）。在該實施方式中，最大閾值smax指示在高音比率百分比大於或等於最大閾值smax時的最小衰減amin與在高音比率百分比小於最大閾值smax時比最小衰減amin更多的衰減之間的轉變。以對稱的方式，最小閾值smin指示在高音比率百分比小於或等於最小閾值smin時的最大衰減amax與在高音比率百分比大於最小閾值smin時比最大衰減amax更少的衰減之間的轉變。
因此，這樣的實施方式提供了在介於兩個閾值smin與smax之間的高音比率百分比範圍上進行的衰減的漸進性。
在兩個閾值smin、smax之間的圖3中的曲線的形狀可以是任意的。然而，該形狀有利地為下降的。因此，有利地與在初始音頻信號4中存在的高音的量相稱地應用衰減。
根據如圖示的優選實施方式，衰減a在兩個閾值之間、即在對應於最小閾值smin的最大衰減點amax與對應於最大閾值smax的最小衰減點amin之間是線性的。
如表示實現衰減的濾波3的示圖的圖4中圖示那樣，如此確定的衰減a獨特地調節在衰減帶7中的濾波3的形狀。
根據另一特徵，設備1還包括未表示出的時間塊。這樣的塊被配置以便實現時間上的漸變。事實上，在轉變時，不論是在濾波塊3從未激活狀態轉為激活狀態時的激活轉變，還是在濾波塊3從激活狀態轉為未激活狀態時的去活處理，都優選避免潛在地對收聽者的耳朵來說不友好的生硬改變。另外這樣的時間塊負責以在時間上漸變的方式（有利地線性地）施用（相應地，去活）濾波塊3。這樣的時間塊典型地是按激活時間ta以及按去活時間td來參數化的。因此，在激活的情況下，在初始時刻t0，時間模塊維持濾波塊3的作用（為零），並且成比例地增大所述作用，直至在時刻t0+ta處獲得完全作用。在去活的情況下，在初始時刻t0，時間模塊維持濾波塊3的完全作用，並且成比例地減小所述作用，直至在時刻t0+td處獲得零作用。
本發明還涉及包括根據前述實施方式中的任一個的這樣的處理設備1的無線電接收器。