專利名稱：用于動態(tài)聲音傳送的系統(tǒng)和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及例如在雙向通信系統(tǒng)(諸如蜂窩式電話和無線電話機(jī))中的音頻重 放。
背景技術(shù)：
環(huán)境噪聲有時(shí)可能干擾音頻信息的傳送。例如在遠(yuǎn)端談話者處在離近端收聽者 遠(yuǎn)的位置處的雙向通信系統(tǒng)中，在對收聽者的位置處的噪聲狀況一無所知的情況下，談 話者可能不采取措施來補(bǔ)償破壞性噪聲事件(瞬時(shí)的或是持續(xù)的)的發(fā)生。例如，不知道 在收聽者位置處有車輛經(jīng)過的談話者可能不提高他/她的話音來保持收聽者的可聽度， 而且即使系統(tǒng)能夠電氣地和機(jī)械地處理這種補(bǔ)償，談話者的話語也可能不被收聽者聽到 或者理解。收聽者在這些情況下不能辨析談話者的講話的原因是公知的被稱為“掩蔽” 的物理現(xiàn)象，即，當(dāng)足夠大聲時(shí)，本地噪聲遮蓋(或者說，掩蔽)了所重放的遠(yuǎn)端聲音信 號。這個(gè)問題當(dāng)然不僅限于雙向通信系統(tǒng)，并且環(huán)境噪聲可以相似地干擾預(yù)先記錄的話 音、正在重放的任何預(yù)先存儲的音頻信息。

發(fā)明內(nèi)容
如在此所述，一種動態(tài)范圍操控系統(tǒng)包括第一輸入，被配置為提供信息信 號；第二輸入，被配置為提供噪聲指示信號；以及處理器，被配置為接收所述信息信號 和所述噪聲指示信號，并且生成基于所述信息信號和所述噪聲信號的功率的確定而增益 受控的輸出信號。進(jìn)而如在此所述，一種音頻重放設(shè)備包括信息源，被配置為提供信息信號； 揚(yáng)聲器，被配置為根據(jù)重放驅(qū)動信號呈現(xiàn)音頻信息；噪聲指示信號源，被配置為提供基 于在所述揚(yáng)聲器的位置處的環(huán)境噪聲的噪聲指示信號；以及處理器，被配置為作為所述 信息信號和所述噪聲指示信號的函數(shù)生成所述重放驅(qū)動信號，所述處理器實(shí)現(xiàn)基于所述 信息信號和所述噪聲信號的功率的確定的重放信號的增益控制。此外，在此描述了一種用于補(bǔ)償重放位置處的環(huán)境噪聲的方法。該方法包括 接收指示環(huán)境噪聲的環(huán)境噪聲信號；接收信息信號；以及生成輸出信號，所述輸出信號 作為所述環(huán)境噪聲信號和所述信息信號中的功率的函數(shù)被控制增益。


合并到說明書中并且構(gòu)成說明書的一部分的附圖示出多個(gè)實(shí)施例的示例，并且 連同示例實(shí)施例的描述一起用于說明實(shí)施例的原理和實(shí)現(xiàn)方式。在附圖中圖1A是使得兩個(gè)用戶能夠遠(yuǎn)距離地彼此通信的雙向音頻通信系統(tǒng)100的示圖。圖1B是圖1A的通信系統(tǒng)100的通信設(shè)備102的框圖。圖2是動態(tài)聲音傳送系統(tǒng)的框圖。
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圖3是可以構(gòu)成圖2的處理器202 (以及圖1B的控制器110)的一部分的動態(tài)范 圍操控系統(tǒng)300的框圖。圖4是與標(biāo)準(zhǔn)短時(shí)傅立葉變換(STFT)處理有關(guān)的框圖。圖5是動態(tài)范圍操控處理的流程圖。圖6是圖5的處理的實(shí)現(xiàn)中所使用的處理模塊或電路的框圖。圖7A是各種壓縮/擴(kuò)展曲線的圖示。圖7B是分頻帶(sub-band)的增益輪廓。圖7C是用于驅(qū)動揚(yáng)聲器206的重放信號的電平的輪廓。
具體實(shí)施例方式在此在用于動態(tài)聲音傳送的系統(tǒng)和方法的上下文中描述示例實(shí)施例。本領(lǐng)域技 術(shù)人員應(yīng)認(rèn)識到，以下描述僅僅是說明性的，并非意圖以任何方式進(jìn)行限制。其它實(shí)施 例對于受益于此公開的本領(lǐng)域技術(shù)人員而言將容易地被想到?，F(xiàn)將詳細(xì)參照附圖中所示 的示例實(shí)施例的實(shí)現(xiàn)。相同的附圖標(biāo)記將在可能的程度一直在附圖中使用，并且以下的 描述用于表示相同或相似的事物。為了清楚，沒有示出和描述在此所描述的各實(shí)現(xiàn)的所有常規(guī)特征。當(dāng)然，應(yīng)理 解，在任何這樣的實(shí)際實(shí)現(xiàn)的開發(fā)中，必須做出大量實(shí)現(xiàn)特有的判斷以實(shí)現(xiàn)開發(fā)者的特 定目的(例如遵從應(yīng)用和商業(yè)有關(guān)的約束)，并且這些特定目的將因?qū)崿F(xiàn)以及開發(fā)的不同 而變化。此外，應(yīng)理解，這樣的開發(fā)努力可能是復(fù)雜且耗時(shí)的，但對于受益于本公開的 本領(lǐng)域技術(shù)人員來說將仍是常規(guī)工程動作。根據(jù)本發(fā)明，可以使用各種類型的操作系統(tǒng)、計(jì)算平臺、計(jì)算機(jī)程序和/或 通用機(jī)器來實(shí)現(xiàn)在此描述的組件、處理步驟和/或數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。另外，本領(lǐng)域技術(shù)人員 應(yīng)認(rèn)識到，在不脫離在此公開的本發(fā)明的構(gòu)思的范圍和精神的情況下，也可以使用具 有較不通用特性的設(shè)備，例如硬連線的設(shè)備、現(xiàn)場可編程門陣列(FPGA)、專用集成 電路(ASIC)等。其中，包括一系列處理步驟的方法通過計(jì)算機(jī)或機(jī)器被實(shí)現(xiàn)，并且 這些處理步驟可被存儲為機(jī)器可讀的一系列指令，它們可被存儲于有形介質(zhì)上，該有 形介質(zhì)例如為計(jì)算機(jī)存儲設(shè)備(例如ROM(只讀存儲器)、PROM(可編程只讀存儲 器)、EEPROM(電可擦除可編程只讀存儲器)、FLASH存儲器、跳線驅(qū)動器(Jump Drive)等)、磁存儲介質(zhì)(例如磁帶、磁盤驅(qū)動器等)、光存儲介質(zhì)(例如CD-ROM、 DVD-ROM、紙卡、紙帶等)、以及其它類型的程序存儲器。在使用數(shù)字信號處理所實(shí)現(xiàn)的處理的上下文中呈現(xiàn)在此描述的示例實(shí)施例。應(yīng) 認(rèn)識到，可以通過可替換的實(shí)現(xiàn)方式(例如使用模擬電路)來實(shí)現(xiàn)每一處理步驟。雖然 支持模擬實(shí)現(xiàn)的硬件將顯得不同于數(shù)字域中的硬件實(shí)現(xiàn)，但各相應(yīng)處理步驟的基本特性 是等同的。因而，在此描述的處理預(yù)期可應(yīng)用于模擬域或數(shù)字域中的任何硬件實(shí)現(xiàn)。圖1A是使得兩個(gè)用戶能夠遠(yuǎn)程地進(jìn)行彼此通信的雙向音頻通信系統(tǒng)100的示 圖。每位用戶配備有通信設(shè)備102，圖1B的框圖更詳細(xì)地示出通信設(shè)備102。各通信設(shè) 備102包括麥克風(fēng)104、揚(yáng)聲器106、收發(fā)器108以及處理器或控制器110。在第一通信
“電路”中，遠(yuǎn)程或遠(yuǎn)端位置處的用戶的話音由該用戶的位置處的通信設(shè)備102的麥克風(fēng) 104拾取，并且通過無線方式或另外的方式被發(fā)送，以由本地或近端用戶的位置處的通信設(shè)備102的揚(yáng)聲器106重放。相似地，在第二通信“電路”中，本地或近端位置處的用 戶的話音由近端通信設(shè)備102的麥克風(fēng)104拾取，并且由遠(yuǎn)程或遠(yuǎn)端位置處的揚(yáng)聲器106重放。通信系統(tǒng)100被看作雙向系統(tǒng)，因?yàn)樗枋龅膬蓚€(gè)通信“電路”。然 而，應(yīng)理解，在此描述的實(shí)現(xiàn)單獨(dú)涉及通信“電路”，故此不限于雙向系統(tǒng)。甚而， 它們也可應(yīng)用于單向系統(tǒng)，在該單向系統(tǒng)中，本地或近端用戶僅能夠收聽到遠(yuǎn)程用戶， 并且未被配備為可對遠(yuǎn)端用戶說話，反之亦然。甚至更一般地，在此描述的實(shí)現(xiàn)可應(yīng)用 于這樣的系統(tǒng)，即不管音頻信息(諸如音樂、聲音信號和預(yù)先記錄的話音)的源的狀態(tài) 或位置如何，該系統(tǒng)都可專用于重放或者呈現(xiàn)音頻信息，而不需要包含遠(yuǎn)程用戶或音頻 源。這樣的系統(tǒng)包括例如便攜式音頻系統(tǒng)以及非便攜式音頻系統(tǒng)，例如隨身聽、光盤播 放器、家庭立體聲、電視機(jī)、個(gè)人數(shù)字助理(PDA)等。在這樣的系統(tǒng)中，不同于雙向通 信系統(tǒng)100，重放不一定被實(shí)時(shí)實(shí)現(xiàn)，也就是說，音頻信息不一定是在其被創(chuàng)建的同時(shí)呈 現(xiàn)。返回圖1B，在該示例中預(yù)期由收發(fā)器108發(fā)送的信息是聲音信號(例如用戶的 話音)，其被麥克風(fēng)104拾取并且被轉(zhuǎn)換為電信號，該電信號被直接地或經(jīng)由所描述的控 制器110轉(zhuǎn)發(fā)到收發(fā)機(jī)。當(dāng)經(jīng)過控制器110時(shí)，拾取的信息可根據(jù)要在通信系統(tǒng)100的 各設(shè)備102之間觀測的協(xié)議和/或特定應(yīng)用被包裝(packaging)為合適傳輸?shù)男问?。在這 種包裝操作(其可以是多種類型的調(diào)制中的一種)之后，例如，信息被轉(zhuǎn)發(fā)到收發(fā)器108 以便傳輸。反之，收發(fā)器108用于通過無線方式或其它方式將其接收到的信息轉(zhuǎn)發(fā)到控 制器110，該控制器110用于“解包(unpackaging)”，并且如下詳述的那樣用于處理并 且操控，以使得當(dāng)信息在揚(yáng)聲器106進(jìn)行重放期間被轉(zhuǎn)換為聲學(xué)形式時(shí)，該信息依舊是 可懂的——或者盡可能多地保留其原始消息或特征——而不管傾聽中的用戶所處的噪聲 環(huán)境如何。收發(fā)機(jī)108被配置為進(jìn)行信息的發(fā)送和/或接收，并且可表現(xiàn)為單個(gè)組件的形 式?？商鎿Q地，可使用專用于這兩種功能中的每一種的分離組件。發(fā)送操作可經(jīng)由例如 經(jīng)調(diào)制的無線電信號無線地進(jìn)行、或者使用傳統(tǒng)電纜連接以有線方式進(jìn)行、或者甚至使 用光纖或通過視線光學(xué)地進(jìn)行。由于在圖1A和圖1B的示例中，遠(yuǎn)端談話者處于遠(yuǎn)離近端收聽者的位置處，因 此談話者可能不知道收聽者的位置處的噪聲狀況，并且由于談話者可能不知道在收聽者 的遠(yuǎn)距位置處的破壞性噪聲事件(瞬時(shí)的或持續(xù)的)的發(fā)生，因而談話者可能不采取措施 來補(bǔ)償它們的發(fā)生。給出一個(gè)簡單的示例，未察覺到在收聽者位置之處有車輛經(jīng)過的談 話者可能不提高話音來保持他/她的對于收聽者的可聽度，并且即使該系統(tǒng)能夠電氣地 和機(jī)械地處理這種補(bǔ)償，但他/她的話語可能不被收聽者聽到或者理解。收聽者在這些 情況下不能辨析談話者的講話的原因是被稱為“掩蔽”的公知物理現(xiàn)象，即，當(dāng)足夠大 聲時(shí)，本地噪聲遮蓋(或者說，掩蔽)了重放的遠(yuǎn)端聲音信號。然而，如在此所述的， 可以使得控制器110察覺到破壞性音頻事件，并且該控制器(如果必要的話，其它組件) 可被配備以采取必要措施來補(bǔ)償它或者使得它的影響最小化。如上所述，雖然在此的描述可是在雙向通信系統(tǒng)的上下文中，但這并非意圖進(jìn) 行限制，還可想到這樣的系統(tǒng)，該系統(tǒng)專用于實(shí)時(shí)地或以其它方式重放音頻信息(諸如音樂、聲音信號和預(yù)先記錄的話音)，而不管音頻信息的源的狀態(tài)或特性如何。圖2示 出這種通用化的應(yīng)用，其中，在動態(tài)聲音傳送系統(tǒng)200中，處理器202對音頻信息源204 提供的音頻信息進(jìn)行操作，在以輸出驅(qū)動或重放信號的形式將其傳送給用于向用戶進(jìn)行 呈現(xiàn)或重放的揚(yáng)聲器206之前，操控該信息并且采取必要措施來補(bǔ)償受危及的收聽環(huán)境 狀況。在系統(tǒng)200中，在重放位置處的環(huán)境音頻噪聲的表示或權(quán)重是由音頻噪聲指示器 208生成的。在這些情況下，倘若尚未可用，那么重放系統(tǒng)可以配備一個(gè)麥克風(fēng)。操控 和補(bǔ)償被實(shí)時(shí)進(jìn)行，并且可是連續(xù)的或表現(xiàn)為離散瞬時(shí)采樣的形式。表示或權(quán)重(下文 中可以稱之為環(huán)境噪聲指數(shù)(indicia)或噪聲指數(shù))被提供給處理器202，處理器202使用 它以及來自信息源204的信息信號在重放時(shí)進(jìn)行必要的補(bǔ)償?？傻贸鲈撝笖?shù)的指示器208可以是簡單的麥克風(fēng)或麥克風(fēng)(例如圖1B的示例麥 克風(fēng)104)的陣列，其用于檢測重放位置處的環(huán)境噪聲?？商鎿Q地(或者作為補(bǔ)充)，噪 聲指數(shù)可被從在該系統(tǒng)中的其它地方執(zhí)行的、或是在用于相同或相關(guān)的目的的或者用于 完全不同目的的被連接的系統(tǒng)中執(zhí)行的輔助處理操作得出。例如，在雙向系統(tǒng)中，噪聲 指數(shù)可以是從在近端處被使用以在存在環(huán)境噪聲的情況下增強(qiáng)外送音頻信號的降噪算法 而得出的。環(huán)境噪聲的確定可通過這種降噪算法以各種方式獲得，并且這種確定操作可 被用于提供動態(tài)聲音傳送系統(tǒng)200改進(jìn)重放所需的噪聲指數(shù)。外送音頻信號的降噪算法 一般使用多頻帶方法，以產(chǎn)生通過相乘而應(yīng)用于外送噪聲信號的一組衰減值。所述衰減 值可以是“0”至“1”之間的數(shù)。當(dāng)應(yīng)用于外送的有噪聲的信號時(shí)，該衰減值通過衰 減被認(rèn)為大部分是或僅是噪聲的有噪聲的信號的部分，而不衰減或較少程度地衰減被看 作期望信號的部分，來減少該信號中的噪聲。動態(tài)聲音傳送系統(tǒng)200可以通過從“1” 減去各衰減值來獲得噪聲指數(shù)。動態(tài)聲音傳送系統(tǒng)200可以將由此得出的“抗衰減”值 應(yīng)用于原始的有噪聲的信號，由此從噪聲指示器208得出噪聲指數(shù)。此外，在以下詳細(xì) 討論的一種變型中，可希望通過如下方式來使用衰減值自身1)對它們進(jìn)行平方，以便 它們表示功率百分比，2)對各頻帶中得到的值進(jìn)行求和，以獲得每頻帶的非噪聲功率的 總百分比量度，3)計(jì)算各頻帶中的原始的有噪聲的信號的總功率，4)將噪聲百分比(其 為100%減去非噪聲功率百分比)乘以總功率，以得到各頻帶中的僅噪聲的功率量度。如下文更詳細(xì)的解釋的那樣，圖2的動態(tài)聲音傳送系統(tǒng)200可被配置為作為多頻 帶動態(tài)范圍處理器操作，其使用壓縮操作來調(diào)整要在有噪聲的近端環(huán)境中被重放的信號 的動態(tài)范圍。系統(tǒng)200可以將選擇性的增益控制應(yīng)用于被用于驅(qū)動揚(yáng)聲器206的輸出重放 信號，所述增益控制是來自信息源204的音頻信息以及來自噪聲指示器208的環(huán)境噪聲狀 況(噪聲指數(shù))二者的函數(shù)。根據(jù)特定情況，輸出驅(qū)動信號的各部分可以不經(jīng)受壓縮， 或者甚至經(jīng)受向下擴(kuò)展。圖3是動態(tài)范圍操控系統(tǒng)300的框圖，該動態(tài)范圍操控系統(tǒng)300可以構(gòu)成圖2的 處理器202 (以及圖1B的控制器110)的一部分。處理器202可以包括具有與以下描述的 功能不同的功能的其它處理模塊或電路。雖然如上所述，動態(tài)范圍操控系統(tǒng)300所執(zhí)行 的處理可以實(shí)現(xiàn)為單頻帶或多頻帶處理，但圖3的示例涉及多頻帶方法。在此，多頻帶 處理中的每個(gè)頻帶將稱為分頻帶，將在兩個(gè)分頻帶處理的上下文中討論該示例實(shí)施例， 但這并非意圖進(jìn)行限制。在示例實(shí)施例中，兩個(gè)分頻帶之間的截頻被選擇為在大約1kHz 處。低于1kHz的音頻信號通常包含可指示語音響度的語音的元音聲，而高于1kHz的音頻信號通常包含更富含信息的輔音聲。更具體地且僅作為示例，下分頻帶從大約50Hz延 伸到大約1kHz，而上分頻帶從大約1kHz延伸到大約3.5kHz。作為兩個(gè)分頻帶示例，信 號處理模塊306提供下分頻帶動態(tài)范圍操控處理，而信號處理模塊308提供上分頻帶動態(tài) 范圍操控處理。單頻帶實(shí)現(xiàn)僅需要信號處理模塊306，其然后將被配置為包括整個(gè)期望的 頻譜，而多分頻帶實(shí)現(xiàn)需要如圖3中虛線所示的信號處理模塊所指示的附加的信號處理 模塊。動態(tài)范圍操控系統(tǒng)300在其第一輸入301處接收音頻噪聲指示信號，并且將該信 號提供給第一頻率分解(frequency decomposition)模塊302，在此，該信號被解析為頻率 單元(frequency bin)或頻帶。如上所述，音頻噪聲指示信號指示重放位置處的環(huán)境噪聲。 動態(tài)范圍操控系統(tǒng)300在第二輸入303處接收音頻信息信號，并且將其提供給第二頻率分 解模塊304。頻率分解模塊304同樣將此音頻信息信號解析為頻率單元或頻帶。在圖1A和圖1B的雙向通信系統(tǒng)中，該音頻信息信號代表來自遠(yuǎn)程遠(yuǎn)端位置的 談話者的話音，該話音由遠(yuǎn)端位置處的通信設(shè)備102的麥克風(fēng)104拾取并且被發(fā)送到近端 通信設(shè)備102，在此處該話音被重放。然而，更一般的是，音頻信息來自于圖2所示的信 息源204，并且可以例如是所存儲的音樂、預(yù)先記錄的話音等，并且不一定限于被實(shí)時(shí)重 放。在示例性的兩個(gè)分頻帶實(shí)施例中，頻率分解模塊302和304均將標(biāo)準(zhǔn)短時(shí)傅立葉 變換(STFT)處理應(yīng)用于來自輸入301和303的各輸入信號。參照圖4的流程圖400說 明該處理。取得信號的時(shí)間采樣(402)，并且將其劃分為多個(gè)幀(404)，對這些幀加窗 (window) (406)(包括乘法的加窗技術(shù)是已知的)?？梢詧?zhí)行零填充(408)，并且在該示例 中使用快速傅立葉變換(FFT)將被填充的時(shí)間數(shù)據(jù)的幀變換(410)到頻域。其它可用的 變換方法包括余弦變換、Hartley變換、小波變換等。作為示例，對于384個(gè)采樣的幀， 使用16比特字和8ksps(每秒千次采樣)的采樣率，這些采樣通過完美重構(gòu)音頻窗而被 加窗并且被填充為512個(gè)采樣以增加結(jié)果的頻率分辨率。因而獲得總數(shù)257個(gè)頻率“單 元”(包括Nyquist頻率和DC半單元(half-bin))。56個(gè)采樣的幀前進(jìn)(frame advance) 用于每秒操作傳送143幀。因而，控制處理以每秒143次的子采樣率而操作，該采樣率大 大高于語音和收聽的調(diào)制率(-30Hz)，但小于8ksps的原始采樣率，以節(jié)省計(jì)算機(jī)功率。在頻域示例實(shí)施例中，各頻率單元被集合成組或分頻帶。在該示例中，從1kHz 到3.5kHz的單元的組形成一個(gè)分頻帶(“上分頻帶”)，從50Hz到1kHz的單元的組形 成分離的、第二分頻帶(“下分頻帶”)。因而，分別構(gòu)成音頻噪聲指示信號和信息信 號的頻域表示的兩個(gè)單元集合均被劃分為兩個(gè)單元組或分頻帶，對于噪聲指示信號和音 頻信息信號中的每一個(gè)提供高分頻帶和低分頻帶。上述實(shí)施例是在頻域中執(zhí)行的。然而，在可替換的時(shí)域?qū)嵤├?，可以通過帶 通濾波器實(shí)現(xiàn)頻率分解。對于兩個(gè)分頻帶的示例，存在兩個(gè)帶通濾波器的兩個(gè)集合，其 中，每個(gè)這種集合包括使得下分頻帶的關(guān)聯(lián)頻率范圍通過的一個(gè)帶通濾波器以及使得上 分頻帶的關(guān)聯(lián)頻率范圍通過的一個(gè)帶通濾波器。兩個(gè)帶通濾波器的集合之一與噪聲指示 信號相關(guān)聯(lián)，并且?guī)V波器的集合中的一個(gè)與音頻信息信號相關(guān)聯(lián)。因而，在該示例 性實(shí)施例中，存在執(zhí)行頻率分解處理的四個(gè)帶通濾波器。通過參照圖5和圖6描述的子處理器306、308產(chǎn)生動態(tài)范圍操控控制信號，圖5示出該處理的流程圖，圖6是在其實(shí)現(xiàn)中所使用的處理模塊或電路的框圖。對于數(shù)據(jù)的 每一幀，對每一分頻帶執(zhí)行圖5所示的處理。對于下分頻帶和上分頻帶中的每一個(gè)，關(guān) 聯(lián)的子處理器306、308進(jìn)行幀功率確定，其形成應(yīng)用于被輸出到揚(yáng)聲器206(圖2)的重 放驅(qū)動信號的增益控制的基礎(chǔ)。為了分別得出對于噪聲和信息信號的幀功率確定，將各 信號的各頻率單元的幅值進(jìn)行平方，并且在分頻帶的頻率范圍上將來自該分頻帶的所有 單元的結(jié)果相加在一起。這在圖5的501、501，以及圖6的601、601，被示出。每一 幀功率確定操作通過601、601’ (例如601a，圖6)內(nèi)的平方電路或模塊以及模塊601、 601’的求和電路(例如601b，圖6)而得以完成，該平方電路或模塊執(zhí)行幅值的平方 運(yùn)算以形成單元功率值，該求和電路執(zhí)行每一信號的各分頻帶內(nèi)的單元功率值的求和運(yùn) 算。所得的單元功率總和值然后被對數(shù)轉(zhuǎn)換器603、603’ (圖6)轉(zhuǎn)換(圖5的503和 503’)為對數(shù)單元功率總和值，為每個(gè)幀提供總共四個(gè)幀功率值一個(gè)與下分頻帶中的 噪聲信號相關(guān)聯(lián)，一個(gè)與下分頻帶中的信息信號相關(guān)聯(lián)，一個(gè)與上分頻帶中的噪聲信號 相關(guān)聯(lián)，一個(gè)與上分頻帶中的信息信號相關(guān)聯(lián)。當(dāng)然，平方運(yùn)算僅是很多可能的功率確 定方法之一，其它方法也可被想到。在本示例中，下分頻帶處理將噪聲下分頻帶幀功率 值的包括單元號3到單元號64在內(nèi)的各單元功率值進(jìn)行求和，并且也對信息下分頻帶幀 功率值進(jìn)行此處理。上分頻帶處理對于噪聲上分頻帶幀功率值和信息上分頻帶幀功率值 將包括單元號65到單元號224在內(nèi)的各單元功率值進(jìn)行求和。然后，如果希望的話，如 圖6中的604、604’所示，每一結(jié)果可通過乘以歸一化值而得以歸一化，歸一化值例如 可以是10，并且其可以對于每一分頻帶和每一信號而不同。由此所獲得的幀功率值因幀不同而變化，噪聲幀功率值尤其如此，并且希望減 少這種變化性。因此，所得的四個(gè)幀功率值的流穿過平滑濾波器605和605’，平滑濾波 器605和605’跟蹤各個(gè)幀功率值。優(yōu)選的是，平滑化操作是在對數(shù)域中執(zhí)行的，從而這 四個(gè)流首先如上所述被轉(zhuǎn)換為對數(shù)功率值的流。平滑化操作在圖5中的505和505’被 示出，并且通常是由圖6中的低通平滑濾波器605和605’所執(zhí)行的低通濾波處理。任
何這樣的低通濾波器是可應(yīng)用的，但在此特定示例中，使用以下方程所描述的濾波器[；；P{ = Plx + max[-々，a. ({l 0 + log St} - P^ )]⑴其中，P,是當(dāng)前幀、信號和分頻帶的被跟蹤的功率，是先前幀的被跟蹤的功 率，a和0是濾波器系數(shù)，是當(dāng)前幀、信號和分頻帶的經(jīng)求和的功率，i是幀指數(shù)。在 本示例中，使用值a = 0.83 (典型值在從大約0.5到大約0.95的范圍中)，^ =0.134(典 型值在從大約0.01到大約0.5的范圍中)。因?yàn)樵肼晭β手稻哂斜刃畔β手蹈蟮淖兓?，并且還可能需要較慢的 響應(yīng)來防止“泵激”聲音特性被引入壓縮系統(tǒng)的最終輸出，所以通過應(yīng)用(507)跟蹤濾 波器607 (它們屬于低通濾波器的類別，并且任何這樣的濾波器通?？蓱?yīng)用于該功能)來 對兩個(gè)分頻帶噪聲幀功率值進(jìn)行進(jìn)一步平滑化。在示例性兩個(gè)分頻帶系統(tǒng)中，該平滑化 操作由如下方程描述N, = 6 丨巧- 丨 (P-N^i) (2)其中，風(fēng)是當(dāng)前幀和分頻帶的經(jīng)平滑化的和被跟蹤的噪聲功率，是先前幀的 經(jīng)平滑化的和被跟蹤的功率，S是濾波器平滑系數(shù)。例如使用值S =0.4(典型值在從大約0.1到大約0.8的范圍中)。在此描述的示例性實(shí)施例中，平滑濾波器605和605’可以具有相同特性，并且 如果它們被實(shí)現(xiàn)為DSP(數(shù)字信號處理器)代碼，則相同代碼可以用于這兩個(gè)濾波器，并 且通過添加跟蹤濾波器607來實(shí)現(xiàn)用于噪聲分量的跟蹤濾波?？商鎿Q地，平滑濾波器605 和跟蹤濾波器607可被組合為單個(gè)濾波器，其可以具有大于濾波器605’的時(shí)間常數(shù)的時(shí) 間常數(shù)。從經(jīng)平滑化的和被跟蹤的噪聲功率，根據(jù)以下方程對于每一分頻帶計(jì)算(509， 609)壓縮拐點(diǎn)值(knee value)K, = H+ u (3)其中，K,是當(dāng)前幀的壓縮拐點(diǎn)值，P是偏移因子。使用值-1.2。參照圖7A中的曲線來解釋壓縮拐點(diǎn)值的意義，圖7A以實(shí)線示出單位增益/零壓 縮曲線，以虛線示出由被示出在大約52dB處的閾值分離的向下擴(kuò)展和適度壓縮的組合， 并且以點(diǎn)劃線示出被閾值分離的向下擴(kuò)展和強(qiáng)壓縮。這三條“壓縮”曲線中的每條曲線 表示在不同的本地噪聲電平的響應(yīng)，其中，實(shí)線表示在低的60dB近端噪聲電平的響應(yīng)， 虛線表示在較大的75dB近端噪聲電平的響應(yīng)，點(diǎn)劃線表示在大的90dB近端噪聲電平的 響應(yīng)。相關(guān)聯(lián)的噪聲電平自身是以水平線示出，實(shí)線噪聲對應(yīng)于實(shí)線“壓縮”曲線，以 此類推。壓縮曲線的在各條對應(yīng)噪聲電平線之上的部分(或者更精確地說，在各條對應(yīng) 噪聲電平線之下大約5dB以上的部分)表示可被近端收聽者以合理的可懂度有效聽到的部 分。也就是說，已知人類可以理解大約_5dB信噪比(SNR)之上的語音。在圖7A的圖線中可見，對于三條“壓縮”曲線，雖然在它們之間對應(yīng)噪聲量不 同，并且在它們之間壓縮量不同，但基于相應(yīng)近端噪聲的可懂度范圍中的每條“壓縮” 曲線的部分對于所有三條曲線是相似的。換句話說，通過使用相應(yīng)于近端環(huán)境噪聲而對 壓縮參數(shù)進(jìn)行自動調(diào)整的控制處理，重放的驅(qū)動信號的動態(tài)范圍可被調(diào)整，當(dāng)本地噪聲 增加時(shí)將信號壓縮到較小的動態(tài)范圍，從而源自人的典型安靜動態(tài)范圍的信號將被壓縮 到表示近端噪聲掩蔽電平之上的可聽區(qū)域的動態(tài)范圍。圖線中的絕對電平是示例，但它 們構(gòu)成可以應(yīng)用于通信系統(tǒng)的電平的合理表示。在示例圖線中，各軸被定標(biāo)為等效聲學(xué) dB SPL。因而，輸入信號軸表示在示例雙向通信系統(tǒng)中用戶能夠直接傾聽遠(yuǎn)端談話者的 情況下在用戶耳朵處的遠(yuǎn)端信號的等效聲學(xué)電平，輸出信號軸表示揚(yáng)聲器所傳送的聲音 的實(shí)際聲學(xué)電平，噪聲信號軸表示本地噪聲的實(shí)際聲學(xué)電平。在511和611，該壓縮拐點(diǎn)值連同經(jīng)平滑化的信號功率一起被用于創(chuàng)建壓縮增益 (或衰減)，隨后其被應(yīng)用于輸入信息信號的各分頻帶，以創(chuàng)建用于驅(qū)動揚(yáng)聲器206(圖2) 的輸出信號。壓縮增益定義如下
權(quán)利要求
1.一種動態(tài)范圍操控系統(tǒng)，包括第一輸入，被配置為提供信息信號；第二輸入，被配置為提供噪聲指示信號；以及處理器，被配置為接收所述信息信號和所述噪聲指示信號，并且生成基于所述信息 信號和所述噪聲信號的功率的確定而增益受控的輸出信號。
2.權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，對于所述信息信號和所述噪聲指示信號中的每一個(gè) 在兩個(gè)分頻帶上執(zhí)行所述功率確定。
3.權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，其中，所述兩個(gè)分頻帶分別在從大約50Hz至大約IkHz的 范圍以及從大約IkHz至大約3.5kHz的范圍中。
4.權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，對于所述信息信號和所述噪聲信號中的至少一個(gè)在 對數(shù)域中進(jìn)行所述功率確定。
5.權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，所述處理器執(zhí)行所述信息信號和所述噪聲信號的至 少一個(gè)的功率的平滑化。
6.權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，所述增益受控的輸出信號使用經(jīng)受平滑化作用的增 益值。
7.—種音頻重放設(shè)備，包括信息源，被配置為提供信息信號；揚(yáng)聲器，被配置為根據(jù)重放驅(qū)動信號呈現(xiàn)音頻信息；噪聲指示信號源，被配置為提供基于在所述揚(yáng)聲器的位置處的環(huán)境噪聲的噪聲指示 信號；以及處理器，被配置為作為所述信息信號和所述噪聲指示信號的函數(shù)生成所述重放驅(qū)動 信號，所述處理器實(shí)現(xiàn)基于所述信息信號和所述噪聲信號的功率的確定的重放信號的增 益控制。
8.權(quán)利要求7所述的音頻重放設(shè)備，其中，對于所述信息信號和所述噪聲指示信號中 的每一個(gè)在兩個(gè)分頻帶上執(zhí)行所述功率的確定。
9.權(quán)利要求8所述的音頻重放設(shè)備，其中，所述兩個(gè)分頻帶分別在從大約50Hz至大 約IkHz的范圍以及從大約IkHz至大約3.5kHz的范圍中。
10.權(quán)利要求7所述的音頻重放設(shè)備，其中，對于所述信息信號和所述噪聲信號中的 至少一個(gè)在對數(shù)域中進(jìn)行所述功率確定。
11.權(quán)利要求7所述的音頻重放設(shè)備，其中，所述處理器執(zhí)行所述信息信號和所述噪 聲信號中的至少一個(gè)的功率的平滑化。
12.權(quán)利要求7所述的音頻重放設(shè)備，其中，所述增益受控的輸出信號使用經(jīng)受平滑 化作用的增益值。
13.權(quán)利要求7所述的音頻重放設(shè)備，其中，所述信息信號是預(yù)先記錄的音頻信息。
14.權(quán)利要求7所述的音頻重放設(shè)備，其中，所述信息信號是實(shí)時(shí)生成的音頻信息。
15.一種用于補(bǔ)償重放位置處的環(huán)境噪聲的方法，包括接收指示所述環(huán)境噪聲的環(huán)境噪聲信號；接收信息信號；以及生成輸出信號，所述輸出信號作為所述環(huán)境噪聲信號和所述信息信號的功率的函數(shù)被控制增益。
16.權(quán)利要求15所述的方法，其中，對于所述信息信號和所述環(huán)境噪聲信號中的每一 個(gè)在兩個(gè)分頻帶上執(zhí)行功率確定。
17.權(quán)利要求16所述的方法，其中，所述兩個(gè)分頻帶分別在從大約50Hz至大約IkHz 的范圍以及從大約IkHz至大約3.5kHz的范圍中。
18.權(quán)利要求15所述的方法，其中，對于所述信息信號和所述噪聲信號中的至少一個(gè) 在對數(shù)域中進(jìn)行功率確定。
19.權(quán)利要求15所述的方法，進(jìn)一步包括所述信息信號和所述噪聲信號中的至少一個(gè) 的功率的平滑化。
20.權(quán)利要求15所述的方法，進(jìn)一步包括平滑化應(yīng)用于所述輸出信號的增益控制值。
21.權(quán)利要求15所述的方法，進(jìn)一步包括從預(yù)先記錄的源生成所述信息信號。
22.權(quán)利要求15所述的方法，進(jìn)一步包括實(shí)時(shí)生成所述信息信號。
全文摘要
一種用于例如音頻重放系統(tǒng)(例如雙向通信系統(tǒng)、移動電話、MP3播放器等)的動態(tài)范圍操控系統(tǒng)獲得重放位置處的環(huán)境噪聲的度量，并且基于該度量以及基于待重放的音頻信號而調(diào)整提供給揚(yáng)聲器的驅(qū)動信號的增益。
文檔編號G10L19/14GK102016984SQ200980115841
公開日2011年4月13日 申請日期2009年5月1日 優(yōu)先權(quán)日2008年5月2日
發(fā)明者J·C·塔恩澤 申請人:杜比實(shí)驗(yàn)室特許公司