專利名稱：使用變形處理的數(shù)字音頻的動(dòng)態(tài)范圍控制與均衡的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般涉及聲學(xué)信號(hào)處理，更特別地涉及使用變形的(warped) 頻譜濾波實(shí)時(shí)地調(diào)整數(shù)字音頻信號(hào)的響度和頻譜內(nèi)容。
背景技術(shù)：
1. 技術(shù)領(lǐng)域及背景響度的時(shí)變修正一般是指動(dòng)態(tài)范圍控制(DRC),而它通常用于 放大安靜的音頻信號(hào)，使得它們變得清晰可聞。頻譜內(nèi)容的靜態(tài)修正 一般是指均衡(EQ)，而它通常用于根據(jù)用戶的偏愛，或者為了補(bǔ) 償比如擴(kuò)音器之類的轉(zhuǎn)換器的不完美響應(yīng)，放大該頻譜的某些部分。 因此，DRC可以用于使音樂(lè)聲帶或者鈴音的響度最大化，反之EQ可 以用于實(shí)現(xiàn)'重低音，。2. 問(wèn)題的確切陳述當(dāng)將數(shù)字音頻信號(hào)源回放給聽眾時(shí)，結(jié)果經(jīng)常是不滿意的，因?yàn)?該音頻源是試圖在不同條件下回放的。例如，用戶將發(fā)現(xiàn)當(dāng)漫步在繁 '1"亡的城市街道時(shí)，難以在便攜式音樂(lè)播放器上聽見 一 首歌曲的安靜部 分。同樣，用戶將發(fā)現(xiàn)當(dāng)使用一套拙劣的耳機(jī)時(shí)，難以聽見音樂(lè)聲帶 中的低音。本發(fā)明致力于原始音頻信號(hào)源實(shí)際上經(jīng)常不適合用戶的聲學(xué)環(huán) 境和用于回放的硬件的問(wèn)題。如果該音頻源是根據(jù)該用戶的需求處理 的，則能夠達(dá)到更好的結(jié)果。特別地，能夠?yàn)橐粋€(gè)便攜設(shè)備的用戶產(chǎn) 生一致的響度，并保證聲學(xué)輸出決不會(huì)太安靜并且用戶可以清晰地聽 到是有利的。3. 現(xiàn)有技術(shù) 均衡(EO)iiEQ的目的是修改信號(hào)的幅度頻譜。EQ的相位響應(yīng)僅在感覺(jué)中重 要，它作為頻率的函數(shù)必須不能變化得太快。憑經(jīng)驗(yàn)法則，群延時(shí)函 數(shù)的最大值與最小值之間的差應(yīng)該不大于3ms。只要滿足這個(gè)限制， 相位響應(yīng)就不重要了 。期望的EQ的幅度響應(yīng)通常由一組增益定義，例如5,其中每個(gè) 增益指定某個(gè)頻段內(nèi)的一個(gè)目標(biāo)幅度響應(yīng)。頻段通常不是均勻間隔 的，以致它們?cè)诘皖l相對(duì)窄而在高頻相對(duì)寬。來(lái)自EQ的輸出隨后可 以通過(guò)級(jí)聯(lián)一組峰值和斜坡(shelving)濾波器，或者通過(guò)疊加來(lái)自 一組低通、高通和帶通濾波器的輸出來(lái)進(jìn)行計(jì)算。由于得到的幅度響 應(yīng)易于預(yù)測(cè)(它是單個(gè)幅度響應(yīng)的產(chǎn)物)所以級(jí)聯(lián)是最自然的選擇， 而疊加能夠?qū)е虏豢深A(yù)測(cè)的干擾，除非單個(gè)濾波器的相位響應(yīng)相同。 線性相位FIR (有限沖激響應(yīng))濾波器在較低頻段運(yùn)行非常昂貴，所 以IIR (無(wú)限沖激響應(yīng))濾波器是實(shí)際上最普遍使用的，特別是2階 IIR濾波器。實(shí)現(xiàn)峰值和斜坡濾波器級(jí)聯(lián)有不同的方式。 一種簡(jiǎn)單的 方法混合來(lái)自全通濾波器的輸出與 一 個(gè)直接的信號(hào)，該信號(hào)如由 P.A.Regalia和 S.K.Mitra發(fā)表在 IEEE Transactions on Acoustics, Speech, and Signal processing, 1987年1月，ASSP-35巻，118-120頁(yè) 的 "Tunable Digital Frequency Response Equalization Filters" 中所述。 一種基于相同技術(shù)的更復(fù)雜的方法可以用于設(shè)計(jì)所謂"多級(jí)濾波器，，， 其如由R.Ansari發(fā)表在IIEEE Trans. Circuits and Systems, 1986年3 月，Cas-33巻，337-341頁(yè)的"Multi-level IIR Digital Filters"中所述。當(dāng)許多信號(hào)疊加在一起時(shí)，它們的和取決于單個(gè)信號(hào)的相位。在 C.Maag、 L.Parker和Q.Jensen的美國(guó)專利No.5，892,833 "Gain and Equalization System and Method"中公開了通過(guò)將來(lái)自許多IIR濾波器 的輸出疊加在一起有可能實(shí)現(xiàn)低的群延時(shí)以及對(duì)目標(biāo)幅度響應(yīng)的良 好的近似值。在P.P.Vaidyanathan、 Prentice Hall 1993年的"Multrate Systems and Filter Banks"的4.6.5節(jié)中描述了如何利用多相位實(shí)現(xiàn)來(lái) 制作可調(diào)整的多級(jí)濾波器。來(lái)自該濾波器的輸出是來(lái)自 一個(gè)濾波器族 的輸出的總和，而當(dāng)該濾波器族的元件是第M頻段濾波器(也稱作
奈奎斯特濾波器)的多相位部件時(shí)，保證全部頻率響應(yīng)在任何地方都 是平滑的(在過(guò)渡區(qū)域不出現(xiàn)不可預(yù)測(cè)的相位非自然信號(hào))。關(guān)于上述方法的主要問(wèn)題是，當(dāng)單個(gè)濾波器的帶寬完全不同時(shí)， 它們不是非常合適，并且由于人耳對(duì)音調(diào)的感覺(jué)大致上是對(duì)數(shù)的，所以期望EQ按照對(duì)數(shù)頻標(biāo)而不是按照線性頻標(biāo)修改頻譜內(nèi)容。 一種已 有的叫^敝頻率變形(frequency warping )的4支術(shù)，允許將FIR濾波器 的特性映射到近似對(duì)數(shù)頻標(biāo)上(頻率變形也可以施加到IIR濾波器上， 但是它們變得對(duì)噪聲和舍入誤差非常敏感，它們實(shí)際上很少使用)。 1999年10月17-20日由C.Asavathiratham、 P.E.Beckmann、 A.V.Oppenheim發(fā)表在紐約州紐柏茲市召開的關(guān)于音頻及聲學(xué)信號(hào)處 理應(yīng)用的專題研討會(huì)的Proc,1999 IEEE年報(bào)，55-58頁(yè)，的"Frequency Warping in the Design and Implementation of Fixed-Point Audio Equalizers"中進(jìn)行了描述，即以16位固定點(diǎn)精度實(shí)現(xiàn)的頻率變形如 何能夠用于均衡擴(kuò)音器的響應(yīng)。由A.Makur， S.K.Mitra發(fā)表在IEEE Trans. Circuits and Systems I: Fundanmental Theory and Application, 2001年9月，Vol.48, No.9， 1080-1093頁(yè)的"Warped Discrete—Fourier Transform: Theory and Applications"中進(jìn)4亍了描述，即如何實(shí)現(xiàn)變形 的離散傅立葉變換(WDFT) 。 WDFT是一個(gè)塊變換，如果其接下來(lái) 是反WDFT的話，能夠用于實(shí)現(xiàn)EQ。動(dòng)態(tài)范圍控制(DRC)有兩種類型的DRC:全波段和多波段。全波段DRC將單個(gè)的時(shí) 變?cè)鲆媸┘佑谳斎胄盘?hào)，而多波段DRC利用一組時(shí)變?cè)鲆嬲{(diào)整許多 頻段內(nèi)的信號(hào)電平。多波段DRC本質(zhì)上運(yùn)行增益由輸入信號(hào)計(jì)算的 時(shí)變EQ,這意味著多波段DRC包含EQ作為它的部件之一。由于諸 如相位的非自然信號(hào)在增益時(shí)變的時(shí)候比它們是常數(shù)時(shí)更加清晰可 聞，所以該DRC內(nèi)部的EQ的性能甚至比該EQ用作獨(dú)立應(yīng)用時(shí)更加 重要。由該DRC施加的增益是由輸入信號(hào)的電平計(jì)算的。全波段DRC
估計(jì)全部輸入電平，而多波段DRC估計(jì)每個(gè)頻段中的電平。電平估 計(jì)被轉(zhuǎn)換為來(lái)自指定作為輸入電平的函數(shù)的輸出電平的所謂壓縮曲 線的增益，其中的輸入和輸出電平以dB為單位。該增益不是立即被 轉(zhuǎn)換，而是以一個(gè)取決于當(dāng)前增益要增加還是要降低的時(shí)間常數(shù)指數(shù) 地收斂于其目標(biāo)值。如果該增益降低，則該時(shí)間常數(shù)稱為起始時(shí)間。 如果該增益增加，則該時(shí)間常數(shù)稱為釋放時(shí)間。通常，該釋放時(shí)間幅 度的量級(jí)至少大于該起始時(shí)間，而起始時(shí)間和釋放時(shí)間二者在高頻通 常短于低頻。為了補(bǔ)償電平估計(jì)所必需的處理中的固有延時(shí)，插入超 前延時(shí)，而且這也允許DRC預(yù)見輸入信號(hào)電平中的突然變化。例如， 如果一個(gè)安靜的部分接下來(lái)是一個(gè)響亮的瞬間，該DRC能夠在該瞬 間之前的幾個(gè)毫秒降低增益，以致全面響度大致上保持恒定。DRC上面的說(shuō)明很容易在教科書中獲得(例如，見U.zmzer、 John Wiley & Sons的"Digital Audio signal Processing" 1997片反第七章)。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是提供一種用于利用變形的頻譜信號(hào)處理實(shí)時(shí)地 調(diào)整數(shù)字音頻信號(hào)的響度和頻譜內(nèi)容的新穎的方法。根據(jù)本發(fā)明的第一個(gè)方面， 一種用于數(shù)字信號(hào)的動(dòng)態(tài)范圍控制和 均衡的變形處理模塊，包括 一個(gè)變形延時(shí)線，響應(yīng)于具有預(yù)先選擇 的采樣頻率的數(shù)字信號(hào)，用于提供N+l個(gè)具有預(yù)先確定或者可任選改變的變形因數(shù)入的變形延時(shí)線信號(hào)Wo、 .....WN，該變形因數(shù)確定非線性頻標(biāo)因數(shù)以定義對(duì)應(yīng)于所述預(yù)先選擇的采樣頻率的一半的 頻率范圍內(nèi)的多個(gè)非線性標(biāo)度頻段，其中N是值至少為1的整數(shù)；一個(gè)變形濾波器塊，響應(yīng)于所述N+1個(gè)變形延時(shí)線信號(hào)Wo、 .....WN，用于基于在所述多個(gè)非線性標(biāo)度頻段中的N+l個(gè)變形延時(shí)線信號(hào)Wo、 ..... WN的變形頻譜濾波，提供變形濾波器塊輸出信號(hào)，其中每個(gè)非線性標(biāo)度頻段的信號(hào)增益被獨(dú)立地設(shè)置；以及一個(gè)動(dòng)態(tài)范 圍控制/均衡(DRC/EQ)塊，響應(yīng)于所述變形濾波器塊輸出信號(hào)，用 于提供DRC/EQ輸出信號(hào)，從而基于所述變形濾波器塊輸出信號(hào)，提
供所述數(shù)字信號(hào)的所述動(dòng)態(tài)范圍控制、均衡，或者所述動(dòng)態(tài)范圍控制 和所述均衡二者。還根據(jù)本發(fā)明的第 一個(gè)方面，該非線性標(biāo)度頻段可以在近似對(duì)數(shù) 頻標(biāo)上定義。還根據(jù)本發(fā)明的第 一 個(gè)方面，該變形濾波器塊可以包含K個(gè)變形 有限沖激響應(yīng)濾波器，其中K是值至少為1的整數(shù)，并且所述K個(gè) 變形有限沖激響應(yīng)濾波器的每一個(gè)是響應(yīng)于所述N+l個(gè)變形延時(shí)線信號(hào)Wo、 W！..... WN,而其中所述K個(gè)變形有限沖激響應(yīng)濾波器的每一個(gè)提供相應(yīng)的頻段輸出信號(hào)，并且所述變形濾波器輸出信號(hào)包 括所述K個(gè)頻段輸出信號(hào)。此外，該動(dòng)態(tài)范圍控制/均衡(DRC/EQ) 塊可以包含K個(gè)DRC/EQ頻段塊，而所述K個(gè)DRC/EQ頻段塊的每 一個(gè)響應(yīng)于所述K個(gè)頻段輸出信號(hào)的相應(yīng)一個(gè)，并提供所述K個(gè)頻 段輸出信號(hào)的所述相應(yīng)的一個(gè)的動(dòng)態(tài)范圍控制、均衡或者動(dòng)態(tài)范圍控 制和均衡二者，而其中所述K個(gè)DRC/EQ頻段塊的每一個(gè)提供相應(yīng) 的DRC/EQ頻段輸出信號(hào)，而所述DRC/EQ輸出信號(hào)包括所述K個(gè) DRC/EQ頻段輸出信號(hào)。仍然還是根據(jù)本發(fā)明的第一個(gè)方面，該變形濾波器塊可以包含K 個(gè)第M頻段濾波器，其中K是值至少為1的整數(shù)，而所述K個(gè)第M 頻段濾波器的每一個(gè)是響應(yīng)于所述N+l個(gè)變形延時(shí)線信號(hào)W0、Wi.....WN，而其中所述K個(gè)第M頻段濾波器的每一個(gè)提供相應(yīng)的頻段輸出信號(hào)，而所述變形濾波器輸出信號(hào)包括所述K個(gè)頻段輸出信 號(hào)。還根據(jù)本發(fā)明的第 一 個(gè)方面，該變形處理模塊可以嵌入到稱為濾 波器族的分析與合成濾波器塊之間。此外，該分析濾波器塊可以是響 應(yīng)于具有采樣頻率fs并且在從0到fs/2范圍內(nèi)的音頻輸入信號(hào)，而所樣頻率fsr=fs/P并且在低頻分支中的所述數(shù)字信號(hào)，并且可以提供至 少一個(gè)具有降低的采樣頻率fsr=fs/p并且在高頻分支中的補(bǔ)充數(shù)字信號(hào)，其中P〉l。此外，濾波器合成塊可以是響應(yīng)于具有降低的采樣
頻率fsr=fs/P的該DRC/EQ輸出信號(hào)，并且響應(yīng)于所述至少一個(gè)具有 降低的采樣頻率fsr=fs/P的補(bǔ)充輸出信號(hào)，并且可以提供具有采樣頻 率fs并且在從0到f/2的相應(yīng)的頻率范圍中的數(shù)字音頻輸出信號(hào)。仍然還是根據(jù)本發(fā)明的第一個(gè)方面，P可以等于2,而濾波器分 析塊可以是二通道正交鏡像濾波器分析塊，所述濾波器合成塊可以是 二通道正交鏡像濾波器合成塊，所述至少一個(gè)補(bǔ)充輸入信號(hào)可以是補(bǔ) 充輸入信號(hào)，所述至少一個(gè)補(bǔ)充輸出信號(hào)可以是補(bǔ)充輸出信號(hào)，所述 低頻分支可以在從0到fs/4的頻率范圍內(nèi)，所述高頻分支可以在從f;/4 到fs/2的頻率范圍內(nèi)，而該濾波器族可以是二通道正交鏡像濾波器族。 此外，該變形處理塊可以是響應(yīng)于該數(shù)字信號(hào)而所述DRC/EQ輸出信該補(bǔ)充數(shù)字信號(hào)可以提供給補(bǔ)充模塊，而所述補(bǔ)充輸出信號(hào)可以由補(bǔ) 充模塊在所述高頻分支中生成，以在將低頻與高頻分支分開的交叉頻 率fs/4處匹配低頻與高頻分支中的處理。此外，該補(bǔ)充沖莫塊可以包括 一個(gè)匹配延時(shí)模塊，響應(yīng)于該補(bǔ)充數(shù)字信號(hào)，用于提供匹配的延時(shí)信 號(hào)以在交叉頻率fs/4處匹配由于通過(guò)該變形濾波器塊的所述變形頻譜 濾波的低頻分支的頻率依賴延時(shí)；和一個(gè)可變?cè)鲆鎵K，響應(yīng)于所述匹 配的延時(shí)信號(hào)并響應(yīng)于高頻段增益信號(hào)，用于提供補(bǔ)充輸出信號(hào)以在低頻分支的頻率依賴增益。此外，該高頻段增益信號(hào)可以是由該變形 處理模塊處理的多個(gè)所述非線性標(biāo)度頻段的最高頻段的增益，而所述 高頻段增益信號(hào)可以由動(dòng)態(tài)范圍控制/均衡(DRC/EQ)塊提供。仍然根據(jù)本發(fā)明的第 一個(gè)方面，該變形處理模塊可以嵌入到稱為 二通道正交鏡像濾波器族的二通道正交鏡像濾波器分析與合成塊之 間，而所述變形濾波器塊可以包含K個(gè)變形有限沖激響應(yīng)濾波器，其 中K是值至少為1的整數(shù)，而所述K個(gè)變形有限沖激響應(yīng)濾波器的每一個(gè)是響應(yīng)于所述N+1個(gè)變形延時(shí)線信號(hào)Wo、 W！.....WN，而其中所述K個(gè)變形有限沖激響應(yīng)濾波器的每一個(gè)提供相應(yīng)的頻段輸 出信號(hào)，而所述變形濾波器輸出信號(hào)包括所述K個(gè)頻段輸出信號(hào)。 仍然根據(jù)本發(fā)明的第 一 個(gè)方面，該變形處理模塊可以嵌入到稱為 二通道正交鏡像濾波器族的二通道正交鏡像濾波器分析與合成塊之間，而所述變形濾波器塊可以包含K個(gè)第M頻段濾波器，其中K是 值至少為1的整數(shù)，而所述K個(gè)第M頻段濾波器的每一個(gè)是響應(yīng)于所述N+1個(gè)變形延時(shí)線信號(hào)Wo、 W！..... WN,而其中所述K個(gè)第M頻段濾波器的每一個(gè)提供相應(yīng)的頻段輸出信號(hào)，而所述變形濾波器 輸出信號(hào)包括所述K個(gè)頻段輸出信號(hào)。仍然根據(jù)本發(fā)明的第 一個(gè)方面，該變形處理模塊可以包含在便攜 式電子設(shè)備、電子通信設(shè)備、移動(dòng)電子設(shè)備或移動(dòng)電話中。根據(jù)本發(fā)明的第二個(gè)方面， 一 種用于利用變形處理進(jìn)行音頻輸入 信號(hào)的動(dòng)態(tài)范圍控制及均衡的變形濾波器族，包括 一個(gè)二通道正交 鏡像濾波器(MQF)分析塊，響應(yīng)于具有采樣頻率fs并在從0到fs/2 的相應(yīng)的頻率范圍內(nèi)的音頻輸入信號(hào)，用于提供具有降低的采樣頻率 fsr=fs/2并且在頻率范圍從0到fs/4的相應(yīng)的低頻分支中的數(shù)字信號(hào)， 用于提供具有該降低的采樣頻率fsr=fs/2并且在頻率范圍從fs/4到fs/2 的相應(yīng)的低頻分支中的補(bǔ)充數(shù)字信號(hào)； 一個(gè)低頻分支的變形處理模 塊，響應(yīng)于該數(shù)字信號(hào)，用于利用在所述低頻分支內(nèi)的多個(gè)非線性標(biāo) 度頻段中的變形處理，提供具有該降低的采樣頻率fsr=fs/2的DRC/EQ 輸出信號(hào)； 一個(gè)高頻分支的補(bǔ)充模塊，響應(yīng)于所述補(bǔ)充數(shù)字信號(hào)，用 于提供具有該降低的采樣頻率fsr=fs/2的補(bǔ)充輸出信號(hào)，以在將低頻與 高頻分支分開的交叉頻率fs/4處匹配低頻與高頻分支中的處理；和一 個(gè)二通道正交鏡像濾波器(MQF)合成塊，響應(yīng)于該DRC/EQ輸出信 號(hào)和該補(bǔ)充輸出信號(hào)，用于提供具有該采樣頻率fs的數(shù)字音頻輸出信 號(hào)，從而利用所述變形處理提供所述音頻輸入信號(hào)的所述動(dòng)態(tài)范圍控 制、均衡、或者所述動(dòng)態(tài)范圍控制和所述均衡二者。還根據(jù)本發(fā)明的第二個(gè)方面，該變形處理模塊可以包括 一個(gè)變 形延時(shí)線，響應(yīng)于該數(shù)字信號(hào)，用于提供N+1個(gè)具有預(yù)先確定或者可任選改變的變形因數(shù)入的變形延時(shí)線信號(hào)Wo、 .....WN,變形因數(shù)確定用于定義在所述低頻分支內(nèi)的多個(gè)非線性標(biāo)度頻段的非線性 頻標(biāo)因數(shù)，其中N是值至少為1的整數(shù)； 一個(gè)變形濾波器塊，響應(yīng)于所述N+l個(gè)變形延時(shí)線信號(hào)Wo、 W！.....WN,用于基于所述多個(gè)所述非線性標(biāo)度頻段中的所述N+1個(gè)變形延時(shí)線信號(hào)Wo、 .....WN的變形頻譜濾波，提供變形濾波器塊輸出信號(hào)，其中每個(gè)非線性 標(biāo)度頻段的信號(hào)增益被獨(dú)立地設(shè)置；和 一 個(gè)動(dòng)態(tài)范圍控制/均衡 (DRC/EQ)塊，響應(yīng)于所述變形濾波器塊輸出信號(hào)，用于提供 DRC/EQ輸出信號(hào)，從而基于所述變形濾波器塊輸出信號(hào)，提供所述 數(shù)字信號(hào)的所述動(dòng)態(tài)范圍控制、均衡，或者所述動(dòng)態(tài)范圍控制和所述 均衡二者。此外，該變形濾波器塊可以包含K個(gè)變形有限沖激響應(yīng)濾 波器，其中K是值至少為1的整數(shù)，并且所述K個(gè)變形有限沖激響應(yīng)濾波器的每一個(gè)是響應(yīng)于所述N+1個(gè)變形延時(shí)線信號(hào)WQ、 Wi.....WN，而其中所述K個(gè)變形有限沖激響應(yīng)濾波器的每一個(gè)提供相應(yīng)的 頻段輸出信號(hào)，并且所述變形濾波器輸出信號(hào)包括所述K個(gè)頻段輸出 信號(hào)。此外，該動(dòng)態(tài)范圍控制/均衡(DRC/EQ )塊可以包含K個(gè)DRC/EQ 頻段塊，而所述K個(gè)DRC/EQ頻段塊的每一個(gè)是響應(yīng)于所述K個(gè)頻 段輸出信號(hào)的相應(yīng)的一個(gè)，并提供所述K個(gè)頻段輸出信號(hào)的所述相應(yīng) 的一個(gè)的動(dòng)態(tài)范圍控制、均衡或者動(dòng)態(tài)范圍控制和均衡二者，而其中 所述DRC/EQ頻段塊的每一個(gè)提供相應(yīng)的DRC/EQ頻段輸出信號(hào)，而 所述DRC/EQ輸出信號(hào)包括所述K個(gè)DRC/EQ頻段輸出信號(hào)。此外， 該變形濾波器塊可以包含K個(gè)第M頻段濾波器，其中K是值至少為 1的整數(shù)，而所述K個(gè)第M頻段濾波器的每一個(gè)是響應(yīng)于所述N+l個(gè)變形延時(shí)線信號(hào)Wo、 W！..... WN,而其中所述K個(gè)第M頻段濾波器的每一個(gè)提供相應(yīng)的頻段輸出信號(hào)，而所述變形濾波器輸出信號(hào) 包括所述K個(gè)頻段輸出信號(hào)。還根據(jù)本發(fā)明的第二個(gè)方面，該非線性標(biāo)度頻段可以在近似對(duì)數(shù) 頻標(biāo)上定義。仍然根據(jù)本發(fā)明的第二個(gè)方面，該補(bǔ)充模塊可以包括 一個(gè)匹配 延時(shí)模塊，響應(yīng)于該補(bǔ)充數(shù)字信號(hào)，用于提供匹配的延時(shí)信號(hào)以在交 叉頻率fs/4處匹配由于通過(guò)該變形濾波器塊的所述變形頻譜濾波的低
頻分支的頻率依賴延時(shí)；和一個(gè)可變?cè)鲆鎵K，響應(yīng)于所述匹配的延時(shí) 信號(hào)并響應(yīng)于高頻段增益信號(hào)，用于提供補(bǔ)充輸出信號(hào)以在交叉頻率 fs/4處匹配由于通過(guò)該變形濾波器塊的所述變形頻譜濾波的低頻分支 的頻率依賴增益。此外，該高頻段增益信號(hào)可以是由該變形處理模塊 處理的多個(gè)所述非線性標(biāo)度頻段的最高頻段的增益，而所述高頻段增 益信號(hào)可以由動(dòng)態(tài)范圍控制/均衡(DRC/EQ)塊提供。還根據(jù)本發(fā)明的第二個(gè)方面，該二通道正交鏡像濾波器分析塊與 合成塊可以基于預(yù)先確定的標(biāo)準(zhǔn)來(lái)設(shè)計(jì)，以降低在交叉頻率f;/4周圍 的交叉頻率區(qū)域中的該DRC/EQ輸出信號(hào)與補(bǔ)充輸出信號(hào)之間的偽 信號(hào)(aliasing )。仍然根據(jù)本發(fā)明的第二個(gè)方面，該變形濾波器族可以包含在便攜 式電子設(shè)備、電子通信設(shè)備、移動(dòng)電子設(shè)備或移動(dòng)電話中。根據(jù)本發(fā)明的第三個(gè)方面， 一種利用變形處理模塊的具有預(yù)先選 擇的采樣頻率的數(shù)字信號(hào)的動(dòng)態(tài)范圍控制和均衡的方法，包括下列步 驟提供N+l個(gè)具有預(yù)先確定或者可任選改變的變形因數(shù)A的變形延時(shí)線信號(hào)Wo、 Wi.....WN,該變形因數(shù)確定用于定義對(duì)應(yīng)于所述預(yù)先選擇的采樣頻率的一半的頻率范圍內(nèi)的多個(gè)非線性標(biāo)度頻段的非線性頻標(biāo)因數(shù)，所述N+l個(gè)變形延時(shí)線信號(hào)Wo、 Wi.....Wn是由所述變形處理模塊的變形延時(shí)線響應(yīng)于具有所述預(yù)先選擇的采樣頻 率的數(shù)字信號(hào)所提供的；由所述變形處理模塊的一個(gè)變形濾波器塊，響應(yīng)于所述N+l個(gè)變形延時(shí)線信號(hào)W。、 Wi..... WN，基于所述多個(gè)所述非線性標(biāo)度頻段中的所述N+1個(gè)變形延時(shí)線信號(hào)Wo、 W,.....Ww的變形處理，提供變形濾波器塊輸出信號(hào)，其中每個(gè)非線性標(biāo)度 頻段的信號(hào)增益被獨(dú)立地設(shè)置；以及由所述變形處理模塊的動(dòng)態(tài)范圍 控制/均衡(DRC/EQ)塊，響應(yīng)于所述變形濾波器塊輸出信號(hào)，提供 DRC/EQ輸出信號(hào)，從而提供所述數(shù)字信號(hào)的所述動(dòng)態(tài)范圍控制、均 衡，或者所述動(dòng)態(tài)范圍控制和所述均衡二者。還根據(jù)本發(fā)明的第三個(gè)方面，該非線性標(biāo)度頻段可以在近似對(duì)數(shù) 頻標(biāo)上定義。 還根據(jù)本發(fā)明的第三個(gè)方面，該變形濾波器塊可以包含K個(gè)變形 有限沖激響應(yīng)濾波器，其中K是值至少為1的整數(shù)，并且所述K個(gè) 變形有限沖激響應(yīng)濾波器的每一個(gè)是響應(yīng)于所述N+l個(gè)變形延時(shí)線信號(hào)W。、 Wi..... WN，而其中所述K個(gè)變形有限沖激響應(yīng)濾波器的每一個(gè)提供相應(yīng)的頻段輸出信號(hào)，并且所述變形濾波器輸出信號(hào)包 括所述K個(gè)頻段輸出信號(hào)。此外，該動(dòng)態(tài)范圍控制/均衡(DRC/EQ) 塊可以包含K個(gè)DRC/EQ頻段塊，而所述K個(gè)DRC/EQ頻段塊的每 一個(gè)可以是響應(yīng)于所述K個(gè)頻段輸出信號(hào)的相應(yīng)的一個(gè)，并提供所述 K個(gè)頻段輸出信號(hào)的所述相應(yīng)的一個(gè)的動(dòng)態(tài)范圍控制、均衡或者動(dòng)態(tài) 范圍控制和均衡二者，而其中所述K個(gè)DRC/EQ頻段塊的每一個(gè)提 供相應(yīng)的DRC/EQ頻段輸出信號(hào)，而所述DRC/EQ輸出信號(hào)包括所述 K個(gè)DRC/EQ頻段輸出信號(hào)。仍然根據(jù)本發(fā)明的第三個(gè)方面，該變形濾波器塊可以包含K個(gè)變 形有限沖激響應(yīng)濾波器，其中K是值至少為1的整數(shù)，并且所述K 個(gè)變形有限沖激響應(yīng)濾波器的每一個(gè)是響應(yīng)于所述N+l個(gè)變形延時(shí)線信號(hào)WG、 .....WN,而其中所述K個(gè)變形有限沖激響應(yīng)濾波器的每一個(gè)提供相應(yīng)的頻段輸出信號(hào)，并且所述變形濾波器輸出信號(hào) 包括所述K個(gè)頻段輸出信號(hào)。此外，該動(dòng)態(tài)范圍控制/均衡(DRC/EQ) 塊包含K個(gè)DRC/EQ頻段塊，而所述K個(gè)DRC/EQ頻段塊的每一個(gè) 可以是響應(yīng)于所述K個(gè)頻段輸出信號(hào)的相應(yīng)的一個(gè)，并且可以提供所 述K個(gè)頻段輸出信號(hào)的所述相應(yīng)的一個(gè)的動(dòng)態(tài)范圍控制、均衡或者動(dòng) 態(tài)范圍控制和均衡二者，而其中所述K個(gè)DRC/EQ頻段塊的每一個(gè) 提供相應(yīng)的DRC/EQ頻段輸出信號(hào)，而所述DRC/EQ輸出信號(hào)包括所 述K個(gè)DRC/EQ頻段輸出信號(hào)。此外，所述變形濾波器塊可以包含K 個(gè)第M頻段濾波器，其中K是值至少為1的整數(shù)，而所述K個(gè)第M 頻段濾波器的每一個(gè)是響應(yīng)于所述N+l個(gè)變形延時(shí)線信號(hào)W0、.....WN，而其中所述K個(gè)第M頻段濾波器的每一個(gè)可以提供相應(yīng)的頻段輸出信號(hào)，而所述變形濾波器輸出信號(hào)包括所述K個(gè)頻段輸 出信號(hào)。
還是根據(jù)本發(fā)明的第三個(gè)方面，該變形處理模塊可以嵌入到稱為 二通道正交鏡像濾波器族的二通道正交鏡像濾波器分析與合成塊之 間。此外，在提供N+l個(gè)變形延時(shí)線信號(hào)WQ、 W！..... WN的步驟之前，該方法可以包括下列步驟由所述二通道正交鏡像濾波器分析 塊，響應(yīng)于具有采樣頻率fs并且在從0到fs/2的相應(yīng)頻率范圍中的音fsr=fs/2并且在具有從0到fs/2的頻率范圍的相應(yīng)低頻分支中的數(shù)字信 號(hào)，并且給補(bǔ)充模塊提供具有該降低的采樣頻率fsr=fs/2并且在具有從 fs/4到fs/2的頻率范圍的相應(yīng)高頻分支中的補(bǔ)充數(shù)字信號(hào)。此外，該 方法還包括下列步驟由該補(bǔ)充才莫塊生成在所述高頻分支中的補(bǔ)充輸 出信號(hào)，以響應(yīng)于所述補(bǔ)充數(shù)字信號(hào)，在將低頻與高頻分支分開的交 叉頻率f;/4處匹配低頻與高頻分支中的處理，并且為該二通道正交鏡 像濾波器合成塊提供所述補(bǔ)充輸出信號(hào)；為該二通道正交鏡像濾波器 合成塊提供由該變形處理模塊通過(guò)該數(shù)字信號(hào)的變形處理生成的具 有該降低的采樣頻率fsr=fs/2的所述DRC/EQ輸出信號(hào)；并由該二通 道正交鏡像合成塊，響應(yīng)于所述DRC/EQ輸出信號(hào)并響應(yīng)于所述補(bǔ)充 輸出信號(hào)，提供具有該采樣頻率fs并且在從O到fs/2的該相應(yīng)頻率范 圍內(nèi)的數(shù)字音頻輸出信號(hào)。此外，生成補(bǔ)充輸出信號(hào)的步驟可以包括 下列步驟由所述補(bǔ)充模塊的匹配延時(shí)模塊響應(yīng)于所述補(bǔ)充數(shù)字信 號(hào)，」提供匹配的延時(shí)信號(hào)，以在交叉頻率fs/4處匹配由于通過(guò)該變形 濾波器塊的所述變形匹配濾波的該低頻分支的頻率依賴延時(shí)；由該動(dòng) 態(tài)范圍控制/均衡(DRC/EQ)塊給該補(bǔ)充模塊的可變?cè)鲆鎵K提供高頻 段增益信號(hào)，該高頻段增益信號(hào)是由該變形處理模塊處理的多個(gè)所述 非線性標(biāo)度頻段的最高頻段的增益；并且由該可變?cè)鲆鎵K響應(yīng)于所述 匹配的延時(shí)信號(hào)并響應(yīng)于高頻段增益信號(hào)提供該補(bǔ)充輸出信號(hào)。仍然根據(jù)本發(fā)明的第三個(gè)方面，該變形處理模塊可以嵌入到稱為 二通道正交鏡像濾波器族的二通道正交鏡像濾波器分析與合成塊之 間，其中所述變形濾波器塊可以包含K個(gè)第M頻段濾波器，其中K 是值至少為1的整數(shù)，而所述K個(gè)第M頻段濾波器的每一個(gè)是響應(yīng)
于所述N+l個(gè)變形延時(shí)線信號(hào)Wo、 Wi..... WN，而其中所述K個(gè)第M頻段濾波器的每一個(gè)提供相應(yīng)的頻段輸出信號(hào)，而所述變形濾 波器輸出信號(hào)包括所述K個(gè)頻段輸出信號(hào)。本發(fā)明在要求的存儲(chǔ)器資源和許多MIPS (每秒上百萬(wàn)指令)兩 方面計(jì)算上非常高效。關(guān)鍵要素是WFIR濾波器族適合于對(duì)數(shù)間隔的 中心頻率。在高采樣率， 一個(gè)2頻段QMF族用于在MIPS與存儲(chǔ)器 資源兩方面降低處理負(fù)荷大約40 % 。該WFIR濾波器族使用 一組精心 選擇的給由一組增益定義的目標(biāo)幅度響應(yīng)提供極好匹配的第M頻段濾波器。群延時(shí)函數(shù)不取決于該增益，所以即使在該增益時(shí)變時(shí)也沒(méi) 有相位非自然信號(hào)。最后，本發(fā)明使該WFIR濾波器族能夠在不同的采樣頻率處運(yùn)行， 而且第M頻段濾波器的性質(zhì)即使在極端的情況下，比如當(dāng)使用非常 大膽的設(shè)置以實(shí)現(xiàn)弱信號(hào)的強(qiáng)勁放大時(shí)，也能保證良好的性能?？梢?在不支持浮點(diǎn)數(shù)學(xué)或32位操作的平臺(tái)上，以16位精度運(yùn)行信噪比適 度降低的WFIR濾波器族。


為了更好地理解本發(fā)明的本質(zhì)和目的，結(jié)合附圖參考后面的詳細(xì) 說(shuō)明，其中圖la和lb示出了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)嵌入到二通道正交鏡像濾波 器塊之間的變形處理模塊的示例(濾波器族實(shí)現(xiàn))。圖2示出了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)變形延時(shí)線的示例。圖3是根據(jù)本發(fā)明的作為變形濾波器塊的簡(jiǎn)單形式或構(gòu)成元件 的、具有15個(gè)系數(shù)的線性相位FIR低通濾波器的沖激響應(yīng)的示例。圖4a和4b示出了根據(jù)本發(fā)明的具有降低的采樣頻率 fsr=fs/2=24kHz的、變形延時(shí)線的變形因數(shù)分別為入=0和入=-0.75的 圖3的低通WFIR濾波器的幅度響應(yīng)和群延時(shí)的示例。圖5示出了根據(jù)本發(fā)明的使用變形因數(shù)人K),基于具有降低的采 樣頻率fsr=24kHz的圖3的低通WFIR濾波器的，包含在圖la的變形
濾波器塊中的5個(gè)第M頻段濾波器的單個(gè)沖激與幅度響應(yīng)的示例。 圖6示出了根據(jù)本發(fā)明的包含在圖1的變形濾波器塊中的組合的5個(gè)第M頻^:濾波器的幅度響應(yīng)的示例；上部WFIR在fsr=24kHz處實(shí)現(xiàn)，等價(jià)于變形因數(shù)入=0的圖5;下部變形因數(shù)入=-0.75的WFIR在降低的采樣頻率fsr=24kHz處的實(shí)現(xiàn)。圖7示出了根據(jù)本發(fā)明的使用K個(gè)第M頻段濾波器的DRC/EQ模塊的實(shí)現(xiàn)的示例。
具體實(shí)施方式
本發(fā)明提供了 一種方法，用于利用基于變形頻譜濾波的數(shù)字信號(hào) 處理，實(shí)時(shí)地調(diào)整數(shù)字音頻信號(hào)的響度與頻鐠內(nèi)容。根據(jù)本發(fā)明，一 個(gè)變形處理模塊用指定許多非線性標(biāo)度頻段中所期望幅度響應(yīng)的一 組增益，修改一個(gè)數(shù)字音頻信號(hào)的頻譜內(nèi)容。 一個(gè)變形因數(shù)入確定用 于定義在對(duì)應(yīng)于一個(gè)數(shù)字輸入信號(hào)的預(yù)先選擇的采樣頻率的一半的 頻率范圍內(nèi)的多個(gè)非線性標(biāo)度頻段的非線性頻標(biāo)因數(shù)。該變形處理塊的主要部件包括 一個(gè)生成變形延時(shí)線信號(hào)的變形 延時(shí)線， 一個(gè)用于分別在每個(gè)頻段中的上述多個(gè)非線性標(biāo)度頻段中的 上述變形延時(shí)線信號(hào)的變形頻譜濾波的變形濾波器塊，和一個(gè)有常規(guī) 動(dòng)態(tài)范圍控制(DRC)和/或均衡(EQ)能力的塊。根據(jù)本發(fā)明，該 變形濾波器塊能夠包含用于執(zhí)行上述變形頻譜濾波的多重變形有限 沖激響應(yīng)濾波器，例如，第M頻段濾波器。本發(fā)明描述了另 一種創(chuàng)新，即將變形處理模塊嵌入到稱為二通道 正交鏡像濾波器(QMF)族的二通道正交鏡像濾波器分析與合成塊之 間，.由于該處理可以在較低的采樣頻率執(zhí)行，所以允許改善高采樣頻 率的處理效率。該方法能夠用于定制由 一 個(gè)便攜式設(shè)備產(chǎn)生的 一 個(gè)音頻聲音的 等級(jí)和特性，以致不管聲學(xué)環(huán)境和用于回放的多個(gè)轉(zhuǎn)換器如何都可能 有良好的性能。本發(fā)明能夠以"EQ模式"、"DRC 根據(jù)本發(fā)明，圖la示出了本文中稱為"變形濾波器族"的二通道 正交鏡像濾波器(QMF)族數(shù)字處理系統(tǒng)50的其中一個(gè)示例，該系 統(tǒng)用于利用基于該變形頻譜濾波的該變形數(shù)字信號(hào)處理的音頻輸入 信號(hào)11的動(dòng)態(tài)范圍控制和均衡，其中變形處理模塊IO嵌入到稱為二 通道QMF濾波器族的二通道正交鏡像濾波器(QMF )分析塊12與合 成塊22之間。盡管圖la示出了將該變形處理模塊IO嵌入到該變形 濾波器族50的示例，但是作為許多可能之一，本發(fā)明還是應(yīng)用于作 為獨(dú)立數(shù)字處理單元的變形處理模塊10。該二通道QMF濾波器分析塊12，響應(yīng)于具有采樣頻率fs并在從 0到fs/2的相應(yīng)頻率范圍內(nèi)的音頻輸入信號(hào)11，提供具有降低的采樣 頻率fsr=fs/2并在頻率范圍從0到fs/4的相應(yīng)低頻分支內(nèi)的數(shù)字信號(hào) 28，并且還提供具有該降低的采樣頻率fsr=fs/2并在頻率范圍從fs/4 到fs/2的相應(yīng)高頻分支內(nèi)的補(bǔ)充數(shù)字信號(hào)38。要注意到，對(duì)于利用二通道QMF濾波器族的圖la的示例，該降 低的采樣頻率為fsr=fs/2,而對(duì)于各種各樣利用不同類型濾波器族的其 它應(yīng)用，該降低的采樣頻率可以表示為fsr=fs/P,其中P〉l。對(duì)于大 多數(shù)實(shí)際用途以及對(duì)于圖la中示出的本發(fā)明優(yōu)選的實(shí)施方式，通常 P=2。然而，根據(jù)本發(fā)明，圖la中示出的利用二通道概念(P=2)的優(yōu) 選實(shí)施方式能夠進(jìn)一步擴(kuò)展為P不等于2的可能的應(yīng)用。例如，更高 階濾波器族(不一定是QMF濾波器族)可以用于將信號(hào)11分裂為多 于兩個(gè)頻段，或者可以使用"嵌套濾波器族"(不一定是QMF濾波 器族)，以致圖la的變形濾波器族50可以形成二通道QMF族的低 頻分支，等等。此外，也可以擴(kuò)展匹配處理的原理，以包括高頻分支 中更復(fù)雜的濾波操作。例如，該高頻分支可以分裂為兩個(gè)或更多頻段， 這些頻段中最低的在交叉頻率處與低頻分支匹配。根據(jù)本發(fā)明，圖la的二通道QMF分析塊12基本上是利用現(xiàn)有 技術(shù)知識(shí)設(shè)計(jì)的，但是也可以為了改善如下所述的變形數(shù)字處理的性 能而進(jìn)行改進(jìn)。
圖la中示出的低頻分支的變形處理模塊IO表示了本發(fā)明中描述 的主要?jiǎng)?chuàng)新，并且利用上述低頻分支內(nèi)的多個(gè)非線性標(biāo)度頻段中的變 形處理，提供了具有該降低的采樣頻率fsr=fs/2的期望的DRC/EQ輸 出信號(hào)34。特別地，該變形處理模塊10包括一個(gè)變形延時(shí)線14,它 響應(yīng)于上述信號(hào)28，提供N+1個(gè)具有預(yù)先確定或者可任選改變的變形因數(shù)入的變形延時(shí)線信號(hào)Wo、 W！.....WN30(N是值至少為l的整數(shù))，其中該變形因數(shù)入確定非線性頻標(biāo)因數(shù)以定義低頻分支內(nèi)的 多個(gè)非線性標(biāo)度頻段。下面提供了一個(gè)用于實(shí)現(xiàn)該變形延時(shí)線14的 示例。該變形處理模塊10的關(guān)鍵部件是一個(gè)變形濾波器塊16，它響應(yīng) 于上述N+l個(gè)變形延時(shí)線信號(hào)Wo、 W?！N30，基于上述多個(gè)上述非線性標(biāo)度頻段中的上述N+1個(gè)變形延時(shí)線信號(hào)Wo、 Wi.....WN30的變形頻譜濾波，提供一個(gè)變形濾波器塊輸出信號(hào)32,其中該 非線性標(biāo)度頻段中的每一個(gè)的信號(hào)增益獨(dú)立地設(shè)置。通常，變形濾波器塊16包含K個(gè)變形有限沖激響應(yīng)濾波器16-1、16-2..... 16-K (K是值至少為1的整數(shù))，并且上述K個(gè)變形有限沖激響應(yīng)濾波器16-1、 16-2..... 16-K的每一個(gè)，響應(yīng)于上述N+l個(gè)變形延時(shí)線信號(hào)Wo、 W！.....WN30,提供一個(gè)相應(yīng)的頻段輸出信號(hào)32-l、 32-2..... 32-K，使得上述變形濾波器輸出信號(hào)32包括上述K個(gè)頻段輸出信號(hào)32-1、 32-2..... 32-K。下面提供了用于實(shí)現(xiàn)包括利用K個(gè)第M頻段濾波器的重要實(shí)際情況的利用K個(gè)變形有限沖 激響應(yīng)(WFIR)濾波器的變形濾波器塊16的示例。該變形處理模塊10的最后一個(gè)部件是一個(gè)DRC/EQ塊18，它響 應(yīng)于該變形濾波器塊輸出信號(hào)32，提供一個(gè)DRC/EQ輸出信號(hào)34。 根據(jù)本發(fā)明，該塊18可以提供多波段DRC、 EQ或其二者的組合， 下面提供了示例。該DRC/EQ塊18是用現(xiàn)有技術(shù)知識(shí)設(shè)計(jì)的。如圖 la中所示，該DRC/EQ塊18和該變形處理模塊10共同形成了一個(gè) DRC/EQ模塊20。圖la中示出的高頻分支的補(bǔ)充模塊10a響應(yīng)于來(lái)自該二通道
QMF分析塊12的補(bǔ)充數(shù)字信號(hào)38，并提供具有降低的采樣頻率 fsr=fs/2的補(bǔ)充輸出信號(hào)42,以在將低頻率與高頻分支分開的交叉頻率 fs/4處匹配低頻與高頻分支中的處理。根據(jù)本發(fā)明，該補(bǔ)充模塊10a 是新穎的，并表示了另一種重要的創(chuàng)新。通常，該補(bǔ)充模塊10a包括(如圖la中所示) 一個(gè)匹配延時(shí)模塊 24,它響應(yīng)該補(bǔ)充數(shù)字信號(hào)38，提供一個(gè)匹配的延時(shí)信號(hào)40，以在 交叉頻率fs/4處匹配由于通過(guò)變形濾波器塊16的上述變形頻譜濾波 的低頻分支的頻率依賴延時(shí)。該補(bǔ)充模塊10a的另一個(gè)重要部件是一個(gè)可變?cè)鲆鎵K26,它響應(yīng) 于上述匹配的延時(shí)信號(hào)40并響應(yīng)于一個(gè)高頻段增益信號(hào)35,通過(guò)在 交叉頻率fs/4處匹配由于通過(guò)變形濾波器塊16的上述變形頻譜濾波 的低頻分支的頻率依賴增益，提供該補(bǔ)充輸出信號(hào)42。該高頻段增益 信號(hào)35是由該變形處理模塊IO處理的多個(gè)上述非線性標(biāo)度頻段的最 高一個(gè)頻段的增益，而上述高頻段增益信號(hào)35是由動(dòng)態(tài)范圍控制/均 衡(DRC/EQ)塊18提供給該可變?cè)鲆鎵K26的。最后，根據(jù)本發(fā)明，圖la示出了一個(gè)合成塊22 (按照現(xiàn)有技術(shù) 如上所述的塊12),它響應(yīng)于該DRC/EQ輸出信號(hào)34并響應(yīng)于該補(bǔ) 充輸出信號(hào)42，提供一個(gè)具有采樣頻率fs的數(shù)字音頻輸出信號(hào)36， 從而提供該音頻輸入信號(hào)11的上述動(dòng)態(tài)范圍控制、均衡，或者上述 動(dòng)態(tài)范圍控制和上述均衡二者。圖la的變形濾波器族50在高采樣頻率有更高的效率，而且僅在 二通道QMF分析族12的低頻分支中使用變形濾波器信號(hào)處理是有利 的。如上所述，該高頻分支是用在其最高頻段上匹配低頻分支的增益 和延時(shí)的增益和延時(shí)來(lái)處理的，其中上述延時(shí)可能是分?jǐn)?shù)或一 系列分 數(shù)和整數(shù)延時(shí)。用這種方法，即使該變形數(shù)字信號(hào)處理以半采樣頻率 (fs/2 )運(yùn)行，來(lái)自該二通道QMF合成塊22的輸出信號(hào)36也幾乎完 全沒(méi)有在交叉頻率fs/4周圍的交叉區(qū)域中的非自然偽信號(hào)。然而，上 述偽信號(hào)可以在交叉區(qū)域中進(jìn)一步分別通過(guò)二通道QMF分析與合成 塊12及22的適當(dāng)設(shè)計(jì)來(lái)控制。
圖lb以塊12和22為重點(diǎn)示出了圖la的變形濾波器族50。由 P.P.Vaidyanathan發(fā)表在1993年的Prentice Hall, 203-204頁(yè)的 "Multirate Systems and Filter Banks"中詳細(xì)地描述了利用標(biāo)準(zhǔn)部件 (例如，乘法器、抽取器、常規(guī)延時(shí)元件)的塊12和22的實(shí)現(xiàn)，并 通過(guò)參考結(jié)合于此。然而，要注意到，根據(jù)本發(fā)明，通過(guò)圖lb中全 通濾波器52a和52b (例如，通過(guò)增加濾波器的階數(shù))的適當(dāng)設(shè)計(jì)可 能改善交叉區(qū)域中偽信號(hào)的控制。根據(jù)本發(fā)明，圖2示出了變形延時(shí)線14的多個(gè)示例之一。在該 變形延時(shí)線14中，用作為構(gòu)成延時(shí)塊使用的具有z-變換傳遞函數(shù)力(z-1 入)的第一階全通濾波器置換了常規(guī)的延時(shí)元件z-1,其中雄";入)-^^, (1)其中人是上述的變形因數(shù)。圖2中示出的結(jié)構(gòu)執(zhí)行了這個(gè)置換。該變形延時(shí)線14包含反饋環(huán)路，乘法器47-l、 47-2..... 47-N,加法器46-0、 46-1..... 46-N與464-0、 44-1..... 44-N,以及標(biāo)準(zhǔn)z"延時(shí)元件48-0、 48-1..... 48-N,和來(lái)自第N階全通濾波器的每個(gè)所生成的N+l個(gè)變形延時(shí)線信號(hào)WQ、 .....Wn信號(hào)，其中N是值至少為1的整數(shù)。下面論述該變形濾波器塊18各種各樣的實(shí)現(xiàn)。作為該變形濾波器塊18的構(gòu)成塊的一個(gè)變形有限沖激響應(yīng) (WFIR)濾波器，通過(guò)將一個(gè)有限沖激響應(yīng)(FIR)濾波器施加于輸 入的歷史(在變形延時(shí)線14中保持的信號(hào))執(zhí)行巻積。運(yùn)行WFIR 濾波器和FIR濾波器之間的差別在于延時(shí)線的更新。時(shí)域巻積需要的 濾波操作也是這樣。由于變形延時(shí)線的更新可以看作恒定的開銷，所 以不只一個(gè)WFIR濾波器可以以小的附加成本運(yùn)行。該WFIR濾波器本質(zhì)上允許實(shí)現(xiàn)在，例如在對(duì)數(shù)而不是線性頻標(biāo) 上設(shè)計(jì)的濾波器。變形因數(shù)入確定頻率軸在零頻率和奈套斯特頻率附 近(在圖la的示例中，奈奎斯特頻率是fs/4)壓縮、或者擴(kuò)展的程度。根據(jù)本發(fā)明，圖3示出了作為變形濾波器塊16的構(gòu)成元件的簡(jiǎn)
單形式的、具有15個(gè)系數(shù)的線性相位FIR低通濾波器的沖激響應(yīng)的 眾多示例之一。根據(jù)本發(fā)明，圖4a和4b示出了具有降低的采樣頻率 fsr=fs/2=24kHz的、變形延時(shí)線14的變形因數(shù)入分別為入=0和入=-0.75 的圖3的低通WFIR濾波器的z-變換濾波器傳遞函數(shù)的幅度響應(yīng)和群 延時(shí)的眾多示例之一。從圖4a中可以看出，幅度響應(yīng)在3kHz附近出 現(xiàn)第一個(gè)0,而群延時(shí)在所有頻率處(這是線性情況)恒定(7個(gè)采 樣)。群延時(shí)恒定是因?yàn)閃IFR濾波器有線性相位而那7個(gè)采樣對(duì)應(yīng) 于該濾波器的中心抽頭。圖4b示出了該WFIR濾波器在入=-0.75的幅度響應(yīng)和群延時(shí)?？?以看到，幅度響應(yīng)在低頻被壓縮了，而與3kHz相反，第一個(gè)0現(xiàn)在 出現(xiàn)僅500Hz以下。群延時(shí)函數(shù)不再平坦它從0頻率處的大約50 個(gè)采樣衰減到奈奎斯特頻率處的1個(gè)采樣。這個(gè)群延時(shí)函數(shù)與該變形 延時(shí)線中的中心抽頭的那個(gè)相同，而它不取決于該WFIR濾波器的系 數(shù)。這非常重要，因?yàn)楫?dāng)不同的WFIR濾波器擁有相同的相位響應(yīng)時(shí)， 它們的輸出可以疊加在一起而不產(chǎn)生相位非自然信號(hào)。稱為第M頻段濾波器或者奈奎斯特濾波器的某些類型的濾波器， 非常適合于修改音頻信號(hào)的頻譜內(nèi)容，因?yàn)樗鼈冚敵龅木€性組合以頻 率非常平滑而且可預(yù)測(cè)的方式變化。 一個(gè)第M頻段低通濾波器的沖 激響應(yīng)每M個(gè)采樣與0交叉(可能除了中心抽頭之外)。根據(jù)本發(fā) 明，該變形濾波器塊16中包含的其余的濾波器可以是這種低通形式 的頻率移位的形式。下面的一個(gè)示例演示了許多可能方案中的一種， 如何根據(jù)本發(fā)明能夠?qū)嶋H上運(yùn)行。對(duì)]\4=8,使用圖3的低通濾波器。由于第一個(gè)0交叉必須出現(xiàn)在 離中心抽頭8個(gè)抽頭之外，否則上述低通濾波器就不是第M頻段濾 波器，所以全部15個(gè)系數(shù)都是正數(shù)。于是，這個(gè)濾波器的沖激響應(yīng) 必須本質(zhì)上類似于函數(shù)sin(x)/x的形狀，而在這個(gè)示例中，它僅包括 主波瓣，在第一個(gè)0交叉處截?cái)嗔嗽撔螤睢脑摰屯ǖ贛頻段濾波器，能夠生成M-^7頻率移位形式。這7 個(gè)可能的第M頻段濾波器中的6個(gè)的系數(shù)是復(fù)雜的數(shù)字。這6個(gè)濾 波器隨后可以組合成對(duì)，以形成3個(gè)帶通第M頻段濾波器。得到的 M-6/2=5濾波器擁有能夠通過(guò)該低通第M頻段濾波器的余弦調(diào)制計(jì) 算得來(lái)的真正的系數(shù)。根據(jù)本發(fā)明，圖5示出了使用變形因數(shù)入=0、基于具有降低的采 樣頻率fsr=fs/2=24kHz的圖3的低通WFIR響應(yīng)的、包含在圖1的變 形濾波器塊16中的5個(gè)第M頻段濾波器的多個(gè)沖激(左列)與幅度 (右列)響應(yīng)的示例。要注意到，低通(第一個(gè))與高通(第五個(gè)) 濾波器的有效帶寬僅為帶通濾波器的 一 半。圖6示出了包含在圖1的變形濾波器塊16中的組合的5個(gè)第M 頻段濾波器的幅度響應(yīng)的眾多示例之一；上部WFIR在fsr=24kHz 處的實(shí)現(xiàn)，等價(jià)于變形因數(shù)入=0的圖5;下部變形因數(shù)入=-0.75的 WFIR在fsr=24kHz處的實(shí)現(xiàn)。圖6說(shuō)明了當(dāng)變形因數(shù)為非零(入 =-0.75)時(shí)，圖5中示出的幅度響應(yīng)如何在低頻處壓縮，以及如刊7人 變形延時(shí)線14取得輸入。無(wú)論入的值，圖6中示出的幅度響應(yīng)合計(jì) 為1，這是通過(guò)如本文進(jìn)一步論述的低通第M頻段濾波器的適當(dāng)選擇 來(lái)促成的。圖7示出了根據(jù)本發(fā)明的眾多示例之一，其中使用包含在具有包 含在DRC/EQ塊18中的相應(yīng)K個(gè)DRC/EQ頻段塊18-1、 18-2、…、 18-K的該變形濾波器塊16中的K個(gè)第M頻段濾波器16-1 、 16-2、…、 16-K的DRC/EQ模塊20 (見圖la)的實(shí)現(xiàn)，以致上述K個(gè)DRC/EQ頻段塊18-1、 18-2..... 18-K中的每一個(gè)，響應(yīng)上述K個(gè)頻段輸出信號(hào)32-l、 32-2..... 32-K中相應(yīng)的一個(gè)，提供上述K個(gè)頻段輸出信號(hào)32-l、 32-2..... 32-K中上述相應(yīng)的一個(gè)動(dòng)態(tài)范圍控制、均衡，或者動(dòng)態(tài)范圍控制與均衡二者，即，DRC/EQ頻段塊18-1、 18-2.....18-K中的每一個(gè)提供一個(gè)相應(yīng)的DRC/EQ頻段輸出信號(hào)34-1、 34-2、…或34-K,以致該DRC/EQ輸出信號(hào)34包括該K個(gè)DRC/EQ輸出信號(hào)34-l、 34-2..... 34-K。圖7的示例可以施加于立體聲信號(hào)30,其中該立體聲信號(hào)的兩個(gè)分量需要由K個(gè)第M頻段濾波器16-1、 16-2..... 16-K分開處理(每個(gè)頻段兩個(gè)濾波器)，但是每個(gè)頻段的兩個(gè)立體聲分量可以由該K個(gè)DRC/EQ頻段塊18-1、 18-2、…、18-K 的相應(yīng)DRC/EQ頻段塊處理。當(dāng)在一個(gè)立體聲信號(hào)上執(zhí)行DRC時(shí)， 電平估計(jì)通?；趫D7的每個(gè)頻段的上述兩個(gè)立體聲分量的總和，以 致增益對(duì)上述兩個(gè)立體聲分量相同，以避免如U.Z61zer、 John Wiley & Sons發(fā)表的"Digital Audio signal Processing" 1997版219頁(yè)中所述 的立體聲映像移位。當(dāng)該變形濾波器族5 0基于該低通第M頻段濾波器的余弦調(diào)制時(shí)， 該濾波器族的沖激響應(yīng)的總和的幅度響應(yīng)保證合計(jì)為 一 個(gè)常數(shù)。然 而，這個(gè)常數(shù)不必為1,但不幸的是，當(dāng)所有頻段的增益都為1時(shí)， 輸入沒(méi)有任何電平上的改變就直接通過(guò)了 ，這非常重要。必須施加一 個(gè)施加頻率響應(yīng)總和的附加約束。另一方面，幅度響應(yīng)在通帶中不是 必須平坦的。事實(shí)上，力求幅度響應(yīng)隨頻率平滑變化而不是從通帶到 止帶明顯躍遷才是更自然的。因此，力求最小化通帶波動(dòng)并最大化止 帶衰減的標(biāo)準(zhǔn)濾波器設(shè)計(jì)過(guò)程并不完全適當(dāng)。在僅包括函數(shù)sin(x)/x 的主波瓣的15系數(shù)低通第M頻段濾波器的情況中，形狀參數(shù)P 4.56 的凱撒窗口函數(shù)是低通第M頻段濾波器適當(dāng)選擇的一個(gè)示例。當(dāng)基于低通第M頻段濾波器的余弦調(diào)制實(shí)現(xiàn)該變形濾波器族50 時(shí)，也可能利用沖激響應(yīng)中的某些對(duì)稱性。首先，由于該變形濾波器 塊16中的濾波器擁有線性相位，所以該變形延時(shí)線14中的元件可以 成對(duì)組合。此外，從圖5 (左列)中可以看出，適當(dāng)?shù)臑V波器的沖激 傳遞函數(shù)可以具有如下特性H"z)包含與H!(z)相同的系數(shù)，但是每 兩個(gè)元件符號(hào)相反，而這意味著H5(z)= H!(-z)。類似地，H4(z)=H2(-z)。 另外，H2(z)、 H3(z)、 H4(z)中的某些系數(shù)為0。來(lái)自DRC/EQ模塊20的輸出可以通過(guò)考慮到具有圖7的K個(gè)DRC/EQ頻段塊18-1、 18-2..... 18-K的DRC/EQ塊18中的增益調(diào)整，以一種可能的方案計(jì)算如下7(z)=gT . H(」(z;入)) JT(z) ( 2 )其中X(z)是輸入(信號(hào)30) ， Rz)是輸出(信號(hào)34) , g分別是 K個(gè)DRC/EQ頻段塊18-1、 18-2.....18-K的增益的列向量，而H(z)是一個(gè)包含該變形濾波器塊16的K個(gè)WFIR濾波器(例如，第M變 形濾波器)16-1、 16-2..... 16-K的列向量,而陽(yáng)g,-賜_二,恥)-一g《-，)-延時(shí)Dw (見圖la中的匹配的延時(shí)信號(hào)40)可以取決于變形因數(shù) 入，而變形延時(shí)線中元件的數(shù)量N可以如下計(jì)算在特殊情況下，當(dāng)N=15而入=-0.75時(shí)，我們得到Dw=l,如能夠 通過(guò)圖4b的較低部分中的圖檢驗(yàn)的。這意味著當(dāng)fs=48kHz時(shí)，群延 時(shí)由高頻分支中的單個(gè)延時(shí)元件z"在交叉頻率12kHz處完全匹配。 在更一般的情況下，Dw不是整數(shù)，匹配延時(shí)由整數(shù)延時(shí)[Dw]和分 數(shù)延時(shí)Dw- [ Dw ]的級(jí)聯(lián)來(lái)最好地實(shí)現(xiàn)。實(shí)現(xiàn)分?jǐn)?shù)延時(shí)的技術(shù)是現(xiàn)有 技術(shù)中眾所周知的。
權(quán)利要求
1.一種用于數(shù)字信號(hào)的動(dòng)態(tài)范圍控制和均衡的變形處理模塊，包括一個(gè)變形延時(shí)線，響應(yīng)于具有預(yù)先選擇的采樣頻率的該數(shù)字信號(hào)，用于提供N+1個(gè)具有預(yù)先確定或者可任選改變的變形因數(shù)λ的變形延時(shí)線信號(hào)W0、W1、...、WN，該變形因數(shù)確定非線性頻標(biāo)因數(shù)以定義對(duì)應(yīng)于所述預(yù)先選擇的采樣頻率的一半的頻率范圍內(nèi)的多個(gè)非線性標(biāo)度頻段，其中N是值至少為1的整數(shù)；一個(gè)變形濾波器塊，響應(yīng)于所述N+1個(gè)變形延時(shí)線信號(hào)W0、W1、...、WN，用于基于在所述多個(gè)非線性標(biāo)度頻段中的N+1個(gè)所述變形延時(shí)線信號(hào)W0、W1、...、WN的變形頻譜濾波，提供變形濾波器塊輸出信號(hào)，其中每個(gè)該非線性標(biāo)度頻段的信號(hào)增益被獨(dú)立地設(shè)置；以及一個(gè)動(dòng)態(tài)范圍控制/均衡(DRC/EQ)塊，響應(yīng)于所述變形濾波器塊輸出信號(hào)，用于提供DRC/EQ輸出信號(hào)，從而基于所述變形濾波器塊輸出信號(hào)，提供所述數(shù)字信號(hào)的所述動(dòng)態(tài)范圍控制、均衡、或者所述動(dòng)態(tài)范圍控制和所述均衡二者。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的變形處理模塊，其中所述非線性標(biāo)度 頻段在近似對(duì)數(shù)頻標(biāo)上定義。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的變形處理模塊，其中所述變形濾波器 塊包含K個(gè)變形有限沖激響應(yīng)濾波器，其中K是值至少為1的整數(shù)， 并且所述K個(gè)變形有限沖激響應(yīng)濾波器的每一個(gè)是響應(yīng)于所述N+l個(gè)變形延時(shí)線信號(hào)Wo、 W,..... WN，以及其中所述K個(gè)變形有限沖激響應(yīng)濾波器的每一個(gè)提供相應(yīng)的頻段輸出信號(hào)，并且所述變形濾 波器輸出信號(hào)包括所述K個(gè)頻段輸出信號(hào)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的變形處理模塊，其中所述動(dòng)態(tài)范圍控 制/均衡(DRC/EQ )塊包含K個(gè)DRC/EQ頻段塊，而所述K個(gè)DRC/EQ 頻段塊的每一個(gè)響應(yīng)所述K個(gè)頻段輸出信號(hào)的相應(yīng)的一個(gè)，并且提供 所述K個(gè)頻段輸出信號(hào)的所述相應(yīng)的一個(gè)的該動(dòng)態(tài)范圍控制、該均衡 或者該動(dòng)態(tài)范圍控制和該均衡二者，以及其中所述K個(gè)DRC/EQ頻 段塊的每一個(gè)提供相應(yīng)的DRC/EQ頻段輸出信號(hào)，并且所述DRC/EQ 輸出信號(hào)包括所述K個(gè)DRC/EQ頻段輸出信號(hào)。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的變形處理模塊，其中所述變形濾波器 塊包含K個(gè)第M頻段濾波器，其中K是值至少為1的整數(shù)，而所述 K個(gè)第M頻段濾波器的每一個(gè)是響應(yīng)于所述N+1個(gè)變形延時(shí)線信號(hào)Wo、 W！..... WN,而其中所述K個(gè)第M頻段濾波器的每一個(gè)提供相應(yīng)的頻段輸出信號(hào)，而所述變形濾波器輸出信號(hào)包括所述K個(gè)頻段 輸出信號(hào)。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的變形處理模塊，其中所述變形處理模 塊嵌入到稱為濾波器族的分析與合成濾波器塊之間。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的變形處理模塊，其中所述分析濾波器 塊是響應(yīng)于具有采樣頻率fs并且在從0到fs/2范圍內(nèi)的音頻輸入信號(hào)， 而所述分析濾波器塊提供具有等于該預(yù)先選擇的采樣頻率的降低的 采樣頻率fsr=fs/P并且在低頻分支中的所述數(shù)字信號(hào)，并且提供至少 一個(gè)具有該降低的采樣頻率fsr=fs/P并且在高頻分支中的補(bǔ)充數(shù)字信 號(hào)，其中P> 1。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的變形處理模塊，其中所述濾波器合成 塊是響應(yīng)于具有該降低的采樣頻率fsr=fs/P的該DRC/EQ輸出信號(hào)， 并且響應(yīng)于所述至少一個(gè)具有該降低的采樣頻率fsr=fs/P的補(bǔ)充輸出 信號(hào)，并且提供具有該采樣頻率fs并且在從0到fs/2的該相應(yīng)的頻率 范圍中的數(shù)字音頻輸出信號(hào)。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的變形處理模塊，其中P-2，而其中所 述濾波器分析塊是二通道正交鏡像濾波器分析塊，所述濾波器合成塊 是二通道正交鏡像濾波器合成塊，所述至少一個(gè)補(bǔ)充輸入信號(hào)是補(bǔ)充 輸入信號(hào)，所述至少一個(gè)補(bǔ)充輸出信號(hào)是補(bǔ)充輸出信號(hào)，所述低頻分 支在從0到fs/4的頻率范圍中，所述高頻分支在從fs/4到fs/2的該頻 率范圍中，而該濾波器族是二通道正交鏡像濾波器族。
10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的變形處理模塊，其中該變形處理塊是響應(yīng)于該數(shù)字信號(hào)，而所述DRC/EQ輸出信號(hào)是由該變形處理塊利用 所述低頻分支中的變形處理生成的。
11. 根據(jù)權(quán)利要求10所述的變形處理模塊，其中所述補(bǔ)充數(shù)字 信號(hào)提供給補(bǔ)充模塊，而所述補(bǔ)充輸出信號(hào)是由該補(bǔ)充模塊在所述高 頻分支中生成的，以在將該低頻與該高頻分支分開的交叉頻率fs/4處 匹配該低頻與該高頻分支中的處理。
12. 根據(jù)權(quán)利要求11所述的變形處理模塊，其中所述補(bǔ)充模塊 包括一個(gè)匹配延時(shí)才莫塊，響應(yīng)于該補(bǔ)充數(shù)字信號(hào)，用于提供匹配的延形頻鐠濾波的該低頻分支的頻率依賴延時(shí)；以及一個(gè)可變?cè)鲆鎵K，響應(yīng)于所述匹配的延時(shí)信號(hào)并響應(yīng)于高頻段增 益信號(hào)，用于提供補(bǔ)充輸出信號(hào)以在該交叉頻率fs/4處匹配由于通過(guò) 該變形濾波器塊的所述變形頻譜濾波的該低頻分支的頻率依賴增益。
13. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的變形處理模塊，其中所述高頻段增益信號(hào)是由該變形處理模塊處理的多個(gè)所述非線性標(biāo)度頻段的最高 頻段的增益，而所述高頻段增益信號(hào)由該動(dòng)態(tài)范圍控制/均衡 (DRC/EQ)塊提供。
14. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的變形處理模塊，其中所述變形處理模 塊可以嵌入到稱為二通道正交鏡像濾波器族的二通道正交鏡像濾波 器分析與合成塊之間，而其中所述變形濾波器塊包含K個(gè)變形有限沖 激響應(yīng)濾波器，其中K是值至少為1的整數(shù)，而所述K個(gè)變形有限 沖激響應(yīng)濾波器的每一個(gè)是響應(yīng)于所述N+1個(gè)變形延時(shí)線信號(hào)W0、W,..... WN,而其中所述K個(gè)變形有限沖激響應(yīng)濾波器的每一個(gè)提供相應(yīng)的頻段輸出信號(hào)，而所述變形濾波器輸出信號(hào)包括所述K個(gè)頻 段輸出信號(hào)。
15. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的變形處理模塊，其中所述變形處理模 塊可以嵌入到稱為二通道正交鏡像濾波器族的二通道正交鏡像濾波 器分析與合成塊之間，而其中所述變形濾波器塊包含K個(gè)第M頻段 濾波器，其中K是值至少為1的整數(shù)，而所述K個(gè)第M頻段濾波器的每一個(gè)是響應(yīng)于所述N+l個(gè)變形延時(shí)線信號(hào)Wo、 W！.....WN，而其中所述K個(gè)第M頻段濾波器的每一個(gè)提供相應(yīng)的頻段輸出信號(hào)， 而所述變形濾波器輸出信號(hào)包括所述K個(gè)頻段輸出信號(hào)。
16. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的變形處理模塊，其中所述變形處理模 塊包含在便攜式電子設(shè)備、電子通信設(shè)備、移動(dòng)電子設(shè)備或移動(dòng)電話 中。
17. —種用于利用變形處理的音頻輸入信號(hào)的動(dòng)態(tài)范圍控制及 均衡的變形濾波器族，包括一個(gè)二通道正交鏡像濾波器(MQF)分析塊，響應(yīng)于具有采樣頻 率fs并在從0到fs/2的相應(yīng)的頻率范圍內(nèi)的該音頻輸入信號(hào)，用于提 供具有降低的采樣頻率fsr=fs/2并且在頻率范圍從0到fs/4的相應(yīng)的低 頻分支中的數(shù)字信號(hào)，用于提供具有該降低的采樣頻率fsr=fs/2并且在 該頻率范圍從fs/4到fs/2的相應(yīng)的高頻分支中的補(bǔ)充數(shù)字信號(hào)；一個(gè)該低頻分支的變形處理模塊，響應(yīng)于該數(shù)字信號(hào)，用于利用 在所述低頻分支內(nèi)的多個(gè)非線性標(biāo)度頻段中的變形處理，提供具有該 降低的采樣頻率fsr=fs/2的DRC/EQ輸出信號(hào)；一個(gè)該高頻分支的補(bǔ)充模塊，響應(yīng)于所述補(bǔ)充數(shù)字信號(hào)，用于提 供具有該降低的采樣頻率fsr=fs/2的補(bǔ)充輸出信號(hào)，以在將該低頻與該 高頻分支分開的交叉頻率fs/4處匹配該低頻與該高頻分支中的處理； 以及一個(gè)二通道正交鏡像濾波器(MQF)合成塊，響應(yīng)于該DRC/EQ 輸出信號(hào)和該補(bǔ)充輸出信號(hào)，用于提供具有該采樣頻率fs的數(shù)字音頻 輸出信號(hào)，從而利用所述變形處理提供所述音頻輸入信號(hào)的所述動(dòng)態(tài) 范圍控制、均衡、或者所述動(dòng)態(tài)范圍控制和所述均衡二者。
18. 根據(jù)權(quán)利要求17所述的變形濾波器族，其中該變形處理模 塊包括一個(gè)變形延時(shí)線，響應(yīng)于該數(shù)字信號(hào)，用于提供N+1個(gè)具有預(yù)先 確定或者可任選改變的變形因數(shù)入的變形延時(shí)線信號(hào)WG、 ..... WN,該變形因數(shù)確定用于定義在所述低頻分支內(nèi)的多個(gè)非線性標(biāo)度 頻段的非線性頻標(biāo)因數(shù)，其中N是值至少為1的整數(shù)；一個(gè)變形濾波器塊，響應(yīng)于所述N+l個(gè)變形延時(shí)線信號(hào)W0、 W!、…、WN,用于基于所述多個(gè)所述非線性標(biāo)度頻段中的所述N+l個(gè)變形延時(shí)線信號(hào)WQ、 ..... WN的變形頻譜濾波，提供變形濾波器塊輸出信號(hào)，其中該每個(gè)非線性標(biāo)度頻段的信號(hào)增益被獨(dú)立地設(shè) 置；以及一個(gè)動(dòng)態(tài)范圍控制/均衡(DRC/EQ)塊，響應(yīng)于所述變形濾波器 塊輸出信號(hào)，用于提供DRC/EQ輸出信號(hào)，從而基于所述變形濾波器 塊輸出信號(hào)，提供所述數(shù)字信號(hào)的所述動(dòng)態(tài)范圍控制、均衡、或者所 述動(dòng)態(tài)范圍控制和所述均衡二者。
19. 根據(jù)權(quán)利要求18所述的變形濾波器族，其中所述變形濾波 器塊包含K個(gè)變形有限沖激響應(yīng)濾波器，其中K是值至少為1的整 數(shù)，并且所述K個(gè)變形有限沖激響應(yīng)濾波器的每一個(gè)是響應(yīng)于所述N+l個(gè)變形延時(shí)線信號(hào)WQ、 ..... WN，而其中所述K個(gè)變形有限沖激響應(yīng)濾波器的每 一 個(gè)提供相應(yīng)的頻段輸出信號(hào)，并且所述變形 濾波器輸出信號(hào)包括所述K個(gè)頻段輸出信號(hào)。
20. 根據(jù)權(quán)利要求19所述的變形濾波器族，其中所述動(dòng)態(tài)范圍 控制/均4軒(DRC/EQ)塊包含K個(gè)DRC/EQ頻段塊，而所述K個(gè) DRC/EQ頻段塊的每一 個(gè)是響應(yīng)于所述K個(gè)頻段輸出信號(hào)的相應(yīng)的一 個(gè)，并提供所述K個(gè)頻段輸出信號(hào)的所述相應(yīng)的 一個(gè)的該動(dòng)態(tài)范圍控 制、該均衡或者該動(dòng)態(tài)范圍控制和該均衡二者，而其中所述DRC/EQ 頻段塊的每一個(gè)4是供相應(yīng)的DRC/EQ頻_度輸出信號(hào)，而所述DRC/EQ 輸出信號(hào)包括所述K個(gè)DRC/EQ頻段輸出信號(hào)。
21. 根據(jù)權(quán)利要求18所述的變形濾波器族，其中所述變形濾波 器塊包含K個(gè)第M頻段濾波器，其中K是值至少為1的整數(shù)，而所 述K個(gè)第M頻段濾波器的每一個(gè)是響應(yīng)于所述N+1個(gè)變形延時(shí)線信號(hào)Wo、 W!..... WN,而其中所述K個(gè)第M頻段濾波器的每一個(gè)提供相應(yīng)的頻段輸出信號(hào)，而所述變形濾波器輸出信號(hào)包括所述K個(gè)頻 段輸出信號(hào)。
22. 根據(jù)權(quán)利要求17所述的變形濾波器族，其中所述非線性標(biāo) 度頻段在近 < 以對(duì)數(shù)頻標(biāo)上定義。
23. 根據(jù)權(quán)利要求17所述的變形濾波器族，其中所述補(bǔ)充模塊 包括一個(gè)匹配延時(shí)模塊，響應(yīng)于該補(bǔ)充數(shù)字信號(hào)，用于提供匹配的延 時(shí)信號(hào)以在該交叉頻率f;/4處匹配由于通過(guò)該變形濾波器塊的所述變 形頻i普濾波的該4氐頻分支的頻率依賴延時(shí)；以及一個(gè)可變?cè)鲆鎵K，響應(yīng)于所述匹配的延時(shí)信號(hào)并響應(yīng)于高頻段增 益信號(hào)，用于提供補(bǔ)克輸出信號(hào)以在該交叉頻率f;/4處匹配由于通過(guò) 該變形濾波器塊的所述變形頻譜濾波的該低頻分支的頻率依賴增益。
24. 根據(jù)權(quán)利要求23所述的變形濾波器族，其中所述高頻段增 益信號(hào)是由該變形處理模塊處理的多個(gè)所述非線性標(biāo)度頻段的最高 頻段的增益，而所述高頻段增益信號(hào)由該變形處理模塊的動(dòng)態(tài)范圍控 制/均衡(DRC/EQ)塊提供。
25. 根據(jù)權(quán)利要求17所述的變形濾波器族，其中該二通道正交 鏡像濾波器分析塊與該合成塊基于預(yù)先確定的標(biāo)準(zhǔn)來(lái)設(shè)計(jì)，以降低在 交叉頻率fs/4周圍的交叉頻率區(qū)域中的該DRC/EQ輸出信號(hào)與該補(bǔ)充 輸出信號(hào)之間的偽信號(hào)。
26. 根據(jù)權(quán)利要求17所述的變形濾波器族，其中所述變形濾波 器族包含在便攜式電子設(shè)備、電子通信設(shè)備、移動(dòng)電子設(shè)備或移動(dòng)電 話中。
27. —種利用變形處理模塊的具有預(yù)先選擇的采樣頻率的數(shù)字 信號(hào)的動(dòng)態(tài)范圍控制和均衡的方法，包括下列步驟提供N+l個(gè)具有預(yù)先確定或者可任選改變的變形因數(shù)入的變形延時(shí)線信號(hào)Wo、 W！.....WN，該變形因數(shù)確定用于定義對(duì)應(yīng)于所述預(yù)先選擇的采樣頻率的 一半的頻率范圍內(nèi)的多個(gè)非線性標(biāo)度頻段的非線性頻標(biāo)因數(shù)，所述N+1個(gè)變形延時(shí)線信號(hào)WG、 Wi.....Wn是由所述變形處理模塊的變形延時(shí)線響應(yīng)于具有所述預(yù)先選擇的采樣 頻率的該數(shù)字信號(hào)所提供的；由所述變形處理模塊的一個(gè)變形濾波器塊，響應(yīng)于所述N+1個(gè)變形延時(shí)線信號(hào)Wo、 W！.....WN,基于所述多個(gè)所述非線性標(biāo)度頻段中的所述N+l個(gè)變形延時(shí)線信號(hào)WG、 W！..... Wn的變形處理，提供變形濾波器塊輸出信號(hào)，其中該每個(gè)非線性標(biāo)度頻段的信號(hào)增益被 獨(dú)立地設(shè)置；以及由所述變形處理模塊的動(dòng)態(tài)范圍控制/均衡(DRC/EQ)塊，響應(yīng) 于所述變形濾波器塊輸出信號(hào)，提供DRC/EQ輸出信號(hào)，從而提供所述數(shù)字信號(hào)的所述動(dòng)態(tài)范圍控制、均衡，或者所述動(dòng)態(tài)范圍控制和所 述均衡二者。
28. 根據(jù)權(quán)利要求27所述的方法，其中所述非線性標(biāo)度頻段在 近似對(duì)^t頻標(biāo)上定義。
29. 根據(jù)權(quán)利要求27所述的方法，其中所述變形濾波器塊包含 K個(gè)變形有限沖激響應(yīng)濾波器，其中K是值至少為1的整數(shù)，并且所 述K個(gè)變形有限沖激響應(yīng)濾波器的每一個(gè)是響應(yīng)于所述N+l個(gè)變形延對(duì)線信號(hào)Wo、 W！..... WN，而其中所述K個(gè)變形有限沖激響應(yīng)濾波器的每 一 個(gè)提供相應(yīng)的頻段輸出信號(hào)，并且所述變形濾波器輸出 信號(hào)包括所述K個(gè)頻段輸出信號(hào)。
30. 根據(jù)權(quán)利要求29所述的方法，其中所述動(dòng)態(tài)范圍控制/均衡 (DRC/EQ )塊包含K個(gè)DRC/EQ頻段塊，而所述K個(gè)DRC/EQ頻段塊的每一個(gè)是響應(yīng)于所述K個(gè)頻段輸出信號(hào)的相應(yīng)的一個(gè)，并提供 所述K個(gè)頻段輸出信號(hào)的所述相應(yīng)的一個(gè)的該動(dòng)態(tài)范圍控制、該均衡 或者該動(dòng)態(tài)范圍控制和該均衡二者，而其中所述K個(gè)DRC/EQ頻段 塊的每一個(gè)提供相應(yīng)的DRC/EQ頻段輸出信號(hào)，而所述DRC/EQ輸出 信號(hào)包括所述K個(gè)DRC/EQ頻段輸出信號(hào)。
31. 根據(jù)權(quán)利要求27所述的方法，其中所述變形濾波器塊包含 K個(gè)第M頻段濾波器，其中K是值至少為1的整數(shù)，而所述K個(gè)第 M頻段濾波器的每一個(gè)是響應(yīng)于所述N+l個(gè)變形延時(shí)線信號(hào)W0、 W.....WN,而其中所述K個(gè)第M頻段濾波器的每一個(gè)提供相應(yīng)的頻段輸出信號(hào)，而所述變形濾波器輸出信號(hào)包括所述K個(gè)頻段輸出信 號(hào)。
32. 根據(jù)權(quán)利要求27所述的方法，其中所述變形處理模塊可以 嵌入到稱為二通道正交鏡像濾波器族的二通道正交鏡像濾波器分析 與合成塊之間。
33. 根據(jù)權(quán)利要求32所述的方法，其中在提供N+1個(gè)變形延時(shí) 線信號(hào)Wo、 W,..... WN的步驟之前，該方法包括下列步驟由所述二通道正交鏡像濾波器分析塊，響應(yīng)于具有釆樣頻率f;并 且在從0到fs/2的相應(yīng)頻率范圍中的音頻輸入信號(hào)，提供具有等于預(yù) 先選擇的采樣頻率的降低的采樣頻率fsr=fs/2并且在具有從0到fs/2 的頻率范圍的相應(yīng)低頻分支中的數(shù)字信號(hào)，并且給補(bǔ)充模塊提供具有 該降低的采樣頻率fsr=fs/2并且在具有從fs/4到fs/2的該頻率范圍的相 應(yīng)高頻分支中的補(bǔ)充數(shù)字信號(hào)。
34. 根據(jù)權(quán)利要求33所述的方法，還包括下列步驟由該補(bǔ)充才莫塊生成在所述高頻分支中的補(bǔ)充^r出信號(hào)，以響應(yīng)于所述補(bǔ)充數(shù)字信號(hào)，在將該低頻與該高頻分支分開的交叉頻率fs/4處 匹配該低頻與該高頻分支中的處理，并且為該二通道正交鏡像濾波器 合成塊提供所述補(bǔ)充輸出信號(hào)；為該二通道正交鏡像合成塊提供由該變形處理模塊通過(guò)該數(shù)字 信號(hào)的變形處理生成的具有該降低的采樣頻率fsr=fs/2的所述 DRC/EQ輸出信號(hào)；以及由該二通道正交鏡l象合成塊，響應(yīng)于所述DRC/EQ If出信號(hào)并響 應(yīng)于所述補(bǔ)充輸出信號(hào)，提供具有該采樣頻率fs并且在從O到fs/2的 該相應(yīng)頻率范圍內(nèi)的數(shù)字音頻輸出信號(hào)。
35. 根據(jù)權(quán)利要求34所述的方法，其中所述生成補(bǔ)充數(shù)字信號(hào) 的步驟包括下列步驟由所述補(bǔ)充模塊的匹配延時(shí)模塊，響應(yīng)于所述補(bǔ)充數(shù)字信號(hào)，提 供匹配的延時(shí)信號(hào)，以在該交叉頻率fs/4處匹配由于通過(guò)該變形濾波 器塊的所述變形匹配濾波的該低頻分支的頻率依賴延時(shí)；由該動(dòng)態(tài)范圍控制/均衡(DRC/EQ)塊給該補(bǔ)充模塊的可變?cè)鲆?塊提供高頻段增益信號(hào)，該高頻段增益信號(hào)是由該變形處理模塊處理 的多個(gè)所述非線性標(biāo)度頻段的最高頻段的增益；以及由該可變?cè)鲆鎵K響應(yīng)于所述匹配的延時(shí)信號(hào)并響應(yīng)于高頻段增 益信號(hào)提供該補(bǔ)充輸出信號(hào)。
36.根據(jù)權(quán)利要求27所述的方法，其中所述變形處理模塊嵌入 到稱為二通道正交鏡像濾波器族的二通道正交鏡像濾波器分析與合 成塊之間，所述變形濾波器塊包含K個(gè)第M頻段濾波器，其中K是 值至少為1的整數(shù)，而所述K個(gè)第M頻段濾波器的每一個(gè)是響應(yīng)于所述N+l個(gè)變形延時(shí)線信號(hào)Wo、 W！..... WN,而其中所述K個(gè)第M頻段濾波器的每 一 個(gè)提供相應(yīng)的頻段輸出信號(hào)，而所述變形濾波器 輸出信號(hào)包括所述K個(gè)頻段輸出信號(hào)。
全文摘要
本發(fā)明描述了一種用于利用變形頻譜濾波實(shí)時(shí)地調(diào)整數(shù)字音頻信號(hào)的響度和頻譜內(nèi)容的方法。變形處理模塊用由變形延時(shí)線的變形因數(shù)λ確定的多個(gè)非線性標(biāo)度頻段的一組增益，修改數(shù)字音頻信號(hào)的頻譜內(nèi)容。由該變形延時(shí)線生成的變形延時(shí)線信號(hào)是利用上述多個(gè)非線性標(biāo)度頻段中單獨(dú)的變形頻譜濾波，由包含多重變形有限沖激響應(yīng)濾波器，例如，第M頻段濾波器的變形濾波器塊處理的，接下來(lái)由動(dòng)態(tài)范圍控制/均衡塊進(jìn)行常規(guī)處理。本發(fā)明描述了另一種創(chuàng)新，即在二通道正交鏡像濾波器(QMF)族中嵌入變形處理模塊，以改善高采樣率的處理效率。
文檔編號(hào)H03H17/02GK101167250SQ200580018465
公開日2008年4月23日 申請(qǐng)日期2005年4月21日 優(yōu)先權(quán)日2004年4月23日
發(fā)明者奧利·柯爾基拜, 雅爾莫·伊帕克卡 申請(qǐng)人:諾基亞公司