时域中的虚拟低音的相加制造技术

公开了时域中的虚拟低音的相加。提供了用于对音频信号进行处理以添加虚拟低音的系统、方法和技术。在一个代表性实施例中，一种设备包括：(a)输入线，输入时域中的原始音频信号；(b)低音提取滤波器，提取原始音频信号的低音部分，该低音部分也在时域中；(c)估计器，估计低音部分内的低音声音的基频；(d)频移器，将低音部分偏移作为估计器估计的基频的整数倍的正频率增量，从而提供虚拟低音信号；(e)加法器，具有(i)耦合到原始音频信号和虚拟低音信号的输入和(ii)输出；以及(f)音频输出装置，耦合到加法器的输出。

The addition of virtual bass in the time domain

The addition of virtual bass in the time domain is disclosed. Systems, methods, and techniques for processing audio signals to add virtual bass are provided. In one representative embodiment, an apparatus includes: (a) input line, the original audio signal input in time domain; (b) bass bass part extraction filter, extraction of the original audio signal, the bass part also in the time domain; (c) estimator to estimate the fundamental bass part in the bass voice; (d) frequency shifter, the bass part as a positive integer frequency offset increment of the estimation of the fundamental frequency estimator, to provide virtual bass signal; (E) adder with (I) coupled to the original audio signal and virtual bass signal input and output (II); and (f) audio output device is coupled to the output of the adder.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及系统、方法和技术，其用于对音频信号进行处理以为收听者提供更强的低音印象，或者换言之，以便将“虚拟低音”与音频信号相加，例如以使得可以通过没有良好低音产生特性的扬声器或其它音频输出装置进行播放。
技术介绍
平板电视机和移动装置的出现加速了小型扬声器的广泛使用，公知小型扬声器具有差的低音(即，低频)性能。由于收听者对声音质量的总体印象较强地受到低音性能的影响，因此该特性通常使得小型扬声器处于不利位置。因此，非常期望改进所感知的低音性能，尤其是对于包括小型扬声器的装置。提升低音性能的传统方法是简单地放大音频谱的低频部分，从而使得低音听起来更大声。然而，由于当在低频将电能转换为声能时小型扬声器通常具有差的效率，从而引起诸如电池消耗和过热的问题，因此这样的方法的有效性大大受到限制。潜在的更严重的问题在于，低频的放大可以引起扬声器线圈的过度偏移，从而导致失真，并且在一些情况下，导致对扬声器的损坏。替选方法是利用“虚拟音调(virtualpitch)”的音质效果。对于用于示出该效果的简单示例，考虑基频F0为100赫兹(Hz)的音调。尽管可以通过播放100Hz的纯音在人耳中产生100Hz音调的感觉，但是乐器和人类声带通常使用具有合成谐波结构(诸如100Hz、200Hz、300Hz等)的声调集合产生该感觉，这也可以提供更完整的(和区分的)声音质量。更有意思的在于，100Hz的基频处的声调对于人类具有听到100Hz音调的感觉是不必要的。即使100Hz的声调丢失，200Hz、300Hz、400Hz等的谐音的集合也可以产生100Hz音调的感觉。人耳显然可以仅根据谐音而推出音调。该现象称为虚拟音调。虚拟音调的概念的一个分支在于，不需要物理地产生基频F0处的声调以便产生F0处的音调的感觉。当应用于小型扬声器的低音增强时，这意味着不需要在小型扬声器低效的低频浪费能量。替代地，可以通过使用扬声器在产生方面更高效的较高频率声调而产生类似的低音印象。只要提供了适当的谐波结构，虚拟音调效果就可以足够强以产生强的低音感觉。该一般方法在这里称为虚拟低音(virtualbass)。早期的虚拟低音技术在时域中工作并且一般包括以下步骤：1.使用带通滤波器从输入音频信号提取低频分量以形成低音信号；2.通过经由非线性装置馈送低音信号而生成较高阶的谐波；3.使用带通滤波器选择高阶谐波的一部分(虚拟音调)；以及4.将所选择的高阶谐波与原始信号相加。然而，本专利技术人意识到对于该方法存在问题，包括非线性装置引入了互调失真，这会显著降低音频质量。更近期的技术使用相位声码器(phasevocoder)而在频域中工作，例如，如下：1.使用短时傅立叶变换(STFT)将输入音频信号变换到离散傅立叶变换(DFT)域；2.将低频谐音的频率线性地按比例提高至扬声器可以有效地产生声音的频率；3.使用按比例提高后的谐波频率来驱动正弦波叠加合成器(sum-of-sinusoidssynthesizer)对时域虚拟低音信号进行合成；以及4.将虚拟低音信号与原始信号相加。然而，本专利技术人意识到该方法的至少一个问题在于，其使得谐音之间的频率差也按比例被提高，因此所得到的虚拟音调频率高于其应该为的频率。换言之，所得到的虚拟低音通常将被感知为具有比原始信号的低音部分高的音调。甚至更坏的是，在许多情况下，特别是涉及音乐的情况下，所感知的音调中的上述偏移然后将使得所感知的低音与音频信号的其它部分冲突，从而导致声音质量的更严重下降。
技术实现思路
本专利技术通过使用被发现产生更好结果(即，音频信号的原始低音部分的更真实印象)的某些方法来解决上述问题。本专利技术的一个具体实施例涉及一种用于对音频信号进行处理的设备，其包括：(a)输入线，输入原始音频信号；(b)变换模块，将原始音频信号变换成频率分量的集合；(c)滤波器，提取这样的频率分量的低音部分；(d)估计器，估计这样的低音部分内的低音声音的基频；(e)频移器，将低音部分偏移作为估计器估计的基频的整数倍的频率，从而提供虚拟低音信号；(f)加法器，具有(i)耦合到原始音频信号和虚拟低音信号的输入以及(ii)输出；以及(g)音频输出装置，耦合到加法器的输出。另一实施例涉及一种用于对音频信号进行处理的设备，其包括：(a)输入线，输入时域中的原始音频信号；(b)低音提取滤波器，提取原始音频信号的低音部分，该低音部分也在时域中；(c)估计器，估计低音部分内的低音声音的基频；(d)频移器，将低音部分偏移作为估计器估计的基频的整数倍的正频率增量，从而提供虚拟低音信号；(e)加法器，具有(i)耦合到原始音频信号和虚拟低音信号的输入和(ii)输出；以及(f)音频输出装置，耦合到加法器的输出。根据每个上述布置，通常可以获得更好的音频输出，特别是当通过不能提供良好的低音产生的扬声器或其它音频输出装置播放音频信号时。以上概述仅旨在提供本专利技术的某些方面的简要描述。本专利技术的更完整理解可以通过参考权利要求和结合附图的优选实施例的以下详细描述来获得。附图说明在以下公开内容中，参照附图来描述本专利技术。然而，应理解，附图仅描绘了本专利技术的某些代表性和/或示例性实施例和特征，并且不旨在以任何方式限制本专利技术的范围。以下是每幅附图的简要描述。图1是用于在频域中将虚拟低音与音频信号相加的系统的框图。图2是用于在时域中将虚拟低音与音频信号相加的系统的框图。图3是用于执行单边带(SSB)调制的系统的框图。具体实施方式本申请涉及同一专利技术人在同一日期提交的题为“AdditionofVirtualBassintheFrequencyDomain”的共同转让美国专利申请。为了便于引用，本公开被划分为章节。每个章节的总体主题由该章节的标题来指示。然而，这样的标题仅被包括用于有利于可读性，并且不旨在以任何方式限制本专利技术的范围。频域中的虚拟低音的相加现在参照图1讨论主要在频域中工作的本实施例的第一实施例。如在以下更详细地讨论的，图1示出了系统5，系统5用于对原始输入音频信号10(通常为数字形式，即，在时间上离散或被采样以及在值方面离散或被量化)进行处理，以便产生与原始信号10相比可以具有较少实际低音内容但是添加了“虚拟低音”的输出音频信号40，例如，从而使得输出音频信号40更适合于不是非常擅长产生低音的扬声器或其它输出装置。参照图1，初始，正向变换模块12将输入音频信号10从时域变换为频域(例如，DFT)表示。可以在模块12内使用传统STFT或者其它传统频率变换技术。在以下讨论中，一般假设使用STFT，从而产生DFT表示，但是期望不失一般性，并且这里的每个具体引用可以例如利用上述更一般的语言来替换。所得到的变换后的信号然后被提供(即，耦合)到低音提取器14，并且可选地被提供到高通滤波器15。低音提取器14例如使用具有如下通带(例如，频谱的受到不超过3dB衰减的部分)的带通滤波器而从DFT(或其它频率)系数提取输入信号10的低频部分16：其中，是低端截止(-3dB)频率，是高端截止频率，并且上述范围优选地以预期低音强但是期望的扬声器或其它最终输出装置42无法有效地产生声音的频率为中心。另外，低音提取器14的带宽优选地跨越足够的倍频程(octave)(例如，至少一个1个、2个或更多个)以便从源音频信号10本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于对音频信号进行处理的设备，包括：(a)输入线，输入时域中的原始音频信号；(b)低音提取滤波器，提取所述原始音频信号的低音部分，所述提取的低音部分也在所述时域中；(c)估计器，估计所述低音部分内的低音声音的基频；(d)频移器，将所述低音部分偏移正频率增量，从而提供虚拟低音信号，所述正频率增量是所述估计器估计的基频的整数倍；(e)加法器，具有(i)耦合到所述原始音频信号和所述虚拟低音信号的输入以及(ii)输出；以及(f)音频输出装置，耦合到所述加法器的输出。

【技术特征摘要】
2015.10.30 US 14/929,2301.一种用于对音频信号进行处理的设备，包括：(a)输入线，输入时域中的原始音频信号；(b)低音提取滤波器，提取所述原始音频信号的低音部分，所述提取的低音部分也在所述时域中；(c)估计器，估计所述低音部分内的低音声音的基频；(d)频移器，将所述低音部分偏移正频率增量，从而提供虚拟低音信号，所述正频率增量是所述估计器估计的基频的整数倍；(e)加法器，具有(i)耦合到所述原始音频信号和所述虚拟低音信号的输入以及(ii)输出；以及(f)音频输出装置，耦合到所述加法器的输出。2.根据权利要求1所述的设备，其中，所述低音提取滤波器是具有至少15Hz的低端截止频率的带通滤波器。3.根据权利要求1所述的设备，其中，所述低音提取滤波器是具有至少1倍频程的通带的带通滤波器。4.根据权利要求1所述的设备，其中，所述低音提取滤波器是具有至少2倍频程的通带的带通滤波器。5.根据权利要求1所述的设备，还包括：响度控制器，基于所述低音部分的感知响度的第一估计和所述虚拟低音信号的感知响度的第二估计而调整所述虚拟低音信号的强度。6.根据权利要求5所述的设备，其中，所述第一估计基于所述低音部分的声音压力水平SPL或功率中的至少一个的估计。7.根据权利要求5所述的设备，其中，所述响度控制器基于所述低音部分的代表性频率、所述低音部分的强度、所述虚拟低音信号的代表性频率和等响度水平数据集合而确定比例因子。8.根据权利要求7所述的设备，其中，所述低音部分的代表性频率是使用所述低音部分内的几何平均值或算术平均值中的至少一个而确定的。9.根据权利要求1所述的设备，其中，所述估计器基于整合窗内的音频样本而估计所述基频，所述整合窗的大小为与最小预期基频对应的周期的至少两倍。10.根据权利要求9所述的设备，其中，所述估计器和所述频移器作...

【专利技术属性】
技术研发人员：游余立，
申请(专利权)人：国光电器股份有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44