音频信号动态范围压缩制造技术

本申请公开了音频信号动态范围压缩。提供了用于压缩音频信号的动态范围的系统、方法和技术。在一个实现方式中：获得输入音频信号，并基于该信号和期望的输出范围提供时变增益信号。随后将时变的初步增益信号施加到输入音频信号以提供输出音频信号。时变增益信号的提供包括使用攻击增益响应时间和释放增益响应时间作为滤波参数对基于输入音频信号的信号进行低通滤波，其中响应于确定输入音频信号中出现瞬变，攻击增益响应时间减少，而释放增益响应时间增加。

Dynamic range compression of audio signal

【技术实现步骤摘要】
音频信号动态范围压缩专利
本专利技术除其他方面之外涉及与音频信号范围的动态压缩(例如，从信号的最小电平到其最大电平)相关的并且可以用于例如在更好地防止或限制音频失真和/或对输出设备(诸如扬声器或耳机)的损坏的同时提高音频信号的音量，以及总体上改善收听体验的系统、方法和技术。背景某些音频通道的动态范围有时比可用的输出设备(诸如扩音器)能够精确或清晰地产生的范围宽得多。例如，当音频信号低时，重现的声音可能听不见，而当音频信号高时，重现的声音可能削波或过载。看电影的人可能需要在喧闹场景过程中调低音量，而在安静场景的过程中调高音量。动态范围压缩试图解决这些问题。它指的是一类用于减小音频信号的动态范围以适应回放设备和/或情景要求的技术。在D.Giannoulis、M.Massberg和J.Reiss于2012年在JournalofAudioEngineeringSociety60：第399-408页发表的“DigitalDynamicRangeCompressorDesign-ATutorialandAnalysis”(其在本文中被称为“Giannoulis2012”)中给出了这种技术的回顾。一种传统的实现方式是图1中所示的动态范围压缩器(DRC)5。在那里，Abs模块10执行绝对值运算，而Log模块12执行对数函数。在更具体的实现方式中，Log模块12将输入值转换成分贝，如下所示：XG(n)＝20log10(|x(n)|)，其中，x(n)表示输入信号，并且XG(n)表示在第n个采样周期处的转换信号。增益计算机14然后实现静态范围压缩，例如，如下(来自Giannoulis2012)：其中，T、R和w分别是指定阈值、压缩比和拐点宽度(kneewidth)。如本文所用，术语“静态”指的是不参考其他输入值(即，其他时间点处的输入值)对单独输入值的修改。增益计算机14的其他实现方式也是可能的，诸如在RaneCorporation于2005年的“DynamicProcessors-Technology&ApplicationTips”(在本文中称为“Rane2005”)中给出的任何实现方式，例如包括前述压缩与扩展器和限制器的组合。如图1所示，然后在减法器15中从增益计算机14的输入中减去增益计算机14的输出，以获得以下负增益信号：XL＝XG-YG方程2其被输入到电平检测器16中，用于基本上对XL，应用平滑化操作以获得信号电平的平滑化表示。电平检测器16有许多可能的实现方式，包括Giannoulis2012中描述的那些中的任一个。在一个特定示例中，电平检测器16执行以下运算：Y1(n)＝max(XL(n)，αRY1(n-1)+(1-αR)XL(n))YL(n)＝αAYL(n-1)+(1-αA)Y1(n)方程3其中，Y1(n)是内部状态，αA和αR是各自的一阶无限脉冲响应(IIR)滤波器的攻击极点和释放极点(attackandreleasepoles)。这些极点控制YL(n)的平滑度，或者YL(n)对XL(n)变化进行响应的速度。每个都与τ相关，τ是相应的时间常数(TC)，如下所示：其中，fs是采样频率。换句话说，其中，τA和τR分别是攻击TC和释放TC。在电平检测器16中进行平滑化后，在加法器18中，补偿增益19(M)与平滑化后的负增益的相反数相加，然后由指数函数模块20将结果转换成线性标度，例如，如下所示：然后，在乘法器21中，该线性增益被施加到(可选地延迟的)输入信号，以产生输出信号，如下所示：y(n)＝K(n)x(n-τ)其中，τ是由可选的延迟单元22提供的可选延迟，其可用于匹配增益计算侧链30内的延迟和/或向侧链30提供“向前看得更远”的能力(例如，为了“准备”DRC5以更好地应对强大的攻击)。然而，在一些实施例中，完全省略了延迟单元22。正如将从上面的讨论中容易认识到的，DRC通常将输入信号乘以随时间变化的增益，因此它执行将失真引入信号的运算。为了将这种失真保持为低且理想情况下是听不见的，应该使用大的TC，使得增益变化缓慢。这种大的TC对于音频信号的似稳态分段有效，但是通常会遇到短暂的攻击或者突然的强有力的声音爆发的问题，诸如可能是由敲击乐器或者爆炸产生的。当这种强大的攻击到来时，大的TC产生的缓慢增益变化不能足够快地降低增益，以防止攻击超出期望范围的上限。因此，音频信号可能在数字域中削波(导致失真)，功率放大器可能过载(潜在地损坏它)，和/或扩音器的音圈可能撞击其背板(潜在地损坏扬声器)。所有这些情况都会产生令人讨厌的声音，且在某些情况下可能会造成损害。因此，期望使TC适应输入信号的动态变化性质，例如，使得：(1)允许在强大攻击期间的快速增益降低，以及(2)在似稳态分段期间提供更慢变化的增益。在这方面已经做了一些尝试。例如，D.Giannoulis、M.Massberg和J.Reiss于2013年在JournaloftheAudioEngineeringSociety的716-726页发表的“ParameterAutomationinaDynamicRangeCompressor”(其在本文中被称为“Giannoulis2013”)采用瞬变或攻击检测器来区分输入信号的瞬变和似稳态分段，然后对瞬变分段使用较短的TC，而对似稳态分段使用较长的TC。通常，这种传统方法在似稳态分段期间使用“标准”攻击和释放TC。例如，在似稳态分段期间，攻击TC可能是50-100毫秒(ms)，而释放TC(通常是10倍大)可能是500-1000ms。然后，当检测到瞬变时，这些值通常会以10的因子减少，或这样，即攻击TC减少到5-10ms，而释放TC减少到50-100ms。专利技术概述不幸的是，虽然在短暂的攻击期间使用短攻击TC和释放TC以及在似稳态分段期间使用长攻击和释放TC的传统直接方法似乎符合直觉逻辑，但是本专利技术人已经发现这种方法实际上往往不能提供良好的结果。本专利技术解决了这个问题，例如，通过调整TC或者允许增益以多快速度变化的其他度量(本文有时称为“增益响应时间”)，其不同于过去已经使用的方法。因此，本专利技术的一个实施例针对压缩音频信号的动态范围，例如，其中：获得输入音频信号；基于输入音频信号和期望的输出范围提供时变增益信号；并且时变增益信号被施加到输入音频信号以提供输出音频信号。本实施例中的时变增益信号的提供包括：(i)确定并提供输入音频信号中是否出现瞬变的指示，(ii)基于输入音频信号中是否出现瞬变的指示，提供攻击增益响应时间(例如，攻击指数时间常数)和释放增益响应时间(例如，释放指数时间常数)，以及(iii)使用攻击增益响应时间和释放增益响应时间作为滤波参数，对基于输入音频信号的信号进行低通滤波。响应于输入音频信号中出现瞬变的确定，攻击增益响应时间减少，而释放增益响应时间增加。优选地，攻击增益响应时间主要控制允许输出音频信号强度响应于输入音频信号本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种压缩音频信号的动态范围的方法，包括：/n(a)获得输入音频信号；/n(b)基于所述输入音频信号和期望的输出范围提供时变增益信号；和/n(c)将所述时变增益信号施加到所述输入音频信号以提供输出音频信号，/n其中，步骤(b)包括：(i)确定并提供所述输入音频信号中是否出现瞬变的指示，(ii)基于所述输入音频信号中是否出现瞬变的所述指示，提供攻击增益响应时间和释放增益响应时间，以及(iii)使用所述攻击增益响应时间和所述释放增益响应时间作为滤波参数，对基于所述输入音频信号的信号进行低通滤波，以及/n其中，响应于所述输入音频信号中出现瞬变的确定，所述攻击增益响应时间减少，而所述释放增益响应时间增加。/n

【技术特征摘要】
20180629 US 16/022,8191.一种压缩音频信号的动态范围的方法，包括：
(a)获得输入音频信号；
(b)基于所述输入音频信号和期望的输出范围提供时变增益信号；和
(c)将所述时变增益信号施加到所述输入音频信号以提供输出音频信号，
其中，步骤(b)包括：(i)确定并提供所述输入音频信号中是否出现瞬变的指示，(ii)基于所述输入音频信号中是否出现瞬变的所述指示，提供攻击增益响应时间和释放增益响应时间，以及(iii)使用所述攻击增益响应时间和所述释放增益响应时间作为滤波参数，对基于所述输入音频信号的信号进行低通滤波，以及
其中，响应于所述输入音频信号中出现瞬变的确定，所述攻击增益响应时间减少，而所述释放增益响应时间增加。


2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述输入音频信号中是否出现瞬变的所述指示表明检测到的瞬变的强度的度量。


3.根据权利要求2所述的方法，其中，作为检测到的瞬变的强度的更大度量的结果，所述攻击增益响应时间减少得更多，而所述释放增益响应时间增加得更多。


4.根据权利要求1所述的方法，其中，所述输...

【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