过滤音频信号的音频信号处理装置和方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种音频信号处理装置(100)，用于过滤左声道输入音频信号(L)和右声道输入音频信号(R)，其中左声道输出音频信号(X

Audio signal processing device and method for filtering audio signal

【技术实现步骤摘要】
过滤音频信号的音频信号处理装置和方法
本专利技术涉及音频信号处理领域，尤其涉及音频信号内的串扰抑制。
技术介绍
众多应用中，抑制音频信号内的串扰大受瞩目。例如，当使用扬声器为听者重现双耳音频信号时，听者右耳通常也可以听见其左耳所听到的音频信号，这种效应称为串扰。通过添加逆滤波器至音频重现链，可以抑制串扰。串扰抑制也称为串扰消除，可通过过滤音频信号加以实现。通常情况下，不可能精确地进行逆滤波，而只是使用其近似值。由于逆滤波器通常不稳定，为控制所述逆滤波器的增益并减少动态范围损失，将这些近似值正则化。换言之，由于病态性，所述逆滤波器对误差敏感，即重现链中的小误差可能导致重现点上的大误差，从而导致狭窄最有效点和无用音染，正如Takeuchi,T.和Nelson,P.A.于2002年在JournalASA112(6)上发表的《扬声器上的双耳合成法的最佳声源分布》一文中所述。在EP1545154A2中，为确定所述逆滤波器，从扬声器到听者进行测量。然而，由于正则化，此方法中最有效点狭窄，且存在无用音染。因为在优化阶段，所有频率一律平等，因此低高频分量由于病态性易引起误差。在M.R.Bai,G.Y.Shih,C.C.Lee于2007年在JournalASA121(1)上发表的《双扬声器手机的音频声场定位技术的对比研究》一文中，为降低设计所述逆滤波器的复杂度，使用子带划分。在此方法中，为通过多速率方式抑制串扰，使用正交镜像滤波器组，然而，所有频率一律平等，且仅仅进行子带划分以降低复杂度。因此，使用高的正则化值，削弱了空间感和音质。在US2013/0163766A1，为优化正则化值的选择，使用子带分析。由于低高频分量使用大的正则化值，因此，此方法中的空间感和音质受到影响。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种过滤左声道输入音频信号和右声道输入音频信号的有效概念。该目的通过独立权利要求的特点加以实现。通过结合从属权利要求、说明书和附图，进一步的实现方式将会变得更加清楚。本专利技术是基于这一发现：所述左声道输入音频信号和所述右声道输入音频信号可分解为多个预先确定的频带。选择每个预先确定的频带以提高每个预先确定的频带内的相关双耳线索的准确性，比如双耳时间差(Inter-auralTimeDifference，简称ITD)和双耳声压差(Inter-auralLevelDifference，简称ILD)，从而使复杂度降至最低。可选择每个预先确定的频带，从而能够提供鲁棒性，避免无用音染。在低频处，如低于1.6kHz，可使用简单的时延和增益来抑制串扰，这样，在保持高品质音效的同时可以提供精确的双耳时间差(Inter-auralTimeDifference，简称ITD)。在中频处，如在1.6kHz和6kHz之间，可进行串扰抑制，从而准确地重现音频信号之间的双耳声压差(Inter-auralLevelDifference，简称ILD)。为避免谐波失真和无用音染，可以延迟和/或绕开超低频分量如低于200Hz和超高频分量如高于6kHz。对于低于1.6kHz的频率，通过双耳时间差(Inter-auralTimeDifference，简称ITD)可控制声源定位；至于高于此的频率，通过双耳声压差(Inter-auralLevelDifference，简称ILD)的效应可增加系统的频率，在高频处使其成为主要线索。第一方面，本专利技术涉及一种音频信号处理装置，用于过滤左声道输入音频信号，以获取左声道输出音频信号，并过滤右声道输入音频信号，以获取右声道输出音频信号，其中所述左声道输出音频信号和所述右声道输出音频信号经声学传播路径传输给听者，所述声学传播路径的传输函数由声学传输函数矩阵定义，所述音频信号处理装置包括：分解器，用于将所述左声道输入音频信号分解为第一左声道输入音频子信号和第二左声道输入音频子信号，并将所述右声道输入音频信号分解为第一右声道输入音频子信号和第二右声道输入音频子信号，其中将所述第一左声道输入音频子信号和所述第一右声道输入音频子信号分配给预先确定的第一频带，将所述第二左声道输入音频子信号和所述第二右声道输入音频子信号分配给预先确定的第二频带；第一串扰抑制器，用于根据所述声学传输函数矩阵抑制所述预先确定的第一频带内所述第一左声道输入音频子信号和所述第一右声道输入音频子信号之间的串扰，以获取第一左声道输出音频子信号和第一右声道输出音频子信号；第二串扰抑制器，用于根据所述声学传输函数矩阵抑制所述预先确定的第二频带内所述第二左声道输入音频子信号和所述第二右声道输入音频子信号之间的串扰，以获取第二左声道输出音频子信号和第二右声道输出音频子信号；合路器，用于合并所述第一左声道输出音频子信号和所述第二左声道输出音频子信号，以获取所述左声道输出音频信号，并合并所述第一右声道输出音频子信号和所述第二右声道输出音频子信号，以获取所述右声道输出音频信号。这样，实现了过滤左声道输入音频信号和右声道输入音频信号的有效概念。所述音频信号处理装置可抑制所述左声道输入音频信号和所述右声道输入音频信号之间的串扰。所述预先确定的第一频带可包括低频分量，所述第二预先确定的频带可包括中频分量。根据第一方面，在所述音频信号处理装置的第一种实现方式中，所述左声道输出音频信号经左扬声器和所述听者左耳之间的第一声学传播路径和所述左扬声器和所述听者右耳之间的第二声学传播路径传输，所述右声道输出音频信号经右扬声器和所述听者右耳之间的第三声学传播路径和所述右扬声器和所述听者左耳之间的第四声学传播路径传输，其中所述第一声学传播路径的第一传输函数、所述第二声学传播路径的第二传输函数、所述第三声学传播路径的第三传输函数和所处第四声学传播路径的第四传输函数组成所述声学传输函数矩阵。这样，对于所述听者，根据所述左扬声器和所述右扬声器的设置提供所述声学传输函数矩阵。根据第一方面或第一方面的上述任一实现方式，在所述音频信号处理装置的第二种实现方式中，所述第一串扰抑制器用于根据所述声学传输函数矩阵确定第一串扰抑制矩阵，并根据所述第一串扰抑制矩阵过滤所述第一左声道输入音频子信号和所述第一右声道输入音频子信号。这样，所述第一串扰抑制器可以有效地抑制串扰。根据第一方面的第二种实现方式，在所述音频信号处理装置的第三种实现方式中，所述第一串扰抑制矩阵的元素表示与所述第一左声道输入音频子信号和所述第一右声道输入音频子信号相关联的增益和时延，其中所述增益和所述时延在所述预先确定的第一频带内恒定。这样，可以有效地提供双耳时间差(Inter-auralTimeDifference，简称ITD)。根据第一方面的第三种实现方式，在所述音频信号处理装置的第四种实现方式中，所述第一串扰抑制器用于根据下列方程式确定所述第一串扰抑制矩阵：Aij＝max{|Cij|}·sign(Cijmax)C＝(HHH+β(ω)I)-1HHe-jωM其中，CS1表示所述第一串扰抑制矩阵，Aij表示所述增益，dij表示所述时延，C表示通用串扰抑制矩阵，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种音频信号处理装置(100)，用于过滤左声道输入音频信号(L)，以获取左声道输出音频信号(X

【技术特征摘要】
1.一种音频信号处理装置(100)，用于过滤左声道输入音频信号(L)，以获取左声道输出音频信号(X1)，并过滤右声道输入音频信号(R)以获取右声道输出音频信号(X2)，其特征在于，所述左声道输出音频信号(X1)和所述右声道输出音频信号(X2)经声学传播路径传输给听者(301)，其中所述声学传播路径的传输函数由声学传输函数ATF矩阵(H)定义，所述音频信号处理装置(100)包括：
分解器(101)，用于将所述左声道输入音频信号(L)分解为第一左声道输入音频子信号和第二左声道输入音频子信号，并将所述右声道输入音频信号(R)分解为第一右声道输入音频子信号和第二右声道输入音频子信号，其中将所述第一左声道输入音频子信号和所述第一右声道输入音频子信号分配给预先确定的第一频带(1001)，将所述第二左声道输入音频子信号和所述第二右声道输入音频子信号分配给预先确定的第二频带(1003)；
第一串扰抑制器(103)，用于根据所述ATF矩阵(H)抑制所述预先确定的第一频带(1001)内所述第一左声道输入音频子信号和所述第一右声道输入音频子信号之间的串扰，以获取第一左声道输出音频子信号和第一右声道输出音频子信号；
第二串扰抑制器(105)，用于根据所述ATF矩阵(H)抑制所述预先确定的第二频带(1003)内所述第二左声道输入音频子信号和所述第二右声道输入音频子信号之间的串扰，以获取第二左声道输出音频子信号和第二右声道输出音频子信号；
合路器(107)，用于合并所述第一左声道输出音频子信号和所述第二左声道输出音频子信号，以获取所述左声道输出音频信号(X1)，并合并所述第一右声道输出音频子信号和所述第二右声道输出音频子信号，以获取所述右声道输出音频信号(X2)。


2.根据权利要求1所述的音频信号处理装置(100)，其特征在于，所述左声道输出音频信号(X1)经左扬声器(303)和所述听者(301)左耳之间的第一声学传播路径和所述左扬声器(303)和所述听者(301)右耳之间的第二声学传播路径传输，所述右声道输出音频信号(X2)经右扬声器(305)和所述听者(301)右耳之间的第三声学传播路径和所述右扬声器(305)和所述听者(301)左耳之间的第四声学传播路径传输，其中所述第一声学传播路径的第一传输函数(HL1)、所述第二声学传播路径的第二传输函数(HR1)、所述第三声学传播路径的第三传输函数(HR2)和所处第四声学传播路径的第四传输函数(HL2)组成所述ATF矩阵(H)。


3.根据上述权利要求任一项所述的音频信号处理装置(100)，其特征在于，所述第一串扰抑制器(103)用于根据所述ATF矩阵(H)确定第一串扰抑制矩阵(CS1)，并根据所述第一串扰抑制矩阵(CS1)过滤所述第一左声道输入音频子信号和所述第一右声道输入音频子信号。


4.根据权利要求3所述的音频信号处理装置(100)，其特征在于，所述第一串扰抑制矩阵(CS1)的元素表示与所述第一左声道输入音频子信号和所述第一右声道输入音频子信号相关联的增益(Aij)和时延(dij)，其中所述增益(Aij)和所述时延(dij)在所述预先确定的第一频带(1001)内恒定。


5.根据权利要求4所述的音频信号处理装置(100)，其特征在于，所述第一串扰抑制器(103)用于根据下列方程式确定所述第一串扰抑制矩阵(CS1)：



Aij＝max{|Cij|}·sign(Cijmax)
C＝(HHH+β(ω)I)-1HHe-jωM
其中，CS1表示所述第一串扰抑制矩阵，Aij表示所述增益，dij表示所述时延，C表示通用串扰抑制矩阵，Cij表示所述通用串扰抑制矩阵的元素，Cijmax表示所述通用串扰抑制矩阵中的元素Cij的最大值，H表示所述ATF矩阵，I表示单位矩阵，β表示正则化系数，M表示建模延迟，ω表示角频。


6.根据上述权利要求1或2所述的音频信号处理装置(100)，其特征在于，所述第二串扰抑制器(105)用于根据所述ATF矩阵(H)确定第二串扰抑制矩阵(CS2)，并根据所述第二串扰抑制矩阵(CS2)过滤所述第二左声道输入音频子信号和所述第二右声道输入音频子信号。


7.根据权利要求6所述的音频信号处理装置(100)，其特征在于，所述第二串扰抑制器(105)用于根据下列方程式确定所述第二串扰抑制矩阵(CS2)：
CS2＝BP(HHH+β(ω)I)-1HHe-jωM
其中，CS2表示所述第二串扰抑制矩阵，H表示所述ATF矩阵，I表示单位矩阵，BP表示带通滤波器，β表示正则化系数，M表示建模延迟，ω表示角频。


8.根据上述权利要求1所述的音频信号处理装置(100)，其特征在于，还包括：
延时器，用于基于时延(d11)在预先确定的第三频带(1005)内延迟第三左声道输入音频子信号，以获取第三左声道输出音频子信号；并基于另一时延(d22)在所述预先确定的第三频带(1005)内确定第三右声道输入音频子信号，以获取第三右声道输出音频子信号；
其中所述分解器(101)用于将所述左声道输入音频信号(L)分解为所述第一左声道输入音频子信号、所述第二左声道输入音频子信号和所述第三左声道输入...

【专利技术属性】
技术研发人员：耶塞妮娅·拉库蒂尔·帕罗蒂，
申请(专利权)人：华为技术有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44