频率响应方法和装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供了一种用于对时间信号进行滤波的方法和装置。根据K个权重l

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】频率响应方法和装置领域本专利技术涉及时间信号的处理，包括合成的或测量的时间信号，特别地涉及用于调整应用于时间信号的频率响应以匹配目标幅度频率响应的改进的装置和方法。本专利技术的应用包括需要根据(诸如在时间信号是音频信号的音频系统的图形均衡器中的)用户输入动态改变目标幅度频率响应的系统。应用还包括需要动态改变幅度频率响应的情况，或者根据诸如应用于变化的输入时间信号的计算听觉感知模型的算法来维持、优化或匹配时间信号的模型导出的感知特性的情况。本专利技术可以在音频领域中实现，例如，在音频产品、音频娱乐系统或助听器中的母带制作和混音系统中实现。音频领域之外的其他应用包括数字通信中的自适应信道均衡，其中时间信号是数字通信信号。背景用于改变音频系统的频率响应以满足特定要求或偏好的技术和系统具有悠久的历史。术语“均衡(equalisation)”或“EQ”用于指改变信号中频率的平衡的一般任务，无论是出于校正目的将硬件(如模拟传输线、扬声器或麦克风)特性考虑在内，还是将声音特性改变为更令人愉快或更清晰的演绎。使用音频混合装备的音频从业者可以提高或降低低音，降低或提高高频，或演奏中频以改善最终的声音。音响工程师使用的图形均衡器是基于一系列串联的频率峰化滤波器，称为频带，频带要么是固定带宽，要么是成比例的Q响应，通常间隔半个、三分之一或整个八度，取决于频带的数量。使用物理或垂直滑块控制每个频带，该滑块管理降低或提高，中心位置是“平的(flat)”，因此得名“图形均衡器(graphicequaliser)”，因为滑块示出了EQ曲线的总体形状，即目标幅度频率响应。单个滤波器带宽排列成使它们平滑重叠，而最高和最低频率滑块通常与搁架滤波器相连，以提供对高低极值的更有效控制。原则上，在足够大的频带数量下，出于所有实际目的，图形均衡器可以产生任何相关的幅度频率响应。线性相位系统是不向信号引入频率相关相位延迟的系统，并且线性相位系统可以通过直接使用目标幅度频率响应以数字实现的方式进行设计。线性相位均衡会产生某些假象(artefacts)，这些假象与频率响应曲线引起的时间拖尾(smearing)在自脉冲中心开始的两个时间方向上对称地发生相关联。例如，一种已知为“预振铃(pre-ringing)”的现象发生在打击式声音中，如通常是低频分量的鼓出现在打击乐之前。因为目标幅度频率响应可由于相位自由度而从无限范围的复频率响应得到，所以其他形式的均衡是可能的。特别地，最小相位均衡克服了预振铃问题，并最小化了相关的听觉假象。虽然线性相位均衡对于并行信号路径(其中并行路径之间的相对相位保持是重要的)仍然是优选的，但是最小相位均衡是音响工程师的工具箱的重要部分。对于具有脉冲响应h(n)(具有时间采样n)的离散时间系统，最小相位滤波器是因果滤波器(对于n<0，h(n)＝0)，其最小化尾部(tail)脉冲响应同时满足目标幅度频率响应。当且仅当频率响应的z-变换(其中z＝exp(iω)，ω＝2πfT)的极点和零点都在复z平面的单位圆内部时，递归离散时间系统才满足最小相位标准，并且更一般地，如果频率响应H(ω)的对数的虚部和实部通过希尔伯特(Hilbert)变换相关，则最小相位标准被满足：最小相位标准在系统级联下得以保留，因此最小相位均衡器可以通过最小相位递归实现的峰化或搁架滤波器的级联(乘法)来建立，每个滤波器是至少一个增益参数的函数，该增益参数被改变以提供与期望结果的匹配。由音响工程师手动使用这种滤波器来生成近似的期望效果是简单的，但是如果期望精确地匹配目标幅度频率响应，则为每个滤波器级计算适当的增益参数不是简单的。这是因为对于有限阶滤波器，频带响应的形状再次强烈依赖于频带，从而产生非线性分解问题。存在处理这个问题的迭代方法，但是可靠和快速的收敛是有问题的，并且收敛经常不能被保证。虽然迭代过程通常可以快速适应缓慢变化的目标幅度频率响应，但是因为先前的解决方案通常很接近，并且只需要几次迭代来更新，所以这产生了匹配解决方案不仅依赖于目标幅度频率响应，还依赖于之前全部响应的历史的缺点。通过迭代进行的连续细化也可能导致解决方案中的时间振荡，从而导致在处理后的音频信号中的听觉假象。如果期望制造动态可调的最小相位系统来匹配实时变化的任意目标幅度频率响应，则匹配算法的确定性和可预测行为是可期望的。虽然原则上可能使用方程(1)和希尔伯特变换的数字实现直接计算最小相位频率响应，但是这种计算在计算上将是低效且缓慢的，并且难以使用标准的低成本计算机硬件实时实现。因此，需要提供一种用于对音频信号进行滤波以产生最小相位均衡的改进方法和装置，该方法和装置克服现有技术方法的一个或更多个上述缺点。专利技术概述根据本专利技术的第一广义方面，提供了一种对时间信号进行滤波的方法，该方法包括在数字信号处理设备上实现以下步骤：根据K个实数权重lk的列向量l来指定频率f的目标幅度频率响应HT(f)，其中logHT(f)＝lTW(f)并且W(f)是K个幅度基函数Wk(f)的列向量；计算由logHC(f)＝gTV(f)定义的约束频率响应HC(f)，其中V(f)是N个约束基函数Vn(f)的列向量，对于Vn(f)，每个expgnVn(f)满足通过级联保留的约束，并且g是满足lTW(f)和gTV(f)之间的匹配标准的N个系数的列向量；接收输入时间信号；用约束频率响应HC(f)对输入时间信号进行滤波，以形成滤波的时间信号；以及输出滤波的时间信号。在一个实施例中，匹配标准是lTW(f)和gTV(f)之间的一个或更多个误差度量上的条件。该一个或更多个误差度量可以包括由lTW(f)-gTReV(f)定义的度量e(f)。匹配标准的条件是关于g的变化的最小化，并且度量e(f)是内积<e,e>，其中<a,b>是在函数a(f)和b(f)之间关于f的积分或求和，从而g作为Ml满足匹配标准，其中M＝η+C，η是由<ReVn,ReVp>定义的N×N矩阵ηnp，上标+表示逆运算或伪逆运算，并且C是由<ReVn,Wk>定义的N×K矩阵Cnk。逆运算或伪逆运算可以是Moore-Penrose伪逆。在一个实施例中，g被指定为g＝Ml，其中M是N×K的矩阵，并且匹配标准包括计算M以最小化由E(f)＝W(f)-MReV(f)定义的误差函数向量E(f)的一个或更多个误差度量。由<a,b>表示的内积可以是在函数a(f)和b(f)之间关于f的积分或求和，并且该一个或更多个度量可以将E(f)作为至少一个参数<·,E>结合到内积中。该一个或更多个误差度量针对至少某个k,j结合<Ek,Ej>。该一个或更多个误差度量可以包括针对每个k的<Ek,Ek>，并且该条件可以是关于M的变化的最小化。该一个或更多个度量可以是针对每个k的<Wk,Ek>，并且该条件可以是<Wk,Ek>＝0，由此当时M满足匹配标准，其中K×N的矩阵C是Ck,n＝<Wk,ReVn>，上标本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种对时间信号进行滤波的方法，所述方法包括在数字信号处理设备上实现以下步骤：/n根据K个权重l

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20171222 AU 20179051531.一种对时间信号进行滤波的方法，所述方法包括在数字信号处理设备上实现以下步骤：
根据K个权重lk的列向量l来指定频率f的目标幅度频率响应HT(f)，其中，logHT(f)＝lTW(f)，并且W(f)是K个幅度基函数Wk(f)的列向量；
计算由logHC(f)＝gTV(f)定义的约束频率响应HC(f)，其中，V(f)是N个约束基函数Vn(f)的列向量，对于Vn(f)，每个expgnVn(f)满足通过级联保留的约束，并且g是满足lTW(f)和gTV(f)之间的匹配标准的N个系数的列向量；
接收输入时间信号；
用所述约束频率响应HC(f)对所述输入时间信号进行滤波，以形成滤波的时间信号；以及
输出所述滤波的时间信号。


2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述匹配标准是关于lTW(f)和gTV(f)之间的一个或更多个误差度量的条件。


3.根据权利要求2所述的方法，其中，所述一个或更多个误差度量包括由lTW(f)-gTReV(f)定义的度量e(f)。


4.根据权利要求3所述的方法，其中，所述匹配标准的条件是关于g的变化的最小化，并且所述度量e(f)是内积<e,e>，其中，<a,b>是在函数a(f)和b(f)之间的关于f的积分或求和，由此g作为Ml满足所述匹配标准，其中，M＝η+C，η是由<ReVn,ReVp>定义的N×N矩阵ηnp，上标+表示逆运算或伪逆运算，并且C是由<ReVn,Wk>定义的N×K矩阵Cnk。


5.根据权利要求4所述的方法，其中，所述逆运算或伪逆运算是Moore-Penrose伪逆。


6.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中，g被指定为g＝Ml，其中，M是N×K的矩阵，并且所述匹配标准包括计算M以满足关于由E(f)＝W(f)-MReV(f)定义的误差函数向量E(f)的一个或更多个误差度量的条件。


7.根据权利要求6所述的方法，其中，由<a,b>表示的内积是在函数a(f)和b(f)之间的关于f的积分或求和，并且所述一个或更多个度量将E(f)作为至少一个参数<·,E>结合到所述内积中。


8.根据权利要求7所述的方法，其中，所述一个或更多个误差度量针对至少某个k,j结合<Ek,Ej>。


9.根据权利要求8所述的方法，其中，所述一个或更多个误差度量包括针对每个k的<Ek,Ek>，并且所述条件是关于M的变化的最小化。

【专利技术属性】
技术研发人员：安德烈亚斯·奥利弗·特尔，
申请(专利权)人：声音理论有限公司，
类型：发明
国别省市：英国;GB