用于使音频信号混响的混响器和方法技术

一种用于使音频信号（5）混响的混响器（10），包括反馈延迟回路处理器（20），用于使代表音频信号（5）的至少两个不同的频率子带信号（17）延迟不同的回路延迟（23）以获得混响频率子带信号（27）。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术的实施方式涉及用于使音频信号混响的一种混响器和一种方法。本专利技术的其他实施方式涉及一种控制任意混响时间的有效频率转换域混响器。
技术介绍
混响器用来对音频信号产生空间效果。存在需要对信号增加空间效果的许多音频信号处理场合，即早期反射和混响。在这两者之中，仅对信号本身之后的非常短的时段出现 早期反射，因此可更简单地对其进行模仿，同时混响持续较长的时间间隔，并通常在干源声音偏移后可听到几秒钟。长时间间隔使混响器的设计成为需要低至中等计算成本的同时要求空间效果的系统中的主要焦点。混响器的设计目标可能是使感知相似性最大化至某一实际或虚拟空间，或是产生使一些其他感知特性最大化以使听众偏好最大化的混响。对于混响，特别是对于时域信号，存在几种算法，并且，设计目标几乎总是在使计算负载最小化的同时达到最大期望质量的地方找到一种平衡。历史上，混响设计几乎完全集中在时域信号上。然而，在现代音频处理方案中，在短时频变换域中进行处理是非常普遍的，例如在以下域中在MPEG周围和相关技术中使用的QMF (正交镜像滤波器组)域、在感知音频编码译码器中使用的MDCT (改进型离散余弦变换)域，以及在非常广的应用范围中使用的STFT (短时傅里叶变换)域。尽管这些方法具有差异，但是公共因素在于，时域信号被分成时频瓦片(time-frequency tile),例如,如图16所示。变换和逆变换操作通常是无损的，因此，关于声音内容的信息完全包含在两个表示型态中。尤其地，时间频率表示型态用在音频的感知处理中，因为其更像是人的听觉系统处理声音的方式。根据现有技术，存在产生混响的几种现有解决方案。在2006年10月第121次AES会议 Vickers et al “Frequency Domain Artificial Reverberation using SpectralMagnitude Decay”中以及在US 2008/0085008A1中，描述了一种在频域中起作用的已知混响算法。而且，2002 年的第 112 次 AES 会议 Igor Nicolic “ Improvements of ArtificialReverberation by Use of Subband Feedback Delay Networks”中提出了在频带中产生混响。可在在1998年第104次AES会议和1999年的第106次AES会议“ArtificialReverberation Based on a Pseudo-Random Impulse Response，，part I and II, Rubak& Johansen 中，以及 2007 年三月第 30 次 AES 会议 Karjalainen & Jiin eliiineri“Reverberation Modeling Using Velvet Noise”中发现在使混响的脉冲响应衰减的同时无限地重复。然而，刚刚提到的参考文献是关于时域混响算法的。在2009 年 10 月的第 127 次 AES 会议的 Lee at al 的 “the Swtich ConvolutionReverberator”中，提出了一种具有低存储和小计算成本的适于移动装置的人工混响器。该混响器由用短噪声序列驱动回旋的均衡梳状滤波器组成。混响器均衡和衰减速度由低级IIR滤波器控制，并且回声密度是噪声序列的回声密度，其中，噪声序列被有规律地更新或“转换”。此外，还描述了几种用于更新噪声序列的结构，包括多带结构和对信号峰值系数(signal crest factor)敏感的漏极积分器。现有解决方案的根本问题在于，目前最高级的有效混响算法在时域中起作用。然而，在频域中起作用的许多应用需要混响单元。因此，为了将这些时域算法应用于信号，本申请将必须首先在将混响算法应用在时域中之前对信号进行逆变换。然而，根据应用的不同，这可能是不切实际的。已知的时域混响器的另一缺点是，其在设计混响以适应某一组 频率相关混响时间的方面是不灵活的，而这对人的空间感知来说是特别重要的。
技术实现思路
因此，本专利技术的一个目的是，提供一种用于使音频信号混响的概念，其允许提高质量且有效地实现。该目的可由根据权利要求I所述的装置、根据权利要求15所述的方法和根据权利要求16所述的计算机程序实现。根据本专利技术的一个实施方式，用于使音频信号混响的混响器包括反馈延迟回路处理器。反馈延迟回路处理器被构造为，使代表音频信号的至少两个不同的频率子带信号延迟不同的回路延迟，以获得混响频率子带信号。在实施方式中，频域信号表示可以在实域或复域中。因此，在混响器内执行的所有操作(例如延迟、相加或相乘)可以为实数或复数运算。本专利技术根本的基本理念是，当使代表音频信号的至少两个不同的频率子带信号延迟不同的回路延迟时，可实现上述提高的质量/有效的实现方式。通过这种方法，可避免或至少减小反馈处理的感知重复性，从而允许更好地保持感知质量。根据本专利技术的另一实施方式，对于每个频率子带信号，反馈延迟回路处理器包括具有滤波器脉冲响应的滤波器，其中，滤波器脉冲响应包括第一组滤波器脉冲响应样本和第二组滤波器脉冲响应样本。这里，第二组在脉冲响应样本间隔方面可以与第一组相似。另夕卜，可使第二组的滤波器脉冲响应样本从第一组的滤波器脉冲响应样本延迟用于频率子带信号的回路延迟。这样，将使用于频率子带信号的滤波器脉冲响应的第一组和第二组延迟不同的回路延迟。根据本专利技术的另一实施方式，对于每个频率子带信号，反馈延迟回路处理器包括具有可变滤波器抽头密度的稀疏滤波器。通过适当地改变滤波器抽头密度，稀疏滤波器的滤波器脉冲响应将接近预定能量包线。因此，可以以取决于频率的方式控制稀疏滤波器的脉冲响应的能量包线。根据本专利技术的另一实施方式，反馈延迟回路处理器被构造为，使至少两个频率子带信号的每个频率子带信号衰减一定的衰减系数。这里，衰减系数可以取决于预定的混响时间和用于频率子带信号的回路延迟。这允许子带方法调节反馈延迟回路处理的增益，使得可实现根据所需混响时间的能量衰减。本专利技术提供一种具有提高的效率和由此在低功率处理器上的低成本的实现方式的混响结构。附图说明在下文中，参考附图说明本专利技术的实施方式，其中图Ia示出了用于使音频信号混响的混响器的一个实施方式的框图；图Ib示出了根据本专利技术实施方式的用于至少两个不同的频率子带信号的不同回路延迟的示例性设计；图Ic示出了用于处理单个频率子带信号的单子带混响单元的实施方式的框图；图Id示出了根据图Ic的单子带混响单元的实施方式的脉冲响应的示意图；图2a示出了在反馈回路内具有衰减器的单子带混响单元的另一实施方式的框图；图2b示出了根据图2a的单子带混响单元的实施方式的脉冲响应的示意图；图3示出了具有指数衰减的噪声滤波器的单子带混响单元的另一实施方式的框图；图4示出了代表根据图3的单子带混响单元的实施方式所使用的指数衰减噪声的示例性滤波器响应函数的曲线图；图5示出了根据图3的单子带混响单元的实施方式的示例性脉冲响应的曲线图；图6示出了具有稀疏延迟线输出端的单子带混响单元的另一实施方式的框图；图7示出了代表具有根据图6的单子带混响单元的实施方式所使用的衰减密度的单位脉冲的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2009.10.21 US 61/253,6551.一种用于使音频信号(5)混响的混响器(10),包括 反馈延迟回路处理器(20)，用于使代表音频信号(5)的至少两个不同的频率子带信号(17)延迟不同的回路延迟(23)，以获得混响频率子带信号(27)。2.根据权利要求I所述的混响器(10)，还包括用于处理所述混响频率子带信号(27)以获得混响音频信号(41)的输出处理器(30)。3.根据权利要求I或2所述的混响器(10)，其中，所述输出处理器(30;1340)被构造为，将所述至少两个频率子带信号(17)与相应的混响频率子带信号(27)混合，以获得混合信号(37)，并被构造为组合所述混合信号(37)，或组合所述混响频率子带信号(27 ;1335)，以获得具有组合带宽的所述混响音频信号(41 ;1341)。4.根据权利要求I至3中任一项所述的混响器(10)，其中，对于每个频率子带信号，所述反馈延迟回路处理器(20)包括具有滤波器脉冲响应(800)的滤波器，其中，所述滤波器脉冲响应(800)包括第一组滤波器脉冲响应样本(815)和第二组滤波器脉冲响应样本(825)，所述第二组(825)与所述第一组(815)在脉冲响应样本间隔方面相似，其中，所述第二组(825)的第一脉冲响应样本(821)相对于所述第一组(815)的第一脉冲响应样本(811)延迟所述频率子带信号的回路延迟，并且其中，使用于所述频率子带信号的滤波器的滤波器脉冲响应的第一组和第二组延迟所述不同的回路延迟(23 )。5.根据权利要求I至4中任一项所述的混响器(1300)，其中，对于每个频率子带信号(1317)，所述反馈延迟回路处理器(1320)包括反馈回路(1350)和具有多条延迟线抽头的扩散滤波器(1330)，其中，所述反馈回路(1350)包括确定所述频率子带信号的回路延迟以获得反馈信号(1353)的延迟元件(1352)，并且其中，所述反馈回路(1350)包括用于将所述频率子带信号(1317)和所述反馈信号(1353)相加的加法器(1354)，所述加法器(1354)连接至所述扩散滤波器(1330)，其中，所述延迟元件对于所述至少两个不同的频率子带信号(17)而目是不同的。6.根据权利要求I至5中任一项所述的混响器(1300)，其中，所述反馈延迟回路处理器(1320)包括用于所述至少两个频率子带信号(17)中的每个频率子带信号(1317)的反馈回路(1350)，其中，用于所述频率子带信号(1317)的所述反馈回路(1350)包括延迟元件(1352)和衰减器(1356)，其中，所述延迟元件关于所述至少两个不同的频率子带信号(17)的其回路延迟是不同的。7.根据权利要求I至6中任一项所述的混响器(1400)，其中，对于所述至少两个频率子带信号(1415)中的每个频率子带信号，所述反馈延迟回路处理器(1420)包括具有提供被延迟了不同抽头延迟的信号的多个延迟线抽头(115)的延迟线(110)，连接至所述延迟线(110)的反馈回路(120)以及用于组合由所述多个延迟线抽头(115)输出的信号以获得混响频率子带信号(1425)的组合器(130)，其中，所述延迟线(110)具有高于最高抽头延迟且确定回路延迟的总延迟量，其中，所述总延迟量(N1, N2)对于所述至少两个不同的频率子带信号(1415)而言是不同的。8.根据权利要求7所述的混响器(1400)，其中，所述多个延迟线抽头(115;615)包括延迟线抽头的第一部分(619-1)和延迟线抽头的第二后续部分(619-2)，并且其中，所述延迟线(115 ;615)被构造为，使得所述第二部分(619-2)的抽头之间的平均间隙尺寸大于所述第一部分(619-1)的抽头之间的平均间隙尺寸。9.根据权利要求I至8中任一项所述的混响器(10)，其中，所述反馈延迟回路处理器(54)被构造为，使得用于所述至少两个频率子带信号(53)的代表较低频带的第二频率子带信号(51-2 )的回路延迟(56-2 )大于用于所述至少两个频率子带信号(53 )的代表较高频带的第一频率子带信号(51-1)的回路延迟(56-1)。10.根据权利要求5至8中任一项所述的混响器(100;1300)，其中，连接至所述反馈回路(120)和所述组合器(130)的扩散滤波器(1330)或延迟线(110)被构造为稀疏滤波器(600)，其中，所述稀疏滤波器(600)具有以使所述稀疏滤波器(600)的滤波器脉冲响应(700)接近预定能量包线(715)的方式变化的滤波器抽头密度。11.根据权利要求10所述的混响器(100;1300)，其中，所述稀疏滤波器(600 ;900)包括多个相位修正单...

【专利技术属性】
技术研发人员：尤哈·维尔卡莫，伯恩哈德·诺伊格鲍尔，扬·普洛格斯蒂亚斯，
申请(专利权)人：弗兰霍菲尔运输应用研究公司，
类型：发明
国别省市：