用于控制音频信号的临界频带中的失真的方法和系统技术方案

在一些实施方式中，提供了用于通过使用已经预先确定的调谐参数使待再现的输入信号的临界频带衰减来对微型扬声器的输出的失真进行控制的方法和系统，其中，该临界频带为扬声器的频率响应的其中总谐波失真（THD）达到峰值的频率范围。以使得扬声器的输出的平均响度增加而不显著地增加失真的方式来执行失真控制。调谐参数包括临界频带的中心频率和带宽、以及功率阈值。在一些实施方式中，系统为响度最大化器，该响度最大化器被配置成通过使用预定的控制参数对临界频带中的失真进行限制来限制扬声器的输出的失真，并且限制输出信号的动态范围以及增加输出信号的感知的整体平均响度水平。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及用于控制由扬声器发出的声音的失真的方法和系统。在典型的实施方式中，通过使用在扬声器测量操作中预定的控制参数对其中可能发生总谐波失真的(再现的音频信号的)临界频带中的失真进行限制来控制失真。
技术介绍
贯穿包括权利要求在内的本公开内容，“对”信号或数据执行操作(例如，滤波或压缩)的表达用于广义上表示对信号或数据、或对该信号或数据的处理过的版本(例如，对在对信号执行操作之前已经经历了初步滤波的信号的版本)直接执行操作。类似地，“将滤波器施加于”信号的表达用于广义上表示将该滤波器直接施加于信号、或信号的处理过的版本(例如，对在将相关的滤波器施加于信号之前已经经历了初步衰减或其他滤波的信号的版本)。贯穿包括权利要求在内的本公开内容，“系统”的表达用于广义上表示设备、系统或子系统。例如，确定滤波器的子系统可以称为滤波器系统、并且包括这样的子系统的系统(例如，包括扩音器、用于在扩音器的信号路径中施加滤波器的装置以及确定滤波器的子系统的系统)也可以称为滤波器系统。贯穿包括权利要求在内的本公开内容，术语“扬声器”和“扩音器”同义地用于表示任何发声变换器。贯穿包括权利要求在内的本公开内容，由扬声器“再现”信号(例如，“输入”信号或“输入音频”信号)的表达表不使扬声器响应于该信号来产生声音，包括通过执行任何所需的信号的放大和/或其他处理。移动电话扬声器和其他微型扬声器经常呈现大量失真，该大量失真限制了扬声器可以以舒适的方式为用户再现音频的最大音量。例如，当以其中总谐波失真(THD)达到峰值(即，呈现局部最大值)的范围内的频率过度驱动扬声器时，任何扬声器的输出都遭受失真。在本专利技术以前，还不知道如何通过使用在扬声器测量操作中预定的控制参数对其中THD达到峰值的(再现的音频信号的)临界频带中的失真进行限制来以计算上有效的方式限制扬声器(例如，微型扬声器)的输出的失真。贯穿包括权利要求在内的本公开内容，(信号的)“总谐波失真”和“THD”表达中的每个表达用于广义上表示信号的总谐波失真(在本领域中公知的意义上)或表明信号的总谐波失真的估计的任何值(例如，任何测量值)。信号的“THD”的示例(如本文所使用的)是表明信号的THD加上噪声(THD+N)的测量值。已经提出采用其他技术(例如，Volterra - Wiener建模)来限制扬声器失真,但这些技术通常要求高水平的计算复杂性，因而不能以实用的方式在便携式声音设备例如移动电话上或者在需要高程度的计算效率的其他应用中实现。本专利技术的失真控制系统的典型实施方式结合压缩器和/或限幅器用于增加扬声器的输出的平均(例如，RMS)功率同时防止数字削波(digital clipping)。压缩器通常通过检测(在一段时间上平均的)信号水平以及经由其瞬时值是由相应的所检测的水平来确定的随时间变化的量对信号进行放大来限制待再现的音频信号的整体动态范围。一种类型的被称为RMS压缩器的压缩器检测信号的RMS功率，并且通过其瞬时值是由相应的所检测的RMS功率来确定的随时间变化的量对信号进行放大。限幅器对待再现的音频信号的峰值进行扫描，并且通常以防止削波的方式在每个峰值处(或左右)使信号进行衰减。“压缩器/限幅器”包括压缩器级顺次限幅器级(通常，在信号处理链中限幅器级跟随压缩器级)。压缩器或压缩器/限幅器的使用可以确保即使安静的内容(其没有最佳地利用数字PCM域)也能在移动电话扬声器(或其他扬声器)上发出响亮且清晰的声音。对于已经响亮的内容(即，最佳地利用数字PCM域的内容，例如一些新近混合的流行音乐)，压缩器(或压缩器/限幅器)不应当显著地修改音频，以便不引起过度的数字失真。在本文中，我们使用“响度最大化器(loudness maximizer)”的表达来表不通常包括压缩器和/或限幅器的系统，该系统被配置成限制再现的音频信号的动态范围，以及增加再现的音频信号的感知的整体平均响度水平，且优选地不引入听得见的不期望的处理产物。在本专利技术之前，还不知道如何实现响度最大化器，以通过使用在扬声器测量操作中预定的控制参数对其中THD达到峰值的(再现的音频信号的)临界频带中的失真进行限制来以计算上有效的方式限制扬声器(例如，微型扬声器)的输出的失真。在一类实施方式中，本专利技术为响度最大化器，该响度最大化器包括本专利技术的失真控制系统的实施方式，以及可选地还包括压缩器(例如，RMS压缩器)、扬声器均衡(EQ)校正模块、低音增强模块以及限幅器中的至少一个。如果存在限幅器，限幅器通常被实现为信号处理链中的末级。
技术实现思路
在一类实施方式中，本专利技术是如下一种方法用于通过使用(通常在扬声器测量操作，本文中有时称为“调谐”操作中)预定的控制参数(本文中有时称为“调谐参数”)使待由扬声器再现的输入信号的至少一个临界频带衰减，来对扬声器(例如，移动电话扬声器或其他微型扬声器)的输出的失真进行控制。在本文中，“临界频带”表示扬声器的频率响应的如下频率范围其中总谐波失真(THD)具有局部最大值，就这一点来说，THD达到峰值。例如，临界频带可以是扬声器的频率响应的如下频率范围其中测量的THD超过预定阈值、或其中测量的THD达到峰值、或其中表示THD的量达到峰值或具有局部最小值或最大值。通常，以允许扬声器的输出的平均响度(在数字域或模拟域中)增加而不显著地增加所发出的声音的失真的方式来执行失真控制。可以通过在对于每种类型的扬声器仅需要执行一次的初步调谐操作期间确定调谐参数来为任何类型的扬声器设计根据典型的实施方式的失真控制。在一些实施方式中，执行测量操作以确定表不其失真待被控制的扬声器(例如，或与其失真待被控制的扬声器相同类型的扬声器)的频率响应的临界频带的调谐参数。然后，在扬声器再现输入信号的操作期间，使用调谐参数在临界频带中使输入信号衰减。调谐参数通常包括临界频带的中心频率和带宽、以及功率阈值。功率阈值表示使得扬声器发出的声音的THD超过预定阈值的、(待由扬声器再现的)输入信号的临界频带中的一个或更多个频率分量的最小功率(例如，在时间区间上求平均的最小平均功率)。例如，功率阈值可以表示使得由扬声器发出的声音的THD超过预定阈值的、输入信号在临界频带中的频率分量(例如，具有与临界频带的中心频率相等的频率的频率分量)的RMS功率的最小值。根据本专利技术的输入信号的临界频带的衰减在其中THD达到峰值的频率范围中限制了由扬声器发出的声音的失真量。本专利技术人认识到，移动电话扬声器(或其他微型扬声器)的频率响应通常具有在低频滚降点处出现的临界频带(其中THD达到峰值)，并且认识到扬声器通常在该临界频带中的频率处产生共振。因此，本专利技术的方法的一些实施方式假定微型扬声器的输出的THD可能在扬声器的频率响应的低频滚降点处达到峰值。这些实施方式将扬声器的频率响应中的临界频带识别为以低频滚降点为中心的频带，并且将该带的中心频率和宽度识别为在处理操作中使用以在该带中限制由扬声器发出的声音的失真的调谐参数。为了限制由扬声器所发出的声音的失真，本专利技术的典型的实施方式将带切滤波器(band-cut filter)(固定的或动态的)施加于输入信号(被设定(asserted)到扬声器)以在临界频带中使输入信号的能量衰减。由此，降低或避免扬声器的输出的失真(其被预计本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2010.08.18 US 61/401,7461.一种用于确定调谐参数的方法，所述调谐参数用于使输入信号的临界频带中的频率分量衰减，以对响应于所述输入信号的扬声器的输出的失真进行控制，所述方法包括下述步骤: (a)识别所述扬声器的频率响应的至少一个临界频带，在所述临界频带中总谐波失真THD达到峰值； (b)确定所述临界频带的中心频率和所述临界频带的带宽； (C)确定功率阈值，所述功率阈值表示使得所述扬声器响应于所述输入信号而发出的声音的THD超过预定的THD阈值的、所述输入信号在所述临界频带中的至少一个频率分量的最小功率，其中，所述调谐参数包括所述临界频带的中心频率、所述临界频带的带宽和所述功率阈值。2.根据权利要求1所述的方法，其中，步骤(a)包括下述步骤:确定作为频率的函数的、表示所述扬声器的输出的THD的THD曲线，并且将所述THD曲线的、其中THD超过预定的第二 THD阈值的频率范围识别为所述临界频带。3.根据权利要求2所述的方法，其中，所述第二THD阈值为x%，其中X为10至15范围内的值。4.根据权利要求2所述的方法，其中，所述第二THD阈值至少基本上等于15%。5.根据权利要求2所述的方法，其中，所述THD阈值等于所述第二THD阈值。6.根据权利要求1所述的方法，其中，步骤(a)包括下述步骤:将所述扬声器的频率响应的所述临界频带识别为其中所述扬声器的输出的测量的THD具有局部最大值的频带。7.根据权利要求1所述的方法，其中，步骤(a)包括下述步骤:识别所述扬声器的频率响应的低频滚降点，并且将所述扬声器的频率响应的所述临界频带识别为以所述低频滚降点为中心的频带。8.根据权利要求1所述的方法，其中，步骤(a)包括下述步骤:根据所述扬声器的频率响应来识别所述临界频带，而不需要确定作为频率的函数的、表示所述扬声器的输出的THD的THD曲线。9.根据权利要求1所述的方法，其中，所述功率阈值为使得由所述扬声器发出的声音的THD超过所述THD阈值的、所述临界频带中的所述至少一个频率分量在时间区间上平均的测量的最小平均功率。10.根据权利要求1所述的方法，其中，所述功率阈值为使得由所述扬声器发出的声音的THD超过所述THD阈值的、所述输入信号在所述临界频带中的频率分量的RMS功率的最小值。11.一种用于使用调谐参数对扬声器的输入信号进行滤波以控制所述扬声器的输出的失真的方法，其中，所述调谐参数包括所述扬声器的频率响应的临界频带的中心频率和带宽，在所述临界频带中总谐波失真THD达到峰值，并且所述调谐参数还包括功率阈值，所述功率阈值表示使得所述扬声器响应于所述输入信号而发出的声音的THD超过预定的THD阈值的、到所述扬声器的输入信号在所述临界频带中的至少一个频率分量的最小功率，所述方法包括以下步骤: (a)确定带通滤波器，使得所述带通滤波器具有至少基本上以所述临界频带的中心频率为中心的通带；(b)将所述带通滤波器施加于所述输入信号以生成经带通滤波的信号，并且确定所述经带通滤波的信号的时间平均水平； (C)确定带切滤波器，使得所述带切滤波器具有至少基本上以所述临界频带的中心频率为中心的衰减频带，并且使得响应于所述功率阈值来确定所述衰减频带中的衰减,使得响应于在所述临界频带中具有所述时间平均水平的信号，所述带切滤波器生成衰减的信号，所述衰减的信号在所述临界频带中具有不超过所述功率阈值的衰减的时间平均水平；以及 (d)将所述带切滤波器施加于所述输入信号以生成经滤波的信号，所述经滤波的信号在所述临界频带中的频率分量相对于所述输入信号在所述临界频带中的频率分量被衰减。12.根据权利要求11所述的方法，其中，所述经滤波的信号在所述临界频带中的所述频率分量具有不超过所述功率阈值的时间平均水平。13.根据权利要求11所述的方法，其中，所述通带具有由所述临界频带的带宽所确定的宽度，并且所述衰减频带具有由所述临界频带的带宽所确定的宽度。14.根据权利要求11所述的方法，其中，在步骤(c)中确定的所述带切滤波器响应于所述经带通滤波的信号的所述时间平均水平随时间的变化而随时间改变。15.根据权利要求11所述的方法，其中，步骤(b)包括下述步骤:在时间帧的基础上对所述经带通滤波的信号的水平进行测量，以确定所述时间平均水平。16.根据权利要求15所述的方法，其中，步骤(b)包括下述步骤:包括通过确定在预定的持续时间的帧上所述经带通滤波的信号的功率和能量之一的动态平均，在时间帧的基础上对所述经带通滤波的信号的水平进行测量以确定所述时间平均水平。17.根据权利 要求16所述的方法，其中，所述帧具有基本上等于20ms的持续时间。18.根据权利要求11所述的方法，其中，步骤(b)包括下述步骤:在时间帧的基础上对所述经带通滤波的信号的水平进行测量，以确定原始时间平均水平，然后使用预定的启动和释放时间常数使所述原始时间平均水平变平滑以确定所述时间平均水平。19.根据权利要求11所述的方法，还包括下述步骤:对所述输入信号和所述经滤波的信号中的至少一个信号执行峰值限幅和动态范围压缩中的至少一种，以使得能够增加所述输入信号的平均功率同时防止所述扬声器的输出的数字削波。20.根据权利要求11所述的方法，还包括以下步骤: 响应于音量设置的用户选择，将所选择的增益施加于所述输入信号；以及 响应于所述音量设置增加至超过预定的音量阈值的设置，对所述输入信号和所述经滤波的信号中的至少一个信号执行动态范围压缩，同时继续执行步骤(a)、(b)、(C)和(d)。21.一种用于对扬声器的输入信号进行滤波以控制所述扬声器的输出的失真的方法，所述方法包括以下步骤: (a)识别所述扬声器的频率响应的至少一个临界频带，在所述临界频带中总谐波失真THD达到峰值，并且确定所述临界频带的中心频率和所述临界频带的带宽； (b)确定功率阈值，所述功率阈值表示使得所述扬声器响应于所述输入信号而发出的声音的THD超过预定的THD阈值的、所述输入信号在所述临界频带中的至少一个频率分量的最小功率； (C)确定带通滤波器，使得所述带通滤波器具有至少基本上以所述临界频带的中心频率为中心的通带； (d)将所述带通滤波器施加于所述输入信号以生成经带通滤波的信号，并且确定所述经带通滤波的信号的时间平均水平； (e)确定带切滤波器，使得所述带切滤波器具有至少基本上以所述临界频带的中心频率为中心的衰减频带，并且使得响应于所述功率阈值来确定所述衰减频带中的衰减,使得响应于在所述临界频带中具有所述时间平均水平的信号，所述带切滤波器生成衰减的信号，所述衰减的信号在所述临界频带中具有不超过所述功率阈值的衰减的时间平均水平；以及 (f)将所述带切滤波器施加于所述输入信号以生成经滤波的信号，所述经滤波的信号在所述临界频带中的频率分量相对于所述输入信号在所述临界频带中的频率分量被衰减。22.根据权利要求21所述的方法，其中，所述通带具有由所述临界频带的带宽所确定的宽度，并且所述衰减频带具有由所述临界频带的带宽所确定的宽度。23.根据权利要求21所述的方法，其中，在步骤(e)中确定的所述带切滤波器响应于所述经带通滤波的信号的所述时间平均水平随时间的变化而随时间改变。24.根据权利要求21所述的方法，其中，步骤(d)包括下述步骤:在时间帧的基础上对所述经带通滤波的信号的水平进行测量，以确定所述时间平均水平。25.根据权利要求24所述的方法，其中，步骤(d)包括下述步骤:包括通过确定在预定的持续时间的帧上所述经带通滤波的信号的功率和能量之一的动态平均，在时间帧的基础上对所述经带通滤波的信号的水平进行测量以确定所述时间平均水平。26.根据权利要求21所述的方法，其中，步骤(d)包括下述步骤:在时间帧的基础上对所述经带通滤波的信号的水平进行测量，以确定原始时间平均水平，然后使用预定的启动和释放时间常数使所述原始时间平均水平变平滑以确定所述时间平均水平。27.根据权利要求21所述的方法，还包括下述步骤:对所述输入信号和所述经滤波的信号中的至少一个信号执行压缩和限幅中的至少一种，以使得能够增加所述输入信号的平均功率同时防止所述扬声器的输出的数字削波。28.一种被配置成确定调谐参数的系统，所述调谐参数用于使输入信号的临界频带中的频率分量衰减，以对响应于所述输入信号的扬声器的输出的失真进行控制，所述系统包括: 数字音频处理子系统，所述数字音频处理子系统被配置成将测试输入信号设定到所述扬声器，并且包括通过确定所述扬声器的频率响应...

【专利技术属性】
技术研发人员：纪尧姆·波塔德，
申请(专利权)人：杜比实验室特许公司，
类型：
国别省市：