專利名稱：抑制模擬音頻/視頻信號脈沖干擾的方法、裝置和記錄設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及抑制模擬音頻和／或視頻信號中脈沖干擾的方法、裝置和記錄設(shè)備，尤其涉及在老音頻載體的重放期間抑制噪聲。
從許多源中產(chǎn)生的聲音和音樂信號中會產(chǎn)生脈沖干擾(下面稱為噪聲)。這些可能是老的音頻載體，如過去的蟲膠片(留聲機唱片)、LP、錄音帶、盒式錄音或錄像帶，以及電影聲音或多徑傳輸通路。通常用兩個步驟去除這些令人不愉快的噪聲檢測噪聲以及內(nèi)插即填充噪聲。一種公知的檢測方法是在音頻信號的峰值以上使用一個固定設(shè)置的門限值。這種方法的一個限制是許多噪聲不具有比峰值信號還大的幅度，因此仍然沒有被發(fā)現(xiàn)。過去，根據(jù)由噪聲引起的間隙之前和之后的采樣值通過進(jìn)行線性或高階內(nèi)插填充噪聲。在這種情況下，在間隙中不再現(xiàn)信號。通過使用所謂的隨機內(nèi)插改進(jìn)了品質(zhì)，其中使用音頻信號的一種模型。
在GB2217902中描述了這樣一種方法。這里，從噪聲之前和之后未失真數(shù)據(jù)中初始計算一個數(shù)學(xué)模型。這個自回歸模型隨后用于填充噪聲。特別地，這種方法在噪聲之前提取未失真數(shù)據(jù)并且使用該模型確定在噪聲這一點和噪聲之后的預(yù)測值。然后在噪聲這一點的值以這樣一種方式變化使得在噪聲之后的數(shù)據(jù)誤差變得最小。這種方法的一個明顯的缺點是由于模型的階必須對應(yīng)于大約兩倍要被填充的采樣值的數(shù)目而產(chǎn)生的高復(fù)雜性。另一個缺點是超過一定的噪聲密度該方法不能正確的工作，因為那時不再有足夠的未失真數(shù)據(jù)可用于計算數(shù)學(xué)模型。另外，該方法產(chǎn)生明顯的延遲，這在一些情況下是缺點。
本發(fā)明的目的是提供一種在音頻或視頻信號中抑制脈沖干擾的方法。
本發(fā)明的另一個目的是提供抑制音頻或視頻信號中脈沖干擾的裝置。
本發(fā)明的最后一個目的是提供一個抑制音頻或視頻信號中脈沖干擾的記錄設(shè)備。
原理上，根據(jù)本發(fā)明在模擬音頻和／或視頻信號中抑制脈沖干擾的方法，采樣值由模擬音頻和／或視頻信號形成并且用作為一個輸入信號，以及在干擾之前或之后的未失真采樣值用于抑制干擾，該方法的實質(zhì)是進(jìn)行自適應(yīng)濾波并且用于檢測和內(nèi)插脈沖干擾，在這種情況下輸入信號的自適應(yīng)濾波用于確定誤差信號，如果誤差信號的絕對瞬時值超過一個門限值，輸入信號的采樣值指定為失真，自適應(yīng)濾波的輸出信號用作指定為失真的采樣值的替換值，指定為失真的采樣值也在自適應(yīng)濾波的輸入值中被替代。
與GB2217902中描述的方法顯著不同的是在GB2217902的情況下要根據(jù)噪聲之前未失真數(shù)據(jù)(采樣值)明確地計算數(shù)學(xué)模型(AR，自回歸)。相反，根據(jù)本發(fā)明的方法使得可能省去數(shù)學(xué)模型的復(fù)雜計算。使用自適應(yīng)濾波器就是不涉及直接數(shù)學(xué)信號模型化。因此，根據(jù)本發(fā)明的方法具有非常低的復(fù)雜性并且因此允許實時地去除噪聲。此外，為了抑制噼啪聲，即高密度脈沖干擾，它還可以應(yīng)用于高噪密度并且因此用作為一個去噼啪聲器。如同音頻測試也已經(jīng)展示的，與其他方法相比，這種方法產(chǎn)生了最好的結(jié)果。
在根據(jù)本發(fā)明的方法中，有益的是如果誤差信號中的絕對采樣值小于相應(yīng)的門限值，則在信號路徑中不產(chǎn)生任何變化。
特別有益的是僅僅在輸入信號的采樣值指定為未失真的離散瞬時執(zhí)行自適應(yīng)濾波的調(diào)節(jié)。
此外，如果在輸入信號中的采樣值已經(jīng)指定為失真的則最好暫停這種調(diào)節(jié)。
同樣有益的是僅僅對于已經(jīng)識別為未失真的采樣值繼續(xù)測量誤差信號和／或輸入信號的功率。
最后，特別有益的是使門限值動態(tài)地與電平特性匹配。
原理上，根據(jù)本發(fā)明抑制模擬音頻和／或視頻信號中脈沖干擾的裝置，由模擬音頻或視頻信號形成的采樣值作為輸入信號饋給該裝置，利用在干擾之前或之后的未失真采樣值能夠輸出具有抑制的干擾的輸出信號，該裝置的實質(zhì)是一個自適應(yīng)濾波器，用于檢測和內(nèi)插脈沖干擾，具有饋送給它的輸入信號的采樣值并且被用于確定一個未來采樣值的估計值，以及由此得出的誤差信號，一個用于確定誤差信號的瞬時值的單元，
一個轉(zhuǎn)換開關(guān)，在估計值和指定為失真的采樣值之間轉(zhuǎn)換。
在這種情況下有益的是指定為失真的采樣值也在自適應(yīng)濾波器的輸入矢量中被替代。
原理上，根據(jù)本發(fā)明在模擬音頻和／或視頻信號中抑制脈沖干擾并且數(shù)字地記錄這些音頻和／或視頻信號的記錄設(shè)備的實質(zhì)是一個模／數(shù)轉(zhuǎn)換器，用于形成來自模擬音頻和／或視頻信號的采樣值，去噪聲裝置，用于抑制脈沖干擾的采樣值被饋給該裝置，記錄設(shè)備，用于在數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)載體上記錄，去噪聲裝置的輸出信號直接地或在進(jìn)一步處理后饋給該裝置。
有益的是，記錄設(shè)備另外具有一個重放裝置用于模擬數(shù)據(jù)載體，在模擬數(shù)據(jù)載體重放期間記錄在這些模擬數(shù)據(jù)載體上的模擬音頻和／或視頻信號饋送到模／數(shù)轉(zhuǎn)換器。


圖1描述的本發(fā)明的示范實施例展示了根據(jù)本發(fā)明用于檢測和填充噪聲的裝置的方塊圖。
圖1說明了一個根據(jù)本發(fā)明用于檢測和內(nèi)插噪聲的裝置的方塊圖。這里使用相同的自適應(yīng)濾波器在一個步驟中執(zhí)行檢測和內(nèi)插。輸入信號xn饋給作為線性正向預(yù)測器的自適應(yīng)濾波器AF。在該過程中，如果要求，信號可以由一個延遲級預(yù)先延遲。濾波器AF解相關(guān)輸入信號并且在濾波和／或估計后提供輸出信號yn。隨后借助于一個加法器S1由輸入信號xn和輸出信號yn確定誤差信號en。因此在這個誤差信號中的噪聲相對于有用信號的電平更加明顯，結(jié)果噪聲能夠比在原始信號中更精確地檢測出來。
如果誤差信號en的絕對瞬時值超過一個門限值則在輸入信號xn中的采樣值指定為失真。這個門限值動態(tài)地匹配于電平特性，使得根據(jù)可聽度，即使在無噪聲通道中也能進(jìn)行噪聲檢測。
這時，門限值可以作為誤差信號en的估計功率的變比型式計算。為了這個目的，在單元PM中確定誤差信號en的估計功率。然后乘法器M用恒定比例因子thr乘以所得值以產(chǎn)生門限值。隨后由加法器S2從誤差信號en的瞬時值減去門限值以產(chǎn)生一個控制信號c。
在信號路徑中由用于作為指定為失真的采樣值xn的一個替換值的自適應(yīng)濾波器yn的輸出信號填充噪聲。為了這個目的，兩個信號饋給轉(zhuǎn)換開關(guān)SW，該開關(guān)根據(jù)控制信號c輸出兩個信號中的一個作為輸出信號on。此外，在這種情況下也在自適應(yīng)濾波器的輸入矢量中替換相關(guān)的采樣值，結(jié)果自適應(yīng)濾波器處理校正的信號。反之，如果誤差信號en的采樣值的絕對值小于相應(yīng)的門限值，在信號路徑中不執(zhí)行任何改變，即去噪聲器的輸出信號on對應(yīng)于輸入信號xn。
僅僅在輸入信號的采樣值指定為未失真的離散瞬時執(zhí)行自適應(yīng)濾波器的調(diào)節(jié)。如果它已指定為失真的，則暫停調(diào)節(jié)。類似的，僅僅對于已經(jīng)被認(rèn)為是未失真的采樣值才繼續(xù)誤差信號和輸入信號的功率測量。
為了實現(xiàn)本發(fā)明，各種專用的濾波器結(jié)構(gòu)，如自適應(yīng)FIR和IIR濾波器以及各種專用的自適應(yīng)算法(NLMS、RLS、FTF、Feintuch等等)能夠用在各種組合中。在這種情況下，通過例如使用作為一個48kHz采樣速率的具有30-50個抽頭長度的正向預(yù)測器的自適應(yīng)NLMS-FIR濾波器獲得特別好的結(jié)果。
這樣一個自適應(yīng)NLMS-FIR濾波器使用一種專用的LMS(最小均方值)算法根據(jù)下列方程調(diào)節(jié)FIR濾波器的系數(shù)h1，h2，…，hNhi(n+1)=hi(n)+a*e(n)*x(n-i)／Px(n)i=1，2，…，N這里變量定義如下n離散時標(biāo)a步長x輸入信號的采樣值e誤差信號其中e(n)≈x(n)-y(n)，y(n)FIR濾波器輸出端的信號Px信號x的功率。
在這種情況下在NLMS中被歸一化的輸入信號xn的功率能夠由具有H(z)≈(1-q)／(1-q*z＾(-1))形式的傳遞函數(shù)的一階低通濾波器測量。具有相同結(jié)構(gòu)的另一個低通濾波器能夠用于測量誤差信號en的功率以計算門限值。
本發(fā)明可用于記錄的聲音和音樂信號(唱片，錄音帶)的重放和／或轉(zhuǎn)錄期間、多路徑通訊系統(tǒng)、蜂窩式數(shù)字電話系統(tǒng)等等。特別是它可用于如可轉(zhuǎn)錄的視盤或DVC裝置的MD播放機、DVD播放機的娛樂電子裝置的各種記錄設(shè)備，它們可以是分離的裝置，也能與其他娛樂電子裝置如錄音帶播放機或盒式錄像機組合，或者能夠是個人計算機的一部分。此外，根據(jù)本發(fā)明的裝置也能被構(gòu)造成一個分開的裝置用于抑制噪聲。
最后，本發(fā)明并不限于音頻信號，也可以用于視頻信號。
權(quán)利要求
1．一種抑制模擬音頻和／或視頻信號中脈沖干擾的方法，采樣值由模擬音頻和／或視頻信號形成并且被用作為輸入信號(xn)，以及在干擾之前或之后的未失真采樣值用于抑制干擾，其特征在于，-進(jìn)行自適應(yīng)濾波(AF)并且用于檢測和內(nèi)插脈沖干擾，在這種情況下-輸入信號(xn)的自適應(yīng)濾波(AF)用于確定誤差信號(en)，-如果誤差信號(en)的絕對瞬時值超過一個門限值，輸入信號(xn)的采樣值指定為失真，-自適應(yīng)濾波的輸出信號(yn)用作為指定為失真的采樣值的替換值，-指定為失真的采樣值也在自適應(yīng)濾波的輸入值中被替代。
2．如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，如果誤差信號(en)中的絕對采樣值小于相應(yīng)的門限值則在信號通道中不進(jìn)行任何改變。
3如權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于，僅僅在輸入信號的采樣值指定為未失真的離散瞬時執(zhí)行自適應(yīng)濾波的調(diào)節(jié)。
4．如權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，如果輸入信號中的采樣值已經(jīng)被指定為失真的則暫停調(diào)節(jié)。
5．如前面權(quán)利要求中的一個所述的方法，其特征在于，僅僅對于已經(jīng)被認(rèn)為是未失真的采樣值才繼續(xù)誤差信號和／或輸入信號的功率測量。
6．如前面權(quán)利要求中的一個所述的方法，其特征在于，門限值動態(tài)地匹配于電平特性。
7一種抑制模擬音頻和／或視頻信號中脈沖干擾的裝置，由模擬音頻或視頻信號形成的采樣值作為輸入信號(xn)饋送給該裝置，利用在干擾之前或之后的未失真采樣值能夠輸出干擾被抑制的輸出信號(on)，其特征在于，-一個自適應(yīng)濾波器(AF)，用于檢測和內(nèi)插脈沖干擾，具有饋送給它的輸入信號的采樣值并且被用于確定一個未來采樣值的估計值，以及由此得出的誤差信號(en)，-一個用于確定誤差信號(en)瞬時值的單元，-一個轉(zhuǎn)換開關(guān)，在估計值和指定為失真的采樣值之間轉(zhuǎn)換。
8．如權(quán)利要求7所述的裝置，其特征在于，指定為失真的采樣值也在自適應(yīng)濾波器的輸入矢量中被替代。
9．一種抑制模擬音頻和／或視頻信號中脈沖干擾并且數(shù)字地記錄這些音頻和／或視頻信號的記錄設(shè)備，其特征在于，-一個模／數(shù)轉(zhuǎn)換器，用于形成來自模擬音頻和／或視頻信號的采樣值，-根據(jù)權(quán)利要求7或8的去噪聲裝置，用于抑制脈沖干擾的采樣值被饋給該裝置，-用于在數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)載體上記錄的記錄設(shè)備，去噪聲裝置的輸出信號直接地或在進(jìn)一步處理后饋給該裝置。
10．如權(quán)利要求9所述的記錄設(shè)備，其特征在于，該設(shè)備還具有一個重放裝置用于模擬數(shù)據(jù)載體，在這些模擬數(shù)據(jù)載體上記錄的模擬音頻和／或視頻信號在模擬數(shù)據(jù)載體重放期間饋送到模／數(shù)轉(zhuǎn)換器。
全文摘要
通過檢測和內(nèi)插噪聲除去聲音和音樂信號中的噪聲。使用在音頻信號峰值以上固定設(shè)置的門限值檢測噪聲及根據(jù)噪聲前后的采樣值執(zhí)行內(nèi)插以填充噪聲是公知的。缺點是噪聲沒有比峰值信號還大的幅度則發(fā)現(xiàn)不了,而內(nèi)插是一種高復(fù)雜性過程并限于最大噪聲密度。本發(fā)明規(guī)定由自適應(yīng)濾波(AF)確定誤差信號(e
文檔編號G11B20/24GK1204124SQ9810931
公開日1999年1月6日 申請日期1998年5月27日 優(yōu)先權(quán)日1997年6月26日
發(fā)明者伊莫爾·瓦爾加 申請人:德國湯姆遜-布朗特公司