專利名稱：音頻的低音增強(qiáng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及高保真音頻再現(xiàn)，更具體地^兌，涉及一種增強(qiáng)低頻音 頻信號以在小型揚(yáng)聲器上更好地進(jìn)行再現(xiàn)的方法。
背景技術(shù)：
高保真聲音再現(xiàn)典型地依賴于能夠?qū)㈦娒}沖轉(zhuǎn)換為或多或少精
確地代表原始聲音的聲波的揚(yáng)聲器。低音頻率(例如低于100Hz的頻 率)對于揚(yáng)聲器設(shè)計提出了特定的挑戰(zhàn)。為了在這樣的低音頻率處產(chǎn) 生聲音，揚(yáng)聲器設(shè)計人員傳統(tǒng)地依賴于制造相對昂貴的大型和重型設(shè) 計("低音擴(kuò)音器(woofer)")。低音擴(kuò)音器對于制造商提出了電 氣和機(jī)械兩個方面的挑戰(zhàn)；它們對于渴望更加i更攜的音頻收聽體驗的 很多消費(fèi)者也是個問題。具體地說，頭戴式受話器和便攜式"耳塞式 (ear-bud)"揚(yáng)聲器具有的困難在于再現(xiàn)4氐音頻率，而沒有失真并 且不損失音量，這有時是嚴(yán)重的。
因為再現(xiàn)低音頻率的困難，所以某些音頻再現(xiàn)系統(tǒng)已經(jīng)釆用了各 種手段來增強(qiáng)低音響應(yīng)，或者至少改善低音音調(diào)的心理聲學(xué)感知。在 某些方案中，已經(jīng)使用心理聲學(xué)現(xiàn)象來增強(qiáng)收聽者對低音音調(diào)的主觀 印象。例如，美國專利6134330描述了一種已知技術(shù)，該技術(shù)通過使 用被稱為"虛擬音高(virtual pitch)"或"丟失基波(missing fundamental)"的現(xiàn)象來增強(qiáng)40Hz至100Hz內(nèi)的音調(diào)主觀體驗。這 種現(xiàn)象指的是通過經(jīng)驗所驗證的如下事實(shí) 一系列諧波的存在可以在 較低頻率處創(chuàng)建對基波音調(diào)的幻覺，其中， 一個或多個諧波是(所暗 含的)基波頻率的整數(shù)倍。這種現(xiàn)象被認(rèn)為是由大提琴所使用，如若 不然，大提琴在尺寸上太小而不能在樂器的較低范圍內(nèi)諧振。通過將 可通過較小的變換器(transducer)更容易地再現(xiàn)的諧波相加，我們可以創(chuàng)建將在沒有大型揚(yáng)聲器的情況下難以再現(xiàn)的低音基波的印象。
如美國專利6，134，330中所描述的那樣，已知的是，對音頻信號 進(jìn)行濾波以選擇低音子頻帶，從而生成低音子頻帶中出現(xiàn)的音調(diào)的諧 波，并且其后將所述生成的諧波加到所述音頻信號上。生成的諧波的 出現(xiàn)改善了對音頻的低頻部分的感知。所生成的諧波比基波頻率更高， 因此可以通過相對較小的揚(yáng)聲器來更有效地再現(xiàn)。

發(fā)明內(nèi)容
關(guān)于上述問題，本發(fā)明包括一種調(diào)節(jié)音頻信號以增強(qiáng)對低音響應(yīng) 的感知的方法。該方法包括以下步驟對所述音頻信號進(jìn)行濾波，以 產(chǎn)生具有至少一個基波分量的選擇的子頻帶信號，所述基波分量具有 處于第一頻率范圍內(nèi)的基波頻率；從所述選擇的子頻帶信號生成至少 一個諧波富集信號，所述諧波富集信號包括所述基波頻率的整數(shù)倍處 的至少一個諧波分量；在所述音頻信號與所述諧波富集信號之間引入 相移，以產(chǎn)生相移的音頻信號；將所述相移的音頻信號加到所述諧波 富集信號，以產(chǎn)生經(jīng)調(diào)節(jié)的音頻信號。
本發(fā)明在裝置方面包括一種信號調(diào)節(jié)電路，其用于調(diào)節(jié)音頻輸入 信號，以增強(qiáng)對低音頻率的感知。所述電路包括濾波器，其被耦合 為接收所述音頻輸入信號，并且^f皮布置為選擇和輸出具有至少一個基 波音調(diào)的頻率子頻帶信號；諧波生成器，其4皮布置為接收所述頻率子 頻帶信號，并且生成具有至少一個諧波分量的諧波信號；相移器，其 被耦合為接收所述音頻輸入信號，并且被布置為引入相移，由此產(chǎn)生 相移的音頻信號；以及求和電路，其被耦合為接收所述相移的音頻信 號以及所述諧波信號，并且對所述信號求和，以產(chǎn)生經(jīng)調(diào)節(jié)的音頻信 號，所述經(jīng)調(diào)節(jié)的音頻信號具有所選擇的頻率的增強(qiáng)諧波。
通過結(jié)合附圖，從以下優(yōu)選實(shí)施例的詳細(xì)描述中，本發(fā)明的這些 和其它特征和優(yōu)點(diǎn)將對以本領(lǐng)域技術(shù)人員變得清楚，其中


圖la是在低音增強(qiáng)的現(xiàn)有技術(shù)方法中用于音頻波形的、作為時 間(在水平軸上)的函數(shù)的電壓的曲線圖lb是通過現(xiàn)有技術(shù)方法從圖la的波形生成的諧波富集波形的 曲線圖lc是示出通過現(xiàn)有技術(shù)方法將圖la和圖lb的波形相加的結(jié) 果的曲線圖2是示出根據(jù)本發(fā)明的方法的步驟的流程圖3a是用于輸入到本發(fā)明的方法的音頻波形的、作為時間(在 水平軸上)的函數(shù)的電壓的曲線圖3b是根據(jù)本發(fā)明從圖3a的波形生成的并且進(jìn)行相移的諧波富 集波形的曲線圖3c示出根據(jù)本發(fā)明通過對圖3a和圖3b的波形求和所獲得的
波形；
圖4是根據(jù)本發(fā)明的裝置的示意圖，其中功能模塊被表示為塊 ("框圖")；以及
圖5是信號處理系統(tǒng)的框圖，所述信號處理系統(tǒng)可以通過使用通 用可編程微處理器或?qū)Ｓ每删幊涛⑻幚砥鞫线m地用于在實(shí)施例中執(zhí) 行本發(fā)明的方法。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明涉及對數(shù)字形式或模擬形式的音頻信號的處理。在以下的 討論中，通常示出模擬波形來解釋構(gòu)思；然而，應(yīng)理解，本發(fā)明的典 型實(shí)施例將適用于數(shù)字字節(jié)或字的時間序列的情況下，所述字節(jié)或字 形成模擬信號的離散近似。離散數(shù)字信號與周期采樣的音頻波形的數(shù) 字表示對應(yīng)。如本領(lǐng)域所知的那樣，對于感興趣的頻率，必須以至少 足以滿足奈奎斯特(Nyquist)采樣定理的速率來對波形釆樣。根據(jù)本 領(lǐng)域所知的原理，應(yīng)該選取量化方案和比特分辨率，以滿足特定應(yīng)用 的需求。本發(fā)明的技術(shù)和裝置可以并且典型地將被獨(dú)立地應(yīng)用于多個聲道中(例如在雙聲道"立體聲"系統(tǒng)或具有多于兩個聲道的"環(huán)繞" 音頻系統(tǒng)中)。雖然本發(fā)明的數(shù)字實(shí)現(xiàn)方式是該公開的主要關(guān)注點(diǎn)， 但本發(fā)明不限于數(shù)字的實(shí)施例，并且可以通過模擬電路來實(shí)現(xiàn)。
圖la、圖lb和圖lc示出可在通過諧波生成而進(jìn)行低音增強(qiáng)的現(xiàn) 有技術(shù)方法中期望的示例性(連續(xù))波形。圖la示出基波正弦低音音 調(diào)10。圖lb示出通過對圖la的波形進(jìn)行平方所獲得的諧波富集的波 形12。從三角方法可知，平方波形12包括2f的頻率分量，其中，f 是基波IO的頻率。圖lc在14處示出波形IO和波形12之和?？梢酝?過借助于諧波生成而進(jìn)行低音增強(qiáng)的現(xiàn)有技術(shù)方法來產(chǎn)生該波形。
波形14包括相加的諧波內(nèi)容(在此情況下是頻率2f的偶諧波)。 然而，從峰值電平16 (正)和18 (負(fù))還清楚的是，波形14具有所 引入的峰值偏移，并且不再關(guān)于零電平20對稱。具體地說，在該示例 中，對于具有幅度A的正規(guī)化波形，波形14已經(jīng)被移動了不想要的 直流(d.c.)偏置，從而正峰值16達(dá)到比在18處的負(fù)峰值高得多的絕 對值。
在波形14中引入偏置或偏移所具有的不期望的后果在于，必須 預(yù)留更多的動態(tài)范圍或"裕量(headroom)"以防止飽和，即，波超 過可以在給定量化范圍中表示的最大值的情形。對于給定的比特分配， 偏移實(shí)際上會減少在飽和之前值的可使用范圍，從而實(shí)際上使得比特 分配缺少效率?？s小波形將避免飽和，但增加了量化噪聲。該問題尤 其麻煩，這是因為偏移關(guān)于幅度不是恒定的，而是隨波形的均方根 (rms)值而改變。在音樂音頻內(nèi)容的情況下，rms值在非常大的不 可預(yù)測的范圍上快速地改變。這使得難以通過簡單地減去偏移來使波 形回零。頻繁計算rms值將需要大量計算，從而需要處理能力和時間。 在很多音頻應(yīng)用中，處理能力和時間受限于規(guī)格和成本考慮。
本發(fā)明提供一種簡單方法，用于減少或者消除由諧波生成所引入 的偏移。本發(fā)明的方法消耗很少的處理器周期，涉及很少的計算和存 儲器，引入很少的延遲，并且需要相對少量的存儲器。
圖2按照進(jìn)程來示出根據(jù)本發(fā)明的通用方法。在步驟22,輸入音頻信號，其被合適地表示在時域中。例如，可以4吏用線性PCM表示。 輸入的音頻在節(jié)點(diǎn)23被分開，并且沿著平行的路徑通過算法的兩個分 支。在第一分支24中，通過低通濾波器或通過帶通濾波器來對輸入的 音頻進(jìn)行濾波(步驟26)，以選擇將要增強(qiáng)的低音頻率范圍。合適的 是，濾波步驟可以提取一定范圍的頻率(例如從0至200Hz),以用 于通過諧波生成來進(jìn)行增強(qiáng)。在另一實(shí)施例中，選擇從0至120Hz的 頻率范圍。上截頻將取決于所假設(shè)的將要釆用的揚(yáng)聲器系統(tǒng)中的低音 再現(xiàn)的預(yù)期的限制?？梢允褂枚喑轭^數(shù)字濾波器(例如有限沖擊響應(yīng) (FIR)濾波器)?；蛘?，可以用頻域表示來呈現(xiàn)輸入的音頻，可以 在頻域中通過適當(dāng)?shù)拇翱诓僮鱽韺斎氲囊纛l進(jìn)行濾波。其后可以通 過逆變換(例如逆FFT)將所得到的頻率表示轉(zhuǎn)換到時域。
接下來，在步驟28，通過用于生成諧波的方法來處理所選擇的頻 率范圍?？梢允褂靡恍┓椒ㄖ械娜我夥椒ā？梢詫⒉ㄐ纬艘云渥陨?對 每一采樣進(jìn)行平方運(yùn)算)，以生成"偶，，諧波(在與基波頻率乘以偶 數(shù)對應(yīng)的頻率處)。該方法在頻率2f處生成強(qiáng)的諧波，其中，f是所 選擇的基波音調(diào)的頻率?？梢酝ㄟ^對信號求立方或者將波形弄到更高 的(奇數(shù))冪次以生成"奇"諧波(在基波頻率的奇數(shù)倍處)來生成 更高階的諧波?；蛘撸梢詫⑿盘柍艘詮?qiáng)非線性函數(shù)(例如指數(shù)函數(shù)， 與半導(dǎo)體二極管結(jié)類似)。通過任何方法，生成諧波以產(chǎn)生諧波富集
的信號。
在步驟30，以高通濾波器或帶通濾波器來對諧波富集的信號進(jìn)行 濾波，以使得基波衰減，并且移除直流分量(如果有任何直流分量的 話，它是在諧波生成期間加入的)。在某些實(shí)施例中發(fā)現(xiàn)強(qiáng)低頻基波 和直流分量干擾了揚(yáng)聲器系統(tǒng)的可靠操作，尤其干擾了不能用于處理 寬范圍、低頻率漂移的低成本小型揚(yáng)聲器。
在步驟30從偶數(shù)倍的諧波移除直流分量是可選的，但為減少偏 移很希望這樣做。然而，在沒有本發(fā)明的其它步驟的情況下，在步驟 30 (或28)移除直流偏移不足以完全移除不想要的偏移。這是因為在 稍后的混頻步驟與求和步驟中(以傳統(tǒng)方法)引入其它偏移。此外，
9這使得通過傳統(tǒng)手段來進(jìn)行移除是困難的。
在平行信號路徑32，優(yōu)選地在相位方面將原始輸入音頻移動(相 移，步驟34)大于零度并且小于180度(超前或者滯后)的角度。如 果我們假設(shè)有在基波頻率fO處的強(qiáng)的音調(diào)，則關(guān)于基波波形來測量我 們的相位基準(zhǔn)(見圖3a)。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，近似在低音區(qū)域中的矩心頻率 (centroid frequency )處(例如對于從0至120Hz的所定義的低音范 圍內(nèi)，在60Hz處)選取所假設(shè)的基波頻率是足夠的。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，最 優(yōu)選的是，在所述步驟34將相移設(shè)置為近似90度的相位。如以下結(jié) 合圖3a-圖3c所解釋的那樣，這個相移在減少或者消除被引入到低音 增強(qiáng)的波形的偏移中最有用。
在相移之后，可選地期望的是，以高通濾波器來對相移的信號(在 步驟36)進(jìn)行濾波，以將基波分量衰減到截止頻率之下，所述截止頻 率定義了對預(yù)期的低音變換器的限制。如前所述，強(qiáng)的低頻信號或直 流偏置的出現(xiàn)可能干擾低成本小型揚(yáng)聲器或音頻變換器的性能。將高 通濾波器包括在步驟30和步驟36中的至少一個步驟中防止了如若不 然可能出現(xiàn)的基波的不適當(dāng)?shù)姆糯蟆?br> 最后，將相移的諧波信號加回到原始輸入音頻信號(步驟38)。 (可選地，可以在將相移的諧波信號加到輸入的音頻信號之前對其進(jìn) 行縮放，以更大程度地控制低音增強(qiáng))。具有相移的諧波的輸入音頻 的和被輸出到揚(yáng)聲器或者用于最終再現(xiàn)之前的進(jìn)一步處理。
圖3a、圖3b和圖3c顯示了本發(fā)明的方法對示例性正弦波形的效 果。我們可以將這些圖與類似的圖la-圖lc進(jìn)行比較，以觀察在對輸 入音頻求和之前對諧波進(jìn)行相移的效果。圖3a在40示出輸入音頻波 形。圖3b示出通過對輸入音頻40求平方(自身相乘)、進(jìn)行濾波來 移除基波、其后進(jìn)行相移而導(dǎo)出的波形42。注意，波形42在相位上 不同于圖lb中的對應(yīng)波形12。圖3c在44處示出波形40和波形42 之和。波形44的峰值正漂移46顯著低于圖la中的對應(yīng)波形14的峰 值正漂移。這有助于防止數(shù)字值超過數(shù)字表示方案(例如線性pcm)
10內(nèi)所許可的最大值。47處的峰值負(fù)漂移與正漂移幾乎是相同的絕對 值；與圖la至圖lc的現(xiàn)有技術(shù)方法相比較，已經(jīng)減少或者消除了偏 置或偏移。
本發(fā)明還可以包括奇諧波的注入(在步驟28 )。奇諧波比偶諧波 的麻煩要少。例如，波形的立方產(chǎn)生通常關(guān)于零對稱的波，并且因此 不傾向于引入偏移。然而，以上在步驟28所引入的相移還可以被應(yīng)用 于奇諧波，而不會減少有效性。此外，可以在步驟28生成更高階的偶 諧波。例如，可以通過將信號增加到四次冪來生成四階諧波，以此類 推。
應(yīng)理解，步驟34中的相移是相對相移，其在分支32中的信號與 分支24中的信號之間引入超前或者滯后。在本發(fā)明的簡單變形中，相 對支路中的信號可以經(jīng)歷相移，以產(chǎn)生基本相同的結(jié)果。因此，本發(fā) 明的方法包括在第 一分支中的信號與第二分支中的另 一信號之間引 入相對相位差。
圖4示出根據(jù)本發(fā)明的裝置的示意性形式的一個實(shí)施例。音頻信 號被輸入到第 一 濾波器50,第 一 濾波器50選擇用于增強(qiáng)的低音區(qū)域。 合適的是，選擇20 Hz至120Hz頻率范圍(通常假設(shè)不存在20Hz以 下的頻率)。在數(shù)字實(shí)施例中，可以通過專用DSP集成電路或可編程 DSP集成電路，或通過可編程微處理器和關(guān)聯(lián)的存儲器來執(zhí)行濾波。 第一濾波器50的輸出被輸入到諧波生成器52，諧波生成器52可以是 可編程通用數(shù)字信號處理電路或可編程專用數(shù)字信號處理電路。可以 通過上述方法或者通過其它已知方法來數(shù)字地生成諧波。然后，由第 二 (高通)濾波器54對諧波生成器52的輸出進(jìn)行濾波，以使基波衰 減，并且移除任意直流偏置或偏移。所得結(jié)果用作對求和電路61的第 —輸入56。
原始輸入信號還通過平行的分支或信號路徑中的相移電路56?？?以通過通用可編程微處理器或用于實(shí)現(xiàn)FIR數(shù)字濾波器的類型的專用 dsp處理器來合適地實(shí)現(xiàn)相移電路56。例如，可以對從Analog Device 公司(ADI)可獲得的DSP處理器芯片"ADSP-21367"進(jìn)行編程，
ii以引入合適的相位延遲。在一個實(shí)施例中，通過對預(yù)定數(shù)量N個釆樣 進(jìn)行簡單延遲來近似受控的相位。例如，對于基波低音頻率f0，與 tau=90度的延遲對應(yīng)的相移由下式給出 式l:
延遲=(采樣速率)/ (4x (中心頻率))
其中，延遲以秒為單位，并且頻率以Hz為單位。計算對于任意 Tau的延遲通常是容易的。 式2:
Tau-2鱸延遲A釆樣速率
(對于以弧度為單位的tau，延遲以秒為單位，釆樣速率以Hz 為單位)。
就以采樣速率(fs)所釆樣的離散信號中的采樣數(shù)量而言，期望 的延遲被近似為釆樣的最接近的整數(shù)N，其中，N/fs=Tau。
可見，引入期望的相位延遲所需的采樣的數(shù)量取決于低音基波音 調(diào)f0的所假設(shè)的基波頻率。在簡單實(shí)施例中，可以通過為增強(qiáng)而選擇 的子頻帶內(nèi)所選擇的任意頻率(例如處于子頻帶中的中間頻帶的頻率) 來近似所述頻率。在一個實(shí)施例中，假設(shè)中心頻率是80Hz。
在一個特定實(shí)施例中，為增強(qiáng)而選擇從20Hz至120Hz的頻率。 可以通過引入由以上給出的式所給出的延遲來近似相位延遲，其中， 所假設(shè)的中心頻率在80Hz處。
在這個實(shí)施例中，在80Hz處將延遲合適地i殳置為90度(pi/4 )。
引入延遲的一種異常方便的方法是在隨機(jī)存取可尋址存儲器中 依次存儲釆樣。然后，將存儲器偏移數(shù)加到數(shù)據(jù)地址指針或者從其中 減去，并且由此將所檢索到的數(shù)據(jù)延遲與存儲器偏移數(shù)對應(yīng)的采樣的 數(shù)量。或者，可以將音頻信號數(shù)據(jù)存儲在FIFO緩沖器或具有與期望 的延遲對應(yīng)的長度的移位寄存器中。
在相移之后，優(yōu)選地以高通濾波器60來對相移的信號進(jìn)行濾波， 以對基波進(jìn)行衰減，并且消除直流偏置，然后，將其輸入到求和電路 61的第二輸入62中。求和電路61的第二輸入62因此接收原始音頻信號的經(jīng)相移和濾波的版本。求和電路將諧波富集的信號與相移后的 輸入音頻信號求和，以產(chǎn)生富有所選擇的低音子頻帶中的低音音調(diào)的 諧波的輸出信號。富集的輸出信號更加容易通過小型揚(yáng)聲器(例如頭 戴式受話器)而被再現(xiàn)，以給出增強(qiáng)的低音響應(yīng)的令人信服的心理聲 學(xué)幻覺。
如前述濾波器、諧波生成器和相移電路那樣，也可以通過被合適 地編程以將來自輸入音頻的音頻采樣與相移后的諧波信號求和的可編 程微處理器來實(shí)現(xiàn)求和電路。所述處理器可以是并行運(yùn)行的不同處理 器或相同處理器。
本發(fā)明的方法需要很少的計算，并且在一定幅度范圍上有效地減 少如若不然將被引入的偏移(伴隨低音音調(diào)的偶諧波的不想要的偽像 信號)。因此其引入非常少的延遲，并且偏移的減少允許處理器利用 全部動態(tài)范圍，而沒有飽和或者不需要重新縮放信號。
圖5示出信號處理系統(tǒng)的框圖，所述信號處理系統(tǒng)可以通過使用 通用可編程微處理器或?qū)Ｓ每删幊涛⑻幚砥鞫线m地用于執(zhí)行本發(fā)明 的方法。微處理器100與存儲在程序存儲器102中的程序指令通信， 所述程序指令可以被永久寫入(固件)，或者可以從大容量存儲設(shè)備 104來加載。在輸入106處接收被適當(dāng)?shù)鼐彌_的輸入音頻釆樣。微處 理器在程序控制下工作，以執(zhí)行以上結(jié)合圖2所描述的功能。中間結(jié) 果和緩沖的數(shù)據(jù)被寫到數(shù)據(jù)存儲器108，以及從數(shù)據(jù)存儲器108讀取 中間結(jié)果和緩沖的數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)存儲器108可以是隨機(jī)存取存儲器。需 要充足的存儲器來至少存儲足夠的釆樣，以容納所需的延遲，并且需 要用于任意多抽頭數(shù)字濾波器的充足的存儲器。本領(lǐng)域技術(shù)人員基于 前述需求連同將要容納的聲道的數(shù)量以及為特定實(shí)施例所選取的特定 頻率參數(shù)將容易確定存儲器需求。在輸出端口 IIO處以一系列離散數(shù)
字化釆樣的形式來對輸出信號進(jìn)行輸出?？梢葬娪萌我夂线m的輸入接 口和輸出接口的形式，包括SPDIF、HDMI、USB、"火線(firewire )"、 IIS總線以及其它電數(shù)據(jù)接口或光數(shù)據(jù)接口。
將清楚的是，可以采用該架構(gòu)的變形。例如可以以并行配置或串行配置來使用一些處理器某些處理器執(zhí)行濾波器功能，而其它處 理器執(zhí)行相移和諧波生成。可以采用專用DSP或數(shù)字濾波器芯片作為 濾波器?？梢酝ㄟ^對信號進(jìn)行復(fù)用或者通過運(yùn)行并行處理器來一起處 理多個音頻聲道。
在本發(fā)明其它實(shí)施例中，例如并且并非進(jìn)行限制，相移的其它方 法(例如"希爾伯特(Hilbert)變換")可以作為對于純延遲的替換 方案。還應(yīng)理解，信號相位是相對概念。為此，有可能創(chuàng)建引入相移 的大量相似或功能上等同的變形方法例如，在以上描述了在信號路 徑的第一 "信號"分支32中引入相移的情況下，可以通過在"諧波富 集的"路徑24中引入相反的相移來獲得等同結(jié)果。相似地，可以用組 合方式在兩條路徑中引入相移，以產(chǎn)生相移的代數(shù)和。
如果簡單時延用于提供本發(fā)明的相移，則大量方法是已知的并且 可以被采用的。在處理器驅(qū)動的實(shí)施例中，可以通過各種手段(包括 間接尋址和通過使用地址偏移矢量)來引入存儲器偏移或移位。在其 它實(shí)施例中，可以采用各種延遲線，包括先入先出(FIFO)緩沖器、 移位寄存器、或甚至模擬延遲線(例如電荷耦合裝置(CCD)或其它 模擬存儲器設(shè)備)。
在所述裝置和方法的另 一子系統(tǒng)中，可以使用其它手段來生成諧 波。例如，可以(合適地通過離散余弦變換)將信號變換為頻域表示。 然后，可以將低音區(qū)域中的頻率峰值向上進(jìn)行音高移動到諧波頻率， 并且所得到的信號被逆變換回到時域表示，以用于進(jìn)一步處理。該方 法在某些應(yīng)用中可能是有利的，但通常將需要更多的處理器能力和存 儲器分配。
雖然已經(jīng)示出和描述了本發(fā)明一些示例性實(shí)施例，但本領(lǐng)域技術(shù) 人員將會想到大量的其它變形以及替換實(shí)施例。這樣的變形和替換實(shí) 施例是可預(yù)期的，并且可以在不脫所附權(quán)利要求中所定義的本發(fā)明的 精神和范圍的情況下實(shí)現(xiàn)這樣的變形和替換實(shí)施例。
權(quán)利要求
1、一種調(diào)節(jié)音頻信號以增強(qiáng)對低音響應(yīng)的感知的方法，該方法包括以下步驟對所述音頻信號進(jìn)行濾波，以產(chǎn)生具有至少一個基波分量的選擇的子頻帶信號，所述至少一個基波分量具有處于第一頻率范圍內(nèi)的基波頻率；從所述選擇的子頻帶信號生成至少一個諧波富集信號，所述諧波富集信號包括所述基波頻率的整數(shù)倍處的至少一個諧波分量；在所述音頻信號與所述諧波富集信號之間引入相移，以產(chǎn)生相移的音頻信號；將所述相移的音頻信號與所述諧波富集信號相加，以產(chǎn)生經(jīng)調(diào)節(jié)的音頻信號。
2、 如權(quán)利要求l所述的方法，其中，所述引入相移的步驟包括 向a)所述音頻信號和b)所述諧波富集信號中的至少一個信號中引入相對于所述信號中的另 一信號的相位超前或滯后；所述超前或 滯后處于大于0度但小于180度的范圍內(nèi)。
3、 如權(quán)利要求2所述的方法，其中，所述預(yù)定時延被控制，以 便在所選擇的低音子頻帶中在標(biāo)稱的最佳頻率處產(chǎn)生基本上90度的 相移。
4、 如權(quán)利要求2所述的方法，其中，所述引入相移的步驟包括 引入受控的時延。
5、 如權(quán)利要求5所述的方法，其中，所述受控的時延被控制， 以便在所選擇的低音子頻帶中在標(biāo)稱的最佳頻率處產(chǎn)生基本上90度 相移。
6、 如權(quán)利要求4所述的方法，其中，所述音頻信號包括 一系 列離散的數(shù)字化表示的采樣；所述音頻釆樣被存儲在可尋址的存儲器中；并且其中，通過使用存儲器偏移矢量來引入所述受控的時延。
7、 如權(quán)利要求3所述的方法，其中，通過先入先出(FIFO)緩 沖器來引入所述受控的時延。
8、 如權(quán)利要求2所述的方法，其中，通過以相移濾波器調(diào)節(jié)所 述濾波的諧波信號來引入所述相移。
9、 如權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述生成諧波信號的步驟 包括對所述濾波的信號進(jìn)行平方，以產(chǎn)生諧波信號，所述諧波信號 至少包括作為基波頻率的偶數(shù)倍的頻率處的諧波分量。
10、 如權(quán)利要求9所述的方法，其中，所述生成至少一個諧波信 號的步驟進(jìn)一步包括在基波頻率的奇數(shù)倍的頻率上生成至少一個諧 波信號。
11、 一種信號調(diào)節(jié)電路，用于調(diào)節(jié)音頻輸入信號，以增強(qiáng)對低音 頻率的感知，所述電路包括濾波器，其被耦合為接收所述音頻輸入信號，并且被布置為選擇 和輸出具有至少一個基波音調(diào)的子頻帶信號；諧波生成器，其被布置為接收所述子頻帶信號，并且生成具有至 少 一 個諧波分量的諧波信號；相移器，其被耦合為接收所述音頻輸入信號，并且被布置為引入 相移，由此產(chǎn)生相移的音頻信號；以及求和電路，其被耦合為接收所述相移的音頻信號以及所述諧波信 號，并且對所述信號求和，以產(chǎn)生經(jīng)調(diào)節(jié)的音頻信號，所述經(jīng)調(diào)節(jié)的 音頻信號具有所選擇的頻率的增強(qiáng)諧波。
12、 如權(quán)利要求11所述的電路，其中，所述濾波器包括數(shù)字濾 波器，并且其中，所述諧波生成器、所述相移器和所述求和電路包括 數(shù)字信號處理電路。
13、 如權(quán)利要求12所述的電路，其中，數(shù)字濾波器和所述數(shù)字 信號處理電路包括可編程微處理器；可尋址存儲器，其被耦合為存儲所述音頻信號，所述存儲器被耦 合為與所述可編程微處理器通信并且與輸入和輸出電路通信，以對所述輸入音頻信號和經(jīng)調(diào)節(jié)的音頻信號進(jìn)行輸入和輸出；程序模塊，其被存儲在所述可尋址存儲器中，并且能在所述可編 程微處理器上執(zhí)行，以執(zhí)行所述數(shù)字濾波器、所述相移器、所述諧波 生成器和所述求和電路的功能。
14、 如權(quán)利要求13所述的電路，其中，所述相移器引入大于0 度但小于或等于180度的相位超前或滯后。
15、 如權(quán)利要求14所述的電路，其中，所述相移器包括數(shù)字 延遲程序模塊，其被預(yù)先確定為在所選擇的頻率范圍內(nèi)引入期望的相 移。
16、 如權(quán)利要求15所述的電路，其中，所述相移器通過以與期 望的延遲對應(yīng)的存儲器偏移矢量來修改存儲器地址而引入所述數(shù)字延 遲。
17、 如權(quán)利要求15所述的電路，其中，所述相移器包括相移 數(shù)字濾波器。
18、 如權(quán)利要求11所述的電路，其中，諧波生成器包括將所 述濾波的信號與其自身相乘的電路，用于產(chǎn)生平方信號，所述平方信 號包括所述基波音調(diào)的偶諧波。
19、 如權(quán)利要求18所述的電路，其中，所述諧波生成器進(jìn)一步 包括用于生成比兩倍基波頻率處的諧波更高階的至少一個諧波的電 路。
全文摘要
本發(fā)明公開了音頻的低音增強(qiáng)。一種用于調(diào)節(jié)音頻輸入信號以增強(qiáng)低對音頻率的感知和再現(xiàn)的方法和裝置。生成諧波并且將其與音頻輸入信號的相移的版本進(jìn)行組合。對受控的相移的使用減少或者消除了對波形不對稱或直流偏移的不想要的引入。
文檔編號H04R3/04GK101459865SQ20081013060
公開日2009年6月17日 申請日期2008年6月25日 優(yōu)先權(quán)日2007年12月10日
發(fā)明者W·P·史密斯 申請人:Dts(英屬維爾京群島)有限公司