專利名稱：生成和控制用于音頻信號的數(shù)字混響的方法和系統(tǒng)的制作方法
生成和控制用于音頻信號的數(shù)字混響的方法和系統(tǒng)
本申請是申請日為2007年2月14日、申請?zhí)枮?00710085235. 5、發(fā)明名稱為“生成和控制用于音頻信號的數(shù)字混響的方法和系統(tǒng)”的專利申請的分案申請。技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明一般涉及數(shù)字音頻信號處理技術(shù)，更具體地，涉及數(shù)字音頻信號處理方法和具有用于生成和控制音頻信號的人工混響的混響設(shè)備的系統(tǒng)，其中，該混響設(shè)備具有統(tǒng) ー結(jié)構(gòu)，并生成具有從真實環(huán)境提取出來的特性的人工混響。
背景技術(shù)：
人工混響技術(shù)常用于單調(diào)的音頻內(nèi)容，以模擬在真實環(huán)境中的效果。在許多應(yīng)用 (如頭戴式受話器和揚聲器回放)中，添加人工混響來使聽眾產(chǎn)生置身于真實環(huán)境之中的感覺。
本質(zhì)上，混響是源于真實環(huán)境中(如在房間內(nèi))的各種反射的回聲。產(chǎn)生混響的理想方法是將音頻信號與期望環(huán)境的脈沖響應(yīng)進行卷積。在實際中，這種方法的計算量很大。在數(shù)字信號處理應(yīng)用中，需要占用巨大的計算和存儲資源來實施該方法。為降低成本， 美國專利5317104公開了ー種電子聲音處理器，該處理器通過將隨機的白噪聲與單調(diào)音頻信號進行卷積來模擬混響的后期部分而創(chuàng)建混響。
已提出ー些方法來模擬精確的混響效果，或僅創(chuàng)建顯著的信號。大多數(shù)算法使用具有延遲線的反饋回路，有時還結(jié)合了全通濾波器。美國專利4181820公開了ー種電子混響裝置，該裝置包括多個具有不同延遲時間的回路，并適于形成強度逐漸減弱的聲音重復， 其中，這些回路設(shè)有抽頭，且各抽頭均具有與之相關(guān)的特定的延遲時間。美國專利5621801 公開了ー種混響效果提供系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括多個具有信號延遲線和反饋回路的梳狀濾波器，其中，上述反饋回路用于對來自延遲線的經(jīng)過延遲的信號進行濾波，并將濾波后的信號以可變的回路増益反饋至輸入側(cè)。這種反饋系統(tǒng)的缺點在干，它們將形成共振，從而造成聲染色。在某些算法中，通過相移或時變延遲線克服了這些問題，但這些算法又引入了某些不希望的變調(diào)效果。參見美國專利4955057、5740716。某些方法僅使用延遲線和前饋回路，并在延遲線的不同位置處設(shè)置抽頭。參見美國專利5555306。某些其他算法將混響分成前期部分和后期部分，并分別獨立地生成這些部分。參見美國專利5040219、5146507。這將導致邊界處回聲密度的突然増加，而在自然環(huán)境中不是這樣的。發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的ー個方面提供了ー種混響發(fā)生器，該發(fā)生器用于在數(shù)字音頻信號處理系統(tǒng)中生成數(shù)字音頻信號輸入的混響，以模擬真實環(huán)境。在一個實施例中，該混響發(fā)生器包括用于接收所述數(shù)字音頻信號輸入的輸入裝置；用于生成包含所述數(shù)字音頻信號輸入和混響的數(shù)字音頻信號輸出的求和裝置；電子地連接到所述輸入裝置和求和裝置的數(shù)字音頻信號直接路徑，用于直接發(fā)送所述數(shù)字音頻信號輸入；多個以級聯(lián)方式配置的用于產(chǎn)生混響的前饋回路；其中，所有前饋回路的輸出均電子地連接到所述求和裝置；其中，第一前饋回路電子地連接到所述輸入裝置，以接收所述輸入；且所述第一前饋回路的輸出饋入所述求和裝置，同時作為輸入饋入第二前饋回路；且其中所述第二前饋回路的輸出饋入所述求和裝置和第三前饋回路，依此類推；從而，所述多個前饋回路生成了與所述數(shù)字音頻信號輸入結(jié)合來產(chǎn)生模擬真實環(huán)境的所述數(shù)字音頻信號輸出的所述混響。
本發(fā)明的另ー個方面提供了ー種用于為數(shù)字音頻信號輸入生成和控制模擬真實環(huán)境的混響的數(shù)字音頻信號處理系統(tǒng)。在一個實施例中，該數(shù)字音頻信號處理系統(tǒng)包括數(shù)字I/O接ロ，用于輸入和輸出數(shù)字音頻信號；電子地連接到該數(shù)字I/O接ロ的控制單元，用于接收數(shù)字音頻輸入信號；以及如上所述的電子地連接到控制單元的混響發(fā)生器；其中， 控制單元提取真實環(huán)境中的數(shù)字音頻信號的混響特性；其中，該提取的混響特性將控制混響發(fā)生器的配置，以生成數(shù)字音頻輸入信號的混響來模擬真實環(huán)境。在另ー個實施例中，控制單元提取以下混響特性最終回聲密度、建立回聲密度的速率、回聲的總能級的衰減速率以及高頻信號和低頻信號的差動衰減速率。
本發(fā)明的又ー個方面提供了ー種產(chǎn)品，該產(chǎn)品能生成數(shù)字音頻信號的混響來模擬真實環(huán)境。該產(chǎn)品包括計算機可讀介質(zhì)，該介質(zhì)具有用于存儲文件和程序的存儲域，以及使得所述產(chǎn)品能執(zhí)行所述計算機程序的計算機可執(zhí)行域；如上所述的數(shù)字音頻信號處理系統(tǒng)，用于為數(shù)字音頻信號輸入生成和控制模擬真實環(huán)境的混響，其中，該數(shù)字音頻信號處理系統(tǒng)包含在上述計算機可讀介質(zhì)中。在另ー個實施例中，該產(chǎn)品包括MP3播放器、手機、便攜式播放器、TV、DVD播放器，等等。
本發(fā)明的又ー個方面提供了ー種用于為數(shù)字音頻信號生成混響來模擬真實環(huán)境的方法。在一個實施例中，該方法包括以下操作提取數(shù)字音頻信號在真實環(huán)境中的混響特性；將該提取的混響特性轉(zhuǎn)換成用于具有多個以級聯(lián)方式配置的前饋回路的混響發(fā)生器的控制參數(shù)；使用上述控制參數(shù)控制所述混響發(fā)生器來生成所述混響。
本發(fā)明的ー個或多個方面的各種實施例包括
上述各前饋回路包含増益、延遲線、全通濾波器和低通濾波器。
上述全通濾波器包括輸入加法器，用于將全通濾波器的輸入和來自延遲線的反饋進行累加，其中，在功能配置上，上述延遲線處于上述輸入加法器的下游；具有反饋放大器(_a)的反饋回路，用于將上述延遲線的輸出作為至上述輸入加法器的上述反饋；具有放大器(a)的前饋回路，該回路電子地連接到上述輸入加法器；輸出加法器，用于將來自所述延遲線和所述前饋回路的輸出進行累加。
上述放大器的_a和a的值處于0. 6和0. 7之間。
第一全通濾波器中的延遲線長度最好等于第一回聲和第二回聲之間的延遲時間。
所有延遲線和全通濾波器的長度最好為素數(shù)。
除第一全通濾波器外的所述全通濾波器中的延遲線長度按以下等式計算
APn+1 ^ APn*y
其中，APn表示第n全通濾波器中的延遲線長度；y表示環(huán)境系數(shù)；且I的值處于 I. I至I. 5之間。
上述第一回路中的延遲線最好等于直接信號和該信號的第一回聲之間的遲延時間。
除上述第一回路外的任何回路中的延遲線長度按以下等式計算
DLn11 ≈ DLn*x
其中，DLn表示第n回路中的延遲線長度；x表示環(huán)境系數(shù)；且x的值處于I. I至I.5之間。
最好通過數(shù)字信號處理中的環(huán)形緩沖器來實現(xiàn)上述前饋回路和全通濾波器中使用的延遲線。
上述增益按以下等式計算
權(quán)利要求
1.一種混響發(fā)生器，用于在數(shù)字音頻信號處理系統(tǒng)中生成數(shù)字音頻信號輸入的混響，以模擬真實環(huán)境，該混響發(fā)生器包括 用于接收所述數(shù)字音頻信號輸入的輸入裝置； 用于生成包含所述數(shù)字音頻信號輸入和混響的數(shù)字音頻信號輸出的求和裝置； 電子地連接到所述輸入裝置和求和裝置的數(shù)字音頻信號直接路徑，用于直接發(fā)送所述數(shù)字音頻信號輸入； 多個以級聯(lián)方式配置的用于產(chǎn)生混響的前饋回路；其中，所有前饋回路的輸出均電子地連接到所述求和裝置；其中，第一前饋回路電子地連接到所述輸入裝置，以接收所述輸A ;且所述第一前饋回路的輸出饋入所述求和裝置，同時作為輸入饋入第二前饋回路；且其中所述第二前饋回路的輸出饋入所述求和裝置和第三前饋回路，依此類推；從而，所述多個前饋回路生成了與所述數(shù)字音頻信號輸入結(jié)合來產(chǎn)生模擬真實環(huán)境的所述數(shù)字音頻信號輸出的所述混響。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的混響發(fā)生器，其中，各前饋回路包含增益、延遲線、全通濾波器和低通濾波器。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的混響發(fā)生器，其中，所述全通濾波器包括 輸入加法器，用于將所述全通濾波器的輸入和來自所述全通濾波器的延遲線的反饋進行累加，其中，在功能配置上，所述全通濾波器的所述延遲線以電子方式處于所述輸入加法器的下游； 具有反饋放大器(_a)的反饋回路，用于將所述全通濾波器的所述延遲線的輸出作為至所述輸入加法器的所述反饋； 具有放大器(a)的前饋回路，該回路電子地連接到所述輸入加法器； 輸出加法器，用于將來自所述全通濾波器的所述延遲線和所述前饋回路的輸出進行累加。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的混響發(fā)生器，其中，所述放大器的_a和a的絕對值處于0.6和0. 7之間。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的混響發(fā)生器，其中，第一全通濾波器中的延遲線的長度等于第一回聲和第二回聲之間的延遲時間。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的混響發(fā)生器，其中，所有延遲線和全通濾波器的長度為素數(shù)。
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的混響發(fā)生器，其中，除第一全通濾波器外的所述全通濾波器中的延遲線的長度按以下等式計算APn+1 ^ APn*y 其中，APn表示第n全通濾波器中的延遲線的長度；y表示環(huán)境系數(shù)；且7的值處于I. I至I. 5之間。
8.根據(jù)權(quán)利要求2所述的混響發(fā)生器，其中，所述第一回路中的延遲線等于直接信號和該信號的第一回聲之間的遲延時間。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的混響發(fā)生器，其中，除所述第一回路外的任何回路中的延遲線的長度按以下等式計算DLlrt ^ DLn*x 其中，DLn表示第n回路中的延遲線的長度；x表示環(huán)境系數(shù)；且1的值處于I. I至I. 5之間。
10.根據(jù)權(quán)利要求3所述的混響發(fā)生器，其中，通過數(shù)字信號處理中的環(huán)形緩沖器來實現(xiàn)所述前饋回路和全通濾波器中使用的延遲線。
11.根據(jù)權(quán)利要求2所述的混響發(fā)生器，其中，所述增益按以下等式計算G +1 =Gn Jf *DL +1 其中，Gn表示第n回路的增益，且DLn表示第n回路中的延遲線的長度，E表示回聲的能量而t表示時間。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的混響發(fā)生器，其中，所述第一回路的增益值在0.2至0. 5之間變化；且隨后各回路中的增益值在I至2之間變化。
13.根據(jù)權(quán)利要求3所述的混響發(fā)生器，其中，所述低通濾波器是FIR和IIR濾波器。
14.根據(jù)權(quán)利要求3所述的混響發(fā)生器，其中，所述低通濾波器是一階IIR濾波器。
全文摘要
本發(fā)明涉及生成和控制用于音頻信號的數(shù)字混響的方法和系統(tǒng)。本發(fā)明提供了一種數(shù)字音頻信號處理系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括一組延遲線以及全通和低通濾波器來實現(xiàn)混響效果。本發(fā)明還提供了一種產(chǎn)生和控制音頻信號的數(shù)字混響的方法。生成的混響在時域內(nèi)將具有增加的回聲密度，且高頻信號比低頻信號衰減得更快。通過提取真實環(huán)境特性實現(xiàn)了混響生成的控制機制。
文檔編號H04S1/00GK102638757SQ201210099419
公開日2012年8月15日 申請日期2007年2月14日 優(yōu)先權(quán)日2006年2月14日
發(fā)明者S·喬治, 吳元 申請人:意法半導體亞太私人有限公司