重放设备、信号处理设备和信号处理方法

专利名称：重放设备、信号处理设备和信号处理方法
技术领域：
本发明涉及一种重放设备、信号处理设备以及信号处理方法，更具体地涉及一种选择性进行音乐重放操作和卡拉OK操作的技术。
背景技术：
[专利文件][专利文件I]专利申请公开号2001-34277很多普通用户通过便携式音频播放器倾听音乐。众所周知，带麦克风和耳机的音频播放器可以令用户在嘈杂的环境中听到噪声较少的重放声音，其工作原理是获取相位与 麦克风采集的外部噪声信号的相位相反的信号，并将获取的信号添加到音频信号中。此外，大多数普通用户都会选择卡拉OK (karaoke)这一娱乐项目。

发明内容
便携式音频播放器和卡拉OK系统完全不同。因此，家里等地方需要安装卡拉OK系统以便用户能唱卡拉0K。本发明提供了一种重放设备，例如便携式音频播放器，令用户能随时方便地唱卡拉0K。根据本发明一实施例，提供一种重放设备，其包括音乐源单元，被配置为输出音乐的数字音频信号；麦克风信号输入单兀，被配置为输入麦克风提供的声音信号；噪声消除信号产生单元，被配置为根据所述麦克风信号输入单元输入的声音信号产生具有消除外部噪声成分的信号特点的噪声消除信号；人声处理单元，被配置为对所述麦克风信号输入单元输入的声音信号进行针对人声声音的声响处理以产生人声信号；卡拉OK信号产生单元，被配置为消除所述音乐源单元提供的数字音频信号中的人声声音成分以产生卡拉OK信号；组合单元，被配置为进行组合所述音乐源单元提供的数字音频信号和所述噪声消除信号的第一组合处理，以及组合所述卡拉OK信号和所述人声信号的第二组合处理；控制单元，被配置为控制所述组合单元在第一模式下进行第一组合处理并且在第二模式下进行第二组合处理；以及输出单元，被配置为输出所述组合单元组合的组合信号作为要从扬声器输出的声音信号。例如，所述噪声消除信号产生单元、所述人声处理单元、所述卡拉OK信号产生单元以及所述组合单元可作为软件处理功能安装在操作处理装置中。并且，所述控制单元控制所述操作处理装置运行所述噪声消除信号产生单元并运行所述组合单元来在第一模式下进行所述第一组合处理，并且，所述控制单元控制所述操作处理装置运行所述人声处理单元和所述卡拉OK信号产生单元并运行所述组合单元来在第二模式下进行所述第二组合处理。根据本发明另一实施例，提供一种信号处理设备，其包括麦克风信号输入单兀，被配置为输入麦克风提供的声音信号；噪声消除信号产生单元，被配置为根据所述麦克风信号输入单元输入的声音信号产生具有消除外部噪声成分的信号特点的噪声消除信号；人声处理单兀，被配置为对所述麦克风信号输入单兀输入的声音信号进行针对人声声音的声响处理以产生人声信号；卡拉OK信号产生单元，被配置为消除输入音乐的数字音频信号中的人声声音成分以产生卡拉OK信号；组合单元，被配置为进行组合输入数字音频信号和所述噪声消除信号的第一组合处理，以及组合所述卡拉OK信号和所述人声信号的第二组合处理；控制单元，被配置为控制所述组合单元在第一模式下进行第一组合处理并且在第二模式下进行第二组合处理；和输出单元，被配置为输出所述组合单元组合的组合信号作为要从扬声器输出的声音信号。根据本发明又一实施例，提供一种在第一模式下和在第二模式下选择性地进行信号处理的方法。此外，在所述第一模式下，根据麦克风提供的声音信号产生具有消除外部噪声成分的信号特点的噪声消除信号，并且将输入数字音频信号和该噪声消除信号组合成要通过扬声器输出的声音信号；并且在所述第二模式下，对麦克风提供的声音信号进行针对人声声音的声响处理，消除输入音乐的数字音频信号中的人声声音成分以生成卡拉OK信号，并且将所述卡拉OK信号和所述人声信号组合成要通过扬声器输出的声音信号。构想出本发明的技术以提供一种重放设备，例如便携式音频播放器，其使得用于 数字音频信号处理(特别是噪声消除处理)的数字信号处理器(DSP)等操作处理装置转换为进行卡拉OK信号处理。因此，用户可利用重放设备在第一模式下听音乐，并且在第二模式下用作卡拉OK系统。仅通过改变操作处理装置的内部处理即可实现这样的配置，故无需增加硬件。并且，可利用带噪声消除功能的麦克风，例如安装在耳机单元中的麦克风，作为卡拉OK的人声麦克风。此外，在用于卡拉OK的第二模式下，操作处理装置还可进行针对人声声音的各种声响处理。发明效果本发明的技术令用户能够利用重放设备听音乐并且方便地唱卡拉0K。


图I是本发明示例性实施例中的一种音频播放器的视图。图2是本发明示例性实施例中用于实现卡拉OK系统的一种音频播放器的视图。图3是本发明示例性实施例中用于实现卡拉OK系统的一种音频播放器的视图。图4是本发明示例性实施例中用于实现卡拉OK系统的一种音频播放器的视图。图5是本发明示例性实施例中的一种音频播放器的方框图。图6是本发明示例性实施例中的一种音频播放器的数字信号处理器(DSP)的视图，用于按噪声消除(NC)模式和卡拉OK模式处理信号。图7是本发明不例性实施例中的一种音频播放器中NC信号产生单兀和人声处理单元的视图。图8是本发明示例性实施例中的一种DSP处理的视图。图9是本发明示例性实施例中的一种DSP处理的视图。图10是本发明示例性实施例中在装有耳机时按卡拉OK模式操作的信号处理的视图。图11是本发明示例性实施例中在装有耳机时按卡拉OK模式操作的DSP处理的视图。图12是本发明示例性实施例中的一种人声处理单元的波束形成单元的视图。
图13是本发明示例性实施例中的一种波束形成(beamforming)单元的中置(mid-presence)滤波器(MPF)特点的视图。图14是本发明示例性实施例中的一种噪声消除单元的视图。
具体实施例方式下面将参考附图具体说明本发明的优选实施例。在本说明书和附图中，功能和结构基本相同的结构件用相同的标号表示，无需重复阐述这些结构件。而且，将按下列顺序说明本发明的优选实施例。在权利要求中，便携式音频播放器是本发明中重放设备的一个实施例，根据本发明的一个实施例，信号处理设备集成在音频播放器中。〈I.按卡拉OK模式操作的音频播放器的示例>
<2.音频播放器的结构><3.按NC模式和卡拉OK模式的信号处理〉<4. DSP的处理示例><5.修改示例>〈I.按卡拉OK模式操作的音频播放器的示例>根据本发明实施例设计的便携式音频播放器可供用户用于重放以及聆听音乐，还可用作卡拉OK系统。图I是本发明示例性实施例中的音频播放器I的视图。音频播放器I包括重放单元以及进行信号处理的数字信号处理器(DSP)，装在小型便携式盒内，用于输出声音信号。音频播放器I还包括显示单元14和操作部分12a。音频播放器I通常与耳机装置2 —起利用。耳机装置2包括左右声道扬声器单元2L、2R、线2b和插头2c。将耳机装置2的插头2c插入音频播放器I的插孔19中并将扬声器单元2L、2R戴在耳朵里，用户就可以听到音频播放器I重放的音乐。本发明实施例说明了用户戴在其耳朵里的耳机。但是，也可利用戴在耳朵上的头戴式耳机。如下所述，扬声器单元2L、2R装有麦克风以采集外部噪声。音频播放器I根据麦克风采集的声音信号产生噪声消除信号并将噪声消除信号添加到音频信号中，为用户提供了噪声较少的音乐。在本发明中，“噪声消除”可表示为“NC”。用户可利用音频播放器I按如下方式唱卡拉0K。图2A是音频播放器I的视图，通过连接该音频播放器I与外部放大器4，用户可以使用该音频播放器I来实现卡拉OK系统。音频播放器I具有与放大器4连接的外部接线端子(未在图中显示)。放大器4与扬声器5、5连接。在这种情况下,音频播放器I输出的声音信号作为声音通过扬声器5、5输出。用户利用安装在耳机装置2的扬声器单元2L、2R中的麦克风，S卩通常将用于采集外部噪声的麦克风用作人声麦克风。此外，音频播放器I对重放音乐的音频数据进行人声消除处理以根据重放音乐的音频数据产生卡拉OK信号。而且，音频播放器I将卡拉OK信号与麦克风输入声音信号混合，麦克风输入声音信号指的是唱歌人的声音。音频播放器I将混合的声音信号提供给放大器4。混合的声音信号通过扬声器5、5输出。这样,用户就可对来自外部扬声器5、5的音乐(卡拉OK音乐)唱歌，唱出的声音也可通过外部扬声器5、5输出，从而实现了卡拉OK系统。替代图2A所示的耳机装置2的麦克风进行噪声采集，可将图2B所示的单声道麦克风3M或图2C所示的立体声麦克风3S与音频播放器I的插孔19连接。在这种情况下，用户可手拿音频播放器I将其作为人声麦克风来唱歌。图3是音频播放器I的视图，通过连接该音频播放器I与监视器6 (例如电视机或个人电脑监视器)可以利用该音频播放器I来实现卡拉OK系统。监视器6装有显示器6D和扬声器6S、6S。在图3中，音频播放器I安装在支架7内，通过它可连接监视器6以进行有线或无线数据通信。音频播放器I通过外部接线端子向支架7提供输出的音频数据。支架7将音频数据传输至监视器6。此外，音频播放器I与耳机装置2连接使得两位用户可同时利用噪声采集麦克风，麦克风安装在扬声器单元2L、2R中用作人声麦克风。虽然耳机装置2用于一位用户，其也可用于两位用户进行二重唱，因为耳机装置2为立体声效果。音频播放器I对重放音乐的音频数据进行人声消除处理以根据重放音乐的音频数据产生卡拉OK信号。而且,音频播放器I将卡拉OK信号与麦克风输入声音信号混合,麦 克风输入声音信号指的是唱歌人的声音。混合的声音信号通过支架7提供给监视器6并通过扬声器6S、6S输出。这样,用户就可对来自监视器6的扬声器6S、6S的音乐(即卡拉OK音乐)唱歌，用户唱出的声音也可通过扬声器6S、6S输出，从而实现了卡拉OK系统。另一方面，音频播放器I可安装有伴随重放音乐显示歌词的功能。在这种情况下，对应于重放音乐音频数据的歌词数据也可用来提供给监视器6。这样，既然歌词可显示在监视器6的显示器6D上，则适用于卡拉OK。此外，在图2A和图2B中，歌词可显示在音频播放器I的显示单元14上。图4是用于实现卡拉OK系统的音频播放器I和耳机装置2的视图。用户可戴上耳机装置2的扬声器单元2L、2R使其能听到扬声器单元2L、2R内扬声器21L、2IR输出的声音。扬声器单元2L、2R装有麦克风22L、22R用于采集噪声。麦克风22L、22R可用作人声麦克风。在这种情况下，虽然人声麦克风放置在用户耳朵周围而不是嘴巴周围，还是可以通过在音频播放器I上进行如下波束形成处理来确定地采集用户的声音。音频播放器I对重放音乐的音频数据进行人声消除处理以根据重放音乐的音频数据产生卡拉OK信号。而且，音频播放器I将卡拉OK信号与麦克风22L、22R输入的声音信号混合，输入的声音信号指的是唱歌人的声音。混合的声音信号通过扬声器21L、21R输出。这样，用户就可用耳机装置2听卡拉OK音乐，并且一边对卡拉OK音乐唱歌一边用耳机装置2听自己唱出的声音，从而简单地实现了卡拉OK系统。<2.音频播放器的结构>参考图5说明按上述方式可用作卡拉OK装置的根据本发明实施例的音频播放器I的结构。图5表示连接有耳机装置2。如上所述，耳机装置2的扬声器单元2L、2R安装有扬声器以及用于米集外部噪声的麦克风。S卩，如图5所不,扬声器单兀2L包括扬声器21L和麦克风22L，而扬声器单元2R包括扬声器21R和麦克风22R。耳机装置2通过插头2c和插孔19 (如图I所示)的接触电连接到音频播放器1，如图5所示。如图5所示，音频播放器I包括重放单元10、控制单元U、操作单元12、显示控制器13、显示单元14、外部通信单元15、DSP16、麦克风输入单元17以及耳机输出单元18。重放单元10是输出数字音频信号例如音乐的音乐源单元。重放单元10包括记录介质，用于存储其上的音乐内容等数据，以及解码器，用于解码从记录介质读取的音乐内容的数据。记录介质的示例可包括闪速存储器等固体存储器以及硬盘驱动器(HDD)。此外，替代此类内置记录介质，记录介质的示例可包括对应于可移动记录介质的驱动器，可移动记录介质例如是装有固体存储器的存储卡、激光唱片(CD)或数字化通用光盘(DVD)等光盘、磁光盘或全息存储器。应理解，固体存储器或HDD等内置存储器以及可移动记录介质的驱动器都可安装在重放单元10中。例如，此类记录介质含有通过声音编码技术编码的音乐内容等数据。重放单元10解码从记录介质读取的音乐内容的编码数据，并将数字音频信号DaL, DaR输出至DSP16，例如作为左右声道线性PCM数据输出。重放单元10可接收外部装置无线或有线传输的数字音频信号，并将数字音频信号DaL、DaR作为左右声道线性PCM数据输出。耳机装置2的麦克风22L、22R采集的声音信号通过麦克风输入单元17输入至音频播放器I。通过麦克风22L输入的声音信号采用麦克风放大器32L放大并采用模/数转换器31L转换成数字信号。通过麦克风22R输入的声音信号米用麦克风放大器32R放大并采用模/数转换器31R转换成数字信号。转换成数字信号的声音信号(以下简称为“麦克 风输入信号(SmL、SmR) ” )提供给DSP16。DSP16对重放单元10提供的数字音频信号DaL和DaR进行相应操作。此外，DSP16对通过麦克风输入单元17输入的声音信号(麦克风输入信号SmL、SmR)进行噪声消除处理等相应操作。DSP16是通过软件执行的处理器，包括音频处理单元16a、噪声消除信号产生单元(以下简称“NC信号产生单元”)16b、人声处理单元16c、卡拉OK信号产生单元16d和组合单元16e。音频处理单元16a对输出至耳机装置2的数字音频信号DaUDaR进行均衡化或增益调节等操作。均衡化操作包括音质校正，例如幅频特性校正和/或相频特性校正。增益调节操作指的是对数字音频信号DaL、DaR进行音量放大或音量减小。NC信号产生单元16b根据麦克风输入单元17输入的麦克风输入信号SmUSmR产生具有消除外部噪声成分这一信号特点的噪声消除信号。换句话说，NC信号产生单元16b产生相位与麦克风22L、22R采集的外部噪声成分的相位相反的信号。人声处理单元16c通过对麦克风输入单元17输入的麦克风输入信号SmL、SmR进行适用于人声的声响处理，将麦克风输入信号SmL、SmR处理成人声信号。卡拉OK信号产生单元通过消除数字音频信号DaL、DaR中的人声声音成分来产生无人声声响或含少量人声声响的卡拉OK信号。组合单元16e进行第一组合处理以组合音频处理单元16a处理后的数字音频信号与NC信号产生单元16b产生的噪声消除信号。此外，组合单元16e还进行第二组合处理以组合卡拉OK信号产生单元16d产生的卡拉OK信号与来自人声处理单元16c的人声信号。DSP16处理后的信号，即组合单元16e组合的信号，作为输出信号SsUSsR提供给耳机输出单元18。输出信号SsL通过数/模转换器33L转换为模拟信号，通过功率放大器34L放大，提供给扬声器21L并作为声响输出。输出信号SsR通过数/模转换器33R转换为模拟信号，通过功率放大器34R放大，提供给扬声器21R并作为声响输出。也就是说，耳机输出单元18将来自DSP16的输出信号SsL、SsR作为声音信号输出至扬声器21L、21R。此夕卜，耳机输出单元18可用于进行数字放大器等操作。
外部通信单元15建立与外部装置的有线或无线通信，外部装置例如是图2中的放大器4、图3中的监视器6或支架7。DSP16输出的输出信号SsUSsR可通过外部通信单元15传输至外部装置。即，外部通信单元15将来自DSP16的输出信号SsL、SsR作为输出声音信号输出至外部扬声器。设置操作单元12和显示单元14用作用户界面。操作单元12检测图I中操作部分12a或触控面板上的用户操作，并将操作信息提供给控制单元11。显示单元14包括液晶面板或有机电致发光(EL)面板并在显示控制器13的控制下显示各种信息。例如，显示单元14用于显示重放操作、重放的音乐内容或消息。控制单元11包括微计算机(CPU :中央处理器)并按程序和操作部分12上的用户操作控制各部件输出音频信号。更具体地，控制单元11控制重放单元10内数字音频信号DaL、DaR的输出或DSP16的处理。此外，控制单元11根据操作情况命令显示控制器13在显示单元14上显示操作信息。而且，控制单元11可通过外部通信单元15与外部装置建立通信。 更具体地，在本发明中，控制单元11可将DSP16控制为切换到NC(噪声消除)模式或卡拉OK模式以可相应地操作DSP16。更具体地，控制单元11控制DSP16的组合单元16e使其在NC模式下进行第一组合处理，或控制DSP16的组合单元16e使其在卡拉OK模式下进行第二组合处理。以下将详细说明这一处理过程。重放单元10可伴随音乐内容的歌词数据重放音乐内容。在这种情况下，歌词数据将提供给显示控制器13，并且显示控制器13将通过控制显示单元14显示歌词数据。此外，显示控制器13可通过外部通信单元15将显示的歌词数据传输至外部装置。例如，在图3所示的实施例中，显示控制器13可控制监视器6的显示器6D显示歌词数据。<3.按NC模式和卡拉OK模式的信号处理〉音频播放器I因此被配置为可通过用户的操作进行NC模式和卡拉OK模式的操作。更具体地，例如，如果用户通过操作单元12选择其中一种模式，则控制单元11控制DSP16进行NC模式或卡拉OK模式。参考图6说明DSP16在各模式下的处理。如上所述,用作操作处理装置的DSP16可根据软件程序采用音频处理单元16a、NC信号产生单元16b、人声处理单元16c、卡拉OK信号产生单元16d以及组合单元16e进行操作处理。操作处理由控制单元11控制。图6A显示了控制单元11命令DSP16在NC模式下进行操作时DSP16的处理流程。在这种情况下，运行音频处理单元16a、NC信号产生单元16b和组合单元16e。更具体地，音频处理单元16a对重放单元10提供的数字音频信号DaL、DaR进行均衡化处理或增益调节处理。处理完成后，音频处理单元16a将处理后的数字音频信号DaL’提供给组合单元16e的加法器16eL，并将处理后的数字音频信号DaR’提供给组合单元16e的加法器16eR。NC信号产生单元16b根据麦克风输入单元17的麦克风输入信号SmUSmR产生噪声消除信号SncL、SncR。接着，NC信号产生单元16b将基于麦克风输入信号SmL的噪声消除信号SncL提供给组合单兀16e的加法器16eL,并将基于麦克风输入信号SmR的噪声消除信号SncR提供给组合单元16e的加法器16eR。组合单元16e的加法器16eL将数字音频信号DaL’和噪声消除信号SncL添加到输出信号SsL中。此外，组合单元16e的加法器16eR将数字音频信号DaR’和噪声消除信号SncR添加到输出信号SsR中。对于DSP16这样处理的NC模式，重放单元10重放的音乐内容的声响通过扬声器21L、21R输出。因此,用户可以听音乐，同时享受噪声较少的舒适音乐。图6B显示了控制单元11命令DSP16在卡拉OK模式下进行操作时DSP16的处理流程。在这种情况下，运行音频处理单元16a、卡拉OK信号产生单元16d、人声处理单元16c和组合单元16e。更具体地,音频处理单元16a对重放单元10提供的数字音频信号DaUDaR进行均衡化处理或增益调节处理。处理完成后，音频处理单元16a将处理后的数字音频信号DaL’、DaR’提供给卡拉OK信号产生单元16d。卡拉OK信号产生单元16d例如进行人声消除处理以产生卡拉OK信号SkL、SkR(无人声或含少量人声的信号)。接着，卡拉OK信号产生单元16d将左右声道卡拉OK信号SkUSkR提供给组合单元16e的加法器16eL、16eR。人声处理单元16c通过对麦克风输入单元17输入的麦克风输入信号SmL、SmR进行适用于人声的声响处理来将麦克风输入信号SmL、SmR处理为人声信号。声响处理完成 后，人声处理单元16c将处理后的左右声道信号(人声信号SvL、SvR)提供给组合单元16e的加法器16eL、16eR。组合单元16e的加法器16eL将左声道卡拉OK信号SkL和人声信号SvL添加到输出信号SsL中。此外，组合单元16e的加法器16eR将右声道卡拉OK信号SkR和人声信号SvR添加到输出信号SsR中。对于DSP16这样处理的卡拉OK模式，重放单元10重放的音乐内容的卡拉OK声响通过扬声器21L、21R输出，其中的人声成分已被除去，同时，唱歌人的声音作为人声成分从扬声器21L、21R中输出。换句话说，按图4进行卡拉OK操作。此外，通过外部通信单元15将DSP16的输出信号SsL、SsR传输至外部装置，按图2或图3进行卡拉OK操作。在这种情况下，麦克风3M、3S可连接到音频播放器1，如图2B或2C所示。在这种情况下，从麦克风输入单元17输入至DSP16的麦克风输入信号SmL、SmR可以是麦克风3M、3S采集的声音信号。如上所示，仅通过改变DSP16中的信号处理就可使音频播放器I在音乐重放模式和卡拉OK模式之间切换。用户通过简单的模式选择操作就可选择音乐重放模式或卡拉OK模式，开始听歌或唱卡拉0K。对于卡拉OK模式，用户可以采用图4实施例中最为方便的方式唱卡拉0K，其中，麦克风22L、22R用作带NC功能的耳机装置2中的人声麦克风。此外，当音频播放器I与外部装置连接或利用图2或图3所示的其他麦克风时，能获得更好的卡拉OK效果。而且，如果利用带噪声消除功能的麦克风22L、22R，可利用音频播放器I进行二重唱。<4. DSP的处理示例>下面将详细介绍DSP16的处理示例。图7A显示了 NC信号产生单元16b的一个处理示例。NC信号产生单元16b在NC模式下产生噪声消除信号SncL、SncR，用户通常利用这种模式听音频播放器I播放的音乐。麦克风输入信号SmL、SmR变成外部噪声声音的声音信号，通过麦克风22L、22R获得此类外部噪声声音。NC信号产生单元16b包括NC滤波器41、43以及反相放大器42、44。NC滤波器41、43用作例如高抑制滤波器。通过利用NC滤波器41、43分别过滤麦克风输入信号SmL、SmR并利用反相放大器42、44反转过滤后信号的相位，NC信号产生单元16b产生噪声消除信号SncL、SncR。通过添加噪声消除信号SncL、SncR到数字音频信号DaL’、DaR’中，可以为佩戴耳机装置2用户提供噪声较少即删除了外部空间噪声的音乐。图7B显示了人声处理单元16c的一个处理示例。人声处理单元16c在音频播放器I按卡拉OK模式操作时产生人声信号SvL、SvR0麦克风输入信号SmL、SmR变成唱歌人声音的声音信号，此类信号通过麦克风22L、22R或其他麦克风3M、3S获得。人声处理单元16c包括加法器51和回声处理器52。更具体地，人声处理单元16c利用加法器51相加麦克风输入信号SmL、SmR并利用回声处理器52对相加后的信号进行回声处理。回声处理完成后，人声处理单元16c将回声处理后信号分为左右声道人声信号SvL,SvR0通过人声处理单元16c进行的回声处理，可以输出作为带有回声效果的歌声的人声声响。在本发明实施例中，左右声道的添加在回声处理后进行。但是，应理解，回声处理可在麦克风输入信号SmL、SmR上单独进行。图8显示了卡拉OK信号产生单元16d和人声处理单元16c在卡拉OK模式下的处理过程。卡拉OK信号产生单元16d通过加法器61、声音带通滤波器62和减法器63、64进 行人声消除处理。数字音频信号DaL’、DaR’通过加法器61相加并提供给声音带通滤波器62。声音带通滤波器62通过一个声音频带(例如300Hz 3kHz)。声音频带的信号成分提供给减法器63、64。减法器63从数字音频信号DaL’中减去信号成分的声音频带。减法器64从数字音频信号DaR’中减去信号成分的声音频带。因此，根据音乐内容的数字音频信号DaL’、DaR’产生人声成分降低的卡拉OK信号SkL、SkR0人声处理单元16c进行回声处理。在该实施例中，人声处理单元16c包括回响处理器71 74和加法器75、76。更具体地，通过回响处理器71添加有回声成分的麦克风输入信号SmL被提供给加法器75，同时回响处理器73产生的回声成分被提供给加法器76。通过回响处理器72添加有回声成分的麦克风输入信号SmR被提供给加法器76，同时回响处理器74产生的回声成分被提供给加法器75。加法器75将添加有回声成分的麦克风输入信号SmL以及麦克风输入信号SmR的回声成分添加至左声道人声信号SvL中。加法器76将添加有回声成分的麦克风输入信号SmR以及麦克风输入信号SmL的回声成分添加至右声道人声信号SvL中。组合单元16e的加法器16eL、16eR将卡拉OK信号SkL、SkR和人声信号SvL、SvR添加到DSP16的输出信号SsL、SsR中。因此，用户可听到伴随有极具回响效果的用户歌声的卡拉OK声响。图9也显示了卡拉OK信号产生单元16d和人声处理单元16c在卡拉OK模式下的处理过程。卡拉OK信号产生单元16d进行与图8所示相同的处理过程。本实施例说明了进行除了回声(回响)处理之外的防震响(anti-howling)处理的人声处理单元16c。人声处理单元16c包括加法器81、回响处理器82、限带滤波器83、移相器84a 84d以及选择器85。人声处理单元16c控制加法器81相加麦克风输入信号SmL、SmR，并控制回响处理器82将回声成分加入相加后的信号中。通过限带滤波器83限制回响处理器82的信号。例如，限带滤波器83通过一个声音频带(即300Hz 3kHz)。提供声音频带的信号给移相器84a 84d。移相器84a 84d将输入信号的相位分别移动+90°、0°、-90°和180°。实际上，通过具有增益I的非反相放大器实现0°相移的移相器84b，并通过具有增益I的反相放大器实现180°相移的移相器84b。此外，通过希尔伯特转换滤波器分别实现+90°和-90°相移的移相器84a、84c。选择器85选择任一移相器84a 84d的输出，并将左右声道人声信号SvL、SvR分别提供给组合单元16e的加法器16eL、16eR。根据用户操作改变选择器85的选择。组合单元16e将人声信号SvL、SvR和卡拉OK信号SkUSkR分别添加到输出信号SsL、SsR中ο如图9所示的处理可以抑制震响。例如，如果用户唱歌时听到震响声，可以操作音频播放器I的操作单元12旋转相移模式。也就是说，随意改变选择器85的选择。通过找出消除震响的选择情况以及改变人声信号SvL、SvR的相位，可以使震响不容易出现。图10和图11显示了非常适合用户采用如图4所示的耳机装置2单独唱卡拉OK的DSP16的处理。参考图4所述，假定用户戴上耳机装置2利用耳机22L、22R作为人声麦克风并通过扬声器21L、21R听人声和卡拉OK声响，信号流如图10所示。重放单元10重放的音乐内容的数字音频信号DdL、DdR通过DSP16中的音频处理单元16a和卡拉OK信号产生单元16d被处理成卡拉OK信号SkL、SkR。然后，将卡拉OK信号SkL、SkR提供给组合单元16e。用户的歌声通过麦克风22L、22R采集，并作为麦克风输入 信号SmL、SmR通过麦克风输入单元17输入至DSP16。人声处理单元16c对麦克风输入信号SmL、SmR进行如下波束形成处理以产生人声信号SvL、SvR0接着，将人声信号SvL、SvR提供给组合单元16e。组合单元16e将人声信号SvL、SvR和卡拉OK信号SkL、SkR分别添加到输出信号SsL、SsR中。输出信号SsL、SsR被转换成模拟信号,通过耳机输出单兀18放大其功率，并作为卡拉OK声响和歌声的组合通过扬声器21L、21R呈现给用户。图11显示了 DSP16中人声处理单元16c和卡拉OK信号产生单元16d进行的适合前述情况的处理。卡拉OK信号产生单元16d进行如图8所示的相同人声消除处理。在该实施例中，人声处理单元16c包括波束形成处理器91和回响处理器92。在这种情况下，既然用户戴着耳机装置2，麦克风22L、22R位于耳朵周围而不是嘴巴周围。这样，歌声就可通过波束形成处理采集。换句话说，通过波束形成技术可采集特定方向的声响。在这种情况下，通常利用两个麦克风(立体声麦克风)。如果要求向前或向后的方向，相加左右麦克风的声音信号可进行最简单的波束形成处理。这样，既然到两个麦克风距离相同的声源产生的声音中左右声道声音信号成分具有相同的相位，可以通过相加声音信号成分进行增强。但是，既然在另一方向上的声源产生的声音的声音信号成分具有不同的相位，则降低成分至一定程度。因此，例如，可获得向前的声音信号。安装在耳机装置2扬声器单元2L、2R中的两个麦克风22L、22R到用户嘴巴的距离几乎一样。因此，仅相加波束形成处理器91的左右麦克风输入信号SmL、SmR，就可提取用户的歌声，而无论噪声如何。也就是说，通过波束形成处理可正确采集特定方向的用户歌声，同时降低噪声。此外，可以在各方向而非向前的方向集中进行波束形成。在这种情况下，在一个声道上提供延迟装置，就可吸收对等波前到达麦克风的时差。因此，可以在倾斜方向或横向进行波束形成。相应地，在用户佩戴耳机装置2时，根据麦克风22L、22R与嘴巴的位置关系进行延迟处理。此外，为了获得更精确的波束形成(在这种情况下，指的是麦克风22L、22R与用户嘴巴间方向性更强以及噪声更低)，可利用采用带通滤波器的噪声抑制装置。图12显示了用作图11中波束形成处理器91的结构(噪声抑制处理器)。如图12所示，波束形成处理器(噪声抑制处理器)91包括声源方向确定单元100A和滤波处理器IOOB0在该实施例中，声源方向确定单元100A确定左右声道麦克风输入信号SmUSmR的第一至第三频带中各频带处的声源方向。滤波处理器IOOB包括三个串联的滤波器(MPF :中置滤波器)158、159、160以增强或减弱第一至第三频带中的声音信号。声源方向确定单元100A包括带通滤波器151L、152L、153L、151R、152R、153R和声源方向角度分析单元154、155、156。带通滤波器151L、152L、153L分别具有中心带频fcl、fc2、fc3。为了方便，通带分别用BD1、BD2和BD3表示。带通滤波器151R、152R、153R分别具有中心带频fcl、fc2、fc3。同样，通带分别用BD1、BD2和BD3表示。左声道麦克风输入信号SmL输入至带通滤波器151L、152L、153L中，从而提取BD1、BD2和BD3通带的声音信号成分。右声道麦克风输入信号SmR输入至带通滤波器151R、152R、153R中，从而提取BD1、BD2和BD3通带的声音信号成分。
左右声道的BDl通带声音信号成分通过带通滤波器151LU51R输出至声源方向角度分析单元154。左右声道的BD2通带声音信号成分通过带通滤波器152LU52R输出至声源方向角度分析单元155。左右声道的BD3通带声音信号成分通过带通滤波器153LU53R输出至声源方向角度分析单兀156。声源方向角度分析单兀154确定BDl通带声音信号成分中主要声响的声源方向。声源方向角度分析单兀155确定BD2通带声音信号成分中主要声响的声源方向。声源方向角度分析单兀156确定BD3通带声音信号成分中主要声响的声源方向。每个声源方向角度分析单元154、155、156基于各声道上声音信号的能量差确定其对应带的声源方向。声源方向角度分析单元154、155、156根据确定的方向控制MPF158、159、160，分别通过控制信号SG1、SG2、SG3彼此——对应。从图12中可以看出，声源方向角度分析单元154控制MPF158 ；声源方向角度分析单元155控制MPF159 ;声源方向角度分析单元156控制MPF160。滤波处理器100B 包括加法器 157 和 MPF158、159、160。MPF158、159、160 是一组串联滤波器。加法器157相加左右声道麦克风输入信号SmL、SmR。声音信号(左右相加后的信号)是加法器157相加的左右声道麦克风输入信号的组合,提供给MPF158。MPF158、159、160可增强或减弱其对应的通带。在此，既然声源方向确定单元100A的带通滤波器151L、152L、153L、151R、152R、153R将麦克风输入信号SmL、SmR分成三个通带，则提供有三个MPF。MPF158、159、160分别具有fcl、fc2、fc3的中心频率。各MPF158、159、160具有如图13所示的滤波特性。各MPF158、159、160相对特定通带(具有中心频率fc的通带)放大或降低增益。如上所述，通过增益调节增强或减弱特定通带在MPF158U59、160中进行，并由声源方向角度分析单元154、155、156控制。更具体地，既然MPF158增强或减弱具有中心频率fcl的BDl通带，则MPF158对应于带通滤波器151L、151R以及声源方向角度分析单元154。此外，既然MPF159增强或减弱具有中心频率fc2的BD2通带，则MPF159对应于带通滤波器152LU52R以及声源方向角度分析单元155。而且，既然MPF160增强或减弱具有中心频率fc3的BD3通带，则MPF160对应于带通滤波器153LU53R以及声源方向角度分析单元156。如果从麦克风22L、22R的角度出发朝用户嘴巴的方向进行波束形成，对其中的声源方向被确定为目标方向的通带进行增强，而对其中的声源方向被确定为不同于目标方向的通带进行减弱。增强或减弱水平取决于方向角度的确定。MPF158、159、160在声源方向角度分析单元154、155、156的控制下增强或减弱相加后的麦克风输入信号SmL、SmR。MPF160的输出变成波束形成处理器91的输出信号Sout。结果，波束形成处理器91的输出就是通过正确采集噪声较少的用户歌声(用户嘴巴附近的声音)而获得的信号。如图11所示，回声成分通过回响处理器92添加到波束形成处理器91的输出信号中。回响处理器92的输出被分成左右声道人声信号SvL、SvR，提供给组合单元16e的加法器16eL、16eR。组合单元16e将人声信号SvL、SvR和卡拉OK信号SkL、SkR分别添加到输出信号SsL、SsR中。相应地，通过前述处理，可以在用户个人唱卡拉OK时为其提供高品质的卡拉OK和人声声响。<5.修改示例>尽管参考附图详细说明了本发明的几个优选实施例，本发明的技术不仅限于此。可以提供各种修改示例。在优选实施例中，麦克风输入单元17、DSP16、耳机输出单元18和控制单元11 (控制单元11用于控制DSP16)安装在音频播放器I中进行NC模式和卡拉OK
模式。另一方面，如图14所示，相对音频播放器I单独提供噪声消除单元8，例如，安装在耳机装置2的中间。在这种情况下，噪声消除单元8可用作信号处理装置，其具有对应于麦克风输入单元17、DSP16、耳机输出单元18和控制单元11 (控制单元11用于控制DSP16)的部件，使得用户可选择听音乐或唱卡拉0K。换言之，可相对重放设备例如音频播放器I单独提供可执行NC模式和卡拉OK模式的信号处理装置。此外，在优选实施例中，可利用麦克风22L、22R(或其他麦克风)进行二重唱。在这种情况下，人声处理单元16c用于在各麦克风输入信号SmL、SmR上单独进行回声处理等
声音处理。人声处理单元16c也可用于进行除前述声响处理以外的人声增强处理、声音改变处理、和声添加处理或人声大小调节等其他声响处理。人声增强处理示例可包括用于增强人声频带的均衡化或添加和声成分到人声成分。声音改变处理处理可包括改变信号的频率特性。和声添加处理示例包括下列操作提取人声信号，对提取的人声信号进行移调，以及将移调后的人声信号添加到人声信号中。此外，卡拉OK信号产生单元16d可用于进行音调调节(移调)。更具体地，通过对音乐的卡拉OK信号进行移调，用户可将音乐调节到其所需的音调。而且，当DSP16的输出信号SsL、SsR通过外部通信单元15传输至外部装置时，可将输出信号记录在记录装置上，无需通过外部装置的扬声器输出所述输出信号。此外，数字麦克风可用作麦克风3M、3S或麦克风22L、22R。在这种情况下，麦克风输入单元17可能不包括麦克风放大器32L、32R以及模/数转换器31L、31R。相应地，麦克风输入单元17可用作数字麦克风的输入接口，或者DSP16可安装有麦克风输入单元17。此外，本发明的技术也可包括下列内容。(I) 一种重放设备，包括音乐源单元，被配置为输出音乐的数字音频信号；麦克风信号输入单兀，被配置为输入麦克风提供的声音信号；噪声消除信号产生单兀，被配置为根据所述麦克风信号输入单兀输入的声音信号产生具有消除外部噪声成分的信号特点的噪声消除信号；人声处理单元，被配置为对所述麦克风信号输入单元输入的声音信号进行针对人声声音的声响处理以产生人声信号；
卡拉OK信号产生单元，被配置为消除所述音乐源单元提供的数字音频信号中的人声声音成分以产生卡拉OK信号；组合单元，被配置为进行组合所述音乐源单元提供的数字音频信号和所述噪声消除信号的第一组合处理，以及组合所述卡拉OK信号和所述人声信号的第二组合处理；控制单元，被配置为控制所述组合单元在第一模式下进行第一组合处理并且在第二模式下进行第二组合处理；以及输出单元，被配置为输出所述组合单元组合的组合信号作为要从扬声器输出的声
音信号。(2)如⑴所述的重放设备，其中

所述噪声消除信号产生单元、所述人声处理单元、所述卡拉OK信号产生单元以及所述组合单元被安装为操作处理装置内的软件处理功能，并且所述控制单元在所述第一模式下控制所述操作处理装置运行所述噪声消除信号产生单元并运行所述组合单元来进行所述第一组合处理，并且，所述控制单元在所述第二模式下控制所述操作处理装置运行所述人声处理单元和所述卡拉OK信号产生单元并运行所述组合单元来进行所述第二组合处理。(3)如(I)或(2)所述的重放设备，其中，所述人声处理单元进行波束形成处理作为所述针对人声声音的声响处理。(4)如(I) (3)中任何一项所述的重放设备，其中，所述人声处理单元进行回响处理作为所述针对人声声音的声响处理。(5)如(I) (4)中任何一项所述的重放设备，其中，所述人声处理单元进行防震响处理作为所述针对人声声音的声响处理。(6)如⑴ (5)中任何一项所述的重放设备，其中，所述卡拉OK信号产生单元通过从所述音乐源单元提供的数字音频信号中提取所述人声声音成分并且从所述数字音频信号中减去所述人声声音成分来产生不含人声声音成分的卡拉OK信号。(7)如(I) ￠)中任何一项所述的重放设备，其中，所述麦克风信号输入单元被配置为输入从安装在所连接的耳机的外壳中的麦克风提供的声音信号。(8)如⑴ (7)中任何一项所述的重放设备,还包括显示控制单元,输出与所述音乐源单元输出的数字音频信号相对应的歌词数据作为显示数据。尽管参考附图详细说明了本发明的几个优选实施例，本发明的技术不限于此。对精通该技术领域的人来说，各种修正、组合、子组合以及变更可取决于设计要求以及所附权利要求或其类似权利要求范围内的其他因素而被想到。本发明涉及于2011年6月6日递交到日本专利局的日本优先权专利申请JP2011-125949中所附的主题，因此在此引用该专利的全部内容。
权利要求
1.一种重放设备，包括 音乐源单元，被配置为输出音乐的数字音频信号； 麦克风信号输入单兀，被配置为输入麦克风提供的声音信号； 噪声消除信号产生单兀，被配置为根据所述麦克风信号输入单兀输入的声音信号产生具有消除外部噪声成分的信号特点的噪声消除信号； 人声处理单兀，被配置为对所述麦克风信号输入单兀输入的声音信号进行针对人声声音的声响处理以产生人声信号； 卡拉OK信号产生单元，被配置为消除所述音乐源单元提供的数字音频信号中的人声声音成分以产生卡拉OK信号； 组合单元，被配置为进行组合所述音乐源单元提供的数字音频信号和所述噪声消除信号的第一组合处理，以及组合所述卡拉OK信号和所述人声信号的第二组合处理； 控制单元，被配置为控制所述组合单元在第一模式下进行第一组合处理并且在第二模式下进行第二组合处理；以及 输出单元，被配置为输出所述组合单元组合的组合信号作为要从扬声器输出的声音信号。
2.根据权利要求I所述的重放设备，其中 所述噪声消除信号产生单元、所述人声处理单元、所述卡拉OK信号产生单元以及所述组合单元被安装为操作处理装置内的软件处理功能，并且 所述控制单元在所述第一模式下控制所述操作处理装置运行所述噪声消除信号产生单元并运行所述组合单元来进行所述第一组合处理，并且，所述控制单元在所述第二模式下控制所述操作处理装置运行所述人声处理单元和所述卡拉OK信号产生单元并运行所述组合单元来进行所述第二组合处理。
3.根据权利要求I所述的重放设备，其中，所述人声处理单元进行波束形成处理作为所述针对人声声音的声响处理。
4.根据权利要求I所述的重放设备，其中，所述人声处理单元进行回响处理作为所述针对人声声音的声响处理。
5.根据权利要求I所述的重放设备，其中，所述人声处理单元进行防震响处理作为所述针对人声声音的声响处理。
6.根据权利要求I所述的重放设备，其中，所述卡拉OK信号产生单元通过从所述音乐源单元提供的数字音频信号中提取所述人声声音成分并且从所述数字音频信号中减去所述人声声音成分来产生不含人声声音成分的卡拉OK信号。
7.根据权利要求I所述的重放设备，其中，所述麦克风信号输入单元被配置为输入从安装在所连接的耳机的外壳中的麦克风提供的声音信号。
8.根据权利要求I所述的重放设备，还包括显示控制单元，输出与所述音乐源单元输出的数字音频信号相对应的歌词数据作为显示数据。
9.一种信号处理设备,包括 麦克风信号输入单兀，被配置为输入麦克风提供的声音信号； 噪声消除信号产生单兀，被配置为根据所述麦克风信号输入单兀输入的声音信号产生具有消除外部噪声成分的信号特点的噪声消除信号；人声处理单兀，被配置为对所述麦克风信号输入单兀输入的声音信号进行针对人声声音的声响处理以产生人声信号； 卡拉OK信号产生单元，被配置为消除输入音乐的数字音频信号中的人声声音成分以产生卡拉OK信号； 组合单元，被配置为进行组合输入数字音频信号和所述噪声消除信号的第一组合处理，以及组合所述卡拉OK信号和所述人声信号的第二组合处理； 控制单元，被配置为控制所述组合单元在第一模式下进行第一组合处理并且在第二模式下进行第二组合处理；和 输出单元，被配置为输出所述组合单元组合的组合信号作为要从扬声器输出的声音信号。
10.一种在第一模式下和在第二模式下选择性地进行信号处理的方法，其中，在所述第一模式下，根据麦克风提供的声音信号产生具有消除外部噪声成分的信号特点的噪声消除信号，并且将输入数字音频信号和该噪声消除信号组合成要通过扬声器输出的声音信号；并且在所述第二模式下，对麦克风提供的声音信号进行针对人声声音的声响处理，消除输入音乐的数字音频信号中的人声声音成分以生成卡拉OK信号，并且将所述卡拉OK信号和所述人声信号组合成要通过扬声器输出的声音信号。
全文摘要
本发明提供了重放设备、信号处理设备和信号处理方法。提供了一种在第一模式下和在第二模式下选择性地进行信号处理的方法。在所述第一模式下，根据麦克风提供的声音信号产生具有消除外部噪声成分的信号特点的噪声消除信号，并且将输入数字音频信号和该噪声消除信号组合成要通过扬声器输出的声音信号。在所述第二模式下，对麦克风提供的声音信号进行针对人声声音的声响处理，消除输入音乐的数字音频信号中的人声声音成分以生成卡拉OK信号，并且将所述卡拉OK信号和所述人声信号组合成要通过扬声器输出的声音信号。第一模式对应于伴随着噪声消除的音频重放操作，并且第二模式对应于卡拉OK操作。
文档编号G10K11/16GK102820026SQ20121018122
公开日2012年12月12日 申请日期2012年5月30日 优先权日2011年6月6日
发明者大栗一敦, 浅田宏平, 村田康信 申请人:索尼公司