专利名称：用于处理音频信号的设备及其方法
技术领域：
本发明涉及用于处理音频信号的设备及其方法。虽然本发明适合于广泛的应 用，但是其特别适合于处理音频信号。
背景技术：
通常，音频信号经由电视机或便携装置的扬声器、耳机等输出。在经由扬声器 等输出音频信号之前，音频处理器能够对于音频信号执行噪声消除、标准化、音量调整 功能等。
发明内容
技术问题然而，在现有技术中，单独和独立地执行诸如噪声消除和标准化等的处理。而 且，当音频内容相差很大地改变(例如，执行在TV频道或无线电频道(若干首歌曲)之 间的跳过)时，可能不能根据音频内容的特性来执行标准化。而且，因为当音量升高或降低时噪声迅速地改变，所以收听者可能听到背景噪 声的标准化器如何调整音量。技术方案因此，本发明涉及一种用于处理音频信号的设备及其方法，它们基本上消除了 由于现有技术的限制和缺点导致的一个或多个问题。本发明的一个目的是提供一种用于通过自适应地标准化音频信号的局部动态范 围以及最大动态范围来处理音频信号的设备及其方法。本发明的另一个目的是提供一种用于处理音频信号的设备及其方法，通过其， 可以根据标准化的程度来调整噪声消除的程度。有益效果因此，本发明提供了下面的效果和/或优点。首先，因为对于局部动态范围以及最大动态范围自适应地执行标准化，本发明 可以最小化对于声音质量引起的损害，并且自动地防止音量被过度地升高或降低。其次，因为根据标准化的程度来调整噪声消除的程度，所以能够防止当通过标 准化来自动地提高信号的电平时噪声的电平一起升高。
被包括以提供本发明的进一步理解并且被包含在说明书中并构成说明书的一部 分的附图，图示了本发明的实施例，并且与说明书一起用于解释本发明的原理。在附图中图1是根据本发明的实施例的音频信号处理设备的框图；图2是在图1中所示的噪声消除单元的详细框图3是在图2中所示的标准化单元的详细框图；图4是用于解释在图3中所示的快增益产生部分的功能的图；图5是用于样本音乐的标准化增益和衰减极限的示例的图；图6是用于在标准化增益和衰减极限值之间的关系的概念图；图7是根据本发明的另一个实施例的音频信号处理设备的第一和第二示例的 图；图8是根据本发明的另一个实施例的音频信号处理设备的第三和第四示例的 图；图9是图7或图8中所示的音量控制单元的详细框图；图10是被应用根据本发明的实施例的音频信号处理设备的音频信号解码设备的 框图；图11是其中实现了根据本发明的实施例的音频信号处理设备的产品的示意图； 以及图12是提供有根据本发明的实施例的音频信号处理设备的产品的图。
具体实施例方式本发明的其他特征和优点将在随后的附图中被给出，并且将部分地从说明书显 而易见，或者可以通过本发明的实施来获悉。本发明的目的和其他优点将通过在书面说 明及其权利要求以及附图中具体给出的结构来实现和获得。为了实现这些和其他优点并且根据本发明的目的，如所实施和广义描述，一种 用于处理音频信号的方法包括通过音频处理设备接收信号；通过估计所述信号的功率 计算长期功率和短时功率；基于所述长期功率产生慢增益；基于所述短时功率产生快增 益；通过组合所述慢增益和所述快增益获得最终增益；以及，使用所述最终增益修正所 述信号。优选的是，通过将所述慢增益与所述快增益相乘产生所述最终增益。优选的是，使用限幅器阈值、压缩器阈值和扩展器阈值的至少一个产生所述快增益。优选的是，所述慢增益和所述快增益通过随时间被平滑而产生，并且其中，所 述慢增益和所述快增益在极限范围内。优选的是，所述慢增益、所述快增益和所述最终增益对应于全频带增益。优选的是，使用包括在用户输入信息和装置设置信息的至少一个中的目标电平 值产生所述慢增益和所述快增益。优选的是，所述方法进一步包括使用所述最终增益产生反馈信息。在该情况 下，所述反馈信息极限与用于噪声消除的增益滤波器的最小值和最大值的至少一个相关 联。为了进一步实现这些和其他优点并且根据本发明的目的，一种用于处理音频信 号的设备包括功率估计部分，用于通过估计信号的功率计算长期功率和短时功率；慢 增益产生部分，用于基于所述长期功率产生慢增益；快增益产生部分，用于基于所述短 时功率产生快增益；最终增益获得部分，用于通过组合所述慢增益和所述快增益获得最终增益；以及，输出信号产生部分，用于使用所述最终增益修正所述信号。优选的是，通过将所述慢增益与所述快增益相乘产生所述最终增益。优选的是，使用限幅器阈值、压缩器阈值和扩展器阈值的至少一个产生所述快
增 ο优选的是，所述慢增益和所述快增益通过随时间被平滑而产生，并且其中，所 述慢增益和所述快增益在极限范围内。优选的是，所述慢增益、所述快增益和所述最终增益对应于全频带增益。优选的是，使用包括在用户输入信息和装置设置信息的至少一个中的目标电平 值产生所述慢增益和所述快增益。优选的是，所述设备进一步包括反馈信息产生部分，用于使用所述最终增益 产生反馈信息。在该情况下，所述反馈信息与用于噪声消除的增益滤波器的最小值和最 大值的至少一个相关联。为了进一步实现这些和其他优点并且根据本发明的目的，一种计算机可读介 质，其上存储有指令，所述指令当被处理器执行时使得所述处理器执行操作，所述操作 包括通过音频处理设备接收信号；通过估计所述信号的功率计算长期功率和短时功 率；基于所述长期功率产生慢增益；基于所述短时功率产生快增益；通过组合所述慢增 益和所述快增益获得最终增益；以及，使用所述最终增益修正所述信号。为了进一步实现这些和其他优点并且根据本发明的目的，一种用于处理音频信 号的方法包括通过音频处理设备接收信号和基于标准化增益估计的反馈信息；基于所 述信号产生噪声估计；基于所述噪声估计和所述信号计算用于噪声消除的增益滤波器； 以及，通过向所述增益滤波器应用所述反馈信息获得限定增益滤波器。优选的是，所述方法进一步包括通过向所述信号应用所述限定增益滤波器产 生输出信号。在该情况下，基于所述输出信号和目标电平值产生标准化增益。优选的是，所述增益滤波器是与在信号中的噪声信号的相对比例相关联的随时 间频率变化的值。优选的是，所述增益滤波器和所述噪声信号彼此成反比。优选的是，所述标准化增益对应于慢增益和快增益的组合。在该情况下，所述 慢增益对应于用于控制所述信号的最大动态范围的增益，并且，所述快增益对应于用于 控制所述信号的局部动态范围的增益。为了进一步实现这些和其他优点并且根据本发明的目的，一种用于处理音频信 号的设备包括噪声检测部分，用于基于信号产生噪声估计；以及，增益滤波器计算部 分，用于基于所述噪声估计和所述信号计算用于噪声消除的增益滤波器，增益滤波器计 算部分通过向所述增益滤波器应用反馈信息获得限定增益滤波器，其中，从标准化部分 接收所述反馈信息，其中，基于标准化增益估计所述反馈信息。优选的是，所述设备进一步包括乘法器，用于通过向所述信号应用所述限定增 益滤波器产生输出信号。在该情况下，基于所述输出信号和目标电平值产生所述标准化增益。优选的是，所述增益滤波器是与在信号中的噪声信号的相对比例相关联的随时 间频率变化的值。
优选的是，所述增益滤波器和所述噪声信号彼此成反比。优选的是，所述标准化增益对应于慢增益和快增益的组合。在该情况下，所述 慢增益对应于用于控制所述信号的最大动态范围的增益，并且，所述快增益对应于用于 控制所述信号的局部动态范围的增益。为了进一步实现这些和其他优点并且根据本发明的目的，一种计算机可读介 质，其上存储有指令，所述指令当被处理器执行时使得所述处理器执行操作，所述操作 包括通过音频处理设备接收信号和基于标准化增益估计的反馈信息；基于所述信号产 生噪声估计；基于所述噪声估计和所述信号计算用于噪声消除的增益滤波器；以及，通 过向所述增益滤波器应用所述反馈信息获得限定增益滤波器。应当明白，上述的总体描述和下面的详细描述都是示例性的和解释性的，并且 意在提供所要求保护的发明的进一步解释。发明的模式现将参考本发明的优选实施例，在附图中图示该优选实施例的示例。首先，在 本说明书和权利要求中使用的术语或词汇不被解释为限于通常或词典中的含义，而是应 当基于下述原则被解释为与本发明的技术思想匹配的含义或概念，该原则是发明人能 够适当地定义术语的概念以便以最佳的方式来描述发明人的发明。在本公开中公开的实 施例和在附图中所示的配置仅是一个优选实施例，而不表示本发明的全部技术思想。因 此，应当明白，本发明涵盖本发明的修改和变型，只要它们在本申请提出时所附的权利 要求及其等同内容的范围内。可以基于下面的标准来解释本发明中的下面的术语，并且可以根据下面的目的 来解释未能解释的其他术语。首先，应当明白，在本发明中的概念“译码”包括编码和 解码。其次，在本公开中的“信息”是通常包括值、参数、系数和元素等的术语，并且 其含义可以偶尔被解释为不同，本发明不为其限制。在本公开中，广义上讲，音频信号在概念上与视频信号相区别，并且指定可以 在听觉上识别的所有种类的信号。狭义上讲，音频信号表示没有话音特性或具有少量的 话音特性的信号。应当广义地解释本发明的音频信号。而且，在与话音信号相区分地使 用的情况下，本发明的音频信号可以理解为狭义的音频信号。图1是根据本发明的实施例的音频信号处理设备的框图。参见图1，音频信号处理设备包括噪声消除单元100和标准化单元200，并且可 以进一步包括音量控制单元300。噪声消除单元100检测或估计对于输入音频信号y[n]的在音频信号中包括的噪 声，基于噪声的相对比例来确定每时间每频率的增益，然后，向音频信号应用所确定的 增益。在确定增益中，能够使用从标准化单元200输出的反馈信息。将在下面参考图2 来详细描述噪声消除单元100。标准化单元200能够通过下述方式自适应地控制输入信号的最大动态范围和局 部动态范围基于目标电平值对于输入音频信号y[n]或由噪声消除单元处理的信号执行 标准化。下面，将参考图3至6来详细解释标准化单元200。在该情况下，目标电平值 是用户输入的信息或装置设置信息，并且可以对应于全频带增益(例如，10dB，而与频 带无关)。
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而且，音量控制单元300基于目标电平值来控制标准化的音频信号的音量。图2是在图1中所示的噪声消除单元的详细框图。参见图2，噪声消除单元100可以包括时间频率分析部分110、增益滤波器计算 部分120、噪声检测部分130和时间频率合成部分140。首先，输入音频信号y[n]被假定为下面的公式。[公式 1]y[n] = x[n]+v[n]在公式1中，y[n]是输入信号，x[n]是期望的信号或干净信号，v[n]是噪声信 号，并且“η”指示时间索引。时间频率分析部分100对于输入的音频信号执行时间频率分析。同时，时间频 率分析可以通过短时间傅立叶变换(STFT)来执行，或可以通过滤波器组或另外的时间频 率变换来执行，本发明不为其限制。在执行了时间频率分析的情况下，公式1可以被表 示为下面的公式。[公式 2]Y[k, m] = X[k, m]+V[k, m]在该情况下，“k”指示时间帧编号，并且“m”指示频率点索引。因为人的感觉对于相位破坏相对不敏感，所以可以将估计的相位选择为等于噪 声相位。在该情况下，|X[k，m]|的估计足以恢复期望的话音信号或期望的音频信号。 在单个处理帧内，可以通过不相关的静态处理来建模话音信号χ和噪声信号V。这被表示 为下面的公式。如果通过这个公式来执行建模，则能够通过从|Y[k，m]|2减去噪声信号 的功率谱的估计炉㈨mp来重建期望信号或干净信号的功率谱|X[k，m]|2。根据与维纳滤 波的类比，可以通过下面的公式来重建干净信号的谱幅度。
[公式3]
权利要求
1.一种用于处理音频信号的方法，包括 通过音频处理设备接收信号；通过估计所述信号的功率计算长期功率和短时功率； 基于所述长期功率产生慢增益； 基于所述短时功率产生快增益；通过组合所述慢增益和所述快增益获得最终增益；以及， 使用所述最终增益修正所述信号。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，通过将所述慢增益与所述快增益相乘产生所述 最终增益。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，使用限幅器阈值、压缩器阈值和扩展器阈值的 至少一个产生所述快增益。
4.根据权利要求1所述的方法，其中，所述慢增益和所述快增益通过随时间被平滑而 产生，并且其中，所述慢增益和所述快增益在极限范围内。
5.根据权利要求1所述的方法，其中，所述慢增益、所述快增益和所述最终增益对应 于全频带增益。
6.根据权利要求1所述的方法，其中，使用包括在用户输入信息和装置设置信息的至 少一个中的目标电平值产生所述慢增益和所述快增益。
7.根据权利要求1所述的方法，进一步包括 使用所述最终增益产生反馈信息，其中，所述反馈信息极限与用于噪声消除的增益滤波器的最小值和最大值的至少一 个相关联。
8.—种用于处理音频信号的设备，包括功率估计部分，用于通过估计信号的功率计算长期功率和短时功率； 慢增益产生部分，用于基于所述长期功率产生慢增益； 快增益产生部分，用于基于所述短时功率产生快增益；最终增益获得部分，用于通过组合所述慢增益和所述快增益获得最终增益；以及， 输出信号产生部分，用于使用所述最终增益修正所述信号。
9.根据权利要求8所述的设备，其中，通过将所述慢增益与所述快增益相乘产生所述最终增益。
10.根据权利要求8所述的设备，其中，使用限幅器阈值、压缩器阈值和扩展器阈值 的至少一个产生所述快增益。
11.根据权利要求8所述的设备，其中，所述慢增益和所述快增益通过随时间被平滑 而产生，并且其中，所述慢增益和所述快增益在极限范围内。
12.根据权利要求8所述的设备，其中，所述慢增益、所述快增益和所述最终增益对 应于全频带增益。
13.根据权利要求8所述的设备，其中，使用包括在用户输入信息和装置设置信息的 至少一个中的目标电平值产生所述慢增益和所述快增益。
14.根据权利要求8所述的设备，进一步包括反馈信息产生部分，用于使用所述最终增益产生反馈信息，其中，所述反馈信息与用于噪声消除的增益滤波器的最小值和最大值的至少一个相 关联。
15. 一种计算机可读介质，其上存储有指令，所述指令当被处理器执行时使得所述处 理器执行操作，所述操作包括 通过音频处理设备接收信号； 通过估计所述信号的功率计算长期功率和短时功率； 基于所述长期功率产生慢增益； 基于所述短时功率产生快增益；通过组合所述慢增益和所述快增益获得最终增益；以及， 使用所述最终增益修正所述信号。
全文摘要
本发明公开了一种用于处理音频信号的设备及其方法，通过其，可以自适应地标准化音频信号的局部动态范围以及音频信号的最大动态范围。本发明包括通过音频处理设备接收信号；通过估计所述信号的功率计算长期功率和短时功率；基于所述长期功率产生慢增益；基于所述短时功率产生快增益；通过组合所述慢增益和所述快增益获得最终增益；以及，使用所述最终增益修正所述信号。
文档编号G11B20/24GK102016994SQ200980114896
公开日2011年4月13日 申请日期2009年7月29日 优先权日2008年7月29日
发明者亚历克西斯·法夫罗, 克里斯托夫·法勒, 吴贤午, 文种何, 李凖一, 李铭勋, 郑亮源 申请人:Lg电子株式会社