专利名称：音频处理方法和音频处理装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及通过倍乘(multiply)音频信号的频率来生成泛音 (harmonic overtone)的方法和装置。本发明还涉及使用所生成的泛音来 增强音频信号的低频分量的方法和装置。
背景技术：
在例如小型元件立体声系统和平板电视接收机之类的音频系统中，使 用了小直径扬声器，且容纳扬声器的外壳(即扬声器箱)在体积上也很 小。这种扬声器具有很高的最低可再现频率(lowest reproducible frequency) fD，大约100Hz或更多。
通常，当不高于最低可再现频率fD的低频分量被提供到扬声器时，随 着频率减小，基波分量(fundamental-wave component)的输出声压电平减 小且失真分量(谐波(harmonic-wave)分量)的数目迅速增加。
在包括这种小直径扬声器的音频系统中，很难充分再现不高于扬声器 的最低可再现频率f0的低频声音。
因此，构想了一种基于人类感知特性来生成低频声音效果的技术。例 如，乐器的声音由基音(fundamental tone)及其泛音组成，且乐器的音质 (timbre)或音色(tone color)由基音-泛音比(flmdamental隱to-overtone ratio)来确定。在心理声学上，人类听觉系统使得甚至在实际上没有基音 输出的情况下，若输出了基音的泛音，则也能感知到基音的输出。
曰本未经实审专利申请公布No. 8-213862公开了这种特征的使用。 即，音频信号被分离成低频分量和高频分量。低频分量以预定的时间间隔 交替写入第一和第二缓冲器，并通过稀释(tirming-out)方法以预定的时
间间隔交替从第一和第二缓冲器读出。低频分量的频率乘以因子a (例 如，因子2)。相乘后所产生的信号使用合成单元与高频分量合成。
上述公布仅示出电路结构和频率特性，但未示出时序图或波形图。图 ll示出上述公布中所公开的基于稀释读出的相关技术的泛音生成方法。
低频分量Slin是音频信号中具有的频率不高于扬声器的最低可再现频
率(上述公布中，最低可再现频率被称为"共振频率")的信号分量。虽
然图11中低频分量Slin表示为模拟波形，但它是包括采样数据的数字数 据。
在上述公布中公开的相关技术的泛音生成方法中，低频分量Slin被划 分为具有恒定周期TIO、 T20、 T30等等的片段，每个片段对应预定数目的 采样。低频分量Slin的采样以固定时间间隔交替写入第一和第二缓冲器， 这样，对应于周期T10的采样被写入第一缓冲器，且对应于周期T20的采 样被写入第二缓冲器。
在读操作中，同样的采样以固定时间间隔交替地从第一和第二缓冲器 重复读出两次。即，在周期T20的前半个周期T21，周期T10内写入第一 缓冲器的采样以每两个采样中一个采样被稀释、 一个采样被提取的比率 (或比例)从第一缓冲器读出。同样在周期T20的后半个周期T22，周期 T10内写入第一缓冲器的采样以每两个采样中一个采样被稀释、 一个采样 被提取的比率从第一缓冲器读出。在周期T30的前半个周期T31，周期 T20内写入第二缓冲器的采样以每两个采样中一个采样被稀释、 一个采样 被提取的比率从第二缓冲器读出。同样在周期T30的后半个周期T32，周 期T20内写入第二缓冲器的采样以每两个采样中一个采样被稀释、 一个采 样被提取的比率从第二缓冲器读出。
因此，如图11所示，获得了具有的频率是低频分量Slin频率的两倍 的泛音信号Slout作为输出信号。
泛音信号Slout被与输入音频信号的高频分量合成以获得低频增强的 输出音频信号。如上所述，生成了低频声音效果。
发明内容
但是，图11示出的上述公布中公开的泛音生成方法导致一个问题。 在该方法中，低频分量Slin的采样以恒定的时间间隔交替写入第一和第二缓冲器，并通过稀释方法以恒定的时间间隔从第一和第二缓冲器读出。因
此，如图11所示，输出泛音信号Slout的电平在诸如周期T21和T22之间 以及周期T41和T42之间这样的边界处迅速变化，从而提供了泛音信号 Slout的不连续波形，这种波形被感知为噪声。
减轻信号电平中的这种迅速变化的一个方法是不连续点前后的匀滑转 换(crossfade)。该方法允许不连续点被平滑，但不可避免地牵涉进声音 质量的下降。
因此希望在不提供不连续波形的前提下，倍乘诸如低频分量频率之类 的音频信号频率。
根据本发明的实施例，提供了包括以下步骤的音频处理方法在存储 器中写入输入音频信号中具有的频率小于预定频率的分量的采样，所述输 入音频信号是具有预定采样频率的数字信号；以及通过重复N次操作来生 成具有的频率N倍于输入音频信号的频率的泛音信号，其中N为大于一的 整数，所述操作包括在从第一个单向过零点(zero-crossing point)到第一 个单向过零点后面的第二个单向过零点的每个循环周期内，对于来自存储 器的每N个采样，读出一个采样，稀释(N-l)个采样，每个单向过零点 是输入音频信号的电平从负变为正的时间点或输入音频信号的电平从正变 为负的时间点。
在所述音频处理方法中，第二个单向过零点不可以包括通过从第一个 单向过零点开始对采样数目计数而获得的计数值达到预定值(例如，预定 值K)之前检测到的单向过零点。
在所述音频处理方法中，当第二个单向过零点在通过从第一个单向过 零点开始对采样数目计数而获得的计数值达到预定值(例如，预定值M) 的时刻未被检测到时，循环周期可以是从第一个单向过零点到所述计数值 达到预定值那一时刻的时间段，且对应于该时间段的采样可以被不加稀释 地读出。
在所述音频处理方法中，在作为从第一个单向过零点到所述计数值达 到预定值(例如，预定值M)那一时刻的时间段的循环周期后面的循环周 期内，当第二个单向过零点在通过从第一个单向过零点开始对采样数目计
数而获得的计数值达到预定值的时刻未被检测到时，与从计数值达到预定 值的时刻到第二个单向过零点的时间段相对应的采样可以被不加稀释地读 出。
在所述音频处理方法中，单向过零点可以是输入音频信号的电平在从 负变为正之后具有预定正值的时间点，或输入音频信号的电平在从正变为 负之后具有预定负值的时间点。
因此，在本发明的实施例中，在从第一个单向过零点到第一个单向过 零点后面的第二个单向过零点的每个循环周期内，而不是在与输入音频信 号的预定釆样数目相对应的恒定时间段内，采样例如以每两个采样中一个 采样被稀释、 一个采样被提取的比率从缓冲器中被重复读出两次。因此， 即使在同样的采样被重复读出的边界点处，输出音频信号也呈现连续波 形。
此外，在本发明的实施例中，可以防止由于倍乘输入音频信号中的高 频分量的频率引起的谐波的出现。
此外，在本发明的实施例中，当第二个单向过零点在通过从第一个单 向过零点开始对采样数目计数而获得的计数值达到预定值(例如，预定值 M)的时刻未被检测到时，作为例外处理，与从第一个单向过零点到第二 个单向过零点的时间段相对应的采样不加稀释的被读出。因此，即使输入 音频信号的单波时间与缓冲器长度一样长或长于缓冲器长度，输出音频信 号的波形也不会不连续。
因此，根据本发明的实施例，诸如低频分量的频率之类的音频信号频 率可以倍乘，而不会引起不连续信号波形的问题。
图1是示出扬声器的频率特性的图2是示出泛音生成中所使用的音频处理装置的示例的图3是示出根据本发明的实施例的泛音生成方法的图4是示出低频增强中所使用的音频处理装置的示例的图5是示出根据本发明的实施例的泛音生成方法的第一示例的图6是示出根据本发明的实施例的泛音生成方法的第二示例的图； 图7是示出根据本发明的实施例的泛音生成方法的第三示例的图； 图8是示出根据本发明的实施例的泛音生成方法的第四示例中的一种 情况的图9是示出根据本发明的实施例的泛音生成方法的第四示例中的另一 种情况的图10是示出泛音生成方法的第四示例中用于确定循环周期(cycle period)和循环模式(cyclepattern)的处理的流程图；以及 图11是示出相关技术的泛音生成方法的图。
具体实施例方式
将参考图1至4描述基于泛音生成的低频增强的基本方法和音频处理 装置。
首先，将参考图l描述基于泛音生成的低频增强的基本方法。 图1示出小直径扬声器的频率特性。
扬声器具有很高的最低可再现频率ffl，例如100Hz。在不大于最低可 再现频率fO的频率范围内，频率越低，基波分量的输出声压电平越低。
从最低可再现频率f0到频率fe (=2fD)的频带Be是与人耳可听到的 最低频率声音相对应的区域。通常，具有的频率不大于大约200Hz的泛音 信号的生成不会使听众感到不舒服。
因此，本发明的实施例中，使用下面描述的方法将例如不大于最低可 再现频率fD的低频分量乘以因子2来生成二次泛音信号，并且将该泛音信 号与输入音频信号中不小于最低可再现频率ffl的信号分量进行合成来获得 低频增强的输出音频信号。
这种情况下，通过将范围从OHz到100Hz (最低可再现频率fD)的低 频分量乘以因子2，获得了范围从OHz到200Hz (频率fe)的泛音信号。
但是，将频带Ba从OHz到50Hz (频率fa (=f0/2))的低频分量乘以 因子2不会导致低频增强，因为所产生的低频分量未达到频带Be。
因此，具有频带Ba的低频分量无法进行泛音生成，只有具有从频率
fa到最低可再现频率fD的频带Be的低频分量可以进行泛音生成。 将参考图2和3描述泛音生成中使用的音频处理装置和过零点。 图2示出根据本发明的实施例配置为执行泛音生成方法的音频处理装
置的示例。
在图2示出的示例中，泛音生成处理单元IO例如实现为数字信号处 理器(DSP)。
低频分量Slin是具有的频率不大于扬声器的最低可再现频率f0的输入 音频信号中的信号分量。低频分量Slin是数字音频数据，且由采样数据组 成，如图3上部中示出的粗竖线所示。若采样频率用fs表示，则采样周期 由1/fs给出。
在泛音生成处理单元10中，低频分量SIin通过开关13交替分配到缓 冲器11和12，并且在控制器15的控制下交替写入缓冲器11和12。然 后，如下所述，低频分量Slin在控制器15的控制下通过稀释方法从缓冲 器11和12中交替读出，并通过开关14被提取为泛音信号Slout。
将低频分量Slin的采样写入缓冲器11和12的循环时间以及从缓冲器 11和12读出低频分量Slin的采样的循环时间不恒定，而是通过由过零检 测器16检测低频分量Slin的过零点，随低频分量Slin的频率而变化。
从图3上部可见，低频分量Slin的过零点包括正向(positive-going) 过零点(低频分量Slin从负变为正的时间点)以及负向过零点(低频分量 Slin从正变为负的时间点)。在本发明的实施例中，例如正向过零点的任 一过零点被用作参考单向过零点来确定循环时间。
如下所述，可以为过零检测提供死区(dead zone)，并且正向过预定 值(predetermined-value-crossing)点(低频分量Slin在从负变为正后具有 预定正值的时间点)或负向过预定值点(低频分量Slin在从正变为负后具 有预定负值的时间点)(例如正向过预定值点)可被用作参考单向过零点 来确定循环时间。
在下面的描述中，正向过零点或正向过预定值点通过示例方式被用作 单向过零点，且下文中除非特别指明，单向过零点被简称为"过零点"。 在图3示出的示例中，低频分量Slin的过零点Z10和Z20之间，即从
时刻t10到时刻t20的单波周期T10是第一个写循环周期，其间低频分量 Slin的采样被写入一个缓冲器。
周期T10后面具有与周期T10的时间长度相同的时间长度、从时刻 ulO到时刻u20的周期U10是第一个读循环周期，其间写入的采样以每两 个采样中一个采样被稀释、 一个采样被提取的比率从一个缓冲器中被重复 读出两次。
接着，如图3的下部所示，具有的频率两倍于低频分量Slin的频率的 泛音信号Sloiit被获取为输出信号。即使在泛音信号Slout的相同采样被重 复读出并且同样的波形被重复的边界点Ps处，泛音信号Slout也呈现连续 波形。
通过示例方式，图2示出的结构包括两个缓冲器，即缓冲器11和 12。作为替代，可以使用单个环形缓冲器，并且按顺序改变环形缓冲器的 写地址和读地址，以便按顺序写入并按顺序读出采样。
图4示出根据本发明的实施例配置为执行低频增强方法的音频处理装 置的示例。
在图4所示的示例中，低频增强处理单元20可以实现为DSP。如上 所述，扬声器33是例如具有100Hz的最低可再现频率fD的小直径扬声 器。输入音频信号Sin是具有上述采样频率fs的数字音频数据。
输入音频信号Sin被低频增强处理单元20的高通滤波器21和低通滤 波器22分离成具有的频率不小于扬声器33的最低可再现频率fD的信号分 量Shin和具有的频率不大于最低可再现频率fO的低频分量Slin。
低频分量Slin的频率以上述方式使用图2示出的泛音生成处理单元10 被倍乘，并被转换成上述泛音信号Slout。乘法电路24将泛音信号Slout与 某个因子相乘。
信号分量Shin被延迟电路23延迟以便与泛音生成处理单元10中的时 间延迟相匹配。
加法电路25将延迟的信号分量Shout以及被因子倍乘的泛音信号 Slout相加，然后获得低频增强的输出音频信号Sout。
输出音频信号Sout被数模(D/A)转换器31转换成模拟音频信号，
然后模拟音频信号在被提供到扬声器33之前被音频放大电路32放大。
因此，如上所述，获得了具有充分的低频声音效果的音频再现，同时 获得了不带有由不连续信号波形引起的声音质量恶化的音频再现。
将参考图5至10描述泛音生成方法的示例。
图5示出根据本发明的实施例的泛音生成方法的基本示例(第一示 例)。
在图5示出的示例中，从低频分量Slin的过零点到其后面的过零点的 单波周期是其间采样被写入缓冲器并通过稀释方法从缓冲器读出的一个循 环周期。
具体而言，在从时刻u10到时刻u20的周期U10的前半个周期，与低 频分量Slin的过零点Z10和Z20之间的周期T10 (从时刻tlO到时刻t20) 相对应的采样以稀释比(thinning ratio) 1/2被稀释并读出。同样在周期 U10的后半个周期，相同的采样以稀释比1/2被稀释并读出。
类似地，在从时刻u20到时刻u30的周期U20的前半个和后半个周 期，与低频分量Slin的过零点Z20和Z30之间的周期T20 (从时刻t20到 时刻t30)相对应的采样以稀释比1/2被稀释并重复读出两次。在从时刻 u30到时刻u40的周期U30的前半个和后半个周期，与低频分量Slin的过 零点Z30和Z40之间的周期T30 (从时刻t30到时刻t40)相对应的采样以 稀释比1/2被稀释并重复读出两次。
因此，如图5所示，即使在相同釆样被重复读出并且同样的波形被重 复的边界点处，泛音信号Skmt也呈现连续波形。
图6示出根据本发明的实施例的泛音生成方法的第二示例。
在第二示例中，如图6上部所示，低频分量Slin在从负变为正之后具 有预定正值+Vth的时间点，即上述正向过预定值点，或低频分量Slin在从 正变为负之后具有预定负值-Vth的时间点，即上述负向过预定值点(例如 正向过预定值点)被设为过零点(单向过零点)来确定一个循环周期。
若低频分量Slin具有图6上部示出的波形，则在上述第一示例中，点 ZIO、 Z20、 Z30、 Z40等为过零点，且泛音信号Slout呈现图6中部示出的 波形。另一方面，在第二示例中，点Zll、 Z31、 Z41等为过零点，且点
Zll和Z31之间的时间段被视为单波周期，虽然它是两个波的周期。如图
6的下部所示，在从时刻ull到时刻u31的周期U13的前半个周期，与低 频分量Slin的过零点Zll和Z31之间的周期相对应的采样以稀释比1/2被 稀释并读出，并且在周期U13的后半个周期，相同的采样以相同的稀释比 被稀释并读出。类似地，在从时刻u31到时刻u41的周期U34的前半个和 后半个周期，与低频分量Slin的过零点Z31和Z41之间的周期相对应的采 样以稀释比1/2被稀释并重复读出两次。
因此，同样在图6示出的第二示例中，泛音信号Slcmt呈现连续波 形。此外，在第二示例中，获得了低通滤波效果，其中具有低于基波分量 的电平的多余谐波分量在过零检测中被忽略。
图7示出根据本发明的实施例的泛音生成方法的第三示例。
在第三示例中，对从作为给定循环周期的起点的过零点开始的采样数 目进行计数，且在计数值达到预定值K之前检测到的过零点不被设为作为 循环周期的终点(即下一循环周期的起点)的过零点，所以一个循环周期 就采样数目而言被设为等于或大于预定值K。
具体而言，若低频分量Slin具有图7上部示出的波形，则在上述第一 示例中，点Z10、 Z20、 Z30、 Z40、 Z50等为过零点，且低频分量Slin的 采样以上述方式被写入和读出。结果，泛音信号Sk)ut呈现图7中部示出 的波形。
另一方面，在第三示例中，由于Z20和Z30是在通过从点Z10开始对 采样数目计数而获得的计数值j达到预定值K之前被检测到的，而点Z40 是在通过从点Z10开始对采样数目计数而获得的计数值j达到预定值K之 后被检测到的，并且点Z50也是在通过从点Z40开始对采样数目计数而获 得的计数值j达到预定值K之后被检测到的，因此点Z20和Z30被忽略， 且点ZIO、 Z40和Z50被设为过零点。过零点Z10和Z40之间的时间段与 过零点Z40和Z50之间的时间段的每一个被视为一个循环周期。
在读操作中，如图7下部所示，在从时刻u10到时刻u40的周期U14 的前半个周期，与低频分量Slin的过零点Z10和Z40之间的周期相对应的 采样以稀释比1/2被稀释并读出，且在周期U14的后半个周期，同样的采
样以同样的稀释比被稀释并读出。在从时刻u40到时刻u50的周期U45的 前半个周期，与低频分量Slin的过零点Z40和Z50之间的周期相对应的采 样以稀释比1/2被稀释并读出，且在周期U45的后半个周期，同样的采样 以同样的稀释比被稀释并读出。
因此，在第三示例中，泛音信号Sbut呈现连续波形，并且可以防止 由于倍乘低频分量Slin中的高频分量的频率引起的谐波的出现。
同样在第三示例中，上述正向过预定值点或负向过预定值可被用作过 零点。这种情况下，第三示例与上述第二示例结合使用。
将参考图8至10描述根据本发明的实施例的泛音生成方法的第四示例。
虽然图5至7中未示出，但是如图8示出的从时刻t20到时刻t30的周 期T20 (过零点Z20和Z30之间)所示，有些情况下，低频分量Slin的频 率可能相当低，即低频分量Slin的单波周期可能相当长。在这种情况下， 可能很难根据缓冲器的长度在缓冲器中写入与单波周期相对应的采样。
为了避免这种不便，若从低频分量Slin的给定过零点到其后面的过零 点的时间(波长)就采样数目而言超过接近缓冲器长度L的值M，即，若 后面的过零点甚至在从给定过零点被检测开始已经计数了低频分量Slin的 M个采样之后也没被检测，则从给定的过零点被检测到的时刻到采样数目 的计数值j达到数值M的时刻这一小于单波(less-than-one-wave)的时间 段，和从采样数目的计数值j达到数值M的时刻到后面的过零点被检测到 的时刻这一小于单波的时间段中的每一个被视为单波周期并设为循环周 期。
具体而言，假设低频分量Slin具有图8上部示出的波形。若时刻t29 是从时刻t20开始已经计数了 M个采样的时刻，则从时刻t20到时刻t29 的小于单波的时间段Ta (过零点Z20和非过零点P29之间)被视为单波周 期并设为从时刻t10到时刻t20的单波周期T10 (过零点Z10和Z20之 间)后面的循环周期。从时刻t29到时刻t30的小于单波的时间段Tb (非 过零点P29和过零点Z30之间)也被视为单波周期并设为周期Ta后面的 循环周期。
周期T10和T30上的循环模式是规则模式(regular pattern)。周期Ta 上的循环模式是前端(front-side)不规则模式(irregular pattern)，且周期 Tb上的循环模式是后端(rear-side)不规则模式。
例如，在读操作中，可以构想出下面的方法。如图8中部所示，在与 从时刻t10到时刻t20的周期T10相对应的从时刻ulO到时刻u20的周期 U10中，根据原则，与低频分量Slin的周期T10相对应的采样以稀释比 1/2被稀释并重复读出两次。在与从时刻t20到时刻t29的周期Ta相对应 的从时刻u20到时刻u29的周期Ua中，作为例外，与低频分量Slin的周 期Ta相对应的采样被不加稀释地读出一次。在与从时刻t29到时刻t30的 周期Tb相对应的从时刻u29到时刻u30的周期Ub中，根据原则，与低频 分量Slin的周期Tb相对应的采样以稀释比1/2被稀释并重复读出两次。同 样，在与从时刻t30到时刻t40的周期T30相对应的从时刻u30到时刻u40 的周期U30中，根据原则，与低频分量Slin的周期T30相对应的采样以稀 释比1/2被稀释并重复读出两次。
但是在本方法中，如图8示出的向下箭头所示，周期Ub的中间点处 提供了输出泛音信号Slout的不连续波形(这种情况下，输出泛音信号 Slout的一部分例外地维持为基音而不是泛音)。
因此，在第四示例中，如图8下部所示，在与周期Ta相对应的周期 Ua中，如上所述，与低频分量Slin的周期Ta相对应的采样被不加稀释地 读出一次，并且同样，在与周期Tb相对应的周期Ub中，与低频分量Slin 的周期Tb相对应的采样也被不加稀释地读出一次。从而，在第四示例 中，输出泛音信号Slout呈现完整的连续波形。
在第四示例中，泛音信号Slout的周期Ua和Ub上的单波为基音而不 是二次泛音。但是，这个波的频率太低了，以致即使将该频率乘以因子 2，仍达不到图l示出的频带Be，不会对听觉造成影响。
例如，假设采样频率fs为44.1Hz,缓冲器长度L等于4096个采样， 且数值M等于3584个采样，相当于缓冲器长度L的7/8。在这种情况下， 因为波长不小于81毫秒(=3584/fs)，所以泛音信号Slout的周期Ua和 Ub上的波的频率不高于12.3Hz。
另外，在有些情况下，低频分量Slin可能具有更低的频率，或可能只 有直流分量。
具体而言，图9示出低频分量Slin的过零点Z20和Z30之间的周期 T20 (从时刻t20到时刻T30)长于图8所示周期的情况。在这种情况下， 过零点Z20后面的过零点Z30甚至在从时刻t20开始已经计数了 M个采样 的时刻t27处也未出现，而且过零点Z20后面的过零点Z30甚至在从时刻 t27开始己经计数了 M个采样的时刻t28处仍未出现。过零点Z20后面的 过零点Z30在从时刻t28开始己经计数了 m (m《M)个采样的时刻t30处 出现。
在这种情况下，在向缓冲器的写入操作中，在与从时刻tl0到时刻t20 的单波周期T10 (过零点Z10和Z20之间)相对应的采样被写入一个缓冲 器(例如，图2示出的缓冲器11)之后，与从时刻t20到时刻t27的小于 单波的时间段Tc (过零点Z20和非过零点P27之间)相对应的采样被写入 另一个缓冲器(例如，图2示出的缓冲器12)。此外，与时刻t27禾Q t28 之间的小于单波周期的时间段Td (非过零点P27和P28之间)相对应的采 样被写入一个缓冲器(例如，图2示出的缓冲器11)，并且与从时刻t28 到时刻t30的小于单波的时间段Te (非过零点P28和过零点Z30之间)相 对应的采样被写入另一个缓冲器(例如，图2示出的缓冲器12)。
周期T10上的循环模式为规则模式，且周期Tc上的循环模式为前端 不规则模式。周期Td上的循环模式为中间不规则模式，且周期Te上的循
环模式为后端不规则模式。
在读操作中，如图9下部所示，在与从时刻U0到时刻t20的周期T10 相对应的从时刻u10到时刻u20的周期U10中，根据原则，与低频分量 Slin的周期T10相对应的采样以稀释比1/2被稀释并重复读出两次。在与 从时刻t20到时刻t27的时间段Tc相对应的从时刻u20到时刻u27的时间 段Uc中，在与从时刻t27到时刻t28的时间段Td相对应的从时刻u27到 时刻u28的时间段Ud中，以及在与从时刻t28到时刻t30的时间段Te相 对应的从时刻u28到时刻u30的周期Ue中，作为例外，分别与低频分量 Slin的时间段Tc、 Td和Te相对应的采样被不加稀释地读出一次。
在图9中，呈现前端不规则模式的时间段Tc和呈现后端不规则模式 的时间段Te之间的时间段Td上只存在一个中间不规则模式。若低频分量 Slin具有更低的频率，则多个中间不规则模式连续存在。
图IO示出用于确定图8和9示出的第四示例中的循环周期和循环模式 的处理的示例。
在图IO示出的示例中，首先，在步骤51中，为每个循环确定从该循 环的起点开始计数了 M个采样之前是否己检测到过零点。对于第一个循 环，低频分量Slin的第一个点(可能是也可能不是过零点)被设为该循环 的起点。对于第二个及以后循环中的每一个，前一个循环的终点(可能是 也可能不是过零点)被设为该循环的起点。
若从循环的起点开始计数了 M个采样之前已检测到过零点，则处理在 检测到过零点的时刻从步骤51前进到步骤52。在步骤52中，该循环周期 被确定，从而使检测到的过零点被设为该循环的终点。然后，在歩骤53 中，确定循环的起点(对于第一个循环，是低频分量Slin的第一个点)是 否为过零点。
若循环的起点是过零点，则该循环是过零点之间的时间段。于是，处 理从步骤53前进到步骤54，在步骤54中确定该循环具有规则模式。然 后，在步骤61中，采样数目的计数值j被重置为O以确定下一循环。
若循环的起点不是过零点，则该循环是非过零点与过零点之间的时间 段。于是，处理从步骤53前进到步骤55，在步骤55中确定该循环具有后 端不规则模式。然后，在步骤61中，采样数目的计数值j被重置为0以确 定下一循环。
同样对于第一个循环，若该循环的起点(低频分量Slin的第一个点) 为非过零点而其终点为过零点，则确定该循环具有后端不规则模式。在读 操作中，优选的是采样被不加稀释地读出一次。
若在步骤51中确定从循环的起点开始计数了 M个采样之前未检测到 过零点，则在从循环的起点开始计数了 M个采样的时刻，即，采样数目的 计数值j达到数值M的时刻，处理前进到步骤56。在步骤56中，循环的 周期被确定，从而使计数值j达到数值M的时刻被设为该循环的终点。然
后，在步骤57中，确定循环的起点(对于第一个循环，是低频分量Slin 的第一个点)是否为过零点。
若循环的起点为过零点，则该循环是过零点和非过零点之间的时间 段。于是，处理从步骤57前进到步骤58，在步骤58中确定该循环具有前 端不规则模式。然后，在步骤61中，采样数目的计数值j被重置为O以确 定下一循环。
同样对于第一个循环，若该循环的起点(低频分量Slin的第一个点) 为过零点而其终点为非过零点，则确定该循环具有前端不规则模式。在读 操作中，优选的是采样被不加稀释地读出一次。
若循环的起点不是过零点，则循环是非过零点之间的时间段。于是， 处理从歩骤57前进到步骤59，在步骤59中确定该循环具有中间不规则模 式。然后，在步骤61中，采样数目的计数值j被重置为0以确定下一循 环。
同样对于第一个循环，若该循环的起点(低频分量Slin的第一个点) 及其终点为非过零点，则确定该循环具有中间不规则模式。在读操作中， 优选的是采样被不加稀释地读出一次。
因此，在向缓冲器的写入操作中，循环被确定，然后循环模式被确 定。在步骤54、 55、 58和59中，循环的起点和终点的写地址，以及确定 的循环模式例如被存储在图2示出的泛音生成处理单元10的控制器15 中，用于上述读出控制。在从缓冲器读出的操作中，在图8和9示出的第 四示例的上下文中，通过上述方式以存储的写地址和模式为基础读出采 样。
第四示例是低频分量Slin具有低频率(长波长)时的合适方法，并且 可以与图5示出的第一示例、图6示出的第二示例或图7示出的第三示例 中的任一个结合使用来进行过零检测。例如，若第四示例与图7示出的第 三示例结合使用，则满足K〈NKL。其他实施例
在上述示例中，原始低频分量的频率与因子2相乘。通常，该频率可 与因子N相乘(其中N为大于一的正整数)。但是，对于音乐应用，若基音的频率与因子2相乘，则获得比基音高
一个八度的音调。因此，优选的是N为2的幂次，即N^2、 4、 8、 16等。
在有些情况下，具有相当低频率的低频分量可记录于致密盘(CD)、 超级音频CD (SACD)等中。当从该低频分量中生成低频声音效果时，使 用根据本发明实施例的方法可以生成二次泛音信号以及诸如四次、八次和 十六次泛音信号之类的其他泛音信号。
在前述实施例中，具有的频率不大于扬声器的最低可再现频率f0的低 频分量的频率被倍乘。作为替代，不大于与扬声器的最低可再现频率fD不 同的频率的低频分量的频率可以根据期望的频率被倍乘(将为期望的频率 生成低频声音效果)。
此外，在前述实施例中，低频增强的音频信号被提供到扬声器。作为 替代，低频增强的音频信号可以被提供到耳机。
本领域技术人员应该理解，取决于设计要求和其他因素可以想到各种 修改、组合、子组合及变更，只要它们在所附权利要求或其等同物的范围 内。
相关申请的交叉引用
本发明包含与2006年10月27日向日本专利局递交的日本专利申请 JP 2006-292104以及2007年4月11日向日本专利局递交的日本专利申请 JP 2007-103568相关的主题，其全部内容通过引用方式结合于此。
权利要求
1.一种音频处理方法，包含以下步骤在存储器中写入输入音频信号中具有的频率小于预定频率的分量的采样，所述输入音频信号是具有预定采样频率的数字信号；以及通过重复N次操作来生成具有的频率N倍于所述输入音频信号的频率的泛音信号，其中N为大于一的整数，所述操作包括在从第一个单向过零点到第一个单向过零点后面的第二个单向过零点的每个循环周期内，对于来自所述存储器的每N个采样，读出一个采样，稀释(N-1)个采样，每个单向过零点是所述输入音频信号的电平从负变为正的时间点或所述输入音频信号的电平从正变为负的时间点。
2. 根据权利要求1所述的音频处理方法，其中所述第二个单向过零点不包括通过从所述第一个单向过零点开始对采样数目计数而获得的计数值 达到预定值之前检测到的单向过零点。
3. 根据权利要求1所述的音频处理方法，其中当所述第二个单向过零点在通过从所述第一个单向过零点开始对采样数目计数而获得的计数值达 到预定值的时刻未被检测到时，所述循环周期包含从所述第一个单向过零 点到所述计数值达到所述预定值那一时刻的时间段，且 对应于该时间段的采样被不加稀释地读出。
4. 根据权利要求3所述的音频处理方法，其中在作为从所述第一个单 向过零点到所述计数值达到所述预定值那一时刻的时间段的所述循环周期 后面的循环周期内，当所述第二个单向过零点在通过从所述第一个单向过 零点开始对采样数目计数而获得的计数值达到所述预定值的时刻未被检测 到时，与从所述计数值达到所述预定值的时刻到所述第二个单向过零点的 时间段相对应的采样被不加稀释地读出。
5. 根据权利要求1所述的音频处理方法，其中所述单向过零点包含所 述输入音频信号的电平在从负变为正之后具有预定正值的时间点，或所述 输入音频信号的电平在从正变为负之后具有预定负值的时间点。
6. 根据权利要求1所述的音频处理方法，其中所述音频信号包含音乐信号；且N为2的幂次。
7. 根据权利要求1所述的音频处理方法，还包含将所述泛音信号与所 述输入音频信号中具有的频率大于所述预定频率的信号分量进行合成来获 得输出音频信号的步骤。
8. 根据权利要求1所述的音频处理方法，还包含将所述泛音信号与所 述输入音频信号进行合成来获得输出音频信号的步骤。
9. 一种音频处理装置，包含存储器，在所述存储器中写入输入音频信号中具有的频率小于预定频 率的分量的采样，所述输入音频信号是具有预定采样频率的数字信号；被配置为检测单向过零点的过零检测器，所述单向过零点是所述输入 音频信号的电平从负变为正的时间点或所述输入音频信号的电平从正变为 负的时间点；以及控制器，被配置为重复N次操作，其中N为大于一的整数，所述操作包括在从第一个单向过零点到第一个单向过零点后面的第二个单向过零点 的每个循环周期内，通过对于来自所述存储器的每N个采样读出一个采 样、稀释(N-l)个采样来读出在所述存储器中写入的采样，所述控制器 还被配置为生成具有的频率N倍于所述输入音频信号的频率的泛音信号。
10. 根据权利要求9所述的音频处理装置，其中所述控制器不把通过 从所述第一个单向过零点开始对采样数目计数而获得的计数值达到预定值 之前检测到的单向过零点用作所述第二个单向过零点。
11. 根据权利要求9所述的音频处理装置，其中当所述第二个单向过 零点在通过从所述第一个单向过零点开始对采样数目计数而获得的计数值 达到预定值的时刻未被检测到时，所述控制器将从所述第一个单向过零点 到所述计数值达到所述预定值那一时刻的时间段视为所述循环周期，并将 对应于该时间段的采样不加稀释地读出。
12. 根据权利要求11所述的音频处理装置，其中在被视为从所述第一 个单向过零点到所述计数值达到所述预定值那一时刻的时间段的所述循环 周期后面的循环周期内，当所述第二个单向过零点在通过从所述第一个单 向过零点开始对采样数目计数而获得的计数值达到所述预定值的时刻未被 检测到时，与从所述计数值达到所述预定值的时刻到所述第二个单向过零 点的时间段相对应的采样被不加稀释地读出。
13. 根据权利要求9所述的音频处理装置，其中所述过零检测器将所 述输入音频信号的电平在从负变为正之后具有预定正值的时间点，或所述 输入音频信号的电平在从正变为负之后具有预定负值的时间点检测为所述 单向过零点。
14. 根据权利要求9所述的音频处理装置，其中所述音频信号包含音 乐信号；且N为2的幂次。
15. 根据权利要求9所述的音频处理装置，还包含合成单元，所述合 成单元被配置为将所述泛音信号与所述输入音频信号中具有的频率大于所 述预定频率的信号分量进行合成来获得输出音频信号。
16. 根据权利要求9所述的音频处理装置，还包含合成单元，所述合 成单元被配置为将所述泛音信号与所述输入音频信号进行合成来获得输出 音频信号。
全文摘要
在存储器中写入输入音频信号中具有的频率小于预定频率的分量的采样，所述输入音频信号是具有预定采样频率的数字信号。通过重复N次操作来生成具有的频率N倍于输入音频信号的频率的泛音信号，其中N为大于一的整数，所述操作包括在从第一个单向过零点到第一个单向过零点后面的第二个单向过零点的每个循环周期内，对于来自存储器的每N个采样，读出一个采样，稀释(N-1)个采样，每个单向过零点是输入音频信号的电平从负变为正的时间点或输入音频信号的电平从正变为负的时间点。
文档编号H03G5/02GK101170302SQ20071016510
公开日2008年4月30日 申请日期2007年10月29日 优先权日2006年10月27日
发明者仲上太郎, 大栗一敦, 志村大 申请人:索尼株式会社