用于减小基于换位器的虚拟低音系统中的延迟的系统及方法
【专利说明】用于减小基于换位器的虚拟低音系统中的延迟的系统及方 法
[0001] 相关申请的交叉引用
[0002] 本申请要求于2012年10月15日提交的美国临时专利申请No. 13/652, 023的优 先权，其通过引用W全部内容合并到本文中。
技术领域
[0003] 一种或更多种实施方式一般地设及基于变换的音频信号处理，并且更具体地设及 减小基于换位器的虚拟低音合成系统中的延迟。
【背景技术】
[0004] 低音合成指的是向信号的低频范围添加分量W增强所感知的低音。在该些方法之 中，超低音合成技术创建低于信号的现有分音的低频分量，W扩展和提高存在于对象音频 内容中的最低频率范围。另一种方法使用虚拟音高算法，该虚拟音高算法从听不见的低音 范围（例如，通过小扬声器播放的低音高的低音）生成听得见的谐波，因此使谐波W及最终 还使音高听得见W改善低音响应。
[0005] 虚拟低音合成是虚拟音高方法，其提高当在不能物理地再现低端低音频率的小扬 声器上播放音频时音频中的低音内容的感知水平。该方法基于W下"消失的基频"屯、理声 学观察；即使当基频和一次谐波自身消失时，人类听觉系统仍能够根据高次谐波推断出低 音调。基本的功能性方法是对存在于音频中的低音频率进行分析并且生成有助于感知消失 的较低频率的听得见的高次谐波。虚拟低音的主要特征是；其通过对低于具有小扬声器的 装置的低频滚降（例如，低于150Hz)的频率的高次谐波进行合成来增强在所述装置上的感 知低音响应。在能量调整之后，使用多个换位因子（谐波）将听不见的信号分量换位至较 高的听得见的频率。虚拟低音合成还可W增大耳机回放或全频段（化11-range)扬声器上 的回放的感知低音。图1A示出了具有频率分量的听不见的范围10W及高于听不见的范围 的频率分量的听得见的范围的音频信号的频率幅度谱。听不见的范围10内的频率分量的 谐波换位可W生成听得见的范围的部分11中的经换位的频率分量，其可W增强回放期间 音频信号的低音内容的感知水平。该样的谐波换位可W包括对输入音频信号的每个相关的 频率分量应用多个换位因子来生成该分量的多个谐波。
[0006] 在利用传统虚拟低音系统的某些音频处理系统中，与频率换位功能相关联的延时 或延迟对于某些应用而言会太大。例如，延迟是1025个采样的数字音频处理系统可W使用 添加另外的3200个采样的延时的传统虚拟低音系统。假设采样频率（f,)为48曲Z，则该可 W导致总延时超过88毫秒。该延迟量通常是有问题的，并且对于游戏和电信应用而言甚至 是禁止的，其中，大约100毫秒的延迟开始在听得见的信号延时方面变得明显。
[0007] 在传统虚拟低音系统中使用的传统换位器系统对于时间至频率变换和频率至时 间变换的分析段和合成段分别使用对称的时域窗口。图1B示出了如现有技术中已知的与 在传统虚拟低音系统中使用的对称窗口相关联的延时。图1B图形化地示出了由二阶换位 器即生成二阶谐波的换位器所强加的延时。如时间曲线100中所示，假定分析窗口的时间 步幅Sa，格式上对称的分析窗口之一的中屯、被选择为时间零基准，W及可W从分析段102中 的时间t。添加新输入的采样104。时间曲线110示出了换位器的时间拉伸对偶性，其中，t。 被拉伸至合成段112中的2-t。。
[000引对于图1B中示出的示例处理，总的分析/合成链延时Db可W在下面的等式1中 如下被表达，其中，L是换位器窗口大小，Sa是分析时间步幅或跳距：
[0009] Dts=L/化2 ? (L/2-SA) = 3 ?L/2-2 ?Sa(等式 1)
[0010] 在基于HQMF(混合正交镜像滤波器）组的音频处理系统中，至CQMF(复数正交镜 像滤波器）分析段的输入信号W及来自CQMF合成段的输出信号通常均具有相同的采样频 率片，其中，f,通常被设置为44. 1曲Z或48曲Z。由于系统通常处理仅来自64通道CQMF组 的第一CQMF信号，所W对于虚拟低音处理的输入信号采样速率可W是片/64。应当注意，也 可W使用除了 64通道W外的CQMF大小。由于使用因子2基本换位因子的组合换位功能， 所W来自传统虚拟低音处理系统的经换位的输出的采样频率为2 ?片/64,产生因子2带宽 扩展。在组合的换位器中，基本换位因子是其中源变换频率段（或频带）按照一对一的关 系被映射至目标变换频率段（或频带）的因子，即，在源至目标频率段映射中不设及插值或 抽取。基本换位因子还控制分析窗口的时间步幅与合成窗口的时间步幅之间的关系。更特 别地，合成时间步幅等于分析时间步幅乘W基本换位因子。对于L= 64并且Sa= 4的情 况而言，来自基于64通道CQMF的系统的输出采样中的延时变成；
[0011] Dts= {3 ?L/2-2 ?SJ? 64/2 = 2816 个采样（等式。
[0012] 除了该延时W外，还添加来自两个虚拟低音输出CQMF子带信号的奈奎斯特 (Nyquist)滤波器组分析段处理的延时。该延时可W是大约384个采样，从而针对该示例现 有技术传统虚拟低音处理系统，给出了 2816+384 = 3200个采样的总延时。
[0013] 针对由传统虚拟低音系统强加的延迟的一个解决方案是如通过使用替选部件替 代谐波换位器来改变实际的处理电路系统如谐波发生器。然而，该潜在地给系统增加了大 量成本和复杂度，而且还负面地影响音频品质。
[0014]
【背景技术】部分中论述的主题不应当仅因为在【背景技术】部分中被提到就被认为是 现有技术。类似地，【背景技术】部分中提到的或与【背景技术】部分的主题相关联的问题不应当 被认为是现有技术中先前已经认识到的问题。【背景技术】部分中的主题仅仅表示不同的方 法，该些不同的方法本身也可W是发明。
【发明内容】
[0015] 实施方式包括虚拟低音处理系统中的延迟减小系统，其对音频信号的低频分量执 行谐波换位W生成表示谐波的换位数据。谐波换位处理使用大于2的基本换位因子，并且 响应于由使用非对称分析窗口和合成窗口的变换段和逆变换段确定的频域值来生成谐波。 通过使用包括截断原型滤波器的奈奎斯特分析滤波器组将虚拟低音信号与经延时的音频 信号进行组合来生成增强的音频信号。当与音频信号组合时，可W允许虚拟低音信号滞后 经延时的音频信号限定时间段W进一步减小由谐波换位处理引起的延迟。
[0016] 实施方式包括通过对输入音频信号的低频分量执行谐波换位来生成表示谐波的 换位数据来减小虚拟低音生成系统中的延迟的方法，其中，谐波换位使用大于2的整数值 的基本换位因子。所述方法响应于由时间至频率域变换段和后续逆向的频率至时间域变换 段通过对时间至频率域变换和逆向的频率至时间域变换使用非对称分析窗口和合成窗口 所确定的频域值来生成谐波。输入音频信号是子带CQMF(复数值正交镜像滤波器）信号， 并且可W对输入音频信号的采样进行预处理W生成表示低频分量的临界采样的音频。
[0017] 在一种实施方式中，所述方法通过分析滤波器组或变换来处理输入音频信号W根 据低频分量提供一组分析子带信号或频率段，使用基本换位因子B和换位因子T来计算一 组合成子带信号或频率段，并且通过合成滤波器组或变换来处理分析子带信号或频率段W 根据所述一组合成子带信号来生成高频分量。该表示进行换位的标准方式，即，在包括变换 频率段映射的非线性处理之前执行正向FFT变换，然后执行逆FFT变换。所述方法还可W 包括；响应于换位数据生成虚拟低音信号，并且通过对虚拟低音音频输出信号应用一个或 更多个分析滤波器组将虚拟低音信号与输入音频信号进行组合来生成增强的音频信号，其 中，分析滤波器组包括截断原型滤波器，其使限定数量的滤波器系数被去除。所述方法又可 W包括虚拟低音信号相对于输入音频信号的预定时间段的滞后，通过将虚拟低音信号与被 延时了与虚拟低音系统隐含的处理延时相比更短的预定时间段的输入音频信号组合，来生 成包括与延时的输入子带采样组合的时间滞后虚拟低音处理的子带采样的增强的音频信 号。
[0018] 根据一些实施方式，基本换位因子将频域中的输入音频信号扩展到与基本换位因 子的值相称的程度W产生经换位的音频信号，并且该基本换位因子可W是4与16之间的偶 整数值。在一种实施方式中，对换位器CQMF输出子带进行操作的分析滤波器组包括8通道 奈奎斯特滤波器组和4通道奈奎斯特滤波器组，并且限定数量的去除的原型滤波器系数包 括6个系数。在又一种实施方式中，输入CQMF信号直接从前面的CQMF分析滤波器组通道 0输出端被路由，因此将后续的奈奎斯特滤波器组段旁路，并且因此避免了相关的延时。
[0019] 所述方法的实施方式还可W包括通过W限定的采样频率（使用分析时间步幅）生 成加窗零填充采样来对输入音频信号执行频域过采样变换W生成低频分量。由于虚拟低 音信号可W被允许滞后宽带输入音频信号上至20ms而不存在增强的音频信号的明显的恶 化，所W当将虚拟低音信号与延