[发明专利]基于响度的音频信号补偿

说明书

技术领域

本发明涉及用于音频信号处理的系统、方法和技术，具体地，适用于适应不同水平的音频音量(或响度)的处理和/或补偿。

背景技术

通常，音频信号以特定音量水平产生(例如，记录)，但是然后以不同的音量水平被回放。不幸的是，由于人类响度感知的不一致性，该情形通常提出了对于感知音频质量的问题。具体地，人类听觉系统的灵敏度随频率和音量而变化。例如，当在深夜以低音量观看电影时，可能注意到电影声音主要或仅仅被减小为对话，而诸如脚步声的其它(例如，背景)声音变得听不见。这是由于人类听觉系统对特别低或特别高的频率不是非常灵敏而发生的，并且灵敏度的这种降低的严重性在低回放音量变得更糟糕。

因此，期望自适应地补偿在任何回放水平声音分量的所感知的音量的不同，以使得即使回放音量改变，这些分量的所感知的相对响度也不改变。在以上示例中，这表示在任何回放水平与对话相比诸如脚步声的背景声音将听起来同样大。

响度补偿的构思可追溯至1930年代。1935格鲁诺“Tombstone”台式收音机使用模拟电路来产生如下响度补偿频率响应曲线，该曲线：1)较强地提升了低音并且较弱地提升了高音，以及2)随着用户设置的回放音量而变化。该电路基本上固化了响度补偿的基本原理：随着用户设置的回放音量(即，回放装置的音量旋钮的位置)变化的低音和高音提升。

当代的响度补偿技术不是非常不同的，除了采用数字动态均衡器(具体地，架滤波器(shelf filter))以使得音频工程师能够针对耳朵的喜好而对频率范围和提升水平进行微调之外。该微调通常是针对一对回放水平而进行的，然后使用内插来适应其它回放水平。

发明内容

以上方案和现有技术中的类似方案采用对人类响度感知机制的粗略和经验性近似。另一方面，本发明的优选实施例通常提供更精密近似理想响度补偿轮廓而无需费力微调的补偿滤波器。

因此，本发明的一个实施例涉及一种用于基于响度的音频信号补偿的系统。输入线路接受输入音频信号；耦合到输入线路的响度估计器对输入音频信号进行处理以获得音频回放响度水平并且还提供输入音频信号的产生响度水平；以及耦合到响度估计器的输出的滤波器生成器/选择器基于产生响度水平和音频回放响度水平而提供音频补偿滤波器。音频补偿滤波器对输入信号进行处理以提供输出信号。

以上发明内容仅是旨在提供本发明的某些方面的简要描述。可以通过参考权利要求和结合附图的优选实施例的以下详细描述来获得本发明的更完整理解。

附图说明

在以下公开中，参考附图描述本发明。然而，应理解，附图仅描绘了本发明的某些代表性和/或示例性实施例以及特征，并且不旨在以任何方式限制本发明的范围。以下仅是附图中的每个的简要描述。

图1是根据本发明的代表性实施例的音频补偿系统的简化框图。

图2示出了根据ISO 226:2003的各种音量水平的等响度轮廓。

图3示出了某些示例性响度补偿轮廓。

图4示出了某些变型示例性响度补偿轮廓以便限制过度低音增益。

图5是根据本发明的代表性实施例的时域中的回放参考响度估计器的框图。

图6是根据本发明的代表性实施例的频域中的回放参考响度估计器的框图。

图7是用于估计回放参考响度水平并且然后使用基于差值的方案来估计产生(例如，记录)参考响度水平的框图。

图8是用于根据期望响度补偿轮廓来生成滤波器系数的流程图。

图9是示出利用预先存储的补偿滤波器的响度补偿回放系统的框图。

图10是利用短时傅立叶变换(STFT)响度补偿的回放系统的框图。

图11是示出防混叠(anti-aliasing)处理的流程图。

图12是用于使用预先存储的频率响应来执行STFT响度补偿的回放系统的框图。

具体实施方式

为了易于引用，本发明的某些部分被划分成章节。每个章节的总体主题由章节的标题来指示。

在图1中示出了根据本发明的优选实施例的用于音频补偿的系统5的总体配置。如以下更详细地讨论的，系统5的目标之一是使用频率相关增益曲线而为音频信号的不同频率分量提供不同的增益，该频率相关增益曲线根据音频信号正以多大的响声被回放而变化，并且特别与生成原始音频信号(例如，记录在物理介质上)的音量有关。