[发明专利]音频信号动态范围压缩

说明书

本申请公开了音频信号动态范围压缩。提供了用于压缩音频信号的动态范围的系统、方法和技术。在一个实现方式中：获得输入音频信号，并基于该信号和期望的输出范围提供时变增益信号。随后将时变的初步增益信号施加到输入音频信号以提供输出音频信号。时变增益信号的提供包括使用攻击增益响应时间和释放增益响应时间作为滤波参数对基于输入音频信号的信号进行低通滤波，其中响应于确定输入音频信号中出现瞬变，攻击增益响应时间减少，而释放增益响应时间增加。

发明领域

本发明除其他方面之外涉及与音频信号范围的动态压缩(例如，从信号的最小电平到其最大电平)相关的并且可以用于例如在更好地防止或限制音频失真和/或对输出设备(诸如扬声器或耳机)的损坏的同时提高音频信号的音量，以及总体上改善收听体验的系统、方法和技术。

背景

某些音频通道的动态范围有时比可用的输出设备(诸如扩音器)能够精确或清晰地产生的范围宽得多。例如，当音频信号低时，重现的声音可能听不见，而当音频信号高时，重现的声音可能削波或过载。看电影的人可能需要在喧闹场景过程中调低音量，而在安静场景的过程中调高音量。

动态范围压缩试图解决这些问题。它指的是一类用于减小音频信号的动态范围以适应回放设备和/或情景要求的技术。在D.Giannoulis、M.Massberg和J.Reiss于2012年在Journal of Audio Engineering Society 60：第399-408页发表的“Digital DynamicRange Compressor Design-A Tutorial and Analysis”(其在本文中被称为“Giannoulis2012”)中给出了这种技术的回顾。

一种传统的实现方式是图1中所示的动态范围压缩器(DRC)5。在那里，Abs模块10执行绝对值运算，而Log模块12执行对数函数。在更具体的实现方式中，Log模块12将输入值转换成分贝，如下所示：

X_G(n)＝20log₁₀(|x(n)|)，

其中，x(n)表示输入信号，并且X_G(n)表示在第n个采样周期处的转换信号。

增益计算机14然后实现静态范围压缩，例如，如下(来自Giannoulis 2012)：

其中，T、R和w分别是指定阈值、压缩比和拐点宽度(knee width)。如本文所用，术语“静态”指的是不参考其他输入值(即，其他时间点处的输入值)对单独输入值的修改。增益计算机14的其他实现方式也是可能的，诸如在Rane Corporation于2005年的“DynamicProcessors-TechnologyApplication Tips”(在本文中称为“Rane 2005”)中给出的任何实现方式，例如包括前述压缩与扩展器和限制器的组合。

如图1所示，然后在减法器15中从增益计算机14的输入中减去增益计算机14的输出，以获得以下负增益信号：

X_L＝X_G-Y_G 方程2

其被输入到电平检测器16中，用于基本上对X_L，应用平滑化操作以获得信号电平的平滑化表示。电平检测器16有许多可能的实现方式，包括Giannoulis 2012中描述的那些中的任一个。在一个特定示例中，电平检测器16执行以下运算：

Y₁(n)＝max(X_L(n)，α_RY₁(n-1)+(1-α_R)X_L(n))