專利名稱：抑制模擬音頻/視頻信號(hào)脈沖干擾的方法、裝置和記錄設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及抑制模擬音頻和／或視頻信號(hào)中脈沖干擾的方法、裝置和記錄設(shè)備，尤其涉及在老音頻載體的重放期間抑制噪聲。
從許多源中產(chǎn)生的聲音和音樂(lè)信號(hào)中會(huì)產(chǎn)生脈沖干擾(下面稱為噪聲)。這些可能是老的音頻載體，如過(guò)去的蟲(chóng)膠片(留聲機(jī)唱片)、LP、錄音帶、盒式錄音或錄像帶，以及電影聲音或多徑傳輸通路。通常用兩個(gè)步驟去除這些令人不愉快的噪聲檢測(cè)噪聲以及內(nèi)插即填充噪聲。一種公知的檢測(cè)方法是在音頻信號(hào)的峰值以上使用一個(gè)固定設(shè)置的門限值。這種方法的一個(gè)限制是許多噪聲不具有比峰值信號(hào)還大的幅度，因此仍然沒(méi)有被發(fā)現(xiàn)。過(guò)去，根據(jù)由噪聲引起的間隙之前和之后的采樣值通過(guò)進(jìn)行線性或高階內(nèi)插填充噪聲。在這種情況下，在間隙中不再現(xiàn)信號(hào)。通過(guò)使用所謂的隨機(jī)內(nèi)插改進(jìn)了品質(zhì)，其中使用音頻信號(hào)的一種模型。
在GB2217902中描述了這樣一種方法。這里，從噪聲之前和之后未失真數(shù)據(jù)中初始計(jì)算一個(gè)數(shù)學(xué)模型。這個(gè)自回歸模型隨后用于填充噪聲。特別地，這種方法在噪聲之前提取未失真數(shù)據(jù)并且使用該模型確定在噪聲這一點(diǎn)和噪聲之后的預(yù)測(cè)值。然后在噪聲這一點(diǎn)的值以這樣一種方式變化使得在噪聲之后的數(shù)據(jù)誤差變得最小。這種方法的一個(gè)明顯的缺點(diǎn)是由于模型的階必須對(duì)應(yīng)于大約兩倍要被填充的采樣值的數(shù)目而產(chǎn)生的高復(fù)雜性。另一個(gè)缺點(diǎn)是超過(guò)一定的噪聲密度該方法不能正確的工作，因?yàn)槟菚r(shí)不再有足夠的未失真數(shù)據(jù)可用于計(jì)算數(shù)學(xué)模型。另外，該方法產(chǎn)生明顯的延遲，這在一些情況下是缺點(diǎn)。
本發(fā)明的目的是提供一種在音頻或視頻信號(hào)中抑制脈沖干擾的方法。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供抑制音頻或視頻信號(hào)中脈沖干擾的裝置。
本發(fā)明的最后一個(gè)目的是提供一個(gè)抑制音頻或視頻信號(hào)中脈沖干擾的記錄設(shè)備。
原理上，根據(jù)本發(fā)明在模擬音頻和／或視頻信號(hào)中抑制脈沖干擾的方法，采樣值由模擬音頻和／或視頻信號(hào)形成并且用作為一個(gè)輸入信號(hào)，以及在干擾之前或之后的未失真采樣值用于抑制干擾，該方法的實(shí)質(zhì)是進(jìn)行自適應(yīng)濾波并且用于檢測(cè)和內(nèi)插脈沖干擾，在這種情況下輸入信號(hào)的自適應(yīng)濾波用于確定誤差信號(hào)，如果誤差信號(hào)的絕對(duì)瞬時(shí)值超過(guò)一個(gè)門限值，輸入信號(hào)的采樣值指定為失真，自適應(yīng)濾波的輸出信號(hào)用作指定為失真的采樣值的替換值，指定為失真的采樣值也在自適應(yīng)濾波的輸入值中被替代。
與GB2217902中描述的方法顯著不同的是在GB2217902的情況下要根據(jù)噪聲之前未失真數(shù)據(jù)(采樣值)明確地計(jì)算數(shù)學(xué)模型(AR，自回歸)。相反，根據(jù)本發(fā)明的方法使得可能省去數(shù)學(xué)模型的復(fù)雜計(jì)算。使用自適應(yīng)濾波器就是不涉及直接數(shù)學(xué)信號(hào)模型化。因此，根據(jù)本發(fā)明的方法具有非常低的復(fù)雜性并且因此允許實(shí)時(shí)地去除噪聲。此外，為了抑制噼啪聲，即高密度脈沖干擾，它還可以應(yīng)用于高噪密度并且因此用作為一個(gè)去噼啪聲器。如同音頻測(cè)試也已經(jīng)展示的，與其他方法相比，這種方法產(chǎn)生了最好的結(jié)果。
在根據(jù)本發(fā)明的方法中，有益的是如果誤差信號(hào)中的絕對(duì)采樣值小于相應(yīng)的門限值，則在信號(hào)路徑中不產(chǎn)生任何變化。
特別有益的是僅僅在輸入信號(hào)的采樣值指定為未失真的離散瞬時(shí)執(zhí)行自適應(yīng)濾波的調(diào)節(jié)。
此外，如果在輸入信號(hào)中的采樣值已經(jīng)指定為失真的則最好暫停這種調(diào)節(jié)。
同樣有益的是僅僅對(duì)于已經(jīng)識(shí)別為未失真的采樣值繼續(xù)測(cè)量誤差信號(hào)和／或輸入信號(hào)的功率。
最后，特別有益的是使門限值動(dòng)態(tài)地與電平特性匹配。
原理上，根據(jù)本發(fā)明抑制模擬音頻和／或視頻信號(hào)中脈沖干擾的裝置，由模擬音頻或視頻信號(hào)形成的采樣值作為輸入信號(hào)饋給該裝置，利用在干擾之前或之后的未失真采樣值能夠輸出具有抑制的干擾的輸出信號(hào)，該裝置的實(shí)質(zhì)是一個(gè)自適應(yīng)濾波器，用于檢測(cè)和內(nèi)插脈沖干擾，具有饋送給它的輸入信號(hào)的采樣值并且被用于確定一個(gè)未來(lái)采樣值的估計(jì)值，以及由此得出的誤差信號(hào)，一個(gè)用于確定誤差信號(hào)的瞬時(shí)值的單元，
一個(gè)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)，在估計(jì)值和指定為失真的采樣值之間轉(zhuǎn)換。
在這種情況下有益的是指定為失真的采樣值也在自適應(yīng)濾波器的輸入矢量中被替代。
原理上，根據(jù)本發(fā)明在模擬音頻和／或視頻信號(hào)中抑制脈沖干擾并且數(shù)字地記錄這些音頻和／或視頻信號(hào)的記錄設(shè)備的實(shí)質(zhì)是一個(gè)模／數(shù)轉(zhuǎn)換器，用于形成來(lái)自模擬音頻和／或視頻信號(hào)的采樣值，去噪聲裝置，用于抑制脈沖干擾的采樣值被饋給該裝置，記錄設(shè)備，用于在數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)載體上記錄，去噪聲裝置的輸出信號(hào)直接地或在進(jìn)一步處理后饋給該裝置。
有益的是，記錄設(shè)備另外具有一個(gè)重放裝置用于模擬數(shù)據(jù)載體，在模擬數(shù)據(jù)載體重放期間記錄在這些模擬數(shù)據(jù)載體上的模擬音頻和／或視頻信號(hào)饋送到模／數(shù)轉(zhuǎn)換器。


圖1描述的本發(fā)明的示范實(shí)施例展示了根據(jù)本發(fā)明用于檢測(cè)和填充噪聲的裝置的方塊圖。
圖1說(shuō)明了一個(gè)根據(jù)本發(fā)明用于檢測(cè)和內(nèi)插噪聲的裝置的方塊圖。這里使用相同的自適應(yīng)濾波器在一個(gè)步驟中執(zhí)行檢測(cè)和內(nèi)插。輸入信號(hào)xn饋給作為線性正向預(yù)測(cè)器的自適應(yīng)濾波器AF。在該過(guò)程中，如果要求，信號(hào)可以由一個(gè)延遲級(jí)預(yù)先延遲。濾波器AF解相關(guān)輸入信號(hào)并且在濾波和／或估計(jì)后提供輸出信號(hào)yn。隨后借助于一個(gè)加法器S1由輸入信號(hào)xn和輸出信號(hào)yn確定誤差信號(hào)en。因此在這個(gè)誤差信號(hào)中的噪聲相對(duì)于有用信號(hào)的電平更加明顯，結(jié)果噪聲能夠比在原始信號(hào)中更精確地檢測(cè)出來(lái)。
如果誤差信號(hào)en的絕對(duì)瞬時(shí)值超過(guò)一個(gè)門限值則在輸入信號(hào)xn中的采樣值指定為失真。這個(gè)門限值動(dòng)態(tài)地匹配于電平特性，使得根據(jù)可聽(tīng)度，即使在無(wú)噪聲通道中也能進(jìn)行噪聲檢測(cè)。
這時(shí)，門限值可以作為誤差信號(hào)en的估計(jì)功率的變比型式計(jì)算。為了這個(gè)目的，在單元PM中確定誤差信號(hào)en的估計(jì)功率。然后乘法器M用恒定比例因子thr乘以所得值以產(chǎn)生門限值。隨后由加法器S2從誤差信號(hào)en的瞬時(shí)值減去門限值以產(chǎn)生一個(gè)控制信號(hào)c。
在信號(hào)路徑中由用于作為指定為失真的采樣值xn的一個(gè)替換值的自適應(yīng)濾波器yn的輸出信號(hào)填充噪聲。為了這個(gè)目的，兩個(gè)信號(hào)饋給轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)SW，該開(kāi)關(guān)根據(jù)控制信號(hào)c輸出兩個(gè)信號(hào)中的一個(gè)作為輸出信號(hào)on。此外，在這種情況下也在自適應(yīng)濾波器的輸入矢量中替換相關(guān)的采樣值，結(jié)果自適應(yīng)濾波器處理校正的信號(hào)。反之，如果誤差信號(hào)en的采樣值的絕對(duì)值小于相應(yīng)的門限值，在信號(hào)路徑中不執(zhí)行任何改變，即去噪聲器的輸出信號(hào)on對(duì)應(yīng)于輸入信號(hào)xn。
僅僅在輸入信號(hào)的采樣值指定為未失真的離散瞬時(shí)執(zhí)行自適應(yīng)濾波器的調(diào)節(jié)。如果它已指定為失真的，則暫停調(diào)節(jié)。類似的，僅僅對(duì)于已經(jīng)被認(rèn)為是未失真的采樣值才繼續(xù)誤差信號(hào)和輸入信號(hào)的功率測(cè)量。
為了實(shí)現(xiàn)本發(fā)明，各種專用的濾波器結(jié)構(gòu)，如自適應(yīng)FIR和IIR濾波器以及各種專用的自適應(yīng)算法(NLMS、RLS、FTF、Feintuch等等)能夠用在各種組合中。在這種情況下，通過(guò)例如使用作為一個(gè)48kHz采樣速率的具有30-50個(gè)抽頭長(zhǎng)度的正向預(yù)測(cè)器的自適應(yīng)NLMS-FIR濾波器獲得特別好的結(jié)果。
這樣一個(gè)自適應(yīng)NLMS-FIR濾波器使用一種專用的LMS(最小均方值)算法根據(jù)下列方程調(diào)節(jié)FIR濾波器的系數(shù)h1，h2，…，hNhi(n+1)=hi(n)+a*e(n)*x(n-i)／Px(n)i=1，2，…，N這里變量定義如下n離散時(shí)標(biāo)a步長(zhǎng)x輸入信號(hào)的采樣值e誤差信號(hào)其中e(n)≈x(n)-y(n)，y(n)FIR濾波器輸出端的信號(hào)Px信號(hào)x的功率。
在這種情況下在NLMS中被歸一化的輸入信號(hào)xn的功率能夠由具有H(z)≈(1-q)／(1-q*z＾(-1))形式的傳遞函數(shù)的一階低通濾波器測(cè)量。具有相同結(jié)構(gòu)的另一個(gè)低通濾波器能夠用于測(cè)量誤差信號(hào)en的功率以計(jì)算門限值。
本發(fā)明可用于記錄的聲音和音樂(lè)信號(hào)(唱片，錄音帶)的重放和／或轉(zhuǎn)錄期間、多路徑通訊系統(tǒng)、蜂窩式數(shù)字電話系統(tǒng)等等。特別是它可用于如可轉(zhuǎn)錄的視盤或DVC裝置的MD播放機(jī)、DVD播放機(jī)的娛樂(lè)電子裝置的各種記錄設(shè)備，它們可以是分離的裝置，也能與其他娛樂(lè)電子裝置如錄音帶播放機(jī)或盒式錄像機(jī)組合，或者能夠是個(gè)人計(jì)算機(jī)的一部分。此外，根據(jù)本發(fā)明的裝置也能被構(gòu)造成一個(gè)分開(kāi)的裝置用于抑制噪聲。
最后，本發(fā)明并不限于音頻信號(hào)，也可以用于視頻信號(hào)。
權(quán)利要求
1．一種抑制模擬音頻和／或視頻信號(hào)中脈沖干擾的方法，采樣值由模擬音頻和／或視頻信號(hào)形成并且被用作為輸入信號(hào)(xn)，以及在干擾之前或之后的未失真采樣值用于抑制干擾，其特征在于，-進(jìn)行自適應(yīng)濾波(AF)并且用于檢測(cè)和內(nèi)插脈沖干擾，在這種情況下-輸入信號(hào)(xn)的自適應(yīng)濾波(AF)用于確定誤差信號(hào)(en)，-如果誤差信號(hào)(en)的絕對(duì)瞬時(shí)值超過(guò)一個(gè)門限值，輸入信號(hào)(xn)的采樣值指定為失真，-自適應(yīng)濾波的輸出信號(hào)(yn)用作為指定為失真的采樣值的替換值，-指定為失真的采樣值也在自適應(yīng)濾波的輸入值中被替代。
2．如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，如果誤差信號(hào)(en)中的絕對(duì)采樣值小于相應(yīng)的門限值則在信號(hào)通道中不進(jìn)行任何改變。
3如權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于，僅僅在輸入信號(hào)的采樣值指定為未失真的離散瞬時(shí)執(zhí)行自適應(yīng)濾波的調(diào)節(jié)。
4．如權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，如果輸入信號(hào)中的采樣值已經(jīng)被指定為失真的則暫停調(diào)節(jié)。
5．如前面權(quán)利要求中的一個(gè)所述的方法，其特征在于，僅僅對(duì)于已經(jīng)被認(rèn)為是未失真的采樣值才繼續(xù)誤差信號(hào)和／或輸入信號(hào)的功率測(cè)量。
6．如前面權(quán)利要求中的一個(gè)所述的方法，其特征在于，門限值動(dòng)態(tài)地匹配于電平特性。
7一種抑制模擬音頻和／或視頻信號(hào)中脈沖干擾的裝置，由模擬音頻或視頻信號(hào)形成的采樣值作為輸入信號(hào)(xn)饋送給該裝置，利用在干擾之前或之后的未失真采樣值能夠輸出干擾被抑制的輸出信號(hào)(on)，其特征在于，-一個(gè)自適應(yīng)濾波器(AF)，用于檢測(cè)和內(nèi)插脈沖干擾，具有饋送給它的輸入信號(hào)的采樣值并且被用于確定一個(gè)未來(lái)采樣值的估計(jì)值，以及由此得出的誤差信號(hào)(en)，-一個(gè)用于確定誤差信號(hào)(en)瞬時(shí)值的單元，-一個(gè)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)，在估計(jì)值和指定為失真的采樣值之間轉(zhuǎn)換。
8．如權(quán)利要求7所述的裝置，其特征在于，指定為失真的采樣值也在自適應(yīng)濾波器的輸入矢量中被替代。
9．一種抑制模擬音頻和／或視頻信號(hào)中脈沖干擾并且數(shù)字地記錄這些音頻和／或視頻信號(hào)的記錄設(shè)備，其特征在于，-一個(gè)模／數(shù)轉(zhuǎn)換器，用于形成來(lái)自模擬音頻和／或視頻信號(hào)的采樣值，-根據(jù)權(quán)利要求7或8的去噪聲裝置，用于抑制脈沖干擾的采樣值被饋給該裝置，-用于在數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)載體上記錄的記錄設(shè)備，去噪聲裝置的輸出信號(hào)直接地或在進(jìn)一步處理后饋給該裝置。
10．如權(quán)利要求9所述的記錄設(shè)備，其特征在于，該設(shè)備還具有一個(gè)重放裝置用于模擬數(shù)據(jù)載體，在這些模擬數(shù)據(jù)載體上記錄的模擬音頻和／或視頻信號(hào)在模擬數(shù)據(jù)載體重放期間饋送到模／數(shù)轉(zhuǎn)換器。
全文摘要
通過(guò)檢測(cè)和內(nèi)插噪聲除去聲音和音樂(lè)信號(hào)中的噪聲。使用在音頻信號(hào)峰值以上固定設(shè)置的門限值檢測(cè)噪聲及根據(jù)噪聲前后的采樣值執(zhí)行內(nèi)插以填充噪聲是公知的。缺點(diǎn)是噪聲沒(méi)有比峰值信號(hào)還大的幅度則發(fā)現(xiàn)不了,而內(nèi)插是一種高復(fù)雜性過(guò)程并限于最大噪聲密度。本發(fā)明規(guī)定由自適應(yīng)濾波(AF)確定誤差信號(hào)(e
文檔編號(hào)G11B20/24GK1204124SQ9810931
公開(kāi)日1999年1月6日 申請(qǐng)日期1998年5月27日 優(yōu)先權(quán)日1997年6月26日
發(fā)明者伊莫爾·瓦爾加 申請(qǐng)人:德國(guó)湯姆遜-布朗特公司