專利名稱：對解碼立體聲信號進行立體聲增強的音頻系統(tǒng)和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種對解碼立體聲信號進行立體聲增強的音頻系統(tǒng)和一種對解碼立體聲信號進行立體聲增強的方法。
立體聲質(zhì)量的音頻信號通常被后處理以便改善用戶的聲學(xué)印象。后處理可以提高3維印象或音頻信號的深度，或者它可以獲得音頻信號的擴展。
當(dāng)使用互聯(lián)網(wǎng)在計算機之間交換歌曲時，這些歌曲被常規(guī)地編碼以便產(chǎn)生壓縮的音頻信號。在這方面，編碼音頻格式(諸如MP3、WMA或AAC)如今是非常普遍的。編碼信號必須被解碼才能夠聽到。這意味著解碼立體聲信號總是被后處理。
由于音頻信號的編碼和解碼伴隨著損耗，使得解碼信號包含的信息比原始信號要少，因此解碼信號的后處理通常伴隨著具體源于編碼程序損耗的聽得見的人工噪聲(artefact)。
PHNL020597公開了一種用于后處理音頻信號的音頻系統(tǒng)，其檢測后處理后聽得見的噪聲，并且意在通過調(diào)整后處理的程度來防止聽到該噪聲。該方法的缺點在于，后處理不能完全進行，導(dǎo)致音頻信號的質(zhì)量不會變得像期望的那么好。
本發(fā)明的目的是提供一種對解碼立體聲信號進行立體聲增強的音頻系統(tǒng)和方法，其中，可以沒有任何限制地進行任意的立體聲增強，而且也不會產(chǎn)生聽得見的人工噪聲。
根據(jù)本發(fā)明，通過提供獨立權(quán)利要求中限定的特征來實現(xiàn)上述目的。根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施例另外包括從屬權(quán)利要求的特征。
本發(fā)明依據(jù)以下概念在許多情況下，立體聲信號并不是以立體聲信號的左聲道(L)和右聲道(R)被編碼或解碼的方式被編碼并且隨后被解碼。代替地，大多數(shù)編解碼器使用立體聲信號的其他表示。通常，編碼器的立體聲輸入被分割成不同于左聲道和右聲道的第一單聲道信號和第二單聲道信號。該第一單聲道信號和第二單聲道信號在編碼器內(nèi)被單獨地編碼，然后輸出編碼的立體聲信號。相應(yīng)地，解碼器接收編碼的立體聲信號，產(chǎn)生解碼的第一信號和解碼的第二信號，并輸出解碼的立體聲信號。
作為實例，可以以中/側(cè)格式表示立體聲信號，其可以用下面的等式表示S=L-R2]]>M=L+R2]]>因此，編碼器在內(nèi)部產(chǎn)生S和M，單獨地編碼S和M，然后輸出編碼的立體聲信號。相應(yīng)地，解碼器在內(nèi)部單獨解碼S和M，并輸出解碼的立體聲信號。這個方法的隱含原因是通過該方法可以在編碼過程中獲得更高的質(zhì)量。
在下面，說明常常涉及編碼器和解碼器利用中/側(cè)表示的情況。在這種情況下，第一單聲道信號是S-信號，以及第二單聲道信號是M-信號。但是應(yīng)該強調(diào)的是這僅僅是特別的情況，并且本發(fā)明并不限于這種表示。例如，也可以是解碼器和編碼器執(zhí)行一個聲道立體聲編碼/解碼。
將立體聲增強施加于解碼立體聲信號會導(dǎo)致聽得見的人工噪聲，其來源于以下事實解碼信號和原始信號包含不同量的信息。更具體而言，許多人工噪聲的起源僅在于解碼的S-信號中。那么立體聲增強就是人工噪聲變得聽得見的原因。
一種建議來克服由于解碼的立體聲信號的立體聲增強而帶來的聽得見的人工噪聲問題的音頻系統(tǒng)，首先包括立體聲信號A可傳遞到的立體聲增強器。該立體聲增強器被設(shè)置用于輸出修改的立體聲信號A’。
此外，該音頻系統(tǒng)包括人工噪聲去除器，其被設(shè)置用于接收立體聲信號A，并被設(shè)置用于接收修改的立體聲信號A’。該人工噪聲去除器確定立體聲信號A的參數(shù)P的值E1，并確定修改的立體聲信號A’的相同參數(shù)P的值E2。該人工噪聲去除器然后通過使用參數(shù)P的兩個值E1和E2輸出沒有人工噪聲的立體聲信號A”。
以這樣的方式選擇參數(shù)P由人工噪聲去除器確定的兩個值E1和E2可以用來計算第二參數(shù)P’的值E3，第二參數(shù)P’表示對修改的立體聲信號A’進行的立體聲增強。
對于本發(fā)明，可以選擇任意的立體聲增強器。在許多情況下，這種立體聲增強器被設(shè)置用于將輸入立體聲信號A分割為如上所述的S-信號和M-信號。然后，該立體聲增強器修改S并可能修改M以便改善立體聲信號A的聲學(xué)特征，并輸出修改的立體聲信號A’。在最簡單的情況下，S經(jīng)受線性增益的處理。在這種情況下，第二參數(shù)P’可以被選擇為S所經(jīng)受的增益。
為了考慮這個，人工噪聲去除器優(yōu)選地被設(shè)置用于將立體聲信號A分解為第一單聲道信號S和第二單聲道信號M，并且被相應(yīng)地設(shè)置用于將被修改的立體聲信號A’分解為第一單聲道信號S’和第二單聲道信號M’。
參數(shù)P可以被選擇成為在預(yù)定頻率范圍內(nèi)所有頻率的第一單聲道信號的能量。如果人工噪聲去除器將立體聲信號A分割為第一單聲道信號S和第二單聲道信號M，那么參數(shù)P可以被選擇為在預(yù)定頻率范圍內(nèi)所有頻率的第一單聲道信號S的能量。在這個意義上，預(yù)定頻率范圍還可以表示高于預(yù)定閾值頻率的所有頻率。
如果參數(shù)P被選擇是這樣的能量，那么立體聲信號A的第一單聲道信號S的能量值可以是E1，以及修改的立體聲信號A’的第一單聲道信號S’的能量值可以是E2。在這種情況下，比率E2/E1表示第二參數(shù)P’的值E3。P’是對修改的立體聲信號A’進行的立體聲增強的特性。該原因在于P’表示被立體聲增強器已經(jīng)施加到在上述預(yù)定頻率范圍內(nèi)的第一單聲道信號S的所有頻率的增益，并且E3是該增益的值。
雖然上述解釋僅僅指的是單個頻率范圍，但是也可以限定多個頻率范圍。在這種情況下，相應(yīng)信號的頻譜被分割為多個頻率范圍。對于每個頻率范圍，確定相應(yīng)信號的能量。在這種情況下，可以考慮這樣的情況，其中已經(jīng)被施加于第一單聲道信號S’的增益對于所有頻率并不是恒定的，而是與頻率相關(guān)。這允許更精確地確定增益并產(chǎn)生更好的聲學(xué)印象。
為了確定上述能量，人工噪聲去除器包括兩個單元，其被設(shè)置用于確定在預(yù)定頻率范圍內(nèi)并且例如高于預(yù)定閾值頻率的相應(yīng)信號的所有頻率的能量。該能量確定單元可以是RMS塊(均方根)，或者與這種RMS塊等效的設(shè)備。
試驗已經(jīng)表明通過使用具有在大約4kHz和大約8kHz之間的值的閾值頻率可以獲得好的結(jié)果。
由于第一參數(shù)P的值E1和E2使得可以計算第二參數(shù)P’的值E3，因此第二參數(shù)P’是對立體聲信號A’進行的立體聲增強的特性。通過使用該參數(shù)P’的值E3，或者換句話說通過使用由第一能量確定單元獲得的值E1和由第二能量確定單元獲得的值E2，對于人工噪聲去除器來說可以產(chǎn)生沒有人工噪聲的立體聲信號A”。
如果對于預(yù)定頻率范圍內(nèi)的所有頻率已經(jīng)通過立體聲增強器將增益，例如線性增益，施加于第一單聲道信號S，那么人工噪聲去除器可以使用衰減器使在相同頻率范圍內(nèi)的第一單聲道信號S’的所有頻率衰減一個系數(shù)。該系數(shù)被選擇為比率E2/E1。該方法可以通過向第一單聲道信號S’的相同頻率施加合適的衰減來補償施加于第一單聲道信號S的預(yù)定頻率范圍的所有頻率的增益。如果例如已經(jīng)通過立體聲增強器將5dB的增益施加到第一單聲道信號S的該頻率范圍，那么修改的第一單聲道信號S’的該頻率范圍被衰減了-5dB。作為最終結(jié)果，第一單聲道信號S的頻率范圍一點也沒有改變，這避免了人工噪聲的暴露(unmasking)。
衰減器可以被選擇為傾斜濾波器(shelving filter)，其向第一單聲道信號S的所有頻率直到閾值頻率施加了單一的線性增益，并且其在閾值頻率處具有相應(yīng)的增益下降。
通過參考下文中說明的實施例，本發(fā)明的這些和其他方面將變得明顯并將被闡明。


圖1示出了對S施加線性增益的現(xiàn)有技術(shù)中已知的立體聲增強器。
圖2是一般的解決方案的框圖。
圖3是人工噪聲去除器的詳細框圖。
圖4是沒有人工噪聲的立體聲增強器的框圖。
圖1示出了根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的立體聲增強器1。解碼器6輸出立體聲音頻信號A，其用作分割單元7的輸入。在分割單元7中，立體聲信號A被分割為中/側(cè)信號，即信號S和信號M。信號S經(jīng)受線性增益G的處理，而信號M不被放大。第二分割單元7’重新組合被放大的S-信號和M-信號以便產(chǎn)生修改的立體聲音頻信號A’，其被發(fā)送到輸出3，其可以連接到例如揚聲器、存儲設(shè)備等等。
圖2示出了說明本發(fā)明的一般概念的框圖。解碼的立體聲信號A被傳輸?shù)搅Ⅲw聲增強器1。立體聲增強器1包括分割單元7(未示出)以便產(chǎn)生兩個單聲道信號S和M。只有其中一個單聲道信號被修改，由此立體聲輸出信號A’由未改變的單聲道信號M和修改的單聲道信號S’構(gòu)成。
人工噪聲去除器2具有兩個輸入一個輸入是修改的立體聲信號A’，第二個輸入是立體聲信號A。人工噪聲去除器2確定預(yù)定參數(shù)P的兩個值E1和E2立體聲信號A的值E1，以及修改的立體聲信號A’的值E2。這兩個值E1和E2被人工噪聲去除器2用來產(chǎn)生沒有人工噪聲的立體聲信號A”。該音頻系統(tǒng)具有輸出3，在此輸出A”。
圖3是人工噪聲去除器2的詳細框圖。解碼的立體聲信號A用作分割單元7”的輸入。立體聲信號A之前沒有經(jīng)歷過立體聲增強過程。分割單元7”將立體聲信號A分割成M-信號和S-信號。分割單元7”輸出S-信號。分割單元7”產(chǎn)生的M-信號不被用于產(chǎn)生沒有人工噪聲的立體聲信號的目的，并因此對于以下的討論沒有意義。
之前已經(jīng)被立體聲增強的解碼的立體聲信號A’(未示出)用作分割單元7的輸入。它產(chǎn)生具有聽得見的人工噪聲的信號S’。此外，它產(chǎn)生被直接饋送到單元7’的M-信號，其重新組合M-信號和相應(yīng)的信號S”，下面將對此進行解釋。
由分割單元7和7”產(chǎn)生的S-信號S’和S均被饋送到相同的高通濾波器8’和8。這些濾波器8，8’均具有6kHz的閾值頻率。然后，兩個S-信號被RMS塊4和4’分析。
RMS塊4針對高于6kHz的閾值頻率的所有頻率確定立體聲增強信號S’的能量E2。相應(yīng)地，RMS塊4’針對高于相同的6kHz的閾值頻率的所有頻率確定從立體聲信號A產(chǎn)生的信號S的能量E1。
比較單元9比較兩個值E1和E2以便計算表示立體聲信號A’所經(jīng)歷的立體聲增強過程的另一參數(shù)P’的值E3。在這種情況下，E3等于比率E2/E1，其表示通過立體聲增強器施加于信號A的增益?？梢杂嬎惚嚷蔈2/E1以確定通過衰減器5衰減信號S’所需的衰減。衰減器5產(chǎn)生衰減的S-信號S”。
在通過衰減器5的衰減之后的最終結(jié)果是解碼的立體聲信號的信號S對高于6kHz的所有頻率與信號S”相同。這確保了對S-信號的放大不會導(dǎo)致暴露人工噪聲使得它們可聽得見。
可以添加可選的高音補償單元10，對于其借助增益G放大S’。作為立體聲系統(tǒng)的一部分的高音補償單元10具有輸出3用于沒有人工噪聲的立體聲信號A”，其由未改變的M-信號和S”構(gòu)成。
圖4是對應(yīng)于圖1的沒有人工噪聲的立體聲增強器1的框圖。解碼器6輸出立體聲信號A，其被饋送到立體聲增強器1。立體聲增強器1包括分割單元7’以便產(chǎn)生兩個單聲道信號M和S。代替對S施加線性增益，該單聲道信號被饋送到傾斜濾波器11。該濾波器11對低于閾值頻率的所有頻率施加線性增益，其在這種情況下是6kHz。此外，濾波器11顯示了對高于閾值頻率的頻率的放大的急劇下降。第二分割單元7’使用單聲道信號S’和M以便對輸出3產(chǎn)生沒有人工噪聲的立體聲信號A’。
參考數(shù)字列表1立體聲增強器2人工噪聲去除器3輸出4能量確定單元5衰減器6解碼器7分割單元8高通濾波器9比較單元10高音補償單元11立體聲增強傾斜濾波器A解碼的立體聲信號A’修改的立體聲信號S音頻信號A可以分解成的第一單聲道信號M音頻信號A可以分解成的第二單聲道信號S’音頻信號A’可以分解成的第一單聲道信號M’音頻信號A’可以分解成的第二單聲道信號G增益
權(quán)利要求
1.用于對解碼的立體聲信號進行立體聲增強的音頻系統(tǒng)，包括-立體聲增強器(1)，立體聲信號(A)可傳遞到該立體聲增強器，-該立體聲增強器(1)被設(shè)置用于輸出修改的立體聲信號(A’)，-人工噪聲去除器(2)，其被設(shè)置用于接收立體聲信號(A)并接收修改的立體聲信號(A’)，-該人工噪聲去除器(2)被設(shè)置用于確定立體聲信號(A)的參數(shù)的值(E1)，并確定修改的立體聲信號(A’)的相同參數(shù)的值(E2)，-該人工噪聲去除器(2)被設(shè)置用于通過使用該參數(shù)的兩個值(E1，E2)輸出沒有人工噪聲的立體聲信號(A”)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的音頻系統(tǒng)，其特征在于，人工噪聲去除器(2)被設(shè)置用于將第一立體聲信號(A)分解為第一單聲道信號(S)和第二單聲道信號(M)，并被設(shè)置用于將修改的立體聲信號(A’)分解為第一單聲道信號(S’)和第二單聲道信號(M’)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2的音頻系統(tǒng)，其特征在于，該參數(shù)的值(E1，E2)是由立體聲信號(A)的第一單聲道信號(S)和修改的立體聲信號(A’)的第一單聲道信號(S’)確定的。
4.根據(jù)權(quán)利要求2或3的音頻系統(tǒng)，其特征在于，該參數(shù)是對于預(yù)定頻率范圍內(nèi)所有頻率的第一單聲道信號(S，S’)的能量。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-4中的一項的音頻系統(tǒng)，其特征在于，人工噪聲去除器(2)包括被設(shè)置用于對于高于預(yù)定閾值頻率(TF)的頻率確定立體聲信號(A)的能量(E1)的第一單元(4)，和被設(shè)置用于對于高于相同閾值頻率(TF)的頻率確定修改的立體聲信號(A’)的能量(E2)的第二單元(4’)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5的音頻系統(tǒng)，其特征在于，閾值頻率(TF)具有在大約4kHz和大約8kHz之間的值。
7.根據(jù)權(quán)利要求1-6中的一項的音頻系統(tǒng)，其特征在于，人工噪聲去除器(2)包括衰減器(5)，用于將預(yù)定頻率范圍內(nèi)修改的立體聲信號(A’)的所有頻率衰減一個系數(shù)，該系數(shù)是值(E2)和值(E1)的比率。
8.根據(jù)權(quán)利要求7的音頻系統(tǒng)，其特征在于，衰減器(5)是傾斜濾波器。
9.用于對解碼的立體聲信號進行立體聲增強的方法，包括下列步驟a)對立體聲信號(A)進行立體聲增強，并由此產(chǎn)生修改的立體聲信號(A’)，b)確定預(yù)定參數(shù)的兩個值(E1，E2)，b1)第一值(E1)是通過由立體聲信號(A)確定該參數(shù)而獲得的，b2)第二值(E2)是通過由修改的立體聲信號(A’)確定相同的參數(shù)而獲得的，c)通過使用該參數(shù)的第一值(E1)和第二值(E2)產(chǎn)生沒有人工噪聲的立體聲信號(A”)。
10.根據(jù)權(quán)利要求9的方法，其特征在于，人工噪聲去除器(2)將立體聲信號(A)分解為第一單聲道信號(S)和第二單聲道信號(M)，并將修改的立體聲信號(A’)分解為第一單聲道信號(S’)和第二單聲道信號(M’)。
11.根據(jù)權(quán)利要求10的方法，其特征在于，該參數(shù)的值(E1，E2)是由立體聲信號(A)的第一單聲道信號(S)和修改的立體聲信號(A’)的第一單聲道信號(S’)確定的。
12.根據(jù)權(quán)利要求9-11中的一項的方法，其特征在于，對于預(yù)定頻率范圍內(nèi)的所有頻率該參數(shù)被選擇為第一單聲道信號(S，S’)的能量。
13.根據(jù)權(quán)利要求9-12中的一項的方法，其特征在于，高于預(yù)定閾值頻率(TF)的修改的立體聲信號(A’)的第一單聲道信號(S’)的所有頻率被衰減了一個系數(shù)，該系數(shù)是第二能量(E2)和第一能量(E1)的比率。
14.根據(jù)權(quán)利要求13的方法，其特征在于，大約4kHz到大約8kHz的閾值頻率以上的修改的立體聲信號(A’)的所有頻率被衰減了。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種對解碼的立體聲信號進行立體聲增強的音頻系統(tǒng)和方法。當(dāng)對解碼的立體聲信號進行立體聲增強時，人工噪聲可能被暴露并由此能夠被聽得到。本發(fā)明試圖達到這樣的目的，即可以沒有限制地對解碼的立體聲信號進行立體聲增強并且沒有能夠聽得到的人工噪聲。據(jù)建議，立體聲信號的頻率范圍被限定，其中由于立體聲增強人工噪聲可能暴露。施加于構(gòu)成立體聲信號的總共兩個單聲道信號的第一個(該第一個信號可以是中/側(cè)表示中的S－信號)的放大由人工噪聲去除器確定。這可以在上述頻率范圍內(nèi)衰減第一單聲道信號S。作為最終結(jié)果，在該頻率范圍內(nèi)第一單聲道信號S沒有被放大，因此人工噪聲沒有暴露。
文檔編號H04S1/00GK1954641SQ200580015866
公開日2007年4月25日 申請日期2005年5月10日 優(yōu)先權(quán)日2004年5月17日
發(fā)明者C·M·馬考爾斯 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司