生成和控制用于音頻信號的數字混響的方法和系統技術方案

本發明專利技術提供了一種數字音頻信號處理系統，該系統包括一組延遲線以及全通和低通濾波器來實現混響效果。本發明專利技術還提供了一種產生和控制音頻信號的數字混響的方法。生成的混響在時域內將具有增加的回聲密度，且高頻信號比低頻信號衰減得更快。通過提取真實環境特性實現了混響生成的控制機制。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術一般涉及數字音頻信號處理技術，更具體地，涉及數字音頻信號處理方法和具有用于生成和控制音頻信號的人工混響的混響設備的系統，其中，該混響設備具有統一結構，并生成具有從真實環境提取出來的特性的人工混響。
技術介紹
人工混響技術常用于單調的音頻內容，以模擬在真實環境中的效果。在許多應用(如頭戴式受話器和揚聲器回放)中，添加人工混響來使聽眾產生置身于真實環境之中的感覺。本質上，混響是源于真實環境中(如在房間內)的各種反射的回聲。產生混響的理想方法是將音頻信號與期望環境的脈沖響應進行卷積。在實際中，這種方法的計算量很大。在數字信號處理應用中，需要占用巨大的計算和存儲資源來實施該方法。為降低成本，美國專利5317104公開了一種電子聲音處理器，該處理器通過將隨機的白噪聲與單調音頻信號進行卷積來模擬混響的后期部分而創建混響。已提出一些方法來模擬精確的混響效果，或僅創建顯著的信號。大多數算法使用具有延遲線的反饋回路，有時還結合了全通濾波器。美國專利4181820公開了一種電子混響裝置，該裝置包括多個具有不同延遲時間的回路，并適于形成強度逐漸減弱的聲音重復，其中，這些回路設有抽頭，且各抽頭均具有與之相關的特定的延遲時間。美國專利5621801公開了一種混響效果提供系統，該系統包括多個具有信號延遲線和反饋回路的梳狀濾波器，其中，上述反饋回路用于對來自延遲線的經過延遲的信號進行濾波，并將濾波后的信號以可變的回路增益反饋至輸入側。這種反饋系統的缺點在于，它們將形成共振，從而造成聲染色。在某些算法中，通過相移或時變延遲線克服了這些問題，但這些算法又引入了某些不希望的變調效果。參見美國專利4955057、5740716。某些方法僅使用延遲線和前饋回路，并在延遲線的不同位置處設置抽頭。參見美國專利5555306。某些其他算法將混響分成前期部分和后期部分，并分別獨立地生成這些部分。參見美國專利5040219、5146507。這將導致邊界處回聲密度的突然增加，而在自然環境中不是這樣的。
技術實現思路
因此，本專利技術的一個方面提供了一種混響發生器，該發生器用于在數字音頻信號處理系統中生成數字音頻信號輸入的混響，以模擬真實環境。在一個實施例中，該混響發生器包括用于接收所述數字音頻信號輸入的輸入裝置；用于生成包含所述數字音頻信號輸入和混響的數字音頻信號輸出的求和裝置；電子地連接到所述輸入裝置和求和裝置的數字音頻信號直接路徑，用于直接發送所述數字音頻信號輸入；多個以級聯方式配置的用于產生混響的前饋回路；其中，所有前饋回路的輸出均電子地連接到所述求和裝置；其中，第一前饋回路電子地連接到所述輸入裝置，以接收所述輸入；且所述第一前饋回路的輸出饋入所述求和裝置，同時作為輸入饋入第二前饋回路；且其中所述第二前饋回路的輸出饋入所述求和裝置和第三前饋回路，依此類推；從而，所述多個前饋回路生成了與所述數字音頻信號輸入結合來產生模擬真實環境的所述數字音頻信號輸出的所述混響。本專利技術的另一個方面提供了一種用于為數字音頻信號輸入生成和控制模擬真實環境的混響的數字音頻信號處理系統。在一個實施例中，該數字音頻信號處理系統包括數字I/O接口，用于輸入和輸出數字音頻信號；電子地連接到該數字I/O接口的控制單元，用于接收數字音頻輸入信號；以及如上所述的電子地連接到控制單元的混響發生器；其中，控制單元提取真實環境中的數字音頻信號的混響特性；其中，該提取的混響特性將控制混響發生器的配置，以生成數字音頻輸入信號的混響來模擬真實環境。在另一個實施例中，控制單元提取以下混響特性最終回聲密度、建立回聲密度的速率、回聲的總能級的衰減速率以及高頻信號和低頻信號的差動衰減速率。本專利技術的又一個方面提供了一種產品，該產品能生成數字音頻信號的混響來模擬真實環境。該產品包括計算機可讀介質，該介質具有用于存儲文件和程序的存儲域，以及使得所述產品能執行所述計算機程序的計算機可執行域；如上所述的數字音頻信號處理系統，用于為數字音頻信號輸入生成和控制模擬真實環境的混響，其中，該數字音頻信號處理系統包含在上述計算機可讀介質中。在另一個實施例中，該產品包括MP3播放器、手機、便攜式播放器、TV、DVD播放器，等等。本專利技術的又一個方面提供了一種用于為數字音頻信號生成混響來模擬真實環境的方法。在一個實施例中，該方法包括以下操作提取數字音頻信號在真實環境中的混響特性；將該提取的混響特性轉換成用于具有多個以級聯方式配置的前饋回路的混響發生器的控制參數；使用上述控制參數控制所述混響發生器來生成所述混響。本專利技術的一個或多個方面的各種實施例包括上述各前饋回路包含增益、延遲線、全通濾波器和低通濾波器。上述全通濾波器包括輸入加法器，用于將全通濾波器的輸入和來自延遲線的反饋進行累加，其中，在功能配置上，上述延遲線處于上述輸入加法器的下游；具有反饋放大器(-a)的反饋回路，用于將上述延遲線的輸出作為至上述輸入加法器的上述反饋；具有放大器(a)的前饋回路，該回路電子地連接到上述輸入加法器；輸出加法器，用于將來自所述延遲線和所述前饋回路的輸出進行累加。上述放大器的-a和a的值處于0.6和0.7之間。第一全通濾波器中的延遲線長度最好等于第一回聲和第二回聲之間的延遲時間。所有延遲線和全通濾波器的長度最好為素數。除第一全通濾波器外的所述全通濾波器中的延遲線長度按以下等式計算APn+1≈APn*y其中，APn表示第n全通濾波器中的延遲線長度；y表示環境系數；且y的值處于1.1至1.5之間。上述第一回路中的延遲線最好等于直接信號和該信號的第一回聲之間的遲延時間。除上述第一回路外的任何回路中的延遲線長度按以下等式計算DLn+1≈DLn*x其中，DLn表示第n回路中的延遲線長度；x表示環境系數；且x的值處于1.1至1.5之間。最好通過數字信號處理中的環形緩沖器來實現上述前饋回路和全通濾波器中使用的延遲線。上述增益按以下等式計算G1=dEdt*DL1]]>Gn+1=GndEdt*DLn+1]]>其中，Gn表示第n回路的增益，且DLn表示第n回路中的延遲線長度。上述第一回路的增益值在0.2至0.5之間變化；且隨后各回路中的增益值在1至2之間變化。上述低通濾波器以FIR和IIR濾波器為佳，一階IIR濾波器更好。通過閱讀結合附圖的關于優選實施例的以下詳細說明，可以清楚地理解本專利技術的這些和其他目標、優點。附圖說明現在，將結合附圖描述本專利技術的優選實施例，在這些附圖中，相似的附圖標記表示相似的元件圖1的示意框圖示出了典型的數字音頻信號處理器的部件。圖2示出了真實環境中的音頻信號的典型幅值響應。圖3的功能框圖示出了根據本專利技術的一個實施例的數字音頻信號處理系統的混響生成過程的控制機制。圖4的電路框圖示出了在根據本專利技術的一個實施例的、用于生成混響的數字音頻信號處理器中使用的全通濾波器。圖5的電路框圖示出了在根據本專利技術的一個實施例的數字音頻信號處理系統中使用的混響發生器。圖6是一種電子音頻設備的功能圖，該圖示出了根據本專利技術的一個實施例的數字音頻信號處理器的應用。圖7是根據本專利技術的一個實施例的為數字音頻信號生成混響的流程圖。具體實施例方式通過參考以下關于本專利技術的某些實施例的詳細描述，可以更容易地理解本專利技術。已通過引用將一些出版物的全部內容包含于本文本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種混響發生器，用于在數字音頻信號處理系統中生成數字音頻信號輸入的混響，以模擬真實環境，該混響發生器包括：　　　　用于接收所述數字音頻信號輸入的輸入裝置；　　　　用于生成包含所述數字音頻信號輸入和混響的數字音頻信號輸出的求和裝置；　　　　電子地連接到所述輸入裝置和求和裝置的數字音頻信號直接路徑，用于直接發送所述數字音頻信號輸入；　　　　多個以級聯方式配置的用于產生混響的前饋回路；其中，所有前饋回路的輸出均電子地連接到所述求和裝置；其中，第一前饋回路電子地連接到所述輸入裝置，以接收所述輸入；且所述第一前饋回路的輸出饋入所述求和裝置，同時作為輸入饋入第二前饋回路；且其中所述第二前饋回路的輸出饋入所述求和裝置和第三前饋回路，依此類推；從而，所述多個前饋回路生成了與所述數字音頻信號輸入結合來產生模擬真實環境的所述數字音頻信號輸出的所述混響。

【技術特征摘要】
SG 2006-2-14 200600974-01.一種混響發生器，用于在數字音頻信號處理系統中生成數字音頻信號輸入的混響，以模擬真實環境，該混響發生器包括用于接收所述數字音頻信號輸入的輸入裝置；用于生成包含所述數字音頻信號輸入和混響的數字音頻信號輸出的求和裝置；電子地連接到所述輸入裝置和求和裝置的數字音頻信號直接路徑，用于直接發送所述數字音頻信號輸入；多個以級聯方式配置的用于產生混響的前饋回路；其中，所有前饋回路的輸出均電子地連接到所述求和裝置；其中，第一前饋回路電子地連接到所述輸入裝置，以接收所述輸入；且所述第一前饋回路的輸出饋入所述求和裝置，同時作為輸入饋入第二前饋回路；且其中所述第二前饋回路的輸出饋入所述求和裝置和第三前饋回路，依此類推；從而，所述多個前饋回路生成了與所述數字音頻信號輸入結合來產生模擬真實環境的所述數字音頻信號輸出的所述混響。2.根據權利要求1所述的混響發生器，其中，各前饋回路包含增益、延遲線、全通濾波器和低通濾波器。3.根據權利要求2所述的混響發生器，其中，所述全通濾波器包括輸入加法器，用于將所述全通濾波器的輸入和來自延遲線的反饋進行累加，其中，在功能配置上，所述延遲線處于所述輸入加法器的下游；具有反饋放大器(-a)的反饋回路，用于將所述延遲線的輸出作為至所述輸入加法器的所述反饋；具有放大器(a)的前饋回路，該回路電子地連接到所述輸入加法器；輸出加法器，用于將來自所述延遲線和所述前饋回路的輸出進行累加。4.根據權利要求3所述的混響發生器，其中，所述放大器的-a和a的值處于0.6和0.7之間。5.根據權利要求3所述的混響發生器，其中，第一全通濾波器中的延遲線長度最好等于第一回聲和第二回聲之間的延遲時間。6.根據權利要求3所述的混響發生器，其中，所有延遲線和全通濾波器的長度最好為素數。7.根據權利要求3所述的混響發生器，其中，除第一全通濾波器外的所述全通濾波器中的延遲線長度按以下等式計算APn+1≈APn*y其中，APn表示第n全通濾波器中的延遲線長度；y表示環境系數；且y的值處于1.1至1.5之間。8.根據權利要求2所述的混響發生器，其中，所述第一回路中的延遲線最好等于直接信號和該信號的第一回聲之間的遲延時間。9.根據權利要求8所述的混響發生器，其中，除所述第一回路外的任何回路中的延遲線長度按以下等式計算DLn+1≈DLn*x其中，DLn表示第n回路中的延遲線長度；x表示環境系數；且x的值處于1.1至1.5之間。10.根據權利要求3所述的混響發生器，其中，最好通過數字信號處理中的環形緩沖器來實現所述前饋回路和全通濾波器中使用的延遲線。11.根據權利要求2所述的混響發生器，其中，所述增益按以下等式計算G1=dEdt*DL1]]>Gn+1=GndEdt*DLn+1]]>其中，Gn表示第n回路的增益，且DLn表示第n回路中的延遲線長度。12.根據權利要求11所述的混響發生器，其中，所述第一回路的增益值在0.2至0.5之間變化；且隨后各回路中的增益值在1至2之間變化。13.根據權利要求3所述的混響發生器，其中，所述低通濾波器以FIR和IIR濾波器為佳，一階IIR濾波器更好。14.一種數字音頻信號處理系統，用于為數字音頻信號輸入生成和控制模擬真實環境的混響，該系統包括數字I/O接口，用于輸入和輸出數字音頻信號；電子地連接到用于接收所述數字音頻信號輸入的所述數字I/O接口的控制單元；電子地連接到所述控制單元的混響發生器；其中，所述控制單元提取所述真實環境的數字音頻信號的混響特性；且其中所述提取的混響特性將控制所述混響發生器的配置，以便為所述數字音頻信號輸入生成所述混響，以模擬所述真實環境。15.根據權利要求14所述的數字音頻信號處理系統，其中，所述控制單元提取以下混響特性最終回聲密度、建立回聲密度的速率、回聲的總能級的衰減速率以及高頻信號和低頻信號的差動衰減速率。16.根據權利要求15所述的數字音頻信號處理系統，其中，所述混響發生器包括用于接收所述數字音頻信號輸入的輸入裝置；用于生成包含所述數字音頻信號輸入和混響的數字音頻信號輸出的求和裝置；電子地連接到所述輸入裝置和求和裝置的數字音頻信號直接路徑，用于直接發送所述數字音頻信號輸入；多個以級聯方式配置的用于產生混響的前饋回路；其中，所有前饋回路的輸出均電子地連接到所述求和裝置；其中，第一前饋回路電子地連接到所述輸入裝置，以接收所述輸入；且所述第一前饋回路的輸出饋入所述求和裝置，同時作為輸入饋入第二前饋回路；且其中所述第二前饋回路的輸出饋入所述求和裝置和第三前饋回路，依此類推；從而，所述多個前饋回路生成了與所述數字音頻信號輸入結合來產生模擬真實環境的所述數字音頻信號輸出的所述混響。17.根據權利要求16所述的數字音頻信號處理系統，其中，各前饋回路包含增益、延遲線、全通濾波器和低通濾波器。18.根據權利要求17所述的數字音頻信號處理系統，其中，所述全通濾波器包括輸入加法器，用于將所述全通濾波器的輸入和來自延遲線的反饋進行累加，其中，在功能配置上，所述延遲線處于所述輸入加法器的下游；具有反饋放大器(-a)的反饋回路，用于將所述延遲線的輸出作為至所述輸入加法器的所述反饋；具有放大器(a)的前饋回路，該回路電子地連接到所述輸入加法器；輸出加法器，用于將來自所述延遲線和所述前饋回路的輸出進行累加。19.根據權利要求18所述的數字音頻信號處理系統，其中，所述放大器的-a和a的值處于0.6和0.7之間。20.根據權利要求18所述的數字音頻信號處理系統，第一全通濾波器中的延遲線長度最好等于第一回聲和第二回聲之間的延遲時間。21.根據權利要求18所述的數字音頻信號處理系統，其中，所有延遲線和全通濾波器的長度最好為素數。22.根據權利要求18所述的數字音頻信號處理系統，其中，除第一全通濾波器外的所述全通濾波器中的延遲線長度按以下等式計算APn+1≈APn*y其中，APn表示第n全通濾波器中的延遲線長度；y表示環境系數；且y的值處于1.1至1.5之間。23.根據權利要求17所述的數字音頻信號處理系統，其中，所述第一回路中的延遲線最好等于直接信號和該信號的第一回聲之間的遲延時間。24.根據權利要求17所述的數字音頻信號處理系統，其中，除所述第一回路外的任何回路中的延遲線長度按以下等式計算DLn+1≈DLn*x其中，DLn表示第n回路中的延遲線長度；x表示環境系數；且x的值處于1.1至1.5之間。25.根據權利要求17所述的數字音頻信號處理系統，其中，最好通過數字信號處理中的環形緩沖器來實現所述前饋回路和全通濾波器中使用的延遲線。26.根據權利要求17所述的數字音頻信號處理系統，其中，所述增益按以下等式計算G1=dEdt*DL1]]>Gn+1=GndEdt*DLn+1]]>其中，Gn表示第n回路的增益，且DLn表示第n回路中的延遲線長度。27.根據權利要求17所述的數字音頻信號處理系統，其中，所述第一回路的增益值在0.2至0.5之間變化；且隨后各回路中的增益值在1至2之間變化。28.根據權利要求17所述的數字音頻信號處理系統，其中，所述低通濾波器以FIR和IIR濾波器為佳，一階IIR濾波器更好。29.根據權利要求17所述的數字音頻信號處理系統，其中，所述混響特性按以下方式控制所述混響發生器最終回聲密度決定了前饋回路的數目；建立回聲密度的速率決定了延遲線的延遲長度；回聲的總能級衰減速率決定了各回路中的增益；且高頻信號和低頻信號的差動衰減速率決定了低通濾波器的截止頻率和滾降速率。30.一種能為數字音頻信號生成混響來模擬真實環境的產品，包括計算機可讀介質，該介...

【專利技術屬性】
技術研發人員：吳元，S喬治，
申請(專利權)人：意法半導體亞太私人有限公司，
類型：發明
國別省市：SG[新加坡]