CN101785182A - 网络音频处理器 - Google Patents

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Abstract

一种用于增强音频内容可理解性的音频电路及关联方法，包括：第一装置，用于接收重现的音频内容；麦克风，用于根据环境噪声提供麦克风输出信号；第二装置，用于在重现的音频内容信号被关闭时使能麦克风输出信号，并在重现的音频内容信号被开启时禁止所述麦克风输出信号；以及信号处理器，该信号处理器与第一和第二装置通信。信号处理器将变换函数应用于重现的音频内容信号，以便随麦克风输出信号幅度的增大而增大对重现音频内容的增益，并且随麦克风输出信号幅度的减小，而减小对重现音频内容信号的增益，并且将均衡曲线应用于音频内容，以提升音域中增强共鸣感觉的频率，从而提高语音可理解性。

Description

网络音频处理器
交叉引用相关申请
本申请要求2007年8月16日提交的、序号为No.60964978的美国临时专利申请“网络音频处理器”的权益，其在此全部被引入作为参考。
技术领域
本发明一般涉及音频处理，并且尤其涉及一种控制网络音频环境中的音频级的方法和设备。
背景技术
在扬声器系统设计和实施领域中，许多因素都在以下方面起决定性作用：例如确定要使用什么类型扬声器、扬声器应该多大、扬声器应该具有什么频率响应等等。比这些因素更重要的因素之一是扬声器必须工作的环境。具体地说，必须考虑扬声器工作区周围的环境噪声的频率和大小。
当今常规扬声器用于，例如在商业和零售商店环境呈现音频或音频/视频广告，在这些环境中，环境噪声级可能随时间而大幅度改变。在音频领域中，众所周知，在这种环境下由音频内容信号重现的语音或音乐声的可理解性强烈地受重现声音音量与环境噪声音量之比的影响。因此，可以以这样一种方式处理音频内容信号，以使重现声音的音量直接随环境噪声的音量而变，由此增强可理解性。此外，在听力学领域中，众所周知，通过以下的信号处理，可以增强包含实况语音和环境噪声信号分量两者的助听麦克风输出信号的可理解性，即：响应这种语音和噪声信号幅度的减小，而引入减小的增益和增大的高频反馈。
这种常规扬声器系统提供随环境噪声改变而线性和直接变化的幅度补偿。该线性补偿是变换函数。然而，该线性变换函数至少对于零售商店和其它具有经常大幅度变化的环境噪声的商业环境不是最优的，因为常规补偿的扬声器输出信号等量地提供频繁而大幅度变化的声级改变，这会使听众烦恼。因而，提出了这样的扬声器系统：该扬声器系统提供随环境噪声这种频繁而大幅度改变的变化而递增改变的幅度补偿。然而，即使这种智能系统现今能够在例如零售广告环境的扬声器网络中提供均衡，并且能够检测扬声器网络中的至少一个扬声器何时不能工作，这种系统最终也会负面地影响均衡计算。
因而，需要一种提供直接而递增的幅度补偿的扬声器系统，该扬声器系统能够对网络中的多个扬声器进行均衡，且能够检测扬声器的不工作状态。
发明内容
本发明的实施例通过提供一种控制音频环境中音频级的方法和设备，来解决先有技术的缺陷。
本发明的各实施例提供以下能力：传送同步音频，接收和返回音频水印，以及响应声音环境。
在本发明一个实施例中，网络音频处理电路包括：第一装置，用于接收重现的音频内容；麦克风，用于根据环境噪声提供麦克风输出信号；第二装置，用于在重现的音频内容信号基本上被关闭时的第一时间增量期间，使能麦克风输出信号，并在重现的音频内容信号被开启时的第二时间增量期间禁止所述麦克风输出信号；以及信号处理器，该信号处理器与第一和第二装置通信。在本发明一个实施例中，信号处理器将变换函数应用于重现的音频内容信号，该变换函数随麦克风输出信号幅度的增大而递增对重现音频内容的增益调节，并且随麦克风输出信号幅度的减小，而递减对重现音频内容信号的增益调节，并且将均衡曲线应用于音频内容信号，以提升音域中增强共鸣感觉的频率，从而增强语音可理解性。
在本发明替换实施例中，一种在有环境噪声的情况下增强重现音频内容信号可理解性的方法包括：接收重现的音频内容信号；利用麦克风监视环境噪声信号，以提供麦克风输出信号；在重现的音频内容信号基本上被关闭时的第一时间增量期间，使能麦克风输出信号，并在重现的音频内容信号被开启时的第二时间增量期间禁止麦克风输出信号，以致麦克风输出信号包括环境噪声信号分量而不包括重现的内容信号分量；将第一变换函数应用于重现的音频内容信号，第一变换函数随麦克风输出信号幅度的增大，而递增对重现音频内容信号的增益调节，并且随麦克风输出信号幅度的减小，而递减对重现音频内容信号的增益调节；以及将均衡曲线应用于音频内容信号，以提升音域中增强共鸣感觉的频率，从而增强语音可理解性。
附图说明
通过连同附图考虑以下详细说明，可以容易理解本发明的教导，其中：
图1描述了根据本发明一个实施例的网络音频处理电路的高级框图；
图2描述了其中可以应用本发明实施例的内容分发系统的高级框图；以及
图3描述了根据本发明一个实施例的、其中可以应用本发明实施例的店内广告网络的高级框图。
应该理解，附图用于说明本发明的概念，而不一定是用于说明本发明的唯一可能配置。为方便理解，如果可能，利用相同的附图标记来指明图中共有的相同部件。
具体实施方式
本发明有利地提供一种控制网络环境中音频级的方法和设备。虽然将主要在零售广告网络环境的上下文内描述本发明，但是本发明的具体实施例不应被看作限制本发明的范围。通过本发明的教导，本领域技术人员应该理解，本发明的概念可有利地应用于实质上任何音频环境中，用来控制音频级。
在题为“具有幅度和频率响应补偿的扬声器系统和方法”的、在此整个被引入作为参考的已公开共同所有专利申请No.20050190927中，教授了一种扬声器系统和方法，其中借助于应用于音频内容信号的信号处理第一和第二变换函数至少之一，来增强由音频内容信号得到的重现语音或音乐声的可理解性。在以上所述的已公布专利申请中，描述了一种在有环境噪声的情况下提供增强的重现音频内容信号可理解性的方法和系统，以致重现声音的音量不会随环境噪声的快速大幅度变化而太过频繁地改变。在一个实施例中，描述了一种信号处理和变换函数，用于在离散时间增量上有大幅度变化环境噪声级的情况下，增强重现节目信号的可理解性。教授的变换函数随环境噪声音量的变化，以例如大约1dB到大约10dB的步长递增地改变重现声音的音量，借此这种增量变化确保了重现声音的音量不会随环境噪声的快速变化而太过频繁地改变。在以上所述的已公布专利申请中，通过位于扬声器系统中或扬声器系统附近的麦克风或其它类似声音输入器，来测量环境噪声。系统通过以下方式来提供和使用没有重现节目信号分量的环境噪声信号分量：使能麦克风信号，同时关闭节目信号，这是有可能发生的，例如在音频或音频/视频广告片段之间或会话或音乐片段之间的时候。
根据以上所述的已公布专利申请的至少一个实施例，节目输入信号被应用于信号处理输出端口的信号输入，并提供信号处理输出信号。信号处理引入变换函数，该变换函数随信号处理控制信号幅度的增大，而提供例如以大约1dB到大约10dB的补偿递增的增益，反之亦然。以上所述的已公布专利申请中的信号处理，在例如麦克风输出信号被使能之间的时段被保持(即，切换到信号处理的控制输入)，以便利用先前确定的环境噪声级或平均噪声级来提供连续声音重现。
本发明实施例提供类似的扬声器系统和方法，其中借助于应用于音频内容信号的信号处理第一和第二变换函数至少之一，来增强由音频内容信号得到的重现语音或音乐声的可理解性，包括：根据本发明的各实施例，通过使能麦克风信号，同时关闭节目信号，以及在此描述的各种改进，来提供没有重现节目信号分量的环境噪声分量。更具体地说，图1描述了根据本发明一个实施例的网络音频处理(NAP)电路100的高级框图。图1的NAP电路100说明性地包括麦克风102、至少一个输出功率放大器104(说明性地包括4个输出功率放大器1041-1044)、第一编码器/解码器(CODEC)106和第二编码器/解码器(CODEC)108、数字接口110、网络使能音频处理器112(说明性地给出以太网音频处理器)以及网络开关114(说明性地给出以太网开关)。在图1所示本发明实施例中，第一CODEC 106通过例如双线路输入接收输入音频。第二CODEC 108从麦克风102接收信息。第二CODEC108可用于在接收(重现)的音频内容信号基本上被关闭时的第一时间增量期间，使能麦克风输出信号，并且在重现音频信号时的第二时间增量期间禁止麦克风输出信号。CODEC 106和108是模数(A/D)和数模(D/A)转换器，用于将接收信号转换成数字信号、再转回到模拟信号。
在一个实施例中数字接口110可以包括SPDIF(Sony/Phillips数字接口)，数字接口110以最小的损耗传送输入数字信息。数字接口110的输出连接到以太网音频处理器112，在一个实施例中以太网音频处理器112可以包括CobraNetTM，且包括软件、硬件和网络协议的组合，以允许基于网络的实时高质量数字音频多通道分发。数字接口110与第一和第二CODEC 106和108以及以太网开关114通信。以太网音频处理器112与CODEC 106和108通信，并将变换函数应用于重现的音频内容信号，以便随麦克风输出信号幅度的增大而递增对重现音频内容信号的增益调节，并且随麦克风输出信号幅度的减小而递减对重现音频内容信号的增益调节。即，响应以太网音频处理器112的控制信号，控制功率放大器104，以便如上所述调节NAP电路100的输出音量级。然后，功率放大器104的输出可以传达到扬声器的输入。在本发明一个实施例中，将NAP电路100集成到以下将要给出和描述的图2的扬声器系统235中。
虽然在图1的NAP电路100中举例说明了特定部件，这些部件用于执行它们的特定功能，但是其它具有类似功能的部件可以代替图1的NAP电路100中示出的那些部件，并且仍然在本发明的教导范围内。
在本发明的NAP电路如图1的NAP电路100的实施例中，通过第一CODEC106接收音频。在NAP 100的以太网音频处理器112中，将均衡曲线应用于音频，以便例如提升音域中可增强共鸣感觉的特定频率，从而增强高环境噪声环境中的语音可理解性。另外，应用高通滤波器(未示出)来消除低频，因为这些低频对于语音可理解性是不必要的，而且只附加到环境噪声上。这具有以下附加好处：生成了更紧密的扬声器覆盖区，提高了针对性、并降低了与商店关联的疲劳。可以通过网络实时控制均衡，以允许在一天的不同时间，或响应通过NAP麦克风输入实现的环境噪声输入测量，来应用不同的均衡曲线。另外，可以通过网络控制均衡，以致可以对音频环境的各个扬声器和扬声器系统应用各自均衡曲线，使得可以在例如整个零售环境中使扬声器音频级分别保持一致。在其它应用中将均衡曲线应用于音频是众所周知的，因而在此不再对所述NAP电路中的这种均衡曲线的新型应用进行详细描述。
另外，在本发明的NAP电路的各个实施例如图1的NAP电路100中，本发明的扬声器或扬声器系统的NAP 100的各个以太网音频处理器112可以将不同的延迟量应用于各自的音频信号。例如，在本发明的NAP电路的一个实施例中，对NAP电路的放大器的4个输出通道的每个通道都增加延迟。这允许生成定时到达声场。该技术可用于使得音频像是发自各自的显示器，实际上大多数音频都来自另一个方向，如头顶扬声器系统。
此外，在本发明的NAP电路如图1的NAP电路100的各个实施例中，NAP100的以太网音频处理器112能够查询NAP的放大器部件104，以确定扬声器是否连接。例如，在本发明的一个实施例中，网络服务器能够和以太网音频处理器112通信，以确定扬声器是否连接到NAP 100，或连接的扬声器是否可工作。这种功能性使得能够在安装时和规律工作期间对扬声器一致性进行检测。它也提供关于内容的音频部分是否能在连接的扬声器上进行回放的验证。
本发明的NAP电路100在形状上优选地足够小，以便集成到各个扬声器中。例如，在本发明一个实施例中，NAP电路100的尺寸不超过6.3英寸×6.7英寸×1.7英寸。另外，NAP电路100应该使用实际上尽可能低的电流。例如，在本发明一个实施例中，NAP电路100的功耗在120VAC下不超过3安培。
在本发明的实施例中，NAP电路100可以包括使用阴RCA连接器的双线路电平输入，以及使用8欧姆20W额定功率接线条的双通道放大输出。另外，NAP电路100可以包括使用阴RJ-45连接器的100Mbps全双工以太网端口，该阴RJ-45连接器具有LED链接状态指示器。NAP电路100可以提供标准RJ-45以太网连接器，该连接器具有用于指示链接状态的LED。接口可以支持100Mb/s。
在本发明的替换实施例中，NAP电路100可以包括这样的按钮，该按钮可以以不同的方式使用，以便在网络上对NAP电路100进行复位、自测试或识别。例如，如果在电路接通时按一次该按钮，则NAP电路100将在网络上识别它自己，如果按钮被按下3秒，该按钮将使NAP电路100复位，如果按钮被按下、同时加电，则NAP电路100将进入自测试模式。自测试可以包括音频输出测试音，可通过NAP电路100的麦克风获取该测试音。
图2描述了其中可以应用本发明NAP电路实施例的内容分发系统的高级框图。图2的内容分发系统200说明性地包括至少一个服务器210、多个接收器如调谐/解码装置(说明性地给出机顶盒(STB))2201～220n、用于机顶盒2201～220n每一个的各个显示器2301～230n以及其它接收器，如音频输出器(说明性地给出扬声器系统)2351～235n。可以将本发明的NAP电路，如图1的NAP电路100，集成到音频输出器如图2的扬声器系统235中。
虽然在图2的系统200中，多个机顶盒2201～220n的每一个都说明性地连接到各自的单一显示器，但是在本发明替换实施例中，多个机顶盒2201～220n的每一个可以连接到多个显示器。另外，虽然在图2的内容分发系统200中，调谐/解码装置被说明性地描述为机顶盒220，但是在本发明替换实施例中，本发明的调谐/解码装置可以包括替换的调谐/解码装置，如集成到显示器230中的调谐/解码电路或其它独立调谐/解码器件等。此外，本发明的接收器可以包括能够接收内容如音频、视频和/或音频/视频内容的任何装置。
在本发明一个实施例中，图2的内容分发系统200可以是店内广告网络的一部分。例如，图3描述了一种用于提供店内广告的店内广告网络300的高级框图。在图3的广告网络300中，广告网络300和分发系统200采用了软件和硬件的组合，从而以店内组合形式提供音乐录声的编目、分发、介绍以及使用跟踪，家庭视频、产品演示、广告内容以及其它这种内容，以及娱乐内容、新闻和类似消费者信息内容。内容可以包括以压缩或未压缩视频和音频流格式呈现的内容(例如MPEG4/MPEG4 Part 10/AVC-H.264，VC-1，Windows Media等)，虽然本发明不应该限于只使用那些格式。
在本发明一个实施例中，用于控制店内广告网络300和内容分发系统200的各部件的软件可以包括使用窗口化环境以及高性能计算硬件的32位操作系统(如MS-WindowsTM或X-Windows操作系统)。广告网络300可以使用分布式结构，并且在一个实施例中通过卫星(或其它方法，如广域网(WAN)、因特网、一系列微波链路或类似机制)和店内模块，来提供集中式内容管理和分发控制。
如图3所示，可以由广告商302、录音公司304、电影工作室306或其它内容提供商308，来提供店内广告网络300和内容分发系统200的内容。广告商302可以是产品制造商、服务提供商、代表制造商或服务提供商的广告公司、或其它机构。来自广告商302的广告内容可以由包括广告片、“商业信息片”、产品信息和产品演示等的视听内容组成。
录音公司304可以是录音室(record label)、音乐出版社、许可/出版机构(例如BMI或ASCAP)、个人艺术家或和音乐内容相关的其它这种源。录音公司304提供视听内容如音乐剪辑(记录音乐的短片段)、音乐视频剪辑等。电影工作室306可以是电影工作室、电影制作公司、广告员或和电影工业相关的其它源。电影工作室306可以提供电影剪辑、预先录制的与男女演员的会面、电影回顾、“幕后”呈现以及类似内容。
其它内容提供商308可以是可通过例如图2的内容分发系统200分发和显示的视频、音频或视听内容的其它任何提供商。
在本发明一个实施例中，网络管理中心310(NMC)利用例如传统的记录介质(磁带、CD、视频等)，来产生内容。提供给NMC 310的内容被编辑成适于分发给例如本地分发系统200的形式，本地分发系统200在本地分发和显示内容。
NMC 310可以对接收的内容进行数字化，并以数字化数据文件322的形式将内容提供给网络操作中心(NOC)320。应该注意，虽然从数字化内容的角度提到数据文件322，但是数据文件322也可是流音频、流视频或其它这种信息。被NMC310接收和编辑的内容可以包括商业片、bumper、图形、音频等。所有文件都优选地这样被命名，使得它们可被唯一识别。更具体地说，NMC 310生成分发包，这些分发包的目的地是特定地点如商店，并且根据预定计划或根据需要将这些分发包传送到一个或多个商店。分发包如果被使用，则包含预定替代或增强当地已存在的现有内容的内容(除非该位置的系统正在被首次初始化，在这种情况下，传送的包将形成该位置初始内容的基础)。作为选择，可以分别压缩和传送文件，或者采用某种类型的流压缩程序。
在该例子中，NOC 320将数字化数据文件322通过通信网络325传送给商业销售经销店330的内容分发系统200。可以以几种技术的任意一种来实施通信网络325.例如在本发明一个实施例中，可以利用卫星链路将数字化数据文件322分发给商业销售经销店330的内容分发系统100。这使得能够将内容广播(或组播)到各个位置，从而容易地分发内容。作为选择，可以利用因特网将视听内容分发给商业销售经销店330，以及允许来自商业销售经销店330的反馈。根据本发明替换实施例，也可以使用其它方式来实现通信网络325，如使用租用线路、微波网络或其它这种机制。
内容分发系统200的服务器210能够接收内容(例如分发包)，并据此在店内将它们分发给各个接收器，如机顶盒220和显示器230以及扬声器系统235.然后，本发明的NAP电路的实施例，如图1的NAP电路100，就可以接收传来的内容，并执行在此描述的本发明各实施例的NAP电路的各个发明方面。
虽然描述了控制音频环境中(预定是说明性而非限制性的)音频级的方法和设备的各个实施例，但是应该注意，本领域技术人员根据以上教导，可以作出修改和变化。因此，应该理解，可以在本发明范围和精神内公开的本发明特殊实施例中，进行修改。虽然以上针对本发明各实施例，但是可以在不脱离本发明基本范围的情况下设计本发明其它实施例。

Claims (9)

1.一种网络音频处理电路，包括：
第一装置，用于接收重现的音频内容信号；
麦克风，用于根据环境噪声提供麦克风输出信号；
第二装置，用于在所述重现的音频内容信号基本上关闭时的第一时间增量期间，使能所述麦克风输出信号，并在所述重现的音频内容信号开启时的第二时间增量期间禁止所述麦克风输出信号；以及
信号处理器，与所述第一和第二装置通信，并用于：
将变换函数应用于所述重现的音频内容信号，所述变换函数随所述麦克风输出信号幅度的增大，而递增对所述重现音频内容信号的增益调节，并且随所述麦克风输出信号幅度的减小，而递减对所述重现音频内容信号的增益调节；以及
将均衡曲线应用于所述音频内容信号，以提升音域中增强共鸣感觉的频率，从而增强语音可理解性。
2.根据权利要求1所述的网络音频处理电路，其中所述信号处理器进一步将延迟应用于所述音频内容信号。
3.根据权利要求2所述的网络音频处理电路，其中所述延迟的音频内容信号感觉像是发自和所述音频内容信号关联的内容播放设备，而不是发自集成了所述音频处理电路的扬声器。
4.根据权利要求1所述的网络音频处理电路，其进一步包括至少一个具有输入和输出的放大器，所述放大器输入连接到所述信号处理器的所述输出信号，且所述放大器输出连接到扬声器的输入。
5.根据权利要求4所述的网络音频处理电路，其中所述信号处理器和所述至少一个放大器通信，以确定各个扬声器是否连接到所述网络音频处理电路，或者所述各个扬声器是否未能正确工作。
6.一种在有环境噪声的情况下增强重现音频内容信号的可理解性的方法，包括以下步骤：
接收所述重现的音频内容信号；
利用麦克风监视环境噪声信号，以提供麦克风输出信号；
在所述重现的音频内容信号基本上关闭时的第一时间增量期间，使能所述麦克风输出信号，并在所述重现的音频内容信号开启时的第二时间增量期间禁止所述麦克风输出信号，以致所述麦克风输出信号包括环境噪声信号分量而不包括所述重现的内容信号分量；
将第一变换函数应用于所述重现的音频内容信号，所述第一变换函数随所述麦克风输出信号幅度的增大，而递增对所述重现音频内容信号的增益调节，并且随所述麦克风输出信号幅度的减小，而递减对所述重现音频内容信号的增益调节；以及
将均衡曲线应用于所述音频内容信号，以提升音域中增强共鸣感觉的频率，从而增强语音可理解性。
7.根据权利要求6所述的方法，其中以大约1dB到大约10dB之间的步长，来递增增益调节。
8.根据权利要求6所述的方法，其包括将延迟应用于所述音频内容信号。
9.根据权利要求6所述的方法，其包括启动查询，以确定各个扬声器是否连接，或者所述各个扬声器是否未能正确工作。
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