CN100563381C - 一种避免合成噪声的方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种避免合成噪声的方法，应用于至少包含第一滤波器和第二滤波器的系统中，该第一滤波器在过渡期将向该第二滤波器切换，该方法包括：分别确定第一滤波器和第二滤波器的输出信号；若当前为滤波器切换过渡期，则分别为所述第一滤波器的输出信号和所述第二滤波器的输出信号设定权重，并利用该权重对所述两个滤波器的输出信号进行加权叠加操作；输出加权叠加后的输出信号。通过本发明，避免了在滤波器切换过程中由于滤波器的滤波特性的差异引入的噪声，提高了3D立体声的质量，使得用户体验较好。本发明还公开了一种避免合成噪声的装置。

Description

一种避免合成噪声的方法和装置

技术领域

本发明涉及电子技术领域，尤其涉及一种避免合成噪声的方法和装置。

背景技术

3D环绕立体声是一种模拟环绕声系统，将单声道或双声道立体声信号进行数字信号处理后输出，产生三维的环绕声音场效果。现有的3D立体声一般是基于头部关联传输函数(Head Related Transfer Function，HRTF)模型的，这种HRTF模型的3D立体声原理是用一组滤波器来模拟声源分别到达两只人耳的传输路径，不同的滤波器模拟不同方位声源的传输函数。这样，本来没有方位感的声音信号经过滤波器处理后就产生了方位感和距离感，从而模拟了真实的3维空间的环境。

对于HRTF模型而言，滤波器是通过实验构造产生的。首先确定人头部的模型，在双耳的位置安装探针式的麦克风；然后以该头部模型为球心，用一个扬声器在球面的某个位置发出脉冲信号，这样，安放在双耳位置的麦克风采集到的信号就分别是该球面某个位置声源到达双耳的冲激响应，通过这种方法就产生了一对滤波器系数。利用这对滤波器系数就可以模拟从该球面某个位置发出的声音。显然，改变扬声器的位置，即改变扬声器的水平角度(方位角)和垂直角度(仰角)，即可获得不同位置声源到达双耳的冲击响应，进而得到模拟整个3维空间的一组滤波器系数。若设定x(n)是时域上的输入信号，通过快速傅里叶变换(FFT)得到频域上的输入信号X(k)；H(k)是扬声器到麦克风之间的传输函数，其中，HL1是左声道的传输函数，HR1是右声道传输函数；Y(k)是麦克风接收到的信号，即输出信号，其中YL1(k)是左声道输出信号，YR1(k)是右声道输出信号，则可得：Y(k)＝X(k)*H(k)，再通过逆快速傅里叶变换(IFFT)得到时域上的输出信号。当然，如果X(k)是脉冲信号，则Y(k)即是冲击响应，此时Y(k)＝H(k)。通过这种方式可以求出三维空间各个位置的传输函数，即滤波器系数，利用这些滤波器系数就可以模拟三维空间各个位置发出的声音，如图1所示。

实际上，三维空间是连续的，不可能获得所有位置对应的滤波器系数，因此，只是在一些离散的位置获得滤波器系数。例如，在水平方向的方位角每10度取一个声源位置，垂直方向的仰角也是每10度取一个声源位置，则在整个三维球面的声源位置总数为(360/10)*((180/10)-1)+2＝614，即需要614对滤波器系数。由于是在离散的位置上获得了模拟传输函数的滤波器系数，因此，即使是相邻的滤波器，其滤波特性也存在一定的差异，当这种差异较大时，在滤波器切换过程中就会引入噪声，也就是说，当采用不同的滤波器组来模拟声音从不同方向射入的传输函数时，当声音的方位角变化时需要进行滤波器的切换，由于切换前后的滤波器存在差异，因此会在过渡期引入噪声，降低3D立体声的质量，使用户感受较差。

发明内容

本发明提供一种避免合成噪音的方法和装置，以解决现有技术中存在的在过渡期引入噪声，降低3D立体声的质量，使用户感受较差的问题。

本发明提供一种避免合成噪声的方法，应用于包含至少第一滤波器和第二滤波器的系统中，该第一滤波器在过渡期将向该第二滤波器切换，该方法包括：

分别确定所述第一滤波器和所述第二滤波器的输出信号，所述第一滤波器的输出信号模拟原始信号在

位置的声源，所述第二滤波器的输出信号模拟原始信号在

位置的声源，其中，θ₁和θ₂是输入信号的方位角，

和

是输入信号的仰角；

若当前为第一滤波器与第二滤波器的切换期间，，则分别为所述第一滤波器的输出信号和所述第二滤波器的输出信号设定权重，并利用该权重对所述两个滤波器的输出信号进行加权叠加操作；

输出加权叠加后的输出信号。

所述确定所述第一滤波器和所述第二滤波器的输出信号是根据公式：

计算确定的，

其中，YL_m(k)表示第m滤波器的左声道输出信号，YR_m(k)表示第m滤波器的右声道输出信号；X(k)表示输入信号；

表示输入信号的方位角和仰角；HL

表示第m滤波器来自位置的输入信号到达左声道的传输函数；HR

表示第m滤波器来自

位置的输入信号到达右声道的传输函数，m＝1或2。

将确定的所述输出信号通过逆快速傅里叶变换转换到时域，重新确定输出信号。

所述权重的设定原则为：

若当前采样点的个数未到达第一滤波器与第二滤波器的切换期间，则第一滤波器输出信号的权重大于第二滤波器；否则，第一滤波器输出信号的权重小于第二滤波器。

所述第一滤波器输出信号的权重为b(i)，第二滤波器输出信号的权重为(1-b(i))，

其中，b(i)＝1-i/L，L表示一帧数据长度，等于128个采样点，i表示当前采样点的序列数，取值为[0，127]，b(i)表示第i个采样点时第一滤波器的权重，(1-b(i))表示第i个采样点时第二滤波器的权重。

本发明还提供一种避免合成噪音的装置，应用于包含至少第一滤波器和第二滤波器的系统中，该第一滤波器在过渡期将向该第二滤波器切换，该装置包括：

信号确定单元，用于分别确定所述第一滤波器和所述第二滤波器的输出信号，所述第一滤波器的输出信号模拟原始信号在

位置的声源，所述第二滤波器的输出信号模拟原始信号在

位置的声源，其中，θ₁和θ₂是输入信号的方位角，

和

是输入信号的仰角；

权重设定单元，若当前为第一滤波器与第二滤波器的切换期间，则分别为所述第一滤波器的输出信号和所述第二滤波器的输出信号设定权重；

加权叠加单元，用于利用所述权重对两个滤波器的输出信号进行加权叠加操作；

输出单元，用于输出加权叠加后的输出信号。

所述信号确定单元包括：

保存单元，用于保存公式：

其中，YL_m(k)表示第m滤波器的左声道输出信号，YR_m(k)表示第m滤波器的右声道输出信号；X(k)表示输入信号；

表示输入信号的方位角和仰角；HL

表示第m滤波器来自

位置的输入信号到达左声道的传输函数；HR

表示第m滤波器来自

位置的输入信号到达右声道的传输函数，m＝1或2；

控制单元，用于利用所述公式计算确定所述第一滤波器和第二滤波器的输出信号。

所述控制单元包括：

执行单元，用于利用所述公式计算确定所述第一滤波器和第二滤波器的输出信号；

转换单元，将确定的所述输出信号通过逆快速傅里叶变换转换到时域，重新确定输出信号。

权重设定单元包括判断单元和操作单元，其中，

所述判断单元，用于判断当前采样点的个数是否达到第一滤波器与第二滤波器的切换期间，并将判断结果发送给所述操作单元；

所述操作单元，用于接收所述判断结果，若该判断结果为未到达过渡期一半时间，则为第一滤波器输出信号设定的权重大于第二滤波器；否则，为第一滤波器输出信号设定的权重小于第二滤波器。

所述操作单元包括：计数单元和设定单元，其中，

所述计数单元，用于计数当前采样点的个数，并将该个数发送给所述设定单元；

所述设定单元，用于设定第一滤波器输出信号的权重为b(i)，第二滤波器输出信号的权重为(1-b(i))，

其中，b(i)＝1-i/L，L表示一帧数据长度，等于128个采样点，i表示当前采样点的序列数，取值为[0，127]，b(i)表示第i个采样点时第一滤波器的权重，(1-b(i))表示第i个采样点时第二滤波器的权重。

本发明通过在滤波器切换过渡期，分别为第一滤波器的输出信号和第二滤波器的输出信号设定权重，并利用该权重对所述两个滤波器的输出信号进行加权叠加操作，输出加权叠加后的输出信号的方法，避免了在滤波器切换过程中由于滤波器的滤波特性的差异引入的噪声，提高了3D立体声的质量，使得用户体验较好。

附图说明

图1为背景技术中信号处理流程图；

图2为本发明实施例装置结构示意图；

图3为本发明实施例方法步骤流程示意图；

图4为本发明实施例斜坡函数示意图；

图5为本发明实施例信号处理流程示意图。

具体实施方式

本发明应用于至少包含第一滤波器和第二滤波器的系统中，该第一滤波器在过渡期将向该第二滤波器切换，该方法主要包括：首先，分别确定第一滤波器和第二滤波器的输出信号；然后，若当前为滤波器切换过渡期，则分别为所述第一滤波器的输出信号和所述第二滤波器的输出信号设定权重，并利用该权重对所述两个滤波器的输出信号进行加权叠加操作；最后，输出加权叠加后的输出信号。

下面结合说明书附图详细说明本发明。

如图2所示，为本发明实施例装置结构示意图，该装置应用于至少包含第一滤波器和第二滤波器的系统中，该第一滤波器在过渡期将向该第二滤波器切换，包括：信号确定单元11、权重设定单元12、加权叠加单元13和输出单元14，其中，信号确定单元11用于分别确定第一滤波器和第二滤波器的输出信号；权重设定单元12用于若当前为滤波器切换过渡期，则分别为所述第一滤波器的输出信号和所述第二滤波器的输出信号设定权重；加权叠加单元13用于利用所述权重对两个滤波器的输出信号进行加权叠加操作；输出单元14用于输出加权叠加后的输出信号。

所述信号确定单元11包括保存单元21和控制单元22，其中，保存单元21用于保存公式：

其中，YL_m(k)表示第m滤波器的左声道输出信号，YR_m(k)表示第m滤波器的右声道输出信号；X(k)表示输入信号；

表示输入信号的方位角和仰角；HL

表示第m滤波器来自

位置的输入信号到达左声道的传输函数；HR

表示第m滤波器来自

位置的输入信号到达右声道的传输函数，m＝1或2；控制单元22用于利用所述公式计算确定所述第一滤波器和第二滤波器的输出信号。

进一步地，所述控制单元22包括执行单元31和转换单元32，其中，执行单元31用于利用所述公式计算确定所述第一滤波器和第二滤波器的输出信号；转换单元32将确定的所述输出信号通过逆快速傅里叶变换转换到时域，重新确定输出信号。

另外，权重设定单元12包括判断单元23和操作单元24，其中，判断单元23用于判断是否达到过渡期一半采样点，并将判断结果发送给所述操作单元24；操作单元24用于接收所述判断结果，若该判断结果为未到达过渡期一半时间，则为第一滤波器输出信号设定的权重大于第二滤波器；否则，为第一滤波器输出信号设定的权重小于第二滤波器。

进一步地，所述操作单元24包括计数单元33和设定单元34，其中，计数单元33用于计数当前采样点的个数，并将该个数发送给所述设定单元34；设定单元34用于设定第一滤波器输出信号的权重为b(i)，第二滤波器输出信号的权重为(1-b(i))，

其中，b(i)＝1-i/L，L表示一帧数据长度，等于128个采样点，i表示当前采样点的个数，取值为[0，127]，b(i)表示第i个采样点时第一滤波器的权重，(1-b(i))表示第i个采样点时第二滤波器的权重。

如图3所示，为本发明实施例方法步骤流程示意图，该方法包括：

步骤301：分别确定第一滤波器和第二滤波器的输出信号。

在本发明实施例中，设定原始信号是一个没有任何方位感的单声道输入信号X(k)，在0＜t＜t1时刻，要模拟在

位置的声源，即输入信号，在t＞t1时刻，要模拟在

位置的声源，其中，

表示输入信号，即声源的方位角和仰角。在

和

这两个位置的传输函数可以用两组滤波器的系数表示，分别为：HLHR和HL

HR其中，HL

表示来自

位置的声源到达左耳的传输函数，HR

表示来自

位置的声源到达右耳的传输函数，其中，m＝1或2。对于左耳而言，t1时刻之前接收到的信号，即第一滤波器输出信号是：

t1时刻之后得到的信号，即第二滤波器输出信号是：

同理，对于右耳而言，t1时刻之前接收到的信号，即第一滤波器输出信号是：

t1时刻之后得到的信号，即第二滤波器输出信号是：显然，若HL

和HL

存在较大差异，则会使Y₁(k)和Y₂(k)在t1时刻发生突变，从而引起噪声。

本发明实施例中，当确定了

和

之后，可以进一步地将这两组滤波器的输出信号通过IFFT变换后转换到时域，即yl₁(n)＝IFFT(YL₁(k))、yr₁(n)＝IFFT(YR₁(k))和yl₂(n)＝IFFT(YL₂(k))、yr₂(n)＝IFFT(YR₂(k))，重新确定输出信号。当然，此处也可以不进行IFFT变化而进行后续操作，或进行其他方式的变换进行转换。

步骤302：若当前为滤波器切换过渡期，则分别为所述第一滤波器的输出信号和所述第二滤波器的输出信号设定权重，利用该权重对两个滤波器的输出信号进行加权叠加操作。

所谓过渡期是指滤波器的切换期间。例如，在本实施例中设定在水平方向的方位角每10度取一个声源位置，则当到达第一滤波器的第9度方位角时就可以看作是过渡期的开始，当到达第二滤波器的第1度方位角时可以看作是过渡期的结束，当然，也可以利用其他大小的角度作为过渡期的开始和结束。

由于在过渡期第一滤波器和第二滤波器的切换时，可能会因为滤波特性存在较大差异而引起噪声，因此，本发明实施例中，将切换前后的滤波器都进行滤波，将两个滤波器的输出信号通过进行加权叠加操作实现输出平滑，具体实现如下：

若当前为滤波器切换过渡期，则为步骤301中通过IFFT变化后确定的两个滤波器的输出信号设定权重，在本实施例中，该权重的设定原则可以为：若未到达过渡期一半采样点，则第一滤波器输出信号的权重大于第二滤波器；否则，第一滤波器输出信号的权重小于第二滤波器。例如，可以通过公式(1)进行加权叠加操作：

$\left\{\begin{array}{c}\mathrm{yl}\left(n\right)=b\left(i\right)*{\mathrm{yl}}_1\left(n\right)+(1-b\left(i\right))*{\mathrm{yl}}_2\left(n\right)\\ \mathrm{yr}\left(n\right)=b\left(i\right)*{\mathrm{yr}}_1\left(n\right)+(1-b\left(i\right))*{\mathrm{yr}}_2\left(n\right)\end{array}\right.---\left(1\right)$

其中，yl(n)和yr(n)分别表示平滑后左声道输和右声道出的信号；b(i)＝1-i/L，L表示一帧数据长度，等于128个采样点，i表示当前采样点的个数，取值为[0，127]，b(i)为斜坡函数，表示第i个采样点时第一滤波器的权重，(1-b(i))表示第i个采样点时第二滤波器的权重。

如图4所示，为b(i)与i之间的关系示意图，从图中可以看出，在过渡期的起始时刻，第一滤波器的输出信号对于实际平滑后的输出信号起绝对作用，即此时第一滤波器的输出信号即为实际平滑后的输出信号；在过渡期的结束时刻，第二滤波器的输出信号即为实际平滑后的输出信号；而在过渡期期间，第一滤波器输出信号的权重逐渐较小，第二滤波器输出信号的权重逐渐增大。

当然，在实际操作中，输出信号的权重选择可以有多种方式，例如，根据先验知识在过渡期间不同阶段设定固定权重等方法。

步骤303：输出加权叠加后的输出信号。

当通过步骤302获得了加权滤波后的yl(n)和yr(n)时，可以分别通过左声道和右声道输出该yl(n)和yr(n)。

如图5所示，为本发明实施例中，经过平滑处理的信号流程示意图，以左声道为例，将第一滤波器和第二滤波器的输出信号通过斜坡函数进行平滑处理后，再将平滑处理后的输出信号进入左声道。

通过本发明提供的方法及装置，避免了在滤波器切换过程中由于滤波器的滤波特性的差异引入的噪声，提高了3D立体声的质量，使得用户体验较好。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (10)

1、一种避免合成噪声的方法，应用于包含至少第一滤波器和第二滤波器的系统中，该第一滤波器在过渡期将向该第二滤波器切换，其特征在于，该方法包括：

分别确定所述第一滤波器和所述第二滤波器的输出信号，所述第一滤波器的输出信号模拟原始信号在

位置的声源，所述第二滤波器的输出信号模拟原始信号在

位置的声源，其中，θ₁和θ₂是输入信号的方位角，和是输入信号的仰角；

若当前为第一滤波器与第二滤波器的切换期间，则分别为所述第一滤波器的输出信号和所述第二滤波器的输出信号设定权重，并利用该权重对两个滤波器的输出信号进行加权叠加操作；

输出加权叠加后的输出信号。

2、如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述分别确定第一滤波器和所述第二滤波器的输出信号是根据公式：

计算确定的，

其中，YL_m(k)表示第m滤波器的左声道输出信号，YR_m(k)表示第m滤波器的右声道输出信号；X(k)表示输入信号；

表示输入信号的方位角和仰角；HL

表示第m滤波器来自

位置的输入信号到达左声道的传输函数；HR

表示第m滤波器来自

位置的输入信号到达右声道的传输函数，m＝1或2。

3、如权利要求2所述的方法，其特征在于，将确定的所述输出信号通过逆快速傅里叶变换转换到时域，重新确定输出信号。

4、如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述权重的设定原则为：

若当前采样点的个数未到达第一滤波器与第二滤波器的切换期间一半采样点，则第一滤波器输出信号的权重大于第二滤波器；否则，第一滤波器输出信号的权重小于第二滤波器。

5、如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述第一滤波器输出信号的权重为b(i)，第二滤波器输出信号的权重为(1-b(i))，

其中，b(i)＝1-i/L，L表示一帧数据长度，等于128个采样点，i表示当前采样点的序列数，取值为[0，127]，b(i)表示第i个采样点时第一滤波器的权重，(1-b(i))表示第i个采样点时第二滤波器的权重。

6、一种避免合成噪音的装置，应用于包含至少第一滤波器和第二滤波器的系统中，该第一滤波器在过渡期将向该第二滤波器切换，其特征在于，该装置包括：

信号确定单元，用于分别确定所述第一滤波器和所述第二滤波器的输出信号，所述第一滤波器的输出信号模拟原始信号在

位置的声源，所述第二滤波器的输出信号模拟原始信号在

位置的声源，其中，θ₁和θ₂是输入信号的方位角，和是输入信号的仰角；

权重设定单元，用于若当前为第一滤波器与第二滤波器的切换期间，则分别为所述第一滤波器的输出信号和所述第二滤波器的输出信号设定权重；

加权叠加单元，用于利用所述权重对两个滤波器的输出信号进行加权叠加操作；

输出单元，用于输出加权叠加后的输出信号。

7、如权利要求6所述装置，其特征在于，所述信号确定单元包括：

保存单元，用于保存公式：

其中，YL_m(k)表示第m滤波器的左声道输出信号，YR_m(k)表示第m滤波器的右声道输出信号；X(k)表示输入信号；表示输入信号的方位角和仰角；HL

表示第m滤波器来自

位置的输入信号到达左声道的传输函数；HR

表示第m滤波器来自

位置的输入信号到达右声道的传输函数，m＝1或2；

控制单元，用于利用所述公式计算确定所述第一滤波器和所述第二滤波器的输出信号。

8、如权利要求7所述装置，其特征在于，所述控制单元包括：

执行单元，用于利用所述公式计算确定所述第一滤波器和所述第二滤波器的输出信号；

转换单元，将确定的所述输出信号通过逆快速傅里叶变换转换到时域，重新确定输出信号。

9、如权利要求6所述装置，其特征在于，权重设定单元包括判断单元和操作单元，其中，

所述判断单元，用于判断当前采样点的个数是否达到第一滤波器与第二滤波器的切换期间一半采样点，并将判断结果发送给所述操作单元；

所述操作单元，用于接收所述判断结果，若该判断结果为未到达过渡期一半时间，则为第一滤波器输出信号设定的权重大于第二滤波器；否则，为第一滤波器输出信号设定的权重小于第二滤波器。

10、如权利要求9所述装置，其特征在于，所述操作单元包括：计数单元和设定单元，其中，

所述计数单元，用于计数当前采样点的个数，并将该个数发送给所述设定单元；

所述设定单元，用于设定第一滤波器输出信号的权重为b(i)，第二滤波器输出信号的权重为(1-b(i))，

其中，b(i)＝1-i/L，L表示一帧数据长度，等于128个采样点，i表示当前采样点的序列数，取值为[0，127]，b(i)表示第i个采样点时第一滤波器的权重，(1-b(i))表示第i个采样点时第二滤波器的权重。

Images