CN101114451A - 噪声消除系统及其数字音频处理单元 - Google Patents

Abstract

一种用于BTSC信号系统中消除音频信号噪声的噪声消除系统及其数字音频处理单元。此噪声消除系统于数字处理过程中，具有一滤波器与一内存组成的音频压缩单元。此滤波器用以根据一转换函数、一变量d与多个参数b₀/a₀、a₀/b₀、b₁/b₀与a₁/a₀，对一输入信号进行滤波，而此内存用以储存这些参数。

Description

噪声消除系统及其数字音频处理单元

技术领域

本发明是有关于一种噪声消除系统。特别是有关于一种应用于BTSC(Broadcast Television Systems Committee，影视传播委员会)系统的噪声消除系统。

背景技术

美国FCC(Federal Communications Commission，联邦传播委员会)于1980年代，为了使影视信号能够以双声道的方式传播与接收，故对影视信号的声音部分采用一个新规范。于此规范中，FCC对于可多声道传播与接收声音的BTSC系统做出认证并加以保护。此BTSC系统即定义了MTS(multi-channeltelevision sound，影视多声道声音)的传送与传送时的音频信号处理要求。

图1为一公知噪声消除系统。此噪声消除系统110用于BTSC信号系统中，以消除数字处理过程中编码程序的音频信号的噪声，并产生一编码后音频信号。当此噪声消除系统110用于编码程序时，此噪声消除系统110具有一音频压缩单元120、一宽带压缩单元150与一乘法器160。此音频压缩单元120具有一滤波器130与一内存140。此滤波器130根据一转换函数、一变量d与多个参数(转换函数的系数)，对一输入信号进行滤波。此转换函数为：

$H\left(z\right)=\frac{a_0}{b_0}\×\frac{1+\frac{a_1}{a_0}{z}^{-1}}{1+\frac{b_1}{b_0}{z}^{-1}}---\left(1\right)$

此内存140用以储存该些参数。当变量d＞0时，内存输140出参数(b₀/a₀)⁺、(b₁/b₀)⁺与(a₁/a₀)⁺至滤波器130；当变量d＜0时，内存输出参数(b₀/a₀)^-、(b₁/b₀)^-与(a₁/a₀)^-至滤波器130。

经由转换函数(1)，内存140需要储存6个参数(b₀/a₀)⁺、(b₁/b₀)⁺、(a₁/a₀)⁺、(b₀/a₀)^-、(b₁/b₀)^-与(a₁/a₀)^-。由于内存的成本和容量成正比，故需要一个具有小容量内存的噪声消除系统。

发明内容

为解决上述问题，本发明的一个目的在于提供一种使用较少容量内存的噪声消除系统；另一个目的在于提供一种使用较少容量内存的数字音频处理单元。

为实现上述目的，本发明提出了一种噪声消除系统用于一BTSC信号系统中，以消除数字处理过程中一编码程序的一音频信号的噪声，其中，包括一音频压缩单元，该音频压缩单元包含：

一滤波器，用以根据一转换函数、一变量d与多个参数b₀/a₀、a₀/b₀、b₁/b₀与a₁/a₀，对一输入信号进行滤波，其中该转换函数为：

当该变数d＞0时：

$H\left(z\right)=\frac{b_0}{a_0}\×\frac{1+\frac{b_1}{b_0}{z}^{-1}}{1+\frac{a_1}{a_0}{z}^{-1}}$

当该变数d＜0时：

$H\left(z\right)=\frac{a_0}{b_0}\×\frac{1+\frac{a_1}{a_0}{z}^{-1}}{1+\frac{b_1}{b_0}{z}^{-1}}$

；以及

一内存，用以储存该些参数，当该变量d＞0时，该内存输出该些参数b₀/a₀、b₁/b₀与a₁/a₀至该滤波器；当该变量d＜0时，该内存输出该些参数a₀/b₀、b₁/b₀与a₁/a₀至该滤波器。

上述的噪声消除系统，其中，该变量d为该内存中的一地址。

上述的噪声消除系统，其中，该变量d等于20 log[一编码后音频信号的时间权重均方根]。

上述的噪声消除系统，其中，该变量d的范围约±35[分贝-指数型态时间权重均方根]至约±45[分贝-指数型态时间权重均方根]。

上述的噪声消除系统，其中，当该噪声消除系统用于该编码程序时，更包含：

一宽带压缩单元，设置于该噪声消除系统中，用于压缩该编码后音频信号成一宽带压缩信号。

上述的噪声消除系统，其中，更包含：

一乘法器，设置于该噪声消除系统中，用于相乘该音频信号与该宽带压缩信号成为该输入信号。

上述的噪声消除系统，其中，该内存为一只读存储器表格。

上述的噪声消除系统，其中，该噪声消除系统用于该BTSC信号系统中，以消除数字处理过程中一译码程序的一编码后音频信号的噪声。

上述的噪声消除系统，其中，当该噪声消除系统用于该译码程序时，该噪声消除系统包含：

一音频展开单元，该音频展开单元中的该滤波器用以根据该转换函数的反转、该变量d与该些参数b₀/a₀、a₀/b₀、b₁/b₀与a₁/a₀，对该编码后音频信号进行滤波并产生一输出信号。

上述的噪声消除系统，其中，当该噪声消除系统用于该译码程序时，更包含：

一宽带展开单元，设置于该噪声消除系统中，用于展开该编码后音频信号成一宽带展开信号。

上述的噪声消除系统，其中，该乘法器用于相乘该输出信号与该宽带展开信号成为该音频信号。

使用上述的噪声消除系统或数字音频处理单元，内存容量只需公知技术的1/2至1/3。现实生活中，音频处理的数据数量相当庞大，故此噪声消除系统或数字音频处理单元可减少所需的内存容量。

附图说明

图1为一公知噪声消除系统；

图2A为本发明第一实施例的噪声消除系统；

图2B为本发明第二实施例的噪声消除系统；

图3A为本发明第三实施例的数字音频处理单元；

图3B为本发明第四实施例的数字音频处理单元。

其中，附图标记：

110  噪声消除系统        120  音频压缩单元

130  滤波器              140  内存

150  宽带压缩单元        160  乘法器

210  噪声消除系统        220a 音频压缩单元

220b 音频展开单元        230  滤波器

240  内存                250a 宽带压缩单元

250b 宽带展开单元        260  乘法器

310a 数字音频处理单元    310b 数字音频处理单元

320  多任务器            330  滤波器

340  内存                350a 宽带压缩单元

350b 宽带展开单元        360  乘法器

370  增益装置            380  音频带通滤波器装置

390  能量准位检测装置

具体实施方式

本发明提供一噪声消除系统与一数字音频处理单元用于一BTSC信号系统中，以消除数字处理过程中编码程序或译码程序的音频信号的噪声。为了减少所需的内存容量，噪声消除系统与数字音频处理单元中的滤波器使用了较少参数(转换函数的系数)的转换函数。使用此装置，将可更有效率的使用此噪声消除系统与数字音频处理单元。

当此噪声消除系统的滤波器用于一编码程序时，所使用的转换函数为：

S(f，b)＝[1+(jf/20.1[kHz])(b+51)/(b+1)]/[1+(jf/20.1[kHz])(1+51b)/(b+1)].............(2a)

当此噪声消除系统的滤波器用于一编码程序时，所使用的转换函数为：

S^-1(f，b)＝[1+(jf/20.1[kHz])(1+51b)/(b+1)]/[1+(jf/20.1[kHz])(b+51)/(b+1)]..........(2b)

其中‘f’为欲处理信号的频率，‘b’为编码后音频信号的时间权重均方根。为了将转换函数(2a)与(2b)应用于一数字音频处理器，S(f，b)与S^-1(f，b)必须于Z定义域中做双线性的转换。因此令b＝10(d/20)，即d＝20 log(b)，则转换函数(2a)与(2b)变成：

S(Z，b^-1)＝[2πf(Z+1)(b+1)+2f_s(Z-1)(b+51)]/[2πf(Z+1)(b+1)+2f_s(Z-1)(1+51b)]...(3a)

S^-1(Z，b)＝[2πf(Z+1)(1+b)+2f_s(Z-1)(1+51b)]/[2πf(Z+1)(1+b)+2f_s(Z-1)(b+51)]...(3b)

其中f＝20.1[kHz]，f_s为取样频率。

于转换函数(3b)中，S^-1(Z，b)等于S(Z，b^-1)。因此转换函数(3a)与(3b)可设定为：

When d＞0，S(Z，b)＝H(Z)＝(b₀+b₁Z^-1)/(a₀+a₁Z^-1)............................(4a)

When d＜0，S(Z，b^-1)＝H^-1(Z)＝(a₀+a₁Z^-1)/(b₀+b₁Z^-1)...........................(4b)

于公知的转换函数(1)中，内存需要储存6个参数。为了减少参数的数量，转换函数(4a)与(4b)变成：

当变数d＞0时：

$H\left(z\right)=\frac{b_0}{a_0}\×\frac{1+\frac{b_1}{b_0}{z}^{-1}}{1+\frac{a_1}{a_0}{z}^{-1}}---\left(5a\right)$

当变数d＜0时：。

$H\left(z\right)=\frac{a_0}{b_0}\×\frac{1+\frac{a_1}{a_0}{z}^{-1}}{1+\frac{b_1}{b_0}{z}^{-1}}---\left(5b\right)$

图2A为本发明第一实施例的噪声消除系统。噪声消除系统210用于BTSC信号系统中，以消除编码程序的音频信号的噪声，并产生一编码后音频信号。当此噪声消除系统210用于编码程序时，此噪声消除系统210具有一音频压缩单元220a。音频压缩单元220a具有一滤波器230与一内存240。音频压缩单元220a的滤波器230被用以根据一转换函数、一变量d与多个参数(转换函数的系数)b₀/a₀、a₀/b₀、b₁/b₀与a₁/a₀，对一输入信号进行滤波，并产生编码后音频信号。此转换函数为方程式(5a)与(5b)：

当变数d＞0时：

$H\left(z\right)=\frac{b_0}{a_0}\×\frac{1+\frac{b_1}{b_0}{z}^{-1}}{1+\frac{a_1}{a_0}{z}^{-1}}---\left(5a\right)$

当变数d＜0时：

$H\left(z\right)=\frac{a_0}{b_0}\×\frac{1+\frac{a_1}{a_0}{z}^{-1}}{1+\frac{b_1}{b_0}{z}^{-1}}---\left(5b\right)$

内存240用以储存该些参数，当变量d＞0时，内存输出参数b₀/a₀、b₁/b₀与a₁/a₀至滤波器230；当变量d＜0时，内存输出参数a₀/b₀、b₁/b₀与a₁/a₀至滤波器230。

由此转换函数可知，内存只需储存4个参数b₀/a₀、a₀/b₀、b₁/b₀与a₁/a₀。此外，参数a₀/b₀可利用参数b₀/a₀利用硬件(如电路装置)来产生。因此与公知噪声消除系统的内存需储存6个参数相比，此处的内存只需储存3至4个参数。故本发明中的内存容量只需公知技术的1/2至1/3。

此变量d可以是内存中的一地址，且变量d等于20 log[一编码后音频信号的时间权重均方根]。为了使变量d＞0与变量d＜0时的滤波频率响应相同，变量d的范围系约±35[分贝-指数型态时间权重均方根]至约±45[分贝-指数型态时间权重均方根]。

当噪声消除系统210用于编码程序时，一宽带压缩单元250a耦接内存240与滤波器230于噪声消除系统210中，用以压缩编码后音频信号成一宽带压缩信号。噪声消除系统210另外具有耦接宽带压缩单元250a与滤波器230的一乘法器260。此乘法器260用以相乘音频信号与宽带压缩信号成为输入信号。于实际产品中，噪声消除系统210中的内存240通常为一个只读存储器表格(ROM table)，如只读查表装置(look up ROM table)。

图2B为本发明第二实施例的噪声消除系统。噪声消除系统210用于BTSC信号系统中，以消除数字处理过程中译码程序的音频信号的噪声，并产生一编码后音频信号。图2A与图2B的差异在于当此噪声消除系统210用于译码程序时，图2B中的噪声消除系统210具有一音频展开单元220b以取代音频压缩单元220a。

音频压缩单元220b的滤波器230被用以根据第2A图中所述的转换函数的反转、变量d与多个参数b₀/a₀、a₀/b₀、b₁/b₀与a₁/a₀，对编码后音频信号进行滤波，并产生一输出信号。

当噪声消除系统210用于译码程序时，一宽带展开单元250b耦接内存240于噪声消除系统中，用以展开编码后音频信号成一宽带展开信号。噪声消除系统210另外具有一乘法器260。此乘法器260耦接宽带展开单元250b与滤波器230，用以相乘输出信号与宽带展开信号成为音频信号。

图3A为本发明第三实施例的数字音频处理单元。数字音频处理单元310a用于BTSC信号系统中，以处理一编码程序的一音频信号，并产生一编码后音频信号。此数字音频处理单元310a具有一多任务器320、一内存340与一滤波器330。此多任务器320用以根据一变量d，选取并输出多个参数地址。当变数d＞0时，多任务器320输出参数b₀/a₀、b₁/b₀与a₁/a₀的地址；当变数d＜0时，多任务器320输出参数a₀/b₀、b₁/b₀与a₁/a₀的地址。

内存340耦接多任务器320，用以接收该些参数地址并输出多个参数b₀/a₀、a₀/b₀、b₁/b₀与a₁/a₀。当变量d＞0时，内存340输出参数b₀/a₀、b₁/b₀与a₁/a₀至滤波器330；当该变量d＜0时，内存340输出参数a₀/b₀、b₁/b₀与a₁/a₀至滤波器330。

滤波器330与内存340相耦接。当数字音频处理单元330用于编码程序时，滤波器330用以根据一转换函数、变量d与参数b₀/a₀、a₀/b₀、b₁/b₀与a₁/a₀，对一输入信号进行滤波。此转换函数即为上述的方程式(5a)与(5b)。

于数字音频处理单元310a中，多任务器320可配置于内存340中，而变量d即为内存340中的一地址。此外，变量d等于20 log[一编码后音频信号的时间权重均方根]。为了使变量d＞0与变量d＜0时的滤波频率响应相同，变量d的范围约±35[分贝-指数型态时间权重均方根]至约±45[分贝-指数型态时间权重均方根]。

此外，数字音频处理单元310a还具有一增益装置370、一音频带通滤波器装置380，与一能量准位检测装置390。增益装置370耦接滤波器330，用以接收并增益编码后音频信号。音频带通滤波器装置380耦接增益装置370，用以根据增益后的编码后音频信号而产生一频谱信号。能量准位检测装置390耦接音频带通滤波器装置380与多任务器320，用以根据频谱信号产生变量d。当数字音频处理单元310a用于该编码程序时，一宽带压缩单元350a耦接增益装置370与滤波器330，用以压缩编码后音频信号成一宽带压缩信号。此数字音频处理单元310a更具有一乘法器360耦接宽带压缩单元350a与滤波器330。此乘法器360利用相乘音频信号与宽带压缩信号而产生输入信号。

于实际产品中，数字音频处理单元310a中的内存340通常为一个只读存储器表格(ROM table)，如只读查表装置(look up ROM table)。

图3B为本发明第四实施例的数字音频处理单元。数字音频处理单元310b用于BTSC信号系统中，以处理一译码程序的一编码后音频信号，并产生一音频信号。

当数字音频处理单元310b用于译码程序时，滤波器330用以根据转换函数(即方程式(5a)与(5b))的反转、变量d与参数b₀/a₀、a₀/b₀、b₁/b₀与a₁/a₀，对编码后音频信号进行滤波并产生一输出信号。

当数字音频处理单元310b用于译码程序时，此音频处理单元310b还具有一宽带展开单元350b耦接增益装置370，用以展开该编码后音频信号成一宽带展开信号。数字音频处理单元310b另外具有一乘法器360，乘法器360耦接该宽带展开单元350b与滤波器330，用以相乘输出信号与宽带展开信号成为音频信号。

当然，本发明还可有其它多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的普通技术人员当可根据本发明做出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims (11)

1.一种噪声消除系统用于一BTSC信号系统中，以消除数字处理过程中一编码程序的一音频信号的噪声，其特征在于，包括一音频压缩单元，该音频压缩单元包含：

一滤波器，用以根据一转换函数、一变量d与多个参数b₀/a₀、a₀/b₀、b₁/b₀与a₁/a₀，对一输入信号进行滤波，其中该转换函数为：

当该变数d＞0时：

$H\left(z\right)=\frac{b_0}{a_0}\×\frac{1+\frac{b_1}{b_0}{z}^{-1}}{1+\frac{a_1}{a_0}{z}^{-1}}$

当该变数d＜0时：

$H\left(z\right)=\frac{a_0}{b_0}\×\frac{1+\frac{a_1}{a_0}{z}^{-1}}{1+\frac{b_1}{b_0}{z}^{-1}}$

；以及

一内存，用以储存该些参数，当该变量d＞0时，该内存输出该些参数b₀/a₀、b₁/b₀与a₁/a₀至该滤波器；当该变量d＜0时，该内存输出该些参数a₀/b₀、b₁/b₀与a₁/a₀至该滤波器。

2.根据权利要求1所述的噪声消除系统，其特征在于，该变量d为该内存中的一地址。

3.根据权利要求1所述的噪声消除系统，其特征在于，该变量d等于20log[一编码后音频信号的时间权重均方根]。

4.根据权利要求3所述的噪声消除系统，其特征在于，该变量d的范围约±35[分贝-指数型态时间权重均方根]至约±45[分贝-指数型态时间权重均方根]。

5.根据权利要求1所述的噪声消除系统，其特征在于，当该噪声消除系统用于该编码程序时，更包含：

一宽带压缩单元，设置于该噪声消除系统中，用于压缩该编码后音频信号成一宽带压缩信号。

6.根据权利要求5所述的噪声消除系统，其特征在于，更包含：

一乘法器，设置于该噪声消除系统中，用于相乘该音频信号与该宽带压缩信号成为该输入信号。

7.根据权利要求1所述的噪声消除系统，其特征在于，该内存为一只读存储器表格。

8.根据权利要求1所述的噪声消除系统，其特征在于，该噪声消除系统用于该BTSC信号系统中，以消除数字处理过程中一译码程序的一编码后音频信号的噪声。

9.根据权利要求8所述的噪声消除系统，其特征在于，当该噪声消除系统用于该译码程序时，该噪声消除系统包含：

一音频展开单元，该音频展开单元中的该滤波器用以根据该转换函数的反转、该变量d与该些参数b₀/a₀、a₀/b₀、b₁/b₀与a₁/a₀，对该编码后音频信号进行滤波并产生一输出信号。

10.根据权利要求8所述的噪声消除系统，其特征在于，当该噪声消除系统用于该译码程序时，更包含：

一宽带展开单元，设置于该噪声消除系统中，用于展开该编码后音频信号成一宽带展开信号。

11.根据权利要求8所述的噪声消除系统，其特征在于，该乘法器用于相乘该输出信号与该宽带展开信号成为该音频信号。

Images