CN102136844B

CN102136844B - 音频比较方法和设备

Info

Publication number: CN102136844B
Application number: CN201010621636.XA
Authority: CN
Inventors: 埃里克·昆肯思
Original assignee: Koninklijke Philips Electronics NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 2009-12-30
Filing date: 2010-12-28
Publication date: 2014-05-14
Anticipated expiration: 2030-12-28
Also published as: US8457572B2; EP2341630A1; US20110189968A1; CN102136844A; EP2341630B1

Abstract

本发明涉及一种音频比较方法和装置，在经历音频流之间的可能延迟的情况下，通过测量音频流中的音量波峰的时间并识别音频流中波峰之间的相关性来比较音频流。音频比较允许即使在出现延迟和失真并使用低处理能力的情况下也能够识别包括相同音频内容在内的音频流。音频比较在车载无线电中具有特定应用以允许自动重调谐。

Description

音频比较方法和设备

技术领域

本发明涉及一种音频比较方法以及对应设备，具体地但是非排他性地，涉及车载无线电(car radio)用途。

背景技术

车载无线电接收机需要解决当汽车四处行驶时从不同接收机的不同无线电频道接收到的无线电信号的强度改变。汽车可以到达接收到的信号衰减的区域。在这些情况下，无线电找到发射相同频道的其他发射机并自动地重调谐是有用的。

执行该操作的一种方式被称作无线电数据系统(RDS)。配备有RDS的无线电接收数据和音频信号，该数据是以57kHz发射的。该数据包括允许重调谐的信息。

希望能够执行相同的重调谐而无需RDS。为了执行重调谐，必须识别接收到的承载与当前收听的频道相同的信号的其他频道，换句话说，必须比较音频流。

用于比较音频流的系统是公知的。一个具体示例是存储在播放器上记录的音乐的曲目的自动识别。存在用于通过将曲目的特征与大型数据库进行比较来识别记录的音乐的曲目的算法。

然而，由于车载无线电环境具有大量不利特征，这种系统不适于用于车载无线电。首先，在不同发射机之间具有相对明显的时移，特定地是100ms。其次，由无线电发射的音频可能被非常严重地压缩。第三，可能存在相当大的信号失真。

另一个问题在于系统必须在车载无线电中实时工作。但即使数字车载无线电也存在受限的计算机处理功率。此外，不存在与音频频道进行比较的大型预先准备的数据库。

在重调谐应用中识别新频道的一个具体问题在于该方法必须在已有信号开始衰减时进行工作。在这种情况下，可能存在明显的失真并且存在音频信号的某些衰减。因此在这种环境中使用的音频相关系统必须具有鲁棒性。

发明内容

根据本发明，提供了一种根据权利要求1所述的音频比较方法以及一种根据权利要求7所述的无线电模块。

通过测量音量波峰和比较这些波峰的时间，可以获得相关性的鲁棒测量手段。

附图说明

参考附图，仅作为示例描述了本发明的实施例，在附图中：

图1是本发明第一实施例的框图；以及

图2和图3是本发明方法的流程图。

附图仅是示意性的，并且不是按比例绘制的。

具体实施方式

参考图1-3，车载无线电2由无线电模块4实现。无线电模块与天线6和音频输出级8相连，音频输出级8可以与汽车内的不同扩音器(未示出)相连。

无线电模块4具有第一调谐器10和第二调谐器12。调谐器可独立地调谐至不同频道并输出音频流，即，相应调谐器调谐到的频道的音频内容。第一调谐器10的输出称作第一音频流，第二调谐器的输出称作第二音频流。

将第一音频流馈入音频输出级8，用于扩音器上的再现。

将来自第一调谐器10的第一音频流馈入第一测量单元14，第一测量单元14连续地测量(图2，步骤40)第一音频流的音量并识别(步骤42)该流的音量的波峰。仅存储长度大于预定最小波峰长度的波峰，以避免记录“毛刺信号(spike)”。该预定最小波峰长度可以是2ms到5ms。

此外，还可以避免模糊波峰。通过确保波峰值音量与之前和/或之后的音量之间的足够音量差是Yms，可以实现该目的，Y典型是2ms到5ms的范围。

将测量的波峰的时间存储在第一流波峰时间存储单元16中，存储单元16存储了N个波峰。N是整数，典型地至少是5。发明人对N＝8的实际接收无线电信号执行的实验表明，典型音频流具有近似每秒4个音量波峰，因此波峰时间存储单元在大约2s的时间间隔内存储了N＝8个波峰。

在第一流波峰时间存储单元16充满之后，第一测量单元继续测量音量并确定新的波峰。当测量到新的波峰时，利用其时间来代替第一流波峰时间存储单元中最早的波峰时间，由此连续地进行更新。

第二测量单元18和第二流波峰时间存储单元20与第二调谐器12相连，以对来自第二调谐器12的第二音频流的音量执行相同测量，由此利用第二流波峰时间来填充第二流波峰时间存储单元。由此测量第二音频流的音量(步骤44)并识别波峰(步骤46)。

如图3的流程图所示，比较模块22对第一流和第二流波峰时间执行比较，并输出相关性值，所述相关性值是第一和第二流波峰时间的相似性的度量。为了最大准确度，比较模块22在第一和第二波峰时间存储单元16、20均被填充之后进行操作。

比较模块22用于对两个流的波峰高度进行相关。例如，考虑在1ms、210ms、560ms、1280ms和1600ms处具有波峰的第一音频流。同时发射的第二音频流具有相同波峰高度的可能性非常低。

然而，该算法需要考虑到由不同发射机中的不同信号处理以及引入延迟的其他因素造成的来自不同发射机的发射时间的差异。实验表明该该延迟可以是60ms，因此该算法匹配具有高达60ms的最大延迟X的相关波峰集合。当然，可以考虑到在不同地域存在的不同发射装置而改变最大延迟，例如在某些地域，延迟可以高达100ms，甚至高达200ms。

因此，在步骤30，比较模块在第一流波峰时间存储单元16中指定第一采样，并且在第二流波峰时间存储单元20中指定每一个采样，针对每个指定的采样对来计算延迟X ms。注意，X可以是正或负数。

在步骤32，定位两个存储单元16、20中具有相同延迟X的其他采样对。

然后，根据采样对之间的匹配来计算相关性因子。例如，如果第一波峰时间存储单元中的所有波峰均与第二流波峰时间存储单元中的波峰相匹配，则相关性因子是1，如果不存在其他匹配，则相关性因子是0。存储该相关性因子(步骤34)。以相对较低的分辨率来进行波峰的匹配，例如在1ms到10ms的范围内，优选是1到2ms。这允许该方法即使在音频信号存在相当大失真的情况下也能工作。

然后，重复步骤30、32和34(步骤36)，以便在第一和第二波峰时间存储单元16、20之间指定所有采样。然后(步骤38)识别并输出最大相关性因子(步骤40)。由此，比较模块输出第一和第二音频流之间的最佳相关性因子。

在示例中，第一波峰时间存储单元中的波峰集合可以处于1000、1400、1750、2100、2300、2450、2550和2700ms处。第二波峰时间存储单元中的波峰集合可以处于900、1060、1809、2161、2310、2390、2510和2760ms处。于是最佳匹配针对延迟X为60ms，其中第二时间比第一时间晚60ms。可以识别1000处的第一波峰与1060处的第二波峰、1750处的第一波峰与1809处的第二波峰、2100处的第一波峰与2161处的第二波峰、2450处的第一波峰与2510处的第二波峰以及2700处的第一波峰与2760处的第二波峰之间的匹配。在这种情况下，分辨率是1ms，如果延迟是60ms加或减1ms，则确定匹配。

在这种情况下存在良好匹配。可以使用简单的相关度量，例如度量可以简单地是匹配波峰的数目，这里是5。由于波峰的最大数目是8，通过将匹配波峰的数目除以波峰的数目得到结果5/8＝0.625，可以在0到1的范围内表示相关性。

返回图2，当将新的波峰添加到第一和/或第二波峰时间存储单元16、20中时，测试是否添加了新的波峰(步骤48)，如果添加了新的波峰，则比较模块执行图3中更详细示出的算法以比较波峰(步骤50)并输出(步骤52)更新的相关性因子。按照这种方式，有规律地更新相关性因子并提供了音频流之间相关性的有规律更新度量。

重调谐模块24使用相关性因子的输出。

重调谐模块24监测第一音频流的质量。在无线电输出第一音频流的同时，重调谐模块试图识别具有相同音频信号的其他无线电频道。这可以通过以下操作来实现：将第二调谐器12依次调谐到其他台，并将比较模块22的输出用作流的相关性的度量。在大多数情况下，相关性会非常低，并且这些无线电频道被拒绝。然而，在相关性等于或超出预定值的情况下，将无线电频道识别为具有相同的音频内容。

在上述示例中，8个波峰中有5个匹配，预定值可以是4(取决于波峰匹配的数目，具有表示为0到8之间的相关性)。因此，由于匹配的数目(5)大于或等于4，重调谐模块将第一和第二信号识别为相同。

当例如由于汽车正在驶离发射机导致第一音频流质量恶化时，如果存在，重调谐模块24选择具有相同音频内容的最强无线电频道，并重调谐该音频内容。这可以通过将第一调谐器重调谐到新的频道来实现。这允许即使在没有RDS的情况下实现自动重调谐。

在备选实施例中，简单地切换音频输出以便将第二调谐器的输出馈入到音频输出级8。

该实施例与在曲目识别系统中使用的方法具有4个关键区别。首先，不需要曲目数据库。其次，该方法简单地使用音量波峰，无需尝试检查所记录曲目的多个方面。

第三，能够以例如1ms到2ms的较低分辨率执行波峰定时和波峰时间比较，这对于失真是自动允许的。这一点非常重要，是因为在需要找到新无线电频道的时刻会存在相当大的失真。通过确保即使在测量的波峰时间中存在1ms或2ms差异的情况下也能找到匹配，该低分辨率在算法中是明确的，或通过在低分辨率下进行测量和计算能够简单地实现低分辨率。

该低分辨率处理使得即使在仅具有低处理能力(如典型在无线电中)的情况下也能够操作该方法。

第四，在实施例中，连续地更新比较模块22的输出。

连续更新允许避免假肯定(positive)频道匹配。例如，可以在不同频道上广播相同新闻项或交通信息。通过连续地更新相关性输出，即使将备选频道识别为伪匹配，重调谐模块24也能够监测比较模块22的输出，并且在新闻项或交通信息结束之后校正匹配。

所述方法尤其适于车载无线电应用的无线电信号的音频比较。然而，该方法还可以用于其他应用，尤其是具有低处理能力需求和需要处理音频失真和/或音频信号之间的时移的相同需要的应用。

一种备选设置在于使用比较算法来比较在一对(或更多)天线上接收到的信号。在多种情况下，将天线定位在相同位置，以便在该应用中可以将延迟X的值设为0。该方法可以用于同频道检测器中。

另一个示例在于该方法可以用于在配备有媒体播放器的无线电中将接收到的音频信号与存储的音频信号进行比较。当找到匹配时，可以利用存储的音频来代替接收到的音频，由此尤其是在弱信号条件下提高了信号质量。

可以理解，可以对所述实施例进行变型。分辨率、预定相关性值和最大延迟均可以根据需要来改变。

可以改变存储在第一和第二波峰时间存储单元中的元素数目N。N的值越大，则在填充存储单元的较长时间和更多处理能力需求的成本下，相关性测量越好。

可以利用各种硬件和软件来实现该设备。例如，可以使用软件将比较模块22和重调谐模块24实现在单个芯片上，或将其实现为分离的硬件模块。无线电模块4还可以实现为混合设备。

第一和第二存储单元均可以被实现为相同存储器的部件，或可以使用不同存储器。

取决于应用，无线电模块4可以包括附加或更少的组件。例如，可以从无线电模块中省略调谐器10、12。备选地，可以包括音频输出级。这取决于各自的设计选择以及匹配组件的可用性。

另一个变体在于改变两个不同波峰时间存储单元的敏感度阈值，这有利于存储单元中的一个或另一个。

Claims

1.一种音频比较方法，包括步骤：

测量（40）第一音频流的音量,所述第一音频流来自第一电台频道；

识别（42）第一音频流中测量的音量的波峰，并在识别波峰时将这些波峰的时间存储为第一流波峰时间；

测量（44）第二音频流的音量,所述第二音频流来自第二电台频道；

识别（46）测量的音量的波峰，并在识别波峰时将这些波峰的时间存储为第二流波峰时间；

当存储了新的第一流波峰时间和/或新的第二流波峰时间时，比较（50）存储的第一流波峰时间和第二流波峰时间，以针对第一音频流和第二音频流之间的恒定延迟识别第一流波峰时间和第二流波峰时间之间的匹配，所述恒定延迟是小于预定最大延迟的任意延迟；以及

输出（52）基于第一流波峰时间和第二流波峰时间之间的最佳匹配的相关性因子。

2.根据权利要求1所述的音频比较方法，其中，不存储音量中小于预定最小波峰长度的短波峰的波峰时间。

3.根据权利要求1或2所述的音频比较方法，其中，以1ms到2ms之间的低分辨率确定波峰时间的匹配，由此将第一和第二音频流中出现在彼此的所述低分辨率内的波峰时间确定为匹配。

4.根据前述权利要求之一所述的音频比较方法，包括步骤：

在第一流波峰时间存储单元（16）中存储第一流波峰时间，所述第一流波峰时间存储单元（16）能够存储N个第一流波峰时间，其中N至少是5，并且当在第一流波峰时间存储单元充满之后识别了另一个第一流波峰时间时，代替第一流波峰时间存储单元中最早的条目；

在第二流波峰时间存储单元（20）中存储第二流波峰时间，所述第二流波峰时间存储单元（20）能够存储与第一流波峰时间相同数目的N个时间，其中N至少是5，并且当在第二流波峰时间存储单元充满之后识别了另一个第二流波峰时间时，代替第二流波峰时间存储单元中最早的条目；以及

在第一流波峰时间存储单元和第二流波峰时间存储单元均充满之后，开始比较（50）第一流波峰时间和第二流波峰时间的步骤。

5.一种无线电方法，包括：

接收来自第一无线电频道的音频信号，作为第一音频流，并输出该音频信号；

接收来自第二无线电频道的音频信号，作为第二音频流；

执行根据权利要求1到4之一所述的音频比较方法，以输出第一和第二音频流之间的相关性因子；

如果相关性因子等于或超出预定相关性值，则将第二无线电频道识别为对应频道；

如果第二无线电频道是对应频道且第二无线电频道具有更强信号，则输出第二音频流代替第一音频流。

6.一种无线电方法，包括：

接收来自多个第二无线电频道的多个音频信号；

针对多个第二无线电频道中的每一个执行根据权利要求1到4之一所述的音频比较方法，以输出第一和第二音频流之间的相关性因子；

如果相关性因子等于或超出预定相关性值，则将每个第二无线电频道识别为对应频道；

如果对应频道中具有最佳信号的对应频道具有比第一无线电频道更强的信号，则将第一无线电频道重调谐到该对应频道，以从切换后的第一无线电频道输出音频信号作为新的输出音频信号。

7.一种音频比较单元，包括：

第一流波峰时间存储单元（16），用于存储第一音频流的音量波峰,所述第一音频流来自第一电台频道；

第二流波峰时间存储单元（20），用于存储第二音频流的音量波峰,所述第二音频流来自第二电台频道；以及

比较模块（22），被设置成：

连续地测量第一音频流的音量，识别测量的音量的波峰，并在识别波峰时将这些波峰的时间存储在第一波峰时间存储单元中，作为第一流波峰时间；

连续地测量第二音频流的音量，识别测量的音量的波峰，并在识别波峰时将这些波峰的时间存储在第二波峰时间存储单元中，作为第二流波峰时间；

当存储了新的第一流波峰时间和/或新的第二流波峰时间时，比较存储的第一流波峰时间和第二流波峰时间，以针对第一音频流和第二音频流之间的恒定延迟识别第一流波峰时间和第二流波峰时间之间的匹配，所述恒定延迟是小于预定最大延迟的任意延迟；以及

确定基于第一流波峰时间和第二流波峰时间之间的最佳匹配的相关性因子。

8.根据权利要求7所述的音频比较单元，其中，比较模块（22）被设置为不存储音量中小于预定最小波峰长度的短波峰的波峰时间。

9.根据权利要求7或8所述的音频比较单元，其中，比较模块（22）被设置为以1ms到10ms之间的低分辨率确定波峰时间的匹配，由此将第一和第二音频流中出现在彼此的低分辨率内的波峰时间确定为匹配。

10.根据权利要求7或8所述的音频比较单元，其中：

所述第一流波峰时间存储单元（16）能够存储N个第一流波峰时间，其中N至少是5；

所述第二流波峰时间存储单元（20）能够存储与第一流波峰时间相同数目的N个时间；

比较模块（22）被设置为当在第一流波峰时间存储单元充满之后识别了另一个第一流波峰时间时，代替第一流波峰时间存储单元中最早的条目；当在第二流波峰时间存储单元充满之后识别了另一个第二流波峰时间时，代替第二流波峰时间存储单元中最早的条目；以及

在第一流波峰时间存储单元和第二流波峰时间存储单元均充满之后，比较第一流波峰时间和第二流波峰时间。

11.一种无线电模块，包括根据权利要求7-10之一所述的音频比较单元以及至少一个第一无线电调谐器（10）和至少一个第二无线电调谐器（12），用于从第一无线电频道产生第一音频流以及从第二无线电频道产生第二音频流。

12.根据权利要求11所述的无线电模块，包括：第一无线电调谐器（10），用于从第一无线电频道产生第一音频流；以及第二无线电调谐器（12），用于从第二无线电频道产生第二音频流。

13.根据权利要求12所述的无线电模块，还包括：

音频输出电路（8），用于输出第一音频流作为音频输出；以及

重调谐模块（24），被设置为将第二无线电调谐器（12）调谐到多个第二无线电频道，以及将相关性因子与预定相关性值进行比较，并且如果相关性因子大于预定相关性值，则将第二无线电频道识别为对应频道。

14.根据权利要求13所述的无线电模块，其中重调谐模块（24）被设置为自动地将第一无线电调谐器重调谐到所述对应频道。

15.一种车载无线电（2），包括根据权利要求11-14之一所述的无线电模块。