CN102273223A - 动态音量控制和多空间处理保护 - Google Patents

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Abstract

本文公开了动态控制包括左和右声道信号的立体声音频节目的感知音量的系统和方法。该系统包括：动态音量控制器，其被配置和布置成维持立体声音频节目的恒定的感知音量水平；以及多空间处理保护处理器，其被配置和布置成用于相对于和信号的水平来控制差信号的水平，其中所述和信号是作为右声道信号加上左声道信号的函数而产生的，所述差信号是作为从左声道信号减去右声道信号(L-R)的函数而产生的；其中，多空间处理保护处理器处理音频信号以便相对于和信号(L+R)来控制差信号(L-R)。还提供了用于动态控制包括左和右声道信号的立体声音频节目的感知音量的系统和方法，包括：动态音量控制器，其被配置和布置成维持立体声音频节目的恒定的感知音量水平；以及节目变化检测器，其被配置和布置成提供节目变化信号，该信号指示左和右声道信号的音量已经下降到阈值水平之下至少一阈值时间段，以便预测左和右声道信号的声音水平中的可能变化；其中动态音量控制器响应于节目变化信号。

Description

动态音量控制和多空间处理保护
相关申请
本申请与申请号为61/114,684以及61/114,777的美国临时申请相关并且要求两个申请的优先权；申请号为61/114,684的美国临时申请于2008年11月14日提交，申请人名称为Christopher M.Hanna，Gregory Benulis和Scott Skinner；申请号为61/114,777的美国临时申请于2008年11月14日提交，申请人名称为Christopher M Hanna and Gregory Benulis，两个申请都以参考方式并入本文中。本申请还与系列号为___________________(代理人案号No.56233-427-THTK-26)的共同申请悬而未决的美国申请相关，该美国申请(申请人名称为Christopher M.Hanna、Gregory Benulis和ScottSkinner)与本申请同时申请且转让给本申请的受让人。
技术领域
本申请涉及音频信号处理，以及更具体涉及音频信号的音量控制和多空间处理保护。
背景技术
在看电视的过程中，音量变化会使人烦躁，且常常需要电视观众进行手动音量调整。一个实例是当电视频道变化时往往会发生可感知的音量变化。另一个实例是在播放电视节目和商业广告之间会发生可感知的音量变化。这些较大的相对变化通常归因于在信号产生期间的广播或信号压缩的引入时缺乏音量水平控制。可感知声音响度增加的一个鲜为人知的原因是多空间处理。在工作室中处理某些节目内容中的音频，以便在双声道系统中产生环绕立体声效果(仿环绕立体声)。如果在电视中接着处理这种类型的广播音频以便产生双声道环绕立体声效果(如目前在许多电视机中进行的那样)，可感知音量水平的变化会是显著的。这种额外的空间处理会导致图像居中(通常对话)几乎是不清晰的。在所有情况下，自动音量控制技术可将听者的不适最小化以及保持更为一致的音量水平。虽然大部分注意力都关注到平衡广播时的音量水平，但是看似其对于解决该问题起到的作用很小。事实上，随着高动态范围DTV广播的出现，现在电视观众会感知更广泛的声音响度差异。
发明内容
根据所公开系统和方法的一方面，提供一种系统，其用于动态控制包括左和右声道信号的立体声音频节目的感知音量，该系统包括：动态音量控制器，其被配置和布置成维持立体声音频节目的恒定的感知音量水平；以及多空间处理保护处理器，其被配置和布置成用于相对于作为右声道信号加上左声道信号的函数所产生的和信号(sum signal)的水平来控制作为从左声道信号减去右声道信号(L-R)的函数所产生的差信号(differencesignal)的水平；其中，多空间处理保护处理器处理音频信号以便控制差信号(L-R)增强。
根据另一方面，提供一种系统，其用于动态控制包括左和右声道信号的立体声音频节目的感知音量，该系统包括：动态音量控制器，其被配置和布置成维持立体声音频节目的恒定的感知音量水平；以及节目变化检测器，其被配置和布置成提供节目变化信号，该信号指示左和右声道信号的音量下降到阈值水平之下至少一阈值时间段，以便预测在左和右声道信号的声音水平中的可能变化；其中，动态音量控制响应于节目变化信号。
还根据另一方面，提供一种系统，其用于动态控制包括左和右声道信号的立体声音频节目的感知音量，该系统包括：动态音量控制器，其被配置和布置成维持立体声音频节目的恒定的可感知音量水平，动态音量控制器包括至少一个压缩器，该压缩器响应于高和低的启动(attack)和释放比阈值，从而定义无声的、正常的以及大声的感知音量水平。
仍然根据另一方面，提供一种系统，其用于动态控制包括左和右声道信号的立体声音频节目的感知音量，该系统包括：多空间处理保护处理器，其被配置和布置成用于控制从左声道信号减去右声道信号(L-R)所产生的差信号的水平；以及用于对差信号整形的轮廓滤波器。
还根据另一方面，提供一种系统，其用于动态控制包括左和右声道信号的立体声音频节目的感知音量。该系统包括：多空间处理保护处理器，其被配置和布置成用于控制从左声道信号减去右声道信号(L-R)所产生的差信号的水平；以及用于对差信号整形的轮廓滤波器。
附图说明
附图披露了示例性实施例。它们并没有示出所有的实施例。可以使用除此之外的其它实施例，或者用其它实施例代替上述实施例。可省略显而易见或非必要的细节，以便节省篇幅或以便更有效地进行例示。相反，一些实施例可在未披露所有细节的情况下实施。当相同附图标记出现在不同的附图中时，其指代相同或类似部件或步骤。
当结合附图阅读时可从下面说明内容中更充分地理解披露的各方面，这些附图被认为本质是示例性的，而非作为限制。附图没有必要按比例绘制，而是将其重点放在披露内容的原理上。附图中：
图1是动态音量控制系统的一个实施例的简化框图；
图2是示出一个节目变化检测操作的一个实施例的状态图；
图3是单波段动态音量控制系统的一个实施例的简化框图；
图4是多波段动态音量控制系统的一个实施例的简化框图；
图5-7用图表示出多波段动态音量控制系统的频率响应；
图8是双处理保护系统的一个实施例的简化框图；
图9是包括动态音量控制系统和双处理保护系统的一个组合系统配置的一个实施例的简化框图；以及
图10是包括动态音量控制系统和双处理保护系统的一个组合系统配置的第二实施例的简化框图。
具体实施方式
现在讨论示例性实施例。可以使用除此之外的其它实施例，或者用其它实施例代替上述实施例。可省略显而易见或非必要的细节，以便节省篇幅或以便更有效地进行例示。相反，一些实施例可在未披露所有细节的情况下实施。
动态音量控制(DVC)系统
对用于动态控制音频信号音量的DVC系统进行描述。该系统被配置和布置成当发生突然变化时动态处理和改变音量。在此所述的实施例被配置和布置成维持针对音频波段应用的一个恒定的可感知音量水平。DVC系统可以完全数字化实现，且可在软件(C、汇编程序等)或数字硬件(HDL硬件描述语言)中经济地实现，但是应该意识到该系统可以是完全模拟的或混合模拟/数字系统。市场应用包括电视音响、DVD播放器音响、机顶盒音响、广播音响和其它高保真和非高保真音响产品。如果没有在此所描述类型的DVC系统，则当节目内容在给定广播/源内变化时或当音频广播/源变化时，可感知的音量水平会急剧变化。这些音量变化会使人烦躁，且常常需要电视观众进行手动音量调整。一个具体实例是电视频道变化时往往会发生音量变化。另一个实例是在电视节目和电视商业广告之间会发生音量变化。在这两个实例中DVC系统将消除听者不适以及维持更为一致的音量水平。
图1示出这种DVC系统100的一个实施例。该系统100接收两个输入信号，在输入102处的左信号L和在输入104处的右信号R。在所述实施例中，DVC系统架构是基于经典的压缩器设计(THAT Corporation DesignNote 118)的数字化实现的，该压缩器设计具有灵活性和仅可在数字化实现中才能进行额外修正。系统100包括RMS水平检测器110(用于提供代表左信号L和右信号R的RMS平均值总和的信号)、对数转换模块112以及信号平均AVG模块114。对数转换模块112将RMS水平检测器110的输出从线性转换至对数域。系统100响应于若干控制信号，每一信号指示是否存在需要来自系统的响应的特定条件。系统100还包括主机处理器(未示出)，其被配置和布置成用于执行DVC系统100的操作。所示实施例响应于若干控制信号，其包括：由目标信号产生设备116提供的目标水平信号，由启动阈值信号设备118产生的启动阈值信号，释放阈值(未示出)，由门阈值信号设备120产生的门阈值信号，启动比阈值(未示出)，释放比阀值(未示出)，由比率信号设备122产生的比率信号，以及由静音保持设备124响应于节目变化检测器(PCD-未示出)产生的静音保持信号。设备116、118、120、122可仅是用户易于操控的用户可调整控制器。设备124可布置成在频道变化时接收来自TV控制器的信号或者接收来自用于检测输入102和104是否都被静音的静音检测器(未示出)的信号。目标信号水平116代表相对于满刻度输入的分贝水平，即目标音量。启动阈值118代表在启动时间减少到1/N(在此N可为任意数)前REF必须高于AVG的分贝数。在一个所示的实施例中N等于10。释放阈值信号代表在释放时间减少到1/M(在此M可为任意数)前REF必须低于AVG的分贝数，且在一个所示的实施例中M等于10。门阈值120代表在所有的左和右增益调整量都被冻结之前REF可低于AVG的量(负分贝数)。启动比阈值代表在音量控制器开始衰减输入信号之前REF可高于目标信号水平116的分贝绝对数量。释放比阈值代表在音量控制器开始给输入信号增加增益之前REF可低于目标信号水平116的分贝绝对数量。比率信号122根据所需压缩比来调整AVG值。
由信号加法器126从对数转换模块112的输出减去目标水平信号116以便将REF信号提供给信号平均AVG模块114、第一比较器128和第二比较器130。REF信号代表相对于所需听觉阈值的输入信号的音量水平。AVG信号也被认为是瞬时(在启动/释放处理之前)的理想增益建议(recommendation)。信号平均模块114的输出是AVG信号，其是作为REF信号平均值的函数的信号。将AVG信号应用到信号加法器132，在该处该AVG信号加到启动阈值信号118。AVG信号以类似的方式(未示出)与释放阈值求和。AVG信号还被应用到信号加法器134，在该处将该AVG信号加到门阈值信号120。将信号加法器132的输出应用到启动阈值比较器128，在该处将信号加法器132的输出与REF信号进行比较，而将信号加法器134的输出应用到门阈值比较器130，在该处将信号加法器134的输出与REF信号进行比较。信号乘法器136还将AVG信号与比率信号122相乘。将比较器128的输出应用到启动/释放选择模块138，继而该启动/释放选择模块138根据且响应于静音保持信号124的状态将Att(启动)信号或Rel(释放)信号提供给信号平均模块114。还将释放阈值AVG加法器(未示出)的输出与REF信号进行比较且将该输出应用到启动/释放选择模块。比较器130将输出提供给信号平均模块114的HOLD输入。最后，信号乘法器136将输出提供给对数到线性信号转换器140，继而该信号转换器140提供输出，该输出被应用到每个信号乘法器142和144，其中信号乘法器142和144分别按比例调整在相应输入102和104处提供的左信号和右信号，从而提供输出改变的左信号Lo和右信号Ro。
参考图1，RMS水平检测器110感测输入信号的音量水平。应当注意，虽然示出了RMS水平检测器，但是可以使用任何类型的信号水平检测器。例如，可使用峰值检测器、平均检测器、基于可感测的水平检测器(例如ITU 1770响度检测器或CBS响度检测器)或其它检测器来感测音量水平。这些水平检测器通常具有动态以及可独立调整的时间常量。调整这些时间常量的一个方法是使其基于输入信号的包络形状或通常形状，这样时间常量随着信号进行改变。在其它实施例中，时间常量是固定的。为了便于处理数据，如图所示，利用对数转换模块112可将音量水平转换至对数域。在多波段系统，单独的RMS检测器可用于每个波段。信号平均模块114被配置和布置成相对于启动和释放时间来计算REF的平均值。信号平均模块114的输出信号AVG由乘法器136按所需压缩比调整以便产生将被应用的增益值。最后增益由对数到线性转换器140转换回到线性域以便应用到左信号L和右信号R，从而产生改变的左信号Lo和右信号Ro。
从对数转换模块112输出处的感测水平减去由目标水平信号116代表的目标输出水平以便确定真正音量水平和所需音量水平之间的差异。代表输入信号水平相对于目标水平信号116的该差异被称为基准(REF)信号。目标水平信号可以是用户输入，如一个简单的旋钮或其它预设的设置，以控制所需音量水平。该阈值可以是固定的，或者其可作为输入信号水平的函数而变化以便相对于输入动态范围来更好地确定压缩。一旦获得REF信号，则将其作为输入提供给平均模块114、启动阈值比较器128和门阈值比较器130。将启动阈值比较器128的输出应用到启动/释放选择模块138，继而该启动/释放选择模块138接收信号，来自节目变化检测器的静音保持(MuteHold)信号124。
在左和右增益调整(142和144)被冻结之前，能够获得门阈值信号120(当添加到表示最低值REF的当前平均AVG)。门阈值比较器130接收瞬时信号水平(REF)信号并且确定由REF表示的音量水平是否下降到前述给定阈值之下。如果瞬时信号水平(REF)比门阈值低于模块114输出处显现的平均信号水平(AVG)的量大的话，按信号路径应用到信号的增益保持恒定直到信号水平上升到高于阈值的水平。这样做的目的是防止系统100将增加的增益应用到非常低水平的输入信号，如噪声。在无限保持系统中，增益可一直恒定直到信号水平上升。在一个泄漏保持系统中，增益可逐步(比释放时间慢得多)增加。在一个实施例中，该门保持阈值可调，而在另一实施例中，由门阈值134设定的阈值是固定的。
节目变化检测器或静音保持感测输入何时为“无声”。当用户改变电视(电视)频道，两个频道之间的音量水平可以变化，要么显著增加要么显著减少。通常情况下，电视制造商将在改变频道时把音频暂时静音，以保护电视观众防止其受到音频瞬变的刺激。节目变化检测器被设计成通过确定音量水平是否下降到预定阈值(MuteLev)之下预定量的时间(MuteTime)来检查该种静音。如果瞬时音量水平(REF)低于阈值某一时间段或“静音时间”，那么检测到节目变化。如果检测到节目变化，则启动和释放时间(在下面进一步详细描述)的速度增加。有了上述增加，如果一个声音大的频道改为一个无声频道，那么增加的释放时间允许更快的增益增加，以满足目标音量输出水平。相反，如果一个无声频道改为一个声音大的频道，那么增加的启动时间允许更快的增益降低，以满足目标音量输出水平。如果音量水平在“静音时间”终止之前上升超过阈值，那么检测不到节目变化。在替代实施方案中，“静音时间”和静音阈值可以是固定的、用户可调的、可变的或其他方式。
图2示出适于节目变化检测器操作的静音检测算法状态图的一个实施例。操作200包括三种状态，静音关(MUTE OFF)状态202、静音开(MUTEON)状态208以及静音保持(MUTE HOLD)状态212。在静音关(MUTEOFF)状态202，信号加法器126输出处的REF信号与204处的MuteLev阈值水平定期进行比较，以便确定是REF＞MuteLev还是REF＜MuteLev。如果REF＞MuteLev，则操作仍然维持在状态202且继续该状态。在这种状态下，静音开(MUTE ON)＝0，静音保持(MUTE HOLD)＝0，以及启动和释放时间处于其正常设置下。但是，如果REF＜MuteLev，则检测到静音，且操作在206转换到静音开(MUTE ON)状态208。一旦转换到状态208，静音开(MUTE ON)＝1，以及在状态208，节目变化检测器接着确定静音状态是否维持了预定时间。如果在计时器终止前静音状态没有持续足够长的时间而出现REF＞MuteOffLev时，则检测器转换回到状态202。在音频部分无声阶段节目暂停时可能会发生该情况。但是，当计时器确定静音时间已经终止，则节目发生变化。在这种状态下，当返回到REF＞MuteOffLev时，检测器将在210转换到静音保持(MUTE HOLD)状态212。在这种状态下，启动和释放时间加快，从而使相对声音大的信号更柔和，以及相对柔和的信号声音更大，且持续预定时间界限(静音时间)。在图2中，示出状态208下的定时器设置与状态212下的定时器设置相同。它们也可以为不同值，这应该是显而易见的。在状态212下时，如果在静音时间终止之前REF降低至低于MuteLev设置(即，REF＜MuteLev)，则状态在214转换回到状态208。但是，如果静音时间没有终止，则检测器将在216转换回到状态202。
在一个实施例中，MuteTime(静音时间)和MuteLev(静音水平)可调。静音时间和静音水平在给定的实现中也可以是固定的。将静音阈值设置为比门阈值低。静音检测算法可以以自动或手动模式起作用。在自动模式下，系统100检测到在频道改变过程中的静音状况。节目变化检测器也可以以手动模式操作，在该模式下接收来自电视或其它装置的指示频道改变的“静音”信号。此外，节目变化检测器还可接收来自用户的远程控制的信号以便解释用户是否正在改变一个频道。该系统100还可以利用启动和释放阈值进行操作。如果在一个给定的时间窗口，音量水平跳跃到启动阈值118跨越的范围，那么系统100可以以“快速启动”模式进行操作。在一个实施例中，如果REF超出AVG启动阈值，则该快速启动模式会增加启动时间常量以便迅速降低这种增加的音量水平增益。同样，如果音量水平跳跃到释放阈值跨越的范围，那么系统以快速释放模式操作，在该操作模式下增益迅速增加。这些启动和释放时间常量彼此之间相互独立地调整，以及还可在多波段系统中在高波段和低波段之间相互独立地调整。
在一些实施方式中，应用到输入信号的最大增益可能是有限的。这将限制应用到无声音频声道的增益量。如果一个大声的声道(在电影中的雷声)紧接着无声的音频声道，则无限增益可能导致在启动时间内增益降低之前的显著音频过冲。
平均模块114接收REF、启动、释放和保持信号，并基于启动、释放和保持信号以及作为启动、释放和保持信号的函数来确定REF信号的平均值(AVG)。然后根据压缩比来调整AVG信号以便应用到原始信号用于音量控制。AVG信号代表利用启动/释放时间常量处理的REF信号。一旦REF的变化波动通过平均模块114从而影响AVG信号，其首先需要通过所需压缩比来进行调整。应该意识到系统100并不无限地压缩。一旦AVG信号的值根据压缩比进行调整后，AVG信号通过比率设定装置122和乘法器136乘以-(1-比率)。因此，通过举例来说，4∶1的压缩比可以使得AVG信号乘以-(1-1/4)或-3/4。因此，如果音频高于阈值20分贝，则AVG信号将等于20分贝(在超过启动时间常量之后)。20分贝乘以-3/4产生-15分贝的值。其结果是在应用-15分贝的增益之后，高于阈值的为20分贝的音频衰减至5分贝。20/5＝4，这是一个4∶1的压缩比。
应用到信号的压缩比可以是一个单一的倾斜比(sloped ratio)。例如，取决于水平阈值，一个4∶1的比率可应用到输入信号。如果AVG高于阈值，那么信号将减少至1/4(以启动速度)。相反，如果AVG低于阈值，则信号将放大至4倍(以释放速度)。
在另一实施例中，压缩比可以有所不同，这取决于AVG信号是否高于或低于由设备116所提供的目标水平阈值。例如，如果AVG信号高于目标水平阈值，则信号可以减少至1/4，如在前面实例所述的那样。但是与此相反，如果AVG低于阈值，则可用不同的比率来放大输入信号，比如1.5∶1的比率。这种布置允许对高于比率阈值的大声信号进行压缩，而且还保留了无声对话的音量水平，如低声。上述布置可被看作是电影模式；它减弱了大声声音的刺耳的边缘(jarring edge)，但允许无声的声音(叶子的沙沙声等)以维持其原来的水平。这是适于大声的音量设置的良好模式。因此，可实现一个更全面的动态范围，同时还将压缩大声的恼人信号。另一布置涉及适于高于和低于水平阈值的AVG值的较大压缩(例如10∶1)。在此较大压缩称为“夜间模式”，因为电视观众可以听到节目中的所有声音(大声和小声)，而不必把音量(适于小声)调高和音量(适于大声)调低。夜间模式对于低音量设置是良好的，这往往是电视观众在深夜的首选。
此外，另一实施例设想利用高和低的启动和释放比阈值。在该实施例中，这两个阈值限定三个响度空间区域：无声、正常以及大声。在这些窗口的每个中，可以使用不同的压缩比。例如，1.5∶1的比例可用于放大无声的信号，1∶1的比例可用于保持正常的信号，以及4∶1的比例可以用来衰减大声信号。有了该多窗口系统，原来的动态范围可以更准确地予以保留，同时可分别衰减和放大大声和小声边缘的信号。
最后，如果在对数域进行该处理过程，那么在将增益应用于输入信号之前，在140处将所计算的压缩比“线性化”。
图3显示了单波段系统300，其中一个DVC系统302可将相同的增益应用到左信号(L)和右信号(R)中的每一个，上述信号应用到各自的输入304和306。具体来说，如在图3中所看到的那样，DVC系统302的输出(由对数到线性信号转换器140提供)分别动态地设置放大器308和310中每个的增益，继而放大了应用到系统300的两个输入的相应左和右信号，从而在输出316和318处提供Lout和Rout信号。DVC系统302可响应于L和R信号中每个信号的整体频率范围，或者仅响应于如图3中所示的每个信号的所选波段，例如，每一高通滤波器312和314可只允许相应L和R信号的高频部分通过到达DVC系统302，使后者(DVC系统302)只响应每一信号的高频内容。
另外，多波段系统可配置成使得每一选择波段由它自身的DVC系统独立处理，这样L和R信号独立地受到控制。如图4所示，例如，双波段系统400采用两个DVC系统406和408，每一个适于L和R信号，这样应用到输入402和404的L和R信号享受独立的增益控制。如图所示，将L信号应用到高通滤波器410和低通滤波器412，而将R信号应用到高通滤波器414和低通滤波器416。在图4的具有高波段和低波段的两个波段系统中，DVC系统(406及408)通过将每一DVC系统的输出应用于高通和低通滤波器的相应输出可将增益应用于高波段中的L和R信号。具体来说，DVC系统406的输出用于控制放大器418和420中每一个的增益，上述放大器418和420接收和放大高通滤波器410和412的高频输出。同样，DVC系统408的输出用于控制放大器422和424中每一个的增益，上述放大器418和420接收和放大低通滤波器412和416的低频输出。放大器418和420的输出在信号加法器426处相加，以便在输出428处产生输出信号Lout，而放大器422和424的输出由信号加法器430相加，以便在输出432处产生输出信号Rout。
在另一实施例中，如果需要对多波段信号中的每个L和R信号进行独立的增益控制，那么对于L和R信号中每一个信号的每一个波段可使用单独的DVC系统。此外，代替多波段系统，高通滤波器可以用来消除低频率，因为系统对低频率反应迟钝，如图3所示。
对于与多波段DVC系统一起使用的滤波器，在每个连续波段之间的交叉频率(在两波段的系统中，这将是高通和低通波段)是可调整的。使得交叉频率固定也是可能的。一个实例是基于派生滤波器中的数字化实现的交叉。派生滤波器在THAT Corporation Application Note 104 from THATCorporation of Milford，MA，and in Bohn，D.(Ed.)，Audio Handbook(NationalSemiconductor Corporation，Santa Clara，CA 1976)§5.2.4中描述过。在派生滤波器实现的一个实例中，交叉使用2阶巴特沃斯低通滤波器(LPF)和派生的高通滤波器(HPF)，上述总和为1，如图5中所示。在另一个实例中，交叉是具有Q＝0.5的传统数字二阶倒向高通滤波器，如图6所示，这样波段总和为1。在另一个实例中，交叉是基于四阶Linkwitz-Riley滤波器，如图7所示，其总和为1。在单波段音量控制过程中，高通滤波器控制RMS检测器的输入。
多空间处理保护(MPP)
电视制造商通常在双声道电视音频输出路径中加入虚拟环绕立体声(仿环绕立体声)技术(如SRS Tru-Surround，Spatializer等)。该双声道电视音频可去往电视外部的扬声器或去往在电视机柜中安装的扬声器。这些虚拟环绕立体声技术通过操纵和提高在立体声广播中存在的频道差异(L-R)来产生环绕立体声错觉。听众仍然感觉到一个完整的中心图像(L+R)，而且还经常听到频道差异(L-R)在宽广的隔音场变宽或作为位于扬声器位置之外的其它地方的一个点源。这种类型的空间增强通常在音频节目制作过程中完成。这对于强化以便吸引电视听众注意力的电视商业广告而言尤其确切。当音频节目具有两个空间增强的级联阶段(例如在制作点，以及在电视音频处理中)时，会存在音频质量的显著降低。预处理的音频趋于具有相对于L+R能量的显著的L-R能量。空间增强处理的第二级联阶段趋于甚至更多地增加L-R能量。最近的研究表明，过量的L-R增强是听者疲劳的主要因素之一。此外，还可以是音量的显著增加。
因此，根据本发明的一方面，提供一个MPP系统。在一个实施例中，MPP是双处理保护(DPP)系统，在电视立体声增强技术存在之前，其是一个电视音频信号接收和播放系统的一部分。MPP系统此后称为仿环绕立体声信号处理器。示例性的DPP系统处理音频信号，以便将在制作时引入的差异(L-R)增强最小化(即将差信号(L-R)相对于和信号(L+R)的能量水平最小化)。这允许电视的空间增强技术以心理声学取悦听众的方式来处理音频信号。在电视的空间增强音频处理之前，DPP系统的级联被证实在减轻双空间处理的刺耳效果上相当有效。在一个实施例中，DPP系统是完全数字化的，且其可以在软件(C、汇编程序等)或数字硬件(HDL硬件描述语言)中经济地实现。应该意识到，DPP系统还可以是所有模拟元件或模拟和数字元件的混合体。
在一个实施例中，DPP系统相对于相应L+R水平减少L-R增强。该实施例降低了多个2频道空间效应处理的影响。这种系统的一个实施例在图8中的800处示出。将左信号L和右信号R分别应用到系统800的输入802和804。将L和R信号应用于由两个信号加法器806和808所代表的矩阵。信号加法器806和808构成提供SUM(L+R)(和信号)和DIF(L-R)(差信号)的矩阵。
在SUM(L+R)路径中，信号一般保持不变。SUM信号(和信号)通常包含并不一定需要本地化的音频内容。然而，在替换的实施例中，频率轮廓整形可执行以便增强音频内容诸如对话。如图所示，SUM信号在被提供给矩阵(表示为信号加法器812和814)之前在信号乘法器810处乘以中心常量。如果需要的话，该中心常量允许调整该中心图像(L+R)的水平，以有助于对话的清晰度。添加L+R和L-R信号在输出816处提供左输出信号Lo，同时从(L+R)减去(L-R)在输出818处提供右输出信号Ro。
在图8所示的实施例中，大部分的处理发生在DIF路径中。L+R和L-R进行比较以便确定L-R信号相对于L+R的水平。在比较之前，这两个SUM和DIF信号中的每一个可以通过各自的高通滤波器820和822，诸如在某些情况下扬声器频率响应不包括低频率。(L-R)DIF信号可进一步通过多波段均衡器824以便突出耳朵最敏感的频率，即中频，以补偿L-R信号的感知响度水平。均衡器824允许差异频道水平检测是与频率相关的。例如，当处理具有有限低音响应的廉价电视机扬声器时可将低频率信号最小化。高频率可最小化以便限制对瞬态音频事件的反应。通常对耳朵最敏感的中频进行均衡以便控制差异水平检测。一旦计算出和信号和差信号的水平，则确定了DIF/SUM之比。
然后这些信号中的每一个通过各自的信号水平检测器828和830。可使用上面列出的检测器，诸如RMS水平检测器，虽然也可以使用任何类型的水平检测器(如上述那些)。此外，上述处理都可以在对数域中执行，以便通过利用对数域处理模块832和834来处理它们而增加效率。
将模块832和834的输出应用到信号加法器，其中从处理的DIF信号减去处理的SUM信号。在对数域中将一个信号从另一个信号减去与在线性域中提供下述信号是相同的，该信号为处理SUM信号的比率相对DIF信号的比率。一旦计算出L+R和L-R的信号水平(其中在水平检测之前可对L-R信号水平进行均衡以便增加中频)，由比较器838将这两个信号水平与预设的阈值840进行比较。由比较器838将两个信号之间的比值((L-R)/(L+R))与阈值比进行比较，以便确定建议的L-R的信号增益调整。限制器级842可用于限制被应用到L-R信号的增益的数量和方向。所示实施例限制在0分贝的增益，因此只允许L-R信号的衰减，但是在某些应用中，会需要放大L-R信号。平均级844用相对长的时间常量对限制器级842的输出取平均以便防止DPP系统跟踪短暂的瞬间音频事件。由线性域模块846转换回线性域之后，L-R信号的水平由信号乘法器848进行相应调整以便获得该目标比率。
即使在缺乏空间预处理的多个级的情况下，可将目标比值(L-R)/(L+R)设定为低比值，从而允许例如增加节目对话的清晰度。
用于双处理保护的另一方法和系统是为了“预测”对L-R信号执行的预处理以及根据预测对预处理进行补偿。例如，如果SRS Tru-Surround已知用于L-R上，那么可对信号进行相应地补偿以便消除L-R增强。可选的，可随着时间推移对信号能量进行监测以便推测对L-R信号执行的预处理。根据该推测，可对L-R信号进行补偿以便消除任何这样的L-R增强。预处理可以响应频道差异(以及与此有关的总和)以及L-R/L+R比值来改变频率。预处理器的逆滤波器可应用于每个路径同时在使用过程中仍保持现有的L-R/L+R比值调整。
此外，虽然图8示出DPP系统为前馈系统，在前馈系统中在可变增益控制放大器848之前感测DIF信号，但是反馈系统也是可以的，在反馈系统中在可变增益控制放大器之后检测和信号和差信号的水平。
DVC和DPP的结合
由于DVC和MPP中的每一个提供改善的聆听体验，因此两者可以结合以便将两者的优点结合起来。存在将DVC和DPP模块相结合的许多方式。有利拓扑的一个实例在级联设计中将DPP模块902放置在首位，之后跟随DVC模块904，如图9所示。在该实施例中，将L和R信号应用到DPP模块902的输入906和908。将DPP模块902在输出910和912处的L′和R′输出应用到DVC模块904的两个输入914和916。DVC模块的输出918和920提供相应的输出信号Lo和Ro。级联设计允许DPP模块首先消除差信号(L-R)的增强，然后在不存在周围能量的情况下用DVC模块维持立体声音频节目的感测恒定水平。
拓扑的另一实例将DPP模块1004设置在DVC模块1002的反馈路径中，如图10所示。将L和R输入分别应用到输入1006和1008。将这两个信号应用到矩阵(由信号加法器1010和1012表示)，以产生SUM(L+R)信号和DIF(L-R)信号。DVC模块1002的输出1014和1016提供输出信号Lo和Ro。两个输出1014和1016提供反馈路径的两个反馈信号。具体来说，将Lo和Ro信号应用到表示为信号加法器1018和1020的矩阵，这样Lo+Ro形成DPP模块1004的一个输入，以及Lo-Ro形成DPP模块1004的另一输入。DPP模块1004的输出代表经校正的增益，然后由信号乘法器1022将该增益应用到DIF信号。后者可以是可变增益控制放大器的形式。应该意识到虽然在图9和图10中示出了DVC和DPP模块结合的两个实施例，但是其它结合也是可以的。
因此，本公开的实施例可提供音频信号复制的改进性能，其降低音频节目中不希望的音量变化的影响。
所述的组件、步骤、特征、益处和优势都仅仅是示例性的。上述以及与上述有关的描述都不是为了以任何方式限制保护范围。也可以预期许多其它实施例。此外，本发明实施例可以有较少的、额外的、和/或不同于此处明确描述的组件、步骤、特征、益处和优势。这些也包括其中组件和/或步骤被不同布置和/或排序的实施例。
除非另有说明，否则在该说明书中提出的包括在下述权利要求书中的所有测量、值、比率、位置、幅度、大小以及其它范围是近似的而非精确的。它们预期具有与它们相关的功能以及与它们所属技术领域的惯例相一致的合理范围。
在本公开中引用的所有文章、专利、专利申请和其他出版物并入本文作为参考。
术语“用于……的模块”在权利要求中使用时意旨以及应当解释为涵盖所述的相应结构和材料及其等同物。类似的，术语“用于……的步骤”在权利要求中使用时涵盖所述的相应动作及其等同物。这些术语的缺乏意味着权利要求不意旨且不应当解释为限制到任意的相应结构、材料或动作及其等同物。
不管是否在权利要求中已经描述，所述或所解释说明的内容不意旨或不应当解释为使任意组件、步骤、特征、目的、益处、优势或等同物贡献给公众。
保护范围仅由现在所附的权利要求限定。该范围意旨且应当解释成与权利要求中所用语言在结合该说明书以及使用历史解释时的普通含义一致的同样宽泛的范围且涵盖所有的结构和功能等同物。

Claims (11)

1.一种用于动态控制包括左和右声道信号的立体声音频节目的感知音量的系统，该系统包括：
动态音量控制器，其被配置和布置成维持所述立体声音频节目的恒定的感知音量水平；以及
多空间处理保护处理器，其被配置和布置成用于相对于和信号的水平来控制差信号的水平，其中，所述和信号是作为所述右声道信号加上所述左声道信号的函数而产生的，所述差信号是作为从所述左声道信号减去所述右声道信号(L-R)的函数而产生的；
其中，所述多空间处理保护处理器处理音频信号以便相对于所述和信号(L+R)来控制所述差信号(L-R)。
2.根据权利要求1所述的系统，其中，所述多空间处理保护处理器与所述动态音量控制器串联连接。
3.根据权利要求2所述的系统，其中，所述多空间处理保护处理器级联在所述动态音量控制器的前面，以便首先相对于所述和信号(L+R)来控制所述差信号(L-R)的增强，然后在不存在过量的周围差异能量的情况下用所述动态音量控制器维持所述立体声音频节目的所述恒定的感知音量水平。
4.根据权利要求1所述的系统，其中，所述多空间处理保护处理器在所述动态音量控制器的反馈路径中。
5.根据权利要求1所述的系统，其中，所述动态音量控制器包括信号水平感测器，其用于感测所述左和右声道信号水平总和的平均水平；以及信号平均模块，其被配置和布置成用于提供根据压缩比导致信号压缩的启动时间和释放时间，其中，所述动态音量控制器响应于下述中的一个或多个：
目标水平信号，其代表所述左和右声道水平总和的所需音量水平，其中差信号表示所感测的平均水平和所述目标水平信号之间的差异；
启动阈值信号，其代表在所述启动时间增加到N倍之前所述差信号必须高于设定点的分贝数；
释放阈值信号，其代表在所述释放时间增加到M倍之前所述差信号必须低于设定点的分贝数；
启动比阈值信号，其代表在所述动态音量控制器开始衰减所述左和右声道信号之前所述差信号可高于设定点的分贝绝对数量；
释放比阈值信号，其代表在所述动态音量控制器开始将增益添加到所述左和右声道信号之前所述差信号可低于设定点的分贝绝对数量；以及
比率信号，其用于根据所需的压缩比来调整所感测的平均水平。
6.根据权利要求1所述的系统，其中，N和M都等于10。
7.一种用于动态控制包括左和右声道信号的立体声音频节目的感知音量的方法，包括：
动态控制所述立体声音频节目的音量水平以便将所述音量水平维持在恒定的感知音量水平；以及
相对于和信号来控制差信号的水平，其中，所述和信号是作为所述右声道信号加上所述左声道信号的函数而产生的，所述差信号是作为从所述左声道信号减去所述右声道信号(L-R)的函数而产生的；
其中，控制包括处理音频信号以便相对于所述和信号(L+R)控制差信号(L-R)的增强。
8.一种用于动态控制包括左和右声道信号的立体声音频节目的感知音量的系统，该系统包括：
多空间处理保护处理器，其被配置和布置成用于控制通过从所述左声道信号减去所述右声道信号而产生的差信号(L-R)的水平；以及
轮廓滤波器，其用于对所述差信号整形。
9.根据权利要求8所述的系统，进一步包括：
用于对通过所述右声道信号加上所述左声道信号而产生的和信号(L+R)进行整形的轮廓滤波器。
10.根据权利要求8所述的系统，其中，选择所述轮廓滤波器来补偿预定的空间处理技术，其中，所述技术通过对包括所述差信号(L-R)的分析来确定。
11.根据权利要求8所述的系统，其中，选择所述轮廓滤波器来补偿预定的空间处理技术，其中，所述技术通过对包括所述和信号(L+R)的分析来确定。
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