CN104426495A - 音频信号处理装置、方法和程序 - Google Patents

Abstract

一种音频信号处理装置包括频带划分部分、分析部分、增益调整量计算部分和增益调整部分。频带划分部分配置为通过对音频输入信号的频带划分生成谐振频带内信号。分析部分配置为从谐振频带内信号和输入信号的每个中提取特征量。增益调整量计算部分配置为计算输入信号中的谐振频带的增益调整量，所述增益调整量基于谐振频带内信号的特征量和输入信号的特征量计算。增益调整部分配置为基于所述增益调整量对输入信号中的谐振频带执行增益调整。

Description

音频信号处理装置、方法和程序

相关申请的交叉引用

本申请要求2013年9月3日提交的日本优先权专利申请JP 2013-182022的权益，在此通过引用并入其全部内容。

技术领域

本公开涉及音频信号处理装置、方法和程序，具体地，涉及获得更高质量声音的音频信号处理装置、方法和程序。

背景技术

近来，诸如笔记本个人计算机(PC)的移动设备的尺寸减小在声音回放期间通常导致谐振。这是因为扬声器不可避免地靠近包括基座、键盘或其它的其它组件设置，或者各组件自身已经是尺寸小或宽度细。

然而，因为采取针对谐振的刚性措施耗费成本，这样的措施可能只能在成本限制下进行，或者谐振可能被不知不觉地接受。结果，声音质量受损。

作为针对谐振的其它措施，可以整体地减小音量而不导致谐振。然而，如果情况如此，则来自其它源的声音可能被减小太多，并且变得听不见，或者得到的声音可能不是满意的质量。考虑这些，提出通过使用陷波滤波器或其它减少谐振频带的增益来减少谐振的技术。

当包括小尺寸扬声器的移动设备(如笔记本PC)再现电影或音乐内容时，音量已知整体上低。

为了使得声音容易听见，存在增强声音的音频信号的再现水平的技术(例如，参考专利申请公开No.2012-60379和2012-235310)。利用这些技术，通过响应于输入音频信号的分析结果动态改变幅度调制函数中观察的特征，增强了再现水平。

发明内容

然而，利用上述技术，得到的声音的质量不够高。

这是因为，在谐振现象中，即使信号水平在谐振频带中一致，谐振的程度例如可能受剩余频带中的信号水平的影响。因此，利用使用陷波滤波器等仅基于谐振频带确定增益减少量的技术，也对不是其目标的信号执行了增益减少。因此，这不利地影响了音量和质量。

此外，利用增强再现水平的技术，如果再现水平通过笔记本PC或其它增强，则这可能增加上述谐振，从而进一步不利地影响声音质量。同样利用该技术，不允许充分地增强再现水平以减少谐振。因此，得到的声音质量不够高。

因此，期望提供更高的声音质量。

根据本公开的实施例，提供了一种音频信号处理装置，包括：频带划分部分，配置为通过对音频输入信号的频带划分生成谐振频带内信号(resonancein-band signal)；分析部分，配置为从谐振频带内信号和输入信号的每个中提取特征量；增益调整量计算部分，配置为计算输入信号中的谐振频带的增益调整量，所述增益调整量基于谐振频带内信号的特征量和输入信号的特征量计算；以及增益调整部分，配置为基于所述增益调整量对输入信号中的谐振频带执行增益调整。

所述增益调整量计算部分可以使用通过学习生成的统计分析模型，基于特征量计算所述增益调整量。

所述增益调整量计算部分可以计算每个谐振频带的增益调整量，以及所述增益调整部分可以对每个谐振频带执行增益调整。

所述音频信号处理装置还可以包括映射控制信息确定部分和映射处理部分。映射控制信息确定部分配置为基于再现水平增强特征量和信息确定映射控制信息，所述再现水平增强特征量从输入信号中提取，以及所述信息通过学习生成，用于从再现水平增强特征量获得映射控制信息。映射处理部分配置为基于线性和非线性映射函数之一对增益调整后的输入信号执行幅度调制，所述映射函数通过所述映射控制信息定义。所述增益调整量计算部分可以基于所述映射控制信息和由所述分析部分提取的特征量计算所述增益调整量。

所述增益调整量可以随着输入信号中包括的更大比例的谐振频带内信号增加。

所述频带划分部分可以将输入信号划分为谐振频带内信号和谐振频带外信号(resonance out-of-band signal)，所述增益调整部分可以对谐振频带内信号执行增益调整，以及所述音频信号处理装置进一步包括加法部分，配置为将增益调整后的谐振频带内信号和所述频带谐振外信号相加。

根据本公开的实施例，提供了一种音频信号处理方法或程序，包括：通过对音频输入信号的频带划分生成谐振频带内信号；从谐振频带内信号和输入信号的每个中提取特征量；计算输入信号中的谐振频带的增益调整量，所述增益调整量基于谐振频带内信号的特征量和输入信号的特征量计算；以及基于所述增益调整量对输入信号中的谐振频带执行增益调整。

在本公开的实施例中，通过对音频输入信号的频带划分生成谐振频带内信号；从谐振频带内信号和输入信号的每个中提取特征量；对输入信号中的谐振频带计算增益调整量，以及基于所述增益调整量对输入信号中的谐振频带执行增益调整。

根据本公开的实施例，获得了更高质量的声音。

如附图所示，结合下面的最佳模式实施例的下面的详细描述，本公开的这些和其它目的、特征和有点将变得更明显。

附图说明

图1是示出音频信号处理装置的示例配置的图；

图2是通过图1的音频信号处理装置的谐振频带分量减少处理的流程图；

图3是图示谐振的出现的图；

图4是示出示例增益调整模型的图；

图5是示出图1的音频信号处理装置的另一示例配置的图；

图6是通过图5的音频信号处理装置的谐振频带分量减少处理的流程图；

图7是示出图1的音频信号处理装置的另一示例配置的图；

图8是通过图7的音频信号处理装置的谐振频带分量减少处理的流程图；

图9是示出图1的音频信号处理装置的另一示例配置的图；

图10是通过图9的音频信号处理装置的谐振频带分量减少处理的流程图；

图11是图示映射控制模型的图；

图12是图示映射函数的图；以及

图13是示出计算机的示例配置的图。

具体实施方式

以下，将参考附图描述本公开的实施例。

[第一实施例]

[音频信号处理装置的示例配置]

图1是示出应用本公开的音频信号处理装置的示例配置的图。音频信号处理装置以笔记本PC作为例子。

音频信号处理装置11包括频带划分部分21、分析部分22、增益调整量计算部分23、增益调整部分24和加法部分25。在音频信号处理装置11中，作为声音的音频信号的输入信号提供给频带划分部分21和分析部分22两者。

频带划分部分21以带通滤波器作为例子，并且对输入信号执行频带划分以从其生成信号，即，谐振频带内信号和谐振频带外信号。也就是说，通过对输入信号执行频带划分，将输入信号划分为谐振频带内信号和谐振频带外信号。频带划分部分21将谐振频带内信号提供给分析部分22和增益调整部分24两者，并且将谐振频带外信号提供给加法部分25。

在该实施例中，谐振频带内信号处于输入信号中的预定谐振频率，即，包括谐振频带分量。也就是说，谐振频带内信号是输入信号中希望减少的谐振频带分量的信号。

谐振频带外信号包括从输入信号中移除谐振频带分量后输入信号中剩余的分量。也就是说，谐振频带外信号是不包括谐振频带分量而是包括输入信号中不希望减少的剩余的频带分量的信号。

分析部分22从提供的信号(即，输入信号和来自频带划分部分21的谐振频带内信号)提取用于谐振分析的特征量。获得的谐振分析特征量提供给增益调整量计算部分23。基于分析部分22提供的谐振分析特征量，增益调整量计算部分23计算用于减少输入信号中的谐振频带分量的优化增益调整量。获得的增益调整量提供给增益调整部分24。

基于增益调整量计算部分23提供的增益调整量，增益调整部分24调制频带划分部分21提供的谐振频带内信号的幅度，使得在增益上调整谐振频带内信号。得到的谐振频带内信号提供给加法部分25。

加法部分25将各信号(即，来自增益调整部分24的谐振频带内信号和来自频带划分部分21的谐振频带外信号)加到一起，以生成用于输出的输出信号，其中输入信号中的谐振频带分量被减少。

[关于减少谐振频带分量的处理的描述]

接着描述音频信号处理装置11的操作。

在接收输入信号时，音频信号处理装置11开始减少谐振频带分量以生成输出信号的处理。通过参考图2的流程图，下面描述音频信号处理装置11的谐振频带分量减少处理。

在步骤S11，频带划分部分21将输入信号划分为谐振频带内信号和谐振频带外信号。谐振频带内信号提供给分析部分22和增益调整部分24两者，并且振频带外信号提供给加法部分25。为了生成谐振频带内信号和谐振频带外信号，输入信号使用例如带通滤波器经历滤波处理。

在步骤S12，分析部分22从提供的信号(即，输入信号和来自频带划分部分21的谐振频带内信号)提取用于谐振分析的特征量。获得的谐振分析特征量提供给增益调整量计算部分23。

具体地，通过下面的等式1，例如，分析部分22计算输入信号的均方根RMS_ab(n)，该输入信号的间隔包括N个样本，第n个样本在中心，其是输入信号中的处理目标。得到的均方根用作谐振分析特征量。

[等式1]

$\mathrm{RMS}\_\mathrm{ab}\left(n\right)=20.0\×{\log }_{10}\left(\sqrt{\frac{1}{N}\·\underset{m=n-N/2}{\overset{N/2-1}{\mathrm{\Σ}}}x{\left(m\right)}^2}\right)\·\·\·\left(\text{1}\right)$

在等式1中，x(m)表示输入信号中的第m个样本，并且输入信号假设被归一化，使得每个样本x(m)的值满足1.0≤x(m)≤1.0。

此外，通过下面的等式2，分析部分22计算谐振频带内信号的均方根RMS_rb(n)，该谐振频带内信号的间隔包括N个样本，第n个样本在中心，其是谐振频带内信号中的处理目标。得到的均方根用作谐振分析特征量。

[等式2]

$\mathrm{RMS}\_\mathrm{rb}\left(n\right)=20.0\×{\log }_{10}\left(\sqrt{\frac{1}{N}\·\underset{m=n-N/2}{\overset{N/2-1}{\mathrm{\Σ}}}x\_\mathrm{rb}{\left(m\right)}^2}\right)\·\·\·\left(\text{2}\right)$

在等式2中，x_rb(m)表示谐振频带内信号中的第m个样本，并且谐振频带内信号假设被归一化，使得每个样本x_rb(m)的值满足1.0≤x_rb(m)≤1.0。

上述获得的谐振分析特征量，即，输入信号的均方根RMS_ab(n)和谐振频带内信号的均方根RMS_rb(n)提供给增益调整量计算部分23。

上面描述的是计算均方根用作谐振分析特征量的情况，但是谐振分析特征量不限于此。可替代地，除了均方根，用于使用的谐振分析特征量可以是均方根的第t次方、音调水平(tone level)、或通过进一步划分谐振频带获得的真实峰值水平(true peak level)或其任意组合。进一步可替代地，用于使用的谐振分析特征量可以是均方根的值的t次方的对数、音调水平的值的对数、真峰值水平的值的对数或其它。

在上面的描述中，使用用于输入信号和谐振频带内信号的分析的带通滤波器。可替代地，可以使用其它滤波器，或者频域可以用于划分输入信号或提取和分析特征。

在步骤S13，基于分析部分22提供的谐振分析特征量，增益调整量计算部分23计算用于减少输入信号中的谐振频带分量的优化增益调整量。获得的增益调整量提供给增益调整部分24。

利用对谐振现象的彻底分析，已知即使谐振频带内信号保持相同水平，即，即使其均方根RMS_rb(n)的值显示没有改变，谐振程度也随着输入信号的水平(即，均方根RMS_ab(n)的值)变化。

图3示出示例样本信号。在图3中，垂直和水平轴分别指示幅度和频率，并且频率轴上的F指示谐振频率。

在图3中，线图C11和C12示出两个不同信号的频率响应。例如，线图C11示出容易出现谐振的输入信号的频率响应，并且线图C12示出难以出现谐振的输入信号的频率响应。

在线图C11和C12之间进行比较，两个信号在谐振频带中(即，在谐振频率F处)都具有LV11的信号水平(幅度)。然而，线图C11的信号具有容易引起谐振的趋势，因为在谐振频率F处的分量是其中的主要分量。也就是说，在线图C11的信号中，在谐振频率F处的分量与其它频率分量相比显著水平高。

另一方面，线图C12的信号具有不容易引起谐振的趋势，因为在谐振频率F处的分量不是其中的主要分量，或者对于该信号，即使出现谐振，谐振也是可忽略的。

作为线图C12的信号，当输入信号不仅在谐振频率F处的分量的水平高而且在其它频率分量的水平高时，对于信号中的谐振频带内信号的增益调整量通常可以小于对于线图C11的信号中的谐振频带内信号的增益调整量。因此，如果线图C11和C12的信号对于它们的谐振频带内信号共享相同的增益调整量，则这导致线图C12中的信号中的谐振频带内信号的增益的过多减少，从而不利地影响音量和声压。

考虑这点，音频信号处理装置11通过在计算谐振频带内信号的增益调整时，不仅考虑谐振频带内信号的水平而且考虑输入信号的水平，即，考虑输入信号中的整个频带的平衡，防止增益过多减少。

更具体地，增益调整量计算部分使用增益调整模型计算增益调整量，该增益调整模型基于统计分析预先学习。

对于增益调整模型的学习，因变量是增益调整量F(X,Y)，并且自变量是从用于学习的音频信号中提取的均方根RMS_ab(n)和均方根RMS_rb(n)、这些均方根的平方、以及与均方根及其平方无关的偏移项。记录在调整量计算部分23上的增益调整模型是下面等式3的统计分析模型，其基于这些因变量和自变量预先学习。

[等式3]

F(X，Y)＝aX²+bX+cY²+dY+e   (-1.0≤X，Y≤1.0)…(3)

在上面等式3中，a、b、c、d和e每个是模型参数。

图4示出当等式3中的X是均方根RMS_ab(n)并且其中的Y是均方根RMS_rb(n)时增益调整模型的示例学习结果。

在图4中，作为水平轴的X轴指示均方根RMS_ab(n)，并且作为垂直轴的Y轴指示均方根RMS_rb(n)。阴影部分指示增益调整量F(X,Y)，并且黑色部分表示增益调整量的较高绝对值，即，在该部分中，谐振频带被进一步减少。

在该实施例中，因为谐振频带内信号占据输入信号的更高比例，所以增益调整量显示增加，使得谐振频带分量减少更多程度。作为示例，当均方根RMS_ab(n)取固定值时，增益调整量的绝对值随着谐振频带信号的更大功率(即，更大均方根RMS_rb(n))增加。

如上所述，输入信号和谐振频带内信号之间的关系用作确定适当的增益调整量的基础。这相应地防止了谐振频带分量的过多减少，使得更适当地执行增益调整。

为了作为增益调整模型的模型参数的学习，用于使用的学习数据包括导致谐振的音频信号和不导致谐振的音频信号。对于多个学习数据的每个，预先手动确定适当的增益调整量用于学习数据的再现。用于使用的自变量是从学习数据中提取的谐振分析特征量。因此，实际上被人们当做优化的增益调整量(即，实际人感受)可能影响学习，使得得到的增益调整模型可以优化。

通过使用上述通过学习生成的增益调整模型，增益调整量计算部分23基于分析部分22提供的谐振分析特征量(即，均方根RMS_ab(n)和均方根RMS_rb(n))计算增益调整量。更具体地，均方根RMS_ab(n)和均方根RMS_rb(n)代入上面的等式3，并且得到的F(X,Y)的值用作增益调整量。

上面描述的是使用统计分析模型用于计算增益调整量的技术。可替代地，可以使用简单线性或非线性或表格计算增益调整量。

回来参考图2的流程图，在步骤S13中计算增益调整量之后，处理进行到步骤S14。

在步骤S14，基于来自增益调整量计算部分23的增益调整量，增益调整部分24调制来自频带划分部分21的谐振频带内信号的幅度。利用这样的幅度调制，增益调整部分24对谐振频带内信号执行增益调整，并且将得到的谐振频带内信号提供给加法部分25。在得到的输入信号中，谐振频带进行了增益调整。

在步骤S15，加法部分25将提供的各信号(即，来自增益调整部分24的谐振频带内信号和来自频带划分部分21的谐振频带外信号)加到一起，以生成用于输出的输出信号。在输出信号的输出时，谐振频带分量减少处理结束。

以上述方式，音频信号处理装置11从输入信号和谐振频带内信号提取用于谐振分析的特征量，并且通过使用基于谐振分析特征量获得的增益调整量，对谐振频带内信号执行增益调整。

通过使用从输入信号和谐振频带内信号获得的谐振分析特征量计算增益调整量，在输入信号中更适当地减少了谐振频带分量，使得得到的音频在质量上改进。

更具体地，当谐振频带外信号的水平低于谐振频带内信号的水平时，即，当输入信号容易导致谐振时，其中的增益进一步减少。另一方面，当谐振频带外信号的水平不低于谐振频带内信号的水平时，即，当输入信号难以导致谐振或导致可忽略的谐振时，其中的增益不减少。

如上所述，利用音频信号处理装置11，考虑谐振的程度优化地减少谐振。这相应地防止谐振频带内信号的过多减少，使得得到的音频音量高并且质量好。

此外，因为不期望针对谐振的任何刚性措施，所以对硬件设计没有过多限制。从而相应地减少了成本，或者节省的成本可以用于改进其它组件的性能或质量。

[第二实施例]

[音频信号处理装置的示例配置]

第一实施例中描述的是划分输入信号用于从其提取谐振频带内信号的情况。关于谐振频率，谐振频率整数倍的其它频率通常也当做谐振频率。

考虑这点，可以对多个谐振频带内信号执行增益调整以更有效地减少其中的谐振。如果情况如此，则音频信号处理装置例如如图5所示配置。在图5中，与图1对应的任何部件用相同参考标号表示，并且适当地省略其描述。

图5的音频信号处理装置51包括频带划分部分61、分析部分22、增益调整量计算部分23、增益调整部分62-1到62-k和加法部分25。

频带划分部分61将输入信号划分为K个谐振频带内信号和一个谐振频带外信号。这里，K个谐振频带内信号每个包括输入信号中的不同的谐振频带分量，并且它们的谐振频带全部导致谐振。例如，K个谐振频带是预定谐振频带的整数倍。

频带划分部分61将K个谐振频带内信号提供给分析部分22和增益调整部分62-1到62-K，并且谐振频带外信号提供给加法部分25。

分析部分22从提供的信号(即，输入信号和来自频带划分部分61的K个谐振频带内信号)的每个提取用于谐振分析的特征量。基于分析部分22提供的谐振分析特征量，增益调整量计算部分23计算用于减少输入信号中的K个谐振频带的每个的谐振频带分量的优化增益调整量。获得的增益调整量提供给增益调整部分62-1到62-k。

基于增益调整量计算部分23提供的增益调整量，增益调整部分62-1到62-k分别调制频带划分部分61提供的谐振频带内信号的幅度，使得在增益上调整谐振频带内信号。得到的谐振频带内信号全部提供给加法部分25。

在下面，当不需要在其中进行区分时，增益调整部分62-1到62-K有时候可以简称为增益调整部分62。

加法部分25将提供的各信号(即，来自增益调整部分62-1到62-k的谐振频带内信号和来自频带划分部分61的谐振频带外信号)加到一起，以生成用于输出的输出信号。

[关于减少谐振频带分量的处理的描述]

通过参考图6的流程图，接着描述音频信号处理装置51要执行的减少谐振频带分量的操作。

在步骤S41，频带划分部分61将输入信号划分为K个谐振频带的谐振频带内信号和谐振频带外信号。谐振频带内信号提供给分析部分22和增益调整部分62，并且振频带外信号提供给加法部分25。

具体地，K个谐振频带内信号全部提供给分析部分22，并且第一到第K个谐振频带的谐振频带内信号分别提供给增益调整部分62-1到62-K。

在步骤S42，分析部分22从提供的信号(即，输入信号和来自频带划分部分61的K个谐振频带内信号)提取用于谐振分析的特征量。获得的谐振分析特征量提供给增益调整量计算部分23。

具体地，通过上面的等式1，例如，分析部分22计算输入信号的均方根RMS_ab(n)，用作谐振分析特征量。

通过等式2，类似于上面对于K个谐振频带的每个，分析部分22计算谐振频带内信号的每个的均方根RMS_rbi(n)，用作谐振分析特征量。这里，满足1≤i≤K，并且均方根RMS_rbi(n)是作为第i个谐振频带分量的谐振频带内信号之一的均方根。

在步骤S43，基于分析部分22提供的谐振分析特征量，增益调整量计算部分23计算用于基于K个谐振频带的每个减少输入信号中的谐振频带分量的优化增益调整量。获得的增益调整量提供给增益调整部分62。

对于K个谐振频带的每个，增益调整量计算部分23记录有上述等式3的增益调整模型，更具体地，模型参数。对于第i个谐振频带(其中1≤i≤K)的增益调整模型的学习，使用的自变量Y和因变量分别是均方根RMS_rbi(n)和第i个谐振频带的增益调整量。

增益调整量计算部分23将第i个谐振频带的均方根RMS_ab(n)和均方根RMS_rbi(n)代入上面的等式3中，其使用第i个谐振频带的模型参数表示。得到的F(X,Y)的值用作第i个谐振频带的增益调整量。增益调整量部分23然后将对于第i个谐振频带获得的增益调整量提供给增益调整部分62-i(其中，1≤i≤K)。

可替代地，为了计算第i个谐振频带的增益调整量，可以使用任何其它谐振频带的均方根。如果情况如此，则第i个谐振频带的增益调整量例如是下面等式4的统计分析模型。

F(X，Y₁，…，Y_K)＝aX²+bX+c₁Y₁ ²+d₁Y₁+c₂Y₂ ²+d₂Y₂

+…+c_KY_K ²+d_KY_K+e         …(4)

在等式4中，X表示均方根RMS_ab(n)，并且Y₁到Y_k分别表示均方根RMS_rb1(n)到均方根RMS_rbK(n)。在该实施例中，对于增益调整模型的学习，使用的自变量包括均方根RMS_ab(n)和K个谐振频带的均方根RMS_rb1(n)到RMS_rbK(n)，并且使用的因变量是第i个谐振频带的增益调整量。这里，a、b、c₁到c_k、d₁到d_k和e每个是模型参数。

在该情况下，增益调整量计算部分23将均方根RMS_ab(n)和K个均方根RMS_rbi(n)代入上面的等式4中。得到的F(X,Y₁，…，Y_K)的值用作第i个谐振频带的增益调整量。

可替代地，对于增益调整模型的学习，可以使用均方根RMS_ab(n)和K个均方根RMS_rbi(n)，并且得到的增益调整模型可以在例如K个谐振频带中共享。

在步骤S44，基于来自增益调整量计算部分23的增益调整量，增益调整部分62分别调制来自频带划分部分61的谐振频带内信号的幅度。利用这样的幅度调制，增益调整部分62分别对谐振频带内信号执行增益调整，并且将得到的谐振频带内信号提供给加法部分25。更具体地，通过使用第i个谐振频带的增益调整量，增益调整部分62-i(其中，1≤i≤K)对第i个谐振频带的谐振频带内信号执行增益调整。

在步骤S45，加法部分25将提供的各信号(即，来自K个增益调整部分62的K个谐振频带内信号和来自频带划分部分61的谐振频带外信号)加到一起，以生成用于输出的输出信号。在输出信号的输出时，谐振频带分量减少处理结束。

以上述方式，音频信号处理装置51从输入信号和多个谐振频带内信号提取用于谐振分析的特征量。通过使用基于谐振分析特征量获得的增益调整量，音频信号处理装置51然后基于谐振频带对谐振频带内信号执行增益调整。这导致基于谐振频带适当地减少了输入信号中的谐振频带内信号，使得得到的音频在质量上改进。

[第三实施例]

[音频信号处理装置的示例配置]

为了减少谐振频带中的增益，上面描述的是通过从谐振分析特征量直接计算增益调整量来调制谐振频带内信号的幅度的情况。可替代地，谐振频带中的增益可以通过对输入信号使用陷波滤波器或其它来减少。

如果情况如此，则音频信号处理装置例如如图7所示配置。在图7中，与图1对应的任何部件用相同参考标号表示，并且适当地省略其描述。

图7的音频信号处理装置91包括频带划分部分21、分析部分22、谐振控制信息计算部分101和谐振控制部分102。

基于分析部分22提供的谐振分析特征量，谐振控制信息计算部分101计算谐振控制信息用于减少谐振频带分量。得到的谐振控制信息提供给谐振控制部分102。基于谐振控制信息计算部分101提供的谐振控制信息，谐振控制部分102减少输入信号中的谐振频带分量，并且输出得到的信号作为输出信号。

为了如上所述减少输入信号中的谐振频带分量，当谐振控制部分102使用陷波滤波器系数执行滤波处理时，即，执行陷波滤波处理，计算陷波滤波器系数用作谐振控制信息。在下面，谐振控制部分102描述为执行陷波滤波处理。

[关于减少谐振频带分量的处理的描述]

接着描述音频信号处理装置91的操作。通过参考图8的流程图，下面描述通过音频信号处理装置91的减少谐振频带分量的处理。

在步骤S71，频带划分部分21将输入信号划分为谐振频带内信号和谐振频带外信号。谐振频带内信号提供给分析部分22。

在步骤S72，分析部分22从提供的信号(即，输入信号和来自频带划分部分21的谐振频带内信号)提取用于谐振分析的特征量。提取的谐振分析特征量提供给谐振控制信息计算部分101。用于使用的谐振分析特征量以输入信号的均方根RMS_ab(n)和谐振频带内信号的均方根RMS_rb(n)为例。

在步骤S73，基于分析部分22提供的谐振分析特征量，谐振控制信息计算部分101计算谐振控制信息。获得的谐振控制信息提供给谐振控制部分102。在该实施例中，陷波滤波器系数用作谐振控制信息。

在步骤S74，基于谐振控制信息计算部分101提供的谐振控制信息，谐振控制部分102减少输入信号中的谐振频带分量，并且输出由此获得的输出信号。具体地，输入信号经历使用作为谐振控制信息的陷波滤波器系数的陷波滤波处理，从而减少输入信号中的谐振频带分量。也就是说，通过对输入信号直接执行的陷波滤波处理，在增益上调整谐振频带。

在输出信号的输出时，谐振频带分量减少处理结束。

以上述方式，音频信号处理装置91从输入信号和谐振频带内信号提取用于谐振分析的特征量。通过使用基于获得的谐振分析特征量谐振控制信息，音频信号处理装置91对谐振频带内信号执行增益调整。这允许在输入信号中更适当地减少谐振频带分量，因为不仅考虑了谐振频带，而且考虑了输入信号中的整个频带。因此，得到的音频在质量上改进。

[第四实施例]

[音频信号处理装置的示例配置]

上面描述的是对输入信号中的谐振频带分量执行增益调整的情况。可替代地，除了对谐振频带分量执行增益调整，还可以对输入信号执行再现水平增强。如果情况如此，则音频信号处理装置例如如图9所示配置。在图9中，与图1对应的任何部件用相同参考标号表示，并且适当地省略其描述。

图9的音频信号处理装置131包括频带划分部分21、分析部分22、增益调整部分24、加法部分25、再现水平增强分析部分141、映射控制信息确定部分142、增益调整量计算部分143和映射处理部分144。

再现水平增强部分分析部分141从输入信号提取用于再现水平增强分析的特征量。获得的再现水平增强分析特征量提供给映射控制信息确定部分142。

通过使用基于统计分析预先学习的映射控制模型，映射控制信息确定部分142从来自再现水平增强分析部分141的再现水平增强分析特征量计算映射控制信息。得到的映射控制信息提供给增益调整量计算部分143和映射处理部分144两者。这里，映射控制信息指示输入信号的再现水平的增强程度。

增益调整量计算部分143基于分析部分22提供的谐振分析特征量和映射控制信息确定部分142确定的映射控制信息两者确定增益调整量。获得的增益调整量提供给增益调整部分24。

基于映射控制信息确定部分142提供的映射控制信息，映射处理部分144对加法部分25提供的信号执行映射处理，从而增强输入信号的再现水平。映射处理部分144将得到的具有增强的再现水平的输入信号输出，作为最终的输出信号。映射处理使用由映射控制信息定义的线性或非线性映射函数，使得输入信号经历线性或非线性幅度调制。

[关于减少谐振频带分量的处理的描述]

接着描述音频信号处理装置131的操作。通过参考图10的流程图，下面描述通过音频信号处理装置131的减少谐振频带分量的处理。步骤S101和S102中的处理与图2中的步骤S11和S12的处理相同，因此不再次描述。

在步骤S103，再现水平增强部分分析部分141从输入信号提取用于再现水平增强分析的特征量。获得的再现水平增强分析特征量提供给映射控制信息确定部分142。

具体地，类似于上面通过等式1，再现水平增强分析部分141计算输入信号的均方根RMS(n)，用作再现水平增强分析特征量。

在该实施例中，在没有预处理地情况下分析输入信号。也就是说，在没有预处理地情况下使得输入信号经历特征量的提取。因此，用作再现水平增强分析特征量获得的均方根RMS(n)与用作谐振分析特征量获得的均方根RMS_ab(n)是相等值。可替代地，如果适当，可以在DC(直流)截除之后计算再现水平增强分析特征量。

进一步可替代地，用于使用的再现水平增强分析特征量还可以是均方根RMS(n)的t次方(其中，t≥2)、跨零计数、波包络的形状或其它、或其任意组合。

在步骤S104，通过使用映射控制模型，映射控制信息确定部分142从再现水平增强分析部分141提供的再现水平增强分析特征量计算映射控制信息。获得的映射控制信息提供给增益调整量计算部分143和映射处理部分144两者。

作为示例，映射控制信息确定部分142预先记录有映射控制模型，其通过最小二乘法学习线性回归模型生成，其中因变量是预先提供用于学习的多个映射控制信息，并且自变量是预先提供用于学习的再现水平增强分析特征量。映射控制模型例如以图11的曲线C21表示的二次函数的系数为例。

在图11中，垂直轴指示映射控制信息，并且水平轴指示作为再现水平增强分析特征量的均方根RMS(n)。

同样在图11中，曲线C21指示映射控制信息的值，其通过每个再现水平增强分析特征量限定。在该实施例中，在输入信号的低音量和再现水平增强分析特征量小的情况下，映射控制信息的值小。

映射控制信息确定部分142通过将再现水平增强分析特征量代入其上记录为映射控制模型的模型参数定义的函数，获得映射控制信息。

通过再参考图10的流程图，在步骤S104中获得映射控制信息之后，过程进行到步骤S105用于处理。

在步骤S105，增益调整量计算部分143基于分析部分提供的谐振分析特征量和映射控制信息确定部分142提供的映射控制信息，计算增益调整量。获得的增益调整量提供给增益调整部分24。

增益调整量计算部分143预先记录有增益调整模型，其通过学习生成，其中因变量是增益调整量F(X,Y)，并且除了为用作谐振分析特征量计算的均方根RMS_ab(n)和RMS_rb(n)，自变量是映射控制信息。

在该实施例中通过学习获得的增益调整模型也通过上面的等式3表达，其中X表示均方根RMS_ab(n)与从映射控制信息获得的预定值β的和，并且Y表示均方根RMS_rb(n)与预定值β的和。这里，预定值β假设为通过等式β＝h(α)获得的值，其将映射控制信息α转换为与均方根相同维度的值，即，通过将映射控制信息代入函数h(α)获得的值。

同样利用这样的增益调整模型，类似于等式3的增益调整模型，输入信号中更大比例的谐振频带内信号增加了增益调整量，使得其中的谐振频带分量减少到更多程度。

在随后的映射处理部分144中，执行映射处理，使得以映射控制信息的较小值更多地在再现水平上增强输入信号。因此，利用增益调整模型，利用映射控制信息的较小值增加增益调整。也就是说，在映射处理期间的再现水平增强的程度用作预先减少谐振频带分量的基础。

可替代地，例如可以使用下面的等式5的增益调整模型。在等式5中，X表示均方根RMS_ab(n)，Y表示均方根RMS_rb(n)，并且Z表示映射控制信息。同样在等式5中，a、b、c、d、e、f和g每个是模型参数。

[等式5]

F(X，Y，Z)＝aX²+bX+cY²+dY+eZ²+fZ+g               …(5)

增益调整量计算部分143使用预先记录的增益调整模型的函数(等式)计算增益调整量。也就是说，增益调整量计算部分143将谐振分析特征量(即，均方根RMS_ab(n)和RMS_rb(n))和映射控制信息或由此定义的值β代入函数中。

在步骤S106，增益调整部分24基于增益调整量计算部分143提供的增益调整量调制来自频带划分部分21的谐振频带内信号的幅度，从而对谐振频带内信号执行增益调整。得到的谐振频带内信号提供给加法部分25。

在步骤S107，加法部分25将来自增益调整部分24的谐振频带内信号和来自频带划分部分21的谐振频带外信号加到一起，并且将加法结果提供给映射处理部分144。注意，来自加法部分25的信号(即，作为谐振频带内信号和谐振频带外信号之间的加法结果)以下有时候也称为加法信号。

在步骤S108，映射处理部分144使用映射控制信息确定部分142提供的映射控制信息，对加法部分25提供的加法信号执行映射处理。

作为示例，映射处理部分144通过将样本值X代入下面等式6的非线性映射函数f(x)，对加法信号执行幅度调制。样本值X是加法信号中作为处理对象的第n个样本的值。也就是说，通过将样本值X代入映射函数f(x)获得的值是最终输出信号中第n个样本的值。在该情况下，加法信号的样本值X假设归一化以取-1.0到1.0的值。在等式6中，α表示映射控制信息的值。

[等式6]

$f\left(x\right)=\frac{\mathrm{\α}}{\mathrm{\α}-1}(x-\frac{1}{\mathrm{\α}}{x}^3)(-1.0\≤x\≤1.0)\·\·\·\left(6\right)$

如图12所示，这样的映射函数f(x)示出在映射控制信息的较小值的情况下的突然改变。在图12中，水平轴指示加法信号的样本值X，并且垂直轴指示映射函数f(X)的值。同样在图12中，曲线f11到f13分别指示当映射控制信息α取“3”、“5”和“50”的值时的映射函数f(x)。

如从图12可知，对于加法信号的幅度调制，在映射控制信息的较小值的情况下，用于使用的映射函数f(x)示出对于样本值X的改变的整体上的f(x)的大的改变。如上所述改变映射控制信息的值改变对于加法信号(输入信号)的放大的程度。

当计算均方根RMS(n)用作再现水平增强分析特征量时，例如，在输入信号的较小音量的情况下减少再现水平增强分析特征量。这因此减少了映射控制信息的值。此外，映射控制信息的值越小，映射函数f(x)变得越陡。

因此，对于加法信号(输入信号)的幅度调制，对于包括x＝0的样本值x的间隔的主要部分，利用映射函数f(x)，整体上输入信号的音量越小，映射函数f(x)的改变的更突然。

这允许输入信号的幅度调制如此执行，使得在其中音量整体上低的输入信号的间隔中将音量低的任何声音转换为音量较高的声音，从而增强输入信号的再现水平。以此方式，即使在具有小尺寸扬声器的设备再现具有宽音频动态范围的内容时，例如，难以听到的任何低音量声音变得容易听到。

同样在其中音量整体上高的输入信号的间隔中，对于输入信号(加法信号)的幅度调制，用于使用的映射函数f(x)显示针对其中具有小样本值x的任何信号的充分地突然改变。

这允许输入信号的幅度调制如此执行，使得在其中音量整体上高的输入信号的间隔中同样将音量低的任何声音转换为音量较高的声音，从而增强输入信号的再现水平。以此方式，已经在音量上相对高地再现的任何声音还变得更响。

此外，如果映射控制信息用于改变非线性映射函数f(x)，则以更高灵活性执行幅度调制。也就是说，通过考虑输入信号的整个特定间隔的特征，选择被当做具有最有效特征的非线性函数作为映射函数。这相应地实现了幅度调制，不仅考虑包括处理对象样本的间隔还考虑样本的值大小。

映射处理期间使用的映射函数f(x)不限于非线性函数。可替代地，任何函数可使用，只要该函数满足-1≤f(x)≤1，其中样本值x满足-1≤x≤1，例如，线性函数或指数函数。例如，使用的映射函数可以是在映射处理的效果方面高度评估的函数，或者适于听知觉。

在执行映射处理以调制加法信号的幅度之后，映射处理部分144输出得到的输出信号。这是谐振频带分量减少处理的结束。

以上述方式，音频信号处理装置131从输入信号和谐振频带内信号两者中提取用于谐振分析的特征量，并且从输入信号中提取用于再现水平增强分析的特征量以获得映射控制信息。音频信号处理装置131然后使用基于谐振分析特征量和映射控制信息两者获得的增益调整量调整谐振频带内信号的增益。基于映射控制信息，音频信号处理装置131然后将谐振频带内信号和谐振频带外信号加到一起，以调制由此获得的加法信号的幅度。

如上所述，通过使用谐振分析特征量和映射控制信息计算增益调整量，更适当地减少了输入信号中的谐振频带分量，并且得到的声音因此质量提高。特别地，当结合应用再现水平增强的技术时，在有效谐振减少的同时这允许再现水平增强，从而实现具有非常高音量的有力声音再现。

上述一系列处理可以由硬件或软件执行。对于执行上述一系列处理的软件，软件中的程序安装到计算机上。这里，计算机包括专门为其设计硬件的计算机或通用个人计算机，其例如可以通过安装各种程序执行各种功能。

图13是示出通过运行程序执行上述一系列处理的计算机的示例硬件配置的框图。

在计算机中，总线504将CPU(中央处理单元)501、ROM(只读存储器)502和RAM(随机存取存储器)503连接到一起。

总线504还与输入/输出接口505连接。输入/输出接口505与输入部分506、输出部分507、存储部分508、通信单元509和驱动器510连接。

输入部分506包括键盘、鼠标、麦克风、成像元件或其它，并且输出部分507包括显示器、扬声器或其它。存储部分508例如是硬盘或非易失性存储器。通信单元509例如是网络接口。驱动器510驱动可移除介质511，该可移除介质511的例子有磁盘、光盘、磁光盘、半导体存储器或其它。

利用上述配置的计算机，例如通过计算机将存储部分508中的程序经由输入/输出接口505和总线504加载到RAM 503上，执行上述一系列处理。

要由计算机(CPU 501)运行的程序可以记录在可移除介质511上作为封装介质或其它用于分发。程序可以经由有线或无线传输介质(包括局域网、因特网、数字卫星广播或其它)提供。

利用计算机，程序可以通过将可移除介质511安装到驱动器510，经由输入/输出接口505安装到存储部分508上。程序可以通过经由有线或无线传输介质由通信单元509接收，安装到存储部分508上。程序还可以预先安装到ROM 502或存储部分508上。

注意，在程序要由计算机运行时，处理可以按照上述顺序以时间序列方式执行，或者以并行方式或响应于调用在任何时间执行。

本公开的实施例的前面描述在所有方面是说明性的并且不是限制性的。要理解的是，可以进行各种其它修改和变化而不偏离本公开的范围。

例如，本公开可应用于云计算，其中多个装置通过网络连接用于通过功能的共享和协作进行处理。

上面描述的流程图中的各步骤可以由一个装置执行或通过共享由多个装置执行。

当一个步骤包括多种类型的处理时，该步骤中的多种类型的处理可以由一个装置或通过共享由多个装置执行。

本公开中描述的效果在所有方面是说明性的并且不是限制性的。要理解的是，通过本公开可以产生多种其它效果。

本公开还可以是下面的结构。

(1).一种音频信号处理装置，包括：

频带划分部分，配置为通过对音频输入信号的频带划分生成谐振频带内信号；

分析部分，配置为从谐振频带内信号和输入信号的每个中提取特征量；

增益调整量计算部分，配置为计算输入信号中的谐振频带的增益调整量，所述增益调整量基于谐振频带内信号的特征量和输入信号的特征量计算；以及

增益调整部分，配置为基于所述增益调整量对输入信号中的谐振频带执行增益调整。

(2).根据(1)所述的音频信号处理装置，其中，

所述增益调整量计算部分使用通过学习生成的统计分析模型，基于特征量计算所述增益调整量。

(3).根据(1)或(2)所述的音频信号处理装置，其中，

所述增益调整量计算部分计算每个谐振频带的增益调整量，以及

所述增益调整部分对每个谐振频带执行增益调整。

(4).根据(1)到(3)的任一所述的音频信号处理装置，还包括：

映射控制信息确定部分，配置为基于再现水平增强特征量和信息确定映射控制信息，所述再现水平增强特征量从输入信号中提取，以及所述信息通过学习生成，用于从再现水平增强特征量获得映射控制信息；以及

映射处理部分，配置为基于线性和非线性映射函数之一对增益调整后的输入信号执行幅度调制，所述映射函数通过所述映射控制信息定义，其中

所述增益调整量计算部分基于所述映射控制信息和由所述分析部分提取的特征量计算所述增益调整量。

(5).根据(1)到(4)的任一所述的音频信号处理装置，其中

输入信号中包括的更大比例的谐振频带内信号增加所述增益调整量。

(6).根据(1)到(3)的任一所述的音频信号处理装置，其中，

所述频带划分部分将输入信号划分为谐振频带内信号和谐振频带外信号，

所述增益调整部分对谐振频带内信号执行增益调整，以及

进一步包括加法部分，配置为将增益调整后的谐振频带内信号和所述频带谐振外信号相加。

(7).一种音频信号处理方法，包括：

通过对音频输入信号的频带划分生成谐振频带内信号；

从谐振频带内信号和输入信号的每个中提取特征量；

计算输入信号中的谐振频带的增益调整量，所述增益调整量基于谐振频带内信号的特征量和输入信号的特征量计算；以及

基于所述增益调整量对输入信号中的谐振频带执行增益调整。

(8).一种程序，使得计算机

通过对音频输入信号的频带划分生成谐振频带内信号；

从谐振频带内信号和输入信号的每个中提取特征量；

计算输入信号中的谐振频带的增益调整量，所述增益调整量基于谐振频带内信号的特征量和输入信号的特征量计算；以及

基于所述增益调整量对输入信号中的谐振频带执行增益调整。

本领域技术人员应当理解的是，取决于目前为止的设计要求和其它因素，各种修改、组合、子组合和替代可以出现，它们在所附权利要求或其等效的范围内。

Claims (8)

1.一种音频信号处理装置，包括：

频带划分部分，配置为通过对音频输入信号的频带划分生成谐振频带内信号；

分析部分，配置为从谐振频带内信号和输入信号的每个中提取特征量；

增益调整量计算部分，配置为计算输入信号中的谐振频带的增益调整量，所述增益调整量基于谐振频带内信号的特征量和输入信号的特征量计算；以及

增益调整部分，配置为基于所述增益调整量对输入信号中的谐振频带执行增益调整。

2.根据权利要求1所述的音频信号处理装置，其中，

所述增益调整量计算部分使用通过学习生成的统计分析模型，基于特征量计算所述增益调整量。

3.根据权利要求1所述的音频信号处理装置，其中，

所述增益调整量计算部分计算每个谐振频带的增益调整量，以及

所述增益调整部分对每个谐振频带执行增益调整。

4.根据权利要求1所述的音频信号处理装置，还包括：

映射控制信息确定部分，配置为基于再现水平增强特征量和信息确定映射控制信息，所述再现水平增强特征量从输入信号中提取，以及所述信息通过学习生成，用于从再现水平增强特征量获得映射控制信息；以及

映射处理部分，配置为基于线性和非线性映射函数之一对增益调整后的输入信号执行幅度调制，所述映射函数通过所述映射控制信息定义，其中

所述增益调整量计算部分基于所述映射控制信息和由所述分析部分提取的特征量计算所述增益调整量。

5.根据权利要求1所述的音频信号处理装置，其中

输入信号中包括的更大比例的谐振频带内信号增加所述增益调整量。

6.根据权利要求1所述的音频信号处理装置，其中，

所述频带划分部分将输入信号划分为谐振频带内信号和谐振频带外信号，

所述增益调整部分对谐振频带内信号执行增益调整，以及

进一步包括加法部分，配置为将增益调整后的谐振频带内信号和所述频带谐振外信号相加。

7.一种音频信号处理方法，包括：

通过对音频输入信号的频带划分生成谐振频带内信号；

从谐振频带内信号和输入信号的每个中提取特征量；

计算输入信号中的谐振频带的增益调整量，所述增益调整量基于谐振频带内信号的特征量和输入信号的特征量计算；以及

基于所述增益调整量对输入信号中的谐振频带执行增益调整。

8.一种程序，使得计算机

通过对音频输入信号的频带划分生成谐振频带内信号；

从谐振频带内信号和输入信号的每个中提取特征量；

计算输入信号中的谐振频带的增益调整量，所述增益调整量基于谐振频带内信号的特征量和输入信号的特征量计算；以及

基于所述增益调整量对输入信号中的谐振频带执行增益调整。