CN105282656B - 用于使音频信号中无用内容衰减的方法及信号调节装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了用于使音频信号中无用内容衰减的方法及信号调节装置。该方法包括：接收音频输入信号；提供取决于音频输入信号的主音频信号；确定指示多个频率子带中的每个的主音频信号的信号电平的输入电平信号；将频变增益施加给主音频信号，以提供音频输出信号；提供取决于音频输入信号的分析信号；确定指示分析信号中存在属于第一预定音频信号类别的一个或者多个音频信号的分类信号；确定取决于分类信号的指示多个频率子带的频变电平阈值的阈值控制信号；以及确定取决于由输入电平信号指示的信号电平和由阈值控制信号指示的频变电平阈值的变频增益。该方法的特征在于，由阈值控制信号指示的频变电平阈值的频率相关性取决于分类信号。

Description

用于使音频信号中无用内容衰减的方法及信号调节装置
技术领域
本发明涉及一种用于使音频信号中无用内容衰减的方法和一种被适配成使音频信号中无用内容衰减的装置。本发明可用于降低因从诸如电话网络等音频通信网络中接收的无用或者潜在危害的音频信号而对用户产生的负面影响，并且通过可从音频通信网络接收音频信号并且将相应的声音信号提供给一个或者多个用户的耳机和其他音频通信装置可有利地实现本发明。
背景技术
从音频通信网络中接收的音频信号通常包含在被转化成声音时可对收听者的耳朵产生物理损害或者产生其他征兆的信号，诸如，声震。现有技术包括用于防止该无用或者潜在危害的内容到达收听者的耳朵的装置的若干项公开内容。
在本文章中，Choy等人于2003年在“Proc.EUROSPEECH”的“Subband-BasedAcoustic Shock Limiting Algorithm On A Low-Resource DSP System”的第2869页至第2871页中公开了一种处理时域和频域内的输入信号的算法。这种解决方法允许该算法检测声音电平(时域)中的突然增加以及频域内的频率选择性抑制冲击干扰。因此，尽可能保护声谱的未受影响部分。所提出的简单算法校正程序满足不同通信设备的不同声压电平(SPL)限制需求。该实现算法将不同频率的窄带SPL限制为预定的界限。通过计算与子带电平相关的子带增益实现界限。当在子带内检测到冲击时，则计算对应的子带电平和增益需要较短的平均时间；当在子带内没有检测到任何冲击时，则计算对应的子带电平和增益需要较长的平均时间。例如，作者进一步提出通过执行适配于信号频谱的平坦度的增益计算而增加宽带冲击干扰限制能力。最后，作者建议一种整合了对每个子带中的周期性声学冲击干扰的检测和实质性消除的可能解决方法。
美国专利申请2005/0018862公开了一种可控制收听者暴露于音频信号中的窄带信号的方法和装置。放大设备检测音频电话信号中与语音信号隔离或者存在语音信号时的一个或者多个高声调窄带宽信号的存在性并且对该一个或者多个窄带宽信号执行快速、选择性地衰减。基于特定频率区域内的信号电平与附近更高和更低频率区域内的信号电平的比是否超过预定阈值可检测窄带信号。通过带阻滤波器执行衰减，带阻滤波器具有与最接近于被检测的尖声的频率的频率近似匹配的中心频率。当尖声的持续时间增加时，尖声频率处提供的衰减程度可逐渐增加。
美国专利7,565,283 B2公开了一种控制被布置成传输语音的信号中的潜在危害信号的方法，该方法包括下列步骤：对信号进行分析，以确定信号特征；对信号进行分析，以确定其是否正在传输语音信号；如果确定信号正在传输语音信号，则基于信号的分析特征建立信号的特性；并且如果信号的特征超过对应的建立特性，则控制信号减少该超量。特征可包括任何可测量的特征，其中包括信号振幅、信号功率、信号响度、特定频带内的信号的振幅、特定频带内的信号的功率、以及信号的具体响度；基于时间相关性测量上述所述全部特征。通过这种方法，当信号传输语音时，控制与之前从该信号确定的特征有关的信号。如果信号展示建立特性之外的特征，则对其进行控制。因此，可以设置使潜在危害信号的振幅减少。此外，可以独立于用户采用的具体声音再现设备的灵敏性而提供对潜在危害信号的控制。
尽管上述所述公开内容提供了针对若干种无用或者潜在危害内容的保护并且同时对有用信号内容提供重要保护程度，然而，仍需要改进。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于使音频信号中无用内容衰减的改进方法。本发明的进一步目的是提供一种被适配为使音频信号中无用内容衰减的改进装置。
通过在独立权利要求中限定并且在下列描述中进一步说明的本发明实现本发明的这些目标和其他目标。通过在独立权利要求中并且在本发明的细节描述中限定的实施方式实现本发明的进一步目标。
一方面，本发明提供了用于使音频信号中无用内容衰减的方法。该方法包括：接收音频输入信号；提供取决于音频输入信号的主音频信号；确定指示多个频率子带中的每个的主音频信号的信号电平的输入电平信号；将频变增益施加给主音频信号，以提供音频输出信号；提供取决于音频输入信号的分析信号；确定指示分析信号中存在属于第一预定音频信号类别的一个或者多个音频信号的分类信号；确定取决于分类信号的指示多个频率子带的频变(frequency-dependent)电平阈值的阈值控制信号；以及确定取决于由输入电平信号指示的信号电平和由阈值控制信号指示的频变电平阈值的变频增益。该方法的特征在于，由阈值控制信号指示的频变电平阈值的频率相关性(frequency-dependency)取决于分类信号。
另一方面，本发明提供了一种信号处理电路，被适配为执行上述使音频信号中无用内容衰减的方法。
又一方面，本发明提供了一种包括上述信号处理电路的信号调节装置。
再一方面，本发明提供了一种声音接口设备，包括上述信号调节装置。
术语“声音”和“声音信号”指通过压力变化或者颗粒密度在介质中传播的信号。术语“音频信号”指从声音信号直接或者间接导出的信号、被直接或者间接转换成声音信号的信号、和/或被设置用于该转换的信号。音频信号自身可以是声音信号。音频信号可构成或者包括声音信号的任意表示法，诸如，电信号、光学信号、射频信号、感应信号、电容信号、或者超声音信号，并且例如，声音信号可表示为或者被编码成模拟信号、数字信号、调制信号等。
在本文中，除非另有明确指示，否则，单数形式“一个(a)”、“一个(an)”、以及“该”也旨在包括复数形式(即，具有“至少一个”的含义)。同样，除非另有明确规定，否则，术语“任何”旨在包括单数形式和复数形式。相应地，术语“具有(has)”、“包括(includes)”、“包括(comprises)”、“具有(having)”、“包括(including)”、以及“包括(comprising)”指定存在相应的特征、操作、元件和/或部件，但并不排除存在或者添加进一步的实体。术语“和/或”通常包括一个或者多个关联项的任何可能组合。不需要按照公开的顺序执行此处所公开的任何方法的步骤或者操作，除非另有明确规定。
而且，当元件或者实体被称之为“连接”或者“耦接”至另一元件或者实体时，其包括直接连接(或者耦接)以及经由中间元件或者实体的连接(或者耦接)，除非另有明确规定。此外，除非另有明确规定，否则，当信号被称之为通过第一实体被“提供“或者”传递“至第二实体时，其包括直接或者间接传输其原始形式的信号、以及在其到达第二实体之前修改原始信号的任何直接或者间接传输和/或将信号转化成另一域和/或表示法，前提是由第二实体接收的信号所包括的信息足以使第二实体对该信号执行特定的动作。
如“第一”、“第二”、“主”、“次”、“主要”等顺序属性旨在允许区分不同的实体，并且不应被解释为默示任何顺序、层级、依赖性、或者优越性，除非另有明确规定。
附图说明
下面将结合优选实施方式并且参考附图更为详细地对本发明进行说明，其中：
图1示出了根据本发明的装置的实施方式；
图2示出了图1中的装置的细节；
图3示出了图1中的装置的功能；
图4示出了图1中的装置的进一步细节；
图5示出了图1中的装置的进一步功能；
图6示出了图1中的装置的进一步细节；以及
图7示出了图1中的装置的进一步功能。
为清晰起见，图为示意性的和简化的，并且其仅示出了理解本发明所必需的细节，而省去了其他细节。实际上，对于相同或者对应的零部件，使用类似参考标号或者文字标识符。
具体实施方式
图1示出了用于耳机2的信号调节器1。信号调节器1包括通过音频电缆5可拆卸地连接至台式电话机4的电话连接器3、通过耳机电缆7可拆卸地连接至耳机2的耳机连接器6、以及被连接以通过电话连接器3从台式电话机4接收音频输入信号Si并且通过耳机连接器6将对应的音频输出信号So提供至耳机2的信号处理器8。信号处理器8被进一步连接为通过耳机连接器6从耳机2接收麦克风信号Sm并且通过电话连接器3将对应的语音信号Sv提供至台式电话机4。信号调节器1可包括本领域熟知的进一步特征(未示出)，诸如，电源、一个或者多个控制元件、一个或者多个静态指示器、显示器等。
台式电话机4电话网络(未示出)，台式电话机4以及由此耳机2通过电话网络可从远程方接收诸如语音的希有用信号、以及诸如猝发音、单击噪声、过度大声讲话、以及其他噪音信号等无用信号。当通过耳机2将音频输出信号So转化成声音信号时，无用信号会骚扰或者甚至危害耳机2的用户。有利地，可以使用信号调节器1使该无用信号衰减并且由此减少其对用户的影响。因为台式电话机4自身还可产生无用信号，所以如图1所示，信号调节器1优选地连接在台式电话机4与耳机2之间。然而，信号调节器1可被布置在电话网络与耳机2之间的音频信号路径上的任意点。
如图2所示，信号处理器8包括接收路径20和传输路径21。接收路径20包括语音电平标准化装置22、音频限制器23、音频分析器24、以及输出处理器25，语音电平标准化装置22提供取决于音频输入信号Si和语音电平控制信号Ss的标准化信号Sn，音频限制器23提供取决于标准化信号Sn和阈值控制信号St的限制信号Sb，音频分析器24提供取决于在示出性实施方式中等于标准化信号Sn的分析信号的语音电平控制信号Ss和阈值控制信号St，以及输出处理器25提供取决于限制信号Sb的音频输出信号So。传输路径21包括输入处理器26，输入处理器26提供取决于麦克风信号Sm的语音信号Sv。
优选地，接收路径20可用于处理从音频通信网络接收的音频信号，而优选地，传输路径21可用于处理被传输或者提供至音频通信网络的音频信号。
信号调节器1可用于使源自于诸如例如电话网络、移动/蜂窝电话网络、IP电话网络、无线电通信网络等的任何类型的音频通信网络的有用信号衰减。相应地，信号调节器1可连接为从网关设备接收音频输入信号Si，该网关设备提供到音频通信网络的接口。例如，网关设备可以是台式电话机4、用于有线或者无线耳机或者手机的基站、移动电话、无线电接收器、台式计算机等。在一些实施方式中，网关设备4可包括信号调节器1。
信号调节器1可进一步连接为将音频输出信号So提供至诸如例如有线或者无线耳机2、有线或者无线手机、头戴式耳机、耳机、喇叭扩音器、电话、移动电话等的任何类型的声音接口设备，该声音接口设备可将对应的声音信号提供至用户的耳朵。在一些实施方式中，诸如例如耳机2、耳机底座或者台式计算机等声音接口设备可包括信号调节器1。
图3中所示的图表30示出了语音电平标准化装置22的功能，语音电平标准化装置22确定音频输入信号Si中的语音的电平Ls并且将语音增益Gs施加给音频输入信号Si，以提供标准化信号Sn。优选地，语音电平标准化装置22可取决于所确定的语音电平Ls与预定的目标语音电平Ts的比较确定语音增益Gs。例如，语音电平标准化装置22可根据补偿曲线31确定语音增益Gs：当确定的语音电平Ls等于预定目标语音电平Ts时，将语音增益Gs设置为默认语音增益Gs,0；对于包括目标语音电平Ts的预定语音适配范围32内的确定语音电平Ls，使语音增益Gs增加和/或减少以完全补偿确定语音电平Ls与目标语音电平Ts之间的偏差；对于语音适配范围32之外的确定语音电平Ls，使语音增益Gs保持在适用于语音适配范围32的相应端的值。因此，语音电平标准化装置22使音频输入信号Si衰减和/或放大，以减少生成的标准化信号Sn中的语音信号的电平与目标语音电平Ts之间的差。优选地，语音适配范围32跨距为约20dB、约30dB或者约40dB，以使得在不导致其他信号的动态范围增加过多的情况下，可以实现改变语音输入信号Si中的语音电平Ls的某种适配。优选地，语音适配范围32的大小可以由关于信号调节器1连接或者即将连接的音频通信网络和/或网关设备4中的典型语音电平变化的知识确定。优选地，语音电平标准化装置22施加平均化，以使得语音增益Gs以相对较大的时间常数适配，诸如，约1s、约2s、约5s或更大，或者具有约±3dB/s、约±2dB/s、或者约±1dB/s的最大增益变化速度。
优选地，语音电平标准化装置22通过中断或者放缓取决于来自音频分析器24的指示相应语音电平控制命令的语音电平控制信号Ss的语音电平Ls的确定、音频输入信号Si的衰减和/或音频输入信号Si的放大而中断或者放缓对语音电平Ls的适配。
如图4所示，音频限制器23包括延迟缓冲器40、窄带限制器41、以及宽带限制器42。延迟缓冲器40将预定的时延td施加给标准化信号Sn、以提供主音频信号Sa。窄带限制器41执行主音频信号Sa的窄带限制，以提供滤波信号Sf，并且宽带限制器42执行滤波信号Sf的宽带限制，以提供限制信号Sb。通过从音频分析器24接收的阈值控制信号St指示由窄带限制器41施加的频变电平阈值Tf和由宽带限制器42施加的宽带电平阈值Tb。由延迟缓冲器40施加的时延td使主音频信号Sa相对于被提供给音频分析器24的分析信号Sn延迟，以使得因信号分析而导致的任何延迟得以补偿。
窄带限制器41包括频谱分析器43、滤波控制器44以及音频滤波器45。频谱分析器43确定指示多个频率子带中的每个的主音频信号Sa的信号电平Ln,i的输入电平信号Ln。滤波控制器44比较指示的输入电平Ln,i与频变电平阈值Tf并且根据比较结果确定音频滤波器45的滤波器系数Hf,j的集合Hf。滤波器系数Hf,j被确定为使得音频滤波器45衰减主音频信号Sa的频率子带，对于主音频信号Sa，由输入电平信号Ln指示的信号电平Ln,i超过频变电平阈值Tf的对应部分Tf,i并且保持剩余的频率子带不变。因此，滤波信号Sf的电平根据其频率向上被限制为接近于如下面进一步详细说明的频变电平阈值Tf的电平。
宽带限制器42包括加重滤波器46、宽带电平检测器47、衰减控制器48以及衰减器49。加重滤波器46将预定频率滤波器施加给滤波信号Sf，以提供加重信号Se，其中，使一个或者多个频率范围衰减，以降低宽带限制器42在用户通常对无用或者危害信号较不敏感的频率的敏感性。例如，加重滤波器46可使低频范围衰减，诸如，使600Hz以下的频率衰减约12dB，因为用户通常对该低频的声学噪音较为不敏感，所以保留诸如例如5kHz以上的频率的高频范围不变并且提供低频范围与高频范围之间的平滑过渡。宽带电平检测器47确定加重信号Se的宽带信号电平Lb。衰减控制器48比较宽带信号电平Lb与宽带电平阈值Tb并且根据比较结果确定衰减器49的宽带增益Gb。当确定的宽带信号电平Lb低于宽带电平阈值Tb时，将宽带增益Gb设置为默认宽带增益Gb,0，并且当确定宽带信号电平Lb超过宽带电平阈值Tb时，将宽带增益Gb设置为低于默认宽带增益值Gb,0的值。衰减器49将宽带增益Gb施加给滤波信号Sf，并且因此，限制信号Sb的宽带电平向上被限制为接近于下面详细说明的宽带电平阈值Tb的电平。
图5中所示的图表50示出了理想限制器的通用功能，理想限制器接收具有输入电平Li的输入信号并且提供具有输出电平Lo的输出信号。这三条曲线相应地示出了完全补偿限制器51、过补偿限制器52、以及部分补偿限制器53。限制器51、52、53中的每个均对具有低于电平阈值T的输入电平Li的输入信号54施加0dB的默认增益Gl,0(单位增益)并且使具有电平阈值T以上的输入电平Li的输入信号55的增益减少。因此，具有低于电平阈值T的输入电平Li的输入信号54通过未被更改的三个限制器51、52、53中的任一个。在所有三个限制器51、52、53中，对于具有电平阈值T以上的输入电平Li的输入信号55，增益减少R(来自默认增益Gl,0)与超量E(即，输入电平Li与电平阈值T之间的差)成比例。
在完全补偿限制器51中，增益减少R等于超量E，因此，对于具有电平阈值T以上的输入电平Li的输入信号55，输出电平Lo等于电平阈值T。在过补偿限制器52中，增益减少R大于超量E，因此，对于具有等于电平阈值T的输入电平Li的输入信号，输出电平Lo等于电平阈值T，而具有高于电平阈值T的输入电平Li的输入信号55衰减至低于电平阈值T的输出电平Lo。在部分补偿限制器53中，增益减少R小于超量E，因此，对于具有等于电平阈值T的输入电平Li的输入信号，输出电平Lo等于电平阈值T，而具有高于电平阈值T的输入电平Li的输入信号55衰减至电平阈值T以上的输出电平Lo。因此，三个限制器51、52、53导致具有不同程度补偿的电平限制。
优选地，窄带限制器41可被实施为完全补偿限制器51。可替代地，窄带限制器41可被实施为过补偿限制器52或者部分补偿限制器53。在一些实施方式中，补偿程度可以取决于频率。优选地，宽带限制器42可被实施为过补偿限制器52。可替代地，宽带限制器42可被实施为完全补偿限制器51或者部分补偿限制器53。应注意，在窄带限制器41和宽带限制器42的实际实施方式中，处理延迟可允许实际输出电平暂时超过相应的理想限制器51、52、53提供的输出电平Lo。例如，该处理延迟可以是通过在频谱分析器43、滤波控制器44、加重滤波器46、宽带电平检测器47、和/或衰减控制器48中的平均化和其他信号处理而导致的。
优选地，窄带限制器41以诸如例如约2ms-5ms的相对较小的时间常数对主音频信号Sa的变化作出反应，以防止突然增益变化引起滤波信号Sf中的单击声音和其他潜在干扰或危害的伪缺陷。优选地，宽带限制器42对滤波信号Sf的电平增加作出即时反应，以允许其稳定地抑制滤波信号Sf中的突然或者生硬的高声宽带信号。优选地，宽带限制器42以中等大小时间常数对滤波信号Sf的电平减少作出反应，诸如，约50ms-100ms或者甚至更大。
如图6所示，音频分析器24包括根据分析信号Sn提供特征信号Sx的特征提取器60、根据特征信号Sx提供检测器信号Sd的分量检测器61、根据检测器信号Sd提供分类信号Sc的信号分类器62、根据分类信号Sc提供阈值控制信号St的阈值控制器63以及根据分类信号Sc提供语音电平控制信号Ss的语音电平控制器64。
特征提取器60包括一个或者多个信号分析器65。每个信号分析器65执行对分析信号Sn的分析并且提供作为由特征提取器60提供的特征信号Sx中的各个特征信号的分析结果。通过相应信号分析器65执行的分析可包括任何已知的音频特征提取分析，诸如，频率分析、短时傅里叶谱(STFS)的计算、倒谱的计算、宽带信号功率和/或能量的确定、高通和/或低通滤波形式分析信号Sn中的信号功率和/或能量的确定、例如STFS和/或其他各个特征信号的微波分析和/或时间平均。
分量检测器61包括一个或者多个信号检测器66，优选地，两个或者多个。每个信号检测器66均处理各个特征信号中的一个或者多个并且提供指示分析信号Sn中存在预定信号分量的检测器输出。任何信号检测器66可在其检测器输出中进一步提供一个或者多个信号参数(特征为检测的信号分量)的指示，诸如，频率、带宽、电平、功率和/或能量。优选地，从一个或者多个相关的各个特征信号中复制或者通过其他方式导出该一个或者多个信号参数。每个信号检测器66均提供作为检测器信号Sd中的各个分量信号的检测器输出，因此，检测器信号Sd中包括至少一个或者优选地指示两个分量信号。通过信号检测器66执行的处理可包括任何已知的音频分量检测方法，诸如，音调检测、DTMF信号检测、FAX或者调制信号检测、白色噪音或者有色噪音检测、瞬时噪音检测、静态噪音检测、周期性噪音检测、有声语音检测和/或无声语音检测。每个信号检测器66均可优选地使用诸如隐藏式马克模型的统计和/或确定性模型处理相应的各个特征信号。
信号分类器62包括一个或者多个分类评估器67，优选地，两个或者多个。每个分类评估器67均对检测器信号Sd进行评估并且提供各个评估信号，评估信号指示分析信号Sn中属于被分配给具体分类评估器67的预定音频信号类别的一个或者多个音频信号的存在。优选地，任何或者每个分类评估器67在其各个评估信号中进一步提供相关检测器信号或者信号Sd的一个或者多个信号参数的指示。信号分类器62提供分类信号Sc中的各个评估信号。由于在音频通信网络中发生的随机噪音性质和处理错误，所以检测器信号Sd中的任何检测器输出均可以中断，即，尽管输入信号中存在信号分量所属的音频信号，然而，其可临时指示缺少具体信号分量。为了能够正确处理中断检测器输出，任何或者每个分类评估器67均可根据检测器输出的当前值和检测器输出的之前值提供各个评估信号。例如，任何或者每个分类评估器67均可包括状态机，该状态机在另行导致各个评估信号发生变化的检测器输出变化之后的时间内维持其各个评估信号的值。从而可允许限制器41、42也在难以实现该无用音频信号的可靠检测的情况下衰减或者限制无用音频信号。在诸如500ms之后或者1s之后等预定时间段之后、或者根据检测器输出的变化，持续时间段可结束。
因为由一个或者多个分类评估器67提供的各个评估信号可同时指示属于多个音频信号类别的音频信号的存在，所以信号分类器62可包括确定在分类信号Sc中应提供各个评估信号中的哪个的冲突解析器68。例如，冲突解析器68可对多种各个评估信号施加优选权算法和/或将一个或者多个各个评估信号作为输入反馈至分类评估器67中的一个或者多个，例如，作为输入反馈至其状态机，并且由此引起任何冲突的解析。
优选地，每个分类评估器67均被适配成确定属于预定音频信号类别的音频信号的存在，诸如，有用音调信号、无用音调信号、有用多音调信号、无用多音调信号、噪音信号、音乐信号、语音信号、大声讲话信号等。各个分类评估器67均可应用本领域中已知的任何方法将音频信号分类。
阈值控制器63根据分类信号Sc中的一个或者多个各个评估信号确定频变电平阈值Tf并且将阈值控制信号St中的频变电平阈值Tf提供至窄带限制器41。优选地，阈值控制器63包括映射器69，映射器69将每个预定的音频信号类别映射到分类信号Sc中的一个或者多个各个评估信号中指示的各个频变电平阈值Tf,k，频变电平阈值Tf,k可进一步取决于一个或者多个信号参数，诸如，频率、带宽、电平、功率和/或能量。当各个评估信号指示特定音频信号类别的存在时，优选地，映射器69将对应的各个频变电平阈值Tf,k提供至比较器80，比较器80将一个或者多个提供的各个频变电平阈值Tf,k彼此比较，并且确定每个频率子带内的阈值控制信号St的频变电平阈值Tf作为该频率子带内的已提供各个频变电平阈值Tf,k的最小值。优选地，还是在其中各个评估信号中的任一个均不指示存在相应的音频信号类别的时间段内，阈值控制器63可将默认的频变电平阈值Tf,0进一步提供至比较器69，以使得阈值控制信号St中指示的频变电平阈值Tf向上被限制为默认的频变电平阈值Tf,0。
图7中的图表70显示优选的各个频变电平阈值Tf,k的实施例。优选地，确定默认的频变电平阈值Tf,0作为最低可能的电平，其中，正常语音不以有用语音电平衰减。例如，可以确定默认的频变电平阈值Tf,0为平均有用语音电平以上的约10dB或者约15dB并且由此可整体展示通过语音阈值曲线71指示的频率相关性。当分类信号Sc包括指示存在具有频率fu的无用音调信号的评估信号时，音调阈值曲线72指示阈值控制器63可提供的各个频变电平阈值Tf,k。在音调频率fu周围的窄频带73内，优选地，可将音调阈值曲线72设置为相对较大的且位于语音阈值曲线71下方的频变预定距离At处的音调阈值电平74。可替代地，音调阈值电平74可以是常量并且与语音阈值曲线71无关或者展示除语音阈值曲线71之外的另一频率相关性。窄频带73可包括由频谱分析器43分析的多个频率子带中的连续一些的单个或者较小的数值，诸如，三至十五的范围内的数值。包括的子带的数目可随着音调频率fu而增加，因此，可以稳定地抑制调制音调。因此，例如，根据音调频率fu，窄频带73可具有5Hz与500Hz之间范围内的大小。在窄频带73之外，优选地，可将音调阈值曲线72设置为语音阈值曲线71下方的相对较小预定距离Aw处的电平，诸如，0dB、1dB、或者3dB。
当分类信号Sc包括指示存在宽带周期性噪音信号的评估信号时，噪音阈值曲线75指示阈值控制器63可提供的各个频变电平阈值Tf,k。因为用户通常对这种噪音信号的低频分量较不敏感，所以噪音阈值曲线75规定在比较低频率高的频率处更低电平阈值。优选地，利用预定值确定噪音阈值曲线75。
当分类信号Sc包括指示存在具有频率fu的无用音调信号的评估信号和指示存在宽带周期性噪音信号的评估信号时，阈值曲线76指示阈值控制器63可提供的频变电平阈值Tf。由阈值曲线76指示的频变电平阈值Tf在所有的频率皆与由音调阈值曲线72指示的各个频变电平阈值Tf,k和由噪音阈值曲线75指示的各个频变电平阈值Tf,k中的较低一个相等。应注意，使阈值曲线76轻微偏置，以改善图表70的稳定性。
如图6所示，阈值控制器63进一步确定取决于分类信号Sc中的一个或者多个各个评估信号的宽带电平阈值Tb并且将阈值控制信号St中的宽带电平阈值Tb提供至宽带限制器42。优选地，阈值控制器63包括将每个预定音频信号类别映射至各个宽带电平阈值Tb,m的映射器81，并且当各个评估信号指示存在特定音频信号类别时，优选地，映射器81将对应的各个宽带电平阈值Tb,m提供给比较器82，比较器82提供已提供的各个宽带电平阈值Tb,m中较低的一个作为宽带电平阈值Tb。与频变电平阈值Tf相似，优选地，阈值控制器63将宽带电平阈值Tb向上限制为允许有用电平的语音通过、而不受限制的默认宽带电平阈值Tb,0。优选地，映射器81可将位于默认宽带电平阈值Tb,0以下的相应各个宽带电平阈值Tb,m映射至包括诸如白噪音信号的宽带信号的一个或者多个音频信号类别的每个中。
语音电平控制器64确定取决于分类信号Sc中的一个或者多个各个评估信号的语音电平控制信号Ss并且将语音电平控制信号Ss提供给语音电平标准化装置22。优选地，语音电平控制器64包括将每个音频信号类别映射至各个语音电平控制命令的映射器83，并且当各个评估信号指示存在特定音频信号类别时，优选地，映射器83将对应的各个语音电平控制命令提供至比较器84，比较器84在语音电平控制信号Ss中提供已提供的各个语音电平控制命令中的一个。优选地，比较器84将已提供的各个语音电平控制命令区分优先顺序，以使提供的各个语音电平控制命令的适配中断或者使其放缓，从而使得其区分执行适配的已提供的各个语音电平控制命令的优先顺序。
优选地，语音电平控制器64默认提供指示语音电平标准化装置22执行语音电平标准化的语音电平控制命令。然而，当一个或者多个各个评估信号指示存在可能扰乱语音电平标准化的音频信号分类时，优选地，语音电平控制器64提供指示语音电平标准化装置22中断语音电平的适配的语音电平控制命令或者使语音电平的适配放缓的语音电平控制命令。例如，这可防止语音电平标准化装置22在短噪音脉冲过程中使输入音频信号Si衰减，其中该短噪声脉冲可能导致用户不能理解后续语音。
同样，语音电平控制器64可进一步确定取决于分类信号Sc中的一个或者多个各个评估信号的目标语音电平Ts，并且将语音电平控制信号Ss中的目标语音电平Ts提供至语音电平标准化装置22。例如，当一个或者多个各个评估信号指示存在可能使语音理解性恶化的稳定噪音信号时，语音电平控制器64可使目标语音电平Ts增加。
音频分析器24可被进一步适配成在用户的耳道内接收指示频变声音电平的耳朵内音频信号并且确定取决于耳朵内音频信号的分类信号Sc、频变电平阈值72、75、76、Tf、目标语音电平Ts和/或宽带电平阈值Tb。因此，信号处理器8可检测并且补偿频率和时间相关变化和/或与用户耳朵或者双耳处提供的声音电平目标值的偏差。
音频分析器24可被进一步适配成在用户的周围环境空间内接收指示频变声音电平的周围环境噪音信号并且确定取决于周围环境噪音信号的分类信号Sc、频变电平阈值72、75、76、Tf、目标语音电平Ts和/或宽带电平阈值Tb。因此，信号处理器8可将其音频输出电平调整至用户周围环境中的通用声音电平。
输出处理器25可对限制信号Sb执行任何已知类型的信号处理，诸如，噪音减少或者频率成形。输出处理器25可进一步连接至从输入处理器26接收一个或者多个信号并且执行取决于从输入处理器26接收的一个或者多个信号的回波消除、侧音处理等。输出处理器25可将取决于由用户提供的音量控制设置的增益进一步施加给限制信号Sb，以使得用户可设置通过耳机2或者其他声音界面设备提供的声音信号的优选电平。在一些实施方式中，可将输出处理器25或者至少音量控制部分布置在接收路径20中的音频限制器23之前。
通过语音电平标准化装置22提供的语音电平标准化可(至少在某种程度上)补偿远程方的变化语音电平和/或连接各方的音频通信网络中的变化增益和损失，因此，音频限制器23、音频分析器24和/或输出处理器25可对具有合理地很好限定的语音电平的信号进行操作。这还可激励用户在大部分时间内保持恒定的音量控制设置或者仅在有限范围内改变设置，因此，通过信号处理器8提供的电平限制针对无用或者危害信号内容产生可预测并且可靠的保护。
输入处理器26可对诸如噪音减少或者频率成形的麦克风信号Sm执行任何已知类型的信号处理。麦克风信号Sm可包括来自耳机2或者其他声音接口设备中的多个麦克风的输出信号，并且输入处理器26可执行麦克风信号Sm的波束成形和/或其他多麦克风处理。
本发明可包括一种用于使音频信号中无用内容衰减的方法。优选地，该方法可包括：接收音频输入信号Si；提供与取决于频输入信号Si的主音频信号Sa；确定指示多个频率子带中的每个的主音频信号Sa的信号电平Ln,i的输入电平信号Ln；将频变增益施加给主音频信号Sa，以提供音频输出信号So；提供取决于音频输入信号Si的分析信号Sn；确定分类信号Sc，分类信号Sc指示分析信号Sn中存在属于第一预定音频信号类别的一个或者多个音频信号；确定阈值控制信号St，阈值控制信号St指示取决于分类信号Sc的多个频率子带的频变电平阈值72,75,76,Tf；以及确定取决于通过输入电平信号Ln指示的信号电平Ln,i和由阈值控制信号St指示的频变电平阈值72、75、76、Tf的变频增益。更优选地，由阈值控制信号St指示的频变电平阈值72、75、76、Tf的频率相关性取决于分类信号Sc。
优选地，分类信号Sc进一步指示以检测信号分量为特征的一个或者多个信号参数，并且频变电平阈值72、75、76、Tf，尤其是其频率相关性进一步根据通过分类信号Sc指示的一个或者多个信号参数确定。
优选地，该一个或者多个参数包括检测信号分量的频率、带宽、电平、功率和/或能量。
优选地，施加频变增益导致一个或者多个频率子带中的音频输出信号So的衰减和/或电平限制，对于一个或者多个频率子带，输入电平信号Ln指示超过由阈值控制信号St指示的频变电平阈值72、75、76、Tf的信号电平Ln,i。
优选地，分类信号Sc进一步指示音频信号Sn中存在属于第二预定音频信号类别的一个或者多个音频信号，第二预定音频信号类别不同于第一预定音频信号类别。
优选地，该方法进一步包括：提供主音频信号Sa，使得主音频信号Sa相对于分析信号Sn延迟了时延td；并且取决于分析信号Sn确定输入电平信号Ln、频变增益、分类信号Sc和/或阈值控制信号St。
优选地，该方法进一步包括：确定音频输入信号Si中的语音的电平Ls；比较确定的语音电平Ls与目标语音电平Ts；使音频输入信号Si衰减和/或放大，以减少生成的标准化信号Sn中的语音电平与目标语音电平Ts之间的差；并且提供取决于标准化信号Sn的分析信号Sn和/或主音频信号Sa。
优选地，该方法进一步包括：中断或者放缓取决于指示音频输入信号Si中存在属于预定信号类别的一个或者多个音频信号分类信号Sc的语音电平Ls的确定、音频输入信号Si的衰减和/或音频输入信号Si的放大。
优选地，该方法进一步包括：指示取决于指示音频输入信号Si中存在缺少属于第一预定信号类别的音频信号的分类信号Sc的阈值控制信号St中的第一频变电平阈值71,Tf；以及指示取决于指示音频输入信号Si中存在属于第一预定信号类别的一个或者多个音频信号的分类信号Sc的阈值控制信号St中的第二频变电平阈值72、75、76、Tf，使得，第二频变电平阈值72、75、76、Tf的一个或者多个部分Tf,i低于第一频变电平阈值71、Tf的对应部分Tf,i。
优选地，该方法进一步包括：确定取决于音频输入信号Si的宽带信号电平Lb；比较确定的宽带信号电平Lb与宽带电平阈值Tb；以及根据超过宽带电平阈值Tb的确定的宽带信号电平Lb对音频输出信号So进行衰减。
优选地，该方法进一步包括：取决于分类信号Sc确定目标语音电平Ts和/或宽带电平阈值Tb。
优选地，该方法进一步包括：接收指示用户耳道内的频变声音电平的耳内音频信号和/或指示用户周围环境空间内的频变声音电平的周围环境噪音；以及取决于耳内音频信号和/或周围环境噪音信号确定分类信号Sc、频变电平阈值72、75、76、Tf、目标语音电平T和/或宽带电平阈值Tb。
优选地，该方法进一步包括：将取决于音频输出信号So的声音信号提供给用户的耳道。
该方法可被实施为计算机执行程序。该程序可由信号处理电路执行，诸如，信号处理器8。在上下文中，术语“单处理电路”和“信号处理器”包括能够实时处理音频信号的任何计算或者处理电路或设备。例如，落在该定义内的信号处理电路和信号处理器的实施例包括专用信号处理器芯片、微控制器、个人计算机、移动电话、平板计算机等。例如，该程序可存储在非易失性存储介质上，因此，非易失性存储介质可包括用于致使信号处理电路执行该方法的指令。
在任一实施方式中，信号调节器1(具体地，信号处理器8)优选包括被适配成对现有技术的相似设备执行已知的描述操作的一个或者多个电子电路，诸如，模拟电路、数字电路、微处理器、信号处理器等。优选地，电子电路被实施为在数字信号中运行的数字电路，但是，其任何部分均可被实施为在模拟信号中运行的模拟电路。根据需要，任一电子电路均可包括模数转换器和/或数模转换器。通过硬件、固件、或者软件、或者其任何组合可以实现数字电路的功能块。数字电路可并行和/或交织的顺序执行多个功能块的功能，并且可通过任何适合的形式将功能块分布在多个硬件单元中，诸如，信号处理器、微处理器、以及其他集成电路。
此处给出的细节描述和指示本发明的优选实施方式的具体实例旨在使本领域技术人员实践本发明并且由此应被视为主要作为本发明的例证。本领域技术人员在不背离本发明的范围的情况下能够容易设想本发明的进一步应用以及本说明书的有利变化和改造。此处，仅提及该等变化和改造意在不限制本发明的范围。
本发明不局限于此处公开的实施方式，并且可通过其他方式将本发明包括在下列权利要求限定的主题内。例如，可以任意组合所述实施方式的特征，例如，以根据本发明将方法或者设备适配于具体的需求或者用途。
权利要求括号内出现的参考标号和文字标识符旨在不限制器范围。

Claims (15)

1.一种用于使音频信号中无用内容衰减的方法，所述方法包括：
接收音频输入信号(Si)；
提供取决于所述音频输入信号(Si)的主音频信号(Sa)；
确定指示多个频率子带中的每个的所述主音频信号(Sa)的信号电平(Ln,i)的输入电平信号(Ln)；
将频变增益施加给所述主音频信号(Sa)，以提供音频输出信号(So)；
提供取决于所述音频输入信号(Si)的分析信号(Sn)；
确定指示所述分析信号(Sn)中存在属于第一预定音频信号类别的一个或者多个音频信号的分类信号(Sc)；
确定取决于所述分类信号(Sc)的指示多个频率子带的频变电平阈值(72,75,76,Tf)的阈值控制信号(St)；以及
确定取决于由所述输入电平信号(Ln)指示的信号电平(Ln,i)和由所述阈值控制信号(St)指示的所述频变电平阈值(72,75,76,Tf)的所述频变增益；
其特征在于，由所述阈值控制信号(St)指示的所述频变电平阈值(72,75,76,Tf)的频率相关性取决于所述分类信号(Sc)。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，施加所述频变增益导致一个或者多个频率子带中的所述音频输出信号(So)的衰减和/或电平限制，对于所述一个或者多个频率子带，所述输入电平信号(Ln)指示超过由所述阈值控制信号(St)指示的所述频变电平阈值(72,75,76,Tf)的信号电平(Ln,i)。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述分类信号(Sc)进一步指示所述分析信号(Sn)中存在属于第二预定音频信号类别的一个或者多个音频信号，所述第二预定音频信号类别不同于所述第一预定音频信号类别。
4.根据权利要求1或2所述的方法，进一步包括：
提供所述主音频信号(Sa)，使得使所述主音频信号(Sa)相对于所述分析信号(Sn)延迟时间延迟(td)；以及
取决于所述分析信号(Sn)确定所述输入电平信号(Ln)、所述频变增益、所述分类信号(Sc)和/或所述阈值控制信号(St)。
5.根据权利要求1或2所述的方法，进一步包括：
确定所述音频输入信号(Si)中的语音的电平(Ls)；
比较所确定的语音电平(Ls)与目标语音电平(Ts)；
使所述音频输入信号(Si)衰减和/或放大，以减少所生成的标准化信号(Sn)中的语音的电平与所述目标语音电平(Ts)之间的差；以及
提供取决于所述标准化信号(Sn)的所述分析信号(Sn)和/或所述主音频信号(Sa)。
6.根据权利要求5所述的方法，进一步包括：
中断或者放缓取决于指示所述音频输入信号(Si)中存在属于预定信号类别的一个或者多个音频信号的分类信号(Sc)的所述语音电平(Ls)的确定、所述音频输入信号(Si)的衰减和/或所述音频输入信号(Si)的放大。
7.根据权利要求1或2所述的方法，进一步包括：
指示取决于指示所述音频输入信号(Si)中缺少属于所述第一预定信号类别的音频信号的分类信号(Sc)的所述阈值控制信号(St)中的第一频变电平阈值(71,Tf)；以及
指示取决于指示所述音频输入信号(Si)中存在属于所述第一预定信号类别的一个或者多个音频信号的分类信号(Sc)的所述阈值控制信号(St)中的第二频变电平阈值(72,75,76,Tf)，
其中，所述第二频变电平阈值(72,75,76,Tf)的一个或者多个部分(Tf,i)低于所述第一频变电平阈值(71,Tf)的对应部分(Tf,i)。
8.根据权利要求5所述的方法，进一步包括：
确定取决于所述音频输入信号(Si)的宽带信号电平(Lb)；
比较所确定的宽带信号电平(Lb)与宽带电平阈值(Tb)；以及
根据超过所述宽带电平阈值(Tb)的所确定的宽带信号电平(Lb)对所述音频输出信号(So)进行衰减。
9.根据权利要求8所述的方法，进一步包括：
取决于所述分类信号(Sc)确定所述目标语音电平(Ts)和/或所述宽带电平阈值(Tb)。
10.根据权利要求8所述的方法，进一步包括：
接收指示用户的耳道内的频变声音电平的耳内音频信号和/或指示用户周围环境空间中的频变声音电平的周围环境噪音信号；以及
取决于所述耳内音频信号和/或所述周围环境噪音信号确定所述分类信号(Sc)、所述频变电平阈值(72,75,76,Tf)、所述目标语音电平(Ts)和/或所述宽带电平阈值(Tb)。
11.根据权利要求1或2所述的方法，进一步包括：
将取决于所述音频输出信号(So)的声音信号提供给用户的耳道。
12.一种用于使音频信号中无用内容衰减的装置，所述装置包括：
接收音频输入信号(Si)的模块；
提供取决于所述音频输入信号(Si)的主音频信号(Sa)的模块；
确定指示多个频率子带中的每个的所述主音频信号(Sa)的信号电平(Ln,i)的输入电平信号(Ln)的模块；
将频变增益施加给所述主音频信号(Sa)，以提供音频输出信号(So)的模块；
提供取决于所述音频输入信号(Si)的分析信号(Sn)的模块；
确定指示所述分析信号(Sn)中存在属于第一预定音频信号类别的一个或者多个音频信号的分类信号(Sc)的模块；
确定取决于所述分类信号(Sc)的指示多个频率子带的频变电平阈值(72,75,76,Tf)的阈值控制信号(St)的模块；以及
确定取决于由所述输入电平信号(Ln)指示的信号电平(Ln,i)和由所述阈值控制信号(St)指示的所述频变电平阈值(72,75,76,Tf)的所述频变增益的模块；
其特征在于，由所述阈值控制信号(St)指示的所述频变电平阈值(72,75,76,Tf)的频率相关性取决于所述分类信号(Sc)。
13.一种信号调节装置(1)，包括根据权利要求12所述的装置，所述信号调节装置(1)可连接为从音频通信网络接收所述音频输入信号(Si)并且将所述音频输出信号(So)提供至声音接口设备(2)。
14.一种声音接口设备(2)，包括根据权利要求13所述的信号调节装置(1)。
15.一种非易失性存储介质，存储有程序，所述程序使信号处理电路(8)执行根据权利要求1至10中任一项所述的方法。
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