CN107408930B - 调节自动声音水平的放大器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种根据用户选择的期望音量增益来对要由放大器应用到至少一个要再生的音频信号(S_音频1至S_音频N)的音量增益(G_应用音量)进行调节的方法，该方法包括以下步骤：根据至少一个要再生的信号(S_音频1至S_音频N)来计算标准化的总体慢声音水平(N_SLTN)；将最大慢音量增益(G_{最大慢音量})和最小慢音量增益(G_{最小慢音量})计算为期望音量增益(G_期望音量)分别乘以最大慢增益(G_最大慢)或者最小慢增益(G_最小慢)再除以标准化的总体慢声音水平(N_SLTN)得到的商；从期望音量增益(G_期望音量)和最大慢音量增益(G_{最大慢音量})中，确定第一最小值；从期望音量增益(G_期望音量)乘以最大音量增益(G_最大音量)得到的值和最小慢音量增益(G_{最小慢音量})中，确定第二最小值；将先前确定的第一最小值和第二最小值中的最大值确定为慢音量增益(G_慢音量)；以及根据慢音量增益(G_慢音量)计算应用音量增益(G_应用音量)。

Description

调节自动声音水平的放大器

技术领域

本发明涉及一种根据用户选择的期望音量增益，调节由放大器应用于待再生的至少一个音频信号的音量增益。

背景技术

音频广播系统使用迥然不同的音频源，它们具有迥然不同的内容(音乐、语音、混杂的声音)。音频系统所广播的声音水平既取决于广播系统再生的音频信号，也取决于用户选择的以及手动调节的在放大器上的期望音量增益。在恒定的期望音量增益下，根据要广播的音频信号，感知的声音水平可以迥然不同。用户经常需要修改期望音量增益，以保持所感知的声音水平在期望限值内，特别是听在动作场景和对话场景之间节奏频繁变化的电影配乐的时候。

在文献中，所提出的方法的目的是不考虑要再生的音频信号，保持平均声音水平恒定，具有恒定的期望音量增益。

已知这些校正机制的缩写为AVL(自动音量调平)。

现有技术中的大多数方法是通过将音量增益减少或增加一定量来修改用户期望的音量增益。

文件US 5666430和US 6195438描述了用于保持平均声音水平实际上恒定的方法。

在文献中，经常提到由自动增益系统(摆动、沉默期间的过高增益等)引入的伪声。通过调节期望音量增益的动作的开始和释放时间，并设置难以调节的特定阈值，减少了这些伪声。

在现有技术中，所使用的机制旨在保持声音水平恒定，这完全扭曲了一首歌曲的音乐内容，或者当听电影时，不再区分安静对话中的声音水平或动作场景中的声音水平。

发明内容

本发明的目的是提出一种放大器，所述放大器能够保持特定于音频信号的动态，而不施加实际上恒定的平均声音水平，但允许声音水平对用户以适当的比例变化。

为此目的，本发明涉及一种上述类型的放大器，其特征在于，包括以下步骤：

根据要再生的至少一个信号来计算标准化的总体慢声音水平；

将最大慢音量增益和最小慢音量增益计算为期望音量增益分别与最大慢增益或者最小慢增益相乘的乘积再除以标准化的总体慢声音水平得到的商；

从期望音量增益和最大慢音量增益中，确定第一最小值；

从期望音量增益乘以最大音量增益得到的值和最小慢音量增益中，确定第二最小值；

将先前确定的第一最小值和第二最小值中的最大值确定为慢音量增益；

根据慢音量增益计算应用音量增益。

本发明主要能够在下限和上限之间保持声音水平，以保持音频信号的收听质量和主要动态。

根据具体实施例，用于调整要由放大器应用的音量增益的方法包括以下特征中的一个或多个：

计算标准化的总体慢声音水平的步骤包括：对于一个或每个要再生的音频信号，计算音频信号特定的慢声音水平，例如，长持续时间内每个源的音频信号的水平的平均值；

该方法包括至少两个要再生的音频信号，标准化的总体慢声音水平是每一个慢声音水平的函数；

长持续时间大于1秒；

应用音量增益是慢音量增益与峰值音量增益相乘的乘积，所述峰值音量增益的值小于或等于1，峰值音量增益取决于一个或者每个声音信号的声音水平在短持续时间内的波动，短持续时间严格地短于长持续时间。

计算峰值音量增益包括以下步骤：

根据至少一个要再生的信号来计算标准化的总体快声音水平；

计算扩大系数，所述扩大系数等于标准化的总体慢声音水平与最大峰值增益相乘的乘积除以标准化的总体快声音水平的商；

将峰值音量增益计算为扩大系数和值1中的最小值。

计算标准化的总体快声音水平的步骤包括：对于一个或每个要再生的音频信号，计算每个音频信号特定的快声音水平，例如，短持续时间内源的音频信号的水平平均值；

该方法包括至少两个要再生的音频信号，标准化的总体快声音水平是每一个快声音水平的函数；

短持续时间小于1秒；

本发明还涉及一种放大器，该放大器包括根据用户选择的期望音量增益来调整至少一个要再生的音频信号的音量增益的装置，该装置包括：

用于根据至少一个要再生的信号来计算标准化的总体慢声音水平的装置；

用于将最大慢音量增益和最小慢音量增益计算为期望音量增益分别与最大慢增益和最小慢增益的乘积再除以标准化的总体慢声水平得到的商的装置；

用于确定期望音量增益和最大慢音量增益之中的第一最小值的装置；

用于确定期望音量增益乘以最大音量增益得到的值和最小慢音量增益之中的第二最小值的装置；

用于将先前确定的第一最小值和第二最小值中的最大值确定为最小音量增益的装置；

用于根据慢音量增益来计算应用音量增益的装置。

附图说明

本发明将通过在阅读以下描述而得到更好的理解，该描述仅作为示例提供，并参照附图进行，其中：

图1是根据本发明的声音再现装置的示意图；以及

图2为根据本发明的根据期望音量增益和要再生的信号来计算所施加的音量增益的方法的框图。

具体实施方式

图1中所示的声音再现装置10包括用于产生n个音频信号的多个模块12.1到12.N，例如，数字记录的独立音轨。

用于产生音频信号的每个模块12.1到12.N通过单元15.1至15.N连接到扬声器的14.1到14.N。单元15.1至15.N用于产生记为G_应用音量的应用音量增益，并且单元15.1至15.N的输出与特定的放大单元16.1到16.N连接。

应用该应用音量增益的每个单元15.1至15.N与音量管理单元20连接，以接收相同的应用音量增益G_应用音量，该应用音量增益要被应用于接收到的作为输入的信号。

音量理单元20连接到控制部件26，如旋转电位器，允许用户为声音再现而调节记为G_音量期望的期望音量增益。

音量管理单元20的结构以图2中框图的形式画出。

音量管理单元20连接到不同的源12.1到12.N的输出以接收记为S_音频1...S_音频N的音频信号。

对于每个音频信号，音量管理单元20包括慢声音水平估计器30.1到30.N和快声音水平估计器32.1到32.1。

每一个慢声音水平估计器30.1到30.N能够计算平均慢声音水平的变量表示，它是由若干秒的长持续时间内的声音水平的平均值组成的，在技术上介于1秒到10秒之间。

例如，每个慢声音水平估计器30.1到30.N能够在选定的持续时间内计算音频信号的有效RMS(均方根)速度，例如选定的持续时间是5秒。

有利地，每个音频信号S_音频1到S_音频N在根据每个源而适配的加权滤波器中处理，以使用户感知的声音水平均匀。例如，滤波器是一种响度加权滤波器(权重为A、B、C或D)，是一种人类听觉的物理声学模型。

对于音频源S_音频i，慢声音水平命名为N_SLi。

每一个快声音水平估计器32.1到32.N能够限定短持续时间内的平均声音水平，通常短于1秒。例如，该声音水平是介于0.1秒至1秒之间的持续时间内的信号的有效值。

对于音频源S_音频i，快声音水平命名为N_SRi。

加法器34、36被提供分别用于慢声音水平之间和快声音水平之间的求和。

在块38、40中，该总和的结果乘以绝对参考声音水平“绝对参考水平”的逆，从而得到标准化的总体慢声音水平和标准化的总体快声音水平，分别记为N_SLTN和N_SRTN。它们满足如下方程式：

从较正模块26获得的期望音量增益G_期望音量分别在块42和44中增加放大增益G_最大慢和G_最小慢，然后分别在除法功能块46和48中除以标准化的总体慢声音水平N_SLTN，以获得记为G_{最大慢音量}的最大慢音量增益和记为G_{最小慢音量}的最小慢音量增益。最大慢音量增益和最小慢音量增益对应如下表达式：

与最大慢音量增益和最小慢音量增益的计算相并行，确定记为G_峰值音量的峰值音量增益，以在高幅度声音(例如，爆炸)的再现时限制声音峰值的幅度。

为了计算峰值音量增益，标准化的总体慢声音水平N_SLTN在块50中乘以最大峰值增益G_最大峰值。

最大峰值增益G_最大峰值由乘法系数构成，例如，从两个值中选出，一个值对应夜间模式，其中，最大峰值增益G_最大峰值小，能够降低声音峰值；另一个值对应白天水平，其中，最大峰值增益G_最大峰值大，因此能够再生高幅度声音峰值。

块52用于计算慢信号的声音水平相对于快信号的声音水平的幅度扩大系数。该系数是由标准化的总体慢声音水平N_SLTN乘以最大峰值增益G_最大峰值除以标准化的总体快声音水平N_SRTN的商构成的。

在块54的输出端，将峰值音量增益G_最大峰值确定为值1和来自块52的扩大系数之间的最小值。因此，峰值音量增益G_最大峰值满足以下表达式：

为计算应用音量增益G_应用音量，块60得到之前计算的峰值音量增益G_峰值音量和慢音量增益G_慢音量的乘积，慢音量增益通过最大慢音量增益G_{最大慢音量}和最小慢音量增益G_{最小慢音量}以及来自控制部件26的期望音量增益G_期望音量计算得到。

为此，在块72中，期望音量增益G_期望音量乘以记为G_最大音量的最大音量增益。

第一块74确定期望音量增益G_期望音量和最大慢音量增益G_{最大慢音量}之间的最小值。

第二块76确定期望音量增益G_期望音量乘以最大音量增益G_最大音量的结果和最小慢音量增益G_{最小慢音量}的最小值。

这两个得到的最小值中的最大值由块78确定，以形成慢音量增益G_慢音量。因此，该音量增益满足以下表达式：

最后，通过以下表达式，在块60的输出端提供应用音量增益：

G_音量应用＝G_峰值音量×G_慢音量

可以理解，慢音量增益G_慢音量能够分别在块42和44中通过增益G_最大慢和G_最小慢设置的期望上限和下限之间保持声音水平。事实上，对于过高的声音水平，慢音量增益G_慢音量取G_{最大慢音量}给出的值，当声音水平过高时，G_{最大慢音量}值甚至更小。相反地，如果声音水平过低，则慢音量增G_慢音量取G_最大音量乘以G_期望音量给出的增益限值内的G_{最小慢音量}给出的值，以将相对于G_期望音量的音量增益限制到期望最大值。

Claims (10)

1.一种根据用户选择的期望音量增益(G_期望音量)来对要由放大器应用到至少一个要再生的音频信号(S_音频1至S_音频N)的音量增益(G_应用音量)进行调节的方法，所述方法包括以下步骤：

根据所述至少一个要再生的音频信号(S_音频1至S_音频N)计算标准化的总体慢声音水平(N_SLTN)；

将最大慢音量增益(G_{最大慢音量})和最小慢音量增益(G_{最小慢音量})计算为所述期望音量增益(G_期望音量)分别与最大慢增益(G_最大慢)和最小慢增益(G_最小慢)相乘的乘积再除以所述标准化的总体慢声音水平(N_SLTN)得到的商；

确定所述期望音量增益(G_期望音量)和所述最大慢音量增益(G_{最大慢音量})之中的第一最小值；

确定所述期望音量增益(G_期望音量)乘以最大音量增益(G_最大音量)得到的值和所述最小慢音量增益(G_{最小慢音量})之中的第二最小值；

将先前确定的所述第一最小值和所述第二最小值中的最大值，确定为慢音量增益(G_慢音量)；

根据所述慢音量增益(G_慢音量)计算所述要由放大器应用到至少一个要再生的音频信号(S_音频1至S_音频N)的音量增益(G_应用音量)。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，计算所述标准化的总体慢声音水平(N_SLTN)的步骤包括：对于一个或每个要再生的音频信号(S_音频1至S_音频N)，计算所述音频信号特定的慢声音水平(N_{SL 1}，…，N_{SL N})，所述慢声音水平(N_{SL 1}，…，N_{SL N})是长持续时间内每个源的所述音频信号的水平的平均值。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，包括至少两个要再生的音频信号(S_音频1至S_音频N)，以及所述标准化的总体慢声音水平(N_SLTN)是每个所述慢声音水平(N_{SL 1}，…，N_{SL N})的函数。

4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述长持续时间大于1秒。

5.根据权利要求2或4所述的方法，其特征在于，所述要由放大器应用到至少一个要再生的音频信号(S_音频1至S_音频N)的音量增益(G_应用音量)是所述慢音量增益(G_慢音量)与值小于或者等于1的峰值音量增益(G_峰值音量)的乘积，所述峰值音量增益取决于短持续时间内一个或者每个声音信号(S_音频1至S_音频N)的声音水平的波动，所述短持续时间严格短于所述长持续时间。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述峰值音量增益(G_峰值音量)的计算包括以下步骤：

根据所述至少一个要再生的音频信号(S_音频1至S_音频N)计算标准化的总体快声音水平(N_SRTN)；

计算扩大系数，所述扩大系数等于所述标准化的总体慢声音水平(N_SLTN)与最大峰值增益(G_最大峰值)相乘的乘积除以所述标准化的总体快声音水平(N_SRTN)得到的商；

将所述峰值音量增益(G_峰值音量)计算为所述扩大系数和值1中的最小值。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，计算所述标准化的总体快声音水平(N_SRTN)的步骤包括：对于一个或者每个要再生的音频信号(S_音频1至S_音频N)，计算每个音频信号特定的快声音水平(N_{SR 1},…,N_{SR N})，所述快声音水平(N_{SR 1},…,N_{SR N})是在短持续时间内每个源的所述音频信号的水平的平均值。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，包括至少两个要再生的音频信号(S_音频1至S_音频N)，以及所述标准化的总体快声音水平(N_SRTN)是每个所述慢声音水平(N_{SR 1}至N_{SR N})的函数。

9.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述短持续时间小于1秒。

10.一种放大器，所述放大器包括：根据用户选择的期望音量增益(G_期望音量)对要应用到至少一个要再生的音频信号(S_音频1至S_音频N)的音量增益(G_应用音量)进行调节的装置，所述装置包括：

用于根据所述至少一个要再生的音频信号(S_音频1至S_音频N)计算标准化的总体慢声音水平(N_SLTN)的装置；

用于计算最大慢音量增益(G_{最大慢音量})和最小慢音量增益(G_{最小慢音量})的装置，所述最大慢音量增益(G_{最大慢音量})和最小慢音量增益(G_{最小慢音量})是所述期望音量增益(G_期望音量)分别与最大慢增益(G_最大慢)和最小慢增益(G_最小慢)相乘的乘积再除以所述标准化的总体慢声水平(N_SLTN)得到的商；

用于确定所述期望音量增益(G_期望音量)和所述最大慢音量增益(G_{最大慢音量})之中的第一最小值的装置；

用于确定所述期望音量增益(G_期望音量)乘以最大音量增益(G_最大音量)得到的值和所述最小慢音量增益(G_{最小慢音量})之中的第二最小值的装置；

用于将先前确定的所述第一最小值和所述第二最小值中的最大值确定为慢音量增益(G_慢音量)的装置；

用于根据所述慢音量增益(G_慢音量)计算所述要应用到至少一个要再生的音频信号(S_音频1至S_音频N)的音量增益(G_应用音量)的装置。

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