CN110024379A - 用于同步第一音频信号和第二音频信号的方法 - Google Patents

用于同步第一音频信号和第二音频信号的方法 Download PDF

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Abstract

一种用于同步来自同一原始音频信号的第一音频信号(Sa1)和第二音频信号(Sa2)的方法,该方法包括以下步骤:测量经叠加的声音信号;执行对经叠加的声音信号的包括互相关或自相关函数的计算的处理;从第一经处理的信号估计在第一音频信号和第二音频信号之间的时间延迟(Δt)的绝对值;修改第一音频信号或第二音频信号的至少一个特性;再次测量经叠加的声音信号;再次执行对经叠加的声音信号的处理以便获得第二经处理的信号(St2);基于第二经处理的信号估计时间延迟的符号;同步第一音频信号和第二音频信号。

Description

用于同步第一音频信号和第二音频信号的方法
技术领域
本发明涉及同步音频信号的领域。
背景技术
由于数字地处理音频的各方法和数字化视频的各方法是不同的,并且由于它们对应于不同的处理时间,所以使由音频/视频源产生且被传送到音频/视频回放设备的声音和图像同步总是必要的。
因而,参考图1,原始音频/视频信号Sav由解码器单元1(也被称为“机顶盒”)(在该示例中,经由高清多媒体接口(HDMI)类型的电缆3)传送到电视机2。原始音频/视频信号Sav经历数字音频解码处理4,并且经历视频解码处理5,从而分别产生音频信号和图像信号Si。在数字音频解码处理4之后,音频信号还经历同步处理6,以便与图像信号Si同步。这产生音频信号Sa1。图像信号Si和音频信号Sa1接着分别通过电视机2的屏幕以及通过电视机2的内部扬声器被回放。
同步处理6被设置为要么对于电视机2是恒定且特定的,要么能由用户“凭耳朵”手动地调整,要么基于通过使用光源和光传感器对视频延迟进行测量。
然而,参考图2,当电视机2外部的扬声器(例如,条形音箱8)被使用时,为了产生将由条形音箱8回放的音频信号Sa2而由数字音频解码处理9引起的延迟Δt不一定与用于产生将由电视机2的内部扬声器回放的音频信号Sa1的数字音频解码处理4引起的延迟完全相同。因此,使这些音频信号Sa1和Sa2同步,以避免出现不愉快的声音偏移是恰适的。
发明目的
本发明的目的是使由第一音频回放设备回放的第一音频信号与由第二音频回放设备回放的第二音频信号有效地同步,该第一音频信号和该第二音频信号源自从单个原始音频信号。
发明概述
为此,本发明提供了一种用于使由第一声音回放设备回放的第一音频信号与由第二声音回放设备回放的第二音频信号同步的同步方法,该第一音频信号和该第二音频信号源自单个原始音频信号,该方法包括以下步骤:
-测量由回放第一音频信号和第二音频信号导致的经叠加的音频信号;
-处理经叠加的音频信号以便获得第一经处理的信号,该处理包括计算互相关函数或自相关函数;
-从第一经处理的信号估计在第一音频信号和第二音频信号之间的时移的绝对值;
-修改第一音频信号或第二音频信号的至少一个特性;
-再次测量经叠加的声音信号;
-针对经叠加的声音信号再次执行处理以便获得第二经处理的信号;
-从第二经处理的信号估计时移的符号;
-通过向第一音频信号或第二音频信号施加与时移相对应的延迟时间或提前时间来同步第一音频信号和第二音频信号。
互相关函数或自相关函数的使用以及考虑对第一音频信号的或第二音频信号的特性的修改在互相关或自相关函数上的影响,使得准确且有效地同步第一音频信号和第二音频信号成为可能。
本发明还提供了一种系统,其包括音频/视频源、音频/视频回放设备、被集成在音频/视频回放设备中的第一声音回放设备、第二声音回放设备,以及执行如以上所提及的同步方法的处理器装置。
在阅读了下面的对本发明的特定、非限制性实施例的描述之后,本发明的其他特性以及优点将显现。
附图说明
参考附图,在附图中:
-图1示出了解码器单元、电视机、图像信号、和音频信号;
-图2示出了解码器单元、电视机、条形音箱、图像信号、第一音频信号、和第二音频信号;
-图3是等同于图2的图,其中话筒被集成在解码器单元中;
-图4示出了本发明的第一实现中的同步方法的步骤;
-图5示出了在图3的情况下获得的互相关函数;
-图6是等同于图3的图,其中增益被施加到第二音频信号;
-图7示出了在图6的情况下获得的互相关函数;
-图8是等同于图3的图,其中本发明的第一实现中的同步方法被执行;
-图9是等同于图2的图,话筒被集成在被定位在电视机前面的遥控器中;
-图10示出了本发明的第二实现中的同步方法的步骤;
-图11示出了在图9的情况下获得的自相关函数;
-图12是等同于图9的图,其中预定延迟被施加到第二音频信号;
-图13示出了在图12的情况下获得的自相关函数;
-图14是等同于图9的图,其中本发明的第二实现中的同步方法已被执行;
-图15包括两张图,其示出了第二音频信号的、被延迟了预定延迟的第二音频信号的、经叠加的声音信号的、和第二经处理的信号的曲线。
具体实施方式
参考图3,第一实现中的同步方法在包括解码器单元10、电视机11、和被定位在电视机11下方的条形音箱12的系统中被执行。
解码器单元10具有第一处理器装置13。电视机11具有第二处理器装置14。条形音箱12具有第三处理器装置15。
解码器单元10被连接到电视机11和条形音箱12。解码器单元10产生原始音频/视频信号Sav,其包括原始音频信号和原始图像信号。话筒16被集成在解码器单元10中。
原始音频/视频信号Sav由解码器单元10经由HDMI类型的电缆17传送到电视机11。电视机11的第二处理器装置14对原始音频/视频信号Sav执行数字音频解码处理18和数字视频解码处理19,从而分别产生音频信号和图像信号Si。在数字音频解码处理18之后,音频信号还经历同步处理21,以便与图像信号Si同步。这产生第一音频信号Sa1。
原始音频信号还由解码器单元10经由光纤连接22(某种其他连接也可以被使用,例如任何有线连接或任何无线连接)传送到条形音箱12。第三处理器装置15对原始音频信号执行数字音频解码处理23,以便产生第二音频信号Sa2。
电视机11的扬声器因而回放第一音频信号Sa1,而条形音箱12因而回放第二音频信号Sa2,第一音频信号Sa1和第二音频信号Sa2均源自被包括在原始音频/视频信号Sav中的相同原始音频信号。
解码器单元10的话筒16获取由回放第一音频信号Sa1和第二音频信号Sa2导致的经叠加的声音信号。解码器单元10的第一处理器装置13测量并采样经叠加的声音信号。解码器单元10的第一处理器装置13还测量并采样原始音频信号(本发明的第一实现中的同步方法的步骤E1,如图4所示)。
此后,参考图5,第一处理器装置13计算经叠加的声音信号和原始音频信号的互相关函数(步骤E2),从而获得第一经处理的信号St1。
应该记得,一般而言,信号x(t)与信号y(t)的互连函数定义如下:
第一经处理的信号St1具有两个峰P1和P2。峰之一P1对应于第一音频信号Sa1,而另一峰P2对应于第二音频信号Sa2。第一处理器装置13因而测量每个峰P1、P2的时间位置和幅值(步骤E3)。
第一处理器装置13还计算两个峰P1、P2之间的时间差,其等于第一音频信号Sa1和第二音频信号Sa2之间的时移Δt的绝对值│Δt│(步骤E4)。
为了确定时移的符号并因此定义是第一音频信号Sa1提前于第二音频信号Sa2还是正相反地,第二音频信号Sa2提前于第一音频信号Sa1,第一处理器装置13起作用如下。
参考图6,第一处理器装置13将增益G临时地施加到第二音频信号Sa2的幅值。具体而言,每当存在信道的变化时,增益G就被施加达几毫秒的时段(步骤E5)。
此后,解码器单元10的话筒16再次获取由第一音频信号Sa1和第二音频信号Sa2的回放导致的经叠加的声音信号。第一处理器装置13再次测量并采样经叠加的声音信号。第一处理器装置13还再次测量并采样原始音频信号(步骤E6)。
参考图7,第一处理器装置13再次计算经叠加的声音信号和原始音频信号之间的互相关函数,从而获得第二经处理的信号St2(步骤E7)。
第一处理器装置13接着再次测量第二经处理的信号St2的每个峰P1、P2的幅值(步骤E8)。
在两个峰P1和P2之中,经修改的峰P2呈现出第二经处理的信号St2中的幅值,该幅值与其在第一经处理的信号St1中的幅值相比用等同于增益G的值来修改。经修改的峰P2对应于第二音频信号Sa2,增益G被第一处理器装置13施加到第二音频信号Sa2。
第一处理器装置13因而估计时移Δt的符号,并且它们因而估计时移Δt本身(步骤E9)。
第一音频信号Sa1和第二音频信号Sa2接着通过向第二音频信号Sa2施加对应于时移Δt的延迟时间或提前时间来被同步(步骤E10)。
参考图9,第二实现中的同步方法在包括解码器单元30、电视机31、和被定位在电视机31下方的条形音箱32的系统中被执行。
解码器单元30具有第一处理器装置33。电视机31具有第二处理器装置34。条形音箱32具有第三处理器装置35。
解码器单元30被连接到电视机31和条形音箱32。解码器单元30产生原始音频/视频信号Sav,其包括原始音频信号和原始图像信号。
话筒36被集成在遥控器40中,遥控器40在该示例中坐落于电视机31的前面。遥控器包括第四处理器装置60。
遥控器40和解码器单元30利用无线连接61彼此通信。
原始音频/视频信号Sav由解码器单元30经由HDMI类型的电缆37传送到电视机31。电视机31的第二处理器装置34对原始音频/视频信号Sav执行数字音频解码处理38和数字视频解码处理39,从而分别产生音频信号和图像信号Si。在数字音频解码处理38之后,音频信号还经历同步处理41,以便与图像信号Si同步。这产生第一音频信号Sa1。
原始音频信号还由解码器单元30经由光纤连接42(某种其他连接也可以被使用,例如任何有线连接或任何无线连接)传送到条形音箱32。第三处理器装置35对原始音频信号执行数字音频解码处理43,从而产生第二音频信号Sa2。
电视机31的扬声器因而回放第一音频信号Sa1,而条形音箱32因而回放第二音频信号Sa2,第一音频信号Sa1和第二音频信号Sa2均源自被包含在原始音频/视频信号Sav中的相同原始音频信号。
遥控器40的话筒36获取由第一音频信号Sa1和第二音频信号Sa2的回放导致的经叠加的声音信号。遥控器40的第四处理器装置60测量并采样经叠加的音频信号(本发明的第一实现中的同步方法的步骤E1,图10中示出)。
此后,参考图11,第四处理器装置60计算经叠加的声音信号的自相关函数(步骤E2),从而获得第一经处理的信号St1。
应该记得,一般而言,信号x(t)的自相关函数由下式定义:
第一经处理的信号St1具有峰P。第四处理器装置60接着测量峰P的时间位置和幅值(步骤E3)。
峰P的时间位置的绝对值等于在第一音频信号Sa1和第二音频信号Sa2之间的时移Dt的绝对值│Δt│(步骤E4)。
为了确定时移Δt的符号且因而为了定义是第一音频信号Sa1提前于第二音频信号Sa2还是正相反地,第二音频信号Sa2提前于第一音频信号Sa1,解码器单元30的第四处理器装置60和第一处理器装置33起作用如下。
参考图12,第一处理器装置13将预定延迟θ0临时地施加到第二音频信号Sa2。具体而言,每当存在信道的变化时,预定延迟θ0就被施加达几毫秒(步骤E5)。
此后,遥控器40的话筒36再次获取由第一音频信号Sa1和第二音频信号Sa2的回放导致的经叠加的声音信号。第四处理器装置60再次测量并采样经叠加的声音信号(步骤E6)。
参考图13,第四处理器装置60再次计算经叠加的声音信号的自相关函数(步骤E7),并且获得第二经处理的信号St2。
第四处理器装置60接着再次测量峰P的时间位置(步骤E8)。通过确定第二经处理的信号St2中的峰P相对于第一经处理的信号St1的偏移S的方向而获得时移的符号。
第四处理器装置60因而估计时移Δt的符号,并因此它们估计时移Δt本身(步骤E9)。
第四处理器装置60接着经由无线连接61将时移Δt的值传送到解码器单元30的第一处理器装置33。
第一音频信号Sa1和第二音频信号Sa2接着通过向第二音频信号Sa2施加对应于时移Δt的延迟时间或提前时间来被同步。
图15绘制了通过仿真而获得的曲线,以解说执行本发明的第二实现中的同步方法。
在图15中,可以看到第一音频信号Sa1、第二音频信号Sa2、经叠加的音频信号Sup、和通过自相关函数获得的第一经处理的信号St1。可以看到,第二音频信号Sa2呈现出相对于第一音频信号Sa1的100毫秒(ms)的时移。还可以看到,峰P的时间位置(等于100ms)确实对应于该时移。
自然地,本发明不限于所描述的各实现,而是涵盖落在由所附权利要求限定的本发明的范围内的任何变体。
如上所述,在本发明的同步方法的第一实现中提及了第一、第二、和第三处理器装置,并且在本发明的同步方法的第二实现中提及了第一、第二、第三、和第四处理器装置。应该观察到,这些处理器装置可以以其他方式来被定位,例如,被定位在通过任何种类的连接被连接到解码器单元和/或电视机和/或条形音箱和/或遥控器的一个或多个附加单元中。
在两种实现中,话筒可以以其他方式来被定位(例如,在第二实现中被定位在解码器单元中)。
虽然预定增益和延迟在上面的描述中被施加到第二音频信号,但是预定增益和/或延迟可被施加到第一音频信号。
规定术语“增益”涵盖正增益和负增益两者,并且规定“预定延迟”涵盖可以是正的或负的预定时移(即,预定的提前时间或预定的延迟时间)。

Claims (13)

1.一种用于使由第一声音回放设备(11;31)回放的第一音频信号(Sa1)与由第二声音回放设备(12;32)回放的第二音频信号(Sa2)同步的同步方法,所述第一音频信号和所述第二音频信号源自单个原始音频信号,所述方法包括以下步骤:
-测量由回放所述第一音频信号和所述第二音频信号导致的经叠加的音频信号(Sup);
-处理所述经叠加的音频信号以便获得第一经处理的信号(St1),所述处理包括计算互相关函数或自相关函数;
-从所述第一经处理的信号估计在所述第一音频信号和所述第二音频信号之间的时移(Δt)的绝对值;
-修改所述第一音频信号或所述第二音频信号的至少一个特性;
-再次测量所述经叠加的声音信号;
-针对所述经叠加的声音信号再次执行处理以便获得第二经处理的信号(St2);
-从所述第二经处理的信号估计所述时移的符号;
-通过向所述第一音频信号或所述第二音频信号施加与所述时移相对应的延迟时间或提前时间来同步所述第一音频信号和所述第二音频信号。
2.根据权利要求1所述的同步方法,其特征在于,其中所述第一声音回放设备被集成在音频/视频回放设备中,并且其中所述原始音频信号被包括在由被连接到所述音频/视频回放设备和所述第二声音回放设备的音频/视频源产生的原始音频/视频信号中。
3.根据权利要求1所述的同步方法,其特征在于,其中所述处理包括计算所述经叠加的声音信号和所述原始声音信号之间的互相关函数,并且其中所述时移(Δt)的绝对值被从所述第一经处理的信号的两个峰(P1、P2)之间的时间差获得。
4.根据权利要求3所述的同步方法,其特征在于,对所述第一音频信号或所述第二音频信号的至少一个特性的所述修改包括将增益(G)临时地施加到所述第一音频信号或所述第二音频信号的幅值。
5.根据权利要求4所述的同步方法,其特征在于,所述时移的符号通过在所述第一经处理的信号的两个峰之中标识幅值的经修改的峰(P2)来被获得,所述幅值与其在所述第一经处理的信号中的幅值相比已在所述第二经处理的信号中用等同于所述增益的值修改了。
6.根据权利要求1的同步方法,其特征在于,其中所述处理包括计算所述经叠加的声音信号的自相关函数,并且其中所述时移(Δt)的绝对值从所述第一经处理的信号中的峰的位置被获得。
7.根据权利要求6所述的同步方法,其特征在于,对所述第一音频信号或所述第二音频信号的至少一个特性的所述修改包括将预定延迟(θ0)临时地施加到所述第一音频信号或所述第二音频信号。
8.根据权利要求7所述的同步方法,其特征在于,所述时移的符号通过确定所述第二经处理的信号中的峰相对于所述第一经处理的信号的偏移方向来被获得。
9.一种系统,包括音频/视频源(10;30)、音频/视频回放设备(11;31)、被集成在所述音频/视频回放设备中的第一声音回放设备、第二声音回放设备(12;32)、和执行根据任一前述权利要求所述的同步方法的处理器装置。
10.根据权利要求9所述的系统,其特征在于,所述音频/视频源是解码器单元,所述音频/视频回放设备是电视机,并且所述第二声音回放设备是诸如条形音箱之类的外部扬声器。
11.一种解码器单元,包括话筒、用于连接到第一声音回放设备和第二声音回放设备的连接装置,以及执行根据权利要求1到8中任一项所述的同步方法的处理器装置。
12.一种计算机程序,包括使解码器单元能够执行根据权利要求1至8中任一项所述的同步方法的指令。
13.一种存储装置,其特征在于,所述存储装置储存计算机程序,所述计算机程序包括使解码器单元能够执行根据权利要求1至8中任一项所述的同步方法的指令。
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