CN111052601B - 用于减小扬声器中的音频失真的方法和装置 - Google Patents

Abstract

音频信号的频谱倾斜用于确定扬声器在回放该音频信号期间是否会引入可感知失真。频谱倾斜可以通过确定产生失真频带中的能量与掩蔽失真频带中的能量之间的比值来指示。基于所确定的频谱倾斜，产生失真频带可以被衰减以减小扬声器引入的失真。此外，掩蔽失真频带可以被放大以减小扬声器所产生的失真的可感知度。

Description

用于减小扬声器中的音频失真的方法和装置

相关专利申请的交叉引用

本申请的主题涉及2017年9月7日提交的、标题为“用于减小扬声器失真的瞬态检测”的美国专利申请No.15/698,193，其通过引用包含于此。

技术领域

本公开涉及音频处理。更具体地，本公开的部分涉及音频处理以补偿扬声器失真。

背景技术

扬声器不能完美地复制编码在音频文件中的声音。在扬声器设计和制造过程中做出权衡以适应特定应用。例如，成本限制可能导致扬声器材料的选择并不理想。作为另一示例，空间限制可能导致构造的扬声器尺寸不是对于所有声音频率的重现都是理想的。较小的扬声器，诸如移动电话上使用的扬声器，在声音重现方面通常不太准确，而且会在重现的声音中引入失真。此外，较小扬声器中的制造缺陷会在重现的声音中引入额外的失真。

这里提到的缺点只是代表性的，并且被包括在内只是为了强调需要改进电子组件，特别是用于消费级设备(诸如移动电话)的扬声器。本文描述的实施例解决了某些缺点，但不一定是这里描述的或本领域已知的每一个缺点。此外，本文描述的实施例可能具有解决上述缺点之外的其他优点，并可用于解决上述缺点之外的其他应用。

发明内容

通过处理音频信号来修改音频内容，并将经修改的音频信号输出到扬声器进行重现，可以减小扬声器引入的失真。音频信号中有问题的声音可以进行修改以减小扬声器失真对重现声音的影响。有问题的声音的一个示例是由微型扬声器隔膜边缘的小泄漏引起的。由于扬声器箱体内的压缩空气推动隔膜，这些泄漏可能随着空气从该机构逸出而导致高频噪声或失真。缓解这一问题的一种方式是衰减信号电平，从而空气压力更小。

只有当有证据表明输入信号容易产生可听失真时，才期望衰减输入信号。那些容易产生可听失真的声音应该被衰减。所有其他声音都应该保持不变。在重现时具有很少或没有感知到的失真的其他声音可以在不修改的情况下输出以供重现。基于产生失真(distortion-producing)频带中的信号电平和掩蔽失真(distortion-making)频带中的信号电平，可以确定容易产生可听失真的声音。当产生失真频带的信号电平高时，这可能引起掩蔽失真频带中的可听失真。例如，产生失真频带可能在200Hz-1400Hz范围内。此频率范围中的高信号电平可能导致机械泄露，其在掩蔽失真频带(例如1500Hz至20kHz)内产生高频啸声。如果在掩蔽失真频带中，原始输入信号的信号电平不足以掩蔽啸声，那么用户可能会将啸声感知为音频失真。当这种情况发生时，衰减频带中的音频可以被减小以防止啸声或失真发生。衰减频带可以与产生失真频带相同，例如200Hz到1400Hz。或者衰减频带可以比产生失真频带更宽或更窄。例如，衰减频带可以跨越整个音频范围，从0Hz到22kHz。

综上，在产生失真频带中的强低频增加了微型扬声器内的气压，这可能会导致泄漏，从而在掩蔽失真频带中产生高频噪声或失真。如果原始输入声音在掩蔽失真频带中也包含足够的高频，则这些原始输入高频可以掩蔽由原始输入低频产生的高频失真产物。尽管掩蔽失真频带中的高频噪声仍然存在，但由于原始输入的高频的掩蔽作用，这些高频噪声的可听性降低。如果原始输入在掩蔽失真频带中缺少足够的高频，那么由高声输入低频产生的任何高频噪声或失真产物都将暴露出来并且可听性增高。因此，高频含量少而低频含量高的音频信号，其高频失真更明显。

除了对衰减频带中的信号进行衰减之外，还有可能将掩蔽失真频带(例如1500Hz到20kHz)中的输入信号增强，从而增加对不期望的失真声音的掩蔽。

表达音频信号的产生失真和掩蔽失真特性的一种方式是频谱倾斜。频谱倾斜是指音频信号中能量是如何在整个频谱中分布的。低频含量高、高频含量低的音频信号频谱具有向下的频谱倾斜。当输入音频信号具有明显向下的频谱倾斜且在低频中输入电平相当高时，将容易在掩蔽失真频段引起明显的失真。由于输入音频信号的频谱向下倾斜，几乎没有高频能量来掩蔽失真产物。因此，频谱倾斜测量连同低频或宽带信号电平估计可以提供必要的信息，以确定衰减频带的电平是否应该降低。本领域技术人员已知许多方法来产生频谱倾斜估计。

除了频谱倾斜之外，确定衰减频带是否应当降低的另一方法是计算掩蔽失真频带与产生失真频带之间的功率比。这是DM2DP比。如果DM2DP比很低且产生失真频带中的电平很高，则应降低衰减频带中的电平。另一种解释是，DM2DP比本身就是一种粗略的频谱倾斜测量方法。用于降低衰减频带中的电平的系统的一个实施例使用音频信号限幅器。限幅器包括限幅器阈值。当输入信号低于限幅器阈值时，则其不被修改。当信号电平接近限幅器阈值时，信号电平被逐渐衰减。当信号电平高于限幅器阈值时，信号电平被降低，使电平保持在限幅器阈值处。在本公开的实施例中，限幅器阈值是可变的。它被设置为DM2DP比或频谱倾斜估计的函数。当DM2DP比很高或当频谱向下倾斜很小时，限幅器比值保持在满量程。因此，任何输入信号电平都不加修改地通过限幅器。当DM2DP比降低时，或者当频谱倾斜变得更加向下时，限幅器阈值按比例降低。任何输入信号电平如果高于这个降低的限幅器阈值，就会被衰减。继而结果是得到一个只对具有低DM2DP比或向下的频谱倾斜的信号进行限制的限幅器。因此，容易产生可听失真的声音在重现之前可以通过限幅进行处理，以防止不期望的可听失真。

限幅器可以工作在整个音频频谱上，即宽带限幅器，或者其可以工作在选定的频带上，即窄带限幅器。在本实施例中，限幅器的频带是衰减频带，其可以刚好包括产生失真频带，或者可以包括整个音频频带或音频频带的其他部分。

用于减少扬声器中响应于输入音频信号而感知到的音频失真的一种示例方法可以包括：确定输入音频信号的产生失真频带的第一信号电平；确定输入音频信号的掩蔽失真频带的第二信号电平；以及至少部分基于产生失真频带的信号电平和掩蔽失真频带的信号电平，对输入音频信号的衰减频带中的信号电平进行衰减以产生经修改的音频信号。

用于处理输入音频信号以实现选择性窄带限幅的另一示例方法可以包括：确定音频信号中的频谱倾斜水平，以及修改输入音频信号以产生经修改的音频信号，其减少扬声器引入的失真。确定频谱倾斜水平可以通过确定和比较几个信号电平来执行。可以确定输入音频信号的产生失真频带中的第一信号电平。产生失真频带可以以扬声器的谐振频率为中心，在该谐振频率上，由于谐振处出现的高信号电平，扬声器会引入失真。用于移动电话的微型扬声器的谐振频率在300赫兹到1500赫兹之间。可以确定输入音频信号的掩蔽失真频带中的第二信号电平。掩蔽失真频带可以比产生失真频带具有更高的频率范围。例如，掩蔽失真频带可以从1500赫兹到20000赫兹。

基于对这两个信号电平的评估，可以选择性地应用窄带限幅。例如，第二信号电平与第一信号电平的比值可用于建立将频谱倾斜指示为掩蔽失真能量与产生失真能量之比的掩蔽失真比(DM2DP比)。掩蔽失真比继而可用于设置应用于产生失真频带的窄带限幅器的限幅器阈值。DM2DP比越低，限幅器阈值越低。如果输入信号超过限幅器阈值，则降低衰减频带中的输入信号。输入信号的最终衰减是由DM2DP比和输入信号电平决定的。在一些实施例中，该衰减可能与产生失真频带相同。在其他实施例中，衰减频带可能更宽，并包括产生失真频带之外的声音。例如，产生失真频带可能大部分局限于低频，而衰减频带可以包括低频和高频二者。

利用限幅器阈值电平，衰减可以对输入音频信号在衰减频带内的动态范围进行限幅。衰减可以通过处理音频以将产生失真频带中的信号电平与限幅器阈值电平进行比较来执行。当产生失真频带中的信号电平高于限幅器阈值电平时，衰减频带中的信号电平被衰减。当产生失真频带中的信号电平低于限幅器阈值电平时，衰减频带中的信号电平基本上保持不衰减或不变化。衰减的程度可以通过至少部分基于掩蔽失真频带中的信号电平与产生失真频带中的信号电平之比(也即DM2DP比)调整限幅器阈值电平，从而进行调整。例如，限幅器阈值可以根据DM2DP比的减小而按比例降低。

根据本文描述的信号处理而产生的经修改的音频信号可以输出到扬声器以供重现。例如，音乐文件可以作为音频信号进行处理，以获得通过用户的移动电话的扬声器来回放的经修改的音频信号。作为另一示例，流视频可以包括声音，其作为音频信号进行处理以获得通过用户的移动电话的扬声器来回放的经修改的音频信号。音频处理可以通过集成电路(诸如智能电话的音频控制器)来执行。音频控制器可以是智能电话中的单独组件，或者音频控制器可以与智能电话中的其他组件集成，诸如与片上系统(SoC)中的处理器集成。

包含上述音频处理的电子设备可以受益于通过扬声器回放的改善的音频质量。例如，移动电话用户可以通过减小由微型扬声器引入的可听失真来体验更高质量的回放。基于音频内容的确定来选择性应用处理，诸如通过评估频谱倾斜或DM2DP比，可以改善引起扬声器失真的声音回放，而不会影响不会引起扬声器失真的声音。例如，钢琴独奏音乐可能具有明显向下的频谱倾斜，较高的低频电平和较少的高频能量。可以对该音频内容应用衰减，以减少微型扬声器引入的可听失真。相反，流行音乐可能具有较平坦的频谱倾斜，对这种音频内容可以应用较少衰减或不应用衰减。

用于执行音频处理的集成电路可以包括模数转换器(ADC)。ADC可以用于将诸如音频信号的模拟信号转换为该模拟信号的数字表示。附加地或备选地，集成电路可以包括数模转换器(DAC)。DAC可以接收用于回放的音频信号，诸如从数字音乐文件接收的音频或通过无线网络流传输的音频。在一些实施例中，可以在数字信号输入到DAC之前对该数字信号执行音频处理，并且DAC将修改后的音频信号转换为模拟信号以进行放大从而驱动扬声器。在一些实施例中，可以对从DAC输出的模拟信号执行音频处理。数字音频被输出到DAC以转换成模拟信号，该模拟信号在模拟域中进行处理，然后将修改后的模拟音频信号放大并用于驱动扬声器。具有本文描述的音频处理功能的集成电路可以在具有音频输出的电子设备中使用，诸如音乐播放器、CD播放器、DVD播放器、蓝光播放器、耳机、便携式扬声器、头戴式受话器、移动电话、平板电脑、个人电脑、机顶盒、数字录像机(DVR)盒、家庭影院接收器、信息娱乐系统、汽车音响系统等等。

前述已经相当广泛地概述了本发明实施例的某些特征和技术优势，以便可以更好地理解随后的详细描述。构成本发明权利要求主题的附加特征和优势将在下文加以描述。本领域普通技术人员应当理解，所公开的概念和特定实施方式可以很容易用作修改或设计其他结构以实现相同或类似目的的基础。本领域普通技术人员还应当认识到，这种等效结构并不偏离所附权利要求中阐述的本发明的精神和范围。当结合附图一起考虑时，从下面的描述可以更好地理解附加特征。然而，应该明确理解的是，提供的每一副图都仅仅是为了说明和描述的目的，而不是为了限制本发明。

附图说明

为了更全面理解公开的系统和方法，现在参考下面结合附图的描述。

图1是示出根据本公开一些实施例的处理输入音频信号以减少可听失真的示例方法的流程图。

图2A是根据本公开一些实施例的用于处理输入音频信号以减少失真的示例集成电路的框图。

图2B是根据本公开一些实施例的用于处理输入音频信号以减少失真的示例集成电路的框图。

图3是示出根据本公开一些实施例的处理输入音频信号以减少失真的另一示例方法的流程图。

图4是根据本公开一些实施例的用于处理输入音频信号以减少失真的另一示例集成电路的框图。

图5是根据本公开一些实施例的使用衰减和放大来处理输入音频信号以减少失真的示例方法的流程图。

图6是根据本公开一些实施例的用于使用衰减和放大来处理输入音频信号以减少失真的示例集成电路的框图。

图7是示出根据本公开一些实施例的包括配置用于减少失真的音频控制器的用于音频回放的示例个人媒体设备的图示。

具体实施方式

图1是示出根据本公开一些实施例的处理输入音频信号以减少失真的示例方法的流程图。方法100开始于框102，在此确定输入音频信号的频谱倾斜值。输入音频信号的频谱倾斜可以代表输入音频信号的产生失真频带的信号电平与输入音频信号的掩蔽失真频带的信号电平之比。计算频谱倾斜值的一种方法是计算产生失真频带的第一信号电平与掩蔽失真频带的第二信号电平的比值。例如，可以确定第二信号电平与第一信号电平的比值。计算频谱倾斜值的另一方法是计算产生失真频带的第一信号电平与指示整个音频信号中或音频信号的可听子集中的信号电平的第二信号电平的比值。计算频谱倾斜值的又一方法是利用一条线来拟合可听频率上的能量分布，并将该线的斜率用作频谱倾斜值。音频信号处理领域的技术人员知晓用于计算频谱倾斜估计的很多方法。

频谱倾斜值与输入音频信号电平或输入音频信号的产生失真频带中的输入信号电平结合使用，以确定是否对输入音频信号应用衰减以减小由于重现输入音频信号而导致的可听失真。在框104处，频谱倾斜值可以与阈值进行比较，并且产生失真频带的能量水平与阈值进行比较，以确定可感知的音频失真是否不能被充分掩蔽。如果二者都大于阈值，则方法100继续到框106。在框106处，输入音频信号的一部分被衰减以创建经修改的音频信号来驱动扬声器。如果否，则方法100继续到框108。在框108处，输入音频信号在较少修改或无修改的情况下被传递通过以驱动扬声器。

图2A中示出了用于实施图1所示方法的集成电路的框图。图2A是根据本公开一些实施例的用于处理输入音频信号以减少失真的示例集成电路的框图。本领域普通技术人员可以在集成电路中实施图2A的框图，诸如通过对数字信号处理器(DSP)或中央处理单元(CPU)进行编程或者设计专用集成电路(ASIC)，以执行参考图2A描述的功能。IC 200A在输入节点202处接收输入音频信号。输入音频信号可以在滤波器块212处被滤波以针对产生失真频带212A和掩蔽失真频带212B产生分离的的音频信号。频带212A和212B的信号电平通过信号电平块214A和214B来确定。从块214A和214B输出的信号电平之间的比值在比值块216处计算。该比值是代表输入音频信号的频谱倾斜的值。从比值块216输出的频谱倾斜值和产生失真频带的信号电平由衰减因子块218用来确定对输入音频信号的部分的信号电平进行衰减的量。

衰减可以应用于输入音频信号的全部或部分以产生经修改的音频信号，以供在输出节点204处输出。滤波器230从输入节点202接收输入音频信号并产生衰减频带的音频信号232A和其他频带的音频信号232B。衰减块220对衰减频带的音频信号232A应用在块218处确定的衰减。合并器232将衰减因子块218的输出与其他频带的音频信号232B进行合并以产生输出节点204处的经修改的音频信号。经修改的音频信号在通过扬声器回放时产生较少的可听失真。

频带可以基于重现音频信号的扬声器的特性进行选择。产生失真频带可以选择成对准特定扬声器中自然处于高电平的频带。例如，信号电平可能在扬声器的谐振频率处特别高。对于微型扬声器，谐振频率可能大约在300赫兹到1500赫兹之间。这些高电平可能会在掩蔽失真频带中产生失真，掩蔽失真频带的频率可能更高，例如在1500Hz到20000Hz之间。掩蔽失真频带可以包括在播放时具有覆盖听众感知到的失真的心理声学效应的声音。在一些实施例中，产生失真频带可以是整个可听频谱，并且掩蔽失真频带可以是可听频谱的子集。

衰减可以用于减小衰减频带中声音的信号电平，以便减小掩蔽失真频带中的失真。例如，当输入音频信号的产生失真频带中测量到的信号电平足够高，在掩蔽失真频带中生成明显的失真产物时，以及当输入音频信号的所述掩蔽失真频带中测量到的信号电平不足以充分掩蔽所述失真产物时，可以应用衰减。衰减频带可以选择使得当频带中的信号电平被减小时，扬声器引入的失真被按比例减小。在一些实施例中，衰减频带可以与产生失真频带重叠，从而产生失真频带中的一些或全部能量被减小。

图2B示出本公开的另一实施例。高通滤波器212A隔离频率在2500Hz以上的频带，该频带是本实施例的掩蔽失真频带。块272B使整个输入信号通过，因为在本实施例中，整个频带是产生失真频带。带通滤波器282A使从200Hz到1400Hz的频带通过，这是本实施例的衰减频带。带通滤波器282B使音频信号中不属于衰减频带部分的所有部分通过。掩蔽失真频带、产生失真频带和衰减频带的信号功率水平通过在x^2块214A,214B和218中计算平方信号值来计算。这些平方信号值使用相同块中的单极滤波器进行平滑处理，以产生这三个频带信号的平滑功率估计。在218B中，将掩蔽失真频带功率除以产生失真频带功率，来计算掩蔽失真对产生失真功率比(DM2DP比)。DM2DP功率比在块218A内缩放和偏移以产生限幅器阈值。在块218B中，限幅器阈值除以衰减频带的平滑功率水平。块218C的平方根运算将这个比值转换成潜在的限幅器增益值。如果限幅器阈值大于从212A输出的衰减频带信号的平滑功率水平，则块218C的输出将大于1。在这种情况下，不对信号进行放大，而是让信号不加改变地通过。因此，在块218D中，增益的有限最大值是1。如果块218C的输出小于1，则输出将不加改变地通过块218D；如果输出大于或等于1，则其被块218D设置为1。当衰减频带的信号电平大于限幅器阈值时，从块218D输出的限幅器增益将小于1，否则限幅器增益正好为1。在块220中，衰减频带信号乘以限幅器增益。结果是，当衰减频带信号高于限幅器阈值时，信号被衰减；否则由于乘以1，信号将不加改变地通过块220。然后该新限幅的衰减频带被添加到282B的带阻滤波器的输出中。滤波器282B的输出代表所有不属于衰减频带部分的信号，这些信号应该不加修改地通过系统。加法器块232的输出是该系统的修改后的音频输出，其包括限幅的衰减频带。虽然在图2B的实施例中示出了某些计算和频率范围，但其他实施例可以执行不同的计算和不同的频率范围，用于衰减输入音频信号的一部分，以减小扬声器失真。

频谱倾斜可以使用各种度量来评估。例如，频谱倾斜值的一个示例在图2A和图2B的集成电路中确定。频谱倾斜值可以是掩蔽失真频带的第一信号电平与产生失真频带的第二信号电平的比值，称为DM2DP比。图3中示出了使用该比值来修改音频信号的方法。图3是示出根据本公开一些实施例的处理输入音频信号以减小失真的另一示例方法的流程图。方法300开始于框302，在此确定输入音频信号的产生失真频带的第一信号电平。在框304处，确定输入音频信号的掩蔽失真频带的第二信号电平。在框306处，将第一和第二信号电平的比值与阈值水平进行比较，并将产生失真频带的电平与阈值水平进行比较。如果二者都高于它们各自的阈值，则方法300继续到框308以对输入音频信号的衰减频带中的信号电平进行衰减。如果否，则方法300继续到框310，使输入音频信号没有任何衰减地通过。

另一示例频谱倾斜值可以基于高频频带中音频能量占输入音频信号中所有音频能量的百分比。该比值可以表示为输入音频信号的频率子集的第一信号电平与整个输入音频信号的第二信号电平的比值。频率子集可能在频率上比产生失真频带更高。选择用于确定该比值的高频内容可能对掩蔽由扬声器在输入音频信号的产生失真频带中引入的失真有一定影响。图4中示出了用于基于对频谱倾斜的该评估来执行衰减的示例集成电路。

图4是根据本公开一些实施例的用于处理输入音频信号以减小失真的另一示例集成电路的框图。集成电路(IC)400在输入节点402处接收输入音频信号。在滤波器块412处对输入信号进行高通滤波。选择高通滤波器块412的截止来选择可能对掩蔽由扬声器在输入音频信号的产生失真频带中引入的失真有一定影响的高频内容。一个示例截止是2.5千赫兹。比值块414将经高通滤波的音频信号的信号电平与输入音频信号进行比较，以评估频谱倾斜值。频谱倾斜值被提供给衰减因子块218。衰减因子块218基于从块440接收的产生失真频带的能量水平(在此实施例中是输入音频信号的全频带的能量水平)和频谱倾斜来确定用于对输入音频信号中的部分进行衰减的参数，诸如限幅器阈值。

利用滤波器和衰减器对输入音频信号进行处理以对衰减频带中的信号进行衰减。通过带通滤波器416对输入音频信号进行滤波以从输入音频信号中选择衰减频带。带通滤波器416的输出由衰减块220基于来自衰减因子块218的输出进行修改。陷波滤波器418将衰减频带周围未修改的音频内容传递到合并器232。合并器232将未修改的音频内容与衰减频带的衰减版本重新合并。合并器232的输出是输出节点404处的经修改的音频信号。

图1、图2A、图2B、图3和图4的示例实施例使用对选定频率的衰减来减小重现声音中感知到的失真。对选定频率的放大也可以用来减小重现声音中感知到的失真。图5中示出了使用衰减和放大来减小感知失真的方法。图5是示出根据本公开一些实施例的使用衰减和放大来处理输入音频信号以减小感知失真的示例方法的流程图。方法500类似于图1的方法100。如果框104处的条件满足，则在框106处对衰减频带进行衰减。当频谱倾斜大于指示音频失真将可感知到并且不能被充分掩蔽的阈值水平时，除了框106处的衰减之外或代替地，可以在框506处对放大频带进行放大。放大频带可以选择成与掩蔽失真频带重叠，从而对放大频带的放大可以进一步掩蔽扬声器引入的失真。

图6中示出了用于执行衰减和放大的示例集成电路。图6是根据本公开一些实施例的使用衰减和放大来处理输入音频信号以减小失真的示例集成电路的框图。集成电路(IC)600类似于图2A的IC 200A和图2B的IC 200B。图6示出了基于产生失真频带和掩蔽失真频带的信号电平的频谱倾斜值。当使用其他频谱倾斜度量时，诸如在图4和图5的实施例中使用的比值，衰减和放大的组合也可以用于修改音频信号。

回到图6，输入音频信号的修改开始于块630。块630将输入音频信号滤波成衰减频带232A、放大频带632B和其他频带632C。衰减块220操作衰减频带232A以减小频带232A中至少部分的信号电平。放大块620操作放大频带632B以增大频带632B中至少部分的信号电平。放大块620可以由衰减因子块218基于用于控制衰减块220的相同参数来控制。衰减块220和放大块620的输出由合并器632将其与其他频带632C合在一起以形成经修改的音频信号，从而在输出节点204处输出。衰减块220和放大块620可以基于测量的频谱倾斜、高频带中的信号电平、产生失真频带中的信号电平、掩蔽失真频带中的信号电平和/或其他参数来单独使能和禁用。

用于本文描述的音频处理器的一个有利实施例是用于回放音乐、高保真音乐和/或电话呼叫语音的个人媒体设备。图7是示出根据本公开一个实施例的用于音频回放的示例个人媒体设备的图示，该个人媒体设备包括配置用于减少重现音频中的失真的音频控制器。个人媒体设备700可以包括显示器702，用于允许用户选择回放的音乐文件，其可以包括高保真音乐文件和常规音乐文件。当用户选择了音乐文件时，可以由应用处理器(未示出)从存储器704取回音频文件并提供给音频控制器706。音频控制器706可以包括编码器/解码器(CODEC)706A和包括智能衰减器706B和DAC 706C的音频处理电路。智能衰减器706B可以实施音频处理以修改输入音频信号，诸如根据图1、图2A、图2B、图3、图4、图5和图6的实施例。数字音频(例如，音乐或语音)可以由音频控制器706转换成模拟信号，并且这些模拟信号被放大器708放大。尽管智能衰减器706B示出为在数字信号转换成模拟信号之前对其进行操作，但在其他实施例中，智能衰减器也可以对模拟信号进行操作。放大器708可以耦合到音频输出710，诸如耳机座，以驱动换能器，诸如耳机712。放大器708也可以耦合到设备700的内部扬声器720。当耳机连接到音频输出710时，智能衰减器706B可以被禁用，因为耳机不会引入与扬声器720相同的失真。在一些实施例中，向智能衰减器706B提供关于何时耳机712连接到音频输出710的指示以及关于耳机类型的指示，从而智能衰减器可以修改处理以减小耳机712特定的失真。尽管在音频控制器706处接收的数据被描述为接收自存储器704，但音频数据也可以接收自其他来源，诸如USB连接、通过Wi-Fi连接到个人媒体设备700的设备、蜂窝广播、基于互联网的服务器、另一无线广播和/或另一有线连接。

图1、图3和图5的示意性流程图概括性地描述为逻辑流程图。同样地，电路的其他操作在这里也不以流程图的形式描述为有序步骤的序列。描述的顺序、标记的步骤和描述的操作指示了本发明方法的各个方面。可以设想在功能、逻辑或效果上与所示方法的一个或多个步骤或其中一部分等效的其他步骤和方法。此外，还提供了所使用的格式和符号来解释方法的逻辑步骤，其不应理解为限制方法的范围。虽然在流程图中可以使用各种箭头类型和线条类型，但是它们不应理解为限制相应方法的范围。实际上，一些箭头或其他连接符可能仅用于指示方法的逻辑流。例如，箭头可能指示所绘方法的枚举步骤之间的未指定持续时间的等待或监视时段。此外，特定方法出现的顺序可能严格遵循也可能不严格遵循所示的相应步骤的顺序。

上述由控制器执行的操作可以由配置为执行上述操作的任何电路执行。这种电路可以是构建在半导体衬底上的集成电路(IC)，包括逻辑电路(诸如配置成逻辑门的晶体管)和存储电路(诸如配置成动态随机存取存储器(DRAM)、电可编程只读存储器(EPROM)或其他存储设备的晶体管和电容器)。逻辑电路可以通过硬线连接配置，或者可以通过固件中包含的指令编程来配置。而且，逻辑电路可以配置成能够执行包含在软件中的指令的通用处理器(例如，CPU或DSP)。固件和/或软件可以包括引起执行本文描述的信号处理的指令。电路或软件可以组织成配置为执行特定功能的块。备选地，一些电路或软件可以组织成可以实现若干所描述操作的共享块。在一些实施例中，作为控制器的集成电路(IC)可以包括其他功能性。例如，控制器IC可以包括音频编码器/解码器(CODEC)，以及用于执行本文所述功能的电路。这种IC是音频控制器的一个示例。其他音频功能性可以附加地或备选地集成在本文描述的IC电路中以形成音频控制器。

如果在固件和/或软件中实现，则上述功能可以存储为计算机可读介质上的一个或多个指令或代码。示例包括编码有数据结构的非瞬态计算机可读介质和编码有计算机程序的计算机可读介质。计算机可读介质包括物理计算机存储介质。存储介质可以是能够被计算机访问的任何可用介质。作为示例但非限制，这种计算机可读介质可以包括随机访问存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)、光盘只读存储器(CD-ROM)或其他光盘存储、磁盘存储或其他磁性存储设备，或可以用于以指令或数据结构的形式存储期望的程序代码并可由计算机访问的任何其他介质。磁盘和盘包括光盘(CD)、激光盘、光盘、数字多功能盘(DVD)、软盘和蓝光盘。通常，磁盘以磁性方式重现数据，而光盘以光学方式重现数据。上述的组合也应包括在计算机可读介质的范围内。

除了存储在计算机可读介质上，指令和/或数据也可以提供作为包括在通信装置中的传输介质上的信号。例如，通信装置可以包括收发器，其具有指示指令和数据的信号。指令和数据配置成使得一个或多个处理器实施权利要求中概述的功能。

虽然已经详细描述了本公开和某些代表性优点，但应当理解，在不偏离所附权利要求中定义的本公开精神和范围的情况下，可以做出各种改变、替换和变更。而且，本申请的范围不旨在于局限于说明书中描述的过程、机器、制造、物质组成、手段、方法和步骤的特定实施例。例如，在通用处理器被描述为实现某些处理步骤的情况下，通用处理器可以是数字信号处理器(DSP)、图形处理单元(GPU)、中央处理单元(CPU)或其他可配置逻辑电路。如本领域普通技术人员根据本公开将很容易理解，可以利用目前存在的或将来开发的执行与本文描述的对应实施例基本相同功能或实现基本相同结果的过程、机器、制造、物质组成、手段、方法或步骤。相应地，所附权利要求旨在将这些过程、机器、制造、物质组成、手段、方法或步骤包括在其范围内。

Claims (33)

1.一种用于减少响应于输入音频信号在扬声器中感知到的音频失真的方法，所述方法包括：

确定所述输入音频信号的产生失真频带的第一信号电平；

确定所述输入音频信号的掩蔽失真频带的第二信号电平，其中所述感知到的音频失真的频率在所述掩蔽失真频带中；以及

至少部分基于所述产生失真频带的信号电平和所述掩蔽失真频带的信号电平，对所述输入音频信号的衰减频带中的信号电平进行衰减以产生经修改的音频信号。

2.根据权利要求1所述的方法，其中衰减所述信号电平的步骤包括确定所述第二信号电平与所述第一信号电平之间的比值。

3.根据权利要求2所述的方法，其中所述产生失真频带包括整个音频频谱，并且其中所述比值是所述掩蔽失真频带中的高频能量与所述输入音频信号中的所有能量的比值。

4.根据权利要求1所述的方法，其中所述产生失真频带的频率范围以所述扬声器的谐振频率为中心。

5.根据权利要求4所述的方法，其中所述扬声器是谐振频率在300Hz到1500Hz范围内的微型扬声器。

6.根据权利要求1所述的方法，其中所述掩蔽失真频带的频率范围在频率上高于所述产生失真频带的频率范围。

7.根据权利要求1所述的方法，其中衰减所述信号电平的步骤包括基于所述第一信号电平和所述第二信号电平来确定所述输入音频信号的频谱倾斜，以及当所述频谱倾斜大于阈值水平时，对所述信号电平进行衰减。

8.根据权利要求1所述的方法，其中衰减所述输入音频信号的信号电平的步骤包括通过执行下列步骤对所述输入音频信号的动态范围进行限幅的步骤：

将所述产生失真频带的第一信号电平与限幅器阈值电平进行比较；

当所述产生失真频带的第一信号电平高于所述限幅器阈值电平时，对所述衰减频带中的信号电平进行衰减；以及

当所述产生失真频带的第一信号电平低于所述限幅器阈值电平时，使所述衰减频带中的信号电平不衰减。

9.根据权利要求8所述的方法，其中所述限幅器阈值电平至少部分基于所述掩蔽失真频带中的第二信号电平与所述产生失真频带中的第一信号电平的比值。

10.根据权利要求8所述的方法，还包括针对所述掩蔽失真频带中的第二信号电平与所述产生失真频带中的第一信号电平的比值的减小，按比例减小所述限幅器阈值。

11.根据权利要求1所述的方法，还包括向所述扬声器输出经衰减的音频信号。

12.根据权利要求1所述的方法，还包括对所述经修改的音频信号的放大频带中的信号电平进行放大以产生经衰减且经放大的音频信号，其中所述放大频带中的放大的量至少部分基于所述衰减频带中的衰减的量。

13.根据权利要求12所述的方法，其中所述放大频带与所述掩蔽失真频带重叠。

14.根据权利要求12所述的方法，其中所述放大频带的频率范围在频率上高于所述衰减频带的频率范围。

15.根据权利要求12所述的方法，其中所述放大频带中的放大的量与所述衰减频带中的衰减的量成反比。

16.一种用于处理输入音频信号的装置，包括：

音频控制器，配置成执行用于减少响应于所述输入音频信号在扬声器中感知到的音频失真的步骤，所述步骤包括：

确定所述输入音频信号的产生失真频带的第一信号电平；

确定所述输入音频信号的掩蔽失真频带的第二信号电平，其中所述感知到的音频失真的频率在所述掩蔽失真频带中；以及

至少部分基于所述产生失真频带的信号电平和所述掩蔽失真频带的信号电平，对所述输入音频信号的衰减频带中的信号电平进行衰减以产生经修改的音频信号。

17.根据权利要求16所述的装置，其中所述音频控制器配置成通过确定所述第二信号电平与所述第一信号电平之间的比值来衰减所述信号电平。

18.根据权利要求17所述的装置，其中所述产生失真频带包括整个音频频谱，并且其中所述比值是所述掩蔽失真频带中的高频能量与所述输入音频信号中的所有能量的比值。

19.根据权利要求16所述的装置，其中所述产生失真频带的频率范围以所述扬声器的谐振频率为中心。

20.根据权利要求19所述的装置，其中所述扬声器是谐振频率在300Hz到1500Hz范围内的微型扬声器。

21.根据权利要求16所述的装置，其中所述掩蔽失真频带的频率范围在频率上高于所述产生失真频带的频率范围。

22.根据权利要求16所述的装置，其中所述音频控制器配置成通过基于所述第一信号电平和所述第二信号电平确定所述输入音频信号的频谱倾斜来衰减所述信号电平，以及配置成当所述频谱倾斜大于阈值水平时，对所述信号电平进行衰减。

23.根据权利要求16所述的装置，其中所述音频控制器还配置成通过下列来执行包括对所述输入音频信号的动态范围进行限幅的步骤：

将所述产生失真频带的第一信号电平与限幅器阈值电平进行比较；

当所述产生失真频带的第一信号电平高于所述限幅器阈值电平时，对所述衰减频带中的信号电平进行衰减；以及

当所述产生失真频带的第一信号电平低于所述限幅器阈值电平时，使所述衰减频带中的信号电平不衰减。

24.根据权利要求23所述的装置，其中所述限幅器阈值电平至少部分基于所述掩蔽失真频带中的信号电平与所述产生失真频带中的信号电平的比值。

25.根据权利要求16所述的装置，其中所述音频控制器还配置成执行包括对经衰减的输入音频信号的放大频带中的信号电平进行放大以产生经衰减且经放大的音频信号的步骤，其中所述放大频带中的放大的量至少部分基于所述衰减频带中的衰减的量。

26.根据权利要求25所述的装置，其中所述放大频带的频率范围在频率上高于所述衰减频带的频率范围。

27.根据权利要求25所述的装置，其中所述放大频带中的放大的量与所述衰减频带中的衰减的量成反比。

28.一种用于处理输入音频信号的装置，包括：

输入节点，用于接收所述输入音频信号；

频谱倾斜计算块，配置成计算代表所述输入音频信号中的能量分布的频谱倾斜值；以及

衰减块，配置成至少部分基于所述频谱倾斜值来减小所述输入音频信号的产生失真频带中的信号电平。

29.根据权利要求28所述的装置，其中所述频谱倾斜计算块配置成计算所述输入音频信号的产生失真频带的第一信号电平与所述输入音频信号的掩蔽失真频带的第二信号电平之间的比值，其中响应于所述输入音频信号在扬声器中感知到的音频失真的频率在所述掩蔽失真频带中。

30.根据权利要求28所述的装置，其中所述频谱倾斜计算块配置成计算所述输入音频信号的第一信号电平与所述输入音频信号的频率子集的第二信号电平之间的比值，所述频率子集在频率上高于所述产生失真频带。

31.根据权利要求28所述的装置，其中所述衰减块配置成通过下列对所述输入音频信号的动态范围进行限幅来衰减所述产生失真频带：

将所述产生失真频带中的信号电平与限幅器阈值电平进行比较；

当所述产生失真频带中的信号电平高于所述限幅器阈值电平时，对所述产生失真频带中的信号电平进行衰减；以及

当所述产生失真频带低于所述限幅器阈值电平时，使所述产生失真频带中的信号电平不衰减。

32.根据权利要求28所述的装置，还包括放大块，配置成至少部分基于所述频谱倾斜值来增大所述输入音频信号的掩蔽失真频带的信号电平。

33.根据权利要求28所述的装置，还包括耦合到输出节点的扬声器，并且其配置成接收来自所述衰减块的经修改的音频信号。