CN116158002A - 使用iir滤波器的基于遗传算法的均衡 - Google Patents

使用iir滤波器的基于遗传算法的均衡 Download PDF

Info

Publication number
CN116158002A
CN116158002A CN202180063430.6A CN202180063430A CN116158002A CN 116158002 A CN116158002 A CN 116158002A CN 202180063430 A CN202180063430 A CN 202180063430A CN 116158002 A CN116158002 A CN 116158002A
Authority
CN
China
Prior art keywords
response
computer
band
room
audio
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN202180063430.6A
Other languages
English (en)
Inventor
M·S·巴恩西尔
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
THAT Corp
Original Assignee
THAT Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by THAT Corp filed Critical THAT Corp
Publication of CN116158002A publication Critical patent/CN116158002A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04S—STEREOPHONIC SYSTEMS 
    • H04S7/00—Indicating arrangements; Control arrangements, e.g. balance control
    • H04S7/30—Control circuits for electronic adaptation of the sound field
    • H04S7/301—Automatic calibration of stereophonic sound system, e.g. with test microphone
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03H—IMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
    • H03H17/00—Networks using digital techniques
    • H03H17/02—Frequency selective networks
    • H03H17/04—Recursive filters
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04R—LOUDSPEAKERS, MICROPHONES, GRAMOPHONE PICK-UPS OR LIKE ACOUSTIC ELECTROMECHANICAL TRANSDUCERS; DEAF-AID SETS; PUBLIC ADDRESS SYSTEMS
    • H04R29/00—Monitoring arrangements; Testing arrangements
    • H04R29/001—Monitoring arrangements; Testing arrangements for loudspeakers
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03G—CONTROL OF AMPLIFICATION
    • H03G5/00—Tone control or bandwidth control in amplifiers
    • H03G5/02—Manually-operated control
    • H03G5/025—Equalizers; Volume or gain control in limited frequency bands
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03H—IMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
    • H03H17/00—Networks using digital techniques
    • H03H2017/0072—Theoretical filter design
    • H03H2017/009—Theoretical filter design of IIR filters
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04R—LOUDSPEAKERS, MICROPHONES, GRAMOPHONE PICK-UPS OR LIKE ACOUSTIC ELECTROMECHANICAL TRANSDUCERS; DEAF-AID SETS; PUBLIC ADDRESS SYSTEMS
    • H04R2430/00—Signal processing covered by H04R, not provided for in its groups
    • H04R2430/03—Synergistic effects of band splitting and sub-band processing
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04R—LOUDSPEAKERS, MICROPHONES, GRAMOPHONE PICK-UPS OR LIKE ACOUSTIC ELECTROMECHANICAL TRANSDUCERS; DEAF-AID SETS; PUBLIC ADDRESS SYSTEMS
    • H04R2499/00—Aspects covered by H04R or H04S not otherwise provided for in their subgroups
    • H04R2499/10—General applications
    • H04R2499/15—Transducers incorporated in visual displaying devices, e.g. televisions, computer displays, laptops
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04R—LOUDSPEAKERS, MICROPHONES, GRAMOPHONE PICK-UPS OR LIKE ACOUSTIC ELECTROMECHANICAL TRANSDUCERS; DEAF-AID SETS; PUBLIC ADDRESS SYSTEMS
    • H04R3/00—Circuits for transducers, loudspeakers or microphones
    • H04R3/04—Circuits for transducers, loudspeakers or microphones for correcting frequency response
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04S—STEREOPHONIC SYSTEMS 
    • H04S2420/00—Techniques used stereophonic systems covered by H04S but not provided for in its groups
    • H04S2420/07—Synergistic effects of band splitting and sub-band processing

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Acoustics & Sound (AREA)
  • Otolaryngology (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Mathematical Physics (AREA)
  • Circuit For Audible Band Transducer (AREA)
  • Tone Control, Compression And Expansion, Limiting Amplitude (AREA)
  • Filters That Use Time-Delay Elements (AREA)
  • Networks Using Active Elements (AREA)

Abstract

系统和方法利用经修改的遗传算法来使现成的音频系统(例如在高端电视中)适配于给定的特定房间或其他物理位置，从而呈现具有一组声学特性的特定或独特的听觉环境。通过经由迭代技术确定基于IIR的EQ解决方案，音频系统适配于给定房间，迭代技术包括基于适用于音频频率响应均衡应用的遗传算法的迭代技术。在一个变体中，音频系统适配于特定房间，在麦克风带宽上调整EQ，同时在剩余带宽上保持工厂校准的EQ响应。

Description

使用IIR滤波器的基于遗传算法的均衡
背景技术
增强电视(TV)的工厂调谐以解决任何特定房间的听觉效果和条件对设计者提出了若干挑战。必须考虑TV的片上系统(SoC)的处理带宽。基于工厂的调谐通常使用高速笔记本电脑，而家庭调谐通常受到电视SoC可用带宽的限制。此外，工厂调谐通常基于受控环境中音频近场中所做的录音。这些录音用于补偿扬声器频率响应限制。然而，家庭调谐通常涉及在收听者位置处或通过安装在电视上的麦克风，在有家具和门廊、不均匀表面和通常具有窗户的房间内进行的录音，即相对“敌对(hostile)”的音频环境。这些录音可用于补偿录音位置处的扬声器限制和房间效果两者。对于家庭调谐而言，录音设备采样率通常在8kHz到48kHz之间变化。而且，录制带宽，例如在电视遥控器中，通常限于语音频带(300至3kHz)。
有限脉冲响应(FIR)滤波器通常用于音频频率响应均衡(EQ)滤波器应用中。一旦脉冲响应已知，用于补偿房间中随机收听者位置的频率响应的FIR解决方案就在数学上得到了很好的定义。所产生的FIR滤波器通常是高阶的，需要大量的处理器带宽才能实现。具有等效(等效于FIR滤波器)性能的无限脉冲响应(IIR)滤波器的阶数要低得多，并且因此需要更少的带宽来实现。一旦IIR滤波器系数(EQ解决方案)可用，它们就提供了一种更高效的方法来补偿非理想的房间响应。IIR滤波器是递归的，同时具有零点和极点，因此容易出现稳定性问题。为随机房间响应得出基于IIR的解决方案是一个复杂的数学过程，需要仔细处理滤波器的零点和极点。
发明内容
本公开的实施例提供高效地使工厂“现成”音频系统适配于任何给定房间的能力。
本公开的一个方面涉及通过经由迭代技术确定基于IIR的EQ解决方案来使音频系统适配于给定房间，迭代技术包括基于适用于音频频率响应均衡应用的遗传算法的迭代技术。
本公开的另一个方面针对一种系统、方法和算法，其在将音频系统调谐到特定房间时在麦克风带宽上调整EQ，同时在剩余带宽上保持工厂校准的EQ响应。
附图说明
可以通过参考附图的图来理解制造和使用所公开的实施例的方式和过程。应当意识到，图中所示的组件和结构不一定按比例绘制，而是着重于说明本文描述的概念的原理。在不同的视图中，相同的附图标记表示相应的部分。此外，在附图中以示例而非限制的方式示出了实施例，其中：
图1是示出给定听觉环境的实际与目标扬声器/房间响应的曲线图；
图2是示出图1的扬声器/房间的目标响应和实际响应之间的差异的图表；
图3示出了用于本公开的示例性实施例的染色体编码的示例；
图4示出了用于本公开的示例性实施例的交叉技术的示例；
图5是示出根据本公开的示例性实施例的从最佳当前解中识别三个最大误差峰的示例的曲线图；
图6是示出向每个染色体增加新的PEQ频带的示意图；
图7是根据本公开的使IIR滤波器适配于给定房间的示例性方法的框图；
图8是示出根据本公开的示例性实施例的初始工厂校准的EQ响应、理想的录音得出响应和所得拼接目标响应的曲线图；
图9是示出根据本公开的示例性实施例的在录音设备中对于8kHz采样率具有陡峭滚降的测量的扬声器/房间响应的曲线图；
图10是示出根据本公开的示例性实施例的用于具有陡峭滚降的录音的经修改的上部过渡区域的示例的曲线图；
图11是根据本公开的使IIR滤波器适配于给定房间的另一种方法的示例的框图；以及
图12是可以执行根据本公开的方法、算法和处理的全部或至少一部分的示例计算机系统的示意图。
具体实施方式
本文描述的特征和优点并非是包含一切的；鉴于附图、说明书和权利要求，许多额外的特征和优点对于本领域的普通技术人员来说将是显而易见的。此外，应当注意，选择说明书中使用的语言主要是为了可读性和指导目的，而不是以任何方式限制本发明主题的范围。本主题技术适用于许多实施例。以下是主题技术范围的说明性而非详尽性。
为了均衡电视音频系统的音频响应，可以使用参数均衡器(EQ)。参数均衡器的每个频带都有具有针对增益、中心频率和质量Q的调整(带宽调整)。当使用多个频带时，参数化EQ(PEQ)有很多调整度。为给定房间找到能够提供所期望的整体系统响应的EQ设置可能是具有挑战性的问题。本公开提供了新颖的系统、方法和基于遗传的算法(包括变体)，如下文进一步详细描述的，其已被示出对于利用IIRPEQ滤波器(例如，在示例性实施例中，二阶)为给定房间或其他封闭的物理空间找到均衡的最佳解决方案是有效和高效的。使用本文中描述的遗传类型算法为将音频系统调谐或适配于特定的听觉环境提供了增加的有效性和效率。
本公开的一个方面涉及一种方法/算法，用于使用遗传算法方法使给定音频系统的IIR滤波器适配于，在系统输出的整个范围(或“全频带”)上，针对给定的房间或其中使用该系统的其他听觉环境而实现音频系统的理想EQ响应。对于这样的方法，各个步骤的细节在下面参考图1-6进行描述，并且下面参考图7描述对应的更高级别算法的细节。
作为初始步骤，使用诸如最大长度序列(MLS)的激励来获得(例如，测量或记录)特定房间中的系统扬声器的脉冲响应。可以附加地或替代地使用其他激励，例如对数正弦扫描、变速线性调频等。然后使用FFT将脉冲响应转换为频率响应，然后可以(可选地)使用对数频域间隔进行平滑和重采样。然后将系统的频率响应与期望的或目标频率响应进行比较，以得出理想EQ响应。图1是示出给定听觉环境的实际响应与目标扬声器到房间(“扬声器/房间”)响应的曲线图100。
目标响应和扬声器响应之间的差异给出了理想EQ响应，如图2中的曲线图200所示。可以通过从理想的或目标频率响应中减去系统的实际频率响应来得出或计算该理想EQ响应。当应用于特定系统时，理想EQ响应会将系统的实际频率响应转换为所期望的频率响应，从而使音频系统适配于特定的房间或位置。本公开的实施例用于快速并且高效地找到使EQ响应最接近地匹配理想EQ响应的PEQ参数。
为了找到使EQ响应最接近地匹配目标EQ响应的PEQ参数，本公开的示例性算法利用了一种(或多种)新型遗传算法，其通过创建染色体群体来工作，其中每个染色体是表示一组编码的PEQ参数的二进制数，其中这组PEQ参数跨越系统输出的整个范围。每个染色体代表一个可能的EQ解决方案。例如，在优选实施例中，每个染色体将10位用于增益，8位用于中心频率，8位用于每个频带的Q。每个染色体的总位数和位分配可以根据所期望的精度和/或效率而不同。
图3示出了用于本公开的示例性实施例的染色体编码的示例300。此示例显示包含N个频带的染色体，每个频带由一个PEQ滤波器表示。应该理解，例如，如果频率和带宽是固定的(如在图形EQ方法中)，则染色体在那种情况下可以只包含增益信息。
可以通过为每个染色体位选择随机值来创建初始群体(第一代)。群体规模是可以调整的。更大的群体将倾向于具有更大的多样性，并可以使得找到更好的解决方案。较小的群体将需要较少的计算并且可能更高效。可以通过以下方式创建下一代。每个染色体的“适应度(fitness)”是通过计算其频率响应相对于理想EQ响应的均方差(MSE)来计算的。作为对MSE的补充或代替MSE，还可以使用其他适应度度量，例如平均绝对误差或最大误差。随着遗传算法的进行，可以调整染色体中的频带数。以七频带EQ为例，可以仅从两个频带开始该过程，并在未来几代中逐渐添加额外的频带(最多总共七个)。
当MSE用作适应度度量时，具有较低MSE的染色体被认为是更好的解决方案。在音频应用中，某些频带比其他频带更为关键。因此，在计算染色体的适应度时，关键频带的权重优选地更大。遗传算法将自然地将这些频带中的EQ误差降低到较低水平，并且不会使用不必要的迭代、滤波器或染色体来优化从收听者感知角度来看不太重要的频带。
在优选实施例中，具有最佳适应度的染色体被原封不动地转移到下一代，使得解决方案永远不会倒退。然后每个染色体的适应度分数被用来衡量它成为下一代父位的可能性有多大。更高的适应度意味着更大的选择可能性。在该示例中，30％的群体成为下一代的父位。(当然，可以根据需要调整/选择成为下一代父位的群体百分比。)然后，通过选择两个随机父位并对他们的染色体进行交叉来创建每个子位。图4示出了用于本公开的示例性实施例的交叉技术的示例400。如图4所示，通过从两个父位中的一个父位随机选择每个子位来执行均衡交叉。其他技术，例如单点或两点交叉也是可能的。单点交叉可以通过以下方式来完成：选择一个随机索引并将父位1的值拼接在索引之前并且将父位2的值拼接在索引之后。
接下来，作为遗传算法的一部分，应用随机突变，例如，通过将反转其值的小概率给予每个子染色体位。然后测量每个子染色体的适应度，并重复该过程直到终止为止。
在音频应用中，调谐总共七个参数化EQ频带是合理的，例如，如在本公开的优选实施例中使用的那样。但是，对于示例性实施例中使用的所描述过程的开始，最初仅调谐两个PEQ频带。音频EQ适配算法的这一特征利用了这样的事实：即较小的群体将需要较少的计算。然后，在固定数量的世代之后，添加一个(或多个)附加频带，直到最终包括所有七个频带为止。这样做是为了在更少的总世代中提供更可靠的结果。虽然参考了七个参数频带，但在其他实施例或应用中可以使用不同数量的这种频带。图5是示出根据本公开的示例性实施例的来自最佳当前解的三个最大误差峰的示例识别的曲线图500。
当添加新的PEQ频带时，新的染色体位被赋予如下计算的初始值。如图5所示，识别了最佳当前解决方案中具有最大误差(即最大误差峰值)的三个峰值。计算PEQ参数，其提供窄(高Q)对应增益，其在这些点处将误差驱动到零。这种特定于应用的修改允许每个引入的音频EQ频带甚至在适配开始之前就降低染色体适应度。结果，与现有技术相比，它使得PEQ参数的适配——以及因此用于适配给定的特定音频系统的IIR滤波器值——能够更快地收敛到合适的解决方案。将随着时间的推移而添加EQ频带与对所添加的频带的基于适应度的初始化相结合，提供了提高遗传算法在音频EQ应用中的有效性和效率的方法，其使给定的音频系统适配于给定的房间或位置。
三组参数中的一组被附加到每个子位。当算法恢复时，新的PEQ频带可以自由地自行演变。这种方法用于加速演化过程，而不是等待随机找到合适的值。
图6是示出添加新的PEQ频带的示意图600。图6示出了添加一个新的PEQ频带，其中P是群体的大小，M是当前正在调谐的PEQ频带的数量。M小于实现的EQ中可用的频带数。
当计算染色体的适应度值时，位被转换成它们的频率、增益和Q值。当它们从二进制值转换回参数值时，它们被视为格雷编码值。格雷码(格雷编码)优选地用于使演化更平滑、更快速。在格雷码中，序列中的下一个值始终可以通过仅改变单个位来达到(与二进制编码相反)。
表1：格雷码与二进制
Figure BDA0004128219240000031
Figure BDA0004128219240000041
在4位示例中，7的二进制值为0111，8的二进制值为1000。使用格雷码，7的值为0100，8的值为1100。如果增益值需要从7稍微演化为最接近的值8，则它需要同时翻转二进制中的所有4个位，但仅翻转格雷码中的一个位。使用二进制码，适配会倾向于在尝试从7演化到8时卡住。使用格雷码，更接近的值更容易通过突变达到。根据本公开，当遗传算法应用于音频EQ应用时，对PEQ参数进行格雷编码提供了一种使用更少的迭代和更小的群体大小来达到令人满意的解决方案的手段。
一旦所有需要的频带已经被添加并且当达到算法性能度量或终止标准时，例如，已经处理了固定数量的世代或者当达到目标MSE时，算法终止或完成(或者可以被认为已经终止或完成)。生成的PEQ参数(在终止后从算法返回)相应地被优化或定制为针对最初获得系统脉冲响应的特定房间。
图7是示例性方法/算法700的框图，示例性方法/算法700用于在系统输出的整个范围上使用遗传算法方法适配给定音频系统的IIR滤波器，以针对给定的房间或其中使用系统的其他听觉环境来实现音频系统的理想EQ响应。方法700，其也可以被认为是一种算法，包括在特定房间的系统输出的整个范围上获得特定音频系统的系统脉冲响应，如步骤702所示。脉冲响应可以被转换成频率响应，如步骤704所示。可以将频率响应与音频系统的目标频率响应进行比较，如步骤706所示。系统在整个系统输出范围上的理想EQ响应可以基于频率响应与目标频率响应的比较来获得，如步骤708所示。
继续方法700的描述，可以实现基于遗传的适配算法，其创建染色体群体，其中每个染色体是表示一组编码的PEQ参数的二进制数，如步骤710所示。可以执行基于适应度的滤波器初始化，如步骤712所示。可以递增地添加新频带，如步骤714所示。在已经满足性能度量或终止标准之后，可以从算法返回或获得一组参数化EQ频带参数，其中该组参数化EQ频带参数与理想EQ响应接近或最接近地匹配并且适配于特定房间，如步骤716所示。
子频带方法：本公开的另一方面涉及用于在系统麦克风的带宽上调整音频系统的EQ响应同时在系统的剩余带宽上保持工厂校准的EQ响应的方法/算法。对于这样的方法，各个步骤的细节在下面关于图8-10进行了描述和显示，并且下面关于图11提供对应的更高级别算法的细节。
如前所述，电视的音频特性可以进行工厂调谐以提供针对标称标准化房间的最佳性能，但是当放置在家庭或其他建筑物中时，使用电视的任何给定现实世界房间的声学环境可以改变电视的频谱特性和声音清晰度。将电视针对特定房间调谐可以大大提高其性能。
当用户(例如，“消费者”或“购买者”)进行对电视的家庭调谐时，遥控器或电视中可用的麦克风通常具有比电视扬声器更窄的带宽。因此，无法通过麦克风测量扬声器的全部带宽。在这种情况下，只调谐可由麦克风记录的EQ带宽是可取的或有利的。如下所述，本公开的实施例根据算法(包括变体)进行操作，该算法在(其)麦克风的带宽上调整音频系统的EQ，同时在剩余带宽上保持工厂校准的EQ响应。因此，最初在工厂调谐的相同均衡器可以共享用于在家中的经优化的扬声器到房间(扬声器/房间)响应EQ，而无需针对家庭调整专门使用额外的滤波器。
因此，对于示例性实施例，对音频系统(例如电视)的房间特定调谐可以通过遵循引导程序来完成。这样的程序可以使用电视、遥控器或智能手机中内置的麦克风来记录通过电视扬声器播放的激励信号。对于遥控器或智能手机，消费者优选地将遥控器放在一个或多个收听者位置以执行记录。一旦以这种方式获得扬声器的频率响应，就可以使用该响应来得出理想EQ响应，理想EQ响应均衡音频系统(例如电视)的整体响应以匹配目标响应。由于只有位于麦克风带宽上的测量频率响应部分可用(在这种情况下)，因此，从这种测量中得出的理想EQ响应与电视的工厂EQ响应拼接，以创建针对特定房间定制或适应的系统的完全理想化的EQ响应。
拼接之前的初始步骤是要匹配两个响应的水平。测得的响应的绝对水平将根据麦克风位置以及麦克风灵敏度和扬声器音量的变化而显著变化。为了补偿，麦克风带宽上理想EQ响应的平均水平会发生偏移，以匹配同一带宽上工厂EQ响应的平均水平。
在麦克风的带宽上，拼接的响应等同于从家庭(室内)测量得出的理想EQ响应(或基本上如此)。就在麦克风带宽之外是两个过渡区域，宽度为半倍频程或大约如此。在计算这些区域中的理想均衡器响应时，拼接的响应从测量响应过渡(例如，线性过渡)到工厂EQ响应。图8是根据本公开的示例性实施例示出拼接的目标响应的示例的曲线图800。
EQ.1：
Figure BDA0004128219240000051
等式1：半倍频程解决方案，其中H1是下部过渡区域中的拼接的响应，f1是麦克风带宽的下端，Hmeas是基于测量的理想EQ响应，Hfac是工厂校准的EQ响应。
EQ.2：
Figure BDA0004128219240000052
等式2：半倍频程解决方案，其中H2是上部过渡区域中的拼接的响应，f2是麦克风带宽的上端，Hmeas是基于测量的理想EQ响应，Hfac是工厂校准的EQ响应。
图9是示出根据本公开的示例性实施例的对于8kHz采样率具有陡峭滚降的示例扬声器响应的曲线图900。在某些情况下，麦克风的响应会在其标称带宽之外急剧下降。这可以是因为录音是在低采样率下进行而发生的，如图9所示。这能够使过渡区域中的理想EQ响应具有尖锐的尖峰，从而在使用上述方法时使过渡区域具有不期望的响应。
对于这种情况，替代公式(等式3)优选地用于上部过渡区域。麦克风带宽的边缘处的理想EQ响应值(Hmeas(f2))用作Hmeas对跨区域线性过渡的贡献，而不是H(f)。此公式提供了更平滑的过渡区域并消除了从扬声器响应中的陡峭滚降引起的理想EQ响应中的大尖峰的贡献。图10是根据本公开的示例性实施例的曲线图1000，示出了用于陡峭滚降的经修改的上部过渡区域的示例。
EQ.3：
Figure BDA0004128219240000053
等式3：半倍频程解决方案，其中H2mod是上部过渡区域中经修改的拼接的响应，f2是麦克风带宽的上端，Hmeas是基于测量的理想EQ响应，Hfac是工厂校准的EQ响应。
一旦将测量的响应和工厂响应拼接在一起，根据本公开的自动EQ算法(例如，如上文针对图1-7所述的基于遗传的算法)可以继续或用于找到对于PEQ参数的最佳解决方案。例如，PEQ的初始值可以是工厂PEQ参数，也可以随机选择。结果是电视的扬声器响应在麦克风的带宽上针对房间进行调谐，但在该带宽之外保持了工厂EQ响应。
图11是在系统麦克风的带宽上调整音频系统的EQ响应同时在系统的剩余带宽上保持工厂校准的EQ响应的示例性方法1100的框图。方法1100，也可以被认为是一种算法，包括这样的步骤，在该步骤中，可以将测量的子频带(例如，对应于系统麦克风)的理想响应拼接到音频系统的已经预校准的响应中，如步骤1102所示。可以在拼接的响应的任一侧定义过渡区域，如步骤1104所示。可以使用统计技术使拼接的响应的水平与已经校准的响应相匹配，如步骤1106所示。遗传算法可用于确定针对特定房间的音频系统的组合(拼接的响应插入到初始中)的PEQ参数的最优解，如步骤1108所示。
图12是示例计算机系统1200的示意图，该计算机系统可以执行全部或至少一部分处理，例如本文所述的算法和方法中的步骤和/或等式EQ.1-3的求解。计算机系统1200包括处理器1202、易失性存储器1204、非易失性存储器1006(例如硬盘)、输出设备1207和用户输入或界面(UI)1208，例如图形用户界面(GUI)、鼠标、键盘、显示器或任何常见的用户界面等。非易失性存储器(非暂时性存储介质)1206存储计算机指令1212(又名，机器可读指令或计算机可读指令)，这样的软件(计算机程序产品)、操作系统1216和数据1218。在一个示例中，计算机指令1212由处理器1202(从易失性存储器1204执行)在易失性存储器1204之外执行。在一个实施例中，物品1220(例如，存储设备或介质，例如硬盘、光盘、磁存储磁带、光存储磁带、闪存驱动器等)包括或存储非暂时性计算机可读指令。
处理可以以硬件、软件或两者的组合来实现。处理可以在可编程计算机/机器上执行的计算机程序中实现，每个计算机/机器包括处理器、存储介质或处理器可读的其他制品(包括易失性和非易失性存储器和/或存储元件)，并且可选地至少一个输入设备，以及一个或多个输出设备。程序代码可以应用于使用输入设备或输入连接(例如，端口或总线)输入的数据，以执行处理并生成输出信息。
系统1200可以至少部分地经由计算机程序产品(例如，在机器可读存储设备中)执行处理，以供数据处理装置(例如，可编程处理器、一台计算机或多台计算机)执行或控制所述数据处理装置的操作。每个这样的程序都可以用高级过程或面向对象的编程语言来实现，以与计算机系统通信。然而，程序可以用汇编语言或机器语言来实现。该语言可以是编译语言或解释语言，并且可以以任何形式部署，包括作为独立程序或作为模块、组件、子例程或适合在计算环境中使用的其他单元。计算机程序可以部署为在一台计算机上或在一个站点的多台计算机上执行，或者分布在多个站点并通过通信网络互连。计算机程序可以存储在存储介质或设备(例如CD-ROM、硬盘或磁盘)上，当计算机读取存储介质或设备时，通用或专用可编程计算机可读取该存储介质或设备，用于配置和操作计算机。处理也可以实现为机器可读存储介质，配置有计算机程序，其中在执行时，计算机程序中的指令使计算机运行。
处理可以由一个或多个可编程处理器执行一个或多个计算机程序以执行系统的功能来执行。系统的全部或部分可以实现为专用逻辑电路(例如，FPGA(现场可编程门阵列)和/或ASIC(专用集成电路))。
示例性实施例：示例性实施例在下面的编号条款中描述。
条款1：一种针对特定房间适配音频均衡器(EQ)的IIR滤波器的系统，该系统包括：存储器，其包括计算机可执行指令；以及处理器，其耦合到所述存储器并可操作以执行所述计算机可执行指令，所述计算机可执行指令使所述处理器执行包括以下操作的操作：(a)获取特定房间的特定音频系统的系统脉冲响应；(b)将所述脉冲响应转换为频率响应；(c)将所述频率响应与所述音频系统的目标频率响应进行比较；(d)基于所述频率响应与所述目标频率响应的比较，得出所述系统的理想EQ响应；(e)实施基于遗传的适配算法，创建染色体群体，其中每个染色体都是一个二进制数，表示一组编码的PEQ参数；(f)执行基于适应度的滤波器初始化；(g)递增地引入新频带；以及(h)在已经满足性能度量之后产生一组参数化EQ频带参数，其中该组参数化EQ频带参数适配于所述特定房间。
条款2：条款1的系统，其中，执行基于适应度的滤波器初始化包括基于加权频带实施适应度计算。
条款3：条款1的系统，其中，执行基于适应度的滤波器初始化包括基于在最大当前误差峰值处的高Q实现的滤波器初始化。
条款4：条款1的系统，其中，所述处理器进一步执行包括使用格雷编码的PEQ参数用于遗传演化的操作。
条款5：一种用于使EQ响应的测量子频带适配于特定房间的音频系统的音频均衡器(EQ)的已校准EQ响应的方法，该方法包括：(a)通过将测量子频带的理想响应拼接到已经预先校准的响应中来创建EQ目标；(b)在拼接的响应的任一侧定义过渡区域；以及(c)使用统计技术将所述拼接的响应的水平与已校准的响应相匹配。
条款6：第5条的方法，还包括使用基于遗传的适配算法。
条款7：条款5的方法，其中，统计技术是均值计算。
条款8：条款5的方法，其中，在所述过渡区域计算中，测量响应与已计算的响应之间存在线性变化。
条款9：条款5的方法，其中，在所述过渡区域计算中使用的测量响应是恒定值以避免由测量系统中的频带外滚降引起的拼接的响应中的尖峰。
条款10：条款5的方法，其中，所述过渡区域的宽度为二分之一倍频程。
条款11：一种针对特定房间适配音频均衡器(EQ)的IIR滤波器的方法，该方法包括：(a)获取系统脉冲响应；(b)将所述脉冲响应转换为频率响应；(c)实施基于遗传的适配算法，创建染色体群体，其中每个染色体都是一个二进制数，表示一组编码的PEQ参数；(d)对于基于遗传的适配算法，实现初始滤波器的非随机放置；(e)递增地引入新频带；以及(f)通过将测量子频带的理想响应拼接到已经预先校准的响应来创建所述EQ目标。
条款12：条款11的方法，还包括在拼接响应的任一侧定义过渡区域。
条款13：条款11的方法，还包括使用统计技术来将拼接的测量响应的水平与预校准的响应相匹配。
条款14：一种计算机可读非暂时性存储介质(或计算机程序产品)，包括指令，所述指令当由计算机执行时使所述计算机执行条款5和/或如在条款1-13中的任何一项中引用的方法的步骤。
条款15：一种计算机可读非暂时性存储介质(或计算机程序产品)，包括指令，所述指令当由计算机执行时使所述计算机执行条款11和/或如在条款1-13中的任何一项中引用的方法的步骤。
因此，本发明主题的实施例可以提供相对于现有技术的益处。这些好处可能包括但不限于将现成的音频系统(例如在高端电视中)适配到给定的特定房间或其他物理位置，呈现具有一组声学特性的特定或独特的听觉环境。
上面参考相关附图描述了寻求保护的概念、系统、设备、结构和技术的各种实施例。在不脱离所描述的概念、系统、设备、结构和技术的范围的情况下，可以设计替代实施例。需要注意的是，各种连接和位置关系(例如，上方、下方、相邻等)可用于描述说明书和附图中的元件。除非另有说明，否则这些连接和/或位置关系可以是直接的或间接的，并且所描述的概念、系统、设备、结构和技术不旨在在这方面进行限制。相应地，实体之间的耦合可以指直接或间接耦合，实体之间的位置关系可以是直接或间接位置关系。
作为间接位置关系的示例，将元素“A”定位在元素“B”之上可以包括这样的情况，其中一个或多个中间元素(例如，元素“C”)在元素“A”和元素“B”之间，只要元素“A”和“B”的相关特性和功能没有被中间元素显著改变。
此外，以下定义和缩写将用于权利要求和说明书的解释。术语“包含(comprise)”、“包含(comprises)”、“包含(comprising)”、“包括(include)”、“包括(includes)”、“包括(including)”、“具有(has)”、“具有(having)”、“含有(contains)”或“含有(containing)”或任何其他变体旨在涵盖非排他性包含。例如，包含元素列表的装置、方法、组合物、混合物或物品不一定限于那些元素，而是可以包括未明确列出的或这些装置、方法、组合物、混合物或物品固有的其他元素。
此外，术语“示例性”是指“用作示例、实例或说明”。被描述为“示例性”的任何实施例或设计不一定被解释为优选于或优于其他实施例或设计。术语“一个或多个”和“至少一个”表示大于或等于一的任何整数，即一、二、三、四等。术语“复数”表示大于一的任何整数。术语“连接”可以包括间接“连接”和直接“连接”。
说明书中对“实施例”、“一个实施例”、“一实施例”、“一个示例性实施例”、“一个示例”、“一个实例”、“一个方面”等的引用表示所描述的实施例可以包括特定的特征、结构或特性，但每个实施例可以包括或不包括特定的特征、结构或特性。此外，这样的短语不一定指同一实施例。此外，当特定的特征、结构、或特性是结合一个实施例描述的，无论是否明确描述，它都可能影响其他实施例中的此类特征、结构或特性。
相对或位置术语，包括但不限于术语“上”、“下”、“右”、“左”、“垂直”、“水平”、“顶部”、“底部”及其派生词那些术语涉及所描述的结构和方法，如附图中所定向。术语“覆盖”、“之上”、“在上面”、“定位于上面”或“定位于之上”是指第一元件(例如第一结构)存在于第二元件(例如第二结构)上，其中中间元件如界面结构可存在于第一元件和第二元件之间。术语“直接接触”意味着第一元件(例如第一结构)和第二元件(例如第二结构)在没有任何中间元件的情况下连接。
在权利要求中使用诸如“第一”、“第二”、“第三”等序数术语来修饰权利要求要素本身并不意味着一个权利要求要素相对于另一个权利要求要素的任何优先权、优先或次序，或执行方法动作的时间顺序，但仅用作标签以区分具有特定名称的一个权利要求元素与具有相同名称(但使用序数术语)的另一个元素来区分权利要求元素。
术语“大约”和“约”可以用来表示在一些实施例中在目标值的±20％以内，在一些实施例中在目标值的正负(±)10％以内，在一些实施例中在目标值的±5％以内，而在一些实施例中在目标值的±2％以内。术语“大约”和“约”可以包括目标值。术语“基本相等”可用于指代在一些实施例中彼此相差在±20％以内、在一些实施例中彼此相差在±10％以内、在一些实施例中彼此相差在±5％以内，而在一些实施例中彼此相差在±2％以内的值。
术语“基本上”可用于指代在一些实施例中在比较量度的±20％以内、在一些实施例中在±10％以内、在一些实施例中在±5％以内，而在一些实施例中在±2％以内的值。例如，“基本上”垂直于第二方向的第一方向可以指在一些实施例中与第二方向成90°角的±20％以内的第一方向，在一些实施例中与第二方向成90°角的±10％以内的第一方向，在一些实施例中与第二方向成90°角的±5％以内的第一方向，而在一些实施例中与第二方向成90°角的±2％以内的第一方向。
所公开的主题不限于其对构造细节的应用以及对在以下描述中阐述或在附图中图示的部件的布置的应用。所公开的主题能够具有其他实施例并且能够以各种方式实践和执行。
此外，本专利中使用的措辞和术语是为了描述的目的，不应被视为限制。因此，本公开所基于的概念可以容易地用作设计其他结构、方法和系统的基础，以实现所公开主题的若干目的。因此，在不脱离所公开主题的精神和范围的情况下，权利要求应被视为包括此类等同构造。
尽管在前述示例性实施例中已经描述和图示了所公开的主题，但是仅通过示例的方式做出了本公开。因此，在不脱离所公开主题的精神和范围的情况下，可以对所公开主题的实施细节进行多种改变。
因此，本专利的范围不应限于所描述的实施方式，而应仅受所附权利要求的精神和范围的限制。
本专利中引用的所有出版物和参考文献均通过引用以其整体明确并入。

Claims (15)

1.一种用于针对特定房间适配音频均衡器(EQ)的IIR滤波器的系统，所述系统包括：
存储器，其包括计算机可执行指令；以及
处理器，其耦合到所述存储器并可操作以执行所述计算机可执行指令，所述计算机可执行指令使所述处理器执行包括以下的操作：
a.获取针对特定房间的特定音频系统的系统脉冲响应；
b.将所述脉冲响应转换为频率响应；
c.将所述频率响应与所述音频系统的目标频率响应进行比较；
d.基于所述频率响应与所述目标频率响应的比较，得出所述系统的理想EQ响应；
e.实施基于遗传的适配算法以创建染色体群体，其中，每个染色体是表示一组编码的PEQ参数的二进制数；
f.执行基于适应度的滤波器初始化；
g.递增地引入新频带；
h.在已经满足性能度量之后产生一组参数化EQ频带参数，其中，所述一组参数化EQ频带参数适配于所述特定房间。
2.如权利要求1所述的系统，其中，执行基于适应度的滤波器初始化包括基于加权频带来实施适应度计算。
3.如权利要求1所述的系统，其中，执行基于适应度的滤波器初始化包括基于在最大当前误差峰值处的高Q实现的滤波器初始化。
4.如权利要求1所述的系统，其中，所述处理器进一步执行包括以下的操作：使用格雷编码的PEQ参数用于遗传演化。
5.一种用于使EQ响应的测量子频带适配于特定房间的音频系统的音频均衡器(EQ)的已校准EQ响应的方法，所述方法包括：
a.通过将测量子频带的理想响应拼接到已经预先校准的响应中来创建EQ目标；
b.在拼接的响应的任一侧定义过渡区域；以及
c.使用统计技术将所述拼接的响应的水平与已校准的响应相匹配。
6.如权利要求5所述的方法，还包括使用基于遗传的适配算法。
7.如权利要求5所述的方法，其中，所述统计技术是均值计算。
8.如权利要求5所述的方法，其中，在过渡区域计算中，测量响应与已计算的响应之间存在线性变化。
9.如权利要求5所述的方法，其中，在过渡区域计算中使用的测量响应是恒定值以避免由测量系统中的频带外滚降引起的所述拼接的响应中的尖峰。
10.如权利要求5所述的方法，其中，所述过渡区域的宽度为二分之一倍频程。
11.一种用于针对特定房间适配音频均衡器(EQ)的IIR滤波器的方法，所述方法包括：
a.获取系统脉冲响应；
b.将所述脉冲响应转换为频率响应；
c.实施基于遗传的适配算法以创建染色体群体，其中，每个染色体是表示一组编码的PEQ参数的二进制数；
d.对于所述基于遗传的适配算法，实现初始滤波器的非随机放置；
e.递增地引入新频带；以及
f.通过将测量子频带的理想响应拼接到已经预先校准的响应中来创建所述EQ目标。
12.如权利要求11所述的方法，还包括在拼接响应的任一侧定义过渡区域。
13.如权利要求11所述的方法，还包括使用统计技术来将拼接的测量响应的水平与预校准的响应相匹配。
14.一种计算机可读非暂时性存储介质(或计算机程序产品)，包括指令，所述指令当由计算机执行时，使所述计算机执行如权利要求5所述的方法的步骤。
15.一种计算机可读非暂时性存储介质(或计算机程序产品)，包括指令，所述指令当由计算机执行时，使所述计算机执行如权利要求5的方法的步骤。
CN202180063430.6A 2020-10-09 2021-10-12 使用iir滤波器的基于遗传算法的均衡 Pending CN116158002A (zh)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US202063089929P 2020-10-09 2020-10-09
US63/089,929 2020-10-09
PCT/US2021/054467 WO2022076945A2 (en) 2020-10-09 2021-10-12 Genetic-algorithm-based equalization using iir filters

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN116158002A true CN116158002A (zh) 2023-05-23

Family

ID=81078419

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202180063430.6A Pending CN116158002A (zh) 2020-10-09 2021-10-12 使用iir滤波器的基于遗传算法的均衡

Country Status (8)

Country Link
US (1) US11770651B2 (zh)
CN (1) CN116158002A (zh)
AR (1) AR123764A1 (zh)
AU (1) AU2021358117B2 (zh)
GB (1) GB2614149A (zh)
MX (1) MX2023004096A (zh)
TW (1) TWI789947B (zh)
WO (1) WO2022076945A2 (zh)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11792594B2 (en) * 2021-07-29 2023-10-17 Samsung Electronics Co., Ltd. Simultaneous deconvolution of loudspeaker-room impulse responses with linearly-optimal techniques

Family Cites Families (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
NL8702200A (nl) * 1987-09-16 1989-04-17 Philips Nv Werkwijze en een inrichting voor het instellen van de overdrachtskarakteristiek naar twee luisterposities in een ruimte
US5666430A (en) 1995-01-09 1997-09-09 Matsushita Electric Corporation Of America Method and apparatus for leveling audio output
US20020196951A1 (en) * 2001-06-26 2002-12-26 Kuo-Liang Tsai System for automatically performing a frequency response equalization tuning on speaker of electronic device
US7289558B2 (en) * 2003-07-08 2007-10-30 Utah State University Infinite impulse response multiplierless digital filter architecture
ATE402468T1 (de) 2004-03-17 2008-08-15 Harman Becker Automotive Sys Geräuschabstimmungsvorrichtung, verwendung derselben und geräuschabstimmungsverfahren
WO2005109640A1 (en) * 2004-05-12 2005-11-17 Deqx Pty Limited Digital filter design system and method
US8121312B2 (en) * 2006-03-14 2012-02-21 Harman International Industries, Incorporated Wide-band equalization system
US8363853B2 (en) * 2007-02-23 2013-01-29 Audyssey Laboratories, Inc. Room acoustic response modeling and equalization with linear predictive coding and parametric filters
GB2477713A (en) * 2009-12-30 2011-08-17 Oxford Digital Ltd Determining a configuration for an audio processing operation
TWI483624B (zh) * 2012-03-19 2015-05-01 Universal Scient Ind Shanghai 用於收音系統之等化前處理方法及其系統
US9137619B2 (en) * 2012-12-11 2015-09-15 Amx Llc Audio signal correction and calibration for a room environment
CN106664481B (zh) * 2014-03-19 2019-06-07 思睿逻辑国际半导体有限公司 扬声器的非线性控制
US9948261B2 (en) * 2014-11-20 2018-04-17 Tymphany Hk Limited Method and apparatus to equalize acoustic response of a speaker system using multi-rate FIR and all-pass IIR filters
US10477304B2 (en) * 2016-06-15 2019-11-12 Mh Acoustics, Llc Spatial encoding directional microphone array

Also Published As

Publication number Publication date
US20220116704A1 (en) 2022-04-14
WO2022076945A3 (en) 2022-06-30
GB202302041D0 (en) 2023-03-29
TWI789947B (zh) 2023-01-11
US11770651B2 (en) 2023-09-26
AR123764A1 (es) 2023-01-11
WO2022076945A2 (en) 2022-04-14
GB2614149A (en) 2023-06-28
AU2021358117B2 (en) 2024-01-11
AU2021358117A1 (en) 2023-03-16
MX2023004096A (es) 2023-04-27
TW202230978A (zh) 2022-08-01

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6633239B2 (ja) ダウンミックスされたオーディオ・コンテンツについてのラウドネス調整
CN102893633B (zh) 用于便携式媒体回放装置的音频系统均衡化
Ramos et al. Filter design method for loudspeaker equalization based on IIR parametric filters
US7711129B2 (en) Method and system for approximating graphic equalizers using dynamic filter order reduction
JP4685106B2 (ja) オーディオ調整システム
KR101787505B1 (ko) 등화 필터 계수 결정기, 장치, 등화 필터 계수 프로세서, 시스템 및 방법
US7526093B2 (en) System for configuring audio system
KR102624349B1 (ko) 오디오 신호의 스펙트럼 보정
CN106604179A (zh) 处理音频信号
US20140328500A1 (en) Method and an apparatus for automatic volume leveling of audio signals
TW201519663A (zh) 用以將一輸入聲道組態之多個輸入聲道對映至一輸出聲道組態之輸出聲道的方法及信號處理單元
US20190018645A1 (en) Systems and methods for automatically generating enhanced audio output
JP2011517390A (ja) 音声処理
US20160050507A1 (en) System and method for calibration and reproduction of audio signals based on auditory feedback
WO2014126689A1 (en) Methods for controlling the inter-channel coherence of upmixed audio signals
US8761419B2 (en) System for selecting speaker locations in an audio system
CN116158002A (zh) 使用iir滤波器的基于遗传算法的均衡
CN103987000A (zh) 一种音频修正的方法及终端
US20050031130A1 (en) System for selecting correction factors for an audio system
TWI607321B (zh) 音樂自動優化系統及方法
CN116437268A (zh) 自适应分频的环绕声上混方法、装置、设备及存储介质
US9438195B2 (en) Variable equalization
JP6954905B2 (ja) オーディオ信号を出力するためのシステム及びそれぞれの方法と設定装置
JP2020537470A (ja) オーディオ信号の個人適用のためのパラメータを設定するための方法
Fărcaș et al. Experiments on Multiple-point Room Equalization Applied to Medium-sized Enclosed Spaces

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination