CN116195183A - 用于生成谐波的方法和系统以及用于虚拟低音系统的振幅比例谐波单元 - Google Patents

Abstract

提供了一种用于基于输入信号生成谐波的方法和对应系统。该方法包括从该输入信号得到(S1)一个或多个频带信号；根据所述频带信号中的至少一个或每一个生成(S2)包括一个或多个谐波分量的第一振幅比例信号，所述第一振幅比例信号的振幅与该输入信号的振幅成比例；根据所述频带信号中的至少一个或每一个生成(S3)归一化信号，所述归一化信号的振幅与该输入信号的振幅无关，并且对于所述频带信号中的至少一个或每一个，将该归一化信号乘以对应的第一振幅比例信号以生成包括一个或多个谐波分量的第二振幅比例信号；以及对于所述频带信号中的至少一个或每一个，基于包括一个或多个谐波分量的该第一振幅比例信号和包括一个或多个谐波分量的该第二振幅比例信号产生(S4)输出信号。

Description

用于生成谐波的方法和系统以及用于虚拟低音系统的振幅比 例谐波单元

技术领域

所提出的技术总体上涉及音频处理，并且更具体地涉及一种用于生成谐波的方法和系统、一种用于生成虚拟低音信号(也称为心理声学低音感觉信号)的系统、一种用于虚拟低音系统的振幅比例谐波单元、一种音频处理系统和一种对应的总体音频系统、以及一种计算机程序和一种计算机程序产品、以及一种对应的装置。

背景技术

由于物理限制，所以小尺寸扩音器/驱动器不能高效地重现低频音频内容；这可能导致低音感觉(其在整体感知音频质量中发挥主要作用)的不期望损失，并且最差的情况下导致音乐内容的完全损失。

然而，由于被称为“基波消失现象”的心理声学错觉，所以即使并未在物理上重现基频，也可能给听者带来存在基频的错觉，即所谓的虚拟低音、虚拟低音增强或心理声学低音增强。该现象基于的观察结果在于，一组谐波(即基波的整数倍)的感知到的音高不仅由谐波声的基波决定，而且由存在的频率的最大公约数决定。一般而言，虚拟低音系统的目的因此为生成落入可以通过回放系统重现的频率范围内的(至少两个)谐波，并且由此给听者带来低音有所改善的感觉。

众所周知的是，可以使用非线性设备(NLD)来生成谐波。例如，可以使用全波整流器来生成偶次谐波，半波整流器产生基波加偶次谐波，并且可以使用全波积分器来生成偶次谐波和奇次谐波两者。一直以来，已经在虚拟低音系统的环境下研究了大量不同的NLD(参见例如参考文献[1])。然而，大多数NLD的一个局限性在于，相比于高输入信号电平，这些NLD在低输入信号电平下导致不同的低频感知。这是由于在大多数非线性设备中，生成的谐波的振幅与输入信号电平是非线性相关的，即这些谐波与振幅不成比例。为了解决该问题，参考文献[2]建议将用于对输入进行归一化的电平检测器引入到谐波发生器中，并且由此允许自由地生成奇次谐波和偶次谐波的任何组合以及其与基谐波的振幅关系。

图1是示出了包括基于NLD的谐波发生器电路的常规(窄带)虚拟低音生成电路的示意图。首先，通过低通滤波器处理输入信号(以防止互调失真)，该低通滤波器的截止频率被设置为所需低频扩展的上限。然后，通过NLD处理低通信号以生成谐波分量。使NLD输出穿过带通滤波器以对谐波进行整形并且去除低于回放系统的物理范围的互调分量。然后，将谐波添加到经高通滤波的输入信号中。

图2是展示了基于NLD的虚拟低音系统中使用的常见(宽带)扩展的示意图。例如，可以参照[2]。在此，当在谐波发生器的输入处可能存在多于一个强低频分量时，将输入频谱分成小的带并且为每个带指定单独的谐波发生器以便减少在谐波生成期间产生的互调失真。

虽然现有技术提供了提供虚拟低音或心理声学低音增强信号的一些可能性，但是仍然存在提供关于在音频系统中生成谐波的新的和改进的发展的一般需求。

发明内容

总体目的是提供有关在音频系统中生成谐波的过程的新的和改进的发展。

具体目的提供一种用于生成谐波的系统。

又一个目的是提供一种用于生成虚拟低音信号、也称为心理声学低音感觉信号的系统。

特定目的是提供一种用于虚拟低音系统的振幅比例谐波单元。

又另一个目的是提供一种音频处理系统。

再另一个目的是提供一种对应的总体音频系统。

另一个目的是提供一种用于生成谐波的方法。

又一个目的是提供一种计算机程序及一种计算机程序产品。

又另一个目的是提供一种被配置为执行用于生成谐波方法的对应装置。

这些和其他目的通过所提出的技术的实施例得以满足。

根据第一方面，提供了一种用于生成谐波的系统。该系统基本上包括：

-输入，该输入用于接收具有基频的输入信号；

-至少两个信号路径：

第一信号路径，该第一信号路径被配置为接收该输入信号并且被配置为基于该输入信号生成包括一个或多个谐波分量的第一振幅比例信号，该第一振幅比例信号的振幅与该输入信号的振幅成比例；

第二信号路径，该第二信号路径被配置为接收该输入信号，该第二信号路径包括至少一个信号处理块，该至少一个信号处理块被配置为：i)基于该输入信号生成归一化信号，该归一化信号的振幅与该输入信号的振幅无关，并且ii)将该归一化信号乘以该第一振幅比例信号以生成包括一个或多个谐波分量的第二振幅比例信号；以及

-组合器，该组合器被配置为基于包括一个或多个谐波分量的该第一振幅比例信号和包括一个或多个谐波分量的该第二振幅比例信号生成输出信号。

根据第二方面，提供了一种用于生成虚拟低音信号、也称为心理声学低音感觉信号的系统，其中，该用于生成虚拟低音信号的系统包括根据第一方面所述的用于生成谐波的系统。

根据第三方面，提供了一种布置，该布置包括根据第一方面所述的用于生成谐波的系统的多个实例，其中，用于生成谐波的系统的这些多个实例可以以并联和/或串联布置进行布置。

根据第四方面，提供了一种音频处理系统，该音频处理系统包括根据第一方面所述的用于生成谐波的系统、根据第二方面所述的用于生成虚拟低音信号的系统和/或根据第三方面所述的布置。

根据第五方面，提供了一种音频系统，该音频系统包括根据第四方面所述的音频处理系统。

根据第六方面，提供了一种用于基于具有基波输入频率的输入信号生成谐波的方法。该方法基本上包括：

-从该输入信号得到一个或多个频带信号；

-根据这些频带信号中的至少一个或每一个生成包括一个或多个谐波分量的第一振幅比例信号，该第一振幅比例信号的振幅与该输入信号的振幅成比例；

-根据这些频带信号中的至少一个或每一个生成归一化信号，该归一化信号的振幅与该输入信号的振幅无关，并且对于这些频带信号中的至少一个或每一个，将该归一化信号乘以对应的第一振幅比例信号以生成包括一个或多个谐波分量的第二振幅比例信号；

-对于这些频带信号中的至少一个或每一个，基于包括一个或多个谐波分量的该第一振幅比例信号和包括一个或多个谐波分量的该第二振幅比例信号产生输出信号。

根据第七方面，提供了一种计算机程序，该计算机程序用于当由处理器执行时根据具有输入频率的输入信号生成谐波，其中，该计算机程序包括指令，这些指令当由该处理器执行时使该处理器执行根据第六方面所述的方法。

根据第八方面，提供了一种计算机程序产品，该计算机程序产品包括其上存储有根据第七方面所述的计算机程序的非暂态计算机可读介质。

根据第九方面，提供了一种被配置为执行根据第六方面所述的方法的装置。

举例来说，所提出的技术可以采用适当配置的部件的唯一组合来生成第一振幅比例谐波系列和第二振幅比例谐波系列，该第一振幅比例谐波系列和该第二振幅比例谐波系列以平衡良好的方式混合在一起并且通常与输入信号振幅比例。

此外，举例来说，所提出的振幅比例谐波发生器技术可以被配置为除了自然(偶次/奇次)谐波外还提供分数谐波。

本发明的相关方面涉及其中自然谐波生成和分数谐波生成以平行分支布置并且随后组合的方法。

通常，所提出的技术提供在音频系统中生成谐波的新的和改进的方式。

当阅读本发明的非限制性实施例的以下详细描述时，将理解其他优点。

附图说明

通过参考以下结合附图的描述，可以最好地理解实施例及其进一步的目的和优点，在附图中：

图1是示出了包括谐波发生器电路的常规(窄带)虚拟低音生成电路的示意图。

图2是展示了虚拟低音系统中使用的常见(宽带)扩展的示意图。

图3是展示了音频系统的简化示例的示意框图。

图4是展示了根据实施例的用于生成谐波的系统的示例的示意图。

图5A是展示了谐波发生器(也被称为振幅比例谐波单元(APHU))的非限制性示例的示意图。

图5B是展示了APHU的另一个非限制性示例的示意图。

图5C是展示了APHU的又另一个非限制性示例的示意图。

图5D是展示了被称为符号序列单元(SSU)的子模块的示例的示意图，该子模块有助于根据纯音输入和分频器和/或倍频器的配置选择产生具有某个周期的新方波形。

图5E是展示了APHU可以如何被配置为通过使用包括分频器和/或倍频器的SSU来生成分数谐波的示例的示意图。

图5F是展示了APHU可以如何被配置为通过使用在SIGN()函数之后包括分频器的SSU来生成分数谐波的特定示例的示意图。

图5G是展示了APHU可以如何被配置为通过使用NLD和SSU来生成分数谐波的示例的示意图。

图5H是展示了APHU可以如何被配置为通过在经滤波的符号序列之后使用附加NLD来生成分数谐波的示例的示意图。

图6是展示了可以如何通过APHU单元生成谐波系列的示例的示意图。

图7是示出了其他类型的谐波系列也是可能的示意图。

图8A是展示了将基础配置扩展为多个平行分支的示例的示意图，该扩展允许谐波系列的构造中的附加灵活性。

图8B是展示了多个系统实例(例如被实施为APHU)的串联布置的示例的示意图。

图9是示出了可以如何通过使用图8中示出的扩展对谐波系列进行整形的示例的示意图。

图10是示出了在APHU处理输入信号之前由输入滤波器对输入信号进行滤波的系统配置的示例实施例的示意图。

图11是示出了输入信号是首先被转换为单声道信号的立体声信号的系统配置的示例实施例的示意图。

图12是示出了已经用附加APHU处理分支扩展了图11中的系统的系统配置的示例实施例的示意图。

图13是示出了存在N≥2个用于生成谐波系列的平行分支的系统配置的示例实施例的示意图。

图14是展示了偶次谐波和奇次谐波如何使用APHU处理系统很好地混合在一起的示例的示意图。

图15是展示了用于低音增强的框架的示例的示意图。

图16是展示了针对输入频率的高于截止频率fc的两个最低次谐波的示例的示意图。

图17是展示了图16的对应示例的示意图，示出了来自自然谐波组的高于截止频率的两个最低次谐波和基频的3/2处的谐波。

图18是展示了自然谐波生成和分数谐波生成如何以平行分支布置并且随后组合的示例的示意图。

图19是展示了具有多个平行分支的系统的示例的示意图，其中每个分支保持APHU的不同配置。

图20是展示了根据实施例的计算机实施方式的示例的示意图。

图21是展示了用于基于具有基波输入频率的输入信号生成谐波的方法的示例的示意图。

具体实施方式

在所有附图中，相同的附图标记用于相似或对应的元件。

参考图3从音频系统概览开始可能是有用的，该图展示了简化的音频系统。音频系统100基本上包括音频处理系统200和声音生成系统300。一般而言，音频处理系统200被配置为处理可能与一个或多个音频声道有关的一个或多个音频输入信号。经滤波的音频信号被转发到声音生成系统300以产生声音。

如上所述，为了在一些音频系统中正确地重现声音，从具有基频的输入信号生成谐波是非常重要的。

根据第一方面，提供了一种用于生成谐波的系统。该系统基本上包括：

-输入，该输入用于接收具有基频的输入信号；

-至少两个信号路径：

第一信号路径，该第一信号路径被配置为接收该输入信号并且被配置为基于该输入信号生成包括一个或多个谐波分量的第一振幅比例信号，该第一振幅比例信号的振幅与该输入信号的振幅成比例；

第二信号路径，该第二信号路径被配置为接收该输入信号，该第二信号路径包括至少一个信号处理块，该至少一个信号处理块被配置为：i)基于该输入信号生成归一化信号，该归一化信号的振幅与该输入信号的振幅无关，并且ii)将该归一化信号乘以该第一振幅比例信号以生成包括一个或多个谐波分量的第二振幅比例信号；以及

-组合器，该组合器被配置为基于包括一个或多个谐波分量的该第一振幅比例信号和包括一个或多个谐波分量的该第二振幅比例信号生成输出信号。

举例来说，第一信号路径可以被配置为生成如具有一个或多个自然谐波的第一振幅比例信号，并且第二信号路径可以被配置为生成如i)具有一个或多个自然谐波或ii)具有一个或多个分数谐波的第二振幅比例信号。

在特定示例中，第一信号路径被配置为生成如包括偶次谐波系列的第一振幅比例信号，并且第二信号路径被配置为生成如包括奇次谐波系列的第二振幅比例信号。

在另一个示例中，第一信号路径被配置为生成如包括偶次谐波系列或奇次谐波系列的第一振幅比例信号，并且第二信号路径被配置为生成如包括至少一个分数谐波分量的第二振幅比例信号。

举例来说，第二信号路径可以包括：

SIGN单元，该SIGN单元用于生成以由该输入信号的基频规定的速率交替的变化符号序列，

滤波单元，该滤波单元被配置为对该变化符号序列进行滤波以生成该归一化信号，该归一化信号的振幅与该输入信号的振幅无关，以及

混合倍频器，该混合倍频器被配置为将该归一化信号乘以该第一振幅比例信号以生成该第二振幅比例信号。

例如，SIGN单元和滤波单元可以被配置为生成归一化信号作为一个或多个经滤波的符号序列，该一个或多个经滤波的符号序列用作输入信号的基频的振幅无关估计。

在特定示例中，第二信号路径进一步包括布置在SIGN单元与滤波单元之间的分频器或倍频器，该分频器或倍频器用于根据纯音输入和分频器或倍频器的配置/设置产生具有某个周期的变化符号序列，其中，滤波单元被配置为接收变化符号序列以生成归一化信号，由此使得能够在将归一化信号乘以第一振幅比例信号时生成分数谐波作为第二振幅比例信号的一部分。

可选地，第一信号路径可以包括至少一个信号处理块，该至少一个信号处理块被配置为生成第一振幅比例信号。

例如，第一信号路径的所述至少一个信号处理块可以包括非线性设备NLD，该非线性设备被配置为参与生成第一振幅比例信号。

作为示例，NLD可以包括绝对值单元ABS()，该绝对值单元用于生成与输入信号成比例地缩放的自然谐波系列。

替代性地，第一信号路径被配置为仅使输入信号通过作为第一振幅比例信号。

在特定示例中，系统进一步包括被配置为缩放第一振幅比例信号的第一增益倍频器和/或被配置为缩放第二振幅比例信号的第二增益倍频器，其中，组合器被配置为接收经缩放的第一振幅比例信号和/或经缩放的第二振幅比例信号作为输入以生成输出信号。

举例来说，系统可以被实施为所谓的振幅比例谐波单元APHU。

根据第二方面，提供了一种用于生成虚拟低音信号、也称为心理声学低音感觉信号的系统，其中，该用于生成虚拟低音信号的系统包括根据第一方面所述的用于生成谐波的系统。

更具体地，所提出的技术因此可以提供用于虚拟低音系统的振幅比例谐波单元(APHU)。

根据第三方面，提供了一种布置，该布置包括根据第一方面所述的用于生成谐波的系统的多个实例，其中，用于生成谐波的系统的这些多个实例可以以并联和/或串联布置进行布置。

根据第四方面，提供了一种音频处理系统，该音频处理系统包括根据第一方面所述的用于生成谐波的系统、根据第二方面所述的用于生成虚拟低音信号的系统和/或根据第三方面所述的布置。

根据第五方面，提供了一种音频系统，该音频系统包括根据第四方面所述的音频处理系统。

举例来说，所提出的技术可以采用适当配置的部件的唯一组合来生成第一振幅比例(例如偶次)谐波系列和第二振幅比例(例如奇次)谐波系列，该第一振幅比例谐波系列和该第二振幅比例谐波系列以平衡良好的方式混合在一起并且通常与输入信号振幅成比例。

例如，所提出的技术可以用于生成虚拟低音信号、也称为心理声学低音增强或感觉信号。特别地，提供了一种用于生成虚拟低音信号、也称为心理声学低音感觉信号的系统100；200，其中，该用于生成虚拟低音信号的系统100；200包括用于生成谐波的系统。

图4是展示了根据实施例的包括用于生成谐波的系统的音频处理系统的示例的示意图。

在该特定示例中，提供了一种音频处理系统200，其包括用于生成谐波的系统210。用于生成谐波的系统210有时被称为谐波发生器和/或包括谐波发生器。此外，提供了一种总体音频系统100，其包括这样的音频处理系统200。

为了更好地理解，现在将参照附加的非限制性示例来描述本发明。

图5A是展示了APHU单元的非限制性示例的示意图。APHU单元由两个平行轨道构成，第一包括ABS()单元和第一增益倍频器，并且第二轨道包括SIGN单元()、滤波模块、混合倍频器和第二增益倍频器。ABS()函数生成偶次谐波并且确保谐波系列与输入振幅成比例地缩放。被生成为SIGN()函数的输出的变化符号(+/-1)序列以输入的基频规定的速率交替。通过对该序列进行低通滤波获得基波的电平无关估计。然后将归一化基波乘以由导致包含奇次谐波的系列的ABS()函数生成的谐波系列。偶次谐波系列和奇次谐波系列然后被单独缩放(缩放“增益a”和“增益b”)并且加在一起以形成奇次谐波和偶次谐波的平衡混合。

换句话说，所提出的技术采用适当配置的部件的唯一组合来生成(振幅比例)偶次谐波系列和(振幅比例)奇次谐波系列，该偶次谐波系列和该奇次谐波系列以平衡良好的方式混合在一起并且通常与输入信号振幅成比例。

图5B是展示了APHU的另一个非限制性示例的示意图。图5B的示例类似于图5A的示例，除了ABS单元被另一个(或更一般的)振幅比例非线性设备(NLD)替换，该另一个振幅比例NLD与SIGN()函数的经滤波的输出一起使用。

图5C是展示了APHU的又另一个非限制性示例的示意图。在该示例中，缩放因子“增益a”和“增益b”已经被设置为1，从而有效地减少了整个电路的部件计数，因为增益倍频器可以被移除。这有效地意指偶次谐波系列和奇次谐波系列在没有预先进行任何缩放的情况下加在一起。

继续对特定见解和关键考虑进行简要的非限制性讨论可能是有用的，这最终导致用于谐波生成的新演化的架构。

非线性设备(NLD)通常是可能善于处理瞬变的静态无记忆非线性元件/单元。作为反例：通常用作谐波发生器的全波积分器固有地使输出相对于输入滞后。这种次优瞬变行为可以被有效地听成特定轨道中的“泵浦低音”。由于对输出峰的整合将到达周期的结束，因此输入之后有滞后。

大多数NLD的缺点是其提供振幅无关谐波整形。谐波通常不像参考文献[2]中那样被电平检测器缩放。

发明人已经认识到使用经滤波的符号序列来获得基波的输入振幅无关估计可能是有益的，这些输入振幅无关估计与NLD组合可以用于生成对由NLD生成的谐波而言新的谐波(全波整流器产生与基波具有固定振幅关系的偶次谐波)。

典型地，全波整流器对实施而言是简单的，但是仅生成偶次谐波。这对应于比目标音高感知高全八度的感知到的音高。

在参考文献[3]中，其通过添加软限幅电路来生成奇次谐波而解决该问题。

发明人已经认识到通过将振幅比例偶次谐波乘以基波的振幅无关(归一化)估计来获得奇次谐波可能更好。作为结果，生成振幅比例奇次谐波系列。

可能期望生成将不依赖于(超过常见缩放)输入信号的幅值的谐波系列。这可能是静态非线性系统的问题。为了处理该问题，通常使用所谓的电平检测器，该电平检测器可以缩放NLD的输出。

在清楚的对比下，发明人在此推荐了一种方法，该方法可以用于将谐波分量扩展为由NLD自然产生的谐波，其方式使得所得谐波系列对输入信号的幅值保持不变。振幅比例谐波的概念对应于所有谐波随输入振幅成比例地缩放。

在现有技术中，振幅借助于每个部分中的包络跟踪保留。

在清楚的对比下，振幅比例谐波单元(APHU)自然地生成全(不受限的)振幅比例谐波系列，该振幅比例谐波系列可选地可以在之后通过滤波被整形/限制。

基波消失的原理基于使用奇次谐波和偶次谐波来产生干净且深度低音的感觉的重要性。举例来说，假设纯音输入，可能期望生成这样的谐波：即奇次谐波和偶次谐波大致具有相同的谐波增益分布(音色)，谐波的振幅与输入振幅成比例，存在极少的固有信号“记忆”以提供良好的瞬态响应和对音色的控制。

参考文献[1]、[4]和[5]提供了对用于低频声音重现的所有当前可用方法的全面回顾和分析，并且应注意，这些参考文献未提到并且不涉及类似于本专利申请中提出的本发明解决方案的任何方案。

图5D是展示了被称为符号序列单元(SSU)的子模块的示例的示意图，该子模块有助于根据纯音输入和分频器和/或倍频器的配置选择产生具有某个周期的新方波形。APHU可以以该方式被配置为生成不同组振幅比例分数谐波系列。对于关于如何构造像这样的分频器和倍频器的更多信息，可以参照参考文献[6]。例如，分频器和倍频器可以通过使用如触发器等标准部件来实施，这些标准部件通常用于逻辑设计和电路。

图5E是展示了APHU可以如何被配置为通过使用包括分频器和/或倍频器的SSU来生成分数谐波的示例的示意图。净效果是APHU单元现在生成了振幅比例分数谐波系列。

图5F是展示了APHU可以如何被配置为通过使用在SIGN()函数之后包括分频器的SSU来生成分数谐波的特定示例的示意图。在该示例中，示出了APHU可以如何被配置为通过在SIGN()函数之后使用分频器来生成分数谐波(例如1/2f0、3/2f0)。同样在此，净效果是APHU单元现在生成了振幅比例分数谐波系列。还应注意，当生成分数谐波时，可能的操作模式包括仅省略ABS()单元。

可选地，如图5F中的虚线上部信号路径所指示的，输出信号可以与来自被配置用于处理输入信号的可选信号路径的另一个振幅比例信号在可选的进一步组合器中组合。

图5G是展示了APHU可以如何被配置为通过使用NLD和SSU、与滤波步骤组合来生成分数谐波的示例的示意图。在NLD是ABS单元的示例中，其将与图5E相对应，而图5F表示NLD已经被配置为简单的直通单一函数(simple pass-through unity function)的示例。

图5H是展示了可以如何通过在经滤波的符号序列之后使用第二NLD扩展图5G中的APHU的示例的示意图。NLD 2不需要与NLD 1具有相同性质。示例可以是NLD 2被配置为基于多项式的NLD。

应理解，在图5A至图5H中表达的谐波发生器APHU的不同非限制性实现中的每一个可以独自使用或与如滤波器、压缩器和限制器等其他信号处理块组合使用。

为了更好的理解用于产生分数谐波的扩展，还可以给出以下附加信息。

例如，对于纯音输入，APHU中的SIGN函数产生与纯音的基频相对应的具有某个周期的方波形(+1/-1)。在APHU单元的变型中，在SIGN函数之后应用标准分频器(或倍频器)单元。其根据纯音输入和分频器选择产生了具有某个周期的新方波形。净效果是APHU单元现在生成了振幅比例分数谐波系列。

图5E、图5F、图7和图9中示出了用于产生分数谐波系列的APHU变型的示例。

还应注意，分数谐波与偶次/奇次自然(整数)谐波组合使用在用于产生期望的低音感觉的特定音频系统中可能是有益的。

在图5E中展示了一般的整数/分数振幅比例谐波生成架构的示例。

图5H中展示了在经滤波的符号序列之后还使用NLD的一般振幅比例谐波生成架构的示例。NLD 1应当被配置为生成比例谐波(例如通过使其为单一函数或全/半波整流器)。在下面的分支中，SSU和滤波器H_APHU确保不使用输入振幅缩放输出。可以更自由地配置NLD 2，例如配置为基于多项式的NLD。对于关于像这样基于多项式的NLD的更多信息，请参照参考文献[1]和[7]。

从方法角度看，所提出的技术提供了用于生成谐波的一个或多个新颖程序。

根据第六方面，提供了一种用于基于具有基波输入频率的输入信号生成谐波的方法。

参考图21，该方法基本上包括：

S1： 从该输入信号得到一个或多个频带信号；

S2： 根据这些频带信号中的至少一个或每一个生成包括一个或多个谐波分量的第一振幅比例信号，该第一振幅比例信号的振幅与该输入信号的振幅成比例；

S3：根据这些频带信号中的至少一个或每一个生成归一化信号，该归一化信号的振幅与该输入信号的振幅无关，并且对于这些频带信号中的至少一个或每一个，将该归一化信号乘以对应的第一振幅比例信号以生成包括一个或多个谐波分量的第二振幅比例信号；以及

S4：对于这些频带信号中的至少一个或每一个，基于包括一个或多个谐波分量的该第一振幅比例信号和包括一个或多个谐波分量的该第二振幅比例信号产生输出信号。

举例来说，第一振幅比例信号可以包括一个或多个自然谐波，并且第二振幅比例信号可以包括一个或多个自然谐波或一个或多个分数谐波。

在特定示例中，第一振幅比例信号包括偶次谐波系列，并且第二振幅比例信号包括奇次谐波系列。

在另一个示例中，第一振幅比例信号包括偶次谐波系列或奇次谐波系列，并且第二振幅比例信号包括至少一个分数谐波分量。

作为示例，根据所述频带信号中的至少一个或每一个生成第一振幅比例信号的步骤包括使用频带信号作为对非线性设备NLD的输入并且使用NLD的输出作为振幅比例信号。

在特定示例中，根据这些频带信号中的至少一个或每一个生成归一化信号的步骤包括根据这些频带信号中的所述至少一个或每一个生成符号序列并且对该符号序列应用滤波器以产生经滤波的符号序列信号。

例如，根据这些频带信号中的至少一个或每一个生成归一化信号的步骤进一步包括使用经滤波的符号序列信号作为对另外的NLD的输入并且使用另外的NLD的输出作为归一化振幅信号。

举例来说，根据这些频带信号中的至少一个或每一个生成归一化信号的步骤进一步包括操纵符号序列的变化速率。

可选地，对于这些频带信号中的至少一个或每一个，产生输出信号的步骤包括提供第一振幅比例信号和第二振幅比例信号的加权版本并组合这些加权版本以生成输出信号。

在特定示例中，用于根据音频输入信号生成谐波的方法可以包括以下步骤的至少一个子集：

1)从输入得到一个或多个频带信号，

2)根据所述频带信号中的至少一个或每一个产生第一振幅比例信号，所述第一振幅比例信号的振幅与该输入的振幅成比例，可选地通过以下操作：

a.使用频带信号作为对第一(一般化)非线性设备NLD的输入，以及

b.使用所述第一(一般化)NLD的输出作为振幅比例信号，

3)根据所述频带信号中的至少一个或每一个产生归一化振幅信号，所述归一化振幅信号的振幅与该输入的振幅无关，例如通过以下操作：

a.根据所述频带信号之一生成符号序列，

b.对所述符号序列应用滤波器，从而产生经滤波的符号序列信号，

c.可选地使用所述经滤波的符号序列信号作为对第二(一般化)NLD的输入，以及

d.使用所述第二(一般化)NLD的输出(其可以具有或可以不具有与第一一般化NLD相同的性质)作为归一化振幅信号，

4)对于所述频带信号中的至少一个或每一个，将第一振幅比例信号乘以归一化振幅信号，从而产生第二振幅比例信号，该第二振幅比例信号具有成比例地响应于输入的振幅变化的信号振幅，以及

5)对于所述频带信号中的至少一个或每一个，至少根据所述第二振幅比例信号产生谐波信号。

在特定示例中，该方法可以进一步包括基于(多个)所述谐波信号和输入信号产生输出信号的步骤。

作为示例，产生输出信号的步骤可以通过可选地组合(多个)谐波信号和输入信号(例如呈第一振幅比例信号的形式)的加权版本来执行。

可选地，一般化NLD可以或可以不根据其输入频率生成谐波，并且此外，第一或第二(一般化)NLD中的至少一个是重要的(一般化)NLD，其特征在于：所述NLD的输出包括具有输入频率的谐波。

如所提及的，第一(一般化)NLD可以具有与其输入振幅成比例的输出振幅。

举例来说，第一或第二(一般化)NLD中的至少一个是重要的(一般化)NLD，其特征在于：对于对所述NLD的正弦输入信号，所述NLD的输出包括具有输入频率的谐波。

例如，第一(一般化)NLD可以通过其性质被定义为用于生成与基波振幅成比例地缩放的谐波的非线性设备。

在特定示例中，第一(一般化)NLD通过单一映射、半波整流器或全波整流器表示。

在某种意义上，所提出的技术可以通过从输入信号中提取至少一个低频带来表征。根据此频带，产生振幅比例信号，并且产生归一化振幅信号。获取这两个信号的乘积，并且使用该乘积来产生谐波信号。振幅比例信号也可以包括在谐波信号中。根据同一频带或(多个)其他频带，可以以类似方式产生又一个或几个其他谐波信号。然后组合所有谐波信号，并且将结果进一步与输入信号组合，从而产生输出信号。

振幅比例信号的特征可以进一步在于：其振幅成比例地响应于输入振幅的变化。

在本文中，出于理解概念“振幅比例”的目的，振幅涉及波形带有的最大偏移。因此，振幅比例系统可以通过以下性质定义：输入振幅的变化导致输出振幅的比例变化。因此，在本文中通常使用表达振幅比例，应记住，表达振幅比例也可以被称为幅值比例。

为了进一步阐明，可以声明振幅归一化系统具有不受输入振幅的变化影响的输出。在输入信号的振幅为0的特殊情况下，振幅归一化系统对实施方式特定的行为是开放的。

举例来说，(多个)归一化振幅信号可以使用至少一个符号检测单元、用于操纵符号序列的变化速率的可选单元以及作为强制的最后步骤的滤波器的级联产生。归一化振幅信号的特征可以在于：其振幅成不响应于输入振幅的变化。

在特定示例中，在乘法步骤之前，(多个)振幅比例信号或(多个)归一化振幅信号中的至少一个进一步被附加谐波生成单元处理。在此，谐波生成单元的特征在于：对于正弦输入，其输出含有输入频率的谐波。在振幅比例信号被这种谐波生成单元增强的情况下，所述谐波生成也应具有振幅比例性质，使得其输出成比例地响应于其输入信号的变化。

可以理解的是，符号检测阶段本质上移除了关于输入振幅的任何信息。因此，归一化振幅信号是振幅归一化的是自然结果。还可以理解的是，将振幅比例信号乘以归一化振幅信号的(多个)乘法阶段将导致又另一个振幅比例信号。

图6是展示了谐波系列可以如何通过APHU生成的示例的示意图。在左上图中，基波f0(虚线谐波)被呈现为对ABS()非线性的输入，该ABS()非线性进而生成偶次谐波(由实线谐波分量指示)。左下图示出了将经低通滤波的符号函数乘以ABS()非线性生成的谐波系列的结果。乘法的净结果是每个谐波分量被分成两个奇次谐波。右图示出了缩放偶次谐波系列(由ABS()生成)和奇次谐波系列(由ABS()*Filt(Sign)生成)并将其加在一起的结果。

图7是示出了通过简单地改变符号序列单元(SSU)的性质使得其与基频的其他合理比率相关而使其他类型的谐波系列成为可能的示意图。在该示例中，符号变化速率被设计为与基波的一半(即f0/2)相匹配。在这种情况下，乘法ABS()*Filt(SSU)的结果是如下谐波系列，其中偶次谐波(来自ABS)中的每一个已经被分成两个分量(仍然以谐波分量为中心)但这次仅除了f0。右图示出了将两个谐波信号加在一起的结果。由于在这种情况下所得谐波系列中的谐波分量之间的距离为f0/2，因此音高将被感知为低一个八度(即超低音)。

图8A是展示了允许谐波系列的构造中的附加灵活性的扩展的示例的示意图。附加灵活性通过具有带有APHU的平行分支获得，这些平行分支各自执行由NLD使用不同类型的符号序列单元(SSU)生成的谐波分量的“频谱分割”。最终结果然后被获得为由每个分支生成的所有谐波系列的加权和(使用权重w1，w2，…，wN)。

应理解，还可能使用来自APHU的所得输出作为对另一个APHU的输入。换句话说，如图8B中示意性地指示的，提供两个或更多个APHU的串联连接是可行的，其中APHU的输出被用作对另一个APHU的输入。这可以被认为是APHU串联级联形式。

图9是示出了可以如何通过组合APHU的不同实例对谐波系列进行整形的示例的示意图。这是使用图8A中示出的扩展的具体示例。

在该示例中，这使用图5A和图5F中示出的谐波发生器单元的实例展示。在图A中，基波f0(虚线谐波)被呈现为对(图5A中展示的APHU实例的)ABS()非线性的输入，该ABS()非线性进而生成偶次谐波(由实线谐波分量指示)。图B示出了对谐波进行“频谱分割”的结果(由虚线指示)，其由将经低通滤波的符号函数乘以ABS()非线性生成的谐波系列导致。来自图5A中展示的APHU实例的所得输出在图C中示出。在图D中，基波f0被呈现为对图5F中展示的APHU的实例的输入。在这种情况下，上分支中不存在非线性。图E示出了在这种情况下使用SSU对输入基波(由虚线指示)进行“频谱分割”的结果，其中分频器被设置为除以2以计算f0/2。通过对来自APHU的两个不同实例的结果进行线性组合，得出图G中展示的谐波系列，该谐波系列然后将是自然谐波(基波的整数倍)和分数谐波(基波的分数倍)的混合。应注意，图F对应于图E，因为存在来自图D的零乘法。

图10是示出了在APHU单元处理输入信号之前由输入滤波器对输入信号进行滤波的系统配置的示例实施例的示意图。由APHU单元生成的谐波系列然后由输出滤波器进行滤波，该输出滤波器例如可以用于进一步对谐波分量进行整形。输入滤波器和输出滤波器可以是用于例如放大或衰减某些频率的IIR滤波器或FIR滤波器。这些滤波器的示例可以包括高通滤波器、低通滤波器、带通滤波器和/或搁架滤波器。

在图10的特定示例实施例中，输入滤波器或输出滤波器可以通过使用一系列级联的双二阶滤波器来构造。图10中示出的系统设置可以用于涉及单声道、立体声或多声道的配置。

图11是示出了输入信号是首先被转换为单声道信号的立体声信号的系统配置的示例实施例的示意图。输入(源)信号可以被适时地延迟(如果需要的话)，但是延迟“dsource”也可以被设置为0。在示例实施例中，源信号在其与已经在APHU分支中生成的经滤波和经缩放的谐波系列组合(相加)之前由输入源滤波器进行滤波。在特定示例实施例中，“增益虚拟”可以被设置为1。

图12是示出了已经用附加APHU处理分支扩展了图11中的系统的系统配置的示例实施例的示意图。在由2个APHU处理之前，输入频谱被分成小的子带。在谐波发生器的输入处可能存在多于一个强低频分量的情况下，这将允许每个分支的单独谐波发生器并且减少谐波生成期间产生的互调失真。因此，2个输入滤波器、2个APHU和2个输出滤波器将处理两个平行分支中的单声道信号，然后将这些单声道信号组合成一个信号(加在一起)，该一个信号然后被缩放标量“增益虚拟”。接下来，在单声道信号与输入源信号或其经滤波版本组合(相加)之前，将该单声道信号转换为立体声信号。

图13是示出了存在N≥2个用于生成谐波系列的平行分支的系统配置的示例实施例的示意图。由于图12的示例图示出了两个分支，因此图13的示例图可以被设想为具有多于两个分支，所有分支一起包含具有N≥2个平行分支的概念。典型地，每个部分被配置用于相应子带，并且所有分支然后被共同调谐以实现整体表现良好的系统。

为了更好的理解本发明，现在将给出实施方式的更详细但非限制性的讨论和披露：

如先前提及的，在特定示例实施例中，使用以下关键构建块来构建核心谐波发生器是可行的：

ABS/NLD函数(全波整流器)：生成偶次谐波并保留电平。

SIGN函数：生成具有固定电平的奇次谐波，无论输入电平如何(即其对输入进行归一化)。

经低通滤波的SIGN函数：对于1次谐波与3次谐波之间的某处的合适选择的截止频率，输出将近似1次谐波(即基波)，但电平被归一化。

混合乘法：两个正弦函数的乘积导致具有与输入频率的和与差相对应的频率的两个正弦波。

如先前提及的，还可以使用符号序列单元(SSU)，该SSU用于根据纯音输入和分频器和/或倍频器的配置选择产生具有某个周期的新方波形。

如图5A中所展示的，作为绝对值函数的ABS()函数返回振幅比例偶次谐波。使用SIGN()和低通滤波器，实现了归一化基波的估计。该估计与ABS()输出的乘法生成振幅比例奇次谐波系列。生成的偶次/奇次谐波系列具有可比较的谐波振幅分布并且可以通过简单的增益调整(gain_a/gain_b)实际上平滑地混合。

举例来说，向图5A中的APHU馈送纯音输入产生具有特定音色的全谐波系列。可以通过应用谐波整形滤波器作为滤波后操作(例如带通滤波器)来控制音色。

实际上，可能期望例如在收听音扫频和/或选定的音乐素材时实时调整以下块和/或设置中的一个或多个(调谐)：

·滤波器“H_APHU”(APHU块中在SIGN()函数之后的滤波器)，

·缩放因子：“增益a”和“增益b”，

·处理后谐波整形滤波器，

以便产生针对给定输入频率范围留下干净/良好声音纯音印象的谐波。这可以是例如由音频工程师执行的调谐过程的一部分。

总而言之，结果是适当配置的块和/或模块的唯一组合具有以下质量中的一个或多个：

·以简单且有效的方式实现与振幅成比例；

·声音质量，可以实现的音色(当与谐波输出滤波器组合时)；

·声音质量，良好的瞬态响应(由于有限的内部信号记忆)；以及

·DSP代码和运行时复杂度，使用例如级联的双二阶滤波器来实现不同的滤波步骤(即输入滤波器、H_APHU和输出滤波器)。

再次参考图11，单一频带虚拟低音架构可以例如使用以下给出的非限制性示例设置通过简单的滤波阶段在APHU周围构建：

·输入滤波器：

·根据期望的带宽(例如20Hz至75Hz)对APHU的输入进行整形。

·输出滤波器：

·根据扬声器性质和期望的虚拟低音音色(例如75Hz至140Hz)对输出谐波进行整形。

·输入源滤波器：

·用于移除扬声器无法重现的低频能量的高通滤波器。

在特定示例实施方式中，所有滤波器(H_APHU、输入滤波器、输出滤波器、输入源滤波器)可以被实施为级联的双二阶部分。从DSP实施方式和运行时复杂度角度看这是有益的，以及限制对众所周知的高电平双二阶设计参数的调谐处理数。

图14是展示了偶次谐波和奇次谐波如何使用APHU处理系统很好地混合在一起的示例的示意图。

从图14中的图知道偶次谐波和奇次谐波如何使用图11中的APHU处理系统很好地混合在一起。

纯音扬声器响应示例：

·20Hz输入：

·偶次：40，80，120，...

·奇次：20，60，100，140，...

·50Hz输入：

·偶次：100，200，...

·奇次：50，150，250，...

虽然所提出的创新涉及一种用于生成谐波的一般方法，但是在许多情况下发现所提出的创新最适合用作用于低音增强的非限制性框架的一部分。

图15是展示了这样的框架的示例的示意图。非可选块首先包括用于选择感兴趣频率范围的块，在该范围内存在期望从其生成谐波的基波分量。典型地，这是使用低通滤波器或带通滤波器来实施的。所述块的输出(其包含具有有限带宽的信号)被传递给谐波发生器，并且所生成的谐波与包括输入信号的所有可听频率的另一信号重新组合。这将创建包括未经改变的高频分量和从低频分量生成的谐波二者的输出信号，使得听者能够听到与高频基波和低频基波二者有关的信号。

对上述框架的一些基本添加也是有可能的，但对于基本操作而言并不是严格必需的。在与更高频率重新组合之前，可以与第一频带并行地提取一个以上的频带，并传递给另一个谐波发生器。还可以在谐波发生器之前或之后应用一些附加处理(比如压缩器、滤波器等)，以进一步对信号整形。这些可以均放置在谐波发生器之前/之后，或者在谐波发生器之前和之后。同样，可以对图15的上部分支应用一些附加处理。这可以是高通滤波器，用于去除具有从中生成谐波的那些频率的频率分量。这里还可以放置压缩器。应该注意的是，还有许多不影响谐波发生器本身的精神的选项是可能的。我们现在离开这个框架，在谐波发生器被置于所描述框架的最小版本中的假设下继续描述谐波发生器。

当在基频的整数倍处生成谐波(其可以被称为自然谐波)时，基波消失现象本质上表明高于声音重现的截止频率fc的两个最低次谐波必须在输出信号中有明显振幅以便表达低频基波的错觉。

从中选择的可能的谐波然后以基频间隔开，这意味着基频越高，可能的谐波之间的频率中的距离越大。对于恰好低于fc的基波，这意味着必须生成几乎为fc的2倍和3倍处的谐波。对于较低的基波，谐波之间的间隔也较小，因此更靠近截止频率的谐波可以用于提供相同效果。

以具有100Hz的fc的系统为例。然后，对于95Hz的基波，分别需要190Hz和285Hz的谐波。另一方面，如果基波为45Hz，则135Hz和180Hz处的谐波就足够了。图16通过示出针对输入频率的高于截止频率的两个最低次谐波而展示了这一概念。可以看出，低于截止频率的最高基波与最高谐波频率相关联。

发明人已经发现这一问题也可以通过生成分数谐波、特别是在基频的3/2处的谐波来解决。典型地，该谐波将与基频的2倍处的谐波组合。由于这两个音表示基频的1/2处的音的3倍和4倍处的谐波，因此基波消失现象使得听者能够感知到输入信号的基频的1/2处的基波。然而，在音阶上，这只有八度移位。音被认为相同但在更低一个八度演奏。因此，音乐内容未改变。

当执行这一过程时，3倍基频处的谐波可以被省略，因为已经存在较低频率处可用的两个谐波分量。因此，谐波系列的音色将更集中于较低频率，从而产生更好的收听体验。此外，如果带通滤波器在(多个)谐波生成单元之后，则上限可能被降低。

图17是图16的对应图，示出了来自所有自然谐波的组的高于截止频率的两个最低次谐波和基频的3/2处的谐波。如可以看出的，相比于图16，在此使用的最高次谐波分量在更低的频率范围内。这是以感知到的基频与输入基频不相同为代价的。

举例来说，例如，如图18中示意性地展示的，这一策略可以使用两个平行APHU分支/单元来实施：一个被配置为生成基频的整数次谐波，一个被配置为至少生成输入频率的3/2处的分数谐波。

对于低于截止频率的较高范围的基波，主要对分数谐波感兴趣。实际上，这些谐波还将与低于fc的不易察觉的基频或2倍输入处的低电平谐波混合，因为系统的较低截止频率和各种频带有限的滤波器均具有有限的斜率，并且因此提供其截止频率之外的极小的泄露信号。这通常足以提供低频基波的错觉。在适当情况下，当基波显著低于截止频率时，仅需要在全振幅处提供自然谐波。因此，可以将与对分数谐波发生器单元的输入相关联的滤波器的频带上限设置为高于与对自然谐波发生器单元的输入相关联的滤波器的频带上限。

然而，在一般形式中，可以通过用于生成自然谐波、分数谐波或两者的任意方法实现相同效果。在该一般形式下，该方法的特征在于使用从输入信号得到的两个频带，其中，至少一个频带用作自然谐波发生器单元的输入，一个频带用作分数谐波发生器单元的输入。所述分数谐波发生器至少生成基频的3/2处的分量。生成的自然谐波系列和/或分数谐波系列可以进一步被例如低通或带通滤波器修改。将自然谐波信号和分数谐波信号组合成谐波信号。所述谐波信号可以进一步被例如低通或带通滤波器修改。该谐波信号然后与输入信号或从中得到的另一个信号组合以产生输出信号。更具体地，一般形式也可以使与对分数谐波发生器单元的输入相关联的滤波器的频带上限高于与对自然谐波发生器单元的输入相关联的滤波器的频带上限。

图19是展示了具有多个平行分支的系统的示例的示意图，其中每个分支保持APHU的不同配置。

在特定非限制性示例中，系统包括组合不同APHU“类型”的三个平行分支：

分支1：仅生成自然(偶次+奇次)谐波。

分支2：生成分数谐波和自然谐波的组合。

分支3：仅生成分数谐波，例如仅11/2。

将理解的是，本文所描述的方法和布置可以以多种方式实施、组合和重新布置。

举例来说，提供了一种被配置成执行如本文所述的方法的装置。

例如，实施例可以以硬件实施，或者以软件实施以便通过适合的处理电路系统来执行，或其组合。

本文描述的步骤、功能、过程、模块和/或块可以使用任何常规技术以硬件来实施，比如离散电路或集成电路技术，包括通用电子电路系统和专用电路系统两者。

替代地或者作为补充，本文所述的步骤、功能、过程、模块和/或块中的至少一些可以用比如计算机程序等软件实施，以便由比如一个或多个处理器或处理单元等合适的处理电路系统来执行。

处理电路系统的示例包括但不限于一个或多个微处理器、一个或多个数字信号处理器(DSP)、一个或多个中央处理单元(CPU)、视频加速硬件、和/或任何合适的可编程逻辑电路系统，比如一个或多个现场可编程门阵列(FPGA)或一个或多个可编程逻辑控制器(PLC)。

还应当理解，可以重新使用实施所提出的技术的任何常规设备或单元的一般处理能力。也可以重新使用现有的软件，例如通过对现有软件进行重新编程，或者通过添加新的软件组件。

也可以提供基于硬件和软件的组合的解决方案。实际的硬件-软件分区可以由系统设计者基于包括处理速度、实施成本和其他要求的许多因素来决定。

根据第七方面，提供了一种计算机程序，该计算机程序用于当由处理器执行时根据具有输入频率的输入信号生成谐波，其中，该计算机程序包括指令，这些指令当由该处理器执行时使该处理器执行本文所描述的方法。

根据第八方面，提供了一种计算机程序产品，该计算机程序产品包括其上存储有根据第七方面所述的计算机程序的非暂态计算机可读介质。

图20是展示了根据实施例的计算机实施方式的示例的示意图。在该特定示例中，本文所描述的步骤、功能、过程、模块和/或块中的至少一些在计算机程序425、435中实施，该计算机程序被加载到存储器420中以供包括一个或多个处理器410的处理电路系统执行。(多个)处理器410和存储器420彼此互连以实现正常的软件执行。可选的输入/输出设备440也可以互连到(多个)处理器410和/或存储器420，以实现比如(多个)输入参数和/或得出的(多个)输出参数等相关数据的输入和/或输出。

术语“处理器”应当在一般意义上解释为能够执行程序代码或计算机程序指令以便执行特定处理、确定或计算任务的任何系统或设备。

包括一个或多个处理器410的处理电路系统因此被配置为在执行计算机程序425时执行比如本文所描述的那些明确定义的处理任务。

处理电路系统不必专用于仅执行上述步骤、功能、过程和/或框，而是还可以执行其他任务。

在特定实施例中，计算机程序425；435包括指令，这些指令当由处理器410执行时使处理器410执行本文所述的任务。

所提出的技术还提供了包括计算机程序的载体，其中，该载体是电子信号、光信号、电磁信号、磁信号、电信号、无线电信号、微波信号或计算机可读存储介质之一。

举例来说，软件或计算机程序425；435可以被实现为计算机程序产品，该计算机程序产品通常在非暂态计算机可读介质420；430(特别是非易失性介质)上执行或存储。计算机可读介质可以包括一个或多个可移除或不可移除存储器设备，包括但不限于只读存储器(ROM)、随机存取存储器(RAM)、光盘(CD)、数字多功能光盘(DVD)、蓝光光盘、通用串行总线(USB)存储器、硬盘驱动器(HDD)存储设备、闪存、磁带或任何其他传统的存储器设备。可以因此将计算机程序加载到计算机或等效处理设备的操作存储器中，以便由其处理电路系统执行。

当由一个或多个处理器执行时，本文提出的过程流程可以被视为计算机流。对应的装置可以被定义为一组功能模块，其中，由处理器执行的每个步骤与功能模块相对应。在这种情况下，功能模块被实施为在处理器上运行的计算机程序。

可以因此将驻留在存储器中的计算机程序组织为适当的功能模块，这些适当的功能模块被配置为在由处理器执行时执行本文所述的步骤和/或任务的至少一部分。

替代性地，可以主要通过硬件模块或者替代性地通过硬件在相关模块之间进行适当的互连来实现这些功能模块。特定示例包括一个或多个适当配置的数字信号处理器和互连以执行特定功能的其他已知的电子电路(例如离散逻辑门)和/或如先前所提及的专用集成电路(ASIC)。可用硬件的其他示例包括输入/输出(I/O)电路系统和/或用于接收和/或发送信号的电路系统。软件与硬件的范围纯粹是实施方式选择。

这些实施例仅作为示例给出，并且应当理解，所提出的技术不限于此。本领域技术人员将理解，在不脱离所附权利要求限定的本范围的情况下，可以对实施例进行各种修改、组合和改变。具体地，在技术上可能的情况下，可以将不同实施例中的不同部分解决方案以其他配置进行组合。

参考文献

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Claims (30)

1.一种用于生成谐波的系统，所述系统包括：

-输入，该输入用于接收具有基频的输入信号；

-至少两个信号路径：

第一信号路径，该第一信号路径被配置为接收该输入信号并且被配置为基于该输入信号生成包括一个或多个谐波分量的第一振幅比例信号，所述第一振幅比例信号的振幅与该输入信号的振幅成比例；

第二信号路径，该第二信号路径被配置为接收该输入信号，所述第二信号路径包括至少一个信号处理块，该至少一个信号处理块被配置为：i)基于该输入信号生成归一化信号，所述归一化信号的振幅与该输入信号的振幅无关，并且ii)将该归一化信号乘以该第一振幅比例信号以生成包括一个或多个谐波分量的第二振幅比例信号；以及

-组合器，该组合器被配置为基于包括一个或多个谐波分量的该第一振幅比例信号和包括一个或多个谐波分量的该第二振幅比例信号生成输出信号。

2.如权利要求1所述的用于生成谐波的系统，其中，所述第一信号路径被配置为生成如具有一个或多个自然谐波的该第一振幅比例信号，并且

其中，所述第二信号路径被配置为生成如具有一个或多个自然谐波或如具有一个或多个分数谐波的该第二振幅比例信号。

3.如权利要求2所述的用于生成谐波的系统，其中，所述第一信号路径被配置为生成如包括偶次谐波系列的该第一振幅比例信号，并且所述第二信号路径被配置为生成如包括奇次谐波系列的该第二振幅比例信号。

4.如权利要求2所述的用于生成谐波的系统，其中，所述第一信号路径被配置为生成如包括偶次谐波系列或奇次谐波系列的该第一振幅比例信号，并且所述第二信号路径被配置为生成如包括至少一个分数谐波分量的该第二振幅比例信号。

5.如权利要求1至4中任一项所述的用于生成谐波的系统，其中，所述第二信号路径包括：

SIGN单元，该SIGN单元用于生成以由该输入信号的基频规定的速率交替的变化符号序列，

滤波单元，该滤波单元被配置为对该变化符号序列进行滤波以生成该归一化信号，该归一化信号的振幅与该输入信号的振幅无关，以及

混合倍频器，该混合倍频器被配置为将该归一化信号乘以该第一振幅比例信号以生成该第二振幅比例信号。

6.如权利要求5所述的用于生成谐波的系统，其中，该SIGN单元和该滤波单元被配置为生成该归一化信号作为一个或多个经滤波的符号序列，该一个或多个经滤波的符号序列用作该输入信号的基频的振幅无关估计。

7.如权利要求5或6所述的用于生成谐波的系统，其中，所述第二信号路径进一步包括布置在该SIGN单元与该滤波单元之间的分频器或倍频器，该分频器或倍频器用于根据纯音输入和该分频器或倍频器的配置/设置产生具有某个周期的变化符号序列，其中，所述滤波单元被配置为接收所述变化符号序列以生成该归一化信号，由此使得能够在将该归一化信号乘以该第一振幅比例信号时生成分数谐波作为该第二振幅比例信号的一部分。

8.如权利要求1至7中任一项所述的用于生成谐波的系统，其中，所述第一信号路径包括至少一个信号处理块，该至少一个信号处理块被配置为生成该第一振幅比例信号。

9.如权利要求8所述的用于生成谐波的系统，其中，该第一信号路径的所述至少一个信号处理块包括非线性设备NLD，该非线性设备被配置为参与生成该第一振幅比例信号。

10.如权利要求9所述的用于生成谐波的系统，其中，该NLD包括绝对值单元ABS()，该绝对值单元用于生成与该输入信号成比例地缩放的自然谐波系列。

11.如权利要求1至7中任一项所述的用于生成谐波的系统，其中，所述第一信号路径被配置为使该输入信号通过作为该第一振幅比例信号。

12.如权利要求1至11中任一项所述的用于生成谐波的系统，其中，该系统进一步包括被配置为缩放该第一振幅比例信号的第一增益倍频器和/或被配置为缩放该第二振幅比例信号的第二增益倍频器，其中，该组合器被配置为接收经缩放的第一振幅比例信号和/或经缩放的第二振幅比例信号作为输入以生成该输出信号。

13.如权利要求1至12中任一项所述的用于生成谐波的系统，其中，所述系统被实施为振幅比例谐波单元APHU。

14.一种用于生成虚拟低音信号、也称为心理声学低音感觉信号的系统，所述用于生成虚拟低音信号的系统包括如权利要求1至13中任一项所述的用于生成谐波的系统。

15.一种布置，包括如权利要求1至13中任一项所述的用于生成谐波的系统的多个实例，该用于生成谐波的系统的所述多个实例以并联和/或串联布置进行布置。

16.如权利要求15所述的布置，其中，当所述多个实例并联布置时，每个实例针对该输入信号的单独频带。

17.一种音频处理系统，包括如权利要求1所述的用于生成谐波的系统、如权利要求14所述的用于生成虚拟低音信号的系统和/或如权利要求15至16中任一项所述的布置。

18.一种音频系统，包括如权利要求17所述的音频处理系统。

19.一种用于基于具有基波输入频率的输入信号生成谐波的方法，所述方法包括：

-从该输入信号得到一个或多个频带信号；

-根据所述频带信号中的至少一个或每一个生成包括一个或多个谐波分量的第一振幅比例信号，所述第一振幅比例信号的振幅与该输入信号的振幅成比例；

-根据所述频带信号中的至少一个或每一个生成归一化信号，所述归一化信号的振幅与该输入信号的振幅无关，并且对于所述频带信号中的至少一个或每一个，将该归一化信号乘以对应的第一振幅比例信号以生成包括一个或多个谐波分量的第二振幅比例信号；

-对于所述频带信号中的至少一个或每一个，基于包括一个或多个谐波分量的该第一振幅比例信号和包括一个或多个谐波分量的该第二振幅比例信号产生输出信号。

20.如权利要求19所述的方法，其中，该第一振幅比例信号包括一个或多个自然谐波，并且该第二振幅比例信号包括一个或多个自然谐波或一个或多个分数谐波。

21.如权利要求20所述的方法，其中，该第一振幅比例信号包括偶次谐波系列，并且该第二振幅比例信号包括奇次谐波系列。

22.如权利要求20所述的方法，其中，该第一振幅比例信号包括偶次谐波系列或奇次谐波系列，并且该第二振幅比例信号包括至少一个分数谐波分量。

23.如权利要求19至22中任一项所述的方法，其中，根据所述频带信号中的至少一个或每一个生成第一振幅比例信号的所述步骤包括使用该频带信号作为对非线性设备NLD的输入并且使用该NLD的输出作为该振幅比例信号。

24.如权利要求19至23中任一项所述的方法，其中，根据所述频带信号中的至少一个或每一个生成归一化信号的所述步骤包括根据所述频带信号中的所述至少一个或每一个生成符号序列并且对所述符号序列应用滤波器以产生经滤波的符号序列信号。

25.如权利要求24所述的方法，其中，根据所述频带信号中的至少一个或每一个生成归一化信号的所述步骤进一步包括使用所述经滤波的符号序列信号作为对另外的NLD的输入并且使用所述另外的NLD的输出作为该归一化振幅信号。

26.如权利要求24或25所述的方法，其中，根据所述频带信号中的至少一个或每一个生成归一化信号的所述步骤进一步包括操纵该符号序列的变化速率。

27.如权利要求19至26中任一项所述的方法，其中，对于所述频带信号中的至少一个或每一个，产生输出信号的所述步骤包括提供该第一振幅比例信号和该第二振幅比例信号的加权版本并组合这些加权版本以生成该输出信号。

28.一种计算机程序，该计算机程序用于当由处理器执行时根据具有输入频率的输入信号生成谐波，其中，该计算机程序包括指令，这些指令当由该处理器执行时使该处理器执行如权利要求19至27中任一项所述的方法。

29.一种计算机程序产品，包括其上存储有如权利要求28所述的计算机程序的非暂态计算机可读介质。

30.一种被配置为执行根据权利要求19至27中任一项所述的方法的装置。

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