CN1206984A - 用于自动补偿音色的方法和装置 - Google Patents

Abstract

公开了一种用于自动补偿音色的方法和装置。该方法包括用于确定是否改换了一个频道或切换了一个输入音频信号的第一步骤,用于计算输入音频信号的频率特性并将比较结果与一个基本表中的数据进行比较的第二步骤,用于确定在第二步骤期间输入音频信号作为一种最小错误模式的第三步骤,以及用于根据确定的模式补偿音色的第四步骤。该方法和装置在提供最佳声音的同时消除用户的手动控制。

Description

用于自动补偿音色的方法和装置

本发明涉及一种音频信号处理技术，特别地，涉及一种用于自动补偿音色而不用由用户增加键操作的改进方法和装置。

图1显示的是用于电视机的传统的音频信号处理装置的方框图。如图所示，该装置包括一个调谐单元101，用于根据通过一个天线ANT接收到的高频广播信号从多个频道中由用户选择所需要的频道，一个波形检测单元102，用于接收调谐单元101的输出信号并恢复一个视频信号和一个音频信号，一个输入信号选择单元103，用于向一个图象处理单元输出从波形检测单元102接收到的视频信号，并输出从波形检测单元102输出的音频信号和一个外部音频信号EAUin中选择的一个信号，一个声音控制单元104，用于调节输入信号选择单元103输出的音频信号的音量，并输出一个结果信号到扬声器SP，以及一个微计算机105，用于根据从一个键输入单元106接收到的用户选择信号控制相应的模块。

下面描述传统的音频信号处理装置的操作。

首先，在用户希望观看表面波(arealwave)广播的情况下，当所要求的广播频道通过键输入单元106输入时，输入信号被加到微计算机105，微计算机105随后输出相应的控制信号到调谐单元101。

调谐单元101用通过天线ANT接收的高频广播信号选择多个频道中的一个，也就是相应于来自用户选择的由微计算机105加到其上的控制信号的频道，调谐单元101然后将相应频道的电视广播信号放大到一预定电平，并输出放大的信号。然后，波形检测单元102从调谐单元101输出的信号恢复原始视频信号和音频信号。

输出信号选择单元103将波形检测单元102输出的信号中的视频信号传输到图象处理单元，而将音频信号AU传输到声音控制单元104。

当需要通过一个另外的连接线由一个外部设备进行重放(playback)而不是观看空中(aerial)波广播时，也就是，当外围设备例如VCR，CD(光盘)播放机以及LD(激光视盘)播放机连接到电视机来重放时，用户可以通过键输入单元106进行相应功能的键操作，微计算机105识别该键操作，从而将一个相应的控制信号CS1加到输入信号选择单元103。

然后，输入信号选择单元103根据控制信号CS1从音频信号或从波形检测单元102输出的外部音频信号EAUin中选择一个，并分别输出视频信号和音频信号到图象处理单元和声音控制单元104。声音控制单元104接收从输入信号选择单元103输出的音频信号AU，并将所接收的信号调节到一个用户所需要的音量电平，也就是相应于从微计算机105输出的控制信号CS2的一个音量电平，以便将其加到扬声器SP。

然而，传统的音频信号处理装置的音色调节技术的一个缺陷是，在依据几种音色模式设置一个补偿值后，当选择了一种用户所期望的音色模式时，应用一个预先设置值进行对于相应频率的音色补偿，从而导致了使用中的不方便。

例如，用户在听新闻，当他想听音乐时，声音模式不得不手动地转换到音乐模式。也就是说，如果没有键输入，音色则保持不变。

并且，音色补偿在参考相应主模式的平均特性下被执行，这样不同的频率特性导致了不自然的感觉。也就是说，这样一种音色补偿被固定在一种一致的音色上。

本发明是针对传统技术的缺点的解决方案。因此，本发明的一个目的是提供一种自动补偿音色的方法和装置，其中，音频信号的一种音色模式被自动地确定以调节音色，并且根据一个当前施加的音频信号的相应频率的能量适当地调节在这种模式中的一个变化值，以便当即使在相同的音色模式中频率特性相当不同时能防止用户产生一种非自然的感觉。

为了实现上述目的，依据本发明提供了一种自动补偿音色的方法，该方法包括用于确定是否修改了一个频道或切换了一个输入音频信号的第一步骤，用于计算输入音频信号的频率特性并将比较结果与一个基本表中的数据进行比较的第二步骤，用于确定在第二步骤期间输入音频信号作为一种最小错误模式的第三步骤，以及用于根据确定的模式补偿音色的第四步骤。

进一步地，为了实现上述目的，依据本发明提供了用于在接收外部输入或空中波并重放出一音频信号的设备中自动补偿音色的装置，该装置包括一个自动音色确定单元，用于依据面向时间的频率类型分析特性，一个微计算机，用于应用由自动音色确定单元输出的音色确定信息确定音色模式，并输出一个音色补偿控制信号，从而对一个相应的模式补偿音色，以及一个声音控制单元，用于依据音色补偿控制信号补偿音色。

本发明的目的和优点从下文的详细说明将会变得更加明显。然而，因为从该详细说明中在本发明的构思和范围内的各种变化和修改对于本领域普通技术人员将变得很明显，应该理解，这些详细说明和特定例子虽然表示了发明的最佳实施例，但仅仅是为了例示说明。

参考附图将会更好地理解本发明，这些附图仅仅是为了说明的目的，因此并不限制本发明的范围，其中：

图1是表示电视机的一种传统的音频信号处理装置的方框图；

图2是表示依据本发明的电视机的一种可用于自动补偿音色的装置的音频信号处理装置；

图3A是表示在运用到本发明的谱图原理(spectrogram principle)下的一个音频信号的时间图；

图3B是表示在运用到本发明中的光频图原理下的一个音频信号的频率区域的时间图；

图3C是表示在运用到本发明中的一个光频图原理下沿一时间轴排列的一个音频信号的图；

图4A是在一个电视机应用中关于一个自动音色选择单元的频率模式特性表；

图4B是由一个CD应用获得的关于一个自动音色选择单元的频率模式特性表；

图5A和5B是表示依据本发明用于自动补偿音色的方法的信号流程图。

图2是表示依据本发明的最佳实施例用于电视机的一个音频信号处理装置的方框图。如图所示，该装置包括：一个调谐单元201，用于依据通过天线ANT接收的高频广播信号从多个频道中选择出一个用户需要的频道；一个波形检测单元202，用于接收调谐单元201的输出信号并恢复一视频信号和一音频信号；一个输入信号选择单元203，用于输出从波形检测单元202输出的一个音频信号和通过一个外加连接线接收到的一个外部音频信号EAUin中选择出的一个信号；一个声音控制单元204，用于调节从输入信号选择单元203输出的音频信号AU的音量和音色，并输出结果值到一个扬声器SP；一个7-波段带通滤波器205A，用于将输入音频信号的频率分成多个频带并输出结果值；一个信号翻译器(interpreter)205B，用于累计一预定时间的7-波段带通滤波器205A的输出值，依据频率特性计算波段相应的能量变化，将比较结果与参照表中的数据进行比较，分离在最小错误模式中的一个输入音频信号，并因此输出一个音色确定信息；以及一个微计算机206，用于控制调谐单元201的调谐操作，输入信号选择单元203的输入信号选择操作，以及声音控制单元204的音量，然后输出一个音色补偿控制信号CS2，依据从信号翻译器205B输出的音色确定信息来控制声音控制单元204的音色。

下面将进一步参考图3至5说明这样构造的本发明的操作和效果。

调谐单元201选择一个用户需要的频道，也就是一个相应于来自微计算机206的调谐数据的频道，将相应频道的电视广播信号放大到一预定电平，并输出该放大信号。

波形检测单元202从调谐单元201输出的视频和音频中间频率信号中恢复出一个原始视频信号和音频信号。

另外，输入信号选择单元203将波形检测单元202输出的视频信号传送到放置在其后面的一个图像处理单元，并输出从波形检测单元202输出的音频信号和一个外部音频信号EAUin中选择的一个信号。这里，这种选择操作依据一个从微计算机206输出的控制信号CS1来进行。

此时，自动音色确定单元205分析从输入信号选择单元203输出的音频信号的频率特性，并输出用于依据分析结果选择一种音色模式的音色确定数据。

另外，微计算机206依据从自动音色确定单元205输出的音色确定数据确定一种相应的音色模式，并输出一个声音补偿控制信号CS2，以根据相应的模式来控制声音控制单元204。

因此，当输出从输入信号选择单元203输出的音频信号AU时，声音控制单元204依据控制信号CS2调节音色用于输出。此时，应用调节部件(element)来调节音色。

根据上述步骤，依据输入音频信号的频率分布自动地调节音色。

这里，参考以7-波段带通滤波器205A和信号解释器205B实现自动音色确定单元205的一个最佳实施例，下面将作进一步说明。

首先，从输入信号选择单元203输出的音频信号AU通过7-波段带通滤波器205A被滤波到7个不同的频率区并因此输出。

这里，采用一个多波段带通滤波器是由于如下原因。为了解释(interpret)一个音频信号的频率，可以考虑傅立叶变换。然而，该变换需要大量的计算，从而使得应用一个现有的微计算机实现此变换是不可能的。另外，一个傅立叶变换-专用设备导致费用的进一步增加，因而本发明采用一个简单的带通滤波器来分析输入音频信号的频率类型，并相应地确定音色模式。

信号翻译器205B顺序地累计一预定时间的7-波段带通滤波器205A的输出值，根据频率特性考虑相应的波段能量值、变化和无声区间数(voiceless interval)，将结果值与参照表中的数据进行比较，确定在一种具有最小错误的模式中的输入音频信号的音色模式，并将相应确定的信息传输到微计算机206。

此时，当确定音频信号和音色模式时，频率特性比在相应频率中的能量幅度更重要。因此，当信号翻译器205B确定音频信号的一种音色模式时，不存在精确的参考值。根据频率的特性和能量模式的优先级发生分离。

例如，本发明的优选实施例考虑到7-波段带通滤波器的输出值、无声区间数目、能量波段数目、全部变化以及1kHz波段附近的变化来确定音色模式。

另外，为了方便对关于时间流(time flow)的频率变化的解释，采用了光频图原理。

如图3A所示的音频信号以一个较短的时间被变换到如图3B所示的频率区域，以便沿时间轴排列，如图3C所示，以获得一图形图像。应用通过上述步骤获得的二维数据来分析音频信号。

图4A和4B分别为表示依据应用到TV和CD中的自动音色确定单元205中获得的模式的频率特性的表，也即频率域中的能量值和变化，以方便通过将当前施加的音频信号与特性表比较进行音色模式确定。

这里，在确定过程中采用的帧集合(set)通过增加获得200ms间限的滤波器值的9帧以及用于确定在200ms内的15ms的有声/无声的9帧来达到81帧。

关于7-波段(波段1-波段7)带通滤波器205A的相应波段的输出值表示频率能量，并且每个具有在范围00～FF(h)变化的值。然而，因为出现在无声区间中的噪声比E0(h)大，该值被认为没有在范围00～EO(h)变化的值，并且无声帧的数目通过对被确定为无声的帧计数来得到。在一个帧集合内的最大值为81，则该值在范围00～51(h)变化。

另外，能量波段的数目表示没有零作为输出值的波段的数目，这样则值的范围是0～7(h)，并且当7-波段带通滤波器205A的能量变化以允许该滤波器的值被读9次时，通过增加“1”来产生全部变化，从而在一个滤波器中产生最大8次的变化。因此，在7个滤波器中，最大出现56次变化，则值的范围是00～38(h)。

当能量在滤波器的波段3(band3)到波段5(band5)变化时，通过增量“1”在1kHz附近出现波段变化，则在3个滤波器中变化的最大可能数目为24，从而获得在00～18(h)的值。

如图4A所示，声音信号在全部波段上均匀分布，并且能量在1kHz附近较大，能量变化在该波段较大。同时，一个音乐信号在1kHz附近比声音信号小。

混合信号例如体育广播信号具有相当高频率的观众欢呼声。因此，当一个解说员的声音更大时，混合信号被分类为依赖区间的声音信号；否则，混合信号表现出如图4A所示的特性。

另外，如图4B所示，古典音乐和流行音乐是轻微可分的，但在爵士乐的情况下却很难分辨，因为爵士乐是处于古典和流行音乐之间的中间形式。

为了将所有特性放在一起，信号翻译器205B通过判断其优先级确定具有最小错误的一种模式。这里，在分离声音信号和音乐信号中最重要的因素是无声区间的数目。

在声音信号的情况下，在所有81个帧中至少存在着多于10个的无声区间。这是因为在此期间声音信号趋向被打断。当只存在着新闻声音时，通过应用这种特性已获得95％的识别率。然而，当许多人同时说话时，必须应用具有小的无声区间的频率特性。

因此，音色确定的控制流应该最初在无声区间的数目的基础上来判断，并且当此数目相当大时，立即确定为声音信号。

剩余信号应用图4A和4B中的特性来比较，然后根据具有最小错误的模式来分类。

这里，考虑将无声帧的数目作为第一优先级，这些特性被分成四个步骤，根据下面的其他特性可以细微地分开这些模式：

首先，无声帧的数目＞4A(h)：没有输入信号；

其次，F(h)＜无声帧的数目≤4A(h)：声音；

第三，5(h)＜无声帧的数目≤F(h)：非常可能被分为混合信号；

    ^*能量波段数目≥6：声音；

    ^*{4＜能量波段数目＜6}与{在波段1，2，6和7中存在大于两个不为零的波段}：混合；

    ^*{能量波段数目＜4}与：混合；

    ^*{能量波段数目＜4}与波段≠0或波段1≠0}与{在波段3，4和5中存在小于1个不为零的波段}：音乐；

第四，无声区间的数目≤5(h)：非常可能被分为音乐；

    ^*{波段7＝0}与{能量波段数目＞5}：声音；

    ^*{波段≠0}与{在波段3，4和5中不为零的波段≥2}：混合；

    ^*{波段7≠0}与{在波段3，4和5中不为零的波段＜2}与{波段1＝0}与{波段2＝0}与{1kHz附近变化≥4}：混合；

    ^*{波段7≠0}与{在波段3，4和5中不为零的波段＜2}与{波段1＝0}与{波段2≠0}与{能量波段数目≤4}：混合；

以及

    ^*剩余其他：音乐。

关于一个被分类为音乐模式的信号的古典、爵士和流行的分离如下：

首先，古典，

    ^*{波段7＝0}与{在波段3，4和5中不为零的波段＞2}；

    ^*{波段7＝0}与{在波段3，4和5中不为零的波段＜2}与{波段1＝0}与{能量值数目≤3}；

其次，爵士，

    ^*{非古典}与{波段1＝0}与{波段7≠0}与{能量波段数目＞4}；

    ^*{非古典}与{波段1＝0}与{波段7＝0}与{波段6≠0}与{波段5≠0}；

    ^*{非古典}与{波段1≠0}与{波段7≠0}与{波段6≠0}与{波段5≠0}：爵士；以及

第三，流行包括除了古典和爵士的所有音乐。

因为模式已如上文所示被分类，大的错误表示在特性优先级中的大的区别，并且当模式相应于在更高优先级中的比较的情况时，在较低优先级中的区别则被忽略。

此时，当信号翻译器205B选择关于输入音频信号的具有最小错误的音色模式时，选定信息被加到微计算机206，微计算机206随后依据选定信息将控制信号CS2发送到声音控制单元204。

然后，声音控制单元204依据控制信号CS2控制输入音频信号的音色，并输出结果值到扬声器SP。

图5A和5B分别是表示依据本发明用于自动补偿音色的方法的信号流程图。

首先，如图所示，检查用户输入的是输入模式键，即频道改换键，还是输入了声音输入信号修改键，以便立即进行音色模式的补偿例程。当没有键输入时，在等待了一预定时间后执行音色模式补偿例程，以便在相同模式内考虑不同的频率特性。

当自动音色补偿例程被初始化时，相应的用于补偿音色的变量被初始化。然后，检查是否先前设置的预设时间T1(200ms)已经消逝。如果时间还没有消逝，一直等到时间消逝之后，7-波段带通滤波器205A的各波段的输出值被顺序地读过一个乘法器。然后，获得关于先前值的一个平均值并存储起来。(步骤S1～S4)

然后，检查是否先前设置时间T2(15ms)已经消逝。如果时间还没有消逝，重复地进行步骤S3，S4；如果时间已经消逝，至此已存储的数字值被转换成模拟值，并且将该值与先前设置的参考值(例如30(h))比较。(步骤S5～S7)

根据比较结果，当该模拟值小于参考值时，当前区间被确定为无声，从而将无声帧的数目增加“1”。然后，检查至此的无声帧的数目，在还没有达到一个预定数目的次数(例如，9次)时，重复进行步骤S5～S8。

然而，根据检查结果，当无声区间的数目已经超过预定数目的次数时，当前数据包(packet)数目被确定(步骤S10)。在未达到先前设置值(包＝9)时，恢复到第二步骤S2。在达到时，在至此获得的频率特性，即与音色模式一致的音频信号的频率能量的基础上分辨音色模式，从而补偿音色。

当无声区间的数目小于4A(h)时，确定当前音色模式被确定为无数的，从而音色作为基本值补偿(步骤S11，S12)。

当满足F(h)＜无声区间的数目≤4A(h)时，当前音色被确定为声音，并相应地进行音色补偿(步骤S13，S14)。

同样地，当满足5(h)＜无声区间的数目≤F(h)时，当前音色被确定为混合，然后根据能量波段的数目分辨声音、音乐和混合，从而根据相应的模式进行音色补偿(步骤S15，S16)。

如果满足无声区间的数目≤5(h)，当前音色被确定为音乐，然后根据能量波段的数目分辨声音、音乐和混合，从而根据相应的模式进行音色补偿(步骤S17，S18)。

当无声区间的数目相应于除了以上所述的情况时，音色作为基本值被补偿(步骤S19)。

如上所述，本发明在频道被修改、输入音频信号被转换或者色声模式被修改时，在当前运用的频率能量的基础上，通过确定在其自身中的当前音色自动地调节音色，从而在提供最佳声音的同时消除用户的手动控制。

在不偏离本发明的本质特征的精神的情况下，本发明可以以几种形式来实施，应该理解，上述的实施例并不限于前面描述的任何细节，除非特别指定，而应在附带的权利要求书所定义的精神和范围内较宽地构造，因此，所有落入权利要求书范围和限制内的或等效的变化和修改将在所附权利要求中被涵盖。

Claims (7)

1.一种用于自动补偿音色的方法，包括：

用于确定是否改换了一个频道或切换了一个输入音频信号的第一步骤；

用于计算输入音频信号的频率特性并将比较结果与一个基本表中的数据进行比较的第二步骤；

用于确定在第二步骤期间输入音频信号作为一种最小错误模式的第三步骤；以及

用于根据确定的模式补偿音色的第四步骤。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于：所述第一步骤包括一个步骤，在该步骤在等待到一预定时间的消逝后所述第一步骤进行到所述第二步骤，以便在一个相同的音色模式内考虑其他频率特性。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于：所述第二步骤还包括一个步骤，在此步骤关于音频信号的各波段的能量值和变化被周期地读，并累计一预定时间，在累计值的基础上计算一频率特性。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于：所述第三步骤在关于相应的频率波段的能量的累计值的基础上相应于一个时间消逝确定音频信号的特性的优先级，并由该优先级确定一种模式。

5.在用于接收一个外部输入或一种空中波并重放出一个音频信号的设备中，一种用于自动补偿音色的装置包括：

一个自动音色确定单元，用于依据面向时间的频率类型分析特性；

一个微计算机，用于应用由自动音色确定单元输出的音色确定信息确定音色模式，并输出一个音色补偿控制信号，以便对一个相应的模式补偿音色；以及

一个声音控制单元，用于依据音色补偿控制信号补偿音色。

6.如权利要求5所述的装置，其特征在于：所述自动音色确定单元包括：

一个多波段带通滤波器，用于将输入音频信号的频率分类成一多波段频率，并输出分类值；以及

一个信号翻译器，用于累计一预定时间的多波段带通滤波器的输出值，根据频率特性计算关于相应波段的能量值和变化，将计算结果与一基本表中的数据进行比较，分辨输入音频信号到一最小错误模式，并相应地输出一音色确定信息。

7.如权利要求6所述的装置，其特征在于：所述多波段带通滤波器为一个7-波段带通滤波器。

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