RU2807607C2 - Банк аудиофильтров с малой задержкой и повышенной разрешающей способностью по частоте - Google Patents

Abstract

Изобретение относится к области вычислительной техники для обработки звука. Технический результат заключается в сокращении задержки на низких частотах с одновременным сохранением импульсной характеристики фильтра. Технический результат достигается за счет генерирования множества модифицированных импульсных характеристик из множества идеальных импульсных характеристик, при этом множество идеальных импульсных характеристик соответственно соотносится с множеством частот, где генерирование множества модифицированных импульсных характеристик включает выполнение операции ослабления и операции обращения во времени в отношении по меньшей мере одной из множества идеальных импульсных характеристик; и фильтрации входного сигнала с помощью множества модифицированных импульсных характеристик для генерирования выходного сигнала. 3 н. и 17 з.п. ф-лы, 18 ил.

Description

ПЕРЕКРЕСТНЫЕ ССЫЛКИ НА РОДСТВЕННЫЕ ЗАЯВКИ

[0001] Данная заявка заявляет приоритет предварительной заявки на патент США №63/028 966, поданной 22 мая 2020 г., и предварительной заявки на патент США №62/866 823, поданной 26 июня 2019 г., каждая из которых посредством ссылки полностью включена в данное описание.

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

[0002] Настоящее изобретение относится к обработке звука и, в частности, к динамическим аудиофильтрам.

ПРЕДПОСЫЛКИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0003] Если иное не указано в данном документе, подходы, описанные в данном разделе, не являются известным уровнем техники для формулы изобретения в данной заявке, и их не следует признавать известным уровнем техники из-за включения в данный раздел.

[0004] При обработке входного звукового сигнала часто требуется использовать банк фильтров для изменения звукового сигнала так, чтобы коэффициент усиления на разных частотах определялся набором динамических коэффициентов. Динамический аудиофильтр можно реализовать с использованием некоторого количества предварительно вычисленных полосовых фильтров с характеристикой аудиофильтра, образованной из взвешенной суммы характеристик этих полосовых фильтров. Веса можно варьировать динамически.

[0005] Обычно полосы частот имеют не одинаковую полосу пропускания, но вместо этого фильтры менее высоких частот являются более узкими (и теснее расположенными), чем фильтры более высоких частот. Как следствие, импульсные характеристики фильтров более высоких частот будут более компактными (содержащими большую часть их энергии распределенной по меньшему количеству отсчетов), чем импульсные характеристики фильтров менее высоких частот (содержащие большую часть их энергии, распределенной по большему количеству отсчетов).

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0006] Одной проблемой существующих банков фильтров является задержка. В фильтрах менее высоких частот для точного представления импульсной характеристики необходимо использовать определенное количество отсчетов, которое соответствует задержке фильтра. В фильтрах более высоких частот необязательно нужно использовать столько же отсчетов, сколько в фильтрах менее высоких частот, и поэтому они имеют меньшую задержку. Однако в банке фильтров, содержащем фильтры как низких, так и высоких частот для воссоединения отфильтрованных полос высокочастотные фильтры необходимо задерживать с целью согласования с задержкой низкочастотных фильтров. Таким образом, задержка низкочастотных фильтров ограничивает общую задержку банка фильтров.

[0007] С учетом вышеизложенного, существует потребность в сокращении задержки на низких частотах с одновременным сохранением импульсной характеристики фильтра. В данном документе описаны технические решения, относящиеся к конструкции фильтра с малой задержкой.

[0008] Согласно варианту осуществления, способ обработки звука включает генерирование множества модифицированных импульсных характеристик из множества идеальных импульсных характеристик, при этом множество идеальных импульсных характеристик соответственно соотносится с множеством частот, при этом генерирование множества модифицированных импульсных характеристик включает выполнение операции ослабления и операции обращения во времени в отношении по меньшей мере одной из множества идеальных импульсных характеристик. Способ дополнительно включает фильтрацию входного сигнала с помощью множества модифицированных импульсных характеристик для генерирования выходного сигнала.

[0009] Генерирование множества модифицированных импульсных характеристик может включать генерирование колебательной предхарактеристики на основе первой идеальной импульсной характеристики; генерирование колебательной постхарактеристики на основе колебательной предхарактеристики; и добавление первой идеальной импульсной характеристики, вычитание колебательной предхарактеристики и добавление колебательной постхарактеристики для генерирования первой модифицированной импульсной характеристики.

[0010] Генерирование множества модифицированных импульсных характеристик может включать генерирование первой характеристики фильтра на основе первой идеальной импульсной характеристики; генерирование колебательной предхарактеристики на основе первой характеристики фильтра; генерирование промежуточной характеристики на основе колебательной предхарактеристики; генерирование второй характеристики фильтра на основе промежуточной характеристики; генерирование колебательной постхарактеристики на основе второй характеристики фильтра; и добавление первой характеристики фильтра, добавление колебательной постхарактеристики и вычитание колебательной предхарактеристики для генерирования первой модифицированной импульсной характеристики.

[0011] В соответствии с другим вариантом осуществления, устройство содержит процессор и запоминающее устройство. Процессор выполнен с возможностью управления устройством для генерирования множества модифицированных импульсных характеристик из множества идеальных импульсных характеристик, при этом множество идеальных импульсных характеристик соответственно соотносится с множеством частот, генерирование множества модифицированных импульсных характеристик включает выполнение операции ослабления и операции обращения во времени в отношении по меньшей мере одной из множества идеальных импульсных характеристик. Процессор дополнительно выполнен с возможностью управления устройством для фильтрации входного сигнала с помощью множества модифицированных импульсных характеристик с целью генерирования выходного сигнала. Устройство может дополнительно содержать детали, подобные таковым в одном или нескольких из способов, описанных в данном документе.

[0012] Согласно другому варианту осуществления, на энергонезависимом машиночитаемом носителе данных хранится компьютерная программа, которая при исполнении процессором управляет устройством для исполнения обработки данных, включающей один или несколько способов, описанных в данном документе.

[0013] Следующее подробное описание и сопроводительные графические материалы обеспечивают дополнительное понимание сущности и преимуществ различных реализаций.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ГРАФИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ

[0014] На фиг. 1 изображена блок-схема банка 100 фильтров.

[0015] На фиг. 2 представлен график 200, на котором показан набор частотных характеристик банка фильтров.

[0016] На фиг. 3 представлен график 300, на котором показана иллюстративная комбинированная характеристика 302 фильтра.

[0017] На фиг. 4 изображена блок-схема банка 400 фильтров.

[0018] На фиг. 5 изображена блок-схема банка 500 фильтров.

[0019] На фиг. 6 представлен график импульсной характеристики 600.

[0020] На фиг. 7 изображена блок-схема массива 700 фильтров.

[0021] На фиг. 8 представлен график 800, на котором показан иллюстративный набор импульсных характеристик банка фильтров во временной области.

[0022] На фиг. 9 представлен график 900 сигналов, на котором показан усовершенствованный способ модификации импульсных характеристик.

[0023] На фиг. 10 показана блок-схема способа 1000 генерирования характеристики фильтра.

[0024] На фиг. 11 представлен график 1100, на котором показаны различные сигналы, относящиеся к фиг. 10.

[0025] На фиг. 12 представлен набор графиков, на которых показаны фазовое искажение 1202 и групповая задержка 1204.

[0026] На фиг. 13 представлен график 1300, на котором показаны различные импульсные характеристики.

[0027] На фиг. 14 показана блок-схема способа 1400 генерирования характеристики фильтра.

[0028] На фиг. 15 представлен график 1500, на котором показаны различные сигналы, относящиеся к фиг. 14.

[0029] На фиг. 16 показана схема последовательности операций способа 1600 обработки звука.

[0030] На фиг. 17 показана схема последовательности операций способа 1700 обработки звука.

[0031] На фиг. 18 показана схема последовательности операций способа 1800 обработки звука.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ

[0032] В данном документе описаны технические решения, относящийся к аудиофильтрам. В нижеследующем описании, в целях разъяснения, многочисленные примеры и конкретные подробности изложены для того, чтобы обеспечить полное понимание настоящего изобретения. Однако специалисту в данной области техники будет очевидно, что настоящее изобретение, определяемое формулой изобретения, может включать некоторые или все признаки из этих примеров сами по себе или в комбинации с другими признаками, описанными ниже, и может дополнительно включать модификации и эквиваленты признаков и концепций, описанных в данном документе.

[0033] В следующем описании подробно описаны способы, процессы и процедуры. И хотя определенные этапы могут быть описаны в некотором порядке, этот порядок главным образом предназначен для удобства и ясности. Определенный этап может повторяться более одного раза, может происходить до или после других этапов (даже если эти этапы иначе описаны в другом порядке) и может происходить параллельно другим этапам. Следование второго этапа за первым этапом требуется только тогда, когда первый этап необходимо выполнить до начала второго этапа. Такая ситуация будет конкретно указана, если это не ясно из контекста.

[0034] В данном документе используются термины «и», «или» и «и/или». Такие термины следует прочитывать как имеющие включающее значение. Например, «A и B» может означать по меньшей мере следующее: «и А, и В», «по меньшей мере и A, и B». В качестве другого примера, «A или B» может означать по меньшей мере следующее: «по меньшей мере А», «по меньшей мере В», «и А, и В», «по меньшей мере и A, и B». В качестве другого примера, «A и/или B» может означать по меньшей мере следующее: «А и В», «A или B». Когда подразумевается исключительное «или», оно будет обозначаться конкретно (например, «или А, или В», «самое большее одно из А и В»).

[0035] В данном документе описаны различные функции обработки данных, связанные с такими структурами, как блоки, элементы, компоненты, схемы и т. д. В целом эти структуры могут быть реализованы процессором под управлением одной или нескольких компьютерных программ.

[0036] На фиг. 1 изображена блок-схема банка 100 фильтров. Банк 100 фильтров содержит некоторое количество фильтров, которые по отдельности не показаны. Банк 100 фильтров выполнен с некоторым количеством весов 102 (также называемых весовыми коэффициентами), при этом каждый из весов 102 соответствует коэффициенту усиления для определенной полосы частот. Банк 100 фильтров принимает входной сигнал 104, применяет к входному сигналу 104 веса 102 и генерирует выходной сигнал 106. Веса 102 могут изменяться во времени.

[0037] Входной сигнал 104 (и выходной сигнал 106) может представлять собой одноканальный сигнал, и в этом случае банк 100 фильтров содержит некоторое количество фильтров, при этом каждый фильтр соответствует одному из весов 102 и определенной полосе частот. Входной сигнал 104 (и выходной сигнал 106) может представлять собой многоканальный сигнал, и в этом случае банк 100 фильтров содержит некоторое количество массивов фильтров, при этом каждый массив фильтров соответствует одному из каналов, и каждый фильтр в данном массиве соответствует одному из весов 102 и определенной полосе частот. Входной сигнал 104 и выходной сигнал 106 могут представлять собой многоканальные сигналы с разным количеством каналов, при этом каждый массив фильтров соответствует одному из входных каналов и одному из выходных каналов.

[0038] В целом технические решения фильтрации, описанные в данном документе, можно применить к каждому отдельному фильтру в массиве 100 фильтров.

[0039] На фиг. 2 представлен график 200, на котором показан набор частотных характеристик банка фильтров. На графике 200 ось х представляет собой частоту, а ось у - коэффициент усиления. Например, набор из полосовых импульсных характеристик, , , …, , может являться предварительно вычисленным с помощью средних частот несущих, , , …, . В идеальном случае фильтр будет иметь частотную характеристику , которая (приблизительно) удовлетворяет следующему уравнению:

Уравнение (1):

[0040] Частотная характеристика 202 фильтра показана как имеющая коэффициент усиления, равный 1, при , и коэффициент усиления, равный 0, при всех остальных значениях . Другие фильтры имеют коэффициент усиления, равный 1, при другой из частот . Частота fs/2 представляет собой частоту половины частоты дискретизации (частоты Найквиста).

[0044] Набор весовых коэффициентов, , , …, , можно затем использовать для образования комбинированной характеристики фильтра. Версии этого уравнения во временной области и частотной области являются следующими:

Уравнение (2):

Уравнение (3):

[0042] На фиг. 3 представлен график 300, на котором показана иллюстративная комбинированная характеристика 302 фильтра. Ось х представляет собой частоту (показаны пять значений частоты) и ось у представляет собой коэффициент усиления (показаны пять соответствующих весов). Коэффициент 304 усиления при равен, например, . Другие частоты имеют коэффициенты усиления, соответствующие относящимся к ним весам . При практическом применении эта комбинированная характеристика фильтра может быть реализована множеством способов, как показано на фиг. 4, 5.

[0043] На фиг. 4 изображена блок-схема банка 400 фильтров. Банк 400 фильтров содержит некоторое количество блоков 402 свертки, некоторое количество блоков 404 умножения и блок 406 сложения. Банк 400 фильтров принимает входной сигнал 410 (показан как Х и также обозначается как , за счет чего делается отсылка к входному сигналу для данного отсчета ), и генерирует выходной сигнал 412 (показан как Y и также обозначается как ).

[0044] Каждый из блоков 402 свертки обычно соответствует данной частоте, полосе частот или диапазону частот, связанному с импульсной характеристикой 420 (показана как ). Данный блок 402 свертки выполняет свертку входного сигнала 410 (например, ) с помощью импульсной характеристики 420 (например, ) для генерирования отфильтрованного сигнала 422 (например, ).

[0045] Каждый из блоков 404 умножения связан с весом 430 (показан как ) и одним из блоков 402 свертки (и поэтому также связан с полосой частот). Данный блок 404 умножения выполняет умножение отфильтрованного сигнала 422 (например, ) на вес 430 (например, ) для генерирования взвешенного сигнала 432.

[0046] Блок 406 сложения выполняет сложение взвешенных сигналов 432 из каждого из блоков 404 умножения для генерирования выходного сигнала 412.

[0047] Уравнения, представляющие эти операции, являются следующими:

Уравнение (4):

Уравнение (5):

Уравнение (6):

[0048] Оператор , используемый в уравнении (4), указывает свертку с помощью .

[0049] В уравнении (5) показаны подробности операции свертки, результатом которой является создание сигналов поддиапазонов, , , …, . Выходной сигнал 412 (например, ) затем формируется как сумма этих сигналов поддиапазонов, умноженных на соответствующие веса, как показано в уравнении (6).

[0050] Согласно этому способу, веса могут являться переменными во времени, поэтому в уравнении (6) можно также заменить .

[0051] На фиг. 5 изображена блок-схема банка 500 фильтров. Банк 500 фильтров содержит некоторое количество блоков 502 умножения, блок 504 сложения и блок 506 свертки. Банк 500 фильтров принимает входной сигнал 510 (показан как Х и также обозначается как , за счет чего делается отсылка к входному сигналу для данного отсчета ) и генерирует выходной сигнал 512 (показан как Y и также обозначается как ).

[0052] Каждый из блоков 502 умножения обычно соответствует данной частоте, полосе частот или диапазону частот, связанному с импульсной характеристикой 520 (показана как ), а также с весом 530 (показан как ). Данный блок 502 умножения умножает импульсную характеристику 520 (например, ) на весовой коэффициент 530 (например, ) для генерирования одной из взвешенных характеристик 532.

[0053] Блок 504 сложения выполняет сложение взвешенных характеристик 532 из каждого из блоков 502 умножения для генерирования комбинированной характеристики 540 фильтра.

[0054] Блок 506 свертки выполняет свертку входного сигнала 510 (например, ) с помощью комбинированной характеристики 540 фильтра для генерирования выходного сигнала 512 (например, ).

[0055] В целом банк 500 фильтров реализует динамический фильтр, выполняющий периодическое вычисление характеристики фильтра. Например, входной звуковой сигнал может обрабатываться в (перекрывающихся) блоках звукового сигнала, и в момент времени блока #, характеристику фильтра (в частотной области) можно вычислить согласно уравнению (3).

[0056] В одном варианте осуществления можно реализовать фактическую операцию свертки в частотной области, используя перекрывающиеся аудиоблоки со сглаженными переходами между аудиоблоками, что может обеспечивать возможность изменения характеристики фильтра на поблочной основе.

[0057] В одном общепринятом применении характеристики банка фильтров представляют собой причинные фильтры, в которых выходной сигнал фильтра зависит только от прошлых и настоящих входных сигналов (так, что для каждого импульсная характеристика ). Если все характеристики банка фильтров являются причинными, то комбинированная характеристика ( согласно уравнению (2)) также будет являться причинной.

[0058] На фиг. 6 представлен график импульсной характеристики 600. Импульсная характеристика 600 является результатом применения фильтра так, что для каждого импульсная характеристика , где - положительное целое число. Фильтры с таким свойством можно реализовать на практике путем добавления дополнительной задержки на отсчетов в реализации фильтра (и, таким образом, сдвига импульсных характеристик во времени на отсчетов, для того чтобы обеспечить возможность их реализации как причинных фильтров).

[0059] На фиг. 7 изображена блок-схема массива 700 фильтров. Массив 700 фильтров содержит некоторое количество фильтров 702 (показаны как Filter_ny,nx) и некоторое количество блоков 704 сложения. Массив 700 фильтров принимает некоторое количество входных сигналов 710 (показаны как X₁-X_nx) и генерирует некоторое количество выходных сигналов 712 (показаны как Y₁ -Y_ny). В целом массив 700 фильтров изображает работу системы с многоканальным входом и многоканальным выходом, в которой фильтр соединяет каждый входной сигнал с каждым выходным сигналом. Фильтр 700 можно также представить себе как банк многоканальных фильтров, в котором для каждой полосы частот имеется двумерный массив размера [ny на nx], определяющий микширование входных сигналов с образованием выходных сигналов.

[0060] Фильтры 702 скомпонованы в банки, при этом каждый банк фильтров связан с одним из входных сигналов 710 (например, с каналом). Каждый из фильтров 702 обычно связан с полосой частот, характеристикой фильтра и весом подобно другим фильтрам, обсужденным в данном документе. Например, каждый из фильтров 702 может представлять собой такой фильтр, как банк 400 фильтров (см. фиг. 4), банк 500 фильтров (см. фиг. 5) и т. д.

[0061] В выражении характеристик фильтров в частотной области можно описать обработку данных массивом 700 фильтров в выражении следующего уравнения:

Уравнение (7):

[0062] Варианты осуществления, описанные в данном документе, относятся к способам, используемым для реализации одного или нескольких фильтров 702. Понятно, что варианты осуществления в равной мере применимы к массивам фильтров, показанным на фиг. 7.

[0063] Со ссылкой на фиг. 3 показана требуемая частотная характеристика иллюстративного фильтра, в которой коэффициент усиления характеристики 302 фильтра как функция частоты определяется в соответствии с предварительно определенным набором управляющих частот, , , …, и соответствующих значений коэффициентов усиления, , , …

[0064] В примере на фиг. 3 коэффициент усиления фильтра на частоте устанавливается посредством , как показано в виде коэффициента 204 усиления.

[0065] В варианте осуществления частотная характеристика на фиг. 3 достигается путем взвешенного суммирования некоторого количества предварительно определенных характеристик банка фильтров. Иллюстративные характеристики показаны на фиг. 2, где показана частотная характеристика 202 полосы 2.

[0066] Мы будем ссылаться на характеристику каждой из этих предварительно определенных характеристик банка фильтров как (в частотной области) или, альтернативно, как (во временной области).

[0067] Требуемую характеристику фильтра (как, например, 302 на фиг. 3) можно образовать из взвешенной суммы предварительно определенных характеристик банка фильтров. Это можно выразить как суммирование во временной или частотной области:

Уравнение (8):

Уравнение (9):

[0068] Можно выбрать требование того, что каждая из предварительно определенных характеристик банка фильтров должна представлять причинный фильтр (так, что ). Однако для удобства мы вместо этого будем требовать, чтобы , и поэтому нам будет необходимо добавить отсчетов задержки для реализации фильтров, и тогда конечный (реализуемый) выходной сигнал фильтра, , будет вычислен как задержанная версия идеальной характеристики, , согласно уравнениям:

Уравнение (10):

Уравнение (11):

Уравнение (12):

[0069] Отметим, что вычисление выходного отсчета идеального сигнала выполняется с использованием входных отсчетов до (включая будущих входных отсчетов). Напротив, вычисление выходного отсчета идеального сигнала выполняется с использованием только входных отсчетов до .

[0070] Иллюстративная импульсная характеристика, обладающая свойством , показана на фиг. 6.

[0071] В варианте осуществления разрешающая способность по частоте банка фильтров (расстояние между смежными центральными частотами банка фильтров, например ) является небольшой, и, в то же время, задержка также является небольшой.

[0072] В одном частном варианте осуществления для обеспечения малой задержки и высокой разрешающей способности используется банк фильтров с малой задержкой. В дополнительном варианте осуществления для обеспечения малой воспринимаемой задержки и высокой разрешающей способности используется банк универсальных фильтров с малой задержкой.

[0073] Идеальные характеристики банка фильтров

[0074] Банк фильтров можно сконструировать при помощи разнообразных средств, в том числе способа, в соответствии с которым идеальные частотные характеристики создаются так, как показано на фиг. 2, а затем преобразуются в линейно-фазовые идеальные импульсные характеристики во временной области.

[0075] На фиг. 8 представлен график 800, на котором показан иллюстративный набор импульсных характеристик банка фильтров во временной области. На графике 800 ось х представляет собой время (в единицах отсчетов), а ось у - частоту. Многочисленные характеристики фильтров показаны на графике 800, при этом каждая характеристика фильтра соответствует данной частоте, как указано наименованиями , , …, , где количество фильтров в банке фильтров в данном примере . Наибольший номер (например, 10) соответствует самой высокой частоте, а наименьший номер (например, 1) соответствует самой низкой частоте. Идеальной импульсной характеристикой для фильтра является (для ). Для дальнейшего обсуждения ниже указаны две характеристики 802 и 804 фильтра; характеристика 802 фильтра соответствует третьему фильтру (), и характеристика 804 фильтра соответствует характеристике фильтра с самой низкой частотой ().

[0076] Согласно общепринятой практике, идеальные характеристики банка фильтров проявляют свойство совершенного суммирования, как следует из уравнений:

Уравнение (13):

Уравнение (14):

[0077] Предпочтительно, можно использовать банки фильтров, в которых фильтры менее высоких частот являются более узкими (и теснее расположенными), чем фильтры более высоких частот, как изображено на фиг. 2, где расстояние между и меньше расстояния, например, между и . Как следствие, импульсные характеристики фильтров более высоких частот будут более компактными (содержащими большую часть их энергии распределенной по меньшему количеству отсчетов), чем импульсные характеристики фильтров менее высоких частот, как можно наблюдать на фиг. 8.

[0078] Теоретически, импульсные характеристики идеальных блоков фильтров могут иметь бесконечную длину, и, в частности на фиг. 8, видно, что импульсная характеристика 802 фильтра не удовлетворяет требуемому свойству малой задержки: . Поэтому фильтры, показанные на фиг. 8, не подходят для реализации банка фильтров с малой задержкой.

[0079] Технические решения для характеристик фильтров с малой задержкой

[0080] Согласно одному способу, банк фильтров с малой задержкой (с задержкой ) можно создать путем простого усечения идеальных импульсных характеристик следующим образом:

Уравнение (15):

[0081] Однако такое усечение будет влиять на результирующие характеристики на низких частотах и при использовании в реальной системе приводить к слышимым артефактам.

[0082] На фиг. 9 представлен график 900 сигналов, на котором показан усовершенствованный способ модификации импульсных характеристик. На графике 900 ось х представляет собой время (в единицах отсчетов). Ось у представляет собой амплитуду; следует отметить, что каждый сигнал является независимым от других на оси y (например, ось y показывает диапазон амплитуд каждого сигнала независимо, а не только какого-либо рода относительную амплитуду или сравнение между сигналами). Сигнал 802 соответствует идеальной импульсной характеристике фильтра (например, ), что также показано на фиг. 8. Сигнал 904 соответствует функции ослабления. Сигнал 906 соответствует сигналу 802, умноженному на сигнал 904 для генерирования характеристики фильтра с малой задержкой следующим образом:

Уравнение (16):

Уравнение (17):

[0083] Специалистам в данной области техники будет понятно, что, согласно обоим техническим решениям (уравнения (15) и (16)), результирующая импульсная характеристика обладает требуемым свойством , и это гарантирует удовлетворение критерия совершенной реконструкции (уравнение (13)).

[0084] Однако частотная характеристика этих фильтров (полученных по уравнению (15) или уравнению (16)), необязательно будет совпадать с исходными (идеальными) характеристиками, , как может быть возможно с помощью усовершенствованных технических решений, обсужденных ниже.

[0085] Усовершенствованный способ для характеристик фильтра с малой задержкой

[0086] На фиг. 10 показана блок-схема способа 1000 генерирования характеристики фильтра. Способ 1000 можно использовать для генерирования характеристики фильтра для одного или нескольких фильтров в любом из банков фильтров, обсужденных в данном документе (например, в банке 400 фильтров, показанном на фиг. 4, банке 500 фильтров, показанном на фиг. 5, фильтре 702 в массиве 700 фильтров, показанном на фиг. 7, и т. д.). Способ 1000 включает блок 1002 ослабления, блок 1004 обращения во времени и блок 1006 суммирования. Блоки способа 1000 можно реализовать различными способами, например при помощи схемных элементов, процессора, исполняющего одну или несколько компьютерных программ, и т. д.

[0087] Блок 1002 ослабления принимает идеальную импульсную характеристику 1010, применяет функцию ослабления и генерирует колебательную предхарактеристику 1012. Идеальная импульсная характеристика 1010 может соответствовать одной или нескольким идеальным импульсным характеристикам, обсужденным выше (например, , как обсуждено на фиг. 8 или фиг. 9, такой как сигнал 802). Пример функции ослабления показан на
фиг. 11.

[0088] Блок 1004 обращения во времени выполняет операцию обращения во времени в отношении колебательной предхарактеристики 1012 для генерирования колебательной постхарактеристики 1014. Операция обращения во времени обычно соответствует зеркальному отражению колебательной предхарактеристики 1012 относительно нулевого отсчета сигнала. Пример операции обращения во времени показан на фиг. 11.

[0089] Для генерирования характеристики 1016 фильтра блок 1006 суммирования добавляет идеальную импульсную характеристику 1010, вычитает колебательную предхарактеристику 1012 и добавляет колебательную постхарактеристику 1014.

[0090] На фиг. 11 представлен график 1100, на котором показаны различные сигналы, относящиеся к фиг. 10. На графике 1100 ось х представляет собой время (в единицах отсчетов), а ось у - амплитуду; как и в случае фиг. 9, следует отметить, что амплитуда каждого сигнала не зависит от любого другого сигнала. Сигнал 802 соответствует идеальной импульсной характеристике фильтра (например, ), что также показано на фиг. 8, 9. См. также идеальную импульсную характеристику 1010 на фиг. 10.

[0091] Сигнал 1102 соответствует функции ослабления. См. также сигнал 904 на фиг. 9. Сигнал 1104 соответствует сигналу 802, умноженному на сигнал 1102 для генерирования колебательной предхарактеристики. См. также колебательную предхарактеристику 1012 на фиг. 10.

[0092] Сигнал 1106 соответствует обращенному во времени сигналу 1104, называемому колебательной постхарактеристикой. См. также колебательную постхарактеристику 1014 на фиг. 10.

[0093] Сигнал 1108 соответствует характеристике банка фильтров, и он генерируется путем добавления сигнала 802 (идеальной импульсной характеристики 1010), вычитания сигнала 1104 (колебательной предхарактеристики 1012) и добавления сигнала 1106 (колебательной постхарактеристики 1014). См. также характеристику 1016 фильтра на фиг. 10.

[0094] Этот процесс показан в следующих уравнениях:

Уравнение (18):

Уравнение (19):

Уравнение (20):

Уравнение (21):

[0095] Следует отметить, что, согласно уравнению (20), , и, следовательно, импульсная характеристика с малой задержкой (согласно уравнению (21)) будет иметь требуемое свойство, так что , и это гарантирует удовлетворение критерия совершенной реконструкции (уравнение (13)).

[0096] Характеристики универсальных фильтров с малой задержкой

[0097] Для модификации звукового сигнала так, чтобы слушатель не воспринимал групповую задержку фильтрации, можно использовать фильтрацию звука разных типов. В качестве примера, фильтр пропускания верхних частот, такой как фильтр, используемый для удаления из записанных звуков нежелательного низкочастотного шума, будет вносить фазовое искажение на низких частотах, которое слушатель не будет считать вредным. Другим общепринятым типом фильтрации, которая не будет восприниматься слушателем, является универсальный фильтр.

[0098] На фиг. 12 представлен набор графиков, на которых показаны фазовое искажение 1202 и групповая задержка 1204. Фазовое искажение 1202 и групповая задержка 1204 являются результатами использования передаточной функции, показанной в уравнении (22), для обработки звукового сигнала, дискретизированного с частотой 48 кГц.

Уравнение (22):

[00099] Постоянная 0,994986 в уравнении (22) представляет собой типичное значение, соответствующее частоте перехода приблизительно 37 Гц (где сдвиг по фазе универсального фильтра первого порядка составляет 90 градусов), для фильтра, действующего с частотой дискретизации 48000 отсчетов в секунду. Для этой постоянной можно выбрать альтернативные значения, и для фильтров, действующих при частоте 48000 отсчетов в секунду, постоянная может изменяться от 0,9490 и 0,9993, которые соответствуют частотам перехода, соответственно, 400 Гц и 5 Гц.

[0100] При условии, что такое фазовое искажение 1202 порождает в выходном звуковом сигнале артефакты, допустимые для слушателя, допустимым является применение такого же фазового искажения к идеальным импульсным характеристикам для получения нового набора характеристик универсальных фильтров, показанных на фиг. 13.

[0101] На фиг. 13 представлен график 1300, на котором показаны различные импульсные характеристики. На графике 1300 ось х представляет собой время (в единицах отсчетов), а ось у - диапазоны импульсных характеристик при разных частотах . Импульсная характеристика 1302 фильтра оказывается подобной исходной (идеальной) характеристике 802 фильтра на фиг. 8. Напротив, импульсная характеристика 1304 фильтра оказывается отличной от исходной (идеальной) характеристики 804 фильтра на фиг. 8. Эта разность является следствием воздействия универсального фильтра, который оказывает влияние на фильтры менее высоких частот и, в то же время, пренебрежимо малое воздействие на фильтры более высоких частот. Универсальный фильтр более подробно обсуждается ниже.

[0102] Видно, что импульсная характеристика 1304 фильтра имеет меньшую амплитуду в области 1306 (более 100 отсчетов перед началом отсчета времени) по сравнению с областью 1308 (более 100 отсчетов после начала отсчета времени). Сдвиг энергии импульсной характеристики к более позднему времени в импульсной характеристике является требуемым определяющим признаком универсального фильтра, так как он приводит к банку фильтров, точнее аппроксимирующему ограничение, связанное с задержкой (где в примере на фиг. 13).

[0103] На фиг. 14 показана блок-схема способа 1400 генерирования характеристики фильтра. Способ 1400 можно использовать для генерирования характеристики фильтра для одного или нескольких фильтров в любом из банков фильтров, обсужденных в данном документе (например, в банке 400 фильтров, показанном на фиг. 4, банке 500 фильтров, показанном на фиг. 5, фильтре 702 в массиве 700 фильтров, показанном на фиг. 7, и т. д.). Способ 1400 включает универсальный фильтр 1402, блок 1404 ослабления, блок 1406 обращения во времени, универсальный фильтр 1408, универсальный фильтр 1410 и блок 1412 суммирования. Блоки способа 1400 можно реализовать различными способами, например при помощи схемных элементов, процессора, исполняющего одну или несколько компьютерных программ, и т. д.

[0104] Универсальный фильтр 1402 принимает идеальную импульсную характеристику 1420, выполняет универсальную фильтрацию и генерирует характеристику 1422 фильтра. Идеальная импульсная характеристика 1420 может соответствовать одной или нескольким идеальным импульсным характеристикам, обсужденным выше (например, , как обсуждено на фиг. 8 или фиг. 9, такой как сигнал 802). Импульсная характеристика универсального фильтра более подробно обсуждена в связи с приведенными ниже уравнениями.

[0105] Блок 1404 ослабления применяет функцию ослабления к характеристике 1422 фильтра для генерирования колебательной предхарактеристики 1424. Пример функции ослабления показан на фиг. 15.

[0106] Блок 1406 обращения во времени выполняет операцию обращения во времени в отношении колебательной предхарактеристики 1424 для генерирования промежуточной характеристики 1426. Пример операции обращения во времени показан на фиг. 15.

[0107] Универсальный фильтр 1408 выполняет универсальную фильтрацию в отношении промежуточной характеристики 1426 для генерирования характеристики 1428 фильтра.

[0108] Универсальный фильтр 1410 выполняет универсальную фильтрацию в отношении характеристики 1428 фильтра для генерирования колебательной постхарактеристики 1430.

[0109] Для генерирования характеристики 1432 фильтра блок 1412 суммирования добавляет характеристику 1422 фильтра, добавляет колебательную постхарактеристику 1430 и вычитает колебательную предхарактеристику 1424.

[0110] В варианте осуществления, для правильного удовлетворения ограничения, связанного с задержкой, процесс по уравнению (21) применяют с адаптацией к вычислению для обеспечения возможности введения универсального фильтра. В следующих уравнениях обозначение используется для указания свертки импульсных характеристик и . Генерирование характеристик универсальных фильтров с малой задержкой осуществляют следующим образом:

Уравнение (23):

Уравнение (24):

Уравнение (25):

Уравнение (26):

Уравнение (27):

[0111] В приведенных выше уравнениях представляет собой импульсную характеристику универсального фильтра (см. также уравнение (22)).

[0112] В варианте осуществления универсальный фильтр представляет собой фильтр первого порядка с одним действительным полюсом при частоте от 10 Гц до 200 Гц. Для банка фильтров, действующего в отношении звукового сигнала, дискретизированного с частотой отсчетов в секунду и с задержкой , частоту универсального полюса можно приблизительно установить как:

Уравнение (28):

[0113] Вычисление частоты полюса так, как показано в уравнении (28), представляет собой пример. Понятно, что другие частоты полюса будут также обеспечивать преимущество улучшенного баланса между задержкой и точностью в конструкции банка фильтров.

[0114] Когда импульсные характеристики набора из фильтров в банке универсальных фильтров с малой задержкой суммируют друг с другом, конечный результат (реконструированная импульсная характеристика) приблизительно равен универсальной характеристике:

Уравнение (29):

Уравнение (30):

[0115] Процедуру, показанную на фиг. 14, можно применять для каждого фильтра в банке фильтров, и, таким образом, для идеальную импульсную характеристику можно обработать в соответствии с фиг. 14 для получения универсального фильтра с малой задержкой.

[0116] На фиг. 15 представлен график 1500, на котором показаны различные сигналы, относящиеся к фиг. 14. На графике 1500 ось х представляет собой время (в единицах отсчетов), а ось у - амплитуду; как и в случае фиг. 9 и 11, следует отметить, что амплитуда каждого сигнала не зависит от любого другого сигнала. Сигнал 1304 соответствует подвергнутой универсальной фильтрации импульсной характеристике фильтра (например, ), что также показано на фиг. 13. См. также характеристику 1422 фильтра на фиг. 14 и уравнение (23).

[0117] Сигнал 1502 соответствует функции ослабления. См. также сигнал 904 на фиг. 9 и сигнал 1102 на фиг. 11 и уравнение (25). Сигнал 1504 соответствует сигналу 1304, умноженному на сигнал 1502 для генерирования колебательной предхарактеристики. См. также колебательную предхарактеристику 1424 на фиг. 14 и уравнение (24).

[0118] Сигнал 1506 соответствует обращенному во времени сигналу 1504, называемому промежуточной характеристикой. См. также промежуточную характеристику 1426 на фиг. 14. Сигнал 1508 соответствует применению универсального фильтра дважды к сигналу 1506, называемому колебательной постхарактеристикой. См. также колебательную постхарактеристику 1430 на фиг. 14 и уравнение (26).

[0119] Сигнал 1510 соответствует характеристике банка фильтров, и он генерируется путем добавления сигнала 1304 (характеристики 1422 фильтра), добавления сигнала 1508 (колебательной постхарактеристики 1430) и вычитания сигнала 1504 (колебательной предхарактеристики 1424). См. также уравнение (27).

[0120] Различия между способом 1000 на фиг. 10 и способом 1400 на фиг. 14 можно представить себе следующим образом. В первую очередь, способ 1000 действует в отношении характеристики фильтра, и способ 1400 действует в отношении подвергнутой универсальной фильтрации версии . Процесс способа 1000 ,базируется на том, что колебательные пред- и постсоставляющие получены путем зеркального отражения относительно t=0 в сочетании со знанием о том, что идеальная импульсная характеристика 1010 является симметричной относительно начала отсчета времени.

[0121] Распространяя это знание на способ 1400, представим, что можно создать новую составляющую фильтра: preA = ⊗pre_ripple. Это означает, что берется исходная pre_ripple (например, промежуточная характеристика 1426 или сигнал 1506) и применяется обратная универсальная функция .

[0122] Тогда можно создать новую составляющую фильтра: postA(t) = preA(-t). Она представляет собой просто зеркальную версию preA.

[0123] Теперь можно создать новую составляющую фильтра: finalA = + postA - preA . Этот этап весьма подобен процессу, используемому на фиг. 10, и, что наиболее важно, он удовлетворяет следующему девизу: колебательные пред- и постсоставляющие создаются путем зеркального отражения относительно t=0 в сочетании со знанием о том, что исходный фильтр является симметричным относительно начала отсчета времени.

[0124] Затем можно построить конечный фильтр: final_filter = ⊗finalA = ⊗( + postA - preA) = ⊗ + ⊗postA - ⊗preA = orig_filter + ⊗postA - pre_ripple.

[0125] Теперь известно, что: postA = mirror(preA) = mirror(⊗pre_ripple) = ⊗mirror(pre_ripple) = ⊗post_ripple. (Это верно, поскольку зеркальное отражение во времени универсального фильтра является таким же, как обратный универсальный фильтр.)

[0126] Тогда получаем: final_filter = orig_filter + ⊗postA - pre_ripple = orig_filter + ⊗⊗post_ripple - pre_ripple.

[0127] На фиг. 16 показана схема последовательности операций способа 1600 обработки звука. Способ 1600 можно реализовать при помощи процессора, исполняющего команды, например, в соответствии с одной или несколькими компьютерными программами.

[0128] На этапе 1602 из идеальных импульсных характеристик генерируются модифицированные импульсные характеристики. Идеальные импульсные характеристики, соответственно, относятся к некоторому количеству частот. Генерирование модифицированных импульсных характеристик включает выполнение операции ослабления и операции обращения во времени в отношении по меньшей мере одной из идеальных импульсных характеристик. Например, в способе 1000 (см. фиг. 10) операция ослабления может выполняться с использованием блока 1002 ослабления, а операция обращения во времени - с использованием блока 1004 обращения во времени в отношении идеальной импульсной характеристики 1010. В качестве другого примера, в способе 1400 (см. фиг. 14) операция ослабления может выполняться с использованием блока 1404 ослабления, а операция обращения во времени - с использованием блока 1406 обращения во времени в отношении идеальной импульсной характеристики 1420.

[0129] На этапе 1604 входной сигнал подвергается фильтрации с использованием модифицированных импульсных характеристик (см. этап 1602) для генерирования выходного сигнала. Например, банк 100 фильтров (см. фиг. 1) может содержать некоторое количество фильтров с модифицированными импульсными характеристиками, полученными на этапе 1602, и может генерировать выходной сигнал 106 из входного сигнала 104.

[0131] Общие этапы способа 1600 дополнительно описаны в подробностях на фиг. 17, 18.

[0131] На фиг. 17 показана схема последовательности операций способа 1700 обработки звука. Способ 1700 можно реализовать при помощи процессора, исполняющего команды, например, в соответствии с одной или несколькими компьютерными программами. Способ 1700 подобен способу 1600 (см. фиг. 16) с большим количеством подробностей, характерных для работы способа 1000 (см. фиг. 10).

[0132] На этапе 1702 из идеальных импульсных характеристик генерируются модифицированные импульсные характеристики. Этот этап включает подэтапы 1704-1708.

[0133] На подэтапе 1704 на основе первой идеальной импульсной характеристики генерируется колебательная предхарактеристика. Например, для генерирования колебательной предхарактеристики 1012 блок 1002 ослабления (см. фиг. 10) может выполнять операцию ослабления в отношении идеальной импульсной характеристики 1010. См. также уравнение (18).

[0134] На подэтапе 1706 на основе колебательной предхарактеристики генерируется колебательная постхарактеристика. Например, для генерирования колебательной постхарактеристики 1014 блок 1004 обращения во времени (см. фиг. 10) может выполнять операцию обращения во времени в отношении колебательной предхарактеристики 1012. См. также уравнение (20).

[0135] На подэтапе 1708 путем добавления первой идеальной импульсной характеристики, вычитания колебательной предхарактеристики и добавления колебательной постхарактеристики генерируется первая модифицированная импульсная характеристика. Например, для генерирования характеристики 1016 фильтра блок 1006 суммирования (см. фиг. 10) может добавлять идеальную импульсную характеристику 1010, вычитать колебательную предхарактеристику 1012 и добавлять колебательную постхарактеристику 1014. См. также уравнение (21).

[0136] На этапе 1710 входной сигнал подвергается фильтрации с использованием модифицированных импульсных характеристик (см. этапы/подэтапы 1702-1708) для генерирования выходного сигнала. Например, банк 100 фильтров (см. фиг. 1) может содержать некоторое количество фильтров с модифицированными импульсными характеристиками, полученными на этапе 1702, и может генерировать выходной сигнал 106 из входного сигнала 104.

[0137] На фиг. 18 показана схема последовательности операций способа 1800 обработки звука. Способ 1800 можно реализовать при помощи процессора, исполняющего команды, например, в соответствии с одной или несколькими компьютерными программами. Способ 1800 подобен способу 1600 (см. фиг. 16) с большим количеством подробностей, характерных для работы способа 1400 (см. фиг. 14).

[0138] На этапе 1802 из идеальных импульсных характеристик генерируются модифицированные импульсные характеристики. Этот этап включает подэтапы 1804-1814.

[0139] На подэтапе 1804 на основе первой идеальной импульсной характеристики генерируется первая характеристика фильтра. Например, для генерирования характеристики 1422 фильтра универсальный фильтр 1402 (см. фиг. 14) может выполнять операцию универсальной фильтрации в отношении идеальной импульсной характеристики 1420. См. также уравнение (23).

[0140] На подэтапе 1806 на основе первой характеристики фильтра генерируется колебательная предхарактеристика. Например, для генерирования колебательной предхарактеристики 1424 блок 1404 ослабления (см. фиг. 14) может выполнять операцию ослабления в отношении характеристики 1422 фильтра. См. также уравнение (24).

[0141] На подэтапе 1808 на основе колебательной предхарактеристики генерируется промежуточная характеристика. Например, для генерирования промежуточной характеристики 1426 блок 1406 обращения во времени (см. фиг. 14) может выполнять операцию обращения во времени в отношении колебательной предхарактеристики 1424. См. также уравнение (26).

[0142] На подэтапе 1810 на основе промежуточной характеристики генерируется вторая характеристика фильтра. Например, для генерирования характеристики 1428 фильтра универсальный фильтр 1408 (см. фиг. 14) может выполнять операцию универсальной фильтрации в отношении промежуточной характеристики 1426. См. также уравнение (27).

[0143] На подэтапе 1812 на основе второй характеристики фильтра генерируется колебательная постхарактеристика. Например, для генерирования колебательной постхарактеристики 1430 универсальный фильтр 1410 (см. фиг. 14) может выполнять операцию универсальной фильтрации в отношении характеристики 1428 фильтра. См. также уравнение (27).

[0144] На подэтапе 1814 путем добавления первой характеристики фильтра, добавления колебательной постхарактеристики и вычитания колебательной предхарактеристики генерируется первая модифицированная импульсная характеристика. Например, для генерирования характеристики 1432 фильтра блок 1412 суммирования (см. фиг. 14) может добавлять характеристику 1422 фильтра, добавлять колебательную постхарактеристику 1430 и вычитать колебательную предхарактеристику 1424. См. также уравнение (27).

[0145] На этапе 1816 входной сигнал подвергается фильтрации с использованием модифицированных импульсных характеристик (см. 1802-1814) для генерирования выходного сигнала. Например, банк 100 фильтров (см. фиг. 1) может содержать некоторое количество фильтров с модифицированными импульсными характеристиками, полученными на этапе 1802, и может генерировать выходной сигнал 106 из входного сигнала 104.

[0146] В варианте осуществления входной звуковой сигнал может обрабатываться для получения выходного звукового сигнала, при этом коэффициент усиления обработки данных при некотором количестве предварительно определенных частот приблизительно равен соответствующему набору коэффициентов усиления. Указанную обработку можно реализовать в соответствии с характеристикой фильтра, т. е. взвешенной суммой соответствующего количества характеристик фильтра с малой задержкой, при этом взвешивания определяются соответствующими коэффициентами усиления. Характеристики фильтра с малой задержкой были определены в соответствии со способом, представленным на фиг. 18.

[0147] В альтернативном варианте осуществления входной звуковой сигнал обрабатывается для получения выходного звукового сигнала, при этом указанный выходной звуковой сигнал образован путем фильтрации указанного входного звукового сигнала при помощи суммарной импульсной характеристики, которая представляет собой взвешенную сумму набора импульсных характеристик банка фильтров. Сумма указанных импульсных характеристик банка фильтров представляет собой универсальный фильтр. Этот универсальный фильтр может иметь приблизительно постоянную фазовую характеристику выше частоты приблизительно 500 Гц и групповую задержку, которая возрастает при менее высоких частотах.

[0148] В альтернативном варианте осуществления входной звуковой сигнал обрабатывается для получения выходного звукового сигнала, при этом указанный выходной звуковой сигнал образован путем фильтрации указанного входного звукового сигнала при помощи суммарной импульсной характеристики, которая представляет собой взвешенную сумму набора импульсных характеристик банка фильтров. Реконструированную импульсную характеристику можно образовать при помощи суммы импульсных характеристик банка фильтров так, что групповая задержка реконструированной импульсной характеристики является приблизительно постоянной в диапазоне частот выше 500 Гц и уменьшается при частотах ниже 500 Гц. Например, групповая задержка может являться постоянной для восприятия при частотах выше 500 Гц (с вариациями не более 0,1 мс), а на менее высоких частотах, например на частотах менее 500 Гц, может варьироваться менее чем на 0,5/f секунд. Полоса пропускания одной или нескольких импульсных характеристик из указанного набора импульсных характеристик банка фильтров может являться более узкой в соответствии с увеличенной групповой задержкой реконструированной импульсной характеристики.

[0149] Подробности реализации

[0150] Вариант осуществления изобретения может быть реализован в аппаратном обеспечении, исполняемых модулях, которые хранятся на машиночитаемом носителе данных, или их комбинации (например, в программируемых логических матрицах). Если иное не указано, этапы, исполняемые вариантами осуществления, необязательно должны в своей основе относиться к каким-либо конкретным вычислительным устройствам или другим устройствам, хотя это может иметь место в некоторых вариантах осуществления. В частности, различные машины общего назначения могут быть использованы вместе с программами, написанными в соответствии с идеями в данном документе, или может быть удобнее сконструировать более специализированное устройство (например, интегральные микросхемы) для выполнения необходимых этапов способа. Таким образом, варианты осуществления могут быть реализованы в одной или нескольких компьютерных программах, исполняющихся на одной или нескольких программируемых компьютерных системах, каждая из которых содержит по меньшей мере один процессор, по меньшей мере одну систему хранения данных (включая энергозависимое и энергонезависимое запоминающие устройства и/или элементы хранения), по меньшей мере одно устройство или порт ввода и по меньшей мере одно устройство или порт вывода. Программный код применяется к входным данным для выполнения функций, описанных в данном документе, и генерирования выходной информации. Выходная информация известным способом применяется к одному или более устройствам вывода.

[0151] Каждую такую компьютерную программу предпочтительно сохраняют или загружают на носители информации или устройство хранения (например, твердотельное запоминающее устройство или носители, или магнитные или оптические носители), считываемые программируемым компьютером общего или специального назначения, для конфигурирования и работы компьютера, когда носители информации или устройство хранения считываются компьютерной системой для выполнения процедур, описанных в данном документе. Систему изобретения также можно считать реализованной в виде машиночитаемого запоминающего носителя, оснащенного компьютерной программой, где оснащенный таким образом запоминающий носитель вызывает работу компьютерной системы особым и предопределенным образом для выполнения функций, описанных в данном документе. (Программное обеспечение само по себе, а также нематериальные или энергозависимые сигналы исключены в той степени, в которой они представляют собой непатентоспособный объект).

[0152] В приведенном выше описании различные варианты осуществления настоящего изобретения изображены наряду с примерами того, как могут быть реализованы аспекты настоящего описания. Приведенные выше примеры и варианты осуществления не следует считать только вариантами осуществления, и они представлены для изображения гибкости и преимуществ настоящего изобретения, определенных в следующей формуле изобретения. На основе приведенного выше описания и следующей формулы изобретения специалистам в данной области техники будут очевидны другие компоновки, варианты осуществления, реализации и эквиваленты, и они могут быть воплощены без выхода за пределы сущности и объема настоящего описания, которые определены формулой изобретения

Claims (46)

1. Способ обработки звука, включающий:

генерирование множества модифицированных импульсных характеристик из множества исходных импульсных характеристик, при этом множество исходных импульсных характеристик соответственно соотносится с множеством частот, генерирование множества модифицированных импульсных характеристик включает выполнение операции ослабления и операции обращения во времени в отношении по меньшей мере одной из множества исходных импульсных характеристик; и

фильтрацию входного сигнала с помощью множества модифицированных импульсных характеристик для генерирования выходного сигнала.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что генерирование множества модифицированных импульсных характеристик включает:

генерирование колебательной предхарактеристики на основе первой исходной импульсной характеристики;

генерирование колебательной постхарактеристики на основе колебательной предхарактеристики; и

добавление первой исходной импульсной характеристики, вычитание колебательной предхарактеристики и добавление колебательной постхарактеристики для генерирования первой модифицированной импульсной характеристики.

3. Способ по п. 2, отличающийся тем, что генерирование колебательной предхарактеристики включает:

выполнение операции ослабления в отношении первой исходной импульсной характеристики для генерирования колебательной предхарактеристики.

4. Способ по любому из пп. 2–3, отличающийся тем, что генерирование колебательной постхарактеристики включает:

выполнение операции обращения во времени в отношении колебательной предхарактеристики для генерирования колебательной постхарактеристики.

5. Способ по п. 1, отличающийся тем, что генерирование множества модифицированных импульсных характеристик включает:

генерирование первой характеристики фильтра на основе первой исходной импульсной характеристики;

генерирование колебательной предхарактеристики на основе первой характеристики фильтра;

генерирование промежуточной характеристики на основе колебательной предхарактеристики;

генерирование второй характеристики фильтра на основе промежуточной характеристики;

генерирование колебательной постхарактеристики на основе второй характеристики фильтра; и

добавление первой характеристики фильтра, добавление колебательной постхарактеристики и вычитание колебательной предхарактеристики для генерирования первой модифицированной импульсной характеристики.

6. Способ по п. 5, отличающийся тем, что генерирование первой характеристики фильтра включает:

выполнение первой операции универсальной фильтрации в отношении первой исходной импульсной характеристики для генерирования первой характеристики фильтра.

7. Способ по п. 6, отличающийся тем, что первая операция универсальной фильтрации применяет передаточную функцию к первой исходной импульсной характеристике, где

.

8. Способ по любому из пп. 6–7, отличающийся тем, что первая операция универсальной фильтрации представляет собой фильтр первого порядка с одним действительным полюсом от 10 Гц до 200 Гц.

9. Способ по любому из пп. 6–8, отличающийся тем, что первая операция универсальной фильтрации имеет задержку в отсчетов звукового сигнала, дискретизированного с частотой отсчетов в секунду, и при этом частота полюса операции универсальной фильтрации вычисляется по уравнению

.

10. Способ по любому из пп. 5–9, отличающийся тем, что генерирование колебательной предхарактеристики включает:

выполнение операции ослабления в отношении первой характеристики фильтра для генерирования колебательной предхарактеристики.

11. Способ по любому из пп. 5–10, отличающийся тем, что генерирование промежуточной характеристики включает:

выполнение операции обращения во времени в отношении колебательной предхарактеристики для генерирования промежуточной характеристики.

12. Способ по любому из пп. 5–11, отличающийся тем, что генерирование второй характеристики фильтра включает:

выполнение второй операции универсальной фильтрации в отношении промежуточной характеристики для генерирования второй характеристики фильтра.

13. Способ по любому из пп. 5–12, отличающийся тем, что генерирование колебательной постхарактеристики включает:

выполнение третьей операции универсальной фильтрации в отношении второй характеристики фильтра для генерирования колебательной постхарактеристики.

14. Способ по любому из пп. 1–13, отличающийся тем, что дополнительно включает:

генерирование множества взвешенных модифицированных импульсных характеристик путем применения множества весов к множеству модифицированных импульсных характеристик,

при этом фильтрация входного сигнала включает фильтрацию входного сигнала с помощью множества взвешенных модифицированных импульсных характеристик для генерирования выходного сигнала.

15. Способ по п. 14, отличающийся тем, что реконструированная импульсная характеристика, соответствующая сумме взвешенных модифицированных импульсных характеристик, является приблизительно постоянной в диапазоне частот выше 500 Гц и увеличивается при частотах ниже 500 Гц.

16. Способ по любому из пп. 14–15, отличающийся тем, что полоса пропускания по меньшей мере одной из множества взвешенных модифицированных импульсных характеристик является более узкой в соответствии с увеличенной групповой задержкой реконструированной импульсной характеристики.

17. Способ по любому из пп. 14–16, отличающийся тем, что множество весов являются переменными во времени.

18. Способ по любому из пп. 1–17, отличающийся тем, что входной сигнал представляет собой один из множества входных сигналов, при этом множество модифицированных импульсных характеристик применяется множеством банков фильтров, при этом выходной сигнал представляет собой один из множества выходных сигналов, и при этом данный банк фильтров выполняет фильтрацию данного входного сигнала для генерирования данного выходного сигнала.

19. Энергонезависимый машиночитаемый носитель данных, на котором хранится компьютерная программа, которая при исполнении процессором управляет устройством для исполнения обработки данных, включающей способ по любому из пп. 1–18.

20. Устройство для обработки звука, содержащее:

процессор и

запоминающее устройство,

при этом процессор выполнен с возможностью управления устройством для генерирования множества модифицированных импульсных характеристик из множества исходных импульсных характеристик, при этом множество исходных импульсных характеристик соответственно соотносится с множеством частот, при этом генерирование множества модифицированных импульсных характеристик включает выполнение операции ослабления и операции обращения во времени в отношении по меньшей мере одной из множества исходных импульсных характеристик; и

при этом процессор выполнен с возможностью управления устройством для фильтрации входного сигнала с помощью множества модифицированных импульсных характеристик с целью генерирования выходного сигнала.

Images