TW420930B - Active digital audio/video signal modification to correct for playback system deficiencies - Google Patents
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Description
420930 $ '發明說明（1) 蝥明領域 本發明相關於一種裝置，其監满 缽的輸入及輸出信號。信號的監視及音頻/視頻系 越空間及音頻/視頻系統其他元二及二正補償…’龄 聲明背景 在今日家庭娛樂系統或其他影音系統中 及影像品質絕大部份是由信號路徑中最斤體驗到的聲曰 質決定：喇叭及顯示裝置。這些裝了階段的零件品 生令的主要失真源。其中一個理由t是因:=音頻/視頻再 增路系統。換句話說’其沒有回授的機制=$置是開放 %能轉換器的變化與限制以及電能 ，仞所採用的 =—個理由是此最後階段的裝置—般都從、=境的互動。 真零件但結合抑制高成本較不嚴苛的=要建立高傳 以使用高傳真剩。八做—說明，—理想卞=格。 音（馬達）組件其完美的轉換—類、1 °八驅動包含磁 力接著產生特定的機械運送，^4^為特別的 圓錐體以再生相同形狀的聲：速：：確的移動 最可能需要的不只是械運動的這樣複雜轉換， 建構的零件來產生特‘ 2 =二拉而且還需要味1 η八中特定 努力集ΐ = 的聲音Γ頻輪出品質的嘗試。某些 生提高的：ΐ㈡加：ΐ差異：號並利用這樣的信號來產 立版信旒。再其他的努力集中在設計 420930 五、發明說明（2) 器，其中在特定頻率範圍中的特定信號的大小被衰減或增 加。還有其他的努力則有關於讓訓練過的專業人員施加音 頻測試信號（也就是，聲調激爆，掃描聲調，平坦及刺雜 訊等等）及視頻測試信號（也就是，交叉平行陰影，色棒， 點矩陣等等）到音頻/視頻設備，將結果輸出與預期的輸出 比較，並根據此一比較手動的調整音頻/視頻設備。 隨著高速處理器的激增，現在許多信號或影像處理演繹 的即時執行是可能的。因為輕易取得可用的半導體記憶體 及非揮發性儲存裝置可以長時間的儲存大量資料，即使在 施加信號到系統輸入與系統輸出上信號的產生間有明顯的 延遲，此演繹法則仍可以採用。因此1 —裝置或一般的電 腦系統可以採用這些信號的某部份或影像處理技術有效的 監視並修正音頻/視頻系統的輸入信號。當這些輸入信號 被修改來同時補償音頻/視頻再生的中間與最後階段的缺 點，由不昂貴系統產生的音頻/視頻輸出可以與高傳真但 價值昂貴的音頻/視頻系統競爭。 潑·明摘要 揭示一種監視音頻/視頻系統輸出信號及修改其輪入信 號的方法及裝置。在一具體實例中，決定出該音頻/視頻 系統之系統響應。在建立此系統響應後，該輸入信號根據 該系統響應加以修正所以該輸出信號為該輸入信號的最佳 化再生。 圖式簡述 本發明係以範例方式加以說明，並未受限於隨附圖式的
第5頁 420 9 30 五、發明說明（3) 圖解，其中類似的參考表示類似的元件，而其中： 圖1說明先前技藝中動態改變增強立體影像的方法之方 塊圖。 圖2說明本發明之方塊圖。 圖3說明一如何使用本發明的範例。 圖4說明本發明之一具體實例的配置。 圖5說明本發明之一具體實例的流程圖。 詳盡說明 揭示一種監視及修正音頻/視頻系統的輸出及輸入信號 的方法及裝置。在下面的說明中，描述特定的細節，例如 觸發事件以便提供對本發明的通盤了解。然而，很明顯的 對本發明具一般性技巧的人而言可以無需這些特定細節而 實作出來。在另一實例中，眾所皆知的元件，例如離散式 傅立葉轉換，快速傅立葉轉換，摺積，頻域，時域及線性 非時變系統並未加以詳盡的說明以避免不必要的模糊本發 明。 圖1說明Klayman’ s(在1988年5月31日發出的美國專利第 47486 6 9號的第7攔5-7行）方法及裝置的方塊圖，其係用 以提供左右立體信號的加總及差異的動態等化以達到較寬 廣的立體影像及較寬廣的胯聽區域。再者，動態差異信號 等化器1 9，固定式差異信號等化器1 8，及增益控制放大器 2 2共同運作來選擇硬的修改或變動差異信號頻率成份的相 對大小（在此也被參考為"成份"或"頻率"）來提供處理過的 差異信號（1^-1〇[}(](13丫111311，第7欄的12-18行）°一類似的
420930 五、發明說明（4) 方法被應用來提供處理過的加總信號（L + R )p ( K 1 a y m a η第7 攔的1 8 - 2 2行）。 圖2展示一本發明的方塊圖。取代集中於音頻系統左右 頻道的相加及相減’本發明涵蓋音頻/視頻系統的所有音 頻/視頻頻道及調節性的修改音頻/視頻系統的適當輸入信 號來補償任何的播放缺失。這些缺失可以是在音頻輸出的 頻域中’或是在視頻輪出的幾何，亮度或色彩之中。圖2 在下面做更詳盡的說明。 本發明的另一個獨一的特色式其主動式的監視及修改設 計。不像K 1 ayman’ s在播放信號之前修改輪出信號，例如 對特定頻率做信號大小的衰減或增加或篩濾掉某些頻率中 的輸出信號，本發明修改在近處的輸入信號。特定的，本 發明監視一音頻/視頻系統的系統特性。適當時機，音頻/ 視頻系統會被修改來適應相應的系統特性。結果，只要系 統響應具有良好特性，即使一組不昂貴的音頻/視頻的設 備也可以產生優益品質的音頻/視頻輸出。 圖3說明一使用本發明的家庭劇院佈置。在一具體實例 中，回授感測器30 1，包含一視頻攝影機及—或多個&克 風’監視聆聽者/觀賞者3 0 2觀點的音頻/視頻輪出。信號 監視器/修改器3 0 3接著比較節錄下的輸出信號與音頻/視 頻零件304的輸入信號，並考量系統的信號運行中既有的 時間延遲。特定的，視頻信號中的實質延遲需要特別的注 意。這些延遲是由視頻資訊要由一維的時變信號轉換成二 維的顯示所造成的。為了要克服這項延遲，因而監視器/
第7頁
4209 30 五、發明說明（5) 修改器3 0 3必須有高速的儲存能力來儲存幾十毫秒的原始 輸入，視頻信號來執行其比較的步驟d類似的，制17八3 0 6 與聆聽者/觀賞者302之間的音頻延遲也需要監視器/修改 器303中的高速儲存能力。在輸出信號與輸入信號比較之 後，在適當時機，信號的監視器/修改器3 0 3修改音頻/視 頻元件304的輸入信號而得到改善的TV 3 0 5的視覺影像及 〇刺°八的聲音。 應注意到圖2所說明本發明的方塊圖已經實作或程式在 一裝置或一般的電腦系統中。本發明之一具體實例的這樣 一個裝置或電腦系統架構在圖4中做更進一步的說明。 參考圖4，此系統架構包含一匯流排元件41 0以溝通資 訊，與該匯流排4 1 0連結以處理資訊之一處理器4 1 2，a r a n d 〇 m a c c e s s m e m 〇 r y 4 1 4，與該匯流排元件4 1 0連結以 儲存靜態資訊及該處理器4 1 2的指令之隨機存取記憶體 4 1 4，連結到該匯流排4 1 0以接收外部資訊到該裝置或該一 般電腦系統中的輸入裝置41 6，例如音頻輸入4 0 3，視頻輸 入4 0 4，音頻輸出4 0 5，視頻輸出4 0 6及感測器4 2 0，及連結 到該匯流排元件4 1 0以將處理過的資訊傳送到該裝置或該 一般電腦系統外部的系統之一輸出裝置4 1 8，例如音頻零 件4 01即是頻零件4 0 2。應進一步注意到感測器4 2 0可以是 在不同外殼中個別的音頻/視頻感測器或是可以在一外殼 中同時檢測音頻/視頻的組合感測器。感測器42 0也可以是 輪入裝置41 6的部份。 音頻零件401通常包含一前級放大器，一解碼器及一放 1W1
420930 五、發明說明（6) ~~ ~-- ^器/在解碼器區隔開不同頻道的不同信號之後（也就 =帝上右’中央’左環繞，及右環繞），放大器驅動這 :I ί仏號到對應的喇"八°喇叭接著將電氣信號轉換成適 並產生音頻輸出405。另-方面，視頻零件 0 疋音頻/視頻接收器的視頻缓衝器/切換子系統或 〇 :不裝置的視頻輸入子系統。視頻輸入4〇4包含來自信 \ f例如錄放影機，雷射光碟機或MD播放機的信號，送 入裝置4 1 6。在對接收到視頻資訊做了必要的處理 ^輸出418傳送此修改過的信號或命令到視頻零件4〇2。 ::f f接收到視頻零件4〇2的輸出時，此裝置接著播 放此視頻輸出4 0 6。 本發明的操作 。本發明是監視音頻/視頻系統輪出信號及修改其輸入信 Π :ί及裝〗。本發明之一觀點利用數位信號處理的原 ’當一信號在時域中操作，其大小係以-時間 ，函數t表示a 一時域系統響應可以用對無限期間及單元 大小的脈衝輪入的系統響應加以描诚。 乃一方面，此頻域 以眾所，知的數學關係與時域相@，例如傅立葉轉換及類 似的。再者，藉由將家庭劇院模型化為圖3中描述的線性 非時變系統’時域中音頻/視頻零件的系統響應可以與另 一個零件的做摺積來陳述同時兩元件的組合系统響應、。在 線性非時變的假設中，因為在時域中的摺積直接^ ^為頻 域中的乘積，頻域中兩個別零件的整體系統響應可因此由 一零件的系統響應乘以另一個的來決定。
第9頁 420 9 五、發明說明（Ό 本發明之一具體實例為包含圖2所說明不同零件的一般 電腦系統。大體上，電腦系統中的接收器2 0 1在信號到達 音頻/視頻零件2 0 5之前攔截音頻/視頻輸入信號2 0 0 °同 時，接收器2 0 1還從感測器2 0 7處，其抓取來自喇叭/顯示 器農置2 0 6的信號，接收音頻/視頻輸出信號2 0 8。音頻/視 頻輸入信號2 00及輸出信號2 08都送到系統分析引擎202， 其中在大小及延遲方面的信號之頻率響應係利用眾所皆知 的演繹，例如離散式傅立葉轉換的計算演繹來加以計算 的° 除了決定頻率響應外，系統分析引擎202還計算資訊， 例如顯示裝置2 0 6的幾何失真，過度掃描，過少掃描，及 從喇队到感測器2 0 7的聲音延遲。根據此計算的頻率響應 及其他的系統特性，引擎2 0 2 繼續明確地陳述此組合的系 統響應，包含音頻/視頻零件2 0 5，喇叭/顯示裝置206及感 測器2 0 7的系統響應。一旦建立整體的系統響應，濾波器 2 0 3等於此系統響應的反函數。 應注意感測器2 0 7的響應在建立組合的系統響應之前最 可能知道或預先決定的。另外，因為模型化家庭劇院系統 為一線性非時變系統只是一種近似，引擎2 02還利用前述 數位信號處理技術以外的其他方法來決定系統響應。例 如，引擎2 0 2可一個圖素一個圖素的執行感測器2 0 7之輸出 與輸入2 0 0預期值間的比較。任何由比較不同圖素屬性而 產生的不一致，例如圖素座標，色彩或亮度值，確定的陳 述相應於這些屬性之每一個的系統響應。如果系統響應引
第10頁 420930 五、發明說明（8) 入了幾何，色彩及亮度的失真到系統中，濾波器2 0 3則嘗 試要抵消這樣的失真。 在決定出濾波器20 3後，音頻/視頻輸入200被濾波器 2 0 3所修改’而此修改過的信號送到傳送器2 0 4以傳送到音 頻/視頻零件2 0 5。在本發明的另一種具體實例中，傳送 器2 0 4有時會傳送命令’而非修改過的信號，到音頻/視頻 零件2 0 5。特定的，這些命令促使必要的調整，例如聲 調’音頻/視頻零件205中的飽和或平衡來產生一輸出，其 模型化此由修改過的信號令得出的輪出。另外，這些所說 明的調整可以由音頻/視頻零件2 0 5自動地或是使用者手動 地執行。在採用手動地調整的具體實例中，信號監視器/ 修改器有一命令顯示器，其引導使用者修改此音頻/視頻 零件的佈置與配置。 因為修改過的信號已適應整體的系統響應，由此修改過 的信號得到的輸出208變成原來音頻/視頻輸入2 0 0的最佳 化再生。下面的數學方程式將進一步的闡明圖2中零件間 的關係： •假設音頻/視頻零件2 0 5，喇叭/顯示裝置2 0 6及感測器 2 0 7都是線性非時變的系統。 •音頻/視頻輸入2 0 0的頻率響應標記為I。 •輸出信號2 0 8的頻率響應標記為〇。 •音頻/視頻零件20 5的系統響應標記為心。 •喇叭/顯示裝置206的系統響應標記為H2。 •感測器2 0 7的系統響應標記為H3。 420930 五、發明說明（9) •濾波器2 03的頻率響應標記為F。 方程式1 :整體系統響應為I，H2及113的乘積（或 H，H/H3)。 方程式2 :傳送器2 04送到音頻/視頻零件2 0 5的信號為 I*F。 方程式3 :整體的系統響應也=0八I*F)或如方程式1的 H，H/H3。 方程式4 :目標是要達到Ο = I。 組的方程 因為0八 I*F) = Η/Η2*Η3，及 如果F = 1/(Η】％%)，則Ο = I。 另一方面，即使沒有線性非時變的假設，不同 式也可以說明上面所指示相同的零件間的關係。 •音頻/視頻輸入200標記為i。 •輸出信號2 0 8標記為〇。 •音頻/視頻零件2 0 5的系統響應標記為h!。 •喇叭/顯示裝置2 0 6的系統響應標記為° •感測器2 0 7的系統響應標記為h3。 •濾波器2 03標記為f1。 •整體的系統響應為hi，h2及、的函數，或f (h! h3)。 方程式1 : ο =施加f (h，h2，h3)於i。 方程式2 :目標是要達到〇二i。 ， 因此，濾波器2 0 3應代表整體系統響應的反1^ 數或 f1 (h〗，h2，h3)。
O:\58\58361.PTD 第12頁 420930 五、發明說明（ίο) 要修正幾何失真的方法或找出一顯示系統中的f1 (h,， h2，h3)包含下列步驟：1 )辨識出測試信號中的關鍵特色； 2 )增強此關鍵特色；3)特過此系統送入此測試信號；4 )將 測試信號與對應於此測試信號的輸出信號比較；5)辨識出 此輸出中的預先辨識關鍵特色；6) 比較同時在測試信號 與輸出中關鍵特色的配置；7)決定此兩配置間的任何不一 致；8 )利用此關鍵特色做一參考點，計算出其他圖素的錯 誤配置；9 )陳述消除此錯誤的f1 ( h,，h2，h3)。應注意類似 的步驟也可應用在色彩或亮度的失真上。 如上面方程式及說明所展示的，當輸入信號做適當的修 改，相對硬的輸出信號可以與輸入信號相同。 圖5進一步以流程圖說明本發明之一具體實例。在步驟 501，一測試信號初始地送到音頻/視頻零件2 0 5。一旦接 收器2 0 1接收到相對應的輸出2 0 8，系統分析引擎2 0 2將輸 出2 0 8的頻率響應除以測試信號的頻率響應並在步驟5 0 2中 建立此整體的系統響應。另外地，一觸發事件在此階段決 定並啟動。當觸發是健在步驟5 0 6中發生，濾波器2 0 3被調 整為就剛在觸發事件發生前所算出的系統響應的反函數。 觸發事件的某些範例為一預定的時間期間過去或是預定事 件的發生。例如，每次特定的時間期間過去或每次特定頻 率的大小值超過預定的臨限時，濾波器2 0 3可調整為新計 算出的系統響應。 然而，應注意的是，由5 0 1中測試信號得到的起始系統 響應並未限制為單一重複。相反的，也可以利用連續的測
第13頁 420 9 ； 五、發明說明（11) 試信號的重複處理來計算系統響應。此外，觸發事件的機 制則未限制在上述的說明。建立及啟動一觸發事件的順序 及方式不須遵循上面討論所詳述的確切順序及方式。 在觸發事件建立後，濾波器2 0 3被設定為從步驟5 〇 3中測 試信號得到的起始系統響應的反函數。在步驟5 〇 4中，接 下來的輸入信號被乘以輸入信號的頻率響應修改為濾波器 2 0 3的頻率響應。這樣的修改對應於前面討論的方程式2。 當有新的輸入信號2〇〇，新的系統響應在步驟5〇5令計算。 如果觸發信號並未在步驟5 〇 6中發生，濾波器2 〇 3則維持不 變並繼續修改進來的信號2 〇 〇 ^ 雖然只有零件20 5，20 6及20 7在信號再生路徑中辨識及 說明’可以加入其他的零件來進一步模仿整體的系統行 為°這樣的零件可以在校正階段辨識並包含來進一步改善 本發明的效果D再者，本發明的某些特色可以是音頻/視 頻零件2 0 5或其他任何適合零件的部份。在維護一裝置戒 —般電腦中的所有討論特色上沒有特定的需求。 。因此’已揭示監視及修改音頻/視頻系統輸入及輪出信 號的方法及處理。雖然本發明已特定參考圖式加以說明， f明顯的對本技藝具一般技巧的人而言，本發明可以有任 ，數目的音頻/視頻信號監視及修改系統。所企圖達成的 足I由對本技藝具一般技巧的人做出許多的改變及修改而 不背離本發明的精神與範疇。
第14頁 420930 六、申請專利範圍 1 . 一種監視音頻/視頻系統輸出信號及修改其輸入信號 的方法，此方法包含步驟： a. 決定該音頻/視頻系統的系統響應：以及 b. 根據該系統響應修改該輸入信號，使得輸出信號是該 輸入信號的最佳化再生。 2. 如申請專利範圍第1項的方法，其中步驟（a)需要使用 具良好特性的音頻/視頻感測器。 3. 如申請專利範圍第1項的方法，其中步驟（a)利用該輸 入信號與該輸出信號的頻率響應計算該系統響應。 4. 如申請專利範圍第3項的方法還包含步驟： i.利用該輸出信號及一測試信號作為該輸入信號的頻率 響應計算此起始的系統響應；以及 i ί.利用該音頻/視頻系統的該輸入信號及其輸出信號的 頻率響應計算出後續之該系統響應。 5. 如申請專利範圍第1項的方法，其中步驟（b )藉由將 該輸入信號的頻率響應乘以該系統響應的反函數來修改該 輸入信號。 6. 如申請專利範圍第5項的方法並還包含步驟： ί.起始地將該輸入信號的頻率響應乘以該測試信號的系 統響應之反函數；以及
ί ί.在一觸發事件，一預定時間期間過去或一預定事件 發生之後，將後續該輸入信號的頻率響應乘以就剛在該觸 發事件前得到的該後續系統響應之反函數D 7. 如申請專利範圍第1項的方法，其中步驟（a)還包含步
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Claims (1)
- 420930 六、申請專利範圍 驟： ί.利用一測試信號作為該輸入信號計算出起始的該系統 響應：以及 i i.藉由比較該音頻/視頻系統的該輸出信號與該測試信 號計算出系統響應。 8. 如申請專利範圍第1項的方法，其t步驟（b)藉由對該 輸入信號施加該系統響應的反函數來修改該輸入信號。 9. 如申請專利範圍第8項的方法並還包含步驟： i.起始地施加對應於該測試信號的該系統響應之反函數 到該輸入信號；以及 ί i.在一觸發事件，一預定時間期間過去或一預定事件 發生之後，將就剛在該觸發事件前得到的該後續系統響應 之反函數施加於後續之該輸入信號。 1 0.—種監視音頻/視頻系統輸出信號及修改其輸入信號 的裝置，其包含： a. —處理器； b. 記憶體； c. 一具良好特性之感測器； d. 接收該輸入信號及該輸出信號的裝置； e. 傳送修正過的該輸入信號之裝置； ί.決定該音頻/視頻系統之系統響應的裝置；以及 g.根據該系統響應修改該輸入信號的裝置，使得該輸出 信號是該輸入信號的最佳化再生。 ΤΓ如申請專利範圍第1 0項的裝置，其中決定此系統響第16頁 420930 六、申請專利範圍 應的該裝置包含用來計算該輸入信號及該輸出信號的頻率 響應之裝置。 1 2.如申請專利範圍第1 1項的裝置，其中決定此系統響 應的該裝置包含： i.利用該輸出信號及一測試信號作為輸出信號的頻率響 應來計算此起始的該系統響應之裝置：以及 i i.利用該音頻/視頻系統的該輸入信號及該輸出信號的 頻率響應計算接下來該系統響應的裝置。 1 3.如申請專利範圍第1 0項的裝置，其中根據該系統響 應來修改該輸入信號的裝置包含將該輸入信號的頻率響應 乘以該系統響應反函數的裝置。 1 4.如申請專利範圍第1 2項的裝置，其中根據該系統響 應來修改該輸入信號的裝置包含： 1 .起始地將該輸入信號的頻率響應乘以該挪試信號的系 統響應之反函數的裝置；以及 i i.在一觸發事件，預定時間期間過去或預定事件已發 生之後，將後續該輸入信號的頻率響應乘以就剛好在該觸 發事件前得到的該後讀系統響應的反函數的裝置。 1 5.如申請專利範圍第1 0項的裝置，其中決定此系統響 應的該裝置包含： i.利用測試信號及該輸入信號來計算起始的該系統響應 的裝置：以及 i i.藉由比較該音頻/視頻系統的該輸出與該測試信號來 計算該系統響應的裝置。第17頁 420930 六、申請專利範圍 1 6,如申請專利範圍第1 0項的裝置，其中根據該系統響 應來修改該輸入信號的裝置包含： i.起始的施加對應於該測試信號的該系統響應之反函數 到該輸入信號的襞置； i i.在一觸發事件，一預定時間期間過去或一預定事件 發生之後，將就剛在該觸發事件前得到的該後續系統響應 之反函數施加於後續之該輸入信號的裝置。 1 7. —種監視音頻/視頻系統輸出信號及修改其輸入信號 的裝置，其包含： a. —處理器； b. 記憶體； c. 一具良好特性之感測器； d. —用來接收該輸入信號及該輸出信號的接收器； e. —用來傳送該修改過的該輪入信號的傳送器； f. 一用來決定該音頻/視頻系統的系統響應之系統分析 引擎；以及 g. —用來根據該系統響應修改該輸入信號的濾波器，使 得該輸出信號是該輸入信號之一最佳化再生。 1 8.如申請專利範圍第1 7項的裝置，其中該系統分析引 擎計算出該輸入信號及該輸出信號的頻率響應。 1 9.如申請專利範圍第1 8項的裝置，其中該系統分析引 擎： i.利用該輸出信號及一測試信號做該輸入信號的頻率響 應計算出起始的該系統響應：以及第18頁 d209 30 六、申請專利範圍 1 i.利用該音頻/視頻系統的該輸入信號及該輸出信號的 頻率響應計算出接下來該系統響應。 2 0.如申請專利範圍第1 7項的裝置，其中該濾波器等於 該系統響應的反函數。 2 1.如申請專利範圍第1 9項的裝置，其中該濾波器： i .起始等於該測試信號的系統響應；以及 1 i.在一觸發事件，一預定時間期間過去或一預定事件 發生之後，等於就剛在該觸發事件發生前得到的該後續系 統響應的反函數。 2 2.如申請專利範圍第1 7項的裝置，其中該系統分析引 擎： i .利用一測試信號當作該輸入信號來計算出起始該系統 響應；以及 1 i.藉由比較該音頻/視頻系統的該輪出與該測試信號來 計算出該系統響應。 2 3.如申請專利範圍第1 7項的裝置，其中該濾波器： i.起始等於對應於該測試信號的該系統響應的反函數； 以及 i i.在一觸發事件，一預定時間期間過去或一預定事件 發生之後，等於就剛在該觸發事件發生前得到的該後續系 統響應的反函數。第19頁
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