TWI243623B - Apparatus for and method of altering a perceived level of bass in audio signal, non-linear instantaneous digital compressor, and computer readable medium storing a program - Google Patents

Description

1243623 玖、發明說明： 【發明所屬之^技術領滅】 發明領域 本發明一般係論及聲頻信號處理。更明確地說，其係 5 論及一些可用以改變，特別是增加，一聲頻信號中之低音 頻率的感知位準有關之裝置和方法。 t先前技術3 發明背景 有許多廉價之頭戴受話器和揚聲器加上一些中等逼真 1〇度聲頻系統，特別是手提式系統等之低頻響應，經常係相 當差。然而，一些收聽者經常希望有一加強之低音成分， 特別是當收聽一節拍強烈之音樂。基於此一理由，已有气 多低音增強電路被建議，諸如US 5,481，617、US 4,055 jh 118 5,509,0804? 0 266 148八、和〇£ 197 42 803八中所描述。 15 第1圖係顯示一傳統式低音增強/減弱電路】〇〇，其可具 現在類比域或數位域中，或此兩者之組合中。一在線路]〇2 上面之聲頻輸入信號，係使提供至一低通濾波器1〇4，以及 至一輸出加法器或合成器106。其低通濾波器1〇4，僅可使 一希望增強之頻率範圍通過，例如一些低於丨Hz之頻 2〇率。此低通濾波器104之輪出，將會被一增益區塊108放大， 以及接著在其合成器106内，使加至其原始之輸入信號，藉 以提供一低音增強之輸出110。 上述低音增強之位準，可藉由其增益區塊】〇8之增益 G，來加以控制，以及可藉由選擇G < 〇，亦即，藉由使上 1243623 述至其加法器106之輸入反相，以使上述低音增強之信號事 實上被減除，而可提供一低音減弱功能。在其低音增強電 路100之前，可設置一衰減器，使提供一些信號活動空間， 以使其低音在增強上不致有極限發生。 5 一些具現在數位域中之低音增強電路有關的問題是， 當低音信號超過其數位字組之動態範圍時，便會有超載發 生，以及此將會限制到其低音增強可被應用之量。此問題 在其先存技藝中，係藉由在應用一低音增強功能之前，使 整個信號衰減，來加以解決，但此技術會蒙受到之缺點是， 10 其信號之動態範圍會被縮減，而造成一較低之信號雜訊 比。此外，在一採用數位類比轉換器之情況中，其數位類 比轉換器之輸出處的最大電壓擺幅將會被縮減，雖然就此 種衰減，可緊接其數位類比轉換器之後，以增加其類比增 益之形式，對其提供補償。另有一可避免超載之技術，係 15 說明在US 5,255,324中，其可感測一功率放大器中之截波， 以及可響應而降低其窄頻帶低音增強增益。 一些低音增強電路，可能包括一所謂之響度等化功 能，其可補償在低波幅下人耳對較低頻不如對較高頻率敏 感之事實。此舉例而言係說明在1977年十一月4-7日第58次 20 AES 會議中之 Tomlinson Holman 和 Frank JS. Kapmann 的 “Loudness Compensation: Use and Abuse”（響度補償：用途 和弊端）和WO 02/21687中，以及一可使彼等聲音再現中會 發生之嗡ϋ翁聲的不當影響降低之改良式自動響度補償配 置，係說明在US 4,739,514中。一些響度功能通常係使低音 1243623 ~強之位準與總控制設定相鏈結，藉以在低音量下提供較 夕 夕之低音增強，但此功能並未考慮到低音信號之波幅對聲 節目素材及對總音量的相依性。 另有一種技術係使用一諧波產生器，來產生該聲訊包 5 括一些低於事實上存在之頻率的信號之幻覺。此類技術係 說明在US 6，134,330、WO 98/46044、WO 97/42789和 1999 年五月未定稿版4892之第106次AES會議中的Daniel Ben-Tzur 與 Martin Colloms 之 “The effect of MaxBass Psychoacoustic Bass Enhancement on Loudspeaker Design，， 10 (最大心理聲學低音增強對揚聲器設計之影響）中。該等諧波 可藉由使用一類似二極體或積分整流器等非線性元件使其 信號失真來加以建立。人耳對低頻下之失真係相當不敏 感，以及此等附加之諧波會被感知為一低音頻率之位準的 增加，雖然彼等事實上係並未出現在該信號中。此基本原 15 理在教堂風琴中已被使用有200年之久，一 吸音栓可加 強較其實際音符之音調低八度的低音，此為16呎之低音， 以及一 10¾吸音栓，將會建立一32吸風管之效果。此等技 術之目的，旨在增加其感知之低音位準，而不必事實上增 強其信號之低音成分，藉以避免一揚聲器否則會發生之失 20 真或甚至之損壞。 一低音增強之又一技術，係為建立一輸入信號之子諧 波，舉例而@，藉由截取其輸入信號，以及接著使一分為 二，藉以將一原先不存在之實際低音成分加至該信號。此 種技術係說明在US 2001/0036285A中。 1243623 上述之壓縮擴展技術，可由一些可不失真地使一聲頻 jg號之k號雜訊比（SNR)增加的聲頻系統之設備環境中得 知。一系統之SNR可藉由在一信號傳輸經過一含雜訊之頻 道月ίΐ使其放大來加以改良，但此種放大係受限於該頻道在 5咼信號位準下之失真。有一針對此一問題之解決方案，是 在使上述信號傳輸過該頻道之前，壓縮其動態範圍，以及 接著隨後再使其動態範圍擴展一次，藉以降低其雜訊位 準，因而稱之為“壓縮擴展，，。其最為有名之範例可能為有 關磁帶錄音之杜比（商標名）系統，此正如舉例而言1967年十 10月之J· Audio Eng. Soc·(聲訊工程協會期刊）第15(4)卷的 R-Dolby之“An Audio Noise Reduction System”(聲訊雜訊降 低系統）中所述，以及舉例而言如us 3,846,719和us 3,934，190中之後續發展所述。誠如其專業人員所知，一般 而言，一壓縮器係具有一可響應信號位準而變化之增益， 15其典型地係使用一具有相聯結之時間常數的RMS(均方根) 4吕號位準偵測作用。此杜比系統之基本特徵是，其在運作 上係基於音節時標，而非響應一瞬時信號位準，來控制其 增益。然而，瞬時壓縮擴展，舉例而言，已知係對pCM(脈 脈編碼調變）資料應用一 法則或A-法則。有一數位壓縮擴 20 展器之範例，係說明在EP 0 394 976A中。 一些先存技藝式數位壓縮擴展系統，係竭盡全力來達 成高線性和低失真。有一範例性系統係說明在丨984年五月 之J· Audio Eng. Soc·(聲訊工程協會期刊）第32卷編號5的 G.W. McNally之“Dynamic Range Control 〇f Digital Audio 1243623

Signals”(數位聲訊信號之動態範圍控制）中，其係使用—位 準摘測器，來決定一輸入信號之平均或峰值波幅、線性至 對數變換、和壓縮曲線表，藉以決定一要應用之增益，和 -要應用此增益之乘法器。在—些特定之應關中，有時 5係採用聲頻信號壓縮運作，而不必一對應之信號擴展，舉 例而言’如US4，·,762中所描述之助聽器。 上文所述之先存技藝式低音增強配置，係有助於增加 一聲頻信號中之低音頻率的感知位準，但其㈣希望能進 一步增加數位聲訊之設備環境中的特定低音之感知位準， 而不致造成其數位信號之超載和硬極限。本發明便係 此一問題。 【發明内容】 發明概要 15 攸媒本發明之第一特徵，其中因而係設置有•一可用 以接收-聲頻輸人信號之聲頻輸人端卜粞合至此聲頻輪 入^而具有"輸出端之L，其係可壓縮上述之聲頻輪 搞合至上述壓縮器之輸出端的高截止遽波器， 2供—經過缝之壓縮器輸出；和-合成器，其可使 ^自=㈣輸出端之錢與—來自上料頻t端之 壓提供一相結合之聲頻輸出;以… 失 彳使上述之㈣輸人信號失真，以使此 =感可:著上述相結合之聲頻輸出中的低音之位準的增加 採用 一壓縮器使聲頻輪入信 號失真，將可容許不超载 20 1243623 而強化其信號中之低音頻率的能量之增加。此外，由於此 配置可增強一些低波幅之信號，使更甚於一些較高波幅之 信號，一自動響度等化功能，亦將可有效地被設置。此外， 此非線性壓縮器，可在一相當簡單和價廉之方式中被具 5現，其加入之較低頻率的諧波，係被感知為低音位準之增 加，而非其失真本身。 此裝置係包括一在其壓縮器之輸出端與合成器間的高 截止濾波器或等效之低通濾波器，藉以衰減一些高於低音 之頻率，特別是其壓縮器所導入之較高頻率的諧波，以及 10 因而可降低任何殘餘之可聞失真。其中並不需要完全移除 此種高於低音之頻率。 其低音增強之效果’可藉由改變其高截止/低通濾波器 之截止特性(舉例而言，3dB截止頻率和斜降(Γ〇ιι-〇均），在 某些程度上加以改變。其專業人員將可理解，在本發明之 15設備環境中，何者構成一低音頻率之精確定義係並不重 要，雖然此類頻率通常可被考慮為由一些小於1〇〇 Ηζ之頻 率所構成。 上述之壓縮器最好為一大體瞬時之壓縮器，舉例而 θ ’大體瞬時地響應一些瞬時數位化之輸入信號位準，而 改變其壓縮器之增益。此將可簡化其超栽預防，以及有助 於該等聲頻輸入信號位準大體瞬時之修改，藉以導入其所 希望之失真。換言之，藉由應用一瞬時非線性之壓縮功能， 上述之聲頻輸入信號，將可被映射成，一失真版本之輸入信 號’藉以建立該等低音頻率之能量中的增加之希望效果。 10 1243623 ，實施例中，其瞬時壓縮器之增益，係依據··輸入 至此壓縮器之信號大體瞬時(舉例而言，數位）的位準而定。 此壓縮器增盈，可具有„或多依據其瞬時信號位準之輸入 而定的步階式變更，以及在一數位系統中，此種配置可藉 5由A移位運作簡單地加以具現。因此，此壓縮器可包括 一增益選擇器和-乘法器，諸如„可響應其增益選擇器之 左移位器。其增盈選擇器可由—最高有效位元(msb)偵測 器，藉以偵測-輸入至此壓縮器之數位聲頻的最高有效位 元，以及可選擇性地包括一除法器，諸如一右移位器，藉 10以控制其壓縮器有關之壓縮因數。其包括MSB偵測器和除 法器/右移位器之增益選擇器，有利的是可使具現為在一 ROM(唯讀記憶體）内之查尋表。 在一較佳之實施例中，該裝置係進一步包括一可偵測 一高信號位準之發生的配置，舉例而言，一可能導致超載 15之^號位準，以及可響應而執行一信號衰減或限制之功 能，而達成避免此裝置内之信號超載的目的。在〆數位系 統中，此功能係具有上述可使一數位信號位準避免達至一 被用來表現此種數位信號之有限數目的位元所加諸之硬極 限的目標。 20 在另一特徵中，本發明係提供一非線性瞬時數位式壓 縮器，其係包括：一輸入端；一耦合至此輸入端之增益選 擇器，和一耦合至上述輸入端之可變左移位器，其玎響應 上述之增盈選擇器，響應上述輸入端上面之數位信號的瞬 時位準，而將一可變增益應用至此數位信號。 1243623 此類型之數位式壓縮器，可有利地被上文所述之裝置 採用來改變一聲頻信號中之低音的感知位準，以及可簡單 而價廉地被具現成。 在又一相關聯之特徵中，本發明提供了一種玎改變一 5聲頻信號中之低音的感知位準之方法，此方法係包括：壓 縮上述之聲訊信號並使失真，藉以提供一經壓縮及失真之 信號，其中之失真係可被感知為此信號之低音位準中的增 加；低通濾波上述經壓縮及失真之信號；以及使上述之聲 頻信號與此經過濾波並壓縮而失真之信號相結合，藉以提 10供一具有一改變之感知位準的低音之輸出信號。 本發明進一步係提供有一處理機控制碼和一承載此碼 之承載媒體，藉以具現上文所述之裝置、方法、和壓縮器。 其程式碼可包括一傳統式程式碼或微瑪、或一可用來配置 及/或控制一ASIC或FPGA之碼、或其他類似之碼。其載體 15 7包括任何傳統式儲存媒體，諸如磁碟或咬 DVD-ROM、或類似ROM等程式規劃式記憶體、或一類似 光子式或電氣式#號載體荨資料載體。本技藝之專業人員 將可理解，其程式碼可使分配於多數彼此相連通之組件間。 圖式簡單說明 20 茲將參照所附諸圖僅藉由範例來說明本發明之較佳實 施例，其中： 第1圖係顯示一習知之低音增強/截止電路； 第2圖係顯示一依據本發明之實施例的低音壓縮器· 第3a至3c圖係分別顯示第2圖之低音壓縮器有關的壓 12 ^43623 缩器、増益壤樓。。 作為、、和最高有效位元偵測器； _係分別以線性標度和對數標度來顯示第3a 圖之壓縮器有關^ ^ & 關的DC轉移函數； 第5圖係_ - Μ 不第3&圖之壓縮器緊跟一低通濾波器有關 的轉移函數；π m $顯示一至第3a圖i 出自第3a圖之 要縮器的輸出信號 【實施冷式】 較佳實施例之詳細說明 10 15 20 第2圖係顯示一可具現本發明之-特徵的低音壓縮器 電路200。在一較佳之實施例中，此低音壓縮器200係使具 現在一數位域中，以及因而可被具現成一專屬性數位式硬 體，或使用一數位信號處理機(DSp)，或兩者兼備。 概括而言，一數位聲頻輸入信號，係提供給一非線性 瞬時壓縮器電路，其可使每一數位字組向左移位，使達一 依此字組之大小而定的量。此將會使其壓縮器之輸出失 真，以及此失真之輸出，將會受到低通濾波，而使其較高 頻率之諧波衰減，使以一增益因數加以放大，以及使加至 其輸入信號。該增益因數可控制其輸出信號中之低音的位 丰。上述棺號中存在之殘餘失真，主要係發生在低頻下， 以及在許多應用例中係幾乎不為人耳所聽聞。 更明確地說，其一數位聲頻輸入匯流排202，可提供一 數位聲頻k 5虎，給一壓器204和一合成器206。其壓縮器 2〇4之輸出，將會被一數位低通濾波器2〇8濾波，後者最好 13 1243623 係具有二次斜降(每八度12 dB)。其低通濾波器2〇8之輸出， 係提供給一增益區塊210,其接著係提供一第二輸入給其合 成器206。在一較佳之實施例中，其合成器2〇6可加總此兩 輸入信號，以及可提供一相結合之輸出至其線路（或匯流 5 排）212上面。 其可選擇性地納入一以虛線214a、b、和216所顯示之 回授路徑，使提供一超載偵測。此回授可採自其增益區塊 210如虛線214a所示之輸出，或採自其合成器2〇6如虛線 214b所示之輸出。此回授可將其線路216上面之信號，提供 10給其壓縮器204，藉以偵測一最大容許之信號位準。在一數 位式具現體中，此回授迴路係包括一取樣延遲器Mg，以求 其因果關係。 第3a和3b圖係分別顯示上述壓縮器之具現體和此壓縮 器有關之增益選擇器。參照第；^圖，其壓縮器2〇4係具現為 15 一耦合至其輸入端2〇2之增益選擇器300，而與一具現為一 左移位運作之2-冪方增益區塊3〇4相結合。其增益選擇器 300 了基於其輸入端202上面之瞬時信號的位準，來決定 其壓縮器之瞬時増益，以及可提供一輸出k至其線路3〇2上 面，藉以控制其可變增益區塊3〇4。上述壓縮器之輸出，係 20使提供至其線路205上面。 第扑圖係顯示上述增益選擇器3〇〇之一具現體，其係包 括一耦合至其輸入線路2〇2之最高有效位元(Msb)偵測器 306，以及可提供—輸出給-壓縮因數(F)決定模組308。此 模組308最好係具現為一使用右移位運作之孓幂方增益區 1243623 塊。其壓縮因數模組308之輸出，可經由一多工器3】〇，提 供一k值至其線路302上面。 在一較佳之實施例中’該等MSBj貞測器306和右移位壓 縮因數模組308，係被具現為一在R〇M内之查尋表，其在配 置上可在上述線路202上面之輸入字組與--要輸出至上述 線路302上面的k值之間，提供一直接之映射。或者，其msb 偵測器306，可使用一組合式邏輯電路來加以具現。 其多工器310係屬選擇性，但可被採用來提供一超載控 制功此。其多工器31〇係具有二個輸入，一來自其壓縮因數 1〇模組308，和一被設定至一固定值或旗標值之第二輸入 312，在此例示之實施例中為_丨，其係相當於上述區塊3〇4 内之增益中的6 dB之降低（一帶正負號之右移位）。此兩輸入 中之-的選擇，係由一來自一麵合至其壓縮器控制線路216 之極限偵測器316的輸出3】4，來加以控制。常有一最大容 15终之(正或負）信號，提供至其線路216上面時，其極限偵測 器316 ’將可控制其多工器31()，藉以提供一信號給其增益 區塊3〇4 ’以使其壓縮器之輸出衰減。其極限偵測器316， 係由可針對其線路216上面之信號的多數最高有效位元 而運作之、、且合式邏輯電路，來力口以具現，舉例而言，藉以 20在2·文固定小數點符號中，偵測-0.1XXX···之值(>==0.5 〜十進位值），或一ιοχχχ…之值(<-〇·5之十進位值）。 圖係顯示上述增盈區塊304有關之可變左移位功 此的一個具現體。其係包括H318,其係具有多重輸 /等各可接收上述線路202上面之輸入信號由一些 15 1243623 ι·位元左移位器322所提供的連續左移位之版本。其多工器 318可依據其控制輸人端搬上面之_，來選擇上述輸入信 號之適當移位的版本。 其增益選擇器係具有兩種運作模態，一正常模態和一 5極限模態。首先將說明其正常運作模態。 在其正常運作模態中，其MSB偵測器鳩，可藉由建立 上述輸入子組中所設定之最高位元，來決定其線路2〇2上面 之輸入信號的位準之粗略近似法。在一實施例中，其msb 偵測器306在具現上，係使用一絕對值計算，緊接是一查尋 10表，雖然在其他實施例中，係可採用其他具現體。其MSB 偵測器306之輸出，在目前所述之實施例中，為一可隨上述 MSB之變為較低有效性而增加的整數值。其msb偵測器306 之輸出，係藉由一右移位器使除以上述之壓縮因數!^(嚴格 說來，此值係除以2F)。其壓縮因數模組308所成之輸出，在 15 正常模態中可提供出其增益選擇器300之輸出，以及係被用 來控制其壓縮器204之增益（亦即’左移位）。 上述壓縮器之運作的此種正常模態之一範例，係列舉 在下列之表1中： 輸入字組絕對值 (二進位） MSB 偵 ϋΐ 器輸出 >>F輸出 (F=l) I縮器輸出（正信妩） ι.χχχχχχχχχχχχχχ 0· 1 χχχχχχχχχχχχχ 0.01 XXXXXXXXXXXX 0.001XXXXXXXXXXX 0.0001XXXXXXXXXX 0.00001XXXXXXXXX 等等 1 2 3 4 5 等等 0 0 1 1 2 i等 1 .XXXXXXXXXXXXXX 0.1 χχχχχχχχχχχχχ 0 · 1 XXXXXXXXXXXX 0.01XXXXXXXXXXX 0.01XXXXXXXXXX O.OOIXXXXXXXXX 等等 表1 16 1243623 參照表1 ’上述輪人字組之絕對值，係具有-如所示之 -進位固定小數點#號。其MS_測器3G6之輸出，係包括 串列之整數值’其在使向右移位—位元之位置（因在此範 例中F-1)時’將會產生此表之第三攔巾的值。上述之輸入 子組，接純使向左移位以達至其壓顧數模組遍之輸出 值，错以提供絲之最相巾所顯示的壓縮^輸出，其亦 係使成為-個二進位固定小數點符號之形式。（為清晰計， 在此-範例中，係假定為正信號）。其可見在ρ=ι之下，其 壓縮WG4 j使其線路加上面之輸人信號，放大多達其 廳偵測器寫所出之值的—半，而產生__2:1之壓縮因 數車又大之F值將會造成一較低程度之壓縮。 15 20 上述壓縮器204之正常模態運作，可提供-如第4a和朴 圖所例不之轉移函數。第侧係顯示其壓縮器綱在一線性 標度^之DC轉移函數彻，其至此壓縮器之輸入信號係 線上面’以及其出自此壓縮器之輸出信號，係 Γ:線上面。第4a圖之曲線圖中屬此轉移函數之輸 :號兩者均為負的象限，並未顯示在此圖中，但 ==線透過原點之映像。第4b圖係顯示同一轉移函 數之對=示式術，其輸入信號係以dB顯示在x_袖線上 面 、輸出k號係以dB顯示在y_軸線上面以致第扑 =:係對應於第，之點⑽。由於此等輸入和 : 屬—些電壓’彼等之崎係得自2G 1〇gl0(信 號）。 參照第蝴，舉例而言，其可見上述壓縮器在0.25之輸 17 1243623 入信號位準下的增益中有一階梯狀縮減，此為二進位固定 小數點符號中之0.01。此係對應於其控制左移位3〇4之輸出 k 302上面的信號中之階梯狀變化。上述壓縮器增益中之另 一階梯狀變化，係發生在一0·001之浮點二進位輸入字組絕 5對值處，正如亦可藉由查尋表】而可看出。在一對應之方式 中，隨著上述輸入信號位準之進一步降低，其增益中係存 在有一些額外之階梯狀變化。 第4b圖係例示上述麼縮器204之轉移函數，在一對數_ 對數標度中，通常係呈線性，但係具有一疊加之鋸齒形樣 10 式。此係由於上述壓縮器204中所使用之粗略近似法，將會 在其轉移函數内導入一些不連績點。 第5圖係顯示彼等壓縮器204和低通濾波器208之結合 體有關的轉移函數，其係就一輸入至其壓縮器之80 Hz正弦 波，和一 120 Hz濾波器截止頻率而言，自其壓縮器之輸入 15端，至其低通濾波器的輸出端。此至其壓縮器204之基本(80 Hz)輸入信號的波幅，係以dB顯示在X-軸線上面，以及其y-軸線係以dB繪出其低通濾波器2〇8之輸出的基本頻率之波 幅。 第5圖中所顯示之轉移函數，為僅屬上述輸入正弦波之 20 基本成分者’其輸出波幅係為該信號之此一基本成分的波 幅，以及並不包括任何出自上述輸入信號之諸波的成分。 此將可平滑化該等不連續點，因為該正弦波會激勵某一範 圍之輸入位準’其包括一些線性區和不連續點兩者。換言 之，該正弦波輸入將會橫跨第4圖中所指明之多數增益步 18 1243623 階，以及因而將會在其輸出中產生一些額外之諧波成分。 第6圖係顯示就一在相對於一全標度輸出位準之_24 dB下輸入的60 Hz正弦波，有關一至上述壓縮器2〇4之輸入 信號602和一出自此壓縮器204之輸出信號6〇4的瞬時信號 5位準相對時間之曲線圖。曲線6 〇 4係指出當上述壓縮器之增 益中的階梯狀變化因該瞬時輸入信號位準之變化所致的影 響。此曲線604中之不連續點，將會產生上述至其壓縮器之 輸入信號的諧波，此係被感知為其低音能量之位準中的增 強。此等不連續點（最好)係被其低通濾波器2〇8平滑化，藉 10以降低否則可能會被感知到之任何高頻失真。 次將說明上述壓縮器之極限模態運作。其極限模態之 目的，旨在避免其低音增強電路之輸出達至翻以表示此 增強之信號的數位字組之硬極限，以及因而避免其之超 載。其極限制器316,將會建立出何時其低音壓縮器之輸 15出（例如，線路214a或線路21扑上面）處會發生高位準之信 號，在-較佳之實施例中，其係價測該輸出信號位準何時 達至-2.5 dB。 當此種極限條件被其極限偵測器316偵測到時，其線路 314上面之輸出，將會控制其多工器31〇，來選擇一個“之化 2〇值’而在其線路302上面輸出給其移位增益區塊3〇4。響應 此-輸入⑼，其增益區塊3G4,將會針對其線路加上面: 信號’執行-單-右移位（而非左移位），藉以衰減線路2〇5 上面之輸出。此在其輸出信號中並不會產生過大之不連續 點，因為其極限僅會發生在上述輸入字組接近全標度時， 19 1243623 以致在緊接此極限之前，在其壓縮器中產生一k=〇之值。 其一極限功能之他型和更一般性具現體，在設置上可 使在有一極限條件被偵測到時，自其壓縮因數F減除一值， 諸如1。 5 其壓細為204中所使用之粗略近似法，和其若具現有之 限制器，將會導入一些諳波失真。此最好係被其低通濾波 器208濾波，藉以確保僅有一些低頻諧波會出現在其輸出信 號中。此等諧波並不會明顯被聽聞為失真，但會加至上述 出自低音壓縮器電路200之輸出信號中的低音之感知位準。 10 其低音壓縮器電路200，亦可使運作在一擴展器模熊 中，假如其增益區塊210在配置上係提供負增益。在_些實 施例中，其壓縮器204係使禁能，以使其電路200提供—低 音縮減運作，而其增益區塊210之增益G的較大負值，將會 造成其加增之低音縮減運作。然而，附加地或二者擇―地， 15 其壓縮器204可使致能，以及在此一情況中，其透過該等壓 縮器204、低通濾波器208、和增益區塊210之總負增益，就 一些低波幅之信號而言，係較就一些高波幅之信號者為 高。結果，其低音壓縮器200，將可就一些低波幅之信號， 提供一較就一些高波幅之信號為多的縮減運作，而產生其 20 橫跨低音頻率之動態範圍的擴展。 在又一他型實施例中，其一擴展功能可藉由以一可變 之右移位2-幂方增益區塊取代其可變之左移位增益區塊 304，來加以設置。藉由此一配置，其電路將可就一些低波 幅之信號，而提供一較就一些高波幅之信號為大的衰減， 20 1243623 、=再人提供上述類似15〇出以下及更好的是⑽出以下 之^就的低音頻率信號有關之動態範圍擴展。 第2圖中所例示之低音壓縮器200的較佳實施例，係特 Τ有利於中等逼真度，典型地為—些手提式系統，其中之 5同感知位準的低音，可為彼等收聽者所察覺，但參考品 則並不需要。 ' 在希望有較高位準之信號品質的情況中，其壓縮器204 可使在配置上縮減其輸出錢中之不連續點，同時仍可就 強提供某種非職。在此種實施财，其咖_ :可使在配置上提供—較先前所說明為細之解析度的 剧出’舉例而言，藉由使用一可辨析信號位準中較上文所 =基於魏位心置者為細之變化的㈣位準_器·。藉 此種配置，其提供至上述增益區塊綱之輸出3〇2上面的k 值’係具有一加增金+ a 4 ιτι·μ 士 15 20 / 之^度，以及因而其增益區塊304， 最好係使用一乘法哭办丄 來加以具現。其輸出302上面之位元解 析度的數目，⑽將會決定其㈣錢Μ，之： 質係由較多數目之位元來提<〇U 時壓==音壓縮器，將可提供若干利益。㈣ . #基於輸入信號位準之長期平均值的壓今 作用，將有助於導入其 旳壓系 味μ “ 、所希望之失真。其亦可依據瞬時·^ —音4㈣本身之設定，來提供-改良之每 度讀’《及㈣可響應其壓縮器所處理之聲訊節: 的内容。其非線性懕始/ . y、t 塾鲕益204之實施例，係具有較 藝式壓縮器為低之補_W无存老 〈複雜性。其亦可直截了當地 21 1243623 限制器，而使用一來自其壓縮器之輸出級的回授。藉由濾 波其壓縮器204之輸出，其聲頻信號可被人耳感知之失真的 變化之可聞失真，可使降低至一無足輕重之位準，以及其 殘餘之信號失真，係不會被感知為一可聞之失真，而係為 5 —些低音頻率下之聲頻信號的能量之增加。此外，上述低 音壓縮器之實施例，可於上述已失真、經壓縮之聲頻信號 自其原始信號被減除而非加入時，提供一動態範圍擴展功 能。 毋庸置疑地，本技藝之專業人員，將可想到許多有效 10 之他型體，以及理應瞭解的是，本發明並非受限於此等所 說明之實施例，以及係涵蓋本技藝之專業人員所熟知在此 所附申請專利範圍之精神與範圍内的修飾體。 【圖式簡单說明3 第1圖係顯示一習知之低音增強/截止電路； 15 第2圖係顯示一依據本發明之實施例的低音壓縮器； 第3a至3c圖係分別顯示第2圖之低音壓縮器有關的壓 縮器、增益選擇器、和最高有效位元偵測器； 第4a和4b圖係分別以線性標度和對數標度來顯示第3a 圖之壓縮器有關的DC轉移函數； 20 第5圖係顯示第3a圖之壓縮器緊跟一低通濾波器有關 的轉移函數；而 第6圖則係顯示一至第3a圖之壓縮器的輸入信號和一 出自第3a圖之壓縮器的輸出信號。 22 1243623 【圈式之主要元件代表符號表】 100···低音增強/減弱電路 218…取樣延遲器 102…線路 104···低通濾波器 106、206…合成器 108、210…增益區塊 110、314…輸出 200…低音壓縮器 202…數位聲頻輸入匯流排 204…壓縮器 205、216、302…線路 208···數位低通濾波器 212···線路(或匯流排） 214a，b、216…回授路徑 300…增益選擇器 304”·2-幂方增益區塊 304···可變增益區塊 306…最高有效位元(MSBM貞 測器 308…壓縮因數(F)決定模組 308…右移位壓縮因數模組 310、318…多工器 312、320…輸入 316···極限偵測器 322···1-位元左移位器 23

Claims (1)

1. 拾、申請專利範圍： 第92120452號申請案申請專利範圍修正本 94.06.09. 1. 一種用以改變聲頻信號中之低音感知位準之裝置，其係 包括： 5 —可用以接收一聲頻輸入信號之聲頻輸入端； 一耦合至此聲頻輸入端而具有一輸出端之壓縮 器，其係可壓縮上述之聲頻輸入信號；

   一耦合至上述壓縮器之輸出端的高截止濾波器，其 可提供一經過濾波之壓縮器輸出；和 10 一合成器，其可使一來自其壓縮器輸出端之信號與 一來自上述聲頻輸入端之信號相結合，藉以提供一相結 合之聲頻輸出；以及 其中之壓縮器在配置上，可使上述之聲頻輸入信號 失真，而使其失真可隨著上述相結合之聲頻輸出中的低 15 音之位準的增加而被感知。

   2. 如申請專利範圍第1項之裝置，其中之壓縮器在配置 上，可使用其聲訊輸入信號之大體瞬時的位準，來執行 一非線性運作。 3. 如申請專利範圍第1項之裝置，其中之非線性運作，係 20 包括其壓縮器增益中依輸入至此壓縮器之信號的大體 瞬時之位準而定的至少一階梯狀變化。 4. 如申請專利範圍第3項之裝置，其中之非線性運作，係 包括多數在一些依輸入至此壓縮器之信號的大體瞬時 之位準而定的點處之壓縮器增益中的階梯狀變化。 24 1ί B4362f 日i 5. 如申請專利範圍第旧之裝置，其中進—步係包括—限 制益’其可響應-依其壓縮器之輸出而定的信號位準， 來限制或降低其相結合之聲訊輪出。 6. 如申請專利範圍第旧可用以增強—聲頻信號中之低音 5 的感知位準之裝置’其中之合成器係由-加法合成器所 構成。 7. 如申請專利範圍第丨項之裝置，其中之聲訊輸入信號， 係包括-數位聲訊輸人信號，以及其壓縮器係包括—數

   位式壓縮器。 10 8·如中請專利範圍第7項之裝置，其中之|縮器係具有_ 輸入端，以及係包括-增益選擇器和—乘法器，彼等均 係耗合至其壓縮器輸人端，其乘法器係可響應其增益選 擇器。 9.如申請專利範圍第8項之裝置，其中之乘法器係由一左 15 移位器所構成。

   瓜如申請專利範圍第8項之裝置，其中之增益選擇器，係 包括一最高有效位元_器，其可侧_壓縮器輸入信 號之最高有效設定位元，以及可提供其乘法器有關之數 位輸出值。 1.如申5月專利圍第1G項之裝置，其中之增益選擇器，進 —步係包括-除法器’其可降低其乘法器有關之數位輸 出值。 ]2.如申請專利範圍第_之裝置，其中之除法器係由一右 移位器所構成。 25 1243623 13. 如申請專利範圍第8項之裝置，其中之增益選擇器，係 由一查尋表所構成。 14. 一種非線性瞬時數位式壓縮器，其係包括： 一輸入端； 5 一耦合至此輸入端之增益選擇器；和

   一耦合至上述輸入端之可變左移位器，其可響應上 述之增益選擇器，藉以響應上述輸入端上面之數位信號 的瞬時位準，而將一可變增益應用至此數位信號。 15. —種用以改變聲頻信號中之低音感知位準之方法，此方 10 法係包括： 壓縮上述之聲訊信號並使失真，藉以提供一經壓縮 及失真之信號，其中之失真係可被感知為此信號之低音 位準中的增加； 低通濾波上述經壓縮及失真之信號；以及 15 使上述之聲頻信號與此經過濾波並壓縮而失真之

   信號相結合，藉以提供一具有一改變之低音感知位準的 輸出信號。 16. 如申請專利範圍第15項之方法，其中之壓縮作用可提供 上述之失真。 20 17.如申請專利範圍第16項之方法，其中之壓縮作用，係包 括響應上述聲頻信號之大體瞬時值，來改變一施加至此 聲頻信號之大體瞬時的增益。 18.如申請專利範圍第17項之方法，其中之改變係包括以一 或多之分立步驟來改變其增益。 26 19. 如申請專利範圍第17項之方法，其中之聲頻信號，係由 一數位聲頻信號所構成，以及其增益改變係包括改變一 應用至上述聲頻信號之左移位。 20. 如申請專利範圍第17項之方法，其中之壓縮作用，進一 5 步係包括響應上述聲頻信號之大體瞬時值，來選擇此聲 頻信號所需之增益。

   21. 如申請專利範圍第20項之方法，其中之聲頻信號，係由 一數位聲頻信號所構成，以及其響應上述聲頻信號之大 體瞬時值的選擇，係包括偵測上述數位聲頻信號之最高 10 有效位元(MSB)。 22. 如申請專利範圍第21項之方法，其中之MSB偵測，係包 括在一查尋表中查尋上述數位聲頻信號之值。 23. 如申請專利範圍第15、16、17、18、19、20、21或22項 之方法，其中之輸出信號，係由一數位輸出信號所構 15 成，此方法進一步係包括控制上述數位輸出信號之位

   準，藉以大體上使此輸出信號之位準，避免超過此輸出 信號之數位表示值所加諸的上限。 24. 如申請專利範圍第23項之方法，其中之控制係包括：偵 測一極限條件，以及響應此極限條件，來控制其壓縮器 20 所施加之增益。 25. —種儲存有程式的電腦可讀媒體，該程式係用於實現一 非線性瞬時數位壓縮器，該壓縮器包含有； 一輸入； 一耦接至該輸入之增益選擇器；以及 27 1243623 一耦合至上述輸入之可變左移位器，其可響應上述 之增益選擇器，藉以響應上述輸入上面之一數位信號的 瞬時位準，而將一可變增益應用至此數位信號。 26. —種儲存有程式的電腦可讀媒體，該程式係用於實現一 5 用以改變聲頻信號中之低音感知位準的方法，此方法係 包括：

   壓縮上述之聲訊信號並使之失真，藉以提供一經壓 縮及失真之信號，其中之失真係可被感知為此信號之低 音位準的增加； 10 低通濾波上述經壓縮及失真之信號；以及 使上述之聲頻信號與此經過濾波並壓縮而失真之 信號相結合，藉以提供一具有一改變之低音感知位準的 輸出信號。

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