TWI323127B - A noise reduction system and a digital audio processing unit thereof - Google Patents

Description

1323127 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明是有關於一種雜訊消除系統。特別是有關於一 種應用於 BTSC (Broadcast Television Systems Committee， 影視傳播委員會）系統之雜訊消除系統。 【先前技術】 美國 FCC(Federal Communications Commission，聯邦 傳播委員會）於1980年代，為了使影視訊號能夠以雙聲道 之方式傳播與接收，故對影視訊號之聲音部分採用一個新 規範。於此規範中，FCC對於可多聲道傳播與接收聲音之 BTSC系統做出認證並加以保護。此BTSC系統即定義了 MTS(multi-channel television sound，影視多聲道聲音）之傳 送與傳送時之音頻訊號處理要求。 第1圖係繪示一習知雜訊消除系統。此雜訊消除系統 110用於BTSC訊號系統中，以消除數位處理過程中編碼程 序之音頻訊號之雜訊，並產生一編碼後音頻訊號。當此雜 訊消除系統110用於編碼程序時，此雜訊消除系統110具 有一音頻壓縮單元120、一寬頻壓縮單元150與一乘法器 160。此音頻壓縮單元120具有一濾波器130與一記憶體 140 〇此濾波器130根據一轉換函數、一變數d與多個參數 (轉換函數之係數），對一輸入訊號進行濾波。此轉換函數為： 5 1323127 H(z) = (1)

此記憶體140用以儲存該些參數。當變數d>0時，記 憶體輸i4〇出參數（b〇/a〇)+、（bi/b〇)+與（a,/a〇)+至濾波器13〇; 當變數d<0時，記憶體輸出參數（b0/a0)-、（th/bo)·與（a丨/a〇). 至濾波器130。 經由轉換函數（〗），記憶體140需要儲存6個參數 (b〇/a〇)+、OVb。)"、（ai/a〇)+、（b〇/a〇)-、（bl/b〇)-與（a】/a〇)-。由 於記憶體之成本和容量成正比，故需要一個具有小容量記 憶體之雜訊消除系統。 【發明内容】 因此本發明一方面是在提供一種使用較少容量記憶體 之雜訊消除系統。 〜 是在提供—種使用較少容量記憶體之 数位音頻處理單元。 根據本發明之—實施例，此雜訊消除系、統料—Μ% 訊戒系統中，以消除數位處理過程中編碼程序 之雜訊。當此雜訊消除系統用於編碼程^訊°』 系統具有-音頻壓縮單元。此音頻壓縮單元呈：雜訊消除 兀具有一濾波器 1323127 與一記憶體》此濾波器根據一轉換函數、一變數d與多個 參數b〇/a〇、a〇/b0、b丨/b〇與a丨/a〇，對一輸入訊號進行濾波， 其中該轉換函數為： 當變數d>〇時：

1 A -I A l + TZ α〇 1 + ^-ζ-1 α〇 當變數d<0時： Λ αχ _ 1 + —ζ α〇 Η(ζ) = ^-χ 此記憶體用以儲存該些參數。當變數d>0時，記憶體 輸出參數b〇/a〇、bi/b〇與ai/a〇至爐、波器；當變數d<0時， 記憶體輸出參數a〇/b〇、bjbo與ai/a〇至濾波器。 根據本發明之另一實施例，此數位音頻處理單元用於 一 BTSC訊號系統中’以消除數位處理過程中編碼程序之 音頻訊號之雜訊。此數位音頻處理單元具有一多工器、一 s己憶體與一滤波Is。此多工器用以根據一變數d，選取並輸 出多個參數位址。此記憶體耦用以接收這些參數位址並輸 出多參數b〇/a〇、a〇/b〇、b丨/b〇與a^ao ’當變數d>〇時，記憶 體輸出參數b〇/a〇、b^/bo與ai/a0 ;當變數d<〇時，記憶體輸 1323127 出參數a〇/b〇、h/bo與ai/a〇。當數位音頻處理單元用於編碼 程序時，濾波器根據一轉換函數、變數d與參數bG/a0 ' a〇/b〇、bi/b〇與aVao，對一輸入訊號進行濾波’其中該轉換 函數為： 當變數d>0時： a〇 l+^-z- α0 1+1，丨 Η(ζ) = ^-χ—^— 當變數d<0時： 1 + -^-ζ-Η{ζ) = ^χ~^— b〇 \Λζ- Κ 值的注意的是’以上的概略敘述以及以下的詳細敘 述’皆用以對本發明之申請專利範圍提供進—步之說明。 【實施方式】 本發明提供一雜訊消除系統與一數位音頻處理單元用 於- BTSC訊號系統中，以消除數位處理過程中編碼程序 ，解碼程序之音頻訊號之雜訊1 了減少所需之記憶體容 量’雜訊消除系統與數位音頻處理單元中之渡波器使用了 較少參數（轉換函數之係數）之轉換函數。使用此裝置’將可 更有效率之使用此雜訊消除系統與數位音頻處理單元。 當此雜訊消除系統之遽波器用於一編碼程序時，所使 8 1323127 用之轉換函數為： S(f,b)=[1 +(jf/20.1 [kHz])(b+51 )/(b+1 )]/[1 +〇f/20.1 [kHz])(1 +51 b)/(b+1)].............(2a) 當此雜訊消除系統之濾波器用於一編碼程序時，所使 用之轉換函數為：

S'1(f,b)=[1 +〇f/20.1 [kHz])(1 +51 b)/(b+1 )]/[1 +(jf/20.1 [kHz])(b+51 )/(b+1)]..........(2b) 其中‘f’為欲處理訊號之頻率，‘b’為編碼後音頻 訊號之時間權重均方根。 為了將轉換函數（2a)與（2b)應用於一數位音頻處理 器，8(£，13)與必須於Z定義域中做雙線性之轉換。因 此令b=10(d/2()),即d=20 log(b)，則轉換函數（2a)與（2b)變成： S(Z,b-1)=[2^f(Z+1)(b+1)+ 2fs(Z-1)(b+51)]/[2 7rf(Z+1)(b+1)+ 2fs(Z-1)(1+51b)]...(3a) S-1(Z,b)=[2 7Γ f(Z+1)(1+b)+2fs(Z-1)(1+51b)]/[2 7Γ f(Z+1)(1+b)+2fs(Z-1)(b+51)]...(3b) 其中f=20.1[kHz]，fs為取樣頻率。 於轉換函數（3b)中，S_1(Z，b)等於SPA·1)。因此轉換函 數（3a)與（3b)可設定為： (4a)

When d>0, S(Z,b)=H(Z)=(b〇+biZ-1)/(a〇+aiZ·1) 1323127

When d<0, S(Z,b'1)= H'1(Z)=(a〇+aiZ-1)/(b〇+biZ-1).............................. 於習知之轉換函數（i)中，記憶體需要儲存0個參數。 為了減少參數之數量，轉換函數（4a)與（4b)變成： 當變數d>0時：

H{z) =

l + a2-. ao (5a) 當變數d<0時： 1 + ^z-1 H(z) = ^-x一 b〇 1 + -¾. z-' (5b) 第2A圖係繪示本發明第一較佳實施例之雜訊消除系 統。雜訊消除系統210用於BTSC訊號系統中，以消除編 碼程序之音頻訊號之雜訊’並產生一編碼後音頻訊號。當 此雜訊消除系統210用於編碼程序時，此雜訊消除系統2 ^ 〇 具有一音頻壓縮單元220a。音頻壓縮單元22〇a具有一濾波 器230與一記憶體240 »音頻壓縮單元22〇a之濾波器23〇 被用以根據一轉換函數、一變數d與多個參數（轉換函數之 係數）bG/a〇、ao/b。、b丨/b〇與a丨/a。’對一輸入訊號進行濾波， 並產生編碼後音頻訊號。此轉換函數為方程式（5a)與（5b): 10 1323127 當變數d>0時: H(z) = h.x

a〇 l + ^z-« (5a)

當變數d<0時： H(z) = Stx b〇

(5b) S己憶體用以儲存該些參數，當變數d>〇時，記憶 體輸出參數b〇/a〇、bi/b〇* a^o至濾波器230;當變數d<0 時，記憶體輸出參數a〇/b〇'bi/b。與_。至據波器MO。 由此轉換函數可知，記憶體只需儲存4個參數b〇/a〇、 a〇/b〇、bi/bo 與 ai/a〇。茈抓 姿也

此外，參數a〇/b〇可利用參數、/知藉 由硬體（如電路裝置、夹吝# m , t )果產生。因此與習知雜訊消除 憶體需儲存ό個參數相& ν,. 节、，死之》己 数相比，此處之記憶體只需儲存3至4 個參數。故本發明中之印愔 1/3〇 體容量只需習知技術之1/2至 此變數d可以是記憶體 、脰γ之一位址，且變數d log [—編碼後音頻訊號之時 、 ㈣與變數d<G時之濾波頻 ί使變數 &+35丨八目_ 旱β應相同，變數d之範圍係 約±35[刀貝-才日數型態時間 重勺方根]至約±45[分貝-指數 1323127 型態時間權重均方根]。 當雜訊消除系統21〇用於編碼程序時，一寬頻壓縮單 兀25〇a搞接記憶體240與濾波器230於雜訊消除系統210 中’用以壓縮編碼後音頻訊號成一寬頻壓縮訊號。雜訊消 除系統210另外具有耦接寬頻壓縮單元250a與濾波器230 之一乘法器260。此乘法器26〇用以相乘音頻訊號與寬頻壓 縮訊號成為輸入訊號。 於實際產品中，雜訊消除系統210中之記憶體240通 常為一個唯讀記憶體表格（ROM table)，如唯讀查表裝置 (look up ROM table)。 第2B圖係繪示本發明第二較佳實施例之雜訊消除系 統。雜訊消除系統210用於BTSC訊號系統中，以消除數 位處理過程中解碼程序之音頻訊號之雜訊，並產生一編碼 後音頻訊號《第2A圖與第2B圖之差異在於當此雜訊消除 系統210用於解碼程序時，第2B圖中之雜訊消除系統2ι〇 具有一音頻展開單元220b以取代音頻壓縮單元22〇a。 音頻壓縮單元220b之濾波器230被用以根據第2A圖 中所述之轉換函數之反轉、變數d與多個參數b(>/aG、a〇/b。、 …/、與ai/aQ，對編碼後音頻訊號進行濾波，並產生一輸出 訊號。 當雜訊消除系統210用於解碼程序時，一寬頻展開單 元250b耦接記憶體24〇於雜訊消除系統中，用以展開編碼 後音頻訊號成一寬頻展開訊號。雜訊消除系統21〇另外具 有-乘法器260。此乘法器耗接寬頻展開單元鳩與 12 渡波Λ Ο Λ 二D ，用以相乘輪出訊號與寬頻展開訊號成為音頻訊 理η。第3A圖係繪示本發明第三較佳實施例之數位音頻處 、單元數位音頻處理單元310a用於BTSC訊號系統中， Γ處理一編碼程序之-音頻訊號，並產生—編碼後音頻訊 戒。此數位音頻處理單元310a具有一多工器320、一記憶 體 340 盘一清、、士 應及益33〇。此多工器320用以根據一變數d， 選取並輸出多個參數位址。當變數d>G時，多工器320輸 出參數b〇/a〇、卜/bo與ai/a〇之位址；當變數d<0時，多工 器320輸出參數a〇/bo、t^/bo與aVao之位址。 各己憶體340耦接多工器32〇,用以接收該些參數位址並 輪出多個參數b〇/a〇、a〇/bQ、1^/13。與ai/a〇。當變數d>0時， "己憶體340輸出參數bo/ao'^/bi^h/ao至濾波器330;當 °亥變數d<0時’記憶體340輸出參數a〇/b〇、h/bo與ai/a〇 至渡波|§ 3 3 0。 遽波器330與記憶體34〇相耦接。當數位音頻處理單 疋330用於編碼程序時，濾波器33〇用以根據一轉換函數、 變數d與參數b〇/a〇、aG/b〇、bjbo與ai/aG，對一輸入訊號 進行濾波。此轉換函數即為上述之方程式（5a)與（5b)。 於數位音頻處理單元310a中，多工器32〇可配置於記 憶體340中’而變數d即為記憶體340中之一位址。此外， 變數d等於20 log [—編碼後音頻訊號之時間權重均方 根]。為了使變數d>0與變數d<0時之濾波頻率響應相同， 變數d之範圍係約±35[分貝-指數型態時間權重均方根]至 13 1323127 約±45[分貝-指數型態時間權重均方根]。 此外，數位音頻處理單元310a還具有一增益裝置 370、一音頻帶通濾波器裝置380 ’與一能量準位债測裝置 390。增益裝置370耦接濾波器330，用以接收並增益編碼 後音頻訊號β音頻帶通濾波器裝置380耦接增益裝置37〇 , 用以根據增益後之編碼後音頻訊號而產生一頻譜訊號。能 量準位偵測裝置390耦接音頻帶通濾波器裝置38〇與多工 器320，用以根據頻譜訊號產生變數d。 當數位音頻處理單元310a用於該編碼程序時，一寬頻 壓縮單元350a耦接增益裝置370與濾波器33〇，用以壓縮 編瑪後音頻訊號成一寬頻廢縮訊號。此數位音頻處理單元 310a更具有一乘法器360耦接寬頻壓縮單元35〇&與據波器 330。此乘法器360藉由相乘音頻訊號與寬頻壓縮訊號而產 生輸入訊號。 於實際產品中，數位音頻處理單元31〇a中之記憶體 340通常為一個唯讀記憶體表格（R〇M，如唯讀查表 裝置（look up ROM table)。 第3B圖係繪示本發明第四較佳實施例之數位音頻處 理單元。數位音頻處理單元310b用於BTSC訊號系統中， 以處理一解碼程序之一編碼後音頻訊號，並產生一音頻訊 號。 當數位音頻處理單元310b用於解碼程序時，濾波器 33〇用以根據轉換函數（即方程式⑽與⑼))之反轉、變數d 與參數b〇/a〇、a〇/b〇、b,/b〇與ai/a〇，對編碼後音頻訊號進行 (S > 14 1323127 濾波並產生一輸出訊號。 當數位音頻處理單元31〇b用於解碼程序時，此音頻處 理單元310b還具有一寬頻展開單元35〇b耦接增益裝置 3 70，用以展開該編碼後音頻訊號成一寬頻展開訊號。數位 音頻處理單元310b另外具有一乘法器360，乘法器36〇輕 接該寬頻展開單元350b與濾波器330，用以相乘輸出訊號 與寬頻展開訊號成為音頻訊號。 使用上述之雜訊消除系統或數位音頻處理單元，記慎 體容量只需習知技術之I/2至1/3。現實生活中，音頻處理 之資料數量相當龐大，故此雜訊消除系統或數位音頻處理 單元可減少所需之記憶體容量。 雖然本發明已以一較佳實施例揭露如上，然其並非用 以限定本發明，任何熟習此技藝者，在不脫離本發明之精 神和範圍内，當可作各種之更動與潤飾，因此本發明之保 護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。 【圖式簡單說明】 ^為讓本發明之上述和其他目的、特徵、優點與實施例 &更明顯易懂，所附圖式之詳細說明如下： 第1圖係繪示一習知雜訊消除系統。 第2A圖係繪示本發明第一較佳實施例之雜訊消除 統。 …、 第2B圖係繪示本發明第二較佳實施例之雜訊消除 統。 …、 15 ΙόΖόΙΖ/ 第3Α圖係繪示本發明第三較佳實施例之數位音頻處 元。 = 圖係緣示本發明第四較佳實施例之數位音頻處

31〇a :數位音頻處理單元 310b:數位音頻處理單元 320 :多工器 330 :濾波器 340 :記憶體 350a :寬頻壓縮單元 350b :寬頻展開單元 360 :乘法器 370 :增益裝置

【主要元件符號說明】 110 :雜訊消除系統 120 :音頻壓縮單元 13G :濾波器 140 :記憶體 15〇 :寬頻壓縮單元 160 :乘法器 21〇 :雜訊消除系統 220a :音頻壓縮單元 220b :音頻展開單元 230 =濾波器 240 :記憶體 250a.寬頻壓縮單元 250b.寬頻展開單元 260 :乘法器 380 :音頻帶通濾波器裝置裝 置 390 :能量準位偵測裝置

Claims (1)

1323127 十、申請專利範圍： 1.種雜訊消除系統，用於一影視傳播委員會⑴取) 訊號系統中’以消除數位處理過程中—編碼程序之一音頻 訊號之雜訊’其改良特徵在於—音頻歷縮單元，其中該音 頻壓縮單元包含： -遽波器用以根據—轉換函數一變數d與複數個參 數b〇/a〇 a〇/b〇、h/b。與ai/a。，對—輸入訊號進行濾波其 中該轉換函數係： ~ 當該變數d>〇時： a +irz Η(ζ) = Β2.χ-Λ__ a0 1 + £lz-i 當該變數d<0時: 1 +玉， H(z) = ^x—_^〇_ l + ^z- b〇 以及 一記憶體用以儲存該些參數，當該變數d>0時，該記 憶體輸出該些參數、/&0、1)1/1)0與ai/a〇至該濾波器；當該變 數d<0時，該記憶體輸出該些參數aG/bQ、bi/bo與a,、至 該濾波器， 其中該變數d係等於20 log [—編碼後音頻訊號之時間 [S】 17 權重均方根]。 2. 如申請專利範圍第i項所述之雜訊消除系統，其中該 變數d係該記憶體中之一位址。 3. 如申請專利範圍第丨項所述之雜訊消除系統，其中該 變數d之範圍係約±35[分貝_指數型態時間權重均方根]至 約±45[分貝-指數型態時間權重均方根]。 ^ 4.如申請專利範圍第1項所述之雜訊消除系統，其中當 該雜訊消除系統用於該編碼程序時，更包含—寬頻壓縮單 元於該雜訊消㈣統中’用以壓縮該編碼後音頻訊號成一 寬頻壓縮訊號》 如申請專利範圍第4項所述之雜訊消除系統更包含 一乘法器於該雜訊消㈣統中，用以相乘該音頻訊號與該 寬頻壓縮訊號成為該輸入訊號。 ▲ 6.如申請專利範圍第l3S所述之雜訊消除系統，其中該 此憶體係一唯讀記憶體表格（ROM table)。 7·如申請專韻®第1項所述之雜㈣m，其中該 雜訊消除线制於該影視傳播㈣會（btsc)訊號系統 中’以消除數位處料財—解碼料之—編碼後音頻訊 1323127

號之雜訊。 8.如申請專利範圍第7項所述之雜訊消除系統其中當 該雜訊消除系統用於該解碼程序時，該雜訊消除系統包含 -音頻展開單元’該音頻展開單元中之該濾波器係用以根 據該轉換函數之反轉、該變數d與該些參數bG/aQ、a〇/b〇、 bi/b〇 〃 a^ao ’對該編碼後音頻訊號進行濾波並產生一輸出 訊號。 該雜訊消除系統用於該解碼程料，更包含—寬頻展開單 元於該雜訊消除系統中，用以展開該編碼後音頻訊號成一 寬頻展開訊號。 10.如申請專利範圍第9項所述之雜訊消除系統，其中

9.如申請專利範圍第8項所述之雜訊消除系統，其中當 -乘法器係用以相乘該輸出訊號與該寬頻展開訊號成為該 音頻訊號。 11.一種數位音頻處理單元，用於一影視傳播委員會 (BTSC)訊號系統中，以處理—編碼程序之—音頻訊號，該 數位音頻處理單元包括： -多工器用以根據-變數d，選取並輸出複數個參數位 址； -記憶體輕接該多工器，而用以接收該些參數位址並 19 輸出複數個參數b〇/a0、a〇/b〇、b丨/b〇與aVao，當該變數d>0 時’該記憶體輸出該些參數b〇/a()、bi/b〇與ai/a〇 ;當該變數 d 0時’該§己憶體輸出該些參數aQ/bQ ' bi/b〇與;以及 一渡波器耦接該記憶體，其中當該數位音頻處理單元 用於該編碼程序時’該濾波器用以根據一轉換函數、該變 數d與該些參數、aQ/bG、…化❹與a丨/a〇 ，對一輸入訊號 進行濾波，其中該轉換函數係： 當該變數d>〇時： 1 + fz-1 Η(ζ)=^χ-Λ___ α〇 ι + 5_2-ι «〇 當該變數d<〇時： 1 + '厂丨 H(z) = ^x b〇 1 + ^-z-' b〇 ，其中該變數d係等於20 log [—編碼後音頻訊號之時 間權重均方根]。 12. 如申請專利範圍第11項所述之數位音頻處理單 元，其中該多工器係置於該記憶體内，而該變數d係該記 憶體中之一位址。 13. 如申請專利範圍第11項所述之數位音頻處理單 元，其中該變數d之範圍係約±35[分貝-指數型態時間權重 均方根]至約±45[分貝-指數型態時間權重均方根]。 1323127

. 丨4·如申請專利範圍第11項所述之數位音頻處理單 - 元，更包含—增益裝置用以接收並增^該編碼後音頻訊號。 15.如申請專利範圍第14項所述之數位音頻處理單 元，更包含一音頻帶通濾波器裝置耦接該增益裝置，用以 根據增益後之該編碼後音頻訊號產生—頻譜訊號。 一 16·如申請專利範圍第15項所述之數位音頻處理單 元’更包含-能量準位偵測裝置耦接該音頻帶通濾波器裝 f與該多工器’用以根據該頻譜訊號產生該變數d。 17. 如申請專利範圍第14項所述之數位音頻處理單 元其中w該數位音頻處理單元用於該編碼程序時，更包 含-寬頻屬縮單元搞接該增益裝置與該滤波器，用以麼縮 • 該編碼後音頻訊號成一寬頻壓縮訊號。 18. 如申凊專利範圍第17項所述之數位音頻處理單 7L，更包含一乘法器耦接該寬頻壓縮單元與該濾波器，用 以相乘該音頻訊號與該寬頻壓縮訊號成為該輸入訊號。 19·如申請專利範圍第u項所述之數位音頻處理單 兀，其中該記憶體係一唯讀記憶體表格（R〇MtaMe)。 21 1323127 20.如申請專利範圍第丨〗項所述之數位音頻處理單 元’其中該數位音頻處理單元係用於該影視傳播委員會 (BTSC)訊號系統中，以處理一解碼程序之一編碼後音頻訊 號。 21·如申請專利範圍第20項所述之數位音頻處理單 元’其中當該數位音頻處理單元用於該解碼程序時，該滤 波器係用以根據該轉換函數之反轉、該變數d與該些參數 b0/aG、ao/bo、、/^^與ai/a。，對該編碼後音頻訊號進行濾波 並產生一輸出訊號。 22·如申請專利範圍第21項所述之數位音頻處理單 元，其中當該數位音頻處理單元用於該解碼程序時，更包 含一寬頻展開單元耦接該增益裝置，用以展開該編碼後音 頻訊號成一寬頻展開訊號。 23.如申請專利範圍第22項所述之數位音頻處理單 元’其中一乘法器輕接該寬頻展開單元與該濾波器，用以 相乘該輸出訊號與該寬頻展開訊號成為該音頻訊號。