TWI422147B - 音頻訊號之處理裝置及其方法，及電腦可讀取之紀錄媒體 - Google Patents

音頻訊號之處理裝置及其方法，及電腦可讀取之紀錄媒體 Download PDF

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Description

音頻訊號之處理裝置及其方法，及電腦可讀取之紀錄媒體
本發明係關於一種音頻訊號之處理裝置及其方法。雖然本發明適合廣泛範圍之應用，但是特別適合處理音頻訊號。
通常，音頻訊號係透過電視或可攜帶裝置之揚聲器、頭戴耳機(headset)等被輸出。在音頻訊號透過揚聲器等被輸出時，音頻訊號能夠對音頻訊號完成雜訊消除、正規化、音量調整功能等。
然而，習知技術中，例如雜訊消除、正規化等處理係分別且單獨完成。此外，當音頻內容變化範圍較廣時(例如，完成電視頻道或音樂頻道(若干首歌曲)之間的切換)，可能無法依照音頻內容之特性完成正規化。
此外，因為當音量上升或下降時，雜訊變化較快，收聽者可能聽到背景雜訊之正規器如何調整音量。
因此，本發明之目的在於提供一種音頻訊號之處理裝置及其方法，實質上避免習知技術之限制與缺點所導致的一或多個問題。
本發明之目的在於提供一種音頻訊號之處理裝置及其方法，適應性地正規化音頻訊號之局部動態範圍以及最大動態範圍。
本發明之另一目的在於提供一種音頻訊號之處理裝置及其方法，由此雜訊之清除程度可依照正規化之程度被調整。
因此，本發明提供以下效果與/或優點。
首先，在局部動態範圍以及最大動態範圍上適應性地完成正規化時，因此本發明可最小化對聲音品質的損害，並且自動地避免音量被過分地升高或降低。
其次，因為雜訊之清除程度係依照正規化之程度被調整，因此當訊號之位準透過正規化自動被升高時，可避免雜訊之位準一同被升高。
本發明其他的優點、目的和特徵將在如下的說明書中部分地加以闡述，並且本發明其他的優點、目的和特徵對於本領域的普通技術人員來說，可以透過本發明如下的說明得以部分地理解或者可以從本發明的實踐中得出。本發明的目的和其它優點可以透過本發明所記載的說明書和申請專利範圍中特別指明的結構並結合图式部份，得以實現和獲得。
為了獲得本發明的這些目的和其他特徵，現對本發明作具體化和概括性的描述，本發明之音頻訊號之處理方法包含以下步驟：透過音頻處理裝置接收訊號；透過估計此訊號之功率計算長期功率與短期功率；根據長期功率產生慢增益；根據短期功率產生快增益；透過組合慢增益與快增益獲得最終增益；以及使用最終增益修正此訊號。
較佳地，最終增益係透過用快增益乘以慢增益而產生。
較佳地，快增益係使用限制器閥值、壓縮器閥值以及擴展器閥值至少其一而產生。
較佳地，慢增益與快增益係透過在時間上被平滑而產生，其中慢增益與快增益位於限制範圍內。
較佳地，慢增益、快增益以及最終增益對應全頻帶增益。
較佳地，慢增益與快增益係使用目標位準值被產生，目標位準值被包含在使用者資訊與裝置設定資訊至少其一中。
較佳地，此方法更包含使用最終增益產生回饋資訊。此實例中，回饋資訊限制係關聯用於清除雜訊之增益濾波器之最小值與最大值至少其一。
為了進一步獲得本發明之這些目的和其他優點，一種音頻訊號之處理裝置包含：功率估計部，透過估計訊號之功率以計算長期功率與短期功率；慢增益產生部，根據長期功率產生慢增益；快增益產生部，根據短期功率產生快增益；最終增益獲得部，透過組合慢增益與快增益獲得最終增益；以及輸出訊號產生部，使用最終增益修正此訊號。
較佳地，最終增益係透過用快增益乘以慢增益而產生。
較佳地，快增益係使用限制器閥值、壓縮器閥值以及擴展器閥值至少其一而產生。
較佳地，其中慢增益與快增益係透過在時間上被平滑而產生，其中慢增益與快增益位於限制範圍內。
較佳地，其中慢增益、快增益以及最終增益對應全頻帶增益。
較佳地，慢增益與快增益係使用目標位準值被產生，目標位準值被包含在使用者資訊與裝置設定資訊至少其一中。
較佳地，此裝置更包含回饋資訊產生部，使用最終增益產生回饋資訊。此實例中，回饋資訊限制係關聯用於清除雜訊之增益濾波器之最小值與最大值至少其一。
為了獲得本發明之這些目的與其他優點，一種電腦可讀媒介，其上被儲存指令，當處理器執行指令時，令處理器完成作業，包含透過音頻處理裝置接收訊號；透過估計此訊號之功率計算長期功率與短期功率；根據長期功率產生慢增益；根據短期功率產生快增益；透過組合慢增益與該增益獲得最終增益；以及使用最終增益修正此訊號。
為了獲得本發明之這些目的與其他優點，一種音頻訊號之處理方法包含：透過音頻處理裝置接收訊號以及根據正規化增益估計之回饋資訊；根據此訊號產生雜訊估計；根據雜訊估計與此訊號計算用於清除雜訊之增益濾波器；以及，透過應用此回饋資訊至增益濾波器以獲得限制增益濾波器。
較佳地，此方法更包含透過應用限制增益濾波器至此訊號以產生輸出訊號。此實例中，正規化增益係根據輸出訊號與目標位準值而產生。
較佳地，增益濾波器為時-頻變數值，與此訊號之雜訊訊號依照相對比例關聯。
較佳地，增益濾波器與雜訊訊號彼此成反比例。
較佳地，正規化增益對應慢增益與快增益之組合。此實例中，慢增益對應用於控制訊號之最大動態範圍之增益，快增益則對應用於控制訊號之局部動態範圍之增益。
為了獲得本發明之這些目的與其他優點，一種音頻訊號之處理裝置包含：雜訊偵測部，用於根據訊號產生雜訊估計；以及增益濾波器計算部，根據雜訊估計與訊號計算用於清除雜訊之增益濾波器，增益濾波器計算部，透過應用回饋資訊至增益濾波器獲得限制增益濾波器，其中回饋資訊接收自正規化部，其中回饋資訊根據正規化增益而被估計。
較佳地，此裝置更包含乘法器，透過應用限制增益濾波器至此訊號而產生輸出訊號。此實例中，正規化增益係根據輸出訊號與目標位準值而產生。
較佳地，增益濾波器為時-頻變數值，與此訊號之雜訊訊號依照相對比例關聯。
較佳地，增益濾波器與雜訊訊號彼此成反比例。
較佳地，正規化增益對應慢增益與快增益之組合。此實例中，慢增益對應用於控制訊號之最大動態範圍之增益，快增益則對應用於控制訊號之局部動態範圍之增益
為了獲得本發明之這些目的與其他優點，一種電腦可讀媒介，其上被儲存指令，當處理器執行指令時，令處理器完成作業，包含：透過音頻處理裝置接收訊號以及根據正規化增益估計的回饋資訊；根據此訊號產生雜訊估計；根據雜訊估計以及此訊號計算用於清除雜訊之增益濾波器；以及透過應用此回饋資訊至增益濾波器而產生限制增益濾波器。
可以理解的是，如上所述的本發明之概括說明和隨後所述的本發明之詳細說明均是具有代表性和解釋性的說明，並且是為了進一步揭示本發明之申請專利範圍。
現在將結合圖式部份對本發明的較佳實施方式作詳細說明。首先，本說明與申請專利範圍中使用的術語或詞彙並非被解釋為限制於一般或詞典含義，而是應該根據發明人依照最佳方式能夠適當地定義術語之概念以描述發明人之發明之原則，被解釋為與本發明之技術構思匹配之含義與概念。本說明所揭露之實施例與附圖所示配置僅僅為一個較佳實施例，並非表示本發明之全部技術構思。因此，可以理解的是，在不脫離本發明之精神和範圍內，所為之更動與潤飾，均屬本發明之專利保護範圍。
本發明之以下術語可根據以下準則被解釋，無法理解的其他術語可依照以下目的被解釋。首先，可以理解的是，本發明之概念〞編解碼〞包含〞編碼〞與〞解碼〞。其次，本揭露之〞資訊〞係為通常包含數值、參數、係數、元素等的術語，其含義偶爾可被解釋為不同的意思，本發明並非限制於此。
本揭露中，在廣義上，音頻訊號在概念上與視訊訊號有所區別，指各種在聽覺上可被識別之訊號。在狹義上，音頻訊號表示沒有或者包含少量語音特性之訊號。本發明之音頻訊號應該在廣義範圍中被解釋。並且本發明之音頻訊號可被理解為狹義之音頻訊號以區別於語音訊號。
「第1圖」所示係為本發明實施例之音頻訊號處理裝置之方塊圖。
請參考「第1圖」，音頻訊號處理裝置包含雜訊清除單元100與正規化單元200，更包含音量控制單元300。
雜訊清除單元100為輸入音頻訊號y[n]偵測或估計音頻訊號中包含的雜訊，根據雜訊之相對比例判定每時每頻率之增益，然後應用此判定增益至音頻訊號。在判定此增益時，可使用正規化單元200輸出的回饋資訊。以下將參考「第2圖」詳細描述雜訊清除單元100。
透過對輸入音頻訊號y[n]或雜訊清除單元處理的訊號完成正規化，正規化單元200能夠根據目標位準值適應性地控制輸入訊號之最大動態範圍與局部動態範圍。以下將參考「第3圖」、「第4圖」、「第5A圖」、「第5B圖」、「第5C圖」與「第6圖」詳細描述正規化單元200。此實例中，目標位準值係為使用者輸入的資訊或者裝置設定資訊，並且對應全頻帶增益(例如，無論頻帶多少均為10dB)。
音量控制單元300根據目標位準值控制此正規化音頻訊號之音量。
「第2圖」所示係為「第1圖」所示雜訊清除單元之詳細方塊圖。
請參考「第2圖」，雜訊清除單元100可包含時-頻分析部110、增益濾波器計算部120、雜訊偵測部130、乘法器140以及時-頻合成部150。
首先，輸入音頻訊號y[n]被假設為以下公式。
[公式1]
y [n ]=x [n ]+v [n ]
在公式1中，y [n ]為輸入訊號，x [n ]為期望訊號或乾淨訊號，v [n ]為雜訊訊號，‘n’表示時間索引。
時-頻分析部110在輸入音頻訊號上完成時-頻分析。其間，時-頻分析可透過短時傅立葉轉換(short-time Fourier transform；STFT)被完成，或者可透過濾波器組或另一時-頻轉換被完成，本發明並非限制於此。如果時-頻分析被完成，公式1可表示為以下公式。
[公式2]
Y [k ,m ]=X [k ,m ]+V [k ,m ]
此實例中，‘k’表示時間框號，‘m’表示頻率槽(frequency bin)索引。
因為人類知覺對相位訛誤(phase corruption)相對遲鈍，估計相位可被選擇等於雜訊相位。此實例中，|X [k ,m ]|之估計足以恢復期望之語音訊號或期望之音頻訊號。在單一處理框內，語音訊號x與雜訊訊號v可透過不相關的平穩過程被建模。這可表示為以下公式。如果建模係透過此公式被完成，透過從|Y [k ,m ]|2 中減去雜訊訊號之功率頻譜之估計，則可重新建立期望訊號或乾淨訊號之功率頻譜|X [k ,m ]|2 。依照維納濾波(Wiener filtering)之類比，乾淨訊號之頻譜大小可由以下公式重新建立。
在以上公式中，增益濾波器可表示為以下公式。
在低於或超過估計時，β係為參數，用於控制待抑制之雜訊之數量。可關聯訊號雜訊比(signal to noise ratio；SNR)以及頻率索引m以選擇此參數。
雜訊偵測部130偵測輸入訊號之雜訊，然後產生雜訊估值。此雜訊為例如白雜訊等訊號。此雜訊可採用多種方式被偵測。雜訊訊號可以為不包含訊號之自相關性與訊號之通道間相關性之訊號。因此，當測量輸入訊號之音調(tonality)與通道間相關性時，如果這些值缺失，則可判定其為雜訊。然而，本發明並非限制一種雜訊之偵測方法。
根據輸入訊號與雜訊估計值，增益濾波器計算部120為清除雜訊計算增益濾波器，然後透過應用包含衰減限制值之回饋資訊至此計算增益而產生限制增益濾波器G BL [k ,m ]。此實例中，增益濾波器等於公式4之表式。與|Y [k ,m ]|2 相比，增益GB[k,m]表示每時-頻頻帶包含之雜訊估計值之範圍。換言之，增益濾波器係為與訊號中雜訊訊號之相對比例關聯之時-頻率變數值。增益濾波器與雜訊訊號彼此成反比。如果雜訊估計值之相對比率高，則增益變為低值。如果雜訊估計值之相對比率低，則增益變為高值。即，透過應用低增益至判定的時-頻頻帶，輸入訊號之功率|Y [k ,m ]|被降低以包含大量雜訊。相反地，透過應用高增益至判定的時-頻頻帶，輸入訊號之功率|Y [k ,m ]|被增加以包含少量雜訊。
其間，為了避免類似音樂之雜訊假影(artifacts)(例如，如果雜訊與音樂類似，為了避免過分消除雜訊之問題)，公式4中定義的增益濾波器在時間上被平滑，並且被限制不會變得小於L dB。回饋資訊中包含的衰減可以對應增益濾波器之最大值或最小值，為時間變數。表示為以下公式。
公式5中，GB表示公式4中的定義的增益濾波器，‘L’表示衰減限制值[dB]，GBL表示限制增益濾波器。
特別地，因為增益G不可能小於值L(準確地，10L/20)，L係為增益G之下限。透過應用此衰減限制，當應用過低增益時，可避免輸入訊號之功率被過分地降低。
其間，衰減限制值(衰減限制資訊)係為依照頻帶變化之值。並且，衰減限制值可根據回饋資訊被判定，其中回饋資訊包含接收自正規化單元200之衰減限制資訊，以下將加以解釋。如果輸入訊號在消除雜訊之後被正規化，此衰減限制資訊被提供以在消除雜訊之正規化步驟中使用回饋以用於增益控制。例如，如果正規化時低增益被應用，則雜訊清除步驟中不會過分減少輸入訊號之功率。以下結合正規化單元200之描述詳細解釋包含衰減限制資訊之回饋資訊。
透過應用增益濾波器計算部120所判定的增益至輸入訊號，乘法器140產生乾淨訊號(或期望訊號)之估計，如公式3所示，其中從輸入訊號中清除資訊則得到乾淨訊號。透過在乾淨訊號上完成時-頻合成，時-頻合成部150產生時間域之乾淨訊號。
「第3圖」所示係為「第1圖」所示之正規化單元之詳細方塊圖。
請參考「第3圖」，正規化單元200用於正規化雜訊清除單元100從輸入訊號中清除雜訊而產生的乾淨訊號。正規化單元200之輸入訊號可為雜訊清除單元之輸出x(n)，為了方便將被表示為y[n]。
正規化單元200主要以兩種方式適應性地控制音頻訊號之動態範圍。第一，正規化單元200透過完成慢速適應以控制輸入訊號之最大動態範圍。第二正規化單元200透過完成快速適應以控制輸入訊號之局部動態範圍。以下將結合各元件描述細節。
其間，正規化單元所應用之增益，即正規化增益可被定義為以下公式所示之全頻帶增益。
[公式6]
Z [k ,m ]=G [k ]Y [k ,m ]
公式6中，Y[k,m]為頻率轉換輸入訊號，Z[k,m]為經過正規化單元之頻率轉換輸出訊號，G[k]為正規化增益，k為時間框號，m為頻率槽索引。
特別地，G[k]為與頻帶無關之時間變數值。其間，頻率轉換可包含短時傅立葉轉換，本發明並非限制於此。
首先，功率估計部210在輸入訊號上完成頻率轉換，然後透過在特定時序點k處累積每一頻帶之功率，計算輸出訊號之瞬時功率(instantaneous power)，如以下公式所示。當然，功率估計部210本身無須完成頻率轉換即可接收頻率轉換訊號，如圖所示。
公式7中，Y[k,m]為頻率轉換輸入訊號，k為時間框號，m為頻率槽索引。
因為試圖透過正規化單元找到待應用之全頻帶增益G[k]，所以瞬時功率透過以上公式被計算。藉由以上公式，使用包含小而尖之(small attack)時間常數以及大而緩(large release)時間常數之單極(single pole)平均濾波器，可計算出長期功率。長期功率對應最大動態範圍之估算。另一方面，短期功率可使用小而緩之時間常數被計算得出。短期功率對應局部動態範圍之估算。被傳送至慢增益產生部220，被傳送至快增益產生部240。
慢增益產生部220根據接收自功率估計部210之長期功率產生慢增益。慢增益可透過以下公式被定義。
公式8中，ξNRM為目標位準值，G slow [k ]為慢增益，為長期功率。
請參考上面的公式，慢增益產生部220被提供以簡單地應用長期功率至目標位準值ξNRM。其間，目標位準值可以為使用者輸入的資訊或裝置設定資訊。例如，如果使用者輸入10dB作為目標位準值，慢增益被提供以控制輸入訊號之範圍大多數情況下不會偏離10dB。
其間，公式8之慢增益Gslow[k]可在時間上被平滑以避免高變異假影。至於平滑的結果，可集中訊號於目標位準值內。
快增益產生部240根據短期功率產生快增益〈G fast [k ]〉 dB 。快增益使得正規化單元能夠作為擴展器、壓縮器或限制器以快速適應訊號之動態範圍。快增益被提供以產生輸出訊號之位準
公式9中，係為輸出訊號之位準，LT為限制器閥值，CT為壓縮器閥值，ET為擴展器閥值，為輸入訊號之位準，βC 為壓縮強度，βE 為擴展器強度。
「第4圖」所示係為「第3圖」所示之快增益產生部之功能解釋圖，圖中表示公式9所示之輸入與輸出訊號之位準之間的關係。
請參考「第4圖」，水平軸表示輸入訊號之位準，垂直軸表示輸出訊號之位準。水平軸被劃分為區域(a)、區域(b)以及區域(c)，區域(a)中輸入訊號之位準大於LT，區域(b)中輸入訊號之位準係位於LT與CT之間，區域(c)中輸入訊號之位準小於CT。此實例中，即使輸入訊號等於或大於LT，限制LT位於區域(a)中[對應公式9之第一行]。在區域(b)中[對應公式9之第二行]，斜率依照壓縮強度βC 變化。並且，輸出訊號之位準依照此斜率被調整。例如，如果輸入訊號之位準為-10dB，則輸出訊號之位準變為-20dB。如果輸入訊號之位準為-20dB，則輸出訊號之位準可變為-25dB。在區域(c)中[對應公式9之第三行]，輸出訊號之位準依照擴展器強度βE變得比輸入訊號之位準大。例如，如果輸入訊號之位準為-50dB，則輸出訊號之位準可變為-45dB。因為限制器、壓縮器以及擴展器之函數在區域(a)、區域(b)與在區域(c)中分別被完成，快速正規化依照增加小訊號或減少大訊號之方式被完成。例如，輸出訊號之動態範圍可從負無窮分佈至輸入訊號為LT之實例中對應之輸出訊號之位準(例如，-20dB)。
因此，為了獲得公式9與「第4圖」所示之輸出訊號，可應用以下公式中定義之快增益至輸入訊號。此實例中，快增益之計算可透過對數域之簡單線方程式被完成。
公式10中，係為輸入訊號之位準。CS係為壓縮之斜率因數且CS=1-tanβ C 。ES為擴展器之斜率因數且ES=1-tanβ E 。
與公式9類似，公式10之第一行對應輸入訊號大於LT之實例。第二行表示輸入訊號位於CT與LT之間之實例。第三行表示輸入訊號小於之CT實例。
獲得公式10所示之快增益之後，快增益可在時間方向被平滑，以避免與慢增益類似之高變異假影。
因此，慢增益產生部220與快增益產生部240所產生的慢增益與快增益可分別透過第一限制部230與第二限制部250被限制在合理範圍內。
第一限制部230可產生以下公式所示之有限慢增益Gslow,L。
[公式11]
〈G slow,L [k ]〉 dB =max{min{〈G slow [k ]〉 dB ,L slow },-L slow }
公式11中，〈G slow,L [k ]〉 dB 為有限快增益，〈G slow [k ]〉 dB 為快增益，Lslow為慢增益之限制範圍。
即，慢增益被限制於-Lslow與Lslow之間的範圍內。
同樣，第二限制部250可依照以下公式產生有限快增益Gfast,L。
[公式11]
〈G fast,L [k ]〉 dB =max{min{〈G fast [k ]〉 dB ,L fast },-L fast }
公式11中，〈G fast,L [k ]〉 dB 為有限快增益，〈G fast [k ]〉 dB 為快增益，Lfast為快增益之限制範圍。
即，快增益被限制於-Lfast與Lfast之間的範圍內。
第一與第二限制部230與250並非強制性的，必要時可省略。
其間，依照以下公式使用有限慢增益與有限快增益(偶爾使用無限慢增益與無限快增益)，最終增益獲得單元260獲得最終正規化增益G[k]。
[公式12]
G [k ]=G slow,L [k ]G fast,L [k ]
公式12中，G[k]為最終增益，Gslow,L[k]為有限慢增益，Gfast,L[k]為有限快增益。
即，最終增益可由慢增益與快增益之組合而產生。特別地，最終增益可由慢增益與快增益之乘法而產生。最大動態範圍可使用慢增益被控制，局部動態範圍可使用快增益被控制。
輸出訊號產生部270使用最終增益修正輸入訊號。例如，輸出訊號產生部係使用最終增益透過正規化此輸入訊號以產生輸出訊號。
其間，回饋資訊產生部280使用最終增益G[k]以產生包含衰減限制值<L[k]>dB之回饋資訊。這可被定義為以下公式。
[公式13]
〈L [k ]〉 dB =min{-〈G [k ]〉 dB ,0}
公式13中，<L[k]>dB為衰減限制值，G[k]為用於正規化之最終增益。
應用至電視音頻內容之正規化增益在時間上被平滑，以最小化慢增益與快增益之快速變化所導致的假影效應。然而，因為平滑時間常數需要足夠小，正規化單元之整個適應遵循音頻訊號之動態。但是，對於非常數適應之結果，背景雜訊依照增益之變化被調變。尤其當訊號之音量透過正規化單元被提高時，則比較惱人。換言之，當輸入訊號之位準過低時，如果正規器作為擴展器升高輸入訊號之位準，則背景雜訊之位準也連同被升高，從而使得雜訊聽起來聲音很大。因此，音頻品質被退化。為了減少此效應，使用以上公式所示之衰減限制值，上述雜訊清除單元100能夠限制與公式5類似之雜訊清除之增益濾波器。
考察公式13，如果最終增益包含正值，則衰減限制值變為負的最終增益。如果最終增益包含負值，則衰減變為零。即，如果正規化增益升高輸入訊號之位準(例如，如果為正)，則衰減限制值變為負的最終增益。並且，雜訊增益濾波器之下限被下降得與對應最終增益一樣多，如公式5所示。如果下限進一步被降低，則雜訊可進一步得到清除。
「第5A圖」、「第5B圖」以及「第5C圖」所示係為取樣音樂之正規化增益與衰減限制之例子之示意圖。
請參考「第5A圖」與「第5B圖」，圖中表示大約5秒之音樂片段y(n)以及與此音樂片段y(n)對應之正規化增益G(n)。因為輸入訊號之位準在時間軸上約0.5、2.6或4.7秒處較高，可觀察到此間隔之正規化增益約為-2dB~-3dB，較低。其間，可觀察到包含相對低位準之間隔之正常增益約為0~3dB，相對較高。其間，請參考「第5C圖」，可觀察到衰減限制值L(n)依照正規化增益之變化在-6dB與0之間的範圍內變化。在包含相對高的正規化增益之間隔中(例如，0～0.5秒之間的間隔，1.7～2.6秒之間的間隔等)，可觀察到衰減限制值相對較低。
「第6圖」所示係為正規化增益與衰減限制值之間關係之概念圖。
請參考「第6圖」，首先，因為用於清除雜訊之增益濾波器值GBL之範圍在10L/20與GB之間，因為下限值為10L/20，如公式5所示。如果根本未偵測到雜訊，則GB包含最大值。依照公式5，GB之最大值可變為1。包含大數值GB之間隔係為包含小雜訊之區域，而包含與下限值接近之GB值之間隔係為包含很多雜訊之區域。此實例中，下限值(10L/20)並非固定，如前所述，而是依照正規化增益G[k]從10-G[k]/20至1(L=0)變化。如果正規化增益為負(例如，如果輸入訊號之位準需要被降低)，GB之下限被升高以清除較少的雜訊。相反地，如果正規化增益為正(例如，如果輸入訊號之位準需要被升高)，GB之下限被降低以清除更多的雜訊。換言之，如果輸入訊號之位準在正規化過程中被大幅度升高，透過在雜訊清除過程中進一步降低應用之增益之下限值，可清除更多的雜訊。相反地，如果在正規化過程中降低輸入訊號之位準，透過在雜訊清除過程中升高增益之下限值，可避免過分地清除雜訊。
前面的描述係關於包含雜訊清除單元與正規化單元之本發明之一個實施例。以下描述中，將解釋包含音量控制單元與其他單元(雜訊偵測單元等)之本發明另一實施例。
「第7A圖」與「第7B圖」所示係為本發明另一實施例之音頻訊號處理裝置之第一與第二例子之示意圖，「第8A圖」與「第8B圖」所示係為本發明另一實施例之音頻訊號處理裝置之第三與第四例子之示意圖。
請參考「第7A圖」之第一例子，音頻訊號處理裝置包含雜訊偵測部410以及音量控制單元420。雜訊偵測部410分析輸入訊號以偵測每一時間與每一頻帶輸入訊號所包含的雜訊程度，然後輸出對應資訊作為雜訊資訊。雜訊之偵測方法與參考「第2圖」在以上描述中解釋的雜訊偵測部130之偵測方法相同。此實例中，雜訊資訊可包含雜訊訊號之功率頻譜之估計，可以參考「第2圖」加以解釋或者對應每一時間每一頻帶增益濾波器(GBL)。此實例中，如參考「第2圖」之以上描述所述，增益濾波器之下限值可以使用接收自正規化單元之衰減限制資訊被判定。
其間，使用接收自雜訊偵測部410之雜訊資訊與接收自使用者輸入之目標音量位準，音量控制單元420控制音量。例如，在控制音量時，可避免使用者的耳朵聽到異常與大聲的雜訊分量。並且，還可保證雜訊輸出的位準避免波動。在輸入訊號被分析之後，如果當前輸入訊號為雜訊分量，則與正常音調分量之實例相比，然後可應用另一音量位準方案。以下將參考「第9圖」解釋音量控制單元420之細節。
因此，第一例子對應偵測雜訊然後使用音量控制之對應結果之例子。第二例子對應完成音量控制之後清除雜訊之例子。請參考「第7B圖」，音量控制單元520根據輸入訊號之目標音量位準控制音量。經過音量控制的訊號被傳送至雜訊清除單元510。雜訊清除單元510偵測雜訊訊號，然後使用相應結果透過從經過音量控制的訊號中清除雜訊訊號以產生乾淨訊號。
其間，雜訊清除單元510與「第1圖」以及「第2圖」所述之前者雜訊清除單元100包含相同元件。特別地，使用接收自正規化單元之衰減限制資訊，可判定用於清除雜訊之增益濾波器之下限值。
請參考「第8A圖」，圖中表示本發明另一實施例之音頻訊號處理裝置之第三例子。與第一例子之前者雜訊偵測部410類似，雜訊偵測部610分析輸入訊號之雜訊分量，根據此分析產生雜訊資訊，然後傳送產生的雜訊資訊至音量控制單元620與雜訊減少部615。與第一例子之前者音量控制單元420類似，音量控制單元620根據目標音量位準與雜訊資訊控制輸入訊號之音量。根據此雜訊資訊，雜訊減少部615從音量調整輸出中清除或減少雜訊而產生乾淨訊號。其間，雜訊偵測部610與雜訊減少部615完成第二例子之雜訊清除單元510之相同功能，但是在雜訊偵測之目標中與第二例子之雜訊清除單元510不同。特別在第三例子之實例中，雜訊偵測之目標為輸出訊號本身。在第二例子之實例中，雜訊偵測之目標為音量控制完成訊號。在第三例子之實例中，雜訊減少部615能夠使用增益濾波器，此增益濾波器受到與「第2圖」所述之雜訊清除單元實例類似之衰減限制之限制。
請參考「第8B圖」，圖中表示本發明另一實施例之音頻訊號處理裝置。在第四例子之實例中，在音量控制之前完成雜訊偵測與雜訊減少。雜訊偵測部710從輸入訊號中偵測雜訊訊號。雜訊減少部715用於清除所偵測之雜訊訊號。根據目標音量位準，音量控制單元720控制此雜訊清除訊號之音量。此實例中，雜訊偵測部710與雜訊減少部715可完成「第1圖」所解釋之前者雜訊清除單元100之相同功能。並且，音量控制單元720可完成「第1圖」所述之前者音量控制單元300之相同功能。
「第9圖」所示係為「第7A圖」、「第7B圖」、「第8A圖」以及「第8B圖」所示音量控制單元420/520/620/720之詳細方塊圖。音量控制單元420係為根據目標音量位準用於控制輸入訊號之音量之元件。並且，音量控制單元420可包含時一頻分析部422、增益處理部424、響度估計部426以及時一頻合成部428。如果輸入訊號為時間域之訊號，時-頻分析部422透過完成頻率轉換以產生頻率域之訊號。此實例中，頻率轉換可透過等效矩形頻寬(equivalent rectangular bandwidth；ERB)頻率標度被完成，本發明並非限制於此。
透過在輸入訊號上完成知覺(心理聲學)響度分析，響度估計部426分析聲音之響度，並且由此響度產生目標增益值。此實例中，響度係為人對每一聲音壓力位準實際上所覺察的聽覺，並且包含一概念(單位方(phon))，用於表示人耳所實際識別的聲音的聲音強度。特別地，響度與聲音壓力位準所判定的聲強(單位分貝)在概念上有所區別。並且，響度取決於聲音的持續時間、聲音的發生時間、頻譜特性等以及聲強。知覺響度分析係根據等響曲線以分析輸入訊號之響度，其中等響曲線係為人類測試之結果。因此，如果獲得每一頻帶之響度，目標增益則根據響度與目標音量位準被得到。此實例中，目標音量位準係為與使用者輸入音量命令或裝置設定資訊對應之全頻帶增益，並且等於前者實施例所解釋的前者目標位準值。目標增益係為考慮響度之音量之目標值，並且包含在每一頻帶中變化的值。其間，目標增益可被重新調整以提高聲音品質。
增益處理部424應用目標增益至頻率轉換輸入訊號。時-頻合成部426頻率合成此增益處理訊號。
「第10圖」所示係為本發明實施例之音頻訊號解碼裝置之方塊圖。
請參考「第10圖」，音頻訊號解碼裝置800可包含解多工器810、音頻訊號解碼器820、語音訊號解碼器830、頻帶擴展解碼裝置840以及多通道解碼器850。並且，本發明之音頻訊號解碼裝 置800更包含本發明之音頻訊號處理裝置860。音頻訊號處理裝置860對應參考「第1圖」描述之前者音頻訊號處理裝置之一個實施例，或者可對應參考「第7A圖」、「第7B圖」、「第8A圖」或「第8B圖」所述之前者音頻訊號處理裝置之另一實施例(第一至第四例子)。
解多工器810從音頻訊號位元流中擷取頻譜資料、頻帶擴展資訊、空間資訊等。
如果對應降混訊號之頻譜資料包含大音頻特性，音頻訊號解碼器820透過音頻編解碼方案解碼此頻譜資料。此實例中，如前所述，音頻編解碼方案可遵循先進音訊編碼(AAC)標準、高效率先進音訊編碼(HE-AAC)標準等。其間，透過在頻譜資料上完成反量化(dequantization)，音頻訊號解碼器820重新建立頻率轉換殘餘以及在位元流上載送的比例因子。接下來，透過在頻率轉換殘餘上完成反頻率轉換，音頻訊號解碼器820產生殘餘(反轉換)。
如果頻譜資料包含大語音特性，則語音訊號解碼器830藉由語音編解碼方案以解碼此降混訊號。此實例中，如前所述，語音編解碼方案可遵循自適應多速率寬頻帶(adaptive multi-rate wide-band；AMR-WB)標準，本發明並非限制於此。
頻帶擴展解碼裝置840解碼一頻帶延伸資訊位元流，然後使用此資訊從部分或全部音頻訊號(或，頻譜資料)中產生另一頻帶(例如，高頻帶)之音頻訊號(或，頻譜資料)。
如果經過解碼的音頻訊號為降混訊號，則多通道解碼器850使用此空間資訊產生多通道訊號(包含立體訊號)之輸出通道訊號。
如前所述，音頻訊號處理裝置860係為結合「第1圖」、「第7A圖」、「第7B圖」、「第8A圖」或「第8B圖」所述之本發明實施例之前者音頻訊號處理裝置。並且，音頻訊號處理裝置860在來自多通道解碼器之輸出通道訊號上完成例如雜訊清除、正規化、音量控制等處理。
本發明之音頻訊號處理裝置可供各種產品使用。這些產品可被分組為單獨組(stand alone group)以及可攜組。電視、監視器、數位機上盒(settop box)等屬於單獨組(stand alone group)。可攜式多媒體播放器(PMP)、行動電話、導航系統等屬於可攜組。
「第11圖」所示係為被實施本發明實施例之音頻訊號處理裝置之產品之方塊圖，「第12圖」所示係為被實施本發明實施例之音頻訊號處理裝置之產品之間關係之示意圖。
請參考「第11圖」，有線/無線通訊單元910透過有線/無線通訊系統接收位元流。特別地，有線/無線通訊單元910可包含有線通訊單元910A、紅外線通訊單元910B、藍牙單元910C以及無線區域網路通訊單元910D至少其一。
使用者鑑別單元920接收使用者資訊之輸入，然後完成使用者鑑別。使用者鑑別單元920可包含指紋辨識單元920A、虹膜辨識單元920B、人臉辨識單元920C以及語音辨識單元920D至少其一。指紋辨識單元920A、虹膜辨識單元920B、人臉辨識單元920C以及語音辨識單元920D接收指紋資訊、虹膜資訊、人臉輪廓資訊以及語音資訊，然後分別將其轉換為使用者資訊。判斷每一使用者資訊是否與預先登記的使用者資料匹配以完成使用者鑑別。
輸入單元單元930為輸入裝置，能夠令使用者輸入各種命令，並且可包含鍵盤單元930A、觸控板單元930B以及遠程控制器單元930C，本發明並非限制於此。訊號編解碼單元940在透過有線/無線通訊單元910而接收的音頻訊號與/或視訊訊號上完成編碼或解碼，然後輸出時間域之音頻訊號。訊號編解碼單元940包含音頻訊號處理裝置945。
如前所述，音頻訊號處理裝置945對應本發明一個實施例與另一實施例(第一至第四例子)之前者音頻訊號處理裝置其中之一。並且，在透過輸出單元被輸出之前，音頻訊號處理裝置945在音頻訊號上完成清除雜訊、正規化、音量控制等處理。因此，音頻訊號處理裝置與包含音頻訊號處理裝置之訊號編解碼單元可透過至少一或多個處理器被實施。
控制單元950從輸入裝置接收輸入訊號，並且控制訊號編解碼單元940與輸出單元960的全部處理。特別地，輸出單元960係為一個元件，用於輸出訊號編解碼單元940等產生的輸出訊號，並且可包含揚聲器單元960A與顯示單元960B。如果輸出訊號為音頻訊號，則被輸出至揚聲器。如果輸出訊號為視訊訊號，則透過顯示器被輸出。
「第12A圖」與「第12B圖」表示「第11圖」所示產品之對應終端與伺服器之間的關係。
請參考「第12A圖」，可觀察到第一終端900.1與第二終端900.2可透過有線/無線通訊單元彼此雙向地交換資料或位元流。
請參考「第12B圖」，可觀察到伺服器1000與第一終端900.1可彼此完成有線/無線通訊。
本發明之音頻訊號處理方法可被實施為電腦可執行程式，並且可被儲存於電腦可讀記錄媒體中。並且，包含本發明資料結構之多媒體資料可被儲存於電腦可讀記錄媒體中。電腦可讀媒介包含能夠儲存電腦系統可讀資料之全部種類之記錄裝置。例如電腦可讀媒介包含唯讀記憶體、隨機存取記憶體、光碟唯讀記憶體、磁帶、軟碟、光資料儲存裝置等，還包含載波類型實施方式(例如，透過網際網路傳輸)。上述編碼方法產生的位元流可被儲存於電腦可讀記錄媒體中，或者可透過有線/無線通訊網路被傳輸。
因此，本發明可被應用以處理及輸出音頻訊號。
雖然本發明以前述之實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明。在不脫離本發明之精神和範圍內，所為之更動與潤飾，均屬本發明之專利保護範圍。關於本發明所界定之保護範圍請參考所附之申請專利範圍。
100．．．雜訊清除單元
110．．．時-頻分析部
120．．．增益濾波器計算部
130．．．雜訊偵測部
140．．．乘法器
150．．．時-頻合成部
200．．．正規化單元
210．．．功率估計部
220．．．慢增益產生部
230．．．第一限制部
240．．．快增益產生部
250．．．第二限制部
260．．．最終增益獲得單元
270．．．輸出訊號產生部
280．．．回饋資訊產生部
300．．．音量控制單元
410、610、710．．．雜訊偵測部
510．．．雜訊清除單元
420、520、620、720．．．音量控制單元
615、715．．．雜訊減少部
422．．．時-頻分析部
424．．．增益處理部
426．．．響度估計部
428．．．時-頻合成部
800．．．音頻訊號解碼裝置
810．．．解多工器
820．．．音頻訊號解碼器
830．．．頻帶延伸解碼器
840．．．頻帶擴展解碼裝置
850．．．多通道解碼器
860．．．音頻訊號處理裝置
910．．．有線/無線通訊單元
910A．．．有線通訊單元
910B．．．紅外線通訊單元
910C‧‧‧藍牙單元
910D‧‧‧無線LAN通訊單元
920‧‧‧使用者鑑別單元
920A‧‧‧指紋辨識單元
920B‧‧‧虹膜辨識單元
920C‧‧‧面部辨識單元
920D‧‧‧語音辨識單元
930‧‧‧輸入單元單元
930A‧‧‧鍵盤單元
930B‧‧‧觸控板單元
930C‧‧‧遠程控制器單元
940‧‧‧訊號解碼單元
945‧‧‧音頻訊號處理裝置
950‧‧‧控制單元
960‧‧‧輸出單元
960A‧‧‧揚聲器單元
960B‧‧‧顯示單元
900.1‧‧‧第一終端
900.2‧‧‧第二終端
第1圖所示係為本發明實施例之音頻訊號處理裝置之方塊圖；
第2圖所示係為第1圖所示之雜訊清除單元之詳細方塊圖；
第3圖所示係為第1圖所示之正規化單元之詳細方塊圖；
第4圖所示係為第3圖所示之快增益產生單元之功能解釋之示意圖；
第5A圖、第5B圖與第5C圖所示係為用於取樣音樂之正規化增益與衰減限制之例子之示意圖；
第6圖所示係為正規化增益與衰減限制值之間關係之概念示意圖；
第7A圖所示係為本發明另一實施例之音頻訊號處理裝置之第一例子之示意圖；
第7B圖所示係為本發明另一實施例之音頻訊號處理裝置之第二例子之示意圖；
第8A圖所示係為本發明另一實施例之音頻訊號處理裝置之第三例子之示意圖；
第8B圖所示係為本發明另一實施例之音頻訊號處理裝置之第四例子之示意圖；
第9圖所示係為第7A圖、第7B圖、第8A圖或第8B圖所示之音量控制單元之詳細方塊圖；
第10圖所示係為被應用本發明實施例之音頻訊號處理裝置之音頻訊號解碼裝置之方塊圖；
第11圖所示係為其中實施有本發明實施例之音頻訊號處理裝置之產品之示意圖；以及
第12A圖與第12B圖所示係為被提供本發明實施例之音頻訊號處理裝置之產品之示意圖。
100．．．雜訊清除單元
200．．．正規化單元
300．．．音量控制單元

Claims (9)

  1. 一種音頻訊號之處理方法，包含：透過一音頻處理裝置接收一訊號以及根據一正規化增益估計的回饋資訊；根據該訊號產生一雜訊估計；根據該雜訊估計與該訊號，計算用於清除雜訊之一增益濾波器；以及透過應用該回饋資訊至該增益濾波器以獲得一限制增益濾波器，其中該正規化增益對應一慢增益與一快增益之組合，其中該慢增益對應用於控制該訊號之一最大動態範圍之一增益，以及其中該快增益對應用於控制該訊號之一局部動態範圍之一增益。
  2. 如請求項第1項所述之音頻訊號之處理方法，更包含：透過應用該限制增益濾波器至該訊號以產生一輸出訊號，其中該正規化增益係基於該輸出訊號與該目標位準值而產生。
  3. 如請求項第1項所述之音頻訊號之處理方法，其中該增益濾波器係為一時-頻變數值，與該訊號中的一雜訊訊號依照一相對比例關聯。
  4. 如請求項第3項所述之音頻訊號之處理方法，其中該增益濾波器與該雜訊訊號彼此成反比例。
  5. 一種音頻訊號之處理裝置，包含：一雜訊偵測部，根據一訊號產生一雜訊估計；以及一增益濾波器計算部，根據該雜訊估計與該訊號計算用於清除雜訊之一增益濾波器，該增益濾波器計算部透過應用回饋資訊至該增益濾波器而獲得一限制增益濾波器，其中該回饋資訊係接收自一正規化部，其中該回饋資訊係根據一正規化增益而被估計，其中該正規化增益對應一慢增益與一快增益之組合，其中該慢增益對應用於控制該訊號之一最大動態範圍之一增益，以及其中該快增益對應用於控制該訊號之一局部動態範圍之一增益。
  6. 如請求項第5項所述之音頻訊號之處理裝置，更包含：一乘法器，透過應用該限制增益濾波器至該訊號以產生一輸出訊號，其中該正規化增益係根據該輸出訊號與一目標位準值被產生。
  7. 如請求項第5項所述之音頻訊號之處理裝置，其中該增益濾波器係為一時-頻變數值，與該訊號中的一雜訊訊號依照一相對 比例關聯。
  8. 如請求項第7項所述之音頻訊號之處理裝置，其中該增益濾波器與該雜訊訊號彼此成反比例。
  9. 一種電腦可讀媒介，其上儲存有指令，當一處理器執行指令時，令該處理器完成作業，包含：透過一音頻處理裝置接收一訊號以及根據一正規化增益估計之回饋資訊；根據該訊號產生一雜訊估計；根據該雜訊估計與該訊號計算用於清除雜訊之一增益濾波器；以及透過應用該回饋資訊至該增益濾波器產生一限制增益濾波器，其中該正規化增益對應一慢增益與一快增益之組合，其中該慢增益對應用於控制該訊號之一最大動態範圍之一增益，以及其中該快增益對應用於控制該訊號之一局部動態範圍之一增益。
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