TWI831197B - 用於為給定的音頻系統提供聲學退化之補償的系統及電腦可讀取之非暫態儲存媒體 - Google Patents

用於為給定的音頻系統提供聲學退化之補償的系統及電腦可讀取之非暫態儲存媒體 Download PDF

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Abstract

頻域補償係提供用於源自給定聆聽空間中之給定音頻裝置的音頻路徑特性之頻譜損傷。音頻流的選定片段係在聽眾位置記錄，以測量音頻路徑中之退化，並更新音頻裝置的補償濾波器特性。所記錄之傳輸及接收音頻序列係基於頻域對齊並在頻域中比較。所對齊的傳輸與接收序列之間的差值代表沿著聲學路徑由於揚聲器、房間之物理屬性、及噪聲的頻域退化。判定動態地更新之噪聲模型，用於調整音頻裝置的補償濾波器特性，它可為在音頻裝置之使用期間更新。推導出補償曲線，其可於正常使用期間被動地適於音頻裝置的等化。

Description

用於為給定的音頻系統提供聲學退化之補償的系統及電腦可 讀取之非暫態儲存媒體
本揭露涉及一種具有噪聲模型之被動亞音頻房間路徑學習。
相關申請案之交叉參考
本申請案主張2021年4月30日提交、標題為“具有噪聲模型之被動亞音頻房間路徑學習方法”的美國臨時申請案第63/182,413號之優先權及利益，其全部以引用的方式併入本文中。
增強電視(TV)或另一音頻裝置的工廠調校以說明任何特定房間之聽覺效果及條件對音頻系統設計者呈現數個挑戰。工廠調校典型係基於受控環境中的音頻近場中之錄製。這些錄製典型係音頻裝置產生的白噪聲或掃描正弦波，並可使用於補償揚聲器頻率響應限制。然而，家庭調校典型涉及在聽眾位置所作成之錄製，或藉由安裝於電視、在有傢俱及門口中的房 間、不均勻表面及往往為窗口、亦即相對“惡劣”之音頻環境中的麥克風所作成之錄製。
先前技術領域典型需要使用者於初始設置期間調整音頻裝置，或經由裝置上的遙控器或按鈕選擇房間補償。這些方式限制對房間效應之補償，以要麼當使用者首次設置此裝置時發生，或當使用者碰巧記得更新房間補償時發生。無論哪種案例，這導致白噪聲、掃描正弦波、或另一類型的惱人音頻訊號大聲播放數秒。既然整個房間補償解決方案係立即決定，瞬間噪聲爆發、或在聽覺環境中之另一不友善的音頻事件可造成房間補償以對錯誤之解決方案進行調整。因此，用先前技術領域，使用者必需於補償解決方案之前及之後聆聽音頻，以判定此調整是否合適。如果房間的聲學特性改變，使用者必需記得選擇房間補償功能，並重複大聲之不愉快的音頻序列。音頻裝置、如同無線揚聲器經常被攜帶至不同房間或在給定房間內移動。用先前之技術領域，聽眾必需記住並選擇於每一次移動揚聲器時重新調整房間補償。
本揭示內容的實施例可提供方法、系統、及/或電腦可讀取媒體產品(軟體應用程式)，用於對給定聆聽空間中之給定音頻裝置而源自音頻路徑特徵的頻譜損傷進行自動及“透明”之頻域補償。
一個總體態樣包括系統，用於為給定的音頻系統提供由於給定聆聽環境之噪聲及物理屬性而導致的聲學退化之補償。此系統包括記憶體，其可包括電腦可執行指令；及處理器，耦接至記憶體並可操作以執行電腦可執行指 令，此電腦可執行指令造成處理器：為給定聆聽環境中的給定音頻裝置記錄所傳輸音頻流之選定片段，在此片段包括用於推導出聆聽環境中的音頻裝置之頻率響應補償的傳輸訓練序列；形成所傳輸片段之頻域變換；形成所記錄的選定片段之頻域變換；推導出所選定片段的傳輸與記錄版本之間的頻率差，用於判定由於聆聽環境及背景噪聲之頻域退化；形成背景噪聲的動態維持之噪聲模型；從所記錄訊號的頻域變換減去背景噪聲之頻域模型，藉此形成調整過的接收訊號；及基於併入所調整之接收訊號的慢部分校正函數，為音頻裝置施加頻域補償曲線。本態樣之其他實施例包括對應的電腦系統、設備、及記錄在一個以上之電腦儲存裝置上的電腦程式，每一個電腦程式建構為施行此等方法之作用。
實施方案可包括一個以上的以下特徵。使用於訓練序列之選定片段可包括白噪聲分量。白噪聲分量可包括最大長度序列(MLS)。處理器可進一步建構為基於補償之後留下的不相關噪聲來更新背景噪聲之模型。處理器可建構為即時施加補償曲線。處理器可進一步建構為藉由補償曲線將調整限制至所想要的衰減及/或增益。處理器可進一步建構為基於動態維持之噪聲模型中存在的功率位準來計算噪聲位準，以補償噪聲事件。所述技術之實施方案可包括硬體、方法或製程、或電腦可存取介質上的電腦軟體。
一個總體態樣包括用於特定房間之音頻系統的方法。此方法包括為給定聆聽環境中之給定音頻裝置記錄所傳輸的音頻流之選定片段，在此片段包括用於推導出聆聽環境中的音頻裝置之頻率響應補償的傳輸訓練序列；形成所傳輸片段之頻域變換；形成所記錄的選定片段之頻域變換；推導出所選定片段的傳輸與記錄版本之間的頻率差，用於判定由於聆聽環境及背景噪聲之頻域退化；形成背景噪聲的動態維持之噪聲模型；從所記錄訊號的頻域變換減去背景噪聲之頻域模型，藉此形成調整過的接收訊號；及基於併入所調整之接收訊 號的慢部分校正函數，為音頻裝置施加頻域補償曲線。本態樣之其他實施例包括對應的電腦系統、設備、及記錄在一個以上之電腦儲存裝置上的電腦程式，每一個電腦程式建構為施行此等方法之作用。
實施方案可包括一個以上的以下特徵。訓練序列可包括白噪聲分量。白噪聲分量可包括MLS。此方法可包括基於補償之後留下的不相關噪聲來更新背景噪聲之模型。可即時施加補償曲線。此方法可包括藉由補償曲線將調整限制至所想要的衰減及/或增益。此方法可包括基於動態維持之噪聲模型中存在的功率位準來計算噪聲位準，以補償噪聲事件。所述技術之實施方案可包括硬體、方法或製程、或電腦可存取介質上的電腦軟體。
一個總體態樣包括電腦可讀取之非暫態儲存媒體，用於為特定房間調整音頻等化器(EQ)的濾波器。電腦可讀取之非暫態儲存媒體(例如。快閃記憶體驅動器、硬碟驅動器、記憶體棒、固態或快閃記憶體、ROM、RAM等)可包括電腦可讀取指令，用於為給定聆聽環境中的給定音頻裝置記錄所傳輸之音頻流的選定片段，在此片段包括用於推導出聆聽環境中的音頻裝置之頻率響應補償的傳輸訓練序列；形成所傳輸片段之頻域變換；形成所記錄的選定片段之頻域變換；推導出所選定片段的傳輸與記錄版本之間的頻率差，用於判定由於聆聽環境及背景噪聲之頻域退化；形成背景噪聲的動態維持之噪聲模型；從所記錄訊號的頻域變換減去背景噪聲之頻域模型，藉此形成調整過的接收訊號；及基於併入所調整之接收訊號的慢部分校正函數，為音頻裝置施加頻域補償曲線。本態樣之其他實施例包括對應的電腦系統、設備、及記錄在一個以上之電腦儲存裝置上的電腦程式，每一個電腦程式建構為施行此等方法之作用。
實施方案可包括一個以上的以下特徵。用於訓練序列之指令可包括白噪聲分量。白噪聲分量可包括MLS。此等指令更可包括基於補償之後留下的不相關噪聲來更新背景噪聲之模型。可即時施加補償曲線。此等指令更可包 括藉由補償曲線將調整限制至所想要的衰減及/或增益。此等指令更可包括基於動態維持之噪聲模型中存在的功率位準來計算噪聲位準，以補償噪聲事件。所述技術之實施方案可包括硬體、方法或製程、或電腦可存取介質上的電腦軟體。
一台以上之電腦的系統可建構為憑藉於系統上已安裝軟體、韌體、硬體或它們之組合來施行特定的操作或作用，此系統在操作中造成或導致系統施行此等作用。一個以上之電腦程式可建構為憑藉包括指令來施行特定的操作或作用，當藉由資料處理設備執行時，此等指令造成設備施行此等作用。
本文所敘述之特徵及優點並非包羅萬象；鑑於附圖、說明書、及請求項，許多額外的特徵及優點對於本技術領域具有通常知識者將為顯而易見的。再者，應注意的是，說明書中所使用之語言主要是為了可讀取性及指導性目的而選擇，且未以任何方式限制本揭示內容之範圍，其係易受許多實施例影響的。下面內容是本揭示內容之範圍的說明性、但不是詳盡無遺者。
100:聆聽環境
110:音頻裝置
112:音頻訊號流
114:濾波器
116:揚聲器
120:接收裝備
130:噪聲源
200:示意圖
210A:音頻流
210B:音頻流
212A:最大長度序列
214A:片段
214B:片段
300:繪圖
400:示意圖
410A:音頻流
410B:音頻流
412A:片段
412B:片段
414A:間隔
414B:間隔
416A:片段
416B:片段
500:曲線圖
502:峰值
600:繪圖
700:繪圖
800:繪圖
802:頻率補償曲線
804:初始設置
900:流程圖
1000:演算法
1001:方塊
1002:方塊
1003:方塊
1004:方塊
1005:方塊
1100:方法
1200:電腦系統
1202:處理器
1204:揮發性記憶體
1206:非揮發性記憶體
1208:輸出裝置
1210:使用者輸入或介面
1212:電腦指令
1214:作業系統
1216:資料
1218:物件
1220:匯流排
可參考附圖之圖式來瞭解製造及使用所揭示實施例的方式及過程。應理解的是圖式中所說明之部件及結構不一定是縮放的，而是強調說明於此中所述概念之原理。再者，於圖式中以舉例的方式而非限制之方式說明實施例，其中：圖1係按照本揭示內容的示範性實施例，顯示房間聆聽環境、接收設備、傳輸設備、及噪聲源之示意圖；圖2係按照本揭示內容的示範性實施例，顯示一對具有所選擇或選定片段之音頻流的示意圖，一片段具有加入通常引出音頻流之一部分的縮放之最大長度序列(MLS)，且另一片段沒有MLS； 圖3係按照本揭示內容的示範性實施例，顯示最大長度序列之縮放樣本的繪圖；圖4按照本揭示內容之示範性實施例顯示音頻流中所選擇的片段之間的時間間隔；圖5按照本揭示內容之示範性實施例顯示所傳輸序列與所記錄序列的交叉相關之曲線圖；圖6係按照本揭示內容之示範性實施例，顯示在房間路徑學習之前的頻率響應之範例的繪圖；圖7係按照本揭示內容之示範性實施例，顯示於分析許多具有整合式MLS片段的音頻片段之後，在使用於圖6的聽眾位置處之補償頻率響應的繪圖；圖8按照本揭示內容顯示在許多次迭代之後計算出的補償曲線；圖9係按照本揭示內容之示範性實施例，用於噪聲模型計算的範例之流程圖；圖10顯示按照本揭示內容的示範性實施例，用於開發頻域補償曲線之慢部分校正函數的範例之流程圖；圖11係按照本揭示內容的示範性實施例，針對揚聲器限制及由於給定聆聽環境之噪聲及物理屬性的聲學退化，為給定音頻裝置或系統提供補償之範例方法的方塊圖；及圖12係按照本揭示內容，操作來施行處理之示範電腦系統的方塊圖。
在此所敘述之特徵及優點並不是包羅萬象；鑑於附圖、說明書、及請求項，許多額外的特徵及優點對於普通熟諳本技術領域之人員將為顯而易見的。再者，應注意的是，說明書中所使用之語言主要是為了可讀取性及指導性目的而選擇，且未以任何方式限制本發明主題之範圍。此主題技術係易受許多實施例影響的。下面內容是本主題技術之範圍的說明性、但不是詳盡無遺者。
本揭示內容之實施例可提供方法、系統、及/或電腦可讀取媒體產品(軟體應用程式)，用於源自對給定聽覺空間中的給定音頻裝置或系統之音頻路徑特徵的頻譜損傷或退化之頻域補償。實施例包括噪聲模型功能、例如聆聽空間的動態維持及更新之噪聲模型。音頻流的一個以上之選定片段被使用作訓練序列，並在聆聽環境中的聆聽者位置記錄。所記錄之片段係使用於測量音頻路徑中的退化，並更新音頻裝置之補償濾波器特徵。在示範性實施例中，白噪聲分量、例如亞音頻最大長度序列(MLS)或另一偽隨機二進位序列可被包括於呈現給音頻裝置的揚聲器系統之一個以上的選定音頻流片段中。每一個選定片段可使用作同步訊號，以允許使呈現給揚聲器系統之音頻訊號與在聽眾位置所記錄的音頻訊號之時間對齊。所接收(記錄)及傳輸的音頻序列係於頻域中比較。對齊的傳輸與接收序列之間的差值代表由於揚聲器、房間之物理屬性、及噪聲而沿著聲學路徑的頻域退化。
噪聲模型可被決定、及例如從所接收之片段(或序列)的頻域版本(變換)減去。所產生之調整訊號移除噪聲分量，並可使用於調整音頻裝置的補償濾波器特徵(例如，頻帶之增益設置)，其可在音頻裝置的使用期間更新。噪聲模型可被動態地維持及更新。本揭示內容之實施例可據此允許音頻裝置於正常使用期間被動地或自動地適於傳輸音頻的均衡化(頻率補償)，而無使用者干預。因此，本揭示內容之實施例可移除用於暫停音頻播放以獲得白噪聲或掃頻正弦波 作為校準步驟的任何需要。這可允許音頻裝置適於新的揚聲器位置、傢俱改變、不同之壁面處理等。
圖1按照本揭示內容顯示聆聽環境100--例如給定的房間、封閉空間、或部分封閉空間--具有音頻傳輸裝備、例如音頻裝置110、例如獨立之電視、條形音箱、身歷聲系統等的範例。聆聽環境100亦包括接收裝備120、例如麥克風，及藉由所指示之噪聲源130、例如空調、冰箱、風扇、洗碗機等所表示的噪聲。音頻裝置110具有頻域補償功能性，例如，藉由補償處理器114(其亦可稱為濾波器114)所指示，其可操作來在未補償之音頻訊號流112被施加至揚聲器116之前，將動態計算的補償曲線或一組濾波器係數施加至此音頻訊號流112。
錄製裝置120記錄來自音頻裝置110之音頻輸出的片段。音頻裝置110可包括向錄製裝置120發出訊號以開始錄製過程之手段或功能性。錄製裝置120亦可包括將錄製傳輸至音頻裝置110的手段或功能性。例如，音頻裝置110及錄製裝置120可包括無線功能性，例如Wi-Fi、藍牙、及/或基於雲端之功能性，例如用於通訊目的之伺服器。頻率響應補償可藉由合適的處理器來實施，例如連接至或包括在音頻裝置110中之中央處理單元(CPU)、數位訊號處理器(DSP)、微型電腦等，例如，如下文所進一步詳細敘述。
第1步驟：錄製來自音頻裝置的音頻內容之選定片段。
本揭示內容的實施例提供或利用定期訓練或學習程式，以自動及透明地使音頻裝置或系統設計成適於給定之聆聽環境(例如，房間)。作為一項步驟，使此接收裝備120(例如，遠端控制麥克風、整合式麥克風、智慧型手機、獨立麥克風)發出訊號或啟動，以開始記錄製頻裝置110的輸出之音頻樣本。這典型是在給定房間(聆聽環境)中的聆聽位置處作成。所錄製之音頻樣本包括選定或選擇的音頻片段(看圖2)。所選定之片段係使用於判定音頻路徑退化，如下文將進一步詳細說明。
如所述，可操作來提供頻率補償的補償濾波器114被包括在傳輸裝備中、例如音頻裝置110，並可於可適用之音頻帶寬上初始化，以具有0dB的增益為平坦的(參見，例如，圖8中之初始設置804)。補償濾波器114係使用於在傳輸之前對音頻流施加補償，使得所傳輸的音頻流已施加補償(除非濾波器功能性已由於某種原因而處於非活動狀態)。補償曲線或濾波器114(或實施此曲線或濾波器之處理器)隨後可基於來自接收裝備120的記錄樣本之處理來調整、例如基於噪聲模型，如下文進一步詳細敘述。
圖2係按照本揭示內容的示範性實施例，顯示一對具有所選擇或選定片段214A-B之音頻流210A、210B的示意圖200，具有加入正常引出音頻流之一部分的縮放之MLS 212A、亦即片段214A，且另一片段214B顯示沒有MLS。如所指示，MLS或另一白噪聲近似序列可為(選擇性)包括有或加至引出音頻流的選定片段，例如，如提供至音頻裝置揚聲器。在示範性實施例中，MLS可為亞音頻，於此“亞音頻”意指當與典型音頻結合時，為典型人員無法聽到之音調及/或響度。藉由為亞音頻，MLS可有效地藉由典型使用者難以辨認，且因此對它們來說是透明的。
所選定片段214A-B係使用於測量或設計在由音頻裝置揚聲器、例如圖1之揚聲器116至聆聽環境中的聆聽者位置之聲學路徑(路徑的疊加)上之退化。此退化可包括由於揚聲器損失、藉由聆聽環境中的表面之吸收與反射、及聆聽環境中的周遭噪聲而產生之分量。對於退化測量，各片段係交叉關聯的，以對齊時間中之各片段，並計算滯後，如下面所進一步詳細解釋。在選定片段、例如片段214A中包括白噪聲分量可促進或增強相關性。如果使用MLS(或另一白噪聲分量)，傳輸裝備(電視、條形音箱、無線揚聲器等)可在被視為低於人類感知的位準開始將MLS與節目音頻混合，或它可簡單地傳輸未經修改之音頻。MLS或另一白噪聲分量係可選的，且在沒有此序列之情況下，原始音頻內容可使用 於同步化；無論選擇哪一片段，遍及為同步化所選擇的錄製音頻片段之持續時間，音頻較佳地係非自相似(重複的)，例如，具有低程度之自相關性。
圖3係按照本揭示內容的示範性實施例，顯示最大長度序列(MLS)之縮放樣本的繪圖300。數位音頻節目內容之時間片段可在向揚聲器系統、例如圖1的揚聲器116呈現音頻內容(訊號)之前或期間進行選擇。如先前所述，所選定的音頻流片段可為(選擇性)與白噪聲分量、如同偽隨機二進位最大長度序列(MLS)混合。時間片段可於音頻節目(音頻流)之週期性間隔處選擇或選定。此序列可被採樣及縮放。例如，顯示某些樣本，亦即最大長度序列(MLS)的108th至123rd之樣本被顯示為藉由合適的縮放常數、對於所顯示案例為0.001所縮放。在圖式中，0.001之值代表邏輯高(1)，且-0.001的值代表邏輯低(0)。當然，於本揭示內容之範圍內可使用其他縮放因數。
圖4係按照本揭示內容的示範性實施例，顯示音頻流中所選擇/選定的片段之間的時間間隔之示意圖400。顯示兩個音頻流410A、410B。音頻流410A包括多數個選定的片段412A及416A，它們包括MLS，並藉由間隔414A所分開，而可按照需要來選擇。音頻流410B包括藉由間隔414B所分開之選定片段412B及416B(沒有MLS)。片段之間的間隔414A-B可選擇為恆定的，或時間間隔可變動。
第2步驟：判定音頻路徑之退化。
如所記錄，此等接收及傳輸的音頻序列係基於最大交叉相關對齊，對整體中間範圍音量進行歸一化、並在轉換成頻域之後、例如於藉由DFT/FFT處理之後進行比較。此過程可藉由一個以上的處理器所施行、例如在音頻裝置120中或與之連接。決定已對齊的傳輸與接收序列之間的差值，並代表音頻路徑(由揚聲器至接收裝備)上之由於揚聲器、房間物理屬性、及周遭噪聲的頻域退 化。如果音頻裝置之揚聲器響應係已知，其可考慮何時決定差值，使得差值將接著僅只代表在錄製位置的房間退化加上由於噪聲之退化。
第3步驟：噪聲模型推導。
背景噪聲環境的頻域模型係從記錄訊號之頻域表示(例如FFT)導出並由其中減去。在減去之後(例如，如上所述)，噪聲模型係基於留下的不相關噪聲來更新。在示範性實施例中，噪聲模型係以類似於主補償濾波器之方式更新，但基於加法而不是與快衰減慢攻擊濾波器及數學加權的乘法關係，其加速頻段中之調整，在此所傳輸的節目內容已知為能量較小。
圖5按照本揭示內容之示範性實施例顯示所傳輸序列(音頻片段)與記錄序列(音頻片段)的交叉相關之曲線圖500。滯後軸線以樣本x104的單位顯示。數位錄製系統從聆聽空間捕獲含有選定之傳輸節目內容(包括任何MLS，如果使用)的較長時間序列。傳輸片段(例如，圖2中之片段214A或片段214B)係與對應的記錄(及數位化)片段交叉相關，以於接收序列中定位與傳輸序列最大程度地相關之相同長度子集。交叉相關的峰值及滯後係使用來對齊(時間上)所記錄之音頻樣本與所傳輸的音頻樣本，以調整由於音頻訊號沿著從揚聲器至接收裝備之音頻路徑傳播而產生的時間延遲。峰值502主要係傳輸音頻與記錄音頻之相關的結果，但對於所顯示之範例，它係藉由可選的縮放MLS訊號之存在而加強。
兩個所選片段(傳輸片段及對應的相同長度之記錄片段)可於中間範圍(例如，約300赫茲至約5千赫茲)中對整體增益進行標準化。接下來，兩個序列的頻譜係例如經由離散傅立葉變換(DFT/FFT)結果之幅值進行比較。在替代實施例中，增益歸一化可於頻域中作成。(濾波器係數的)補償陣列可於遍及處理多數個記錄片段之過程進行調整，使得其隨著時間的推移(或迭代)整合或收斂至頻域陣列，其在遭受任何所想要之平滑或增益約束下，往復或補償房間路徑的頻域損傷。補償陣列可藉由合適之濾波器或濾波器拓撲結構、例如FIR濾波器、多 數個IIR濾波器、或藉由直接頻域補償來實施。有許多已知技術用於合成濾波器，包括但不限於採取頻域補償陣列的反FFT(FIR)或使用基於遺傳之適應演算法，其利用補償陣列作為頻率響應目標(IIR)。
如下文所進一步詳細地敘述，可推導出並維持噪聲模型，以識別聆聽空間(例如圖1中的房間100)中之連續干擾(周遭)噪聲的頻率及幅值，此噪聲係與傳輸音頻節目內容隨著時間之推移而沒有很好的相關性。當計算對房間路徑補償之調整時，此噪聲模型可使用於改善(誤差)反饋。可使用數學加權，使得當節目內容在給定頻率中係相當安靜時，噪聲模型接收更強的調整權重，且相反地，當節目內容於給定頻率中具有高能量時，房間路徑補償濾波器接收大多數調整權重，因為來自周遭噪聲之任何影響都藉由較響的節目內容所掩蓋。如果需要，可考慮麥克風之頻率響應。這可藉由關注話筒頻率響應內的子帶或對整個話筒響應之頻率補償來作成。
圖6係繪圖600，顯示在房間路徑學習之前，對於示範揚聲器及房間組構，在聽眾位置的頻率響應之範例。繪圖600係基於特定房間(聆聽環境)中的錄製結果。縱軸範圍係提供給作為頻率函數之相對位準參考。
圖7係按照本揭示內容的示範性實施例之繪圖700，顯示於分析許多具有整合式MLS片段的音頻片段(25)之後，在使用於圖6的聽眾位置處之補償頻率響應。請注意，已相當大地補償音頻的波峰及波谷。對進一步之音頻片段的分析將提供越來越好之結果。縱軸範圍提供用於作為頻率函數的相對位準參考。
圖8係按照本揭示內容之繪圖800，顯示在許多次迭代(25)之後所計算的頻率補償曲線802之範例。頻率補償曲線802指示施加至房間中所使用的音頻裝置之頻率響應補償，於此對圖6-7中所顯示的結果作成記錄，在此圖6指示 音頻補償之前的記錄，且圖7指示於按照本揭示內容的音頻補償之後在同一聽眾位置的頻率響應。
對於曲線802，基於由相關音頻裝置之程式流所記錄的相似數目之連續片段，利用二十五(25)次迭代。所記錄片段各包括MLS。顯示用於補償曲線的初始設定804，指示用於橫跨相關音頻裝置之工作範圍的頻率為0dB(無增益或衰減)。當然，雖然使用二十五次迭代，但可在本揭示內容之範圍內使用其他數目之迭代。補償曲線802係使用下面為圖9-10所敘述的演算法900及1000推導出。
如果包括，可選之MLS較佳係亞音頻的。換句話說，它較佳地是於此低響度位準上，以致聽眾無法聽到它。可使用開始及關閉之斜面，或AGC方法可使用來減少MLS在給定音頻傳輸功率位準的可聽度。於大部分案例中，MLS不需要此方法良好起作用，但如果包括它，可能有助於確保準確識別所接收之時間片段，尤其是在內容係處於低位準或高度自我相似的案例中(具有高度自我重複之特徵)。
圖9描述按照本揭示內容的實施例之噪聲模型計算(推導、維持、或構建)演算法的範例之流程圖900。附圖中所顯示的範例假設已為對齊之傳輸及接收片段計算了8192點FFT，分別藉由向量(1D)陣列“傳輸(i)”及“接收(i)”指示，在此0
Figure 111116571-A0305-02-0015-1
i
Figure 111116571-A0305-02-0015-2
8191(如所顯示)。分析每一頻率區間(藉由索引i所表示)。演算法900產生連續更新的頻域噪聲模型(向量陣列“噪聲(i)”)，且亦產生已移除噪聲之接收訊號的調整後頻域版本(向量陣列“接收(i)”)。
處理方塊901計算接收功率與傳輸功率之間的差值(diff)。如所指示，此差值較佳地係防止於0以下。處理方塊902使差值返回至幅值。處理方塊903實施快速衰減，因為絕不允許噪聲超過所計算之差值。處理方塊904可決定此差值的哪一部分(指示為“nfract”)將使用來更新噪聲模型。此部分係與特定頻率 區間中之接收訊號的幅值成反比。如果此頻率區間中有相當大之訊號能量，此部分將非常小，且噪聲模型將不會在所述頻率區間中表現出明顯的調整。噪聲模型僅只於那些有很少或沒有音頻之頻率區間中進行調整。遍及多數個傳輸/接收序列的過程，噪聲模型將在所有頻率下進行調整。
處理方塊905藉由此部分來調整差值，並導入慢攻擊因數(例如，如所顯示為0.1；然而，可使用其他值)。處理方塊906更新於頻率區間i處之噪聲模型。當音頻裝置、例如圖1的110係首先移動至新位置時，頻域噪聲模型可被重置至所有零(例如，如藉由圖8之初始設定804所顯示)。處理方塊907藉由從接收訊號移除噪聲，創建調整後的接收訊號(向量陣列“接收(i)”)。熟諳本技術領域之人員可看到遍及處理已對齊的傳輸及接收(連續式)音頻流片段或序列之多數次迭代，將相應地創建及更新房間噪聲的模型。
第4步驟：基於慢部分校正之補償。
在示範實施例中，慢部分校正函數係施加至頻域補償曲線。換句話說，有效地維持工作頻域等化器位準設置，並基於是否高於或低於所述頻帶中的傳輸頻譜而發現接收頻譜，非常輕微地調整或修改每一頻帶。相對非即時(“離線”)實施例，對於即時或近即時(“線上”)實施例之校正細節可為不同。如果整合頻域校正函數係離線地形成，並在所施加之前藉由使用者預覽，則工作校正函數較佳係以數學方式施加至接收音頻，或作為反饋的一部分從頻域中之差值比較減去。然而，如果即時施加更新的補償，則可省略所述步驟。看圖10，下文將詳細地敘述。
圖10顯示用於慢部分校正演算法1000之一範例的流程圖，使用於開發頻域補償曲線。此演算法(過程)1000係在每一次已記錄新的時間序列時都會執行。此範例假設使用8192點FFT來計算已對齊之傳輸音頻(傳輸)及接收音頻(接 收)的頻率響應。在演算法1000之末端，計算更新的頻域補償曲線(向量陣列“comp(i)”)。
於處理方塊1001，傳輸頻率分量係與低閾值、例如0.034比較，如所顯示(可使用其他值)。在此範例中，0.034之值係基於歸一化之後的1.0之峰值音頻位準。個別地分析每一頻率區間。處理方塊1001顯示如果在給定的頻率區間中幾乎沒有或無音頻能量，則不會更新補償曲線之頻率。這防止錯誤的調整。隨著時間之推移，當音頻的頻率內容改變時，將有機會更新所有頻率區間。
處理方塊1002顯示，如果有足夠之音頻能量，則為當前頻率區間計算傳輸對接收的比率(傳輸(i)/接收(i))。如上所述，調整後之接收訊號(“接收(i)”)係藉由噪聲模型計算功能所生成(例如，如上面對圖9所述)。處理方塊1003調整用於當前頻帶區間的補償曲線。在製程1000中，補償曲線維持其當前值之90%，並藉由計算比率的10%進行調整。可使用當前值及計算比率之百分比的其他值。這允許緩慢、穩定之調整，其將不會藉由偶爾的系統錯誤所影響。
最後，處理方塊1004及1005可將調整限制至所想要之衰減及/或增益、例如如所顯示的0.3(-10.46dB)之衰減及3(9.5dB)的增益，以避免極端調整。當然，於本揭示內容之範圍內可使用其他衰減及/或增益限制。人們可看到隨著時間的推移，補償曲線將適應於房間特性。當房間特性改變或音頻裝置被移至不同之聆聽環境(例如房間)時，補償曲線將重新適於補償聆聽環境中的改變。
第5步驟：噪聲位準輸出計算(可選)。
噪聲位準輸出可基於來自步驟3之動態維持噪聲模型中存在的功率位準來選擇性計算。此噪聲位準輸出可使用於對整合式音頻處理(例如電視音頻後期處理)進行改變，以補償噪聲事件。一個範例將為當嘈雜之空調打開時，電視會升高音量位準，而當它關閉時，又會恢復至正常位準。
圖11係按照本揭示內容，針對由於噪聲及給定聆聽環境的物理屬性而導致之聲學退化，為給定的音頻系統或裝置提供補償之示範方法1100的方塊圖。對於給定聆聽(聽覺)環境中之給定音頻裝置，方法1100可包括記錄所傳輸音頻流的一片段，其中此片段包括用於推導出聆聽環境之頻率響應補償的傳輸訓練序列，如在1102處所述。方法1100可包括推導出對齊的傳輸與接收訓練序列之間的差值，用於判定藉由揚聲器及聆聽環境加上噪聲之頻域退化，如在1104處所述。
方法1100可包括從記錄訊號的FFT減去背景噪聲環境之頻域模型，如於1106處所述；步驟1106(或類似步驟)亦可包括基於減去之後留下的不相關噪聲來更新噪聲模型。方法1100可包括對使用於音頻裝置之頻域補償曲線施加慢部分校正函數，如在1108處所述。方法1100亦能(可選地)包括基於動態維持噪聲模型中存在的功率位準計算噪聲位準輸出，如於1110處所述。
圖12係按照本揭示內容，操作來施行處理之示範電腦系統1200的方塊圖。電腦系統1200可施行所有或至少一部分之處理、例如於此中所述的演算法及方法中之步驟。電腦系統1200包括處理器1202、揮發性記憶體1204、非揮發性記憶體1206(例如，硬碟)、輸出裝置1208及使用者輸入或介面(UI)1210，例如圖形使用者介面(GUI)、滑鼠、鍵盤、顯示器、及/或任何普通使用者介面等。非揮發性記憶體(非暫態儲存媒體)1206儲存電腦指令1212(又稱機器可讀取指令或電腦可讀取指令)，如同軟體(電腦程式產品)、作業系統1214及資料1216。在一範例中，電腦指令1212係藉由處理器1202出自(從)揮發性記憶體1204執行。於一實施例中，物件1218(例如，儲存裝置或媒體，如同硬碟、光碟、磁性儲存帶、光儲存帶、快閃記憶體驅動器等)包括或儲存非暫態電腦可讀取指令。亦顯示匯流排1220。
處理可在硬體、軟體或兩者的組合中實施。處理能於可程式化電腦/機器上執行之電腦程式(例如，軟體應用程式)中實施，每一台電腦/機器包括處理器、儲存媒體或另一可藉由處理器讀取的製造物件(包括揮發性及非揮發性記憶體及/或儲存元件)，並可選地包括至少一個輸入裝置、及一個以上之輸出裝置。程式碼可施加至使用輸入裝置或輸入連接(例如，埠或匯流排)輸入的資料，以施行處理並生成輸出資訊。
系統1200可至少部分地經由電腦程式產品或軟體應用程式(例如，在機器可讀取之儲存裝置中)施行處理，用於藉由資料處理設備(例如，可程式化處理器、電腦、或多數台電腦)執行或控制其操作。每一個此程式可在高級程序或物件導向的程式化語言中實施，以與電腦系統通訊。然而，此等程式可於組合或機器語言中實施。此語言可為編譯語言或解譯語言，且其能以任何形式部署，包括作為獨立之程式或作為模組、元件、副程式、或另一適合供使用於計算環境中之單元。電腦程式可部署成在一處地點於一台電腦上、或在多數台電腦上執行，或分佈橫越多數個地點並藉由通訊網路相互連接。電腦程式可儲存於儲存媒體或裝置(例如，CD-ROM、硬碟、或磁性軟碟)上，當藉由電腦讀取儲存媒體或裝置時，儲存媒體或裝置係可藉由一般或特殊用途的可程式化電腦程式所讀取，用於建構及操作電腦。處理亦可實施為機器可讀取儲存媒體，建構有電腦程式，在執行時，電腦程式中之指令造成電腦操作。再者，“電腦”或“電腦系統”可包括對複數類似術語的引用，除非按另一種方式明確地說明。
處理可藉由一個以上之可程式化處理器來施行，此等處理器執行一個以上的電腦程式，以施行系統之功能。系統的全部或部分可實施作為特殊用途之邏輯電路系統、例如FPGA(場可程式化閘極陣列)及/或ASIC(特定應用積體電路)。
因此，相對於先前技術領域，本發明主題的實施例可提供諸多益處。例如，本揭示內容之實施例可能夠或允許音頻播放裝置在正常使用期間被動地適於傳輸音頻的等化，而不需要暫停以獲得白噪聲或掃描正弦波。本發明主題之實施例亦允許音頻裝置適於或設計成適於可影響聲學性能的新房間及房間改變(例如，不同之聽眾位置、不同的揚聲器位置、傢俱改變、不同之壁面處理等)。既然本發明主題的實施例可逐步地適應，且因此避免將房間噪聲偵測為音頻之任何需要，使用者不必需測試此解決方案，以觀察其是否合適。如果本揭示內容的實施例開始在錯誤方向中適應，它將於可能存在任何使用者感知之前校正錯誤。如上所述，音頻裝置、如同無線揚聲器經常被攜帶至不同房間或於給定房間內移動。本發明主題的實施例可自動地適應於這些房間變化。
上面參考相關附圖敘述所要保護之概念、系統、裝置、結構、及技術的諸多實施例。在不脫離所敘述之概念、系統、裝置、結構、及技術的範圍之情況下，可設計替代性實施例。
需要指出的是，諸多連接及位置關係(例如，上方、下方、鄰接等)可使用於敘述此說明書及附圖中之元件。除非另有說明，這些連接及/或位置關係可為直接或間接的，且所敘述之概念、系統、裝置、結構、及技術在這方面係不意欲加以限制。因此，實體的耦接可意指直接或間接耦接，且實體之間的位置關係可為直接或間接之位置關係。
作為間接位置關係的範例，於元件“B"上方之定位元件“A”可包括其中一個以上的中間元件(例如元件“C”)處於元件“A”與元件“B”之間的情況，只要元件“A”及“B”之相關特徵及功能性未藉由中間元件來實質性改變。
以下定義及縮寫亦將使用於請求項及說明書的解釋。“包含(comprise)”、“包含(comprises)”、“包含(comprising)”、“包括(include)”、“包括(includes)”、“包括(including)”、“具有(has)”、“具有(having)”、“含有(contains)”、 或“含有(containing)”等詞或任何另一變體係意欲涵蓋非排他性之包括。例如，包括元件清單的設備、方法、組成物、混合物、或物件係不一定僅只受限於那些元件，但可包括未明確地列出或此設備、方法、組成物、混合物、或物件所固有之其他元件。
此外，“示範性”一詞意指“作為範例、實例或說明”。任何被敘述為“示範性”的實施例或設計不一定被理解為比其他實施例或設計較佳或有利的。“一個以上”及“至少一個”等詞指示大於或等於1之任何整數，亦即一、二、三、四個等。“複數個”一詞指示大於1的任何整數。“連接”一詞可包括間接“連接”及直接“連接”。
本說明書中對“諸多實施例”、“一個實施例”、“實施例”、“示範實施例”、“範例”、“態樣”等之參考指示所敘述的實施例可包括特定之特徵、結構、或特性，但每一個實施例可包括或可不包括特定的特徵、結構或特性。再者，此等片語不一定意指同一實施例。再者，當特定之特徵、結構、或特性係與一實施例有關地敘述，無論是否明確地敘述，它都可影響其他實施例中的此特徵、結構、或特性。
包括、但不限於“上”、“下”、“右”、“左”、“垂直”、“水平”、“頂部”、“底部”等詞及那些術語之衍生詞的相對或位置性術語有關所敘述之結構及方法，如在附圖中所定向。“覆蓋”、“在頂上”、“於頂部上”、“位於...上”或“位於...頂上”等詞意指第一元件、如同第一結構係存在於第二元件、如同第二結構上，在此諸如介面結構的中介元件可存在於第一元件與第二元件之間。“直接接觸”一詞意指如同第一結構的第一元件及如同第二結構之第二元件係在沒有任何中間元件的情況下連接。
於請求項中使用諸如“第一”、“第二”、“第三”等序數術語來修飾請求項元件，其本身並不意味著一請求項元件在另一者之上的任何優先權、優 先級、或順序，或施行方法之動作的時間順序，但僅只使用作標籤來區別具有某種名稱之一個請求項元件與具有相同名稱(但使用序數術語)的另一元件，以區別請求項元件。
“大約”及“約”等詞可使用於意指在一些實施例中之目標值的±20%內、於一些實施例中之目標值的正負(±)10%內、在一些實施例中之目標值的±5%內、及又於一些實施例之目標值的±2%內。“大約”及“約”等詞可包括此目標值。“實質上等於”一詞可使用於意指在一些實施例中之彼此的±20%內之值、於一些實施例中的彼此之±10%內的值、在一些實施例中之彼此的±5%內之值、及又於一些實施例中的彼此之±2%內的值。
“實質上”一詞可使用於意指在一些實施例中之比較測量的±20%內、於一些實施例中之±10%內、在一些實施例中的±5%內、及又於一些實施例中之±2%內的值。例如，“實質上”垂直於第二方向之第一方向可意指第一方向在一些實施例中與第二方向成90°角的±20%內、於一些實施例中與第二方向成90°角之±10%內、在一些實施例中與第二方向成90°角的±5%內、及又於一些實施例中與第二方向成90°角之±2%內。
所揭示的主題在其應用中並不局限於以下敘述中所提出或附圖中所說明之結構細節及部件配置。所揭示的主題能夠使其他實施例以諸多方式實踐及執行。
本專利中所使用之片語及術語亦是為了敘述之目的，且不應被視為限制性。如此，本揭示內容所基於之概念可輕易地利用作設計其他結構、方法、及系統的基礎，用以進行所揭示主題之數個目的。因此，只要它們未脫離所揭示主題之精神及範圍，請求項應被視為包括此等同等結構。
儘管在前面的示範性實施例中已敘述及說明所揭示之主題，但本揭示內容已僅只以舉例的方式作成。因此，於不脫離所揭示主題之精神及範圍的情況下，可對所揭示主題之實施細節作出許多改變。
因此，本專利的範圍不應局限於所敘述之實施方案，反之應僅受以下請求項的精神及範圍所限制。
本專利中所引用之所有公告及參考案係全部明確地以引用的方式併入本文中。
1000:演算法
1001:方塊
1002:方塊
1003:方塊
1004:方塊
1005:方塊

Claims (21)

  1. 一種用於為一給定的音頻系統提供聲學退化之補償的系統，該系統包含：一記憶體，包含電腦可執行指令；及一處理器，耦接至該記憶體並可操作以執行該電腦可執行指令，該電腦可執行指令造成該處理器：a.為一給定聆聽環境中的一給定音頻裝置記錄一傳輸音頻流之一選定片段，其中該片段包括用於推導出該聆聽環境中的音頻裝置之一頻率響應補償的一傳輸訓練序列；b.形成該記錄之傳輸片段的一頻域變換；c.形成該記錄之選定片段的一頻域變換；d.推導出該選定片段的傳輸與記錄版本之間的一頻率差，用於判定由於該聆聽環境及背景噪聲之頻域退化；e.形成該背景噪聲的一動態維持之噪聲模型；f.從該記錄訊號的頻域變換減去該背景噪聲之一頻域模型，藉此形成一調整過的接收訊號；及g.基於併入該調整過的接收訊號的慢部分校正函數，為該音頻裝置施加一頻域補償曲線。
  2. 如請求項1之系統，其中該訓練序列包括一白噪聲分量。
  3. 如請求項2之系統，其中該白噪聲分量包括一MLS。
  4. 如請求項1之系統，其中該處理器進一步建構為基於補償之後留下的不相關噪聲來更新該背景噪聲之模型。
  5. 如請求項1之系統，其中該處理器建構為即時施加該補償曲線。
  6. 如請求項1之系統，其中該處理器進一步建構為藉由該補償曲線將調整限制至一所想要的衰減及/或增益。
  7. 如請求項1之系統，其中該處理器進一步建構為基於該動態維持的噪聲模型中存在之功率位準來計算一噪聲位準，以補償噪聲事件。
  8. 一種用於一特定房間的一音頻系統之方法，該方法包含：a.為一給定聆聽環境中的一給定音頻裝置記錄一傳輸音頻流之一選定片段，其中該片段包括用於推導出該聆聽環境中的該音頻裝置之一頻率響應補償的一傳輸訓練序列；b.形成該記錄之傳輸片段的一頻域變換；c.形成該記錄之選定片段的一頻域變換；d.推導出該選定片段的傳輸與記錄版本之間的一頻率差，用於判定由於該聆聽環境及背景噪聲之頻域退化；e.形成該背景噪聲的一動態維持之噪聲模型；f.從該記錄訊號的頻域變換減去該背景噪聲之一頻域模型，藉此形成一調整過的接收訊號；及g.基於併入該調整過的接收訊號的慢部分校正函數，為該音頻裝置施加一頻域補償曲線。
  9. 如請求項8之方法，其中該訓練序列包括一白噪聲分量。
  10. 如請求項9之方法，其中該白噪聲分量包括一MLS。
  11. 如請求項8之方法，更包含基於補償之後留下的不相關噪聲來更新該背景噪聲之模型。
  12. 如請求項8之方法，其中施加該補償曲線是即時的。
  13. 如請求項8之方法，更包含藉由該補償曲線將調整限制至一所想要的衰減及/或增益。
  14. 如請求項8之方法，更包含基於該動態維持的噪聲模型中存在之功率位準來計算一噪聲位準，以補償噪聲事件。
  15. 一種電腦可讀取之非暫態儲存媒體，用於為一特定房間調整一音頻等化器(EQ)的IIR濾波器，該媒體包括電腦可讀取指令，用於：a.為一給定聆聽環境中的一給定音頻裝置記錄的一傳輸音頻流之一選定片段，其中該片段包括用於推導出該聆聽環境中的音頻裝置之一頻率響應補償的一傳輸訓練序列；b.形成該記錄之傳輸片段的一頻域變換；c.形成該記錄之選定片段的一頻域變換；d.推導出該選定片段的傳輸與記錄版本之間的一頻率差，用於判定由於該聆聽環境及背景噪聲之頻域退化；e.形成該背景噪聲的一動態維持之噪聲模型；f.從該記錄訊號的頻域變換減去該背景噪聲之一頻域模型，藉此形成一調整過的接收訊號；及g.基於併入該調整過的接收訊號的慢部分校正函數，為該音頻裝置施加一頻域補償曲線。
  16. 如請求項15之儲存媒體，其中該訓練序列包括一白噪聲分量。
  17. 如請求項16之儲存媒體，其中該白噪聲分量包括一MLS。
  18. 如請求項15之儲存媒體，其中該指令更包含基於補償之後留下的不相關噪聲來更新該背景噪聲之模型。
  19. 如請求項15之儲存媒體，其中施加該補償曲線是即時的。
  20. 如請求項15之儲存媒體，其中該等指令更包含藉由該補償曲線將調整限制至一所想要的衰減及/或增益。
  21. 如請求項15之儲存媒體，其中該等指令更包含基於該動態維持的噪聲模型中存在之功率位準來計算一噪聲位準，以補償噪聲事件。
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