CN1822711A - 使用集中式信号处理的集成多媒体信号处理*** - Google Patents

使用集中式信号处理的集成多媒体信号处理*** Download PDF

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Abstract

对多媒体信号的集成式处理可以在不减少典型的家庭娱乐***部件的功能的情况下消除不必要的信号处理器和转换器。集成多媒体***包括一种数字化地捕获和处理信号的主播放器。该主播放器对音频信号进行调整，通过补偿人耳对不同频率声音的敏感度从而使音频输出中的所有频率具有相同响度。该主播放器还可以通过检测用户的位置从而获取听者与扬声器之间的角度，并且根据该角度做出相应调整从而补偿人类感知的响度差别。本发明还提供了一种扬声器，其中该扬声器中具有性能特性或者标识符，并且通过这些性能特性和标识符，***可以为特定的***提供最佳扬声器驱动电流，或者确定如何以最佳方式在集成***中实现扬声器。

Description

使用集中式信号处理的集成多媒体信号处理***
对相关申请的交叉引用
本申请要求2004年12月30日向美国专利和商标局提交的美国临时专利申请No.60/640085的优先权，并且通过参考其整体将该申请的公开包括在这里。
技术领域
传统上，对音频部件和视频部件是独立进行开发的。为了确保不同制造商所制造的部件之间的兼容性，该行业已经开发了可以适应于于多种产品的接口。因为强调的重点是兼容性而不是质量，所以就为各种部件之间提供数量有限的接口。因此，各种部件必须输出与这些标准化接口兼容的信号。但是，这种为了实现部件之间的互相通信所采取的措施会导致在部件之间出现显著的信号损耗和畸变。另外，尽管部件和控制设备是按照集成的方式进行工作的，但是各种部件当前都具有一种用于其操作的独立的控制设备。因此，本发明公开了一种实施例，其中，优选地是在单个盒子或外壳中，使用集中式处理方法，对所有音频/视频和其它娱乐操作进行集成控制。
背景技术
当前，可以使用被称作家庭娱乐***的集成音频/视频娱乐***。每个娱乐***至少需要三种不同的部件，包括：电视(TV)或视频显示器、主要用于向显示器提供视频信号的录像机(VTR)或多功能数码光盘(digital versatile disk，DVD)播放器、以及音频部件。家庭娱乐***还可以包括机顶盒以及独立于该机顶盒或集成在该机顶盒中的数字视频记录器(DVR)，其中该机顶盒从例如天线、电缆或圆盘式***天线接收音频/视频信号。
通常，消费者从多家制造商购买这三种或四种部件。即使是从同一家制造商购买这些部件，每种部件也可能是被分别购买的，并且是具有独立功能的分离的盒子。通常，将这些部件制造成分离的独立设备，这是因为无法确定消费者可能将其它何种部件连接到一起从而组成一个家庭娱乐***。例如，电视制造商将电视制造成一种独立的设备，以便可以将任何种类的视频源连接到该电视，而无论该视频源是VTR、DVD播放器还是机顶盒。这使得消费者有选择的余地。因此，电视制造商必须提供经济上可行的尽可能多的连接端口和接口。这些标准是由行业组织设定的，例如国际标准化组织(ISO)、电子电气工程师学会(IEEE)以及国家电视***委员会(NTSC)。
但是，还是存在一个问题，即，电视制造商必须为他们生产的电视配备这些接口端子中的至少一个或两个(如果不是全部提供的话)，以及任何所需的接口转换器。
视频源设备制造商也必须提供多种不同类型的接口端子，这是因为他们并不能确定他们的产品会连接到哪种类型的显示设备，并且他们希望为消费者提供尽可能多的选择。因此，例如VTR和DVD播放器的设备也具有三种或四种不同类型的端子或接口。或者，制造商可以仅提供一种具有广泛兼容性的接口，但是这样做会牺牲质量。
对于音频源设备和机顶盒制造商来说也不例外。因此，如果我们观察组成家庭娱乐***的三种或四种不同的部件就可以发现，仅是为了使消费者所选择的设备之间具有兼容性，每种部件都具有三种或四种不同的接口。
因为大多数接口都是考虑到现有的部件而设置的，所以可能仅仅是为了实现部件之间的通信，就必须将内部信号或者源信号转换为输出信号，尽管这些不同的部件在进行内部处理时可能使用了相似的内部信号。例如，部件A和部件B在其内部处理相同格式的信号，但是仅仅是为了实现部件A和部件B之间的信号传输就必须对这些内部信号进行转换。
为了提供不同种类的输出信号，每个部件都需要将信号从最初被处理时的格式转换为发送输出信号所需的另一种格式。这样一种转换可能会导致信号损耗或畸变。
已经向市场引入了多种诸如接收机/轻便型收录机、迷你立体声***或迷你家庭影院(HTIB)这样的产品。但是，这些产品仅是各种部件的简单的物理集成，而并不提供任何功能集成。
发明内容
本发明通过提供一种对音频/视频信号和其它信息信号进行集中式处理的***来解决上述问题。这可以消除为了进行部件间的通信所进行的不必要的信号转换，从而保持了初始源信号的特性并且可以再现最纯粹的源信号，以便通过输出设备(例如显示器、扬声器或其它声音再现***)将其发送给最终用户、听众或观众。
本发明可以使得不需要重复安装用于生成和接收输出信号的转换装置，而这些转换装置当前普遍存在于多数家庭电子部件中。因此，制造商可以以低价提供产品，或者以基本上相同的价格提供配有更好设备或部件的产品。
如果源信号完全是数字编码的并且输出装置是数字化操作的，那么本发明可以提供更好的性能。
本发明通过对目前在每个部件中被单独执行的功能进行集中式处理，从而提供了一种成本效益较好的高端音频/视频再现***。本发明还使得用户可以容易地生成关于音乐和视频内容的补充信息并且广泛地共享这样的信息以增强视觉和听觉体验的乐趣。
可以通过对现有部件进行功能分解并且对这些功能进行组合以便进行集中式处理来实现本发明，因此，通过对所有信号进行数字化地处理从而减少了数字到模拟或模拟到数字的转换。
人类对可听声谱(audible spectrum)的整个频率范围的响应并不一致。例如，相比于在可听声谱的低频处发生的声级(sound level)的变化，人耳可以更容易地感应到中频处发生的声级的微小变化。因此，对于构成音频输出的具有不同频率的声音而言，增加相同的声级(可以以分贝为单位对其进行测量)，并不会使听者能体验到增加了相同的响度(loudness)。这种音频输出中的响度的不均匀分布会扰乱听觉体验。
为了解决该问题，本发明可以按照频率范围将包含音频输出的声音进行分离，以及根据人类对声音的响应特征或听者的偏好，调整各个频率范围的最佳声级，然后使用调整来生成驱动放大器的调整信号。
本发明提供了一种集成音频处理***，包括：音频源；响应于音频源发出的音频信号的中央处理单元；以及数字音量控制模块，用于对音频信号进行调整从而为音频信号的所有音频频率提供等响度级。
本发明还提供了一种集成音频处理***，包括：音频源；响应于音频源发出的音频信号的中央处理单元；用于调整音频信号的数字音量控制模块；向数字音量控制模块提供听者位置信息的输入装置；以及多个基于处理过的音频信号输出音频的扬声器。所述数字音量控制模块还可以响应于听者位置信息对音频信号进行调整。
本发明还提供了一种集成音频处理***，包括：音频源；响应于该音频源发出的音频信号的中央处理单元；以及与该中央处理单元相连的扬声器。该扬声器将性能特性发送到中央处理单元，中央处理单元将该性能特性用于处理音频信号。
附图简述
图1显示了根据本发明的一个实施例的集成多媒体***的示意性框图；
图2显示了PC结构的本发明的实施例的布局图；
图3显示了一种典型的音频再现***的示意性框图；
图4显示了根据本发明的一个实施例的数字分音(crossover)***的示意性框图；
图5显示了PC开关电源(switching power)特性和一个示例性的声音再现的功率消耗波形；
图6显示了根据本发明的一个实施例的音频再现***的示意性框图；
图7显示了根据本发明的另一个实施例的音频再现***的示意性框图；
图8显示了一个典型的数字分音***的示意性框图；
图9显示了一个典型的电视机的示意性框图；
图10显示了一个示意性框图，该图描述了一个已知的具有典型的DVD播放器和显示器的视频***的操作；
图11显示了根据本发明的一个实施例的视频再现***的示意性框图；
图12显示了根据本发明的一个实施例的自动偏好控制***的示意性框图；
图13显示了根据本发明的一个实施例的媒体数据库文件共享***的示意性框图；
图14显示了根据本发明的一个实施例的对来自视频源的视频信号进行的帧速率调整；
图15是用于实现根据本发明的一个实施例的集成多媒体***中的智能扬声器的方法的框图；
图16是一个图表，其显示了声音的整个可听声谱的在不同声压级的人类听觉阈值响度级；
图17是一个方法的框图，该方法用于在根据本发明的一个实施例的集成多媒体***中基于给定的声音频率的响度级实现音量控制；
图18是一个图表，其显示了人类感知的不同频率的声压级以及当听者与音频输出的角度为0度和30度时的这种声压级；
图19是用于在根据本发明的一个实施例的集成多媒体***中实现基于听众的位置控制音量的方法的框图；
图20是一个数字音量控制模块的框图。
具体实施方式
为了解决上述问题，本发明公开了一种可以消除实现典型家庭电子产品之间的接口兼容性所必需的数模转换的***和方法。本发明主要利用以数字格式记录的音频和视频信号。但是，本发明并不限于此，还可以与传统的模拟音频/视频源一起使用。
图1显示了本发明实施例的示意图。集成音频/视频***100包括用于从信号拾取设备103接收输入信号的主处理器107，所述信号拾取设备103从源101(例如视频源101a、音频源101b或电视调谐器101c)获取源信号。输入信号最好是数字信号，但是也可以是任何类型的音频/视频信号，例如唱机输出的模拟信号。
处理器根据用户输入108处理输入信号。用户输入可以是实时的，例如调整音量或音调，也可以是预设的参数。这些预设参数可以由用户存储在***中，或者可以由***根据对用户偏好进行的***分析而产生，其中，对用户偏好的***分析是基于用户所观看或收听的媒体而进行的。
来自处理器107的输出信号最好也是数字信号。在本发明的实施例中，主要由软件来处理信号，但是本发明并不限于此。如果需要，可以将例如专用芯片或图形芯片这样的***设备用于处理来自信号源的信号，以用于特定的目的，例如提升采样(upsampling)来自音频源的数据，或者用作视频信号的数字滤波器。在这种情况下，主处理器107仍然通过数字信号与***设备进行通信。
主处理器的输出信号被发送到输出设备。例如，视频信号被直接发送到视频显示器150。现代的视频显示器，例如液晶显示器(LCD)、等离子显示板(PDP)或者数字光处理(Digital Light ProcessingTM，DLP)投影仪可以完全利用主处理器输出的数字信号。
音频信号可以通过放大器109(AMP)(最好是数字放大器)，以便生成可以驱动扬声器的电流。但是，可以由数字信号驱动而不由电流驱动的扬声器能使得不再需要数字扩音器。
本发明的一个实施例可以采用个人计算机(PC)结构，如图2中所示，并且使用通用中央处理单元(CPU)，例如Intel Pentium4处理器以及它的***设备，并且它们可以运行被广泛使用的操作***，例如Microsoft Windows或Linux。可以结合软件或***硬件设备对音频和视频信号进行处理。该***还可以包括存储器，例如随机访问存储器(RAM)或硬盘驱动器。但是，本发明并不限于此，并且可以使用其它类型的处理器、结构或操作***。而且，本发明会导致对开发新的操作***的需求，新的操作***可以用于控制家庭娱乐***并且提供其它特性，例如访问因特网、文字处理以及其它的办公或与工作相关的应用程序。
本发明的一个实施例将在多数PC中普遍使用的DVD驱动器101a用作源，或者可以将任何类型的光存储器驱动设备或光媒介设备用作源，但是，该源还可以是模拟VCR源、电视调谐器、FM/AM无线电调谐器、USB端口、互联网连接、电缆、卫星广播、数字移动广播(DMB)或者本领域技术人员所公知的其它的源。如图2中所示，如在典型的PC结构中那样，DVD驱动器和处理器可以位于同一个外壳中。另外，用于驱动扬声器***(多个扬声器单元)的放大器也可以包括在该外壳中。而且，可以有多个放大器。这些放大器可以是模拟的和/或数字的。根据本发明的一个实施例，在这些放大器中至少有一个模拟放大器。
本发明的一个实施例可以包括作为显示设备150的LCD、PDP或者DLPTM投影仪，任何其它能够以数字模式工作的显示设备也是适合的。但是，在某些情况下，也可以使用模拟显示设备。
接下来将描述本发明的每个部件。
图3是一个已知的音频再现***的示意图。源播放器从各种源获取源信号。为了便于说明，将当前最常使用的音乐源，即压缩盘(CD)播放器201用作源。
在CD播放器中，激光拾取设备203读取被编码在CD 201上的音乐信号。激光拾取设备203所读取的信号是数字编码(“0”和“1”的组合)，并且由脉冲码调制器(PCM)204对该数字编码进行解码，其中该数字编码是模拟数据的数字表现形式。由处理器206将该数字编码转换为模拟信号，其中该处理器206被嵌入到播放器中或者可以与播放器分开。前置放大器208接收模拟信号并且通过调整它们的音量和音调对它们进行操作。既可以操作模拟信号，也可以操作数字信号。功率放大器210从前置放大器208接收输出，并且生成可以驱动扬声器212的电流。扬声器212从功率放大器210接收输出，并且使用内部分音逻辑分离信号。CD播放器201、前置放大器208和功率放大器210中的每一个都分别包含分离的电源207、209和211。在一种三路扬声器***中，分音逻辑214将信号分为高频范围、中频范围和低频范围。高频范围信号驱动高频扬声器216，中频范围信号驱动中频范围单元218，并且低频范围信号驱动低音单元220。
可以在源播放器/数据拾取设备203和处理器206之间加入提升采样器205(upsampler)。提升采样器205可以将传统CD的采样率从44.1KHz提升到98KHz或者更高。提升采样可以提供更高质量的音频声音再现。
上述音频再现***将原始音频数字信号转换为模拟信号用于进一步处理。但是，数字处理可以提供对声音更精确的控制以及更好地减少噪音。因此，高端音频设备通常对信号进行数字化的处理，并且在这种情况下，从数字源编码转换得到的模拟信号再次被转换为数字格式。在功率放大器和前置放大器中，可能还需要进行额外的信号转换。反复进行的从模拟信号到数字信号的转换以及从数字信号到模拟信号的转换会导致数据丢失或畸变。
本发明通过激光拾取设备读取数字信号，并且通过一个强大的主处理器进行必要的信号处理从而解决了上述问题，其中该主处理器用于生成功率放大器的扬声器驱动信号。在一个实施例中，功率放大器可以是数字放大器、模拟放大器或者两者的组合。
参考图4，集成音频/视频***100可以包括数字分音器123，其可以被实现为软件模块115。使用该分音模块，主处理器107可以将处理过的音频信号分为驱动不同频率范围的扬声器信号，并且直接将分离的扬声器驱动信号发送到放大器109的各个数字放大器单元109a，并且这些数字放大器单元109a依次驱动对应于所提供的扬声器驱动信号的频率范围的虚拟扬声器140(dummy speaker)的扬声器单元142、144和146。例如，数字放大器109可以使用脉冲宽度调制(PWM)以生成驱动扬声器的适当的电流。
而且，放大器109可以是包括模拟放大器单元和数字放大器单元的混合放大器。模拟放大器更适合于驱动高频扬声器单元，例如高频扬声器142，而数字放大器更适用于驱动高功率低频扬声器单元，例如低频扬声器146。
通过使用数字分音器可以容易地获得具有精确分音点控制的高质量的音频。每个数字驱动电流根据来自数字分音模块的各自的扬声器驱动信号提供扬声器驱动电流。因为可以由软件模块对分音器进行数字化控制，所以可以动态地重构各种信号特性。
此外，使用主处理器对数字音频信号进行集中式处理使得例如，仅通过添加一个软件模块就可以进行数字音量控制、提升采样以及数字滤波。使用连接到主处理器的能够对数字信号进行处理的***硬件也可以实现这些处理功能。
数字滤波可以模拟输出的音频的声学特性以满足每个听者的音乐爱好，例如再现来自电子管放大器或唱机的音频的特性。基于软件的分音逻辑可以以更低的成本提供更精确的频率分音控制。它还可以实现对分音频率的动态配置，再结合控制其它声学特性的模块，就可以实现对音频输出的最佳控制。
本发明可以使用图2中所示的PC结构。已经开发出了一种使用数字功率放大器的新方法，从而可以将数字功率放大器用于现有的PC结构中。因此，具有典型的挡板162的单个外壳160中具有：例如DVD播放器101a的源、具有例如风扇107a的冷却元件和散热模块107b的处理器107(processor)、***存储器164、硬盘驱动器166(HDD)或其它海量存储设备、电源112(PSU)和冷却风扇112a，以及扩展槽170。可以将其它硬件和软件包含到PC结构中，例如电视调谐器101c、数字和/或模拟放大器109(AMP)、数字视频输出卡以及多种PC接口(例如通用串行总线(USB)、火线(IEEE 1394)、网络接口卡)，多种软件控制模块115以及常用的PC操作***，例如Windows、Linux或Mac OS等等。
但是，参见图5，如果PC达到特定的电流功率阈值电平，如10A，那么通常它就会关机。但是，在典型的家庭娱乐***中，当放大器生成高功率驱动电流(例如高功率低音频率的驱动电流)时，该***的电流电平可能会短暂地超出PC的阈值。因此，如果将PC结构用于实现集成多媒体处理***，那么根据本发明的***必须可以超出PC电流阈值电平。因此，该***可以具有一个连接到电源112的功率池(power tank)，以便管理电流的峰值，从而防止当需要驱动高功率信号时***停止工作。
参见图1，信号拾取设备103从源101拾取信号。一旦拾取了信号，那么就通过处理器107对信号进行计算或处理，并且最终的输出是数字信号或来自数字放大器109的驱动电流。如果信号来自模拟源，那么就通过例如PCM方法将该信号转换为数字信号，以便可以在整个***中对该信号进行数字化处理。可以由主处理器107执行该转换。来自源101的输入音频信号被发送到主处理器107，该主处理器107进行必要的计算以控制音量或音调(即低音或高音)，或者利用模块115通过软件模拟来执行例如提升采样或其它数字补偿的功能。然后，信号到达数字放大器109，并且该放大器根据处理过的音频信号提供驱动适当频率范围的扬声器单元142、144、146所需的电流。
或者，可以通过数字连接(例如USB电缆或火线连接，或者任何其它合适的数字连接)将处理过的数字扬声器驱动信号发送到位于虚拟扬声器140内的数字放大器。其内部有用于生成驱动扬声器单元142、144、146的电流的数字放大器单元。
本发明的一个特征是可以在处理器内部实现将音频信号滤波为不同频率范围的分音网络，从而不再需要包括位于扬声器内的一组线圈、电容、电阻的典型模拟***中的分音网络。模拟分音网络不能提供与由图6中所示的主处理器107使用软件123执行的数字分音所提供的频率分离同样精确的频率分离。或者，如图7所示，可以由与主处理器107进行通信的***设备138来执行数字分音。如果要达到与数字分音相近精确度，那就要求使用非常昂贵的模拟部件用于模拟分音。此外，可以容易地调整数字分音网络所提供的频率范围，从而可以将包括最佳频率范围的扬声器驱动信号发送到给定的扬声器单元。另外，当正在播放音频源(例如音乐)时，可以动态地调整频率范围。因此，扬声器***可以不需要分音逻辑。作为替代，主处理器107通过各个放大器单元109发送出两种、三种或者多种不同的扬声器驱动信号，所述放大器单元可以直接连接到扬声器的高频单元、中频单元或低频单元。
扬声器140也可以是具有存储设备的“智能”扬声器，例如集成电路，所述存储设备中包含扬声器的性能特性。可以在典型的家庭娱乐***中实现这种装置。可以通过主动或被动方法将性能特性发送到处理器107以用于音频信号处理。在主动发送方法中，扬声器的电路将把性能特性发送到处理器107。而在被动方法中，处理器107将询问扬声器以得到它的性能特性。
这些性能特性可以包括：在可听声谱上的每个单元的最佳频率范围再现特性；额定输出功率；推荐的放大功率；输入阻抗；扬声器外壳尺寸；灵敏度；分音频率或者副扬声器部件的数量。或者，扬声器140可以仅包括向***100告知它是何种扬声器的标识符信息，处理器107将从与该处理器相关的表或数据库中查找所标识的扬声器的性能特性。
处理器107可以使用这些性能特性来确定与***的每个扬声器单元142、144、146相匹配的频率范围。这些特性还有助于进行音量控制，因为***100可以确定例如扬声器对音量变化的灵敏度以及音频输出发生畸变之前的最大扬声器驱动电流。
此外，这些性能特性还有助于布置扬声器。对于新手用户来说，***可以对扬声器进行分析以及推荐这种扬声器的最佳位置和功能。例如，将具有低放大功率的小扬声器作为后方卫星扬声器(rearsatellite speaker)是较理想的。如果低音扬声器单元对50Hz到300Hz之间的频率范围最灵敏，但是对300Hz到600Hz之间的频率范围灵敏度较低，那么***可以在50Hz到300Hz之间调整其低音范围，并使用不同的扬声器单元来生成300Hz到600Hz之间的频率。这样就可以不使用那些可以再现较宽频谱的昂贵的扬声器。例如，使用分别对50Hz到300Hz的频率范围以及300Hz到600Hz的频率范围最灵敏的两个五元的扬声器单元，就可以轻易替代一个能够再现50Hz到600Hz频率范围的一百元的扬声器单元。还可以将其它因素输入到***中，例如扬声器的数量、房间大小以及期望的听觉体验(与典型的家庭影院接收机中预设的环绕设置非常类似)等等。随后可以在显示设备上显示这些推荐。
对于高级用户来说，例如高保真音响爱好者，他可以观看屏幕上所显示的这些特性，并且根据他的品味计划最佳扬声器配置。基于PC的结构在提供可使用的用户接口方面赋予了***极大的灵活性，以便由新入门用户或高保真音响爱好者对***进行调整。
图15是一个框图，举例说明了使用这种智能扬声器对分音点进行调整的方法。
首先，***检查是否有的新扬声器。接下来，一旦检测到新的扬声器，***就请求获得扬声器特性，或者请求获得扬声器标识符并查找对应于该标识符的性能特性。***可以将这些特性显示在显示设备上。然后，***根据扬声器特性自动地调整分音点，或者响应于用户输入调整分音。然后，***可以通过该调整以生成用于驱动扬声器单元的最佳频率范围的驱动信号及电流。如果需要，用户可以购买一套不同的扬声器或者另外的扬声器，以便充分利用该***。***可以根据***分析或听众的偏好，推荐产生最佳听觉体验所需的扬声器单元。
图6说明了根据本发明的一个实施例的音频***，它包括音频源101(例如CD播放器)、连接到处理器107的软件模块115、放大器109以及不具有分音逻辑的虚拟扬声器140。所述软件模块可以包括：音量控制模块117、分音模块123、PCM模块126、提升采样模块129、PCM/频率转换器131、数字滤波器121、频率/PCM转换器135以及通信驱动模块137。分音模块123可以将滤波后的数字音频信号分离为不同的频率范围，然后将这些不同频率范围的信号发送到用于各个范围的各自的频率/PCM模块135。可以由通信驱动模块137对信号进行转换，或者将信号直接发送到数字放大器109。放大器109包括多个放大器单元109a，并且这些放大器单元分别对应于虚拟扬声器140的扬声器单元142、144的给定频率范围。
图7类似于前述音频***，但是图中显示部分音频处理功能可以由***硬件设备(例如连接到处理器107的滤波器136和分音器138)替代执行。
音量控制模块117通过解决相同分贝(dB)级别下对不同频率声音的感觉差异来对音频信号进行进一步的微调，从而为处理过的数字音频信号中的所有频率提供相同的响度级别。
如图16中所示，不同频率的声音在相同的dB级别具有不同级别的“响度”。人类对声音的敏感度取决于特定声音的频率级别。通常，对于人耳来说，相比于高频声音或高音，低音更加安静。在2000Hz到6000Hz之间，听觉阈值接近于0dB，而在125Hz听觉阈值为20dB。因此，***对音频信号进行调整，从而扬声器单元142、144、146输出“响度”基本相同的所有不同频率的声音。可以在分音之前进行这种音量控制操作，但并不是必须的。
音量控制模块117可以包括并入了图16的图形所包括的数据的逻辑以提供等响度调整。例如，如果用户要求音量级别等于40方(phon)，那么音量控制模块117和处理器107就会基于该图表中的数据对音频信号进行调整，从而以大约60dB输出125Hz的低音，以大约45dB输出6000Hz的高音调声音。当执行了这种调整之后，听众就会听到等响度的两种声音。
另外，如果将音量从40phon增加到50phon，那么125Hz的低音应该仅增加大约8dB，而6000Hz的高音调声音应该增加大约10dB。因此，在整个频率范围内增加声压级别(dB)的这种典型方法并不能提供对于声音的相同响度的听觉体验。本发明可以容易地进行调整，以解决人耳对不同频率声音的响度变化的敏感度有差异这一问题。
图17显示了以这种方式调整音量的方法的框图。
处理器从音频源接收音频信号，并且根据所要求的音量控制级别对音频信号进行处理。然后，将音频信号分离为不同的频率范围。然后，音量控制模块为对应于所要求的音量级别的每个频率确定适合的dB级别。也可以根据用户偏好对这种逻辑进行修改，以便修改音量调整，例如，用户喜欢听到响度更高的特定频率的声音。音量控制模块执行音频信号调整，以提供相等的响度级别或用户规定的响度级别。可以对调整后的音频信号进一步进行处理，从而生成用于音频输出的驱动信号或扬声器驱动电流。
也可以根据用户偏好对这些“响度”级进行修改，以便特定类型的声音可以听起来更响亮。例如，如果听众喜好更强的低音，那么可以修改逻辑，以便当要求40方的音量级时，以大约65dB而不是60dB输出125Hz。可以按照任何一种听众选择的方式修改这些值。
另外，依赖于听众所处的角度，相同dB级的音频可能听起来会不同。
参看图18，在30度位置处的dB级与0度位置处的dB级有显著区别，特别是在人类听觉是最灵敏的2000Hz到10000Hz范围内。因此，音量控制模块也可以根据听众的位置进行调整。
图1显示了输入设备105，该设备可以是图像捕获设备(例如照相机)和/或音频输入设备(例如麦克风)。该输入设备可以向处理器107和音量控制模块117提供关于用户位置的信息。可以通过输入设备获取扬声器140在房间中的位置信息，或者可以手工地将该位置信息输入到***100。随后，可以确定听众和各个扬声器之间的角度。已经存储了包含各种角度的数据(例如图18中所示的30度的数据)的逻辑的音量控制模块117将会对音频信号进行调整，以便无论听众处于什么位置，都可以体验到基本上相同的响度。水平角度(即墙到墙)和垂直角度(即地板到屋顶)都会被确定，以便无论扬声器处于什么位置，音量控制模块117都可以进行最佳调整，其中扬声器的位置包括：在墙上、在屋顶、在地轴架上或是在升高的架子上，但不限于这些位置。
图19是一个框图，说明了这种根据听众相对于扬声器的角度对音量进行调整的方法。
该方法类似于图17中所描述的方法。但是，在分离频率之后，音量控制模块根据例如图18中所包含的信息，确定由于用户相对于各个扬声器的角度而导致的任何声压级(dB)的损耗或增益。与前面所述相同，为了突出特定类型的音频输出，用户可以修改特定频率的dB增益或损耗。然后，音量控制模块可以根据人类在某个角度位置处对声音的敏感度或用户偏好，为各个频率范围进行调整。同样，可以对调整过的音频信号进行进一步的处理，以生成用于音频输出的扬声器驱动信号或扬声器驱动电流。
此外，输入设备105还可以确定用户与各个扬声器的距离。因此，音量控制模块117还可以根据听众与各个扬声器的距离来调整各个扬声器140的音量。
图20说明了根据本发明实施例的数字音量控制模块的操作。音频信号可以被发送到频率分离模块。此时，可选择的，参考数据模块可以分析输入的音频信号并且提供关于该音频信号应该被分离为多少个频率范围的信息。然后，频率分离模块将音频信号分离为多个频率。然后，参考数据模块提供对应于各个频率范围的适当的参考数据(例如基于频率范围或与声音源之间的角度的人类敏感度)。然后，信号调整模块根据所提供的参考数据对分离后的频率范围进行调整。接下来，将调整后的频率范围进行组合以生成调整后的音频信号，然后继续传递该音频信号以便进行另外的处理以生成音频输出。
***提供对音频信号的额外的数字控制，从而允许将定制的扬声器驱动信号发送到虚拟扬声器。
可以按照类似于Lego的模块化方式对根据本发明实施例的这些虚拟扬声器进行修改，因为它们并不受到通常包含在典型扬声器中的固定分音频率范围逻辑的限制。因此，用户可以根据用户偏好或者用户所收听的媒体的类型来关闭单个扬声器子单元以获得最佳听觉体验。
本发明通过将所有处理和计算集成到一个主处理器中，从而还提供了另一个优点。例如，通过使用数字滤波器，本发明可以提供电子管放大器或唱机的特性以及柔和、温暖的感觉。另外，本发明可以容易地提供均衡器、放大器(upscaler)或数字分音网络的功能。
当前，数字分音网络被作为单独的部件来出售，并且图8中显示了这种设备的一个设计，称作“有源”扬声器312。该设备只是多个分离的数字信号处理器(DSP)303和多个分离的数字放大器307的组合。也就是说，使用四个或五个不同的DSP将来自源301(例如CD播放器)的数字信号分离。每个DSP 303向相应的数字放大器307提供不同频率范围的信号，其中各个数字放大器307生成各个扬声器单元310的驱动电流。在不需要添加昂贵设备的情况下，本发明可以在内部具有PC结构的一个处理器中实现这些功能。此外，通过采用这种结构，本发明可以动态地调整频率级别。也就是说，本发明使得用户仅仅通过传统的输入设备输入范围，就可以在任何时候将频率级别调整到他(或她)所希望的任何级别，或者按照预先编程的那样自动地进行这种调整。而典型的数字分音网络并不提供这些特征和使用的便利性。
接下来将描述视频显示器，并且当前应用最为广泛的视频源是模拟电视、DVD以及数字电视。
图9显示了一种典型模拟电视显示器的示意框图，并且图10显示了一种公知的DVD显示器结构的示意框图。通过调谐器401选择信号，其中该信号是一种复合信号并且通过例如三维梳状滤波器405这样的滤波器来生成一种亮度信号(Y信号)和一种色彩信号(C信号)。合成信号也可以来自另一种视频源(例如VTR)的合成输入402。Y信号和C信号还通过第二滤波器409以便减少鬼影和噪声。然后，C信号通过色彩分离滤波器413以生成蓝色信号(U信号)和红色信号(V信号)。在转换滤波器417中，U信号和V信号与Y信号一起形成包含YUV数据的合成信号。使用根据YUV数据得到的RGB信号显示图像。
如果使用了S视频输入410，那么信号既不必通过梳状滤波器405也不必通过第二滤波器409，这是因为Y信号和C信号是分离的。
DVD可以包含720×480格式的YUV数据。数字电视广播使用MPEG 2协议编码的YUV数据。数字电视可以具有不同格式，例如1080i、720p和480p。数字视频源也可以提供不同的接口协议，例如部件视频(YPbPr)、高分辨率多媒体接口(HDMI)以及数字视频接口(DVI)。部件视频接口414保持Y信号、U信号和V信号相互分离，从而视频信号可以被直接发送到转换滤波器417。可以将来自例如DVI或HDMI 418的数字接口的用于数字显示器440的输出源信号直接输入到解交织器/缩放器419，而不需要通过模拟显示器430所需的任何滤波器。因此，即使原始源是数字的，例如DVD或数字电视，数字显示器440也仅需要进行额外的信号滤波以便与模拟接口兼容。
例如，在图10中所示的典型的DVD播放***中，有DVD播放器420和显示器440。DVD播放器420包括用于处理视频信号的拾取设备421、解复用器422、视频解码器423、视频缩放器和增强器425、视频编码器427。DVD播放器420还包括用于提供音频信号的音频解码器424和数字/模拟转换器426，以及用于提供数字音频信号的SPDIF驱动器428。显示设备440包括用于显示视频信号的调谐器441、视频解码器442、解交织器445、缩放器447、显示驱动器449以及显示装置450。此外，显示设备440包括用于提供音频的音频解码器444、放大器448以及扬声器451。DVD播放器420和显示设备440包括各自的电源429和452。对于本领域技术人员来说很明显的是，DVD播放器420和显示设备440中存在许多冗余功能，出现这些冗余功能的部分原因是由于需要将音频/视频信号进行转换从而可以在这些部件之间进行信号通信。
另外，尽管DVD播放器420可能具有例如DVI或HDMI的数字接口，但是在显示设备440中仍然需要有额外的处理部件，这是因为DVD播放器不能动态地适应显示器的分辨率，并且显示器必须与多种非数字接口兼容。
而且，为了适应各种格式和接口，许多显示设备提供至少三种不同的接口端子。在某些情况下，显示设备提供五种不同的端子。视频源播放器通常也提供多种不同的端子。这些接口有些是模拟的，有些是数字的。
因此，每个视频源播放器和每个视频显示器都具有其各自的转换器，并且可以利用这些转换器将来自不同接口的信号转换为YUV数据。而且，显示器可以包括多种如上所述的图像滤波器，以便对来自多种不同接口的模拟信号进行处理以产生用于显示的YUV数据。根据本发明，可以容易地去除这些额外的并且有时是冗余的部件。
另外，数字视频显示器需要进行用于图像显示的额外的处理步骤。现代的视频显示器(例如LCD、PDP或DLPTM投影仪)有固有的分辨率，例如1920×1080、1280×720或者865×480。当显示器被制造出来时，这些分辨率就是固定的，因为它们具有最大数量的线和最大数量的每条线上的象素。
因此，一旦数字显示设备接收到视频源信号，它就必须使用解交织器/缩放器419调整或缩放信号以使信号适合面板尺寸。
但是，图11显示了本发明还可以使用连接到软件模块115的主处理器107进行这种调整。在主处理器中还可以对视频信号进行其它补偿和操作，该主处理器连接到多种软件模块，包括：解复用器116、视频解码器124、解交织器125、缩放器和增强器127、音频解码器120以及音频滤波器或处理器121。这里，主处理器107使用软件模块115对来自源101的信号进行处理，该信号可以是模拟的，也可以是数字的。但是，也可以由连接到主处理器107的***硬件设备进行信号处理。
处理过的音频/视频信号被发送到DVI发送器111和放大器109的多个放大器单元。如果放大器是模拟的，或者是数字/模拟混合型的，那么可以由音频处理器121进行数字信号转换，或者在放大器109自身当中进行数字信号转换。处理过的视频信号被发送到虚拟显示器150，其中该虚拟显示器仅包括显示驱动器151、电源153以及数字显示设备155。按照与上述类似的方法，将放大的音频信号发送到虚拟扬声器140。
因此，由于利用了全数字信号路径并且仅在处理器中进行了一次缩放，因而可以提供高质量的音频和视频。此外，通过添加新的软件插件可以容易地对显示器进行升级，从而增强显示质量和功能。
因此，通过将不包括任何用于对视频信号进行处理或转换的设备的虚拟显示设备(dummy display)连接到集成主处理器机箱，可以显著降低显示器的造价。作为替代，可以使用仅具有驱动器部分的简单LCD/PDP面板，其能够以极大降低了的造价提供高分辨率的显示器。因为CPU(例如Intel Pentium4)可以提供处理能力，所以主处理器107可以执行多数传统电视的功能，例如调谐、滤波、信号选择、解交织以及调整大小。
即使信号来自模拟电视源，一旦从RF信号中选出了合成信号，那么本发明就可以使用嵌入到主处理器107中的软件模块或者与主处理器相连的***设备，数字化地获取该合成信号并且执行所有滤波操作，以生成用于显示器的YUV/RGB信号。因此，甚至是对于典型的模拟电视信号来说，通过对其进行数字化地处理，可以免除使用多数模拟部件，从而极大地降低了由信号转换所引起的信号损耗和畸变。
本发明的实施例可以在一个中心位置进行这些信号的多数转换。它还可以探测接收到的电视信号是模拟的还是数字的。它可以探测连接到***的显示设备的特性和属性。可以使用软件模块115在主处理器107内完成所有对数字数据的操作。但是，如果必要，主处理器可以包括多个物理芯片。它可以包括另一个CPU或其它***芯片。本发明的一个好处在于可以减少或消除不必要的从数字到模拟或者从模拟到数字的转换。
因此，***可以控制视频属性，例如亮度、对比度、暖色度(colorwarmth)以及显示分辨率。用户可以通过手动方式或者使用优化参数自动地控制这些属性。可以由用户自己生成这些参数，或者从其它用户或内容提供者获取这些参数。而且，如上所述，处理器可以调整显示信号，以便显示信号与显示器分辨率相适应。但是，很难在较大的屏幕上观看较低分辨率的信号，这是因为很容易在较大的屏幕上看出这些低分辨率信号中的缺陷。当在目前在许多家庭影院***中使用的72英寸(6英尺)或更大的屏幕上使用头顶DLPTM投影仪时，上述问题尤为严重。对于大尺寸平板显示器，例如102英寸PDP或80英寸LCD来说，情况也是如此。因此，处理器可以对这些低分辨率信号进行调整，以便可以在大屏幕上更清楚地显示这些信号。通过这样一种安排，将使许多家庭影院用户可以在他们的***上观看标准清晰度(definition)节目以及高清晰度节目。
该***还可以对显示帧速率进行调整，以充分利用现代数字显示设备的显示能力。例如，记录在DVD上的电影的帧速率为每秒24帧(fps)，并且NTSC DVD规格要求大约为30fps的刷新速率。但是现代数字显示器的刷新频率可以大于72Hz，也就是相当于36fps或者更高。因此，***可以根据对相邻两帧的分析从而生成中间帧，以增加在具有较高刷新速率的数字显示器上每秒钟显示的帧的数量。***还可以基于根据视频源显示的场景中的运动进行调整，并且据此做出调整，包括更高的帧速率。
例如，在高速全景场景中，32英寸显示器上的一英寸对应于大约120英寸显示器上的四英寸。因此，用户可能会注意到120英寸显示器上出现的中断，而用户在32英寸显示器上可能就不会注意到该中断。
为了解决这些问题，本发明可以提供一种解决方案。当在可以实现大于72Hz的显示刷新速率的现代数字显示器上按照次序播放记录在DVD上的具有24fps帧速率的传统电影时，典型的方法是为附加的帧显示重复的场景。
如图14中所示，具有72Hz刷新速率的显示器除了显示24fps电影的原始帧之外，还可以显示附加的两帧。
传统的方法在第n′帧和第n″帧上显示同样的第n个场景。同样，第(n+1)′帧和第(n+1)″帧上显示同样的第(n+1)个场景。
但是，本发明可以为每个附加的帧分配权重。例如，第n′帧可以是将65％的第n帧和35％的第(n+1)帧合成后得到的。第n″帧可以是将35％的第n帧和65％的第(n+1)帧合成后得到的。
可以类似地调整第(n+1)个帧组。第(n+1)′帧包括65％的第(n+1)帧和35％的第(n+2)帧。第(n+1)″帧包括35％的第(n+1)帧和65％的第(n+2)帧。
这些帧调整可以总结如下：
n′＝n*0.65+(n+1)*0.35
n″＝n*0.35+(n+1)*0.65
通过为每个附加的帧应用权重，观众可以欣赏具有更好质量的视频显示。这里所显示的权重，例如65％和35％，仅是任意的用来进行说明的数字，并且可以根据下述目的而变化：帧速率补偿、场景特性、观众的品味、观看环境以及其它因素，并且并不限于上述这些因素。
参考图11，如果源101是从RF信号拾取特定信道的RF调谐器，那么通过解调制器(未示出)可以立即使这些合成信号数字化，其中该解调制器可以是软件模块115或者连接到处理器107的***设备，并且在不通过滤波器或其它放大器的情况下，由CPU对转换后的数字信号进行处理。因此，最终的输出信号是可以输入到例如PDP、LCD或DLP屏幕显示器这样的数字显示设备150的数字RGB信号。
而且，在***内还可以执行机顶盒功能，例如对有线、卫星或天线信号进行的调谐和解码。可以将信号源直接连接到***，随后***执行必要的功能从而发送适当的信号进行处理，以便观看或收听这些信号。
本发明提供的对多媒体信号的集中式处理通过消除冗余处理和不必要的信号转换使得每种设备的硬件结构得到简化，由此降低了造价。集中式处理还可以提供从源到最末端的对信号的数字化处理，并且提供了可以进行高级控制的高质量的图像和音频信号。
本发明提供了对音频信号、视频信号以及其它信息信号的集成式和集中式处理，并且通过对传统部件进行功能分解从而消除了在不同的部件之间发送信号时进行的不必要的信号转换。
参考图10，一种典型的DVD包含使用MGEG 2压缩的YUV数据，并且该DVD具有480i×60的场格式(field format)。传统的DVD播放器首先对激光拾取设备读取的信号进行解压缩。然后，根据将要使用的显示器对解压缩的YUV数据进行处理。这样的处理可以包括但不限于：到用于模拟电视或VTR的合成信号的转换；为非交织显示设备进行解交织；为适当的屏幕分辨率进行调整；以及色彩增强。这些处理的细节在本领域中是公知的，并且本领域的技术人员知道显示不同视频信号所需的信号转换的类型和方法。
本发明可以在处理器107中执行所有这些处理。因此，本发明的优选实施例通过除去每种部件(电视、VTR和DVD播放器)中的信号处理设备从而显著降低了产品造价。同时，通过使用比在单个电视或DVD播放器中使用的传统部件更强大的处理器来进行信号处理，也提高了整体性能。通过使用数字化编码的视频和音频源以及可以对逐个象素进行数字化操作的显示器，可以更好地实现本发明的这些优点。
下面将描述关于根据本发明的DVD播放器的操作的更多细节。DVD包含使用MPEG-2解码协议的视频信号，并且格式是480i×60场每秒。因此，为30场显示240条奇数线信号，而为另外30场显示240条偶数线信号。交替显示奇数线和偶数线从而形成整个图像。
但是，高清晰度显示设备可以提供优于DVD固有分辨率的分辨率。存在可以提高或增强DVD输出信号的特定方法。一种方法是从源拾取设备拾取480i信号并且对这些信号进行解交织。然后，使扫描线数量加倍并且将480p×60场的信号发送到显示设备。这就是我们通常所说的逐行扫描，也就是说同时显示全部480条线。HD-QDVD则比这更多。它将480线信号调整为720线信号，然后进行逐行扫描。可以在视频源播放器中(例如DVD播放器)或在显示器自身当中完成这种调整和逐行扫描。
但是，本发明使得可以在主处理器107中实现例如解交织和调整大小(即，缩放)的功能。可以在主处理器107中实现所有这些由不同的部件执行的功能。这就防止了对不同部件的重复投资并且通过节省这些资源，可以使用相同或更少的资源实现更高质量或者更多提高的显示性能。
也就是说，从视频源获得了原始数字数据信号之后，本发明首先对这些信号进行处理，然后将它们输出到数字显示设备，例如LCD、PDP或DLPTM投影电视。这对于不需要进行转换以驱动输出设备的视频来说尤其有利，这是因为来自处理器的最终输出是由数字显示设备可以直接使用的数字信号。通过这样做，一旦获得了数字信号就可以消除模拟-数字转换。这使得通过一种廉价的方式显著降低了发生信号畸变和出现噪声的可能性。不仅如此，如在上述音频设备或电视中的操作那样，本发明通过除去冗余转换设备可以降低终端部件(例如数字源拾取设备和数字输出设备)的生产成本。本发明还可以提供非常灵活的结构，这是因为可以使用软件来执行信号补偿、调整大小或转换等处理中的大多数处理。因此，如果出现了新版本或新协议，那么仅通过升级软件就可以容易地更新设备。
此外，本发明提供了灵活的结构，使得***可以有效地适合于附加到处理器机箱的部件。通常，一旦视频源信号被解码并且输出到视频显示器，视频显示器就必须根据显示设备的固有分辨率来转换信号。
例如，即使视频源输出1920×1080格式的高分辨率信号，如果显示器的固有分辨率并不符合这种高分辨率，那么视频显示器就需要对将该高分辨率信号调整到1280×720或865×480格式，以便根据显示器的分辨率显示该信号。这需要额外的不必要的信号转换，而这会导致信号质量下降，因此导致图像质量下降。
本发明通过利用它的灵活结构，通过主处理器107将信号转换为完全与显示器的固有分辨率相匹配的格式，可以解决上述这些问题。***通过用户输入或通过与其连接的显示器之间的通信，可以检测显示器的尺寸、分辨率或其它特性。在后一种情况下，显示器可以响应于请求将它的显示器特性发送到***的主处理器。
如果与其连接的显示器可以支持这种高分辨率，那么主处理器107可以输出1920×1080的高分辨率信号。如果与其连接的显示器所支持的分辨率最大为865×480，那么主处理器107可以容易地将视频信号转换为这种格式并且将转换后的信号发送到显示器。因此，本发明可以提供与任意给定的显示设备完全匹配的信号，这是因为由主处理器使用软件对所有输出信号进行处理，而不是利用物理上分离的专用的转换芯片或电路。
处理器可以进行其它类型的转换，以便解决显示器中的异常。例如，显示设备可能需要高端光学元件，例如透镜、光源、反射镜、前玻璃板以及传感器，以便提供真正的高清晰度显示。否则，这些元件中的异常会使输出图像的质量下降。美国专利申请公开2004/076336描述了一种用于“弯曲(warping)”图像的方法，以便可以产生用于克服图像捕获或图像显示设备中出现的异常的校正效果。在捕获设备或显示设备自身当中使用了一种处理器。
但是，在本发明的另一个实施例中，主处理器107可以用于对视频信号进行上述校正调整。主处理器可以通过软件执行这些调整，或者通过利用特殊***电路(例如Silicon Optix sxW1-LX芯片)执行这些调整。因此，不需要在显示器中添加额外的处理电路，由此使得可以生产出具有较低价格的高质量的显示器。
将DLPTM背投(rear projector)用作数字显示器也会带来特殊问题，因为与PDP和LCD显示器不同，DLPTM背投不是平的，并且为了实现更大的显示尺寸，需要占据较大空间。在背投DLPTM显示器中，图像投影仪将图像投影到位于显示器箱后部的反射镜上，并且该反射镜将图像反射到屏幕上以供观看。对于较大的屏幕尺寸来说，在屏幕和反射镜之间必须有足够的投影距离以便可以正确地显示被反射的图像。因此，DLPTM背投显示器与其它类型的数字显示器相比体积相对较大。为了减小这些显示器的深度，使用了一种曲面反射镜，以便降低实现较大的显示器所需的投影距离。减少投影距离的另一种典型方法是通过多个反射镜对图像进行反射，可以以比观看角度更广的角度来放置反射镜。但是，由这些可选择性配置的DLPTM背投显示器所显示的图像通常会发生畸变。
美国专利申请公开2003/0231261利用由DLPTM显示器的结构引起的畸变，通过对图像进行“预畸变”从而解决了上述这些问题以正确地显示图像。本发明不需要在显示器自身当中提供这种预畸变。而是，可以由主处理器107执行这种预畸变，因而本发明的实施例可以使用配备了虚拟DLPTM背投显示器的集成多媒体处理***，其中，该虚拟DLPTM背投显示器具有减小投影距离的需求。
可以由本发明实现的这种对图像的预调整并不限于背投显示器。对于普通的投影显示器，本发明可以基于透镜和其它光学设备的属性和特性进行预调整以便正确显示图像。因此，为了实现高质量的图像显示，并不需要使用会极大增加显示器造价的高端部件和透镜。
可以将所有关于显示器特性的信息存储在显示器中并且在需要时由***的主处理器取得。
总而言之，本发明利用在数字音频/视频源和数字显示设备方面的发展，最终将音频、视频、互联网以及媒体存储集成到一个功能设备中。到目前为止，已经对本发明的***和方法进行了讨论，该***和方法利用数字音频/视频源和近来开发出的数字视频显示器提供了较高质量的音频和视频体验。接下来将描述本发明有关互联网和存储功能的方面。
在本发明的另一个实施例中，集成多媒体处理***可以包括存储设备，从而便于根据音频或视频源对***进行动态定制。通过分解家庭娱乐***的典型部件的功能并且通过在一个处理器中实现这些功能，也可以使得通过一个简单的控制接口就能控制相当复杂的多媒体***。因此，本发明的另一个方面是关于一种集成多媒体控制***，其中，音乐或视频以及其它多媒体源存储在一种海量存储设备中。
图12显示了一个与***100的主处理器107进行通信的海量存储设备501。海量存储设备可以从外部连接到集成音频/视频***100或者集成到该***内部，并且海量存储设备包括用于存储媒体特性的数据库503。任选的，还可以包括信号识别模块505，并且该模块可以是连接到处理器107的软件模块。其它的软件模块115有：存档***510，用于将内容存档在存储设备501中；信息采集***515，用于结合存档***510来分析存储的离线内容，或者用于结合信号识别模块505来分析实时内容，以便在数据库503中使用；以及信息提取***520，用于从数据库503检索分析过的内容特性。
信号识别模块505可以识别所播放的音频的类型或所显示的图像的类型所特有的特定类型的信号。例如，特定的音频信号特性可能与爵士音乐的最佳呈现相关，或者特定的视频信号可能与动作电影中的动态场景的最佳显示相关。接下来将详细描述提供信号识别模块或者其它类似的反馈及控制机制的优点。
典型的，由于用户通常不对***进行操作，除非例如用户希望在某个时间听音乐或看电影，所以家庭娱乐***实时地输出音频和视频信号。无论何时如果用户想欣赏CD或DVD，那么为了进行实时播放，用户必须将源(CD或DVD)放入播放器中。可以使用自动唱片点唱机将多种音乐源(CD或LP)和DVD集成到一起以便用户选择所希望的媒体。
但是，聚积音频和视频媒体的另一种方法是将它们存储到海量存储设备中，例如硬盘、闪存或者任何其它可能的海量存储设备。这里，海量存储设备501可以是包含在机箱中的存储设备，例如PC中的硬盘，或者是外部设备或互联网。海量存储设备并不限于上述这些，并且可以使用将来新开发出的任意类型的海量存储设备或它们的等效物。可以使用任何适当的通信方法连接海量存储设备501，例如使用互联网、USB或火线。
其它家庭娱乐***部件也可以存储音频和视频媒体，例如用于视频的Tivo***或用于音频的Bose Lifestyle***。但是，这些***并不能提供本发明通过对部件进行功能分解所实现的音频/视频增强。
更重要的是，根据本发明的一个实施例，通过对这种媒体的在线分析或离线分析，可以采集关于存储在海量存储设备501中的媒体的大量的补充信息。接下来将描述如何使用这种补充信息。
例如，存储设备501可以包含弦乐协奏曲媒体文件。例如，处理器107可以使用信息采集软件对存储于硬盘中的弦乐协奏曲进行离线分析。也就是说，当音乐未被播放时，计算机可以分析音频源，并且将弦乐标记为高频音频源，而将声乐标记为中频音频源，将打击乐标记为低频音频源。当音乐未被播放时，可以由中处理器107或其它信息采集***515结合存档***510来进行这种分析。一旦识别出音乐特性，就可以将这些音乐特性存储到数据库503中并且可以由信息提取***520进行检索以调整输出信号，以便输出信号与这些特性相适应。例如，为了强调小提琴的高频音，处理器可以根据离线分析自动地将高频范围的分音从2KHz调整到1.7KHz。这可以通过增加小提琴的高频范围从而产生更好的声音。使用海量存储设备的典型家庭娱乐***并不能提供这些自动的控制特性。通常，如果听者希望将分音频率从2KHz变为1.5KHz，那么为了实现这些改变他必须手动调整昂贵的数字分音网络。这样的操作需要人工介入并且取决于听众的判断力。
但是，在本发明的一个实施例中，计算机可以通过分析声波或数字代码的组合从而对音乐进行分析。***可以确定弦乐协奏曲产生了大量高频音，并且可以调整分音网络，该分音网络对于特定的收听环境来说是优化的。
此外，***100可以分析收听房间环境。可以提供一个输入设备105，例如麦克风，来监控***生成的声音，并且该输入设备根据收听房间的声音反射或吸收向***提供反馈。根据该反馈，处理器可以做出改变以便对收听环境特性进行补偿。例如，在特定房间结构中，对低音频率会产生不均衡的吸收。在这种情况下，处理器可以增加低音输出以便补偿被吸收的低音。另一方面，如果高频声音产生了过量的反射，那么处理器就会降低高频输出以便实现最佳收听体验。
也可以根据收听环境的其它因素动态地调整音频特性。例如，可以根据扬声器互相之间的位置进行调整。因此，如果输入设备105检测到左前方的扬声器所处的位置比右前方的扬声器所处的位置远，那么可以进行调整，通过增加左前方的扬声器的音量来平衡声音。也可以根据听众在房间中的位置进行调整。因此，例如，如果听众位于房间的后部，那么可以降低后方扬声器的音量，而增加前方扬声器的音量。还可以根据听众数量的多少进行调整。在上述这些情况下，输入设备可以是一台相机。
可以将同样的调整特性用于调整视频输出。可以将电视节目记录在海量存储设备501上，例如Tivo或任意其它DVR。处理器通过在观者收看所存储的节目之前检查该节目，可以检测到广告部分，然后可以跳过或删除这些广告。另一方面，根据这些广告信息，用户可以与卖主联系以便购买在广告中出现的产品。因此，本发明通过按照离线的方式对信息进行处理生成了额外的源信息，从而利用了海量存储。
此外，可以离线地对视频剪辑进行分析，并且容易地供今后使用。例如，一个用户可以对存储的视频媒体进行分析从而找出显示了香蕉的场景。另一个用户可以对该媒体进行分析从而找出具有10人以上的场景。通过分析这些视频源，人们可以收集特定类型的图像，例如风景、日出、日落、摩天大厦、人脸、降雪以及海景等。一旦***在未使用时(即离线时)对存储的视频媒体进行了分析并且标记了场景，那么可以非常容易地找到这些被标记了的场景。这对于视频编辑、组织数字相册以及其它图像相关的应用来说可能非常有用。
同样，根据通过对视频媒体进行离线处理而生成的信息，可以按照与调整音频以提供最佳听觉体验相类似的方式调整视频输出信号以提供最佳视觉体验。例如，如果视频信号将要输出一长串的蓝色海洋的场景，那么本发明可以调整视频信号的特定方面或者根据观看环境(例如周围的灯光)进行调整，从而使视频信号对于所连接的视频显示器来说是最佳的。***还可以根据观众与显示器的距离调整图像特性，例如色彩强度和亮度。***可以“学习”不同类型图像的最佳特性，并且将这些数据存储到海量存储设备501中。
也就是说，海量存储和强大的集中式集成音频/视频处理器的组合可以实现对所存储的音频和视频媒体进行离线处理，从而生成补充信息，并且以后可以将这些补充信息用于增强用户的整体听觉和视觉体验。另外，由于提供了中央控制，音频或视频鉴赏家可以选择通过手动方式操作音频和视频信号，并且可以将海量存储设备501上的数据库503用于存储这些鉴赏家对特定类型媒体的优选设置，另外还可以存储不同的用户简介(profile)以便进一步个性化***。
因此，用户可以将媒体内容存储到海量存储设备501上，并且信息采集***515对海量存储设备的内容进行分析并且构建内容特性的数据库。信息提取***520使用采集到的内容的特性信息，即补充信息，并且调整***的参数。例如，信息提取***520可以调整音频信号的音量、滤波以及分音控制，并且可以控制视频信号的缩放和色彩增强。使用该实施例，用户就摆脱了当播放的媒体内容改变时控制收听和观看条件的麻烦。
参考图13，可以在互联网上共享这些补充信息以及个性化设置和特征概貌。这使得用户在确定最佳音频/视频设置时不需要尝试试验方法和错误方法，因为在***的用户之间可以共享这些设置。可以生成这些信息并将其放在中央数据库中以供出售，或者可以在网络社区(cyber community)数据库中的用户之间共享这些信息。
因为本发明使用了PC结构，所以该***在使用任何适当的设备以便提供互联网连接方面具有很大的灵活性，其中这些互联网连接例如以太网连接、无线802.11a/b/g连接、数字用户线(digital subscriberline)调制解调器、线缆调制解调器(cable modem)或者普通电话调制解调器。还可以通过这种连接发送软件模块。而且，可以通过这种连接将个性化的媒体，例如电影、电视节目或者音乐发送到***。可以根据用户的要求发送这种媒体，或者根据用户偏好自动地提供这种媒体，其中，用户偏好是由主处理器对存储在海量存储设备501中的内容或已被观看或收听的媒体进行评估而确定的。
在图13的媒体—数据库共享***中，媒体***100还可以包括目标源101、可以包括在数据库503中的管理器504以及可以包括在信息提取***520中的导航器521。管理器504与社区服务器550进行通信，其中该社区服务器包括：媒体数据库552、关键字搜索模块556、数据库管理器560。社区服务器可以还包括更新请求模块，用于对存储在社区570中其他用户的数据库中的媒体信息或来自中央提供者的媒体信息进行访问。管理器504根据用户输入108从目标媒体源101获取媒体特性。导航器521可以根据用户输入108从管理器检索这种信息以调整输出信号。
另外，管理器504可以向社区服务器550查询媒体信息。关键字搜索模块556处理来自管理器504的请求。来自管理器504的请求可以是由直接用户输入108而导致，或者是自动发出的要求提供给定类型媒体的理想特性的请求。数据库管理器560在媒体数据库552中搜索关于目标媒体的信息。数据库管理器也可以使用更新请求模块564在社区570中查询关于目标媒体源101的信息，其中该社区570可以是其它相连的用户或者中央提供者。数据库管理器560根据响应于社区查询而接收到的信息对媒体数据库552进行更新。搜索结果将被发回到管理器504并且被用于按照上述方式调整音频输出。社区服务器550可以向管理器504查询数据库503中的媒体信息，从而向社区570中的其他用户提供这种信息。
存档***510可以按照多种方式组织检索到的数据和存储的数据。优选的，按照媒体类型(例如节目的格式或类型)组织媒体和显示/收听参数。例如，可以按照最佳显示分辨率对媒体进行分组，这是因为它们的最佳显示特性可能是类似的。还可以按照类型对媒体进行分组，从而用户可以找到他们喜欢的媒体。例如，可以将电影分类为喜剧、戏剧、恐怖片、动作片以及科幻片等等。类似的，可以将音乐分类为爵士乐、古典音乐、R&B、big-band以及Top 40等等。用户还可以根据他们自己的偏好进行种类设置。
可以由社区服务器(例如预付费或点播***)提供包含了用于优化显示或用于提供最佳听觉体验的参数的实际媒体。内容提供者可以向拷贝保护装置提供媒体或参数本身，使得只有通过网络连接将这些数据所发送到的***才可以使用这些媒体和/或参数。这种拷贝保护技术可以包括：限制媒体可被使用的次数、限制媒体可用的时间、在媒体中嵌入特定***唯一具有的代码，或者本领域的技术人员公知的其它技术。
因为本发明的集成***具有灵活的结构，所以用于从社区服务器检索媒体的用户接口可以具有多种形式。可以提供一种基于web的接口，其中用户可以选择具有最适合于用户品味的最佳显示或收听参数的媒体。例如，当选择具有较暗的显示特性的恐怖电影时，用户可以选择符合用户品味的提供该电影的“较亮”版本的参数。另外，该用户还可以选择符合他的品味的音频特性。在该恐怖电影的例子中，用户可以决定选择高低音(high-bass)音频轨道以使得该电影更加刺激。通过这种用户接口还可以实现对音频媒体的类似选择。
本发明的该实施例的用户可以将他们的补充信息上传到服务器或者从该服务器下载由其他用户生成的其它补充信息。用户之间还可以交换信息，而不需要使用服务器，例如在对等网络中交换信息。现在，用户可以更加容易和方便地找到正确操作他们的***或创造满足他们的品味的正确环境所需的信息。
此外，还可以提供其它的互联网功能，例如IP语音(VoIP)电话服务、电话会议、视频会议、电子邮件、文件共享、因特网浏览以及因特网通信等。此外，灵活的PC结构使得***可以起到PC的作用，并且可以运行例如办公应用程序的计算机程序，例如字处理、报表以及演示软件等等。
PC结构再加上提高的音频/视频能力使得本发明的***也适合作为游戏控制台。可以将软件模拟器用于模拟其它游戏***或者开发一种专有***。此外，如果存在互联网连接，那么***可以运行已经非常流行的网络游戏，例如X-BoxLive或者EA SportsTMOnline。可以按照与上述共享***控制设置信息的网络社区类似的方式提供这种服务。还可以按照与音频和视频媒体类似的方式通过互联网将游戏内容发送到***。
尽管参考具体实施例详细描述了本发明，但是本领域的技术人员可以理解，在不脱离由所附权利要求定义的本发明的精神和范围的情况下，可以对本发明做出各种修改和替换。

Claims (45)

1.一种集成音频处理***，包括：
音频源；
中央处理单元，用于响应来自所述音频源的音频信号；以及
数字音量控制模块，用于调整所述音频信号从而为所述音频信号的所有音频频率提供等响度级。
2.如权利要求1所述的***，其中，所述数字音量控制模块根据对应于每个频率的预设响度值调整所述音频信号。
3.如权利要求1所述的***，其中，所述数字音量控制模块包括：
频率分离模块，用于将所述音频信号分离为多个频率范围；
参考数据模块，用于提供参考数据；
信号调整模块，用于根据所述参考数据调整所述分离的音频信号；以及
频率合成模块，用于将所述调整过的音频信号进行合成。
4.如权利要求3所述的***，其中，所述频率分离模块根据所述参考数据分离所述音频信号。
5.如权利要求3所述的***，其中，中频范围中的调整大于低频范围中的调整。
6.如权利要求4所述的集成音频处理***，还包括：
输入设备，用于向所述数字音量控制模块提供听众位置信息；
放大器，用于响应于多个扬声器驱动信号以生成多个扬声器驱动电流；以及
多个虚拟扬声器，由所述多个扬声器驱动信号直接驱动所述多个虚拟扬声器，
其中，所述数字音量控制模块响应于所述听众位置信息进一步调整所述音频信号。
7.如权利要求6所述的集成音频处理***，其中，所述输入设备是图像捕获设备。
8.如权利要求6所述的集成音频处理***，其中，所述听众位置信息是听众与所述多个虚拟扬声器中的一个虚拟扬声器之间的角度。
9.如权利要求6所述的集成音频处理***，其中，所述听众位置信息是听众与所述多个虚拟扬声器中的一个虚拟扬声器之间的距离。
10.一种集成音频处理***，包括：
音频源；
中央处理单元，用于响应来自所述音频源的音频信号；
数字音量控制模块，用于调整所述音频信号；
输入设备，用于向所述数字音量控制模块提供听众位置信息；以及
多个扬声器，用于根据所述处理过的音频信号输出音频，
其中，数字音量控制模块响应于所述听众位置信息调整所述音频信号。
11.如权利要求10所述的集成音频处理***，其中，所述输入设备是图像捕获设备。
12.如权利要求10所述的集成音频处理***，其中，所述听众位置信息是听众与所述多个扬声器中的一个扬声器之间的角度。
13.如权利要求10所述的集成音频处理***，其中，所述听众位置信息是听众与所述多个扬声器中的一个扬声器之间的距离。
14.一种集成音频处理***，包括：
音频源；
中央处理单元，用于响应来自所述音频源的音频信号；以及
与所述中央处理单元相连的扬声器；
其中，所述扬声器将性能特性发送到所述中央处理单元，以及
其中，所述中央处理单元响应于所述发送的性能特性处理所述音频信号。
15.如权利要求14所述的集成音频处理***，其中，所述扬声器响应于来自所述中央处理单元的查询以发送所述性能特性。
16.如权利要求15所述的集成音频处理***，其中，所述扬声器包括存储设备，该存储设备包含所述性能特性。
17.如权利要求14所述的集成音频处理***，其中，所述性能特性是：
在整个频谱上的声音再现能力；
额定输出功率；
推荐的放大功率；
输入阻抗；
扬声器外壳尺寸；
灵敏度；
分音频率；或者
副扬声器部件的数量。
18.一种用于控制声音再现的响度的方法，包括：
接收音频信号；
获取控制请求；
将所述音频信号分离为多个频率范围；
根据所述获取的控制请求调整所述多个频率范围中的每个频率范围内的音频信号；以及
将所述多个频率范围中的每个频率范围内的调整过的音频信号进行合成，以便进一步处理以生成音频输出。
19.如权利要求18所述的方法，其中，所述参考数据是对应于每个频率范围的预设响度值。
20.如权利要求19所述的方法，其中，预设响度值基于人类对相应于每个频率范围的声压级的敏感度。
21.如权利要求20所述的方法，其中，根据用户输入对所述参考数据进行修改。
22.如权利要求18所述的方法，还包括：
确定用户相对于声音再现源的位置，
其中，所述参考数据是关于人类对相应于每个频率范围的声压级的敏感度的信息。
23.如权利要求22所述的方法，其中，确定所述用户的位置包括测量所述用户与所述声音再现源之间的角度。
24.如权利要求23所述的方法，其中，水平地测量所述用户与所述声音再现源之间的角度，以及垂直地测量所述用户与所述声音再现源之间的角度。
25.如权利要求18所述的方法，其中，所述参考数据对应于根据用户输入的用户偏好。
26.如权利要求18所述的方法，其中，所述参考数据是声音再现源特性。
27.如权利要求26所述的方法，其中，所述声音再现源特性是：
在整个频谱上的声音再现能力；
额定输出功率；
推荐的放大功率；
输入阻抗；
扬声器外壳尺寸；
灵敏度；
分音频率；或者
副扬声器部件的数量。
28.如权利要求18所述的方法，其中，所述参考数据是纯音的标准等响度级曲线。
29.一种用于调整音频信号的方法，包括：
查询声音再现设备；
从所述声音再现设备获取信息；
响应于所述信息确定声音再现设备性能特性；以及
响应于所述声音再现设备性能特性处理来自音频源的音频信号。
30.如权利要求29所述的方法，其中
所述声音再现设备性能特性是在整个频谱上的声音再现能力，以及
处理所述音频信号包括根据所述在整个频谱上的声音再现能力调整所述音频信号的分音频率。
31.如权利要求29所述的方法，还包括：
向用户提供所述声音再现设备性能特性；
获取用户输入以根据用户偏好修改声音再现设备性能特性。
32.如权利要求31所述的方法，其中，通过图表将所述声音再现设备性能特性提供给所述用户。
33.如权利要求31所述的方法，其中，提供给所述用户的所述声音再现设备性能特性是推荐的分音频率的最佳范围。
34.如权利要求29所述的方法，其中，所述信息是声音再现设备标识符。
35.如权利要求34所述的方法，还包括：
响应于所述声音再现设备标识符查找所述声音再现设备性能特性。
36.如权利要求29所述的方法，其中，所述信息是声音再现设备扬声器性能特性。
37.如权利要求29所述的方法，其中，所述性能特性是：
在整个频谱上的声音再现能力；
额定输出功率；
推荐的放大功率；
输入阻抗；
扬声器外壳尺寸；
灵敏度；
分音频率；或者
副扬声器部件的数量。
38.一种用于控制音频信号的方法，包括：
接收音频信号；
获取关于声音接收的信息；
将所述音频信号分离为多个频率范围；
检查所述频率范围中的每一个频率范围的参考数据；
根据所述参考数据和所述关于声音接收的信息调整所述多个频率范围中的每个频率范围内的音频信号；以及
将所述多个频率范围中的每个频率范围内的调整过的音频信号进行合成，以便进一步处理以生成音频输出。
39.如权利要求38所述的方法，其中，所述关于声音接收的信息是声音接收器相对于声音源的位置。
40.如权利要求39所述的方法，其中，所述参考数据对应于所述声音源的再现特性，所述声音源的再现特性基于所述声音接收体相对于所述声音源的位置。
41.如权利要求40所述的方法，其中，所述参考数据对应于所述频率范围中的每个频率范围的声压级。
42.如权利要求41所述的方法，其中，所述声压级对应于所述声音接收体与所述声音源之间的角度。
43.如权利要求41所述的方法，其中，所述声压级对应于所述声音接收体与所述声音源之间的距离。
44.如权利要求40所述的方法，其中，所述声音接收体是人类。
45.如权利要求40所述的方法，其中，所述声音源是扬声器单元。
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