CN1954641A - 对解码立体声信号进行立体声增强的音频***和方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种对解码的立体声信号进行立体声增强的音频***和方法。当对解码的立体声信号进行立体声增强时，人工噪声可能被暴露并由此能够被听得到。本发明试图达到这样的目的，即可以没有限制地对解码的立体声信号进行立体声增强并且没有能够听得到的人工噪声。据建议，立体声信号的频率范围被限定，其中由于立体声增强人工噪声可能暴露。施加于构成立体声信号的总共两个单声道信号的第一个(该第一个信号可以是中/侧表示中的S－信号)的放大由人工噪声去除器确定。这可以在上述频率范围内衰减第一单声道信号S。作为最终结果，在该频率范围内第一单声道信号S没有被放大，因此人工噪声没有暴露。

Description

对解码立体声信号进行立体声增强的音频***和方法

本发明涉及一种对解码立体声信号进行立体声增强的音频***和一种对解码立体声信号进行立体声增强的方法。

立体声质量的音频信号通常被后处理以便改善用户的声学印象。后处理可以提高3维印象或音频信号的深度，或者它可以获得音频信号的扩展。

当使用互联网在计算机之间交换歌曲时，这些歌曲被常规地编码以便产生压缩的音频信号。在这方面，编码音频格式(诸如MP3、WMA或AAC)如今是非常普遍的。编码信号必须被解码才能够听到。这意味着解码立体声信号总是被后处理。

由于音频信号的编码和解码伴随着损耗，使得解码信号包含的信息比原始信号要少，因此解码信号的后处理通常伴随着具体源于编码程序损耗的听得见的人工噪声(artefact)。

PHNL020597公开了一种用于后处理音频信号的音频***，其检测后处理后听得见的噪声，并且意在通过调整后处理的程度来防止听到该噪声。该方法的缺点在于，后处理不能完全进行，导致音频信号的质量不会变得像期望的那么好。

本发明的目的是提供一种对解码立体声信号进行立体声增强的音频***和方法，其中，可以没有任何限制地进行任意的立体声增强，而且也不会产生听得见的人工噪声。

根据本发明，通过提供独立权利要求中限定的特征来实现上述目的。根据本发明的优选实施例另外包括从属权利要求的特征。

本发明依据以下概念：在许多情况下，立体声信号并不是以立体声信号的左声道(L)和右声道(R)被编码或解码的方式被编码并且随后被解码。代替地，大多数编解码器使用立体声信号的其他表示。通常，编码器的立体声输入被分割成不同于左声道和右声道的第一单声道信号和第二单声道信号。该第一单声道信号和第二单声道信号在编码器内被单独地编码，然后输出编码的立体声信号。相应地，解码器接收编码的立体声信号，产生解码的第一信号和解码的第二信号，并输出解码的立体声信号。

作为实例，可以以中/侧格式表示立体声信号，其可以用下面的等式表示：

$S=\frac{L-R}{2}$ $M=\frac{L+R}{2}$

因此，编码器在内部产生S和M，单独地编码S和M，然后输出编码的立体声信号。相应地，解码器在内部单独解码S和M，并输出解码的立体声信号。这个方法的隐含原因是通过该方法可以在编码过程中获得更高的质量。

在下面，说明常常涉及编码器和解码器利用中/侧表示的情况。在这种情况下，第一单声道信号是S-信号，以及第二单声道信号是M-信号。但是应该强调的是这仅仅是特别的情况，并且本发明并不限于这种表示。例如，也可以是解码器和编码器执行一个声道立体声编码/解码。

将立体声增强施加于解码立体声信号会导致听得见的人工噪声，其来源于以下事实：解码信号和原始信号包含不同量的信息。更具体而言，许多人工噪声的起源仅在于解码的S-信号中。那么立体声增强就是人工噪声变得听得见的原因。

一种建议来克服由于解码的立体声信号的立体声增强而带来的听得见的人工噪声问题的音频***，首先包括立体声信号A可传递到的立体声增强器。该立体声增强器被设置用于输出修改的立体声信号A’。

此外，该音频***包括人工噪声去除器，其被设置用于接收立体声信号A，并被设置用于接收修改的立体声信号A’。该人工噪声去除器确定立体声信号A的参数P的值E1，并确定修改的立体声信号A’的相同参数P的值E2。该人工噪声去除器然后通过使用参数P的两个值E1和E2输出没有人工噪声的立体声信号A”。

以这样的方式选择参数P：由人工噪声去除器确定的两个值E1和E2可以用来计算第二参数P’的值E3，第二参数P’表示对修改的立体声信号A’进行的立体声增强。

对于本发明，可以选择任意的立体声增强器。在许多情况下，这种立体声增强器被设置用于将输入立体声信号A分割为如上所述的S-信号和M-信号。然后，该立体声增强器修改S并可能修改M以便改善立体声信号A的声学特征，并输出修改的立体声信号A’。在最简单的情况下，S经受线性增益的处理。在这种情况下，第二参数P’可以被选择为S所经受的增益。

为了考虑这个，人工噪声去除器优选地被设置用于将立体声信号A分解为第一单声道信号S和第二单声道信号M，并且被相应地设置用于将被修改的立体声信号A’分解为第一单声道信号S’和第二单声道信号M’。

参数P可以被选择成为在预定频率范围内所有频率的第一单声道信号的能量。如果人工噪声去除器将立体声信号A分割为第一单声道信号S和第二单声道信号M，那么参数P可以被选择为在预定频率范围内所有频率的第一单声道信号S的能量。在这个意义上，预定频率范围还可以表示高于预定阈值频率的所有频率。

如果参数P被选择是这样的能量，那么立体声信号A的第一单声道信号S的能量值可以是E1，以及修改的立体声信号A’的第一单声道信号S’的能量值可以是E2。在这种情况下，比率E2/E1表示第二参数P’的值E3。P’是对修改的立体声信号A’进行的立体声增强的特性。该原因在于P’表示被立体声增强器已经施加到在上述预定频率范围内的第一单声道信号S的所有频率的增益，并且E3是该增益的值。

虽然上述解释仅仅指的是单个频率范围，但是也可以限定多个频率范围。在这种情况下，相应信号的频谱被分割为多个频率范围。对于每个频率范围，确定相应信号的能量。在这种情况下，可以考虑这样的情况，其中已经被施加于第一单声道信号S’的增益对于所有频率并不是恒定的，而是与频率相关。这允许更精确地确定增益并产生更好的声学印象。

为了确定上述能量，人工噪声去除器包括两个单元，其被设置用于确定在预定频率范围内并且例如高于预定阈值频率的相应信号的所有频率的能量。该能量确定单元可以是RMS块(均方根)，或者与这种RMS块等效的设备。

试验已经表明通过使用具有在大约4kHz和大约8kHz之间的值的阈值频率可以获得好的结果。

由于第一参数P的值E1和E2使得可以计算第二参数P’的值E3，因此第二参数P’是对立体声信号A’进行的立体声增强的特性。通过使用该参数P’的值E3，或者换句话说通过使用由第一能量确定单元获得的值E1和由第二能量确定单元获得的值E2，对于人工噪声去除器来说可以产生没有人工噪声的立体声信号A”。

如果对于预定频率范围内的所有频率已经通过立体声增强器将增益，例如线性增益，施加于第一单声道信号S，那么人工噪声去除器可以使用衰减器使在相同频率范围内的第一单声道信号S’的所有频率衰减一个系数。该系数被选择为比率E2/E1。该方法可以通过向第一单声道信号S’的相同频率施加合适的衰减来补偿施加于第一单声道信号S的预定频率范围的所有频率的增益。如果例如已经通过立体声增强器将5dB的增益施加到第一单声道信号S的该频率范围，那么修改的第一单声道信号S’的该频率范围被衰减了-5dB。作为最终结果，第一单声道信号S的频率范围一点也没有改变，这避免了人工噪声的暴露(unmasking)。

衰减器可以被选择为倾斜滤波器(shelving filter)，其向第一单声道信号S的所有频率直到阈值频率施加了单一的线性增益，并且其在阈值频率处具有相应的增益下降。

通过参考下文中说明的实施例，本发明的这些和其他方面将变得明显并将被阐明。

图1示出了对S施加线性增益的现有技术中已知的立体声增强器。

图2是一般的解决方案的框图。

图3是人工噪声去除器的详细框图。

图4是没有人工噪声的立体声增强器的框图。

图1示出了根据现有技术的立体声增强器1。解码器6输出立体声音频信号A，其用作分割单元7的输入。在分割单元7中，立体声信号A被分割为中/侧信号，即信号S和信号M。信号S经受线性增益G的处理，而信号M不被放大。第二分割单元7’重新组合被放大的S-信号和M-信号以便产生修改的立体声音频信号A’，其被发送到输出3，其可以连接到例如扬声器、存储设备等等。

图2示出了说明本发明的一般概念的框图。解码的立体声信号A被传输到立体声增强器1。立体声增强器1包括分割单元7(未示出)以便产生两个单声道信号S和M。只有其中一个单声道信号被修改，由此立体声输出信号A’由未改变的单声道信号M和修改的单声道信号S’构成。

人工噪声去除器2具有两个输入：一个输入是修改的立体声信号A’，第二个输入是立体声信号A。人工噪声去除器2确定预定参数P的两个值E1和E2：立体声信号A的值E1，以及修改的立体声信号A’的值E2。这两个值E1和E2被人工噪声去除器2用来产生没有人工噪声的立体声信号A”。该音频***具有输出3，在此输出A”。

图3是人工噪声去除器2的详细框图。解码的立体声信号A用作分割单元7”的输入。立体声信号A之前没有经历过立体声增强过程。分割单元7”将立体声信号A分割成M-信号和S-信号。分割单元7”输出S-信号。分割单元7”产生的M-信号不被用于产生没有人工噪声的立体声信号的目的，并因此对于以下的讨论没有意义。

之前已经被立体声增强的解码的立体声信号A’(未示出)用作分割单元7的输入。它产生具有听得见的人工噪声的信号S’。此外，它产生被直接馈送到单元7’的M-信号，其重新组合M-信号和相应的信号S”，下面将对此进行解释。

由分割单元7和7”产生的S-信号S’和S均被馈送到相同的高通滤波器8’和8。这些滤波器8，8’均具有6kHz的阈值频率。然后，两个S-信号被RMS块4和4’分析。

RMS块4针对高于6kHz的阈值频率的所有频率确定立体声增强信号S’的能量E2。相应地，RMS块4’针对高于相同的6kHz的阈值频率的所有频率确定从立体声信号A产生的信号S的能量E1。

比较单元9比较两个值E1和E2以便计算表示立体声信号A’所经历的立体声增强过程的另一参数P’的值E3。在这种情况下，E3等于比率E2/E1，其表示通过立体声增强器施加于信号A的增益。可以计算比率E2/E1以确定通过衰减器5衰减信号S’所需的衰减。衰减器5产生衰减的S-信号S”。

在通过衰减器5的衰减之后的最终结果是解码的立体声信号的信号S对高于6kHz的所有频率与信号S”相同。这确保了对S-信号的放大不会导致暴露人工噪声使得它们可听得见。

可以添加可选的高音补偿单元10，对于其借助增益G放大S’。作为立体声***的一部分的高音补偿单元10具有输出3用于没有人工噪声的立体声信号A”，其由未改变的M-信号和S”构成。

图4是对应于图1的没有人工噪声的立体声增强器1的框图。解码器6输出立体声信号A，其被馈送到立体声增强器1。立体声增强器1包括分割单元7’以便产生两个单声道信号M和S。代替对S施加线性增益，该单声道信号被馈送到倾斜滤波器11。该滤波器11对低于阈值频率的所有频率施加线性增益，其在这种情况下是6kHz。此外，滤波器11显示了对高于阈值频率的频率的放大的急剧下降。第二分割单元7’使用单声道信号S’和M以便对输出3产生没有人工噪声的立体声信号A’。

参考数字列表

1立体声增强器

2人工噪声去除器

3输出

4能量确定单元

5衰减器

6解码器

7分割单元

8高通滤波器

9比较单元

10高音补偿单元

11立体声增强倾斜滤波器

A解码的立体声信号

A’修改的立体声信号

S音频信号A可以分解成的第一单声道信号

M音频信号A可以分解成的第二单声道信号

S’音频信号A’可以分解成的第一单声道信号

M’音频信号A’可以分解成的第二单声道信号

G增益

Claims (14)

1.用于对解码的立体声信号进行立体声增强的音频***，包括：

-立体声增强器(1)，立体声信号(A)可传递到该立体声增强器，

-该立体声增强器(1)被设置用于输出修改的立体声信号(A’)，

-人工噪声去除器(2)，其被设置用于接收立体声信号(A)并接收修改的立体声信号(A’)，

-该人工噪声去除器(2)被设置用于确定立体声信号(A)的参数的值(E1)，并确定修改的立体声信号(A’)的相同参数的值(E2)，

-该人工噪声去除器(2)被设置用于通过使用该参数的两个值(E1，E2)输出没有人工噪声的立体声信号(A”)。

2.根据权利要求1的音频***，其特征在于，人工噪声去除器(2)被设置用于将第一立体声信号(A)分解为第一单声道信号(S)和第二单声道信号(M)，并被设置用于将修改的立体声信号(A’)分解为第一单声道信号(S’)和第二单声道信号(M’)。

3.根据权利要求2的音频***，其特征在于，该参数的值(E1，E2)是由立体声信号(A)的第一单声道信号(S)和修改的立体声信号(A’)的第一单声道信号(S’)确定的。

4.根据权利要求2或3的音频***，其特征在于，该参数是对于预定频率范围内所有频率的第一单声道信号(S，S’)的能量。

5.根据权利要求1-4中的一项的音频***，其特征在于，人工噪声去除器(2)包括被设置用于对于高于预定阈值频率(TF)的频率确定立体声信号(A)的能量(E1)的第一单元(4)，和被设置用于对于高于相同阈值频率(TF)的频率确定修改的立体声信号(A’)的能量(E2)的第二单元(4’)。

6.根据权利要求5的音频***，其特征在于，阈值频率(TF)具有在大约4kHz和大约8kHz之间的值。

7.根据权利要求1-6中的一项的音频***，其特征在于，人工噪声去除器(2)包括衰减器(5)，用于将预定频率范围内修改的立体声信号(A’)的所有频率衰减一个系数，该系数是值(E2)和值(E1)的比率。

8.根据权利要求7的音频***，其特征在于，衰减器(5)是倾斜滤波器。

9.用于对解码的立体声信号进行立体声增强的方法，包括下列步骤：

a)对立体声信号(A)进行立体声增强，并由此产生修改的立体声信号(A’)，

b)确定预定参数的两个值(E1，E2)，

b1)第一值(E1)是通过由立体声信号(A)确定该参数而获得的，

b2)第二值(E2)是通过由修改的立体声信号(A’)确定相同的参数而获得的，

c)通过使用该参数的第一值(E1)和第二值(E2)产生没有人工噪声的立体声信号(A”)。

10.根据权利要求9的方法，其特征在于，人工噪声去除器(2)将立体声信号(A)分解为第一单声道信号(S)和第二单声道信号(M)，并将修改的立体声信号(A’)分解为第一单声道信号(S’)和第二单声道信号(M’)。

11.根据权利要求10的方法，其特征在于，该参数的值(E1，E2)是由立体声信号(A)的第一单声道信号(S)和修改的立体声信号(A’)的第一单声道信号(S’)确定的。

12.根据权利要求9-11中的一项的方法，其特征在于，对于预定频率范围内的所有频率该参数被选择为第一单声道信号(S，S’)的能量。

13.根据权利要求9-12中的一项的方法，其特征在于，高于预定阈值频率(TF)的修改的立体声信号(A’)的第一单声道信号(S’)的所有频率被衰减了一个系数，该系数是第二能量(E2)和第一能量(E1)的比率。

14.根据权利要求13的方法，其特征在于，大约4kHz到大约8kHz的阈值频率以上的修改的立体声信号(A’)的所有频率被衰减了。

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