УСИЛЕНИЕ НИЗКИХ ЧАСТОТ ДЛЯ ГРОМКОГОВОРИТЕЛЕЙ Российский патент 2024 года по МПК H04R3/04 

ПЕРЕКРЕСТНЫЕ ССЫЛКИ НА РОДСТВЕННЫЕ ЗАЯВКИ

[0001] Настоящая заявка притязает на приоритет международной заявки № PCT/CN2020/080460, поданной 20 марта 2020 года, и предварительной заявки на патент США № 63/010 390, поданной 15 апреля 2020 года, которые ссылкой полностью включаются в данный документ.

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

[0002] Настоящее изобретение относится к обработке звука и, в частности, к усилению низких частот.

ПРЕДПОСЫЛКИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0003] Если иное не указано в данном документе, подходы, описанные в данном разделе, не являются известным уровнем техники для формулы изобретения в данной заявке, и их не следует признавать известным уровнем техники из-за включения в данный раздел.

[0004] Низкочастотный эффект является желательным опытом пользователя и показателем пользовательской оценки мобильных устройств, таких как мобильные телефоны, мультимедийные проигрыватели, планшетные компьютеры, ноутбуки, наушники, микронаушники и т.д. Вследствие физических ограничений преобразователей в мобильных устройствах (например, размера мембраны, веса магнита и т.д.), для громкоговорителя мобильного устройства представляет сложность полное воспроизведение акустических характеристик исходного низкочастотного звука. Как следствие, в мобильных устройствах часто реализованы технические решения обработки звука (например, с использованием программных процессов и т.д.) для улучшения низкочастотного звука. Эти процессы усиления низких частот в широком смысле могут быть названы техническими решениями «виртуальных низких частот».

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0005] Одной проблемой, связанной с существующими системами усиления низких частот, является то, что они могут характеризоваться высокой вычислительной сложностью. С учетом вышеизложенного может иметься потребность в реализации усиления низких частот с пониженной вычислительной сложностью.

[0006] Как более подробно обсуждается в данном документе, в вариантах осуществления обсуждены технические решения для усиления низких частот на основе принципа «отсутствия основной гармоники». В данном принципе установлено, что в психоакустическом отношении, если человек слышит гармоники низкочастотного сигнала, а не сам низкочастотный сигнал (основную гармонику), мозг слушателя способен экстраполировать и, таким образом, воспринимать отсутствующий низкочастотный сигнал. Таким образом, для громкоговорителей, физически не отвечающих требованиям воспроизведения низкочастотных сигналов (низких частот), способом психоакустического повышения качества является генерирование гармоник для диапазона низких частот с целью усиления низкочастотного эффекта.

[0007] Техническое решение усиления низких частот, раскрытое в данном описании, является менее сложным в вычислительном отношении, чем традиционные технические решения виртуальных низких частот, однако достигает подобного результата. Таким образом, в вариантах осуществления уменьшена вычислительная сложность. Дополнительно пониженная вычислительная сложность обеспечивает возможность сокращения времени ожидания. Техническое решение также включает схемы регулировки громкости для регулировки мощности генерируемых гармоник, что приводит к более реалистичному восприятию результирующей громкости и большей привлекательности низкочастотного эффекта.

[0008] Технические решения, раскрытые в данном описании, могут использоваться для усиления выходного сигнала из динамиков среднего размера и преобразователей меньшего размера, например, громкоговорителей мобильных телефонов, беспроводных громкоговорителей и т.д.

[0009] Согласно варианту осуществления реализуемый компьютером способ обработки звука включает прием первого сигнала в области преобразования. Первый сигнал в области преобразования представляет собой гибридный комплексный сигнал в области преобразования, имеющий множество полос. По меньшей мере одна из множества полос имеет множество поддиапазонов, и первый сигнал в области преобразования имеет первое множество гармоник.

[0010] Способ дополнительно включает генерирование второго сигнала в области преобразования на основе первого сигнала в области преобразования. Второй сигнал в области преобразования генерируют путем генерирования гармоник для первого сигнала в области преобразования согласно нелинейному процессу. Второй сигнал в области преобразования имеет второе множество гармоник, которое отличается от первого множества гармоник. Второй сигнал в области преобразования дополнительно генерируют путем выполнения расширения громкости в отношении второго множества гармоник. Второй сигнал в области преобразования представляет собой комплекснозначный сигнал, имеющий мнимую часть.

[0011] Способ дополнительно включает генерирование третьего сигнала в области преобразования путем фильтрации второго сигнала в области преобразования. Третий сигнал в области преобразования имеет множество полос, и по меньшей мере одна из множества полос имеет множество поддиапазонов. Способ дополнительно включает генерирование четвертого сигнала в области преобразования путем микширования третьего сигнала в области преобразования с подвергнутой задержке версией первого сигнала в области преобразования, при этом данный поддиапазон третьего сигнала в области преобразования микшируют с соответствующим поддиапазоном подвергнутой задержке версии первого сигнала в области преобразования.

[0012] Согласно другому варианту осуществления устройство содержит громкоговоритель и процессор. Процессор выполнен с возможностью управления устройством для реализации одного или более способов, описанных в данном документе. Устройство может дополнительно содержать детали, подобные таковым в одном или более способах, описанных в данном документе.

[0013] Согласно другому варианту осуществления на энергонезависимом машиночитаемом носителе хранится компьютерная программа, которая при исполнении процессором управляет устройством для исполнения обработки, включающей один или более способов, описанных в данном документе.

[0014] Следующее подробное описание и сопроводительные графические материалы обеспечивают дополнительное понимание сущности и преимуществ различных реализаций.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ГРАФИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ

[0015] На фиг. 1 изображена блок-схема системы 100 обработки звука.

[0016] На фиг. 2 изображена блок-схема системы 200 усиления низких частот.

[0017] На фиг. 3 изображена блок-схема генератора 300 гармоник.

[0018] На фиг. 4 изображена блок-схема генератора 400 гармоник.

[0019] На фиг. 5 изображена блок-схема генератора 500 гармоник.

[0020] На фиг. 6 изображен график 600, на котором показаны кривые равной громкости.

[0021] На фиг. 7 изображен график 700, на котором показаны различные коэффициенты c усиления сжатия.

[0022] На фиг. 8 изображена блок-схема генератора 800 гармоник.

[0023] На фиг. 9A, 9B, 9C, 9D, 9E и 9F показан набор графиков 900a-900f.

[0024] На фиг. 10 изображена блок-схема системы 1000 усиления низких частот.

[0025] На фиг. 11 изображена архитектура 1100 мобильного устройства для реализации признаков и процессов, описанных в данном документе, согласно варианту осуществления.

[0026] На фиг. 12 изображена схема последовательности операций способа 1200 обработки звука.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ

[0027] В данном документе описаны технические решения, относящиеся к усилению низких частот. В нижеследующем описании в целях разъяснения многочисленные примеры и конкретные подробности изложены для того, чтобы обеспечить полное понимание настоящего изобретения. Однако специалисту в данной области техники будет очевидно, что настоящее изобретение, определяемое формулой изобретения, может включать некоторые или все признаки из этих примеров сами по себе или в комбинации с другими признаками, описанными ниже, и может дополнительно включать модификации и эквиваленты признаков и концепций, описанных в данном документе.

[0028] В следующем описании подробно описаны различные способы, процессы и процедуры. И хотя определенные этапы могут быть описаны в некотором порядке, этот порядок главным образом предназначен для удобства и ясности. Определенный этап может повторяться более одного раза, может происходить до или после других этапов (даже если эти этапы иначе описаны в другом порядке) и может происходить параллельно другим этапам. Следование второго этапа за первым этапом требуется только тогда, когда первый этап необходимо выполнить до начала второго этапа. Такая ситуация будет конкретно указана, если это не ясно из контекста.

[0029] В данном документе используются термины «и», «или» и «и/или». Такие термины следует прочитывать как имеющие включающее значение. Например, «A и B» может означать по меньшей мере следующее: «и А, и В», «по меньшей мере и A, и B». В качестве другого примера «A или B» может означать по меньшей мере следующее: «по меньшей мере А», «по меньшей мере В», «и А, и В», «по меньшей мере и A, и B». В качестве другого примера «A и/или B» может означать по меньшей мере следующее: «А и В», «A или B». Когда подразумевается исключительное «или», оно будет обозначаться конкретно (например, «или А, или В», «самое большее одно из А и В»).

[0030] В данном документе описаны различные функции обработки связанные с такими структурами, как блоки, элементы, компоненты, схемы и т.д. В целом эти структуры могут быть реализованы процессором под управлением одной или более компьютерных программ.

[0031] На фиг. 1 изображена блок-схема системы 100 обработки звука. Система 100 обработки звука в целом принимает входной звуковой сигнал 102, обрабатывает входной звуковой сигнал 102 согласно процессам усиления низких частот, описанным в данном документе, и генерирует выходной звуковой сигнал 104. Система 100 обработки звука содержит систему 110 преобразования сигнала, систему 120 усиления низких частот, систему 130 дополнительной обработки (необязательно) и систему 140 обратного преобразования сигнала. Система 100 обработки звука может содержать другие компоненты, которые (для краткости) подробно не обсуждены. Компоненты системы 100 обработки звука могут быть реализованы одной или более компьютерными программами, исполняемыми процессором.

[0032] Система 101 преобразования сигнала принимает входной звуковой сигнал 102, выполняет процесс преобразования сигнала и генерирует преобразованный звуковой сигнал 112. Входной звуковой сигнал 102 может представлять собой цифровой сигнал во временной области, содержащий несколько дискретных значений, которые соответствуют звуку (например, звуку в формате импульсно-кодовой модуляции (PCM) формы сигнала). Входной звуковой сигнал 102 может иметь частоту дискретизации 32 кГц, 44,1 кГц, 48 кГц, 192 кГц и т.д. Входной звуковой сигнал 102 может происходить из различных форматов, включая стандарт Комитета по перспективным телевизионным системам (ATSC) для сжатия цифрового звука (AC-3, E-AC-3). В качестве конкретного примера входной звуковой сигнал 102 может происходить из сигнала Dolby Digital Plus™ с частотой дискретизации 48 кГц.

[0033] Система 110 преобразования сигнала может выполнять различные процессы преобразования сигнала. В целом процесс преобразования сигнала выполняет преобразование входного звукового сигнала 102 из первой области сигнала во вторую область сигнала. Например, первая область может представлять собой временную область, а вторая область сигнала может представлять собой частотную область, квадратурную зеркальную частотную (QMF) область, комплексную квадратурную зеркальную частотную (CQMF) область, гибридную комплексную квадратурную зеркальную частотную (HCQMF) область и т.д. Преобразование из первой области сигнала во вторую область сигнала может также быть названо «анализом», например, анализом преобразования, анализом сигнала, анализом блока фильтров, анализом QMF, анализом CQMF, анализом HCQMF и т.д.

[0034] В целом информацию в области QMF генерируют при помощи фильтра, частотная характеристика которого представляет собой зеркальное отражение относительно π/2 частотной характеристики другого фильтра; совместно эти фильтры известны как QMF-пара. Теория QMF также включает блоки фильтров с количеством каналов более двух (например, 64 канала); они могут быть названы M-канальными блоками QMF. Теория QMF дополнительно содержит информацию о M-канальных блоках псевдо-QMF, которые относятся к классу, называемому модулированными блоками фильтров. В целом информация в области «CQMF» является результатом применения к сигналу во временной области комплексно-модулированного блока фильтров дискретного преобразования Фурье (DFT). CQMF представляет собой «комплексный» сигнал, так как он содержит комплекснозначные сигналы, например, сигналы, содержащие мнимую часть в дополнение к вещественной части. В целом информация в области «HCQMF» соответствует информации в области CQMF, в которой блок фильтров CQMF был распространен на гибридную структуру для получения эффективной неравномерной разрешающей способности по частоте, которая лучше согласуется с разрешающей способностью по частоте слуховой системы человека. В целом термин «гибридный» относится к структуре, в которой по меньшей мере одна полоса частот разделена на поддиапазоны.

[0035] Согласно конкретной реализации HCQMF информацию HCQMF генерируют с получением 77 полос частот, при этом нижние полосы CQMF дополнительно разделены на поддиапазоны с целью получения более высокой разрешающей способности по частоте для более низких частот. Согласно дополнительной конкретной реализации система 110 преобразования сигнала преобразует каждый канал входного звукового сигнала 102 в 64 полосы CQMF и дополнительно делит нижние 3 полосы на поддиапазоны следующим образом: первая полоса делится на 8 поддиапазонов, а каждая из второй и третьей полос делится на 4 поддиапазона. (Данное гибридное разделение самых низких полос на поддиапазоны имеет целью повышение низкочастотной разрешающей способности этих полос.) Система 110 преобразования сигнала может содержать фильтры Найквиста для разделения полос на поддиапазоны. Тогда 77 полос HCQMF соответствуют 61 самой высокой полосе CQMF с добавлением 16 поддиапазонов (8+4+4) из самых низких 3 полос CQMF. Поддиапазоны и полосы могут быть пронумерованы от 0 до 76, причем номер 0 имеет самый низкий частотный поддиапазон. Тогда другие поддиапазоны пронумерованы от 1 до 15, а остальные полосы пронумерованы от 16 до 76. Тогда эти 77 полос HCQMF могут быть названы «гибридными полосами», или «каналами», наряду с их номером, например гибридная полоса 0, гибридная полоса 1, гибридная полоса 76, канал 0, канал 1, канал 76 и т.д. Гибридные полосы 0–15 могут быть также названы «поддиапазонами» наряду с их номером, например, поддиапазон 0, поддиапазон 1, поддиапазон 15 и т.д. Гибридные полосы 16–76 могут быть также названы «полосами» наряду с их номером, например, полоса 16, полоса 17, полоса 76 и т.д. Каналы 1 и 3 могут иметь полосы пропускания на оси отрицательной частоты, однако другие каналы этим обычно не характеризуются.

[0036] (Следует отметить, что термины «QMF», «CQMF» и «HCQMF» в данном документе используются несколько упрощенно. В частности, термины «QMF»/«CQMF» могут упрощенно использоваться для отсылки к блоку фильтров DFT, который может содержать более двух полос. Термин «HCQMF» может упрощенно использоваться для отсылки к блоку фильтров неравномерного DFT, который может содержать более двух полос.)

[0037] В качестве конкретного примера система 110 преобразования сигнала выполняет преобразование HCQMF в отношении входного звукового сигнала 102 для генерирования преобразованного звукового сигнала 112, имеющего 77 полос частот. В этом случае область сигнала в виде преобразованного звукового сигнала 112 может быть названа областью HCQMF или гибридной областью, а преобразование HCQMF может быть названо анализом HCQMF.

[0038] Ширина полосы и частота дискретизации полос будут зависеть от частоты дискретизации входного звукового сигнала 102. Например, когда входной звуковой сигнал 102 имеет частоту дискретизации 48 кГц (соответствующую максимальной ширине полосы 24 кГц), обсужденная выше гибридная структура с 77 полосами приводит к частоте дискретизации 750 Гц для всех полос. 61 полоса с самыми высокими частотами имеет ширину полосы пропускания 375 Гц; 8 поддиапазонов с самыми низкими частотами имеют ширину полосы пропускания 93,75 Гц; и поддиапазоны со следующими самыми низкими частотами имеют ширину полосы пропускания 187,5 Гц.

[0039] Система 120 усиления низких частот принимает преобразованный звуковой сигнал 112, выполняет усиление низкой частоты и генерирует усиленный звуковой сигнал 122. В целом система 120 усиления низких частот генерирует гармоники для преобразованного звукового сигнала 112 с целью психоакустического восприятия слушателем отсутствующей основной гармоники. Дополнительные подробности системы 120 усиления низких частот предоставлены ниже (например, со ссылкой на фиг. 2 и т.д.).

[0040] Система 130 дополнительной обработки является необязательной. При наличии система 130 дополнительной обработки принимает усиленный звуковой сигнал 122, выполняет дополнительную обработку сигнала и генерирует обработанный звуковой сигнал 132. Альтернативно система 130 дополнительной обработки может действовать в отношении преобразованного звукового сигнала 112 перед действием системы 120 усиления низких частот, в этом случае система 120 усиления низких частот принимает в качестве своего входного сигнала сигнал, выведенный из системы 130 дополнительной обработки (вместо приема выходного сигнала непосредственно из системы 110 преобразования сигнала). В качестве другой возможности система 130 дополнительной обработки может представлять собой несколько систем дополнительной обработки, действующих как до, так и после системы 120 усиления низких частот. Конкретная компоновка системы 130 дополнительной обработки в системе 100 обработки звука может изменяться согласно конкретным типам дополнительной обработки, которую выполняет система 130 дополнительной обработки.

[0041] В целом система 130 дополнительной обработки выполняет дополнительную обработку входного звукового сигнала 102 в области преобразования. Этим обеспечивается возможность действия системы 120 усиления низких частот в комбинации с существующими техническими решениями обработки звука, которые реализованы в области преобразования. Примеры дополнительной обработки включают усиление диалога, интеллектуальное выравнивание частотной характеристики, регулировку уровня громкости, ограничение спектра и т.д. Усиление диалога относится к усилению речевых сигналов (например, по сравнению со звуковыми эффектами) с целью повышения разборчивости речи. Интеллектуальное выравнивание частотной характеристики относится к выполнению динамической регулировки звукового тона, например, для обеспечения согласованности спектрального баланса (также известного как «тональный» или «тембральный»). Регулировка уровня громкости относится к увеличению громкости тихого звука и уменьшению громкости громкого звука, например, для уменьшения необходимости выполнения слушателем ручной регулировки громкости. Спектральное ограничение относится к ограничению выбранных частот или полос частот, например, для ограничения самых низких частот, которые трудно выводить из громкоговорителей малого размера.

[0042] Система 140 обратного преобразования сигнала принимает усиленный звуковой сигнал 122 (или необязательно обработанный звуковой сигнал 132), выполняет обратное преобразование и генерирует выходной звуковой сигнал 104. Обратное преобразование обычно преобразует сигнал из второй области сигнала обратно в первую область сигнала. В целом обратное преобразование представляет собой процесс преобразования сигнала, обратный процессу, который выполняется системой 110 преобразования сигнала. Например, когда система 110 преобразования сигнала выполняет преобразование HCQMF, система 140 обратного преобразования сигнала выполняет обратное преобразование HCQMF. Преобразование из второй области сигнала обратно в первую область сигнала также может быть названо «синтезом», например, синтезом преобразования, синтезом сигнала, синтезом блока фильтров и т.д.; а обратное преобразование HCQMF может быть названо синтезом HCQMF.

[0043] Таким образом, выходной звуковой сигнал 104 соответствует входному звуковому сигналу 102 с добавлением усиления низких частот и/или дополнительных усилений сигнала. Выходной звуковой сигнал 104 затем может выводиться громкоговорителем и восприниматься слушателем в форме звука.

[0044] Как обсуждено выше и более подробно ниже, система 120 усиления низких частот подходит для динамиков с размером от малого до среднего. Процессы, реализуемые системой 120 усиления низких частот, могут являться более простыми, чем многие существующие способы усиления низких частот; по сравнению с этими существующими способами система 120 усиления низких частот имеет более низкую вычислительную сложность и допускает краткое время ожидания, в то же время по-прежнему сохраняя качество звука. Система 120 усиления низких частот хорошо подходит для динамиков среднего размера, например, в телевизорах или беспроводных динамиках, а также является эффективной для усиления низких частот преобразователей малого размера, например, для мобильных телефонов, ноутбуков и планшетов. Система 120 усиления низких частот в одном режиме работы не только добавляет гармоники в микшированный сигнал, но также добавляет (динамически измененные) исходные низкие частоты, т. е. она может действовать с целью получения внутреннего подъема в области низких частот.

[0045] На фиг. 2 изображена блок-схема системы 200 усиления низких частот. Система 200 усиления низких частот может быть использована в качестве системы 120 усиления низких частот (см. фиг. 1). Для краткости, описание фиг. 2 сосредоточено на одном пути обработки сигнала с целью описания общего принципа действия системы 200 усиления низких частот; дополнительные пути обработки сигнала могут также быть реализованы в изменениях систем усиления низких частот, описанных в данном документе (см., например, фиг. 10). Дополнительные пути обработки сигнала также будут кратко описаны здесь.

[0046] Система 200 усиления низких частот принимает преобразованный звуковой сигнал 112 (см. фиг. 1). Как обсуждено выше, преобразованный звуковой сигнал 112 представляет собой гибридный комплексный сигнал в области преобразования (например, сигнал в области HCQMF) с несколькими полосами (например, 77 гибридными полосами, причем 3 полосы с самыми низкими частотами разделены на поддиапазоны). Как комплексный сигнал преобразованный звуковой сигнал 112 имеет комплексные значения, например, как действительные значения, так и мнимые значения. Каждый поддиапазон может обрабатываться в своем собственном пути обработки, поэтому следующее описание сосредоточено на обработке одного поддиапазона (например, одного из поддиапазонов 0, 2, 4, 6 и т.д.). Система 200 усиления низких частот содержит повышающий дискретизатор 202 (необязательно), генератор 204 гармоник, устройство 206 обработки динамических характеристик (необязательно), преобразователь 208 (необязательно), фильтр 212, элемент 214 задержки и микшер 216.

[0047] Повышающий дискретизатор 202 принимает преобразованный звуковой сигнал 112, выполняет повышающую дискретизацию и генерирует подвергаемый повышающей дискретизации сигнал 220. В качестве примера, когда входной звуковой сигнал 102 (см. фиг. 1) имеет частоту дискретизации 48 кГц, и преобразованный звуковой сигнал 112 обрабатывается с получением 64 полос, каждая полоса имеет частоту дискретизации 750 Гц. Повышающий дискретизатор 202 может выполнять повышающую дискретизацию выбранного поддиапазона преобразованного звукового сигнала 112 в 2, 3, 4, 5, 6 и т.д. раз. Подходящее значение повышающей дискретизации равно 4, например, так, что подвергаемый повышающей дискретизации сигнал 220 имеет частоту дискретизации 3 кГц, когда выбранный поддиапазон преобразованного звукового сигнала 112 имеет частоту дискретизации 750 Гц. Подвергаемый повышающей дискретизации сигнал 220 представляет собой комплексный сигнал в области преобразования. Подвергаемый повышающей дискретизации сигнал 220 имеет ширину полосы, которая соответствует ширине полосы выбранного поддиапазона преобразованного звукового сигнала 112. В качестве примера, когда выбранный поддиапазон 0, имеющий ширину полосы пропускания 93,75 Гц, вводится в повышающий дискретизатор, подвергаемый повышающей дискретизации сигнал 220 так же имеет ширину полосы 93,75 Гц.

[0048] Повышающий дискретизатор 202 может быть реализован путем выполнения синтеза CQMF. В качестве примера для повышающей дискретизации поддиапазона 0 от 750 Гц до 3000 Гц (4-кратная повышающая дискретизация), повышающий дискретизатор может реализовывать 4-канальный синтез CQMF, причем один входной сигнал представляет собой поддиапазон 0, а другие 3 входных сигнала являются нулевыми (обнуленными). Синтез выполнен для сохранения сигнала 220 как комплекснозначного сигнала во временной области.

[0049] Повышающий дискретизатор 202 является необязательным. В целом повышающий дискретизатор 202 обеспечивает дополнительный запас при генерировании гармоник (см. генератор 204 гармоник) для обеспечения возможности расширения ширины полосы без эффекта наложения спектров (также называемого спектральным наложением). При обработке одного или более поддиапазонов самых низких частот повышающий дискретизатор 202 может быть опущен. Например, при обработке только самой низкой полосы (например, поддиапазона 0), повышающий дискретизатор 202 может быть опущен, так как без наложения могут быть сгенерированы гармоники (по меньшей мере) до 6-го порядка. При обработке двух самых низких поддиапазонов (например, поддиапазонов 0 и 2) повышающий дискретизатор 2 может быть опущен, если генерируются гармоники только 2-го и 3-го порядков. При обработке трех самых низких полос (например, поддиапазонов 0, 2 и 4) без эффекта наложения спектров могут быть сгенерированы только гармоники 2-го порядка. Это более подробно обсуждается со ссылкой на генератор 204 гармоник.

[0050] Генератор 204 гармоник принимает подвергаемый повышающей дискретизации сигнал 220 (или выбранный сигнал поддиапазона преобразованного звукового сигнала 112, когда повышающий дискретизатор 202 опущен) и генерирует его гармоники с образованием сигнала 222. Как упоминается со ссылкой на повышающий дискретизатор 202, при генерировании гармоник для сигнала 222 генератор 204 гармоник расширяет ширину полосы его входного сигнала. Например, когда поддиапазон 0 охватывает частоты от 0 до 93,75 Гц, частота дискретизации 750 Гц может являться достаточной для предотвращения эффекта наложения спектров сгенерированных гармоник. Аналогично, когда поддиапазон 2 охватывает частоты от 93,75 до 187,5 Гц, для предотвращения эффекта наложения спектров сгенерированных гармоник может являться достаточной частота дискретизации 750 Гц. Однако, когда поддиапазон 4 охватывает частоты от 187,5 до 281,25 Гц, гармоники приближаются к частоте Найквиста исходного сигнала (с частотой дискретизации 750 Гц), поэтому для поддиапазонов 4, 6 и т.д. рекомендуется повышающая дискретизация. Сигнал 222 представляет собой комплексный сигнал в области преобразования. Сигнал 222 имеет ширину полосы, которая больше ширины полосы входного сигнала в генератор 204 гармоник, вследствие добавления частот гармоник. Например, когда подвергаемый повышающей дискретизации сигнал 220 имеет ширину полосы 93,75 Гц, сигнал 222 может иметь ширину полосы, которая превышает 300 Гц.

[0051] В генераторе 204 гармоник используется нелинейный процесс для генерирования гармоник. В целом нелинейный процесс применяет разные коэффициенты усиления к разным компонентам сигнала. Примеры нелинейных процессов включают умножение, цикл задержки c обратной связью, выпрямление и т.д., как дополнительно подробно описано ниже со ссылкой на фиг. 3, 4, 5 и 8.

[0052] Генератор 204 гармоник может также выполнять расширение громкости при генерировании сигнала 222. Поскольку уровень звукового давления для фиксированного диапазона громкости (в фоне) увеличивается с частотой в диапазоне низких/средних частот (например, менее 800 Гц), генератор 204 гармоник выполняет расширение в динамике при генерировании сигнала 222. Примеры процессов расширения громкости включают динамическое сжатие и коррекцию громкости. Дополнительные подробности расширения громкости предоставлены ниже со ссылкой на фиг. 6.

[0053] Устройство 206 обработки динамических характеристик принимает сигнал 222, выполняет обработку динамических характеристик и генерирует сигнал 224. Сигнал 224 представляет собой комплексный сигнал в области преобразования. В целом устройство 206 обработки динамических характеристик реализует обработку динамических характеристик путем выполнения сжатия в отношении сигнала 222 с целью управления соотношением кратковременных и тональных компонентов сигнала 224. Устройство 206 обработки динамических характеристик может реализовать время срабатывания ограничителя, относительно более длительное (например, более длительное в 4–12 раз, например в 8 раз более длительное), чем время выключения. Например, время срабатывания ограничителя может составлять от 140 до 180 мс (например, 160 мс), а время выключения может составлять от 15 до 25 мс (например, 20 мс). Устройство 206 обработки динамических характеристик может реализовать обнаружение несвязанных плавных пиков с использованием топологии с прямой связью. Устройство 206 обработки динамических характеристик может реализовать сжатие, которое подобно сжатию, выполняемому генератором гармоник (который более подробно описан со ссылкой на фиг. 3, 4 и 5).

[0054] Устройство 206 обработки динамических характеристик является необязательным. Когда устройство 206 обработки динамических характеристик опущено, преобразователь 208 принимает сигнал 222 вместо сигнала 224.

[0055] Преобразователь 208 принимает сигнал 224 (или сигнал 222, когда устройство 206 обработки динамических характеристик опущено), отбрасывает мнимую часть из сигнала 224 и генерирует сигнал 228. В целом отбрасывание мнимой части снижает вычислительную сложность следующих блоков анализирующих фильтров (например, фильтра 212) вследствие обработки действительнозначных сигналов вместо комплекснозначных сигналов. Как обсуждено выше, сигнал 224 представляет собой комплексный сигнал в области преобразования, который имеет комплексные значения, например, как действительные значения, так и мнимые значения. Преобразователь 208 может отбрасывать мнимую часть сигнала путем взятия вещественной части комплекснозначного сигнала. Сигнал 228 представляет собой действительнозначный сигнал в области преобразования.

[0056] Преобразователь 208 является необязательным и в некоторых вариантах осуществления системы 200 усиления низких частот может быть опущен. Когда повышающий дискретизатор 202 опущен, преобразователь 208 также должен быть опущен, для того чтобы мнимая часть оставалась в пути обработки сигнала для использования следующими компонентами.

[0057] Фильтр 212 принимает сигнал 228 (или сигнал 224, когда преобразователь 208 опущен, или сигнал 222, когда опущены устройство 206 обработки динамических характеристик и преобразователь 208), выполняет фильтрацию входного сигнала и генерирует сигнал 230. Сигнал 230 представляет собой комплекснозначный сигнал в области преобразования. В целом при фильтрации сигнал 228 разделяется на поддиапазоны в качестве одного из входных сигналов в микшер 216. Особенности фильтрации будут зависеть от того, выполнялась ли повышающая дискретизация (см. повышающий дискретизатор 202).

[0058] Когда повышающий дискретизатор 202 отсутствует, фильтр 212 может быть реализован путем подачи входного сигнала (например, сигнала 228) в 8-канальный блок фильтров Найквиста для генерирования сигнала 230, который имеет гибридные поддиапазоны 0–7.

[0059] Когда повышающий дискретизатор 202 присутствует, фильтр 212 может быть реализован блоком анализирующих фильтров CQMF и двумя или более фильтрами Найквиста. Вещественная часть входного сигнала (например, сигнала 228) подается в блок анализирующих фильтров CQMF; блок анализирующих фильтров CQMF имеет соответствующее количество каналов для генерирования сигнала 230, имеющего сигналы поддиапазонов с частотой дискретизации 750 Гц. Тогда это соответствующее количество каналов зависит от выполненной повышающей дискретизации. Например, когда выполнена 4-кратная повышающая дискретизация, и, таким образом, в фильтре 212 используется 4-канальный блок анализирующих фильтров CQMF, каждый из трех сигналов поддиапазонов CQMF с самой низкой частотой подается в соответствующий фильтр Найквиста (один из которых генерирует гибридные поддиапазоны 0-7, один из которых генерирует гибридные поддиапазоны 8-11, и один из которых генерирует гибридные поддиапазоны 12-15). В качестве другого примера, когда выполнена 2-кратная повышающая дискретизация, и, таким образом, в фильтре 212 используется 2-канальный блок анализирующих фильтров CQMF, каждый из двух сигналов поддиапазонов CQMF подается в соответствующий фильтр Найквиста (один из которых генерирует гибридные поддиапазоны 0-7, и один из которых генерирует гибридные поддиапазоны 8-11). Остальные каналы CQMF, если они присутствуют, предоставляются в микшер 216 (с соответствующей задержкой, которая соответствует задержке фильтров Найквиста).

[0060] Фильтр 212 может быть реализован фильтрами, которые подобны фильтрам, используемым в системе 110 преобразования сигнала (см. фиг. 1). Например, первый анализирующий фильтр Найквиста с 8 каналами может генерировать поддиапазоны 0-7, второй анализирующий фильтр Найквиста с 4 каналами может генерировать поддиапазоны 8-11, и третий анализирующий фильтр Найквиста с 4 каналами может генерировать поддиапазоны 12–15.

[0061] Элемент 214 задержки принимает преобразованный звуковой сигнал 112, реализует период задержки и генерирует сигнал 232. Сигнал 232 соответствует подвергнутой задержке версии преобразованного звукового сигнала 112 согласно периоду задержки. Элемент 214 задержки может быть реализован с использованием запоминающего устройства, сдвигового регистра и т.д. Период задержки соответствует времени обработки других компонентов в цепочке обработки сигнала, например, повышающего дискретизатора 202, генератора 204 гармоник, устройства 206 обработки динамических характеристик, преобразователя 208, фильтра 212 и т.д. Так как некоторые из этих других компонентов являются необязательными, период задержки уменьшается по мере того, как опускаются эти необязательные компоненты. В одном примере период задержки составляет 961 дискретных значений, из которых 577 соответствуют повышающей дискретизации, и 384 соответствуют остальным компонентам, например, фильтрам Найквиста. В качестве другого примера, когда опущен повышающий дискретизатор 202, период задержки составляет 384 дискретных значений.

[0062] Микшер 216 принимает сигнал 230 и сигнал 232, выполняет микширование и генерирует усиленный звуковой сигнал 122 (см. фиг. 1). Усиленный звуковой сигнал 122 представляет собой сигнал в области преобразования. Микшер 216 микширует сигналы на основе полос. Например, каждый из сигнала 230 и сигнала 232 может иметь 77 гибридных полос (например, 8+4+4+61 полос HCQMF), и микшер 216 микширует поддиапазон 0 сигнала 230 с поддиапазоном 0 сигнала 232, микширует поддиапазон 1 сигнала 230 с поддиапазоном 1 сигнала 232 и т.д. Микшер 216 необязательно микширует все полосы; при генерировании усиленного звукового сигнала 122 одна или более полос сигнала 232 могут быть пропущены. Например, могут быть пропущены без микширования полосы самых высоких частот (например, одна или более гибридных полос 16–77) сигнала 232.

[0063] Ниже предоставлены дополнительные подробности системы 200 усиления низких частот. В первую очередь, обращаясь к фиг. 3-5, обсуждены различные возможности для генератора 204 гармоник.

[0064] На фиг. 3 изображена блок-схема генератора 300 гармоник. Генератор 300 гармоник может использоваться в качестве генератора 204 гармоник (см. фиг. 2). В целом генератор 300 гармоник генерирует каждую следующую гармонику путем умножения (например, с использованием прямого умножения сигналов) входного сигнала и предыдущих гармоник.

[0065] Генератор 300 гармоник содержит один или более множителей 302 (показаны два: 302a и 302b), две или более ступеней 304 усиления (показаны три: 304a, 304b и 304c), два или более компрессоров 306 (показаны три: 306a, 306b и 306c) и два или более сумматоров 308 (показаны три: 308a, 308b и 308c). В целом каждый ряд компонентов в генераторе 300 гармоник соответствует одной из генерируемых гармоник, поэтому количество рядов (и соответствующее количество компонентов) может регулироваться для реализации требуемого количества гармоник. Первый ряд обработки содержит ступень 304a усиления, компрессор 306a и сумматор 308a. Второй ряд обработки содержит множитель 302а, ступень 304b усиления, компрессор 306b и сумматор 308b. Третий ряд обработки содержит множитель 302b, ступень 304c усиления, компрессор 306c и сумматор 308c. Для генерирования дополнительных гармоник могут быть добавлены дополнительные ряды, причем каждый новый ряд соединен с предыдущим рядом способом, который подобен способу, показанному на фигуре.

[0066] Генератор 300 гармоник принимает входной сигнал 320, также обозначенный как «x». Входной сигнал 320 соответствует подвергаемому повышающей дискретизации сигналу 220 (см. фиг. 2), когда повышающий дискретизатор 202 присутствует, или преобразованному звуковому сигналу 112, когда повышающий дискретизатор 202 отсутствует. Входной сигнал 320 представляет собой комплексный сигнал в области преобразования. Например, входной сигнал 320 может соответствовать полосе HCQMF (например, гибридному поддиапазону 0, гибридному поддиапазону 2, гибридному поддиапазону 4, гибридному поддиапазону 6 и т.д.). Генератор 300 гармоник генерирует сигнал 222 (см. фиг. 2).

[0067] Начиная с множителей 302, множитель 302а принимает входной сигнал 320, выполняет умножение входного сигнала 320 на самого себя и генерирует сигнал 322а, также обозначенный как «x²». Множитель 302b принимает входной сигнал 320 и сигнал 322а, выполняет умножение входного сигнала 320 на сигнал 322а и генерирует сигнал 322b, также обозначенный как «x³». Следует отметить, что выходной сигнал данного множителя предоставляется в качестве входного сигнала в множитель в следующем ряду обработки: сигнал 322а предоставляется в множитель 302b, сигнал 322b предоставляется в множитель в следующем ряду (показан пунктирной линией) и т.д.

[0068] Обращаясь к ступеням 304 усиления, ступень 304a усиления принимает входной сигнал 320, применяет коэффициент усиления g₁ и генерирует сигнал 324a. Ступень 304b усиления принимает сигнал 322a, применяет коэффициент усиления g₂ и генерирует сигнал 324b. Ступень 304c усиления принимает сигнал 322b, применяет коэффициент усиления g₃ и генерирует сигнал 324c. При необходимости коэффициенты усиления g₁, g₂, g₃ и т.д. могут регулироваться, обычно в виде осуществления настройки для каждого конкретного устройства, реализующего генератор 300 гармоник. В целом коэффициент усиления g₁ может быть намного меньше других коэффициентов усиления (например, составлять менее 50 % относительно других коэффициентов усиления). Приравнивание коэффициента усиления g₁ малому значению уменьшает то, что называется прямым сигналом, соответствующим исходной низкочастотной гармонике, которая является нежелательной в громкоговорителях малого размера, физически не отвечающих требованиям воспроизведения любого сигнала в частотном диапазоне прямого сигнала. При необходимости коэффициент усиления g₁ может приравниваться нулю для исключения прямого сигнала.

[0069] Обращаясь к компрессорам 306, компрессор 306a принимает сигнал 324а, выполняет динамическое сжатие и генерирует сигнал 326a. Компрессор 306b принимает сигнал 324b, выполняет динамическое сжатие и генерирует сигнал 326b. Компрессор 306c принимает сигнал 324c, выполняет динамическое сжатие и генерирует сигнал 326c. Динамическое сжатие в целом соответствует уравнению y^r, где y соответствует входному сигналу (например, сигналу 324a), и r – это степень сжатия, при этом r меньше 1. Степень сжатия r может отличаться для каждой гармоники (например, для каждого ряда). Например, степень сжатия r₁ для компрессора 306a может отличаться от степени сжатия r₂ для компрессора 306b, которая может отличаться от степени сжатия r₃ для компрессора 306с, и т.д. Степени сжатия могут регулироваться в форме параметров настройки на основе конкретных физических характеристик устройства, реализующего генератор 300 гармоник. Дополнительные подробности компрессоров 306 предоставлены ниже в обсуждении относительно расширения громкости.

[0070] Обращаясь к сумматорам 308, сумматор 308с принимает сигнал 326с (и любой выходной сигнал из сумматора в любом дополнительном ряду), выполняет сложение и генерирует сигнал 328b. Сумматор 308b принимает сигнал 326b и сигнал 328b, выполняет сложение и генерирует сигнал 328a. Сумматор 308а принимает сигнал 326а и сигнал 328а, выполняет сложение и генерирует сигнал 222 (см. фиг. 2). Следует отметить, что один из входных сигналов в данный сумматор предоставляется сумматором в следующем ряду обработки: сумматор 308с принимает выходной сигнал сумматора в следующем ряду обработки (показан пунктирной линией), сумматор 308b принимает выходной сигнал сумматора 308с, сумматор 308а принимает выходной сигнал сумматора 308b, и т.д.

[0071] Генератор 300 гармоник обрабатывает комплекснозначные сигналы, например, сигналы с очень малым вкладом отрицательных частот. Таким образом, при генерировании гармоник путем умножения комплекснозначного сигнала на самого себя получается более чистый выходной сигнал, чем если бы входной сигнал являлся действительнозначным, например, это приводит к меньшим интермодуляционным искажениям. В комплекснозначном случае для входного сигнала, состоящего из множества частот, генерируются только требуемые члены с добавлением членов из сумм частот, но не членов из разностей частот, как было бы в случае действительнозначной обработки. Разностные члены, хотя и обычно с низкими частотами, являются более неприятными для восприятия, чем суммарные члены. Суммарные члены могут фактически являться желательными, например, тогда, когда входной сигнал содержит гармонический ряд.

[0072] На фиг. 4 изображена блок-схема генератора 400 гармоник. Генератор 400 гармоник может использоваться в качестве генератора 204 гармоник (см. фиг. 2). В целом генератор 400 гармоник генерирует гармоники путем применения цикла задержки с обратной связью к входному сигналу. Генератор 400 гармоник содержит множитель 402, ступень 404 усиления, ступень 406 сложения, компрессор 408, ступень 410 задержки, ступень 412 усиления и ступень 414 усиления.

[0073] Генератор 400 гармоник принимает входной сигнал 420. Входной сигнал 420 соответствует подвергаемому повышающей дискретизации сигналу 220 (см. фиг. 2), когда повышающий дискретизатор 202 присутствует, или преобразованному звуковому сигналу 112, когда повышающий дискретизатор 202 отсутствует. Входной сигнал 420 представляет собой комплексный сигнал в области преобразования. Например, входной сигнал 420 может соответствовать полосе HCQMF (например, гибридному поддиапазону 0, гибридному поддиапазону 2, гибридному поддиапазону 4, гибридному поддиапазону 6 и т.д.). Генератор 400 гармоник генерирует сигнал 222 (см. фиг. 2).

[0074] Множитель 402 принимает входной сигнал 420, умножает входной сигнал 420 на сигнал 432 и генерирует сигнал 422. Сигнал 432 может также быть назван сигналом 432 обратной связи, и он обсуждается более подробно ниже со ссылкой на ступень 412 усиления.

[0075] Ступень 404 усиления принимает входной сигнал 420, применяет коэффициент усиления a и генерирует сигнал 424. Коэффициент усиления a может также быть назван переходным коэффициентом усиления. Значение коэффициента усиления a может регулироваться в форме параметра настройки на основе конкретных физических характеристик устройства, реализующего генератор 400 гармоник.

[0076] Ступень 406 сложения принимает сигнал 422 и сигнал 424, выполняет сложение и генерирует сигнал 426. Комбинация ступени 404 усиления и ступени 406 сложения при добавлении к сигналу 422 используется для содействия запуску цикла c обратной связью (например, когда сигнал 432 изначально равен нулю) и в остальном способствует поддержанию работы цикла c обратной связью.

[0077] Компрессор 408 принимает сигнал 426, выполняет динамическое сжатие и генерирует сигнал 428. Динамическое сжатие в целом соответствует уравнению y^r, где y соответствует входному сигналу (например, сигналу 426), и r – это степень сжатия, при этом r меньше 1. Степень сжатия может регулироваться в форме параметра настройки на основе конкретных физических характеристик устройства, реализующего генератор 400 гармоник. Дополнительные подробности компрессора 408 предоставлены ниже в обсуждении относительно расширения громкости.

[0078] Ступень 410 задержки принимает сигнал 428, выполняет операцию задержки и генерирует сигнал 430. Ступень 410 задержки может быть реализована с использованием запоминающего устройства.

[0079] Ступень 412 усиления принимает сигнал 430, применяет коэффициент усиления g и генерирует сигнал 432. Коэффициент усиления g может также быть назван коэффициентом усиления обратной связи. Как обсуждено выше в отношении множителя 402, сигнал 432 умножается на входной сигнал 420 для генерирования гармоник теоретически неограниченного порядка.

[0080] Ступень 414 усиления принимает сигнал 428, применяет коэффициент усиления h и генерирует сигнал 222 (см. фиг. 2). Коэффициент усиления h может также быть назван выходным коэффициентом усиления. Значение коэффициента усиления h может регулироваться в форме параметра настройки на основе конкретных физических характеристик устройства, реализующего генератор 400 гармоник.

[0081] Как и в случае генератора 300 гармоник, генератор 400 гармоник генерирует прямой сигнал, соответствующий исходной низкочастотной гармонике. При необходимости прямой сигнал может быть уменьшен путем регулировки значений коэффициента усиления a и степени сжатия r.

[0082] Как и в случае генератора 300 гармоник, генератор 400 гармоник обрабатывает комплекснозначные сигналы, и при генерировании гармоник путем умножения комплекснозначного сигнала на самого себя получается более чистый выходной сигнал, чем если бы входной сигнал являлся действительнозначным.

[0083] На фиг. 5 изображена блок-схема генератора 500 гармоник. Генератор 500 гармоник может использоваться в качестве генератора 204 гармоник (см. фиг. 2). Генератор 500 гармоник подобен генератору 400 гармоник (см. фиг. 4) за исключением добавления сигнала переходного коэффициента усиления после компрессора. Генератор 500 гармоник содержит множитель 502, компрессор 504, ступень 506 усиления, ступень 508 сложения, ступень 510 задержки, ступень 512 усиления и ступень 514 усиления.

[0084] Генератор 500 гармоник принимает входной сигнал 520. Входной сигнал 520 соответствует подвергаемому повышающей дискретизации сигналу 220 (см. фиг. 2), когда повышающий дискретизатор 202 присутствует, или преобразованному звуковому сигналу 112, когда повышающий дискретизатор 202 отсутствует. Входной сигнал 520 представляет собой комплексный сигнал в области преобразования. Например, входной сигнал 520 может соответствовать полосе HCQMF (например, гибридному поддиапазону 0, гибридному поддиапазону 2, гибридному поддиапазону 4, гибридному поддиапазону 6 и т.д.). Генератор 500 гармоник генерирует сигнал 222 (см. фиг. 2).

[0085] Множитель 502 принимает входной сигнал 520, умножает входной сигнал 520 на сигнал 532 и генерирует сигнал 522. Сигнал 532 может также быть назван сигналом 532 обратной связи, и он обсуждается более подробно ниже со ссылкой на ступень 512 усиления.

[0086] Компрессор 504 принимает сигнал 522, выполняет динамическое сжатие и генерирует сигнал 524. Динамическое сжатие в целом соответствует уравнению y^r, где y соответствует входному сигналу (например, сигналу 522), и r – это степень сжатия, при этом r меньше 1. Степень сжатия может регулироваться в форме параметра настройки на основе конкретных физических характеристик устройства, реализующего генератор 500 гармоник. Дополнительные подробности компрессора 504 предоставлены ниже в обсуждении относительно расширения громкости.

[0087] Ступень 506 усиления принимает входной сигнал 520, применяет коэффициент усиления a и генерирует сигнал 526. Коэффициент усиления a может также быть назван переходным коэффициентом усиления. Значение коэффициента усиления a может регулироваться в форме параметра настройки на основе конкретных физических характеристик устройства, реализующего генератор 500 гармоник.

[0088] Ступень 508 сложения принимает сигнал 524 и сигнал 526, выполняет сложение и генерирует сигнал 528. Комбинация ступени 506 усиления и ступени 508 сложения при добавлении к сигналу 524 используется для содействия запуску цикла c обратной связью (например, когда сигнал 532 изначально равен нулю) и в остальном способствует поддержанию работы цикла c обратной связью.

[0089] Ступень 510 задержки принимает сигнал 528, выполняет операцию задержки и генерирует сигнал 530. Ступень 510 задержки может быть реализована с использованием запоминающего устройства.

[0090] Ступень 512 усиления принимает сигнал 530, применяет коэффициент усиления g и генерирует сигнал 532. Коэффициент усиления g может также быть назван коэффициентом усиления обратной связи. Как обсуждено выше в отношении множителя 502, сигнал 532 умножается на входной сигнал 520 для генерирования гармоник теоретически неограниченного порядка.

[0091] Ступень 514 усиления принимает сигнал 524, применяет коэффициент усиления h и генерирует сигнал 222 (см. фиг. 2). Коэффициент усиления h может также быть назван выходным коэффициентом усиления. Значение коэффициента усиления h может регулироваться в форме параметра настройки на основе конкретных физических характеристик устройства, реализующего генератор 500 гармоник.

[0092] По сравнению с генератором 300 гармоник (см. фиг. 3) и генератором 400 гармоник (см. фиг. 4), генератор 500 гармоник избегает пути прямого сигнала за счет сложения входного сигнала 520 позднее в цикле (например, в виде сигнала 526). В такой компоновке входной сигнал 520 пропускается через множитель 502 (в отличие от сумматора 406 на фиг. 4) как часть генерирования сигнала 222, поэтому сигнал 222 не содержит прямой сигнал.

[0093] Как и в случае генератора 300 гармоник и генератора 400 гармоник, генератор 500 гармоник обрабатывает комплекснозначные сигналы, и при генерировании гармоник путем умножения комплекснозначного сигнала на самого себя получается более чистый выходной сигнал, чем если бы входной сигнал являлся действительнозначным.

Расширение громкости

[0094] Как обсуждено выше, поскольку уровень звукового давления для фиксированного диапазона громкости (в фоне) увеличивается с частотой в диапазоне низких/средних частот (например, менее 800 Гц), генераторы гармоник (например, генератор 204 гармоник, изображенный на фиг. 2, генератор 300 гармоник, изображенный на фиг. 3, генератор 400 гармоник, изображенный на фиг. 4, генератор 500 гармоник, изображенный на фиг. 5, и т.д.) при генерировании своих выходных сигналов выполняют расширение в динамических характеристиках. При выполнении расширения громкости в генераторах гармоник могут использоваться компрессоры (например, компрессоры 306, изображенные на фиг. 3, компрессор 408, изображенный на фиг. 4, компрессор 504, изображенный на фиг. 5, и т.д.). Примеры процессов расширения громкости включают динамическое сжатие и коррекцию громкости.

Динамическое сжатие

[0095] Генераторы гармоник могут генерировать гармоники n-го порядка с использованием операции, соответствующей уравнению (1):

[0096] В уравнении (1) n – порядок гармоники, y – выходной сигнал, x – входной сигнал, – комплексная экспоненциальная функция, j – мнимое число, и фаза. Выходной сигнал генерируется путем n-кратного умножения входного сигнала на самого себя. Соответственно увеличение n повышает порядок генерируемой гармоники. (Правая сторона уравнения (1) служит позднее в данном документе в качестве иллюстрации того, почему динамическое расширение однозначно приводит к динамическому сжатию, когда сигналы были умножены сами на себя).

[0097] На фиг. 6 изображен график 600, на котором показаны кривые равной громкости. На графике 600 ось х представляет собой частоту в Гц, а ось у – уровень звукового давления (SPL) в дБ. График 600 содержит 6 кривых 602a, 602b, 602c, 602d, 602e и 602f (совместно – кривые 602). Каждая из кривых 602 соответствует уровню громкости в фоне, который представляет собой логарифмическую меру воспринимаемой амплитуды звука. Каждая из кривых 602 может также быть названа кривой равной громкости звука. Кривая 602а соответствует порогу восприятия, кривая 602b соответствует громкости 20 фонов, кривая 602с соответствует громкости 40 фонов, кривая 602d соответствует громкости 60 фонов, кривая 602е соответствует громкости 80 фонов, и кривая 602f соответствует громкости 100 фонов.

[0098] При генерировании гармоник при помощи операции, описанной в уравнении (1), динамические характеристики расширяются с коэффициентом n. С учетом этой информации, кривые 602 равной громкости звука предполагают соотношение по уравнению (2):

[0099] В уравнении (2) член представляет собой степень расширения остатка, которая связана с основной частотой f и порядком гармоник n. Степень расширения остатка обычно находится в диапазоне 1,1-1,4 в зависимости от основной частоты f и порядка гармоник n. Когда гармоники генерируются согласно уравнению (1), требуемая степень расширения может достигаться путем сжатия выходного сигнала из генератора гармоник с коэффициентом . (В качестве отступления термины «расширение» и «сжатие» в целом можно использовать как синонимы, причем «сжатие» используется, когда степень меньше 1, а «расширение» используется, когда степень больше 1. Поэтому коэффициент может быть назван «сжатием» из-за делителя n).

[0100] На графике 600 линии 610 и 612 иллюстрируют пример расширения громкости. Линия 610 указывает диапазон громкости от 20 фонов до 80 фонов для основной частоты 50 Гц. Линия 612 соответствует генерированию 50 Гц гармоники 4-го порядка из 400 Гц с таким же диапазоном громкости. Стрелка 614 от 610 до 612 указывает генерирование гармоники 4-го порядка. Динамический диапазон SPL основной частоты (линия 610) составляет приблизительно 38 дБ в пределах диапазона громкости от 20 до 80 фонов, а динамический диапазон SPL гармоники 4-го порядка (линия 612) составляет приблизительно 50 дБ для того же диапазона громкости. Таким образом, при генерировании гармоники 4-го порядка из основной гармоники с громкостью 80 фонов и частотой 50 Гц эту гармонику необходимо ослабить на приблизительно 20 дБ. Когда основная гармоника, напротив, имеет громкость 20 фонов, эту гармонику необходимо ослабить почти на 40 дБ, с увеличением в необходимом ослаблении на приблизительно 20 дБ.

[0101] Степень расширения SPL по отношению к фону, также называемая расширением громкости, может быть аппроксимирована согласно уравнению (3):

[0102] В уравнении (3) – это степень расширения SPL по отношению к фону, которая включает обратное отношение к частоте f.

[0103] Степень расширения остатка задана уравнением (4):

[0104] В уравнении (4) степень расширения остатка соответствует соотношению степени расширения SPL по отношению к фону основной частоты f и степени расширения SPL по отношению к фону гармоники которое соответствует соотношению между натуральным логарифмом n (порядка гармоники) и натуральным логарифмом f (основной частоты). Иначе говоря, степень расширения остатка определяет коэффициент, необходимый при генерировании n-й гармоники на основе основной частоты f (в Гц). Уравнения (3) и (4) хорошо согласуются с кривыми равной громкости, изображенными на фиг. 6, в диапазоне громкости 20-80 фонов и при частотах от 20 до 1000 Гц. При использовании генератора 400 гармоник (см. фиг. 4) или генератора 500 гармоник (см. фиг. 5), необходимое динамическое сжатие может быть выполнено с достаточной точностью при использовании одного простого компрессора, имеющего постоянную степень (например, такого, как компрессор 408 или компрессор 504).

[0105] Компрессор может применять динамическое сжатие с использованием усредняющего фильтра первого порядка во избежание искажения вследствие нормализации на основе дискретных значений. Усредняющий фильтр первого порядка может обрабатывать управляющий сигнал s, который может быть вычислен согласно уравнению (5):

[0106] В уравнении (5) m – номер дискретного значения, c – коэффициент усиления сжатия, и α – весовой коэффициент между значением управляющего сигнала для предыдущего дискретного значения и значением коэффициента усиления сжатия для текущего дискретного значения. Весовой коэффициент α может быть также назван экспоненциальным коэффициентом сглаживания, и он соответствует полюсу в системе нижних частот первого порядка.

[0107] Весовой коэффициент α может быть вычислен с использованием уравнения (6):

[0108] В уравнении (6) частота дискретизации, и постоянная времени.

[0109] Коэффициент усиления сжатия c может быть вычислен с использованием уравнения (7):

[0110] В уравнении (7) a и b – полиномиальные коэффициенты, которые применяются к каждому порядку величины дискретного значения m входного сигнала x. Применение коэффициента усиления сжатия c (или сглаженной версии s по уравнению (5)) к сигналу x в виде c ⋅ x (или c ⋅ x) соответствует рациональному приближению , которое представляет собой абсолютное значение сигнала x, подвергнутого воздействию степени сжатия r, умноженное на знаковую функцию x.

[0111] На фиг. 7 изображен график 700, на котором показаны различные коэффициенты c усиления сжатия. На графике 700 ось x представляет собой входную мощность (входного сигнала x) в дБ, и ось y представляет собой коэффициент усиления сжатия c в дБ. Показаны различные кривые, при этом каждая кривая соответствует некоторому значению степени сжатия r. В частности, для r даны 9 значений в диапазоне от 0,5 до 1,0: 0,5, 0,6, 0,65, 0,7, 0,73, 0,77, 0,8, 0,9 и 1,0, причем каждое значение соответствует одной из кривых на графике 700 (например, значение r, равное 0,5, соответствует верхней кривой). Следует отметить, что указанные коэффициенты усиления по фиг. 7 не являются точными; они представляют собой лишь иллюстрацию общей концепции. Также для графика 700 можно отметить, что коэффициент усиления ограничен для низкой входной мощности и имеет вид отношения . Этим предотвращается избыточное применение усиления в таких обстоятельствах, как кратковременные атаки после тихих периодов сигнала. (Напротив, этот коэффициент усиления в комбинации с постоянной времени в уравнении (6) обеспечивает возможность пропускания через компрессор большей части энергии во время, например, ударных атак, вносящих вклад в восприятие «пробивной силы» в низкочастотном сигнале.)

Коррекция громкости

[0112] Альтернативный подход для достижения расширения громкости заключается в применении нормализации к входному сигналу на первом этапе, перед генерированием гармоник, с последующим этапом регулировки коэффициента усиления. Это может быть названо коррекцией громкости.

[0113] На фиг. 8 изображена блок-схема генератора 800 гармоник. Генератор 800 гармоник в целом выполняет коррекцию громкости с использованием нормализации входных сигналов. Амплитудная нормализация теоретически позволяет предотвращать динамическое расширение гармоник (с коэффициентом n, когда n≥2) при генерировании согласно уравнению (1).

[0114] Генератор 800 гармоник содержит две или более ступеней 802 нормализации (показаны две: 802a и 802b), два или более множителей 804 (показаны два: 804a и 804b), две или более ступеней 806 коррекции громкости (показаны две: 806a и 806b), два или более сумматоров 808 (показаны два: 808a и 808b) и сумматор 810. В целом каждый ряд компонентов в генераторе 800 гармоник соответствует одной из генерируемых гармоник, поэтому количество рядов (и соответствующее количество компонентов) может регулироваться для реализации требуемого количества гармоник. Первый ряд обработки содержит ступень 802a нормализации, множитель 804a, ступень 806a коррекции громкости и сумматор 808а. Второй ряд обработки содержит ступень 802b нормализации, множитель 804b, ступень 806b коррекции громкости и сумматор 808b. Для генерирования дополнительных гармоник могут быть добавлены дополнительные ряды, причем каждый новый ряд соединен с предыдущим рядом способом, который подобен способу, показанному на фигуре.

[0115] Генератор 800 гармоник принимает входной сигнал 820. Входной сигнал 820 соответствует подвергаемому повышающей дискретизации сигналу 220 (см. фиг. 2), когда повышающий дискретизатор 202 присутствует, или преобразованному звуковому сигналу 112, когда повышающий дискретизатор 202 отсутствует. Входной сигнал 820 представляет собой комплексный сигнал в области преобразования. Например, входной сигнал 820 может соответствовать полосе HCQMF (например, гибридному поддиапазону 0, гибридному поддиапазону 2, гибридному поддиапазону 4, гибридному поддиапазону 6 и т.д.). Генератор 800 гармоник генерирует сигнал 222 (см. фиг. 2).

[0116] Начиная со ступеней 802 нормализации, ступень 802а нормализации принимает входной сигнал 820, выполняет нормализацию и генерирует сигнал 822а. Ступень 802b нормализации принимает входной сигнал 820, выполняет нормализацию и генерирует сигнал 822b. Подобно уравнению (5) каждая из ступеней 802 нормализации может выполнять нормализацию с использованием сглаживающего фильтра первого порядка во избежание искажения, вызванного нормализацией от одного дискретного значения к другому. Ступени 802 нормализации могут выполнять нормализацию способом, описанным при помощи уравнения (8):

[0117] В уравнении (8) текущее дискретное значение m нормализованной версии входного сигнала x, – предыдущее дискретное значение нормализованной версии входного сигнала, α – коэффициент сглаживания, и задано уравнением (9):

[0118] В уравнении (9) соответствует соотношению между комплексным значением текущего дискретного значения входного сигнала и амплитудой (также называемой абсолютным значением) текущего дискретного значения входного сигнала. Коэффициент сглаживания, α, может регулироваться по необходимости для управления требуемым временем сглаживания, и он зависит от динамических характеристик входного сигнала. Во время событий атак (например, когда имеет место быстро возрастающая энергия сигнала) применяется меньший α, чем в условиях стационарной или уменьшающейся энергии, во избежание ограничения сигнала.

[0119] Альтернативно в генераторе гармоник может использоваться одна ступень нормализации (например, 802а), при этом выходной сигнал (например, 822а) предоставляется в качестве входного сигнала в каждый из множителей 804.

[0120] Обращаясь к множителям 804, множитель 804а принимает входной сигнал 820 и сигнал 822а, умножает эти сигналы друг на друга и генерирует сигнал 824а. Множитель 804b принимает сигнал 822b и сигнал 824а, умножает эти сигналы друг на друга и генерирует сигнал 824b. Сигнал 824а соответствует второй гармонике, сигнал 824b соответствует третьей гармонике, и т.д. Следует отметить, что выходной сигнал данного множителя доставляется в качестве входного сигнала в множитель в следующем ряду обработки: сигнал 824а доставляется в множитель 804b, сигнал 824b доставляется в множитель в следующем ряду (показан пунктирной линией), и т.д.

[0121] Обращаясь к ступеням 806 коррекции громкости, ступень 806a коррекции громкости принимает сигнал 824а, выполняет коррекцию громкости и генерирует сигнал 826a. Ступень 806b коррекции громкости принимает сигнал 824b, выполняет коррекцию громкости и генерирует сигнал 826b. В целом ступени 806 коррекции громкости применяют динамическое расширение и ослабление нормализованной энергии сгенерированных гармоник в соответствии с кривыми равной громкости, изображенными на фиг. 6, с целью сохранения громкости по сравнению с основной гармоникой. Для регулировки громкости задан коэффициент коррекции k, при этом k зависит от порядка гармоники n, сглаженной амплитуды основной гармоники (см. уравнение (8)) и индекса гибридной полосы b. Этот коэффициент коррекции k применяется согласно уравнению (10):

[0122] В уравнении (10) гармоника с коррекцией громкости, и нормализованная гармоника, соответственно, для каждой гармоники.

[0123] Как обсуждено выше, процессы усиления низких частот могут выполняться в отношении одной или более гибридных полос (например, одного или более поддиапазонов 0, 2, 4, 6, 7, 9 и т.д.). В каждой полосе генерируется несколько гармоник, например, 2-я, 3-я и 4-я. Если предположить, что центральная частота аппроксимирует основную частоту в каждой полосе, то соотношение SPL и фона можно вычислить с использованием одного параметра: порядка гармоник n. В качестве примера, первая гибридная полоса (например, поддиапазон 0) имеет центральную частоту 46,875 Гц (например, приблизительно 47 Гц), и соответствующие значения с кривых ELC на фиг. 6 перечислены в таблице 1.

[0124] В таблице 1 значение в скобках представляет собой разность SPL по сравнению с основной гармоникой. Функция, представляющая разность SPL гармоники и ее основной гармоники, может быть вычислена согласно уравнению (11):

[0125] В уравнении (11) K_b,n – значение коэффициента усиления в дБ, минимальное значение ослабления, X – сглаженная входная энергия основной гармоники в логарифмической шкале, тогда как – зависящий от порядка гармоники n масштабный параметр входной энергии. может быть вычислен согласно уравнению (12):

[0126] Коэффициент коррекции в линейной шкале может быть вычислен согласно уравнению (13):

[0127] В уравнениях (12) и (13) все – постоянные на основе гибридных полос, и они могут быть оценены для оптимальной подгонки к кривым ELC, изображенным на фиг. 6. Параметры, перечисленные в таблице 2, будут приводить к достаточной точности для первых шести гибридных полос, и результирующие коэффициенты коррекции громкости изображены на фиг. 9. Для полос 6, 7 и 9 сгенерированные гармоники находятся в диапазоне частот от 700 Гц до 2000 Гц, при этом предполагается, что кривые ELC являются плоскими. Ступени 806 коррекции громкости могут вычислять коэффициенты коррекции громкости с использованием сегментной линейной аппроксимации для уменьшения вычислительной сложности.

[0128] На фиг. 9A, 9B, 9C, 9D, 9E и 9F показан набор графиков 900a–900f. На каждом графике ось х представляет собой амплитуду сигнала нормализованной гармоники в ступени коррекции громкости (например, сигнала 824а, являющегося входным в ступень 806а коррекции громкости, и т.д.), и ось y представляет собой коэффициент коррекции k. График 900а соответствует гибридной полосе 0, график 900b соответствует гибридной полосе 2, график 900с соответствует гибридной полосе 4, график 900d соответствует гибридной полосе 6, график 900е соответствует гибридной полосе 7, и график 900f соответствует гибридной полосе 9. Линии для трех гармоник (2-й, 3-й и 4-й) показаны на каждом графике, однако на графиках 900d, 900e и 900f линии накладываются одна на другую, так как они сходятся с увеличением номера гибридной полосы. В целом линии показывают коэффициенты коррекции громкости k для первых 6 гибридных полос при использовании постоянных на основе гибридных полос, перечисленных в таблице 2.

[0129] Возвращаясь к фиг. 8 и сумматорам 808, сумматор 808b принимает сигнал 826b (и любой сигнал, принятый из следующего ряда обработки, показанного пунктирной линией), выполняет сложение и генерирует сигнал 828b. Сумматор 808b принимает сигнал 826а и сигнал 828b, выполняет сложение и генерирует сигнал 828a. Следует отметить, что один из входных сигналов в данный сумматор предоставляется сумматором в следующем ряду обработки: сумматор 808b принимает выходной сигнал сумматора в следующем ряду обработки (показан пунктирной линией), сумматор 808а принимает выходной сигнал сумматора 808b, и т.д.

[0130] Сумматор 810 принимает входной сигнал 820 и сигнал 828а, выполняет сложение и генерирует сигнал 222 (см. фиг. 2).

Обработка нескольких гибридных полос

[0131] Хотя описание системы 200 усиления низких частот (см. фиг. 2) было сосредоточено на обработке одной гибридной полосы, подобная обработка может выполняться в отношении нескольких гибридных полос. Например, система 120 усиления низких частот (см. фиг. 1) может действовать в отношении четырех гибридных полос (например, поддиапазонов 0, 2, 4 и 6), шести гибридных полос (например, поддиапазонов 0, 2, 4, 6, 7 и 9) и т.д. В каждой полосе генерируется несколько гармоник (например, 2-я, 3-я, 4-я и т.д.).

[0132] На фиг. 10 изображена блок-схема системы 1000 усиления низких частот. Система 1000 усиления низких частот может быть использована в качестве системы 120 усиления низких частот (см. фиг. 1). Система 1000 усиления низких частот подобна системе 200 усиления низких частот (см. фиг. 2), причем подобные компоненты имеют подобные наименования и ссылочные позиции, с добавлением в явном виде нескольких путей обработки. Каждый путь обработки соответствует обработке сигнала гибридного поддиапазона. В качестве конкретного примера показаны 4 пути обработки (например, для обработки гибридных поддиапазонов 0, 2, 4 и 6). При необходимости количество путей обработки может быть увеличено или уменьшено. Например, для обработки гибридных поддиапазонов 0, 2, 4, 6, 7 и 9 может быть использовано шесть путей обработки.

[0133] Система 1000 усиления низких частот принимает преобразованный звуковой сигнал 112 (см. фиг. 1). Как обсуждено выше, преобразованный звуковой сигнал 112 представляет собой гибридный комплексный сигнал в области преобразования с гибридными полосами. В качестве входных сигналов в систему 1000 усиления низких частот показаны четыре из гибридных полос преобразованного звукового сигнала 112: поддиапазон 0 (помеченный как 1002a), поддиапазон 2 (1002b), поддиапазон 4 (1002c) и поддиапазон 6 (1002d). Каждый поддиапазон соответствует одному из путей обработки. Система 1000 усиления низких частот содержит повышающие дискретизаторы 1010 (показаны четыре: 1010a, 1010b, 1010c и 1010d), генераторы 1012 гармоник (показаны четыре: 1012a, 1012b, 1012c и 1012d), сумматор 104, устройство 1016 обработки динамических характеристик (необязательно), преобразователь 1018 (необязательно), фильтр 1022, элемент 1024 задержки и микшер 1026.

[0134] Повышающий дискретизатор 1010а принимает сигнал 1002а, выполняет повышающую дискретизацию и генерирует подвергаемый повышающей дискретизации сигнал 1030а. Повышающий дискретизатор 1010b принимает сигнал 1002b, выполняет повышающую дискретизацию и генерирует подвергаемый повышающей дискретизации сигнал 1030b. Повышающий дискретизатор 1010c принимает сигнал 1002c, выполняет повышающую дискретизацию и генерирует подвергаемый повышающей дискретизации сигнал 1030c. Повышающий дискретизатор 1010d принимает сигнал 1002d, выполняет повышающую дискретизацию и генерирует подвергаемый повышающей дискретизации сигнал 1030d. Сигналы 1030a, 1030b, 1030c и 1030d представляют собой комплексные сигналы в области преобразования. В остальном повышающие дискретизаторы 1010 подобны тому, что описано выше в отношении повышающего дискретизатора 202 (см. фиг. 2).

[0135] Генератор 1012а гармоник принимает подвергаемый повышающей дискретизации сигнал 1030а и генерирует его гармоники с образованием сигнала 1032а. Генератор 1012b гармоник принимает подвергаемый повышающей дискретизации сигнал 1030b и генерирует его гармоники с образованием сигнала 1032b. Генератор 1012c гармоник принимает подвергаемый повышающей дискретизации сигнал 1030c и генерирует его гармоники с образованием сигнала 1032c. Генератор 1012d гармоник принимает подвергаемый повышающей дискретизации сигнал 1030d и генерирует его гармоники с образованием сигнала 1032d. Сигналы 1032a, 1032b, 1032c и 1032d представляют собой комплексные сигналы в области преобразования. В остальном генераторы 1012 гармоник подобны генератору 204 гармоник (см. фиг. 2). Например, один или более генераторов 1012 гармоник могут быть реализованы с использованием генератора 300 гармоник (см. фиг. 3), генератора 400 гармоник (см. фиг. 4), генератора 500 гармоник (см. фиг. 5), генератора 800 гармоник (см. фиг. 8) и т.д.

[0136] Сумматор 1014 принимает сигналы 1032a, 1032b, 1032c и 1032d, выполняет сложение и генерирует сигнал 1034. Сигнал 1034 представляет собой комплексный сигнал в области преобразования.

[0137] Устройство 1016 обработки динамических характеристик принимает сигнал 1034, выполняет обработку динамических характеристик и генерирует сигнал 1036. Сигнал 1036 представляет собой комплексный сигнал в области преобразования. В остальном устройство 1016 обработки динамических характеристик подобно устройству 206 обработки динамических характеристик (см. фиг. 2). Устройство 1016 обработки динамических характеристик является необязательным. Когда устройство 1016 обработки динамических характеристик опущено, преобразователь 1018 принимает сигнал 1034 вместо сигнала 1036.

[0138] Преобразователь 1018 принимает сигнал 1036 (или сигнал 1034, когда устройство 1016 обработки динамических характеристик опущено), отбрасывает мнимую часть из сигнала 1036 и генерирует сигнал 1040. Сигнал 1040 представляет собой сигнал в области преобразования. В остальном преобразователь 1018 подобен преобразователю 208 (см. фиг. 2), и его включение является необязательным.

[0139] Фильтр 1022 принимает сигнал 1040 (или сигнал 1036, когда преобразователь 1018 опущен, или сигнал 1034, когда опущены устройство 1016 обработки динамических характеристик и преобразователь 1018), выполняет фильтрацию и генерирует сигнал 1042. Сигнал 1042 представляет собой сигнал в области преобразования. В остальном фильтр 1022 подобен фильтру 212 (см. фиг. 2).

[0140] Элемент 1024 задержки принимает сигнал 1042, реализует период задержки и генерирует сигнал 1044. Сигнал 1044 соответствует подвергнутой задержке версии преобразованного звукового сигнала 112 согласно периоду задержки. Элемент 1024 задержки может быть реализован с использованием запоминающего устройства, сдвигового регистра и т.д. Период задержки соответствует времени обработки других компонентов в цепочке обработки сигнала; так как некоторые из этих других компонентов являются необязательными, период задержки уменьшается по мере того, как опускаются необязательные компоненты. В остальном элемент 1024 задержки подобен элементу 214 задержки (см. фиг. 2).

[0141] Микшер 1026 принимает сигнал 1042 и сигнал 1044, выполняет микширование и генерирует усиленный звуковой сигнал 122 (см. фиг. 1). В остальном микшер 1026 подобен микшеру 216 (см. фиг. 2).

[0142] На фиг. 11 изображена архитектура 1100 мобильного устройства для реализации признаков и процессов, описанных в данном документе, согласно варианту осуществления. Архитектура 1100 может быть реализована в любом электронном устройстве, включая, но без ограничения: настольный компьютер, потребительское аудиовизуальное (AV) оборудование, радиовещательное оборудование, мобильные устройства (например, смартфон, планшетный компьютер, ноутбук, носимое устройство) и т.д. В показанном примерном варианте осуществления архитектура 1100 предназначена для ноутбука и содержит процессор (процессоры) 1101, интерфейс 1102 периферийных устройств, звуковую подсистему 1103, громкоговорители 1104, микрофон 1105, датчики 1106 (например, акселерометры, гироскопы, барометр, магнитометр, фотокамеру), устройство 1107 обработки данных местоположения (например, приемник GNSS), подсистемы 1108 беспроводной связи (например, Wi-Fi, Bluetooth, сотовой связи) и подсистему (подсистемы) 1109 ввода-вывода (I/O), которая содержит сенсорный контроллер 1110 и другие контроллеры 1111 ввода, сенсорную поверхность 1112 и другие устройства 1113 ввода/управления. Для реализации раскрытых вариантов осуществления также могут быть использованы другие архитектуры с большим или меньшим количеством компонентов.

[0143] Интерфейс 114 запоминающего устройства соединен с процессорами 1101, интерфейсом 1102 периферийных устройств и запоминающим устройством 115 (например, флеш-памятью, RAM, ROM). В запоминающем устройстве 1115 хранятся программные команды и данные, включающие, но без ограничения: команды 1116 операционной системы, команды 1117 связи, команды 1118 GUI, команды 1119 обработки данных датчиков, команды 1120 телефона, команды 1121 электронного обмена сообщениями, команды 1122 просмотра веб-страниц, команды 1123 обработки звука, команды 1124 навигации/GNSS и приложения/данные 1125. Команды 1123 обработки звука содержат команды для выполнения обработки звука, описанной в данном документе.

[0144] На фиг. 12 изображена схема последовательности операций способа 1200 обработки звука. Способ 1200 может выполняться устройством (например, ноутбуком, мобильным телефоном и т.д.), содержащим компоненты архитектуры 1100, изображенной на фиг. 11, для реализации функциональных возможностей системы 100 обработки звука (см. фиг. 1), системы 200 усиления низких частот (см. фиг. 2), системы 1000 усиления низких частот (см. фиг. 10) и т.д., например, путем исполнения одной или более компьютерных программ. В целом способ 1200 выполняет обработку звукового сигнала в области комплекснозначных поддиапазонов (например, в области HCQMF).

[0145] На этапе 1202 принимается первый сигнал в области преобразования. Первый сигнал в области преобразования представляет собой гибридный комплексный сигнал в области преобразования, имеющий ряд полос. По меньшей мере одна из полос имеет ряд поддиапазонов. Первый сигнал в области преобразования имеет первое множество гармоник. Например, система 200 усиления низких частот (см. фиг. 2) может принимать преобразованный звуковой сигнал 112. Первый сигнал в области преобразования может иметь 77 гибридных полос, пронумерованных как 0–76, при этом полосы 0–15 представляют собой поддиапазоны, являющиеся результатом разделения одной или нескольких полос большего размера. Первый сигнал в области преобразования может представлять собой сигнал в области CQMF. Первый сигнал в области преобразования может представлять собой сигнал в области HCQMF, сгенерированный путем разделения (например, с использованием блоков фильтров Найквиста) подмножества каналов сигнала в области CQMF на поддиапазоны для повышения разрешающей способности по частоте для диапазона самых низких частот.

[0146] На этапе 1204 генерируется второй сигнал в области преобразования на основе первого сигнала в области преобразования. Второй сигнал в области преобразования генерируется путем генерирования гармоник первого сигнала в области преобразования согласно нелинейному процессу. Второй сигнал в области преобразования имеет второе множество гармоник, которые отличаются от первого множества гармоник, и второй сигнал в области преобразования представляет собой комплекснозначный сигнал, имеющий мнимую часть. Второй сигнал в области преобразования дополнительно генерируют путем выполнения расширения громкости в отношении второго множества гармоник. Например, генератор 204 гармоник (см фиг. 2), генератор 300 гармоник (см. фиг. 3), генератор 400 гармоник (см. фиг. 4), генератор 500 гармоник (см. фиг. 5), генератор 800 гармоник (см. фиг. 8) и т.д. может генерировать второй сигнал в области преобразования (например, сигнал 222) на основе первого сигнала в области преобразования (например, сигнала 220 и т.д.)

[0147] На этапе 1206 путем фильтрации второго сигнала в области преобразования генерируется третий сигнал в области преобразования. Третий сигнал в области преобразования имеет несколько ряд полос, и по меньшей мере одна из полос имеет ряд поддиапазонов. Например, фильтр 212 (см. фиг. 2) может фильтровать сигнал 228 (или сигнал 226) для генерирования сигнала 230. В качестве другого примера фильтр 1022 (см. фиг. 10) может фильтровать сигнал 1040 для генерирования сигнала 1042. Третий сигнал в области преобразования может иметь 77 гибридных полос, пронумерованных как 0–76, при этом полосы 0–15 представляют собой поддиапазоны, являющиеся результатом разделения одной или нескольких полос большего размера. Третий сигнал в области преобразования может представлять собой сигнал в области HCQMF.

[0148] На этапе 1208 генерируется четвертый сигнал в области преобразования путем микширования третьего сигнала в области преобразования с подвергнутой задержке версией первого сигнала в области преобразования. Данный поддиапазон третьего сигнала в области преобразования микшируется с соответствующим поддиапазоном подвергнутой задержке версии первого сигнала в области преобразования. Например, микшер 216 (см. фиг. 2) может микшировать сигнал 230 с подвергнутым задержке сигналом 232. В качестве другого примера микшер 1026 (см. фиг. 10) может микшировать сигнал 1042 с подвергнутым задержке сигналом 1044. Входные сигналы могут иметь 77 гибридных полос, пронумерованных как 0–76, при этом данная полоса входного сигнала (например, полоса 0) микшируется с соответствующей полосой (например, полосой 0) другого входного сигнала.

[0149] Способ 1200 может включать дополнительные этапы, соответствующие другим функциональным возможностям системы 200 усиления низких частот, системы 1000 усиления низких частот и т.д., как описано в данном документе. Например, четвертый сигнал в области преобразования может выводиться громкоговорителем, таким как громкоговорители 1104 (см. фиг. 11). В качестве другого примера сигналы в области преобразования могут подвергаться повышающей дискретизации (например, с использованием повышающего дискретизатора 202, повышающих дискретизаторов 1010) перед генерированием гармоник на этапе 1204. В качестве другого примера к сигналам в области преобразования может применяться обработка динамических характеристик, например, с использованием устройства 206 обработки динамических характеристик или устройства 1016 обработки динамических характеристик. В качестве другого примера генерирование гармоник может включать выполнение умножения, использование цикла задержки с обратной связью и т.д. В качестве другого примера второй сигнал в области преобразования может представлять собой ряд вторых сигналов в области преобразования, каждый из которых соответствует гибридной полосе первого сигнала в области преобразования. В качестве другого примера мнимая часть второго сигнала в области преобразования может быть отброшена перед генерированием третьего сигнала в области преобразования.

Подробности реализации

[0150] Вариант осуществления изобретения может быть реализован в аппаратном обеспечении, исполняемых модулях, которые хранятся на машиночитаемом носителе, или их комбинации (например, в программируемых логических матрицах). Если иное не указано, этапы, исполняемые вариантами осуществления, необязательно должны в своей основе относиться к какому-либо конкретному компьютеру или другому устройству, хотя это может иметь место в некоторых вариантах осуществления. В частности, различные машины общего назначения могут быть использованы вместе с программами, написанными в соответствии с идеями в данном документе, или может быть удобнее сконструировать более специализированное устройство (например, интегральные микросхемы) для выполнения необходимых этапов способа. Таким образом, варианты осуществления могут быть реализованы в одной или более компьютерных программах, исполняющихся на одной или более программируемых компьютерных системах, каждая из которых содержит по меньшей мере один процессор, по меньшей мере одну систему хранения данных (включая энергозависимое и энергонезависимое запоминающие устройства и/или элементы хранения), по меньшей мере одно устройство или порт ввода и по меньшей мере одно устройство или порт вывода. Программный код применяется к входным данным для выполнения функций, описанных в данном документе, и генерирования выходной информации. Выходная информация известным способом применяется к одному или более устройствам вывода.

[0151] Каждую такую компьютерную программу предпочтительно сохраняют или загружают на запоминающие носители или устройство (например, твердотельное запоминающее устройство или носители, или магнитные или оптические носители), считываемые программируемым компьютером общего или специального назначения, для конфигурирования и работы компьютера, когда запоминающие носители или устройство считываются компьютерной системой для выполнения процедур, описанных в данном документе. Систему согласно изобретению также можно считать реализованной в виде машиночитаемого запоминающего носителя, оснащенного компьютерной программой, где оснащенный таким образом запоминающий носитель вызывает работу компьютерной системы особым и предопределенным образом для выполнения функций, описанных в данном документе. (Программное обеспечение само по себе, а также нематериальные или энергозависимые сигналы исключены в той степени, в которой они представляют собой непатентоспособный объект).

[0152] Аспекты систем, описанные в данном документе, могут быть реализованы в соответствующей сетевой среде обработки звука с использованием компьютеров для обработки файлов цифровых или оцифрованных звукозаписей. Части системы адаптивного звука могут включать одну или более сетей, которые содержат любое необходимое количество отдельных машин, в том числе один или более маршрутизаторов (не показаны), которые служат для буферизации и маршрутизации данных, передаваемых между компьютерами. Такая сеть может строиться на разнообразных сетевых протоколах и может представлять собой сеть Интернет, глобальную вычислительную сеть (WAN), локальную вычислительную сеть (LAN) и любую их комбинацию.

[0153] Один или более компонентов, блоков, процессов или других функциональных компонентов могут реализовываться с помощью компьютерной программы, которая управляет действием вычислительного устройства на основе процессора системы. Следует также отметить, что различные функции, раскрытые в данном документе, могут описываться с использованием любого количества комбинаций аппаратного обеспечения, программно-аппаратного обеспечения и/или данных, и/или команд, воплощенных в различных машиночитаемых или читаемых с помощью компьютера носителях, исходя из характеристик их поведения, межрегистровой пересылки, логических компонентов и/или других характеристик. Читаемые с помощью компьютера носители, в которых могут быть воплощены такие форматированные данные и/или команды, включают физические (постоянные), энергонезависимые запоминающие носители в различных формах, таких как оптические, магнитные или полупроводниковые запоминающие носители, но не ограничиваются ими.

[0154] В приведенном выше описании различные варианты осуществления настоящего изобретения проиллюстрированы наряду с примерами того, как могут быть реализованы аспекты настоящего описания. Приведенные выше примеры и варианты осуществления не следует считать только вариантами осуществления, и они представлены для иллюстрации гибкости и преимуществ настоящего изобретения, определенных в следующей формуле изобретения. На основе приведенного выше описания и следующей формулы изобретения специалистам в данной области техники будут очевидны другие компоновки, варианты осуществления, реализации и эквиваленты, и они могут быть воплощены без выхода за пределы сущности и объема настоящего описания, которые определены формулой изобретения.

Изобретение относится к акустике. Устройство содержит средство приема звукового сигнала, средство преобразования сигнала, средства усиления низких частот, содержащее повышающий дискретизатор, генератор гармоник, устройство обработки динамических характеристик, преобразователь, фильтр, элемент задержки и микшер, а также блок обратного преобразования. Генератор гармоник содержит усилитель, компрессор, сумматор, а также блок нормализации, умножитель, ступень коррекции громкости. Технический результат – устранение эффекта перекрытия спектров. 3 н. и 15 з.п. ф-лы, 12 ил., 2 табл.

1. Реализуемый с помощью компьютера способ обработки звука, причем способ включает:

прием первого сигнала в области преобразования, при этом первый сигнал в области преобразования представляет собой гибридный комплексный сигнал в области преобразования, имеющий множество полос, при этом по меньшей мере одна из множества полос имеет множество поддиапазонов, при этом первый сигнал в области преобразования имеет первое множество гармоник;

генерирование подвергаемого повышающей дискретизации сигнала в области преобразования путем повышающей дискретизации первого сигнала в области преобразования, при этом подвергаемый повышающей дискретизации сигнал представляет собой комплекснозначный сигнал во временной области;

генерирование второго сигнала в области преобразования на основе подвергаемого повышающей дискретизации первого сигнала в области преобразования путем:

генерирования второго множества гармоник для подвергаемого повышающей дискретизации первого сигнала в области преобразования согласно нелинейному процессу, при этом второй сигнал в области преобразования имеет второе множество гармоник, которое отличается от первого множества гармоник; и

выполнения расширения громкости в отношении второго множества гармоник, при этом второй сигнал в области преобразования представляет собой комплекснозначный сигнал, имеющий мнимую часть;

фильтрацию второго сигнала в области преобразования для разделения второго сигнала в области преобразования на множество поддиапазонов и генерирования третьего сигнала в области преобразования, при этом третий сигнал в области преобразования имеет множество полос, при этом по меньшей мере одна из множества полос имеет множество поддиапазонов; и

генерирование четвертого сигнала в области преобразования путем микширования третьего сигнала в области преобразования с подвергнутой задержке версией первого сигнала в области преобразования, при этом данный поддиапазон третьего сигнала в области преобразования микшируют с соответствующим поддиапазоном подвергнутой задержке версии первого сигнала в области преобразования.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что второе множество гармоник приводит к четвертому сигналу в области преобразования, имеющему усиленные в отношении восприятия низкие частоты по сравнению с первым сигналом в области преобразования.

3. Способ по любому из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что генерирование подвергаемого повышающей дискретизации сигнала в области преобразования выполняют согласно синтезу комплексной квадратурной зеркальной фильтрации.

4. Способ по любому из пп. 1–3, отличающийся тем, что дополнительно включает:

выполнение обработки динамических характеристик в отношении второго сигнала в области преобразования перед генерированием третьего сигнала в области преобразования на основе второго сигнала в области преобразования.

5. Способ по любому из пп. 1–4, отличающийся тем, что множество полос первого сигнала в области преобразования имеет первую полосу, вторую полосу и третью полосу, при этом первую полосу разделяют на 8 поддиапазонов, при этом вторую полосу разделяют на 4 поддиапазона, и при этом третью полосу разделяют на 4 поддиапазона.

6. Способ по любому из пп. 1–5, отличающийся тем, что первый сигнал в области преобразования имеет 64 полосы, при этом первую полосу разделяют на 8 поддиапазонов, при этом вторую полосу разделяют на 4 поддиапазона, и при этом третью полосу разделяют на 4 поддиапазона.

7. Способ по любому из пп. 1–6, отличающийся тем, что первый сигнал в области преобразования имеет ширину полосы 24 кГц, при этом первый сигнал в области преобразования имеет 64 полосы, и при этом ширина полосы в виде полосы пропускания каждой полосы составляет 375 Гц.

8. Способ по любому из пп. 1–7, отличающийся тем, что нелинейный процесс включает умножение первого сигнала в области преобразования.

9. Способ по любому из пп. 1–8, отличающийся тем, что нелинейный процесс предусматривает цикл задержки с обратной связью, применяемый к первому сигналу в области преобразования.

10. Способ по любому из пп. 1–9, отличающийся тем, что генерирование второго сигнала в области преобразования включает:

генерирование второго сигнала в области преобразования на основе одного из множества поддиапазонов первого сигнала в области преобразования, при этом один из множества поддиапазонов меньше всех из множества поддиапазонов первого сигнала в области преобразования.

11. Способ по любому из пп. 1–9, отличающийся тем, что генерирование второго сигнала в области преобразования включает:

генерирование множества вторых сигналов в области преобразования на основе двух или более из множества поддиапазонов первого сигнала в области преобразования, при этом два или более из множества поддиапазонов меньше всех из множества поддиапазонов первого сигнала в области преобразования, и при этом каждый из множества вторых сигналов в области преобразования соответствует одному из двух или более из множества поддиапазонов; и

генерирование второго сигнала в области преобразования путем суммирования множества вторых сигналов в области преобразования.

12. Способ по любому из пп. 1–11, отличающийся тем, что дополнительно включает:

вывод громкоговорителем звука, соответствующего четвертому сигналу в области преобразования.

13. Способ по любому из пп. 1–12, отличающийся тем, что первый сигнал в области преобразования находится в первой области сигнала, при этом способ дополнительно включает:

прием входного сигнала во второй области сигнала;

генерирование первого сигнала в области преобразования путем преобразования входного сигнала из второй области сигнала в первую область сигнала; и

генерирование выходного сигнала путем преобразования четвертого сигнала в области преобразования из первой области сигнала во вторую область сигнала.

14. Способ по п. 13, отличающийся тем, что вторая область преобразования представляет собой временную область, при этом первая область сигнала представляет собой область сигнала гибридного комплексного квадратурного зеркального фильтра (HCQMF);

при этом генерирование первого сигнала в области преобразования включает генерирование первого сигнала в области преобразования путем выполнения анализа HCQMF в отношении входного сигнала; и

при этом генерирование выходного сигнала включает генерирование выходного сигнала путем выполнения синтеза HCQMF в отношении четвертого сигнала в области преобразования.

15. Способ по любому из пп. 1–14, отличающийся тем, что дополнительно включает:

отбрасывание мнимой части из второго сигнала в области преобразования перед генерированием третьего сигнала в области преобразования.

16. Энергонезависимый машиночитаемый носитель, хранящий компьютерную программу, которая при исполнении процессором управляет устройством для исполнения обработки, включающей способ по любому из пп. 1–15.

17. Устройство для обработки звука, при этом устройство содержит:

процессор,

при этом процессор выполнен с возможностью управления устройством для приема первого сигнала в области преобразования, при этом первый сигнал в области преобразования представляет собой гибридный комплексный сигнал в области преобразования, имеющий множество комплексных значений и множество полос, при этом по меньшей мере одна из множества полос имеет множество поддиапазонов, при этом первый сигнал в области преобразования имеет первое множество гармоник;

при этом процессор выполнен с возможностью управления устройством для:

генерирования подвергаемого повышающей дискретизации сигнала в области преобразования путем повышающей дискретизации первого сигнала в области преобразования, при этом подвергаемый повышающей дискретизации сигнал представляет собой комплекснозначный сигнал во временной области; и

генерирования второго сигнала в области преобразования на основе подвергаемого повышающей дискретизации первого сигнала в области преобразования путем:

генерирования второго множества гармоник для подвергаемого повышающей дискретизации первого сигнала в области преобразования согласно нелинейному процессу, при этом второй сигнал в области преобразования имеет второе множество гармоник, которое отличается от первого множества гармоник; и

выполнения расширения громкости в отношении второго множества гармоник, при этом второй сигнал в области преобразования представляет собой комплекснозначный сигнал, имеющий мнимую часть;

при этом процессор выполнен с возможностью управления устройством для фильтрации второго сигнала в области преобразования для разделения второго сигнала в области преобразования на множество поддиапазонов и генерирования третьего сигнала в области преобразования, при этом третий сигнал в области преобразования имеет множество полос, при этом по меньшей мере одна из множества полос имеет множество поддиапазонов;

при этом процессор выполнен с возможностью управления устройством для генерирования четвертого сигнала в области преобразования путем микширования третьего сигнала в области преобразования с подвергнутой задержке версией первого сигнала в области преобразования, при этом данный поддиапазон третьего сигнала в области преобразования микшируют с соответствующим поддиапазоном подвергнутой задержке версии первого сигнала в области преобразования.

18. Устройство по п. 17, отличающееся тем, что дополнительно содержит:

громкоговоритель, выполненный с возможностью вывода четвертого сигнала в области преобразования в виде звука.