音频处理电路、音频处理装置和音频处理方法

专利名称：：音频处理电路、音频处理装置和音频处理方法
技术领域：
：本发明涉及一种音频处理电路、音频处理装置和音频处理方法，其通过进行音频信号的可听频带中的增益调整，而改善听觉音响性(audioacoustics)。本发明基于日本专利申请的特愿2008-278923号(申请日2008年10月29日)要求优先权，其内容在本文中进行引用。
背景技术：
：近年来，伴随着移动电话等移动通信装置的发展，开发出各种音频处理技术，在专利文献1等各种文献中进行了公开。专利文献1:日本专利第3775156号在专利文献1所公开的移动电话中，为了以最佳的音量平衡对由多个声部构成的来电旋律进行再生，利用均衡器调整乐音信号的频率特性，使扬声器(或听筒)的频率特性平坦化。通常，通过对扬声器的频率特性中的低电平部分提高增益而实现频率特性的平坦化。在高电平的音频信号输入到均衡器中的情况下，均衡器或其后段的电路必须采用高性能的电路，以用于处理高电平的输入音频信号。另一方面，如果低电平的音频信号输入到均衡器中，则声音再生的S/N比会下降。因此，专利文献1所记载的音频处理技术难以应用于移动电话。
发明内容本发明的目的在于提供一种不采用高性能电路就可以改善听觉音响性的音频处理电路、音频处理装置及音频处理方法。本发明所涉及的音频处理电路具有分频电路，其将输入信号分割为多个频带，生成多个第1音频信号；多个压縮电路，其对多个第1音频信号实施非线性处理，生成多个第2音频信号；以及加法运算电路，其将多个第2音频信号相加而生成输出信号。各个压縮电路对第1音频信号乘以基于规定系数确定的增益，生成第2音频信号。在上述音频处理电路中执行下述非线性处理对低电平的输入信号提高增益，对高电平的输入信号降低增益。另外，由于可以从外部指定规定系数，以对将输出信号变换为声音的扬声器等的频率特性进行校正，因此可以生成听觉音响性优异的音频输出。另外，由于对第1音频信号乘以基于第1音频信号电平和规定系数而确定的增益，生成第2音频信号，因此，与为了对非线性处理后的音频信号校正频率特性而进行增益乘法运算的对比例(参照图4)相比，在本发明中可以不使输出信号的S/N比劣化并抑制失真。各个压縮电路具有电平检测部，其检测第1音频信号的电平；系数部，其对检测到的电平乘以规定系数；增益确定部，其基于该系数部的乘法运算结果确定增益；以及乘法运算部，其对第l音频信号乘以确定出的增益，生成第2音频信号。另外，各个压縮电路具有存储部，其可刷新地存储规定系数。本发明所涉及的音频处理装置具有上述音频处理电路和用于将其输出信号变换为声音的扬声器，规定系数设定为用于对扬声器的频率特性进行校正。在本发明所涉及的音频处理方法中，将输入信号分割为多个频带，生成多个第1音频信号，对多个第1音频信号实施非线性处理，生成多个第2音频信号，将多个第2音频信号相加而生成输出信号。在上述非线性处理中，对第1音频信号乘以基于第1音频信号的电平和规定系数而确定的增益，生成第2音频信号。图1是表示本实施例所涉及的音频处理装置的结构的框图。图2是表示音频处理装置所具有的压縮电路的结构的框图。图3是表示压縮电路的输入输出电平特性的曲线图。图4是表示作为图1所示音频处理装置的对比例的音频处理装置的结构的框图。图5表示音频处理电路的输入输出电平特性，是用于与表1和表2相关联而说明与对比例相比较的本实施例的有效性的曲线图。图6是表示本实施例的变形例所涉及的音频处理电路的结构的框图。具体实施例方式参照附图并与实施例一起详细说明本发明。图1是表示本实施例所涉及的音频处理装置100的结构的框图。音频处理装置100由音频处理电路1和扬声器2构成。音频处理电路1对音频信号即输入信号IN实施规定的音频处理，生成输出信号OUT。扬声器2将输出信号0UT变换为声音而进行输出(放音)。音频处理装置100例如组装在移动电话中，输入信号IN是正在进行通信的另一侧移动电话的使用者的音频信号。通过音频处理电路1的音频处理，而使扬声器2将听觉音响性得到了改善的声音进行输出。音频处理电路1具有分频电路10、压縮电路单元20以及加法运算电路30。分频电路IO将输入信号IN分割为多个频带，生成多个第1音频信号。压縮电路单元20对多个第1音频信号分别实施动态范围压縮(DynamicRangeCompression)，生成多个第2音频信号。加法运算电路30将多个第2音频信号相加而生成输出信号0UT。分频电路10具有多个带通滤波器(BandPassFilter)BPF1至BPF6。在本实施例中，分频电路10中具有6个BPF1至BPF6，但并不限定于此，可以具有任意数量的带通滤波器。向BPF1至BPF6中分别供给输入信号IN，基于在各带通滤波器中设定的中心频率而使规定频带的信号通过，生成第1音频信号。各带通滤波器的频带比输入信号IN的频带窄。BPF1至BPF6具有互不相同的中心频率，从由扬声器2对听觉音响性得到了改善的声音进行输出的角度出发，优选以对数等间隔地进行设定。在本实施例中，作为中心频率设定为BPF1:125Hz、BPF2:250Hz、BPF3:500Hz、BPF4:lkHz、BPF5:2kHz、BPF6:4kHz。压縮电路单元20具有第1压縮电路U1至第6压縮电路U6。第1压縮电路U1至第6压縮电路U6分别与BPF1至BPF6对应地进行连接。在本实施例中，压縮电路单元20与6个带通滤波器对应而具有6个压縮电路，但并不限定于此，可以与任意数量的带通滤波器对应而具有任意数量的压縮电路。各个压縮电路对第l音频信号实施后述的非线性处理和校正处理，生成第2音频信号。此外，也可以将这些压縮电路统称为非线性处理电路。扬声器2具有该扬声器固有的频率特性。在本实施例中，为了改善通过扬声器2进行的声音再生的听觉音响性，考虑扬声器2的固有的频率特性而向输出信号0UT赋予规定的频率特性。因此，各个压縮电路使用从音频处理电路1的外部供给的控制信号CTL实施校正处理。控制信号CTL是与应在输出信号OUT上赋予的频率特性而适当决定的。在本实施例中，控制信号CTL与扬声器2的固有频率特性对应而指定系数，在各个压縮电路中对向增益计算部52供给的信号电平进行调整(参照图2)。增益计算部52与所供给的信号电平对应而计算增益，因此向输出信号OUT赋予与系数对应的频率特性。即，本实施例中，为了与输出信号OUT对应地对扬声器2的频率特性进行校正而设定系数。该校正处理所使用的系数从音频处理电路1的外部指定，但控制信号CTL的供给源也可以位于音频处理装置100的外部或内部。下面，参照图2说明各个压縮电路的结构。第1压縮电路U1至第6压縮电路U6分别具有相同的结构，因此在这里对第1压縮电路U1的结构进行说明。如图2所示，第1压縮电路U1具有电平检测部50、系数部51、增益计算部(或增益确定部)52以及乘法运算部53。电平检测部50对由BPF1生成的第1音频信号的电平进行检测。系数部51对检测到的第1音频信号的电平乘以由控制信号CTL所指定的系数。该乘法运算用于校正扬声器2的频率特性而进行。也可以使系数部51中具有存储部，而可刷新地存储系数。在系数部51中不具有存储部的情况下，使控制信号CTL的供给源中具有存储部，而可刷新地存储系数。增益计算部52具有用于确定与该输入信号对应的增益的增益表。即，增益计算部52基于系数部51的输出信号和增益表计算增益。该增益表如后述所示，设计为使输入电平与输出电平之间的关系具有非线性特性，负责压縮电路内的非线性处理。乘法运算部53将由BPF1生成的第1音频信号乘以由增益计算部52算出的增益，生成第2音频信号。此外，增益是对扬声器2的频率特性进行校正而算出的，因此校正处理通过乘法运算部53的乘法运算而完成。换句话说，第1压縮电路Ul还具有校正处理电路的功能。各个压縮电路具有如图3的实线所示的输入输出电平特性。所述的增益表设定为可以获得该输入输出电平特性。在图3中，横轴表示输入电平(dB)，纵轴表示输出电平(dB)。标号"UCL"表示听觉上不适的电平，其相当于不会使人产生听觉上的不适感的声压范围的上限值。UCL值可以任意设定，但优选利用统计方法进行设定。如图3的输入输出电平特性所示，在输入电平大于或等于UCL值的情况下，各个压縮电路对输出电平进行限制而固定为UCL值。由此，将第2音频信号限制为不会使人产生听觉上的不适感的声压。在图3中，标号"HTL"表示听觉阈值，其相当于人可以收听的声压范围的下限值。HTL值可以任意设定，但优选利用统计方法进行设定。另外，标号"HTLJiigh"表示比HTL值高出规定差量(dB)的电平，并且是在HTLJiigh〈UCL的范围内设定的。在图3中，虚线是连结输入电平/输出电平(UCL、UCL)点和原点之间的直线，示出了线性输入输出电平特性。与图3中虚线所示的线性输入输出电平特性相比而可以明确，由实线表示的各个压縮电路的输入输出电平特性为非线性。根据各个压縮电路的输入输出电平特性，将从HTL值至UCL值为止的第1音频信号电平(即输入电平)压縮为从HTLj!igh值至UCL值为止的第2音频信号电平，可以使听觉阈值为HTL_high值的收听者也清楚地收听从大于或等于HTL值至HTL_high值为止的第l音频信号。在扬声器2的频率特性的校正处理中，对于其频率特性，需要在低电平区域中提高增益，在高电平区域中降低增益。由图2所示的系数部51后段的增益计算部52决定增益。增益计算部52进行压縮放大，以使得输入电平越低，就越提高增益，系数部51将由电平检测部50检测到的第1音频信号电平乘以系数，由此计算对第1音频信号电平与扬声器2中的增减量相应而增加或减少后的电平。即，在扬声器2中使电平衰减的情况下，利用系数部51的系数相乘运算，使增益计算部52的输入电平向图3中的左方偏移。另一方面，在扬声器2中对电平进行放大的情况下，使增益计算部52的输入电平向图3中的右方偏移。如上所述，各个压縮电路具有非线性的输入输出电平特性，在这里，其特征在于同时执行非线性处理和校正处理。由此，可以防止加法运算电路30中的溢出，并且提高输出信号OUT的S/N比。图4表示在非线性处理后进行校正处理的音频处理装置200的结构。将该音频处理装置200作为对比例，对本实施例所涉及的音频处理装置100的特征及优点进行说明。在图4中示出的音频处理装置200由音频处理电路3和扬声器2构成。音频处理电路3具有分频电路10、压縮电路单元40、增益乘法运算部Gl至G6、以及加法运算电路30。压縮电路单元40具有多个压縮电路(即第ll压縮电路Ull至第16压縮电路U16)，它们与分频电路10所包含的BPF1至BPF6分别对应地进行连接。第11压縮电路Ull至第16压縮电路U16分别具有从图2示出的结构中去除系数部51后的结构，对由对应的带通滤波器(BPF)生成的第1音频信号实施非线性处理，生成第3音频信号。增益乘法运算部G1至G6例如由均衡器构成，与第11压縮电路Ull至第16压縮电路U16对应地进行连接。向增益乘法运算部Gl至G6中供给所述的控制信号CTL。各增益乘法运算部将由对应的压縮电路生成的第3音频信号乘以控制信号CTL所指定的系数，生成第2音频信号。利用增益乘法运算部Gl至G6进行的系数乘法运算，是用于对扬声器2的频率特性进行校正而执行的，具体地说，以抵消扬声器2中的电平增减量的方式执行。这样，音频处理装置200使用增益乘法运算部Gl至G6执行校正处理。加法运算电路30对通过增益乘法运算部Gl至G6生成的多个第2音频信号相加而生成输出信号OUT。表1<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>表1示出扬声器2的频率特性的一个例子，在对其实施校正处理的情况下，增益乘法运算部Gl以+10dB放大第3音频信号，增益乘法运算部G2以+5dB放大第3音频信号，增益乘法运算部G3以0dB放大第3音频信号，增益乘法运算部G4以+5dB放大第3音频信号，增益乘法运算部G5以+7dB放大第3音频信号，增益乘法运算部G6以+10dB放大第3音频信号。由此，在音频处理电路3中对各频带的音频信号与扬声器2的电平衰减量相应地进行放大。由此，抑制(去除)从扬声器2进行实际放音的声音中的扬声器2固有的频率特性的影响。但是，根据音频处理装置200的扬声器2的频率特性，有可能使增益乘法运算部Gl至G6的输出电平过高。另外，在利用模拟电路构成加法运算电路30的情况下，如果增益乘法运算部的输出电平过高，则输出信号OUT会被削波(clipping)。在利用数字电路构成加法运算电路30的情况下，如果增益乘法运算部的输出电平过高，则会发生溢出，与模拟电路相同地使输出信号OUT削波。其结果，输出信号OUT产生失真，音质劣化。另外，即使增益乘法运算部的输出电平位于加法运算电路30的动态范围内，有时也会由于后段的扬声器2的频率特性而产生失真。通过降低输入至各增益乘法运算部的第3音频信号电平，可以解决上述的问题点，但如果降低第3音频信号的电平，则输出信号OUT的S/N比下降。该情况在输入信号IN为小振幅的情况下产生问题。另外，该问题无论压縮电路是模拟电路还是数字电路都相同地发生。在利用模拟电路构成压縮电路的情况下，与输入信号电平相比，噪声电平(例如晶体管的热噪声或从电源进入的噪声的电平)产生问题。在利用数字电路构成压縮电路的情况下，数字音频数据的位的舍入误差(roundingerror)产生问题。与作为对比例的音频处理装置200相比，在本实施例所涉及的音频处理装置100中，在压縮电路中执行非线性处理和校正处理。具体地说，通过系数部51对由电平检测部50检测出的第1音频信号电平进行校正，基于该校正后的电平，通过增益计算部52计算向第1音频信号赋予的增益，乘法运算部53对第1音频信号乘以计算出的增益而生成第2音频信号。增益计算部52根据图3所示的非线性的输入输出电平特性决定增益。S卩，对于第1音频信号电平较高的部分，减小增益并压縮动态范围。由此，即使利用压縮电路进行校正处理，也可以抑制在加法运算电路30中产生溢出。特别地，在图3所示的输入输出特性中，由于第2音频信号电平抑制为不会超过UCL值，因此，从第1压縮电路Ul至第6压縮电路U6输出的第2音频信号的最大电平是确定的。因此，通过考虑最大电平而设定加法运算电路30的动态范围，可以可靠地防止由输出信号OUT的削波导致发生失真。另外，即使输入信号IN为小振幅，也由于本实施例不需要进一步衰减其电平，因此不会导致S/N比下降。下面，着眼于与BPF6对应的信号通路，对音频处理装置100与音频处理装置200之间的使用效果的差异进行说明。在这里，在图5和表2中示出第6压縮电路U6的非线性处理所涉及的输入输出电平特性、第16压縮电路U16的输入输出电平特性、以及增益乘法运算部52的输入电平-增益特性。在图5中，作为声压电平的分贝计数使用单位"dBSPL"，将HTL值与HTLJiigh值之间的差值设为40dB，另外，HTL值为_5dB，UCL值为100dB。<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>首先，说明由电平检测部50检测出的电平为60dBSPL的情况。在对比例所涉及的音频处理装置200的音频处理电路3中，由第16压縮电路U16的增益计算部52算出的增益为15.2dB。由此，如果扬声器2的频率特性是平坦的，则从音频处理电路3输出的声压为60+15.2=75.2dBSPL。根据表1，由于增益乘法运算部G6与扬声器2在4kHz下的频率特性衰减量(10dB)相应地提高增益，所以音频处理电路3的输出声压成为75.2+10-10=75.2dBSPL。这示出通过音频处理电路3对扬声器2的频率特性以高精度进行校正。与此相对，对于本实施例所涉及的音频处理装置100的音频处理电路1所输出的声压，如果扬声器2的频率特性是平坦的，则第6压縮电路U6的增益计算部52的输入电平为60dBSPL，由该增益计算部52算出的增益为15.2dB，因此，上述声压成为60+15.2=75.2dBSPL。根据表1，系数部51与扬声器2在4kHz下的频率特性的衰减量(10dB)相应地针对由电平检测部50检测出的电平使增益下降，因此增益计算部52的输入电平为60-10=50dBSPL，由增益计算部52算出的增益为19dB，其结果，音频处理电路1的输出声压成为60+19-10=69dBSPL。这示出音频处理电路1以比所述音频处理电路3低的某种程度的精度，对扬声器2的频率特性进行校正。下面，说明由电平检测部50检测出的电平为100dBSPL的情况。在对比例所涉及的音频处理装置200的音频处理电路3中，由第16压縮电路U16的增益计算部52算出的增益为0dB。如果扬声器2的频率特性是平坦的，则音频处理电路3的输出声压为100+0=100dBSPL。根据表1，由于增益乘法运算部G6与扬声器2在4kHz下的频率特性的衰减量(10dB)相应地提高增益，所以音频处理电路3的输出声压成为100+10-10=100dBSPL。这示出音频处理电路3对扬声器2的频率特性以高精度进行校正，但另一方面，表示作为各个增益乘法运算部、加法运算电路30以及扬声器2，需要使用可以处理与110dBSPL相当的高电平信号的高性能电路。与此相对，对于本实施例所涉及的音频处理装置100的音频处理电路1的输出声压，如果扬声器2的频率特性是平坦的，则第6压縮电路U6的增益计算部52的输入电平为100dBSPL，另外，由增益计算部52算出的增益为OdB，因此，上述输出声压为100+0=100dBSPL。根据表1，由于系数部51与扬声器2在4kHz下的频率特性的衰减量(10dB)相应地使由电平检测部50检测出的电平下降，因此增益计算部52的输入电平为100-10=90dBSPL，由于增益计算部52算出的增益为3.8dB，因此音频处理电路1的输出声压成为100+3.8-10=93.8dBSPL。这示出音频处理电路1以比所述音频处理电路3低的某种程度的精度，对扬声器2的频率特性进行校正。另外，表示作为乘法运算部53以及扬声器2，可以使用对与103.8dBSPL相当的电平信号进行处理的电路而构成。此外，本实施例中的各个压縮电路执行的非线性处理包含了电平限制、压縮放大和线性放大，但并不必须限定于此。另外，在本实施例中，作为将其输出信号OUT变换为声音的单元，例示了扬声器2，但并不必须限定于此。S卩，本发明并不限于本实施例，包含可以基于权利要求书对本发明的限定及应解决的课题而掌握的各种设计实例。下面，参照图6说明本实施例的变形例。图6是表示本实施例的变形例所涉及的音频处理电路4的结构的框图。与本实施例所涉及的音频处理电路1相同地，变形例所涉及的音频处理电路4对输入信号IN实施音频处理，生成输出信号0UT。与音频处理电路1在时域内执行音频处理相比，音频处理电路4在频域内执行音频处理。音频处理电路4具有傅立叶变换部60、频带选择部1至频带选择部6、电平检测部61至66、系数部71至76、增益计算部81至86、增益插补部70、乘法运算部80以及傅立叶逆变换部90。音频处理电路4包含6个系统的电路结构，频带选择部1、电平检测部61、系数部71和增益计算部81串联连接，频带选择部2、电平检测部62、系数部72和增益计算部82串联连接，……，频带选择部6、电平检测部66、系数部76和增益计算部86串联连接。傅立叶变换部60通过对输入信号IN进行傅立叶变换(例如快速傅立叶变换)，而将时域信号变换为频域信号。各频带选择部从傅立叶变换后的输入信号IN中选择规定频带的信号进行输出。换句话说，各频带选择部对规定频带的输入频谱进行计算。即，傅立叶变换部60和频带选择部1至频带选择部6实现与图1中示出的分频电路10相当的功能。电平检测部61至66分别相当于图2中示出的电平检测部50，对规定频带选择电路的输出信号的平均电平进行检测(计算)。向系数部71至76中供给控制信号CTL1至CTL6，将电平检测部61至66的检测电平乘以由该控制信号CTL1至CTL6指定的系数。在这里，系数部71至76执行系数乘法运算，以对扬声器2的频率特性进行校正。即，系数部71至76相当于图2中示出的系数部51。增益计算部81至86分别相当于图2中示出的增益计算部52，基于系数部71至76的输出信号和增益表(未图示)计算增益。在这里，增益计算部81至86可以参照共用的增益表或单独的增益表。在本变形例中，从提高精度的角度出发，使增益计算部81至86参照单独的增益表。增益插补部70对由增益计算部81至86算出的增益进行插补，计算与整个频域的信号(即频域的输入信号IN)相对的增益。下面说明该"插补"。增益计算部81至86对与各个特定频带相对的增益进行计算，在整个频域中，仅对与6个特定频率成分对应的增益进行了计算。但是，在输入信号IN中含有除了6个特定频率成分之外的频率成分。因此，在本变形例中，对于频域的输入信号IN，将与6个频率成分相对的增益进行线性插补，从而对与整个频域的输入信号IN相对的增益进行计算。乘法运算部80相当于图2中示出的乘法运算部53，对频域的输入信号IN乘以由增益插补部70算出的增益。傅立叶逆变换部90对乘法运算部80的输出信号实施傅立叶逆变换，从而将频域的输出信号变换为时域的输出信号0UT。S卩，音频处理电路4中的电平检测部61至66、系数部71至76、增益乘法运算部81至86、增益插补部70、乘法运算部80以及傅立叶逆变换部90相当于所述音频处理电路1的压縮电路单元20。此外，在具有本变形例所涉及的音频处理电路4的音频处理装置中，不需要加法运算电路30。最后，本发明并不限于本实施例和变形例等，包含对所附的权利要求书所示的音频处理技术进行具体化的各种设计例。权利要求一种音频处理电路，其特征在于，具有分频电路，其将输入信号分割为多个频带，生成多个第1音频信号；多个压缩电路，其对前述多个第1音频信号实施非线性处理，生成多个第2音频信号；以及加法运算电路，其将前述多个第2音频信号相加而生成输出信号，前述多个压缩电路各自对第1音频信号乘以基于规定系数确定的增益，生成第2音频信号。2.根据权利要求l所述的音频处理电路，其特征在于，所述系数是从外部指定的。3.根据权利要求l所述的音频处理电路，其特征在于，前述多个压縮电路各自具有电平检测部，其检测前述第1音频信号的电平；系数部，其对前述检测到的电平乘以规定系数；增益确定部，其基于该系数部的乘法运算结果确定增益；以及乘法运算部，其对前述第1音频信号乘以前述所确定的增益，生成前述第2音频信号。4.根据权利要求l所述的音频处理电路，其特征在于，前述多个压縮电路各自具有存储部，其可刷新地存储规定系数。5.—种音频处理装置，其特征在于，具有音频处理电路和用于将输出信号变换为声音的扬声器，其中，该音频处理电路具有分频电路，其将输入信号分割为多个频带，生成多个第1音频信号；多个压縮电路，其对前述多个第1音频信号实施非线性处理，生成多个第2音频信号；以及加法运算电路，其将前述多个第2音频信号相加而生成输出信号，前述多个压縮电路各自对第1音频信号乘以基于规定系数确定的增益，生成第2音频信号，规定系数设定为用于对前述扬声器的频率特性进行校正。6.—种音频处理方法，其特征在于，将输入信号分割为多个频带，生成多个第1音频信号，对前述多个第1音频信号实施非线性处理，生成多个第2音频信号，将前述多个第2音频信号相加而生成输出信号，在所述非线性处理中，对第1音频信号乘以基于第1音频信号的电平和规定系数而确定的增益，生成第2音频信号。全文摘要本发明涉及一种音频处理电路、音频处理装置和音频处理方法。音频处理电路具有分频电路，其将输入信号分割为多个频带，生成多个第1音频信号；多个压缩电路，其对多个第1音频信号实施非线性处理，生成多个第2音频信号；以及加法运算电路，其将多个第2音频信号相加而生成输出信号。各个压缩电路对第1音频信号乘以基于规定系数确定的增益，生成第2音频信号。由此，可以对将输出信号变换为声音的扬声器的频率特性进行校正。另外，无需使用高性能电路，不使S/N比劣化并抑制失真，由此，可以生成听觉音响性优异的音频信号。文档编号G10L21/00GK101727907SQ200910209920公开日2010年6月9日申请日期2009年10月29日优先权日2008年10月29日发明者仁田直树申请人:雅马哈株式会社