专利名称：生成和控制用于音频信号的数字混响的方法和系统的制作方法
生成和控制用于音频信号的数字混响的方法和系统
本申请是申请日为2007年2月14日、申请号为200710085235. 5、发明名称为“生成和控制用于音频信号的数字混响的方法和系统”的专利申请的分案申请。技术领域
本发明一般涉及数字音频信号处理技术，更具体地，涉及数字音频信号处理方法和具有用于生成和控制音频信号的人工混响的混响设备的系统，其中，该混响设备具有统 ー结构，并生成具有从真实环境提取出来的特性的人工混响。
背景技术：
人工混响技术常用于单调的音频内容，以模拟在真实环境中的效果。在许多应用 (如头戴式受话器和扬声器回放)中，添加人工混响来使听众产生置身于真实环境之中的感觉。
本质上，混响是源于真实环境中(如在房间内)的各种反射的回声。产生混响的理想方法是将音频信号与期望环境的脉冲响应进行卷积。在实际中，这种方法的计算量很大。在数字信号处理应用中，需要占用巨大的计算和存储资源来实施该方法。为降低成本， 美国专利5317104公开了ー种电子声音处理器，该处理器通过将随机的白噪声与单调音频信号进行卷积来模拟混响的后期部分而创建混响。
已提出ー些方法来模拟精确的混响效果，或仅创建显著的信号。大多数算法使用具有延迟线的反馈回路，有时还结合了全通滤波器。美国专利4181820公开了ー种电子混响装置，该装置包括多个具有不同延迟时间的回路，并适于形成強度逐渐减弱的声音重复， 其中，这些回路设有抽头，且各抽头均具有与之相关的特定的延迟时间。美国专利5621801 公开了ー种混响效果提供系统，该系统包括多个具有信号延迟线和反馈回路的梳状滤波器，其中，上述反馈回路用于对来自延迟线的经过延迟的信号进行滤波，并将滤波后的信号以可变的回路増益反馈至输入侧。这种反馈系统的缺点在干，它们将形成共振，从而造成声染色。在某些算法中，通过相移或时变延迟线克服了这些问题，但这些算法又引入了某些不希望的变调效果。參见美国专利4955057、5740716。某些方法仅使用延迟线和前馈回路，并在延迟线的不同位置处设置抽头。參见美国专利5555306。某些其他算法将混响分成前期部分和后期部分，并分别独立地生成这些部分。參见美国专利5040219、5146507。这将导致边界处回声密度的突然増加，而在自然环境中不是这样的。发明内容
因此，本发明的ー个方面提供了ー种混响发生器，该发生器用于在数字音频信号处理系统中生成数字音频信号输入的混响，以模拟真实环境。在一个实施例中，该混响发生器包括用于接收所述数字音频信号输入的输入装置；用于生成包含所述数字音频信号输入和混响的数字音频信号输出的求和装置；电子地连接到所述输入装置和求和装置的数字音频信号直接路径，用于直接发送所述数字音频信号输入；多个以级联方式配置的用于产生混响的前馈回路；其中，所有前馈回路的输出均电子地连接到所述求和装置；其中，第一前馈回路电子地连接到所述输入装置，以接收所述输入；且所述第一前馈回路的输出馈入所述求和装置，同时作为输入馈入第二前馈回路；且其中所述第二前馈回路的输出馈入所述求和装置和第三前馈回路，依此类推；从而，所述多个前馈回路生成了与所述数字音频信号输入结合来产生模拟真实环境的所述数字音频信号输出的所述混响。
本发明的另ー个方面提供了ー种用于为数字音频信号输入生成和控制模拟真实环境的混响的数字音频信号处理系统。在一个实施例中，该数字音频信号处理系统包括数字I/O接ロ，用于输入和输出数字音频信号；电子地连接到该数字I/O接ロ的控制单元，用于接收数字音频输入信号；以及如上所述的电子地连接到控制单元的混响发生器；其中， 控制单元提取真实环境中的数字音频信号的混响特性；其中，该提取的混响特性将控制混响发生器的配置，以生成数字音频输入信号的混响来模拟真实环境。在另ー个实施例中，控制单元提取以下混响特性最終回声密度、建立回声密度的速率、回声的总能级的衰减速率以及高频信号和低频信号的差动衰减速率。
本发明的又ー个方面提供了ー种产品，该产品能生成数字音频信号的混响来模拟真实环境。该产品包括计算机可读介质，该介质具有用于存储文件和程序的存储域，以及使得所述产品能执行所述计算机程序的计算机可执行域；如上所述的数字音频信号处理系统，用于为数字音频信号输入生成和控制模拟真实环境的混响，其中，该数字音频信号处理系统包含在上述计算机可读介质中。在另ー个实施例中，该产品包括MP3播放器、手机、便携式播放器、TV、DVD播放器，等等。
本发明的又ー个方面提供了ー种用于为数字音频信号生成混响来模拟真实环境的方法。在一个实施例中，该方法包括以下操作提取数字音频信号在真实环境中的混响特性；将该提取的混响特性转换成用于具有多个以级联方式配置的前馈回路的混响发生器的控制參数；使用上述控制參数控制所述混响发生器来生成所述混响。
本发明的ー个或多个方面的各种实施例包括
上述各前馈回路包含増益、延迟线、全通滤波器和低通滤波器。
上述全通滤波器包括输入加法器，用于将全通滤波器的输入和来自延迟线的反馈进行累加，其中，在功能配置上，上述延迟线处于上述输入加法器的下游；具有反馈放大器(_a)的反馈回路，用于将上述延迟线的输出作为至上述输入加法器的上述反馈；具有放大器(a)的前馈回路，该回路电子地连接到上述输入加法器；输出加法器，用于将来自所述延迟线和所述前馈回路的输出进行累加。
上述放大器的_a和a的值处于0. 6和0. 7之间。
第一全通滤波器中的延迟线长度最好等于第一回声和第二回声之间的延迟时间。
所有延迟线和全通滤波器的长度最好为素数。
除第一全通滤波器外的所述全通滤波器中的延迟线长度按以下等式计算
APn+1 ^ APn*y
其中，APn表示第n全通滤波器中的延迟线长度；y表示环境系数；且I的值处于 I. I至I. 5之间。
上述第一回路中的延迟线最好等于直接信号和该信号的第一回声之间的迟延时间。
除上述第一回路外的任何回路中的延迟线长度按以下等式计算
DLn11 ≈ DLn*x
其中，DLn表示第n回路中的延迟线长度；x表示环境系数；且x的值处于I. I至I.5之间。
最好通过数字信号处理中的环形缓冲器来实现上述前馈回路和全通滤波器中使用的延迟线。
上述增益按以下等式计算
权利要求
1.一种混响发生器，用于在数字音频信号处理系统中生成数字音频信号输入的混响，以模拟真实环境，该混响发生器包括 用于接收所述数字音频信号输入的输入装置； 用于生成包含所述数字音频信号输入和混响的数字音频信号输出的求和装置； 电子地连接到所述输入装置和求和装置的数字音频信号直接路径，用于直接发送所述数字音频信号输入； 多个以级联方式配置的用于产生混响的前馈回路；其中，所有前馈回路的输出均电子地连接到所述求和装置；其中，第一前馈回路电子地连接到所述输入装置，以接收所述输A ;且所述第一前馈回路的输出馈入所述求和装置，同时作为输入馈入第二前馈回路；且其中所述第二前馈回路的输出馈入所述求和装置和第三前馈回路，依此类推；从而，所述多个前馈回路生成了与所述数字音频信号输入结合来产生模拟真实环境的所述数字音频信号输出的所述混响。
2.根据权利要求I所述的混响发生器，其中，各前馈回路包含增益、延迟线、全通滤波器和低通滤波器。
3.根据权利要求2所述的混响发生器，其中，所述全通滤波器包括 输入加法器，用于将所述全通滤波器的输入和来自所述全通滤波器的延迟线的反馈进行累加，其中，在功能配置上，所述全通滤波器的所述延迟线以电子方式处于所述输入加法器的下游； 具有反馈放大器(_a)的反馈回路，用于将所述全通滤波器的所述延迟线的输出作为至所述输入加法器的所述反馈； 具有放大器(a)的前馈回路，该回路电子地连接到所述输入加法器； 输出加法器，用于将来自所述全通滤波器的所述延迟线和所述前馈回路的输出进行累加。
4.根据权利要求3所述的混响发生器，其中，所述放大器的_a和a的绝对值处于0.6和0. 7之间。
5.根据权利要求3所述的混响发生器，其中，第一全通滤波器中的延迟线的长度等于第一回声和第二回声之间的延迟时间。
6.根据权利要求3所述的混响发生器，其中，所有延迟线和全通滤波器的长度为素数。
7.根据权利要求3所述的混响发生器，其中，除第一全通滤波器外的所述全通滤波器中的延迟线的长度按以下等式计算APn+1 ^ APn*y 其中，APn表示第n全通滤波器中的延迟线的长度；y表示环境系数；且7的值处于I. I至I. 5之间。
8.根据权利要求2所述的混响发生器，其中，所述第一回路中的延迟线等于直接信号和该信号的第一回声之间的迟延时间。
9.根据权利要求8所述的混响发生器，其中，除所述第一回路外的任何回路中的延迟线的长度按以下等式计算DLlrt ^ DLn*x 其中，DLn表示第n回路中的延迟线的长度；x表示环境系数；且1的值处于I. I至I. 5之间。
10.根据权利要求3所述的混响发生器，其中，通过数字信号处理中的环形缓冲器来实现所述前馈回路和全通滤波器中使用的延迟线。
11.根据权利要求2所述的混响发生器，其中，所述增益按以下等式计算G +1 =Gn Jf *DL +1 其中，Gn表示第n回路的增益，且DLn表示第n回路中的延迟线的长度，E表示回声的能量而t表示时间。
12.根据权利要求11所述的混响发生器，其中，所述第一回路的增益值在0.2至0. 5之间变化；且随后各回路中的增益值在I至2之间变化。
13.根据权利要求3所述的混响发生器，其中，所述低通滤波器是FIR和IIR滤波器。
14.根据权利要求3所述的混响发生器，其中，所述低通滤波器是一阶IIR滤波器。
全文摘要
本发明涉及生成和控制用于音频信号的数字混响的方法和系统。本发明提供了一种数字音频信号处理系统，该系统包括一组延迟线以及全通和低通滤波器来实现混响效果。本发明还提供了一种产生和控制音频信号的数字混响的方法。生成的混响在时域内将具有增加的回声密度，且高频信号比低频信号衰减得更快。通过提取真实环境特性实现了混响生成的控制机制。
文档编号H04S1/00GK102638757SQ201210099419
公开日2012年8月15日 申请日期2007年2月14日 优先权日2006年2月14日
发明者S·乔治, 吴元 申请人:意法半导体亚太私人有限公司