[发明专利]音频重放的自适应环境噪声补偿

说明书

相关申请的交叉引用

本发明要求2009年4月9日递交的、发明人为Walsh等人的美国临时专利申请系列号61/322,674的优先权，该美国临时专利申请序列号61/322,674通过引用被结合于此。

技术领域

本发明涉及音频信号处理，更具体地，涉及音频信号的感知声音响度和/或感知频谱平衡的测量和控制。

背景技术

不断增长的通过各种无线通信装置随处访问内容的需求已产生配备高级视听处理设备的技术。在这方面，电视机、计算机、膝上型计算机、移动电话等已使个人能够一边在各种动态环境，比如飞机、汽车、饭店和其它公共和私人场所中漫步，一边观看多媒体内容。这些和其它这样的环境与使得难以舒适地收听音频内容的相当大的环境或背景噪声相关联。

结果，要求消费者响应于喧闹的背景噪声而人工调整音量级。这种处理不仅令人厌烦，而且还无效(如果以适当音量第二次重放内容的话)。此外，响应于背景噪声人工增大音量并不可取，因为稍后当背景噪声渐渐消失时，必须人工降低音量，以避免听到剧烈高的声音。

于是，在现有技术中，存在对改进的音频信号处理技术的需要。

发明内容

按照本发明，提供环境噪声补偿方法、系统和设备的多个实施例。环境噪声补偿方法以收听者的生理学和神经心理学为基础，包括耳蜗模拟和部分响度掩蔽原理（loudness masking principal）的公知方面。在环境噪声补偿方法的各个实施例中，系统的音频输出被动态均衡，以补偿环境噪声，比如源于空调器、真空吸尘器等的环境噪声，否则所述环境噪声会(可听见地)掩蔽用户正在收听的音频。为了实现这一点，环境噪声补偿方法利用声反馈路径的模型来估计有效音频输出和麦克风输入，以测量环境噪声。系统随后利用心理声学耳朵模型比较这些信号，并计算频率相关增益，所述增益把有效输出保持在足够的水平，以防止掩蔽。

环境噪声补偿方法模拟整个系统，从而提供音频文件的重放、主音量控制和音频输入。在一些实施例中，环境噪声补偿方法还提供初始化声反馈的内部模型的自动校准程序，以及稳态环境(当不应用增益时的)的假定。

在本发明的一个实施例中，提供一种修改音频源信号以补偿环境噪声的方法。所述方法包括以下步骤：接收音频源信号；把音频源信号解析成多个频带；从音频源信号频带的幅值计算功率谱；接收具有信号分量和残余噪声分量的外部音频信号；把外部音频信号解析成多个频带；根据外部音频信号频带的幅值，计算外部功率谱；预测外部音频信号的预期功率谱；根据预期功率谱和外部功率谱之间的差异，得出残余功率谱；以及把增益应用于音频源信号的每个频带，所述增益是利用预期功率谱和残余功率谱的比值确定的。

预测步骤可包括音频源信号和相关的外部音频信号之间的预期音频信号路径的模型。所述模型根据具有参考音频源功率谱和相关的外部音频功率谱的函数的系统校准来进行初始化。所述模型还包括在没有音频源信号的情况下测量的外部音频信号的环境功率谱。所述模型可包含音频源信号和相关的外部音频信号之间的时间延迟的测量。可根据音频源幅值谱和相关的外部音频幅值谱的函数，不断改变所述模型。

可以平滑音频源频谱功率，使得正确地调整增益。优选的是利用泄漏积分器，平滑音频源频谱功率。对映射在扩展权重阵列上的频谱能量带应用耳蜗激励扩展函数，所述扩展权重阵列具有多个网格元素。

在备选实施例中，提供一种修改音频源信号以补偿环境噪声的方法。所述方法包括以下步骤：接收音频源信号；把音频源信号解析成多个频带；从音频源信号频带的幅值计算功率谱；预测外部音频信号的预期功率谱；根据保存的剖面，查找残余功率谱；和对音频源信号的每个频带应用增益，所述增益是利用预期功率谱和残余功率谱的比值确定的。

在备选实施例中，提供一种修改音频源信号以补偿环境噪声的设备。所述设备包括接收音频源信号并把音频源信号解析成多个频带的第一接收器处理器，其中从音频源信号频带的幅值计算功率谱；接收具有信号分量和残余噪声分量的外部音频信号并把外部音频信号解析成多个频带的第二接收器处理器，其中从外部音频信号频带的幅值计算外部功率谱；和预测外部音频信号的预期功率谱，并根据预期功率谱和外部功率谱之间的差异得出残余功率谱的计算处理器，其中把增益应用于音频源信号的每个频带，所述增益是利用预期功率谱和残余功率谱的比值确定的。

结合附图，参考下面的详细说明，可最好地理解本发明。

附图说明

参考下面的说明和附图，将更好地理解这里公开的各个实施例的这些和其它特征及优点，附图中，相同的附图标记指的是相同的部分，其中：