[发明专利]具有在高解析音频的前响应频率下的群延迟的非线性滤波器

说明书

描述了用于减少音频信号中的前响应的声响效应的方法和装置。所述前响应通过采用数字非最小相位滤波器被有效地延迟，所述数字非最小相位滤波器包括在其z变换响应中位于单位圆外部的零点。这个零点与在单位圆内部的倒数位置处的另一个零点不成对，因为这将使相位修正线性化。滤波会引入比低频率(诸如，500Hz或甚至0Hz)下的群延迟更大的前响应频率下的群延迟。该技术可以用来减少现有音频信号中的前响应并且还预先制止将通过后续处理被引入到音频信号的前响应。

技术领域

本发明涉及在商业分销之前对音频信号的处理以改进如由消费者所听到的音质，且具体地涉及减少前响应的声响效应。

背景技术

直到大约1995年，大多数人才认为光盘(CD)的44.1kHz采样率是完全足够的。自1995年以来，‘高解析’移动已采用96kHz、192kHz或更高的采样频率，从而潜在地允许音频带宽为40kHz、80kHz或更大。自从44.1kHz的CD采样率允许近乎完美地再现高达20kHz(这是普遍认可的人耳听觉的频率上限)的音频频率以来，总是有一些关于为什么在带宽扩展中存在声响优势的疑问。

作为对这一明显悖论的可能解释，已提出了卓越的时间分辨率，且J.R.Stuart和P.G.Craven的最近的一篇论文“A Hierarchical Approach to Archiving andDistribution”(在音频工程协会大会(洛杉矶，2014年10月11日[AES预印本编号9178])上呈现)解释了这个概念并引证了支持这种观点的几个神经科学参考文献。

根据这个观点，录音和再现链的脉冲响应在时间上应尽可能紧凑。经验表明，声响前响应是特别不期望的，且上文引用的参考文献呈现了关于为什么产生这种情况的争论。

要么已普遍使用提供44.1kHz输出的过采样模拟-数位转换器来产生在44.1kHz处所存储的许多现有录音，要么对以更高采样率产生的录音明确地进行下采样以产生在44.1kHz下所存储的许多现有录音。两种情况下都需要滤波，并且直到最近才普遍认为更好的是使用线性相位滤波。不幸的是，线性相位滤波总是引入前响应。

在以诸如88.2kHz或更高的采样率产生的录音的情况下，可以通过“变迹”来减少前响应，如在Craven,P.G.的“Antialias filters and System Transient Response atHigh Sample rates”(音频工程学会杂志，第52卷，第3期，第216页至242页，2004年3月)中所描述。

通常，88.2kHz采样系统将具有在40kHz或稍高的频率处陡然截止的抗混叠滤波器。论文中所提议的解决方案是‘变迹’，即，滤波器更平缓地在20kHz或稍微更高的频率处开始并逐渐减小大约40kHz到零点。高于40kHz的锐频带边沿由此再现为无害的，因为变迹滤波器已去除了在将引发嗡嗡声或前响应的频率处的信号能量。仍然有来自变迹滤波器自身的某些前响应和/或后响应，但这在时间上会短得多，因为其过渡带(从20kHz到40kHz)要宽得多。

对于44.1kHz录音来说，情形要不利得多。对于这些录音来说，已普遍认为使用下采样或抗混叠滤波器是理想的，其中响应持平到20kHz，然后到22.05kHz的奈奎斯特频率时锐截止到基本上零点。因此，变迹滤波器不可能将响应平缓地逐渐减小直至锐截止滤波器的频率时减小到零点，除非变迹滤波器在更低的频率(诸如，15kHz)处开始逐渐减小，而所述频率普遍认为是不可接受的。有时，有可能通过在20kHz处开始滚降的滤波器来改进声音，但一般地存在这样的危险：受约束的变迹器因此将简单地用一个几乎一样锐利且处于稍低频率处的带边来代替另一个带边。

因此，需要一种改进的或替代的技术来最小化前响应的不期望的声响效应，尤其是对于已以相对低的采样率(诸如，44.1kHz)存储或将以相对低的采样率(诸如，44.1kHz)传输的信号来说。

发明内容