Способ и устройство для обработки звукового сигнала

Способ и устройство для обработки звукового сигнала

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Область техники

Изобретение относится к устройству для обработки звуковых сигналов и, в частности, к устройству для обработки звуковых сигналов в мобильных устройствах.

Предпосылки создания изобретения

Электронные устройства и, в частности, мобильные или портативные электронные устройства могут быть оснащены встроенным микрофонным устройством или подходящими входами для приема звукового сигнала от микрофона. Это делает возможным сбор и обработку соответствующих звуковых сигналов для их последующей обработки, кодирования, хранения или передачи в другие устройства. Например, телефоны сотовой связи могут иметь микрофонное устройство, сконфигурированное для формирования звукового сигнала в формате, подходящем для обработки и передачи через систему сотовой связи в другое устройство, а сигнал в упомянутом другом устройстве может затем декодироваться и передаваться в подходящее устройство для прослушивания, такое как головной телефон или громкоговоритель. Аналогично, некоторые мультимедийные устройства оснащены монофоническим или стереофоническим микрофонным устройством для захвата звуковых сигналов эпизодов для более позднего воспроизведения или передачи.

Электронное устройство может также содержать микрофонное устройство или входы для приема звуковых сигналов от одного или более микрофонов и может выполнять обработку перед кодированием для уменьшения шума. Например, аналоговый сигнал может быть преобразован в цифровой формат для дальнейшей обработки.

Эта предварительная обработка может требоваться при попытке записи звуковых сигналов полного спектрального диапазона от далекого источника звукового сигнала, когда полезные сигналы могут быть слабы по сравнению с фоновыми шумами или помехами. Некоторые шумы являются внешними для записывающего устройства и могут быть известны как стационарный акустический фоновый шум или шум окружающей среды.

Типичными источниками такого стационарного акустического фонового шума являются вентиляторы, такие как установки кондиционирования воздуха, вентиляторы проекторов, вентиляторы компьютеров или другие машины. Примерами шума машин являются шум бытовых машин, таких как стиральные машины и посудомоечные машины, шум транспортных средств, например шум уличного движения. Кроме того, источниками помех могут быть другие люди в ближайшем окружении, например гул от людей по соседству с записывающим устройством на концерте, или естественные шумы, такие как шум деревьев от ветра.

Другой вид мешающего шума может быть внутренним по отношению к системе. Схема подавления шума обычно работает в частотной области с использованием быстрого преобразования Фурье (Fast Fourier Transform, FFT) для получения достаточной разрешающей способности по частоте. Так как широкополосные сигналы имеют двойное число отсчетов по сравнению с узкополосными сигналами (обычно для речевых приложений мобильных устройств частота дискретизации 8 кГц определена для узкополосных сигналов, а частота дискретизации 16 кГц определена для широкополосных сигналов), длина FFT-преобразования должна быть удвоена. Это приблизительно удваивает объемы вычислений и памяти, необходимые для обработки широкополосных звуковых сигналов, но вследствие обработки с фиксированной точкой не может быть обеспечен тот же уровень точности FFT-преобразования, обеспечиваемый при обработке узкополосных сигналов.

Ограниченная точность звуковых сигналов производит также шум квантования. Шум квантования, если он существенен, становится слышимым и делает прослушивание сигнала неприятным и раздражающим. В речевых системах это имеет место, например, когда звуковые сигналы обрабатываются как широкополосные сигналы (другими словами, имеющие частоту дискретизации 16 кГц), но при этом имеют только узкополосный контент (другими словами, нет существенного контента выше 4 кГц). Эта ситуация в общем игнорировалась, поскольку предполагалось, что она будет встречаться нечасто, но реализованные системы показали, что такая ситуация может случаться весьма часто. Например, если телефон, осуществляющий широкополосное соединение, соединен со вспомогательным устройством Bluetooth, которое является узкополосным, то тогда только узкополосный контент переносится посредством широкополосного соединения. Кроме того, было замечено, что шум квантования может быть слышимым, даже когда обрабатываемые сигналы являются действительно широкополосными сигналами.

Хотя возможно использовать преобразование FFT с лучшим качеством для достижения частичного решения этой проблемы, было замечено, что невозможно решить проблему, используя лишь одно преобразование FFT, без использования существенного объема памяти и мощности обработки и, следовательно, без оказания существенного влияния на питание от батареи и стоимость для мобильных устройств.

В качестве основы обработки предлагалось использование двухканальных банков фильтров анализа-синтеза, которые делят широкополосный сигнал на два сигнала: низкочастотный и высокочастотный. Однако обычно используется децимация полос высоких и низких частот с компенсацией искажений, вызванных наложением спектров.

Обработка звуковых сигналов должна удовлетворять следующим критериям:

1. Качество звукового сигнала (звуковой сигнал не должен искажаться).

2. Память (банк фильтров не должен требовать больших объемов памяти для хранения конфигурации банка фильтров, другими словами, фильтр не должен требовать хранения большого числа значений).

3. Вычислительная сложность (банк фильтров не должен быть настолько сложным, чтобы требовать значительной производительности процессора и увеличивать потребление мощности от батареи для мобильного устройства или аналогичного устройства).

4. Задержка (не должно быть значительной задержки при обработке, поскольку она может влиять на связь).

Известные технологии обычно создают значительный шум квантования или при подходящей сложности вычислений и объеме памяти не могут обеспечить достаточное качество для широкополосной речи. Другие подходы, как известно, требуют, чтобы для низких частот были установлены очень узкие полосы в фильтрах. Чтобы получить достаточную разрешающую способность по частоте на низких частотах, потребовалось бы много фильтров, которые будут дорогими как в отношении памяти, так и в отношении вычислительной мощности. Другие подходы создают значительные задержки и имеют недостаточную разрешающую способность по частоте для сигналов полосы высоких частот.

Сущность изобретения

Изобретение основано на том, что может быть сконфигурирована улучшенная структура банка фильтров для обеспечения допустимой задержки, требований к памяти и вычислительной сложности, без ухудшения качества звукового сигнала. Кроме того, структура и устройство разработаны так, чтобы помимо подавления шума, другая обработка звукового сигнала могла использовать структуру банка фильтров, что позволит сохранить вычислительные ресурсы и память в системе обработки.

Согласно первому аспекту изобретения предлагается способ, включающий: фильтрацию звукового сигнала с разделением его на по меньшей мере два сигнала полос частот и формирование, для каждого сигнала полосы частот, множества сигналов субполос; при этом для по меньшей мере одного сигнала полосы частот множество сигналов субполос формируют, используя преобразование из временной области в частотную, и по меньшей мере для одной другой полосы частот множество сигналов субполос формируют, используя банк фильтров субполос.

Преобразование из временной области в частотную может включать по меньшей мере одно из следующего: быстрое преобразование Фурье, дискретное преобразование Фурье и дискретное косинусное преобразование.

Банк фильтров субполос может быть выполнен в виде косинусно-модулированного банка фильтров.

Фильтрация звукового сигнала с разделением его на по меньшей мере два сигнала полос частот может включать высокочастотную фильтрацию звукового сигнала для получения первого из по меньшей мере двух сигналов полос частот, низкочастотную фильтрацию звукового сигнала для получения низкочастотного отфильтрованного сигнала и понижение частоты дискретизации низкочастотного отфильтрованного звукового сигнала для формирования второго из по меньшей мере двух сигналов полос частот.

Понижение частоты дискретизации низкочастотного отфильтрованного звукового сигнала для формирования второго из по меньшей мере двух сигналов полос частот выполняют с коэффициентом 2.

Способ может далее включать обработку по меньшей мере одного сигнала субполосы по меньшей мере одной полосы частот; объединение сигналов субполос для формирования по меньшей мере двух обработанных звуковых сигналов полос частот и объединение по меньшей мере двух обработанных звуковых сигналов полос частот для формирования обработанного звукового сигнала.

Обработка по меньшей мере одного сигнала субполосы по меньшей мере одной полосы частот может включать применение подавления шума по меньшей мере к одному сигналу субполосы из по меньшей мере одного сигнала полосы частот.

Объединение сигналов субполос для формирования по меньшей мере двух обработанных сигналов полос частот может включать формирование первой из по меньшей мере двух обработанных полос частот из первого множества сигналов субполос с использованием преобразования из частотной области во временную и суммирование второго множества сигналов субполос для формирования второй из по меньшей мере двух обработанных полос частот.

Первое множество сигналов субполос предпочтительно ассоциировано с множеством сигналов субполос, формируемых с использованием преобразования из временной области в частотную, а второе множество сигналов субполос предпочтительно ассоциировано с множеством сигналов субполос, формируемых с использованием банка фильтров субполос.

Объединение по меньшей мере двух обработанных звуковых сигналов полос частот для формирования обработанного звукового сигнала также может включать повышение частоты дискретизации первого из по меньшей мере двух обработанных сигналов полос частот; низкочастотную фильтрацию упомянутого первого из по меньшей мере двух обработанных сигналов полос частот с повышенной частотой дискретизации; и объединение упомянутого низкочастотного отфильтрованного первого из по меньшей мере двух обработанных сигналов полос частот с повышенной частотой дискретизации со вторым из по меньшей мере двух обработанных сигналов полос частот для формирования обработанного звукового сигнала.

Повышение частоты дискретизации первого из по меньшей мере двух обработанных сигналов полос частот предпочтительно выполняют с коэффициентом 2.

Объединение по меньшей мере двух обработанных звуковых сигналов полос частот для формирования обработанного звукового сигнала также может включать задержку второго из по меньшей мере двух обработанных сигналов полос частот так, чтобы синхронизировать низкочастотный отфильтрованный первый из по меньшей мере двух обработанных сигналов полос частот с повышенной частотой дискретизации со вторым из по меньшей мере двух обработанных сигналов полос частот.

Способ может дополнительно включать обработку сигналов субполос перед объединением по меньшей мере двух обработанных звуковых сигналов полос частот для формирования обработанного звукового сигнала, причем обработка сигналов субполос включает регулировку уровня сигналов субполос.

Способ также может включать, перед объединением по меньшей мере двух обработанных звуковых сигналов полос частот для формирования обработанного звукового сигнала, обработку сигналов субполос, включающую регулировку уровня сигналов субполос.

Способ также может включать конфигурирование фильтров, которые предпочтительно включают: первый фильтр для высокочастотной фильтрации звукового сигнала для получения первого из по меньшей мере двух сигналов полос частот, второй фильтр для низкочастотной фильтрации звукового сигнала для получения низкочастотного отфильтрованного сигнала и третий фильтр для низкочастотной фильтрации первого из обработанных сигналов полос частот с повышенной частотой дискретизации.

Конфигурирование первого множества фильтров может включать конфигурирование по меньшей мере одного параметра фильтра для первого и второго фильтров посредством минимизации энергии полосы заграждения для первого и второго фильтров только с одним искажением.

Конфигурирование первого множества фильтров может включать выполнение, для по меньшей мере одной итерации, операций конфигурирования по меньшей мере одного параметра фильтра для второго и третьего фильтров при сохранении параметров фильтра для первого фильтра постоянными и затем конфигурирование по меньшей мере одного параметра фильтра для первого и второго фильтров при сохранении параметров фильтра для третьего фильтра постоянными.

Способ также может включать обработку по меньшей мере двух полос сигналов частот перед формированием, для каждого сигнала полосы частот, множества сигналов субполос, при этом обработка по меньшей мере двух сигналов полос частот включает формирование диаграммы направленности звукового сигнала и/или адаптивную фильтрацию.

Согласно второму аспекту изобретения предлагается устройство, содержащее по меньшей мере один процессор и по меньшей мере одну память, содержащую компьютерный программный код, при этом по меньшей мере одна память и компьютерный программный код сконфигурированы для того, чтобы по меньшей мере с помощью одного процессора заставлять устройство выполнять по меньшей мере следующее: фильтрацию звукового сигнала с разделением его на по меньшей мере два сигнала полос частот и формирование, для каждого сигнала полосы частот, множества сигналов субполос, причем для по меньшей мере одного сигнала полосы частот множество сигналов субполос формируют, используя преобразование из временной области в частотную, и для по меньшей мере одной другой полосы частот множество сигналов субполос формируют, используя банк фильтров субполос.

Преобразование из временной области в частотную включает по меньшей мере одно из следующего: быстрое преобразование Фурье, дискретное преобразование Фурье и дискретное косинусное преобразование.

Банк фильтров субполос выполнен в виде косинусно-модулированного банка фильтров.

Выполнение фильтрации звукового сигнала с разделением его на по меньшей мере два сигнала полос частот также может включать выполнение устройством высокочастотной фильтрации звукового сигнала для получения первого из по меньшей мере двух сигналов полос частот; низкочастотной фильтрации звукового сигнала для получения низкочастотного отфильтрованного сигнала и понижения частоты дискретизации низкочастотного отфильтрованного звукового сигнала для формирования второго из по меньшей мере двух сигналов полос частот.

Выполнение понижения частоты дискретизации низкочастотного отфильтрованного звукового сигнала для формирования второго из по меньшей мере двух сигналов полос частот также включает выполнение устройством понижения частоты дискретизации с коэффициентом 2.

Упомянутый по меньшей мере один процессор заставляет устройство также выполнять по меньшей мере следующее: обработку по меньшей мере одного сигнала субполосы по меньшей мере одной полосы частот; объединение сигналов субполос для формирования по меньшей мере двух обработанных звуковых сигналов полос частот и объединение по меньшей мере двух обработанных звуковых сигналов полос частот для формирования обработанного звукового сигнала.

Выполнение обработки по меньшей мере одного сигнала субполосы по меньшей мере одной полосы частот также включает выполнение устройством применения подавления шума к по меньшей мере одному сигналу субполосы из по меньшей мере одного сигнала полосы частот.

Выполнение объединения сигналов субполос для формирования по меньшей мере двух обработанных сигналов полос частот также включает выполнение устройством формирования, с использованием преобразования из частотной области во временную, первой из по меньшей мере двух обработанных полос частот из первого множества сигналов субполос; и суммирование второго множества сигналов субполос для формирования второй из по меньшей мере двух обработанных полос частот.

Упомянутое первое множество сигналов субполос предпочтительно ассоциировано с множеством сигналов субполос, формируемых с использованием преобразования из временной области в частотную, а второе множество сигналов субполос предпочтительно ассоциировано с множеством сигналов субполос, формируемых с использованием банка фильтров субполос.

Выполнение объединения по меньшей мере двух обработанных звуковых сигналов полос частот для формирования обработанного звукового сигнала может также включать выполнение устройством повышения частоты дискретизации первого из обработанных по меньшей мере двух сигналов полос частот; низкочастотной фильтрации первого из по меньшей мере двух обработанных сигналов полос частот с повышенной частотой дискретизации; и объединения упомянутого низкочастотного отфильтрованного первого из по меньшей мере двух обработанных сигналов полос частот с повышенной частотой дискретизации со вторым из по меньшей мере двух обработанных сигналов полос частот для формирования обработанного звукового сигнала.

Выполнение повышения частоты дискретизации первого из по меньшей мере двух обработанных сигналов полос частот может также включать выполнение устройством повышения частоты дискретизации с коэффициентом 2.

Выполнение объединения по меньшей мере двух обработанных звуковых сигналов полос частот для формирования обработанного звукового сигнала может также включать выполнение устройством задержки второго из по меньшей мере двух обработанных сигналов полос частот так, чтобы синхронизировать низкочастотный отфильтрованный первый из по меньшей мере двух обработанных сигналов полос частот с повышенной частотой дискретизации со вторым из по меньшей мере двух обработанных сигналов полос частот.

Упомянутый один процессор может заставлять устройство также выполнять по меньшей мере обработку сигналов субполос перед объединением по меньшей мере двух обработанных звуковых сигналов полос частот для формирования обработанного звукового сигнала, при этом обработка сигналов субполос включает регулировку уровня сигналов субполос.

Упомянутый по меньшей мере один процессор может заставлять устройство также выполнять по меньшей мере конфигурирование фильтров, которые могут включать: первый фильтр для высокочастотной фильтрации звукового сигнала для получения первого из по меньшей мере двух сигналов полос частот, второй фильтр для низкочастотной фильтрации звукового сигнала для получения низкочастотного отфильтрованного сигнала и третий фильтр для низкочастотной фильтрации упомянутого первого из обработанных сигналов полос частот с повышенной частотой дискретизации.

Выполнение конфигурирования первого множества фильтров может включать выполнение устройством конфигурирования по меньшей мере одного параметра фильтра для первого и второго фильтров посредством минимизации энергии полосы заграждения для первого и второго фильтров только с одним искажением.

Выполнение конфигурирования первого множества фильтров может включать выполнение устройством, для по меньшей мере одной итерации, операций конфигурирования по меньшей мере одного параметра фильтра для второго и третьего фильтров при сохранении параметров фильтра для первого фильтра постоянными и затем конфигурирование по меньшей мере одного параметра фильтра для первого и второго фильтров при сохранении параметров фильтра для третьего фильтра постоянными.

Упомянутый один процессор может заставлять устройство также выполнять по меньшей мере следующее: обработку по меньшей мере двух сигналов полос частот перед формированием, для каждого сигнала полосы частот, множества сигналов субполос, при этом обработка по меньшей мере двух сигналов полос частот может включать формирование диаграммы направленности звукового сигнала и/или адаптивную фильтрацию.

Согласно третьему аспекту изобретения предлагается устройство, содержащее: средства фильтрации, сконфигурированные для фильтрации звукового сигнала с разделением его на по меньшей мере два сигнала полос частот, и средства обработки для формирования, для каждого сигнала полосы частот, множества сигналов субполос; при этом по меньшей мере для одного сигнала полосы частот множество сигналов субполос формируют, используя преобразование из временной области в частотную, и для по меньшей мере одной другой полосы частот множество сигналов субполос для одной другой полосы частот формируют, используя банк фильтров субполос.

Согласно четвертому аспекту изобретения предлагается устройство, содержащее: фильтр, сконфигурированный для фильтрации звукового сигнала с разделением его на по меньшей мере два сигнала полос частот; преобразователь из временной области в частотную, сконфигурированный для формирования множества сигналов субполос для по меньшей мере одного сигнала полосы частот; и банк фильтров субполос, сконфигурированный для формирования множества сигналов субполос для по меньшей мере одной другой полосы частот.

Согласно пятому аспекту изобретения предлагается машиночитаемый носитель, закодированный командами, которые при их исполнении компьютером выполняют фильтрацию звукового сигнала с разделением его на по меньшей мере два сигнала полос частот и формирование, для каждого сигнала полосы частот, множества сигналов субполос, при этом для по меньшей мере одного сигнала полосы частот множество сигналов субполос формируют, используя преобразование из временной области в частотную, и для по меньшей мере одной другой полосы частот множество сигналов субполос частот формируют, используя банк фильтров субполос.

Упомянутое устройство может содержать кодер.

Электронное устройство может содержать описанное выше устройство.

Набор микросхем (чипсет) может содержать описанное выше устройство.

Формы осуществления данного изобретения предназначены для решения упомянутой выше проблемы.

Краткое описание чертежей

Для лучшего понимания данного изобретения ниже будут сделаны ссылки на прилагаемые чертежи.

На фиг.1 схематично показано электронное устройство, в котором используются формы осуществления изобретения.

На фиг.2 схематично показана система улучшения звукового сигнала, в которой используются некоторые формы осуществления данного изобретения.

На фиг.3 схематично показан цифровой процессор улучшения звукового сигнала согласно некоторым формам осуществления изобретения.

На фиг.4 показана блок-схема, иллюстрирующая работу системы улучшения звукового сигнала, проиллюстрированной на фиг.2 и 3.

На фиг.5 показана блок-схема, иллюстрирующая определение параметров фильтра цифрового процессора улучшения звукового сигнала согласно некоторым формам осуществления изобретения.

На фиг.6 схематично показаны типовые частотные характеристики, иллюстрирующие характеристики фильтра цифрового процессора улучшения звукового сигнала согласно некоторым формам осуществления изобретения.

На фиг.7 схематично показаны типовые частотные характеристики, иллюстрирующие характеристики банка фильтров субполос согласно некоторым формам осуществления изобретения.

На фиг.8 схематично показана типовая частотная характеристика, иллюстрирующая амплитудную характеристику опытного образца субполосного фильтра согласно некоторым формам осуществления изобретения.

Подробное описание изобретения

Ниже описывается устройство и способы реализации процессоров улучшения звукового сигнала, подходящих для использования алгоритмов улучшения звукового сигнала. На фиг.1 показана структурная схема примера электронного устройства 10 или устройства, которое использует алгоритмы улучшения звукового сигнала согласно некоторым формам осуществления заявки.

Электронное устройство 10 в некоторых формах осуществления изобретения является подвижным терминалом, мобильным телефоном или оборудованием пользователя для работы в системе беспроводной связи.

Электронное устройство 10 содержит микрофон 11, который связан через аналого-цифровой преобразователь 14 с процессором 21. Процессор 21 также связан через цифро-аналоговый преобразователь 32 с громкоговорителями 33. Процессор 21 также связан с приемопередатчиком (TX/RX) 13, с интерфейсом 15 пользователя (User Interface, UI) и с памятью 22.

Процессор 21 может быть сконфигурирован для выполнения различных программных кодов 23. Реализуемые программные коды 23 в некоторых формах осуществления включают код цифровой обработки или конфигурации захвата звуковых сигналов. Кроме того, реализуемые программные коды 23 в некоторых формах осуществления изобретения включают дополнительный код для дальнейшей обработки звукового сигнала. Реализуемые программные коды 23 в некоторых формах осуществления изобретения могут храниться, например, в памяти 22 для извлечения процессором 21, когда это необходимо. Память 22 в некоторых формах осуществления изобретения может также содержать секцию 24 для хранения данных, например данных, которые были обработаны в соответствии с настоящим изобретением.

Устройство, способное выполнять алгоритмы улучшения звукового сигнала, в некоторых формах осуществления изобретения может быть реализовано, по меньшей мере частично, в виде аппаратного обеспечения без необходимости использования программного обеспечения или встроенного программного обеспечения.

Интерфейс 15 пользователя в некоторых формах осуществления изобретения позволяет пользователю вводить команды в электронное устройство 10, например, посредством клавиатуры и/или получать информацию от электронного устройства 10, например, посредством дисплея. Приемопередатчик 13 обеспечивает возможность связи с другими электронными устройствами, например, через сеть беспроводной связи.

Должно быть понятно, что структура электронного устройства 10 может быть дополнена и изменена различными способами.

Пользователь электронного устройства 10 может использовать микрофон 11 для ввода речи, которая должна быть передана в другое электронное устройство или должна быть сохранена в секции 24 данных памяти 22. Для этого в некоторых формах осуществления изобретения пользователем может быть активировано через интерфейс 15 пользователя соответствующее приложение. Это приложение, которое в некоторых формах осуществления изобретения может выполняться процессором 21, заставляет процессор 21 выполнять код, хранимый в памяти 22.

В некоторых формах осуществления изобретения аналого-цифровой преобразователь 14 может быть сконфигурирован для преобразования входного аналогового звукового сигнала в цифровой звуковой сигнал и подачи этого цифрового звукового сигнала в процессор 21.

Процессор 21 может обрабатывать цифровой звуковой сигнал таким же образом, как описано со ссылкой на фиг.2 и 3.

В некоторых формах осуществления изобретения полученный в результате битовый поток может подаваться в приемопередатчик 13 для передачи в другое электронное устройство. Альтернативно, кодированные данные могут сохраняться в секции 24 данных памяти 22, например, для более поздней передачи или для более позднего представления этим электронным устройством 10.

В некоторых формах осуществления изобретения электронное устройство 10 также может принимать битовый поток с данными звукового сигнала от другого электронного устройства посредством приемопередатчика 13. В этих формах осуществления изобретения процессор 21 выполняет программный код обработки, хранящийся в памяти 22. В этих формах осуществления изобретения процессор 21 может обрабатывать принимаемые данные и подавать декодированные данные в цифро-аналоговый преобразователь 32. В некоторых формах осуществления изобретения цифро-аналоговый преобразователь 32 может преобразовывать цифровые данные в аналоговые данные звукового сигнала и выводить данные звукового сигнала через громкоговорители 33. Исполнение принимаемого программного кода обработки звукового сигнала в некоторых формах осуществления изобретения также может инициироваться приложением, которое было вызвано пользователем через интерфейс 15 пользователя.

В некоторых формах осуществления изобретения принимаемый сигнал может обрабатываться для удаления шума из записываемого звукового сигнала аналогично обработке звукового сигнала, принимаемого от микрофона 11 и аналого-цифрового преобразователя 14, описанной со ссылками на фиг.2 и 3.

Принимаемые обрабатываемые данные звукового сигнала в некоторых формах осуществления изобретения вместо немедленного воспроизведения через громкоговорители 33 также могут сохраняться в секции 24 данных памяти 22, например, для того, чтобы сделать возможным более позднее их воспроизведение или пересылку в другое электронное устройство.

Должно быть ясно, что структурные схемы, приведенные на фиг.2 и 3, и шаги способа на фиг.4 и 5 представляют только часть работы всей системы, включающей некоторые формы осуществления изобретения, представленные как реализованные в электронном устройстве, показанном на фиг.1.

На фиг.2 показана схематическая конфигурация устройства улучшения звукового сигнала для речи, содержащего микрофон 11, аналого-цифровой преобразователь 14, цифровой процессор 101 звукового сигнала, цифровой контроллер 105 звукового сигнала и цифровой кодер 103 звукового сигнала. В некоторых формах осуществления изобретения устройство улучшения звукового сигнала может содержать некоторые, но не все из указанных частей. Например, в некоторых формах осуществления изобретения упомянутое устройство может содержать только цифровой процессор 101 звукового сигнала, в котором цифровой сигнал от внешнего источника вводится в цифровой процессор 101 звукового сигнала с предварительно конфигурируемой структурой и параметрами фильтра, и цифровой процессор 101 звукового сигнала далее выводит обработанный звуковой сигнал во внешний кодер. В других формах осуществления изобретения цифровой процессор 101 звукового сигнала может быть "основным" элементом устройства улучшения звукового сигнала, при этом другие части могут быть добавлены или удалены в зависимости от применения.

При описании элементов, аналогичных показанным на фиг.1, используются одинаковые обозначения. Микрофон 11 принимает звуковые волны и преобразует их в аналоговые электрические сигналы. Микрофон 11 может быть любым подходящим акустоэлектрическим преобразователем. Примерами возможных микрофонов могут быть конденсаторные микрофоны, электрические микрофоны, динамические микрофоны, угольные микрофоны, пьезоэлектрические микрофоны, волоконно-оптические микрофоны, жидкостные микрофоны и микрофоны микроэлектромеханической системы (Micro-Electrical-Mechanical System, MEMS).

Захват аналогового звукового сигнала из акустических звуковых волн показан на фиг.4 на шаге 301.

Электрический сигнал может передаваться в аналого-цифровой преобразователь 14 (Analogue to Digital Converter, ADC).

Аналого-цифровым преобразователем 14 может быть любой подходящий аналого-цифровой преобразователь для преобразования аналоговых электрических сигналов, поступающих от микрофона, и выдачи на выходе цифрового сигнала. Аналого-цифровой преобразователь может выдавать на выходе цифровой сигнал в любой подходящей форме. Кроме того, аналого-цифровой преобразователь 14 может быть линейным или нелинейным аналого-цифровым преобразователем в зависимости от формы осуществления изобретения. Например, аналого-цифровой преобразователь в некоторых формах осуществления изобретения может быть аналого-цифровым преобразователем с логарифмической характеристикой. Цифровой выходной сигнал может подаваться в цифровой процессор 101 звукового сигнала.

Преобразование аналогового звукового сигнала в цифровой сигнал показано на фиг.4 на шаге 303.

Цифровой процессор 101 звукового сигнала может быть сконфигурирован для обработки цифрового сигнала для улучшения отношения сигнал/шум и коэффициента шума источника звукового сигнала по отношению к шуму и помехам от различных источников шума или помех.

Процессор 101 цифрового звукового сигнала в некоторых формах осуществления изобретения может объединять обработку на основе FFT-преобразования с обработкой на основе банка фильтров. В этих формах осуществления изобретения цифровой звуковой сигнал сначала разбивается на два канала или две полосы частот, так что образуется первый децимируемый сигнал полосы низких частот и второй недецимируемый сигнал полосы высоких частот. Кроме того, в этих формах осуществления изобретения обработка на основе FFT-преобразования используется только для сигнала полосы низких частот, другими словами, для более низкочастотных составляющих звукового/речевого сигнала, где необходимо высокое разрешение по частоте. В этих формах осуществления изобретения полоса высоких частот далее разделяется на субполосы с использованием банка фильтров без децимации. В некоторых формах осуществления изобретения разделение на полосы и субполосы является неоднородным и обусловлено принципами психоакустики. Другими словами, в некоторых формах осуществления изобретения разделение между полосами высоких и низких частот и, кроме того, разделение частотных составляющих каждой из полос высоких и низких частот могут быть определены с использованием принципов психоакустики.

Формирование двух каналов/полос частот из цифрового звукового сигнала и повторное объединение обработанных двух каналов в один обработанный цифровой звуковой сигнал может выполняться в некоторых формах осуществления изобретения посредством разработанной структуры банка фильтров синтеза-анализа, в которой фильтры банка фильтров являются биортогональными, и весь банк фильтров создает малую задержку. В таких формах осуществления изобретения для полосы высоких частот не требуется фильтр синтеза, потому что эти канал или полоса частот не децимируются. Кроме того, так как в этих формах осуществления изобретения имеется задержка только в полосе низких частот из-за фильтра синтеза канала/полосы низких частот, эта "задержка" может использоваться при разделении на субполосы полосы высоких частот без добавления дополнительной задержки для всей структуры.

Кроме того, так как в этих формах осуществления изобретения полоса/канал высоких частот не децимируется, банк фильтров субполос, который далее разделяет полосу высоких частот на субполосные составляющие, требует только относительно малых уровней ослабления в полосе заграждения. В некоторых формах осуществления изобретения это дает в результате эффективную структуру с малой задержкой и с небольшой вычислительной сложностью.

Как показано ниже, в некоторых формах осуществления изобретения полная структура может иметь задержку 5 мс, удовлетворяющую минимальным требованиям к подавлению шума, используемому с адаптивным многоскоростным (Adaptive Multi-Rate, AMR) кодеком, предназначенным для обработки речи. Кроме того, хотя требование 5 мс определено только для узкополосной обработки, в данном изобретении его рассматривают в качестве хорошей рекомендации для широкополосной обработки.

Схематическое представление структуры процессора цифрового звукового сигнала в некоторых формах осуществления изобретения показано более подробно на фиг.3.

Процессор 101 цифрового звукового сигнала может содержать секцию 281 фильтра анализа, которая принимает цифровые звуковые сигналы и делит их на полосы частот; первый блок 211 обработки, который принимает полосы и выполняет предварительную обработку составляющих полосы частот; секцию 285 формирователя субполос, которая принимает обработанные по