Fm立体声无线电信号中的高质量检测的利记博彩app
【专利摘要】本公开涉及音频信号处理，尤其涉及一种用于改进FM立体声无线电接收器的音频信号的装置和对应方法。特别地，本公开涉及一种用于可靠地检测所接收的FM立体声无线电信号的质量并且用于基于所检测的质量选择适当处理的方法和系统。描述了一种被配置为估计所接收的多声道FM无线电信号的质量的装置(20)。所接收的多声道FM无线电信号可以表示为中间信号和侧边信号，侧边信号指示左信号与右信号之间的差。装置(20)包括：功率确定单元，其被配置为确定(101)中间信号的功率和侧边信号的功率，中间信号的功率被称为中间功率，侧边信号的功率被称为侧边功率；比率确定单元，其被配置为确定(102)中间功率和侧边功率的比率，从而得到中侧比；以及质量确定单元，其被配置为至少基于中侧比来确定(105)所接收的FM无线电信号的质量指标。
【专利说明】FM立体声无线电信号中的高质量检测【技术领域】
[0001]本公开涉及音频信号处理，尤其涉及一种用于改进FM立体声无线电接收器的音频信号的装置和对应方法。特别地，本公开涉及一种用于可靠地检测所接收的FM立体声无线电信号的质量并且用于基于所检测的质量选择合适的处理的方法和系统。
【背景技术】
[0002]在模拟FM(调频)立体声无线电系统中，用中-侧(mid-side) (Μ/S)表示(即，作为中间声道(mid channel) (M)和侧边声道(side channel) (S))来传递音频信号的左声道(L)和右声道(R)。中间声道M对应于L和R的和信号，例如，M= (L+R) /2，侧边声道S对应于L和R的差信号，例如，S= (L-R)/2。为了传输，将侧边信号S调制到38kHz抑制载波上，并且添加到基带中间信号M以形成向后兼容的立体声复用信号。然后使用该复用基带信号调制FM发射器的HF(高频)载波，FM发射器典型地在87.5至108MHz的范围内操作。
[0003]当接收质量降低(即，无线电声道上的信噪比降低)时，S声道典型地在传输期间比M声道受损更多。在许多FM接收器实现中，当接收条件有太多噪声时，将S声道静音。这意味着在差HF无线电信号的情况下接收器从立体声退回单声道。
[0004]即使在中间信号M具有可接受质量的情况下，侧边信号S也可能是有噪声的，因此当混合在输出信号的左声道和右声道(例如根据L=M+S和R=M-S导出)中时，可能使总体音频质量严重劣化。当侧边信号S仅具有差到中等的质量时，有两个选择:接收器选择接受与侧边信号S相关联的噪声并且输出包括有噪声的左信号和右信号的实际立体声信号，或者接收器丢弃侧边信号S并且退回单声道。
[0005] 参数化立体声(PS)编码是一种来自极低比特率音频编码领域的技术。PS使得可以将2-声道立体声音频信号编码为单声道下混信号与附加的PS侧边信息(PS参数)相结合。单声道下混信号被获得为立体声信号的两个声道的组合。PS参数使得PS解码器能够从单声道下混信号和PS侧边信息重构立体声信号。典型地，PS参数是时变的和频变的，并且PS解码器中的PS处理典型地在合并有QMF组的混合滤波器组域中执行。文献“Low Complexity Parametric Stereo Coding in MPEG-4，，，Heiko Purnhagen, Proc.Digital Audio Effects Workshop (DAFx)，pp.163-168, Naples, IT, Oct.2004 描述了用于MPEG-4的示例性PS编码系统。它对于参数化立体声(特别是关于参数化立体声参数的确定)的讨论通过引用并入此。参数化立体声受到例如MPEG-4Audio的支持。在MPEG-4标准化文献IS0/IEC14496-3:2005 (MPEG_4Audio，第三版)的章节8.6.4以及附录8.A和8.C中讨论了参数化立体声。该标准化文献的这些部分出于所有目的通过引用并入此。在 MPEG Surround 标准(參见文献 IS0/IEC23003-1:2007, MPEG Surround)中也使用了参数化立体声。此外，该文献出于所有目的通过引用并入此。在文献“Binaural CueCoding-Partl:Psychoacoustic Fundamentals and DesignPrinciples，，,Frank Baumgarteand Christof Faller, IEEE Transactions on Speech and Audio Processing,volll,no6,pages509_519, November2003 中、以及在文献“Binaural Cue Coding-Part11: Schemes and Applications”，Christof Faller and Frank Baumgarte,IEEETransaction on Speech and Audio Processing, volll, no6, pages520-531,November2003中讨论了参数化立体声编码系统的另外的例子。在后两个文献中，使用了术语“双耳线索编码”，其是参数化立体声编码的例子。
[0006]在W02011/029570和PCT/EP2011/064077中已经提出了使用所接收的FM立体声信号的PS编码，以便降低所接收的FM立体声信号的所接收的侧边信号内所包括的噪声。基于参数化立体声(PS)的FM立体声无线电降噪技术的一般原理是使用从所接收的FM立体声信号导出的参数化立体声参数，以便用从中间信号M(例如，M=(L+R)/2)和一个或多个PS参数被参数化地重构的侧边信号的较少噪声版本取代所接收的有噪声的侧边信号S(例如，S=(L-R)/2)。可以通过考虑侧边信号中的所接收的噪声的特征性质(例如，谱平坦度)来改进该技术的性能。此外，WO PCT/EP2011/064084描述了该技术的扩展，该扩展使得可以在接收在单声道与立体声之间来回切换的情况下改进基于PS的FM立体声降噪的性能。以上提及的专利文献的公开内容通过引用并入此。
[0007]在本公开中，描述了一种可以用于进一步改进所接收的FM立体声信号的质量的方法和系统。
【发明内容】
[0008]基于PS的FM立体声降噪技术典型地对于在侧边信号遭受中等或高噪声水平的中等或坏接收条件的情况下改进感知声音质量是有益的。另一方面，本公开发现，在侧边信号具有相对低的噪声水平的良好接收条件的情况下，当与未经处理的信号相比时，基于PS的立体声降噪技术的参数化本质可能限制声音质量。因此，提出了在良好接收条件的情况下绕过基于PS的立体声降噪技术。该背景下的问题是可靠地检测这样的高质量(HQ)接收条件，即，绕过基于PS的立体声降噪技术在感知上是有利的条件。
[0009]根据一个方面，描述了一种被配置为估计所接收的多声道FM无线电信号的质量的装置。多声道FM无线电信号可以是两声道立体声信号。特别地，所接收的多声道FM无线电信号可以表示为、或者可以呈现为、或者可以指示中间信号和侧边信号。此外，侧边信号可以指示立体声信号的左信号与右信号之间的差。
[0010]在一个实施例中，所述装置包括功率确定单元，其被配置为确定中间信号的功率(即，中间功率)和侧边信号的功率(即，侧边功率)。此外，所述装置包括比率确定单元，其被配置为确定中间功率和侧边功率的比率，从而得到中侧比(mid-to-side ratio)。所述装置的质量确定单元可以被配置为至少基于中侧比(MSR)来确定所接收的FM无线电信号的质量指标。换句话讲，所述装置(也可以被称为质量检测单元)可以被配置为通过分析中间信号和侧边信号的能量(或功率)的比率(即，MSR)来确定所接收的FM信号的质量的指标。本公开发现——特别是在侧边信号的能量以预定功率阈值(例如，6dB或5dB或4dB)超过中间信号的能量的情况下——MSR提供所接收的FM信号的信噪比(SNR)的良好逼近。
[0011]如以上所指示的，功率确定单元可以被配置为确定中间功率和/或侧边功率。中间信号在时间点η的功率可以被确定为在时间点η附近的多个时间点的中间信号的平方(square)的平均值。换句话讲，在时间点η的中间功率可以被确定为在该时间点η的经平方的中间信号采样的期望值。侧边信号在时间点η的功率可被类似的方式确定。
[0012]功率确定单元可以被进一步配置为确定中间信号的多个子带的多个子带中间功率、以及侧边信号的多个对应子带的多个子带侧边功率。中间信号的所述多个子带和侧边信号的所述多个子带可以是使用正交镜像(QMF)滤波器组导出的子带。为了确定可靠的质量指标，仅分析中间信号和侧边信号所覆盖的频率范围的子范围中的中间功率和侧边功率可能是足够的。结果，可以降低用于确定质量指标的计算复杂度。特别地，分析该频率范围的较高部分中的中间功率和侧边功率可能是足够的。甚至更特别地，中间信号和侧边信号可以覆盖直到中频(medium frequency)的低频范围和从中频起的高频范围。中间信号的所述多个子带和侧边信号的所述多个子带可以位于该高频范围内。举例来说，中频可以大于或等于 IkHz、2kHz、3kHz、4kHz、5kHz、6kHz、7kHz、8kHz、9kHz、IOkHz、IlkHz 或 12kHz。
[0013]基于所述多个子带中间功率和所述多个子带侧边功率，比率确定单元可以被配置为确定多个子带中侧比。质量确定单元然后可以被配置为从所述多个子带中侧比确定所接收的FM无线电信号的质量指标。在特定实施例中，质量确定单元被配置为从所述多个子带上的所述多个子带中侧比中的最小值确定所接收的FM无线电信号的质量指标。
[0014]作为替代地，质量确定单元可以被配置为对于所述多个子带中侧比根据相应子带所覆盖的频率进行不同加权，从而得到多个加权子带中侧比。为了考虑信号频率范围上的噪声的能量的不均匀分布(典型地由FM无线电传输导致)，作为对应子带所覆盖的频率的函数的所述多个子带中侧比的加权可以是有益的。在加权子带中侧比的情况下，质量确定单元可以被配置为从所述多个子带上的所述多个加权子带中侧比中的最小值确定所接收的FM无线电信号的质量指标。
[0015]作为替代或除了分析多个子带内的中间功率和侧边功率之外还，功率确定单元可以被配置为确定在接连时间点序列的中间功率序列和对应的侧边功率序列。换句话讲，除了分析在特定时间点η的中间功率和侧边功率(或子带中间功率和子带侧边功率)之外，功率确定单元可以被配置为还确定在多个接连时间点的中间功率和侧边功率(或子带中间功率和子带侧边功率)，从而提供中间功率和侧边功率的序列(或多个子带中间功率和子带侧边功率的序列)。
[0016]在这样的情况下，比率确定单元可以被配置为从中间功率序列和侧边功率序列确定在该时间点序列的中侧比序列、和/或被配置为从所述多个子带中间功率的序列和所述多个子带侧边功率的序列确定在该时间点序列的多个子带中侧比的序列。通过使用这些MSR值，质量确定单元可以被配置为从中侧比序列和/或从在该时间点序列的多个子带中侧比的序列确定质量指标序列。
[0017]为了防止质量指标序列的不规律行为(特别是当从指示低质量FM信号转变为指示高质量FM信号时)，可能有益的是从平滑后的中侧比或平滑后的子带中侧比的序列确定质量指标序列。可以通过平滑化沿着所述时间点序列的所述多个子带中侧比的序列中的被选子带中侧比来确定平滑后的子带中侧比的序列。特别地，在每个时间点η，可以选择在这个时间点η的多个子带中侧比中的特定一个(例如，最小MSR值或最小加权MSR值)。可以使用反相峰值衰减函数来执行平滑化。在一个实施例中，通过将在时间点η的平滑后的子带中侧比确定为以下中侧比中的较小者来确定平滑后的子带中侧比的序列:所述时间点序列中的前一时间点η-1的、用衰减因子加权的平滑后的子带中侧比、以及在时间点η的多个子带中侧比中的最小值。
[0018]质量确定单元可以被配置为通过归一化在时间点η的中侧比(或者在时间点η通过归一化最小子带中侧比或者通过归一化平滑后的子带中侧比)来确定在时间点η的质量指标。一般来讲，质量确定单元可以被配置为从用于确定质量指标的该一个或多个中侧比的归一化版本来确定质量指标。为了这个目的，可以使用低功率阈值和高功率阈值。举例来说，在时间点η的质量指标可以被归一化为:
[0019]
【权利要求】
1.一种被配置为估计所接收的多声道FM无线电信号的质量的装置(20);其中，所接收的多声道FM无线电信号能够表示为中间信号和侧边信号；其中，侧边信号指示左信号与右信号之间的差；所述装置(20)包括: -功率确定单元，所述功率确定单元被配置为确定(101)中间信号的功率和侧边信号的功率，中间信号的功率被称为中间功率，侧边信号的功率被称为侧边功率； -比率确定单元，所述比率确定单元被配置为确定(102)中间功率与侧边功率的比率，从而得到中侧比；和 -质量确定单元，所述质量确定单元被配置为至少基于所述中侧比来确定(105)所接收的FM无线电信号的质量指标。
2.根据权利要求1所述的装置(20)，其中: -所述功率确定单元被配置为确定中间信号的多个子带的多个子带中间功率、以及侧边信号的多个相应子带的多个子带侧边功率； -所述比率确定单元被配置为确定将多个子带中侧比确定为所述多个子带中间功率和所述多个子带侧边功率的比率；和 -所述质量确定单元被配置为从所述多个子带中侧比确定所接收的FM无线电信号的质量指标。
3.根据权利要求2所述的装置(20)，其中，所述质量确定单元被配置为从所述多个子带上的所述多个子带中侧比之中的最小值确定所接收的FM无线电信号的质量指标。
4.根据权利要求2所述的装置(20)，其中，所述质量确定单元被配置为: -根据各子带所覆盖的频率对所述多个子带中侧比进行不同加权，从而得到多个加权子带中侧比；和 -从所述多个子带上的所述多个加权子带中侧比之中的最小值确定所接收的FM无线电信号的质量指标。
5.根据权利要求2至4中的任何一个所述的装置(20)，其中，所述中间信号的多个子带和所述侧边信号的多个子带是使用正交镜像、QMF、滤波器组导出的子带。
6.根据权利要求2至5中的任何一个所述的装置(20)，其中: -所述中间信号和所述侧边信号覆盖直到中频的低频范围和从中频起的高频范围；并且 -所述中间信号的多个子带和所述侧边信号的多个子带位于所述高频范围内。
7.根据权利要求6所述的装置(20)，其中，所述中频大于或等于lkHZ、2kHz、3kHz、4kHz、5kHz、6kHz、7kHz、8kHz、9kHz、10kHz、llkHz 或 12kHz。
8.根据前面任何一个权利要求所述的装置(20)，其中: -中间信号在时间点η的功率被确定为在所述时间点η附近的多个时间点的中间信号的平方的平均值；并且 -侧边信号在时间点η的功率被确定为在所述时间点η附近的多个时间点的侧边信号的平方的平均值。
9.根据前面任何一个权利要求 所述的装置(20)，其中: -所述功率确定单元被配置为确定在接连时间点序列的中间功率序列和对应的侧边功率序列；-所述比率确定单元被配置为从中间功率序列和侧边功率序列确定在所述时间点序列的中侧比序列；并且 -所述质量确定单元被配置为从所述中侧比序列确定质量指标序列。
10.根据引用权利要求2至8的权利要求9所述的装置(20)，其中: -所述功率确定单元被配置为确定在接连时间点序列的多个子带中间功率的序列和对应的多个子带侧边功率的序列； -所述比率确定单元被配置为从所述多个子带中间功率的序列和所述多个子带侧边功率的序列确定在所述时间点序列的多个子带中侧比的序列；并且 -所述质量确定单元被配置为从平滑后的子带中侧比的序列确定质量指标序列；其中，所述平滑后的子带中侧比的序列通过沿着所述时间点序列平滑化所述多个子带中侧比的序列中所选择的子带中侧比而确定。
11.根据权利要求10所述的装置(20)，其中，使用反相峰值衰减函数来执行平滑化。
12.根据权利要求11所述的装置(20)，其中，通过将在时间点η的平滑后的子带中侧比确定为以下中侧比中的较小者来确定平滑后的子带中侧比的序列: -在所述时间点序列中的前一时间点η-1的、用衰减因子加权的平滑后的子带中侧比；以及 -在时间点η的所述多个子带中侧比之中的最小值。
13.根据权利要求12所述的装置(20)，其中，所述质量确定单元被配置为从在时间点η的平滑后的子带中侧比，通过使用低功率阈值和高功率阈值对平滑后的子带中侧比进行归一化，来确定在时间点η的质量指标。
14.根据权利要求13所述的装置(20)，其中，在时间点η的质量指标被确定为:
15.根据权利要求13至14中的任何一个所述的装置(20)，其中: α HQ' = (l_SFM_impact_factor) * a HQ 其中: -SFM_impact_factor是在0至I范围内的归一化后的SFM值,其中,O指示低程度的谱平坦度，I指示高程度的谱平坦度； -α ’ HQ是至少基于SFM值和中侧比确定的质量指标； -Qhq是至少基于中侧比确定的质量指标；和 _a’HQ和aKJ在O至I范围内，其中,0指示低质量,I指示高质量。
16.根据前面任何一个权利要求所述的装置(20)，其中，所述质量确定单元被配置为进一步至少基于频谱平坦量度SFM值来确定质量指标，所述SFM值是侧边信号的谱平坦度的特性。
17.根据权利要求16所述的装置(20)，其中，所述侧边信号的谱平坦度增大使得质量指标减小。
18.根据权利要求17所述的装置(20)，其中， a = (1-SFM—impact—factor) ^ a HQ 其中: -SFM_impact_factor是在0至I范围内的归一化后的SFM值,其中,O指示低程度的谱平坦度，I指示高程度的谱平坦度； -α ’ HQ是至少基于SFM值和中侧比确定的质量指标； -Qhq是至少基于中侧比确定的质量指标；和 _a’HQ和aKJ在O至I范围内，其中,0指示低质量,I指示高质量。
19.根据前面任何一个权利要求所述的装置(20)，其中，所述质量确定单元被配置为进一步至少基于侧边信号的总功率水平来确定质量指标，其中，所述侧边信号的总功率水平降低使质量指标减小。
20.根据权利要求19所述的装置(20)，其中，
Q HQ =Sgate Q HQ 其中，
21.根据前面任何一个权利要求所述的装置(20)，其中，所述质量确定单元被配置为进一步至少基于声道电平差CLD参数来确定质量指标，其中，所述声道电平差参数反映了左信号的功率与右信号的功率之间的比率。
22.根据权利要求21所述的装置(20)，其中，所述质量确定单元被配置为至少从中侧比的和以及CLD参数的绝对值确定质量指标。
23.一种被配置为从所接收的FM无线电信号产生改进的立体声信号的系统(50);其中，所述FM无线电信号指示所接收的左信号和所接收的右信号；所述系统(50)包括被配置为确定所接收的FM无线电信号的质量指标的装置(20);其中，所述装置(20)根据权利要求I至22中的任何一个进行配置；其中，所述系统(50)被配置为根据所确定的质量指标来产生改进的立体声信号。
24.根据权利要求23所述的系统(50)，还包括: -FM降噪单元(2)，所述FM降噪单元(2)被配置为至少基于指示所接收的左信号和右信号的相关性和/或差异的一个或多个参数来从所接收的FM无线电信号产生降噪立体声信号；和 -旁路(16)，所述旁路(16)被配置为提供所接收的左信号和右信号；和-组合单元(30，31，32)，所述组合单元(30，31，32)被配置为使用质量指标来从降噪的立体声信号以及所接收的左信号和右信号确定改进的立体声信号。
25.根据权利要求24所述的系统(50)，其中，所述FM降噪单元(2)被配置为使用所述质量指标来从所接收的FM无线电信号产生降噪立体声信号。
26.根据权利要求25所述的系统(50)，其中: -所述FM降噪单元(2)被配置为从下混信号产生降噪立体声信号的降噪侧边信号，所述下混信号是从用下混增益调整的所接收的左信号和右信号的和确定的； -所述下混增益指示所接收的左信号和右信号的同相和/或异相行为；并且 -通过所述质量指标来调整所述下混增益。
27.根据权利要求24至26中的任何一个所述的系统(50)，其中，所述FM降噪单元(2)被配置为从所接收的FM无线电信号的参数化立体声表示产生降噪立体声信号；其中，所述参数化立体声表示包括一个或多个参数化立体声参数。
28.根据权利要求27所述的系统(50)，其中: -所述FM降噪单元(2)被配置为通过使用在时间点η之前的时间点确定的一个或多个参数化立体声参数来隐藏在时间点η所接收的FM立体声信号到单声道的衰落；并且-质量指标在经受FM降噪单元(2)内的隐藏的情况下被修正。
29.根据权利要求24至28中的任何一个所述的系统(50)，其中，所述组合单元(30，31，32)被配置为使用质量指标来在降噪立体声信号与所接收的左信号和右信号之间进行融合。
30.根据权利要求29所述的系统(50)，其中，所述组合单元(30，31，32)包括: -降噪立体声增益单元(31)，所述降噪立体声增益单元(31)被配置为使用降噪立体声增益来对降噪立体声信号进行加权； -旁路增益单元(30)，所述旁路增益单元(30)被配置为使用旁路增益来对所接收的左信号和右信号进行加权；和 -合并单元(32)，所述合并单元(32)被配置为合并加权后的降噪立体声信号以及加权后的所接收的左信号和右信号的相应信号；其中，所述降噪立体声增益和旁路增益取决于所述质量指标。
31.根据权利要求30所述的系统(50)，其中:
32.—种移动通信设备，包括: -FM立体声接收器，所述FM立体声接收器被配置为接收FM无线电信号；和 -根据权利要求23至31中的任何一个所述的系统。
33.一种用于估计所接收的多声道FM无线电信号的质量的方法；其中，所接收的多声道FM无线电信号能够表示为中间信号和侧边信号；其中，侧边信号指示左信号与右信号之间的差；所述方法包括: -确定(101)中间信号的功率和侧边信号的功率,中间信号的功率被称为中间功率,侧边信号的功率被称为侧边功率； -确定(102)中间功率和侧边功率的比率，从而得到中侧比；和 -至少基于中侧比来确定(105)所接收的FM无线电信号的质量指标。
34.一种用于从所接收的FM无线电信号产生改进的立体声信号的方法；其中，所述FM无线电信号指示所接收的左信号和所接收的右信号；所述方法包括: -根据权利要求33所述的方法确定所接收的FM无线电信号的质量指标；和 -使用质量指标来从所接收的FM无线电信号产生改进的立体声信号。
35.一种适用于在 处理器上执行并且适用于当在计算设备上实行时执行根据权利要求33至34中的任何一个所述的方法的步骤的软件程序。
36.一种包括软件程序的存储介质，所述软件程序适用于在处理器上执行并且适用于当在计算设备上实行时执行根据权利要求33至34中的任何一个所述的方法的步骤。
37.一种包括用于当在计算机上执行时执行根据权利要求33至34中的任何一个所述的方法的可执行指令的计算机程序产品。
【文档编号】H04B1/16GK103918030SQ201280047065
【公开日】2014年7月9日 申请日期:2012年10月1日 优先权日:2011年9月29日
【发明者】约纳斯·恩德加德, 海科·普恩哈根, L·塞勒斯德姆 申请人:杜比国际公司