CN102763326A

CN102763326A - 数字信号处理的系统和方法

Info

Publication number: CN102763326A
Application number: CN2010800624611A
Authority: CN
Inventors: A·邦焦维
Original assignee: Bongiovi Acoustics LLC
Current assignee: Bongiovi Acoustics LLC
Priority date: 2009-12-28
Filing date: 2010-12-15
Publication date: 2012-10-31
Also published as: EP2520021A1; CA2785743A1; US20100166222A1; KR20120139686A; CA2785743C; EP2520021A4; IL220637A; JP2013516143A; WO2011081965A1; US8565449B2; IL220637A0

Abstract

本发明提供用于对音频信号进行数字处理的方法和系统。在各个实施例中，一种方法包括：接收包括多个滤波器均衡系数的分布图，用来自该分布图的多个滤波器均衡系数来配置图形均衡器的多个滤波器，接收第一信号以供处理，使用第一增益来调整多个滤波器，使用图形均衡器的多个滤波器来均衡第一信号，输出第一信号，接收第二信号以供处理，使用第二增益来调整先前用来自分布图的滤波器均衡系数所配置的多个滤波器，用图形均衡器的多个滤波器来均衡第二信号的第二多个频率，以及输出第二信号。

Description

数字信号处理的系统和方法

相关申请的交叉引用

本申请是2007年11月29日提交的11/947,301号美国申请的部分继续申请，该申请要求2006年11月30日提交的60/861,711号美国临时申请的优先权，本申请还是2007年2月7日提交的11/703,216号美国申请的部分继续申请，该申请要求2006年2月7日提交的60/765,722的美国临时申请的优先权。上述各申请中的每一个通过引用整体包含于此。

发明领域

本发明提供用于对音频信号进行数字处理的方法和系统。具体而言，某些实施例涉及按能横跨音频设备的整个频谱来再现工作室品质的声音的方式对音频信号进行数字处理。

发明背景

历史上，工作室品质的声音（最好被描述为对工作室记录过程期间所利用的整个音频范围的完整再现）仅在音频记录工作室中能适当地实现。工作室品质的声音是以清晰度和明亮度来表征的，这仅在中高频率范围被有效地操纵和再现时才被获得的。尽管工作室品质的声音的技术支持可能只有有经验的制片人能完全理解，但一般收听者可容易地听出工作室品质的声音有所不同。

尽管已经作出各种尝试在记录工作室以外再现工作室品质的声音，但那些尝试的代价巨大（通常源于高级的扬声器设计、昂贵的硬件、以及增加的功放）并且仅实现了混合的结果。由此，需要这样的过程：藉此可在工作室以外再现工作室品质的声音，而具有一致、高品质、低成本的结果。还需要实现这一过程的音频设备、以及实现这一过程的计算机芯片，计算机芯片可嵌入音频设备内。也需要能够通过不昂贵的扬声器来产生工作室品质的声音的能力。

在蜂窝电话中，对于增强并优化语音在对话期间或音频编程在回放期间的音频品质方面做得很少。在某些情况下，制造者已经尝试增强音频，但这一般是通过利用设备的音量控制来完成的。语音“声音”的一般清晰度保持固定。语音仅被放大和/或均衡。

此外，放大和/或均衡的设置也是固定的且不能由用户更改。

进一步，车辆的音频系统设计涉及考虑许多不同因素。音频系统设计者选择扬声器在车辆中的位置和数量。必需确定每一扬声器的期望频率响应。例如，位于仪表盘上的扬声器的期望频率响应可能不同于位于后门面板的较低部分的扬声器的期望频率响应。

音频系统设计者还必需考虑设备变化如何影响音频系统。例如，敞篷车中的音频系统可能不如相同音频系统在相同型号的金属顶盖式车辆中一样好。车辆的音频系统选项也可显著地变化。车辆的一个音频选项可包括基本4个扬声器的系统，每声道40瓦特放大，而另一音频选项可包括12个扬声器的系统，每声道200瓦特放大。音频系统设计者在涉及车辆的音频系统时必需考虑所有这些配置。由于这些原因，音频系统的设计是耗时且成本昂贵的。音频系统设计者必需在信号处理和均衡方面有着相对广泛的背景。

鉴于这些考虑，为了在车辆中实现接近工作室品质的声音，过去人们需要花费相当多的金钱，包括对厂家安装的扬声器进行昂贵的升级。由此，需要可在车辆中再现工作室品质的声音而无需这样昂贵的花费的系统。

发明概述

本发明通过提供一种方法来满足上述存在的需要，该方法以使得可横跨音频设备的整个频谱再现出工作室品质的声音的方式来数字地处理音频信号。本发明还提供了一种计算机芯片并且提供了包括这一芯片的音频设备，该计算机芯片可按该方式来对音频信号进行数字处理。

本发明还通过允许在对工作室品质的声音的再现中使用不昂贵的扬声器来满足上述需要。

此外，本发明通过提供一种移动音频设备来满足上述存在的需要，该移动音频设备可在车辆中被用于使用车辆的现有扬声器通过对音频信号进行数字操纵来再现工作室品质的声音。实际上，甚至是车辆的厂家安装的扬声器也可用于使用本发明来实现工作室品质的声音。

在一个实施例中，本发明提供一种方法，该方法包括以下各步骤：输入音频信号，第一次调整该音频信号的增益，用第一低架滤波器来处理该信号，用第一高架滤波器来处理该信号，用第一压缩器来处理该信号，用第二低架滤波器来处理该信号，用第二高架滤波器来处理该信号，用图形均衡器来处理该信号，用第二压缩器来处理该信号，以及第二次调整音频信号的增益。在这一实施例中，操纵该音频信号，使得工作室品质的声音被产生。进一步，这一实施例补偿在各音频源或节目内容之间可能存在的任何固有的音量差异，并且产生恒定输出水平的丰富、完整的声音。

这一实施例还允许在高噪声环境（诸如移动的汽车）中再现工作室品质的声音。本发明的某些实施例允许在任何环境中再现工作室品质的声音。这包括针对在声学方面设计良好的环境，诸如（不限于）音乐厅。这还包括针对在声学方面设计较差的环境，诸如（不限于）传统的起居室、车辆的内部等等。进一步，本发明的某些实施例允许再现工作室品质的声音，而不管与本发明相关联地使用的电子组件和扬声器的品质。由此，本发明可用于对最高端和最低端的电子装置和扬声器两者以及之间的所有东西再现工作室品质的声音。

在某些实施例中，这一实施例可用于在高噪声环境中播放音乐、电影、或视频游戏，高噪声环境诸如（不限于）汽车、飞机、轮船、俱乐部、剧院、游乐园或购物中心。

此外，在某些实施例中，本发明设法通过处理人耳和音频换能器两者的效率范围（大约600Hz与大约1,000Hz之间）以外的音频信号来提高声音呈现。通过处理该范围以外的音频，可获取更完整且更广泛的呈现。

在某些实施例中，可在压缩之前降低音频信号的低音部分，并在压缩之后增强音频信号的低音部分，由此确保呈现给扬声器的声音具有频谱丰富的低音音调，并且免受常规压缩遇到的消声影响。此外，在某些实施例中，由于音频信号的动态范围已通过压缩而降低，因此可在有限的音量范围内呈现所得输出。

例如，本发明可在具有80dB噪声最低限度和110dB声音阈值的高噪声环境中舒适地呈现工作室品质的声音。

在某些实施例中，以上指定的方法可与各数字信号处理方法结合，各数字信号处理方法在上述方法之前执行、在上述方法之后执行、或与上述方法间歇地执行。

在另一具体实施例中，本发明提供可执行以上指定的方法的计算机芯片。在一个实施例中，计算机芯片可以是数字信号处理器或DSP。在其他实施例中，计算机芯片可以是能够执行上述方法的任何处理器，诸如（不限于）计算机、计算机软件、电路、被编程用于执行这些方法的电子芯片、或用于执行所述方法的任何其他装置。

在另一实施例中，本发明提供包括这样的计算机芯片的音频设备。音频设备可包括，例如且不限于：收音机；CD播放器；磁带播放器；MP3播放器；蜂窝电话；电视机；计算机；公共地址系统；诸如Playstation 3（索尼公司—日本东京）、X-Box 360（微软公司—华盛顿州雷蒙德市）、任天堂的Wii（任天堂有限公司—日本东京）之类的游戏站；家庭影院系统；DVD播放器；视频卡带播放器；或蓝光播放器。

在这样的一个实施例中，在音频信号通过源选择器之后且在它到达音量控制之前，可向本发明的芯片传送音频信号。具体而言，在某些实施例中，本发明的芯片（位于音频设备中）处理来自一个或多个源的音频信号，这些源包括但不限于：收音机、CD播放器、磁带播放器、DVD播放器等等。本发明的芯片的输出可驱动其他信号处理模块或扬声器，在该情况下常常采用信号放大。

具体而言，在一个实施例中，本发明提供包括这样的计算机芯片的移动音频设备。这样的移动音频设备可放置在汽车中，且可包括，例如且不限于：收音机、CD播放器、磁带播放器、MP3播放器、DVD播放器或视频卡带播放器。

在这一实施例中，可将本发明的移动音频设备具体地调谐至可在其中使用该移动音频设备的每一车辆，以获取最优性能并且考虑每一车辆中的独特声学属性（诸如扬声器放置、乘客隔间设计、以及背景噪声）。同样在这一实施例中，本发明的移动音频设备可对全部4个独立控制的声道提供精确的调谐。同样在这一实施例中，本发明的移动音频设备可传送约200瓦特的功率。同样在这一实施例中，本发明的移动音频设备可使用车辆的现有（有时是厂家安装的）扬声器系统来产生工作室品质的声音。同样在这一实施例中，本发明的移动音频设备可包括USB端口来允许播放标准数字格式的歌曲。同样在这一实施例中，本发明的移动音频设备可包括与卫星无线电一起使用的适配器。同样在这一实施例中，本发明的移动音频设备可包括与现有数字音频播放设备（诸如且不限于MP3播放器）一起使用的适配器。同样在这一实施例中，本发明的移动音频设备可包括遥控器。同样在这一实施例中，本发明的移动音频设备可包括可分开的面板。

在各个实施例中，一种方法包括：接收包括多个滤波器均衡系数的分布图，用来自分布图的多个滤波器均衡系数来配置图形均衡器的多个滤波器，接收第一信号以供处理，使用第一增益来调整多个滤波器，使用图形均衡器的多个滤波器来均衡第一信号，输出第一信号，接收第二信号以供处理，使用第二增益来调整先前用来自分布图的滤波器均衡系数配置的多个滤波器，用图形均衡器的多个滤波器来均衡第二信号的第二多个频率，以及输出第二信号。分布图可从通信网络和/或从固件中接收。

多个滤波器可使用多个滤波器均衡系数来配置，以便修改第一信号来使话音的声音在电话通信期间清晰，以便修改第一信号来使话音的声音在高噪声环境中清晰，和/或以便修改第一信号来为手持式设备调整与媒体文件相关联的声音。

在均衡第一信号之前，该方法还包括：调整第一信号的增益，用低架滤波器对经调整的第一信号进行滤波，以及用压缩器来压缩经滤波的第一信号。此外，该方法还包括：在均衡第一信号之后，用压缩器来压缩经均衡的第一信号，以及调整经压缩的第一信号的增益。

在某些实施例中，该方法还包括：用第一低滤波器对第一信号进行滤波，在用压缩器压缩经滤波的信号之前，用第一高架滤波器对从第一低架滤波器接收到的第一信号进行滤波，在用图形均衡器来均衡第一信号之前，用第二低架滤波器对第一信号进行滤波，以及在用第二低架滤波器对第一信号进行滤波之后，用第二高架滤波器对第一信号进行滤波。

图形均衡器的多个滤波器可包括十一个级联二阶滤波器。二阶滤波器的每一个可以是钟形滤波器。

在某些实施例中，系统包括图形均衡器。图形均衡器可包括滤波器模块、分布图模块、以及均衡模块。滤波器模块包括多个滤波器。分布图可被配置成接收包括多个滤波器均衡系数的分布图。均衡模块可被配置成：用来自分布图的多个滤波器均衡系数来配置多个滤波器，接收第一和第二信号，使用第一增益来调整多个滤波器，使用图形均衡器的多个滤波器来均衡第一信号，输出第一信号，使用第二增益来调整先前用来自分布图的滤波器均衡系数配置的多个滤波器，使用图形均衡器的多个滤波器来均衡第二信号，以及输出第二信号。

在各个实施例中，一种方法包括：配置多个滤波均衡系数的图形均衡器，使用第一增益来调整图形均恨器，用图形均衡器来处理第一信号，从图形均恨器输出第一信号，使用第二增益来调整图形均衡器，用图形均衡器来处理第二信号，图形均衡器是先前用多个滤波器均衡系数来配置的，以及从图形均衡器输出第二信号。

在某些实施例中，一种计算机可读介质可包括可执行指令。该指令可由处理器可行以执行一种方法。该方法可包括：接收包括多个滤波器均衡系数的分布图，用来自分布图的多个滤波器均衡系数来配置图形均衡器的多个滤波器，接收第一信号以供处理，使用第一增益来调整多个滤波器，使用图形均衡器的多个滤波器来均衡第一信号，输出第一信号，接收第二信号以供处理，使用第二增益来调整先前用来自分布图的滤波器均衡系数配置的多个滤波器，用图形均衡器的多个滤波器来均衡第二信号的第二多个频率，以及输出第二信号。

通过结合作为示例示出的根据本发明的实施例的特征的附图，本发明的其他特征和方面在以下详细描述中将变得明显。本概述不旨在限制本发明的范围，本发明的范围仅由所附权利要求限定。

附图说明

根据一个或多个各种实施例，本发明是参考以下附图来详细描述的。仅出于示出目的以及仅描述本发明的典型或示例实施例来提供附图。提供这些附图以便于读者理解本发明，且不应被认为是对本发明的广度、范围或应用性的限制。应注意，为了示出的清楚和方便，这些附图不一定是按比例绘制的。

图1示出本发明的数字信号处理方法的一个实施例的框图。

图2示出本发明的数字信号处理方法的一个实施例中所使用的低架滤波器（low-shelffilter）的效果。

图3示出可如何使用高通和低通滤波器来创建低架滤波器。

图4示出本发明的数字信号处理方法的一个实施例中使用的高架滤波器（high-shelf filter）的效果。

图5示出本发明的数字信号处理方法的一个实施例中所使用的钟形滤波器的频率响应。

图6示出本发明的数字信号处理方法的一个实施例中所使用的图形均衡器的一个实施例的框图。

图7示出示意可如何使用Mitra-Regalia实现来构建滤波器的框图。图8示出可在本发明的数字信号处理方法的一个实施例中使用的幅度补偿的低架滤波器的效果。

图9示出可在本发明的数字信号处理方法的一个实施例中使用的幅度补偿的低架滤波器的实现的框图。

图10示出在本发明的数字信号处理方法的一个实施例中使用的压缩器的静态传递特性（输出级和输入级之间的关系）。

图11示出在本发明的数字信号处理方法的一个实施例中使用的二阶传递函数的直接形式类型1的实现的框图。

图12示出在本发明的数字信号处理方法的一个实施例中使用的二阶传递函数的直接形式类型1的实现的框图。

图13是本发明的数字信号处理方法的一个实施例中所使用的图形均衡器的框图。

图14是用于在本发明的数字信号处理方法的一个实施例中用多个滤波器系数来配置图形均衡器的流程图。

图15是用于在本发明的数字信号处理方法的一个实施例中选择一个或多个分布图来配置图形均衡器的示例性图形用户界面。

这些图不旨在是穷尽性的或将本发明限于所公开的确切形式。应当理解，本发明可以用修改和变更来实践，且本发明仅由权利要求及其等效物来限定。

详细描述

要理解本发明不限于在此所描述的特定方法学、混合物、材料、制造技术、用途、以及应用，因为这些可有变化。还要理解本文中所使用的术语仅出于描述特定实施的目的，而不旨在限定本发明范围。必需注意到，如本文以及所附实施例中所使用地，单数形式的“一”、“一个”以及“该”包括复数引用，除非上下文另外明确地指出相反情况。因此，举例而言，提及“一音频设备”是对一个或多个音频设备的提及，且包括本领域普通技术人员所知的其等效物。

类似地，举另一示例，提及“一步骤”或“一手段”是对一个或多个步骤或手段的提及，且可包括子步骤和从属手段。所使用的所有连接词要以可能的最大涵盖方式来理解。因此，词语“或”应当理解为具有逻辑“或”的定义而非逻辑“异或”的定义，除非在上下文中另外明确指出相反情况。

可解释为表示近似的语言应当如此理解，除非上下文中另外明确指出相反情况。

除非另外定义，否则在本文中所使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的一名普通技术人员所通常理解相同的含义。描述了优选方法、技术、装置和材料，但是在本发明的实践或测试中可使用与本文所描述的相似或等效的任何方法、技术、装置、或材料。本文中所描述的结构也要理解为提及这种结构的功能性等效物。

1.0概述

首先，线性时间不变系统的某些背景是有帮助的。通过以下差分方程来描述输入为x[k]和输出为y[k]的N阶、线性时间不变（LTI）离散滤波器：

其中，选择系数{b0,b1,...,bN,a1,a2,...,aN}，使得滤波器具有期望的特性（其中术语“期望的”可指代时间域行为或频域行为）。

上述差分方程可由脉冲函数δ[k]来激励，该脉冲函数δ[k]的值如下给出：

当将信号δ[k]施加于由上述差分方程所描述的系统时，结果被称为脉冲响应h[k]。根据系统理论，以下是公知的结果：单独的脉冲响应h[k]完全表征任何输入信号的LTI离散时间系统的行为。即，如果h[k]是已知的，则输入信号x[k]的输出y[k]可通过被称为卷积的操作来获取。正式地，给定h[k]和x[k]，响应y[k]可被计算成：

关于z变换的某些背景也是有帮助的。时间域与频域之间的关系由被称为z变换的公式给出。由脉冲响应h[k]描述的系统的z变换可由函数H(z)来定义，其中：

且z是具有实部和虚部的复变量。如果将复变量限于复平面中的单位圆（即，由关系[zl=1描述的区域），则所得结果为以下可按半径形式描述的复变量：

其中

且

关于离散时间的傅立叶变换的某些背景也是有益的。以半径形式来描述z，将z变换限于单位圆被称为离散时间傅立叶变换（DTFT）且如下给出：

尤其感兴趣的是系统在被给定频率的正弦波激励时如何表现。根据LTI系统的理论，最显著的结果之一是正弦波是这样的系统的本征函数。这意味着LTI系统对正弦波sin(θ0k)的稳态响应也是相同频率θ0的正弦波，与输入仅在振幅和相位上有区别。实际上，当由输入x[k]=sin(θ0k)驱动时，LTI系统的稳态输出yss[k]如下给出：

其中

以及

最后，需要关于频率响应的某些背景。上述方程是重要的，因为它们指示了当由正弦波驱动时LTI系统的稳态响应是相同频率的正弦波，该正弦波由该频率的DTFT振幅来缩放且由该频率的DTFT的相位来在时间上偏移。出于本发明的目的，考虑的是稳态响应的振幅，以及DTFT为我们提供了在由正弦波驱动时LTI系统的输出－输入的相对量。由于任何信号可被表达成正弦波的线性组合（傅立叶分解定理），DTFT可给出任意输入信号的响应。在定性上，DTFT示出了系统如何对输入频率范围作出响应，DTFT的大小的曲线给出有意义的测量：给定频率的多少信号将出现在系统的输出处。出于这一原因，DTFT通常被称为系统的频率响应。

2.0数字信号处理

图1示出根据本发明的一个实施例的方法100的示例数字信号过程流。现在参考图1，方法100包括以下步骤：输入增益调整101、第一低架滤波器102、第一高架滤波器103、第一压缩器104、第二低架滤波器105、第二高架滤波器106、图形均衡器107、第二压缩器108、以及输出增益调整109。

在一个实施例中，数字信号处理方法100可取音频信号110作为输入，执行步骤101-109，并且提供输出音频信号111作为输出。在一个实施例中，数字信号处理方法100可在计算机芯片上执行，诸如（不限于）数字信号处理器或DSP。在一个实施例中，这样的芯片可以是较大音频设备的一部分，诸如（不限于）收音机、MP3播放器、游戏站、蜂窝电话、电视机、计算机、或公共地址系统。在一个这样的实施例中，可在音频信号从音频设备输出之前，对音频信号执行数字信号处理方法100。在一个这样的实施例中，可在音频信号通过源选择器之后但在其通过音量控制之前，对音频信号执行数字信号处理方法100。

在一个实施例中，步骤101-109可按数字顺序完成，尽管这些步骤可按任何其他顺序来完成。在一个实施例中，可排他地执行步骤101-109，而在其他实施例中，也可执行其他步骤。在一个实施例中，步骤101-109中的每一个都可被执行，而在其他实施例中，可以跳过这些步骤中的一个或多个。

在一个实施例中，输入增益调整101提供期望的增益量，以便将输入音频信号110带入将在数字信号处理方法100中的后继内点处阻止数字移出的电平。

在一个实施例中，低架滤波器102、105中的每一个都是这样的滤波器：对高于特定频率（被称为转角频率）的所有频率具有额定增益0db。对于低于转角频率的各频率，低架滤波器具有增益±G dB，这取决于低架滤波器是否分别处于增强或削减模式。这在图2中示出。

图2示出正由本发明的一个实施例实现的低架滤波器的效果。现在参考图2，低架滤波器的目的是使高于转角频率的所有频率保持不被更改，而将低于转角频率的所有频率增强或削减固定量G db。还注意到，0 db点稍微高于期望的1000Hz。以下是标准的：指定处于削减模式的低架滤波器在转角频率处具有-3 dB的响应，而处于增强模式的低架滤波器被指定使得在转角频率处的响应为G-3 dB——即，从最大增强下降3 dB。实际上，所有用于创建架式滤波器（shelving filter）的课本公式导致这样的响应。这导致特定量的不对称，其中对于增强或削减的几乎所有的值，削减和增强低架滤波器不是彼此的镜像。这是本发明需要针对的某些东西，且对滤波器的实现需要创新的方法。

现在忽略不对称，用于创建低架滤波器的标准方法是作为高通和低通滤波器的加权和。例如，我们考虑这样的情况：处于削减模式的低架滤波器增益（gain）为-G dB且转角频率为1000Hz。图3示出截止频率为1000的高通滤波器和截止频率为1000Hz的低通滤波器，被缩放-G dB。串行应用的这两个滤波器的聚集效果看上去如同图2中的低架滤波器。实践中，对于从没有增强或削减到G dB的增强或削减的变换的陡度，存在某些限制。图3示出这一限制，转角频率被示为1000Hz，而直到低于1000Hz的特定频率才实现期望的G dB增强或削减。应注意到，本发明的所有架式滤波器是一阶架式滤波器，这意味着它们通常可由一阶有理变换函数来表示：

在某些实施例中，高架滤波器103、106中的每一个只不过是低架滤波器的镜像。即，低于转角频率的所有频率都不被修改，而高于转角频率的各频率被增强或削减G db。关于陡度和不对称性的相同说明适用于高架滤波器。图4示出由本发明的一个实施例实现的高架滤波器的效果。现在参考图4，示出了1000Hz的高架滤波器。

图5示出根据本发明的一个实施例的方法100来实现的钟形滤波器的示例频率响应。如图5中所示，二阶滤波器中的每一个以固定的中心频率来实现钟形增强或削减，而F1(z)以30Hz为中心，F11(z)以16000Hz为中心，并且之间的其他滤波器大致以一倍频程（one-octave）间隔为中心。参考图5，示出了钟形滤波器以1000Hz为中心。该滤波器对高于和低于中心频率的各频率具有额定增益0 dB，在1000Hz处具有增益-G dB，以及在1000Hz周围区域具有钟形响应。

该滤波器的形状由单个参数来表征：品质因数Q。品质因数由滤波器中心频率与其3-dB带宽B的比率来定义，其中3-dB带宽在图中被示为：滤波器的响应与-3 dB点相交处的两个频率之间在Hz上的差异。

图6示出根据本发明的一个实施例的示例图形均衡器块600。现在参考图6，图形均衡器600包括一排级联式的十一个二阶滤波器：F₁(z)、F₂(z)、...、F_n(z)。在一个实施例中，图形均衡器107（在图1中示出）被实现为图形均衡器600。

本发明中，十一个二阶滤波器中的每一个可根据公式来计算，公式类似这个：

使用这样的等式导致一个问题：上述五个系数{b₀,b₁,b₂,a₁,a₂}中的一个直接取决于品质因数Q以及增益G。这意味着对于使滤波器可调谐，即具有变量Q和G，必需实时地重新计算所有五个系数。这可能有问题，由此这样的计算可能容易消耗执行图形均衡器107可用的存储器并且产生过多的延迟或故障问题，这是不可接受的。该问题可通过利用Mitra-Regalia实现来避免。

根据数字信号处理（DSP）理论的一非常重要的结果被用于实现数字信号处理方法100中所使用的滤波器。这一结果表明：各种各样的滤波器（尤其是数字信号处理方法100中所使用的滤波器）可被分解成全通滤波器和来自输入的前馈分支的加权和。该结果的重要性将变得清楚。暂时假设二阶变换函数H(z)是作为描述以fc为中心具有品质因数Q和采样频率Fs的钟形滤波器的实现，H(z)通过下式表示：

辅助量k1、k2可由下式来定义：

并且传递函数A(z)可由下式来定义：

可以验证A(z)是全通滤波器。这意味着A(z)的振幅对于所有频率是恒定的，仅相位根据频率改变。A(z)可用作每一钟形滤波器的构建块。以下非常重要的结果可被示为：

这是Mitra-Regalia实现的关键。可以实现具有可调谐增益的钟形滤波器，以便以非常明确的方式来示出包括增益G。这在图7中示出，图7示出了根据本发明的一实施例、使用Mitra-Regalia实现来构建的示例滤波器。对于以这样的非直观方式来分解滤波器存在非常好的原因。参考上述等式，记住只要G有改变（即，只要图形EQ“滑块”中的一个被移动），就需要重新计算a和b系数中的每一个。尽管未示出需要对a和b系数执行的计算，但这些计算是非常复杂且耗时的，并且对它实时地重新计算的确不切实际。然而，在典型的图形EQ中，增益G和品质因数Q保持恒定，而只允许G变化。这就是使得紧接的上一个等式如此吸引人的原因。注意，根据上述等式，A(z)不以任何方式取决于增益G，且如果Q和中心频率fc保持固定（如同它们在图形EQ滤波器那样），则k1和k2保持固定，而不管G如何改变。由此，这些变量仅需要计算一次！计算增益变量是通过实时地改变几个简单的量来完成的：

以及

这些是非常简单的计算，且只要求几个CPU周期。这只剩下如何实现全通传递函数A(z)的问题，而全通传递函数A(z)是略微平凡运用。整排图形均衡器由此包括11个级联的钟形滤波器，每一个都经由其自己的Mitra-Regalia实现来完成：

从该式中可以看出，整排图形均衡器取决于总共22个固定的系数，这些系数只需计算一次且被存储在存储器中。对图形均衡器的“调谐”是通过调节参数G1、G2、…、G11来完成的。返回参考图6，以示意图形式来看。在数字信号处理方法100所使用的各种滤波器的实现中，将反复使用Mitra-Regalia实现。Mitra-Regalia在实现架式滤波器方面也是有用的，其中由于架式滤波器使用一阶滤波器Mitra-Regalia甚至更为简单。最终结果是架式滤波器由单个全通参数k以及增益G来表征。如同钟形滤波器，架式滤波器处于固定的转角频率（实际上，所有架式滤波器具有1kHz作为其转角频率）且带宽也是固定的。合计起来，四个架式滤波器简单地由下式来完整地描述：

H₁(z)→固定的k¹,变量G₁

H₂(z)→固定的k²,变量G₂

H₃(z)→固定的k³,变量G₃

H₄(z)→固定的k⁴,变量G₄

如上文讨论的，常规架式滤波器的响应在该滤波器增强时相对于该滤波器削减时存在不对称。如所讨论的，这是由于设计技术对于3-dB点在增强时与削减时具有不同的定义。数字信号处理方法600依赖于滤波器H1(z)和H3(z)彼此为镜像，且对H2(z)和H4(z)也是相同的。这导致对增强架式滤波器使用特殊的滤波器结构，该结构导致对H1、H3和H2、H4的完美的幅度取消，如图8中所示。这一类型的频率响应被称为幅度补偿。该结构是本发明特有的。一般而言，为任何滤波器H(z)导出带有补偿幅度响应的滤波器是简单的数学运算。滤波器H-1(z)当然适合要求，但可能不是稳定或可实现的z函数，在这种情况下，该解只是数学上的新奇事物，而在实践中没有用。这是对于常规架式滤波器的情况。上述等式示出了如何从全通滤波器作出钟形滤波器。这些等式同样好地适用于构建以一阶全通滤波器A(z)开始的架式滤波器，其中：

且选择α使得：

其中，fc是期望的转角频率，而Fs是采样频率。应用上述等式以及重新安排的项，这可被表达为：

这是低架滤波器的等式。（高架滤波器可通过将项(1-G)变化成(G-1)来获取）。在下式中取H(z)结果的倒数：

该等式有问题，因为它包含了无延迟回路，这意味着该等式不能经由常规的状态－变量方法来实现。

幸运的是，系统理论中存在某些最近的结果，这些结果示出如何实现带有无延迟回路的有理函数。Fontana和Karjalainen表明每一步骤在时间上可被“拆分”成两个“子步骤”。

图9示出根据本发明的一个实施例的示例幅度补偿低架滤波器。参考图9，在第一子步骤期间（被标记为“子样本1”），向滤波器A(z)馈送零输入并计算其输出10[k]。在该同一子样本期间，使用10[k]的值来输出y[k]，可根据紧接的上一个等式如下执行：

从图9中可以看出，这两个计算对应于切换位于“子样本1”的位置的情况。接着，切换被扔给“子样本2”的位置，且剩下要做的只是更新滤波器A(z)的内部状态。这一非常规滤波器结构导致完美的幅度补偿11。这可按以下方式利用以用于本发明：当数字信号处理方法100的架式滤波器处于“削减”模式时，可使用以下等式：

然而，当数字信号处理方法100的架式滤波器处于“增强”模式时，可使用以下等式，而G的值与“削减”模式中所使用的相同。

这导致架式滤波器是彼此的完美镜像（根据图8），这是数字信号处理方法100所需的。（注意：可通过改变(1-G)/2相的符号来对等式16进行改变，以作出高架滤波器）。图8示出由本发明的一个实施例实现的振幅补偿的低架滤波器的效果。

压缩器104、108中的每一个都是动态范围的压缩器，动态范围的压缩器被设计成通过降低信号峰值电平与其平均电平的比率来更改信号的动态范围。压缩器以四个量为特征：起动时间Tatt、释放时间Trel、阈值KT、以及比率r。简言之，信号的包络由算法来跟踪，该信号的包络给出信号电平的大致“轮廓”。一旦电平在等于Tatt的一段时间超过阈值KT，则对于高出KT的每dB，压缩器将信号的电平减小比率r dB。一旦信号的包络在等于释放时间Trel的时间段落到KT以下，则压缩器停止减小该电平。图10示出根据本发明的一个实施例来实现的压缩器的静态传递特性（输出电平和输入电平之间的关系）。

仔细地检查静态传递特性是有益的。假设已经以某种方式计算了信号在时刻k的电平L[k]。出于指导性目的，考虑一个单个静态电平L。如果L低于压缩器的触发阈值KT，则压缩器不作任何事情，且允许信号通过而不被改变。然而，如果L大于KT，则压缩器对于电平L超出KT的每一dB使得输入信号衰减r dB。

考虑以下情况是有益的：其中L大于KT，这意味着20 log₁₀(L)>20log₁₀(KT)。在这一情况下，过量增益（excess gain）（即电平超出阈值的db量）是：g_excess=20 log₁₀(L)-20 log₁₀(KT)随着压缩器对于过量增益的每一dB将输入衰减r dB，增益减少gR可如下表达：

从该式中，它遵循：采用压缩器的输出，y由20 log₁₀(y)=gR*20 log₁₀(x)给出，期望的输出－输入关系被满足。

将这一等式转换成线性域（而不是对数域）得到下式：

这等效于：

压缩器算法的最重要的部分是确定对信号电平有意义的估计。这可以用相当直接的方式来完成：信号绝对值的运行“集成”被保留，其中电平被集成的速率由期望的起动时间来确定。当信号的瞬时电平降至当前集成的电平以下时，允许集成电平以释放时间所确定的速率下降。给出起动时间和释放时间Tatt和Trel，用于跟踪电平的等式L[k]如下给出：

其中

以及

如上述电平计算的每一点处，将所计算的L[k]与阈值KT作比较，且如果L[k]大于KT，则输入信号x[k]按照与电平超出阈值的量成比例的量来缩放。比例常数等于压缩比例r。在大量数学操作之后，在压缩器的输入与输出之间建立以下关系：

电平L[k]在等式18中计算，量Gexcess如下计算：

量Gexcess表示过量增益的数量。如果过量增益大于一，则输入信号没有改变且通过至输出。在过量增益超出一的情况下，增益缩减GR（gain reduction）如下计算：

则输入信号由GR来缩放且被发生至输出：

通过这一过程，创建了输出信号，对于输入信号电平中每1 dB的增长，该输出信号的电平以1/rdB增长。

实际上，计算上述等式的倒数可能是耗时的，因为某些计算机芯片在实时划分方面非常差。由于KT是预先知道的且KT仅在用户改变它时发生改变，因此可将预先计算的

值表存储在存储器中并在需要时使用。类似地，计算GR的上述等式中取幂运算极其难以实时地执行，因此，预先计算的值可作为近似来使用。由于当Gexcess大于单位一时要考虑的只是量GR，因此，可以对每一可能的比率r的值创建比如说100个GR值的列表（预先计算的自GR＝1到G＝100的GR整数值）。对于GR的非整数值（几乎所有GR），计算GR的上述等式中的量可按以下方式来近似。令Gexcess超出最接近的Gexcess整数值的数量为interp。换言之，

且令GR,0和GR,1指代预先计算的值

以及

随后可使用线性内插（linear interpolation）来如下计算GR的近似：

出于本发明的目的，可将上述等式中GR真值与近似之间的误差示为不重要。此外，计算GR近似值仅要求几个算术周期以及从预先计算的表中进行若干读取。在一个实施例中，可将比率r的六个不同值以及Gexcess的100个整数点存储的表存储在存储器中。在这一实施例中，整个存储器的使用仅为600个存储器字，这相比于直接计算GR真值必要的好几百个计算周期可能令人愉悦得多。这是本发明的一个主要优点。

数字信号处理方法100中各数字滤波器中的每一个可使用多个潜在架构或实现之一来实施，其中每一个都在复杂性、吞吐速度、系数灵敏度、稳定性、固定点行为以及其他数值考虑方面都有其折衷。在一个具体实施例中，可使用被称为类型1的直接形式架构（DF1）。DF1架构具有多个期望属性，不仅仅是其与差分方程和传递函数的清楚对应关系。数字信号处理方法100中所有数字滤波器不是一阶就是二阶。

首先将详细检查二阶滤波器。如上文所讨论的，在第二滤波器中实现的传递函数如下给出：

它对应于差分方程：

图11示出根据本发明的一个实施例的二阶滤波器的DF1架构。如图11所示，这一滤波器结构中的乘数对应于上述传递函数和差分方程中的系数。用符号z-1标记的框是延时寄存器，在计算的每一步都需要延时寄存器的输出。在数字信号处理方法100的某些实施例中，这些寄存器的输出被称为状态变量，并且为它们分配了存储器。数字滤波器的输出如下计算：

最初，状态变量中的每一个被设置为零。换言之，

在时间k=0，进行以下计算，根据图11：

随后，则更新寄存器，使得由x[k-1]标记的寄存器现在保持x[0]，由x[k-2]标记的寄存器现在保持x[-1]，由y[k-1]标记的寄存器现在保持y[0]，以及由y[k-2]标记的寄存器现在保持y[-1]。

在时间k=1，进行以下计算：

随后，再次完成寄存器更新，使得由x[k-1]标记的寄存器现在保持x[0]，由x[k-2]标记的寄存器现在保持x[0]，由y[k-1]标记的寄存器现在保持y[1]，以及由y[k-2]标记的寄存器现在保持y[0]。

随后，对所有瞬间k，反复重复这一过程：带入新输入x[k]、计算新输出y[k]，并且更新状态变量。

一般而言，数字滤波操作则可被看作使用系数b0、b1、b2、a1、a2和状态系数x[k-1]、x[k-2]、y[k-1]、y[k-2]对数据流x[0]、x[1]、x[2]...执行的一组乘法和加法。

这在特定情形中的表现是有益的。对构成图形均衡器107的基本构建块的钟形滤波器进行检查是有帮助的。如上文所讨论的，用采样频率Fs、中心频率fc处的增益G以及数量因数Q来将钟形滤波器实现成：

其中A(z)是由下式定义的全通滤波器：

其中，k1和k2是经由等式从fc和Q中计算的：

以及

值k1和k2是预先计算的且被存储在存储器中的表中。为实现Q和fc的特定值的滤波器，在该表中查找k1和k2的对应值。由于算法中存在十一个特定的fc值和十六个特定的Q值，且滤波器以单个采样频率Fs来来操作，并且只有k2取决于fc和Q两者，因此k1和k2系数集的总体存储要求是相当小的（最坏的情况是11x16x2字）。从上文A(z)的等式中观测到其系数是对称的。即，可将等式重写成：

其中

以及

观察到如上述等式中给出的A(z)暗示了差分方程：

可将其重新安排以便得到：

在一个具体实施例中，可将状态变量存储在数组xv[]和yv[]中，其中xv[0]对应于x[k-2]，xv[1]对应于x[k-1]，yv[0]对应于y[k-2]，以及yv[1]对应于y[k-1]。则以下代码片段实现全通滤波器的单个步骤：

根据上述等式，现在该循环必需在全通滤波器周围合并。这通过以下代码片段来平凡地实现：

更简明地，可将先前两个代码片段结合成看上去像这样的单个例程：

现在将详细检查一阶滤波器。这些滤波器可通过传递函数来描述：

它对应于差分方程：

图12示出根据本发明的一个实施例的一阶滤波器的DF1架构。现在参考12，这一滤波器结构中的乘数以清楚的方式对应于传递函数和差分方程中的系数。数字滤波器的输出如下计算：

最初，状态变量中的每一个被设置为零。换言之，

在时间k=0，进行以下计算，根据图11：

随后，则更新寄存器，使得由x[k-1]标记的寄存器现在保持x[0]，以及由y[k-1]标记的寄存器现在保持y[0]。

在时间k=1，进行以下计算：

随后，再次完成寄存器更新，使得由x[k-1]标记的寄存器现在保持x[1]，以及由y[k-1]标记的寄存器现在保持y[1]。

一般而言，数字滤波操作则可被看作使用系数b0、b1、a1和状态系数x[k-1]、y[k-1]对数据流x[0]、x[1]、x[2]...执行的一组乘法和加法。

图13是本发明的数字信号处理方法的一个实施例中所使用的图形均衡器1300的框图。在各个实施例中，分布图可包括可用于配置图形均衡器1300的多个滤波器均衡系数。如此处所讨论的，一旦被多个滤波器均衡系数（例如，系数修饰符）配置，图形均衡器1300就可均衡多个信号。尽管可以（例如使用期望的增益值）执行对图形均衡器1300的滤波器的调整，但滤波器在均衡多个信号时可能不必用不同的滤波器均衡系数集来重新配置。

在各个实施例中，图形均衡器1300包括滤波器模块1302、分布图模块1304、以及均衡模块1306。图形均衡器1300可包括11频带图形均衡器107。本领域技术人员可以理解，图形均衡器1300可包括任意数量的频带。

滤波器模块1302包括任意数量的滤波器。在各个实施例中，在滤波器模块1302中多个滤波器中的滤波器彼此并行。多个滤波器中的一个或多个滤波器可被配置成以不同频率对信号进行滤波。在某些实施例中，多个滤波器中的滤波器是二阶钟形滤波器。

分布图模块1304被配置成接收分布图。分布图包括可用于配置图形均衡器的滤波器（例如，滤波器模块1302中多个滤波器中的滤波器）的多个滤波器均衡系数（例如，滤波器均衡系数修饰符）。在某些实施例中，分布图可针对特定类型或模型的硬件（例如扬声器）、特定收听环境（例如有噪声或安静的）、和/或音频内容（例如声音、音乐、或电影）。在硬件分布图的某些示例中，可能存在针对以下各项的分布图：蜂窝电话、有线电话、无绳电话、通信设备（例如步谈机以及其他双向无线电收发机）、警方收音机、音乐播放器（例如苹果公司的IPod以及微软公司的Zune）、头戴式耳机、耳机、话筒、和/或其他。

例如，当分布图针对特定类型或模型的硬件时，该分布图的多个滤波器均衡系数将图形均衡器1300配置成均衡一个或多个信号以便改进特定类型或模型的硬件的品质。在一个示例中，用户可选择针对特定模型的PC扬声器的分布图。所选分布图的多个滤波器均衡系数可用于将图形均衡器1300配置成均衡要通过PC扬声器播放的信号，使得通过扬声器所察觉到的声音品质相比于图形均衡器1300未被如此配置的情况下获得更高的品质。

在另一示例中，用户可选择针对特定模型的话筒的分布图。所选分布图的多个滤波器均衡系数可用于将图形均衡器1300配置成均衡接收自话筒的信号，使得所观察到的声音品质可被提升。

也可能存在针对一个或多个收听环境的分布图。例如，可能存在针对以下各项的分布图：使语音声音电话会话期间清晰、使语音或音乐在高噪声环境中清晰、和/或使其中收听者听力受损的语音或音乐环境清晰。还可存在对不同音频内容的分开的分布图，包括对与语言、音乐和电影相关联的信号的分布图。在一个示例中，可存在对不同类型的音乐（例如替换的音乐、爵士或古典）的不同分布图。

本领域技术人员可以理解，对声音的提升或使声音清晰可指代改进的对声音的察觉。在各个实施例中，可以选择分布图的滤波器均衡系数，以便为播放特定音频内容的特定设备（例如在便携式媒体播放器上播放的电影）改进对声音的察觉。在分布图中多个滤波器均衡系数中的滤波器均衡系数可基于期望的声音输出和/或品质来选择和/或生成。

均衡模块1306可使用分布图中多个滤波器均衡系数中的系数来配置滤波器模块1302中的滤波器。如此处所讨论的，图形均衡器1300中的滤波器可经由Mitra-Rega1ia实现来实施。在一个示例中，一旦均衡模块1306用滤波器均衡系数配置滤波器，滤波器的系数就保持固定（即，在均衡多个信号之前、期间或之后，不会用新系数来重新配置滤波器）。尽管可能不用新的滤波器均衡系数来重新配置图形均衡器1300的滤波器，但可用增益值（例如增益变量）来周期性地调整滤波器。计算增益值来进一步配置均衡器滤波器可通过如先前讨论的改变简单的量来完成。

均衡模块1306还可使用由分布图的滤波器均衡系数所配置的滤波器来均衡多个信号。在一个示例中，均衡模块1306使用滤波器模块1306的先前配置的均衡器滤波器来均衡包括多个频率的第一信号。也可使用如由滤波器均衡系数先前配置的均衡器滤波器来类似地均衡第二信号。在某些实施例中，均衡模块1306调整增益，以便在第二信号被均衡之前进一步配置均衡器滤波器。

在某些实施例中，分布图可包括一个或多个架式滤波器（shelf filter）系数。如此处讨论的，一个或多个架式滤波器可包括一阶滤波器。一个或多个架式滤波器（例如，图1的低架1 102、高架1 103、低架2 105、以及高架2 106）可由分布图内的架式滤波器系数来配置。在一个示例中，分布图可针对特定模型的计算机的特定内置扬声器。在该示例中，分布图内的架式滤波器系数可用于配置架式滤波器，以改进或提升来自内置扬声器的声音品质。本领域技术人员可以理解，分布图可包括许多不同的滤波器系数，这些系数可用于配置任何滤波器以便改进或提升声音品质。如此处讨论的，架式滤波器或任何滤波器可进一步用增益值来配置。本领域技术人员可以理解，更多或更少的模块可执行图13中所描述的模块的功能。可能有任意数量的模块。模块可包括硬件、软件、或两者的组合。硬件模块可包括任何形式的硬件，包括电路。在某些实施例中，滤波器电路执行与滤波器模块1302相同或相似的功能。分布图电路可执行与分布图模块1304相同或相似的功能，并且均衡电路可执行与均衡模块1306相同或相似的模块。软件模块可包括可存储在计算机可读介质中的指令，计算机可读介质诸如硬盘驱动器、RAM、闪存、CD、DVD等。该指令能由处理器执行以便执行一种方法。

图14是用于在本发明的数字信号处理方法的一个实施例中用多个滤波器均衡系数来配置图形均衡器1300的流程图。在步骤1402，分布图模块1304接收带有多个滤波器均衡系数的分布图。在各个实施例中，数字设备的用户可选择与可用硬件、收听环境、和/或音频内容相关联的分布图。数字设备是具有存储器和处理器的任何设备。在某些实施例中，数字设备科包括蜂窝电话、无绳电话、无线电话、音乐播放器、媒体播放器、个人数字助理、电子书阅读区、膝上型计算机、台式计算机等。

分布图可被预先存储在数字设备上（例如硬盘驱动器、闪存、或RAM内），从固件中检索，或从通信网络（例如因特网）下载。在某些实施例中，不同的分布图可供下载。每一分布图可针对特定硬件（例如扬声器或头戴式耳机的模型和/或类型）、特定收听环境（例如有噪声）、和/或音频内容（例如声音、音乐、或电影）。在一个示例中，可从制造者和/或网站下载一个或多个分布图。

在步骤1404，均衡模块1306用来自分布图的多个滤波器均衡系数来配置图形均衡器1300的滤波器（例如，滤波器模块1302的均衡器滤波器）。均衡模块1306或另一模块也可用包含在分布图内的其他系数来配置一个或多个其他滤波器。在步骤1406，均衡模块1306接收第一信号。第一信号可包括要由滤波器模块1302的预先配置的均衡器滤波器来均衡的多个频率。

在步骤1408，均衡模块1306使用第一增益（例如第一增益值）来调整图形均衡器1300的滤波器（例如滤波器模块1302的滤波器）。在某些实施例中，增益与扬声器相关联。增益可与要存储的声音的期望特性相关联。此外，增益可与第一信号相关联。在某些实施例中，均衡模块1306在接收第一信号之前调整滤波器模块1302。

在步骤1410，均衡模块1306均衡第一信号。在各个实施例中，均衡模块1306用滤波器模块1302的均衡器滤波器来均衡第一信号，滤波器模块1302用分布图的滤波器均衡系数来配置且进一步由增益来调整。

在步骤1412，均衡模块1306可输出第一信号。在某些实施例中，可将第一信号输出至扬声器设备或存储设备。在其他实施例中，可输出第一信号以供进一步处理（例如，由一个或多个压缩器和/或一个或多个滤波器来处理）。

在步骤1414，均衡模块1306接收第二信号。在步骤1416，均衡模块1306用第二增益来调整图形均衡器1300的滤波器。例如，均衡模块1306进一步调整使用均衡器均衡系数先前配置的滤波器模块1302的滤波器。第二增益与第一信号、第二信号、扬声器、或声音特性相关联。在某些实施例中，该步骤是可任选的。

在步骤1418，均衡模块1306用图形均衡器1300来均衡第二信号。在各个实施例中，均衡模块1306用滤波器模块1302的均衡器滤波器来均衡第二信号，滤波器模块1302用分布图的滤波器均衡系数来配置且进一步由第一和/或第二增益来调整。在步骤1420，均衡模块1306可输出第二信号。

本领域技术人员可以理解，在信号处理期间（例如，正通过扬声器播放声音时）可应用不同的分布图。在某些实施例中，用户可选择包含滤波器均衡系数的第一分布图，这些滤波器均衡系数用于在处理期间配置图形均衡器1300。已配置的图形均衡器1300的信号处理所导致的改变或提升可由收听者觉察到。用户也可选择包含不同滤波器均衡系数的第二分布图，不同的滤波器均衡系数用于重新配置图形均衡器1300。如此处讨论的，重新配置的图形均衡器1300的信号处理所导致的改变或提升也可由收听者觉察到。在各个实施例中，收听者（例如用户）在图像处理期间可选择各种不同的分布图并收听该差异。结果，收听者可选定优选的分布图。

图15是用于在本发明的数字信号处理方法的一个实施例中选择一个或多个分布图来配置图形均衡器的示例性图形用户界面1500。在各个实施例中，图形用户界面1500可显示在监视器、屏幕、或任何数字设备的显示器上。图形用户界面1500可使用任何操作系统（例如，苹果公司的OS、微软公司的Windows、或Linux）来显示。图形用户界面1500还可由诸如苹果公司的Itunes之类的一个或多个应用来显示。

图形用户界面1500是可任选的。各个实施例可在可以或可以不使用图形用户界面的任何硬件或软件平台上执行。在一个示例中，某些实施例可在RIMBlackberry（黑莓）通信设备上执行。在另一示例中，某些实施例可在计算机上诸如苹果公司的Itunes之类的应用上执行。

例如，可配置（例如，通过下载插件或其他软件）现有媒体播放器或应用配置以便接收分布图并将滤波器均衡系数应用于图形均衡器。在一个示例中，下载并安装苹果公司Itunes的插件。用户可选择音乐来播放。音乐信号可从苹果公司的Itunes中截取，并使用由一个或多个分布图（可任选地由用户选择）所配置的一个或多个滤波器和图形均衡器来处理。随后可将经处理的信号传回应用和/或操作系统，以继续处理或输出至扬声器。插件可在安装之前被下载和/或解密。分布图也可被加密。在某些实施例中，分布图可包括文本文件。应用可允许用户最小化应用和显示图形用户界面1500的选项。

在某些实施例中，图形用户界面1500显示虚拟媒体播放器和装置供用户选择一个或多个分布图。开/关按钮1502可激活虚拟媒体播放器。

内置扬声器按钮1504、桌面扬声器按钮1506、以及头戴式耳机按钮1508各自可由用户通过图形用户界面1500来选择性地激活。当用户选择性地激活按钮1504时，桌面扬声器按钮1506、或头戴式耳机按钮1508时，相关联的分布图可被检索（例如，从诸如硬盘驱动器或固件之类的本地存储）或下载（例如，从通信网络）。随后可使用多个系数的滤波器均衡系数来配置图形均衡器以修改声音输出。在一个示例中，与头戴式耳机按钮1508相关联的分布图包括滤波器均衡系数，这些滤波器均衡系数被配置成调整、修改、提升或以其他方式更改可在操作上耦合至数字设备的头戴式耳机的输出。

音乐按钮1510和电影按钮1512各自可由用户通过图形用户界面1500来选择性地激活。与内置扬声器按钮1504、桌面扬声器按钮1506和头戴式耳机按钮1508类似，当用户选择性地激活音乐按钮1510或电影按钮1512时，相关联的分布图可被检索。在某些实施例中，相关联的分布图包括滤波器均衡系数，这些滤波器均衡系数可用于配置图形均衡器的滤波器以便调整、修改、提升或以其他方式更改声音输出。

本领域技术人员可以理解，可以下载多个分布图，并且一个分布图的一个或多个滤波器均衡系数可与另一滤波器的滤波器均衡系数一起工作，以改进声音输出。例如，用户可选择内置扬声器按钮1504，该扬声器按钮用来自第一分布图的滤波器均衡系数来配置图形均衡器的滤波器，以便改进来自内置扬声器的声音输出。用户也可选择音乐按钮1510，该音乐按钮进一步用来自第二分布图的滤波器均衡系数来配置图形均衡器的滤波器均衡系数，以便改进来自内置扬声器的音乐的声音输出。

在某些实施例中，多个分布图不被组合。例如，用户可选择内置扬声器按钮1504和音乐按钮1510，该音乐按钮1510检索包括滤波器均衡系数的单个分布图，以便改进或增强来自内置扬声器的音乐的声音输出。类似地，可能存在分开的分布图，该分开的分布图当用户激活桌面扬声器按钮1506和音乐按钮1510被检索。本领域技术人员可以理解，可能存在任意数量的与对硬件、收听环境、和/或媒体类型的一个或多个用户选择相关联的分布图。

倒带按钮1514、播放按钮1516、前进按钮1518、以及状态显示1520可描绘虚拟媒体播放器的功能。在一个示例中，在用户选择了要使用的分布图（例如通过选择此处讨论的按钮）之后，用户可通过播放按钮1516来播放媒体文件（例如音乐和/或电影）。类似地，用户可使用倒带按钮1514来对媒体文件进行倒带，以及使用快进按钮1518来快进媒体文件。状态显示1520可向用户显示媒体文件的名称、以及与媒体文件有关的相关联信息（例如艺术家、媒体文件的总持续时间、媒体文件剩余要播放的持续时间）。状态显示1520可向用户显示任何信息、动画或图形。

在各个实施例中，用于执行此处描述的一个或多个实施例的插件或应用必需在该插件或应用完全起作用之前进行注册。在一个示例中，免费试用可由用户下载。在将信号处理返回到先前状态之前（例如，声音可在免费程序被下载之前返回一状态），试用版本可播放预定时间段（例如1分钟）的增强的声音或音频。在某些实施例中，可播放另一预定时间段（例如1分钟或2分钟）的未经增强的声音或音频，并且信号处理可再次返回以便使用先前配置的图形均衡器和/或其他滤波器来增强声音品质。该过程可在贯穿歌曲持续时间来回进行。一旦对插件或应用的注册已完成，插件或应用可被配置成处理信号而不来回切换。

返回参考上述等式，一阶架式滤波器可通过将以下等式应用于一阶全通滤波器A(z)来创建：

其中：

且选择α使得：

其中，fc是期望的转角频率，而Fs是采样频率。上述全通滤波器A(z)对应于差分方程：

如果全通系数α被称为allpass coef，并且等式项被重新安排，则以上等式变成：

该差分方程对应于下文详细描述的架式滤波器的代码实现。

现在将详细描述数字信号处理方法100的一个具体软件实现。

上述输入增益调整101和输出增益调整109都可通过利用“缩放”函数来实现，“缩放”函数如下实现：

上述第一低架滤波器102和第二低架滤波器105都可通过利用“low_shelf（低架）”函数来实现，“low_shelf”函数如下实现：

由于该函数有点复杂，因此对其详细解释是适当的。首先，函数声明提供了：

void low_shelf(float*xv,float*yv,float*wpt,float*input,float*output)

“low_shelf”函数取指向五个不同浮点数组的指针作为参数。数组xv和yv包含滤波器的“x”和“y”状态变量。由于架式滤波器都是一阶滤波器，因此状态变量数组长度仅为一。对于数字信号处理方法100中所使用的每一架式滤波器，存在区别的“x”和“y”状态变量。使用的下一数组是与特定架式滤波器有关的滤波器系数“wpt”的数组，wpt长度为三，其中元素wpt[0]、wpt[1]和wpt[2]描述以下各项：

且α是全通系数，而G是架式滤波器增益。α的值对所有架式滤波器是相同的，因为α的值仅由转角频率来确定（应当注意到，数字信号处理方法100中所有四个架式滤波器都具有1kHz的转角频率）。G的值对四个架式滤波器中的每一个都不同。

数组“input（输入）”是作为对每一架式滤波器的输入来馈送的输入样本块，且“output（输出）”数组中存储滤波操作的结果。

代码的下两行：

float1;

inti;

为循环计数变量i以及辅助量1分配空间，该辅助量是来自图9的量10[k]。

代码的下一行：

for(1=0:;i<NSAMPLES;i++)

执行遵循总共NSAMPLES次数的代码，其中：

NSAMPLES是数字信号处理方法100中所使用的数据块的长度。

这通过条件测试来遵循：

if(wpt[2]0.0)

且，重新调用以上讨论的等式，wpt[2]<0对应于处于“削减”模式的架式滤波器，其中，wpt[2]>=0对应于处于“增强”模式的架式滤波器。如果架式滤波器处于削减模式，则执行以下代码：

值xv[0]仅是状态变量x[k]，而yv[0]只是yv[k]。上述代码仅仅是以下等式的一种实现：

如果架式滤波器处于削减模式，则执行以下代码：

该代码实现以下等式：

上述第一高架滤波器103和第二高架滤波器106都可通过利用“high_shelf（高架）”函数来实现，该“high_shelf”函数如下实施：

实施高架滤波器实际上与实施低架滤波器没有区别。比较上述两个函数，唯一的实质区别在于单个系数的符号。因此，程序流程是相同的。

上述图形均衡器107可使用对“bell（钟形）”滤波器函数的一系列十一个调用来实施，该“钟形”滤波器如下实施：

函数bell()取以下各项作为自变量：指向数组xv（“x”状态变量）、yv（“y”状态变量）、wpt（包含三个图形EQ参数：G、k2和k1(1+k2)）的指针、输入采样“input（输入）”块、以及用于存储输出样本的地方。以上代码片段中前四个语句是简单赋值语句，且无需解释。

for循环被执行NSAMPLES次，其中NSAMPLES是输入数据块的大小。下一语句进行如下操作：

ap_output=geq_b0*(*input-yv[0])+geq_b1*(xv[1]-yv[1])+

xv[0]

如上所述，上述语句计算全通滤波器的输出。下四个语句进行如下操作：

xv[0]=xv[1];

将存储在x[k-1]中的值移到x[k-2]。

xv[1]=*input;

将input[k]（输入[k]）的值移至x[k-1]。

yv[0]=yv[i];

将存储在y[k-1]中的值移到y[k-2]。

yv[1]=*output;

将output[k]（输出[k]）的值，即全通滤波器的输出，移至y[k-1]。

最后，钟形滤波器的输出如下计算：

*output++"0,5*(1.0-gain)*ap_output+0.5*(1.0+gain)*(*iuput++);

如上所述，第一压缩器104和第二压缩器108可使用“compressor（压缩器）”函数来实施，该“compressor”函数如下实施：

压缩器函数取指向input（输入）、input（输出）和wpt数组的指针以及整数index（索引）作为自变量。输入和输出数组分别用于输入和输出数据块。代码的第一行：

static float level;

为静态存储分配被称为“level（电平）”的值，该值在函数的调用之间维护经计算的信号电平。这是因为该电平是需要在程序的整个持续时间持续地跟踪而不是仅在单个数据块的执行期间跟踪的东西。

代码的下一行：

float irrterp,GR,escessGain,Ls invT,ftempabs;

为压缩器算法的计算期间所使用的几个量分配临时存储；仅在每块的基础上需要这些量，且可在每一遍通过该函数之后丢弃这些量。

代码的下一行：

invT=wpt[2];

提取压缩器阈值的倒数，该压缩器阈值存储在wpt[2]中，wpt[2]是wpt数组中第三个元素。wpt数组的其他元素包括起动时间、释放时间、以及压缩比率。

代码的下一行指示重复NSAMPLES次压缩器循环。代码的下两行根据以上等式来实施电平计算。为领会这，注意该行

level=(ftsmpabs>=level)?wpt[0]*(level-ftsmpabs)+ftsmpabs:wpt[1]*(level-fiempabs)+ftempabs;

等同于扩展的语句：

这是实现上述必要等式所需的，其中wpt[0]存储起动常数αatt，而wpt[1]存储释放常数αrel。接着，可假设增益缩减GR（gain reduction）等于单位一。则以下比较

if(level*invT>1.0)

被执行，这与是询问level是否>T，即信号电平是否超过该阈值是相同的事。如果否，则什么都不做。如果是，则计算增益缩减。首先，将过量增益（excessgain）计算成：

excessCain=level*invT;

如使用上述等式来计算的。接下来两条语音：

intarp=excessCain-trunc(excessCain)；

j=(int)trunc(excessCain)-1;

根据上述等式，将索引值计算入指示值的表。接下来的行：

实现上文解释的内插。二维数组“table（表）”是两个索引：index和j。值j就是过量增益（excess gain）的最接近整数值。table（表）具有等于下式的值：

从上述等式中，可将其识别为必要值，其中由于j是整数值因此不需要“floor（向下舍入）”操作。最后，输入通过经计算的增益缩减GR来根据下式缩放：

*output++=*input++*GR;

该值被写到输出数组中的下一位置，且该过程以输入数组中的下一值来继续，直到输入块中所有NSAMPLE值都被耗尽。应注意到，实践中，上文描述的每一函数将处理输入和输出数据的数组，而不是一次处理单个样本。这实际上并没有太多地改变该程序，以下事实可暗示这一点：上述例程是通过引用其输入和输出来通过的。假设以NSAMPLES块的长度来传递该算法，则将数据的数组并入钟形滤波器函数所需的唯一修改是将循环并入该代码，如下：

可将数字信号处理方法100作为整体实现成一程序，该程序调用上述函数中的每一个，该程序如下实现：

可以看出，存在对scale（缩）放函数、low_shelf（低架）函数、high_shelf（高架）函数、bell（钟形）函数以及compressor（压缩器）函数的多个调用。此外，还存在被称为xv1、yv1、xv2、yv2等的数组的引用。这些数组是在对各个例程的调用之间需要维持的静态变量，且它们在该过程中存储各个滤波器的内部状态。还存在对被称为working_table（工作_表）的数组的重复引用。该表保持贯穿该算法所使用的各个预先计算的系数。可将诸如信号处理方法100的之一实施例之类的算法细分为两部分：对实时处理循环中所使用的系数的计算以及实时处理循环本身。实时循环包括简单的乘和加（实时执行乘和加是简单的）、以及系数计算（要求复杂的超越函数、三角函数以及不能有效地实时执行的其他操作）。幸运的是，这些系数在运行时期间是静态的，且可在实时处理发生之前预先计算。可针对其中要使用数组信号处理方法100的每一音频设备具体地计算这些系数。具体地，当数字信号处理方法100用在被配置成供在车辆中使用的移动音频设备时，可针对其中可使用音频设备的每一车辆分开计算这些系数，以便获取最优性能并且考虑每一车辆中的独特声学属性（诸如扬声器放置、乘客隔间设计、以及背景噪声）。

例如，特定收听环境可产生这样的异常音频响应，诸如那些来自驻波的异常音频响应。例如，这样的驻波常常在诸如汽车之类的小型收听环境中发生。汽车的长度例如大约400周期长。在这样的环境中，某些驻波被设置在该频率，而某些驻波被设置在低于该频率。驻波在其频率处呈现放大的信号，这可能呈现讨厌的声学信号。相同大小、形状以及相同特性的车辆（诸如相同型号的汽车）由于其类似的大小、形状、结构装配、扬声器放置、扬声器之类以及扬声器大小而可呈现相同的异常。在又一实施例中，可预先配置并存储所执行的频率和调整量，以便在图形均衡器107中用于减小异常响应，以供将来在收听环境中呈现。

先前部分中示出的“工作表”全都包含预先计算的值，这些预先计算的值被存储在存储器中且在需要时被检索。这节省了运行时的大量计算，且允许数字信号处理方法100在低成本的数字信号处理芯片上运行。

应注意到，这一部分中详细描述的算法以块形式编写。上文描述的程序只是数字信号处理方法100的一具体软件实施例，且不旨在以任何方式限制本发明。在供音频设备中使用的计算机芯片上可对该软件实施例进行编程，音频设备诸如（不限于）收音机、MP3播放器、游戏站、蜂窝电话、电视机、计算机、或公共地址系统。该软件实施例具有以下效果：取音频信号作为输入，并且将以经修改的形式输出该音频信号。

尽管上文描述了本发明的各实施例，但是，应该理解，它们只是作为示例来呈现的，而不作为限制。同样，各个图可描绘本发明的示例架构或其他配置，这样做是为了有助于理解本发明所包括的特征和功能。本发明不限于所示示例架构或配置，期望特征而是可使用各种替换架构和配置来实现。实际上，如何能实现替换功能、逻辑或物理分区和配置以便实现本发明的期望特征，对本领域技术人员而言是明显的。同样，除本文描绘的那些模块名以外，可将多个不同的构成模块名应用于各个部分。另外，对于流程图、操作描述和方法权利要求，本文呈现各步骤的顺序不应强制要求实施各个实施例来按相同顺序执行所示功能，除非除非上下文另外指出。

除非另外明确地声明，本文档中使用的术语和短语、及其变体应被解释成开放式而非限制性。作为上文的示例：术语“包括”应被解读成意味着“包括、但不限于”或类似含义；术语“示例”被用于提供所讨论的项的示例性情况，而非对其的穷尽性或限制性列表；术语“一（a）”或“一（an）”应被解读成意味着“至少一个”、“一个或多个”或类似含义；且诸如“常规”、“传统”、“普通”、“标准”、“已知”之类的形容词以及类似含义的术语不应被理解成将所描述的项限制在一给定时间段或限制在给定时间可用的项，而是应被解读成包含现在或将来的任何时间可用或已知的常规、传统、普通、或标准的技术。

同样，该文档涉及本领域普通技术人员会明白或知道的技术，这样的技术包含技术人员现在或将来的任何时间明白或知道的技术。

以连词“和”连接的一组项不应被解读成要求这些项中的每一个都在分组中呈现，而是应被解读成“和/或”，除非另外明确地声明。类似地，以连词“或”连接的一组项不应被解读成要求该组之间的互斥性，而是应被解读为“和/或”，除非另外明确地声明。此外，尽管本发明的元素或组件可按单数来描述或要求，但复数也被构想在其范围内，除非明确地声明限制为单数。

在某些情况下出现诸如“一个或多个”、“至少”、“但不限于”或其他类似短语之类的宽化单词或短语，不应被解读成意味着在可能没有这些宽化单词的情况下意旨或要求更窄的情况。使用术语“模块”并不意味着作为模块的一部分来描述或要求的组件或功能在公共封装中全都被配置。实际上，模块的各组件中的任一个或全部，无论是控制逻辑或其他组件，都可组合在单个封装中或分开地维护，且可进一步跨多个位置分布在多个分组或封装中。另外，此处阐述的各个实施例按照示例性框图、流程图和其他示图来描述。如对于本领域普通技术人员之一在阅读本文档之后将变得明显，所示实施例及其各种替换可被实现，而没有对所示示例的约束。例如，框图及其附图不应被解释成强制要求特定架构或配置。

Claims

1.一种方法，包括：

接收包括多个滤波器均衡系数的分布图；

使用来自所述分布图的多个滤波器均衡系数来配置图形均衡器的多个滤波器；

接收第一信号以供处理；

使用第一增益来调整所述多个滤波器；

使用所述图形均衡器的多个滤波器来均衡所述第一信号；

输出所述第一信号；

接收第二信号以供处理；

使用第二增益来调整先前使用来自所述分布图的滤波器系数配置的多个滤波器；

用所述图形均衡器的多个滤波器来均衡所述第二信号的多个第二频率；以及

输出所述第二信号。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，包括所述多个滤波器均衡系数的所述分布图是从通信网络接收的。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，包括所述多个滤波器均衡系数的所述分布图是从固件接收的。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，使用所述多个滤波器均衡系数来配置所述多个滤波器，以便修改所述第一信号从而使话音的声音在电话通信期间清晰。

5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，使用所述多个滤波器均衡系数来配置所述多个滤波器，以便修改所述第一信号从而使话音的声音在高噪声环境中清晰。

6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，使用所述多个滤波器均衡系数来配置所述多个滤波器，以便修改所述第一信号从而调整与手持式设备的媒体文件相关联的声音。

7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：在均衡所述第一信号之前：调整所述第一信号的增益；

用低架滤波器对经调整的第一信号进行滤波；以及

用压缩器来压缩经滤波的第一信号。

8.如权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：在均衡所述第一信号之后：用压缩器来压缩经均衡的第一信号；以及

调整经压缩的第一信号的增益。

9.如权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：

用第一低架滤波器对所述第一信号进行滤波；

在用压缩器压缩经滤波的信号之前，用第一高架滤波器对从所述第一低架滤波器接收到的第一信号进行滤波；

在用所述图形均衡器均衡所述第一信号之前，用第二低架滤波器对所述第一信号进行滤波；以及

在用第二低架滤波器对所述第一信号进行滤波之后，用第二高架滤波器对所述第一信号进行滤波。

10.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述图形均衡器的多个滤波器包括十一个级联的二阶滤波器。

11.如权利要求10所述的方法，其特征在于，所述二阶滤波器中的每一个都是钟形滤波器。

12.一种系统，包括：

图形均衡器，所述图形均衡器包括：

包括多个滤波器的滤波器模块；

分布图模块，所述分布图模块被配置成接收包括多个滤波器均衡系数的

分布图；以及

均衡模块，所述均衡模块被配置成：使用来自所述分布图的多个滤波器均衡系数来配置所述多个滤波器，接收第一和第二信号，使用第一增益来调整所述多个滤波器，使用所述图形均衡器的多个滤波器来均衡第一信号，输出所述第一信号，使用第二增益来调整先前用来自所述分布图的滤波器均衡系数配置的多个滤波器，使用所述图形均衡器的多个滤波器来均衡所述第二信号，以及输出所述第二信号。

13.如权利要求12所述的系统，其特征在于，包括所述多个滤波器均衡系数的所述分布图是从通信网络接收的。

14.如权利要求12所述的系统，其特征在于，包括所述多个滤波器均衡系数的所述分布图是从固件接收的。

15.如权利要求12所述的系统，其特征在于，所述分布图模块使用所述多个滤波器均衡系数来配置所述多个滤波器，以便修改所述第一信号从而使话音的声音在电话通信期间清晰。

16.如权利要求12所述的系统，其特征在于，所述分布图模块使用所述多个滤波器均衡系数来配置所述多个滤波器，以便修改所述第一信号从而使话音的声音在高噪声环境中清晰。

17.如权利要求12所述的系统，其特征在于，所述分布图模块使用所述多个滤波器均衡系数来配置所述多个滤波器，以便修改所述第一信号从而调整与手持式设备的媒体文件相关联的声音。

18.如权利要求12所述的系统，其特征在于，还包括：

增益放大器，被配置成放大所述第一信号和第二信号；

低架滤波器，被配置成对经放大的第一信号和经放大的第二信号进行滤波；以及

压缩器，被配置成压缩经滤波的第一信号和经滤波的第二信号。

19.如权利要求12所述的系统，其特征在于，还包括：

压缩器，被配置成压缩经均衡的第一信号和经均衡的第二信号；以及

增益放大器，被配置成从所述压缩器接收第一和第二信号、放大所述第一和第二信号的增益并且输出所述第一和第二信号。

20.如权利要求12所述的系统，其特征在于，还包括：

第一高架滤波器，被配置成在用压缩器压缩所述第一和第二信号之前对所述第一和第二信号进行滤波；

低架滤波器，被配置成从第一高架滤波器接收所述第一和第二信号并且在所述图形均衡器均衡所述第一和第二信号之前对所述第一和第二信号进行滤波；以及

第二高架滤波器，被配置成从所述低架滤波器接收所述第一和第二信号并且对所述第一和第二信号进行滤波。

21.如权利要求12所述的系统，其特征在于，所述图形均衡器的多个滤波器包括十一个级联的二阶滤波器。

22.一种方法，包括：

使用多个滤波器均衡系数来配置图形均衡器；

使用第一增益来调整所述图形均衡器；

用所述图形均衡器来处理所述第一信号；

从所述图形均衡器输出第一信号；

使用第二增益来调整所述图形均衡器；

用所述图形均衡器来处理所述第二信号，所述图形均衡器是先前使用所述多个滤波器均衡系数来配置的；以及

从所述图形均衡器输出第二信号。

23.如权利要求22所述的方法，其特征在于，还包括：从通信网络接收所述多个滤波器均衡系数。

24.如权利要求22所述的方法，其特征在于，还包括：从固件接收所述多个滤波器均衡系数。

25.如权利要求22所述的方法，其特征在于，还包括：

调整所述第一信号的增益；

用第一低架滤波器来处理所述第一信号；以及

用压缩器来处理所述第一信号。

26.一种包括可执行指令的计算机可读介质，所述指令可由处理器执行以便于执行一种方法，所述方法包括：

接收包括多个滤波器均衡系数的分布图；

接收第一信号以供处理；

使用第一增益来调整所述多个滤波器；

使用所述图形均衡器的多个滤波器来均衡所述第一信号；

输出所述第一信号；

接收第二信号以供处理；

输出所述第二信号。