[發明專利]基于長脈沖響應的實時快速卷積系統

有效

• 申請號: 201210101883.6
• 申請日: 2012-04-05
• 公開（公告）號: CN102708870A
• 公開（公告）日: 2012-10-03
• 發明（設計）人: 王杰
• 申請（專利權）人: 廣州大學
• 主分類號: G10L19/02
• 分類號: G10L19/02;G10L21/02
• 代理公司: 廣州市越秀區海心聯合專利代理事務所(普通合伙) 44295
• 代理人: 馬麗麗

技術領域

本發明涉及數字信號處理中使用有限脈沖響應濾波器進行音頻信號濾波的技術，具體是指一種基于長脈沖響應的實時快速卷積系統。

背景技術

在各種需要使用聲信號處理的系統中，常需要用到高階的房間脈沖響應濾波器對音頻信號進行濾波，以達到所要的聲學效果。比如2D/3D游戲與虛擬現實系統中，要求聲音與場景的變換緊密配合；人工混響系統中，需要通過電聲系統對信號的處理，來達到與通過改變建筑聲學環境從而改變混響時間的同樣效果，以滿足像多功能廳這樣的廳堂因舉辦不同的活動而對混響時間的不同要求；虛擬監聽系統中，可以將調音臺上的監聽總線直接拾取的信號與廳堂內擴聲系統揚聲器到雙耳的房間脈沖響應卷積后反饋給控制室內的調音員，使得他所聽到的聲音與外面聽眾席上的聲音一樣，從而增強調音的依據；在音質設計和評價中，期望利用室內聲學的計算機仿真技術來獲得廳堂的聲環境參數，從而在廳堂建好之前就能聆聽到其大致的音效，提高設計效率。

音頻信號一般采用44.1Khz或48Khz的采樣率，而混響時間有時會達到2秒以上，所以環境的脈沖響應對應的濾波器階數很高，這使得以上系統在模擬環境音效時均遇到了運算數據量大，難以精確跟蹤聲場環境變換、延時較大的問題。現有技術有采用系數很少的無線脈沖響應濾波器來模擬，但如何采用有限的系數來精確模擬有線脈沖響應、并保持系統穩定并不容易，而且無線脈沖響應的本質缺陷在于非線性相位，這在對聲音質量要求高的場合往往不可接受。采用有線脈沖響應的技術中，現有的時域逐點卷積方法雖然可以保證無延時，但其巨大的運算量使得實施起來很不現實。頻域的方法雖然減少了運算量，但塊處理的方式會帶來無法回避的延時問題，因為即使是512點的延時，也已經帶來了約12ms的延時，實際使用時已無法接受。

發明內容

本發明的目的是針對現有技術的上述不足，提供一種結果簡單、運算量小、易于硬件的實現、處理效果好的實時卷積系統。并可直接推廣于多通路的實時卷積系統。

為達到上述目的，通過以下技術方案實現：

一種基于長脈沖響應的實時快速卷積系統，包括實時卷積器、音頻輸出裝置，所述實時卷積器連接輸入信號，并與音頻輸出裝置相連，該系統還包括房間脈沖響應預備模塊，所述房間脈沖響應預備模塊包括：房間脈沖響應存儲模塊、房間脈沖響應低階近似模塊、房間脈沖響應截斷模塊；

所述房間脈沖響應低階近似模塊，用于在音效模擬要求較高、運算開銷中等時，對房間脈沖響應進行最小相位近似，得到的脈沖響應在時域的有效階數將縮短，而幅頻響應不變，其輸出送入到實時卷積器中；

所述房間脈沖響應截斷模塊，用于在音效模擬要求適中、運算開銷較低時，對房間脈沖響應保留直達聲到達后的Lms內的采樣信息，L在80-100之間取值，其輸出送入到實時卷積器中；

所述實時卷積器，用于在精確模擬房間音效、運算開銷較高時，對房間脈沖響應存儲模塊中的原有房間脈沖響應與輸入信號進行實時卷積計算；或用于接收進行了低階近似的房間脈沖響應，并與輸入信號進行實時卷積計算；或用于接收進行了截斷采樣的房間脈沖響應，并與輸入信號進行實時卷積計算，最后輸入給音頻輸出裝置。

所述房間脈沖響應低階近似模塊包含傅立葉變換模塊、希爾伯特變換模塊和反傅立葉變換模塊，且傅立葉變換模塊、希爾伯特變換模塊和反傅立葉變換模塊依次相連，對房間脈沖響應進行希爾伯特變換。

所述房間脈沖響應截斷模塊包含直達聲時刻檢測模塊和延時模塊，所述直達聲時刻檢測模塊用于檢測脈沖最大值所在時刻，延時模塊用于從最大值所在時刻延時Lms；所述房間脈沖響應存儲模塊輸出端并聯連接直達聲時刻檢測模塊和延時模塊，直達聲時刻檢測模塊的輸出端與延時模塊輸入端相連，從延時模塊出來的輸出端同實時卷積器相連。

所述實時卷積器包括：

分割模塊，用于將房間脈沖響應的第一塊分割出來，其輸入端與房間脈沖響應預備模塊相連，通過并行輸出端分別與時域卷積模塊以及房間脈沖響應塊處理模塊相連；

時域卷積模塊，用于將房間脈沖響應的第一塊分割部分與輸入信號進行時域的逐點卷積，其輸入端與輸入信號和分割模塊的相連，輸出端與加法器相連；

房間脈沖響應塊處理模塊，用于將房間脈沖響應剩下的分割部分進行分塊、塊的倒序、每一塊的補零、新塊的傅立葉變換，輸出端與乘加器相連；

信號塊處理模塊，用于輸入信號的分塊、塊的重疊保留、新塊的傅立葉變換其輸入端與輸入信號相連，輸出端與乘加器相連；