[發明專利]高效子頻帶自適應有限脈沖響應濾波

有效

• 申請號: 201210173585.8
• 申請日: 2012-05-30
• 公開（公告）號: CN102811037A
• 公開（公告）日: 2012-12-05
• 發明（設計）人: M.克里斯托夫
• 申請（專利權）人: 哈曼貝克自動系統股份有限公司
• 主分類號: H03H17/02
• 分類號: H03H17/02
• 代理公司: 北京市柳沈律師事務所 11105
• 代理人: 丁藝;沙捷

技術領域

本發明涉及音頻應用中的子頻帶信號處理，更具體來說，涉及一種用于設計一組能夠實現所需目標傳遞函數的計算有效實施的子頻帶FIR濾波器的方法。

背景技術

與IIR濾波器（無限脈沖響應濾波器）相反，FIR濾波器（有限脈沖響應濾波器）提供了實現具有可任意定義的所需傳遞函數（也就是說，幅度響應和相位響應）的數字濾波器的可能性。因此，所需傳遞函數不僅可以被設計成最小相位而且可以被設計成最大相位甚至混合相位。另外，也可以實施在音頻信號處理中通常需要的線性相位傳遞函數。

然而，尤其是在音頻信號處理中，在使用FIR濾波器時，要求的濾波器長度通常相當高，從而增加了運行期間的計算量和存儲要求。這主要是由兩個實質因素引起的。第一，存在于大多數音頻應用中的房間脈沖響應的衰減時間相當長，從而導致了使用FIR濾波器時相應的長濾波器長度。第二，人類聽覺系統適應于在不同的頻帶提供不均勻的頻率分辨率。所述人類聽覺系統很好地解決了低頻率問題，也就是說，在低絕對頻率的情況下很好地辨別出頻率差值，而并不容易識別出高頻率。舉例來說，可以很容易將100Hz音頻與200Hz音頻區分開來，而人類的耳朵卻很難將5000Hz音頻與5100Hz音頻區分開來，盡管在這兩種情況下頻率差值都是100Hz。也就是說，人類聽覺系統的頻率分辨率隨著頻率的增加而減少。這一現象是眾所周知的，并且形成適合于人類聽覺系統的諸如樹皮標度、美爾標度和ERB（等效矩形帶寬）標度的心理聲學頻率標度的基礎。

研究表明，由于視聽室的內部（毛毯、軟墊家具等），使得視聽室的房間脈沖響應相當長，尤其是在低頻率的情況下，這是因為能量遞降較慢。由音頻再現系統產生的聲壓是低音頻率范圍（也就是說，200Hz以下）中的最大聲壓而人類聽覺系統對于低頻率音頻信號較不敏感的事實更加加強了這一效果。

對于所有這些因素的綜合意見指明，人類聽覺系統的特征和典型視聽室的特征要求FIR濾波器的長度不應短于某個最小長度，以便在音頻信號處理系統中提供足夠的音質。舉例來說，為了提供低音頻率范圍中約10Hz的所需頻率分辨率，采樣頻率為44100Hz的每個音頻通道都需要濾波器系數為4410的FIR濾波器，借此現代音頻系統已多達16個通道。

由于長的FIR濾波器使得運行期間的相當大計算量和/或高存儲要求成為必要，所以在音頻應用中就需要FIR濾波器的高效實施，以允許使用標準數字音頻信號處理。

發明內容

本發明公開了具有至少一個音頻通道的音頻系統。所述音頻系統包括數字音頻處理器，其中對每個通道實施至少一個數字濾波器。每個通道的數字濾波器包括：分析濾波器組，其被設置來接收寬頻帶輸入音頻信號并且將所述輸入音頻信號劃分成多個子頻帶，從而提供具有相等帶寬的子頻帶信號，所述子頻帶信號的頻譜組成輸入音頻信號的頻譜；每個子頻帶的子頻帶FIR濾波器，從而分別提供被濾過的子頻帶信號；和合成濾波器組，其被設置來接收被濾過的子頻帶信號并且對所述子頻帶信號進行組合來提供寬頻帶輸出音頻信號，其中延遲與每個子頻帶信號相關聯，所述子頻帶信號中一個子頻帶信號的延遲被應用到合成濾波器組上游的寬頻帶輸入音頻信號，并且剩余的延遲被應用到合成濾波器組下游的剩余子頻帶信號。本發明公開了相應的過濾方法。

附圖說明

參閱以下附圖和描述可以更好地理解本發明。在附圖中，相同的參考數字表示相應的部件。在附圖中：

圖1示出FIR濾波器的濾波器系數的自適應計算的基本信號處理結構，所述FIR濾波器表示與預定義的目標函數P(z)大致匹配的傳遞函數G(z)；

圖2示出圖1結構的修改，借此圖1的全頻帶FIR濾波器G(z)將由一組子頻帶FIR濾波器G_m(z)取代；

圖3示出包括一組可以取代全頻帶FIR濾波器G(z)的子頻帶FIR濾波器G_m(z)的信號處理結構；

圖4示出用于包括許多子頻帶的自適應FIR濾波器設計的信號處理結構，每個子頻帶包括子頻帶FIR濾波器和延遲線；

圖5示出基于樹皮標度的權重因數，其用于在調適子頻帶FIR濾波器的長度時突出強調低頻率子頻帶；

圖6示意性地示出偶數堆疊和奇數堆疊濾波器組的幅度響應；

圖7a示意性地示出劃分成多個子頻帶濾波器的FIR濾波器的結構；

圖7b示意性地示出圖7a實施例的簡化替代實施例；

圖8示出圖6濾波器組的存儲要求減少的替代實施例；