時間修改系統、用于混合信號的系統以及用于時間修改輸入信號的方法
【專利摘要】本發明涉及一種時間修改系統，包括延遲模塊(D)，用于接收輸入信號(S)，該輸入信號(S)包括在輸入采樣率下的一系列數字樣本，該延遲模塊(D)提供延遲的輸出信號(延遲的S)；持續時間修改模塊(M)，用于接收輸入信號(S)并且提供修改的輸出信號(修改的S)以及第一開關(SW1)，該第一開關(SW1)用于選擇延遲的輸出信號(延遲的S)或者修改的輸出信號(修改的S)。
【專利說明】時間修改系統、用于混合信號的系統以及用于時間修改輸入信號的方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及數字信號處理領域，特別是針對混和數字化信號的樣本并特別地涉及音頻信號。
【背景技術】
[0002]近來數字傳輸廣播在無線電廣播設備和視頻應用中大幅增加。然而，它們與傳統的發射模擬廣播的模擬廣播站同時存在。在音頻信號傳輸中經常出現不同的廣播設備發射相同的內容的情況，可能會使用不同的射頻標準(例如AM、FM、DAB、等等)。例如，許多發射數字廣播的無線電臺也以模擬方式發射相同的節目，即AM或者FM。對于帶內同頻(IBOC)HD射頻?系統，數字和模擬廣播集中在相同的頻率上，而對于尤里卡147(Eurekal47)數字音頻廣播(DAB)系統，數字廣播節目是在與相應的模擬FM或者AM廣播節目不同的頻率上傳送。來自不同的發射站的音頻信號可能不是時間匹配的，因為通過不同空中路徑的不同延遲導致不同的處理類型，并在數字標準中緩沖。例如，來自DAB廣播的音頻信號滯后于來自FM廣播的音頻信號。
[0003]相同的廣播節目的兩個廣播是數字和模擬音頻廣播，或者是相同節目的兩個數字廣播，當一個廣播的接收劣于另一個廣播的接收時，接收機可以從一個廣播切換到另一個廣播。這種現象的例子，經常被稱為混和，Kroeger和Stehlik在2001年I月的題為“用于減輕音頻無線廣播中的間歇性中斷的系統和方法”的美國專利6178317中對此進行了描述。
[0004]因此，適當地對兩個信號進行時間匹配是重要的，從而使從一個信號到另一個信號的轉變盡可能無縫。兩個信號之間的延遲可以在回放期間確定，在這種情況下，當一個音頻信號在播放時通過兩個信號之間的互相關函數中的峰值確定時間延遲，或者它可以預先確定，并且首先可用的“導前”信號可以適當的延遲，以便兩個信號變成時間匹配。
[0005]當無線電廣播設備接通時，它能同時收到若干廣播，來自其中一個廣播的音頻信號有可能比其它音頻信號更早可用。最小化啟動時間，選擇導前音頻信號用于回放，啟動時間即為從接通無線電廣播設備和聽到來自無線電廣播設備的音頻回放之間的時間間隔。當導前音頻信號播放而沒有增加延遲線，切換到另一個信號，即滯后的音頻信號時，可能引起聽覺失真。
[0006]也有可能同時收到若干廣播，其中一個廣播的延遲版本正在播放，即信號被延遲以致它與第二個廣播時間匹配。延遲的長度可能需要改變:例如，當第二個廣播的延遲變化時，第一個廣播信號的延遲可能要改變以與第二個廣播信號再一次時間匹配。延遲緩沖區的長度可能需要增加或者減少。
[0007]可以從模擬傳輸標準例如AM或者FM獲得音頻信號，或者可以從數字傳輸標準例如DAB獲得音頻信號。在第一種情況中，使用模擬到數字轉換器將信號轉換到數字域。對于本申請的其余部分，信號被假定為是數字的，即它們是一系列數字樣本值。
[0008]導前信號在音頻質量或者其他的方面未必是優選的信號，也許期望使用另一個信號作為默認信號用于回放，即優選的信號。這將在優選的音頻信號不能使用期間導致靜止期，從而增加啟動時間。另一種情況是，當接收質量降低、而替換的音頻服務具有更好的接收質量，你可能想從導前音頻切換到可能是滯后的具有相同的內容的替換的音頻服務，該替換的音頻服務是數字的或模擬的音頻服務。這常常發生在當廣播設置在移動的車輛，例如汽車上時。
[0009]當使用導前音頻信號的回放，并且優選的音頻信號晚于導前音頻信號到達時，由于兩個音頻信號之間的延遲，不可能從導前音頻信號切換到優選的音頻信號而沒有音頻轉變，導前音頻信號即為保證最短的啟動時間的信號。清楚地，啟動時間和播放優選的信號可能是矛盾的需求，啟動時間也就是從接通無線電廣播設備到聽到來自音頻信號的第一個樣本所需要的時間。
[0010]通常，以上所述的情況發生時，可以使用延遲線或者時長修改模塊。圖1b)示出了延遲線的示意圖。輸入信號，S，通過固定數目的樣本被延遲，以及其輸出是延遲版本，輸入信號的“延遲的S”。延遲可以使用移位寄存器實現，但也可以使用其他可能的設備。模塊包含音頻樣本的先進先出(FIFO)緩沖區。圖1a)示出該操作的示意圖。水平軸表示輸出信號時間。這是真實的回放時間。垂直軸表示輸入信號時間，即用于產生輸出信號的輸入信號中的位置。虛線表示輸入信號S的瞬時回放，該虛線具有45度斜率并通過原點。延遲線的輸出由實線表示。如我們已經提到的，延遲可以在HW中實現，如移位寄存器，其長度決定在音頻樣本中實現的延遲的長度。輸出信號時間保持聽不見，即在沒有音頻輸出期間具有幾乎零振幅，沒有音頻輸出期間定義為無聲期。無聲期之后，輸出信號以與瞬時回放相同的45度斜率線性增加。
[0011]圖2b)示出了接收輸入信號S的時長修改模塊，并提供輸出信號“修改的S”。時長修改是當保持大部分頻譜特性例如音高時改變輸入信號的持續時間的操作。時長修改指的是輸入信號的持續時間的延長或者壓縮，即對于一秒的輸入音頻，大于或者小于一秒的音頻被輸出。為了能在較低的時間刻度，即較長的持續時間，播放輸入信號S，音頻緩沖區需要維持包含那些還沒有被發送給輸出的樣本。隨著時間的推進，緩沖區變得更長，即通過提供更長的寄存器。這在圖2a中以虛線示出，該虛線在給定的瞬時時間tl被標為“音頻緩沖區”。例如，考慮到再采樣，再采樣是將信號從fsl再采樣到更高的采樣率fs2。這樣，對于B輸入樣本，產生B*fs2/fsl樣本。B樣本被發送到輸出并且B*(l-fs2/fsl)樣本被添加到音頻緩沖區。當輸入S在較高的時間刻度播放，即，較短的持續時間，已有的音頻緩沖區可以漸進地減少，從而緩沖區變短。時長修改算法的介紹可見Laroche和Dolson于1999年在 IEEETransSpeechandaud1Processing7 (3) ,323-332 發表的文章 “ Improvedphasevocoderphasevocodertime-scalemodificat1nof aud1，，。
[0012]Fig2a)示出了該操作。再一次，虛線表示瞬時回放，以及實線表示時長修改操作。回放立即開始，也就是說，直線通過原點，但具有比瞬時回放更小的斜率。因此，在任何時亥IJ，輸入信號的已經被處理的并且被發送到輸出的部分小于用于瞬時回放的部分。
【發明內容】
[0013]因此需要一種減少上述缺點的系統，這些缺點出現在數字的或者數字化信號的接收中。
[0014]因此本發明的目的是改變在回放期間兩個廣播之間的時間延遲，例如，最小化無線電接收裝置的啟動時間，在初始的轉變周期之后仍然維持切換到優選的音頻信號的可能性。
[0015]本發明在時間修改系統中實現，該時間修改系統包括:
[0016]-延遲模塊,用于接收輸入信號,該輸入信號包括在輸入米樣率下的一系列數字樣本，延遲模塊提供延遲的輸出信號；
[0017]-持續時間修改模塊，用于接收輸入信號并提供修改的輸出信號；
[0018]-第一開關,用于選擇延遲的輸出信號或者修改的輸出信號。
[0019]可以改變現有的緩沖區的長度，例如使它更長或者更短。這可以被用于最小化無線電接收裝置的啟動時間，在初始的轉變周期之后仍然維持切換到優選的音頻信號的可能性。另外，它可以用于調整來自不同的廣播的信號之間的時間匹配，在這種情況下，可能需要增加或者減少延遲。
[0020]在一個實施例中，持續時間修改模塊的輸入包含輸入音頻信號。
[0021]在另一個實施例中，持續時間修改模塊的輸入包含輸入音頻信號的延遲版本，可以再使用已經準備就緒的延遲緩沖區。這樣，延遲緩沖區被用于產生輸入信號的兩個版本，這兩個版本具有不同的延遲。
[0022]在一個實施例中，持續時間修改模塊適于改變輸入信號的持續時間并維持輸入信號頻譜特性。
[0023]另外，在另一個實施例中，持續時間修改模塊適于再采樣輸入信號到比輸入信號更低的采樣率。優選地，該輸入信號是音頻信號。
[0024]在另一個的實施例中，時間修改系統被用于一種用于混和信號的系統中，用于混合信號的系統包括:
[0025]-前面所述的時間修改系統,該時間修改系統適于接收第一輸入信號，并且提供時間修改的輸出信號，
[0026]-第二開關，該第二開關適于選擇修改的輸出信號或者第二輸入信號并且提供輸出混和的信號。
[0027]用于混和信號的系統可以進一步包含控制單元，該控制單元適于提供第一控制信號，該第一控制信號用于控制持續時間修改模塊，第二控制信號，該第二控制信號用于控制第一開關，以及第三控制信號，該第三控制信號用于控制第二開關。
[0028]在本發明的另一個實施例中，提供用于時間修改輸入信號的方法，輸入信號包括一系列數字樣本，該方法包括以下步驟:
[0029]-延遲輸入信號并且提供延遲的輸出信號；
[0030]-時間修改輸入信號并且提供修改的輸出信號；
[0031]-判定是否達到目標延遲；以及
[0032]-選擇延遲的輸出信號或者修改的輸出信號并且發送到輸出。
[0033]該方法可以進一步包括以下步驟:
[0034]-接收第二信號；
[0035]-提供第二控制信號用于選擇時間修改的輸出信號，或者第二信號。
[0036]例如，用于混和音頻信號的系統可以被包括在接收機中以及可以用于汽車收音機。
[0037]本發明由獨立權利要求限定。從屬權利要求限定優選的實施例。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0038]以上所述及其他優點從附圖的示例性描述中是明顯的，其中:
[0039]圖1a)示出了延遲設備操作的示意圖；
[0040]圖1b)示出了延遲設備的示意圖；
[0041]圖2a)示出了時長修改設備操作的示意圖；
[0042]圖2b)不出了時長修改設備的不意圖；
[0043]圖3a)示出了根據本發明的時長修改設備操作的示意圖；
[0044]圖3b)示出了根據本發明的時長修改設備的示意圖；
[0045]圖4示出了根據本發明的混和工藝；以及
[0046]圖5示出了根據本發明的具有混和的系統。
【具體實施方式】
[0047]本申請描述一種方法和系統，可用于當兩個信號，例如兩個音頻信號，是可用的并且具有近似相同的音頻內容時，但不是同時到達并且可能具有不同的編碼和/或噪音偽影。延遲是必需的用于使音頻信號同步。上述信息在廣播應用中通常是已知的，其可以存儲具有相應的頻率的一系列頻道。假設目標延遲是已知的并且它可以從之前的離線測量中知道，或者它可以在線估計，例如，通過兩個信號中的互相關函數確定峰值。我們定義導前信號作為首先可用的信號。如果優選的(或者目標)信號是第二，即滯后信號，根據本發明的系統以來自導前信號的回放作為開始，但伴隨調整階段，該調整階段是通過時長修改模塊或者再采樣模塊，并且當達到目標延遲時切換到延遲版本，當內部音頻緩沖區的長度等于目標延遲時，達到目標延遲，即，達到導前音頻信號和目標音頻信號之間的延遲。該切換后，切換到目標音頻信號是可能的，導前信號的延遲版本與目標信號時間匹配。
[0048]這里描述的系統使用"持續時間修改"模塊，它可以是在維持大部分頻譜特性的同時改變輸入音頻信號的持續時間的時長修改模塊，或者是再采樣模塊，該再采樣模塊再采樣輸入音頻信號到較低的采樣率但播放輸出樣本值似乎采樣率沒有變化，從而改變頻譜特性，如輸入信號的音高。
[0049]圖3a)和3b)示出了根據本發明的時長修改設備操作的示意圖和各自的時長修改設備的示意圖。
[0050]在圖3b)中，輸入信號，S，可以是單信道或者多信道，被提供給上面的分支，該上面的分支包括具有輸出“修改的S”的持續時間修改模塊，并提供給下面的分支，該下面的分支包括具有輸出“延遲的S”的延遲線。輸出，輸出S，可以被選擇為在達到目標延遲前的修改的S或者已經達到目標延遲時的延遲的S。該操作在圖3a)中示出，其中虛線表示瞬時回放，并且實線表示被提出的模塊的輸出，輸出S。首先，回放比在瞬時回放情況中慢，由此，斜率比瞬時回放的斜率小。當達到目標延遲時，回放速度被恢復到最初的回放速度，因此曲線的斜率再一次與瞬時回放的斜率相同。當輸出，輸出S，是從下面的分支選擇時，即當達到目標延遲并且輸出S與延遲的S相應時，則輸出與目標信號時間匹配并且可以轉變到目標信號。
[0051]持續時間修改模塊可以具有輸入幀和輸出幀之間的固定比，或者該比率可以是變化的。在后面的情況中，例如，它可以根據仍然需要克服的延遲相應地減少，以便使比率在啟動時最大并且當達到目標延遲時降到零。
[0052]簡單來說，時間修改系統包含延遲模塊D，延遲模塊D用于接收輸入信號S，該輸入信號S包括在輸入采樣速率的一系列數字樣本，延遲模塊D提供延遲的輸出信號“延遲的S”。它進一步包含持續時間修改模塊M，持續時間修改模塊M用于接收輸入信號S和用于提供修改的輸出信號“修改的S”。該模塊還包含，第一開關SWl用于選擇延遲的輸出信號"延遲的S"或者修改的輸出信號"修改的S"。一般認為該系統包含目標延遲比較器，該目標延遲比較器指示延遲是否達到目標延遲。該比較器作為本領域技術人員已知的部分沒有在圖中示出。
[0053]持續時間修改模塊M可以適于改變輸入信號S的持續時間并維持輸入信號頻譜特性。持續時間修改模塊M可以再采樣輸入信號S到比輸入信號S更低的采樣率。
[0054]輸入信號S可以是音頻信號，但它可以是包括樣本序列的任何信號。
[0055]圖4示出了根據本發明的混和工藝。圖4中示出的流程圖示出了與圖3中的系統相連的工藝并且它的含義不言自明。
[0056]圖5示出了根據本發明的具有混和的系統。提供兩個輸入信號S，導前S和滯后S。導前信號通過第一延遲線并且在第一分支中被提供給具有輸出“修改的S”的時間延續修改模塊，并且通過在另一個分支中的具有輸出“延遲的S”的第二、固定延遲線模塊。例如，在啟動時第一延遲線的延遲值是零，或者在延遲中的可能變化之前，需要與延遲相應的正數個樣本。注意相同的延遲緩沖區用于延遲具有兩個不同的延遲的信號。第二延遲線的延遲被設置，從而使“延遲的S”和“滯后S”同時發生。持續時間修改模塊由來自控制單元100的控制信號Cl控制。當達到目標延遲時，第二開關SW2可以連接修改的S或者延遲的
S。該開關由來自控制模塊100的控制信號C2控制。當達到目標延遲時，可以決定從延遲的S切換到滯后S。該開關由來自控制單元100的控制信號c3控制，并且可以通過用戶請求啟動或者自動啟動。該系統的輸出是輸出S。當沒有達到目標延遲時,它與修改的S相應，以及如果達到目標延遲，它是延遲的S或者滯后S，取決于來自控制單元100的控制信號c3。
[0057]簡單來說,一種系統被描述為用于混和信號，包括時間修改，該時間修改適于接收第一輸入信號(導前S)并且提供時間修改的輸出信號(03);第二開關SW2,該第二開關SW2適于選擇修改的輸出信號(03)或者第二輸入信號(滯后S)并且提供輸出混和的信號(輸出S)。
[0058]一種用于混和信號的系統，可以進一步包含控制單元100，該控制單元100適于提供第一控制信號Cl，第一控制信號Cl用于控制持續時間修改模塊M ;第二控制信號c2，第二控制信號c2用于控制第一開關SW1，以及第三控制信號c3，第三控制信號c3用于控制第二開關SW2。
[0059]所建議的應用可以實現為軟件模塊。它要求特別包括以下組件:
[0060].至少兩個音頻信號，其中第一個是“導前”音頻信號；
[0061].先進先出(FIFO)寄存器用于延遲導前音頻信號；
[0062].修改導前音頻信號，或者其延遲版本的持續時間的可能性，如修改采樣率；
[0063].從延遲線的輸出切換到持續時間修改模塊的輸出。
[0064]本申請可以用于混合無線電廣播設備，其中，例如，FM和DAB廣播都是可用的，導致導前FM音頻信號和優選的DAB音頻信號。在目前的無線電廣播設備中，若干秒之后DAB音頻信號才可用，并且在啟動時間內沒有音頻輸出。本發明建議當導前FM音頻信號可用時可以立刻開始音頻回放。所建議的發明可以裝滿或者耗盡現有的延遲緩沖區以調整廣播之間的時間匹配。
[0065]甚至，本申請適于在汽車收音機中實現，因為汽車的位置經常改變并且接收信號相應地改變方向。
[0066]值得注意的是本發明的保護范圍不限于在這里描述的實施例。本發明的保護范圍也不受限于權利要求中的附圖標記。術語"包括"并不排除權利要求中提到的元件以外的部分。元件前面的“一種”不排除那些元件的復數。形成本發明的單元可以以專用硬件的形式實現或者以編程的目標處理器的形式實現。本發明存在于各個新的特征或者特征的組合中。
【權利要求】
1.一種時間修改系統，其特征在于，包括: -延遲模塊(D)，用于接收輸入信號(S)，該輸入信號(S)包括在輸入米樣率下的一系列數字樣本，延遲模塊(D)提供延遲的輸出信號(延遲的S)； -持續時間修改模塊(M)，用于接收輸入信號(S)或者其延遲版本，并提供修改的輸出信號(修改的S)； -第一開關(SWl),用于選擇延遲的輸出信號(延遲的S)或者修改的輸出信號(修改的S)。
2.根據權利要求1所述的時間修改系統，其特征在于，持續時間修改模塊(M)適于改變輸入信號(S)或者其延遲版本的持續時間，并維持輸入信號頻譜特性。
3.根據權利要求1所述的時間修改系統，其特征在于，持續時間修改模塊(M)適于再采樣輸入信號(S)或者其延遲版本到比輸入信號(S)更低的采樣率。
4.根據前述任一權利要求所述的時間修改系統，其特征在于，輸入信號(S)是音頻信號。
5.一種用于混合信號的系統，其特征在于，包括: -根據前述任一權利要求所述的時間修改系統，該時間修改系統適于接收第一輸入信號(導前S)或者其延遲版本(05)，并且提供時間修改的輸出信號(03)， -第二開關(SW2),該第二開關(SW2)適于選擇修改的輸出信號(03)或者第二輸入信號(滯后S)并且提供輸出混和的信號(輸出S)。
6.一種根據權利要求5所述的用于混和信號的系統，其特征在于，還包括控制單元(100)，該控制單元(100)適于提供 -第一控制信號(Cl)，用于控制持續時間修改模塊(M)； -第二控制信號(c2)，用于控制第一開關(SWl);以及 -第三控制信號(c3)，用于控制第二開關(SW2)。
7.一種用于時間修改輸入信號(S,導前S)的方法,其特征在于,輸入信號(S,導前S)包括一系列數字樣本，所述方法包括以下步驟: -延遲輸入信號(S)并且提供延遲的輸出信號(延遲的S)； -時間修改輸入信號(S)或者其延遲版本，提供修改的輸出信號(修改的S)； -判定是否已經達到目標延遲；并且 -選擇延遲的輸出信號(延遲的S)或者修改的輸出信號(修改的S)并且發送到輸出(03)。
8.一種根據權利要求7所述的用于時間修改輸入信號(S，導前S)的方法，其特征在于，還包括以下步驟: -接收第二信號(滯后S)， -提供第二控制信號(C2)用于選擇時間修改的輸出信號(03)，或者第二信號(滯后S)。
9.一種接收機，其特征在于，包括根據權利要求5或6所述的系統，該系統用于混和音頻信號。
10.一種根據權利要求7或8所述的方法，其特征在于，所述方法用于在接收機中時間修改輸入信號，并且所述方法在汽車無線接收機中使用。
【文檔編號】H04H60/09GK104079363SQ201310699690
【公開日】2014年10月1日 申請日期:2013年12月18日 優先權日:2012年12月19日
【發明者】羅納德·胡伯特斯·伯納德斯·席費勒斯, 泰穆金·高塔馬, 塞巴斯蒂安·斯克魯德爾 申請人:Nxp股份有限公司