PatentDe  


Dokumentenidentifikation DE102005020309A1 24.05.2006
Titel Signalverarbeitungsverfahren zur Tonsignalkompensation
Anmelder InterVideo Inc., Taipei, TW
Erfinder Chi-Min, Liu, Taipei, TW;
Lee, Wen-Chieh, Taipei, TW
Vertreter Kador & Partner, 80469 München
DE-Anmeldedatum 02.05.2005
DE-Aktenzeichen 102005020309
Offenlegungstag 24.05.2006
Veröffentlichungstag im Patentblatt 24.05.2006
IPC-Hauptklasse G10L 19/00(2006.01)A, F, I, 20060206, B, H, DE
IPC-Nebenklasse H03G 5/00(2006.01)A, L, I, 20060206, B, H, DE   H04R 3/00(2006.01)A, L, I, 20060206, B, H, DE   H04R 5/04(2006.01)A, L, I, 20060206, B, H, DE   
Zusammenfassung Ein Signalverarbeitungsverfahren zur Tonsignalkompensation, das die Hochfrequenz-Tonsignale korrigiert, während Musik wiedergegeben wird, deren Hochfrequenz-Tonsignale entfernt sind, wird offenbart. Wenn Musik, deren Hochfrequenz-Tonsignal gelöscht ist, wiedergegeben wird, werden die gelöschten Hochfrequenz-Tonsignale durch dieses Verfahren kompensiert. Zuerst wird ein erstes Tonsignal eingegeben. Dann wird die Ausgabegeschwindigkeit des empfangenen ersten Tonsignals zum Ausgeben und Erzeugen eines zweiten Tonsignals erhöht. Ein Hochfrequenz-Tonsignal wird vom zweiten Tonsignal abgetastet und dieses Hochfrequenz-Tonsignal wird bei der Kompensation des ersten Tonsignals verwendet, dann wird das kompensierte Tonsignal ausgegeben. Somit werden die Qualität der Tonsignale verbessert und der Hörgenuss für die Zuhörer gesteigert.

Beschreibung[de]
HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Signalverarbeitungsverfahren zur Tonsignalkompensation, insbesondere ein Verfahren, das einen Tonsignalverlust bei hoher Frequenz kompensiert, um die Tonqualität zu verbessern und den Wahrnehmungsgenuss zu verstärken.

Aufgrund der schnellen Entwicklung der Technologie und aufgrund von Rezessionsdrücken leben moderne Leute in einer Umgebung mit starker Konkurrenz. Es besteht ein bedeutendes Problem, körperliche und emotionale Entbehrung zu erleichtern. Die meisten Leute entspannen sich vom Druck, indem sie Musik hören. Die Herzen der Leute bewegen sich zum Rhythmus, folglich macht harmonische Musik Leute friedlich und ruhig. Das Abspielen von Musik zum Vergnügen von Angestellten am Arbeitsplatz löst ihren Druck und verbessert ihre Arbeitseffizienz. In der Freizeit beruhigt das Musikhören auch die Arbeitsspannung, verringert den Lebensstress, verbessert die körperliche und geistige Gesundheit und verhindert verschiedene chronische Krankheiten. Die Kraft von Musik liegt jenseits unserer Vorstellungskraft. Daher ist Musik eine der wichtigsten Unterhaltungen.

Im Zeitalter der Informationstechnologie werden zum Speichern von mehr Musikdaten in Speichervorrichtungen, wie z. B. optischen Platten, Speicherkarten, Festplatten, und für die Bequemlichkeit der Übertragung Musikdaten mit einem größeren Dateiformat wie z. B. CD (Kompaktdisk) komprimiert und in ein komprimiertes Dateiformat für Musik wie z. B. MP3 (MPEG-1 Audio Layer-3), AAC (Advanced Audio Coding) umgewandelt. Während des Kompressionsprozesses wird jedoch die hohe Frequenz, die für das menschliche Ohr nicht wahrnehmbar ist, gelöscht, um dadurch die Größe des Datenstroms zu verringern. Obwohl die Größe der komprimierten Musikdateien verringert wird, besteht ein Hochfrequenz-Wiedergabetreueverlust, der einen negativen Effekt auf den Hörgenuss der Zuhörer hat.

Es wird auf 1A & 1B Bezug genommen, sie zeigen die Verläufe der Frequenz gegen die Amplitude für Tonsignale von ursprünglicher Musik und für komprimierte Musiktöne. In 1A besteht sie aus einem niedrigen bis mittleren Tonfrequenzbereich 10 und einem hohen Tonfrequenzbereich 15. Um die Größe von Musikdateien zum Zwecke der Speicherung zu verringern, werden die Tonsignale des hohen Tonfrequenzbereichs 15 gelöscht und dann wird die Komprimierung fortgesetzt. Während die komprimierte Musik abgespielt wird, weist das Diagramm der Frequenz gegen die Amplitude, wie in 1B gezeigt, nur den niedrigen bis mittleren Tonfrequenzbereich 10 auf, während die Hochfrequenz-Tonsignale verloren gegangen sind. Folglich ist dies für die Zuhörer mit einem empfindlichen Hörsinn ein Mangel.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Daher ist es eine Hauptaufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Signalverarbeitungsverfahren zur Tonsignalkompensation zu schaffen, das Korrektursignale für den Hochfrequenzbereich hinzufügt, um den Verlust der Hochfrequenz-Tonsignale zum Verbessern des Hörgenusses der Zuhörer abzudecken.

Wenn Benutzer die Musik mit Hochfrequenzverlusten wiedergeben, umfasst ein erfindungsgemäßes Verfahren die folgenden Schritte: zuerst Eingeben eines ersten Tonsignals, das kompensiert werden soll. Dann Erhöhen der Ausgabegeschwindigkeit des ersten Tonsignals, um ein zweites Tonsignal auszugeben und zu erzeugen. Ermitteln eines Hochfrequenz-Tonsignals des zweiten Tonsignals. Schließlich Hinzufügen des Hochfrequenz-Tonsignals zum ersten Tonsignal und dann Ausgeben sowie Wiedergeben derselben zusammen. Folglich wurde das ausgegebene Tonsignal für den Hochfrequenzbereich abgedeckt, so dass die Musik nahe dem ursprünglichen Tonsignal liegt und die Zuhörer einen besseren Hörgenuss zum Lösen von körperlichem und geistigem Druck haben.

KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Die Struktur und die technischen Mittel, die von der vorliegenden Erfindung aufgegriffen werden, um die obigen und weitere Aufgaben zu erfüllen, können durch Bezugnahme auf die folgende ausführliche Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen und der begleitenden Zeichnungen am besten verstanden werden, in welchen

1A ein Verlauf der Frequenz gegen die Amplitude für Tonsignale von ursprünglicher Musik ist;

1B ein Verlauf der Frequenz gegen die Amplitude für Tonsignale einer komprimierten Musikdatei ist;

2 ein Ablaufplan einer erfindungsgemäßen Ausführungsform ist;

3A ein Diagramm der Zeit gegen die Amplitude von einem ausgegebenen Tonsignal des komprimierten Dateiformats für Musik ist;

3B ein Diagramm der Zeit gegen die Amplitude von Abtastpunkten einer simulierten Tonsignalabtastung vom Tonsignal in 3A ist;

3C ein Diagramm der Zeit gegen die Amplitude von einem zweiten Tonsignal ist, das aus den Abtastpunkten des simulierten Tonsignals in 3B erzeugt wird, welches mit einer höheren Geschwindigkeit ausgegeben wird als der Eingabegeschwindigkeit des Tonsignals in 3A;

3D ein Verlauf der Frequenz gegen die Amplitude von 3C ist;

3E ein Verlauf der Frequenz gegen die Amplitude von 3C nach der Kompensation ist;

3F ein Verlauf der Frequenz gegen die Amplitude von dem Hochfrequenz-Tonsignal in 3E ist;

4 ein Verlauf der Frequenz gegen die Amplitude von 3A nach der Kompensation des Hochfrequenz-Tonsignals ist;

5 ein Ablaufplan einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform ist.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM

Durch Erhöhen der Ausgabegeschwindigkeit von kompensierten Tonsignalen gibt die vorliegende Erfindung ein weiteres Tonsignal aus, ermittelt dann die Hochfrequenzsignale in diesem weiteren Tonsignal, um den Verlust des hohen Tonfrequenzbereichs in den ursprünglichen Tonsignalen zu kompensieren, und gibt die kompensierten Tonsignale zur Wiedergabe aus, so dass die Tonsignale rekonstruiert werden und eine Wiedergabe mit besserer Tonqualität bereitgestellt wird.

Mit Bezug auf 2, 3A bis 3F & 4 werden, wenn Leute komprimierte Musikdateien wie z. B. MP3 oder AAC abspielen, Tondaten in jedem Bereich der Musikdatei nacheinander ausgegeben. Die Tondaten bedeuten Abtastpunkte eines digitalen Tonsignals. Wie in Schritt S1 gezeigt, wird ein erstes Tonsignal 20, das in 3A gezeigt ist, eingegeben. Das Diagramm der Frequenz gegen die Amplitude von dem ersten Tonsignal 20 ist als 1B gezeigt. Zur gleichen Zeit wie die Eingabe des ersten Tonsignals 20 wird eine zweckmäßige Abtastrate (Abtastwert/s) verwendet, um Abtastwerte des ersten Tonsignals 20 zur Simulation des ersten Tonsignals 20 zu nehmen. Mit Bezug auf 3B ist die Abtastrate beispielsweise 100 Abtastwerte/s in dieser Ausführungsform. Eine Anzahl von P Abtastpunkten A, B, C, D, E ... des simulierten Tonsignals wird der Reihe nach erhalten, um das simulierte Tonsignal 30 als in dem Verlauf gezeigte gestrichelte Linie zu erzeugen. Je höher die Abtastrate ist, desto mehr ist das simulierte Tonsignal 30 dem ersten Tonsignal 20 ähnlich. Dies ist der Schritt S2, in dem das simulierte Tonsignal 30 erzeugt wird.

Dann wird in Schritt S3 die Anzahl von P Abtastpunkten des simulierten Tonsignals 30 in 3B nacheinander mit höherer Geschwindigkeit ausgegeben als der Eingabegeschwindigkeit des ersten Tonsignals 20. Das heißt – das simulierte Tonsignal 30 wird schnell ausgegeben, um ein zweites Tonsignal 40 in 3C zu erzeugen. In dieser Ausführungsform ist die Ausgabegeschwindigkeit des simulierten Tonsignals 30 zweimal die Eingabegeschwindigkeit des ersten Tonsignals 20, so dass die Ausgangsfrequenz des simulierten Tonsignals 30 zum Erzeugen des zweiten Tonsignals 40, das durch die gestrichelte Linie in 3C gezeigt ist, erhöht ist. Das Prinzip dieses Vorgangs besteht darin, dass, wenn Leute die Musik vorspulen, Hochfrequenztöne erzeugt werden. Wenn Abtastpunkte des simulierten Tonsignals ausgegeben werden, wird dieselbe Abtastrate – 100 Abtastwerte/s – verwendet, um den Ton abzutasten, um eine Anzahl von Q Abtastpunkten des zweiten Tonsignals 40, wie z. B. B', D', F' ..., nacheinander zu erhalten. Die Amplitude des Punkts B' ist dieselbe wie jene des Punkts B. Die Amplitude des Punkts D' ist dieselbe wie jene des Punkts D. Analog wird dies auf andere Abtastpunkte angewendet.

Dann werden in Schritt S4 die Hochfrequenz-Tonsignale des zweiten Tonsignals 40 ermittelt. In der Art und Weise zum Ermitteln des Signals wird zuerst das zweite Tonsignal 40 in der Zeitdomäne in die in 3D gezeigte Frequenzdomäne umgewandelt. Der niedrige bis mittlere Tonfrequenzbereich 43 und der hohe Tonfrequenzbereich 47 in 3D werden aus dem niedrigen bis mittleren Tonfrequenzbereich 10 in 1B gebildet. Das heißt, der gesamte Bereich des niedrigen bis mittleren Tonfrequenzbereichs 43 und des hohen Tonfrequenzbereichs 47 ist gleich dem Bereich des niedrigen bis mittleren Tonfrequenzbereichs 10. Aufgrund der Verringerung der Frequenz ist es erforderlich, das zweite Tonsignal 40 in der Frequenzdomäne zu kompensieren. Nachdem es kompensiert ist, wie in 3E gezeigt, liegt der gesamte Bereich des niedrigen bis mittleren Tonfrequenzbereichs 45 und des hohen Tonfrequenzbereichs 49 nahe dem gesamten Bereich in 1A. Schließlich wird, wie in 3F gezeigt, der hohe Tonfrequenzbereich 49 abgeschnitten und in die Hochfrequenz-Tonsignale in der Zeitdomäne umgewandelt. Mit Bezug auf Schritt S5 werden dann die Hochfrequenz-Tonsignale in der Zeitdomäne zum ersten Tonsignal 20 hinzugefügt, um die Hochfrequenzleistung zu verbessern, und dann das ganze Signal zusammen ausgegeben.

Im Schritt S3 wird die Ausgabegeschwindigkeit des simulierten Tonsignals 30 zur Ausgabe erhöht, was das zweite Tonsignal 40 erzeugt, und eine Anzahl von Q Abtastpunkten von diesem wird zur Abbildung in die Frequenzdomäne erhalten. Wenn 3A mit 3C verglichen wird, ist die Ausgabezeit des zweiten Tonsignals 40 die Hälfte von jener des ersten Tonsignals 20, so dass die Anzahl Q von Abtastpunkten nur die Hälfte der Anzahl P ist. Das heißt Q = P/Male der Ausgabegeschwindigkeit von Abtastpunkten des simulierten Tonsignals im Vergleich zur Eingabegeschwindigkeit des ersten Tonsignals.

In dieser Ausführungsform ist die Ausgabegeschwindigkeit der Abtastpunkte des simulierten Tonsignals zweimal die Eingabegeschwindigkeit des ersten Tonsignals 20. Folglich ist die Anzahl von Abtastpunkten des zweiten Tonsignals Q gleich P/2, die Hälfte der Anzahl P von Abtastpunkten des simulierten Tonsignals. Daher ist die Zeitdauer des Hochfrequenzsignals, das vom hohen Tonfrequenzbereich 49 in 3F umgewandelt wird, nur die Hälfte von jener des ersten Tonsignals 20. Beim Fortsetzen in Schritt S5 muss das Hochfrequenz-Tonsignal reproduziert und dann zum umgewandelten Hochfrequenz-Tonsignal in der Zeitdomäne hinzugefügt werden, um die Zeitdauer des Hochfrequenz-Tonsignals gleich jener des ersten Tonsignals 20 zu machen. Schließlich wird das korrigierte Hochfrequenz-Tonsignal zum ersten Tonsignal 20 hinzugefügt, damit es ausgegeben wird. Das Diagramm der Frequenz gegen die Amplitude von dem ausgegebenen Tonsignal, wie in 4 gezeigt, umfasst den niedrigen bis mittleren Tonfrequenzbereich 10 in 1B und den hohen Tonfrequenzbereich 49 in 3F.

Mit Bezug auf 5 wird ein Ablaufplan einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform offenbart. Aufgrund der Popularität von komprimierten Musikdateien, wie z. B. MP3 oder AAC, wurde die Abtastrate zu einer allgemeinen Spezifikation. Wenn die komprimierte Musikdatei wiedergegeben wird, ist folglich der Ablaufplan zur Kompensation der Hochfrequenzbeschneidungen wie in 5 gezeigt. Der Unterschied zwischen dieser Ausführungsform und der obigen besteht darin, dass das erste Tonsignal 20, das in Schritt S11 eingegeben wird, aus der Toninformation mit der bekannten Abtastrate – d. h. einer Vielzahl von Abtastpunkten des Tonsignals – erzeugt wird. Es besteht folglich kein Bedarf, eine zweckmäßige Abtastrate zu verwenden, um Abtastwerte des ersten Tonsignals 20 zum Erhalten einer Anzahl von P Tonsignal-Abtastpunkten und zum Erzeugen eines simulierten Tonsignals 30 heranzuziehen, wie in Schritt S2 gezeigt. Dann wird zu Schritt S12 gesprungen, das erste Tonsignal 20 mit einer höheren Geschwindigkeit ausgegeben als dessen Eingabegeschwindigkeit, um das zweite Tonsignal 40 zu erzeugen. Während der Ausgabe des zweiten Tonsignals 40 wird die bereits bekannte Abtastrate verwendet, um eine Anzahl von Q Abtastpunkten des zweiten Tonsignals 40 nacheinander zu nehmen. Mit Bezug auf Schritt S13 wird dann das Signal für den Hochfrequenzbereich des zweiten Tonsignals 40 ermittelt und dann dieses zur ersten Tonfrequenz 20 zur Kompensation des Hochfrequenzverlusts hinzugefügt, welche zusammen ausgegeben werden, wie in Schritt S14 gezeigt.

Zusammenfassend schafft die vorliegende Erfindung ein Signalverarbeitungsverfahren zur Tonsignalkompensation, das die Hochfrequenzleistung verbessert, während Musik mit Hochfrequenzverlusten wiedergegeben wird, um Ursprünglichkeit und Vollständigkeit von Musik für besseren Hörgenuss zu erzielen.

Zusätzliche Vorteile und Modifikationen kommen Fachleuten leicht in den Sinn. Daher ist die Erfindung in ihren breiteren Aspekten nicht auf die speziellen Details und die hierin gezeigten und beschriebenen repräsentativen Vorrichtungen begrenzt. Folglich können verschiedene Modifikationen vorgenommen werden, ohne vom Gedanken oder Schutzbereich des allgemeinen Erfindungskonzepts abzuweichen, wie durch die beigefügten Ansprüche und ihre Äquivalente definiert.


Anspruch[de]
  1. Signalverarbeitungsverfahren zur Tonsignalkompensation, das die folgenden Schritte umfasst:

    Eingeben eines ersten Tonsignals;

    Erhöhen der Ausgabegeschwindigkeit des ersten Tonsignals zum Ausgeben und Erzeugen eines zweiten Tonsignals;

    Lesen eines Hochfrequenz-Tonsignals des zweiten Tonsignals; und

    Verwenden des Hochfrequenz-Tonsignals bei der Kompensation des ersten Tonsignals und dann Ausgeben des kompensierten Tonsignals.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei nach dem Schritt des Eingebens eines ersten Tonsignals ein simuliertes Tonsignal erzeugt wird, das das erste Tonsignal simuliert, und dann das simulierte Tonsignal mit einer höheren Geschwindigkeit als der Eingabegeschwindigkeit des ersten Tonsignals ausgegeben wird, um das zweite Tonsignal zu erzeugen.
  3. Verfahren nach Anspruch 2, wobei das erste Tonsignal ein Signal in der Zeitdomäne ist und der Schritt des Erzeugens des simulierten Tonsignals ferner einen Schritt der Verwendung einer zweckmäßigen Abtastrate zum Nehmen von Abtastwerten vom ersten Tonsignal zum Erhalten einer Vielzahl von Abtastpunkten des simulierten Tonsignals nacheinander, um ein simuliertes Tonsignal zu erzeugen; dann des Ausgebens des simulierten Tonsignals mit einer höheren Geschwindigkeit als der Eingabegeschwindigkeit des ersten Tonsignals zum Erzeugen des zweiten Tonsignals aufweist.
  4. Verfahren nach Anspruch 3, wobei der Schritt des Erzeugens des zweiten Tonsignals ferner einen Schritt umfasst, nämlich, während das zweite Tonsignal ausgegeben wird, Verwendung derselben Abtastrate zum Nehmen von Abtastwerten vom zweiten Tonsignal zum Erhalten einer Vielzahl von Abtastpunkten des zweiten Tonsignals nacheinander, Umwandeln des zweiten Tonsignals in ein Tonsignal in der Frequenzdomäne, Kompensieren des zweiten Tonsignals in der Frequenzdomäne, Lesen des Hochfrequenz-Tonsignals des kompensierten zweiten Tonsignals und Hinzufügen des Hochfrequenz-Tonsignals des kompensierten zweiten Tonsignals zum ersten Tonsignal, um Hochfrequenzverluste abzudecken.
  5. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das erste Tonsignal ein Tonsignal in der Zeitdomäne ist und die Abtastrate von Abtastpunkten des ersten Tonsignals bereits bekannt ist; der Schritt des Erhöhens der Ausgabegeschwindigkeit des ersten Tonsignals zum Ausgeben und Erzeugen eines zweiten Tonsignals ferner einen Schritt aufweist: während das zweite Tonsignal ausgegeben wird, Verwenden der bereits bekannten Abtastrate, um Abtastwerte vom zweiten Tonsignal zum Erhalten einer Vielzahl von Abtastpunkten des zweiten Tonsignals nacheinander zu nehmen, Umwandeln des zweiten Tonsignals in ein Tonsignal in der Frequenzdomäne, Kompensieren des zweiten Tonsignals in der Frequenzdomäne, Lesen des Hochfrequenz-Tonsignals des kompensierten zweiten Tonsignals und Hinzufügen des Hochfrequenz-Tonsignals des kompensierten zweiten Tonsignals zum ersten Tonsignal, um Hochfrequenzverluste abzudecken.
  6. Verfahren nach Anspruch 4, wobei der Schritt des Hinzufügens des Hochfrequenz-Tonsignals des kompensierten zweiten Tonsignals zum ersten Tonsignal, um Hochfrequenzverluste abzudecken, ferner die folgenden Schritte umfasst:

    Umwandeln des Hochfrequenz-Tonsignals in der Frequenzdomäne in ein Hochfrequenz-Tonsignal in der Zeitdomäne;

    Reproduzieren des Hochfrequenz-Tonsignals in der Zeitdomäne und Kompensieren desselben zum umgewandelten Hochfrequenz-Tonsignal in der Zeitdomäne; und

    Hinzufügen des kompensierten Hochfrequenz-Tonsignals in der Zeitdomäne zum ersten Tonsignal und Ausgeben derselben zusammen.
  7. Verfahren nach Anspruch 5, wobei der Schritt des Hinzufügens des Hochfrequenz-Tonsignals des kompensierten zweiten Tonsignals zum ersten Tonsignal, um Hochfrequenzverluste abzudecken, ferner die folgenden Schritte umfasst:

    Umwandeln des Hochfrequenz-Tonsignals in der Frequenzdomäne in ein Hochfrequenz-Tonsignal in der Zeitdomäne;

    Reproduzieren des Hochfrequenz-Tonsignals in der Zeitdomäne und Kompensieren desselben zum umgewandelten Hochfrequenz-Tonsignal in der Zeitdomäne; und

    Hinzufügen des kompensierten Hochfrequenz-Tonsignals in der Zeitdomäne zum ersten Tonsignal und Ausgeben derselben zusammen.
  8. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das erste Tonsignal ein Tonsignal zum Wiedergeben eines komprimierten Dateiformats für Musik ist.
  9. Verfahren nach Anspruch 7, wobei das komprimierte Dateiformat für Musik MPEG-1 Audio Layer-3 (MP3) ist.
  10. Verfahren nach Anspruch 7, wobei das komprimierte Dateiformat für Musik Advanced Audio Coding (AAC) ist.
Es folgen 7 Blatt Zeichnungen






IPC
A Täglicher Lebensbedarf
B Arbeitsverfahren; Transportieren
C Chemie; Hüttenwesen
D Textilien; Papier
E Bauwesen; Erdbohren; Bergbau
F Maschinenbau; Beleuchtung; Heizung; Waffen; Sprengen
G Physik
H Elektrotechnik

Anmelder
Datum

Patentrecherche

Patent Zeichnungen (PDF)

Copyright © 2008 Patent-De Alle Rechte vorbehalten. eMail: info@patent-de.com