一种基于频域自适应均衡的音频处理方法技术

本发明专利技术阐述了一种基于频域自适应均衡的音频处理方法。音频效果处理的不足在我国的广播电视中仍然广泛存在，严重影响了观众观看电视节目时的听觉感受，随着越来越多高清频道的开播，某些高清电视广播机构已经完全具备了5.1环绕声节目的制作和播出能力，在终端用户家中，不仅收看高清节目的电视屏幕越来越大，图像越来越锐利，而且家庭影院系统也日渐成为体验电视环绕声的重要工具，用户对电视节目伴音的要求也越来越高。基于频域自适应均衡的音频处理方法可以解决音频均衡方案延时过长，音频细节效果处理不细腻的问题，而且包括音频的噪声在内的背景音不被提升，音频处理速度度快，输出音频稳定平衡不生硬，可以满足人们的听觉感知需要。

【技术实现步骤摘要】
一种基于频域自适应均衡的音频处理方法
本专利技术属于音频信号处理领域，涉及一种频域自适应均衡的音频处理方法。
技术介绍
随着社会生产力的发展，大家的休闲生活日益丰富。听演唱会、看电影、观看电视广播节目逐渐成为大众喜欢的休闲方式。人们为了得到更好的听觉体验，对音质的要求也越来越高。并且它在日常工作和生活中也有着广泛的应用，比如会议室、国际机场、交通枢纽站等场地。科技的日益进步，视音频行业与IT行业越来越紧密的结合在一起。在过去的20年中，数字音频处理技术已经取得了长足的进步。数字音频处理器在提升音质方面发挥着重要作用。音频处理器就是对音频信号进行处理的设备，它最初是以模拟音频处理器的形式出现的，使用的是模拟设备，精度不高且受距离的限制，并且设备体积较大，元件易老化出故障，使用很不方便。此外，在模拟音频技术中，对音频信号的处理手段和方法都直接影响到模拟音频系统的回放质量。数字音频处理就是对音频信息进行采样，并使用二进制序列存放，通过对采集到的数据进行均衡等处理，达到改变声音听觉效果的目的。随着消费者对音质的要求越来越高，数字音频特效技术在音频后处理模块中就显得越来越重要，应用也越来越普遍。音频特效种类很多，基本种类有：equalizer(均衡器)，chorus(和音)，delay(延时)，reverb(混响)，Wah-Wah(铜管乐)，harmonizer(谐音)等。作为音频设备的后处理单元，可以包含上面所列举的一种或多种。均衡器是最基本的音频特效之一，它往往可以单独或与其他特效组合成一模块集成到终端设备中。均衡器往往按产生的效果来分类，如流行乐风格的均衡器，要求兼顾人声和器乐，组合比较平均，EQ曲线的波动不是很大；摇滚乐风格的均衡器，其高低两端提升很大，低音让音乐强劲有力，节奏感很强，高音部分清晰甚至刺耳。由于每个人对不同频率的声音感觉不一样，音响回放设备的频率响应也不同，人的听阈曲线也只是根据统计数据画出，所以别人听起来很自然的声音自己可能会觉得不舒服，均衡器的调节需要根据自己的听感特点和所使用的播放设备进行个性化的调整。许多音频均衡算法的应用只涉及增强或衰减只有一小部分的信号的频谱，而留下的其余部分的频谱不受影响。通常在音频应用中采用二阶滤波器具有频率响应的特点是增加或减少一个指定的中心频率大约是这个效果。在数字音频均衡中，任何期望的频率响应都可以通过级联具有不同中心频率的滤波器来实现，然后通常称为参数均衡器滤波器。除了中心频率，参数均衡器滤波器的特点是其带宽。具有相对于中心频率小的滤波器带宽(即具有更高的Q值，称为品质因数)，更好地称为Notch和峰值(或共振)滤波器。音频均衡算法的设计最常见的做法，是从模拟滤波器的设计开始，后跟一个双线性变换映射模拟频率轴上的数字频率轴，随着采样频率的弧度。许多参数均衡器的设计技术，使用这种方法与数字设计变量和“prewarped(预处理)”模拟变量，。这些包括直接I型(或直接II型)滤波器，并与前馈形式的归一化滤波器，这些方法都受到相同的滤波器系数提供的相同的带宽的设计约束。因此，过滤器的性能，如系数量化的敏感性或极限周期的敏感性，是依赖于实施架构，但不是参数均衡器的系数的推导。广义参数均衡器和参数均衡器与指定奈奎斯特频率增益尝试引入新的参数控制，以补偿非对称翘曲，但这两种方法继续使用模拟设计技术，以确定目标频率响应。作为一种替代的模拟滤波器设计的改变，用于音频均衡的滤波器可以直接设计在数字信号域。例如，数字巴特沃斯滤波器的设计，而不需要一个模拟原型的实现。为了实现这一目标，参数均衡器滤波器的设计可以使用极点配置技术。然而，许多解决方案不指定带宽，因此不考虑参数，还有一些是有限的，只有理想的陷波滤波器的设计，其中增益设置为零。目前仅存的全数字参数均衡器的设计技术，在这种方法中所采取的近似意味着约束并不完全满意。特别是，该方法将两个极点和零点的角度，从而确保一个近似为高带宽的极点和零点，和差的零高增益近似。综上所述，数字音频均衡算法为了调节各频段的频率响应，从而产生不同效果，如重低音，收音机，高音等；为了能补偿各种节目信号中欠缺的频率成份，又能抑制过重的频率成份。有的音频均衡算法采用了shelving滤波器，由放大或衰减，带宽，中心频率三个参数是最直观的指标。由这三个参数得出滤波器的传递函数是很方便的。实现方法是时域滤波，方法是运用一系列的带通滤波器对输入的音频数据滤波，每个滤波器作用后得到不同步频率带，形成分频段均衡的效果，时域滤波器处理快但效果差一点。
技术实现思路
本专利技术提供了提供了一种基于频域自适应均衡的音频处理方法。用于解决广播电视的音频处理效果存在差异的问题，改善传统的基于双二阶滤波器的音频均衡器存在音频细节处理缺乏，放大噪声和背景音的缺点，且控制器方案延时过长，不能应用于实时播出的不足，以满足用户对于音频信号处理的越来越高的需求和听感体验。一种基于频域自适应均衡的音频处理方法，是一种根据输入信号自适应动态调整音频信号的频率响应的机制。频域自适应均衡处理是根据等响曲线计算出不同频率段对应的最佳电平值，然后将输入的音频信号进行加窗FFT之后输入之后，根据最佳电平值自适应动态控制音频的频率特性，最后经IFFT变换成时域音频信号后输出。所述频域自适应均衡算法是在输入音频信号之后，为了减小输入信号的频谱泄露以及满足实时性的要求，要求先进行加窗处理，然后对信号分频段求功率平均值，并求得该平均值与最佳电平值的比值，乘以到原频域数据上，最后经过IFFT变换到时域输出。其中，所述加窗就是对原始信号进行调制。不同的窗函数对信号频谱的影响是不一样的，比如矩形窗，实际上就是对信号不做任何处理，简单的按照时间片段截取一定长度的信号进行分析处理。本专利技术做频谱计算时选用的是汉宁窗(hanningwindow)，汉宁窗的作用是分析带宽加宽，但是降低了频率分辨率。其中，所述FFT就是对输入的时域信号进行快速离散傅里叶变换，将时域信号变换到频域，得到信号的幅频特性，以便后续的音频的频域均衡。所述分频段计算功率平均值，分为两步，第一步是计算分频段的最佳电平值，第二步是计算每个频段的功率平均值。其中，所述计算分频段的最佳电平值是根据中央电视台制定的《电视节目声音制作的响度规范》中建议将目标响度值定为-24LKFS，然后根据国际标准的响度测量建议书，利用一个满屏的信号，得到了不同频率下的响度变化曲线图，其中，每一条线对应相同的频率，横轴表示数字音频满刻度电平值，最大值满刻度为0dBFS，低于满刻度20dB的信号便是-20dBFS，以此类推。纵轴表示响度值，每一条线即表示频率相同时的不同电平值对应的响度值。当频率在20Hz到20kHz变化时，同一频率下不同声压值的信号的响度是线性变化的，随着电平值的增加呈现变大的趋势；当响度相同时，随着频率的逐渐变大声压值呈现递减的趋势，即可得到最佳响度值-24LKFS对应的不同频率的电平值。其中，所述计算每个频段的功率平均值为了得到每个频段的自适应均衡的增益值，还要尽可能的不改变原频段数据的变化趋势，计算每个频段的加权平均功率值Pavg，加权的标准是该频段内每个频率对这个频段功率的贡献率r，用每个频段的平均功率值Pavg比最佳功率值P得到该频段的增益本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于频域自适应均衡的音频处理方法，其特征在于，输入音频信号后，取代以往的使用双二阶滤波器的达到带通滤波器的效果，而是利用FFT变换后的音频频域数据采用自适应均衡的算法达到均衡的音频处理效果。

【技术特征摘要】
1.一种基于频域自适应均衡的音频处理方法，其特征在于，输入音频信号后，取代以往的使用双二阶滤波器的达到带通滤波器的效果，而是利用FFT变换后的音频频域数据采用自适应均衡的算法达到均衡的音频处理效果。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，得到输入的音频信号后，要先进行加窗处理，以减少频谱泄露，然后进行FFT变换，并在频域内实施自适应均衡处理，然后对处理后的信号进行IFFT变换，得到时域音频信号以便输出。其中，所述加窗处理是对原始信号进行调制。本发明做频谱计算时选用的是汉宁窗(hanningwindow)，汉宁窗的作用是分析带宽加宽，但是降低了频率分辨率。3.根据权利要求1所述方法，其特征在于，音频频域自适应均衡处理包括两步，分别是分频段计算频域功率平均值和计算频域增益。其中，所述分频段计算频域功率平均值是根据不同频段对音频的贡献不同，将20Hz～20kHz的频段分为10个频段，计算每个频段的功率平均值。其中，所述计算频域增益是根据功率平均值与最佳电平值的比值，并将比值乘以到FFT变换后的频域信号上，既可以改变音频信号的频率响应，又可以最大限度的保留原音频的固有特征。4.根据权利要求3所述方法，其特征在于，最佳电平值是根据中央电视台制定的《电视节目声音制作的响度规范》中建议将目标响度值定为-24LKFS，利用一个满屏的信号，得到了不同频率下的响度变化曲线图，即可得到最佳...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈明义，杨晓静，王艳艳，
申请(专利权)人：中南大学，
类型：发明
国别省市：湖南,43