CN102957399A - 参数均衡器的自动参数优化方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种参数均衡器的自动参数优化方法，是在用户设定好各个滤波器的初始控制参数后，***将依次自动优化和修改各滤波器的各控制参数，在所述参数均衡器中所有滤波器是否都已调整完毕后，生成各滤波器性能参数及频率响应图，再依据所述频率响应图判断各滤波器的频率响应是否与所述预设EQ相吻合，若否，则返回第一个滤波器重新开始优化作业，若各滤波器的频率响应是否与所述预设EQ相吻合，则优化结束，所述的方法大大减轻了用户反复调整参数的繁琐和负担，而且，本发明的方法可扩展性较好，可根据用户的使用环境增大和减小调整范围，调整步长以及修改最大优化次数或者吻合度的阀值，以使得用户在优化效果和优化时间之间取得平衡。

Description

参数均衡器的自动参数优化方法

技术领域

本发明涉及一种参数均衡器，特别是涉及一种参数均衡器的自动参数优化方法。

背景技术

目前的主流均衡器(EQ)可以大致分为两类：图形均衡器和参数均衡器。总体来说，图形均衡器比较直观。它将整个音频频谱划分为固定的若干个区域，每个区域可以由用户独立调节增益或衰减的大小。尽管图形均衡器使用起来相对简单，其局限性也非常明显，主要表现在用户被局限于预定好的频率区域内，无法对频率响应进行精确的控制。另外从其实现角度来看，图形均衡器通常使用有限脉冲响应(FIR)滤波器，为了有良好的带内平稳和带外衰减表现，其单个滤波器参数个数通常很多，再加之较多的FIR滤波器使用个数(一个频谱带需用一个FIR滤波器，全部频谱通常需要10到32个)，其对***的计算性能和资源带来非常巨大的压力。

参数均衡器相对图形均衡器来说，给用户提供了对频率响应的精确控制。其频率响应的平滑性也非常好。从实现角度来说参数均衡器通常使用无限脉冲响应(IIR)滤波器，其单个滤波器的参数个数很少，整个频谱使用的IIR滤波器个数也相对比较少(通常5到7个已经足够)，所以对***的计算性能和资源消耗非常小。由于参数均衡器的这些优点，其在专业的音频处理领域得到了广泛的应用。

尽管参数均衡器较之图形均衡器有很多的优点，其应用的一个难点在于用户需要对其滤波器控制参数进行较复杂和繁琐的调校，以达到理想的频率响应输出。这一难点制约了参数均衡器在普通用户中的大量普及。

在已经公开的技术中，例如，美国专利文献US6405227公开了一种使用参数均衡器实现EQ的方法，但是该方法中的参数滤波器个数和中心频率的位置均为固定，也无法调节。再例如，美国专利文献US20040146170公开了一种用图形均衡器实现参数均衡器的方法，但该方法使用DSP对每个图形均衡器固定中心频率进行增益衰减调节，但是代价非常高昂。又例如美国专利文献US20060114979公开了手工调节参数均衡器的滤波器的控制参数的用户界面和方法，但该方法中修改各个滤波器的控制参数(G，f0，Q)是需要用户反复修改和测试的部分，非常的繁琐和难用。而另一美国专利文献US20060153404公开了一种调节参数均衡器的方法。该方法只对参数均衡器的宽度进行调节，而对其他参数没有调节。另外，该方法对误差判断仅仅限于单个滤波器的覆盖频段，容易限于局部优化而非整体滤波器组频率响应最优。

因而，如何提出一种参数均衡器的自动参数优化方法，以解决针对参数均衡器在具体应用过程中参数调整复杂繁琐这一难题，实已成为本领域从业者亟待解决的问题。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种参数均衡器的自动参数优化方法，进而实现一旦用户设定好各个滤波器的初始控制参数后，***将自动优化和修改滤波器控制参数，直到其频率响应与用户的预设EQ吻合的目的。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种参数均衡器的自动参数优化方法，用于在用户预设EQ后进行优化作业，所述参数均衡器具有多个滤波器，其特征在于，所述自动参数优化方法至少包括以下步骤：1)读取所述参数均衡器中一滤波器的控制参数；2)设置其中一个控制参数的调整范围及调整步长，以确定出该控制参数的最大调整次数；3)计算所述调整范围中各控制参数值的滤波器性能参数及其频率响应；4)选择一最优控制参数值，使其频率响应值与所述预设EQ最接近；5)缩小该控制参数的调整范围及调整步长；6)判断是否已经达到该控制参数最大调整次数，若否，则返回步骤3)，若是，则进至下一步骤；7)判断该滤波器的所有控制参数是否都已调整完毕，若否，则返回步骤2)读取所述滤波器的另一控制参数，若是，则进至下一步骤；8)判断所述参数均衡器中所有滤波器是否都已调整完毕，若否，则返回步骤1)读取所述参数均衡器中下一滤波器，若是，则进至下一步骤；9)生成各滤波器性能参数及频率响应图；以及10)依据所述频率响应图判断各滤波器的频率响应是否与所述预设EQ相吻合，若否，则返回步骤1)，若是，则优化结束。

于本发明自动参数优化方法的步骤1)中，读取所述参数均衡器中一滤波器的控制参数为增益G、中心频率f0、或者带宽控制值Q。

具体的，于所述步骤2)中，保持所述中心频率f0及带宽控制值Q不变，设置所述增益G的调整范围及调整步长，以确定出所述增益G的最大调整次数；或者，于所述步骤2)中，保持所述增益G及带宽控制值Q不变，设置所述中心频率f0的调整范围及调整步长，以确定出所述中心频率f0的最大调整次数；或者，于所述步骤2)中，保持所述增益G及中心频率f0不变，设置所述带宽控制值Q的调整范围及调整步长，以确定出所述带宽控制值Q的最大调整次数。

于一实施方式中，本发明自动参数优化方法的步骤10)中还包括一判断是否与上次优化结果一致的步骤，若否，则返回步骤1)，若是，则优化结束。

于另一实施方式中，本发明自动参数优化方法的步骤10)中还包括一判断是否已达最大优化次数的步骤，若否，则返回步骤1)，若是，则优化结束。

如上所述，本发明的参数均衡器的自动参数优化方法，具有以下有益效果：

其一、应用本发明的方法，用户一旦设定好初始滤波器控制参数后即可让***自动寻找其各滤波器参数的最优值，这一过程完全自动，大大减轻了用户反复调整参数的繁琐和负担。

其二、本发明的方法对用户设置的初始滤波器控制参数不敏感，即使在用户的初始参数值与理想的优化值存在较大差距情况下，通常仍然能够找到全局优化值。

其三、本发明的方法优化过程可控，不会出现优化停滞和锁死的状况。

其四、本发明的方法优化过程可实时显示，反映整个滤波器组的频率响应与预设EQ之间的关系和接近过程，便于用户的跟踪比对。

其五、本发明的方法可扩展性较好，可根据用户的使用环境(机器性能高低)，增大和减小调整范围，调整步长以及修改最大优化次数或者吻合度的阀值，以使得用户在优化效果和优化时间之间取得平衡。

附图说明

图1显示为本发明的参数均衡器的自动参数优化方法具体实施流程图。

图2显示为初始控制参数下的频率响应与用户预设EQ的吻合度示意图。

图3显示为优化后控制参数下的频率响应与用户预设EQ的吻合度示意图。

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭示的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在不背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。

本发明提供一种参数均衡器的自动参数优化方法，用以在用户预设EQ后进行优化作业，换言之，一旦用户设置好各滤波器的初始控制参数即可等待***为其自动优化参数而无需手工反复修改，所述参数均衡器具有多个滤波器。呈如图2所示，显示为初始控制参数下的频率响应与用户预设EQ的吻合度示意图，图中，曲线表示为初始控制参数下的频率响应，圆点表示为用户预设EQ。

于本实施例中，例如为用户已经设置了N个IIR滤波器，每个滤波器的滤波器性能参数b和a(b，a为矢量)均由如下3个控制参数生成，即增益(Gain)G、中心频率(Center Frequency)f0、以及带宽控制值Q，也就是说，即一旦所述控制参数增益G、中心频率f0、及带宽控制值Q确定，那么这个滤波器的滤波器性能参数b和a也就确定了。

请参阅图1，显示为本发明的参数均衡器的自动参数优化方法具体实施流程图。如图所示，所述自动参数优化方法至少包括以下步骤：

首先执行步骤S1，读取所述参数均衡器中一滤波器的控制参数，于本实施例中，所述控制参数为该滤波器的增益G、中心频率f0、及带宽控制值Q。接着执行步骤S2。

在步骤S2中，设置其中一个控制参数的调整范围及调整步长，以确定出该控制参数的最大调整次数，于本实施例中，保持所述中心频率f0及带宽控制值Q不变，设置所述增益G的调整范围及调整步长，以确定出所述增益G的最大调整次数，例如，第i个滤波器的当前值为G[i]，确定其优化调节范围为GL和GH，使得GL＜G[i]＜GH；我们可以将GL-GH这个范围内的值M-1等分，那么G[i]可以就有了M个可能值，则M为最大调整次数。接着执行步骤S3，

在步骤S3中，计算所述调整范围中各控制参数值的滤波器性能参数及其频率响应；于本实施例中，即计算各G[i]值情况下的滤波器性能参数及其频率响应，于本实施例中，本发明使用了3种IIR滤波器，即低通搁架滤波器(low shelf filter)，高通搁架滤波器(highshelf filter)和钟形滤波器(peaking filter)。举例来说，譬如钟形滤波器peaking filter，其性能参数b的矢量长度为3，性能参数a的矢量长度也为3，分别记为b0，b1，b2和a0，a1，a2.那么它们从控制参数增益G、中心频率f0、及带宽控制值Q计算如下：

首先计算3个中间值：

A＝sqrt(10^(G/20))；w0＝2*pi*f0/fs；alpha＝sin(w0)/(2*Q)；其中，fs为采样频率。

然后计算滤波器性能参数b和a：

b0＝1+alpha*A

b1＝-2*cos(w0)

b2＝1-alpha*A

a0＝1+alpha/A

a1＝-2*cos(w0)

a2＝1-alpha/A

接着执行步骤S4，

在步骤S4中，选择一最优控制参数值，使其频率响应值与所述预设EQ最接近；于本实施例中，选择最优的G[i]值，使得其频率响应值与所述预设EQ最接近，具体地，将每一个频率响应值与用户预设的EQ进行吻合度检查(可通过一定的计算公式来判定吻合度，譬如带权重的均方误差和等等)，将吻合度最高的那个G值设为新的G[i]。接着执行步骤S5，

在步骤S5中，缩小所述控制参数的调整范围及调整步长；于本实施例中，缩小G[i]的调整范围及调整步长，即将GL和GH缩小到新的G值附近，然后依然将GL-GH这个新范围内的值再次M-1等分，这样就将G值的调整范围和调整步长同时缩小了。接着执行步骤S6，

在步骤S6中，判断是否已经达到该控制参数最大调整次数，若否，则返回步骤3)，若是，则进至步骤S7；

在步骤S7中，判断该滤波器的所有控制参数是否都已调整完毕，若否，则返回步骤2)读取所述滤波器的另一控制参数，若是，则进至步骤S8；若返回步骤2)读取的所述滤波器的另一控制参数为中心频率f0，则保持所述增益G及带宽控制值Q不变，设置所述中心频率f0的调整范围及调整步长，以确定出所述中心频率f0的最大调整次数。同理，若返回步骤2)读取的所述滤波器的另一控制参数为带宽控制值Q，则保持所述增益G及中心频率f0不变，设置所述带宽控制值Q的调整范围及调整步长，以确定出所述带宽控制值Q的最大调整次数。换言之，在本实施例中，第i个滤波器的控制参数G就调整完毕了，然后就可以对该滤波器的另一个中心频率f0或者带宽控制值Q的优化。限于篇幅，这里就不再赘述，大致的过程与增益G的优化类似。

在步骤S8中，判断所述参数均衡器中所有滤波器是否都已调整完毕，若否，则返回步骤1)读取所述参数均衡器中下一滤波器，若是，则进至步骤S9。

在步骤S9中，生成各滤波器性能参数(即b，a)及频率响应图。

在步骤S10中，依据所述频率响应图判断各滤波器的频率响应是否与所述预设EQ相吻合，若否，则返回步骤1)，若是，则优化结束。于本实施例中，本步骤还包括一判断是否与上次优化结果一致的步骤S101，若否，则返回步骤1)，若是，则优化结束。于其他的实施方式中，所述步骤S10中还可以包括一判断是否已达最大优化次数的步骤S101，若否，则返回步骤1)，若是，则优化结束。

需要说明的是，当一轮优化结束后，***将自动生成各个滤波器组的滤波器性能参数b和a，然后再生成综合滤波器性能参数bg和ag以及整个滤波器组的频率响应。这个频率响应将和用户的预设EQ进行比对，如果吻合的话，那么整个优化工作结束，否则将进行下一轮优化。呈如图3所示，显示为优化后控制参数下的频率响应与用户预设EQ的吻合度示意图，图中，曲线表示为优化后控制参数下的频率响应，圆点表示为用户预设EQ。

综上所述，在本发明的参数均衡器的自动参数优化方法中，用户一旦设定好初始滤波器控制参数后即可让***自动寻找其各滤波器参数的最优值，这一过程完全自动，大大减轻了用户反复调整参数的繁琐和负担；而且，本发明的方法对用户设置的初始滤波器控制参数不敏感，即使在用户的初始参数值与理想的优化值存在较大差距情况下，通常仍然能够找到全局优化值；再者，本发明的方法优化过程可控，不会出现优化停滞和锁死的状况，且其优化过程可实时显示，反映整个滤波器组的频率响应与预设EQ之间的关系和接近过程，便于用户的跟踪比对。另外，本发明的方法可扩展性较好，可根据用户的使用环境(机器性能高低)，增大和减小调整范围，调整步长以及修改最大优化次数或者吻合度的阀值，以使得用户在优化效果和优化时间之间取得平衡。所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (7)

1.一种参数均衡器的自动参数优化方法，用于在用户预设EQ后进行优化作业，所述参数均衡器具有多个滤波器，其特征在于，所述自动参数优化方法至少包括以下步骤：

1)读取所述参数均衡器中一滤波器的控制参数；

2)设置其中一个控制参数的调整范围及调整步长，以确定出该控制参数的最大调整次数；

3)计算所述调整范围中各控制参数值的滤波器性能参数及其频率响应；

4)选择一最优控制参数值，使其频率响应值与所述预设EQ最接近；

5)缩小该控制参数的调整范围及调整步长；

6)判断是否已经达到该控制参数最大调整次数，若否，则返回步骤3)，若是，则进至下一步骤；

7)判断该滤波器的所有控制参数是否都已调整完毕，若否，则返回步骤2)读取所述滤波器的另一控制参数，若是，则进至下一步骤；

8)判断所述参数均衡器中所有滤波器是否都已调整完毕，若否，则返回步骤1)读取所述参数均衡器中下一滤波器，若是，则进至下一步骤；

9)生成各滤波器性能参数及频率响应图；以及

10)依据所述频率响应图判断各滤波器的频率响应是否与所述预设EQ相吻合，若否，则返回步骤1)，若是，则优化结束。

2.根据权利要求1所述的参数均衡器的自动参数优化方法，其特征在于：于所述步骤1)中，读取所述参数均衡器中一滤波器的控制参数为增益G、中心频率f0、及带宽控制值Q。

3.根据权利要求2所述的参数均衡器的自动参数优化方法，其特征在于：于所述步骤2)中，保持所述中心频率f0及带宽控制值Q不变，设置所述增益G的调整范围及调整步长，以确定出所述增益G的最大调整次数。

4.根据权利要求2所述的参数均衡器的自动参数优化方法，其特征在于：于所述步骤2)中，保持所述增益G及带宽控制值Q不变，设置所述中心频率f0的调整范围及调整步长，以确定出所述中心频率f0的最大调整次数。

5.根据权利要求2所述的参数均衡器的自动参数优化方法，其特征在于：于所述步骤2)中，保持所述增益G及中心频率f0不变，设置所述带宽控制值Q的调整范围及调整步长，以确定出所述带宽控制值Q的最大调整次数。

6.根据权利要求1所述的参数均衡器的自动参数优化方法，其特征在于：所述步骤10)中还包括一判断是否与上次优化结果一致的步骤，若否，则返回步骤1)，若是，则优化结束。

7.根据权利要求1所述的参数均衡器的自动参数优化方法，其特征在于：所述步骤10)中还包括一判断是否已达最大优化次数的步骤，若否，则返回步骤1)，若是，则优化结束。

Images