CN107481727B - 一种基于电音基调控制的音频信号处理方法及*** - Google Patents

一种基于电音基调控制的音频信号处理方法及*** Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于电音基调控制的音频信号处理方法及***，该处理方法为：模拟信号输入端接收输入模拟信号，并将输入模拟信号从模拟信号输入端发送到音频编解码器；音频编解码器将从模拟信号输入端接收到的输入模拟信号转化为输入数字信号，并将输入数字信号发送到音频DSP；音频DSP接收到输入数字信号后，识别输入数字信号中的频率成分，根据数字信号中的频率成分、期望的基调和预设的调整方法对输入数字信号进行调整，得到输出数字信号，并将输出数字信号发送到音频编解码器；音频编解码器将从音频DSP接收到的输出数字信号转化为输出模拟信号，并将输出模拟信号发送到模拟信号输出端；模拟信号输出端根据接收到的输出模拟信号进行输出。

Description

一种基于电音基调控制的音频信号处理方法及***
技术领域
本发明涉及声音处理领域，特别涉及一种基于电音基调控制的音频信号处理方法及***。
背景技术
目前电子音频信号的流行，使得对电子音频信号的处理有了广泛的需求，而在其中，将音频信号按照需求的电音基调进行升音、降音调整等成为音频信号处理中较为急迫的一种需求。现在虽然有一些设备、软件对音频信号进行处理，但是基本上只能计算音频信号的基调而不能将音频信号按照期望的基调对音频信号进行调整。因此需要一种能够根据电音基调对音频信号进行处理的方法和***。
发明内容
为解决以上问题，本发明提供一种基于电音基调控制的音频信号处理方法及***。
本发明提供的一种基于电音基调控制的音频信号处理方法，由模拟信号输入端，音频编解码器，音频DSP(digital signal processor，数字信号处理器)，模拟信号输出端实现，包括：
模拟信号输入端接收输入模拟信号，并将输入模拟信号从模拟信号输入端发送到音频编解码器；
音频编解码器将从模拟信号输入端接收到的输入模拟信号转化为输入数字信号，并将输入数字信号发送到音频DSP；
音频DSP接收到输入数字信号后，识别输入数字信号中的频率成分，根据数字信号中的频率成分、期望的基调和预设的调整方法对输入数字信号进行调整，得到输出数字信号，并将输出数字信号发送到音频编解码器；
音频编解码器将从音频DSP接收到的输出数字信号转化为输出模拟信号，并将输出模拟信号发送到模拟信号输出端；
模拟信号输出端根据接收到的输出模拟信号进行输出。
优选的，
所述音频DSP，包括，
存储器，存储有处理程序，所述处理程序用于对数字信号进行频谱分析和根据参数对数字信号进行处理；
电音基调控制器，包含用于电音基调控制的参数，所述参数包含13个值，表示A、A#、B、C、C#、D、D#、E、F、F#、G、G#、#13个电音基调；
MCU(MicroControllerUnit，微控制单元，即单片机)，含有初始化程序和控制程序，用于对音频编解码器和音频DSP进行初始化和控制；
MCU调用存储器中的处理程序，对输入数字信号进行处理，识别出输入数字信号中的频率成分，所述对输入数字信号进行处理为对输入的数字信号进行快速傅里叶变换，得到输入数字信号的频域信息；即通过第一公式得到数字信号的频域信息，所述第一公式为：
F(ω)＝FFT(f(N))
其中，F(ω)为输入数字信号的频域信息，f(N)为输入数字信号，FFT为快速傅里叶变换；
MCU读取电音基调控制器的参数，根据所述输入数字信号中的频率成分、期望的基调和预设的调整方法，调用存储器中的处理程序对输入数字信号进行调整，得到输出数字信号，即通过第二公式得到输出数字信号，所述第二公式为：
S(N)＝IFFT(G(kω)·F(kω))
其中，F(kω)为输入数字信号的频域信息F(ω)在频率的伸缩变换，k为用于电音基调控制的参数值，G(kω)为幅值调整函数，S(N)为输出数字信号，IFFT为快速傅里叶逆变换。
优选的，所述对输入数字信号进行处理，包括：
MCU对输入数字信号进行离散傅里叶变换；
MCU对傅里叶变换后的输入数字信号进行理想滤波；
MCU通过反傅里叶变换将滤波后的输入数字信号还原为时域信号。
优选的，所述MCU对输入数字信号进行离散傅里叶变换，包括：
MCU对输入数字信号进行加窗处理，加窗所用的窗函数为：
Figure BDA0001330359050000031
其中，w(n)为窗函数的值，N为帧长，n为采样点。
优选的，所述MCU对输入数字信号进行离散傅里叶变换，还可实施为：
MCU对输入数字信号进行短时傅里叶变换或小波变换。
本发明还提供了一种基于电音基调控制的音频信号处理***，由模拟信号输入端，音频编解码器，音频DSP，模拟信号输出端组成，包括：
模拟信号输入端接收输入模拟信号，并将输入模拟信号从模拟信号输入端发送到音频编解码器；
音频编解码器将从模拟信号输入端接收到的输入模拟信号转化为输入数字信号，并将输入数字信号发送到音频DSP；
音频DSP接收到输入数字信号后，识别输入数字信号中的频率成分，根据数字信号中的频率成分、期望的基调和预设的调整方法对输入数字信号进行调整，得到输出数字信号，并将输出数字信号发送到音频编解码器；
音频编解码器将从音频DSP接收到的输出数字信号转化为输出模拟信号，并将输出模拟信号发送到模拟信号输出端；
模拟信号输出端根据接收到的输出模拟信号进行输出。
优选的，
音频DSP，包括，
存储器，存储有处理程序，所述处理程序用于对数字信号进行频谱分析和根据参数对数字信号进行处理；
电音基调控制器，包含用于电音基调控制的参数，所述参数包含13个值，表示A、A#、B、C、C#、D、D#、E、F、F#、G、G#、#13个电音基调；
MCU，含有初始化程序和控制程序，用于对音频编解码器和音频DSP进行初始化和控制；
MCU调用存储器中的处理程序，对输入数字信号进行处理，识别出输入数字信号中的频率成分，所述对输入数字信号进行处理为对输入的数字信号进行快速傅里叶变换，得到输入数字信号的频域信息；即通过第一公式得到数字信号的频域信息，所述第一公式为：
F(ω)＝FFT(f(N))
其中，F(ω)为输入数字信号的频域信息，f(N)为输入数字信号，FFT为快速傅里叶变换；
MCU读取电音基调控制器的参数，根据所述输入数字信号中的频率成分、期望的基调和预设的调整方法，调用存储器中的处理程序对输入数字信号进行调整，得到输出数字信号，即通过第二公式得到输出数字信号，所述第二公式为：
S(N)＝IFFT(G(kω)·F(kω))
其中，F(kω)为输入数字信号的频域信息F(ω)在频率的伸缩变换，k为用于电音基调控制的参数值，G(kω)为幅值调整函数，S(N)为输出数字信号，IFFT为快速傅里叶逆变换。
优选的，MCU，对输入数字信号进行处理，包括：
MCU对输入数字信号进行离散傅里叶变换；
MCU对傅里叶变换后的输入数字信号进行理想滤波；
MCU通过反傅里叶变换将滤波后的输入数字信号还原为时域信号。
优选的，MCU，对输入数字信号进行离散傅里叶变换，包括：
MCU对输入数字信号进行加窗处理，加窗所用的窗函数为：
Figure BDA0001330359050000051
其中，w(n)为窗函数的值，N为帧长，n为采样点。
优选的，MCU，对输入数字信号进行离散傅里叶变换，还可实施为：
MCU对输入数字信号进行短时傅里叶变换或小波变换。
本发明的一些有益效果可以包括：
本发明提供的一种基于电音基调控制的音频信号处理方法及***，能够根据电音基调对音频信号进行处理，且占用存储空间小，对音频信号的处理更准确。
本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：
图1为本发明实施例中一种基于电音基调控制的音频信号处理方法的流程图；
图2为本发明实施例中一种基于电音基调控制的音频信号处理***的示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
图1为本发明实施例中一种基于电音基调控制的音频信号处理方法的流程图。如图1所示，该方法由模拟信号输入端，音频编解码器，音频DSP，模拟信号输出端实现，包括：
步骤S101、模拟信号输入端接收输入模拟信号，并将输入模拟信号从模拟信号输入端发送到音频编解码器；
步骤S102、音频编解码器将从模拟信号输入端接收到的输入模拟信号转化为输入数字信号，并将输入数字信号发送到音频DSP；
步骤S103、音频DSP接收到输入数字信号后，识别输入数字信号中的频率成分，根据数字信号中的频率成分、期望的基调和预设的调整方法对输入数字信号进行调整，得到输出数字信号，并将输出数字信号发送到音频编解码器；
步骤S104、音频编解码器将从音频DSP接收到的输出数字信号转化为输出模拟信号，并将输出模拟信号发送到模拟信号输出端；
步骤S105、模拟信号输出端根据接收到的输出模拟信号进行输出。
依据本发明提供的方法，能够根据电音基调对音频信号进行处理。
在本发明的一个实施例中，
音频DSP，包括，
存储器，存储有处理程序，所述处理程序用于对数字信号进行频谱分析和根据参数对数字信号进行处理；
电音基调控制器，包含用于电音基调控制的参数，所述参数包含13个值，表示A、A#、B、C、C#、D、D#、E、F、F#、G、G#、#13个电音基调；
MCU，含有初始化程序和控制程序，用于对音频编解码器和音频DSP进行初始化和控制；
MCU调用存储器中的处理程序，对输入数字信号进行处理，识别出输入数字信号中的频率成分，所述对输入数字信号进行处理为对输入的数字信号进行快速傅里叶变换，得到输入数字信号的频域信息；即通过第一公式得到数字信号的频域信息，所述第一公式为：
F(ω)＝FFT(f(N))
其中，F(ω)为输入数字信号的频域信息，f(N)为输入数字信号，FFT为快速傅里叶变换；
MCU读取电音基调控制器的参数，根据所述输入数字信号中的频率成分、期望的基调和预设的调整方法，调用存储器中的处理程序对输入数字信号进行调整，得到输出数字信号，即通过第二公式得到输出数字信号，所述第二公式为：
S(N)＝IFFT(G(kω)·F(kω))
其中，F(kω)为输入数字信号的频域信息F(ω)在频率的伸缩变换，k为用于电音基调控制的参数值，G(kω)为幅值调整函数，S(N)为输出数字信号，IFFT为快速傅里叶逆变换。
对幅值调整函数，本发明提供2个优选函数，G(kω)＝1和
Figure BDA0001330359050000071
其中H(ω)为某一声压级对应的等响曲线，优选60到80分贝的声压级对应的等响曲线。选择G(kω)＝1能够降低程序实现的难度，选择
Figure BDA0001330359050000072
能够考虑人类听力对不同频率的敏感度从而作出相应的调整。
依据本发明提供的方法，通过对存储器中程序的参数化处理，能够使程序的占用存储空间更小。
在本发明的一个实施例中，对输入数字信号进行处理，包括：
MCU对输入数字信号进行离散傅里叶变换；
MCU对傅里叶变换后的输入数字信号进行理想滤波；
MCU通过反傅里叶变换将滤波后的输入数字信号还原为时域信号。
依据本发明提供的方法，通过在傅里叶变换后进行频域的理想滤波处理，能够对音频信号的处理更准确。
在本发明的一个实施例中，MCU对输入数字信号进行离散傅里叶变换，包括：
MCU对输入数字信号进行加窗处理，加窗所用的窗函数为：
Figure BDA0001330359050000081
其中，w(n)为窗函数的值，N为帧长，n为采样点。
依据本发明提供的方法，使用特定的窗函数，能够更好的对输入数字信号进行处理，从而对音频信号的处理更准确。
在本发明的一个实施例中，所述MCU对输入数字信号进行离散傅里叶变换，还可实施为：
MCU对输入数字信号进行短时傅里叶变换或小波变换。
依据本发明提供的方法，能够解决输入数字信号的非平稳性的问题，从而灵活的对音频信号进行处理，进而对音频信号的处理更准确。
本发明还提供了一种基于电音基调控制的音频信号处理***，如图2所示，由模拟信号输入端，音频编解码器，音频DSP，模拟信号输出端组成，包括：
模拟信号输入端接收输入模拟信号，并将输入模拟信号从模拟信号输入端发送到音频编解码器；
音频编解码器将从模拟信号输入端接收到的输入模拟信号转化为输入数字信号，并将输入数字信号发送到音频DSP；
音频DSP接收到输入数字信号后，识别输入数字信号中的频率成分，根据数字信号中的频率成分、期望的基调和预设的调整方法对输入数字信号进行调整，得到输出数字信号，并将输出数字信号发送到音频编解码器；
音频编解码器将从音频DSP接收到的输出数字信号转化为输出模拟信号，并将输出模拟信号发送到模拟信号输出端；
模拟信号输出端根据接收到的输出模拟信号进行输出。
在本发明的一个实施例中，
音频DSP，包括，
存储器，存储有处理程序，所述处理程序用于对数字信号进行频谱分析和根据参数对数字信号进行处理；
电音基调控制器，包含用于电音基调控制的参数，所述参数包含13个值，表示A、A#、B、C、C#、D、D#、E、F、F#、G、G#、#13个电音基调；
MCU，含有初始化程序和控制程序，用于对音频编解码器和音频DSP进行初始化和控制；
MCU调用存储器中的处理程序，对输入数字信号进行处理，识别出输入数字信号中的频率成分，所述对输入数字信号进行处理为对输入的数字信号进行快速傅里叶变换，得到输入数字信号的频域信息；即通过第一公式得到数字信号的频域信息，所述第一公式为：
F(ω)＝FFT(f(N))
其中，F(ω)为输入数字信号的频域信息，f(N)为输入数字信号，FFT为快速傅里叶变换；
MCU读取电音基调控制器的参数，根据所述输入数字信号中的频率成分、期望的基调和预设的调整方法，调用存储器中的处理程序对输入数字信号进行调整，得到输出数字信号，即通过第二公式得到输出数字信号，所述第二公式为：
S(N)＝IFFT(G(kω)·F(kω))
其中，F(kω)为输入数字信号的频域信息F(ω)在频率的伸缩变换，k为用于电音基调控制的参数值，G(kω)为幅值调整函数，S(N)为输出数字信号，IFFT为快速傅里叶逆变换。
在本发明的一个实施例中，MCU，对输入数字信号进行处理，包括：
MCU对输入数字信号进行离散傅里叶变换；
MCU对傅里叶变换后的输入数字信号进行理想滤波；
MCU通过反傅里叶变换将滤波后的输入数字信号还原为时域信号。
在本发明的一个实施例中，MCU，对输入数字信号进行离散傅里叶变换，包括：
MCU对输入数字信号进行加窗处理，加窗所用的窗函数为：
Figure BDA0001330359050000101
其中，w(n)为窗函数的值，N为帧长，n为采样点。
在本发明的一个实施例中，MCU，对输入数字信号进行离散傅里叶变换，还可实施为：
MCU对输入数字信号进行短时傅里叶变换或小波变换。
本发明提供的一种基于电音基调控制的音频信号处理方法及***，能够根据电音基调对音频信号进行处理，且占用存储空间小，对音频信号的处理更准确。
本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、***、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器和光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(***)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (8)

1.一种基于电音基调控制的音频信号处理方法，由模拟信号输入端，音频编解码器，音频DSP，模拟信号输出端实现，其特征在于，包括：
模拟信号输入端接收输入模拟信号，并将输入模拟信号从模拟信号输入端发送到音频编解码器；
音频编解码器将从模拟信号输入端接收到的输入模拟信号转化为输入数字信号，并将输入数字信号发送到音频DSP；
音频DSP接收到输入数字信号后，识别输入数字信号中的频率成分，根据数字信号中的频率成分、期望的基调和预设的调整方法对输入数字信号进行调整，得到输出数字信号，并将输出数字信号发送到音频编解码器；
音频编解码器将从音频DSP接收到的输出数字信号转化为输出模拟信号，并将输出模拟信号发送到模拟信号输出端；
模拟信号输出端根据接收到的输出模拟信号进行输出；
所述音频DSP，包括，
存储器，存储有处理程序，所述处理程序用于对数字信号进行频谱分析和根据参数对数字信号进行处理；
电音基调控制器，包含用于电音基调控制的参数，所述参数包含13个值，表示A、A#、B、C、C#、D、D#、E、F、F#、G、G#、#13个电音基调；
MCU，含有初始化程序和控制程序，用于对音频编解码器和音频DSP进行初始化和控制；
MCU调用存储器中的处理程序，对输入数字信号进行处理，识别出输入数字信号中的频率成分，所述对输入数字信号进行处理为对输入的数字信号进行快速傅里叶变换，得到输入数字信号的频域信息；即通过第一公式得到数字信号的频域信息，所述第一公式为：
F(ω)＝FFT(f(N))
其中，F(ω)为输入数字信号的频域信息，f(N)为输入数字信号，FFT为快速傅里叶变换；
MCU读取电音基调控制器的参数，根据所述输入数字信号中的频率成分、期望的基调和预设的调整方法，调用存储器中的处理程序对输入数字信号进行调整，得到输出数字信号，即通过第二公式得到输出数字信号，所述第二公式为：
S(N)＝IFFT(G(kω)·F(kω))
其中，F(kω)为输入数字信号的频域信息F(ω)在频率的伸缩变换，k为用于电音基调控制的参数值，G(kω)为幅值调整函数，S(N)为输出数字信号，IFFT为快速傅里叶逆变换。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述对输入数字信号进行处理，包括：
MCU对输入数字信号进行离散傅里叶变换；
MCU对傅里叶变换后的输入数字信号进行理想滤波；
MCU通过反傅里叶变换将滤波后的输入数字信号还原为时域信号。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述MCU对输入数字信号进行离散傅里叶变换，包括：
MCU对输入数字信号进行加窗处理，加窗所用的窗函数为：
Figure FDA0002409617010000031
其中，w(n)为窗函数的值，N为帧长，n为采样点。
4.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述MCU对输入数字信号进行离散傅里叶变换，还可实施为：
MCU对输入数字信号进行短时傅里叶变换或小波变换。
5.一种基于电音基调控制的音频信号处理***，由模拟信号输入端，音频编解码器，音频DSP，模拟信号输出端组成，其特征在于，包括：
模拟信号输入端接收输入模拟信号，并将输入模拟信号从模拟信号输入端发送到音频编解码器；
音频编解码器将从模拟信号输入端接收到的输入模拟信号转化为输入数字信号，并将输入数字信号发送到音频DSP；
音频DSP接收到输入数字信号后，识别输入数字信号中的频率成分，根据数字信号中的频率成分、期望的基调和预设的调整方法对输入数字信号进行调整，得到输出数字信号，并将输出数字信号发送到音频编解码器；
音频编解码器将从音频DSP接收到的输出数字信号转化为输出模拟信号，并将输出模拟信号发送到模拟信号输出端；
模拟信号输出端根据接收到的输出模拟信号进行输出；
音频DSP，包括，
存储器，存储有处理程序，所述处理程序用于对数字信号进行频谱分析和根据参数对数字信号进行处理；
电音基调控制器，包含用于电音基调控制的参数，所述参数包含13个值，表示A、A#、B、C、C#、D、D#、E、F、F#、G、G#、#13个电音基调；
MCU，含有初始化程序和控制程序，用于对音频编解码器和音频DSP进行初始化和控制；
MCU调用存储器中的处理程序，对输入数字信号进行处理，识别出输入数字信号中的频率成分，所述对输入数字信号进行处理为对输入的数字信号进行快速傅里叶变换，得到输入数字信号的频域信息；即通过第一公式得到数字信号的频域信息，所述第一公式为：
F(ω)＝FFT(f(N))
其中，F(ω)为输入数字信号的频域信息，f(N)为输入数字信号，FFT为快速傅里叶变换；
MCU读取电音基调控制器的参数，根据所述输入数字信号中的频率成分、期望的基调和预设的调整方法，调用存储器中的处理程序对输入数字信号进行调整，得到输出数字信号，即通过第二公式得到输出数字信号，所述第二公式为：
S(N)＝IFFT(G(kω)·F(kω))
其中，F(kω)为输入数字信号的频域信息F(ω)在频率的伸缩变换，k为用于电音基调控制的参数值，G(kω)为幅值调整函数，S(N)为输出数字信号，IFFT为快速傅里叶逆变换。
6.如权利要求5所述的***，其特征在于，MCU，对输入数字信号进行处理，包括：
MCU对输入数字信号进行离散傅里叶变换；
MCU对傅里叶变换后的输入数字信号进行理想滤波；
MCU通过反傅里叶变换将滤波后的输入数字信号还原为时域信号。
7.如权利要求6所述的***，其特征在于，MCU，对输入数字信号进行离散傅里叶变换，包括：
MCU对输入数字信号进行加窗处理，加窗所用的窗函数为：
Figure FDA0002409617010000051
其中，w(n)为窗函数的值，N为帧长，n为采样点。
8.如权利要求6所述的***，其特征在于，MCU，对输入数字信号进行离散傅里叶变换，还可实施为：
MCU对输入数字信号进行短时傅里叶变换或小波变换。
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