CN107786184A - 音频频谱转换处理方法 - Google Patents

音频频谱转换处理方法 Download PDF

Info

Publication number
CN107786184A
CN107786184A CN201610778488.XA CN201610778488A CN107786184A CN 107786184 A CN107786184 A CN 107786184A CN 201610778488 A CN201610778488 A CN 201610778488A CN 107786184 A CN107786184 A CN 107786184A
Authority
CN
China
Prior art keywords
module
fundametal compoment
harmonic
mrow
component
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201610778488.XA
Other languages
English (en)
Inventor
王聪颖
张殿军
翟昊方
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Wuxi China Resources Semico Co Ltd
Original Assignee
Wuxi China Resources Semico Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Wuxi China Resources Semico Co Ltd filed Critical Wuxi China Resources Semico Co Ltd
Priority to CN201610778488.XA priority Critical patent/CN107786184A/zh
Publication of CN107786184A publication Critical patent/CN107786184A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03H—IMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
    • H03H17/00—Networks using digital techniques
    • H03H17/02—Frequency selective networks
    • H03H17/0211—Frequency selective networks using specific transformation algorithms, e.g. WALSH functions, Fermat transforms, Mersenne transforms, polynomial transforms, Hilbert transforms
    • H03H17/0213—Frequency domain filters using Fourier transforms
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03H—IMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
    • H03H17/00—Networks using digital techniques
    • H03H17/02—Frequency selective networks
    • H03H2017/0298—DSP implementation

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Mathematical Physics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Algebra (AREA)
  • Computing Systems (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Mathematical Analysis (AREA)
  • Mathematical Optimization (AREA)
  • Pure & Applied Mathematics (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Amplifiers (AREA)

Abstract

本发明涉及一种音频频谱转换处理方法，包括以下步骤：输入信号经林奎兹‑瑞利滤波器得到信号中的高频部分和低频部分，利用所得的低频信号生成谐波信号，利用泰勒级数对生成的谐波信号进行化简，得到该谐波信号对应的直流分量、基波分量和高次谐波组，由于基波分量已知，该***直接滤除基波分量，并使用所得的谐波信号减去基波分量，得到相应的直流分量，并将其滤除。其主要特点是该发明中的生成高次谐波的方法计算量小、数字硬件实现难度小、资源消耗少、不需要实时计算出当前信号的各种高次谐波分量，也不需要使用自适应滤波器来滤除当前谐波信号中的基波分量，利用了基频缺失原理，很好的改善了音质，弥补了喇叭低频响应能力的不足。

Description

音频频谱转换处理方法
技术领域
本发明涉及音频处理领域，尤其涉及音质改善的音频处理领域，具体是指一种高效的音频频谱转换处理方法。
背景技术
音频处理领域利用基频缺失原理，将音频信号的低频部分通过特定算法转换为高次谐波组合来模拟低频声音，弥补了喇叭低频响应能力的不足，因此该方法可以改善音质。现有设计要将音频信号中的低频信号滤出并转换为相应的高次谐波组合，现有的技术不论是采用频域处理方式的虚拟低音(Virtual Bass)和采用时域处理方式的MaxxBass技术，往往都存在结构复杂、计算量大等问题，并且往往都是基于DSP上实现，但在芯片中通过数字逻辑实现则成本太高。
所述的虚拟低音(Virtual Bass)采用了频域处理方式，其实现方式一般为：输入信号x(n)首先经过分频器，分别滤出高、低频信号，然后对低频信号进行降采样处理，之后进行FFT(快速傅里叶变换)处理，将时域信号转换到频域进行处理，分三个频段(40～50Hz，50～75Hz，75～150Hz)分别构造低频的高次谐波。然后利用构造出的谐波幅度及相位进行IFFT(傅里叶反变换)，得到时域信号，最后进行升采样处理处理，具体见图2。
所述的MaxxBass算法利用乘法回路生成无限阶次的谐波信号，并利用衰减增益g消除高次谐波的影响。高通滤波器OUT-HPF和FB-HPF用来减小直流干扰和降低***的互调畸变。这里OUT-HPF采用4阶椭圆高通滤波器，截止频率为f2＝150Hz，FB-HPF采用2阶巴特沃思高通滤波器，截止频率为f1＝40Hz。Upwards Compressor Logic模块通过生成控制信号C(n)实现谐波幅度控制，以保证响度对声压级在各次谐波处的动态平衡，具体见图3。
上述方法计算十分复杂，且造成了较大的***延迟，为了降低了整个过程中的计算复杂度，实现无需使用DSP的实时转换，为了降低DSP处理时较大的***延迟，降低设计成本，提出一种低成本高效率的音频频谱转换解决方案。
Linkwitz-Riley滤波器可由两个二阶Butterworth滤波器级联而成，通过改变级联的两个二阶Butterworth滤波器的参数来改变相应的Linkwitz-Riley滤波器的频率响应，从而实现针对不同频率的分频的方法属于公知内容。
发明内容
本发明的目的是为了克服现有技术的缺点，提供一种利用输入信号的低频部分生成高次谐波分量、减少***延时、减少计算量和设计成本的高效的音频频谱转换的方法。
为实现上述目的，本发明的音频频谱转换处理方法如下：基于分频器、谐波生成模块、基波分量滤除模块，直流分量滤除模块和谐波增益模块，所述的分频器的输入端连接输入信号，该分频器的输出端分别连接到所述的谐波生成模块的输入端和谐波增益模块的输入端，所述的谐波生成模块的输出端连接所述的基波分量滤除模快的输入端，所述的基波分量滤除模块的输出端连接所述的直流分量滤除模块的输入端，所述的直流分量滤除模块的输出端连接所述的谐波增益模块的输入端，其特征在于，所述的方法包括以下步骤：
(1)通过所述的分频器模块对输入信号进行分频，并获取该输入信号的高频部分h(t)和低频部分g(t)；
(2)通过所述的谐波生成模块将所述的低频部分g(t)产生谐波y(t)，通过谐波y(t)变形获取所述的直流分量、基波分量和高次谐波分量组，其中，谐波按照以下公式产生：
(3)通过所述的基波分量滤除模块滤除基波分量；
(4)通过所述的直流分量滤除模块滤除所述的谐波y(t)中包含的直流分量；
(5)通过所述的谐波增益模块将所述的高次谐波分量组放大；
(6)将所述的步骤(1)中生成的高频信号h(t)加入放大后的高次谐波分量组并输出。
较佳地，所述的分频器模块分别与一高通滤波器和一低通滤波器相连接，所述的步骤(1)具体为：
所述的分频器模块通过所述的高通滤波器和低通滤波器，从该高通滤波器和低通滤波器的输出端分别获取所述的高频信号h(t)和低频信号g(t)。
较佳地，所述的基波分量的幅值const2由所述的谐波y(t)变形获得。
较佳地，所述的步骤(3)中的滤除基波分量，具体为：
所述的基波分量滤除模块根据以下公式滤除基波分量，得到z(t)：
z(t)＝y(t)-const2*g(t)；
其中，const2为基波分量的幅值，const2*g(t)为基波分量，z(t)为所述的谐波y(t)滤除基波分量后的剩余部分，由所述的直流分量和高次谐波分量组所构成。
较佳地，所述的步骤(4)中的直流分量滤除，具体为：
通过所述的直流分量滤除模块中的隔直器滤除所述的直流分量。
较佳地，所述的步骤(5)中的放大高次谐波分量组，具体为：
通过所述的谐波增益模块中的功率放大器放大所述的高次谐波分量组。
较佳地，所述的分频器模块为Linkwitz-Riley滤波器。
更佳地，所述的Linkwitz-Riley滤波器由两个级联的二阶Butterworth滤波器构成。
最佳地，所述的Linkwitz-Riley滤波器通过更改所述的二阶Butterworth滤波器的系数来改变其频率响应以实现其相应的分频处理。
采用了本发明的音频频谱转换处理方法，由于其无需使用DSP(数字信号处理)即可实时转换，计算简单，因而大大降低了整个过程中的计算复杂度，不会产生DSP处理时较大的***延迟，且设计成本低廉，比现有技术占用更少内存，计算复杂度更低，是一种低成本高效率的音频频谱转换解决方案。
附图说明
图1为现有技术中虚拟低音(Virtual Bass)技术的算法实现框图。
图2为现有技术中MaxxBass技术的算法实现框图。
图3为本发明的音频频谱转换处理方法的步骤流程示意图。
具体实施方式
为了能够更加清楚的描述本发明的技术内容，下面结合实施例来进行进一步的描述。
本发明的音频频谱转换处理方法，
基于分频器、谐波生成模块、基波分量滤除模块，直流分量滤除模块和谐波增益模块，所述的分频器的输入端连接输入信号，该分频器的输出端分别连接到所述的谐波生成模块的输入端和谐波增益模块的输入端，所述的谐波生成模块的输出端连接所述的基波分量滤除模快的输入端，所述的基波分量滤除模块的输出端连接所述的直流分量滤除模块的输入端，所述的直流分量滤除模块的输出端连接所述的谐波增益模块的输入端，其特征在于，所述的方法包括以下步骤：
(1)通过所述的分频器模块对输入信号进行分频，并通过所述的分频器连接的一高通滤波器和一低通滤波器获取该输入信号的高频部分h(t)和低频部分g(t)；
(2)通过所述的谐波生成模块将所述的低频部分g(t)产生谐波y(t)，通过谐波y(t)变形获取所述的直流分量、基波分量和高次谐波分量组，其中，谐波按照以下公式产生：
(3)通过所述的基波分量滤除模块滤除基波分量，滤除基波分量具体根据以下公式进行，得到z(t)：
z(t)＝y(t)-const2*g(t)；
其中，const2为基波分量的幅值，const2*g(t)即为基波分量，z(t)为所述的谐波y(t)滤除所述的基波分量后的剩余部分，且由所述的直流分量和高次谐波分量组所构成，且基波分量的幅值const2可通过所述的谐波y(t)变形获得。；
(4)通过所述的直流分量滤除模块的隔直器滤除所述的谐波y(t)中包含的直流分量；
(5)通过所述的谐波增益模块中的功率放大器将所述的高次谐波分量组放大；
(6)将所述的步骤(1)中生成的高频信号h(t)加入放大后的高次谐波分量组并输出。
在一种较佳的实施方式中，所述的分频器模块为Linkwitz-Riley滤波器。
在一种更佳的实施方式中，所述的Linkwitz-Riley滤波器由两个级联的二阶Butterworth滤波器构成。
在一种最佳地实施方式中，所述的Linkwitz-Riley滤波器通过更改所述的二阶Butterworth滤波器的系数数来改变其频率响应以实现其相应的分频处理。
在实际应用中，本发明的一种具体实施过程请参见图3。
首先输入信号经过一Linkwitz-Riley滤波器，即通常意义上所说的分频器(Crossover)，将信号中的高频与低频部分分离开来。然后利用得到的低频信号产生相应的高次谐波组。
所述的Linkwitz-Riley滤波器即两个二阶Butterworth滤波器级联。在本设计中将此模块没有固定系数，***可以通过调整二阶Butterworth滤波器的系数，改变整个滤波器的频率响应，从而实现针对不同频率的分频。
经过大量研究与实验，本设计中采用一较为简单的公式来实现信号的谐波生成的目的，其推导过程如下：
假设输入音频信号为纯音信号：
g(t)＝sin(2πf)……(1)
则有，谐波信号为：
根据泰勒级数，正弦sin(x)的近似值的多项式公式如下：
由此可以将公式2进行进一步推导，推出式3如下：
在16bit数字***中式3的计算迭代4次即可，即计算至n＝3，本算法中最终使用的公式为：
将g(t)＝sin(x)带入式4中可以得出如下结果：
这样可以求得y(t)的直流分量与基波分量sin(x)的系数：
在这里就出现一个问题：假设sin(x)为0，代入式4中可以得出即输入为零时，输出为的直流波形，而通过计算得到的直流分量公式6中包括sin2(x)、sin4(x)和sin6(x)展开时的直流分量。由此可知，以上公式视所有输入信号sin(x)为一角度值，而在实际信号中存在的直流分量(零值或其他恒定值)不可以通过上面的公式区分。因此，(6)值暂不可用，而(7)值可直接使用。
利用公式就可以确定谐波生成模块残留的基波分量大小，从而直接将其消除，如下式所示：
z(t)＝y(t)-const2*g(t)……(8)
这样z(t)直接将基波分量消除，而直流分量则通过DC Blocking(隔直器)直接滤除。
采用了本发明的音频频谱转换处理方法，由于其无需使用DSP即可实时转换，计算简单，因而大大降低了整个过程中的计算复杂度，不会产生DSP处理时较大的***延迟，且设计成本低廉，比现有技术占用更少内存，计算复杂度更低，是一种低成本高效率的音频频谱转换解决方案。
在此说明书中，本发明已参照其特定的实施例作了描述。但是，很显然仍可以作出各种修改和变换而不背离本发明的精神和范围。因此，说明书和附图应被认为是说明性的而非限制性的。

Claims (9)

1.一种音频频谱转换处理方法，基于分频器、谐波生成模块、基波分量滤除模块，直流分量滤除模块和谐波增益模块，所述的分频器的输入端连接输入信号，该分频器的输出端分别连接到所述的谐波生成模块的输入端和谐波增益模块的输入端，所述的谐波生成模块的输出端连接所述的基波分量滤除模块的输入端，所述的基波分量滤除模块的输出端连接所述的直流分量滤除模块的输入端，所述的直流分量滤除模块的输出端连接所述的谐波增益模块的输入端，其特征在于，所述的方法包括以下步骤：
(1)通过所述的分频器模块对输入信号进行分频，并获取该输入信号的高频部分h(t)和低频部分g(t)；
(2)通过所述的谐波生成模块将所述的低频部分g(t)产生谐波y(t)，通过谐波y(t)变形获取所述的直流分量、基波分量和高次谐波分量组，其中，谐波按照以下公式产生：
<mrow> <mi>y</mi> <mrow> <mo>(</mo> <mi>t</mi> <mo>)</mo> </mrow> <mo>=</mo> <mfrac> <mrow> <mi>s</mi> <mi>i</mi> <mi>n</mi> <mrow> <mo>(</mo> <mi>g</mi> <mo>(</mo> <mi>t</mi> <mo>)</mo> <mo>)</mo> </mrow> <mo>+</mo> <mi>c</mi> <mi>o</mi> <mi>s</mi> <mrow> <mo>(</mo> <mi>g</mi> <mo>(</mo> <mi>t</mi> <mo>)</mo> <mo>)</mo> </mrow> </mrow> <mn>2</mn> </mfrac> <mo>=</mo> <mfrac> <msqrt> <mn>2</mn> </msqrt> <mn>2</mn> </mfrac> <mi>s</mi> <mi>i</mi> <mi>n</mi> <mrow> <mo>(</mo> <mi>g</mi> <mo>(</mo> <mi>t</mi> <mo>)</mo> <mo>+</mo> <mfrac> <mi>&amp;pi;</mi> <mn>4</mn> </mfrac> <mo>)</mo> </mrow> <mo>;</mo> </mrow>
(3)通过所述的基波分量滤除模块滤除基波分量；
(4)通过所述的直流分量滤除模块滤除所述的谐波y(t)中包含的直流分量；
(5)通过所述的谐波增益模块将所述的高次谐波分量组放大；
(6)将所述的步骤(1)中生成的高频信号h(t)加入放大后的高次谐波分量组并输出。
2.根据权利要求1所述的音频频谱转换处理方法，其特征在于，所述的分频器模块分别与一高通滤波器和一低通滤波器相连接，所述的步骤(1)具体为：
所述的分频器模块通过所述的高通滤波器和低通滤波器，从该高通滤波器和低通滤波器的输出端分别获取所述的高频信号h(t)和低频信号g(t)。
3.根据权利要求1所述的音频频谱转换处理方法，其特征在于，所述的基波分量的幅值const2由所述的谐波y(t)变形获得。
4.根据权利要求1所述的音频频谱转换处理方法，其特征在于，所述的步骤(3)中的滤除基波分量，具体为：
所述的基波分量滤除模块根据以下公式滤除基波分量，得到z(t)：
z(t)＝y(t)-const2*g(t)；
其中，const2为基波分量的幅值，const2*g(t)为基波分量，z(t)为所述的谐波y(t)滤除基波分量后的剩余部分，且由所述的直流分量和高次谐波分量组所构成。
5.根据权利要求1所述的音频频谱转换处理方法，其特征在于，所述的步骤(4)中的直流分量滤除，具体为：
通过所述的直流分量滤除模块中的隔直器滤除所述的直流分量。
6.根据权利要求1所述的音频频谱转换处理方法，其特征在于，所述的步骤(5)中的放大高次谐波分量组，具体为：
通过所述的谐波增益模块中的功率放大器放大所述的高次谐波分量组。
7.根据权利要求1所述的音频频谱转换处理方法，其特征在于，所述的分频器模块为Linkwitz-Riley滤波器。
8.根据权利要求7所述的音频频谱转换处理方法，其特征在于，所述的Linkwitz-Riley滤波器由两个级联的二阶Butterworth滤波器构成。
9.根据权利要求8所述的音频频谱转换处理方法，其特征在于，所述的Linkwitz-Riley滤波器通过更改所述的二阶Butterworth滤波器的系数来改变其频率响应以实现其相应的分频处理。
CN201610778488.XA 2016-08-30 2016-08-30 音频频谱转换处理方法 Pending CN107786184A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201610778488.XA CN107786184A (zh) 2016-08-30 2016-08-30 音频频谱转换处理方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201610778488.XA CN107786184A (zh) 2016-08-30 2016-08-30 音频频谱转换处理方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN107786184A true CN107786184A (zh) 2018-03-09

Family

ID=61450825

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201610778488.XA Pending CN107786184A (zh) 2016-08-30 2016-08-30 音频频谱转换处理方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN107786184A (zh)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110957995A (zh) * 2019-10-25 2020-04-03 四川汇源光通信有限公司 一种分布式故障监测装置iir滤波***及其设计方法
CN113452158A (zh) * 2021-05-28 2021-09-28 北京理工大学 一种环境电磁波能量采集***

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5930373A (en) * 1997-04-04 1999-07-27 K.S. Waves Ltd. Method and system for enhancing quality of sound signal
US20070253576A1 (en) * 2006-04-27 2007-11-01 National Chiao Tung University Method for virtual bass synthesis
CN102547517A (zh) * 2011-12-30 2012-07-04 Tcl集团股份有限公司 一种低音信号的谐波产生方法、装置和声音播放设备
CN102957988A (zh) * 2011-08-24 2013-03-06 半导体元件工业有限责任公司 声音信号处理电路
CN103297898A (zh) * 2013-06-24 2013-09-11 深圳Tcl新技术有限公司 低频扩展方法和装置

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5930373A (en) * 1997-04-04 1999-07-27 K.S. Waves Ltd. Method and system for enhancing quality of sound signal
US20070253576A1 (en) * 2006-04-27 2007-11-01 National Chiao Tung University Method for virtual bass synthesis
CN102957988A (zh) * 2011-08-24 2013-03-06 半导体元件工业有限责任公司 声音信号处理电路
CN102547517A (zh) * 2011-12-30 2012-07-04 Tcl集团股份有限公司 一种低音信号的谐波产生方法、装置和声音播放设备
CN103297898A (zh) * 2013-06-24 2013-09-11 深圳Tcl新技术有限公司 低频扩展方法和装置

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
周荣冠: "《心理声学低音增强技术的研究》", 《心理与生理声学》 *

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110957995A (zh) * 2019-10-25 2020-04-03 四川汇源光通信有限公司 一种分布式故障监测装置iir滤波***及其设计方法
CN113452158A (zh) * 2021-05-28 2021-09-28 北京理工大学 一种环境电磁波能量采集***

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN109741727B (zh) 基于有源噪声控制算法的主动降噪耳机、降噪方法及存储介质
CN112886847B (zh) 一种基于阻抗分析法的三相lcl型并网逆变器设计方法
CN103369429B (zh) 低音增强方法及装置、声音控制设备
AU2011304113A1 (en) Cross product enhanced subband block based harmonic transposition
CN105911341B (zh) 一种谐波无功功率的测量方法
CN102547517B (zh) 一种低音信号的谐波产生方法、装置和声音播放设备
CN106788471B (zh) 一种用于噪声环境试验的声谱控制***及方法
CN107786184A (zh) 音频频谱转换处理方法
CN109996151A (zh) 一种基于瞬稳态信号分离混合虚拟低音增强处理方法
Chierchie et al. Simple real-time digital PWM implementation for class-D amplifiers with distortion-free baseband
CN105321526A (zh) 音频处理方法和电子设备
CN109742795A (zh) 基于sogi的虚拟坐标系下单相并网控制方法
CN110518854A (zh) 电机降噪方法、计算机装置以及计算机可读存储介质
CN113036767B (zh) 一种自适应频率耦合振荡抑制装置的控制方法
CN109638834A (zh) 一种串联lc型滤波器的主动阻抗补偿装置
Hahn et al. Higher-order anti-derivatives of band limited step functions for the design of radial filters in spherical harmonics expansions
CN205040004U (zh) 基于调幅和调相的数字扬声器驱动装置
CN103167376A (zh) 一种定向扬声器及其信号处理方法
CN115224690B (zh) 一种逆变器并网***背景谐波实时自适应抑制方法
CN104967948B (zh) 基于调幅和调相的数字扬声器驱动方法和装置
CN106130505A (zh) 一种可变分数时延数字滤波器的优化方法
CN107659240A (zh) 能够消除pwm频率谐波的空间矢量脉宽调制方法
CN209200673U (zh) 一种串联lc型滤波器的主动阻抗补偿装置
CN103236700B (zh) 一种减小饱和电抗器谐波的装置
CN110267161A (zh) 一种定向声音失真矫正方法和装置

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
CB02 Change of applicant information
CB02 Change of applicant information

Address after: 214135 -6, Linghu Avenue, Wuxi Taihu international science and Technology Park, Wuxi, Jiangsu, China, 180

Applicant after: China Resources micro integrated circuit (Wuxi) Co., Ltd

Address before: No.180-22, Linghu Avenue, Taihu International Science and Technology Park, Wuxi, Jiangsu 214135

Applicant before: WUXI CHINA RESOURCES SEMICO Co.,Ltd.

RJ01 Rejection of invention patent application after publication
RJ01 Rejection of invention patent application after publication

Application publication date: 20180309