CN101944364B - 音频处理方法及音频系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及信号处理技术，公开了一种音频处理方法及音频系统。本发明中，根据输入信号的原始采样率和输出信号的目标采样率，选择合理的音频处理的方式，即选择能在最低采样率时进行音频均衡处理的音频处理方式。根据选择的音频处理的方式对输入信号进行音频处理。由于简单的频率响应可以采用更低阶的滤波器进行近似，而低阶的滤波器意味着更少的运算复杂度。因此，根据输入信号的原始采样率和输出信号的目标采样率，选择出能够在最低采样率时进行音频均衡处理的最为合理的音频处理方式，大大降低了音频处理的复杂度。

Description

音频处理方法及音频系统

技术领域

本发明涉及信号处理技术，特别涉及音频信号处理技术。

背景技术

目前市场上成熟的多媒体播放器里，或者带有多媒体播放功能的设备里，音频系统中的音频均衡功能和采样率转换功能都是必不可少的。

音频均衡的目的是给用户带来听觉上更贴近音频素材上的感受。通过对音频系统的滤波处理(包括时域或者频域滤波)，使得某些频段的能量得到改变，符合某些音频序列的特点。例如，提高人声的可辨识度的音频均衡策略是增加基频频带内的能量，即在60-400赫兹频段上提高能量。如果用户想听到更加有表现力的吉他声，音频均衡模块通常会增加2000赫兹到5000赫兹频段的能量。

采样率转换则是将输入音频序列的采样率转到一个其它的采样率。众所周知的是，输入音频序列的采样率取决于源序列的采样率，因此采样率不是固定的，而是具有很多种的。而播放设备通常只能支持有限个采样率。正是由于音频文件的采样率不统一，并且播放设备所支持的采样率是有限的(例如蓝牙设备只支持三种采样率)，因此在音频系统里通常需要一个采样率转换系统。

现有的音频系统中，通常只是简单的级联用于进行采样率转换的转采样系统和用于音频均衡的均衡系统。这种系统设计的方法容易想到，且实现简单。

然而，本发明的发明人发现，由于现有的音频系统通过简单级联转采样系统和均衡系统，对输入的音频信号进行处理，因此无论输入信号的原始采样率和输出信号的目标采样率是怎样一种关系，都是通过相同的方式进行音频处理。比如说，如果级联的方式为先进行音频均衡处理再进行采样率转换，则即使原始采样率大于目标采样率，仍然会先对高采样率的信号进行音频均衡处理，再进行采样率转换。而滤波器的运算复杂度是相当高的，取决于滤波器的阶数和采样率的大小，因此，在高采样率的时候进行均衡处理就会造成很多不必要的运算开销，致使音频系统的复杂度较高。

发明内容

本发明的目的在于提供一种音频处理方法及音频系统，降低音频系统的复杂度，以较低的功耗完成音频均衡和采样率转换功能。

为解决上述技术问题，本发明的实施方式提供了一种音频处理方法，包含以下步骤：

根据输入信号的原始采样率和输出信号的目标采样率，选择相应的音频处理的方式，音频处理包含音频均衡处理和采样率转换处理，选择的音频处理的方式为在最低采样率时进行音频均衡处理的音频处理方式；

根据选择的音频处理的方式对输入信号进行音频处理。

本发明的实施方式还提供了一种音频系统，包含选择模块和至少2个不同结构的音频处理模块；

音频处理模块用于对输入信号进行音频处理，音频处理包含音频均衡处理和采样率转换处理；

选择模块用于根据输入信号的原始采样率和输出信号的目标采样率，选择相应的音频处理模块，选择的音频处理模块的结构为在最低采样率时进行音频均衡处理的结构；

选择模块指示选择的音频处理模块对输入信号进行音频处理。

本发明实施方式与现有技术相比，主要区别及其效果在于：

根据输入信号的原始采样率和输出信号的目标采样率，选择合理的音频处理的方式，即选择能在最低采样率时进行音频均衡处理的音频处理方式。根据选择的音频处理的方式对输入信号进行音频处理。由于简单的频率响应可以采用更低阶的滤波器进行近似，而低阶的滤波器意味着更少的运算复杂度。因此，根据输入信号的原始采样率和输出信号的目标采样率，选择出最为合理的音频处理方式，即能够在最低采样率时进行音频均衡处理的方式，大大降低了音频处理的复杂度。

进一步地，供选择的音频处理的方式至少包含以下两种方式：

先对输入信号进行采样率转换处理，再对经采样率转换处理后的信号进行音频均衡处理；

先对输入信号进行音频均衡处理，再对经音频均衡处理后的信号进行采样率转换处理。

以使得无论输入信号的原始采样率和输出信号的目标采样率是怎样的一种关系(原始采样率较高或目标采样率较高)，都能选择出可在最低采样率时进行音频均衡处理的音频处理方式，以达到降低音频处理复杂度的目的。

进一步地，实现采样率转换处理的低通滤波器可以是有限冲击响应滤波器，也可以是无限冲击响应滤波器，与现有技术中实现采样率转换处理功能的方式相同，易于实现。

进一步地，实现音频均衡处理的均衡滤波器可以是有限冲击响应滤波器，也可以是无限冲击响应滤波器，与现有技术中实现音频均衡处理的方式相同，易于实现。

附图说明

图1是根据本发明第一实施方式的音频处理方法流程图；

图2是根据本发明第二实施方式的音频处理方法流程图；

图3是根据本发明第四实施方式的音频系统结构示意图。

具体实施方式

在以下的叙述中，为了使读者更好地理解本申请而提出了许多技术细节。但是，本领域的普通技术人员可以理解，即使没有这些技术细节和基于以下各实施方式的种种变化和修改，也可以实现本申请各权利要求所要求保护的技术方案。

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的实施方式作进一步地详细描述。

本发明第一实施方式涉及一种音频处理方法，具体流程如图1所示。

在步骤110中，根据输入信号的原始采样率和输出信号的目标采样率，选择相应的音频处理的方式。

具体地说，预先在音频系统中设置多种音频处理的方式。比如说，先对输入信号进行采样率转换处理，再对经采样率转换处理后的信号进行音频均衡处理；先对输入信号进行音频均衡处理，再对经音频均衡处理后的信号进行采样率转换处理。当然，除了这两种常用的音频处理方式外，还可以设计其他各种形式的音频处理方式以供选择，只要能够实现上下转采样的采样率转换和音频均衡功能即可。

在本步骤中，根据输入信号的原始采样率和输出信号的目标采样率，选择合理的音频处理的方式，即根据原始采样率和目标采样率的关系，选择能在最低采样率时进行音频均衡处理的方式。比如说，如果输入信号的原始采样率大于输出信号的目标采样率，则选择先对输入信号进行采样率转换处理，再对经采样率转换处理后的信号进行音频均衡处理的方式；如果输入信号的原始采样率小于或等于输出信号的目标采样率，则选择先对输入信号进行音频均衡处理，再对经音频均衡处理后的信号进行采样率转换处理的方式。

接着，在步骤120中，根据选择的音频处理的方式对输入信号进行音频处理。

本实施方式的音频处理方法之所以能够降低音频系统的复杂度，以较低的功耗完成音频均衡和采样率转换功能，主要有以下两点原因：

第一点在于实现音频均衡处理的滤波器是有效实施。由于滤波器的运算复杂度是相当高的，取决于滤波器的阶数和采样率的大小。而滤波系统中的音频均衡处理和采样率转换处理，并无必须的先后关系，因此在系统低采样率的时候进行均衡滤波处理，相对于在高采样率的时候进行处理，节省了大量的运算操作。

第二点在于减少均衡滤波器和采样率转换所包含的低通滤波器的重复。采样率转换所需要的低通滤波器在某些情况下(高采样率到低采样率的转换)，会损失一定的信号成分以避免混叠。此时，一种合理的配置均衡器的方法是只对被保留成分，即通过低通滤波器所留下的成分进行均衡滤波处理。传统的方法并没有利用这一点，而采用对全部成分进行均衡滤波处理。众所周知的是，简单的频率响应可以采用更低阶的滤波器进行近似，而低阶的滤波器意味着更少的运算复杂度。

不难发现，本实施方式中的根据输入信号的原始采样率和输出信号的目标采样率，选择出能够在最低采样率时进行音频均衡处理的最为合理的音频处理方式，能够大大降低了音频处理的复杂度，以较低的功耗完成音频均衡和采样率转换功能。

本发明第二实施方式涉及一种音频处理方法。本实施方式是在第一实施方式基础上的一个具体的实现例子。

具体流程如图2所示，在步骤201中，音频系统比较输入信号的原始采样率和输出信号的目标采样率的大小，如果原始采样率大于目标采样率，则进入步骤202，否则，进入步骤206。

在步骤202中，音频系统对输入的音频信号进行上采样。

接着，在步骤203中，音频系统将经上采样后的信号输入到低通滤波器。

接着，在步骤204中，音频系统将从低通滤波器输出的信号进行下采样。通过步骤202至步骤204完成对输入信号的采样率转换处理。

接着，在步骤205中，音频系统将经采样率转换处理后的信号输入到均衡滤波器进行音频均衡处理，并将经音频均衡处理后的信号输出。通过步骤202至步骤205完成了原始采样率更高的音频信号的音频处理。

如果在步骤201中，音频系统判定原始采样率小于或等于目标采样率，则进入步骤206，音频系统将输入的音频信号通过均衡滤波器进行音频均衡处理。

接着，在步骤207中，音频系统将经音频均衡处理进行上采样。

接着，在步骤208中，音频系统将经上采样后的信号输入到低通滤波器。

接着，在步骤209中，音频系统将从低通滤波器输出的信号进行下采样后输出。通过步骤206至步骤209完成了目标采样率更高的音频信号的音频处理。

值得一提的是，本实施方式中的低通滤波器可以是有限冲击响应滤波器，也可以是无限冲击响应滤波器，与现有技术中实现采样率转换处理功能的方式相同，易于实现。此外，可以理解，采样率转换处理功能可以采用任意形式的低通滤波器，采用有限冲击响应滤波器或无限冲击响应滤波器作为低通滤波器只是较为常见的两种实现方式。类似地，本实施方式中实现音频均衡处理的均衡滤波器可以是有限冲击响应滤波器，也可以是无限冲击响应滤波器，与现有技术中实现音频均衡处理的方式相同，易于实现。此外，可以理解，音频均衡处理功能可以采用任意形式的均衡滤波器，采用有限冲击响应滤波器或无限冲击响应滤波器作为均衡滤波器只是较为常见的两种实现方式。

由于本实施方式中供选择的音频处理的方式包含了以下方式：

先对输入信号进行采样率转换处理，再对经采样率转换处理后的信号进行音频均衡处理。

先对输入信号进行音频均衡处理，再对经音频均衡处理后的信号进行采样率转换处理。

因此，可使得无论输入信号的原始采样率和输出信号的目标采样率是怎样的一种关系(原始采样率较高或目标采样率较高)，都能选择出可在最低采样率时进行音频均衡处理的音频处理方式，以达到降低音频处理复杂度的目的。比如说，现有技术对输入的信号都是先进行采样率转换再进行音频均衡处理的，那么，当输入采样率f1低于输出采样率f0的时候(假设滤波器的阶数是H)，采用本实施方式的方案相比于传统方法则节省了H(f0-f1)次的乘法，大大降低了系统的复杂性，在采样率差距特别大的时候尤其显得有意义。

本发明第三实施方式涉及一种音频处理方法。第三实施方式与第二实施方式基本相同，区别主要在于：

在第二实施方式中，比较输入信号的原始采样率和输出信号的目标采样率的大小，根据比较的结果，选择相应的音频处理的方式。也就是说，在第二实施方式中，通过直接比较原始采样率和目标采样率的大小来进行选择。然而在第三实施方式中，考虑到采样率种类是有限的，因此可预先设置两个集合，其中一个集合保存原始采样率高于目标采样率的采样率转换类型，另一个集合保存目标采样率高于原始采样率的采样率转换类型。将输入信号的原始采样率和输出信号的目标采样率，与集合内的采样率转换类型进行匹配，根据匹配的采样率转换类型所在的集合，选择相应的音频处理的方式。

此外，可以理解，在实际应用中，还可以有其他各种判断原始采样率和目标采样率大小的方法。只要能得出原始采样率和目标采样率哪个更高(或者说，哪个能低)的结论，即可选择相应的音频处理的方式。

值得一提到是，本发明的各方法实施方式均可以以软件、硬件、固件等方式实现。不管本发明是以软件、硬件、还是固件方式实现，指令代码都可以存储在任何类型的计算机可访问的存储器中(例如永久的或者可修改的，易失性的或者非易失性的，固态的或者非固态的，固定的或者可更换的介质等等)。同样，存储器可以例如是可编程阵列逻辑(Programmable ArrayLogic，简称“PAL”)、随机存取存储器(Random Access Memory，简称“RAM”)、可编程只读存储器(Programmable Read Only Memory，简称“PROM”)、只读存储器(Read-Only Memory，简称“ROM”)、电可擦除可编程只读存储器(Electrically Erasable Programmable ROM，简称“EEPROM”)、磁盘、光盘、数字通用光盘(Digital Versatile Disc，简称“DVD”)等等。

本发明第四实施方式涉及一种音频系统。如图3所示，该音频系统包含选择模块和至少2个不同结构的音频处理模块。

音频处理模块用于对输入信号进行音频处理，音频处理包含音频均衡处理和采样率转换处理。

选择模块用于根据输入信号的原始采样率和输出信号的目标采样率，选择相应的音频处理模块，选择的音频处理模块的结构为在最低采样率时进行音频均衡处理的结构。选择模块指示选择的音频处理模块对输入信号进行音频处理。

其中，音频系统至少包含以下结构的音频处理模块：

对输入信号进行采样率转换处理的采样率转换处理子模块，采样率转换处理子模块将处理后的信号输出到音频均衡处理子模块，由音频均衡处理子模块对经采样率转换处理后的信号进行音频均衡处理。

对输入信号进行音频均衡处理的音频均衡处理子模块，音频均衡处理子模块将处理后的信号输出到采样率转换处理子模块，由采样率转换处理子模块对经音频均衡处理后的信号进行采样率转换处理。

不难发现，第一实施方式是与本实施方式相对应的方法实施方式，本实施方式可与第一实施方式互相配合实施。第一实施方式中提到的相关技术细节在本实施方式中依然有效，为了减少重复，这里不再赘述。相应地，本实施方式中提到的相关技术细节也可应用在第一实施方式中。

本发明第五实施方式涉及一种音频系统。本实施方式是在第四实施方式基础上的一个具体的实现例子。

本实施方式中的选择模块通过以下方式选择相应的音频处理模块：

比较输入信号的原始采样率和输出信号的目标采样率的大小，根据比较的结果，选择相应的音频处理的方式。

具体地说，如果原始采样率大于目标采样率，则选择模块选择的音频处理模块包含：对输入信号进行采样率转换处理的采样率转换处理子模块，采样率转换处理子模块将处理后的信号输出到音频均衡处理子模块，由音频均衡处理子模块对经采样率转换处理后的信号进行音频均衡处理。

如果原始采样率小于或等于目标采样率，则选择模块选择的音频处理模块包含：对输入信号进行音频均衡处理的音频均衡处理子模块，音频均衡处理子模块将处理后的信号输出到采样率转换处理子模块，由采样率转换处理子模块对经音频均衡处理后的信号进行采样率转换处理。

本实施方式中的采样率转换处理通过上采样、低通滤波器、下采样实现，低通滤波器为有限冲击响应滤波器或无限冲击响应滤波器。

本实施方式中的音频均衡处理通过均衡滤波器实现，均衡滤波器为有限冲击响应滤波器或无限冲击响应滤波器。

不难发现，第二实施方式是与本实施方式相对应的方法实施方式，本实施方式可与第二实施方式互相配合实施。第二实施方式中提到的相关技术细节在本实施方式中依然有效，为了减少重复，这里不再赘述。相应地，本实施方式中提到的相关技术细节也可应用在第二实施方式中。

本发明第六实施方式涉及一种音频系统。第六实施方式与第五实施方式基本相同，区别主要在于：

在第五实施方式中，选择模块通过以下方式选择相应的音频处理模块：

比较输入信号的原始采样率和输出信号的目标采样率的大小，根据比较的结果，选择相应的音频处理的方式。

然而在第六实施方式中，选择模块通过以下方式选择相应的音频处理模块：

将输入信号的原始采样率和输出信号的目标采样率，与预先设置的两个集合内的采样率转换类型进行匹配，根据匹配的采样率转换类型所在的集合，选择相应的音频处理的方式。

其中，预先设置的两个集合内的一个集合保存原始采样率高于目标采样率的采样率转换类型，另一个集合保存目标采样率高于原始采样率的采样率转换类型。

不难发现，第三实施方式是与本实施方式相对应的方法实施方式，本实施方式可与第三实施方式互相配合实施。第三实施方式中提到的相关技术细节在本实施方式中依然有效，为了减少重复，这里不再赘述。相应地，本实施方式中提到的相关技术细节也可应用在第三实施方式中。

需要说明的是，本发明各设备实施方式中提到的各单元都是逻辑单元，在物理上，一个逻辑单元可以是一个物理单元，也可以是一个物理单元的一部分，还可以以多个物理单元的组合实现，这些逻辑单元本身的物理实现方式并不是最重要的，这些逻辑单元所实现的功能的组合是才解决本发明所提出的技术问题的关键。此外，为了突出本发明的创新部分，本发明上述各设备实施方式并没有将与解决本发明所提出的技术问题关系不太密切的单元引入，这并不表明上述设备实施方式并不存在其它的单元。

虽然通过参照本发明的某些优选实施方式，已经对本发明进行了图示和描述，但本领域的普通技术人员应该明白，可以在形式上和细节上对其作各种改变，而不偏离本发明的精神和范围。

Claims (11)

1.一种音频处理方法，其特征在于，包含以下步骤：

根据输入信号的原始采样率和输出信号的目标采样率，选择相应的音频处理的方式，所述音频处理包含音频均衡处理和采样率转换处理，选择的音频处理的方式为在最低采样率时进行音频均衡处理的音频处理方式；

根据选择的音频处理的方式对所述输入信号进行音频处理。

2.根据权利要求1所述的音频处理方法，其特征在于，所述根据输入信号的原始采样率和输出信号的目标采样率，选择相应的音频处理的方式的步骤包括以下子步骤：

比较所述输入信号的原始采样率和输出信号的目标采样率的大小，

如果输入信号的原始采样率大于输出信号的目标采样率，则先对所述输入信号进行所述采样率转换处理，再对经所述采样率转换处理后的信号进行所述音频均衡处理；

如果输入信号的原始采样率小于或等于输出信号的目标采样率，则先对所述输入信号进行所述音频均衡处理，再对经所述音频均衡处理后的信号进行所述采样率转换处理。

3.根据权利要求1所述的音频处理方法，其特征在于，还包含以下步骤：

预先设置两个集合，其中一个集合保存原始采样率高于目标采样率的采样率转换类型，另一个集合保存目标采样率高于原始采样率的采样率转换类型；

在所述根据输入信号的原始采样率和输出信号的目标采样率，选择相应的音频处理的方式的步骤中，将所述输入信号的原始采样率和输出信号的目标采样率，与所述集合内的采样率转换类型进行匹配，根据匹配的采样率转换类型所在的集合，选择相应的音频处理的方式。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的音频处理方法，其特征在于，所述采样率转换处理通过上采样、低通滤波器、下采样实现，所述低通滤波器为有限冲击响应滤波器或无限冲击响应滤波器。

5.根据权利要求1至3中任一项所述的音频处理方法，其特征在于，所述音频均衡处理通过均衡滤波器实现，所述均衡滤波器为有限冲击响应滤波器或无限冲击响应滤波器。

6.一种音频系统，其特征在于，包含选择模块和至少2个不同结构的音频处理模块；

所述音频处理模块用于对输入信号进行音频处理，所述音频处理包含音频均衡处理和采样率转换处理；

所述选择模块用于根据输入信号的原始采样率和输出信号的目标采样率，选择相应的音频处理模块，所述选择的音频处理模块的结构为在最低采样率时进行音频均衡处理的结构；

所述选择模块指示所述选择的音频处理模块对所述输入信号进行音频处理。

7.根据权利要求6所述的音频系统，其特征在于，所述音频系统至少包含以下结构的音频处理模块：

对所述输入信号进行所述采样率转换处理的采样率转换处理子模块，所述采样率转换处理子模块将处理后的信号输出到音频均衡处理子模块，由音频均衡处理子模块对经所述采样率转换处理后的信号进行所述音频均衡处理；

对所述输入信号进行所述音频均衡处理的音频均衡处理子模块，所述音频均衡处理子模块将处理后的信号输出到采样率转换处理子模块，由采样率转换处理子模块对经所述音频均衡处理后的信号进行所述采样率转换处理。

8.根据权利要求6所述的音频系统，其特征在于，所述选择模块通过以下方式选择相应的音频处理模块：

比较所述输入信号的原始采样率和输出信号的目标采样率的大小，根据比较的结果，选择相应的音频处理的方式。

9.根据权利要求6所述的音频系统，其特征在于，所述选择模块通过以下方式选择相应的音频处理模块：

将所述输入信号的原始采样率和输出信号的目标采样率，与预先设置的两个集合内的采样率转换类型进行匹配，根据匹配的采样率转换类型所在的集合，选择相应的音频处理的方式；

其中，所述预先设置的两个集合内的一个集合保存原始采样率高于目标采样率的采样率转换类型，另一个集合保存目标采样率高于原始采样率的采样率转换类型。

10.根据权利要求6至9中任一项所述的音频系统，其特征在于，所述采样率转换处理通过上采样、低通滤波器、下采样实现，所述低通滤波器为有限冲击响应滤波器或无限冲击响应滤波器。

11.根据权利要求6至9中任一项所述的音频系统，其特征在于，所述音频均衡处理通过均衡滤波器实现，所述均衡滤波器为有限冲击响应滤波器或无限冲击响应滤波器。

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