CN102610267B - 一种改善播放系统音频播放质量的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种改善播放系统音频播放质量的方法，设定播放系统有C个音轨，各音轨采样率对应的权重值i；每建立一个音轨，相应音轨采样率和系统采样率比较获得音轨状态，设二进制数A₁A₂...A_j...A_C中每一位表示播放系统中对应的音轨状态；A_j取E2，表示第j个音轨采样率与当前系统采样率一致或当前音轨未建立；二进制数中每一位取值均为E2，系统采样率不变；否则，对所有音轨进行统计，设B的初始值为D，音轨采样率为F1或其分频采样率，B＝B-i；音轨采样率为F2或其分频采样率，B＝B+i；统计完后，比较B与D的大小，确定播放系统的采样率；生成确定后的系统采样率，对音频信号重采样到确定后的系统采样率后进行播放。

Description

一种改善播放系统音频播放质量的方法

技术领域

本发明属于音频领域，特别涉及一种改善播放系统音频播放质量的方法。

背景技术

我们平常播放的MP3/WMA等音频文件，均是由经采样、压缩之后得到的数字信息存储文件。因此，每个文件都有其特定的采样率。播放系统通常也有自己的采用率，以用于播放音频文件。音频文件的采样率经常与播放系统的采样率不一致，此时需要将音频文件的采样率转换为播放系统的采样率(即重采样过程)以实现对音频文件的播放。重采样算法是一种将音频从某一采样率转换为另一采样率的算法。算法的计算复杂度很高，尤其在移动通信设备上，重采样算法对音频质量可能造成较大的损害。因此，应该尽量避免重采样。同时在移动通信设备上运行重采样算法也相当耗资源，所以同样应该尽量避免重采样。

对于采样率固定的播放系统而言，当音频文件的采样率与播放系统的采样率之间不一致时，不可避免的发生采样率之间的转换，这种转换对音频产生较多损害，例如：高频衰减和互调失真加剧。

申请号为201010148928.6的中国发明专利申请公开了一种无损音频播放方法，包括：获取无损压缩音频文件；解码无损压缩音频文件获得解码数据；对各个宽为W位的解码数据，依次从解码数据的高位到低位将各W/2数据存入解码器的缓存队列；从解码器的缓存队列读取解码数据，移位寄存器按照位时钟从高位到低位依次移出各位数据向音频模数转换器405输出音频数据序列，直到读取完毕，形成音频数据序列，将音频数据接口内基准时钟源的频率由默认修改为W*2*n*F赫兹，对基准时钟源分频输出频率为F、W*2F赫兹的目的声道、位时钟，根据目的声道时钟，播放音频数据序列。利用其可在低硬件成本的基础上，播放高采样率数据位的音频。

上述技术方案可以解决音频文件的采样率与播放系统的采样率之间的比例为整数倍的情况，但是如果二者之间的比例不是整数倍，则根据上述技术方案无法实现。此外，当音频文件的采样率与播放系统的采样率之间的比例不为整数倍时，重采样过程消耗的资源较多，例如，将48kHz重采样到44.1kHz所消耗的资源要比将48kHz重采样到24kHz所消耗的资源少一些。另外，在实际中，Android系统对大多数音乐音频是44.1kHz采样率的考虑，该系统会将所有的音频信号SRC到44.1kHz采样率。但48kHz也是音频中常见的采样率，在视频和游戏的音频部分中则占据了主流。因此会造成全部的48kHz(或者其整数倍)采样率的音乐、视频中的音频等在安卓系统播放时受损严重。图1为音频原始采样点和对原始采样点进行整数倍重采样获得的采用点对比图。可以看出，音频原始采样点和整数倍转换后的采样点重叠，在波形上没有任何改变。图2为音频原始采样点和对原始采样点进行非整数倍重采样获得的采样点对比图。可以看出，音频原始采样点可能与非整数倍转换后的采样点不重叠。图3为非整数倍重采样获得的采样点对比图及其采样结果图。可以看出，根据非整数倍转换后获得的采样点进行重采样，非整数倍的转换使得音频波形会变形。在安卓智能手机上，这一问题较为严重，也是因为智能手机性能有限，而那些能够减少音频损耗的高质量SRC算法非常耗费性能，在普通PC上也会耗费大量时间，目前很难存在于手机上。

发明内容

为了克服上述缺陷，本发明提供一种改善播放系统音频播放质量的方法，该方法可以克服采样率固定的播放系统所播放的音频质量下降的缺陷。

为实现上述发明目的，提出一种改善播放系统音频播放质量的方法，其特征在于，该方法包括：

步骤1)：设定播放系统有C个音轨，各音轨采样率对应的权重值i；其中，音轨采样率为F1或F2时设定的权重值为i1，音轨采样率为F1的分频采样率或F2的分频采样率时设定的权重值为i2，并且，i1不等于i2，F1不等于F2；

步骤2)：每建立一个音轨，将相应音轨采样率和系统采样率比较获得音轨状态，设二进制数A₁A₂...A_j...A_C，该二进制数每一位表示播放系统中对应的音轨状态；A_j为E1时，表示第j个音轨采样率与当前系统采样率不一致，A_j为E2时，表示第j个音轨采样率与当前系统采样率一致或当前音轨未建立；其中，E1为1或0，E2为0或1，且E1不等于E2；

当二进制数A₁A₂...A_j...A_C中每一位的取值均为E2时，则当前系统采样率不变；否则，则转至步骤3)；

步骤3)：对所有音轨进行统计，设代表统计结果B的初始值为D，当音轨采样率为F1或其分频采样率时，B＝B+i；当音轨采样率为F2或其分频采样率时，B＝B-i；

步骤4)：统计完后，比较B与D的大小，以选择播放系统的系统采样率；其中，当B大于D时，播放系统的系统采样频率选择为F1；当B小于等于D时，播放系统的系统采样频率选择为F2；

步骤5)：以步骤4)所选择的系统采样率对音频信号重采样并进行播放。

该方法还包括：步骤6)：对当前已建立的音轨所对应的音轨采样率与步骤4)所选择的系统采样率比较获得音轨状态。

所述播放系统为移动终端设备的播放系统。

所述播放系统为智能手机的Android系统。

所述采样率F1为整数，所述采样率F2不是整数。

所述采样率F1为48khz，所述采样率F2为44.1khz。

所述权重值i1为2，所述权重值i2为1。

所述C取值为32。

所述D取值为0。

所述步骤2)中E1为1，E2为0；或者所述步骤2)中E1为0，E2为1。

为实现上述本发明的目的，还提出另一种改善播放系统音频播放质量的方法，其特征在于，该方法包括：

步骤1)：设定播放系统有C个音轨，各音轨采样率对应的权重值i；其中，音轨采样率为F1或F2时设定的权重值为i1，音轨采样率为F1的分频采样率或F2的分频采样率时设定的权重值为i2，并且，i1不等于i2，F1不等于F2；

步骤2)：每建立一个音轨，将相应音轨采样率和系统采样率比较获得音轨状态，设二进制数A₁A₂...A_j...A_C，该二进制数每一位表示播放系统中对应的音轨状态；A_j为E1时，表示第j个音轨采样率与当前系统采样率不一致，A_j为E2时，表示第j个音轨采样率与当前系统采样率一致或当前音轨未建立；其中，E1为1或0，E2为0或1，且E1不等于E2；

当二进制数A₁A₂...A_j...A_C中每一位的取值均为E2时，则当前系统采样率不变；否则，则转至步骤3)；

步骤3)：对所有音轨进行统计，设代表统计结果B的初始值为D，当音轨采样率为F1或其分频采样率时，B＝B-i；当音轨采样率为F2或其分频采样率时，B＝B+i；

步骤4)：统计完后，比较B与D的大小，以选择播放系统的系统采样率；其中，当B大于D时，播放系统的系统采样频率选择为F2；当B小于等于D时，播放系统的系统采样频率选择为F1；

步骤5)：以步骤4)所选择的系统采样率对音频信号重采样并进行播放。

该方法还包括：步骤6)：对当前已建立的音轨所对应的音轨采样率与步骤4)所选择的系统采样率比较获得音轨状态。

所述播放系统为移动终端设备的播放系统。

所述播放系统为智能手机的Android系统。

所述采样率F1为整数，所述采样率F2不是整数。

所述采样率F1为48khz，所述采样率F2为44.1khz。

所述权重值i1为2，所述权重值i2为1。

所述C取值为32。

所述D取值为0。

所述步骤2)中E1为1，E2为0；或者所述步骤2)中E1为0，E2为1。

本发明的优点在于，本发明提出的一种改善播放系统音频播放质量的方法，这种方法可以不会发生采样率F1与采样率F2之间的转换造成音频质量下降的问题，大大降低了音频信号衰减和噪声信号，对保护音质有根本性质作用。

此外，将该技术应用在智能手机的Android系统终端上不需要明显付出硬件性能，比起目前的优化算法策略来说明显适合移动通信设备使用，取得了很好的效果。使得vivo智能机成为目前已知的唯一可以避免48kHz音质较差的安卓系统智能机，可结合谷歌音乐市场计划推广，也使得步步高和vivo智能品牌在音乐上有可数据化可评测的唯一性技术优势，方便在互联网上进行专业性的推广。

附图说明

图1为音频原始采样点和对原始采样点进行整数倍重采样获得的采用点对比图；

图2为音频原始采样点和对原始采样点进行非整数倍重采样获得的采样点对比图；

图3为非整数倍重采样获得的采样点对比图及其采样结果图；

图4为本发明提出的一种改善播放系统音频播放质量的方法之一流程图；

图5为改善音频播放质量改进后的Android系统模块图；

图6为本发明提出的一种改善播放系统音频播放质量的方法之二流程图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式，对本发明的技术方案进行进一步详细的说明。

采样率：定义了每秒从连续信号中提取并组成离散信号的采样个数，单位用赫兹(Hz)来表示。采样频率的倒数是采样周期(也称为采样时间)，它表示采样之间的时间间隔。SRC即Sample Rate Converter，采样频率转换。

音轨就是你在音序器软件中看到的一条一条的平行“轨道”。每条音轨分别定义了该条音轨的属性，如音轨的音色、音色库、通道数、输入/输出端口和音量等。

音频文件常见的格式有WMA、MP3、MIDI等等。当你使用音序器时，打交道最多的就是音轨，一条音轨对应于音乐的一个声部，它把MIDI或者音频数据记录在特定的时间位置。每一音轨可以定义为一种乐器的演奏。所有的音序器都可以允许多音轨操作，这就意味着一首歌所有的音轨，无论是MIDI还是音频都能同时播放。

如图4所示，图4为本发明提出的一种改善播放系统音频播放质量的方法之一流程图。

方法包括：

步骤1)：设定播放系统有C个音轨，各音轨采样率对应的权重值i；其中，音轨采样率为F1或F2时设定的权重值为i1，音轨采样率为F1的分频采样率或F2的分频采样率时设定的权重值为i2，并且，i1不等于i2，F1不等于F2；

步骤2)：每建立一个音轨，将相应音轨采样率和系统采样率比较获得音轨状态，设二进制数A₁A₂...A_j...A_C，该二进制数每一位表示播放系统中对应的音轨状态；A_j为E1时，表示第j个音轨采样率与当前系统采样率不一致，A_j为E2时，表示第j个音轨采样率与当前系统采样率一致或当前音轨未建立；其中，E1为1或0，E2为0或1，且E1不等于E2；

当二进制数A₁A₂...A_j...A_C中每一位的取值均为E2时，则当前系统采样率不变；否则，则转至步骤3)；

步骤3)：对所有音轨进行统计，设代表统计结果B的初始值为D，当音轨采样率为F1或其分频采样率时，B＝B+i；当音轨采样率为F2或其分频采样率时，B＝B-i；

步骤4)：统计完后，比较B与D的大小，以选择播放系统的系统采样率；其中，当B大于D时，播放系统的系统采样频率选择为F1；当B小于等于D时，播放系统的系统采样频率选择为F2；

步骤5)：以步骤4)所选择的系统采样率对音频信号重采样并进行播放。

音频播放系统有很多，例如智能手机的Android系统、MP3/MP4的音频播放系统、千千静听音频播放系统，暴风影音音频播放系统等等，以智能手机的Android系统为例。Android系统在设计之初考虑多数音频为44.1kHz采样率，于是将系统工作采样率设定为44.1kHz。因此，所有非44.1kHz的音频在Android系统中播放时均重采样到44.1kHz，包括48kHz音频。这样一来，48kHz音频在Android系统中播放时质量就被降低。由于Android支持多音轨同时播放，采用图4所示的技术方案在提高48kHz音频播放质量的同时，不能损害44.1kHz音频原有播放质量。

值得注意的是，受限制于系统里只能有一种采样率，这种方法并不是真正完全解决了SRC的问题，当较小概率下，两种采样率同时出现时，这种机制就失效。比如一边听48khz的音乐一边按出44.1khz的按键音时。

目前，经过周边如播放器的修改和特殊设定，基本上在已经发布vivo智能手机里，这种概率被降低到非常小的地步，对于单个音频、视频的播放包括多个之间连续切换和播放(当然同时间只能播放一个，不能用两个播放器同时放两首歌)都可以避免48khz到44.1khz的SRC出现。

1)选择系统默认采样频率。Android系统设计时将44.1Khz很多软件在设计之初就将有意选择44.1kHz的音频文件，再加上多数音频文件都是44.1kHz采样率，如果我们选择其他默认采样率，那么多数音频文件播放时都需要重采样，这样一来系统性能将受到影响。所以，系统默认采样率为44.1kHz。

2)然后，设定各种采样率对应的权重。出于优先保证较高采样率音轨的目的，我们将44.1kHz和48kHz采样率的权重设定为2，44.1kHz和48kHz相对应的分频采样率的权重设定为1。

3)选择系统采样率时，遵守以下规则：采样率F1选择其最高采样率。例如，音轨频率为8kHz、16kHz、24kHz、32kHz或48kHz，选择48kHz作为Android系统采样率；音轨频率为11.025kHz、22.05kHz或44.1kHz，选择44.1kHz作为Android系统采样率。

4)Android系统最多支持32个音轨同时播放，因此，我们用一个32位的二进制数A₁A₂...A_j...A₃₂表示系统中32个音轨的状态。

在本发明的一个实施方式中，对应位A_j为1表示音轨采样率与当前系统采样率不一致；对应位A_j为0表示音轨采样率与当前系统采样率一致。如果一个位代表的音轨善未建立，则对应位A_j为0。例如：二进制数A₁A₂...A_j...A₃₂为0x0001时，代表第一个音轨的采样率与当前系统采样率不一致。

5)每建立一个音轨，都必须先对比音轨采样率和系统采样率是否一致，如果不一致则将对应位设置为1，否则反之。二进制数A₁A₂...A_j...A₃₂为0x0000时，代表系统中有音轨的采样率与系统采样率不一致。这时，我们就必须进行下一步操作。以上4-5过程简称为Hope。

在本发明的另一个实施方式中，对应位A_j为1表示音轨采样率与当前系统采样率一致；对应位A_j为0表示音轨采样率与当前系统采样率不一致。如果一个位代表的音轨未建立，则对应位A_j为1。例如：二进制数A₁A₂...A_j...A₃₂值为0x0001代表第一个音轨的采样率与当前系统采样率一致。每建立一个音轨，都必须先对比音轨采样率和系统采样率是否一致，如果不一致则将对应位设置为0，否则反之。当二进制数A₁A₂...A_j...A₃₂为0x0000时，代表系统中有音轨的采样率与系统采样率一致。这时，我们就必须进行下一步操作。以上4-5过程简称为Hope。

6)当所有音轨的状态确定之后，我们根据各音轨的状态确定系统采样率。我们用一初始值为0的整数B代表统计结果。

7)当音轨的采样率8kHz、16kHz、24kHz、32kHz时，B加1；如果音轨的采样率为48kHz，B加2。

8)当音轨的采样率为11.025kHz和22.05kHz时，B减1；如果音轨的采样率为44.1kHz，B减2。

9)当所有音轨统计完之后，B值将确定。如果B值大于0，我们将48kHz定为当前的系统采样率。如果B值小于或等于0，我们将44.1kHz定为当前的系统采样率。以上6-9过程简称为Vote。

10)当新的系统采样率确定后，再重复执行4-5中的规则。即对于所有音轨：如果其采样率与系统采样率不一样，则二进制数A₁A₂...A_j...A₃₂的对应位置为1；否则反之。

当有新的音轨建立时，重复执行规则4-10。该过程简称为Hope。如图5所示，图5为改善音频播放质量改进后的Android系统模块图。在原来的系统基础上，增加了Hope-Vote-Hope模块，在提高48kHz音频播放质量的同时，没有降低44.1kHz音频原有播放质量。

举例说明，还是以智能手机的Android系统为例，当音轨状态规则为对应位为1表示音轨采样率与当前系统采样率不一致；对应位为0表示音轨采样率与当前系统采样率一致，如果一个位代表的音轨未建立，则对应位为0。

当播放单一44.1kHz音轨时，如果当前系统采样率为44.1kHz时，则二进制数A₁为0，B值为-2。系统采样率不变。如果当前系统采样率为48kHz时，则二进制数A₁为1，B值为-2。因此，系统采样率调整为44.1kHz。

当播放单一48kHz音轨时，如果当前系统采样率为44.1kHz时，则二进制数A₁为1，B值为2。因此，系统采样率调整为48kHz。如果当前系统采样率为48kHz时，则二进制数A₁为0，B值为2，系统采样率不变。

如图6所示，图6为本发明提出的一种改善播放系统音频播放质量的方法之二流程图。该方法包括：

步骤1)：设定播放系统有C个音轨，各音轨采样率对应的权重值i；其中，音轨采样率为F1或F2时设定的权重值为i1，音轨采样率为F1的分频采样率或F2的分频采样率时设定的权重值为i2，并且，i1不等于i2，F1不等于F2；

步骤2)：每建立一个音轨，将相应音轨采样率和系统采样率比较获得音轨状态，设二进制数A₁A₂...A_j...A_C，该二进制数每一位表示播放系统中对应的音轨状态；A_j为E1时，表示第j个音轨采样率与当前系统采样率不一致，A_j为E2时，表示第j个音轨采样率与当前系统采样率一致或当前音轨未建立；其中，E1为1或0，E2为0或1，且E1不等于E2；

当二进制数A₁A₂...A_j...A_C中每一位的取值均为E2时，则当前系统采样率不变；否则，则转至步骤3)；

步骤3)：对所有音轨进行统计，设代表统计结果B的初始值为D，当音轨采样率为F1或其分频采样率时，B＝B-i；当音轨采样率为F2或其分频采样率时，B＝B+i；

步骤4)：统计完后，比较B与D的大小，以选择播放系统的系统采样率；其中，当B大于D时，播放系统的系统采样频率选择为F2；当B小于等于D时，播放系统的系统采样频率选择为F1；

步骤5)：以步骤4)所选择的系统采样率对音频信号重采样并进行播放。

第二种方法与第一种方法相比，技术思路是一样的，不同之处在于步骤3)和步骤4)进行简单的变形。

最后所应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制。尽管参照实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，都不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (16)

1.一种改善播放系统音频播放质量的方法，其特征在于，该方法包括：

步骤1)：设定播放系统有C个音轨，各音轨采样率对应的权重值i；其中，音轨采样率为F1或F2时设定的权重值为i1，音轨采样率为F1的分频采样率或F2的分频采样率时设定的权重值为i2，并且，i1不等于i2，F1不等于F2；所述音轨采样率F1为整数，所述音轨采样率F2不是整数，F1为48khz，F2为44.1khz；

步骤2)：每建立一个音轨，将相应音轨采样率和系统采样率比较获得音轨状态，设二进制数A₁A₂...A_j...A_C，该二进制数每一位表示播放系统中对应的音轨状态；A_j为E1时，表示第j个音轨采样率与系统采样率不一致，A_j为E2时，表示第j个音轨采样率与系统采样率一致或当前音轨未建立；其中，E1为1或0，E2为0或1，且E1不等于E2；

当二进制数A₁A₂...A_j...A_C中每一位的取值均为E2时，则系统采样率不变；否则，则转至步骤3)；

步骤3)：对所有音轨进行统计，设代表统计结果B的初始值为D，当音轨采样率为F1或其分频采样率时，B＝B+i；当音轨采样率为F2或其分频采样率时，B＝B-i；

步骤4)：统计完后，比较B与D的大小，以选择播放系统的系统采样率；其中，当B大于D时，播放系统的系统采样率选择为F1；当B小于等于D时，播放系统的系统采样频率选择为F2；

步骤5)：以步骤4)所选择的系统采样率对音频信号重采样并进行播放。

2.根据权利要求1所述的一种改善播放系统音频播放质量的方法，其特征在于，该方法还包括：

步骤6)：对当前已建立的音轨所对应的音轨采样率与步骤4)所选择的系统采样率比较获得音轨状态。

3.根据权利要求1或2所述的一种改善播放系统音频播放质量的方法，其特征在于，所述播放系统为移动终端设备的播放系统。

4.根据权利要求1或2所述的一种改善播放系统音频播放质量的方法，其特征在于，所述播放系统为智能手机的Android系统。

5.根据权利要求1或2所述的一种改善播放系统音频播放质量的方法，其特征在于，所述权重值i1为2，所述权重值i2为1。

6.根据权利要求1或2所述的一种改善播放系统音频播放质量的方法，其特征在于，所述C取值为32。

7.根据权利要求1或2所述的一种改善播放系统音频播放质量的方法，其特征在于，所述D取值为0。

8.根据权利要求1或2所述的一种改善播放系统音频播放质量的方法，其特征在于，所述步骤2)中E1为1，E2为0；或者所述步骤2)中E1为0，E2为1。

9.一种改善播放系统音频播放质量的方法，其特征在于，该方法包括：

步骤1)：设定播放系统有C个音轨，各音轨采样率对应的权重值i；其中，音轨采样率为F1或F2时设定的权重值为i1，音轨采样率为F1的分频采样率或F2的分频采样率时设定的权重值为i2，并且，i1不等于i2，F1不等于F2；所述音轨采样率F1为整数，所述音轨采样率F2不是整数，F1为48khz，F2为44.1khz；

步骤2)：每建立一个音轨，将相应音轨采样率和系统采样率比较获得音轨状态，设二进制数A₁A₂...A_j...A_C，该二进制数每一位表示播放系统中对应的音轨状态；A_j为E1时，表示第j个音轨采样率与系统采样率不一致，A_j为E2时，表示第j个音轨采样率与系统采样率一致或当前音轨未建立；其中，E1为1或0，E2为0或1，且E1不等于E2；

当二进制数A₁A₂...A_j...A_C中每一位的取值均为E2时，则系统采样率不变；否则，则转至步骤3)；

步骤3)：对所有音轨进行统计，设代表统计结果B的初始值为D，当音轨采样率为F1或其分频采样率时，B＝B-i；当音轨采样率为F2或其分频采样率时，B＝B+i；

步骤4)：统计完后，比较B与D的大小，以选择播放系统的系统采样率；其中，当B大于D时，播放系统的系统采样频率选择为F2；当B小于等于D时，播放系统的系统采样频率选择为F1；

步骤5)：以步骤4)所选择的系统采样率对音频信号重采样并进行播放。

10.根据权利要求9所述的一种改善播放系统音频播放质量的方法，其特征在于，该方法还包括：

步骤6)：对当前已建立的音轨所对应的音轨采样率与步骤4)所选择的系统采样率比较获得音轨状态。

11.根据权利要求9或10所述的一种改善播放系统音频播放质量的方法，其特征在于，所述播放系统为移动终端设备的播放系统。

12.根据权利要求9或10所述的一种改善播放系统音频播放质量的方法，其特征在于，所述播放系统为智能手机的Android系统。

13.根据权利要求9或10所述的一种改善播放系统音频播放质量的方法，其特征在于，所述权重值i1为2，所述权重值i2为1。

14.根据权利要求9或10所述的一种改善播放系统音频播放质量的方法，其特征在于，所述C取值为32。

15.根据权利要求9或10所述的一种改善播放系统音频播放质量的方法，其特征在于，所述D取值为0。

16.根据权利要求9或10所述的一种改善播放系统音频播放质量的方法，其特征在于，所述步骤2)中E1为1，E2为0；或者所述步骤2)中E1为0，E2为1。