CN104158548A - 一种压缩音频讯号音质提升的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种压缩音频讯号音质提升的方法，包括步骤：a：对音频讯号进行分帧处理；b：对每一帧进行采样计算，将每个点的值存在缓冲器中；c：通过函数Sinx/x进行差值运算，根据算法实现在每两个点中间插入多个点，实现高频信息的插入。本发明提供的压缩音频讯号音质提升的方法，通过基于特定函数对音频讯号进行差值运算，以补上低码率音频中缺失的高频讯号，实现音频讯号的无损压缩。从而大大提高终端用户的体验感受；同时，实现简单、成本低。

Description

一种压缩音频讯号音质提升的方法

技术领域

本发明涉及通信技术领域，尤其涉及一种压缩音频讯号音质提升的方法。

背景技术

宽带传输环境如宽带网络及无线通讯的发展将使得传输高质量的影音信息成为必然的趋势，第三代移动通讯与目前的GSM移动通讯系统最大的差别之一正是其影音数据传输的能力，由于技术的进步，因此高质量甚至无失真的音频信号传输已成为可能的趋势之一，其主要的应用层面在于无失真的音频信号给予使用者完整的编辑空间，可以随应用的场合不同传送不同位率的音频信号，对于音乐或歌曲，使用者一般而言有比较高的质量要求，无失真的音频信号给予使用者完全的编辑使用空间，以欣赏音乐的角度而言比较需要无失真的音频。

然而，现有的语音通信及音视频网络传递中一般采用有损压缩，而有损压缩主要保留了音讯的低频成分（此部分为音频主要信号），虽然可以减小码流文件，减轻网络通道压力，但在终端的体验感受却大大下降。

发明内容

本发明的目的在于提供一种压缩音频讯号音质提升的方法，通过基于特定函数对音频讯号进行差值运算，以补上低码率音频中缺失的高频讯号，实现音频讯号的无损压缩。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的。

一种压缩音频讯号音质提升的方法，包括步骤：

a：对音频讯号进行分帧处理；

b：对每一帧进行采样计算，将每个点的值存在缓冲器中；

c：通过函数Sinx/x进行差值运算，根据算法实现在每两个点中间插入多个点，实现高频信息的插入。

进一步优选的，步骤a具体包括：对音频进行短时分析，将语音分成数帧，每帧长度为10-30ms。

进一步优选的，，所述帧与帧之间若重叠，则重叠部分为1/2或2/3。

进一步优选的，步骤b中，每帧点数计算公式：

Fram size=fs*t/1000，

读取第一帧中的每个点的幅值，并把值赋与采样序列x(n)；

其中fs为取样频率；t为每帧对应的时间。

进一步优选的，步骤c具体包括：

在两个点之间插入M个点，构成长度为M的序列c1[nT],c2[nT]……cm[nT];

通过公式计算插值系数，

将采集到的原始数据和插值参数代入公式（1），完成高频信息的插入；

$C\left((k+\frac{m}{M+1})T\right)=\underset{n=0}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}x\left(\mathrm{nT}\right)*\frac{\mathrm{Sin}((k+\frac{m}{M+1})-n)\mathrm{T\π}}{((k+\frac{m}{M+1})-n)\mathrm{T\π}}---\left(1\right)$

其中，T为采样周期，n为采样点数，m=1,2,….M。

本发明与现有技术相比，有益效果在于：本发明提供的压缩音频讯号音质提升的方法，通过基于特定函数对音频讯号进行差值运算，以补上低码率音频中缺失的高频讯号，实现音频讯号的无损压缩。从而大大提高终端用户的体验感受；同时，实现简单、成本低。

附图说明

图1为本发明压缩音频讯号音质提升的方法流程图；

图2为帧长、帧移示意图；

图3为音频讯号处理前音频的频谱图；

图4为音频讯号处理前每帧波形图；

图5为Sinx/x函数波形图；

图6为音频讯号处理后每帧波形图；

图7为插值示意图；

图8为音频讯号处理后音频的频谱图；

图9为音频讯号处理前后对比波形图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

请参阅图1、2所示，本发明压缩音频讯号音质提升的方法，包括：

步骤101：对音频讯号进行分帧处理；

基本方式为：分帧即对音频进行短时分析，将语音分成一段、一段来分析其特性参数，其中每一段称为一帧。帧长度大约为10-30ms，帧若太大就无法抓出音讯随时间变化的特性，如果太小也无法抓出音讯的特性。

允许帧之间有重叠，重叠部分可以是1/2或2/3不等。这样可使帧与帧之间平滑过渡，前一帧和后一帧交叠部分称为帧移，帧长、帧移如图2所示。

步骤102：对每一帧进行采样计算，将每个点的值存在缓冲器中，如图4所示。

每帧的点数计算举例如下：

取样频率fs=16000且每个帧对应的时间是25ms，那么每帧点数Framsize=fs*25/1000=400点。

这里我们就可以读取第一帧中的每个点的幅值，并把值赋序列x(n)。

步骤103：通过函数Sinx/x进行差值运算，根据算法实现在每两个点中间插入多个点，实现高频信息的插入，如图5、图6所示。

该方法包括：

1.参考内插法的计算方法，设x(n)为采样的得到的已知序列，两个点之间内插M个点，构成长度为M的序列c1[nT],c2[nT]……cm[nT],则插值点的一般表达式：

$C\left((k+\frac{m}{M+1})T\right)=\underset{n=0}{\overset{\∞}{\mathrm{\Σ}}}x\left(\mathrm{nT}\right)*\frac{\mathrm{Sin}((k+\frac{m}{M+1})-n)\mathrm{T\π}}{((k+\frac{m}{M+1})-n)\mathrm{T\π}}$ 其中m=1,2,….M.（1）

即

$C\left((k+\frac{m}{M+1})T\right)=\underset{n=0}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}x\left(\mathrm{nT}\right)*\frac{\mathrm{Sin}((k+\frac{m}{M+1})-n)\mathrm{T\π}}{((k+\frac{m}{M+1})-n)\mathrm{T\π}}---\left(2\right)$

利用式（2）可以实现函数Sinx/x的差值运算，从而实现信息的插入，其插值示意图如图7所示。

式中T为采样周期，可以设为1.N为采样点数。

2.预先计算出读取函数S(x)=Sin(x)/x,x=1,2,….的值，计算时直接调用。

3.通过公式计算插值系数，把之前采集到的原始数据和插值参数代入公式（2），完成插值算法。

如图3中，音频讯号处理前，低码率音频5Khz以上的高频讯息已被去除，声音听起来比较低沉。

而对差值运算后的音频分析频谱，如图8所示，可以看出频率有高达15kHz以上，此时人耳感受音频已经非常细腻舒适。

通过分析运算处理前后音频的波形，如图9所示结果一致，并没有影响音频信号。

本发明提供的压缩音频讯号音质提升的方法，通过基于特定函数对音频讯号进行差值运算，以补上低码率音频中缺失的高频讯号，实现音频讯号的无损压缩。从而大大提高终端用户的体验感受；同时，实现简单、成本低。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种压缩音频讯号音质提升的方法，其特征在于，包括步骤：

a：对音频讯号进行分帧处理；

b：对每一帧进行采样计算，将每个点的值存在缓冲器中；

c：通过函数Sinx/x进行差值运算，根据算法实现在每两个点中间插入多个点，实现高频信息的插入。

2.如权利要求1所述的压缩音频讯号音质提升的方法，其特征在于，步骤a具体包括：对音频进行短时分析，将语音分成数帧，每帧长度为10-30ms。

3.如权利要求2所述的压缩音频讯号音质提升的方法，其特征在于，所述帧与帧之间若重叠，则重叠部分为1/2或2/3。

4.如权利要求2所述的压缩音频讯号音质提升的方法，其特征在于，步骤b中，每帧点数计算公式：

Fram size=fs*t/1000，

读取第一帧中的每个点的幅值，并把值赋与采样序列x(n)；

其中fs为取样频率；t为每帧对应的时间。

5.如权利要求4所述的压缩音频讯号音质提升的方法，其特征在于，步骤c具体包括：

在两个点之间插入M个点，构成长度为M的序列c1[nT],c2[nT]……cm[nT];

通过公式计算插值系数，

将采集到的原始数据和插值参数代入公式（1），完成高频信息的插入；

$C\left((k+\frac{m}{M+1})T\right)=\underset{n=0}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}x\left(\mathrm{nT}\right)*\frac{\mathrm{Sin}((k+\frac{m}{M+1})-n)\mathrm{T\π}}{((k+\frac{m}{M+1})-n)\mathrm{T\π}}---\left(1\right)$

其中，T为采样周期，n为采样点数，m=1,2,….M。