CN104778949A - 音频处理方法及音频处理装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种音频处理方法及音频处理装置，该音频处理方法包含以下步骤：由播放设备来播放基频信号；随后，计算基频信号的第一基频音压值及第一谐波音压值，且计算音频的第二基频音压值及第二谐波音压值；接着，根据第一基频音压值、第一谐波音压值及第二基频音压值来计算临界音压值；然后，比较第二谐波音压值与临界音压值，以产生比较结果，并根据比较结果来修正第二谐波音压值。本发明可以改善音频在播放设备的处理过程中，由于产生谐波，并叠加在播放设备的基频信号上，而导致播放设备所播放的音乐失真的问题。

Description

音频处理方法及音频处理装置

技术领域

本发明涉及一种信号处理方法及信号处理装置，且特别涉及一种音频处理方法及音频处理装置。

背景技术

随着社会的发展及经济的繁荣，人们越加懂得享受生活，相应地，对于播放设备所播出的音乐的要求也日益严格。为符合人们的需求，播放设备对音频的处理技术也需随之改善。

在播放设备中，音频通常会经由多个电子元件对其进行处理。在处理的过程中，往往会产生新的谐波，一旦上述谐波与原信号叠加，将导致信号失真。如此，当播放设备根据失真的信号而播放音乐时，将使聆听此音乐的消费者观感不理想。

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处理装置，以改善上述现有技术中播放设备所播放的音乐失真的问题。

本发明提供一种音频处理方法，此音频处理方法具有以下步骤：由播放设备来播放基频信号；随后，计算基频信号的第一基频音压值及第一谐波音压值，且计算音频的第二基频音压值及第二谐波音压值；接着，根据第一基频音压值、第一谐波音压值及第二基频音压值来计算临界音压值；然后，比较第二谐波音压值与临界音压值而产生比较结果，并根据比较结果来修正第二谐波音压值。

本发明提供一种音频处理装置，此音频处理装置具有计算器、控制单元及滤波器。上述计算器可根据播放设备所播放的基频信号，来计算基频信号的第一基频音压值及第一谐波音压值。此外，上述计算器还可根据音频来计算音频的第二基频音压值及第二谐波音压值，并根据第一基频音压值、第一谐波音压值及第二基频音压值来计算出临界音压值。随后，控制单元比较第二谐波音压值与临界音压值，以产生比较结果，接着，滤波器根据上述比较结果修正第二谐波音压值。

因此，根据本发明的技术内容，本发明实施例通过提供一种音频处理方法及音频处理装置，以改善音频在播放设备的处理过程中，由于谐波产生，并叠加在播放设备的基频信号上，而导致播放设备所播放的音乐失真的问题。

为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文采用实施例，并配合附图作详细说明如下。

附图说明

图1所示为一种播放音频的频谱示意图。

图2所示为依照本发明一实施方式的一种音频处理方法的流程图。

图3A所示为依照本发明一实施例的一种播放设备所播放的基频信号的示意图。

图3B所示为依照本发明另一实施例的一种音频的基频与谐波示意图。

图4所示为依照本发明一实施例的一种音频处理装置的示意图。

图5所示为依照本发明另一实施例的一种音频处理装置的示意图。

具体实施方式

为了使本发明公开内容的叙述更加详尽与完备，下文针对本发明的实施方式与具体实施例提出了说明性的描述；但这并非实施或运用本发明具体实施例的唯一形式。实施方式中涵盖了多个具体实施例的特征以及用以建构与操作这些具体实施例的方法步骤与其顺序。然而，亦可利用其他具体实施例来达成相同或均等的功能与步骤顺序。

除非本说明书另有定义，此处所用的科学与技术词汇的含义与本发明所属技术领域技术人员所理解与惯用的意义相同。此外，在不和上下文冲突的情形下，本说明书所用的单数名词涵盖上述名词的复数型；而所用的复数名词时亦涵盖上述名词的单数型。

另外，关于本文中所使用的“耦接”或“连接”，均可指两个或多个元件相互直接作实体或电性接触，或是相互间接作实体或电性接触，亦可指两个或多个元件相互操作或动作。

为使音频的基频及谐波的概念易于理解，请先参阅图1，其所示为一种播放音频的频谱示意图。如图1所示，频率100Hz、200Hz、300Hz、400Hz及500Hz为基频信号。此外，在500Hz以上也存有信号，这些信号即为谐波信号。一旦谐波叠加在原信号上，将导致播放设备所播放的音乐失真。为改善上述音乐失真的问题，本发明提出一种音频处理方法及音频处理装置，其具体改善手段将于后文中详述。

图2所示为依照本发明一实施方式的一种音频处理方法200的流程图。如图所示，音频处理方法200具有以下步骤：

步骤210：由播放设备来播放基频信号；

步骤220：计算基频信号的第一基频音压值及第一谐波音压值；

步骤230：计算音频的第二基频音压值及第二谐波音压值；

步骤240：根据第一基频音压值、第一谐波音压值及第二基频音压值来计算临界音压值；

步骤250：比较第二谐波音压值与临界音压值而产生比较结果，并根据比较结果来修正第二谐波音压值。

为使本发明实施例的音频处理方法200更易于理解，请一并参照图2、图3A及图3B。图3A所示为依照本发明一实施例的一种播放设备所播放的基频信号的示意图，图3B所示为依照本发明另一实施例的一种音频的基频与谐波示意图。

首先，请参照步骤210，由播放设备来播放基频信号。接着，经步骤220计算后，可得到如图3A所示的基频信号的第一基频音压值（Sound PressureLevel,SPL）Xr及第一谐波音压值Yr，上述第一基频音压值Xr是频率fb处的音压值，而上述第一谐波音压值Yr是频率fh处的音压值。同样地，经步骤230计算后，可得到如图3B所示的音频的第二基频音压值Xp及第二谐波音压值Yp，上述第二基频音压值Xp是频率fb处的音压值，而上述第二谐波音压值Yp是频率fh处的音压值。

在取得音频的第二谐波音压值Yp后，为确保当第二谐波音压值Yp叠加在播放设备所播放的基频信号上时不会导致播放设备播放的音乐失真，因此，需要一种机制来预防上述情况发生，此机制将配合步骤240及250而详述如后。

请参照步骤240，根据第一基频音压值Xr、第一谐波音压值Yr及第二基频音压值Xp来计算临界音压值Ys，此临界音压值Ys是用来跟第二谐波音压值Yp进行比较的一个阀值。随后，在步骤250中，比较第二谐波音压值Yp与临界音压值Ys而产生比较结果，并根据比较结果来修正第二谐波音压值Yp，以确保修正后的第二谐波音压值Yp的大小落在一个适当范围内。

如此一来，由于音频处理方法200依据步骤240取得临界音压值Ys，并以临界音压值Ys为阀值，来决定如何修正第二谐波音压值Yp，因此，上述机制能确保修正后的第二谐波音压值Yp落在一个适当范围内，从而当修正后的第二谐波音压值Yp叠加于播放设备所播放的基频信号时，此信号不会超过播放设备的输出极限，据此，播放设备所播放的音乐将得以维持在稳定的情况，而不会产生失真、破音等现象。

在一实施例中，临界音压值Ys的计算方式如后所述。请参照步骤240，在第一基频音压值Xr等于第二基频音压值Xp的情况下，换言之，在第一基频音压值Xr的大小调整成跟第二基频音压值Xp的大小相同时，依照第一基频音压值Xr与第一谐波音压值Yr之间的比例，即可求得临界音压值Ys。更进一步而言，临界音压值Ys的计算公式如下：

$\mathrm{Ys}=\mathrm{Xp}\×\frac{\mathrm{Yr}}{\mathrm{Xr}}$   （公式1）

如公式1所示，将第二基频音压值Xp乘以第一谐波音压值Yr与第一基频音压值Xr的比例，即可求得临界音压值Ys。

在另一实施例中，请参阅步骤250，在比较结果为第二谐波音压值Yp大于临界音压值Ys的情况下，若采用上述播放设备来播放音频时，一旦第二基频音压值Xp所产生的谐波（例如：第二谐波）叠加在播放设备的基频信号上，将导致播放设备所播放的音乐失真、破音，因此，在上述情况下，需要降低第二基频音压值Xp所产生的谐波的音压值（例如：第二谐波音压值Yp），如此，即便降低后的第二谐波音压值Yp叠加在播放设备的基频信号后，亦不会导致播放设备所播放的音乐失真、破音。

在又一实施例中，本发明实施例的音频处理方法200还提供一个步骤来计算步骤250中对第二谐波音压值Yp进行修正的量，此修正量可称为音压值修正量。如此，若第二谐波音压值Yp根据上述音压值修正量来进行修正，将更能确保修正的准确度，使得播放设备所播放的音乐更不易失真、破音。上述音压值修正量的计算方式如下所示：

$\mathrm{Ym}=20\×{\log }_{10}({10}^{\left(\frac{\mathrm{Yp}}{20}\right)}-{10}^{\left(\frac{\mathrm{Ys}}{20}\right)})$   （公式2）

如公式2所示，Ym为音压值修正量，此音压值修正量Ym可根据第二谐波音压值Yp及临界音压值Ys来计算。在取得音压值修正量Ym后，将第二谐波音压值Yp降低至音压值修正量Ym，亦即将第二谐波音压值Yp减去临界音压值Ys，修正后的第二谐波音压值Yp（其值已降低至音压值修正量Ym）将更为准确，而更加得以确保播放设备所播放的音乐不会失真、破音。

图4所示为依照本发明一实施例的一种音频处理装置400的示意图。如图所示，此音频处理装置400具有计算器410、控制单元420、滤波器430及逻辑运算器450。在结构上，控制单元420耦接于计算器410，滤波器430耦接于控制单元420及逻辑运算器450。此音频处理装置400可用以执行图2所示的音频处理方法200的各个步骤，详述如后。

上述计算器410可执行步骤220、230及240，详细而言，计算器410用以接收输入音频，并根据音频来计算音频的第二基频音压值Xp及第二谐波音压值Yp。此外，上述计算器410可由任一测量设备取得播放设备所播放的基频信号的频谱，并根据基频信号的频谱，来计算第一基频音压值Xr及第一谐波音压值Yr，并根据第一基频音压值Xr、第一谐波音压值Yr及第二基频音压值Xp来计算出临界音压值Ys。在此需说明的是，临界音压值Ys的详细计算方式已于上文步骤240的相关段落中说明，为使本发明说明简洁，在此不作赘述。

上述控制单元420及滤波器430可执行步骤250，详细而言，控制单元420比较第二谐波音压值Yp与临界音压值Ys，以产生比较结果。接着，滤波器430根据上述比较结果来修正第二谐波音压值Yp。

进一步而言，滤波器430可根据控制单元420所输出的比较结果来输出滤波信号，逻辑运算器450可将输入音频与上述滤波信号进行运算后，产生输出音频。举例而言，当滤波信号为负值时，输入音频在经过逻辑运算器450的运算后，实际上输入音频会被降低，特别是输入音频的第二谐波音压值Yp会被降低，如此，输入音频的第二谐波音压值Yp将可落在一个适当范围内，从而当修正后的第二谐波音压值Yp叠加在播放设备所播放的基频信号时后，此信号不会超过播放设备的输出极限，据此，播放设备所播放的音乐将得以维持在稳定的情况，而不会产生失真、破音等现象。

图5所示为依照本发明另一实施例的一种音频处理装置400a的示意图。相较于图4所示的音频处理装置400，音频处理装置400a还具有内存440，此外，音频处理装置400a详细介绍控制单元420的内部元件，以使控制单元420的运作机制更易于理解。

如图5所示，控制单元420具有比较器422、频率选择器424、计算器426、控制器428。在结构上，比较器422耦接于计算器410、频率选择器424及控制器428，计算器426耦接于频率选择器424及控制器428，控制器428耦接于滤波器430及内存440，滤波器430耦接于逻辑运算器450。

上述比较器422用以比较第二谐波音压值Yp与临界音压值Ys，以产生比较结果。频率选择器424在比较结果为第二谐波音压值Yp大于临界音压值Ys的情况下，选择音频中需修正的频率。计算器426根据第二谐波音压值Yp及临界音压值Ys来计算音压值修正量Ym。随后，控制器428根据频率选择器424提供的频率及计算器426提供的音压值修正量Ym来产生控制信号。滤波器430接收到上述控制信号后，会根据控制信号将第二谐波音压值Yp降低至音压值修正量Ym，详细而言，会将第二谐波音压值Yp减去临界音压值Ys。在此需说明的是，音压值修正量Ym的详细计算方式，已于上文步骤250的相关段落中说明，为使本发明说明简洁，在此不作赘述。

相较于图4的音频处理装置400，图5的音频处理装置400a还具备内存440，因此，每次输入音频被计算器410及控制单元420处理后，所产生的比较结果或处理结果皆可储存于上述内存440中。如此，当输入相同的音频时，可由控制单元420自内存440读取比较结果或处理结果，以修正第二谐波音压值Yp，而不需重新对相同的音频进行处理。依此，原本的运算步骤将得以被节省，因此，音频处理装置400a所占用的运算资源极低，而能提高音频处理装置400a的处理效率。另外，由于原本的运算步骤将得以被节省，音频处理装置400a将能够快速提供输出音频，播放设备因而能够更快速地根据输出音频来播放音乐。

虽然本发明已以实施例公开如上，然其并非用以限定本发明，任何所属技术领域中具有通常知识的人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的变动与润饰，故本发明的保护范围当视权利要求书所界定者为准。

Claims (10)

1.一种音频处理方法，其特征是，包含以下步骤：

(a)由播放设备来播放基频信号；

(b)计算上述基频信号的第一基频音压值及第一谐波音压值；

(c)计算音频的第二基频音压值及第二谐波音压值；

(d)根据上述第一基频音压值、上述第一谐波音压值及第二基频音压值来计算临界音压值；以及

(e)比较上述第二谐波音压值与上述临界音压值而产生比较结果，并根据上述比较结果来修正上述第二谐波音压值。

2.如权利要求1所述的音频处理方法，其特征是，所述步骤(d)包含：

在第一基频音压值等于所述第二基频音压值的情况下，根据所述第一基频音压值及所述第一谐波音压值的比例计算所述临界音压值。

3.如权利要求1所述的音频处理方法，其特征是，所述步骤(d)包含：

将所述第二基频音压值乘以所述第一谐波音压值与所述第一基频音压值的比例，以计算所述临界音压值。

4.如权利要求1所述的音频处理方法，其特征是，所述步骤(e)包含：

在所述比较结果为所述第二谐波音压值大于所述临界音压值的情况下，根据所述比较结果降低所述第二谐波音压值。

5.如权利要求1所述的音频处理方法，其特征是，还包含：

(f)根据所述第二谐波音压值及所述临界音压值来计算音压值修正量；

所述步骤(e)包含：

根据所述比较结果，将所述第二谐波音压值降低至上述音压值修正量。

6.一种音频处理装置，其特征是，包含：

第一计算器，其用以根据播放设备所播放的基频信号以及音频，分别计算上述基频信号的第一基频音压值及第一谐波音压值，且分别计算上述音频的第二基频音压值及第二谐波音压值，并根据上述第一基频音压值、上述第一谐波音压值及上述第二基频音压值计算临界音压值；

控制单元，其用以比较上述第二谐波音压值与上述临界音压值，以产生比较结果；以及

滤波器，其用以根据上述比较结果修正上述第二谐波音压值。

7.如权利要求6所述的音频处理装置，其特征是，所述控制单元包含：

比较器，其用以比较所述第二谐波音压值与所述临界音压值，以产生所述比较结果；

频率选择器，其在所述比较结果为所述第二谐波音压值大于所述临界音压值的情况下，选择所述音频中需修正的频率；

第二计算器，其根据所述第二谐波音压值及所述临界音压值计算音压值修正量；以及

控制器，其根据上述频率及上述音压值修正量产生控制信号；

其中所述滤波器根据上述控制信号将所述第二谐波音压值降低至上述音压值修正量。

8.如权利要求6所述的音频处理装置，其特征是，在所述第一基频音压值等于所述第二基频音压值的情况下，所述第一计算器根据所述第一基频音压值及所述第一谐波音压值的比例，以计算所述临界音压值。

9.如权利要求6所述的音频处理装置，其特征是，所述第一计算器将所述第二基频音压值乘以所述第一谐波音压值与所述第一基频音压值的比例，以计算所述临界音压值。

10.如权利要求6所述的音频处理装置，其特征是，还包含：

内存，其用以储存所述比较结果，从而在所述音频相同的情况下，由所述控制单元自上述内存读取所述比较结果以修正所述第二谐波音压值。