CN104869503B - 一种基于等响曲线的动态低频加强方法及系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种基于等响曲线的动态低频加强方法及系统，涉及音频信号处理技术领域。该方法包括：采集输入音频信号；对输入音频信号进行分频处理，提取出低频信号和高频信号两个频段分别传输，并保留一路原音频信号；采用AGC算法对低频信号进行动态增益处理，采用静态低频加强算法对原音频信号进行低通滤波加强处理；对高频信号以及处理后的低频信号和原音频信号进行加权求和，得到最终的输出音频信号，高频信号以及处理后的低频信号和原音频信号的权值系数分别为a、b、c，其中，a、b、c的取值范围均为0～1之间，且a+b+c＝1。本发明能够在不同声压级处对不同频率纯音进行叠加不同的增益，使得输出音频信号达到最好的低频加强效果。

Description

一种基于等响曲线的动态低频加强方法及系统
技术领域
本发明属于音频信号处理技术领域，尤其涉及一种基于等响曲线的动态低频加强方法及系统。
背景技术
用耳机输出的音频流，我们可以将其看做是很多不同频率的正弦波的叠加，而低频加强即是通过滤波等方法将音频流中低频成分的声压级进行提高，使声音听起来更加浑厚。
现有技术中的低频加强主要采用滤波器技术，使用不同的滤波器及其他元件进行组合满足不同的需求。而采用单纯的滤波器技术进行低频加强有一定的局限性：在耳机的正常使用中调整音量(实质是缩放音频信号波形的幅度以改变它的声压)是较繁琐的事，而由等响曲线的描述可知，在不同的声压级处不同频率纯音的响度是不同的，所以，在实际应用中对耳机输出的音频流进行低频加强时，需要在不同的声压级处对不同频率的信号添加不同的增益，使得在调整音量时输出音频信号中不同频率信号的增益均符合等响曲线的趋势，达到最好的低频加强效果，然而，现有技术中静态的滤波器组合是无法满足该需求的。
发明内容
本发明实施例的目的在于提供一种基于等响曲线的动态低频加强方法及系统，旨在解决上述静态的滤波器组合无法在不同的声压级处对不同频率的信号添加不同的增益的问题。
本发明实施例是这样实现的，一种基于等响曲线的动态低频加强方法，包括：
采集输入音频信号；
对所述输入音频信号进行分频处理，提取出低频信号和高频信号两个频段分别传输，并保留一路原音频信号；
采用AGC算法对所述低频信号进行动态增益处理，采用静态低频加强算法对所述原音频信号进行低通滤波加强处理；
对所述高频信号以及处理后的低频信号和原音频信号进行加权求和，得到最终的输出音频信号，所述高频信号以及处理后的低频信号和原音频信号的权值系数分别为a、b、c，其中，a、b、c的取值范围均为0～1之间，且a+b+c＝1。
在本发明实施例所述的基于等响曲线的动态低频加强方法中，所述采用AGC算法对所述低频信号进行动态增益处理具体包括：
检测所述低频信号的声压级；
判断所述声压级所处的范围；
若所述声压级处于噪声域，则对所述低频信号进行零增益处理；若所述声压级处于一般信号域，则对所述低频信号进行增益放大处理，使其无限趋近于期望声压域或者进入期望声压域内；若所述声压级处于期望声压域，则采用控制增益系数对所述低频信号的增益进行控制处理，使其保持在期望声压域内；若所述声压级大于期望声压域，则对所述低频信号进行负增益处理，使其进入期望声压域域内。
在本发明实施例所述的基于等响曲线的动态低频加强方法中，所述噪声域的声压级范围为小于或等于-80dB，所述一般信号域的声压级范围为-80dB～-56dB，所述期望声压域的声压级范围为-56dB～24dB。
在本发明实施例所述的基于等响曲线的动态低频加强方法中，所述高频信号以及处理后的低频信号和原音频信号的权值系数a、b、c的值均为1/3。
在本发明实施例所述的基于等响曲线的动态低频加强方法中，所述低频信号为所述输入音频信号中频率小于或等于130HZ的低频段信号，所述高频信号为所述输入音频信号中频率大于或等于1500HZ的高频段信号。
本发明实施例的另一目的是，提供一种基于等响曲线的动态低频加强系统，包括：音频采样模块、分频处理模块、低频带通滤波器、高频带通滤波器、原音频带通滤波器、AGC模块、低通滤波加强模块以及混合器，所述分频处理模块的输入端、低频输出端、高频输出端以及原音频输出端分别对应与所述音频采样模块、所述低频带通滤波器、所述高频带通滤波器以及所述原音频带通滤波器连接，所述低频带通滤波器还通过所述AGC模块连接至所述混合器，所述高频带通滤波器直接连接至所述混合器，所述原音频带通滤波器通过所述低通滤波加强模块连接至所述混合器；其中：
所述音频采样模块，用于采集输入音频信号；
所述分频处理模块，用于对所述输入音频信号进行分频处理，提取出低频信号和高频信号两个频段分别通过所述低频带通滤波器和所述高频带通滤波器进行传输，并保留一路原音频信号通过所述原音频带通滤波器进行传输；
所述AGC模块，用于采用AGC算法对所述低频信号进行动态增益处理；
所述低通滤波加强模块，用于采用静态低频加强算法对所述原音频信号进行低通滤波加强处理；
所述混合器，用于对所述高频信号以及处理后的低频信号和原音频信号进行加权求和，得到最终的输出音频信号，其中，所述高频信号以及处理后的低频信号和原音频信号的权值系数分别为a、b、c，其中，a、b、c的取值范围均为0～1之间，且a+b+c＝1。
在本发明实施例所述的基于等响曲线的动态低频加强系统中，所述AGC模块包括：
声压级检测单元，用于检测所述低频信号的声压级；
比较单元，用于判断所述声压级所处的范围；
增益调节单元，用于若所述声压级处于噪声域，则对所述低频信号进行零增益处理；若所述声压级处于一般信号域，则对所述低频信号进行增益放大处理，使其无限趋近于期望声压域或者进入期望声压域内；若所述声压级处于期望声压域，则采用控制增益系数对所述低频信号的增益进行控制处理，使其保持在期望声压域内；若所述声压级大于期望声压域，则对所述低频信号进行负增益处理，使其进入期望声压域域内。
在本发明实施例所述的基于等响曲线的动态低频加强系统中，所述噪声域的声压级范围为小于或等于-80dB，所述一般信号域的声压级范围为-80dB～-56dB，所述期望声压域的声压级范围为-56dB～24dB。
在本发明实施例所述的基于等响曲线的动态低频加强系统中，所述高频信号以及处理后的低频信号和原音频信号的权值系数a、b、c的值均为1/3。
在本发明实施例所述的基于等响曲线的动态低频加强系统中，所述低频信号为所述输入音频信号中频率小于或等于130HZ的低频段信号，所述高频信号为所述输入音频信号中频率大于或等于1500HZ的高频段信号。
实施本发明实施例提供的基于等响曲线的动态低频加强方法及系统，具有以下有益效果：
本发明实施例由于在采集输入音频信号后先对输入音频信号进行分频处理，提取出低频信号和高频信号两个频段分别传输，并保留一路原音频信号；然后，分别采用AGC算法对低频信号进行动态增益处理，采用静态低频加强算法对原音频信号进行低通滤波加强处理；最后再对高频信号以及处理后的低频信号和原音频信号进行加权求和，得到最终的输出音频信号，其中，高频信号以及处理后的低频信号和原音频信号的权值系数分别为a、b、c，且a+b+c＝1，从而能够实现在不同声压级处对不同频率的信号添加不同的增益，使得在调整音量时输出音频信号中不同频率信号的增益均符合等响曲线的趋势，可以达到最好的低频加强效果，并且能够保证低频加强效果的稳定性。
附图说明
图1是本发明实施例提供的基于等响曲线的动态低频加强方法的实现流程图；
图2是本发明实施例提供的基于等响曲线的动态低频加强方法S103的具体实现流程图；
图3是本发明实施例提供的基于等响曲线的动态低频加强系统的结构框图；
图4是本发明实施例提供的基于等响曲线的动态低频加强系统中AGC模块的结构框图。
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。
图1是本发明实施例提供的基于等响曲线的动态低频加强方法的实现流程图。该方法中采用了AGC(Automatic gain control，自动增益控制)算法和静态低频加强算法，能够使该基于等响曲线的动态低频加强方法实现自适应的特性以及保证低频加强效果的稳定性，这里我们将这两种算法的结合称为动态低频加强算法，并将该动态低频加强算法命名为GASS(Grandsun Bass)。参见图1所示，该方法的实现流程详述如下：
在S101中，采集输入音频信号。
在S102中，对所述输入音频信号进行分频处理，提取出低频信号和高频信号两个频段分别传输，并保留一路原音频信号。
在本实施例中，所述低频信号为所述输入音频信号中频率小于或等于130HZ的低频段纯音信号，所述高频信号为所述输入音频信号中频率大于或等于1500HZ的高频段纯音信号，且本实施例中分频处理后的低频信号、高频信号以及原音频信号分别对应经三路不同的带通滤波器进行传输。
在S103中，采用AGC算法对所述低频信号进行动态增益处理，采用静态低频加强算法对所述原音频信号进行低通滤波加强处理。
在本实施例中，由于AGC算法会对全频域增益调整，故在对输入音频信号进行低频加强之前先提取出低频信号，防止AGC算法将输入音频信号中的高频信号一并加强，从而能够达到对等响曲线上不同频率的纯音叠加不同增益的效果。在本实施例中，采用静态低频加强算法对对原音频信号进行低通滤波加强处理时，对低通滤波后的原音频信号施加的增益为18dB，当然在其它实施例中，我们可以根据实际情况调整该增益大小。
进一步的，本实施例中采用AGC算法对所述低频信号进行动态增益处理的过程如图2所示：
在S201中，检测所述低频信号的声压级。
在本实施例中我们采用声压计检测所述低频信号的声压级。
在S202中，判断所述声压级所处的范围。
在本实施例中，声压级包括噪声域、一般信号域以及期望声压域，其中，所述噪声域的声压级范围为小于或等于-80dB，所述一般信号域的声压级范围为-80dB～-56dB，所述期望声压域的声压级范围为-56dB～24dB。
在S203中，若所述声压级处于噪声域，则对所述低频信号进行零增益处理；若所述声压级处于一般信号域，则对所述低频信号进行增益放大处理，使其无限趋近于期望声压域或者进入期望声压域；若所述声压级处于期望声压域范围内，则采用控制增益系数对所述低频信号的增益进行控制处理，使其保持在期望声压域内；若所述声压级大于期望声压域，则对所述低频信号进行负增益处理，使其进入期望声压域域内。进一步的，本实施例中的期望声压域可以分为-56dB～12dB和12dB～24dB两个范围，当低频信号的声压级处于-56～12dB的区域内时采用大于1的增益系数对该低频信号进行增益处理，使该低频信号的声压级无线趋近于12dB；当低频信号的声压级处于12dB～24dB时，则采用小于1的增益系数对该低频信号进行增益处理，使该低频信号的声压级始终保持在期望声压域内。
在本实施例中，AGC算法可以根据低频信号的声压级所处的范围对其添加不同大小的增益，从而能够在用户调整音量时，根据音量的变化动态的调整施加在低频信号上的增益，实现在不同的声压级处对低频信号叠加不同的增益。
在S104中，对所述高频信号以及处理后的低频信号和原音频信号进行加权求和，得到最终的输出音频信号，所述高频信号以及处理后的低频信号和原音频信号的权值系数分别为a、b、c，其中，a、b、c的取值范围均在0～1之间，且a+b+c＝1。
在本实施例中，所述高频信号以及处理后的低频信号和原音频信号的权值系数a、b、c的值均为1/3。应当理解的是，在其它实施例中我们可以根据具体的情况来重新设定a、b、c三者的权重。
本发明实施例提供的基于等响曲线的动态低频加强方法，由于在进行低频加强之前先对采集的输入音频信号进行分频处理，从而能够防止将输入音频信号中的高频信号一并加强，达到对不同频率的信号添加不同的增益；由于采用AGC算法对低频信号进行动态增益处理，从而能够在用户调整音量时，根据音量的变化动态的调整施加在低频信号上的增益，实现GASS的动态性；由于采用静态低频加强算法对原音频信号进行低通滤波加强处理，并对高频信号以及处理后的低频信号和原音频信号进行加权求和，得到最终的输出音频信号，使得在调整音量时输出音频信号中不同频率信号的增益均符合等响曲线的趋势，可以达到最好的低频加强效果，并且能够保证低频加强效果的稳定性。
图3示出了本发明实施例提供的基于等响曲线的动态低频加强系统的结构框图，该系统用于运行本发明图1至图2实施例所述的基于等响曲线的动态低频加强方法。为了便于说明，仅示出了与本实施例相关的部分。
参照图3，该系统包括音频采样模块1、分频处理模块2、低频带通滤波器3、高频带通滤波器4、原音频带通滤波器5、AGC模块6、低通滤波加强模块7以及混合器8，所述分频处理模块2的输入端、低频输出端、高频输出端以及原音频输出端分别对应与所述音频采样模块1、所述低频带通滤波器3、所述高频带通滤波器4以及所述原音频带通滤波器5连接，所述低频带通滤波器3还通过所述AGC模块6连接至所述混合器，所述高频带通滤波器4直接连接至所述混合器，所述原音频带通滤波器5通过所述低通滤波加强模块7连接至所述混合器8；其中：
所述音频采样模块1，用于接收输入音频信号。
所述分频处理模块2，用于对输入音频信号进行分频处理，提取出低频信号和高频信号两个频段分别通过所述低频带通滤波器3和所述高频带通滤波器4进行传输，并保留一路原音频信号通过所述原音频带通滤波器5进行传输。在本实施例中，所述低频信号为所述输入音频信号中频率小于或等于130HZ的低频段信号，所述高频信号为所述输入音频信号中频率大于或等于1500HZ的高频段信号。
所述AGC模块6，用于采用AGC算法对所述低频信号进行动态增益处理。
所述低通滤波加强模块7，用于采用静态低频加强算法对所述原音频信号进行低通滤波加强处理。在本实施例中，所述低通滤波加强模块7对原音频信号进行低通滤波加强处理时，对低通滤波后的原音频信号施加的增益为18dB，当然在其它实施例中，我们可以根据实际情况调整该增益的大小。
所述混合器8，用于对所述高频信号以及处理后的低频信号和原音频信号进行加权求和，得到最终的输出音频信号，所述高频信号以及处理后的低频信号和原音频信号的权值系数分别为a、b、c，其中，a、b、c的取值范围均在0～1之间，且a+b+c＝1。在本实施例中，所述高频信号以及处理后的低频信号和原音频信号的权值系数a、b、c的值均为1/3。应当理解的是，在其它实施例中我们可以根据具体的情况来重新设定a、b、c三者的权重。
进一步的，图4示出了本发明实施例提供的基于等响曲线的动态低频加强系统中AGC模块的结构框图。为了便于说明，仅示出了与本实施例相关的部分。
参见图4所示，所述AGC模块6包括：
声压级检测单元61，用于检测所述低频信号的声压级；在本实施例中声压级检测单元61采用声压计。
比较单元62，用于判断所述声压级所处的范围；在本实施例中，声压级包括噪声域、一般信号域以及期望声压域，其中，所述噪声域的声压级范围为小于或等于-80dB，所述一般信号域的声压级范围为-80dB～-56dB，所述期望声压域的声压级范围为-56dB～24dB。
增益调节单元63，用于若所述声压级处于噪声域，则对所述低频信号进行零增益处理；若所述声压级处于一般信号域，则对所述低频信号进行增益放大处理，使其无限趋近于期望声压域或者进入期望声压域；若所述声压级处于期望声压域范围内，则采用控制增益系数对所述低频信号的增益进行控制处理，使其保持在期望声压域内；若所述声压级大于期望声压域，则对所述低频信号进行负增益处理，使其进入期望声压域域内。
本发明实施例提供的基于等响曲线的动态低频加强系统，由于在进行低频加强之前先对采集的输入音频信号进行分频处理，从而能够防止将输入音频信号中的高频信号一并加强，达到对不同频率的信号添加不同的增益；由于采用AGC模块对低频信号进行动态增益处理，从而能够在用户调整音量时，根据音量的变化动态的调整施加在低频信号上的增益，实现GASS的动态性；由于采用低通滤波加强模块对原音频信号进行低通滤波加强处理，并通过混合器对高频信号以及处理后的低频信号和原音频信号进行加权求和，得到最终的输出音频信号，使得在调整音量时输出音频信号中不同频率信号的增益均符合等响曲线的趋势，以达到最好的低频加强效果，并且能够保证低频加强效果的稳定性。
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 (8)

1.一种基于等响曲线的动态低频加强方法，其特征在于，包括：
采集输入音频信号；
对所述输入音频信号进行分频处理，提取出低频信号和高频信号两个频段分别传输，并保留一路原音频信号；
采用AGC算法对所述低频信号进行动态增益处理，采用静态低频加强算法对所述原音频信号进行低通滤波加强处理；
对所述高频信号以及处理后的低频信号和原音频信号进行加权求和，得到最终的输出音频信号，所述高频信号以及处理后的低频信号和原音频信号的权值系数分别为a、b、c，其中，a、b、c的取值范围均为0～1之间，且a+b+c＝1；
所述采用AGC算法对所述低频信号进行动态增益处理具体包括：
检测所述低频信号的声压级；
判断所述声压级所处的范围，所述声压级包括噪声域、一般信号域以及期望声压域；
根据低频信号的声压级所处的范围对其添加不同大小的增益，其中，当所述声压级处于所述噪声域时，对所述低频信号进行零增益处理；若所述声压级处于一般信号域，则对所述低频信号进行增益放大处理，使其无限趋近于期望声压域或者进入期望声压域内；若所述声压级处于期望声压域，则采用控制增益系数对所述低频信号的增益进行控制处理，使其保持在期望声压域内；若所述声压级大于期望声压域，则对所述低频信号进行负增益处理，使其进入期望声压域内。
2.权利要求1所述的基于等响曲线的动态低频加强方法，其特征在于，所述噪声域的声压级范围为小于或等于-80dB，所述一般信号域的声压级范围为-80dB～-56dB，所述期望声压域的声压级范围为-56dB～24dB。
3.权利要求1所述的基于等响曲线的动态低频加强方法，其特征在于，所述高频信号以及处理后的低频信号和原音频信号的权值系数a、b、c的值均为1/3。
4.权利要求1所述的基于等响曲线的动态低频加强方法，其特征在于，所述低频信号为所述输入音频信号中频率小于或等于130HZ的低频段纯音信号，所述高频信号为所述输入音频信号中频率大于或等于1500HZ的高频段纯音信号。
5.一种基于等响曲线的动态低频加强系统，其特征在于，包括：音频采样模块、分频处理模块、低频带通滤波器、高频带通滤波器、原音频带通滤波器、AGC模块、低通滤波加强模块以及混合器，所述分频处理模块的输入端、低频输出端、高频输出端以及原音频输出端分别对应与所述音频采样模块、所述低频带通滤波器、所述高频带通滤波器以及所述原音频带通滤波器连接，所述低频带通滤波器还通过所述AGC模块连接至所述混合器，所述高频带通滤波器直接连接至所述混合器，所述原音频带通滤波器通过所述低通滤波加强模块连接至所述混合器；其中：
所述音频采样模块，用于采集输入音频信号；
所述分频处理模块，用于对所述输入音频信号进行分频处理，提取出低频信号和高频信号两个频段分别通过所述低频带通滤波器和所述高频带通滤波器进行传输，并保留一路原音频信号通过所述原音频带通滤波器进行传输；
所述AGC模块，用于采用AGC算法对所述低频信号进行动态增益处理；
所述低通滤波加强模块，用于采用静态低频加强算法对所述原音频信号进行低通滤波加强处理；
所述混合器，用于对所述高频信号以及处理后的低频信号和原音频信号进行加权求和，得到最终的输出音频信号，所述高频信号以及处理后的低频信号和原音频信号的权值系数分别为a、b、c，其中，a、b、c的取值范围均为0～1之间，且a+b+c＝1；
所述AGC模块所述AGC模块包括：
声压级检测单元，用于检测所述低频信号的声压级；
比较单元，用于判断所述声压级所处的范围，所述声压级包括噪声域、一般信号域以及期望声压域；
增益调节单元，用于根据低频信号的声压级所处的范围对其添加不同大小的增益，其中，当所述声压级处于所述噪声域时，对所述低频信号进行零增益处理；若所述声压级处于噪声域，则对所述低频信号进行零增益处理；若所述声压级处于一般信号域，则对所述低频信号进行增益放大处理，使其无限趋近于期望声压域或者进入期望声压域内；若所述声压级处于期望声压域，则采用控制增益系数对所述低频信号的增益进行控制处理，使其保持在期望声压域内；若所述声压级大于期望声压域，则对所述低频信号进行负增益处理，使其进入期望声压域域内。
6.权利要求5所述的基于等响曲线的动态低频加强系统，其特征在于，所述噪声域的声压级范围为小于或等于-80dB，所述一般信号域的声压级范围为-80dB～-56dB，所述期望声压域的声压级范围为-56dB～24dB。
7.权利要求5所述的基于等响曲线的动态低频加强系统，其特征在于，所述高频信号以及处理后的低频信号和原音频信号的权值系数a、b、c的值均为1/3。
8.权利要求5所述的基于等响曲线的动态低频加强系统，其特征在于，所述低频信号为所述输入音频信号中频率小于或等于130HZ的低频段信号，所述高频信号为所述输入音频信号中频率大于或等于1500HZ的高频段信号。
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