CN106604199B - 一种数字音频信号的矩阵处理方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种数字音频信号的矩阵处理方法及装置，在所述方法中，多个预设的转化系数矩阵经过一次构造并存储后，可在矩阵处理方法中多次使用，以适应不同的应用场景，不需要随着目标音频输入通道和目标音频输出通道的不同，而重新构造转化系数矩阵，有利于简化矩阵处理方法。另外，由于预设的各个转化系数矩阵横向量的种类以及排列顺序与音频输出通道的种类和排列顺序相对应，纵向量的种类以及排列顺序与音频输入通道的种类和排列顺序相对应，因此，在获取目标输出矩阵时，只有目标音频输入通道对应的目标输入矩阵以及目标音频输入通道、目标音频输出通道对应的目标转化系数矩阵参与运算，有利于降低运算复杂度和系统资源占用量。

Description

一种数字音频信号的矩阵处理方法及装置

技术领域

本发明涉及数字音频信号领域，尤其涉及一种数字音频信号的矩阵处理方法及装置。

背景技术

为了获得稳定、均衡的高质量音频，通常需要通过数字音频处理器调节输入的音频信号。常见的数字音频处理器先将多通道输入的模拟信号转化为数字信号，对数字信号执行一系列可调谐的算法处理后，再通过多个音频输出通道输出。当输入通道的种类与输出通道的种类不一致时，需要通过矩阵算法将输入音频转化为与输出通道对应的多个音频，再经音频输出通道输出。

数字音频信号的矩阵算法通常先将输入的数字音频信号转化为相应的音频输入矩阵，音频输入矩阵与预设的转化系数矩阵相乘的结果即为音频输出矩阵，根据音频输出矩阵可获得与各个音频输出通道对应的音频输出信号。常见的数字音频信号的矩阵算法中通常设有一个固定的转化系数矩阵。目前，音频输入通道最多可为8声道，为适应不同类型音频输入通道的实际需求，音频输入矩阵和转化系数矩阵通常设计为8*8矩阵。

在进行数字音频信号转化时，音频输入矩阵和转化系数矩阵中的各组分量均需进行乘积运算，即进行64次组运算。以上运算方法将占用数字音频处理器过多的系统资源，约100～150MIPS(单字长定点指令平均执行速度，英文全称：Million Instructions PerSecond)，降低数字音频处理器的响应速度。

发明内容

本发明提供一种数字音频信号的矩阵处理方法及装置，以解决现有技术中系统资源占用量大的技术问题。

本发明提供一种数字音频信号的矩阵处理方法，所述方法包括：

确定各个目标音频输入通道的种类和排列顺序，以及，各个目标音频输出通道的种类和排列顺序；

根据所述各个目标音频输入通道的排列顺序，确定音频信号的目标输入矩阵；

根据所述各个目标音频输入通道的种类和排列顺序，以及，所述各个目标音频输出通道的种类和排列顺序，从多个预设的转化系数矩阵中选取目标转化系数矩阵，所述转化系数矩阵横向量的排列顺序与音频输出通道的排列顺序相对应，所述转化系数矩阵纵向量的排列顺序与音频输入通道的排列顺序相对应；

根据所述目标输入矩阵和所述目标转化系数矩阵，获取目标输出矩阵；

在所述目标音频输出通道中对应输出所述目标输出矩阵中的音频信号。

优选的，根据所述各个目标音频输入通道的排列顺序，确定音频信号的目标输入矩阵包括：

按照预设的采样周期获取各目标音频输入通道的采样信号；

按照目标音频输入通道的排列顺序纵向排列同一个采样周期的各采样信号；

按照采样周期的时间顺序横向排列属于同一目标音频输入通道的各个采样信号。

优选的，根据所述各个目标音频输入通道的种类和排列顺序，以及，所述各个目标音频输出通道的种类和排列顺序，从多个预设的转化系数矩阵中选取目标转化系数矩阵包括：

从多个预设的转化系数矩阵中选取横向量的种类为所述目标音频输出通道的种类、横向量的排列顺序为所述各个目标音频输出通道的排列顺序、纵向量的种类为所述目标音频输入通道的种类、纵向量的排列顺序为所述各个目标音频输入通道的排列顺序的转化系数矩阵。

优选的，根据所述目标输入矩阵和所述目标转化系数矩阵，获取目标输出矩阵包括：

获取所述目标输入矩阵和所述目标转化系数矩阵的乘积矩阵；

判断所述乘积矩阵对应的矩阵值是否高于正限幅电平；

如果所述乘积矩阵对应的矩阵值高于正限幅电平，则将所述矩阵值赋值为所述正限幅电平；

判断所述乘积矩阵对应的矩阵值是否低于正限幅电平；

如果所述乘积矩阵对应的矩阵值低于负限幅电平，则将所述矩阵值赋值为所述负限幅电平。

本发明提供一种数字音频信号的矩阵处理装置，所述装置包括：

确定模块，用于确定各个目标音频输入通道的种类和排列顺序，以及，各个目标音频输出通道的种类和排列顺序；

目标输入矩阵确定模块，用于根据所述各个目标音频输入通道的排列顺序，确定音频信号的目标输入矩阵；

目标转化系数矩阵选取模块，用于根据所述各个目标音频输入通道的种类和排列顺序，以及，所述各个目标音频输出通道的种类和排列顺序，从多个预设的转化系数矩阵中选取目标转化系数矩阵，所述转化系数矩阵横向量的排列顺序与音频输出通道的排列顺序相对应，所述转化系数矩阵纵向量的排列顺序与音频输入通道的排列顺序相对应；

目标输出矩阵获取模块，用于根据所述目标输入矩阵和所述目标转化系数矩阵，获取目标输出矩阵；

音频信号输出模块，用于在所述目标音频输出通道中对应输出所述目标输出矩阵中的音频信号。

优选的，所述目标输入矩阵确定模块包括：

采样信号获取子模块，用于按照预设的采样周期获取各目标音频输入通道的采样信号；

第一排列子模块，用于按照目标音频输入通道的排列顺序纵向排列同一个采样周期的各采样信号；

第二排列子模块，用于按照采样周期的时间顺序横向排列同一目标音频输入通道的各个采样信号。

优选的，目标转化系数矩阵选取模块包括：

选取子模块，用于从多个预设的转化系数矩阵中选取横向量的种类为所述目标音频输出通道的种类、横向量的排列顺序为所述各个目标音频输出通道的排列顺序、纵向量的种类为所述目标音频输入通道的种类、纵向量的排列顺序为所述各个目标音频输入通道的排列顺序的转化系数矩阵。

优选的，目标输出矩阵获取模块包括：

乘积矩获取子模块，用于阵获取所述目标输入矩阵和所述目标转化系数矩阵的乘积矩阵；

第一判断子模块，用于判断所述乘积矩阵对应的矩阵值是否高于正限幅电平；

第一赋值子模块，用于当所述乘积矩阵对应的矩阵值高于正限幅电平时，将所述矩阵值赋值为所述正限幅电平；

第二判断子模块，用于判断所述乘积矩阵对应的矩阵值是否低于正限幅电平；

第二赋值子模块，用于当所述乘积矩阵对应的矩阵值低于负限幅电平时，则将所述矩阵值赋值为所述负限幅电平。

本发明的实施例提供的技术方案可以包括以下有益效果：

本发明提供一种数字音频信号的矩阵处理方法及装置，在所述方法中，多个预设的转化系数矩阵经过一次构造并存储后，可在矩阵处理方法中多次使用，以适应不同的应用场景，不需要随着目标音频输入通道和目标音频输出通道的不同，而重新构造转化系数矩阵，有利于简化矩阵处理方法。另外，由于预设的各个转化系数矩阵横向量的种类以及排列顺序与音频输出通道的种类和排列顺序相对应，纵向量的种类以及排列顺序与音频输入通道的种类和排列顺序相对应，因此，在获取目标输出矩阵时，只有目标音频输入通道对应的目标输入矩阵以及目标音频输入通道、目标音频输出通道对应的目标转化系数矩阵参与运算，有利于降低运算复杂度和系统资源占用量。

应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本发明。

附图说明

图1是本发明实施例中提供的一种数字音频信号的矩阵处理方法的方法流程图；

图2是本发明实施例中提供的步骤S200的方法流程图；

图3是本发明实施例中提供的步骤S400的方法流程图；

图4是本发明实施例中提供的一种数字音频信号的矩阵处理装置的结构示意图；

图5是本发明实施例中提供的目标输入矩阵确定模块700的结构示意图；

图6是本发明实施例中提供的目标输出矩阵获取模块900的结构示意图。

具体实施方式

这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本发明相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本发明的一些方面相一致的装置的例子。

本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其它实施例的不同之处。

图1是本发明实施例中提供的一种数字音频信号的矩阵处理方法的方法流程图。由图1可见，所述方法包括：

步骤S100：确定各个目标音频输入通道的种类和排列顺序，以及，各个目标音频输出通道的种类和排列顺序。

本实施例中，可通过语音信号检测模块，检测各个目标音频输入通道的种类和排列顺序，以及，各个目标音频输出通道的种类和排列顺序。当目标音频输入通道和目标音频输出通道发生变化时，语音信号检测模块可将检测结果发送至数字音频处理器，以便数字音频处理器更新目标转化系数矩阵。

步骤S200：根据所述各个目标音频输入通道的排列顺序，确定音频信号的目标输入矩阵。

图2是本发明实施例中提供的步骤S200的方法流程图。由图2可见，步骤S200包括：

步骤S201：按照预设的采样周期获取各目标音频输入通道的采样信号。

步骤S202：按照目标音频输入通道的排列顺序纵向排列同一个采样周期的各采样信号。

步骤S203：按照采样周期的时间顺序横向排列属于同一目标音频输入通道的各个采样信号。

按照以上方法确定的音频信号的目标输入矩阵，仅与目标音频输入通道相关，可以有效减少目标输入矩阵的行数和列数，进而降低矩阵处理方法运算的复杂程度。

步骤S300：根据所述各个目标音频输入通道的种类和排列顺序，以及，所述各个目标音频输出通道的种类和排列顺序，从多个预设的转化系数矩阵中选取目标转化系数矩阵。

所述转化系数矩阵横向量的排列顺序与音频输出通道的排列顺序相对应，所述转化系数矩阵纵向量的排列顺序与音频输入通道的排列顺序相对应。具体的，从多个预设的转化系数矩阵中选取横向量的种类为所述目标音频输出通道的种类、横向量的排列顺序为所述各个目标音频输出通道的排列顺序、纵向量的种类为所述目标音频输入通道的种类、纵向量的排列顺序为所述各个目标音频输入通道的排列顺序的转化系数矩阵。为了便与存储，每个预设的转化系数矩阵可对应于一个转化系数列表，根据转化系数列表中存储的转化系数可获得转化系数矩阵。其中，每一个转化系数列表对应的转化系数可根据经验或者实际需求确定。

例如，假设目标音频输出通道为：Out_Ch_0、Out_Ch_1、Out_Ch_4、Out_Ch_5，目标音频输入通道为In_Ch_0和In_Ch_1，在选取目标转化系数矩阵时，可先选取获得目标转化系数列表，再根据目标转化系数列表中的相应转化系数获得目标转化系数矩阵。目标转化系数列表如表1所示。

表1：目标转化系数列表

根据目标转化系数列表中的转化系数可获取目标转化系数矩阵为：

如果目标音频输入通道变更为In_Ch_0～In_Ch_7八个通道均有输入时，语音信号检测模块自动反馈至数字音频处理器，数字音频处理器重新更新目标转化系数列表如表2。

表2：更新后的目标转化系数列表

根据目标转化系数列表中的转化系数可获取目标转化系数矩阵为：

步骤S400：根据所述目标输入矩阵和所述目标转化系数矩阵，获取目标输出矩阵。

图3是本发明实施例中提供的步骤S400的方法流程图。由图3可见，步骤S400包括：

步骤S401：获取所述目标输入矩阵和所述目标转化系数矩阵的乘积矩阵。

步骤S402：判断所述乘积矩阵对应的矩阵值是否高于正限幅电平。

步骤S403：如果所述乘积矩阵对应的矩阵值高于正限幅电平，则将所述矩阵值赋值为所述正限幅电平。

步骤S404：判断所述乘积矩阵对应的矩阵值是否低于正限幅电平。

步骤S405：如果所述乘积矩阵对应的矩阵值低于负限幅电平，则将所述矩阵值赋值为所述负限幅电平。

将乘积矩阵对应的矩阵值限制在正限幅电平和负限幅电平之间，有利于防止目标输出矩阵对应的输出信号过强而出现爆音的现象，或者，输出信号过弱而影响音频输出效果。

步骤S500：在所述目标音频输出通道中对应输出所述目标输出矩阵中的音频信号。

图4是本发明实施例中提供的一种数字音频信号的矩阵处理装置的结构示意图。由图4可见，所述装置包括：

确定模块600，用于确定各个目标音频输入通道的种类和排列顺序，以及，各个目标音频输出通道的种类和排列顺序。

目标输入矩阵确定模块700，用于根据所述各个目标音频输入通道的排列顺序，确定音频信号的目标输入矩阵。

目标转化系数矩阵选取模块800，用于根据所述各个目标音频输入通道的种类和排列顺序，以及，所述各个目标音频输出通道的种类和排列顺序，从多个预设的转化系数矩阵中选取目标转化系数矩阵，所述转化系数矩阵横向量的排列顺序与音频输出通道的排列顺序相对应，所述转化系数矩阵纵向量的排列顺序与音频输入通道的排列顺序相对应。

目标输出矩阵获取模块900，用于根据所述目标输入矩阵和所述目标转化系数矩阵，获取目标输出矩阵。

音频信号输出模块1000，用于在所述目标音频输出通道中对应输出所述目标输出矩阵中的音频信号。

图5是本发明实施例中提供的目标输入矩阵确定模块700的结构示意图。由图5可见，所述目标输入矩阵确定模块700包括：

采样信号获取子模块701，用于按照预设的采样周期获取各目标音频输入通道的采样信号。

第一排列子模块702，用于按照目标音频输入通道的排列顺序纵向排列同一个采样周期的各采样信号。

第二排列子模块703，用于按照采样周期的时间顺序横向排列同一目标音频输入通道的各个采样信号。

图6是本发明实施例中提供的目标输出矩阵获取模块900的结构示意图。由图6可见，所述目标输出矩阵获取模块900包括：

乘积矩获取子模块901，用于阵获取所述目标输入矩阵和所述目标转化系数矩阵的乘积矩阵。

第一判断子模块902，用于判断所述乘积矩阵对应的矩阵值是否高于正限幅电平。

第一赋值子模块903，用于当所述乘积矩阵对应的矩阵值高于正限幅电平时，将所述矩阵值赋值为所述正限幅电平。

第二判断子模块904，用于判断所述乘积矩阵对应的矩阵值是否低于正限幅电平。

第二赋值子模块905，用于当所述乘积矩阵对应的矩阵值低于负限幅电平时，则将所述矩阵值赋值为所述负限幅电平。

另外，目标转化系数矩阵选取模块800还包括选取子模块801，用于从多个预设的转化系数矩阵中选取横向量的种类为所述目标音频输出通道的种类、横向量的排列顺序为所述各个目标音频输出通道的排列顺序、纵向量的种类为所述目标音频输入通道的种类、纵向量的排列顺序为所述各个目标音频输入通道的排列顺序的转化系数矩阵。

以上所述的本发明实施方式，并不构成对本发明保护范围的限定。任何在本发明的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

需要说明的是，在本文中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上所述仅是本发明的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (6)

1.一种数字音频信号的矩阵处理方法，其特征在于，所述方法包括：

确定各个目标音频输入通道的种类和排列顺序，以及，各个目标音频输出通道的种类和排列顺序；

根据所述各个目标音频输入通道的排列顺序，确定音频信号的目标输入矩阵；

根据所述各个目标音频输入通道的种类和排列顺序，以及，所述各个目标音频输出通道的种类和排列顺序，从一个固定的预设的转化系数矩阵中选取目标转化系数矩阵，所述目标转化系数矩阵横向量的排列顺序与音频输出通道的排列顺序相对应，所述目标转化系数矩阵纵向量的排列顺序与音频输入通道的排列顺序相对应；

根据所述目标输入矩阵和所述目标转化系数矩阵，获取目标输出矩阵；

在所述目标音频输出通道中对应输出所述目标输出矩阵中的音频信号，其中，根据所述各个目标音频输入通道的排列顺序，确定音频信号的目标输入矩阵包括：

按照预设的采样周期获取各目标音频输入通道的采样信号；

按照目标音频输入通道的排列顺序纵向排列同一个采样周期的各采样信号；

按照采样周期的时间顺序横向排列属于同一目标音频输入通道的各个采样信号。

2.根据权利要求1所述的数字音频信号的矩阵处理方法，其特征在于，根据所述各个目标音频输入通道的种类和排列顺序，以及，所述各个目标音频输出通道的种类和排列顺序，从一个固定的预设的转化系数矩阵中选取目标转化系数矩阵包括：

从一个固定的预设的转化系数矩阵中选取横向量的种类为所述目标音频输出通道的种类、横向量的排列顺序为所述各个目标音频输出通道的排列顺序、纵向量的种类为所述目标音频输入通道的种类、纵向量的排列顺序为所述各个目标音频输入通道的排列顺序的转化系数矩阵。

3.根据权利要求1所述的数字音频信号的矩阵处理方法，其特征在于，根据所述目标输入矩阵和所述目标转化系数矩阵，获取目标输出矩阵包括：

获取所述目标输入矩阵和所述目标转化系数矩阵的乘积矩阵；

判断所述乘积矩阵对应的矩阵值是否高于正限幅电平；

如果所述乘积矩阵对应的矩阵值高于正限幅电平，则将所述矩阵值赋值为所述正限幅电平；

判断所述乘积矩阵对应的矩阵值是否低于正限幅电平；

如果所述乘积矩阵对应的矩阵值低于负限幅电平，则将所述矩阵值赋值为所述负限幅电平。

4.一种数字音频信号的矩阵处理装置，其特征在于，所述装置包括：

确定模块，用于确定各个目标音频输入通道的种类和排列顺序，以及，各个目标音频输出通道的种类和排列顺序；

目标输入矩阵确定模块，用于根据所述各个目标音频输入通道的排列顺序，确定音频信号的目标输入矩阵；

目标转化系数矩阵选取模块，用于根据所述各个目标音频输入通道的种类和排列顺序，以及，所述各个目标音频输出通道的种类和排列顺序，从一个固定的预设的转化系数矩阵中选取目标转化系数矩阵，所述目标转化系数矩阵横向量的排列顺序与音频输出通道的排列顺序相对应，所述目标转化系数矩阵纵向量的排列顺序与音频输入通道的排列顺序相对应；

目标输出矩阵获取模块，用于根据所述目标输入矩阵和所述目标转化系数矩阵，获取目标输出矩阵；

音频信号输出模块，用于在所述目标音频输出通道中对应输出所述目标输出矩阵中的音频信号，其中，所述目标输入矩阵确定模块包括：

采样信号获取子模块，用于按照预设的采样周期获取各目标音频输入通道的采样信号；

第一排列子模块，用于按照目标音频输入通道的排列顺序纵向排列同一个采样周期的各采样信号；

第二排列子模块，用于按照采样周期的时间顺序横向排列同一目标音频输入通道的各个采样信号。

5.根据权利要求4所述的数字音频信号的矩阵处理方法，其特征在于，目标转化系数矩阵选取模块包括：

选取子模块，用于从一个固定的预设的转化系数矩阵中选取横向量的种类为所述目标音频输出通道的种类、横向量的排列顺序为所述各个目标音频输出通道的排列顺序、纵向量的种类为所述目标音频输入通道的种类、纵向量的排列顺序为所述各个目标音频输入通道的排列顺序的转化系数矩阵。

6.根据权利要求4所述的数字音频信号的矩阵处理方法，其特征在于，目标输出矩阵获取模块包括：

乘积矩获取子模块，用于阵获取所述目标输入矩阵和所述目标转化系数矩阵的乘积矩阵；

第一判断子模块，用于判断所述乘积矩阵对应的矩阵值是否高于正限幅电平；

第一赋值子模块，用于当所述乘积矩阵对应的矩阵值高于正限幅电平时，将所述矩阵值赋值为所述正限幅电平；

第二判断子模块，用于判断所述乘积矩阵对应的矩阵值是否低于正限幅电平；

第二赋值子模块，用于当所述乘积矩阵对应的矩阵值低于负限幅电平时，则将所述矩阵值赋值为所述负限幅电平。