CN110400573A

CN110400573A - 一种数据处理的方法及装置

Info

Publication number: CN110400573A
Application number: CN201810381355.8A
Authority: CN
Inventors: 邵纬航
Original assignee: Huawei Technologies Co Ltd
Current assignee: Huawei Technologies Co Ltd
Priority date: 2018-04-25
Filing date: 2018-04-25
Publication date: 2019-11-01
Anticipated expiration: 2038-04-25
Also published as: CN110400573B

Abstract

本申请实施例公开了一种数据处理的方法及装置，在该方法中，对接收到的数据帧进行时域检测；判断所述数据帧是否存在削波现象；若所述数据帧存在削波现象，则对所述数据帧进行时域上的插值，修复所述数据帧的被削波形；对波形修复后的数据帧在频域上进行快速傅里叶变换FFT，消除高于目标频率的频率成分。采用本申请，可修复波形并消除削波带来的杂音，避免消除杂音时的信息丢失，最终得到的处理结果逼近数据帧在被削波前的波形。

Description

一种数据处理的方法及装置

技术领域

本发明涉及音频技术领域，尤其涉及一种数据处理的方法及装置。

背景技术

通过对各大音视频网站和移动终端应用内涉及的音视频内容调研得知，大多数音视频内容的音频序列(audio sequence)，即各种声音信息比如语音、音乐、背景声、对白等等普遍存在削波的情况。削波即音频序列的时域波形的幅度或称幅值(指音频序列时域波形纵坐标的绝对值，其中时间为横坐标)超过器件载体或编码规则所能容忍的阈值时，超出的部分会被“削平”。削波现象在时域波形图中表现为音频序列的波峰/波谷被削去。削波会产生极不悦耳的杂音。杂音在语谱图(spectrogram)中通常集中体现在音频序列的截止频率以上，而位于截止频率以下的削波杂音和音频序列的正常频率成分交融在一起，一般的修复方法无法修复出被削波形所带有的信息，而对于截止频率以下的削波杂音的消除也会将正常频率成分一起消除导致信息丢失。

因此，对于已经被削波的音频序列，有必要开发一个相应的修复算法来还原音质，消除削波带来的杂音及修复时信息丢失等负面影响。

发明内容

本申请实施例所要解决的技术问题在于，提供一种数据处理的方法及装置。以解决削波带来的杂音以及修复时信息丢失，且无法有效逼近数据帧被削波前的波形的问题。

第一方面，本申请实施例提供了一种数据处理的方法，包括：

对接收到的数据帧进行时域检测；

判断所述数据帧是否存在削波现象；

若所述数据帧存在削波现象，则对所述数据帧进行时域上的插值，修复所述数据帧的被削波形；

对波形修复后的数据帧在频域上进行快速傅里叶变换FFT，消除高于目标频率的频率成分。

在一种可能的实施方式中，若所述数据帧存在削波现象，则对所述数据帧进行时域插值修复所述数据帧的被削波形之后，还包括：

对所述波形修复后的数据帧的波形进行整形压缩。

在一种可能的实施方式中，若所述数据帧不存在削波现象，则对所述数据帧进行截止频率计算并存储。

在一种可能的实施方式中，所述目标频率是根据音频序列中所有不存在削波的数据帧的截止频率取中位数得到；或者

所述目标频率是根据所述数据帧的前M个不存在削波的数据帧的截止频率取中位数得到，M为大于或等于2的整数。

在一种可能的实施方式中，若所述数据帧存在削波现象，则所述方法还包括：

当所述数据帧的后Q帧不存在削波现象时，消除所述后Q帧中高于所述目标频率的频率成分，Q为大于或等于1的整数。

在一种可能的实施方式中，判断所述数据帧是否存在削波现象，包括：

判断所述数据帧中的第一数据点的幅值是否小于预设阈值且所述第一数据点的后一个数据点的幅值大于或等于所述预设阈值；

若是，则确定所述该数据点为削波起点；

从所述削波起点往后首次出现第二数据点满足幅值小于所述预设阈值且所述第二数据点的前一个数据点的幅值大于或等于所述预设阈值，则确定所述第二数据点为与所述削波起点对应的削波终点；

若在所述数据帧中未检测到所述削波起点和/或削波终点，则判定所述数据帧不存在削波现象。

在一种可能的实施方式中，若所述数据帧存在削波，则对所述数据帧进行时域上的插值，修复所述数据帧的被削波形，包括：

确定所述削波起点和所述削波终点的导数值；

根据以下公式计算插值函数的系数：

其中，x₁为所述削波起点的横坐标，y₁为所述削波起点的纵坐标，f₁为所述削波起点的导数值，x₂为所述削波终点的横坐标，y₂为所述削波终点的纵坐标，f₂为所述削波终点的导数值，坐标变换x为削波数据点的横坐标，y为削波数据点的纵坐标；

根据所述插值函数对所述削波起点和所述削波终点之间的削波数据点进行插值修复。

在一种可能的实施方式中，对修复被削波形后的数据帧波形进行整形压缩，包括：

根据预设压缩函数f(x)对修复被削波形后的数据帧波形进行整形压缩；

其中，所述预设压缩函数f(x)满足以下条件：

0＜f(x)≤1；

f(0)＝1，且

x为时域插值修复得到的数据点到准线的距离，所述准线为削波起点到削波终点的连线。

在一种可能的实施方式中，对波形修复后的数据帧在频域上进行快速傅里叶变换，消除高于目标频率的频率成分，包括：

将所述数据帧与前一个数据帧拼成第一复合帧；

对所述第一复合帧使用预设加窗函数进行加窗处理；对加窗处理后的结果进行FFT处理并将FFT处理后高于所述目标频率的数据点的FFT结果置0；

对置0后的结果进行反FFT处理并使用所述预设加窗函数进行加窗处理，得到消除高于目标频率的频率成分后的第一复合帧；

将所述消除高于目标频率的频率成分后的第一复合帧与消除高于目标频率的频率成分后的第二复合帧进行交叠相加后输出，其中，所述第二复合帧是由所述数据帧与后一个数据帧拼成的。

第二方面，本申请实施例提供了一种数据处理的装置，包括：

时域检测单元，用于对接收到的数据帧进行时域检测；

削波判断单元，用于判断所述数据帧是否存在削波现象；

时域插值单元，用于若所述数据帧存在削波现象，则对所述数据帧进行时域上的插值，修复所述数据帧的被削波形；

频域杂音消除单元，用于对波形修复后的数据帧在频域上进行快速傅里叶变换FFT，消除高于目标频率的频率成分。

在一种可能的实施方式中，所述装置还包括：

整形压缩单元，用于对波形修复后的数据帧的波形进行整形压缩。

在一种可能的实施方式中，所述装置还包括：

截止频率计算单元，用于若所述数据帧不存在削波现象，则对所述数据帧进行截止频率计算并存储。

在一种可能的实施方式中，若所述数据帧存在削波现象，则频域杂音消除单元还用于当所述数据帧的后Q帧不存在削波现象时，消除所述后Q帧中高于所述目标频率的频率成分，Q为大于或等于1的整数。

在一种可能的实施方式中，所述判断单元具体用于：

若是，则确定所述该数据点为削波起点；

在一种可能的实施方式中，所述时域插值单元具体用于：

确定所述削波起点和所述削波终点的导数值；

根据以下公式计算插值函数的系数：

在一种可能的实施方式中，所述整形压缩单元具体用于：

其中，所述预设压缩函数f(x)满足以下条件：

0＜f(x)≤1；

f(0)＝1，且

在一种可能的实施方式中，所述频域杂音消除单元具体用于：

将所述数据帧与前一个数据帧拼成第一复合帧；

对所述第一复合帧使用预设加窗函数进行加窗处理；

对加窗处理后的结果进行FFT处理并将FFT处理后高于所述目标频率的数据点的FFT结果置0；

第三方面，本申请实施例提供了一种数据处理的装置，包括：

处理器、存储器、接口电路和总线，所述处理器、存储器和接口电路通过所述总线连接并完成相互间的通信，其中，所述存储器用于存储一组程序代码，所述处理器用于调用所述存储器中存储的程序代码，执行如本申请实施例第一方面或第一方面任一实施方式所述的步骤。

第四方面，本申请实施例提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质中存储有指令，所述指令在计算机上运行时，使得计算机执行如本申请实施例第一方面或第一方面任一实现方式所述的方法。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍。

图1为本申请实施例提供的数据处理的方法的应用的系统架构示意图；

图2为本申请实施例提供的一种数据处理的方法的流程示意图；

图3为本申请实施例提供的另一种数据处理的方法的流程示意图；

图4为根据本申请实施例所述方法进行时域插值及压缩整形后的波形示意图；

图5为根据本申请实施例所述方法数据处理后的时域结果示意图；

图6为根据本申请实施例所述方法数据处理后的频域结果示意图；

图7为本申请实施例提供的一种数据处理的装置的组成示意图；

图8为本申请实施例提供的另一种数据处理的装置的组成示意图；

图9为本申请实施例提供的又一种数据处理的装置的组成示意图。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

请参照图1，为本申请实施例提供的数据处理的方法的应用的系统架构示意图；该系统架构包括音频输入接口、音频处理器、存储器和音频输出接口。

音频输入接口10，用于从网络服务器或本地存储器30获取音频序列并输入到音频处理器20进行处理。

音频处理器20，用于根据写入的各种音频处理算法对音频序列进行各种处理如包括本申请实施例中所述的数据处理的处理，其可以是各种终端如智能手机、平板电脑、计算机或其他智能电子设备的音频处理芯片。

存储器30，可用于存储本地的音频序列以及缓存从网络服务器获取的音频序列。

音频输出接口40，用于将音频处理器20处理后的音频序列输出，其可以与终端设备的喇叭或耳机接口相连接。

本申请实施例中的数据处理的方法可以作为一种算法程序写入音频处理器中运行。可适用于智能手机、平板电脑、计算机或其他智能电子设备的通话应用、音视频播放应用、游戏应用、语音导航应用等与音频相关的软件中。

下面结合图2-图6对本申请数据处理的方法及效果进行详细说明。

请参照图2，为本申请实施例提供的一种数据处理的方法的流程示意图；在本申请实施例中，将音频序列进行分帧处理，每帧共N个数据点。被削的波形跨度有可能延续到当前帧的后续帧，这时需要等到之后包含削波终点的那一帧数据的到来才能在时域上将当前帧的削波修复好。对于每一帧数据的处理，可包括如下步骤：

S201.对接收到的数据帧进行时域检测。

S202.判断所述数据帧是否存在削波现象。若是，则执行步骤S203-S204。若否，则可以不进行削波修复处理。

可选地，当所述数据帧之前的数据帧(包括前Q帧，Q大于等于1)进行过削波修复，为了考虑防止削波修复处理后输出的音频序列帧间频率上限的不一致(即跳变)可能引发的杂音，此处也可以对不存在削波的数据帧进行削波修复处理(即在频域上如果有高过目标频率的频率成分，则将其置0)。而若所述数据帧存在削波时，则对所述数据帧的后Q帧(即从所述数据帧往后的连续的Q个数据帧)进行相同的削波修复处理，具体包括当所述数据帧的后Q帧不存在削波现象时，消除所述后Q帧中高于所述目标频率的频率成分，如果后Q帧中出现新的削波帧，则以新的削波帧开始，根据新的削波帧所使用的目标频率进行特定频率成分即削波杂音的消除。例如，可以将Q设置为9或其他数。这样，频域消除削波杂音这个操作会对存在削波情况的数据帧后的邻近帧进行一致处理，得到更佳的修复效果。

在判断所述数据帧是否存在削波现象时，可以根据阈值判断的方式进行：

若是，则确定所述第一数据点为削波起点；

从所述削波起点往后首次出现第二数据点满足幅值小于所述预设阈值且所述第二数据点的前一个数据点的幅值大于或等于所述预设阈值，则确定所述第二数据点为与所述削波起点对应的削波终点。

需要说明的是，削波判断是对数据帧的所有点进行的，此处第一数据点和第二数据点中的“第一”和“第二”只是为了用于区分两个数据点的名称，并不限定数据点的具体位置。而削波起点可能与削波终点位于相同的数据帧，也可能位于不同的数据帧，例如削波起点在当前数据帧，削波终点有可能在当前数据帧的后续帧中。此外，一个数据帧也可能有多处削波，这样就可能包含一对以上的相对应的削波起点和削波终点，其确定方式都可以采用上述方式进行比较判断后确定，此处不再赘述。

此外，对一整个音频序列，其第一帧的第一个削波终点可能没有对应的削波起点，且其最后一帧的最后一个削波起点可能没有对应的削波终点。此外，序列内如果有中断(即波形不连续情形)，也会出现有削波起点(或终点)没有对应的削波终点(或起点)的情形。此时，可以将这种残缺的削波段置0。或者人为设定插值条件。设定方式不唯一。比如以第一帧为例，可以在第一帧的第一个数据点处加插值条件：该点坐标值不变，该点的导数值参考削波终点的导数值。

当考虑软削波(即削波阈值有可能随时间在小范围内上下波动，被削位置的波形线条不一定都是平直的而可能会存在抖动)的存在时，预设阈值可以设置为一个固定的理论阈值乘以一个小于1但接近1的系数得到，例如可以将系数设置为0.95或其他接近于1的数。

S203.对所述数据帧进行时域上的插值，修复所述数据帧的被削波形。

可选地，在进行时域插值时，可以先确定所述削波起点和所述削波终点的导数值；

然后根据以下公式计算插值函数的系数：

最后根据所述插值函数对所述削波起点和所述削波终点之间的削波数据点进行插值修复。

在本申请实施例的具体插值过程中，采用三次多项式插值，满足在被削波形的削波起点和削波终点处，插值得到的波形和原波形连续，且一次导数也连续。这样的插值结果也是唯一的。削波起点处的导数值取与其相邻的前一数据点或后一数据点连线的斜率，分别称为前导数和后导数，在具体计算时可以选择绝对值更大的来进行计算，削波终点的导数计算类似。另外极端情形下插值所得的数据点可能比对应削波点幅值还小，此时就不取插值所得的数据点而保留削波点。当然，导数的确定方法包括但不限于上述方法。

对于三次多项式的函数y＝ax³+bx²+cx+d可以先进行变量的伸缩变换得到然后根据插值函数进行时域插值。具体地，在计算过程中，需要求出系数a、b、c、d。在计算时可以根据量纲归一化的方程式：

量纲归一化是为了数值计算的稳健性。即使x₂等于0，左边两矩阵相乘后分母就没有x₂了。为降低计算开销并有效防止音频处理器运算出现数值越界，可以将待插值点的横坐标x平移-x1并做伸缩变换，即这样的平移伸缩不改变插值点的纵坐标，则可算出插值点纵坐标为其中

当然，x₁不等于x₂，因为削波的起点和终点不会是同一个。

S204.对波形修复后的数据帧在频域上进行快速傅里叶变换FFT，消除高于目标频率的频率成分。

其中，高于目标频率的频率成分即为高于目标频率的削波杂音成分。

所述目标频率可以根据音频序列中所有不存在削波的数据帧的截止频率取中位数得到；或者

所述目标频率可以根据所述数据帧的前M个不存在削波的数据帧的截止频率取中位数得到，M为大于或等于2的整数。

可选地，在对当前数据帧进行具体的截止频率计算时，可以将当前数据帧也和它的前一数据帧拼出一个复合帧，计算这个复合帧的截止频率作为当前数据帧的截止频率。

具体在对某个帧的截止频率计算时，可以采用常用的人为阈值设定法。具体是人为设定一个合适的阈值，基于FFT求出该帧的频谱能量，如果找到当前帧的第m个频点处的频谱能量不小于该阈值，而第m个频点后直到第N/2个(若是计算两帧的复合帧的截止频率则是第N个)频点之间的频谱能量都小于该阈值，则第m个频点即是当前帧的截止频率点。当然，还可以采用其他的截止频率算法来进行计算，本申请实施例不作任何限定。

由于截止频率可能是时变的，需要时时计算。本申请实施例中可以采用削波帧之前离该削波帧最近的若干非削波帧(如取连续的M帧，若相邻两处削波的时间间隔较小则也许取不够M帧，这是允许的，但即使间隔足够大也最多取M帧)的截止频率来估计削波帧的截止频率作为目标频率，具体是统计出这些帧的截止频率值的中位数(median)作为该削波帧的截止频率的估计值。用中位数作为估计值是比较可靠的。一是如果某一数据帧截止频率计算出现较大误差，用中位数可以避免选中这种较大误差的情形；二是如果特别地出现某一数据帧截止频率相比于该帧之前或之后的数据帧的截止频率明显要大或者小的情形，选这个数据帧的截止频率作为削波帧的截止频率的估计则置信度(confidence level)不高，而用中位数可以避免特别情形。M可以选择20或其他数。为减少计算开销，还可以是在M帧中只取出其中若干帧作为代表。

通常不建议直接计算削波帧的截止频率。因为削波导致了削波帧的截止频率以上有杂音成分生成。这些杂音会干扰截止频率的计算，可能导致计算得到的截止频率值比真实值偏高。但是如果第一帧数据就有削波，则只能用由第一帧数据求得的截止频率。注意对削波帧计算截止频率，也应该先经过时域插值处理，这样削波杂音被削弱，从而尽可能避免杂音干扰。为防止计算结果偏大，可以将计算结果乘以一个系数如0.9。这样最终结果可能偏小，但偏小只是导致频域FFT处理时过多地剔除一部分高频信息，损失一小部分音效。然而如果一旦偏大，削波杂音没有消除干净所带来的不悦耳的听感相对而言要比损失一小部分音效更严重。或者，也可以将计算结果约束到一个折中频带，即折中后的结果等于max(min(计算结果,F02),F01)。折中频带即为[F01,F02]。折中频带不唯一，可以取[F01,F02]＝[8kHz,12kHz]，则对于所讨论的各种序列(截止频率>＝4kHz)，基本可以满足高频削波杂音尽可能消除，而音效尽可能保留。当然还有一种处理方法是直接将第一帧数据全体置0。

当使用了步骤S201中描述的连续一致对Q帧进行削波杂音成分消除的处理方案后，除了第一帧削波情况外，不用担心计算截止频率用的复合帧会包含削波帧。

当使用了步骤S201中描述的连续一致对Q帧进行削波修复处理方案后，如果第一帧削波，且其后第Q+1帧也削波，则这个第Q+1帧削波帧因为其前面没有“无削波修复处理”的帧，所以该削波帧的目标频率取为按上述三种可选折中方案计算出的第一帧截止频率结果。逻辑上，此时第一帧也就归入到“无削波修复处理”的帧的范畴。

当然，除了依照削波帧的前M帧的截止频率对削波帧的目标频率进行估计之外，也可以直接计算削波帧的截止频率作进一步的参考。如果由前M帧的截止频率所得估计结果和直接计算当前削波帧得到的结果相比偏差较大(差别大于4KHz)，那么建议取直接计算当前削波帧得到的结果，当然对该结果还要进行上述折中方案的流程处理。

对于确定码率的序列，其截止频率也是确定的，除了随时间可能存在很小的波动。这种情况只要开始处理时计算出截止频率，后续就只要沿用这个计算结果作为目标频率而没有必要再重新计算了。还有一些场景下序列的截止频率是预先知道的。

当确定了目标频率之后，为了提升频域处理上的连续平滑效果，可以在FFT处理中采用交叠相加的方法。

具体地，可以将所述数据帧与前一个数据帧拼成第一复合帧；此处所述的前一个数据帧为所述数据帧相邻的前一个数据帧。

对所述第一复合帧使用预设加窗函数进行加窗处理；

将所述消除高于目标频率的频率成分后的第一复合帧与消除高于目标频率的频率成分后的第二复合帧进行交叠相加后输出，其中，所述第二复合帧是由所述数据帧与后一个数据帧拼成的，此处所述的后一个数据帧为所述数据帧相邻的下一个数据帧。

当然，对于没有进行削波修复的数据帧，可以不用进行置0处理，直接进行反FFT处理并与削波帧进行交叠相加。本申请实施例不做任何限定。

在进行具体的FFT处理时，对于当前的所述数据帧时，可以和所述数据帧的前一帧拼出一个第一复合帧，共2N个数据点。这时需要对该复合帧加窗(win)，可选地，可以采用半波正弦窗：

当然，也可以采用其他窗(如Hamming窗和Bart lett窗)来进行加窗处理。如果需要剔除目标频率以上的削波杂音(即频率位于目标频率以上的频率成分)，则可以将目标频率以上各频点的FFT结果全置为0。需要说明的是，由于FFT结果是共轭对称的，实际应该是将从目标频率到“采样频率-目标频率”之间的各频点的FFT结果全置0。接着对结果做反FFT(inverse FFT)，将反FFT结果再加一次同样的win，输出的就是处理完的第一复合帧。所述数据帧的下一帧也会有一个处理完的第二复合帧。所述数据帧的输出则等于所述第一复合帧的后N个数据点与所述第二复合帧的前N个数据点交叠相加得到。

需要说明的，对于音频序列最前面的第一帧，其前一帧可以设为长度为N的全零帧。

如果2N不是2的幂次方，做FFT前要将加窗后的复合帧的末尾补上足够个数的0使长度等于2的幂次方。反FFT的结果取其前2N个数据点加同样的窗即得到处理完的复合帧。

交叠相加(overlap-add)方法贯穿整个音频序列，即不论数据帧是否需要进行削波修复处理，为了处理的一致性，可以对所有数据帧都进行交叠相加处理，只是不进行削波修复处理的帧可以不用经历FFT结果置0的操作。此外，交叠的帧数或者说帧复合的数目也可以设计为两帧以上，本申请实施例不作任何限定。当然，如果已知削波出现频率不高，对于一长串无需削波修复处理的帧可以不经历交叠相加处理。

此外，如果音频序列的截止频率很高，即频率饱满度很高，比如高保真唱片的音频序列，其截止频率以下的削波杂音成分比重会比较大，这个时候有可能需要将所述数据帧通过FFT截去更多的高频成分，因为其中可能包含较严重的削波杂音。这样的情形确实需要特殊考虑，此时可以采用人工实时设置或预先配置更低的截止频率作为目标频率(也可称为高频裁剪频率)进行处理。事实上，对于目前音视频网站和各种终端应用中的音频序列，通常没有高于人耳可听域上限20kHz的截止频率。且即使截止频率到了接近20kHz的时候，本方法依然能获得很好的削波修复效果。

在本申请实施例中，通过时域插值可以平滑连续地恢复出被削去的波形，并且在频域上干净地剔除了作为目标频率的截止频率以上的削波杂音成分。兼具时域和频域处理而得到良好的效果。能充分地还原波形和音质，能够有效消除音频序列截止频率以下和音频序列频率成分交融在一起的削波杂音但不消除相应的音频序列频率成分。处理后的音频序列和未削波前的音频序列相比，音色(包括音质/听感)几乎没有变化，即最终得到的处理结果逼近数据帧在被削波前的情形，充分解决了削波带来的杂音以及修复时信息丢失的问题。

请参见图3，为本申请实施例提供的另一种数据处理的方法的流程示意图，具体包括如下步骤：

S301.对接收到的数据帧进行时域检测。

S302.判断所述数据帧是否存在削波现象。若是，则执行步骤S303-S305，否则执行步骤S306。

S303.对所述数据帧进行时域上的插值，修复所述数据帧的被削波形。

步骤S301-S303与步骤S201-S203相似，此处不再赘述。

S304.对波形修复后的数据帧的波形进行整形压缩。

在步骤S303中，时域插值所得波形幅值过高时容易产生“噗”的声音，影响音质，这个时候需要适当将插值所得的波形的幅度进行压缩整形处理。在压缩时需要保证：

(a).压缩后的插值波形仍与原波形连续。

(b).压缩不导致插值波形凹陷。即插值所得波形若是凸的，则被压缩后不会内凹。

可选地，可以根据预设压缩函数f(x)对波形修复后的数据帧的波形进行整形压缩；

其中，为了满足(a)和(b)两个条件，所述预设压缩函数f(x)满足以下条件：

0＜f(x)≤1；

f(0)＝1，且

x为时域插值修复得到的数据点到准线的距离，所述准线为削波起点到削波终点的连线。需要说明的，上述距离为竖直距离，即平行于y轴的。由于准线不一定严格水平，所以不一定是垂直于准线的距离。

请参见图4，为根据本申请实施例所述方法进行时域插值及压缩整形后的波形示意图，其中，横坐标为时间，纵坐标为幅值，削波起点到削波终点的连线为准线，准线以上的实线波形为初始插值图形，虚线波形为压缩插值图形，插值所得的点到准线的距离为delt，基于这两条压缩规则，可以采用如下压缩函数进行压缩整形：

插值点压缩后到准线的距离就为delt·f(delt)。f(x)使压缩保持与原波形连续，这一点具体表现为f(0)＝1，即在削波起点和削波终点附近几乎不做压缩，保证了与原波形的一次导数连续。f(x)不导致凹陷产生则表现为(x大于等于0)，即对于所有插值点，任意取其中两点X和Y，若压缩前X幅值比Y幅值高，那么压缩后仍旧是X幅值比Y幅值高。如果要将插值波形幅值最高的点(对应的delt记为delt_max)压至与准线的距离为Th，则可以确定压缩函数的系数a：

上述函数很简洁，计算开销小，且整形效果较佳。

当然，满足条件的压缩函数不是唯一的，满足(a)和(b)两个条件的函数都可以，例如函数族：其中β≥1。如图4所示，经过压缩后插值波形仍与原波形保持一次导数连续，其幅度柔和而不凹陷地整体下降。其中压缩系数a＝1。

需要说明的是，只有插值波形高度(即delt)超过Th，即满足delt_max>Th，才进行整形压缩。

至于Th的取值，当前的技术和器件可以保证削波的程度是有限的，即被削去的波形的高度相对原波形最大幅值而言不会太大。如果太大，说明序列已被削去太多信息，那么在没有关于序列削波之前的任何先验知识的情况下，通常很难恢复这种损伤很大的序列。因此Th设太大没有意义(相当于承认削波程度很大)，经过大量序列验证，Th取削波阈值(A)的0.3-0.5是合适的，可以根据具体的削波程度(比如，若已知音频序列能量强度范围和器件载体的削波阈值，则不难估计削波程度)做调整。例如可以设置Th预设值为0.5A。

如果无需整形压缩，只要将Th设得足够大即可。

需要说明的是，整形也可以是拉伸，如果觉得插值得到的幅值太小而需要将其拉伸到阈值Th1以上，则可以取拉伸函数为：取β＝2，则有：

本申请实施例中以波峰为例进行削波修复和削波杂音成分消除的描述，对波谷的处理类似，可以把波谷倒过来作为波峰处理，处理完后再倒回去即可。此处不再赘述。

通过时域插值处理后可以实现对原有波形的逼近。时域处理完后从频域上看还是会有残留削波杂音。削波杂音主要集中于音频序列截止频率的上方，因此可以再通过频域上的FFT处理，并将确定的截止频率作为目标频率，将目标频率以上这部分杂音消除。削波杂音在截止频率以下也可能存在，但是大量测试表明本申请实施例的时域插值和整形处理能够很大程度地消除截止频率以下的削波杂音(但不消除截止频率以下的音频序列频率成分)，而残留的截止频率以下的削波杂音在听感上可以被序列截止频率以下原有的频率成分所掩蔽。

S305.对波形修复后的数据帧在频域上进行快速傅里叶变换FFT，消除高于目标频率的频率成分。

S306.对所述数据帧进行截止频率计算并存储。

存储的截止频率结果后续可以作为下一个削波帧的目标频率的参考之一。

通过本申请实施例中的削波修复后，可以获得很好的修复效果，具体可以参见图5及图6，图5为根据本申请实施例所述方法削波修复后的时域结果示意图，图6为根据本申请实施例所述方法削波修复后的频域结果示意图。

如图5所示，箭头左边为削波修复前的时域波形图，其中包括A、B、C、D、E共5个存在削波的位置，箭头右边为削波修复后的时域波形图，A、B、C、D、E通过削波修复后对应的位置分别为a、b、c、d、e，全部位于削波阈值内即削波全部消失，且波形和原波形非常相似。

如图6所示，箭头上方为削波修复前的频域效果图，白色虚线为目标频率，在目标频率上出现了较多白色尖峰，对应白色尖峰的位置将会出现明显的削波杂音。箭头下方为削波修复后的频域效果图，在目标频率上的白色尖峰基本消失，因此削波杂音也基本消失，当作为目标频率的截止频率较高的情况时，本申请同样可以获得良好的削波修复和杂音消除效果。

需要说明的是，本申请实施例所述的方法除了可以应用于音频的削波修复之外，其中的时域处理方法包括时域插值以及压缩整形等同于也适用于无线电磁信号的削波修复。

请参考图7，为本申请实施例提供的一种装置的组成示意图；在本实施例中，所述装置包括：

时域检测单元100，用于对接收到的数据帧进行时域检测；

削波判断单元200，用于判断所述数据帧是否存在削波现象；

时域插值单元300，用于若所述数据帧存在削波现象，则对所述数据帧进行时域上的插值，修复所述数据帧的被削波形；

频域杂音消除单元400，用于对波形修复后的数据帧在频域上进行快速傅里叶变换FFT，消除高于目标频率的频率成分。

可选地，所述目标频率是根据音频序列中所有不存在削波的数据帧的截止频率取中位数得到；或者

所述截止频率是根据所述数据帧的前M个不存在削波的数据帧的截止频率取中位数得到，M为大于或等于2的整数。

可选地，若所述数据帧存在削波现象，则频域杂音消除单元400还用于当所述数据帧的后Q帧不存在削波现象时，消除所述后Q帧中高于所述目标频率的频率成分，Q为大于或等于1的整数。

可选地，所述削波判断单元200具体用于：

若是，则确定所述第一数据点为削波起点；

可选地，所述时域插值单元300具体用于：

确定所述削波起点和所述削波终点的导数值；

根据以下公式计算插值函数的系数：

可选地，所述频域杂音消除单元400具体用于：

将所述数据帧与前一个数据帧拼成第一复合帧；

对所述第一复合帧使用预设加窗函数进行加窗处理；

在本申请装置的一种实施例中，该装置可以执行如图2所述方法中的任一操作。

请参考图8，为本申请实施例提供的另一种装置的组成示意图；在本实施例中，与图7所示实施例相比，所述装置还包括：

整形压缩单元500，用于对波形修复后的数据帧的波形进行整形压缩。

截止频率计算单元600，用于若所述数据帧不存在削波现象，则对所述数据帧进行截止频率计算并存储。

可选地，所述整形压缩单元500具体用于：

根据预设压缩函数f(x)对波形修复后的数据帧的波形进行整形压缩；

其中，所述预设压缩函数f(x)满足以下条件：

0＜f(x)≤1；

f(0)＝1，且

在本申请装置的一种实施例中，该装置可以执行如图3所述方法中的任一操作。

请参照图9，为本申请实施例提供的另一种装置的组成示意图，可以包括处理器110、存储器120和总线130。处理器110和存储器120通过总线130连接，该存储器120用于存储指令，该处理器110用于执行该存储器120存储的指令，以实现如上图2和图3所述方法的任一操作。

进一步的，该装置还可以包括、输入口140和输出口150。其中，处理器110、存储器120、输入口140和输出口150可以通过总线130相连。

处理器110用于执行该存储器120存储的指令，以控制输入口140接收信号和数据，并控制输出口150发送信号和数据，完成上述方法中装置执行的步骤。其中，输入口140和输出口150可以为相同或者不同的物理实体。为相同的物理实体时，可以统称为输入输出口。所述存储器120可以集成在所述处理器110中，也可以与所述处理器110分开设置。

作为一种实现方式，输入口140和输出口150的功能可以考虑通过收发电路或者收发的专用芯片实现。处理器110可以考虑通过专用处理芯片、处理电路、处理器或者通用芯片实现。

作为另一种实现方式，可以考虑使用通用计算机的方式来实现本申请实施例提供的装置。即将实现处理器110，输入口140和输出口150功能的程序代码存储在存储器中，通用处理器通过执行存储器中的代码来实现处理器110，输入口140和输出口150的功能。

该装置所涉及的与本申请实施例提供的技术方案相关的概念，解释和详细说明及其他步骤请参见前述方法或其他实施例中关于这些内容的描述，此处不做赘述。

本领域技术人员可以理解，为了便于说明，图9中仅示出了一个存储器和处理器。在实际的控制器中，可以存在多个处理器和存储器。存储器也可以称为存储介质或者存储设备等，本申请实施例对此不做限制。

应理解，在本申请实施例中，处理器可以是中央处理单元(Central ProcessingUnit，简称为“CPU”)，该处理器还可以是其他通用处理器、数字信号处理器(DSP)、专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。

该存储器可以包括只读存储器和随机存取存储器，并向处理器提供指令和数据。存储器的一部分还可以包括非易失性随机存取存储器。

该总线除包括数据总线之外，还可以包括电源总线、控制总线和状态信号总线等。但是为了清楚说明起见，在图中将各种总线都标为总线。

在实现过程中，上述方法的各步骤可以通过处理器中的硬件的集成逻辑电路或者软件形式的指令完成。结合本申请实施例所公开的方法的步骤可以直接体现为硬件处理器执行完成，或者用处理器中的硬件及软件模块组合执行完成。软件模块可以位于随机存储器，闪存、只读存储器，可编程只读存储器或者电可擦写可编程存储器、寄存器等本领域成熟的存储介质中。该存储介质位于存储器，处理器读取存储器中的信息，结合其硬件完成上述方法的步骤。为避免重复，这里不再详细描述。

应理解，本文中涉及的第一、第二、第三、第四以及各种数字编号仅为描述方便进行的区分，并不用来限制本申请实施例的范围。

应理解，在本申请的各种实施例中，上述各过程的序号的大小并不意味着执行顺序的先后，各过程的执行顺序应以其功能和内在逻辑确定，而不应对本申请实施例的实施过程构成任何限定。

本领域普通技术人员可以意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各种说明性逻辑块(illustrative logical block)和步骤(step)，能够以电子硬件、或者计算机软件和电子硬件的结合来实现。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本申请的范围。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的系统、装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。

在上述实施例中，可以全部或部分地通过软件、硬件、固件或者其任意组合来实现。当使用软件实现时，可以全部或部分地以计算机程序产品的形式实现。所述计算机程序产品包括一个或多个计算机指令。在计算机上加载和执行所述计算机程序指令时，全部或部分地产生按照本申请实施例所述的流程或功能。所述计算机可以是通用计算机、专用计算机、计算机网络、或者其他可编程装置。所述计算机指令可以存储在计算机可读存储介质中，或者从一个计算机可读存储介质向另一个计算机可读存储介质传输，例如，所述计算机指令可以从一个网站站点、计算机、服务器或数据中心通过有线(例如同轴电缆、光纤、数字用户线(DSL))或无线(例如红外、无线、微波等)方式向另一个网站站点、计算机、服务器或数据中心进行传输。所述计算机可读存储介质可以是计算机能够存取的任何可用介质或者是包含一个或多个可用介质集成的服务器、数据中心等数据存储设备。所述可用介质可以是磁性介质，(例如，软盘、硬盘、磁带)、光介质(例如，DVD)、或者半导体介质(例如固态硬盘Solid State Disk(SSD))等。

以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims

1.一种数据处理的方法，其特征在于，包括：

对接收到的数据帧进行时域检测；

判断所述数据帧是否存在削波现象；

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，若所述数据帧存在削波现象，则对所述数据帧进行时域插值修复所述数据帧的被削波形之后，还包括：

对所述波形修复后的数据帧的波形进行整形压缩。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，若所述数据帧不存在削波现象，则对所述数据帧进行截止频率计算并存储。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述目标频率是根据音频序列中所有不存在削波的数据帧的截止频率取中位数得到；或者

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，若所述数据帧存在削波现象，则所述方法还包括：

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，判断所述数据帧是否存在削波现象，包括：

若是，则确定所述该数据点为削波起点；

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，若所述数据帧存在削波，则对所述数据帧进行时域上的插值，修复所述数据帧的被削波形，包括：

确定所述削波起点和所述削波终点的导数值；

根据以下公式计算插值函数的系数：

8.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，对所述波形修复后的数据帧的波形进行整形压缩，包括：

其中，所述预设压缩函数f(x)满足以下条件：

0＜f(x)≤1；

f(0)＝1，且

9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，对波形修复后的数据帧在频域上进行快速傅里叶变换，消除高于目标频率的频率成分，包括：

将所述数据帧与前一个数据帧拼成第一复合帧；

10.一种数据处理的装置，其特征在于，包括：

时域检测单元，用于对接收到的数据帧进行时域检测；

削波判断单元，用于判断所述数据帧是否存在削波现象；

11.根据权利要求10所述的装置，其特征在于，所述装置还包括：

12.根据权利要求10所述的装置，其特征在于，所述装置还包括：

13.根据权利要求10所述的装置，其特征在于，所述目标频率是根据音频序列中所有不存在削波的数据帧的截止频率取中位数得到；或者

14.根据权利要求13所述的装置，其特征在于，若所述数据帧存在削波现象，则频域杂音消除单元还用于当所述数据帧的后Q帧不存在削波现象时，消除所述后Q帧中高于所述目标频率的频率成分，Q为大于或等于1的整数。

15.根据权利要求10所述的装置，其特征在于，所述判断单元具体用于：

若是，则确定所述该数据点为削波起点；

16.根据权利要求15所述的装置，其特征在于，所述时域插值单元具体用于：

确定所述削波起点和所述削波终点的导数值；

根据以下公式计算插值函数的系数：

17.根据权利要求11所述的装置，其特征在于，所述整形压缩单元具体用于：

其中，所述预设压缩函数f(x)满足以下条件：

0＜f(x)≤1；

f(0)＝1，且

18.根据权利要求10所述的装置，其特征在于，所述频域杂音消除单元具体用于：

将所述数据帧与前一个数据帧拼成第一复合帧；

对所述第一复合帧使用预设加窗函数进行加窗处理；

19.一种数据处理的装置，其特征在于，包括：

处理器、存储器和总线，所述处理器和存储器通过总线连接，其中，所述存储器用于存储一组程序代码，所述处理器用于调用所述存储器中存储的程序代码，执行如权利要求1-9任一项所述的步骤。

20.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质中存储有指令，所述指令在计算机上运行时，使得计算机执行如权利要求1-9任一项所述的方法。