CN111862994A - 一种声波信号解码的方法及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种声波信息的解码方法及装置，其中，该解码方法包括：从基于子带编码的音频压缩数据流的子带数据中选取与声波信号的音频频率相近的子带数据；其中，该声波信号是预先叠加在原始音频文件中的标识信号，该原始音频文件通过音频量化处理以生成该音频压缩数据流；将选取的子带数据还原成局部频带的原始数字音频信号流；其中，所述局部频带是与声波信号的音频频率相同或保持在一定差异范围内的频带；对所述原始数字音频信号流进行傅里叶变换处理；以及对经过傅里叶变换处理的音频信号流进行声波信号的解析，以获得对应的声波信号。利用本发明，能够显著提高解释型语言对音频量化压缩数据流进行声波解码的运算速度。

Description

一种声波信号解码的方法及装置
技术领域
本发明涉及通信编码技术领域，特别涉及一种声波信号解码的方法及装置。
背景技术
音频量化压缩是采用音频量化处理的音频压缩技术。量化是指将信号的连续取值(或者大量可能的离散取值)近似为有限多个(或较少的)离散值的过程，即，通过四舍五入的方法将采样后的模拟信号转换成一种数字信号的过程；音频压缩是对原始数字音频信号流(PCM编码)运用适当的数字信号处理技术，在不损失有用信息量，或所引入损失可忽略的条件下，降低(压缩)其码率，也称为压缩编码，其中，音频信号在通过一个编解码系统后可能引入大量的噪声和一定的失真。
声波信号是一种叠加在声波或音频中的通讯信号或标识信号，现有的声波解码技术为：
一、对原始数字音频信号流直接进行声波信号解码以得到声波信号；
二、将音频压缩数据流还原成原始数字音频信号流，并对该原始数字音频信号流进行傅里叶变换，然后对经过傅里叶变换的音频信号进行声波信号解码，以获得声波信号。将经过音频压缩的数据流还原成原始数字音频信号流时，需要经过一系列的复杂运算。
在运用解释型语言(如Python/JavaScript/Perl/Shell等)对音频量化压缩的数据流进行声波解码时，因程序在运行时，要先翻译成中间代码，再由解释器对中间代码进行解释运行，每执行一次都要翻译一次，运算速度较低，耗时较长。
发明内容
有鉴于此，本发明提供一种声波信息的解码方法及装置，能够显著提高解释型语言对音频量化压缩数据流进行声波解码的运算速度，以解决上述问题。
为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是：提供一种声波信号解码方法，所述方法包括：从基于子带编码的音频压缩数据流的子带数据中选取与声波信号的音频频率相近的子带数据；其中，所述声波信号是预先叠加在原始音频文件中的标识信号，所述原始音频文件通过音频量化处理以生成所述音频压缩数据流；将选取的子带数据还原成局部频带的原始数字音频信号流；其中，所述局部频带是与声波信号的音频频率相同或保持在一定差异范围内的频带；对所述原始数字音频信号流进行傅里叶变换处理；以及对经过傅里叶变换处理的音频信号流进行声波信号的解析，以获得对应的声波信号。
其中，所述从基于子带编码的音频压缩数据流的子带数据中选取与声波信号的音频频率相近的子带数据，具体包括：当接收到基于子带编码的音频压缩数据流时，将所述音频压缩数据流分成与原来的各子带信号相对应的子带数据；判断声波信号的音频频率是否落入各子带数据的音频频率范围内；若是，则选取所述子带数据；否则，放弃所述子带数据。
其中，所述将选取的子带数据还原成局部频带的原始数字音频信号流，具体包括：将选取的每个子带数据经过量化还原处理以得到每个子带数据的数值序列A0，A1，…，An-1；其中，n是根据原始音频压缩数据所预设的正整数；利用精度调整后的多相合成滤波器对每个子带数据的数值序列A0，A1，…，An-1进行还原；其中，所述多相合成滤波器的精度被预先调整至标准精度的1/m。
其中，所述利用精度调整后的多相合成滤波器对每个子带数据的数值序列A0，A1，…，An-1进行还原，具体包括：根据多相合成滤波器的精度，选取每个子带数据的数值序列A0，A1，…，An-1中相邻的m个数值划分为一组，以将每个子带数据的数值序列划分为n/m组；利用精度调整后的多相合成滤波器对每组中的第x个数值进行标准加窗运算，并将运算结果乘以m以得到对应的还原后子带数据，以得到所述子带数据的原始数字音频信号流；其中，1≤x≤m，且m为自然数。
其中，m＝4，x＝1。
为解决上述技术问题，本发明采用的另一个技术方案是：提供一种声波信号解码装置，所述装置包括：子带筛选模块，用于从基于子带编码的音频压缩数据流的子带数据中选取与声波信号的音频频率相近的子带数据；其中，所述声波信号是预先叠加在原始音频文件中的标识信号，所述原始音频文件通过音频量化处理以生成所述音频压缩数据流；还原模块，用于将选取的子带数据还原成局部频带的原始数字音频信号流；其中，所述局部频带是与声波信号的音频频率相同或保持在一定差异范围内的频带；所述预定范围是根据原始数字音频信号的频率特征进行预先设定；傅里叶变换模块，用于对所述原始数字音频信号流进行傅里叶变换处理；解码模块，用于对经过傅里叶变换处理的音频信号流进行声波信号的解析，以获得对应的声波信号。
其中，所述子带筛选模块还用于：当接收到基于子带编码的音频压缩数据流时，将所述音频压缩数据流分成与原来的各子带信号相对应的子带数据；以及判断声波信号的音频频率是否落入各子带数据的音频频率范围内；若是，则所述子带筛选模块选取所述子带数据；否则，所述子带筛选模块放弃所述子带数据。
其中，所述还原模块还用于：将选取的每个子带数据经过量化还原处理以得到每个子带数据的数值序列A0，A1，…，An-1；其中，n是根据原始音频压缩数据所预设的正整数；以及利用精度调整后的多相合成滤波器对每个子带数据的数值序列A0，A1，…，An-1进行还原；其中，所述多相合成滤波器的精度被预先调整至标准精度的1/m。
其中，所述还原模块还用于：根据多相合成滤波器的精度，选取每个子带数据的数值序列A0，A1，…，An-1中相邻的m个数值划分为一组，以将每个子带数据的数值序列划分为n/m组；以及利用精度调整后的多相合成滤波器对每组中的第x个数值进行标准加窗运算，并将运算结果乘以m以得到对应的还原后子带数据，以得到所述子带数据的原始数字音频信号流；其中，1≤x≤m，且m为自然数。
其中，m＝4，x＝1。
本发明实施方式提供的一种声波信号解码的方法及装置，通过声波信号的音频频率确定与其相关的音频压缩数据流中的子带数据，并针对选取的子带数据进行还原处理；进一步地，利用精度调整后的多相合成滤波器针对与声波信号音频频率相同或差异保持在一定范围内的子带数据进行音频还原，可省略子带数据还原所进行的量化还原、重新排序、消除混叠、加窗合成滤波、相位修正等运算过程，从而减少运算量，提升解释型语音对声波解码的速度。
附图说明
图1是本发明第一实施方式中一种声波信号解码方法的执行流程图；
图2是“将选取的子带数据还原成局部频带的原始数字音频信号流”的实现方法执行流程图；
图3是本发明第二实施方式中一种声波信号解码方法的执行流程图；
图4是“利用精度调整后的多相合成滤波器对每个子带数据的数值序列进行还原”的实现方法的执行流程图；
图5是本发明一实施方式中一种声波信号解码装置的结构框图。
具体实施方式
为详细说明本发明的技术内容、构造特征、所实现目的及效果，以下结合附图和实施例对本发明进行详细说明。
请参阅图1，为本发明实施方式中一种声波信号解码方法的执行流程图，该方法包括：
步骤S10，从基于子带编码的音频压缩数据流的子带数据中选取与声波信号的音频频率相近的子带数据。其中，该声波信号是预先叠加在原始音频文件中的标识信号，该原始音频文件通过音频量化处理以生成该音频压缩数据流。
子带编码：(Subband Coding)简称SBC，是一种以信号频谱为依据的编码方法，即，通过一组带通滤波器将信号分解成若干个在不同频段上的子带信号，以去除信号相关性；将子带信号分别进行频率搬移转变成基带信号，再对它们分别取样。取样后的信号经过量化、编码，并合成一个总的码流传送给接收端。在接收端，首先把码流分成与原来的各子带信号相对应的子带码流，然后解码、将频谱搬至原来的位置，最后经带通滤波、相加得到重建的信号。
具体地，请参阅图2，步骤S10，从基于子带编码的音频压缩数据流的子带数据中选取与声波信号的音频频率相近的子带数据，具体通过如下步骤实现：
步骤S101，当接收到基于子带编码的音频压缩数据流时，将该音频压缩数据流分成与原来的各子带信号相对应的子带数据；
步骤S102，判断声波信号的音频频率是否落入各子带数据的音频频率范围内；若是，则进入步骤S103；否则，进入步骤S104；
步骤S103，选取该子带数据；然后返回步骤S102；
步骤S104，放弃该子带数据；然后返回步骤S102；
具体地，当声波信号的音频频率仅落入一个子带数据的音频频率范围内时，则只要选取这一个子带数据；当声波信号的音频频率落入多个子带数据的音频频率范围内时，则选取这多个子带数据。
例如，声波信号的音频频率是18kHz-20kHz，音频压缩数据流的各个子带数据的音频频率范围分别是：0kHz-5kHz、5kHz-10kHz、5kHz-10kHz、10kHz-15kHz、15kHz-20kHz，则根据声波信号的音频频率18kHz-20kHz确定需要选取音频频率范围为15kHz-20kHz的子带数据。
步骤S11，将选取的子带数据还原成局部频带的原始数字音频信号流。
其中，该局部频带是与声波信号的音频频率相同或保持在一定差异范围内的频带。进一步地，该预定范围是根据原始数字音频信号的频率特征进行预先设定。
具体地，对所有选取的子带数据，按照该音频压缩数据的标准还原流程和方法，还原成局部频带的原始数字音频信号流；也就是说，通过步骤S10选取的子带数据，仅对与声波信号音频频率范围相同的子带数据进行还原处理，而与声波信号音频频率范围不同的子带数据不进行还原处理。例如，步骤S10选取的子带数据为音频频率范围为15kHz-20kHz的子带数据，则步骤S11仅对该子带数据中频率范围为18kHz-20kHz的子带数据进行还原以获得原始数字音频信号流，而对该子带数据中频率范围为15kHz-18kHz的子带数据不进行还原处理。
由于现实状况下，通常一个音频压缩数据流会被划分成数十个子带数据，而声波信号音频频率范围仅会占中其中几个子带数据的部分音频频率范围。所以，通过步骤S10、S11的处理，仅对音频频率范围与声波信号音频频率相同的子带数据进行还原处理，省略不必要的运算。
在其他实施方式中，还可以对音频频率范围与声波信号音频频率的差异保持在一定范围内的子带数据进行还原处理，该一定范围的差异可以根据声波信号音频频率进行预先设置。
步骤S12，对原始数字音频信号流进行傅里叶变换处理。
步骤S13，对经过傅里叶变换处理的音频信号流进行声波信号的解析，以获得对应的声波信号。
在本发明中，利用选取声波信号音频频率相同或差异保持在一定范围内的子带数据，对音频压缩数据流中所选取的这些子带数据进行音频还原，从而得到只包含了具备与声波信号音频频率相同或差异保持在一定范围内的频带的原始数字音频信号流，从而降低了还原过程中的运算量。
对于基于(或部分基于)子带编码生成的音频压缩数据流，需要对每个子带数据进行量化还原、重新排序、消除混叠、加窗合成滤波、以及相位修正等运算步骤进行处理，以得到每个子带数据音频频率范围内的数值序列，然后对这些数值序列进行多相合成滤波以得到原始音频数据。其中，该多相合成滤波的作用，就是将各个子带数据(经过量化还原、重新排序、消除混叠、加窗合成滤波、以及相位修正)合成为对应的原始信号。多相合成滤波某一个子带数据，就能够得到这个子带数据的原始信号，多相合成滤波某两个子带数据，就能够得到这两个子带数据的原始信号。
请同时参阅图3，步骤S11，即，将选取的子带数据还原成局部频带的原始数字音频信号流，具体通过如下步骤实现：
步骤S111，将选取的每个子带数据经过量化还原处理以得到每个子带数据的数值序列A0，A1，…，An-1；其中，n是根据原始音频压缩数据所预设的正整数。
步骤S112，利用精度调整后的多相合成滤波器对每个子带数据的数值序列A0，A1，…，An-1进行还原。
其中，该多相合成滤波器的精度被预先调整至标准精度的1/m。在本实施方式中，m＝4。
具体地，请同时参阅图4，利用精度调整后的多相合成滤波器对每个子带数据的数值序列A0，A1，…，An-1进行还原，具体通过如下步骤实现：
步骤S1121，根据多相合成滤波器的精度，选取每个子带数据的数值序列A0，A1，…，An-1中相邻的m个数值划分为一组，以将每个子带数据的数值序列划分为n/m组；
步骤S1122，利用精度调整后的多相合成滤波器对每组中的第x个数值进行标准加窗运算，并将运算结果乘以m以得到对应的还原后子带数据，以得到该子带数据的原始数字音频信号流。其中，1≤x≤m，且m为自然数。
具体地，依次对n/m组的数值序列进行如上所述的标准加窗运算，直至该子带数据的全部数值序列被还原处理完成，从而得到该子带数据的原始数字音频信号流。
例如，当m＝4，x＝1时，即，每个子带数据的数值序列分组后，每组数值序列包含4个数值：第一组，A0、A1、A2、A3；第二组，A4、A5、A6、A7；……第n/4组，An-4、An-3、An-2、An-1。利用精度调整为标准精度1/4的多相合成滤波器对第一组数值序列A0、A1、A2、A3进行还原处理，即，该多相合成滤波器仅选取数值A0进行标准加窗运算，并将运算结果乘以4以得到第一组数值序列还原后的子带数据，同样地，对其余的n/4-1组数值序列进行如上所述的标准加窗运算，并将运算结果乘以4，直至n/4组数值序列全部完成标准加窗运算，从而得到该子带数据还原处理后的原始数字音频信号流。
如上所述，对子带数据的数值序列中的第1个数值进行标准加窗运算后的结果乘以4，忽略第2、3、4个数值，对第5个数据进行标准加窗运算后的结果乘以4，忽略第6、7、8个数值，直到该子带数据处理完成。
在本发明中，通过如上步骤S21、S22所述，假设每个子带数据中的m个连续的数值在进行标准加窗运算后的结果是相同的，因此仅处理每组其中1/m的数据，以损失精确度的代价，来达到降低运算量的目的。
多相合成滤波的目的是将频域信号转化为时域信号输出，是压缩音频还原过程中的步骤之一，这一步需要进行大量浮点加法和乘法运算；通过对多相合成滤波器的精度进行设置，并利用精度设置后的多相合成滤波器将选取的子带数据还原成局部频带的原始数字音频信号，从而进一步地减少音频还原过程中的运算量。
请参阅图5，为本发明实施方式中的一种声波信号的解码装置的结构示意图。该装置20包括子带筛选模块21、还原模块22、傅里叶变换模块23以及解码模块24。
子带筛选模块21，用于从基于子带编码的音频压缩数据流的子带数据中选取与声波信号的音频频率相近的子带数据；其中，该声波信号是预先叠加在原始音频文件中的标识信号，该原始音频文件通过音频量化处理以生成该音频压缩数据流。
具体地，该子带筛选模块21用于：当接收到基于子带编码的音频压缩数据流时，将该音频压缩数据流分成与原来的各子带信号相对应的子带数据；以及判断声波信号的音频频率是否落入各子带数据的音频频率范围内；若是，则该子带筛选模块21选取该子带数据；否则，该子带筛选模块21放弃该子带数据。
还原模块22，用于将选取的子带数据还原成局部频带的原始数字音频信号流；其中，该局部频带是与声波信号的音频频率相同或保持在一定差异范围内的频带。进一步地，该预定范围是根据原始数字音频信号的频率特征进行预先设定。
傅里叶变换模块23，用于对原始数字音频信号流进行傅里叶变换处理。
解码模块24，用于对经过傅里叶变换处理的音频信号流进行声波信号的解析，以获得对应的声波信号。
进一步地，该还原模块22具体还用于：
将选取的每个子带数据经过量化还原处理以得到每个子带数据的数值序列A0，A1，…，An-1；其中，n是根据原始音频压缩数据所预设的正整数；以及
利用精度调整后的多相合成滤波器对每个子带数据的数值序列A0，A1，…，An-1进行还原；其中，该多相合成滤波器的精度被预先调整至标准精度的1/m。在本实施方式中，m＝4。
更进一步地，该还原模块22还用于：
根据多相合成滤波器的精度，选取每个子带数据的数值序列A0，A1，…，An-1中相邻的m个数值划分为一组，以将每个子带数据的数值序列划分为n/m组；以及
利用精度调整后的多相合成滤波器对每组中的第x个数值进行标准加窗运算，并将运算结果乘以m以得到对应的还原后子带数据，以得到该子带数据的原始数字音频信号流。其中，1≤x≤m，且m为自然数。
本发明实施方式提供的一种声波信号解码的方法及装置，通过声波信号的音频频率确定与其相关的音频压缩数据流中的子带数据，并针对选取的子带数据进行还原处理；进一步地，利用精度调整后的多相合成滤波器针对与声波信号音频频率相同或差异保持在一定范围内的子带数据进行音频还原，可省略子带数据还原所进行的量化还原、重新排序、消除混叠、加窗合成滤波、相位修正等运算过程，从而减少运算量，提升解释型语音对声波解码的速度。
在本发明所提供的实施方式中，所揭露的系统、终端和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的终端实施例是示意性的，所述单元的划分，为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式。
所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用硬件加软件功能单元的形式实现。
上述以软件功能单元的形式实现的集成的单元，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。上述软件功能单元存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)或处理器(processor)执行本发明各个实施例所述方法的部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(Read-Only Memory，ROM)、随机存取存储器(Random Access Memory，RAM)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
需要说明的是，本发明的说明书及其附图中给出了本发明的较佳的实施方式，但是，本发明可以通过许多不同的形式来实现，并不限于本说明书所描述的实施方式，这些实施方式不作为对本发明内容的额外限制，提供这些实施方式的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。并且，上述各技术特征继续相互组合，形成未在上面列举的各种实施方式，均视为本发明说明书记载的范围；进一步地，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (10)

1.一种声波信号解码方法，其特征在于，所述方法包括：
从基于子带编码的音频压缩数据流的子带数据中选取与声波信号的音频频率相近的子带数据；其中，所述声波信号是预先叠加在原始音频文件中的标识信号，所述原始音频文件通过音频量化处理以生成所述音频压缩数据流；
将选取的子带数据还原成局部频带的原始数字音频信号流；其中，所述局部频带是与声波信号的音频频率相同或保持在一定差异范围内的频带；
对所述原始数字音频信号流进行傅里叶变换处理；以及
对经过傅里叶变换处理的音频信号流进行声波信号的解析，以获得对应的声波信号。
2.根据权利要求1所述的声波信号解码方法，其特征在于，所述从基于子带编码的音频压缩数据流的子带数据中选取与声波信号的音频频率相近的子带数据，具体包括：
当接收到基于子带编码的音频压缩数据流时，将所述音频压缩数据流分成与原来的各子带信号相对应的子带数据；
判断声波信号的音频频率是否落入各子带数据的音频频率范围内；若是，则选取所述子带数据；否则，放弃所述子带数据。
3.根据权利要求2所述的声波信号解码方法，其特征在于，所述将选取的子带数据还原成局部频带的原始数字音频信号流，具体包括：
将选取的每个子带数据经过量化还原处理以得到每个子带数据的数值序列A0，A1，…，An-1；其中，n是根据原始音频压缩数据所预设的正整数；
利用精度调整后的多相合成滤波器对每个子带数据的数值序列A0，A1，…，An-1进行还原；其中，所述多相合成滤波器的精度被预先调整至标准精度的1/m。
4.根据权利要求3所述的声波信号解码方法，其特征在于，所述利用精度调整后的多相合成滤波器对每个子带数据的数值序列A0，A1，…，An-1进行还原，具体包括：
根据多相合成滤波器的精度，选取每个子带数据的数值序列A0，A1，…，An-1中相邻的m个数值划分为一组，以将每个子带数据的数值序列划分为n/m组；
利用精度调整后的多相合成滤波器对每组中的第x个数值进行标准加窗运算，并将运算结果乘以m以得到对应的还原后子带数据，以得到所述子带数据的原始数字音频信号流；其中，1≤x≤m，且m为自然数。
5.根据权利要求4所述的声波信号解码方法，其特征在于，m＝4，x＝1。
6.一种声波信号解码装置，其特征在于，所述装置包括：
子带筛选模块，用于从基于子带编码的音频压缩数据流的子带数据中选取与声波信号的音频频率相近的子带数据；其中，所述声波信号是预先叠加在原始音频文件中的标识信号，所述原始音频文件通过音频量化处理以生成所述音频压缩数据流；
还原模块，用于将选取的子带数据还原成局部频带的原始数字音频信号流；其中，所述局部频带是与声波信号的音频频率相同或保持在一定差异范围内的频带；所述预定范围是根据原始数字音频信号的频率特征进行预先设定；
傅里叶变换模块，用于对所述原始数字音频信号流进行傅里叶变换处理；
解码模块，用于对经过傅里叶变换处理的音频信号流进行声波信号的解析，以获得对应的声波信号。
7.根据权利要求6所述的声波信号解码装置，其特征在于，所述子带筛选模块还用于：
当接收到基于子带编码的音频压缩数据流时，将所述音频压缩数据流分成与原来的各子带信号相对应的子带数据；以及
判断声波信号的音频频率是否落入各子带数据的音频频率范围内；若是，则所述子带筛选模块选取所述子带数据；否则，所述子带筛选模块放弃所述子带数据。
8.根据权利要求7所述的声波信号解码装置，其特征在于，所述还原模块还用于：
将选取的每个子带数据经过量化还原处理以得到每个子带数据的数值序列A0，A1，…，An-1；其中，n是根据原始音频压缩数据所预设的正整数；以及
利用精度调整后的多相合成滤波器对每个子带数据的数值序列A0，A1，…，An-1进行还原；其中，所述多相合成滤波器的精度被预先调整至标准精度的1/m。
9.根据权利要求8所述的声波信号解码装置，其特征在于，所述还原模块还用于：
根据多相合成滤波器的精度，选取每个子带数据的数值序列A0，A1，…，An-1中相邻的m个数值划分为一组，以将每个子带数据的数值序列划分为n/m组；以及
利用精度调整后的多相合成滤波器对每组中的第x个数值进行标准加窗运算，并将运算结果乘以m以得到对应的还原后子带数据，以得到所述子带数据的原始数字音频信号流；其中，1≤x≤m，且m为自然数。
10.根据权利要求9所述的声波信号解码装置，其特征在于，m＝4，x＝1。
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