CN111916090A - 一种lc3编码器近奈奎斯特频率信号检测方法、检测器、存储介质及设备 - Google Patents

一种lc3编码器近奈奎斯特频率信号检测方法、检测器、存储介质及设备 Download PDF

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Abstract

本申请公开了一种LC3编码器近奈奎斯特频率信号检测方法、检测器、存储介质及设备，属于音频编码技术领域。该LC3编码器近奈奎斯特频率信号检测方法包括：确定输入的频域信号中处于高频子带的信号样本的平均能量值；确定频域信号中处于中低频子带的信号样本的最高能量值；以及比较平均能量值与一定倍数的最高能量值的大小，若平均能量值大于一定倍数的最高能量值，则输入频域信号为近奈奎斯特频率信号，若平均能量值不大于一定倍数的最高能量值，则编码信号为非近奈奎斯特频率信号。本申请的应用简化近奈奎斯特频率信号的检测过程，降低检测过程中的运算量，进而降低编码器的功耗，提高检测结果的准确性。

Description

一种LC3编码器近奈奎斯特频率信号检测方法、检测器、存储 介质及设备
技术领域
本申请涉及音频编码技术领域，特别是一种LC3编码器近奈奎斯特频率信号检测方法、检测器、存储介质及设备。
背景技术
现有技术中，主流的蓝牙音频编码器包括：SBC音频编码器，其根据A2DP协议强制要求，使用最为广泛，所有的蓝牙音频设备支持，但音质一般；AAC-LC音频编码器，其音质较好且应用较为广泛，很多主流的手机都支持，但与SBC音频编码器相比，内存占用较大，且运算复杂度高，很多蓝牙设备都基于嵌入式平台，电池容量有限，处理器运算能力较差且内存有限；aptX系列音频编码器，其音质较好，但码率很高，aptX需要码率384kbps，而aptX-HD的码率为576kbps，且为高通独有的技术，较为封闭；LDAC音频编码器，其音质较好，但码率也很高，分别是330kbps，660kbps和990kbps，由于蓝牙设备所处的无线环境特别复杂，稳定支持如此高的码率有一定的困难，且为索尼独有的技术，也很封闭。
基于上述原因，蓝牙国际联盟Bluetooth Sig联合众多厂商推出了LC3音频编码器(Low Complexity Communication Codec，简称LC3)，其具有较低延迟、较高音质和编码增益以及在蓝牙领域无专利费等优点，受到广大厂商的关注。由于LC3音频编码器推出的初衷是要满足低功耗蓝牙领域的音频应用，所以对功耗要求非常严格。
当LC3音频编码器的输入频域信号为具有接近奈奎斯特频率(Nyquistfrequency)的正弦波时，接近奈奎斯特频率的输入编码信号会导致LC3音频编码器中的TNS模块异常开启并产生信号扰动，产生的信号扰动会对LC3音频编码器的最终编码结果产生不良影响。为此，需要检测LC3音频编码器的输入频域信号是否接近奈奎斯特频率，当输入频域信号接近奈奎斯特频率时，关闭TNS模块，从而避免信号扰动，提升LC3音频编码器编码结果的准确性。现有技术中，在对输入频域信号是否为近奈奎斯特频率信号的检测时，需要对每帧音频频域信号样本进行大量的数据累加运算，加大LC3音频编码器的运算量，使得LC3音频编码器的功耗增加。
发明内容
针对现有技术中存在的上述技术问题，本申请提供一种LC3编码器近奈奎斯特频率信号检测方法、检测器、存储介质及设备。
在本申请的一个技术方案中，提供一种LC3编码器近奈奎斯特频率信号检测方法，包括，确定输入的频域信号中处于高频子带的信号样本的平均能量值；确定频域信号中处于中低频子带的信号样本的最高能量值；以及比较平均能量值与一定倍数的最高能量值的大小，若平均能量值大于一定倍数的最高能量值，则输入频域信号为近奈奎斯特频率信号，若平均能量值不大于一定倍数的最高能量值，则输入频域信号为非近奈奎斯特频率信号。
在本申请的另一技术方案中，提供一种LC3编码器近奈奎斯特频率信号检测器，包括，高频子带检测模块，其确定确定输入的频域信号中处于高频子带的信号样本的平均能量值；中低频子带检测模块，其确定频域信号中处于中低频子带的信号样本的最高能量值；以及比较模块，其比较平均能量值与一定倍数的最高能量值的大小，若平均能量值大于一定倍数的最高能量值，则输入频域信号为近奈奎斯特频率信号，若平均能量值不大于一定倍数的最高能量值，则输入频域信号为非近奈奎斯特频率信号。
在本申请的另一技术方案中，提供一种计算机可读存储介质，其存储有计算机指令，其中计算机指令被操作以执行方案一中的LC3编码器近奈奎斯特频率信号检测方法。
在本申请的另一技术方案中，提供一种计算机设备，其包括处理器和存储器，存储器存储有计算机指令，其中，处理器操作计算机指令以执行方案一中的LC3编码器近奈奎斯特频率信号检测方法。
本申请的有益效果是：本申请的使用使得在对近奈奎斯特频率信号的检测过程中，能够降低检测过程中的运算量，降低编码器中的运算量损耗，进而降低编码器的功耗，同时提高检测结果的准确性。
附图说明
图1是本申请LC3编码器近奈奎斯特频率信号检测方法的一个具体实施方式的流程示意图；
图2是本申请LC3编码器近奈奎斯特频率信号检测器的一个具体实施方式的组成示意图；
图3是近奈奎斯特信号导致TNS时域噪声整形模块产生锯齿状扰动示意图。
具体实施方式
为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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做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。
本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”“第四”等(如果存在)是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施例例如能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
现有技术中，判断输入频域信号是否为近奈奎斯特频率信号的判断公式如下：
Figure BDA0002636121290000021
其中，公式的左端为计算输入频域信号中处于高频子带的信号样本能量的和值，公式的右端为计算输入频域信号中处于中低频子带的信号样本能量的和值与NNthres的倍数。其中，NNthres的取值为30，NB的取值为64或者60，nnidx为输入频域信号中高频子带和中低频子带的划分点，表示能量样本数量的划分点，nnidx的取值为NB-2或者NB-4。若输入频域信号中，高频区域的能量很大，中低频区域的能量很小而满足上述不等式，则判断该输入频域信号为近奈奎斯特频率信号，并在后续的编码过程中关闭TNS模块；若输入频域信号中，通过对处于高频子带的信号样本能量和处于中低频子带的信号样本能量的运算而不满足上述不等式，则判断该输入频域信号为非近奈奎斯特频率信号，则在后续的编码过程中无需关闭TNS模块。
在现有技术的近奈奎斯特频率信号的检测过程中，需要进行大量的能量样本EB的能量值的累加运算，然而能量样本EB的能量值往往是动态范围很高的值，并且在定点运算中，需要使用动态量化系数Q控制能量样本EB的放大基数，再进行能量样本EB的能量值的对阶累加运算。在具体的运算过程中，因为动态量化系数Q的使用，对阶加法的使用将造成编码器运算量急速上升。为此，本申请提出一种LC3编码器近奈奎斯特频率信号检测方法、检测器、存储介质及设备，实现对近奈奎斯特频率信号检测过程的简化，降低近奈奎斯特频率信号检测过程的运算量，进而降低编码器的功耗，同时提高检测结果的准确性，对于对功耗有着严格要求的LC3编码器，功耗降低将进一步提升LC3编码器的系统续航时间，同时依然提供完整的近奈奎斯特信号检测能力。
图1示出了本申请LC3编码器近奈奎斯特频率信号检测方法的一个具体实施方式。
在图1所示的具体实施方式中，本申请的LC3编码器近奈奎斯特频率信号检测方法包括：过程S101，确定输入的频域信号中处于高频子带的信号样本的平均能量值。
在本申请的一个具体实施例中，通过对高频子带的信号样本的能量探测并求和平均，得到处于高频子带的信号样本中各个第一能量样本的平均能量值。在输入频域信号的高频子带中，获取各个第一能量样本的能量值，根据对各个第一能量样本的能量值求平均值，得出处于高频子带的信号样本的平均能量值。
在该具体实施例中，因为在处于高频子带的信号样本的第一能量样本中，各个第一能量样本已经对阶完成，在进行叠加运算时，可能会导致加和运算的结果溢出U32位整数容器，因此需要进行缩小操作。在进行平均能量值的计算时，将各个第一能量样本在损失尾部精度的情况下相加，再除以相加的个数得到处于高频子带的信号样本的平均能量值。使用处于高频子带的各个第一能量样本的平均能量值代替现有技术中使用处于高频子带的各个第一能量样本的能量值总和来表示高频子带的能量，使用简单的量来代替复杂的量进行近奈奎斯特频率信号的检测判断，简化检测的流程。
在图1所示的具体实施方式中，本申请的LC3编码器近奈奎斯特频率信号检测方法包括：过程S102，确定频域信号中处于中低频子带的信号样本的最高能量值。
在本申请的一个具体实施例中，通过对处于中低频子带的信号样本进行遍历操作，比较中低频子带信号样本中各个第二能量样本的能量值大小，得到中低频子带的信号样本的最高能量值。在该具体实施例中，对输入频域信号中处于中低频子带的各个第二能量样本进行遍历操作，比较在中低频子带内各个第二能量样本的能量值，得到中低频子带内各个第二能量样本的最高能量值。在输入型号的中低频子带内，包括较多的能量样本。其中，对各个能个能量样本进行遍历，通过对各个能量样本的所据有的能量值的比较，在中低频子带内选择出具有最高能量值的频带能量样本，并将该样本作为近奈奎斯特频率信号判断的中低频子带的能量大小的参考。
使用输入频域信号中，处于中低频子带的信号的的第二能量样本最高能量值代替现有技术中使用中低频子带内各个能量样本的能量值总和来表示高频子带的能量，使用简单的量来代替复杂的量进行近奈奎斯特频率信号的检测判断，简化检测的流程。将复杂的各个能量样本能量值总和的叠加运算过过程转换成能量样本中得到最大值的比较过程，降低编码器中处理器的运算量，降低编码器的功耗。
在本申请的一个具体实施例中，通过将处于中低频子带的各个第二能量样本进行对阶比较，得到处于中低频子带内的信号样本的各个第二能量样本的最高能量值。
在该具体实施例中，因为中低频子带的各个第二能量样本能量值表示的大小的阶数不相同，且动态范围较高，无法直接进行各个第二能量样本的能量值的比较，需要将各个第二能量样本进行对阶的调整操作。在中低频子带内的各个第二能量样本中，各个第二能量样本所表示的能量大小采用浮点数进行表示，其中，为了进行各个能量样本间大小的比较，需要对各个能量样本进行阶数的调整。具体的，通过将定点数向右位移一定的位数，使得高阶对齐低阶，进而再进行比较。
通过对阶比较得到中低频子带中的各个第二能量样本的最高能量值，代替通过对阶加法得到的中低频子带的各个能量样本的累加值作为近奈奎斯特频率信号判断的参考，避免了复杂的对阶累加运算，以及避免了对阶加法的累加过程中各个累加项误差的叠加而导致的判断错误，降低编码器中处理器的运算量，降低编码器的功耗，提高检测结果的准确性。
在图1所示的具体实施方式中，本申请的近奈奎斯特检测方法包括：过程S103，比较平均能量值与一定倍数的最高能量值的大小，若平均能量值大于一定倍数的最高能量值，则输入频域信号为近奈奎斯特频率信号，若平均能量值不大于一定倍数的最高能量值，则输入频域信号为非近奈奎斯特频率信号。
在该具体实施方式中，通过对输入频域信号中的处于高频子带以及中低频子带中能量样本的处理，得出处于高频子带中各个第一能量样本的平均能量值和中低频子带中各个第二能量样本的最高能量值，进而进行输入频域信号中处于高频子带和处于中低频子带的能量的比较。若输入频域信号中处于高频子带的各个第一能量样本的平均能量值大于一定倍数的输入频域信号中处于中低频子带的各个第二能量样本的最高能量值，则输入频域信号为近奈奎斯特频率信号；若输入频域信号中处于高频子带的各个第一能量样本的平均能量值不大于一定倍数的输入频域信号中处于中低频子带的各个第二能量样本的最高能量值，则输入频域信号为非近奈奎斯特频率信号。
在本申请的一个具体实施例中，在进行最高能量值与一定倍数的乘积运算时，将最高能量值的二进制表示向左移动一定倍数对应的位数，将乘积运算进行简化。
在该具体实施例中，输入频域信号中能量样本的大小可以采用不同进制的浮点数进行表示。因为不同进制的浮点数的大小与浮点数的位数及进制数具有一定的关系，所以通过改变浮点数的位数，即可表示一定倍数的浮点数的倍数运算，从而将复杂的乘法运算简化为简单的位数的移动，降低运算量，进而降低编码器的功耗。例如，有二进制表示的数值100.0，若计算该数值与2的乘积，则需要把数值100.0的1向左移动1位得到1000.0，即为100.0与2的乘积运算的结果。
在本申请的一个具体实施例中，在本申请的LC3编码器近奈奎斯特频率信号检测方法中，在中低频子带内，计算各个能量样本中的最高能量值的一定倍数，再与高频子带的平均能量值进行比较，其中，能量值的浮点数可采用二进制表示，一定倍数可以为4，一定倍数对应的位数可以为2。
在该具体实施例中，例如，有二进制数110.0，其表示的十进制数为6，若进行该二进制数与倍数4之间的乘法运算，得到的结果为24。其中可直接将二进制数110.0向左一定2位，即11000.0，转换为十进制数为24。通过简单的位数移动，即可表示较为复杂的乘法运算，降低编码器中处理器的运算量，进而降低编码器的功耗。
在本申请的一个具体实施例中，将输入频域信号中的各个能量样本由中低频到高频依次编号，确认最后两者或最后四者能量样本所处的频域为高频子带，除高频子带外的频域为中低频子带。
在该具体实施例中，对输入频域信号的高频子带和中低频子带的能量值进行比较，首先对输入频域信号中，高频子带和中低频子带表示的范围进行划分。在输入频域信号中，将各个能量样本由低频到高频依次编号，确认最后两者或最后四者能量样本所处的频域为高频子带，除高频子带外的频域为中低频子带。例如在LC3音频编码器中，输入频域信号的总的能量样本数量为60或者64。则在输入频域信号的中低频到高频中，当能量样本数量为60时，高频子带的能量样本编号为58、59，或者56、57、58以及59。当能量样本数量为64时，高频子带的能量样本编号为62、63，或者60、61、62以及63。其中，具体的数值可根据编码器的编码采样频率进行确定。其中，当采样频率为8KHz时，能量样本数为60，当采频率为非8KHz时，能量样本数为64，此部分通过LC3编码器中的相关规范进行定义。通过对合适的高频子带和中低频子带的设定，提高对近奈奎斯特频率信号检测的准确性。利用位数的移动，替换复杂的乘法运算，降低运算量，进而降低编码器的功耗。
本申请的LC3编码器近奈奎斯特频率信号检测方法的判断公式如下：
Figure BDA0002636121290000051
若Nms＝7.5ms帧长且采样频率为8KHz，则Nb＝60；否则Nb＝64，其中当若Nms＝10ms帧长时，b＝2，Nms＝7.5ms帧长时，b＝4。其中nn_idx＝Nb-b。
通过本申请的LC3编码器近奈奎斯特频率信号检测方法的应用，使用输入频域信号中高频子带的信号样本的平均能量值和中低频子带的信号样本的最高能量值作为近奈奎斯特频率信号检测的参考，将复杂的对阶加法运算转变成对阶比较和浮点数位数的移动，避免了现有技术中复杂的高频子带以及中低频频频域的能量样本的累加运算，降低运算量，无需考虑对阶加法时由于累加项逐项误差导致的判断错误，提升提高检测结果的准确性。
图2示出了本申请LC3编码器近奈奎斯特频率信号检测器的一个具体实施方式。
在图2所示的具体实施方式中，本申请的近奈奎斯特检测器包括：高频子带检测模块，其确定输入频域信号中处于高频子带的信号的平均能量值；中低频子带检测模块，其确定输入频域信号中处于中低频子带的信号的最高能量值；以及比较模块，其比较平均能量值与一定倍数的最高能量值的大小，若平均能量值大于一定倍数的最高能量值，则输入频域信号为近奈奎斯特频率信号，若平均能量值不大于一定倍数的最高能量值，则编码信号为非近奈奎斯特频率信号。
通过本申请的LC3编码器近奈奎斯特频率信号检测方法的应用，使用输入频域信号中处于高频子带的平均能量值和中低频子带的最高能量值作为近奈奎斯特频率信号检测的参考，将复杂的对阶加法运算转变成对阶比较和浮点数位数的移动，避免了现有技术中复杂的高频子带以及中低频频频域的能量样本的累加运算，降低运算量，无需考虑对阶加法时由于累加项逐项误差导致的判断错误，提升提高检测结果的准确性。
图3是近奈奎斯特信号导致TNS时域噪声整形模块产生锯齿状扰动示意图。其中，图3中左侧为原始的编码音频信号，图3中右侧为未经过近奈奎斯特频率信号检测二没有关闭TNS时域噪声整形模块，导致输出的编码或解码信号出现波动的示意图。通过对编码信号进行是否为近奈奎斯特频率信号的检测额，保证编解码结果的稳定性和准确性。通过本申请的LC3编码器近奈奎斯特频率信号检测方法，降低信号检测过程中解码器中的处理器的运算量，进而降低编码器的功耗。对于对功耗有着严格要求的LC3编解码器，降低LC3编解码器的功耗，提高LC3编解码器的使用性能。
在本申请的一个具体实施方式中，一种计算机可读存储介质，其存储有计算机指令，其中计算机指令被操作以执行任一实施例描述的LC3编码器近奈奎斯特频率信号检测方法。其中，该存储介质可直接在硬件中、在由处理器执行的软件模块中或在两者的组合中。
软件模块可驻留在RAM存储器、快闪存储器、ROM存储器、EPROM存储器、EEPROM存储器、寄存器、硬盘、可装卸盘、CD-ROM或此项技术中已知的任何其它形式的存储介质中。示范性存储介质耦合到处理器，使得处理器可从存储介质读取信息和向存储介质写入信息。
处理器可以是中央处理单元(英文：Central Processing Unit，简称：CPU)，还可以是其他通用处理器、数字信号处理器(英文：Digital Signal Processor，简称：DSP)、专用集成电路(英文：Application Specific Integrated Circuit，简称：ASIC)、现场可编程门阵列(英文：Field Programmable Gate Array，简称：FPGA)或其它可编程逻辑装置、离散门或晶体管逻辑、离散硬件组件或其任何组合等。通用处理器可以是微处理器，但在替代方案中，处理器可以是任何常规处理器、控制器、微控制器或状态机。处理器还可实施为计算装置的组合，例如DSP与微处理器的组合、多个微处理器、结合DSP核心的一个或一个以上微处理器或任何其它此类配置。在替代方案中，存储介质可与处理器成一体式。处理器和存储介质可驻留在ASIC中。ASIC可驻留在用户终端中。在替代方案中，处理器和存储介质可作为离散组件驻留在用户终端中。
在本申请的一个具体实施方式中，一种计算机设备，其包括处理器和存储器，存储器存储有计算机指令，其中：处理器操作计算机指令以执行任一实施例描述的LC3编码器近奈奎斯特频率信号检测方法。
在本申请所提供的实施方式中，应该理解到，所揭露的装置和方法，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，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。
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，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，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。
以上仅为本申请的实施例，并非因此限制本申请的专利范围，凡是利用本申请说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本申请的专利保护范围内。

Claims (9)

1.一种LC3编码器近奈奎斯特频率信号检测方法，其特征在于，包括：
确定输入的频域信号中处于高频子带的信号样本的平均能量值；
确定所述频域信号中处于中低频子带的信号样本的最高能量值；以及
比较所述平均能量值与一定倍数的所述最高能量值的大小，若所述平均能量值大于一定倍数的所述最高能量值，则所述输入频域信号为近奈奎斯特频率信号，若所述平均能量值不大于所述一定倍数的所述最高能量值，则所述输入频域信号为非近奈奎斯特频率信号。
2.如权利要求1所述的LC3编码器近奈奎斯特频率信号检测方法，其特征在于，通过对处于所述高频子带的信号样本的能量进行探测并求平均值，得到处于所述高频子带的信号中各个第一能量样本的所述平均能量值。
3.如权利要求1所述的LC3编码器近奈奎斯特频率信号检测方法，其特征在于，通过对处于所述中低频子带的信号样本进行遍历操作，比较处于所述中低频子带的信号样本中各个第二能量样本的能量值大小，得到处于所述中低频子带的信号样本的所述最高能量值。
4.如权利要求3所述的LC3编码器近奈奎斯特频率信号检测方法，其特征在于，在所述遍历过程中，通过将各个所述第二能量样本的能量值进行对阶比较，得到处于所述中低频子带的信号样本的所述最高能量值。
5.如权利要求1所述的LC3编码器近奈奎斯特频率信号检测方法，其特征在于，在进行所述最高能量值与所述一定倍数的乘积运算时，将所述最高能量值的二进制表示向左移动所述一定倍数对应的位数，将所述乘积运算进行简化。
6.如权利要求1所述的LC3编码器近奈奎斯特频率信号检测方法，其特征在于，所述一定倍数为4，所述一定倍数对应的所述位数为2。
7.一种LC3编码器近奈奎斯特频率信号检测器，其特征在于，包括：
高频子带检测模块，其确定输入的频域信号中处于高频子带的信号样本的平均能量值；
中低频子带检测模块，其确定所述频域信号中处于中低频子带的信号样本的最高能量值；以及
比较模块，其比较所述平均能量值与一定倍数的所述最高能量值的大小，若所述平均能量值大于所述一定倍数的所述最高能量值，则所述输入频域信号为近奈奎斯特频率信号，若所述平均能量值不大于所述一定倍数的所述最高能量值，则所述输入频域信号为非近奈奎斯特频率信号。
8.一种计算机可读存储介质，其存储有计算机指令，其中所述计算机指令被操作以执行权利要求1-6任一项所述的LC3编码器近奈奎斯特频率信号检测方法。
9.一种计算机设备，其包括处理器和存储器，所述存储器存储有计算机指令，其中，所述处理器操作所述计算机指令以执行权利要求1-6任一项所述的LC3编码器近奈奎斯特频率信号检测方法。
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