CN111970628A - 音频信号的增强方法、装置、存储介质和处理器 - Google Patents

音频信号的增强方法、装置、存储介质和处理器 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种音频信号的增强方法、装置、存储介质和处理器。其中，该方法包括：获取原始音频信号的当前播放音量参数；通过等响度滤波器对原始音频信号进行滤波，得到第一音频信号，其中，第一音频信号为音域增强的音频信号；基于当前播放音量参数获取目标截止频率；在目标截止频率下，对第一音频信号进行虚拟低音增强，得到第二音频信号，其中，第二音频信号为低音增强的音频信号。本发明解决了现有技术对音频信号进行增强，导致音频信号失真的技术问题。

Description

音频信号的增强方法、装置、存储介质和处理器
技术领域
本发明涉音频处理领域，具体而言，涉及一种音频信号的增强方法、装置、存储介质和处理器。
背景技术
目前，随着多媒体设备的便捷化以及小型化，重放音频信号的扬声器的尺寸也原来越小，但这会导致扬声器的功率的下降和重放低频下潜的不足。
对小型扬声器的音频信号(比如，低频信号)进行提升方法可以通过提升低频均衡器EQ进行实现。然而，这种方法虽然能够对音频信号的听感有一定的提升，但是可提升的幅度是非常有限的，并且在大信号的情况下，重放的音频信号也极易失真。
针对上述现有技术中对音频信号进行增强，导致音频信号失真的问题，目前尚未提出有效的解决方案。
发明内容
本发明实施例提供了一种音频信号的增强方法、装置、存储介质和处理器，以至少解决现有技术对音频信号进行增强，导致音频信号失真的技术问题。
根据本发明实施例的一个方面，提供了一种音频信号的增强方法。该方法可以包括：获取原始音频信号的当前播放音量参数；通过等响度滤波器对原始音频信号进行滤波，得到第一音频信号，其中，第一音频信号为音域增强的音频信号；基于当前播放音量参数获取目标截止频率；在目标截止频率下，对第一音频信号进行虚拟低音增强，得到第二音频信号，其中，第二音频信号为低音增强的音频信号。
可选地，基于当前播放音量参数获取目标截止频率，包括：在扬声器由最大播放音量参数进行控制的情况下，获取扬声器的频响曲线；通过控制扬声器的播放音量参数，获取扬声器的幅度谱中的低频段，并获取低频段中的最大幅度值；将频响曲线中与最大幅度值对应的频率，确定为目标截止频率。
可选地，获取扬声器的频响曲线，包括：通过对数扫频信号对扬声器的输出信号进行测量，得到测量信号；对测量信号进行解卷积，得到频响曲线。
可选地，获取扬声器的幅度谱中的低频段，包括：获取扬声器的最大增益的幅度频谱和补偿幅度频谱，其中，所述最大增益的幅度频谱为最大播放音量参数的增益；基于最大增益的幅度频谱和补偿幅度频谱确定幅度谱。
可选地，在获取扬声器的最大增益的幅度频谱和补偿幅度频谱之前，该方法还包括：获取扬声器的基准响度，并拟合出基准响度对应的第一等响曲线，将第一等响曲线确定为基准幅度频谱；获取当前播放音量参数对应的当前响度，并拟合出当前响度对应的第二等响曲线，将第二等响曲线确定为实际幅度频谱；基于基准幅度频谱和实际幅度频谱确定补偿幅度频谱。
可选地，基于基准幅度频谱和实际幅度频谱确定补偿幅度频谱，包括：将实际幅度频谱和基准幅度频谱之间的差，确定为补偿幅度频谱。
可选地，在通过等响度滤波器对原始音频信号进行滤波，得到第一音频信号之前，该方法还包括：通过补偿幅度频谱确定等响度滤波器。
可选地，获取扬声器的基准响度，包括：获取扬声器输出的在目标频率下的最大声压级；将最大声压级确定为基准响度。
可选地，获取当前播放音量参数对应的当前响度，包括：获取当前播放音量参数在目标频率1kHz下的声压级；将目标频率下的声压级对应的响度确定为当前响度。
可选地，基于当前播放音量参数获取目标截止频率，包括：获取扬声器的基准响度和当前播放音量参数对应的当前响度之间的增益差；基于增益差在扬声器的幅度谱中的低频段中，确定最大的频谱幅度下降值；将频谱幅度下降值对应的频率确定为目标截止频率。
可选地，基于当前播放音量参数获取目标截止频率，包括：基于当前播放音量参数从数据库中调用目标截止频率，其中，目标截止频率用于根据与当前播放音量参数相同的播放音量参数预先确定。
根据本发明实施例的另一方面，还提供了一种音频信号的增强装置。该装置可以包括：第一获取单元，用于获取原始音频信号的当前播放音量参数；滤波单元，用于通过等响度滤波器对原始音频信号进行滤波，得到第一音频信号，其中，第一音频信号为音域增强的音频信号；第二获取单元，用于基于当前播放音量参数获取目标截止频率；虚拟低音增强单元，用于在目标截止频率下，对第一音频信号进行虚拟低音增强，得到第二音频信号，其中，第二音频信号为低音增强的音频信号。
根据本发明实施例的另一方面，还提供了一种计算机可读存储介质。该计算机可读存储介质包括存储的程序，其中，在程序被处理器运行时控制计算机可读存储介质所在设备执行本发明实施例的音频信号的增强方法。
根据本发明实施例的另一方面，还提供了一种处理器。该处理器用于运行程序，其中，程序运行时执行本发明实施例的音频信号的增强方法。
在本发明实施例中，采用获取原始音频信号的当前播放音量参数；通过等响度滤波器对原始音频信号进行滤波，得到第一音频信号，其中，第一音频信号为音域增强的音频信号；基于当前播放音量参数获取目标截止频率；在目标截止频率下，对第一音频信号进行虚拟低音增强，得到第二音频信号，其中，第二音频信号为低音增强的音频信号。也就是说，本申请按照等响度滤波器对原始音频信号进行初步低音增强，得到第一音频信号，然后采用根据随当前播放音量参数变化的目标截止频率，按照虚拟低音增强技术对第一音频信号进行进一步增强，得到的第二信号在听感上更加的自然与饱满，从而解决了对音频信号进行增强，导致音频信号失真的技术问题，达到了对音频信号进行增强，提高音频信号的准确性的技术效果。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1是根据本发明实施例的一种音频信号的增强方法的流程图；
图2是根据本发明实施例的一种低音增强的示意图；
图3是根据本发明实施例的一种纯音等响曲线的示意图；
图4是根据本发明实施例的一种频谱幅度与频率之间的对应关系的示意图；
图5是根据本发明实施例的另一种频谱幅度与频率之间的对应关系的示意图；以及
图6是根据本发明实施例的一种音频信号的增强装置的示意图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都应当属于本发明保护的范围。
需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等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，以便这里描述的本发明的实施例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。
实施例1
根据本发明实施例，提供了一种音频信号的增强方法的实施例，需要说明的是，在附图的流程图示出的步骤可以在诸如一组计算机可执行指令的计算机系统中执行，并且，虽然在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤。
图1是根据本发明实施例的一种音频信号的增强方法的流程图。如图1所示，该方法包括如下步骤：
步骤S102，获取原始音频信号的当前播放音量参数。
在本发明上述步骤S102提供的技术方案中，原始音频信号可以为输入的音频信号Xin(t)，获取原始音频信号的当前播放音量参数，该当前播放音量参数也可以称为用于对原始音频信号进行音量控制的音量控制参数，可以用于表示原始音频信号的播放音量的大小，可以用Loud进行表示。其中，原始音频信号可以为低音频信号。
步骤S104，通过等响度滤波器对原始音频信号进行滤波，得到第一音频信号，其中，第一音频信号为音域增强的音频信号。
在本发明上述步骤S104提供的技术方案中，在获取原始音频信号的当前播放音量参数之后，可以通过等响度控制模块生成等响度滤波器，该等响度滤波器可由一个有限长单位冲激响应(Finite Impulse Response，简称为FIR)滤波器组成，也可以由多个无限脉冲响应数字滤波器(IIR digital filter，简称为IIR)滤波器组合而成，此处不做具体限制。然后通过等响度滤波器对原始音频信号进行滤波，从而得到第一音频信号，该第一音频信号也即音域增强的音频信号XLoud(t)，从而实现了对原始音频信号进行初步低音增强的目的。
步骤S106，基于当前播放音量参数获取目标截止频率。
在本发明上述步骤S106提供的技术方案中，可以确定扬声器在最大播放音量参数下的幅度频谱特性，根据幅度频谱特性和上述当前播放音量参数，计算出在当前播放音量参数下的目标截止频率，该目标截止频率也即扬声器在当前播放音量参数下的用于进行虚拟低音增强处理时所需要的截止频率fc。
在该实施例中，目标截止频率是随着当前播放音量参数的变化而变化的，而并非固定的截止频率，从而避免了当原始音频信号的音量减小，使得低音听感减弱或者过分的提升，甚至出现可感知的音频失真的情况发生。
步骤S108，在目标截止频率下，对第一音频信号进行虚拟低音增强，得到第二音频信号，其中，第二音频信号为低音增强的音频信号。
在本发明上述步骤S108提供的技术方案中，在基于当前播放音量参数获取目标截止频率之后，对第一音频信号在目标截止频率下进行虚拟低音增强处理，从而得到第二音频信号，该第二音频信号为低音增强的音频信号，从而实现了对低音感知进行进一步增强的目的。由于目标截止频率是随着当前播放音量参数进行变化的，从而使得在目标截止频率下，对第一音频信号进行虚拟低音增强所得到的第二音频信号在听感上更加的自然与饱满。
通过本申请上述步骤S102至步骤S108，获取原始音频信号的当前播放音量参数；通过等响度滤波器对原始音频信号进行滤波，得到第一音频信号，其中，第一音频信号为音域增强的音频信号；基于当前播放音量参数获取目标截止频率；在目标截止频率下，对第一音频信号进行虚拟低音增强，得到第二音频信号，其中，第二音频信号为低音增强的音频信号。也就是说，该实施例按照等响度滤波器对原始音频信号进行初步低音增强，得到第一音频信号，然后采用根据随当前播放音量参数变化的目标截止频率，按照虚拟低音增强技术对第一音频信号进行进一步增强，得到的第二信号在听感上更加的自然与饱满，从而解决了对音频信号进行增强，导致音频信号失真的技术问题，达到了对音频信号进行增强，提高音频信号的准确性的技术效果。
作为一种可选的实施方式，步骤S106，基于当前播放音量参数获取目标截止频率，包括：在扬声器由最大播放音量参数进行控制的情况下，获取扬声器的频响曲线；通过控制扬声器的播放音量参数，获取扬声器的幅度谱中的低频段，并获取低频段中的最大幅度值；将频响曲线中与最大幅度值对应的频率，确定为目标截止频率。
在该实施例中，在实现基于当前播放音量参数获取目标截止频率时，可以是在进行中音频信号处理的过程中，测量和计算在最大播放音量参数下的扬声器的频响曲线，该频响曲线也可以称为幅度频谱响应曲线。该实施例还可以通过控制扬声器的播放音量参数，来获取扬声器的幅度谱中的低频段，其中，幅度谱也即当前音量响度增强的扬声器的幅度谱，该实施例可以确定幅度谱中的低频段，该低频段位于扬声器的目标截止频率附近，然后获取低频段中的最大幅度值，该最大幅度值也即低频段中最大的频谱幅度值Mag，进而在频谱曲线中出与最大幅度值下降3dB对应的频率，将其作为虚拟低音处理的目标截止频率。
作为一种可选的实施方式，获取扬声器的频响曲线，包括：通过对数扫频信号对扬声器的输出信号进行测量，得到测量信号；对测量信号进行解卷积，得到频响曲线。
在该实施例中，在实现获取扬声器的频响曲线时，可以是先获取对数扫频信号，该对数扫频信号也可以称为对数扫频输入信号，可以将其作为测试信号，在消声室或者在听音室对扬声器的输出信号进行测量，从而得到测量信号。可选地，如果在听音室对扬声器的输出信号进行测量，则需要根据听音室混响时间选定扫频长度，并对传声器检拾得到的声信号进行截断，以得到测量信号。在得到上述测量信号之后，可以对测量信号进行解卷积，从而得到扬声器的频响曲线。
在该实施例中，在实现对测量信号进行解卷积时，可以采用时间反转滤波技术对测量信号进行解卷积。可选地，假设对数扫频信号为x(t)，传声器捡拾信号为y(t)，扬声器的脉冲响应为h(t)，对应的频率响应分别为X(f)、Y(f)和H(f)，可以将y(t)在输入信号的时间反转做线性卷积，并通过傅里叶变换转换至频域，也即：
FT{y(t)*x(-t)}＝FT{x(t)*x(-t)*h(t)}＝|X(f)|2·H(f)，其中，FT{}用于表示傅里叶变换，
Figure BDA0002659908300000061
其中，“*”用于表示共轭，取f和20*log10(|H(f)|)对应的关系，即为扬声器的幅度频谱响应。
在该实施例中，在失真允许范围内，也即，在扬声器处于正常工作状态下，在不同的信号电平下的扬声器的幅度频谱形状是相同的，只有增益的差异。因而，该实施例在测得实际的扬声器的幅度频谱响应时，可以直接调整幅度频谱的增益，将其调至最大播放音量参数的增益，即是扬声器输出的最大增益的幅度频谱响应。其中，扬声器的目标截止频率可以为低频段最大的频谱幅度下降3dB后所对应的频率值。
作为一种可选的实施方式，获取扬声器的幅度谱中的低频段，包括：获取扬声器的最大增益的幅度频谱和补偿幅度频谱，其中，所述最大增益的幅度频谱为最大播放音量参数的增益；基于最大增益的幅度频谱和补偿幅度频谱确定幅度谱。
在该实施例中，在实现获取扬声器的幅度谱中的低频段时，可以是获取扬声器的最大增益的幅度频谱magmax(f)和补偿幅度频谱Loudcomp(f)，根据最大增益的幅度频谱magmax(f)和补偿幅度频谱Loudcomp(f)得到当前音量响度增强的扬声器的幅度谱，比如，将最大增益的幅度频谱magmax(f)和补偿幅度频谱Loudcomp(f)之间的和，确定为扬声器的幅度谱，进而根据幅度谱找出低频段中最大的频谱幅度值。
作为一种可选的实施方式，在获取扬声器的最大增益的幅度频谱和补偿幅度频谱之前，该方法还包括：获取扬声器的基准响度，并拟合出基准响度对应的第一等响曲线，将第一等响曲线确定为基准幅度频谱；获取当前播放音量参数对应的当前响度，并拟合出当前响度对应的第二等响曲线，将第二等响曲线确定为实际幅度频谱；基于基准幅度频谱和实际幅度频谱确定补偿幅度频谱。
在该实施例中，在获取扬声器的最大增益的幅度频谱和补偿幅度频谱之前，需要确定补偿幅度频谱。可选地，该实施例获取扬声器的基准响度Loud0，可以根据ISO226:2003的纯音等响曲线拟合出该基准响度Loud0对应的第一等响曲线，将该第一等响曲线作为基准幅度频谱Loudref(f)，该基准幅度频谱也可以称为基准频率-响度谱。可选地，该实施例还可以获取当前播放音量参数对应的当前响度Loud1，可以根据ISO226:2003的纯音等响曲线拟合出该当前响度对应的第二等响曲线，将该第二等响曲线作为实际幅度频谱Loudreal(f)。在确定基准幅度频谱和补偿幅度频谱之后，可以基于基准幅度频谱和实际幅度频谱确定补偿幅度频谱。
作为一种可选的实施方式，基于基准幅度频谱和实际幅度频谱确定补偿幅度频谱，包括：将实际幅度频谱和基准幅度频谱之间的差，确定为补偿幅度频谱。
在该实施例中，可以获取实际幅度频谱和基准幅度频谱之间的差，将该差确定为补充幅度频谱，比如，该补偿幅度频谱可以表示为Loudcomp(f)＝Loudreal(f)-Loudref(f)。
作为一种可选的实施方式，在步骤S104，通过等响度滤波器对原始音频信号进行滤波，得到第一音频信号之前，该方法还包括：通过补偿幅度频谱确定等响度滤波器。
在该实施例中，上述补偿幅度频谱Loudcomp(f)还可以用于在等响度控制模块中生成对应音量的等响度滤波器。
作为一种可选的实施方式，获取扬声器的基准响度，包括：获取扬声器输出的在目标频率下的最大声压级；将最大声压级确定为基准响度。
在该实施例中，在实现获取扬声器的基准响度时，可以先获取扬声器输出的在目标频率下的最大声压级，其中，目标频率可以为1kHz，进而将1kHz最大声压级作为基准响度Loud0，可以根据ISO 226:2003的纯音等响曲线拟合出该最大声压级对应的第一等响曲线，将其作为基准幅度频谱Loudref(f)。
作为一种可选的实施方式，获取当前播放音量参数对应的当前响度，包括：获取当前播放音量参数在目标频率1kHz下的声压级；将目标频率下的声压级对应的响度确定为当前响度。
在该实施例中，当前播放音量参数可以反映出原始音频信号的当前音量，在实现获取当前播放音量参数对应的当前响度时，可以获取当前播放音量参数在目标频率下的声压级，其中，目标频率可以为1kHz，进而将1kHz的声压级对应的响度确定为当前响度Loud1，可以根据ISO 226:2003的纯音等响曲线拟合出该声压级对应的第二等响曲线，将其作为实际幅度频谱Loudreal(f)。
作为一种可选的实施方式，步骤S106，基于当前播放音量参数获取目标截止频率，包括：获取扬声器的基准响度和当前播放音量参数对应的当前响度之间的增益差；基于增益差在扬声器的幅度谱中的低频段中，确定最大的频谱幅度下降值；将频谱幅度下降值对应的频率确定为目标截止频率。
在该实施例中，在实现基于当前播放音量参数获取目标截止频率时，还可以是在进行中音频信号处理的过程中，获取当前播放音量参数对应的增益差，该增益差是由上述基准响度和当前响度之间的差进行确定的，比如，增益差gain＝Loud0-Loud1。然后基于增益差在扬声器的幅度谱中的低频段中，找出最大的频谱幅度下降值，比如，为(gain-3)dB，进而将频谱幅度下降值对应的频率，确定为上述目标截止频率。
作为一种可选的实施方式，步骤S106，基于当前播放音量参数获取目标截止频率，包括：基于当前播放音量参数从数据库中调用目标截止频率，其中，目标截止频率用于根据与当前播放音量参数相同的播放音量参数预先确定。
在该实施例中，目标截止频率可以是在离线的情况下确定出的，可以根据与当前播放音量参数相同的播放音量参数预先确定出，进而将其存储在数据库中，这样在实际进行音频信号的处理过程中，就可以直接基于音频信号的当前播放音量参数从数据库中调用出目标截止频率，进而在目标截止频率下，对第一音频信号进行虚拟低音增强，得到第二音频信号。
该实施例的音频信号的增强方法，相当于一种低音增强方法，可以根据音量大小对音频信号进行初步低音增强，然后采用随当前播放音量参数变化的目标截止频率，使用虚拟低音增强技术对低音感知进行进一步增强，使得低音听感上更加的自然与饱满，从而解决了对音频信号进行增强，导致音频信号失真的技术问题，达到了对音频信号进行增强，提高音频信号的准确性的技术效果。
实施例2
下面结合优选的实施方式对本发明实施例的技术方案进行举例说明。
随着多媒体设备的便捷化以及小型化，重放音频信号的扬声器的尺寸也原来越小，但是这样就会导致扬声器的功率的下降和重放低频下潜的不足。对小型扬声器低频的提升方法可以是通过提升低频EQ。然而，这种方法虽然能够对扬声器的低频听感有一定的提升，但是可提升的幅度还是非常有限的，并且在大信号的情况下，重放的低频信号也极易失真，并且容易对扬声器的结构造成不可逆的损伤。
另一种提升低音听感的方法，是利用心理声学里面的“虚拟低音”原理，可以对音频信号进行虚拟低音增强，使得倾听者产生低音的听感。但是，相关技术主要还是在对扬声器在固定的截止频率fc下进行虚拟低音增强，这样当音量减小，这种方式会使得低音听感减弱或者过分的提升，甚至还会出现可感知的音频失真。
该实施例针对上述问题，提供了一种低音增强的方法，以解决对音频信号进行增强，导致音频信号失真的技术问题。
图2是根据本发明实施例的一种低音增强的示意图。如图2所示，具体可以包括以下步骤：
S1，根据当前播放音量参数Loud，通过等响度控制模块生成等响度滤波器，对输入的原始音频信号Xin(t)，用得到的等响度滤波器进行滤波，从而得到音域增强的音频信号XLoud(t)。
S2，利用扬声器频响特性确定截止频率。
该实施例可以由扬声器在最大播放音量参数下的幅度频谱特性和当前播放音量参数，计算出在该当前播放音量参数下的用于进行虚拟低音增强处理所需要的截止频率fc。
S3，通过虚拟低音增强模块对音域增强的音频信号XLoud(t)在S2中所述的fc下，进行虚拟低音增强处理，得到低音增强的音频信号。
在该实施例的S1中，等响度控制模块生成的等响度滤波器可由一个FIR滤波器组成，也可以由多个IIR滤波器组合组成。
作为一种可选的实施方式，S1中生成等响度滤波器的具体操作方法可以为：
1)以扬声器输出的1kHz最大声压级作为响度基准Loud0，可以根据如图3所示的等响曲线(ISO 226:2003)拟合出该最大声压级对应的第一等响曲线，将该第一等响曲线作为基准幅度频谱Loudref(f)，其中，图3是根据本发明实施例的一种纯音等响曲线的示意图；
2)根据当前播放音量参数1kHz的声压级作为当前响度Loud1，可以根据如图3所示的等响曲线(ISO 226:2003)拟合出该最大声压级对应的第二等响曲线，将该第二等响曲线作为实际幅度频谱Loudreal(f)；
3)根据实际幅度频率谱Loudreal(f)和基准幅度频谱Loudref(f)之间的差，得到补偿幅度频谱Loudcomp(f)＝Loudreal(f)-Loudref(f)；
4)通过补偿幅度频谱Loudcomp(f)得到对应音量的等响度滤波器。
作为一种可选的实施方式，S2中截止频率fc的确定方法可以为：
1)测量和计算最大播放音量参数下的扬声器的频响曲线；
2)通过控制播放音量参数的大小，确定当前音量响度增强的扬声器的幅度谱的低频段(扬声器截止频率附近)，在该低频段中确定最大的频谱幅度值Mag；
3)在最大播放音量参数对应的扬声器频响曲线中找出最大的频谱幅度值Mag，将该最大频谱幅度值减小3dB后对应的频率确定为虚拟低音处理的截止频率fc。
作为一种可选的实施方式，上述测量和计算扬声器的频响曲线方法可以为：
采用对数扫频信号作为测试信号，可以在消声室或者听音室对扬声器的输出声信号进行测量，得到测量信号，其中，如果选择在听音室，则需要根据听音室混响时间选定扫频长度，并对传声器捡拾得到的声信号进行截断。然后对测量信号进行解卷积，从而得到扬声器的频响曲线。
可选地，该实施例采用时间反转滤波技术进行解卷积。可选地，该实施例假设对数扫频信号为x(t)，传声器捡拾信号为y(t)，扬声器的脉冲响应为h(t)。对应的频率响应可以分别为X(f)、Y(f)和H(f)。将捡拾信号y(t)在输入信号的时间反转，做线性卷积，并通过傅里叶变换转换至频域，也即：
FT{y(t)*x(-t)}＝FT{x(t)*x(-t)*h(t)}＝|X(f)|2·H(f)
其中，FT{}用于表示傅里叶变换，
Figure BDA0002659908300000101
‘*’用表示共轭。取f和20*log10(|H(f)|)对应的关系即为扬声器的幅度频谱响应，以得到频响曲线。
在该实施例中，在失真允许范围内(扬声器正常工作下)，在不同信号电平下的扬声器的幅度频谱形状是相同的，只有增益的差异。因而，在测得实际的扬声器的幅度频谱响应时，可以直接通过调整幅度频谱的增益，调至最大播放音量参数的增益，将最大播放音量参数的增益即是扬声器输出的最大增益的幅度频谱响应。扬声器的截止频率f0为低频段最大的频谱幅度下降3dB所对应的频率值。如图4所示。其中，图4是根据本发明实施例的一种频谱幅度与频率之间的对应关系的示意图。其中，蓝色曲线用于表示最大播放音量参数对应的扬声器的幅度谱magmax(f)，红色曲线用于表示当前音量响度增强的扬声器的幅度谱。
作为一种可选的实施方式，S3中确定当前音量响度增强的扬声器幅度谱的低频段(扬声器截止频率附近)最大的频谱幅度值Mag方法可以为：
在图4中的蓝色曲线为最大音量对应的扬声器幅度谱magmax(f)的情况下，由得到的最大增益的幅度频谱和补偿幅度频谱得到当前音量响度增强的扬声器幅度谱为magmax(f)＝magmax(f)+Loudcomp(f)(如图4中红色曲线所示)，可以根据得到的幅度谱找出低频段中最大的频谱幅度值为最大的频谱幅度值Mag dB。
作为另一种可选的实施方式，在获取截止频率fc时，还可以采用如图5所示的方法获取，其中，图5是根据本发明实施例的另一种频谱幅度与频率之间的对应关系的示意图。如图5所示，可以直接根据当前播放音量参数的增益差gain dB找出低频段中最大的频谱幅度下降(gain-3)dB所对应的频率，将其作为截止频率fc，其中，gain＝Loud0-Loud1，其中，Loud0用于表示响度基准，Loud1用于表示当前响度。
在该实施例中，最大播放音量参数对应的扬声器的频响曲线可以在算法处理前得到，截止频率fc的获取可根据实际应用情况灵活选择处理方式：可以在离线的情况下，根据音量调整方式先计算好，后续在虚拟低音模块处理音频信号的过程中，可以直接根据当前播放音量参数进行调用；也可以在信号处理过程中，根据音量控制方式实时的对截止频率进行计算，以供虚拟低音增强模块进行调用。
该实施例提供了一种低音增强方法，可以根据音量大小对音频信号进行初步低音增强，然后采用随播放音量参数变化的截止频率，使用虚拟低音增强技术对低音感知进行进一步增强，使得低音听感上更加的自然与饱满，从而解决了对音频信号进行增强，导致音频信号失真的技术问题，达到了对音频信号进行增强，提高音频信号的准确性的技术效果。
实施例3
本发明实施例还提供了一种音频信号的增强装置。需要说明的是，该实施例的音频信号的增强装置可以用于执行本发明实施例的音频信号的增强方法。
图6是根据本发明实施例的一种音频信号的增强装置的示意图。如图6所示，该音频信号的增强装置60可以包括：第一获取单元61、滤波单元62、第二获取单元63和虚拟低音增强单元64。
第一获取单元61，用于获取原始音频信号的当前播放音量参数。
滤波单元62，用于通过等响度滤波器对原始音频信号进行滤波，得到第一音频信号，其中，第一音频信号为音域增强的音频信号。
第二获取单元63，用于基于当前播放音量参数获取目标截止频率。
虚拟低音增强单元64，用于在目标截止频率下，对第一音频信号进行虚拟低音增强，得到第二音频信号，其中，第二音频信号为低音增强的音频信号。
在该实施例的音频信号的增强装置中，按照等响度滤波器对原始音频信号进行初步低音增强，得到第一音频信号，然后采用根据随当前播放音量参数变化的目标截止频率，按照虚拟低音增强技术对第一音频信号进行进一步增强，得到的第二信号在听感上更加的自然与饱满，从而解决了对音频信号进行增强，导致音频信号失真的技术问题，达到了对音频信号进行增强，提高音频信号的准确性的技术效果。
实施例4
根据本发明实施例，还提供了一种计算机可读存储介质包括存储的程序，其中，在程序被处理器运行时控制计算机可读存储介质所在设备执行本发明实施例的音频信号的增强方法。
实施例5
根据本发明实施例，还提供了一种处理器，该处理器用于运行程序，其中，所述程序运行时执行实施例1中所述的音频信号的增强方法。
上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。
在本发明的上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。
在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的技术内容，可通过其它的方式实现。其中，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，可以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，单元或模型的间接耦合或通信连接，可以是电性或其它的形式。
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，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，也可以采用软件功能单元的形式实现。
所述集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品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(可为个人计算机、服务器或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、移动硬盘、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (14)

1.一种音频信号的增强方法，其特征在于，包括：
获取原始音频信号的当前播放音量参数；
通过等响度滤波器对所述原始音频信号进行滤波，得到第一音频信号，其中，所述第一音频信号为音域增强的音频信号；
基于所述当前播放音量参数获取目标截止频率；
在所述目标截止频率下，对所述第一音频信号进行虚拟低音增强，得到第二音频信号，其中，所述第二音频信号为低音增强的音频信号。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，基于所述当前播放音量参数获取目标截止频率，包括：
在扬声器由最大播放音量参数进行控制的情况下，获取所述扬声器的频响曲线；
通过控制所述扬声器的播放音量参数，获取所述扬声器的幅度谱中的低频段，并获取所述低频段中的最大幅度值；
将所述频响曲线中与所述最大幅度值对应的频率，确定为所述目标截止频率。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，获取所述扬声器的频响曲线，包括：
通过对数扫频信号对所述扬声器的输出信号进行测量，得到测量信号；
对所述测量信号进行解卷积，得到所述频响曲线。
4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，获取所述扬声器的幅度谱中的低频段，包括：
获取所述扬声器的最大增益的幅度频谱和补偿幅度频谱，其中，所述最大增益的幅度频谱为所述最大播放音量参数的增益；
基于所述最大增益的幅度频谱和所述补偿幅度频谱确定所述幅度谱。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，在获取所述扬声器的最大增益的幅度频谱和补偿幅度频谱之前，所述方法还包括：
获取所述扬声器的基准响度，并拟合出所述基准响度对应的第一等响曲线，将所述第一等响曲线确定为基准幅度频谱；
获取所述当前播放音量参数对应的当前响度，并拟合出所述当前响度对应的第二等响曲线，将所述第二等响曲线确定为实际幅度频谱；
基于所述基准幅度频谱和所述实际幅度频谱确定所述补偿幅度频谱。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，基于所述基准幅度频谱和所述实际幅度频谱确定所述补偿幅度频谱，包括：
将所述实际幅度频谱和所述基准幅度频谱之间的差，确定为所述补偿幅度频谱。
7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，在通过等响度滤波器对所述原始音频信号进行滤波，得到第一音频信号之前，所述方法还包括：
通过所述补偿幅度频谱确定所述等响度滤波器。
8.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，获取所述扬声器的基准响度，包括：
获取所述扬声器输出的在目标频率下的最大声压级；
将所述最大声压级确定为所述基准响度。
9.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，获取所述当前播放音量参数对应的当前响度，包括：
获取所述当前播放音量参数在目标频率1kHz下的声压级；
将所述目标频率下的声压级对应的响度确定为所述当前响度。
10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，基于所述当前播放音量参数获取目标截止频率，包括：
获取扬声器的基准响度和所述当前播放音量参数对应的当前响度之间的增益差；
基于所述增益差在扬声器的幅度谱中的低频段中，确定最大的频谱幅度下降值；
将所述频谱幅度下降值对应的频率确定为所述目标截止频率。
11.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，基于所述当前播放音量参数获取目标截止频率，包括：
基于所述当前播放音量参数从数据库中调用所述目标截止频率，其中，所述目标截止频率用于根据与所述当前播放音量参数相同的播放音量参数预先确定。
12.一种音频信号的增强装置，其特征在于，包括：
第一获取单元，用于获取原始音频信号的当前播放音量参数；
滤波单元，用于通过等响度滤波器对所述原始音频信号进行滤波，得到第一音频信号，其中，所述第一音频信号为音域增强的音频信号；
第二获取单元，用于基于所述当前播放音量参数获取目标截止频率；
虚拟低音增强单元，用于在所述目标截止频率下，对所述第一音频信号进行虚拟低音增强，得到第二音频信号，其中，所述第二音频信号为低音增强的音频信号。
13.一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包括存储的程序，其中，在所述程序被处理器运行时控制所述计算机可读存储介质所在设备执行权利要求1至11中任意一项所述的方法。
14.一种处理器，其特征在于，所述处理器用于运行程序，其中，所述程序运行时执行权利要求1至11中任意一项所述的方法。
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