CN114268886B - 虚拟低音的优化方法、系统、智能终端及存储介质 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种虚拟低音的优化方法、系统、智能终端及存储介质。所述虚拟低音的优化方法，包括以下步骤：获取原始音频信号；提取所述音频信号中的有效低频信号；生成所述有效低频信号的2、3、4次谐波信号分别记为：f(2t)、f(3t)以及f(4t)；将生成的谐波信号f(2t)、f(3t)以及f(4t)进行等幅转换，通过f(Xt)＝0.7f(2t)+0.5f(3t)+0.3f(4t)进行合成获得合成的谐波信号；将合成的谐波信号与所述原始音频信号进行叠加并输出。本发明的优化方法、智能终端、系统及存储介质所采用的合成比例，相对于现有的合成比例，不会出现破音与失真现象，尤其特别是对于尺寸较小且侧向发声的设备(如使用侧发声的开关面板等)具有更为良好的效果。
Description
技术领域
本发明涉及一种虚拟低音的优化系统、智能终端、方法及存储介质。
背景技术
使用侧发声的开关面板，因其结构限制，使用的喇叭尺寸较小，其在音频输出时容易丢失低频部分。目前，常规的处理方案有两种，一是通过定制侧发声喇叭音腔防止低频音频的丢失，然而，此方案的成本较高而且不同结构需要使用不同方案。二是采用虚拟低音，虚拟低音的实现关键点是生成音频信号中的低频谐波的生成，低音谐波生成之后进行等响度转换，然后进行合成。然而现有的合成方法容易出现破音与失真现象，特别是对于尺寸较小且侧向发声的设备(如使用侧发声的开关面板等)，更容易发生破音与失真的现象。
发明内容
本发明提供了一种虚拟低音的优化系统、智能终端、方法及存储介质，可以有效解决上述问题。
本发明是这样实现的：
本发明提供一种虚拟低音的优化方法，包括以下步骤：
获取原始音频信号；
提取所述音频信号中的有效低频信号；
生成所述有效低频信号的2、3、4次谐波信号分别记为：f(2t)、f(3t)以及f(4t)；
将生成的谐波信号f(2t)、f(3t)以及f(4t)进行等幅转换，通过f(Xt)＝0.7f(2t)+0.5f(3t)+0.3f(4t)进行合成获得合成的谐波信号；
将合成的谐波信号与所述原始音频信号进行叠加并输出。
本发明进一步提供一种虚拟低音的优化系统，包括：
输入单元，用于获取原始音频信号；
带通滤波器，用于提取所述音频信号中的有效低频信号；
谐波生成及合成单元，用于生成所述有效低频信号的2、3、4次谐波信号分别记为：f(2t)、f(3t)以及f(4t)，且所述谐波处理及合成单元进一步用于将生成的谐波信号f(2t)、f(3t)以及f(4t)进行等幅转换，通过f(Xt)＝0.7f(2t)+0.5f(3t)+0.3f(4t)进行合成获得合成的谐波信号；
信号合成及输出单元，用于将生成的谐波信号与所述原始音频信号进行叠加并输出。
本发明进一步提供一种智能终端，包括面板，喇叭，处理器，及存储介质；所述存储介质存储有可读程序文件，所述处理器读取可读程序文件执行如上述的方法；
通过设置在面板的喇叭将处理器生成叠加的合成的谐波信号与所述原始音频信号输出。
本发明进一步提供一种计算机可读存储介质，其上存储有程序文件，所述程序文件在被处理器执行时，执行上述的方法。
本发明的有益效果是：本发明的虚拟低音的优化方法、系统、智能终端及存储介质所采用的合成比例，相对于现有的合成比例，不会出现破音与失真现象，特别是对于尺寸较小且侧向发声的设备(如使用侧发声的开关面板等)具有更为良好的效果。通过实验证明，对于侧向发声的小尺寸(10cm*10cm左右)开关面板，合成比例改变时，会产生一定的破音现象，尤其是3、4次谐波信号的比例改变时，其破音现象显著提高。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施方式的技术方案，下面将对实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1是本发明实施例提供的虚拟低音的优化方法流程图。
图2是本发明实施例提供的虚拟低音的优化系统的框架图。
图3是本发明实施例提供的智能终端的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施方式中的附图，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，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方式，都属于本发明保护的范围。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施方式的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施方式。基于本发明中的实施方式，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方式，都属于本发明保护的范围。
参照图1所示，本发明实施例提供一种虚拟低音的优化方法，包括以下步骤：
获取原始音频信号；
提取所述音频信号中的有效低频信号；
生成所述有效低频信号的2、3、4次谐波信号分别记为：f(2t)、f(3t)以及f(4t)；
将生成的谐波信号f(2t)、f(3t)以及f(4t)进行等幅转换，通过f(Xt)＝0.7f(2t)+0.5f(3t)+0.3f(4t)进行合成获得合成的谐波信号；
将合成的谐波信号与所述原始音频信号进行叠加并输出。
当然所述提取所述音频信号中的有效低频信号的方法及装置不限，可以根据实际需要选择。在本实施例中，通过带通滤波器提取所述音频信号中的有效低频信号。
在本实施例中，所述生成所述有效低频信号的2次谐波信号的具体步骤包括：
通过以下算法：f((A+B)f0)＝2*f(Af0)*f′(Bf0)-f((A-B)f0)
f(2Af0)＝2*f(Af0)*f′(Af0)+f((A-A)f0)
f(2Af0)＝2*sin(Af0)*cos(Af0)
f(2Af0)＝sin(2Af0)生成有效低频信号的2次谐波信号，其中，f(Af0)＝f(Bf0)＝sin(Af0)为输入信号。
在本实施例中，所述生成所述有效低频信号的3次谐波信号的具体步骤包括：
通过以下算法：f((A+B)f0)＝2*f(Af0)*f′(Bf0)-f((A-B)f0)
f(3Af0)＝2*f(Af0)*f′(2Af0)-f((A-2A)f0)
f(3Af0)＝2*sin(Af0)*cos(2Af0)-sin(-Af0)
f(3Af0)＝sin(3Af0)-sin(Af0)+sin(Af0)
f(3Af0)＝sin(3Af0)生成有效低频信号的3次谐波信号。其中，f(Af0)＝sin(Af0)为输入信号，f(Bf0)＝sin(2Af0)为输入信号的2次谐波。
进一步的，在其他实施例中，所述生成所述有效低频信号的3次谐波信号的步骤具体包括：
通过以下算法：f(3Af0)＝3sin(Af0)-4sin3(Af0)
f(3Af0)＝3sin(Af0)-4sin3(Af0)
f(3Af0)＝2sin(Af0)(1-sin2(Af0))-sin(Af0)(1-2sin2(Af0))
f(3Af0)＝sin(2Af0)*cos(Af0)+sin(Af0)*cos(2Af0)
f(3Af0)＝sin((2A+A)f0)
f(3Af0)＝sin(3Af0)生成有效低频信号的3次谐波信号。其中，f(Af0)＝sin(Af0)为输入信号。
在本实施例中，所述生成所述有效低频信号的4次谐波信号的步骤具体包括：
通过以下算法：f((A+B)f0)＝2*f(Af0)*f′(Bf0)-f((A-B)f0)
f(4Af0)＝2*f(2Af0)*f′(2Af0)+f((2A-2A)f0)
f(4Af0)＝2*f(Af0)*f′(Af0)+f(0f0)
f(4Af0)＝2*sin(2Af0)*cos(2Af0)
f(4Af0)＝sin(4Af0)生成有效低频信号的4次谐波信号，其中，f(Af0)＝f(Bf0)＝sin(2Af0)为输入信号生成的2次谐波。
现有技术中，谐波生成的方法大致有两种，一种是已通过乘法器的非线性电路产生谐波，这种算法的优点是处理速度较快，但信号的非线性畸变明显。另一种是通过傅里叶转换，获得音频信号的低频频率，然后通过增加对应的低频成分来增加谐波。这种算法优点是比较灵活、可以有效地控制了信号畸变，但运算量大且速度较慢，对处理器的要求相对应的比较高。而本发明中采用的方法不仅仅无需复杂的处理器，还可以快速获得无畸变谐波信号。特别适用于处理能力有限的装置中，尤其是一些空间或位置有限的装置，其只能实现侧向发声的装置小面板中。另外，此方法生成的谐波不需要经过滤波器进行滤波处理，减少了信号因通过滤波器产生的延时，使可以得最终合成的信号更加接近原始信号。
作为进一步改进的，所述通过f(Xt)＝0.7f(2t)+0.5f(3t)+0.3f(4t)进行谐波信号合成前还包括等响度转化转换：
根据公式
对生成的谐波信号f(2t)、f(3t)以及f(4t)进行等响度转换。
作为进一步改进的，所述将生成的谐波信号f(2t)、f(3t)以及f(4t)进行等幅转换的步骤包括：
将生成的谐波信号进行等幅控制，使其输出的谐波信号在输入信号幅度的设定范围内，否则对输出的谐波信号进行衰减处理后输出，从而可以防止最终的输出音频不产生破音。
作为进一步改进的，所述输入信号幅度的设定范围可以根据实际设定，具体的，定义输入信号的幅度为A，则设定范围可以是A+0.1A等。所述对输出的谐波信号进行衰减处理的步骤包括：
对输出的谐波信号乘以一个衰减系数获得。
作为进一步改进的，所述将生成的谐波信号与所述原始音频信号进行叠加并输出的步骤包括：
通过设置在开关面板侧壁的喇叭将所述生成的谐波信号与所述原始音频信号进行输出。可以理解，本发明的方法不限于应用在开关面板中，还可以是门禁系统、对讲系统等。当然，本发明的方法也不限于侧向发声的装置，也适用于正面发声装置。
请参见图2所示，本发明实施进一步提供一种虚拟低音的优化系统，包括：
输入单元10，用于获取原始音频信号；
与所述输入单元10信号连接的带通滤波器11，用于提取所述音频信号中的有效低频信号；
与所述带通滤波器11信号连接的谐波处理及合成单元12，用于生成所述有效低频信号的2、3、4次谐波信号分别记为：f(2t)、f(3t)以及f(4t)，且所述谐波处理及合成单元进一步用于将生成的谐波信号f(2t)、f(3t)以及f(4t)进行等幅转换，然后通过算法：f(Xt)＝0.7ff2t)+0.5f(3t)+0.3f(4t)进行谐波信号合成；
与所述谐波处理及合成单元12信号连接的信号合成及输出单元13，用于将生成的谐波信号与所述原始音频信号进行叠加并输出。
所述谐波处理及合成单元12进一步用于通过以下算法：
f((A+B)f0)＝2*f(Af0)*f′(Bf0)-f((A-B)f0)
f(2Af0)＝2*f(Af0)*f′(Af0)+f((A-A)f0)
f(2Af0)＝2*sin(Af0)*c0s(Af0)
f(2Af0)＝sin(2Af0)生成有效低频信号的2次谐波信号，其中，f(Af0)＝f(Bf0)＝sin(Af0)为输入信号。
所述谐波处理及合成单元12进一步用于通过以下算法：
通过以下算法：f((A+B)f0)＝2*f(Af0)*f′(Bf0)-f((A-B)f0)
f(3Af0)＝2*f(Af0)*f′(2Af0)-f((A-2A)f0)
f(3Af0)＝2*sin(Af0)*cos(2Af0)-sin(-Af0)
f(3Af0)＝sin(3Af0)-gin(Af0)+sin(Af0)
f(3Af0)＝sin(3Af0)生成有效低频信号的3次谐波信号，其中，f(Af0)＝sin(Af0)为输入信号，f(Bf0)＝sin(2Af0)为输入信号的2次谐波。
在其他实施例中，所述谐波处理及合成单元12进一步用于通过以下算法：f(3Af0)＝3sin(Af0)-4sin3(Af0)
f(3Af0)-2sin(Af0)(1-sin2(Af0))-sin(Af0)(1-2sin2(Af0))
f(3Af0)＝sin(2Af0)*cos(Af0)+sin(Af0)*cos(2Af0)
f(3Af0)＝sin((2A+A)f0)
f(3Af0)＝sin(3Af0)生成有效低频信号的3次谐波信号，其中，f(Af0)＝sin(Af0)为输入信号。
在本实施例中，所述谐波处理及合成单元12进一步用于通过以下算法：
f((A+B)f0)＝2*f(Af0)*f′(Bf0)-f((A-B)f0)
f(4Af0)＝2*f(2Af0)*f′(2Af0)+f((2A-2A)f0)
f(4Af0)＝2*f(Af0)*f′(Af0)+f(0f0)
f(4Af0)＝2*sin(2Af0)*cos(2Af0)
f(4Af0)＝sin(4Af0)生成有效低频信号的4次谐波信号，其中，f(Af0)＝f(Bf0)＝sin(2Af0)为输入信号生成的2次谐波。
所述信号合成及输出单元13进一步用于将合成的谐波进行等幅控制，使其输出的谐波信号在输入信号幅度的设定范围内，否则对输出的谐波信号进行衰减处理后输出，从而可以防止最终的输出音频不产生破音。
请参见图3，本发明实施例进一步提供一种智能终端20，包括面板21，喇叭22，处理器(图中未画出)，及存储介质(图中未画出)；所述存储介质存储有可读程序文件，所述处理器读取可读程序文件执行上述的方法；
通过设置在面板21的喇叭22将处理器生成叠加的合成的谐波信号与所述原始音频信号输出。本实施例中，所述智能终端20为侧向发声的智能开关面板。
本发明进一步提供一种计算机可读存储介质，其上存储有程序文件，所述程序文件在被处理器执行时，执行上述的方法。
本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
应当注意的是，在权利要求中，不应将位于括号之间的任何参考符号构造成对权利要求的限制。单词“包含”不排除存在未列在权利要求中的部件或步骤。位于部件之前的单词“一”或“一个”不排除存在多个这样的部件。本发明可以借助于包括有若干不同部件的硬件以及借助于适当编程的计算机来实现。在列举了若干装置的单元权利要求中，这些装置中的若干个可以是通过同一个硬件项来具体体现。单词第一、第二、以及第三等的使用不表示任何顺序。可将这些单词解释为名称。
尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不应理解为必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
Claims (4)
1.一种虚拟低音的优化方法，其特征在于，包括以下步骤：
获取原始音频信号；
提取所述音频信号中的有效低频信号；
生成所述有效低频信号的2、3、4次谐波信号分别记为：f(2t)、f(3t)以及f(4t)；其中，
生成有效低频信号的2次谐波信号，f(Af0)=sin(Af0)为输入信号；
生成有效低频信号的3次谐波信号；/>
生成有效低频信号的4次谐波信号；
将生成的谐波信号f(2t)、f(3t)以及f(4t)进行等幅转换，具体为，将生成的谐波信号进行等幅控制，使其输出的谐波信号在输入信号幅度的设定范围内，否则对输出的谐波信号进行衰减处理后输出；通过
进行合成获得合成的谐波信号，其中，在通过/>
进行谐波信号合成前还包括根据公式
对生成的谐波信号f(2t)、f(3t)以及f(4t)进行等响度转换；
将合成的谐波信号与所述原始音频信号进行叠加并输出。
2.一种虚拟低音的优化系统，其特征在于，包括：
输入单元，用于获取原始音频信号；
带通滤波器，用于提取所述音频信号中的有效低频信号；
谐波生成及合成单元，用于生成所述有效低频信号的2、3、4次谐波信号分别记为：f(2t)、f(3t)以及f(4t)，其中，
生成有效低频信号的2次谐波信号，f(Af0)=sin(Af0)为输入信号；/>
生成有效低频信号的3次谐波信号；
生成有效低频信号的4次谐波信号；
且所述谐波处理及合成单元进一步用于将生成的谐波信号f(2t)、f(3t)以及f(4t)进行等幅转换，具体为，将生成的谐波信号进行等幅控制，使其输出的谐波信号在输入信号幅度的设定范围内，否则对输出的谐波信号进行衰减处理后输出；通过
进行合成获得合成的谐波信号，其中，在通过/>
进行谐波信号合成前还包括根据公式/>
对生成的谐波信号f(2t)、f(3t)以及f(4t)进行等响度转换；
信号合成及输出单元，用于将生成的谐波信号与所述原始音频信号进行叠加并输出。
3.一种智能终端，其特征在于，包括面板，喇叭，处理器，及存储介质；所述存储介质存储有可读程序文件，所述处理器读取可读程序文件执行如权利要求1所述的方法；
通过设置在面板的喇叭将处理器生成叠加的合成的谐波信号与所述原始音频信号输出。
4.一种计算机可读存储介质，其特征在于，其上存储有程序文件，所述程序文件在被处理器执行时，执行如权利要求1所述的方法。
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- 2021-11-17 CN CN202111364035.XA patent/CN114268886B/zh active Active
Patent Citations (2)
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| CN101505443A (zh) * | 2009-03-13 | 2009-08-12 | 北京中星微电子有限公司 | 一种虚拟重低音增强方法及系统 |
| CN112637741A (zh) * | 2020-12-30 | 2021-04-09 | 广州酷狗计算机科技有限公司 | 音频信号处理方法、装置、芯片、电子设备及存储介质 |
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