CN114390401A - 用于音响的多通道数字音频信号实时音效处理方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及音频信号处理技术领域，公开了一种用于音响的多通道数字音频信号实时音效处理方法及系统，所述的方法包括：建立标准化接口，接收音频信号；构建计时器，记录音频信号的传输时间，所述的传输时间为接收所述的音频信号的开始时间；并行提取所述的音频信号并进行数字化处理，将音频信号中连续变化的模拟信号转换成离散的数字信号；提取所述的数字音频信号和传输时间，根据传输时间为所述的数字音频信号设定优先级；提取所述的数字音频信号，并按照优先级就进行排序，依次对所述的音频信号进行数模转换并输出。通过分级处理，来防止系统处理器性能或者芯片的数量不够而导致系统的延迟的问题发生。

Description

用于音响的多通道数字音频信号实时音效处理方法及系统

技术领域

本发明涉及音频信号处理领域，具体涉及一种用于音响的多通道数字音频信号实时音效处理方法及系统。

背景技术

数字音频是一种利用数字化手段对声音进行录制、存放、编辑、压缩或播放的技术，它是随着数字信号处理技术、计算机技术、多媒体技术的发展而形成的一种全新的声音处理手段。其主要应用领域是音乐后期制作和录音。计算机数据的存储是以0、1的形式存取的，那么数字音频就是首先将音频文件转化，接着再将这些电平信号转化成二进制数据保存，播放的时候就把这些数据转换为模拟的电平信号再送到喇叭播出，数字声音和一般磁带、广播、电视中的声音就存储播放方式而言有着本质区别。相比而言，它具有存储方便、存储成本低廉、存储和传输的过程中没有声音的失真、编辑和处理非常方便等特点。而多通道数字音频信号则指的是，同时接收多组数字音频信号。

在面临具有多通道的数字音频信号的处理时，因为多组的数字音频的数据量较大，如果同时进行相应的数据处理，会因为系统处理器性能或者芯片的数量不够而导致系统的延迟。并且在同时接收到多组数字音频信号之后，如果同时进行播放则还需要配备有多个相应的播放设备，更加会增加系统的运行负担。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于音响的多通道数字音频信号实时音效处理方法，以解决上述背景技术中所提出的多组的数字音频的数据量较大，如果同时进行相应的数据处理，会因为系统处理器性能或者芯片的数量不够而导致系统的延迟的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：用于音响的多通道数字音频信号实时音效处理方法，所述的方法包括：

建立标准化接口，接收音频信号，所述的标准化接口规划提供接口信号并设置有多通道；

构建计时器，记录音频信号的传输时间，所述的传输时间为接收所述的音频信号的开始时间；

并行提取所述的音频信号并进行数字化处理，将音频信号中连续变化的模拟信号转换成离散的数字信号；

提取所述的数字音频信号和传输时间，根据传输时间为所述的数字音频信号设定优先级，传输时间越早则优先级越高；

提取所述的数字音频信号，并按照优先级就进行排序，依次对所述的音频信号进行数模转换并输出。

作为本发明进一步的方案，所述的数字化处理包括采样和量化，采样操作是用每隔一定时间间隔的信号样本值序列，代替原来在时间上连续的信号，也就是在时间上将模拟信号离散化，量化操作是用有限数量的近似原来连续变化的幅度值，把模拟信号的连续幅度变为数量有限、有一定间隔的离散值。

作为本发明进一步的方案，所述的数字化处理还包括编码，所述的编码操作为按照一定的规律，把量化后的离散值用二进制数码表示。

作为本发明进一步的方案，所述的计时器以24小时为一个周期进行循环计时，在接收音频信号的过程中，会同步记录所述的音频信号的传输时间。

作为本发明进一步的方案，在计时器进行计时的同时会生成一个数据库，所述的数据库用于存储所述的音频信号，并且所述的数据库内音频信号的传输时间位于计时器的同一计时周期。

作为本发明进一步的方案，所述的并行提取为同时将数据库中的音频信号提取出来，并且所述的并行提取的提取周期与计时器的计时周期保持一致，当完全提取出数据库中的音频信号后，数据库被清空，从而用于保存下一计时周期内的音频信号。

作为本发明进一步的方案，当某一音频信号在传输的过程中，传输开始时间和传输结束时间分别位于不同的计时周期时，则按照传输结束时间所在计时周期记入所述的音频信号，此时生成一个临时数据库，所述的音频信号从数据库转存至历史数据库中，并在所述的并行提取操作完成后存放至清空的数据库中。

作为本发明进一步的方案，在音频信号进行数字化处理的过程中，如果上一并行提取过程中所提取的音频信号的数字化处理时间超过计时周期时，则延迟下一并行提取操作，此时接收的音频信号存放至临时数据库中，等待数据库被清空之后转存至所述的数据库中。

作为本发明进一步的方案，在进行优先级划分的过程中，单次提取同一计时周期内的数字音频信号，根据所述的数字音频信号的传输时间顺序制定优先级，在音频信号的输出过程中，不同计时周期内的音频信号，则按照提取的顺序进行排序，只有在某一计时周期内的所有音频信号按照优先级顺序完成输出之后，才会对下一计时周期内的音频信号进行数模转换和输出。

一种用于音响的多通道数字音频信号实时音效处理系统，所述的系统包括：

标准化端口，用于接收音频信号；

计时模块，记录音频信号的传输时间，所述的传输时间为接收所述的音频信号的开始时间；

数字化处理模块，并行提取所述的音频信号并进行数字化处理，将音频信号中连续变化的模拟信号转换成离散的数字信号；

优先级设定模块，提取所述的数字音频信号和传输时间，根据传输时间为所述的数字音频信号设定优先级，传输时间越早则优先级越高；

优先级排序模块，提取所述的数字音频信号，并按照优先级就进行排序，依次对所述的音频信号进行数模转换并输出。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本申请中通过设定计时周期来确定单次操作的周期，从而将大量的音频信息数据按照计时周期分成若干组，并且通过传输时间来对单个的音频信息进行标号，从而设定相应的优先级，也即是在同组的音频信息中设定了数据处理的先后顺序，从而确保整个针对大容量的音频数据的处理的有条不紊，避免在数据处理中出现混乱，以及多通道带来的数据交叉所造成的数据丢失或损坏，保证系统的运行的平稳性，减少系统延迟。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明中的一些实施例。

图1为本发明一种实施例提供的一种用于音响的多通道数字音频信号实时音效处理方法的流程示意图。

图2为本发明另一种优选的实施例提供的一种数字化处理的流程示意图。

图3为本发明一种优选的实施例中提供的一种用于音响的多通道数字音频信号实时音效处理系统的结构示意图。

具体实施方式

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，都属于本发明保护的范围。

需要说明，若本发明实施例中有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后......)，则其仅用于解释在某一特定姿态下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

另外，若在本发明中涉及“第一”、“第二”等的描述，则其仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其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至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。

以下结合具体实施例对本发明的具体实现进行详细描述：

在数字音频信号的处理过程中，在面临具有多通道的数字音频信号的处理时，因为多组的数字音频的数据量较大，如果同时进行相应的数据处理，会因为系统处理器性能或者芯片的数量不够而导致系统的延迟。并且在同时接收到多组数字音频信号之后，如果同时进行播放则还需要配备有多个相应的播放设备，更加会增加系统的运行负担。

本申请中通过设定计时周期来确定单次操作的周期，从而将大量的音频信息数据按照计时周期分成若干组，并且通过传输时间来对单个的音频信息进行标号，从而设定相应的优先级，也即是在同组的音频信息中设定了数据处理的先后顺序，从而确保整个针对大容量的音频数据的处理的有条不紊，避免在数据处理中出现混乱，以及多通道带来的数据交叉所造成的数据丢失或损坏，保证系统的运行的平稳性，减少系统延迟。

图1示出了本发明中的一种用于音响的多通道数字音频信号实时音效处理方法，所述的一种用于音响的多通道数字音频信号实时音效处理方法应用于能够实时连接互联网的设备，该设备可以是手机、平板电脑和计算机等可以通信的设备，此处不做具体限定，所述的用于音响的多通道数字音频信号实时音效处理方法详述如下：

在步骤S100中，建立标准化接口，接收音频信号，所述的标准化接口规划提供接口信号并设置有多通道；

在步骤S200中，构建计时器，记录音频信号的传输时间，所述的传输时间为接收所述的音频信号的开始时间；

在步骤S300中，并行提取所述的音频信号并进行数字化处理，将音频信号中连续变化的模拟信号转换成离散的数字信号；

在步骤S400中，提取所述的数字音频信号和传输时间，根据传输时间为所述的数字音频信号设定优先级，传输时间越早则优先级越高；

在步骤S500中，提取所述的数字音频信号，并按照优先级就进行排序，依次对所述的音频信号进行数模转换并输出。

计算机与计算机或计算机与终端之间的数据传送可以采用串行通讯和并行通讯二种方式。由于串行通讯方式具有使用线路少、成本低，特别是在远程传输时，避免了多条线路特性的不一致而被广泛采用。 在串行通讯时，要求通讯双方都采用一个标准接口，使不同 的设备可以方便地连接起来进行通讯。 RS-232-C接口（又称 EIA RS-232-C）是最常用的一种串行通讯接口。它是在1970年由美国电子工业协会（EIA）联合贝尔系统、 调制解调器厂家及计算机终端生产厂家共同制定的用于串行通讯的标 准。它的全名是“数据终端设备（DTE）和数据通讯设备（DCE）之间 串行二进制数据交换接口技术标准”该标准规定采用一个25个脚的 DB25连接器，对连接器的每个引脚的信号内容加以规定，还对各种信号的电平加以规定。

在工业现场能够选择的通讯接口非常多，常见的是如下几种：串口232、485、以太网、GPIB、USB、无线、光纤等。USB作为最最常用的接口，USB只有4根线，两根电源两根信号，信号是串行传输的，因此USB接口也称为串行口，接口的输出电压和电流是+5V 500mA 实际上有误差，最大不能超过+/-0.2V 也就是4.8-5.2V 。USB接口的4根线一般是下面这样分配的：黑线：gnd 红线：vcc绿线：data+ 白线：data- USB的主要作用是对设备内的数据进行存储或者设备通过USB接口对外部信息进行读取识别；除此以外，USB也是做二次开发的有效接口。虽然USB3.0的技术已经在笔记本电脑等领域应用的非常成熟，但是在仪器领域，受处理速度和架构的影响，多见的还是USB2.0的技术。

另外，如图2中所示，在本发明另一种优选的实施例中，所述的数字化处理310包括采样311和量化312，采样311操作是用每隔一定时间间隔的信号样本值序列，代替原来在时间上连续的信号，也就是在时间上将模拟信号离散化，量化312操作是用有限数量的近似原来连续变化的幅度值，把模拟信号的连续幅度变为数量有限、有一定间隔的离散值。

可以理解的是，在本实施例另一种情况中，所述的数字化处理310还包括编码313，所述的编码313操作为按照一定的规律，把量化后的离散值用二进制数码表示。

音频信号的目的是为了表示机械波，其强弱体现在机械波的强度上，感觉的音调体现在机械波的波长上。机械波表示时，信号在时间和幅度上都是连续的模拟信号。机械波具有一切波（包括电磁波、引力波等）所具有的特性，例如反射、折射和衍射等。数字信号处理是20世纪60年代才开始发展起来的，开始是贝尔实验室及麻省理工学院用电子计算机对电路与滤波器设计进行仿真，奠定了数字滤波器的发展基础。60年代中期，发明了快速傅里叶变换，使傅里叶分析的计算速度提高了百倍以上，从而达到了可以利用电子计算机进行谱分析的目的，奠定了信号与系统分析的实用基础，形成了以数字滤波及快速傅里叶变换为中心内容的数字信号处理的基本方法与概念。70年代开始，数字信号处理这个专用名词在科技领域问世。

在本实施例另一种情况中，在计时器进行计时的同时会生成一个数据库，所述的数据库用于存储所述的音频信号，并且所述的数据库内音频信号的传输时间位于计时器的同一计时周期。

在本发明其中一个优选的实施例中，所述的并行提取为同时将数据库中的音频信号提取出来，并且所述的并行提取的提取周期与计时器的计时周期保持一致，当完全提取出数据库中的音频信号后，数据库被清空，从而用于保存下一计时周期内的音频信号。

在本实施例的一种情况中，当某一音频信号在传输的过程中，传输开始时间和传输结束时间分别位于不同的计时周期时，则按照传输结束时间所在计时周期记入所述的音频信号，此时生成一个临时数据库，所述的音频信号从数据库转存至历史数据库中，并在所述的并行提取操作完成后存放至清空的数据库中。

在本实施例的另一种情况中，在音频信号进行数字化处理的过程中，如果上一并行提取过程中所提取的音频信号的数字化处理时间超过计时周期时，则延迟下一并行提取操作，此时接收的音频信号存放至临时数据库中，等待数据库被清空之后转存至所述的数据库中。

值得注意的是，在本实施例另一种情况中，在进行优先级划分的过程中，单次提取同一计时周期内的数字音频信号，根据所述的数字音频信号的传输时间顺序制定优先级。

一种用于音响的多通道数字音频信号实时音效处理系统，所述的系统包括：

标准化端口100，用于接收音频信号；

计时模块200，记录音频信号的传输时间，所述的传输时间为接收所述的音频信号的开始时间；

数字化处理模块300，并行提取所述的音频信号并进行数字化处理，将音频信号中连续变化的模拟信号转换成离散的数字信号；

优先级设定模块400，提取所述的数字音频信号和传输时间，根据传输时间为所述的数字音频信号设定优先级，传输时间越早则优先级越高；

优先级排序模块500，提取所述的数字音频信号，并按照优先级就进行排序，依次对所述的音频信号进行数模转换并输出。

并且，可以理解的是在音频信号的输出过程中，不同计时周期内的音频信号，则按照提取的顺序进行排序，只有在某一计时周期内的所有音频信号按照优先级顺序完成输出之后，才会对下一计时周期内的音频信号进行数模转换和输出。

所述一种用于音响的多通道数字音频信号实时音效处理方法所能实现的功能均由计算机设备完成，所述计算机设备包括一个或多个处理器和一个或多个存储器，所述一个或多个存储器中存储有至少一条程序代码，所述程序代码由所述一个或多个处理器加载并执行以实现所述用于音响的多通道数字音频信号实时音效处理方法的功能。

处理器从存储器中逐条取出指令、分析指令，然后根据指令要求完成相应操作，产生一系列控制命令，使计算机各部分自动、连续并协调动作，成为一个有机的整体，实现程序的输入、数据的输入以及运算并输出结果，这一过程中产生的算术运算或逻辑运算均由运算器完成；所述存储器包括只读存储器(Read-Only Memory，ROM)，所述只读存储器用于存储计算机程序，所述存储器外部设有保护装置。

示例性的，计算机程序可以被分割成一个或多个模块，一个或者多个模块被存储在存储器中，并由处理器执行，以完成本发明。一个或多个模块可以是能够完成特定功能的一系列计算机程序指令段，该指令段用于描述计算机程序在终端设备中的执行过程。

本领域技术人员可以理解，上述服务设备的描述仅仅是示例，并不构成对终端设备的限定，可以包括比上述描述更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者不同的部件，例如可以包括输入输出设备、网络接入设备、总线等。

所称处理器可以是中央处理单元(Central Processing Unit，CPU)，还可以是其他通用处理器、数字信号处理器 (Digital Signal Processor，DSP)、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)、现成可编程门阵列 (Field-Programmable Gate Array，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，上述处理器是上述终端设备的控制中心，利用各种接口和线路连接整个用户终端的各个部分。

上述存储器可用于存储计算机程序和/或模块，上述处理器通过运行或执行存储在存储器内的计算机程序和/或模块，以及调用存储在存储器内的数据，实现上述终端设备的各种功能。存储器可主要包括存储程序区和存储数据区，其中，存储程序区可存储操作系统、至少一个功能所需的应用程序（比如信息采集模板展示功能、产品信息发布功能等）等；存储数据区可存储根据泊位状态显示系统的使用所创建的数据（比如不同产品种类对应的产品信息采集模板、不同产品提供方需要发布的产品信息等）等。此外，存储器可以包括高速随机存取存储器，还可以包括非易失性存储器，例如硬盘、内存、插接式硬盘，智能存储卡（Smart Media Card， SMC），安全数字（Secure Digital， SD）卡，闪存卡（Flash Card）、至少一个磁盘存储器件、闪存器件、或其他易失性固态存储器件。

终端设备集成的模块/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，本发明实现上述实施例系统中的全部或部分模块/单元，也可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，上述的计算机程序可存储于计算机可读存储介质中，该计算机程序在被处理器执行时，可实现上述各个系统实施例的功能。其中，计算机程序包括计算机程序代码，计算机程序代码可以为源代码形式、对象代码形式、可执行文件或某些中间形式等。计算机可读介质可以包括：能够携带计算机程序代码的任何实体或装置、记录介质、U盘、移动硬盘、磁碟、光盘、计算机存储器、只读存储器（ROM，Read-Only Memory）、随机存取存储器（RAM，Random AccessMemory）、电载波信号、电信信号以及软件分发介质等。

需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者装置不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者装置所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括该要素的过程、方法、物品或者装置中还存在另外的相同要素。

以上仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.用于音响的多通道数字音频信号实时音效处理方法，其特征在于，所述的方法包括：

建立标准化接口，接收音频信号，所述的标准化接口规划提供接口信号并设置有多通道；

构建计时器，记录音频信号的传输时间，所述的传输时间为接收所述的音频信号的开始时间；

并行提取所述的音频信号并进行数字化处理，将音频信号中连续变化的模拟信号转换成离散的数字信号；

提取所述的数字音频信号和传输时间，根据传输时间为所述的数字音频信号设定优先级，传输时间越早则优先级越高；

提取所述的数字音频信号，并按照优先级就进行排序，依次对所述的音频信号进行数模转换并输出。

2.根据权利要求1所述的一种用于音响的多通道数字音频信号实时音效处理方法 ，其特征在于，所述的数字化处理包括采样和量化，采样操作是用每隔一定时间间隔的信号样本值序列，代替原来在时间上连续的信号，也就是在时间上将模拟信号离散化，量化操作是用有限数量的近似原来连续变化的幅度值，把模拟信号的连续幅度变为数量有限、有一定间隔的离散值。

3.根据权利要求2所述的一种用于音响的多通道数字音频信号实时音效处理方法，其特征在于，所述的数字化处理还包括编码，所述的编码操作为按照一定的规律，把量化后的离散值用二进制数码表示。

4.根据权利要求1所述的一种用于音响的多通道数字音频信号实时音效处理方法，其特征在于，所述的计时器以24小时为一个周期进行循环计时，在接收音频信号的过程中，会同步记录所述的音频信号的传输时间。

5.根据权利要求4所述的一种用于音响的多通道数字音频信号实时音效处理方法，其特征在于，在计时器进行计时的同时会生成一个数据库，所述的数据库用于存储所述的音频信号，并且所述的数据库内音频信号的传输时间位于计时器的同一计时周期。

6.根据权利要求4所述的一种用于音响的多通道数字音频信号实时音效处理方法，其特征在于，所述的并行提取为同时将数据库中的音频信号提取出来，并且所述的并行提取的提取周期与计时器的计时周期保持一致，当完全提取出数据库中的音频信号后，数据库被清空，从而用于保存下一计时周期内的音频信号。

7.根据权利要求4所述的一种用于音响的多通道数字音频信号实时音效处理方法，其特征在于，当某一音频信号在传输的过程中，传输开始时间和传输结束时间分别位于不同的计时周期时，则按照传输结束时间所在计时周期记入所述的音频信号，此时生成一个临时数据库，所述的音频信号从数据库转存至历史数据库中，并在所述的并行提取操作完成后存放至清空的数据库中。

8.根据权利要求4所述的一种用于音响的多通道数字音频信号实时音效处理方法，其特征在于，在音频信号进行数字化处理的过程中，如果上一并行提取过程中所提取的音频信号的数字化处理时间超过计时周期时，则延迟下一并行提取操作，此时接收的音频信号存放至临时数据库中，等待数据库被清空之后转存至所述的数据库中。

9.根据权利要求4所述的一种用于音响的多通道数字音频信号实时音效处理方法，其特征在于，在进行优先级划分的过程中，单次提取同一计时周期内的数字音频信号，根据所述的数字音频信号的传输时间顺序制定优先级，在音频信号的输出过程中，不同计时周期内的音频信号，则按照提取的顺序进行排序，只有在某一计时周期内的所有音频信号按照优先级顺序完成输出之后，才会对下一计时周期内的音频信号进行数模转换和输出。

10.根据权利要求9所述的一种用于音响的多通道数字音频信号实时音效处理系统，其特征在于，所述的系统包括：

标准化端口，用于接收音频信号；

计时模块，记录音频信号的传输时间，所述的传输时间为接收所述的音频信号的开始时间；

数字化处理模块，并行提取所述的音频信号并进行数字化处理，将音频信号中连续变化的模拟信号转换成离散的数字信号；

优先级设定模块，提取所述的数字音频信号和传输时间，根据传输时间为所述的数字音频信号设定优先级，传输时间越早则优先级越高；

优先级排序模块，提取所述的数字音频信号，并按照优先级就进行排序，依次对所述的音频信号进行数模转换并输出。

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