CN115691522A - 一种重低音增强方法、系统、设备及存储介质 - Google Patents

Abstract

本申请涉及信号处理的领域，尤其是涉及一种重低音增强方法、系统、设备及存储介质，其包括获取并低通滤波初始音频信号，得到低频信号；延时处理初始音频信号，生成延时音频信号；依次对低频信号进行第一加窗处理、频域变换与幅度增益，生成第一频域低频信号；获取第一频域低频信号中的基频信号信息；依据基频信号信息以及预设的频移整数组与幅度比例组，得到组合基频信号；对组合基频信号进行时域变换，得到组合时域信号；对组合时域信号依次进行第二加窗处理与第二低通滤波处理，生成待合成音频信号；对待合成音频信号与延时音频信号进行合成处理，生成增强音频信号。本申请具有便于有效增强电子音乐音频信号中重低音部分的效果。

Description

一种重低音增强方法、系统、设备及存储介质

技术领域

本申请涉及信号处理的领域，尤其是涉及一种重低音增强方法、系统、设备及存储介质。

背景技术

重低音其实是电子音乐里，对频率较低，波长较长的波段的一个叫法；重低音的声波较长，人听起来是十分明显的，心理感觉会很热烈，并且人的其它感官也会感受得到。

在使用电子琴进行电子音乐的演奏时，人能感知到的重低音并不明显，因此常需要对电子音乐中的重低音部分进行增强处理；目前，增强电子音乐中重低音部分的手段为均衡技术(EQ)，均衡技术(EQ)也即通过增强音频信号的低频分量的能量来加强重低音效果。

在实现本申请的过程中，发现上述技术至少存在以下问题：通过EQ对音频信号进行处理时，容易产生饱和溢出噪声，而饱和溢出噪声会对增强电子音乐音频信号中的重低音部分造成不利影响。

发明内容

为了便于有效增强电子音乐音频信号中的重低音的部分，本申请提供一种重低音增强方法、系统、设备及存储介质。

第一方面，本申请提供一种重低音增强方法，采用如下的技术方案：

一种重低音增强方法，包括：

获取初始音频信号，对所述初始音频信号进行第一低通滤波处理，得到低频信号；延时处理所述初始音频信号，生成延时音频信号；

对所述低频信号进行第一加窗处理，生成时域低频信号；

对所述时域低频信号依次进行频域变换与幅度增益，生成第一频域低频信号；

获取所述第一频域低频信号中的基频信号信息，所述基频信号信息包括基频信号中心频率与基频信号幅度；

依据所述基频信号中心频率、所述基频信号幅度以及预设的频移整数组与幅度比例组，得到组合基频信号；

对所述组合基频信号进行时域变换，得到组合时域信号；

对所述组合时域信号依次进行第二加窗处理与第二低通滤波处理，生成待合成音频信号；

对所述待合成音频信号与所述延时音频信号进行合成处理，生成增强音频信号。

通过采用上述技术方案，对初始音频信号进行低通滤波处理后得到与重低音对应的低频信号，然后先对此低频信号进行幅度增益以对低频信号进行增强，然后还通过将得到的待合成音频信号与延时音频信号进行合成，从而可将加强后的低频信号加入到初始音频信号中，如此便于有效增强电子音乐音频信号中的重低音的部分。

在一个具体的可实施方案中，所述延时处理所述初始音频信号，生成延时音频信号的步骤包括：获取所述初始音频信号的音频周期以及预设的延时整数；

依据所述音频周期与所述延时整数生成所述延时音频信号。

通过采用上述技术方案，便于产生和初始音频信号相位相差整数倍2Π的延时音频信号，如此便于防止延时音频信号与后续生成的待合成音频信号相抵消。

在一个具体的可实施方案中，所述频域变换为快速傅里叶变换，所述时域变换为快速傅里叶逆变换。

通过采用上述技术方案，通过快速傅里叶变换以及快速傅里叶逆变换便于增加数据处理速度。

在一个具体的可实施方案中，所述依据所述基频信号中心频率、所述基频信号幅度以及预设的频移整数组与幅度比例组，得到组合基频信号的步骤包括：

计算所述基频信号中心频率与所述频移整数组中每个频移整数的积，生成频移量组，所述频移量组包含若干与每个所述频移整数一一对应的频移量；

计算所述基频信号幅度与所述幅度比例组中每个幅度比例的积，得到幅度量组，所述幅度量组包含若干与每个所述幅度比例一一对应的幅度量；

对所述频移量组与所述幅度量组进行计算，得到所述组合基频信号。

通过采用上述技术方案，便于得到基频信号的各个谐波分量。

在一个具体的可实施方案中，所述生成第一频域低频信号之后且所述获取所述第一频域低频信号中的基频信号信息之前的步骤还包括：

对所述第一频域低频信号进行抽样处理，生成第二频域低频信号。

通过采用上述技术方案，通过抽样处理便于降低数据处理的复杂度。

在一个具体的可实施方案中，所述对所述待合成音频信号与所述延时音频信号进行合成处理前的步骤还包括：

判断所述延时音频信号与所述待合成音频信号的相位是否相差整数倍的2Π；

若是，则接着对所述待合成音频信号与所述延时音频信号进行合成；

若否，则对所述延时音频信号进行移相处理，直至所述延时音频信号与所述待合成音频信号的相位相差整数倍的2Π。

通过采用上述技术方案，便于防止延时音频信号与待合成音频信号相互抵消。

第二方面，本申请提供一种重低音增强系统，采用如下的技术方案：

一种重低音增强系统，包括：

初始化模块，用于获取初始音频信号，对所述初始音频信号进行第一低通滤波处理，得到低频信号；延时处理所述初始音频信号，生成延时音频信号；

时域低频信号生成模块，用于对所述低频信号进行第一加窗处理，生成时域低频信号；

第一频域低频信号生成模块，用于对所述时域低频信号依次进行频域变换与幅度增益，生成第一频域低频信号；

基频信号信息获取模块，用于获取所述第一频域低频信号中的基频信号信息，所述基频信号信息包括基频信号中心频率与基频信号幅度；

组合基频信号生成模块，用于依据所述基频信号中心频率、所述基频信号幅度以及预设的频移整数组与幅度比例组，得到组合基频信号；

组合时域信号生成模块，用于对所述组合基频信号进行时域变换，得到组合时域信号；

待合成音频信号生成模块，用于对所述组合时域信号依次进行第二加窗处理与第二低通滤波处理，生成待合成音频信号；

增强音频信号增强模块，用于对所述待合成音频信号与所述延时音频信号进行合成处理，生成增强音频信号。

通过采用上述技术方案，便于有效增强电子音乐音频信号中的重低音的部分。

第三方面，本申请提供一种计算机设备，采用如下技术方案：包括存储器和处理器，所述存储器上存储有能够被处理器加载并执行如上述任意一种重低音增强方法的计算机程序。

通过采用上述技术方案，便于有效增强电子音乐音频信号中的重低音的部分。

第四方面，本申请提供一种计算机可读存储介质，采用如下技术方案：存储有能够被处理器加载并执行上述任意一种重低音增强方法的计算机程序。

通过采用上述技术方案，便于有效增强电子音乐音频信号中的重低音的部分。

综上所述，本申请包括以下至少一种有益技术效果：

1.便于有效增强电子音乐音频信号中的重低音的部分；

2.便于防止延时音频信号与生成的待合成音频信号相抵消；

3.通过抽样处理便于降低数据处理的复杂度。

附图说明

图1是本申请实施例中一种重低音增强方法的流程示意图。

图2是本申请实施例中一种重低音增强系统的结构框图。

附图标记说明：100、初始化模块；200、时域低频信号生成模块；300、第一频域低频信号生成模块；400、基频信号信息获取模块；500、组合基频信号生成模块；600、组合时域信号生成模块；700、待合成音频信号生成模块；800、增强音频信号增强模块。

具体实施方式

以下结合附图1-2对本申请作进一步详细说明。

实施例1

本申请实施例1公开了一种重低音增强方法。参照图1，重低音增强方法包括：

S100、获取初始音频信号，对初始音频信号进行第一低通滤波处理，得到低频信号；延时处理初始音频信号，生成延时音频信号。

具体的，S100包括以下子步骤：

S101、获取初始音频信号，对初始音频信号进行第一低通滤波处理，得到低频信号。

通过预设的信号采集单元采集演奏电子琴时产生的初始音频信号，然后信号采集单元将采集到的初始音频信号发送至与之连接的第一低通滤波器处；通过历史经验数据发现，电子琴产生的初始音频信号中的重低音部分的最高频率不超过1KHz；为了便于将初始音频信号中的重低音部分滤出，在实施中将第一低通滤波器的截止频率设为1KHz，如此，通过第一低通滤波器便于将初始音频信号中的重低音部分滤出，从而得到相应的低频信号(频率不超过1KHz的信号)。

S102、获取音频信号的音频周期以及预设的延时整数。

当信号采集单元获取初始音频信号后，还对初始音频信号进行解析，从而得到相应的初始音频信号的周期T；需要说明的是，系统中预设有延时整数N。

S103、依据音频周期与延时整数生成延时音频信号。

此处假设初始音频信号为s₀(t)；

在初始音频信号为s₀(t)的基础上，对s₀(t)进行延时处理，得到延时音频信号s₀(t+NT)；

S200、对低频信号进行第一加窗处理，生成时域低频信号。

通过S100步骤获取低频信号后，接着对低频信号进行第一加窗处理，也即使用预设的第一窗函数处理低频信号，此为现有技术，故此处不多赘述；

使用预设的第一窗函数处理低频信号可以得到相应的时域低频信号。

S300、依次对时域低频信号进行频域变换与幅度增益，生成第一频域低频信号。

获取到通过S200生成的时域低频信号后，再对得到时域低频信号进行频域变换；需要说明的是，为了便于提高对时域低频信号的处理速度，此处的频域变换具体为快速傅里叶变换(FFT)；通过FFT对时域低频信号进行处理可以先得到频域低频信号；此时得到的频域低频信号正是对应初始音频信号中的重低音部分，为了增强初始音频信号中的重低音部分，接下来对频域低频信号进行幅度增益处理，也即提升频域低频信号的幅度，从而得到对应的第一频域低频信号；第一频域低频信号与频域低频信号相比仅是幅度有所增加，相应的频域范围并不发生变化。

实验历史数据表明，为了便于使包括音响以及耳机在内的音频播放器有较好的重低音增强效果，需要给频域低频信号中的低频部分以更大的幅度增益，幅度增益方案如下：频率范围为的0-100Hz的频域低频信号的对应的幅度增益为10dB；

频率范围为的100-300Hz的频域低频信号的对应的幅度增益为8dB；

频率范围为的300-600Hz的频域低频信号的对应的幅度增益为5dB；

频率范围为的600-1000Hz的频域低频信号的对应的幅度增益为2dB。

得到第一低频信号后，还对第一频域低频信号进行抽样处理，生成第二频域低频信号，如此便于减少需要处理的数据量，以提升后续数据处理的速度。

S400、获取第一频域低频信号中的基频信号信息，基频信号信息包括基频信号中心频率与基频信号幅度。

需要说明的是，抽样后形成的第二频域低频信号本质上仍具有第一频域低频信号的各个特征，比如频率范围等。

需要说明的是，第二频域低频信号包括若干幅度各异的且处于低频范围中的频带，通过S300步骤得到相应的第一频域低频信号后，对第二频域低频信号进行幅度检测，检测出第二频域低频信号中幅度最大的频带，然后将此频带范围所在的频域信号记为基频信号，然后对此基频信号进行解析，从而获取对应的基频信号信息，具体的，基频信号信息包括基频信号中心频率f₀与基频信号幅度h₀。

S500、依据基频信号中心频率、基频信号幅度以及预设的频移整数组与幅度比例组，得到组合基频信号。

具体的，S500包括以下步骤：

S501、计算基频信号中心频率与频移整数组中每个频移整数的积，生成频移量组，频移量组包含若干与每个频移整数一一对应的频移量。

将上述基频信号中心频率f₀与预设的频移整数组中每个频移整数(N₁，N₂，N₃……)依次相乘，从而得到频移量组(N₁f₀，N₂f₀，N₃f₀……)；N₁f₀，N₂f₀，N₃f₀……为与每个频移整数一一对应的频移量。

S502、计算基频信号幅度与幅度比例组中每个幅度比例的积，得到幅度量组，幅度量组包含若干与每个幅度比例一一对应的幅度量。

将上述基频信号幅度h₀与预设的幅度比例组中每个幅度比例(M₁，M₂，M₃……)依次相乘，从而得到频移量组(M₁h₀，M₂h₀，M₃h₀……)；M₁h₀，M₂h₀，M₃h₀……为与每个幅度比例一一对应的幅度量。

S503、对频移量组与幅度量组进行计算，得到组合基频信号。

假设频域的基频信号为s(f₀)；

接下来对得到的各个频移量与幅度量进行组合计算，从而得到组合基频信号s(f)；

s(f)＝s(f₀)+M₁h₀·s(f₀+N₁f₀)+M₂h₀·s(f₀+N₂f₀)+M₃h₀·s(f₀+N₃f₀)+……。

S600、对组合基频信号进行时域变换，得到组合时域信号。

通过S500得到组合基频信号后，接下来对组合基频信号进行时域变换，从而得到对应的组合时域信号s(t)；

需要说明的是，为了便于提升对组合基频信号的处理速度，此处的时域变换具体为快速傅里叶逆变换(IFFT)。

S700、对组合时域信号依次进行第二加窗处理与第二低通滤波处理，生成待合成音频信号。

通过S600步骤获取组合时域信号s(t)，接着实用预设的第二窗函数对组合时域信号s(t)进行第二加窗处理，此为现有技术，故此处不多赘述；

为了防止带外噪声对第二加窗处理后的s(t)造成不利影响，在s(t)完成第二加窗处理后，还使用预设的第二低通滤波器对第二加窗处理后的s(t)进行低通滤波处理，从而得到相应的待合成音频信号s₁(t)。

S800、对待合成音频信号与延时音频信号进行合成处理，生成增强音频信号。

需要说明的是，对待合成音频信号与延时音频信号进行合成处理前的步骤还包括：判断延时音频信号与待合成音频信号的相位是否相差整数倍的2Π；

若是，则接着对待合成音频信号与延时音频信号进行合成；

若否，则对延时音频信号进行移相处理，直至延时音频信号与待合成音频信号的相位相差整数倍的2Π。

使延时音频信号与待合成音频信号的相位相差整数倍的2Π的目的在于，待合成音频信号在幅度上对待合成音频信号起到的是增益作用，不会出现使待合成音频信号的幅度出现降低的情况。

对待合成音频信号与延时音频信号进行合成处理，得到增强音频信号S(t),S(t)＝s₀(t+NT)+s₁(t)。S(t)也即重低音部分得到增强后的电子琴音频信号。

图1为一个实施例中重低音增强方法的流程示意图。应该理解的是，虽然图1的流程图中的各个步骤按照箭头的指示依次显示，但是这些步骤并不是必然按照箭头指示的顺序依次执行；除非本文中有明确的说明，这些步骤的执行并没有严格的顺序限制，这些步骤可以以其它的顺序执行；并且图1中的至少一部分步骤可以包括多个子步骤或者多个阶段，这些子步骤或者阶段并不必然是在同一时刻执行完成，而是可以在不同的时刻执行，这些子步骤或者阶段的执行顺序也不必然是依次进行，而是可以与其它步骤或者其它步骤的子步骤或者阶段的至少一部分轮流或者交替地执行。

实施例2

本申请实施例2公开了一种重低音增强系统。参照图2，重低音增强系统包括：

初始化模块100，用于获取初始音频信号，对初始音频信号进行第一低通滤波处理，得到低频信号；延时处理初始音频信号，生成延时音频信号；

时域低频信号生成模块200，用于对低频信号进行第一加窗处理，生成时域低频信号；

第一频域低频信号生成模块300，用于依次对时域低频信号进行频域变换与幅度增益，生成第一频域低频信号；

基频信号信息获取模块400，用于获取第一频域低频信号中的基频信号信息，基频信号信息包括基频信号中心频率与基频信号幅度；

组合基频信号生成模块500，用于依据基频信号中心频率、基频信号幅度以及预设的频移整数组与幅度比例组，得到组合基频信号；

组合时域信号生成模块600，用于对组合基频信号进行时域变换，得到组合时域信号；

待合成音频信号生成模块700，用于对组合时域信号依次进行第二加窗处理与第二低通滤波处理，生成待合成音频信号；

增强音频信号增强模块800，用于对待合成音频信号与延时音频信号进行合成处理，生成增强音频信号。

实施例3

在本实施例3中公开了一种计算机设备，包括存储器和处理器，存储器存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时，使得处理器执行上述一种重低音增强方法的步骤。此处一种重低音增强方法的步骤可以是上述各个实施例的一种重低音增强方法中的步骤。

实施例4

在本实施例4中公开了一种计算机可读存储介质，其存储有能够被处理器加载并执行如上述一种重低音增强方法的计算机程序，该计算机可读存储介质例如包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(Read-OnlyMemory，ROM)、随机存取存储器(RandomAccessMemory，RAM)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

本具体实施例仅仅是对本发明的解释，其并不是对本发明的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。

Claims (9)

1.一种重低音增强方法，其特征在于：包括：

获取初始音频信号，对所述初始音频信号进行第一低通滤波处理，得到低频信号；延时处理所述初始音频信号，生成延时音频信号；

对所述低频信号进行第一加窗处理，生成时域低频信号；

对所述时域低频信号依次进行频域变换与幅度增益，生成第一频域低频信号；

获取所述第一频域低频信号中的基频信号信息，所述基频信号信息包括基频信号中心频率与基频信号幅度；

依据所述基频信号中心频率、所述基频信号幅度以及预设的频移整数组与幅度比例组，得到组合基频信号；

对所述组合基频信号进行时域变换，得到组合时域信号；

对所述组合时域信号依次进行第二加窗处理与第二低通滤波处理，生成待合成音频信号；

对所述待合成音频信号与所述延时音频信号进行合成处理，生成增强音频信号。

2.根据权利要求1所述的重低音增强方法，其特征在于：所述延时处理所述初始音频信号，生成延时音频信号的步骤包括：获取所述初始音频信号的音频周期以及预设的延时整数；

依据所述音频周期与所述延时整数生成所述延时音频信号。

3.根据权利要求1所述的重低音增强方法，其特征在于：所述频域变换为快速傅里叶变换，所述时域变换为快速傅里叶逆变换。

4.根据权利要求1所述的重低音增强方法，其特征在于：所述依据所述基频信号中心频率、所述基频信号幅度以及预设的频移整数组与幅度比例组，得到组合基频信号的步骤包括：

计算所述基频信号中心频率与所述频移整数组中每个频移整数的积，生成频移量组，所述频移量组包含若干与每个所述频移整数一一对应的频移量；

计算所述基频信号幅度与所述幅度比例组中每个幅度比例的积，得到幅度量组，所述幅度量组包含若干与每个所述幅度比例一一对应的幅度量；

对所述频移量组与所述幅度量组进行计算，得到所述组合基频信号。

5.根据权利要求1所述的重低音增强方法，其特征在于：所述生成第一频域低频信号之后且所述获取所述第一频域低频信号中的基频信号信息之前的步骤还包括：

对所述第一频域低频信号进行抽样处理，生成第二频域低频信号。

6.根据权利要求1所述的重低音增强方法，其特征在于：所述对所述待合成音频信号与所述延时音频信号进行合成处理前的步骤还包括：

判断所述延时音频信号与所述待合成音频信号的相位是否相差整数倍的2Π；

若是，则接着对所述待合成音频信号与所述延时音频信号进行合成；

若否，则对所述延时音频信号进行移相处理，直至所述延时音频信号与所述待合成音频信号的相位相差整数倍的2Π。

7.一种重低音增强系统，其特征在于：包括：

初始化模块（100），用于获取初始音频信号，对所述初始音频信号进行第一低通滤波处理，得到低频信号；延时处理所述初始音频信号，生成延时音频信号；

时域低频信号生成模块（200），用于对所述低频信号进行第一加窗处理，生成时域低频信号；

第一频域低频信号生成模块（300），用于对所述时域低频信号依次进行频域变换与幅度增益，生成第一频域低频信号；

基频信号信息获取模块（400），用于获取所述第一频域低频信号中的基频信号信息，所述基频信号信息包括基频信号中心频率与基频信号幅度；

组合基频信号生成模块（500），用于依据所述基频信号中心频率、所述基频信号幅度以及预设的频移整数组与幅度比例组，得到组合基频信号；

组合时域信号生成模块（600），用于对所述组合基频信号进行时域变换，得到组合时域信号；

待合成音频信号生成模块（700），用于对所述组合时域信号依次进行第二加窗处理与第二低通滤波处理，生成待合成音频信号；

增强音频信号增强模块（800），用于对所述待合成音频信号与所述延时音频信号进行合成处理，生成增强音频信号。

8.一种计算机设备，其特征在于，所述计算机设备包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述计算机程序被所述处理器执行时，使得所述处理器执行如权利要求1-6所述的任意一种重低音增强方法。

9.一种计算机可读存储介质，存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时，使得所述处理器执行如权利要求1-6所述的任意一种重低音增强方法。

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