CN116782095A - 一种车载音响系统的响度补偿方法及车载音响系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种车载音响系统的响度补偿方法及车载音响系统，属于车载设备领域。响度补偿方法具体包括：S1、提供初始音频信号；S2、对初始音频信号进行分频处理，得到多个不同频段的分频信号，多个不同频段的分频信号至少包括低频分频信号、中频分频信号和高频分频信号；S3、分别计算多个不同频段的分频信号的能量值，得到和多个分频信号相对应的多个信号能量值；S4、根据多个信号能量值计算得到多个滤波器系数；S5、基于多个滤波器系数，使初始音频信号经过多次滤波处理，得到目标音频信号。本发明中的车载音响系统能够对初始音频信号的不同频段有针对性地进行响度补偿，提高了响度补偿的准确度，也提升了用户的听觉感受。
Description
技术领域
本发明属于车载设备领域，具体涉及一种车载音响系统的响度补偿方法及车载音响系统。
背景技术
响度是可以用来衡量声音强度大小的最符合人耳听觉特性的参量。在听觉范围内，连接等响度点的线定义为等响度曲线。如图1所示，图1为等响度曲线，横轴代表频率（单位为赫兹），纵轴代表强度（单位为分贝），在同一条响度曲线上，低频信号和高频信号的声压级要高于中频信号的声压级，因此为了达到同样的响度听感，低频信号和高频信号往往要比中频信号有更多的能量。
为了让用户有更好的听音享受，车载音响系统需要参考等响度曲线，通过响度补偿方式或者其它调节方式以实现音频播放时各个频段的等响度听觉感知。目前常用的响度补偿方式为基于车机的音量进行响度补偿。
如图2所示，图2为基于汽车音量控制系统的响度补偿框图，播放音频时汽车自带的音量控制系统直接控制音量大小，通过查询预置的滤波器系数查询表选择低音增强以及高音增强的滤波器系数。一般情况下，音量较小的时候，低频成份和高频成份需要增强的能量较多，音量较大的时候，低频成份和高频成份需要增强的能量较少。输入的音频信号通过低音增强滤波器和高音增强滤波器后，即可实现各个频段的等响度听觉感知。
然而，这种响度补偿方式无法针对不同频段的音频信号分别进行补偿，导致响度补偿的准确度较低，影响用户的听感。
发明内容
针对上述技术问题，本发明的目的是提供一种改进的车载音响系统的响度补偿方法及车载音响系统。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种车载音响系统的响度补偿方法，包括如下步骤：
S1、提供初始音频信号；
S2、对所述初始音频信号进行分频处理，得到多个不同频段的分频信号，所述多个不同频段的分频信号至少包括低频分频信号、中频分频信号和高频分频信号；
S3、分别计算所述多个不同频段的分频信号的能量值，得到和多个所述分频信号相对应的多个信号能量值；
S4、根据所述多个信号能量值计算得到多个滤波器系数；
S5、基于所述多个滤波器系数，使所述初始音频信号经过多次滤波处理，得到目标音频信号。
优选地，步骤S2具体至少包括如下步骤中的一个或多个：
S211、使所述初始音频信号经过低通滤波器，得到所述低频分频信号；
S212、使所述初始音频信号经过带通滤波器，得到所述中频分频信号；
S213、使所述初始音频信号经过高通滤波器，得到所述高频分频信号。
进一步地，所述分频信号为时域信号，步骤S3中，分别对每个所述分频信号进行如下处理：
所述分频信号的左声道依次经过绝对值处理单元和滤波处理单元得到第一中间值，所述分频信号的右声道依次经过绝对值处理单元和滤波处理单元得到第二中间值；取所述第一中间值和所述第二中间值中较大的值经过对数转换单元处理得到对应该分频信号的信号能量值。
更进一步地，步骤S3具体包括：
S311、将所述低频分频信号的左声道和右声道分别经过绝对值处理单元和滤波处理单元，得到第一低频中间值和第二低频中间值；将所述中频分频信号的左声道和右声道分别经过所述绝对值处理单元和所述滤波处理单元，得到第一中频中间值和第二中频中间值；将所述高频分频信号的左声道和右声道分别经过所述绝对值处理单元和所述滤波处理单元，得到第一高频中间值和第二高频中间值；
S312、将所述第一低频中间值和所述第二低频中间值中较大的值经过对数转换单元，得到低频信号能量值；将所述第一中频中间值和所述第二中频中间值中较大的值经过对数转换单元，得到中频信号能量值；将所述第一高频中间值和所述第二高频中间值中较大的值经过对数转换单元，得到高频信号能量值。
更进一步地，所述滤波处理单元为二阶低通滤波处理单元。
优选地，所述分频信号为频域信号，步骤S2至少包括如下步骤中的一个或多个：
S221、使所述初始音频信号进行快速傅里叶变换后经过频域低通滤波器，得到低频分频信号；
S222、使所述初始音频信号进行快速傅里叶变换后经过频域带通滤波器，得到中频分频信号；
S223、使所述初始音频信号进行快速傅里叶变换后经过频域高通滤波器，得到高频分频信号。
进一步地，步骤S3具体包括：
S321、分别根据下式计算得到低频信号能量值、中频信号能量值和高频信号能量值：
其中，X（k）为频域低频信号、频域中频信号或频域高频信号，N为快速傅里叶变换长度，P为信号能量值。
优选地，步骤S4具体包括：
S41、将所述多个信号能量值分别和预置的分频等响度表进行对比，计算得到响度补偿量，所述多个信号能量值包括低频信号能量值、中频信号能量值和高频信号能量值；
S42、基于所述响度补偿量和预置的滤波器参数计算公式，计算得到多个滤波器系数。
进一步地，步骤S41具体包括：
S411、将所述中频信号能量值和预置的分频等响度表进行对比，判断分频等响度表中是否能直接查询得到低频信号能量标准值和高频信号能量标准值，若是，则跳转至步骤S412，若否，则跳转至步骤S413；
S412、将所述低频信号能量标准值和低频信号能量值相减得到低频信号响度补偿量；将所述高频信号能量标准值和高频信号能量值相减得到高频信号响度补偿量；
S413、将所述中频信号能量值和预置的分频等响度表进行对比得到的对比结果进行插值计算，分别得到低频信号能量期望值和高频信号能量期望值；
S414、将所述低频信号能量期望值和低频信号能量值相减得到低频信号响度补偿量；将所述高频信号能量期望值和高频信号能量值相减得到高频信号响度补偿量。
优选地，步骤S5具体包括：
S51、基于低音增强滤波器系数，将所述初始音频信号经过低音增强滤波器进行滤波处理，得到中间滤波信号；
S52、基于高音增强滤波器系数，将所述中间滤波信号经过高音增强滤波器进行滤波处理，得到目标音频信号。
进一步地，所述低音增强滤波器为LowShelf滤波器，所述高音增强滤波器为HighShelf滤波器。
一种车载音响系统，包括音乐播放模块、响度补偿模块和车载功放模块，所述响度补偿模块分别和所述音乐播放模块及所述车载功放模块相连接，所述响度补偿模块包括：
分频处理模块，其用于对所述音乐播放模块输出的初始音频信号进行分频处理，得到多个不同频段的分频信号；
能量计算模块，其用于计算所述多个不同频段的分频信号的能量值，所述能量计算模块和所述分频处理模块连接；
滤波器系数计算模块，其用于根据所述多个信号能量值计算得到多个滤波器系数，所述滤波器系数计算模块和所述能量计算模块连接；
滤波模块，其用于基于所述多个滤波器系数对所述初始音频信号进行多次滤波处理以得到目标音频信号，并将所述目标音频信号传输至所述车载功放单元，所述滤波模块分别和所述滤波器系数计算模块、所述音乐播放模块和所述车载功放模块连接。
优选地，所述分频处理模块包括低通滤波器、带通滤波器和高通滤波器。
进一步地，所述能量计算模块包括依次连接的绝对值处理单元、滤波处理单元和对数转换单元；所述滤波处理单元为二阶低通滤波处理单元。
优选地，所述分频处理模块包括快速傅立叶变换单元、频域低通滤波器、频域带通滤波器和频域高通滤波器，所述快速傅立叶变换单元分别和所述频域低通滤波器、所述频域带通滤波器和所述频域高通滤波器连接。
优选地，所述滤波模块包括串联的低音增强滤波器和高音增强滤波器，所述低音增强滤波器为LowShelf滤波器，所述高音增强滤波器为HighShelf滤波器。
由于上述技术方案运用，本发明与现有技术相比具有下列优点：
本发明中的车载音响系统，通过分频处理模块对初始音频信号进行分频处理，能够得到多个不同频段的分频信号，且该多个不同频段的分频信号至少包括低频分频信号、中频分频信号和高频分频信号，分别计算不同频段的分频信号对应的信号能量值以进一步计算得到多个滤波器系数，使得滤波模块能够基于多个滤波器系数对初始音频信号的不同频段有针对性地进行响度补偿，提高了响度补偿的准确度，也提升了用户的听觉感受。
附图说明
为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对实施例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的一些实施例，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的附图。
图1为等响度曲线；
图2为基于汽车音量控制系统的响度补偿框图；
图3为本发明实施例一中的响度补偿框图；
图4为本发明实施例一中分频处理模块的框图；
图5为本发明实施例一中能量计算模块的框图；
图6为本发明实施例一中的响度补偿流程图；
图7为本发明实施例一中的另一种响度补偿流程图；
图8为本发明实施例一中的另一种响度补偿流程图；
图9为本发明实施例二中分频处理模块的框图；
图10为本发明实施例二中的响度补偿流程图；
其中，1、响度补偿模块；11、分频处理模块；111、低通滤波器；112、带通滤波器；113、高通滤波器；114、快速傅立叶变换单元；115、频域低通滤波器；116、频域带通滤波器；117、频域高通滤波器；12、能量计算模块；121、绝对值处理单元；122、滤波处理单元；123、对数转换单元；13、滤波器系数计算模块；14、滤波模块；141、低音增强滤波器；142、高音增强滤波器；2、音乐播放模块；3、车载功放模块。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的较佳实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域的技术人员理解。在此需要说明的是，对于这些实施方式的说明用于帮助理解本发明，但并不构成对本发明的限定。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以互相结合。
实施例一
本实施例公开了一种车载音响系统，如图3至图5所示，该车载音响系统包括响度补偿模块1、音乐播放模块2和车载功放模块3，响度补偿模块1分别和音乐播放模块2及车载功放模块3相连接。音乐播放模块2可以为汽车自带的车载娱乐系统，车载功放模块3具体和车载扬声器连接。其中，响度补偿模块1包括分频处理模块11、能量计算模块12、滤波器系数计算模块13和滤波模块14。
具体的，分频处理模块11用于对音乐播放模块2输出的初始音频信号进行分频处理，得到多个不同频段的分频信号。初始音频信号可以为音乐信号也可以为语音信号，具体此处不做限定。本实施例中的分频处理模块11具体为三分频器，在进一步优选的方案中，也可以增设分频处理模块的维度，将初始音频信号分为更多不同频段的分频信号，以进一步提升响度补偿准确度。本实施例中的分频主要采用时域分频，如图4所示，分频处理模块11包括低通滤波器111、带通滤波器112和高通滤波器113。如图5所示，能量计算模块12包括依次连接的绝对值处理单元121、滤波处理单元122和对数转换单元123，滤波处理单元122为二阶低通滤波处理单元。如图3所示，滤波模块14包括串联的低音增强滤波器141和高音增强滤波器142，低音增强滤波器141可以为LowShelf滤波器，高音增强滤波器142可以为HighShelf滤波器，在其它一些实施例中，低音增强滤波器141和高音增强滤波器142也可以为其它种类的滤波器，具体此处不做限定。低音增强滤波器141和高音增强滤波器142连接的先后顺序也不做限定。
本实施例还公开了一种车载音响系统的响度补偿方法，如图6至图8所示，该响度补偿方法包括：
S1、获取初始音频信号；
S2、对初始音频信号经过分频处理，得到多个不同频段的分频信号，多个不同频段的分频信号至少包括低频分频信号、中频分频信号和高频分频信号；
S3、分别计算多个不同频段的分频信号的能量值，得到和多个分频信号相对应的多个信号能量值；
S4、根据多个信号能量值计算得到多个滤波器系数；
S5、基于多个滤波器系数，使初始音频信号经过多次滤波处理，得到目标音频信号。
进一步地，步骤S2具体包括：
S211、使初始音频信号经过低通滤波器，得到低频分频信号；
S212、使初始音频信号经过带通滤波器，得到中频分频信号；
S213、使初始音频信号经过高通滤波器，得到高频分频信号。
步骤S3中，分别对每个分频信号进行如下处理：
分频信号的左声道依次经过绝对值处理单元和滤波处理单元得到第一中间值，分频信号的右声道依次经过绝对值处理单元和滤波处理单元得到第二中间值；取第一中间值和第二中间值中较大的值经过对数转换单元处理得到对应该分频信号的信号能量值。
具体的，步骤S3包括：
S311、将低频分频信号的左声道和右声道分别经过能量计算模块12的绝对值处理单元121和滤波处理单元122，得到第一低频中间值和第二低频中间值；将中频分频信号的左声道和右声道分别经过绝对值处理单元121和滤波处理单元122，得到第一中频中间值和第二中频中间值；将高频分频信号的左声道和右声道分别经过绝对值处理单元121和滤波处理单元122，得到第一高频中间值和第二高频中间值；
S312、将第一低频中间值和第二低频中间值中较大的值经过对数转换单元123，得到低频信号能量值；将第一中频中间值和第二中频中间值中较大的值经过对数转换单元123，得到中频信号能量值；将第一高频中间值和第二高频中间值中较大的值经过对数转换单元123，得到高频信号能量值。
滤波处理单元122可以为二阶低通滤波处理单元，低通滤波器111的截止频率为FL，带通滤波器112的截止频率为FL到FH，高通滤波器113的截止频率为FH。FL和FH的值一般由用户设定，例如，FL可以取50Hz，FH可以取8kHz。
进一步地，步骤S4具体包括：
S41、将多个信号能量值分别和预置的分频等响度表进行对比，计算得到响度补偿量，多个信号能量值包括低频信号能量值、中频信号能量值和高频信号能量值；
S42、基于响度补偿量和预置的滤波器参数计算公式，计算得到多个滤波器系数。
分频等响度表可以根据用户的需求指定，参考图1中的等响度曲线，用户可以自定义信号低频成份和高频成份相对于中频成份能量的响度补偿量。例如，图1中10dBSPL的等响度曲线：中频信号的能量在10dBSPL时(1kHz处)，低频信号的能量(50Hz处)设定需达到55dBSPL时才满足与中频信号同响度的要求，高频信号的能量(8kHz处)设定需达到20dBSPL时才满足于中频信号同响度的要求。以此类推，可以制定10dBSPL、20dBSPL、30dBSPL、40dBSPL、50dBSPL、60dBSPL、70dBSPL、80dBSPL以及90dBSPL的分频等响度表。如表1所示，表1给出了一个典型的间隔为10dBSPL的分频等响度表，用户也可以制定精度更细的分频等响度表，如间隔1dBSPL的分频等响度表。
若分频等响度表能直接查询到对应的数值，步骤S41具体包括：
S411、将中频信号能量值和预置的分频等响度表进行对比，判断分频等响度表中是否能直接查询得到低频信号能量标准值和高频信号能量标准值，若是，则跳转至步骤S412，若否，则跳转至步骤S413；
S412、将低频信号能量标准值和低频信号能量值相减得到低频信号响度补偿量；将高频信号能量标准值和高频信号能量值相减得到高频信号响度补偿量；
S413、将中频信号能量值和预置的分频等响度表进行对比得到的对比结果进行插值计算，分别得到低频信号能量期望值和高频信号能量期望值；
S414、将低频信号能量期望值和低频信号能量值相减得到低频信号响度补偿量；将高频信号能量期望值和高频信号能量值相减得到高频信号响度补偿量。
若分频等响度表中能直接查询得到低频信号能量标准值和高频信号能量标准值，例如，能量计算模块12得到的音频信号的中频信号能量值MiddlePValue为10dBSPL，低频信号能量值LowPValue为45dBSPL，高频信号能量值HighPValue为19dBSPL。查表得到10dBSPL的中频信号能量标准值对应的低频信号能量标准值为55 dBSPL，高频信号能量标准值为20dBSPL。则低频信号响度补偿量为55 dBSPL-45dBSPL=10 dBSPL，高频信号响度补偿量为20dBSPL-19dBSPL=1 dBSPL。
若分频等响度表中不能直接查询得到低频信号能量标准值和高频信号能量标准值，例如，能量计算模块12得到的音频信号的中频信号能量值MiddlePValue为12dBSPL，低频信号能量值LowPValue为45dBSPL，高频信号能量值HighPValue为19dBSPL。
1、查表找到MiddlePValue临近的两个中频信号能量标准值：MiddlePL与MiddlePH；
MiddlePL = 10dBSPL
MiddlePH = 20dBSPL
2、查表得到MiddlePL对应的低频信号能量对比结果LowExpectedPL和高频信号能量对比结果HighExpectedPL，以及得到MiddlePH对应的低频信号能量对比结果LowExpectedPH和高频信号能量对比结果HighExpectedPH；
LowExpectedPL = 55dBSPL
HighExpectedPL = 20dBSPL
LowExpectedPH = 60dBSPL
HighExpectedPH = 30dBSPL
3、插值计算中频信号能量值MiddlePValue所对应的低频信号能量期望值LowExpectedPValue，插值方式可以有多种，本实施例中采用线性插值方式；
(LowExpectedPH – LowExpectedPL）/(MiddlePH – MiddlePL) =
(LowExpectedPValue – LowExpectedPL）/(MiddlePValue– MiddlePL)
LowExpectedPValue = (LowExpectedPH – LowExpectedPL）× (MiddlePValue–MiddlePL) / (MiddlePH – MiddlePL) + LowExpectedPL = (60 – 55)×(12 – 10) /(20 – 10) + 55= 56dBSPL
4、插值计算中频信号能量值MiddlePValue所对应的高频信号能量期望值HighExpectedPValue，插值方式可以有多种，本实施例中采用线性插值方式；
(HighExpectedPH – HighExpectedPL）/(MiddlePH – MiddlePL) =
(HighExpectedPValue – HighExpectedPL）/(MiddlePValue– MiddlePL)
HighExpectedPValue = (HighExpectedPH – HighExpectedPL）×(MiddlePValue– MiddlePL) / (MiddlePH – MiddlePL) + HighExpectedPL= (30 – 20)×(12 – 10) / (20 – 10) + 20= 22dBSPL
5、将低频信号能量期望值LowExpectedPValue和低频信号能量值LowPValue相减得到低频信号响度补偿量LowBoostValue，将高频信号能量期望值HighExpectedPValue和高频信号能量值HighPValue相减得到高频信号响度补偿量HighBoostValue；
LowBoostValue = LowExpectedPValue – LowPValue= 56 – 45 = 11dBSPL
HighBoostValue = HighExpectedPValue – HighPValue= 22 – 19 = 3dBSPL。
步骤S42中滤波器系数的计算过程具体如下：
低音增强滤波器的类型有许多种，本实施例中采用lowShelf滤波器，根据低频信号响度补偿量LowBoostValue计算低音增强滤波器系数LowBoostA0，LowBoostA1，LowBoostA2，LowBoostB0，LowBoostB1，LowBoostB2的过程如下：
1、计算线性的低音增强补偿量LinearLowBoostValue；
LinearLowBoostValue = math.pow(10, (LowBoostValue/ 40))
其中，math.pow函数用于计算次方值；
2、计算低音增强滤波器截止弧度LowBoostW0；
LowBoostW0= 2×(math.pi)×( LowBoostFc)/(Fs)
其中，math.pi用于表示圆周率；LowBoostFc为用户预先设定的低音增强滤波器的截止频率，可以取50Hz；Fs为滤波器的采样频率，可以取48kHz；
3、计算低音增强滤波器alpha系数LowBoostAlpha；
temp= 1/(math.sqrt((LinearLowBoostValue +1/ LinearLowBoostValue)×(1/LinearLowQ - 1)+2))
LowBoostAlpha = (math.sin(LowBoostW0)/2)/temp
其中，math.sqrt用于求平方根；math.sin为正弦函数；LinearLowQ为用户预先设定的低音增强滤波器的品质因素，可以取1.0；temp为中间变量；
4、计算低音增强滤波器的6个系数；
LowBoostA0=(LinearLowBoostValue+1)+( LinearLowBoostValue-1)×math.cos(LowBoostW0) +2×math.sqrt(LinearLowBoostValue)×LowBoostAlpha
LowBoostA1=-2×((LinearLowBoostValue-1)+( LinearLowBoostValue+1)×math.cos(LowBoostW0))
LowBoostA2=( LinearLowBoostValue+1)+( LinearLowBoostValue-1)×math.cos(LowBoostW0) -2×math.sqrt(LinearLowBoostValue)×LowBoostAlpha
LowBoostB0 = LinearLowBoostValue×(( LinearLowBoostValue +1) –(LinearLowBoostValue -1)×math.cos(LowBoostW0) +2×math.sqrt(LinearLowBoostValue)×LowBoostAlpha
LowBoostB1 = 2×LinearLowBoostValue×(( LinearLowBoostValue-1)-(LinearLowBoostValue +1)×math.cos(LowBoostW0))
LowBoostB2 = LinearLowBoostValue×(( LinearLowBoostValue +1) -(LinearLowBoostValue -1)×math.cos(LowBoostW0) –2×math.sqrt(LinearLowBoostValue)×LowBoostAlpha。
高音增强滤波器的类型有许多种，本实施例中采用highShelf滤波器。根据高频信号响度补偿量HighBoostValue计算高音增强滤波器系数HighBoostA0，HighBoostA1，HighBoostA2，HighBoostB0，HighBoostB1，HighBoostB2的过程如下：
1、计算线性的高音增强补偿量LinearHighBoostValue；
LinearHighBoostValue = math.pow(10, (HighBoostValue/ 40))
2、计算高音增强滤波器截止弧度HighBoostW0；
HighBoostW0= 2×(math.pi)×( HighBoostFc)/(Fs)
其中，HighBoostFc为用户预先设定的高音增强滤波器的截止频率，可以取8kHz；Fs为滤波器的采样频率，可以取48kHz；
3、计算高音增强滤波器alpha系数HighBoostAlpha；
temp= 1/(math.sqrt((LinearHighBoostValue +1/ LinearHighBoostValue)×(1/ LinearHighQ - 1)+2))
HighBoostAlpha = (math.sin(HighBoostW0)/2)/temp
其中，LinearHighQ为用户预先设定的高音增强滤波器的品质因素，可以取0.707；temp为中间变量；
4、计算高音增强滤波器的6个系数；
HighBoostA0=(LinearHighBoostValue+1)-( LinearHighBoostValue-1)×math.cos(HighBoostW0) +2×math.sqrt(LinearHighBoostValue)×HighBoostAlpha
HighBoostA1 = 2×(( LinearHighBoostValue -1)-( LinearHighBoostValue +1)×math.cos(HighBoostW0))
HighBoostA2=( LinearHighBoostValue+1)-( LinearHighBoostValue-1)×math.cos(HighBoostW0) -2×math.sqrt(LinearHighBoostValue)×HighBoostAlpha
HighBoostB0 = LinearHighBoostValue×(( LinearHighBoostValue+1)+(LinearHighBoostValue -1)×math.cos(HighBoostW0) +2×math.sqrt(LinearHighBoostValue)×HighBoostAlpha
HighBoostB1=2×LinearHighBoostValue×(( LinearHighBoostValue-1)+(LinearHighBoostValue +1)×math.cos(HighBoostW0))
HighBoostB2 = LinearHighBoostValue×(( LinearHighBoostValue+1)+(LinearHighBoostValue -1)×math.cos(HighBoostW0) –2×math.sqrt(LinearHighBoostValue)×HighBoostAlpha。
进一步地，步骤S5具体包括：
S51、基于低音增强滤波器系数，将初始音频信号经过低音增强滤波器进行滤波处理，得到中间滤波信号；
S52、基于高音增强滤波器系数，将中间滤波信号经过高音增强滤波器进行滤波处理，得到目标音频信号。
完成低音增强滤波器和高音增强滤波器的系数计算后，初始音频信号通过低音增强滤波器和高音增强滤波器完成信号中低频成份的增强以及高频成份的增强，最终输出的目标音频信号能够在低频、中频、高频达到等响度听觉感知。
实施例二
本实施例二和实施例一基本相同，不同之处在于：本实施例中的分频主要采用频域分频。如图9所示，分频处理模块11包括快速傅立叶变换单元114、频域低通滤波器115、频域带通滤波器116和频域高通滤波器117，快速傅立叶变换单元114分别和频域低通滤波器115、频域带通滤波器116和频域高通滤波器117连接。
当采用频域分频时，如图10所示，步骤S2和步骤S3具体包括：
S221、使初始音频信号进行快速傅里叶变换后经过频域低通滤波器，得到低频分频信号；
S222、使初始音频信号进行快速傅里叶变换后经过频域带通滤波器，得到中频分频信号；
S223、使初始音频信号进行快速傅里叶变换后经过频域高通滤波器，得到高频分频信号；
S321、分别根据下式计算得到低频信号能量值、中频信号能量值和高频信号能量值；
其中，X（k）为频域低频信号、频域中频信号或频域高频信号，N为快速傅里叶变换长度，P为信号能量值，N可以取256。
将初始音频信号进行快速傅立叶变换（fast fourier transform，FFT），从时域变成频域。频域低通滤波器115的截止频率为FL，频域带通滤波器116的截止频率为FL到FH，频域高通滤波器117的截止频率为FH。FL和FH的值一般由用户设定，例如，FL可以取50Hz，FH可以取8kHz。
综上所述，本实施例中的车载音响系统及响度补偿方法具有如下优点：
1、通过分频处理模块对初始音频信号进行分频处理，能够得到多个不同频段的分频信号，且该多个不同频段的分频信号至少包括低频分频信号、中频分频信号和高频分频信号，分别计算不同频段的分频信号对应的信号能量值以进一步计算得到多个滤波器系数，使得滤波模块能够基于多个滤波器系数对初始音频信号的不同频段有针对性地进行响度补偿，提高了响度补偿的准确度，也提升了用户的听觉感受；
2、计算不同频段的分频信号对应的信号能量值后能有针对性地通过查表或插值计算得到精确的响度补偿量；
3、车载音响系统的结构较为简洁，仅需要设置三分频处理器即可将初始音频信号分为低频分频信号、中频分频信号和高频分频信号；在进一步优选的方案中也可以进一步增设分频处理模块的维度，将初始音频信号分为更多不同频段的分频信号，以进一步提升响度补偿准确度。
如本说明书和权利要求书中所示，术语“包括”与“包含”仅提示包括已明确标识的步骤和元素，而这些步骤和元素不构成一个排它性的罗列，方法或者设备也可能包含其他的步骤或元素。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的组合。
需要说明的是，如无特殊说明，当某一特征被称为“固定”、“连接”在另一个特征，它可以直接固定、连接在另一个特征上，也可以间接地固定、连接在另一个特征上。此外，本发明中所使用的上、下、左、右等描述仅仅是相对于附图中本发明各组成部分的相互位置关系来说的。
上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，是一种优选的实施例，其目的在于熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限定本发明的保护范围。凡根据本发明的原理所作的等效变换或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (16)
1.一种车载音响系统的响度补偿方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1、提供初始音频信号；
S2、对所述初始音频信号进行分频处理，得到多个不同频段的分频信号，所述多个不同频段的分频信号至少包括低频分频信号、中频分频信号和高频分频信号；
S3、分别计算所述多个不同频段的分频信号的能量值，得到和多个所述分频信号相对应的多个信号能量值；
S4、根据所述多个信号能量值计算得到多个滤波器系数；
S5、基于所述多个滤波器系数，使所述初始音频信号经过多次滤波处理，得到目标音频信号。
2.根据权利要求1所述的车载音响系统的响度补偿方法，其特征在于，步骤S2具体至少包括如下步骤中的一个或多个：
S211、使所述初始音频信号经过低通滤波器，得到所述低频分频信号；
S212、使所述初始音频信号经过带通滤波器，得到所述中频分频信号；
S213、使所述初始音频信号经过高通滤波器，得到所述高频分频信号。
3.根据权利要求 2所述的车载音响系统的响度补偿方法，其特征在于，所述分频信号为时域信号，步骤S3中，分别对每个所述分频信号进行如下处理：
所述分频信号的左声道依次经过绝对值处理单元和滤波处理单元得到第一中间值，所述分频信号的右声道依次经过绝对值处理单元和滤波处理单元得到第二中间值；取所述第一中间值和所述第二中间值中较大的值经过对数转换单元处理得到对应该分频信号的信号能量值。
4.根据权利要求3所述的车载音响系统的响度补偿方法，其特征在于，步骤S3具体包括：
S311、将所述低频分频信号的左声道和右声道分别经过绝对值处理单元和滤波处理单元，得到第一低频中间值和第二低频中间值；将所述中频分频信号的左声道和右声道分别经过所述绝对值处理单元和所述滤波处理单元，得到第一中频中间值和第二中频中间值；将所述高频分频信号的左声道和右声道分别经过所述绝对值处理单元和所述滤波处理单元，得到第一高频中间值和第二高频中间值；
S312、将所述第一低频中间值和所述第二低频中间值中较大的值经过对数转换单元，得到低频信号能量值；将所述第一中频中间值和所述第二中频中间值中较大的值经过对数转换单元，得到中频信号能量值；将所述第一高频中间值和所述第二高频中间值中较大的值经过对数转换单元，得到高频信号能量值。
5.根据权利要求4所述的车载音响系统的响度补偿方法，其特征在于，所述滤波处理单元为二阶低通滤波处理单元。
6.根据权利要求1所述的车载音响系统的响度补偿方法，其特征在于，所述分频信号为频域信号，步骤S2至少包括如下步骤中的一个或多个：
S221、使所述初始音频信号进行快速傅里叶变换后经过频域低通滤波器，得到低频分频信号；
S222、使所述初始音频信号进行快速傅里叶变换后经过频域带通滤波器，得到中频分频信号；
S223、使所述初始音频信号进行快速傅里叶变换后经过频域高通滤波器，得到高频分频信号。
7.根据权利要求 6所述的车载音响系统的响度补偿方法，其特征在于，步骤S3具体包括：
S321、分别根据下式计算得到低频信号能量值、中频信号能量值和高频信号能量值：
；
其中，X（k）为频域低频信号、频域中频信号或频域高频信号，N为快速傅里叶变换长度，P为信号能量值。
8.根据权利要求1-7中任一项所述的车载音响系统的响度补偿方法，其特征在于，步骤S4具体包括：
S41、将所述多个信号能量值分别和预置的分频等响度表进行对比，计算得到响度补偿量，所述多个信号能量值包括低频信号能量值、中频信号能量值和高频信号能量值；
S42、基于所述响度补偿量和预置的滤波器参数计算公式，计算得到多个滤波器系数。
9.根据权利要求8所述的车载音响系统的响度补偿方法，其特征在于，步骤S41具体包括：
S411、将所述中频信号能量值和预置的分频等响度表进行对比，判断分频等响度表中是否能直接查询得到低频信号能量标准值和高频信号能量标准值，若是，则跳转至步骤S412，若否，则跳转至步骤S413；
S412、将所述低频信号能量标准值和低频信号能量值相减得到低频信号响度补偿量；将所述高频信号能量标准值和高频信号能量值相减得到高频信号响度补偿量；
S413、将所述中频信号能量值和预置的分频等响度表进行对比得到的对比结果进行插值计算，分别得到低频信号能量期望值和高频信号能量期望值；
S414、将所述低频信号能量期望值和低频信号能量值相减得到低频信号响度补偿量；将所述高频信号能量期望值和高频信号能量值相减得到高频信号响度补偿量。
10.根据权利要求1所述的车载音响系统的响度补偿方法，其特征在于，步骤S5具体包括：
S51、基于低音增强滤波器系数，将所述初始音频信号经过低音增强滤波器进行滤波处理，得到中间滤波信号；
S52、基于高音增强滤波器系数，将所述中间滤波信号经过高音增强滤波器进行滤波处理，得到目标音频信号。
11.根据权利要求10所述的车载音响系统的响度补偿方法，其特征在于，所述低音增强滤波器为LowShelf滤波器，所述高音增强滤波器为HighShelf滤波器。
12.一种车载音响系统，包括音乐播放模块、响度补偿模块和车载功放模块，所述响度补偿模块分别和所述音乐播放模块及所述车载功放模块相连接，其特征在于，所述响度补偿模块包括：
分频处理模块，其用于对所述音乐播放模块输出的初始音频信号进行分频处理，得到多个不同频段的分频信号；
能量计算模块，其用于计算所述多个不同频段的分频信号的能量值，所述能量计算模块和所述分频处理模块连接；
滤波器系数计算模块，其用于根据所述多个信号能量值计算得到多个滤波器系数，所述滤波器系数计算模块和所述能量计算模块连接；
滤波模块，其用于基于所述多个滤波器系数对所述初始音频信号进行多次滤波处理以得到目标音频信号，并将所述目标音频信号传输至所述车载功放模块，所述滤波模块分别和所述滤波器系数计算模块、所述音乐播放模块和所述车载功放模块连接。
13.根据权利要求12所述的车载音响系统，其特征在于，所述分频处理模块包括低通滤波器、带通滤波器和高通滤波器。
14.根据权利要求13所述的车载音响系统，其特征在于，所述能量计算模块包括依次连接的绝对值处理单元、滤波处理单元和对数转换单元；所述滤波处理单元为二阶低通滤波处理单元。
15.根据权利要求12所述的车载音响系统，其特征在于，所述分频处理模块包括快速傅立叶变换单元、频域低通滤波器、频域带通滤波器和频域高通滤波器，所述快速傅立叶变换单元分别和所述频域低通滤波器、所述频域带通滤波器和所述频域高通滤波器连接。
16.根据权利要求12所述的车载音响系统，其特征在于，所述滤波模块包括串联的低音增强滤波器和高音增强滤波器，所述低音增强滤波器为LowShelf滤波器，所述高音增强滤波器为HighShelf滤波器。
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