CN117612546A - 自动补偿系统频响的方法、系统、电力设备及介质 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于FIR滤波器实现自动补偿系统频响的方法，属于频响补偿领域，包括采集信号源的声音信息，并通过A/D器件将声音信息进行模数转换为数字信号；采用FIR滤波器对转换得到的数字信号进行傅里叶变换，得到FFT运算结果，并根据FFT运算结果获取整个带宽内的幅度响应曲线和相位响应曲线；对数字信号采样获取第一预设长度的第一数据序列，且将第一预设长度平均分为若干个第二预设长度。本发明在使用过程中，采用FIR滤波器进行滤波，能够更快更有效地滤除杂音波形，根据已经获取的采样信息去计算补偿滤波器系数，这样就避免预设的补偿系数，保证补偿系数与实际采集到的声音信息更加贴合，提高补偿的准确度。
Description
技术领域
本发明涉及频响补偿领域，更具体地说，涉及一种基于FIR滤波器实现自动补偿系统频响的方法。
背景技术
频响是在电子学上用来描述一台仪器对于不同频率的信号的处理能力的差异。同失真一样，这也是一个非常重要的参数指标。频响也称响曲线，是指增益随频率的变化曲线。任何音响设备或载体(记录声音信号的物体)都有其频响曲线。理想的频响曲线应当是平直的，声音信号通过后不产生失真。
FIR(Finite Impulse Response)滤波器：有限长单位冲激响应滤波器，又称为非递归型滤波器，是数字信号处理系统中最基本的元件，它可以在保证任意幅频特性的同时具有严格的线性相频特性，同时其单位抽样响应是有限长的，因而滤波器是稳定的系统。因此，FIR滤波器在通信、图像处理、模式识别等领域都有着广泛的应用。
在已知的一些技术方案中，在对频响进行补偿时，一般采用预设好的频率补偿方式进行补偿，但是在实际应用时，对于不同的声音类型，补偿需要的系数并不尽相同，因此，使得补偿的效果并不够准确。
为此，我们提出一种基于FIR滤波器实现自动补偿系统频响的方法来解决上述问题。
发明内容
要解决的技术问题
针对现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种基于FIR滤波器实现自动补偿系统频响的方法，解决了采用预设好的补偿系数进行频响补偿效果不够理想的问题。
技术方案
为解决上述问题，本发明采用如下的技术方案。
一种基于FIR滤波器实现自动补偿系统频响的方法，包括采集信号源的声音信息，并通过A/D器件将声音信息进行模数转换为数字信号；
采用FIR滤波器对转换得到的数字信号进行傅里叶变换，得到FFT运算结果，并根据FFT运算结果获取整个带宽内的幅度响应曲线和相位响应曲线；
对数字信号采样获取第一预设长度的第一数据序列，且将第一预设长度平均分为若干个第二预设长度；
将所述第一数据序列内的第二预设长度的数据点求方差，并将该得到的方差值重新赋给第一数据序列中对应的数据点后得到第二数据序列；
将第一数据序列减去第二数据序列后得到第三数据序列；
根据整个带宽内每个音的幅度差和相位差进行每个音与第三数据序列中各个数据点之间的幅度差和相位差运算，获得补偿滤波器频率响应，对补偿滤波器的频率进行逆傅里叶运算，获得FIR补偿滤波器系数；
根据FIR补偿滤波器系数对系统频响进行补偿。
在新一实施例中，所述采集信号源的声音信息包括将采样率归一化处理，且采样的速度满足最高大码元传输速率B＝2W，信息传输速率C＝B*log2N。
在新一实施例中，所述第一预设长度不超过整个带宽的四分之一。
在新一实施例中，所述第二预设长度不超过第一预设长度的三分之一。
在新一实施例中，所述并根据FFT运算结果获取整个带宽内的幅度响应曲线和相位响应曲线包括：
先根据FFT运算结果搜索声音信息对应的频点的索引，根据索引获取整个带宽内的幅度响应曲线和相位响应曲线。
一种基于FIR滤波器实现自动补偿系统频响的系统，包括：
采集转换模块，采集信号源的声音信息，并通过A/D器件将声音信息进行模数转换为数字信号；
响应获取模块，采用FIR滤波器对转换得到的数字信号进行傅里叶变换，得到FFT运算结果，并根据FFT运算结果获取整个带宽内的幅度响应曲线和相位响应曲线；
第一数据模块，对数字信号采样获取第一预设长度的第一数据序列，且将第一预设长度平均分为若干个第二预设长度；
第二数据模块，将所述第一数据序列内的第二预设长度的数据点求方差，并将该得到的方差值重新赋给第一数据序列中对应的数据点后得到第二数据序列；
第三数据模块，将第一数据序列减去第二数据序列后得到第三数据序列；
滤波器系数模块，根据整个带宽内每个音的幅度差和相位差进行每个音与第三数据序列中各个数据点之间的幅度差和相位差运算，获得补偿滤波器频率响应，对补偿滤波器的频率进行逆傅里叶运算，获得FIR补偿滤波器系数；
补偿模块，根据FIR补偿滤波器系数对系统频响进行补偿。
一种设备，包括处理器和存储器，所述存储器用于存储至少一条指令，所述指令由所述处理器加载并执行时以实现如上述的自动补偿系统频响的方法。
一种介质，存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现如上述的自动补偿系统频响的方法。
有益效果：相比于现有技术，本发明的优点在于：
在自动补偿过程中，采用FIR滤波器进行滤波，能够更快更有效地滤除杂音波形，而且FIR可编程，并行性和可扩展性都更好，可以根据不同的场景适应性地调整指令。
通过对之前的数字信号采样，从而根据已经获取的采样信息去计算补偿滤波器系数，这样就避免预设的补偿系数，保证补偿系数与实际采集到的声音信息更加贴合，提高补偿的准确度。
附图说明
图1为本发明的实施例一的示意图；
图2为本发明的实施例二的示意图。
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。
实施例一，请参阅图1，一种基于FIR滤波器实现自动补偿系统频响的方法，包括采集信号源的声音信息，并通过A/D器件将声音信息进行模数转换为数字信号；
在本申请中，采集信号源的声音频率设置为5-50000Hz。
采用FIR滤波器对转换得到的数字信号进行傅里叶变换，得到FFT运算结果，并根据FFT运算结果获取整个带宽内的幅度响应曲线和相位响应曲线。
在进入FIR滤波器前，首先要将信号通过A/D器件进行模数转换，把模拟信号转化为数字信号；为了使信号处理能够不发生失真，信号的采样速度必须满足香农采样定理，一般取信号频率上限的4-5倍做为采样频率；一般可用速度较高的逐次逼进式A/D转换器，不论采用乘累加方法还是分布式算法设计FIR滤波器，滤波器输出的数据都是一串序列，要使它能直观地反应出来，还需经过数模转换，因此由FPGA构成的FIR滤波器的输出须外接D/A模块。FPGA有着规整的内部逻辑阵列和丰富的连线资源，特别适合于数字信号处理任务，相对于串行运算为主导的通用DSP芯片来说，其并行性和可扩展性更好，利用FPGA乘累加的快速算法，可以设计出高速的FIR数字滤波器。
对数字信号采样获取第一预设长度的第一数据序列，且将第一预设长度平均分为若干个第二预设长度；
将第一数据序列内的第二预设长度的数据点求方差，并将该得到的方差值重新赋给第一数据序列中对应的数据点后得到第二数据序列；
在n个数据点时，且n个数据点的平均数为M时，方差计算方式为：
这样计算得到的随机变量的偏离程度，采用方差能够更准确地计算第一数据序列和第二数据序列的差值，从而保证最终频响计算得到的结果更加准确。
将第一数据序列减去第二数据序列后得到第三数据序列；
根据整个带宽内每个音的幅度差和相位差进行每个音与第三数据序列中各个数据点之间的幅度差和相位差运算，获得补偿滤波器频率响应，对补偿滤波器的频率进行逆傅里叶运算，获得FIR补偿滤波器系数；
根据FIR补偿滤波器系数对系统频响进行补偿。
采集信号源的声音信息包括将采样率归一化处理，且采样的速度满足最高大码元传输速率B＝2W，信息传输速率C＝B*log2N。
第一预设长度不超过整个带宽的四分之一。
这样第一预设长度不会很长，而位于第一预设长度内的幅度差值不会较大，保证了整个计算结果的均匀度。
第二预设长度不超过第一预设长度的三分之一。
将第二预设长度均匀分为若干个，从而使第一预设长度均匀分为若干段，分别进行计算，计算的结果也更加准确，同时不会占据较多的算力。
并根据FFT运算结果获取整个带宽内的幅度响应曲线和相位响应曲线包括：
先根据FFT运算结果搜索声音信息对应的频点的索引，根据索引获取整个带宽内的幅度响应曲线和相位响应曲线。
实施例二，参照图2，一种基于FIR滤波器实现自动补偿系统频响的系统，包括：
采集转换模块，采集信号源的声音信息，并通过A/D器件将声音信息进行模数转换为数字信号；
响应获取模块，采用FIR滤波器对转换得到的数字信号进行傅里叶变换，得到FFT运算结果，并根据FFT运算结果获取整个带宽内的幅度响应曲线和相位响应曲线；
第一数据模块，对数字信号采样获取第一预设长度的第一数据序列，且将第一预设长度平均分为若干个第二预设长度；
第二数据模块，将第一数据序列内的第二预设长度的数据点求方差，并将该得到的方差值重新赋给第一数据序列中对应的数据点后得到第二数据序列；
第三数据模块，将第一数据序列减去第二数据序列后得到第三数据序列；
滤波器系数模块，根据整个带宽内每个音的幅度差和相位差进行每个音与第三数据序列中各个数据点之间的幅度差和相位差运算，获得补偿滤波器频率响应，对补偿滤波器的频率进行逆傅里叶运算，获得FIR补偿滤波器系数；
补偿模块，根据FIR补偿滤波器系数对系统频响进行补偿。
一种设备，包括处理器和存储器，存储器用于存储至少一条指令，指令由处理器加载并执行时以实现如上述的自动补偿系统频响的方法。
一种介质，存储有计算机程序，其特征在于，计算机程序被处理器执行时实现如上述的自动补偿系统频响的方法。
在自动补偿过程中，采用FIR滤波器进行滤波，能够更快更有效地滤除杂音波形，而且FIR可编程，并行性和可扩展性都更好，可以根据不同的场景适应性地调整指令。
通过对之前的数字信号采样，从而根据已经获取的采样信息去计算补偿滤波器系数，这样就避免预设的补偿系数，保证补偿系数与实际采集到的声音信息更加贴合，提高补偿的准确度。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式；但本发明的保护范围并不局限于此。任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其改进构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围内。
Claims (8)
1.一种基于FIR滤波器实现自动补偿系统频响的方法，其特征在于，包括：
采集信号源的声音信息，并通过A/D器件将声音信息进行模数转换为数字信号；
采用FIR滤波器对转换得到的数字信号进行傅里叶变换，得到FFT运算结果，并根据FFT运算结果获取整个带宽内的幅度响应曲线和相位响应曲线；
对数字信号采样获取第一预设长度的第一数据序列，且将第一预设长度平均分为若干个第二预设长度；
将所述第一数据序列内的第二预设长度的数据点求方差，并将该得到的方差值重新赋给第一数据序列中对应的数据点后得到第二数据序列；
将第一数据序列减去第二数据序列后得到第三数据序列；
根据整个带宽内每个音的幅度差和相位差进行每个音与第三数据序列中各个数据点之间的幅度差和相位差运算，获得补偿滤波器频率响应，对补偿滤波器的频率进行逆傅里叶运算，获得FIR补偿滤波器系数；
根据FIR补偿滤波器系数对系统频响进行补偿。
2.根据权利要求1所述的自动补偿系统频响的方法，其特征在于，所述采集信号源的声音信息包括将采样率归一化处理，且采样的速度满足最高大码元传输速率B＝2W，信息传输速率C＝B*log2N。
3.根据权利要求1所述的自动补偿系统频响的方法，其特征在于：所述第一预设长度不超过整个带宽的四分之一。
4.根据权利要求3所述的自动补偿系统频响的方法，其特征在于：所述第二预设长度不超过第一预设长度的三分之一。
5.根据权利要求1所述的自动补偿系统频响的方法，其特征在于：所述并根据FFT运算结果获取整个带宽内的幅度响应曲线和相位响应曲线包括：
先根据FFT运算结果搜索声音信息对应的频点的索引，根据索引获取整个带宽内的幅度响应曲线和相位响应曲线。
6.一种基于FIR滤波器实现自动补偿系统频响的系统，其特征在于，包括：
采集转换模块，采集信号源的声音信息，并通过A/D器件将声音信息进行模数转换为数字信号；
响应获取模块，采用FIR滤波器对转换得到的数字信号进行傅里叶变换，得到FFT运算结果，并根据FFT运算结果获取整个带宽内的幅度响应曲线和相位响应曲线；
第一数据模块，对数字信号采样获取第一预设长度的第一数据序列，且将第一预设长度平均分为若干个第二预设长度；
第二数据模块，将所述第一数据序列内的第二预设长度的数据点求方差，并将该得到的方差值重新赋给第一数据序列中对应的数据点后得到第二数据序列；
第三数据模块，将第一数据序列减去第二数据序列后得到第三数据序列；
滤波器系数模块，根据整个带宽内每个音的幅度差和相位差进行每个音与第三数据序列中各个数据点之间的幅度差和相位差运算，获得补偿滤波器频率响应，对补偿滤波器的频率进行逆傅里叶运算，获得FIR补偿滤波器系数；
补偿模块，根据FIR补偿滤波器系数对系统频响进行补偿。
7.一种设备，其特征在于：包括处理器和存储器，所述存储器用于存储至少一条指令，所述指令由所述处理器加载并执行时以实现如权利要求1-5中任意一项所述的自动补偿系统频响的方法。
8.一种介质，存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1-5中任意一项所述的自动补偿系统频响的方法。
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