CN117998255A - 具有动态范围控制的自适应均衡方法、均衡器和系统 - Google Patents
具有动态范围控制的自适应均衡方法、均衡器和系统 Download PDFInfo
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Abstract
本申请涉及一种具有动态范围控制的自适应均衡方法、均衡器和系统。所述方法包括:对输入信号进行延迟处理,得到信号延迟处理结果;对输入信号进行带通滤波、有效值检测,得到信号有效值;根据预设阈值、预设增益以及信号有效值,计算动态增益;根据预设平滑时间对动态增益进行平滑处理,得到平滑增益;根据平滑增益、预设品质因子以及预设中心频率对信号延迟处理结果采用均衡器进行处理,得到输出信号。本方法能将扬声器或扬声器系统的某个或某几个频率点的功率控制在一个较小的值,使得失真或振音在可接受范围内,解决在量产阶段扬声器的设计缺陷导致的失真大或扬声器系统发生的箱体振音问题。
Description
技术领域
本申请涉及音频处理技术领域,特别是涉及一种具有动态范围控制的自适应均衡方法、均衡器和系统。
背景技术
均衡器的核心是滤波器,一个均衡器可以由一个或多个滤波器构成,滤波器类型不同,其作用也不同。常规均衡器对其所作用频段的信号的处理效果是固定的。在扬声器系统设计中,均衡器(EQ)经常用于调整音色、补偿缺陷及其他特殊用途。比如在量产阶段扬声器系统发生的箱体振音问题,需要将谐振频率点的功率控制在一个较小的值,使得振音在可接受范围内。比如扬声器在大功率下某个频点失真大且可闻,需要将该频点的功率控制在某个值以内,使得其失真值在规定范围内。因此,需要一种对某频率的信号进行输出功率控制的算法。
发明内容
基于此,有必要针对上述技术问题,提供一种具有动态范围控制的自适应均衡方法、均衡器和系统。该方法既能根据输入信号的能量提供不同的增益计算,又能有效控制输出功率。
一种具有动态范围控制的自适应均衡方法,该方法包括:
对输入信号进行延迟处理,得到信号延迟处理结果。
对输入信号进行带通滤波、有效值检测,得到信号有效值。
根据预设阈值、预设增益以及信号有效值,计算动态增益。
根据预设平滑时间对动态增益进行平滑处理,得到平滑增益。
根据平滑增益、预设品质因子以及预设中心频率对信号延迟处理结果采用均衡器进行处理,得到输出信号。
在其中一个实施例中,对输入信号进行带通滤波、有效值检测,得到信号有效值,包括:
根据预设截止频率对输入信号进行带通滤波。
根据预设有效值检测时间、输入信号的采样频率对带通滤波结果进行有效值估计,得到信号有效值为:
;
;
;
其中,为当前帧的输入信号,/>为当前帧的信号有效值,/>为信号帧的序号,为前一帧的信号有效值,/>为预设有效值检测时间,/>为输入信号的采样频率,/>为当前帧的信号对数有效值,/>为有效值检测时间系数。
在其中一个实施例中,根据预设阈值、预设增益以及信号有效值,计算动态增益;动态增益为:
;
其中,为当前帧的动态增益,/>为当前帧的信号对数有效值,/>为预设增益,/>为预设阈值。
在其中一个实施例中,根据预设平滑时间对动态增益进行平滑处理,得到平滑增益;平滑增益为:
;
;
其中,为当前帧平滑增益,/>为前一帧平滑增益,/>为预设平滑时间长度,/>为当前帧的动态增益,为平滑系数,/>为输入信号的采样频率。
一种具有动态范围控制的自适应均衡器,该自适应均衡器包括:输入参数设置模块、延迟模块、带通滤波器、有效值检测器、增益计算器、增益平滑器以及均衡器。
输入参数设置模块,用于设置截止频率、有效值检测时间、阈值、增益、平滑时间、品质因子、中心频率。
延迟模块,用于对输入信号进行延迟处理,得到信号延迟处理结果。
带通滤波器,用于根据截止频率对输入信号进行带通滤波,得到带通滤波结果。
有效值检测器,用于根据有效值检测时间对带通滤波结果进行有效值检测,得到信号有效值。
增益计算器,用于根据信号有效值、阈值以及增益,计算动态增益。
增益平滑器,用于根据平滑时间对动态增益进行平滑处理,得到平滑增益。
均衡器,用于根据平滑增益、品质因子以及中心频率对信号延迟处理结果进行处理,得到输出信号。
在其中一个实施例中,有效值检测器,还用于根据预设有效值检测时间、输入信号的采样频率对带通滤波结果进行有效值估计,得到信号有效值为:
;
;
;
其中,为当前帧的输入信号,/>为当前帧的信号有效值,/>为信号帧的序号,/>为前一帧的信号有效值,/>为预设有效值检测时间,/>为输入信号的采样频率,/>为当前帧的信号对数有效值,/>为有效值检测时间系数。
在其中一个实施例中,增益计算器,还用于根据预设阈值和增益对信号有效值进行动态增益计算,得到动态增益为:
;
其中,为当前帧的动态增益,/>为当前帧的信号对数有效值,/>为预设增益,/>为预设阈值。
在其中一个实施例中,增益平滑器,还用于根据预设平滑时间对动态增益进行平滑处理,得到平滑增益为:
;
;
其中,为当前帧平滑增益,/>为前一帧平滑增益,/>为预设平滑时间长度,/>为当前帧的动态增益,为平滑系数,/>为输入信号的采样频率。
在其中一个实施例中,自适应均衡器单独使用对输入信号进行自适应均衡处理,或者多个自适应均衡器级联后对输入信号进行自适应均衡处理。
一种扬声器系统,该扬声器系统包括上述任一具有动态范围控制的自适应均衡器。
上述具有动态范围控制的自适应均衡方法、均衡器和系统,所述方法包括:对输入信号进行延迟处理,得到信号延迟处理结果;对输入信号进行带通滤波、有效值检测,得到信号有效值;根据预设阈值、预设增益以及信号有效值,计算动态增益;根据预设平滑时间对动态增益进行平滑处理,得到平滑增益;根据平滑增益、预设品质因子以及预设中心频率对信号延迟处理结果采用均衡器进行处理,得到输出信号。本方法能将扬声器或扬声器系统的某个或某几个频率点的功率控制在一个较小的值,使得失真或振音在可接受范围内,解决在量产阶段扬声器的设计缺陷导致的失真大或扬声器系统发生的箱体振音问题。
附图说明
图1为一个实施例中具有动态范围控制的自适应均衡方法的流程示意图;
图2为一个实施例中具有动态范围控制的自适应均衡器结构框图;
图3为另一个实施例中自适应均衡器中心频率的输出电压曲线,其中(a)为增益为0dB时自适应均衡器中心频率的输出电压曲线,(b)为增益为正值时自适应均衡器中心频率的输出电压曲线;
图4为另一个实施例中不同输入信号电压自适应均衡器输出信号的电压响应,其中(a)为增益为0dB时自适应均衡器的电压响应,(b)为增益为5dB时自适应均衡器的电压响应;
图5为另一个实施例中多个自适应均衡器级联示意图。
具体实施方式
为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白,以下结合附图及实施例,对本申请进行进一步详细说明。应当理解,此处描述的具体实施例仅仅用以解释本申请,并不用于限定本申请。
在一个实施例中,如图1所示,提供了一种具有动态范围控制的自适应均衡方法,该方法包括以下步骤:
步骤100:对输入信号进行延迟处理,得到信号延迟处理结果。
步骤102:对输入信号进行带通滤波、有效值检测,得到信号有效值。
步骤104:根据预设阈值、预设增益以及信号有效值,计算动态增益。
步骤106:根据预设平滑时间对动态增益进行平滑处理,得到平滑增益。
步骤108:根据平滑增益、预设品质因子以及预设中心频率对信号延迟处理结果采用均衡器进行处理,得到输出信号。
上述具有动态范围控制的自适应均衡方法中,所述方法包括:对输入信号进行延迟处理,得到信号延迟处理结果;对输入信号进行带通滤波、有效值检测,得到信号有效值;根据预设阈值、预设增益以及信号有效值,计算动态增益;根据预设平滑时间对动态增益进行平滑处理,得到平滑增益;根据平滑增益、预设品质因子以及预设中心频率对信号延迟处理结果采用均衡器进行处理,得到输出信号。本方法能将扬声器或扬声器系统的某个或某几个频率点的功率控制在一个较小的值,使得失真或振音在可接受范围内,解决在量产阶段扬声器的设计缺陷导致的失真大或扬声器系统发生的箱体振音问题。
在其中一个实施例中,步骤102包括:根据预设截止频率对输入信号进行带通滤波;根据预设有效值检测时间、输入信号的采样频率对带通滤波结果进行有效值估计,得到信号有效值为:
(1)
(2)
(3)
其中,为当前帧的输入信号,/>为当前帧的信号有效值,/>为信号帧的序号,/>为前一帧的信号有效值,/>为预设有效值检测时间,/>为输入信号的采样频率,/>为当前帧的信号对数有效值,/>为有效值检测时间系数。
在其中一个实施例中,步骤104包括:根据预设阈值、预设增益以及信号有效值,计算动态增益;动态增益为:
(4)
其中,为当前帧的动态增益,/>为当前帧的信号对数有效值,/>为预设增益,/>为预设阈值。
在其中一个实施例中,步骤106包括:根据预设平滑时间对动态增益进行平滑处理,得到平滑增益;平滑增益为:
(5)
(6)
其中,为当前帧平滑增益,/>为前一帧平滑增益,/>为预设平滑时间长度,/>为当前帧的动态增益,/>为平滑系数,/>为输入信号的采样频率。
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。而且,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。
在一个实施例中,如图2所示,提供了一种具有动态范围控制的自适应均衡器,该自适应均衡器包括:输入参数设置模块10、延迟模块20、带通滤波器30、有效值检测器40、增益计算器50、增益平滑器60以及均衡器70。
输入参数设置模块10,用于设置截止频率、有效值检测时间、阈值、增益、平滑时间、品质因子、中心频率。
延迟模块20,用于对输入信号进行延迟处理,得到信号延迟处理结果。
带通滤波器30,用于根据截止频率对输入信号进行带通滤波,得到带通滤波结果。
有效值检测器40,用于根据有效值检测时间对带通滤波结果进行有效值检测,得到信号有效值。
增益计算器50,用于根据信号有效值、阈值以及增益,计算动态增益。
增益平滑器60,用于根据平滑时间对动态增益进行平滑处理,得到平滑增益。
均衡器70,用于根据平滑增益、品质因子以及中心频率对信号延迟处理结果进行处理,得到输出信号。
自适应均衡器中心频率的输出电压曲线如图3所示,其中(a)为增益为0dB时自适应均衡器中心频率的输出电压曲线,(b)为增益为正值时自适应均衡器中心频率的输出电压曲线。
不同输入信号电压自适应均衡器输出信号的电压响应如图4所示,其中(a)为增益为0dB时自适应均衡器的电压响应,(b)为增益为5dB时自适应均衡器的电压响应。
在其中一个实施例中,有效值检测器,还用于根据预设有效值检测时间、输入信号的采样频率对带通滤波结果进行有效值估计,得到信号有效值;信号有效值计算的表达式如公式(1)至(3)所示。
在其中一个实施例中,增益计算器,还用于根据预设阈值和增益对信号有效值进行动态增益计算,得到动态增益;动态增益的计算表达式如公式(4)所示。
在其中一个实施例中,增益平滑器,还用于根据预设平滑时间对动态增益进行平滑处理,得到平滑增益;平滑增益的计算表达式如公式(5)所示。
在其中一个实施例中,自适应均衡器单独使用对输入信号进行自适应均衡处理,或者多个自适应均衡器级联后对输入信号进行自适应均衡处理。多个自适应均衡器级联使用的连接图如图5所示。
在一个实施例中,提供了一种扬声器系统,该扬声器系统包括上述任一具有动态范围控制的自适应均衡器。
以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合,为使描述简洁,未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述,然而,只要这些技术特征的组合不存在矛盾,都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式,其描述较为具体和详细,但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是,对于本领域的普通技术人员来说,在不脱离本申请构思的前提下,还可以做出若干变形和改进,这些都属于本申请的保护范围。因此,本申请的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (10)
1.一种具有动态范围控制的自适应均衡方法,其特征在于,所述方法包括:
对输入信号进行延迟处理,得到信号延迟处理结果;
对所述输入信号进行带通滤波、有效值检测,得到信号有效值;
根据预设阈值、预设增益以及所述信号有效值,计算动态增益;
根据预设平滑时间对所述动态增益进行平滑处理,得到平滑增益;
根据所述平滑增益、预设品质因子以及预设中心频率对所述信号延迟处理结果采用均衡器进行处理,得到输出信号。
2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,对所述输入信号进行带通滤波、有效值检测,得到信号有效值,包括:
根据预设截止频率对所述输入信号进行带通滤波;
根据预设有效值检测时间、输入信号的采样频率对带通滤波结果进行有效值估计,得到信号有效值为:
;
;
;
其中,为当前帧的输入信号,/>为当前帧的信号有效值,/>为信号帧的序号,为前一帧的信号有效值,/>为预设有效值检测时间,/>为输入信号的采样频率,/>为当前帧的信号对数有效值,/>为有效值检测时间系数。
3.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,根据预设阈值、预设增益以及所述信号有效值,计算动态增益;所述动态增益为:
;
其中,为当前帧的动态增益,/>为当前帧的信号对数有效值,/>为预设增益,/>为预设阈值。
4.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,根据预设平滑时间对所述动态增益进行平滑处理,得到平滑增益;所述平滑增益为:
;
;
其中,为当前帧平滑增益,/>为前一帧平滑增益,为预设平滑时间长度,/>为当前帧的动态增益,/>为平滑系数,/>为输入信号的采样频率。
5.一种具有动态范围控制的自适应均衡器,其特征在于,所述自适应均衡器包括:输入参数设置模块、延迟模块、带通滤波器、有效值检测器、增益计算器、增益平滑器以及均衡器;
所述输入参数设置模块,用于设置截止频率、有效值检测时间、阈值、增益、平滑时间、品质因子、中心频率;
所述延迟模块,用于对输入信号进行延迟处理,得到信号延迟处理结果;
所述带通滤波器,用于根据所述截止频率对所述输入信号进行带通滤波,得到带通滤波结果;
所述有效值检测器,用于根据所述有效值检测时间对所述带通滤波结果进行有效值检测,得到信号有效值;
所述增益计算器,用于根据所述信号有效值、所述阈值以及所述增益,计算动态增益;
所述增益平滑器,用于根据所述平滑时间对所述动态增益进行平滑处理,得到平滑增益;
所述均衡器,用于根据所述平滑增益、所述品质因子以及所述中心频率对所述信号延迟处理结果进行处理,得到输出信号。
6.根据权利要求5所述的自适应均衡器,其特征在于,所述有效值检测器,还用于根据预设有效值检测时间、输入信号的采样频率对带通滤波结果进行有效值估计,得到信号有效值为:
;
;
;
其中,为当前帧的输入信号,/>为当前帧的信号有效值,/>为信号帧的序号,为前一帧的信号有效值,/>为预设有效值检测时间,/>为输入信号的采样频率,/>为当前帧的信号对数有效值,/>为有效值检测时间系数。
7.根据权利要求5所述的自适应均衡器,其特征在于,所述增益计算器,还用于根据预设阈值和增益对所述信号有效值进行动态增益计算,得到动态增益为:
;
其中,为当前帧的动态增益,/>为当前帧的信号对数有效值,为预设增益,/>为预设阈值。
8.根据权利要求5所述的自适应均衡器,其特征在于,所述增益平滑器,还用于根据预设平滑时间对所述动态增益进行平滑处理,得到平滑增益为:
;
;
其中,为当前帧平滑增益,/>为前一帧平滑增益,为预设平滑时间长度,/>为当前帧的动态增益,/>为平滑系数,为输入信号的采样频率。
9.根据权利要求5所述的自适应均衡器,其特征在于,所述自适应均衡器单独使用对输入信号进行自适应均衡处理,或者多个自适应均衡器级联后对输入信号进行自适应均衡处理。
10.一种扬声器系统,其特征在于,所述扬声器系统包括如权利要求5-9任一项所述的具有动态范围控制的自适应均衡器。
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