一種音頻信號分析方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及音頻信號分析技術(shù)領(lǐng)域,具體涉及一種音頻信號分析方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 在低頻信號分析領(lǐng)域,隨著數(shù)字信號處理技術(shù)的發(fā)展,無論示波器、還是音頻電壓 表、音頻頻率計、失真度計等儀器中,都需要對音頻信號進(jìn)行采樣,然后通過數(shù)字電路轉(zhuǎn)發(fā) 給CPU,由軟件進(jìn)行傅立葉變換,在頻域?qū)崿F(xiàn)音頻參數(shù)的測量。
[0003] 在音頻信號頻率范圍較寬、外部電路采樣率固定的情況下,為了兼顧高端信號的 測量精度,一般需要外部采樣率要高。而對低端音頻信號而言,每個周期采樣的點(diǎn)數(shù)就多。 在傳統(tǒng)的測量方法中,要得到對低端音頻信號準(zhǔn)確穩(wěn)定的測試結(jié)果,數(shù)字接口電路須傳送 足夠多的數(shù)據(jù)以滿足CPU的分析需要,如下表所示。
[0004]
[0005] 可見,分析低端信號時要發(fā)送比高端信號十倍甚至上萬倍的數(shù)據(jù)。
[0006] 傳統(tǒng)簡單的音頻分析處理方法中,頻率低端信號傳輸數(shù)據(jù)量的增大,數(shù)字信號電 路轉(zhuǎn)存時必然消耗較多的系統(tǒng)資源,傳輸時間會相應(yīng)地延遲,降低了測量速度。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0007] 本發(fā)明的目的是為了克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述缺陷,提供一種低內(nèi)存需求數(shù)據(jù) 調(diào)整方法,為一些經(jīng)濟(jì)型的音頻信號分析儀表進(jìn)行高速高精度寬帶音頻測量提供了切實(shí)有 效全面的解決方案。
[0008] 為實(shí)現(xiàn)上述目的,本發(fā)明提出一種音頻信號分析方法,包括以下步驟:
[0009] 步驟一、第一次頻率預(yù)判:
[0010] 在音頻分析電路中,當(dāng)A/D電路把采樣后的音頻數(shù)字信號送給FPGA后,在采樣率 已知的情況下通過過零點(diǎn)檢測統(tǒng)計技術(shù)判斷輸入音頻信號的頻率;
[0011] 步驟二、傳輸數(shù)據(jù)量調(diào)整方法:
[0012] 當(dāng)判斷音頻輸入信號頻率降低后,對輸入數(shù)據(jù)進(jìn)行二次抽取,本次抽取時的采樣 率和抽取數(shù)據(jù)量都決定于前期預(yù)判頻率,F(xiàn)PGA將對此次抽取后的數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲和向CPU轉(zhuǎn) 發(fā);
[0013] 步驟三、第二次頻率預(yù)判:
[0014] 當(dāng)CPU接到轉(zhuǎn)發(fā)后的數(shù)據(jù)并且得到采樣率信息后,對數(shù)據(jù)作一次FFT變換,得到音 頻信號的頻率;
[0015] 步驟四、分析數(shù)據(jù)量調(diào)整:
[0016] CPU第一次判斷出音頻信號的頻率后,會對參與FFT運(yùn)算的數(shù)據(jù)量進(jìn)行再一次調(diào) 整,使之成為被測音頻信號的整數(shù)周期,在此基礎(chǔ)上,進(jìn)行FFT運(yùn)算,進(jìn)一步提高運(yùn)算精度。
[0017] 在上述技術(shù)方案中,通過對輸入音頻信號的頻率預(yù)判斷,動態(tài)確定需要向CPU傳 送的最低數(shù)據(jù)量,然后將對應(yīng)的定量數(shù)據(jù),實(shí)時傳給CPU,CPU再次進(jìn)行頻率預(yù)判,動態(tài)調(diào)整 分析數(shù)據(jù)量,最后實(shí)施高精度分析處理。
[0018] 本發(fā)明通過動態(tài)調(diào)整傳輸數(shù)據(jù)量及分析數(shù)據(jù)量的方式,在進(jìn)行低端音頻信號處理 時可以適當(dāng)減少傳輸數(shù)據(jù),不僅可以節(jié)約資源,還可以縮短信號傳輸時間,達(dá)到提高音頻分 析速度的目的;通過協(xié)調(diào)后級軟件分析的方式,動態(tài)調(diào)整參與頻域變換的數(shù)據(jù)量,又提高了 全頻段分析的精度。該方法為一些經(jīng)濟(jì)型的音頻信號分析儀表進(jìn)行高速高精度寬帶音頻測 量提供了切實(shí)有效全面的解決方案,總體設(shè)計簡潔實(shí)用并且成本低。
[0019] 本發(fā)明與傳統(tǒng)音頻測試系統(tǒng)相比,節(jié)約了空間資源,降低了成本,提高了低端音頻 分析速度和精度。
【附圖說明】
[0020] 圖1為本發(fā)明的流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0021] 以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)描述:
[0022] 本發(fā)明音頻信號分析方法,包括以下步驟:
[0023] 1、第一次頻率預(yù)判
[0024] 在音頻分析電路中,當(dāng)A/D電路把采樣后的音頻數(shù)字信號送給FPGA后,在采樣率 已知的情況下通過過零點(diǎn)檢測統(tǒng)計技術(shù)可以粗略判斷輸入音頻信號的頻率。
[0025] 2、傳輸數(shù)據(jù)量調(diào)整方法
[0026] 當(dāng)判斷音頻輸入信號頻率低到一定程度時,對輸入數(shù)據(jù)進(jìn)行二次抽取。本次抽取 時的采樣率和抽取數(shù)據(jù)量都決定于前期預(yù)判頻率。FPGA將對此次抽取后的數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲和 向CPU轉(zhuǎn)發(fā)。
[0027] 3、第二次頻率預(yù)判
[0028] 當(dāng)CPU接到轉(zhuǎn)發(fā)后的數(shù)據(jù)并且得到采樣率信息后,對數(shù)據(jù)作一次FFT變換,可以得 到音頻信號的頻率。由于這次數(shù)據(jù)可能為非整數(shù)周期,會造成一定的頻譜泄露,使得測量不 夠精準(zhǔn)。
[0029] 4、分析數(shù)據(jù)量調(diào)整
[0030] CPU第一次判斷出音頻信號的頻率后,會對參與FFT運(yùn)算的數(shù)據(jù)量進(jìn)行再一次調(diào) 整,使之成為被測音頻信號的整數(shù)周期,在此基礎(chǔ)上,進(jìn)行FFT運(yùn)算,進(jìn)一步提高運(yùn)算精度。
[0031] 通過對輸入音頻信號的頻率預(yù)判斷,動態(tài)確定需要向CPU傳送的最低數(shù)據(jù)量,然 后將對應(yīng)的定量數(shù)據(jù),實(shí)時傳給CPU,CPU再次進(jìn)行頻率預(yù)判,動態(tài)調(diào)整分析數(shù)據(jù)量,最后實(shí) 施高精度分析處理。
[0032] 采用本發(fā)明的技術(shù)方案,實(shí)測數(shù)據(jù)進(jìn)行處理,得到結(jié)果如下:
[0033] 實(shí)測信號頻率/幅度測試表2
[0034]
[0035] 分析測試結(jié)果,幅度誤差在20Hz時最大,采用傳統(tǒng)FFT時為-10. 86mV,采用本技 術(shù)方案是為-6. 51mV ;幅度誤差在20KHz時最小,采用傳統(tǒng)FFT時為-1. 81mV,采用本技術(shù) 方案是為-〇. 68mV。頻率誤差在20KHz時最大,采用傳統(tǒng)FFT時為39. 10Hz,采用本技術(shù)方 案是為-9. 88Hz ;頻率誤差在100Hz時最小,采用傳統(tǒng)FFT時為0. 19Hz,采用本技術(shù)方案是 為-0. 10Hz。比較各項(xiàng)結(jié)果,調(diào)整后幅度、頻率測試誤差約原來一半??梢?,采用本技術(shù)方案, 通過調(diào)整參與計算的數(shù)據(jù)量,使得參與計算的數(shù)據(jù)為輸入信號頻率的整數(shù)個周期或接近整 數(shù)周期,提高了頻率和幅度的測量準(zhǔn)確度。
[0036] 外部采樣率固定,寬帶音頻信號輸入時,針對低端音頻信號通過兩次頻率預(yù)判,動 態(tài)調(diào)整音頻數(shù)據(jù)量的方法,達(dá)到節(jié)約資源和提高運(yùn)算精度的目的,針對低端音頻信號,在兩 次音頻頻率預(yù)判后,F(xiàn)PGA與CPU都對音頻數(shù)據(jù)量進(jìn)行了降低控制,提高了測量速度。
[0037] 本說明書中未作詳細(xì)描述的內(nèi)容屬于本領(lǐng)域?qū)I(yè)技術(shù)人員公知的現(xiàn)有技術(shù)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種音頻信號分析方法,其特征在于,包括以下步驟: 步驟一、第一次頻率預(yù)判: 在音頻分析電路中,當(dāng)A/D電路把采樣后的音頻數(shù)字信號送給FPGA后,在采樣率已知 的情況下通過過零點(diǎn)檢測統(tǒng)計技術(shù)判斷輸入音頻信號的頻率; 步驟二、傳輸數(shù)據(jù)量調(diào)整方法: 當(dāng)判斷音頻輸入信號頻率降低后,對輸入數(shù)據(jù)進(jìn)行二次抽取,本次抽取時的采樣率和 抽取數(shù)據(jù)量都決定于前期預(yù)判頻率,F(xiàn)PGA將對此次抽取后的數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲和向CPU轉(zhuǎn)發(fā); 步驟三、第二次頻率預(yù)判: 當(dāng)CPU接到轉(zhuǎn)發(fā)后的數(shù)據(jù)并且得到采樣率信息后,對數(shù)據(jù)作一次FFT變換,得到音頻信 號的頻率; 步驟四、分析數(shù)據(jù)量調(diào)整: CPU第一次判斷出音頻信號的頻率后,會對參與FFT運(yùn)算的數(shù)據(jù)量進(jìn)行再一次調(diào)整,使 之成為被測音頻信號的整數(shù)周期,在此基礎(chǔ)上,進(jìn)行FFT運(yùn)算,進(jìn)一步提高運(yùn)算精度。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的音頻信號分析方法,其特征在于:通過對輸入音頻信號的頻 率預(yù)判斷,動態(tài)確定需要向CPU傳送的最低數(shù)據(jù)量,然后將對應(yīng)的定量數(shù)據(jù),實(shí)時傳給CPU, CPU再次進(jìn)行頻率預(yù)判,動態(tài)調(diào)整分析數(shù)據(jù)量,最后實(shí)施高精度分析處理。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種音頻信號分析方法,包括以下步驟:步驟一、第一次頻率預(yù)判;步驟二、傳輸數(shù)據(jù)量調(diào)整方法;步驟三、第二次頻率預(yù)判;步驟四、分析數(shù)據(jù)量調(diào)整。本發(fā)明通過動態(tài)調(diào)整傳輸數(shù)據(jù)量及分析數(shù)據(jù)量的方式,在進(jìn)行低端音頻信號處理時可以適當(dāng)減少傳輸數(shù)據(jù),不僅可以節(jié)約資源,還可以縮短信號傳輸時間,達(dá)到提高音頻分析速度的目的;通過協(xié)調(diào)后級軟件分析的方式,動態(tài)調(diào)整參與頻域變換的數(shù)據(jù)量,又提高了全頻段分析的精度。
【IPC分類】G10L25/18
【公開號】CN105513608
【申請?zhí)枴緾N201510464225
【發(fā)明人】劉娜, 肖唐良, 牛大勝, 楊青, 宮夏, 王蒙, 董守拯
【申請人】中國電子科技集團(tuán)公司第四十一研究所
【公開日】2016年4月20日
【申請日】2015年7月23日