專利名稱：一種mp3解碼過程中實(shí)現(xiàn)均衡器的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及音頻數(shù)據(jù)播放領(lǐng)域，具體來說涉及一種MP3解碼過程中實(shí)現(xiàn)均衡器的方法。
背景技術(shù)：
均衡器，又叫EQ，是Equalizer的縮寫。它的作用就是調(diào)整各頻段信號(hào)的增益值， 通過對各種不同頻率的電信號(hào)的調(diào)節(jié)來補(bǔ)償揚(yáng)聲器和聲場的缺陷，補(bǔ)償和修飾各種聲源， 達(dá)到改變聽感的作用。普通百姓最初接觸均衡器是在80年代的高級(jí)錄放機(jī)上，當(dāng)年的高檔錄放機(jī)都帶有N段均衡調(diào)節(jié)，那個(gè)調(diào)節(jié)器就是均衡器；這個(gè)均衡器是基于模擬信號(hào)的，后來在PC上逐漸發(fā)展出了數(shù)字均衡器。各種音響設(shè)備，都會(huì)有一個(gè)頻響曲線來表征該設(shè)備的性能；理想情況下，各音響設(shè)備的頻響曲線是平直的，但由于材料、工藝等原因，頻響曲線在低頻和高頻處都會(huì)有不同程度的衰減。通過均衡處理，可以將衰減的地方進(jìn)行能量提升，使頻響曲線達(dá)到盡量平直，彌補(bǔ)設(shè)備本身的不足。另外，通過均衡器處理，可改變音樂頻譜能量分布，改變聽感，滿足不同人的不同喜好需求；例如，流行樂(POP)要求兼顧人聲和器樂的結(jié)合都很平均；搖滾樂(ROCK)的高低兩端提升很大，低音讓音樂強(qiáng)勁有力，節(jié)奏感很強(qiáng)，高音部分清晰；爵士樂(JAZZ)提升了 3-5kHz部分，增強(qiáng)臨場感；古典樂(CLASSIC)提升的也是高頻低頻兩部分，主要突出樂器的表現(xiàn)。如今，MP3音頻播放器已經(jīng)走入了每個(gè)人的生活， 其中MP3格式的音頻又是最受人們認(rèn)可的一種音樂格式。幾乎每一款MP3音頻播放器都會(huì)支持均衡器的功能，可讓用戶隨意調(diào)整不同的均衡處理，感受不同的音樂效果。均衡處理，可通過硬件處理，例如有專門的音效處理芯片；但這種方式除了特殊需求，一般不采納，因?yàn)樾枰~外增加硬件，增加電路板尺寸，增加成本。軟件實(shí)現(xiàn)是大多數(shù) MP3音頻播放器普通采用的方法。軟件實(shí)現(xiàn)的流程通常是，1、對MP3音頻文件的解碼，將MP3音頻碼流解碼，輸出聲音樣本。2、根據(jù)用戶選擇的均衡處理需求，調(diào)用均衡濾波器組對前面解碼的聲音樣本進(jìn)行濾波，輸出經(jīng)過均衡處理的聲音樣本。3、將聲音樣本通過驅(qū)動(dòng)輸出到DA和耳機(jī)等設(shè)備進(jìn)行回放。其中，均衡濾波器組通常由若干濾波器組成，例如，1個(gè)高通濾波器、若干尖峰濾波器、1個(gè)低頻增強(qiáng)/削弱濾波器和1個(gè)高頻增強(qiáng)/削弱濾波器；這些2階的無限沖激響應(yīng) (IIR)濾波器串接而成，實(shí)現(xiàn)對聲音樣本的濾波，獲得一定的音效。這種通過濾波器組濾波的方法有以下缺陷1、UR濾波器的設(shè)計(jì)非常重要，如果設(shè)計(jì)不合理，濾波器參數(shù)不恰當(dāng)，可能音效效果不明顯或者效果令人無法接受。2、對每個(gè)2階的HR濾波器，每次濾波輸出1個(gè)聲音樣本，都有5個(gè)乘法和4個(gè)加 (減)法的運(yùn)算；5個(gè)濾波器就有25次乘法和20次加(減)運(yùn)算。運(yùn)算量不可小視，對于便攜式音頻播放器來說，直接影響就是機(jī)器的功耗。3、MP3音樂有一個(gè)參數(shù)叫音頻采樣率，根據(jù)奈奎斯特定律，音頻頻譜范圍是采樣率的一半。對于采樣率較低的MP3音樂，其頻譜是非常有限的，例如，22KHz的采樣率，其頻譜只是O-IlKHz以內(nèi)，沒有IlKHz以上高頻信息。當(dāng)用濾波器組想對IlK以上頻率進(jìn)行處理時(shí)，就會(huì)沒有任何效果，同時(shí)浪費(fèi)CPU(處理器)運(yùn)算量。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的，在于提供一種MP3解碼過程中實(shí)現(xiàn)均衡器的方法，該方法是一種在MP3解碼過程中同時(shí)實(shí)現(xiàn)音效的方法，該方法比現(xiàn)有技術(shù)能達(dá)到更好的均衡效果，同時(shí)又能大大降低便攜式音頻播放器的功耗。本發(fā)明目的可通過以下的技術(shù)措施來實(shí)現(xiàn)一種MP3解碼過程中實(shí)現(xiàn)均衡器的方法，其特征在于包括以下步驟(1)、MP3的音頻碼流，經(jīng)過通用的MP3解碼過程得到三十二子帶，每個(gè)子帶含三十六原始頻域樣本；當(dāng)長窗時(shí)，所述三十六個(gè)原始頻域樣本平分相應(yīng)子帶的頻寬的；當(dāng)短窗時(shí)，所述三十六個(gè)原始頻域樣本被分成代表同一頻帶的三組，每組十二個(gè)原始頻域樣本，平分相應(yīng)子帶的頻寬。O)、根據(jù)均衡模式需求，對指定頻帶范圍對應(yīng)的原始頻域樣本進(jìn)行增益控制，計(jì)算增益控制后的頻域樣本；(3)、對均衡增益控制后的子帶頻域樣本繼續(xù)解碼，經(jīng)過修正離散余弦逆變換和綜合濾器組后，輸出解碼后的聲音樣本，并送數(shù)模轉(zhuǎn)換器進(jìn)行回放。所述均衡模式需求為用戶自定義或產(chǎn)品預(yù)定義的均衡模式需求。所述步驟O)中增益控制為提升或衰減或不變；所述增益控制的過程為A)、設(shè)置增益控制值與能量提升倍數(shù)的關(guān)系式增益控制值=20*lgX ；X表示能量提升倍數(shù)；B)、使用增益控制值與原始頻域樣本相乘運(yùn)算計(jì)算增益控制后的頻域樣本。所述能量提升倍數(shù)的取值范圍為1/4至4之間；所述增益控制值的范圍為_12dB 至12dB之間。所述計(jì)算增益控制后的頻域樣本的過程為先將增益控制值轉(zhuǎn)化為Q16定點(diǎn)數(shù)， 增益控制后的頻域樣本=(原始頻域樣本*Q16定點(diǎn)數(shù))>> 16，其中>> 16表示取值右移16位。本發(fā)明相對于現(xiàn)有技術(shù)具有以下有益效果1、均衡音效明顯。采用濾波器組的均衡器方法，理想的UR濾波器是不存在的，其理論上的濾波效果就會(huì)大打折扣。而本方法中的均衡器，直接在頻域進(jìn)行增益控制，能量的提升或衰減效果顯著；2、運(yùn)算量低，降低功耗需求。傳統(tǒng)的濾波器組的均衡器方法，有大量的乘加運(yùn)算， 以1個(gè)濾波器計(jì)算，每次輸出一個(gè)時(shí)域聲音樣本，即5次乘法和4次加法，1幀MP3以2304 個(gè)樣本計(jì)算，就有2304 X 5次乘法和2304X4次加法，而通常一種EQ方式，至少需要2_3個(gè)濾波器進(jìn)行不同頻段的濾波，運(yùn)算量就是前面的幾倍。而本方法是直接在頻域?qū)γ總€(gè)需要進(jìn)行增益控制的頻域樣本進(jìn)行1次乘法和1次移位操作，就算對每個(gè)頻域樣本都進(jìn)行增益控制，也就2304次乘法和2304次移位；而實(shí)際上通常要進(jìn)行增益控制的頻域樣本數(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不到2304個(gè)。
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3、對有效頻帶進(jìn)行均衡處理，對低采樣率的用例效果明顯。傳統(tǒng)的濾波器組的均衡處理方法，不考慮音源的實(shí)際采樣率及其有效頻譜范圍，對0-20KHZ范圍內(nèi)進(jìn)行處理。而對于低采樣率例如22050Hz的音樂，當(dāng)用戶想提升其高頻，例如IlKHz以上時(shí)，會(huì)發(fā)現(xiàn)操作無任何效果，因?yàn)橐魳繁旧聿oIlKHz以上的信息。本方法根據(jù)音樂實(shí)際頻譜，當(dāng)客戶想提升高頻時(shí)，會(huì)相應(yīng)地處理音樂有效頻譜范圍內(nèi)的相對高頻部分，給客戶明顯的聽感差異。


圖1是本發(fā)明的MP3解碼過程中實(shí)現(xiàn)均衡器的方法的流程圖；圖2是一段原始音樂頻譜圖；圖3是圖2所示的原始音樂經(jīng)過本發(fā)明方法的音效處理后的頻譜圖。
具體實(shí)施例方式圖1示出了本發(fā)明的MP3解碼過程中實(shí)現(xiàn)均衡器的方法的流程圖，本發(fā)明包括以下步驟(1)、MP3的音頻碼流，經(jīng)過同步處理、頭解析、側(cè)信息解析、比例因子解碼和哈夫曼解碼后，得到量化后的頻譜信息。再經(jīng)反量化、頻譜重新排序、立體聲處理、混疊消除等通用的MP3解碼處理后，得到32個(gè)子帶，每個(gè)子帶含36個(gè)原始頻域樣本；當(dāng)長窗時(shí)，這36個(gè)原始頻域樣本平分相應(yīng)子帶的頻寬的；當(dāng)短窗時(shí)，這36個(gè)原始頻域樣本被分成代表同一頻帶的3組，每組12個(gè)原始頻域樣本，平分相應(yīng)子帶的頻寬例如，一個(gè)采樣率48KHZ的MP3文件，經(jīng)上述處理后，得到32個(gè)子帶頻譜，每個(gè)子帶的帶寬為M000/32 = 750Hz ；每個(gè)子帶視不同加窗長度，進(jìn)一步被等分為36或12個(gè)頻域樣本，每個(gè)頻域樣本的帶寬(即頻域分辨率)為750Hz/36 = 20. 83Hz或750Hz/12 = 68.5Hz。O)、根據(jù)均衡模式需求，對指定頻帶范圍對應(yīng)的原始頻域樣本進(jìn)行增益控制，計(jì)算增益控制后的頻域樣本；均衡模式需求為用戶自定義或產(chǎn)品預(yù)定義的均衡模式需求。本發(fā)明中的均衡器根據(jù)用戶自定義或產(chǎn)品預(yù)定義的均衡模式(EQ模式，如流行、 爵士等)，對特定的頻帶范圍頻域樣本進(jìn)行增益控制。MP3解碼器解出的頻域樣本是按其頻率從低到高順序排列，根據(jù)每個(gè)頻域樣本帶寬，即可定位指定頻帶范圍對應(yīng)的頻域樣本，例如對于48KHz采樣率的歌曲，前面提到其每個(gè)頻域樣本的帶寬為20. 83Hz (長窗)，則其前 10個(gè)頻域樣本的頻帶范圍為0-208HZ，如果要對0-208HZ的頻帶范圍內(nèi)進(jìn)行相同幅度能量提升或衰減，就可直接對前面10個(gè)頻域樣本進(jìn)行如下具體的定點(diǎn)運(yùn)算處理。增益控制為提升或衰減或不變；增益控制的過程為A)、設(shè)置增益控制值與能量提升倍數(shù)的關(guān)系式增益控制值=20*lgX ；X表示能量提升倍數(shù)；能量提升倍數(shù)的取值范圍為1/4至4之間；增益控制值的范圍為_12dB至12dB 之間。增益(Gain) —般用分貝(dB)表示，Gain = 20*lgX，X代表能量提升倍數(shù)。例如， X = 2 時(shí)，Gain = 20Xlg2 = 6dB ；X = 1/2 時(shí)，Gain = _6dB ；X = 1 時(shí)，Gain = OdB。業(yè)內(nèi)普遍認(rèn)為均衡器控制的增益為-12dB至12dB之間，即1/4至4倍即可滿足各種均衡處理需要。我們也將增益控制在_12dB至12dB以內(nèi)。下面是能量增益與能量提升倍數(shù)關(guān)系
B)、使用增益控制值與原始頻域樣本相乘運(yùn)算計(jì)算增益控制后的頻域樣本，計(jì)算過程為先將增益控制值轉(zhuǎn)化為Q16定點(diǎn)數(shù)，增益控制后的頻域樣本=(原始頻域樣本 *Q16定點(diǎn)數(shù))>> 16，其中>> 16表示取值右移16位。MP3定點(diǎn)解碼過程中，頻域樣本是以32位的整型數(shù)表示的，進(jìn)行增益控制時(shí)也得進(jìn)行定點(diǎn)運(yùn)算，不能直接乘以浮點(diǎn)數(shù)，所以要將浮點(diǎn)數(shù)轉(zhuǎn)定點(diǎn)數(shù)。由于浮點(diǎn)范圍為0. 25-4， 將增益定義成S15. 16即Q16的整形數(shù)即可滿足精度需求。如表中Q16定點(diǎn)數(shù)即為相應(yīng)dB 增益需求時(shí)，用于與頻域樣本進(jìn)行相乘運(yùn)算。相乘運(yùn)算后的結(jié)果需要再右移16位，就獲得了增益控制后的頻域樣本。即增益控制后的頻域樣本=(原始頻域樣本*Q16定點(diǎn)數(shù))> > 16。(3)、對均衡增益控制后的子帶頻域樣本繼續(xù)解碼，經(jīng)過修正離散余弦逆變換和綜合濾器組后，輸出解碼后的聲音樣本，并送數(shù)模轉(zhuǎn)換器(DAC)進(jìn)行回放。下面以常見的搖滾音效模式為例來說明本發(fā)明方法的具體使用過程，圖2為一段原始音樂頻譜圖，本具體實(shí)施例中的MP3為48K采樣率，結(jié)合圖1的流程圖，均衡處理效果如圖3所示搖滾模式要求頻譜的高低兩端提升很大，低音讓音樂強(qiáng)勁有力，節(jié)奏感很強(qiáng)，高音部分清晰?？蓪φ麄€(gè)頻帶分3個(gè)子頻帶進(jìn)行如下增益控制子頻帶0 :0-700HZ，提升6分貝； 子頻帶1 :700-3KHz，衰減3分貝；子頻帶2 :3KHz以上，提升4分貝。步驟如下1、MP3以幀為單位進(jìn)行解碼，包括頭解析、哈夫曼解碼、反量化、立體聲處理等，每幀經(jīng)上述處理后得到1152個(gè)頻域樣本，表示為xr W... 1151]。2、根據(jù)每個(gè)頻域樣本的頻帶寬度確定3個(gè)子頻帶對應(yīng)的頻域樣本。以長窗為例， 子頻帶0基本對應(yīng)第0-33個(gè)頻域樣本(xr
,實(shí)際頻譜范圍為0-708. 22Hz)；子頻帶1基本對應(yīng)第34-143個(gè)頻域樣本(xr [34. · · 143]，實(shí)際頻譜范圍為708. 22-2999. 52Hz)； 子頻帶2基本對應(yīng)第144-1151個(gè)頻域樣本(xr[144... 1151]，實(shí)際頻譜范圍為 2999. 52-24000Hz)。3、對子頻帶0提升6分貝，查表1，得6分貝對應(yīng)的Q16定點(diǎn)數(shù)為130761，故xr [i] =(xr[i] X 130761) >> 16, i = 0, ......，33對子頻帶1衰減3分貝，查表1，得-3分貝對應(yīng)的Q16定點(diǎn)數(shù)為46395，故xr [i] =(xr[i] X46395) >> 16，i = 34，......，143對子頻帶2提升4分貝，查表1，得4分貝對應(yīng)的Q16定點(diǎn)數(shù)為103867，故xr [i] =(xr[i] X 103867) >> 16，i = 144，......，115權(quán)利要求
1.一種MP3解碼過程中實(shí)現(xiàn)均衡器的方法，其特征在于包括以下步驟(1)、MP3的音頻碼流，經(jīng)過通用的MP3解碼過程得到子帶，每個(gè)子帶含原始頻域樣本；O)、根據(jù)均衡模式需求，對指定頻帶范圍對應(yīng)的原始頻域樣本進(jìn)行增益控制，計(jì)算增益控制后的頻域樣本；(3)、對均衡增益控制后的子帶頻域樣本繼續(xù)解碼，經(jīng)過修正離散余弦逆變換和綜合濾器組后，輸出解碼后的聲音樣本，并送數(shù)模轉(zhuǎn)換器進(jìn)行回放。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的MP3解碼過程中實(shí)現(xiàn)均衡器的方法，其特征在于所述MP3解碼過程得到的子帶數(shù)量為三十二個(gè)，所述每個(gè)子帶含原始頻域樣本的數(shù)量為三十六個(gè)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的MP3解碼過程中實(shí)現(xiàn)均衡器的方法，其特征在于當(dāng)長窗時(shí)， 所述三十六個(gè)原始頻域樣本平分相應(yīng)子帶的頻寬的；當(dāng)短窗時(shí)，所述三十六個(gè)原始頻域樣本被分成代表同一頻帶的三組，每組十二個(gè)原始頻域樣本，平分相應(yīng)子帶的頻寬。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的MP3解碼過程中實(shí)現(xiàn)均衡器的方法，其特征在于所述均衡模式需求為用戶自定義或產(chǎn)品預(yù)定義的均衡模式需求。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的MP3解碼過程中實(shí)現(xiàn)均衡器的方法，其特征在于所述增益控制為提升或衰減或不變；所述增益控制的過程為A)、設(shè)置增益控制值與能量提升倍數(shù)的關(guān)系式增益控制值=20*lgX；X表示能量提升倍數(shù)；B)、使用增益控制值與原始頻域樣本相乘運(yùn)算計(jì)算增益控制后的頻域樣本。
6.根據(jù)權(quán)利要求6所述的MP3解碼過程中實(shí)現(xiàn)均衡器的方法，其特征在于所述能量提升倍數(shù)的取值范圍為1/4至4之間；所述增益控制值的范圍為_12dB至12dB之間。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的MP3解碼過程中實(shí)現(xiàn)均衡器的方法，其特征在于所述計(jì)算增益控制后的頻域樣本的過程為先將增益控制值轉(zhuǎn)化為Q16定點(diǎn)數(shù)，增益控制后的頻域樣本=(原始頻域樣本*Q16定點(diǎn)數(shù))>> 16，其中>> 16表示取值右移16位。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種MP3解碼過程中實(shí)現(xiàn)均衡器的方法，包括以下步驟(1)、MP3的音頻碼流，經(jīng)過通用的MP3解碼過程得到子帶，每個(gè)子帶含原始頻域樣本；(2)、根據(jù)均衡模式需求，對指定頻帶范圍對應(yīng)的原始頻域樣本進(jìn)行增益控制，計(jì)算增益控制后的頻域樣本；(3)、對均衡增益控制后的子帶頻域樣本繼續(xù)解碼，經(jīng)過修正離散余弦逆變換和綜合濾器組后，輸出解碼后的聲音樣本，并送數(shù)模轉(zhuǎn)換器進(jìn)行回放。本方法是一種在MP3解碼過程中同時(shí)實(shí)現(xiàn)音效的方法，該方法比現(xiàn)有技術(shù)能達(dá)到更好的均衡效果，同時(shí)又能大大降低便攜式音頻播放器的功耗。
文檔編號(hào)H03G5/00GK102208901SQ201010141229
公開日2011年10月5日 申請日期2010年3月31日 優(yōu)先權(quán)日2010年3月31日
發(fā)明者馮穗豫, 李軍, 王彥飛, 胡勝發(fā), 陳占東 申請人:安凱(廣州)微電子技術(shù)有限公司