一種混合虛擬低音增強(qiáng)處理方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及音頻處理技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種混合虛擬低音增強(qiáng)處理方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著多媒體設(shè)備的小型化、輕便化，嵌入在這些設(shè)備中的揚(yáng)聲器在尺寸上有很嚴(yán) 格的限制，由于揚(yáng)聲器的體積限制，小型揚(yáng)聲器的低頻重放能力很差，但是音頻中的低頻成 分對聽音感受起著很重要的作用，直接影響聲音的洪亮度、豐滿度、渾厚感和空間感。如何 改善小型揚(yáng)聲器的低頻表現(xiàn)是音頻設(shè)計(jì)領(lǐng)域亟待解決的問題。
[0003] 傳統(tǒng)的低頻增強(qiáng)方法是采用音頻均衡器直接增強(qiáng)低頻能量，這種方法會導(dǎo)致?lián)P聲 器效率降低、重放信號產(chǎn)生畸變，嚴(yán)重時(shí)甚至可能損壞揚(yáng)聲器系統(tǒng)。相比而言，虛擬低音增 強(qiáng)技術(shù)是一種較為有效的解決方法。虛擬低音技術(shù)形成于心理聲學(xué)理論，人感知重低音時(shí)， 并不主要依靠低音的基頻，而更多地是依靠該基頻的各次諧波，即使低音信號的基頻被抑 制，只要其各次諧波以及這些諧波的關(guān)系依然存在，那么對于人耳來說，仍然能夠感覺到低 音效果。虛擬低音增強(qiáng)技術(shù)利用了這一現(xiàn)象，將低于揚(yáng)聲器截止頻率的成分濾除，并適當(dāng)增 加其倍頻點(diǎn)處的諧波能量，利用揚(yáng)聲器在諧波頻段的重放能力較強(qiáng)的優(yōu)勢，可從主觀聽覺 上虛擬出低音效果。
[0004] 現(xiàn)有的虛擬低音增強(qiáng)算法主要是基于非線性器件的和基于相位聲碼器的還有基 于兩者結(jié)合的混合虛擬低音增強(qiáng)算法，基于非線性器件的方法處理速度較快，對于瞬態(tài)信 號所產(chǎn)生的低音效果較好，比如鼓聲等，但是對于穩(wěn)態(tài)信號會產(chǎn)生非線性畸變?；谙辔宦?碼器算法是通過短時(shí)傅理葉變換得到音頻信號的時(shí)頻信息，然后通過增加信號低頻成分相 位變化率的方式產(chǎn)生諧波。這種方法比較靈活，有效地控制了信號畸變，但是處理速度較 慢，而且相位聲碼器為了得到更高的低頻分辨率，必須在時(shí)域中有一個(gè)很大的分析窗口，這 樣會對瞬態(tài)信號產(chǎn)生一定的失真，所以基于相位聲碼器的低音增強(qiáng)算法處理穩(wěn)態(tài)信號有較 好的表現(xiàn)?；旌系奶摂M低音增強(qiáng)系統(tǒng)結(jié)合了非線性器件和相位聲碼器的優(yōu)點(diǎn)，將音頻信號 分別通過兩種諧波生成器，將得到的信號經(jīng)過一個(gè)諧波能量控制模塊以分配兩者的比例。 然而，由于輸入到兩種諧波生成器的音頻信號是包含瞬態(tài)成分和穩(wěn)態(tài)成分的原始信號，所 以基于非線性器件生成的諧波會帶有穩(wěn)態(tài)信號的失真，而基于相位聲碼器生成的諧波會帶 有瞬態(tài)信號的失真，因此最后產(chǎn)生的虛擬低音信號包含了大量的失真，不能很好的還原真 實(shí)的音質(zhì)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的是為了解決現(xiàn)有技術(shù)存在的缺點(diǎn)和不足，提供一種新型的混合虛擬 低音增強(qiáng)處理方法。該方法利用了聲源分離算法，將原始音頻信號中的瞬態(tài)和穩(wěn)態(tài)信號先 分離開后再分別進(jìn)行相應(yīng)的虛擬低音處理，克服了傳統(tǒng)方法失真度高的不足，顯著提高了 虛擬低音增強(qiáng)的效果。
[0006] 為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用了下述技術(shù)方案：
[0007] -種混合虛擬低音增強(qiáng)處理方法，該信號處理方法首先將原始音頻的同一通路信 號分為兩路，其中一路經(jīng)過起始頻率為Fc的高通濾波處理后得到高于揚(yáng)聲器截止頻率Fc 的部分，經(jīng)延時(shí)處理后得到高頻信號；另一路信號經(jīng)過截止頻率為Fc的低通濾波處理得到 低頻信號；將低頻信號經(jīng)過信號分離處理，得到瞬態(tài)成分和穩(wěn)態(tài)成分；將瞬態(tài)成分和穩(wěn)態(tài) 成分分別經(jīng)過相應(yīng)的虛擬低音處理后得到虛擬低頻信號，并與高頻信號疊加，得到虛擬低 音增強(qiáng)后的音頻信號。其具體步驟如下：
[0008] (1)將原始音頻的同一通路信號分為兩路，其中一路經(jīng)過高通濾波處理得到高于 揚(yáng)聲器截止頻率Fc的部分，再經(jīng)延時(shí)處理后得到高頻信號；另一路經(jīng)過截止頻率為Fc的低 通濾波處理后得到低頻信號。
[0009] (2)將低頻信號經(jīng)過瞬態(tài)/穩(wěn)態(tài)分離模塊，得到低頻信號的瞬態(tài)成分和穩(wěn)態(tài)成分。 [0010] (3)將低頻信號的穩(wěn)態(tài)成分經(jīng)過基于相位聲碼器的虛擬低音生成模塊，得到穩(wěn)態(tài) 成分的虛擬低音；將低頻信號的瞬態(tài)成分經(jīng)過基于非線性器件的虛擬低音生成模塊，得到 瞬態(tài)成分的虛擬低音。
[0011] (4)根據(jù)等響度曲線對步驟（3)產(chǎn)生的穩(wěn)態(tài)成分和瞬態(tài)成分的虛擬低音進(jìn)行諧 波幅度控制，使各諧波響度滿足等響度曲線，并合稱為一路，得到幅度控制后的虛擬低音信 號。
[0012] (5)將步驟⑴得到的高頻信號與步驟⑷得到的幅度控制后的虛擬低音信號合 成為一路，得到虛擬低音處理后的音頻信號。
[0013] 本發(fā)明的一種混合虛擬低音增強(qiáng)處理方法與現(xiàn)有技術(shù)相比較，具有如下優(yōu)勢：
[0014] 本發(fā)明考慮了音頻信號中普遍具有瞬態(tài)成分和穩(wěn)態(tài)成分，首先利用瞬態(tài)/穩(wěn)態(tài)信 號分離算法將原始音頻中的瞬態(tài)成分和穩(wěn)態(tài)成分分離開來，再利用傳統(tǒng)的基于非線性器件 的虛擬低音生成模塊和基于相位聲碼器的虛擬低音生成模塊進(jìn)行虛擬低音處理，大大減少 了虛擬低音處理的穩(wěn)態(tài)失真和瞬態(tài)失真，使虛擬低音處理后的音頻信號在保留原始品質(zhì)的 同時(shí)增強(qiáng)了低音效果，增強(qiáng)了音頻的洪亮度、豐滿度、渾厚感和空間感。
【附圖說明】
[0015] 圖1為本發(fā)明混合虛擬低音增強(qiáng)處理方法的總流程框架示意圖。
[0016] 圖2為圖1中的虛擬低音處理模塊的具體流程示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0017] 下面結(jié)合實(shí)施例及附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)描述，但本發(fā)明的實(shí)施方式不限 于此。
[0018] 本發(fā)明的混合虛擬低音增強(qiáng)處理方法，音頻信號中包含著瞬態(tài)成分和穩(wěn)態(tài)成分， 利用瞬態(tài)/穩(wěn)態(tài)信號分離算法將原始音頻信號中的瞬態(tài)成分和穩(wěn)態(tài)成分分離開來，然后分 別通過基于非線性器件的虛擬低音生成模塊和基于相位聲碼器的虛擬低音生成模塊進(jìn)行 虛擬低音處理，然后將得到的兩路虛擬低音信號經(jīng)過諧波幅度控制使其滿足等響度曲線并 合成為一路，最后將得到的虛擬低音信號與原始音頻信號經(jīng)高通濾波和延時(shí)處理后得到的 高頻信號進(jìn)行疊加，得到混合虛擬低音增強(qiáng)處理后的音頻信號。如圖1、圖2所示，具體實(shí)施 步驟如下：
[0019] (1)將原始音頻信號xOTi (t)分為兩路，其中一路通過起始頻率為Fc的高通濾波 器，得到高于揚(yáng)聲器截止頻率Fc的信號，然后經(jīng)過延時(shí)處理模塊得到原始信號的高頻信號 xH(t)，另一路通過截止頻率為Fc的低通濾波器，得到低于揚(yáng)聲器截止頻率Fc的低頻信號 xL(t)；
[0020] (2)將低頻信號A(t)輸入到虛擬低音處理模塊，得到虛擬低音信號x'Jt)，具 體實(shí)施步驟如下：
[0021] (2-1)將低頻信號& (t)經(jīng)過HPSS聲源分離算法處理后可將瞬態(tài)信號和穩(wěn)態(tài)信號 從原始信號中分離出來，得到穩(wěn)態(tài)信號xu(t)，和瞬態(tài)信號&P(t)。具體分離算法如下：
[0022] a.將低頻信號&(t)進(jìn)行短時(shí)傅里葉變換（STFT)，得到低頻信號的時(shí)頻譜矩陣， 記為ff是一個(gè)NXK的復(fù)數(shù)矩陣，其中N表示時(shí)頻譜總共的時(shí)間樣點(diǎn)數(shù)，K表示每個(gè)時(shí)間 樣點(diǎn)所擁有的頻率樣點(diǎn)數(shù)。<