弱環(huán)境下互聯(lián)網(wǎng)3d立體聲優(yōu)化系統(tǒng)及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及音頻處理技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及弱環(huán)境下互聯(lián)網(wǎng)3D立體聲優(yōu)化系統(tǒng)及方 法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著3D影視行業(yè)的逐步發(fā)展，3D音頻編碼越來越受到人們的重視，隨著不同編碼 方法的提出，編碼中產(chǎn)生的噪聲也越來越突出，所以更好的降噪技術(shù)也備受人們期待。現(xiàn)有 音頻降噪、除噪的常用方法主要有譜減法、維納濾波法和門限閾值法等方法。譜減法在假定 噪聲和信號(hào)相互獨(dú)立的條件下，從含有噪聲的信號(hào)譜中減去噪聲譜，從而實(shí)現(xiàn)降噪譜減法 相對(duì)簡單，但噪聲和信號(hào)相互獨(dú)立的假設(shè)并不完全相符，這使得采用譜減法降噪處理后的 音頻中殘留有很大的音樂噪聲。P.Loehwood等在譜減法的基礎(chǔ)上，提出一種自適應(yīng)地調(diào)整 語音信號(hào)增益的非線性譜減法，該算法在一定程度上提高了信號(hào)的信噪比，但降噪處理后 音頻的質(zhì)量并沒有得到提高。
[0003]維納濾波法是通過音頻統(tǒng)計(jì)模型建立參數(shù)濾波器，優(yōu)化降噪后的音頻質(zhì)量，該算 法能降低降噪處理后存在的音樂噪聲，但算法中所采用的參數(shù)需要根據(jù)音頻類型進(jìn)行調(diào) 整，而在降噪處理中音頻的類型是未知的，這使得參數(shù)的選擇難度很大。
[0004]門限閾值法是假設(shè)在噪聲方差已知的條件下，通過最小Stein風(fēng)險(xiǎn)估計(jì)法自適應(yīng) 地調(diào)整時(shí)頻塊的參數(shù)，對(duì)各種類型的音頻都具有良好的降噪效果，該算法需要從含有噪聲 的音頻信號(hào)中估計(jì)出噪聲方差，噪聲方差估計(jì)的準(zhǔn)確度直接影響了降噪后音頻的質(zhì)量。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 針對(duì)上述問題中存在的不足之處，本發(fā)明提供弱環(huán)境下互聯(lián)網(wǎng)3D立體聲優(yōu)化系統(tǒng) 及方法。
[0006] 為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種弱環(huán)境下互聯(lián)網(wǎng)3D立體聲優(yōu)化系統(tǒng)，包括:時(shí) 頻分析模塊，預(yù)處理模塊，音頻處理模塊和音頻質(zhì)量評(píng)估模塊；
[0007]所述時(shí)頻分析模塊，用于對(duì)輸入的時(shí)域音頻信號(hào)A轉(zhuǎn)換為頻域音頻信號(hào)B，并將頻 域音頻信號(hào)B發(fā)送給所述預(yù)處理模塊;還用于將所述音頻處理模塊發(fā)送的頻域音頻信號(hào)D轉(zhuǎn) 換為時(shí)域音頻信號(hào)E，并將時(shí)域音頻信號(hào)E發(fā)送給音頻質(zhì)量評(píng)估模塊；
[0008] 所述預(yù)處理模塊，用于對(duì)所述頻域音頻信號(hào)B進(jìn)行重采樣操作得到頻域音頻信號(hào) C，并將頻域音頻信號(hào)C發(fā)送給所述音頻處理模塊；
[0009] 所述音頻處理模塊用于對(duì)頻域音頻信號(hào)C進(jìn)行回聲消除和束波降噪，得到頻域音 頻信號(hào)D;并將頻域音頻信號(hào)D發(fā)送給所述時(shí)頻分析模塊；
[0010] 所述音頻質(zhì)量評(píng)估模塊，接收初始的時(shí)域音頻信號(hào)A和經(jīng)過處理的時(shí)域音頻信號(hào) E，進(jìn)行測(cè)試，評(píng)估經(jīng)過處理后的音頻質(zhì)量，直至當(dāng)處理后的音頻質(zhì)量提升時(shí)，完成3D立體聲 的優(yōu)化。
[0011] 作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述重采樣操作包括采樣格式的轉(zhuǎn)換，信道的重新映 射和采樣率的變換。
[0012] 作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述互聯(lián)網(wǎng)3D立體聲優(yōu)化系統(tǒng)應(yīng)用于Linux系統(tǒng)中。
[0013] 作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述音頻處理模塊包括前置濾波器、后置濾波器和自 動(dòng)回聲消除器、所述自動(dòng)回聲消除器與所述后置濾波器相連;前期前置濾波器通過后置濾 波器協(xié)助自動(dòng)回聲消除器完成頻域音頻信號(hào)C的回聲消除;然后前置濾波器獨(dú)立完成束波 降噪，輸出頻域音頻信號(hào)D。
[0014] 本發(fā)明還公開了一種弱環(huán)境下互聯(lián)網(wǎng)3D立體聲優(yōu)化系統(tǒng)的優(yōu)化方法，包括：
[0015] 步驟一、將輸入的時(shí)域音頻信號(hào)A做快速傅里葉變換，轉(zhuǎn)換成頻域音頻信號(hào)B;
[0016] 步驟二、對(duì)頻域音頻信號(hào)B進(jìn)行重采樣操作，輸出頻域音頻信號(hào)C;所述重采樣操作 包括采樣格式的轉(zhuǎn)換，信道的重新映射和采樣率的變換；
[0017] 步驟三、對(duì)頻域音頻信號(hào)C進(jìn)行回聲消除和束波降噪，輸出頻域音頻信號(hào)D;
[0018] 步驟四、對(duì)頻域音頻信號(hào)D做快速傅里葉變換，轉(zhuǎn)換成時(shí)域音頻信號(hào)E;
[0019]步驟五、將時(shí)域音頻信號(hào)A與時(shí)域音頻信號(hào)E進(jìn)行測(cè)試，判斷音頻的質(zhì)量是否提升； 當(dāng)音頻質(zhì)量提升時(shí)，則完成音頻的優(yōu)化;當(dāng)音頻質(zhì)量無提升時(shí)，則重復(fù)步驟三~步驟五。
[0020] 作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述頻域音頻信號(hào)B包括采樣率為48KHZ的16位符號(hào)整 型的交叉立體樣本數(shù)據(jù)，所述頻域音頻信號(hào)C為單聲道的采樣率為16KHz的單精度浮點(diǎn)型數(shù) 據(jù)。
[0021] 作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，對(duì)頻域音頻信號(hào)C進(jìn)行回聲消除和束波降噪的方法包 括：
[0022] 所述音頻處理模塊接收頻域音頻信號(hào)C，前期前置濾波器通過后置濾波器協(xié)助自 動(dòng)回聲消除器完成頻域音頻信號(hào)C的回聲消除;然后前置濾波器獨(dú)立完成束波降噪。
[0023] 作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述束波降噪的過程為：
[0024] 通過前置濾波器形成波束形成器，計(jì)算波束形成器需要的權(quán)重，波束形成器把聲 波引導(dǎo)到一個(gè)目標(biāo)方向，同時(shí)抑制其它方向的聲波。
[0025] 作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述步驟五包括：
[0026] 將時(shí)域音頻信號(hào)A和時(shí)域音頻信號(hào)E放在一個(gè)16KHz采樣率和配置了 PulseAudio 3.0的Linux操作系統(tǒng)中，利用GNU編譯器調(diào)用相關(guān)命令，繪制兩個(gè)音頻的譜圖，計(jì)算其脈沖 響應(yīng)，兩相對(duì)比判斷音頻的質(zhì)量。
[0027]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果為：
[0028]本發(fā)明提供了弱環(huán)境下互聯(lián)網(wǎng)3D立體聲優(yōu)化系統(tǒng)及方法，通過后置濾波器將前置 濾波器和自動(dòng)回聲消除器相連；當(dāng)自動(dòng)回聲消除器沒有適應(yīng)時(shí)，前置濾波器協(xié)助自動(dòng)回聲 消除器適應(yīng)，進(jìn)行回聲消除；待自動(dòng)回聲消除器完全適應(yīng)時(shí)，前置濾波器獨(dú)立進(jìn)行束波降 噪；本發(fā)明消除回聲和降噪的效果好，使得處理后的音頻質(zhì)量更好，更符合人們的聽覺感 官。
【附圖說明】
[0029]圖1為本發(fā)明一種實(shí)施例公開的弱環(huán)境下互聯(lián)網(wǎng)3D立體聲優(yōu)化系統(tǒng)的框架圖； [0030]圖2為本發(fā)明一種實(shí)施例公開的弱環(huán)境下互聯(lián)網(wǎng)3D立體聲優(yōu)化方法的流程圖。 [0031]圖中：1、時(shí)頻分析模塊;2、預(yù)處理模塊;3、音頻處理模塊;3-1、前置濾波器;3-2、后 置濾波器;3-3、自動(dòng)回聲消除器;4、音頻質(zhì)量評(píng)估模塊。
【具體實(shí)施方式】
[0032]為使本發(fā)明實(shí)施例的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例 中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例是 本發(fā)明的一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例。基于本發(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人 員在沒有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。 [0033]本發(fā)明公開了一種弱環(huán)境下互聯(lián)網(wǎng)3D立體聲優(yōu)化系統(tǒng)，包括:時(shí)頻分析模塊，預(yù)處 理模塊，音頻處理模塊和音頻質(zhì)量評(píng)估模塊；
[0034]自動(dòng)回聲消除器時(shí)頻分析模塊，用于對(duì)輸入的時(shí)域音頻信號(hào)A轉(zhuǎn)換為頻域音頻信 號(hào)B，并將頻域音頻信號(hào)B發(fā)送給自動(dòng)回聲消除器預(yù)處理模塊;還用于將自動(dòng)回聲消除器音 頻處理模塊發(fā)送的頻域音頻信號(hào)D轉(zhuǎn)換為時(shí)域音頻信號(hào)E，并將時(shí)域音頻信號(hào)E發(fā)送給音頻 質(zhì)量評(píng)估模塊；
[0035]自動(dòng)回聲消除器預(yù)處理模塊，用于對(duì)自動(dòng)回聲消除器頻域音頻信號(hào)B進(jìn)行重采樣 操作得到頻域音頻信號(hào)C，并將頻域音頻信號(hào)C發(fā)送給自動(dòng)回聲消除器音頻處理模塊；
[0036] 自動(dòng)回聲消除器音頻處理模塊用于對(duì)頻域音頻信號(hào)C進(jìn)行回聲消除和束波降噪， 自動(dòng)回聲消除器音頻處理模塊包括前置濾波器、后置濾波器和自動(dòng)回聲消除器、自動(dòng)回聲 消除器自動(dòng)回聲消除器與自動(dòng)回聲消除器后置濾波器相連;前期前置濾波器通過后置濾波 器協(xié)助自動(dòng)回聲消除器完成頻域音頻信號(hào)C的回聲消除;然后前置濾波器獨(dú)立完成束波降 噪，輸出頻域音頻信號(hào)D;并將頻域音頻信號(hào)D發(fā)送給自動(dòng)回聲消除器時(shí)頻分析模塊；
[0037] 自動(dòng)回聲消除器音頻質(zhì)量評(píng)估模塊，接收初始的時(shí)域音頻信號(hào)A和經(jīng)過處理的時(shí) 域音頻信號(hào)E，進(jìn)行測(cè)試，評(píng)估經(jīng)過處理后的音頻質(zhì)量，直至當(dāng)處理后的音頻質(zhì)量提升時(shí)，完 成3D立體聲的優(yōu)化。
[0038]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的詳細(xì)描述：
[0039]實(shí)施例1:如圖1所示，本發(fā)明第一目的在于提供一種弱環(huán)境下互聯(lián)網(wǎng)3D立體聲優(yōu) 化系統(tǒng)，包括時(shí)頻分析模塊1，預(yù)處理模塊2，音頻處理模塊3，和音頻質(zhì)量評(píng)估模塊4;具體實(shí) 施時(shí)可以采用軟件固化技術(shù)實(shí)現(xiàn)各模塊。
[0040]時(shí)頻分析模塊1，在初期：用于將輸入的被處理信號(hào)的時(shí)域音頻信號(hào)A轉(zhuǎn)換為頻域 音頻信號(hào)B，并將所獲得的頻域音頻信號(hào)B輸出，輸出連接時(shí)頻分析模塊2。在后期：用于將頻 域音頻信號(hào)轉(zhuǎn)換為時(shí)域音頻信號(hào)，輸出連接到音頻質(zhì)量評(píng)估模塊4。
[0041 ]預(yù)處理模塊2，用于在Linux系統(tǒng)中的對(duì)音頻系統(tǒng)中的頻域音頻信號(hào)B進(jìn)行重采樣 操作。重采樣包括采樣格式的轉(zhuǎn)換，信道的重新映射和采樣率的變換。處理后的信號(hào)按照相 應(yīng)的映射關(guān)系輸出，輸出頻域音頻信號(hào)C，輸出連接到音頻處理模塊31?η?! Χ系統(tǒng)中的音頻 硬件只能處理采樣率為48ΚΗζ的16位符號(hào)整型的交叉立體樣本數(shù)據(jù)，而應(yīng)用程序一般是針 對(duì)單聲道的采樣率為16ΚΗζ的單精度浮點(diǎn)型數(shù)據(jù)，所以在進(jìn)行降噪處理前需要現(xiàn)對(duì)頻域音 頻數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。經(jīng)過重采樣操作的數(shù)據(jù)更為模塊化，為后續(xù)操作帶來很很大的便利。 [0042] 音頻處理模塊3,包括前置濾波器3-1、后置濾波器3-2和自動(dòng)回聲消除器(AEC)3-3,前置濾波器3-1和后置濾波器3-2均為自適應(yīng)濾波器；自動(dòng)回聲消除器(AEC)3-3與后置濾 波器3-2相連，同時(shí)，前置濾波器3-1通過后置濾波器3-2可以實(shí)現(xiàn)對(duì)自動(dòng)回聲消除器(AEC) 3-3的協(xié)助。前置濾波器3-1通過后置濾波器3-2與自動(dòng)回聲消除器(AEC)3-3之間協(xié)助工作 完成頻域音頻信號(hào)C的回聲消除和束波降噪，輸出頻域音頻信號(hào)D，處理后的頻域音頻信號(hào)D 按照相應(yīng)的映射關(guān)系輸出，輸出連接到音頻質(zhì)量評(píng)估模塊4。其中：音頻處理模塊接收頻域 音頻信號(hào)C，前期前置濾波器3-1通過后置濾波器3-2協(xié)助自動(dòng)回聲消除器3-3完成頻域音頻 信號(hào)C的回聲消除;然后前置濾波器3-1獨(dú)立完成束波降噪。
[0043]音頻處理模塊3用于降低音頻中的噪聲處理；其降噪原理為：通過前置濾波器3-1 形成一個(gè)波束形成器，將多通道的音頻約束成為一個(gè)單聲道音頻，通過消除旁瓣從而去除 一部分的噪聲。其中：前置濾波器3-1本質(zhì)上就是一個(gè)噪聲抑制器，用前置濾波器3-1形成的 波束形成器將多通道的音頻，導(dǎo)向一個(gè)目標(biāo)方向，抑制其他方向的聲波形成一個(gè)類似單聲 道的音頻。其中，波束形成器的約束是權(quán)重控制的，通常一個(gè)固定的波束形成器使用固