基于数字音频信号处理技术的研究 ——音效增强功能的实现

论文摘要

随着数字化的发展,信号处理不仅可以用模拟方式也可以用数字方式,数字信号处理的方法克服了模拟信号处理方法的许多缺点,解决了模拟信号处理方法所不能解决的问题。但是数字信号处理的方法也存在其致命的缺点—当处理复杂的应用(如数字音频,视频信号处理等)时,其运算量,处理速度成为了其发展的障碍。因此研究高效而又稳定的数字信号处理方法成为了当今研究的热点。本系统基于数字音频信号处理技术(如数字滤波器的设计技术),根据人类听觉的特点—只能听到20Hz到20000Hz频率范围的声音,用原数字音频生成低频泛音替代原数字音频的低频部分,最终生成和谐而又饱满的数字音频。其主要分为以下三个部分:一、对原数字音频进行延迟、高通滤波和音量调整处理提取原数字音频的高频分量。二、对原数字音频进行延迟、多相位滤波的上采样和下采样、子带划分滤波、子带合成滤波、带通滤波及音量的调整处理生成低频泛音信号。三、合成提取的高频分量与生成的低频泛音,生成和谐而又饱满的数字音频。本系统经过的特别处理有:为了平衡数字音频信号处理所带来的延迟,对原数字音频信号进行延迟处理;为了使提取的高频分量与生成的低频泛音无重叠的叠加,对经过延迟处理的数字音频信号进行高通滤波处理;为了弥补数字信号处理所带来的音量损失,对经过提升滤波处理后的数字音频信号进行音量调整处理;为了减少算系统的运算量,在泛音生成部分,算法利用多相位的滤波器技术对数字音频信号进行下采样滤波处理,经过下采样处理之后的数字音频信号的频率变为了原来的四分之一,同时泛音生成部分的运算量也降为原来的四分之一;为了充分利用各频带生成低频泛音信号,对经过下采样处理的数字音频进行子带划分,子带合成滤波处理;为了滤除低频泛音生成时所引入的噪音,对合成的子带信号进行带通滤波处理;为了恢复原数字音频信号的采样频率,对带通滤波处理后的数字音频信号进行多相位滤波的上采样处理。该数字音频信号处理系统,能丰富输出信号的频谱,提高数字音频的音质;能减少数字音频网络应用中的音频数据的流量。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 引言
• 1.1 论文的选题背景
• 1.2 课题研究的目的和意义
• 1.3 国内外研究现状
• 1.4 论文主要工作
• 第二章 数字滤波器的设计技术
• 2.1 数字滤波器的概述
• 2.2 数字滤波器的优点
• 2.3 选择数字滤波器类型的依据
• 2.4 数字滤波器的设计步骤
• 2.5 FIR数字滤波器的设计
• 2.5.1 FIR数字滤波器性能规范参数
• 2.5.2 FIR数字滤波器系数计算的方法
• 2.5.3 FIR数字滤波器的实现结构
• 2.5.4 FIR数字滤波器的有限字长效应分析
• 2.5.5 FIR数字滤波器的实现
• 2.6 IIR数字滤波器的设计
• 2.6.1 IIR数字滤波器的性能规范参数
• 2.6.2 IIR数字滤波器系数的计算方法
• 2.6.3 IIR数字滤波器的实现结构
• 2.6.4 IIR数字滤波器的有限字长效应分析
• 2.6.5 IIR数字滤波器的实现
• 2.7 本章小结
• 第三章 音效增强功能的总体设计
• 3.1 模块的划分
• 3.2 模块结构图的设计
• 3.3 分解各功能模块
• 3.3.1 高频提取模块的分解
• 3.3.2 高频提取模块的结构框图
• 3.3.3 泛音生成模块的分解
• 3.3.4 泛音生成模块的结构框图
• 3.3.5 系统框架的设计
• 3.4 本章小结
• 第四章 音效增强功能各模块的设计与实现
• 4.1 延迟处理模块的设计与实现
• 4.1.1 延迟处理的原理图
• 4.1.2 延迟处理的设计
• 4.1.3 延迟处理的实现
• 4.2 高频提取模块的设计与实现
• 4.2.1 HPF高通滤波器的设计
• 4.2.2 HPF高通滤波器的实现
• 4.2.3 HBOOST提升滤波器的设计
• 4.2.4 HBOOST提升滤波器的实现
• 4.2.5 音量调整处理
• 4.2.6 高频提取模块的实现
• 4.3 低频泛音生成模块的设计与实现
• 4.3.1 下采样的设计
• 4.3.2 下采样的实现
• 4.3.3 子带划分滤波器组的设计
• 4.3.4 子带划分滤波器的实现
• 4.3.5 合成带域信号的设计
• 4.3.6 音量调整处理的设计
• 4.3.7 合成最初泛音信号的设计
• 4.3.8 BPF带通滤波的设计
• 4.3.9 BPF带通滤波器的实现
• 4.3.10 上采样的设计
• 4.3.11 上采样的实现
• 4.3.12 泛音生成部分的实现
• 4.4 合成高频分量和低频泛音模块的设计与实现
• 4.4.1 合成高频分量和低频泛音模块的设计
• 4.4.2 合成高频分量和低频泛音模块的实现
• 4.5 本章小结
• 第五章 音效增强功能的测试
• 5.1 测试环境
• 5.2 测试内容
• 5.2.1 音效增强功能音效增强测试
• 5.2.2 音效增强功能性能测试
• 5.3 本章小结
• 第六章 总结与展望
• 6.1 总结
• 6.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 个人简历及硕士期间发表论文情况