一种音频均衡函数确定方法、音频均衡方法及设备与流程

本申请涉及音频播放技术领域，尤其涉及一种音频均衡函数确定方法、音频均衡方法及设备。

背景技术

目前，数字音频的播放过程，可以如图1所示，音频播放设备对获取到的数字音频信号进行数字信号处理，然后使用数字模拟转换器(dac)将经过处理后的数字音频信号转换为模拟音频信号，通过硬件电路对模拟音频信号进行模拟信号处理，最后通过扬声器进行播放。

其中，在数字信号处理过程中，包括对数字音频信号进行均衡。音频均衡的目的是对音频信号的某些频段上的成分进行增强或者削弱，使音频信号更加悦耳或者接近人们的听觉习惯。例如，如果听众想增加对吉它的感受效果，通过音频均衡过程提升100～300hz这个频段的能量可以使用户听到更加丰满的音色。

在进行音频均衡时，通常是先根据音频播放设备具备的传递函数和期望输出的频率响应函数来确定均衡函数，然后再根据均衡函数对音频进行均衡。但是，目前的音频播放设备在对音频进行均衡处理时，一般存在稳定性不高、鲁棒性较差的问题，从而影响音频播放质量。

技术实现要素：

本申请实施例提供一种音频均衡函数确定方法、音频均衡方法及设备，有助于提高对音频均衡处理的鲁棒性。

第一方面，本申请实施例提供了一种音频均衡函数确定方法，该方法包括：

获取至少一对源音频信号和耳道内音频信号，其中针对任一一对源音频信号和耳道内音频信号，该耳道内音频信号为该源音频信号在通过设定音频播放设备播放后到达一个用户的耳道内的音频信号；

分析所述至少一对源音频信号和耳道内音频信号之间的函数关系，得到所述音频播放设备的第一传递函数；

使用预设的第一频率响应函数对所述第一传递函数进行处理，得到第二传递函数，所述第一频率响应函数是对耳蜗基底膜特性进行建模得到的；

使用预设的第二频率响应函数对所述第二传递函数进行处理，得到用于对所述音频播放设备播放的音频信号进行均衡处理的均衡函数，所述第二频率响应函数是期望的所述音频播放设备的传递函数。

在一种可能的实现方式中，所述第二传递函数s(fi)符合下述公式：

其中，h(fi)表示第一传递函数；w(fi)表示预设的第一频率响应函数，或者表示对预设的第一频率响应函数执行归一化处理后得到的频率响应函数；n的取值为确定所述第一频率响应函数时使用的采样频率的一半。

在一种可能的实现方式中，所述预设的第一频率响应函数w(fi)符合下述公式：

其中，fc表示中心频率，a、b、c为常数。

在一种可能的实现方式中，使用预设的第二频率响应函数对所述第二传递函数进行处理，得到用于对所述音频播放设备播放的音频信号进行均衡处理的均衡函数，包括：

根据下述公式得到用于对所述音频播放设备播放的音频信号进行均衡处理的均衡函数e(fi)符合下述公式：

其中，s(fi)表示第二传递函数，g(fi)表示期望的所述音频播放设备的传递函数。

第二方面，本申请实施例提供了一种音频均衡方法，该方法包括：

音频播放设备接收源音频信号，并获取根据第一方面以及第一方面的任一种可能的实现方式确定出的均衡函数；

所述音频播放设备根据所述均衡函数对接收的源音频信号进行均衡处理。

第三方面，本申请实施例提供了一种音频均衡函数确定装置，该装置包括：

获取模块，用于获取至少一对源音频信号和耳道内音频信号，其中针对任一一对源音频信号和耳道内音频信号，该耳道内音频信号为该源音频信号在通过设定音频播放设备播放后到达一个用户的耳道内的音频信号；

分析模块，用于分析所述至少一对源音频信号和耳道内音频信号之间的函数关系，得到所述音频播放设备的第一传递函数；

处理模块，用于使用预设的第一频率响应函数对所述第一传递函数进行处理，得到第二传递函数，所述第一频率响应函数是对耳蜗基底膜特性进行建模得到的；使用预设的第二频率响应函数对所述第二传递函数进行处理，得到用于对所述音频播放设备播放的音频信号进行均衡处理的均衡函数，所述第二频率响应函数是期望的所述音频播放设备的传递函数。

在一种可能的实现方式中，所述第二传递函数s(fi)符合下述公式：

其中，h(fi)表示第一传递函数；w(fi)表示预设的第一频率响应函数，或者表示对预设的第一频率响应函数执行归一化处理后得到的频率响应函数；n的取值为确定所述第一频率响应函数时使用的采样频率的一半。

在一种可能的实现方式中，所述预设的第一频率响应函数w(fi)符合下述公式：

其中，fc表示中心频率，a、b、c为常数。

在一种可能的实现方式中，所述处理模块使用预设的第二频率响应函数对所述第二传递函数进行处理，得到用于对所述音频播放设备播放的音频信号进行均衡处理的均衡函数时，具体用于：

根据下述公式得到用于对所述音频播放设备播放的音频信号进行均衡处理的均衡函数e(fi)符合下述公式：

其中，s(fi)表示第二传递函数，g(fi)表示期望的所述音频播放设备的传递函数。

第四方面，本申请实施例提供了一种音频均衡装置，该装置包括：

接收模块，用于接收源音频信号；

获取模块，用于获取如第三方面以及第三方面任一种可能的实现方式所述的音频均衡函数确定装置确定出的均衡函数；

均衡模块，用于根据所述音频均衡函数确定装置确定出的均衡函数，对所述接收模块接收的源音频信号进行均衡处理。

第五方面，本申请实施例还提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质中存储有计算机指令，当所述指令在计算机上运行时，使得计算机执行如权利要求第一方面或第二方面所述的方法。

附图说明

图1为本发明实施例提供的数字音频的播放过程示意图；

图2为本发明实施例提供的音频均衡函数确定方法的流程示意图；

图3为本发明实施例提供的第一传递函数和第二传递函数示意图；

图4为本发明实施例提供的音频均衡方法的流程示意图；

图5为本发明实施例提供的音频均衡函数确定装置的结构示意图；

图6为本发明实施例提供的音频均衡装置的结构示意图。

具体实施方式

为了使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本申请作进一步地详细描述。

本发明实施例提出了一种音频均衡函数确定方法、音频均衡方法及设备，可以提高音频均衡处理的鲁棒性，进而使得音频播放设备播放出的音频具有丰满的音色、较高的品质。

参见图2，为本发明实施例提供的一种音频均衡函数确定方法的流程示意图。具体地，上述方法可以由处理器通过运行预先存储的程序实现，当然也可以通过硬件芯片来实现。如图所示，该方法可以包括如下步骤：

步骤201、获取至少一对源音频信号和耳道内音频信号。

其中，针对任一一对源音频信号和耳道内音频信号，该耳道内音频信号可以为该源音频信号在通过设定音频播放设备播放后到达一个用户的耳道内的音频信号。

在一些实施例中，为了实现上述步骤201，可以预先对多个测试者进行测试以获取耳道内音频信号。具体地，可以在将麦克风置于多个测试者的耳道内，采集音频播放设备在播放音频时，测试者实际听到的音频信号，即可以得到上述耳道内的音频信号。测试时，可以采集播放相同的音频信号时多个测试者的耳道内的音频信号，以避免不同测试者之间的个体差异而带来的影响，使得后续分析、计算得到的均衡函数更具有普遍适用性；还可以采集同一测试者在播放不同的音频信号时的耳道内的音频信号，以使后续分析、计算得到的均衡函数能够较为准确的覆盖更广的频域范围。为了保证收集到的音频信号的可靠性，应尽可能保证测试环境不受外界音频信号的干扰。

步骤202、分析上述至少一对源音频信号和耳道内音频信号之间的函数关系，得到音频播放设备的第一传递函数。

假设一个音频播放设备的频率响应函数的曲线是平直的，即该音频播放设备播放出的不同频率的音频信号的响度相同，但由于人耳的形状以及耳道对音频信号的增益作用，因此，采集到的耳道内的音频信号的频率响应曲线不再是平直的。

上述步骤步骤中得到的第一传递函数用于表征音频信号在频域中传递特性，即用于表征音频播放设备播放出的音频信号与在耳道内采集的音频信号之间的对应关系。

具体地，若采集了多对源音频信号和耳道内音频信号，可以针对每一对源音频信号和耳道内音频信号确定出一个传递函数，然后将确定出的多个传递函数，拟合成一个传递函数，即得到第一传递函数。例如，可以对多个传递函数取平均值得到第一传递函数。

由于确定出的第一传递函数，考虑到了人耳对于音频信号的传递特性，使得后续对音频信号进行均衡处理时，能够根据人耳特性对音频信号进行处理，有助于使得用户听到的音频信号的效果更接近于期望的音频效果。

步骤203、使用预设的第一频率响应函数对第一传递函数进行处理，得到第二传递函数。其中，第一频率响应函数是通过对人耳的耳蜗基底膜特性进行建模得到的。

由于第一传递函数对应的曲线可能存在一些较为尖锐的波峰或波谷，而由于这些尖锐的波峰或波谷的存在，可能会造成使用根据第一传递函数确定出的均衡函数对音频进行均衡时，稳定性和鲁棒性较差。

因此，在本发明实施例中，通过上述步骤对第一传递函数进行处理，以实现平滑掉第一传递函数对应的曲线中的尖锐的波峰或波谷，进而实现提高后续音频均衡处理的稳定性、鲁棒性，同时，使用经过平滑后的传递函数确定出的均衡函数对音频信号进行均衡处理，并不会影响用户体验。

在一种可能的实现方式中，第二传递函数可以通过公式(1)得到。

其中，h(fi)表示第一传递函数；w(fi)表示预设的第一频率响应函数，或者表示对预设的第一频率响应函数执行归一化处理后得到的频率响应函数；n的取值为确定第一频率响应函数时使用的采样频率的一半。

在一些实施例中，可以采用听觉滤波器对第一传递函数的曲线进行平滑，即将听觉滤波器的频率响应函数作为预设的第一频率响应函数，并使用预设的第一频率响应函数对第一函数进行处理。

可选地，可以采用patterson提出的roex滤波器对第一传递函数的曲线进行平滑。

具体地，roex滤波器的频率响应函数可以如公式(2)所示：

其中，fc表示滤波器的中心频率，p表示滤波器的斜率和临界带宽。在模拟正常听力人士的听觉时，滤波器的斜率较大，而在模拟听障人士的听觉时，滤波器的斜率较小。

模拟正常听力人士的听觉时，滤波器的erb(equivalentrectangularbandwidth，等效矩形带宽)与p的关系如公式(3)所示：

其中，a为常数。

此外，erb与中心频率fc的关系可以如公式(4)所示：

erb＝b(cfc+1)公式(4)

其中，b、c为常数。

结合公式(2)、公式(3)和公式(4)，可以推导出：

在一个具体实施例中，a可以取4，b可以取24.7，c可以取0.00437。

进一步地，在通过公式(5)确定出第一频率响应函数后，还可以对第一频率响应函数进行归一化处理，如公式(6)所示：

其中，w′(fi)表示归一化后的第一频率响应函数，n的取值可以为确定第一频率响应函数时使用的采样频率的一半。

在一个具体的实施例中，可以先根据上述公式(5)确定出第一频率响应函数后，根据公式(6)对第一频率响应函数进行归一化处理，然后根据第一传递函数以及公式(1)确定出第二频率响应函数，即经过平滑处理后的传递函数。如图3所示，虚线表示经过步骤202分析得到的第一传递函数的曲线，从图中可以看到，第一传递函数的曲线中存在较为尖锐的波峰和波谷；实线表示经过步骤203得到的第二传递函数的曲线，从图中可以看出，与第一传递函数的曲线相比，第二传递函数的曲线在波峰和波谷处较为平滑。

使用经过平滑后的传递函数确定出的均衡函数对音频信号进行均衡处理，有助于提高均衡处理的稳定性、鲁棒性，进而有助于提高用户接收到的音频的质量。

步骤204、使用预设的第二频率响应函数对第二传递函数进行处理，得到用于对音频播放设备播放的音频信号进行均衡处理的均衡函数。

其中，第二频率响应函数是期望的音频播放设备的传递函数。在实际应用时，可以根据不同的需求，确定第二频率响应函数。具体地，可以通过适当增加或削弱某个频率范围的响度，也增强或削弱用户对该频率范围内的音频的感受。

在一个具体的实施例中，均衡函数可以通过公式(7)确定：

其中，e(fi)表示均衡函数，s(fi)表示第二传递函数，g(fi)表示期望的所述音频播放设备的传递函数。

通过上述实施例，实现了根据人耳对音频信号的传递特性，确定出音频播放设备的第一传递函数，并使用第一频率响应函数对第一传递函数进行处理得到第二传递函数，以实现平滑第一传递函数的曲线中存在的尖锐的波峰和波谷，然后根据第第二传递函数以及期望的传递函数确定出用于对音频信号进行均衡处理的均衡函数，以使得根据均衡函数对音频信号进行均衡处理，具有较好稳定性、鲁棒性，且有助于使得用户听到的音频信号的效果更接近于期望的音频效果。

本发明实施例还提供了一种音频均衡方法，该方法可以由音频播放设备执行，具体地，可以由音频播放设备中的处理器执行，当然也可以由集成在音频播放设备中的电路芯片完成。该音频该方法的流程示意图如图4所示，可以包括以下步骤：

步骤401、音频播放设备接收源音频信号，源音频信号可以为终端播放出的声音的原始信号，例如是播放电影的声音、播放音乐的声音等。

音频播放设备获取均衡函数，其中，获取的均衡函数是根据如前所述音频函数确定方法确定出的，即通过上述步骤201～步骤204确定出的均衡函数。

步骤402、音频播放设备根据均衡函数对接收的源音频信号进行均衡处理后再行播放。

音频播放设备通过上述音频均衡方法对音频信号进行均衡处理，具有较好稳定性、鲁棒性，且有助于使得用户听到的音频信号的效果更接近于期望的音频效果。

基于相同的技术构思，本发明实施例还提供了一种音频均衡函数确定装置，用以实现上述方法实施例。该装置的结构示意图如图5所示，包括：

获取模块501，用于获取至少一对源音频信号和耳道内音频信号，其中针对任一一对源音频信号和耳道内音频信号，该耳道内音频信号可以为该源音频信号在通过设定音频播放设备播放后到达一个用户的耳道内的音频信号；

分析模块502，用于分析所述至少一对源音频信号和耳道内音频信号之间的函数关系，得到所述音频播放设备的第一传递函数；

处理模块503，用于使用预设的第一频率响应函数对所述第一传递函数进行处理，得到第二传递函数，所述第一频率响应函数是对耳蜗基底膜特性进行建模得到的；使用预设的第二频率响应函数对所述第二传递函数进行处理，得到用于对所述音频播放设备播放的音频信号进行均衡处理的均衡函数，所述第二频率响应函数是期望的所述音频播放设备的传递函数。

在一种可能的实现方式中，所述第二传递函数s(fi)符合下述公式：

其中，h(fi)表示第一传递函数；w(fi)表示预设的第一频率响应函数，或者表示对预设的第一频率响应函数执行归一化处理后得到的频率响应函数；n的取值可以为确定所述第一频率响应函数时使用的采样频率的一半。

在一种可能的实现方式中，所述预设的第一频率响应函数w(f)符合下述公式：

其中，fc表示中心频率，a、b、c为常数。

在一种可能的实现方式中，所述处理模块503在使用预设的第二频率响应函数对所述第二传递函数进行处理，得到用于对所述音频播放设备播放的音频信号进行均衡处理的均衡函数时，具体用于：

根据下述公式得到用于对所述音频播放设备播放的音频信号进行均衡处理的均衡函数e(fi)符合下述公式：

其中，s(fi)表示第二传递函数，g(fi)表示期望的所述音频播放设备的传递函数。

基于相同的技术构思，本发明实施例还提供了一种音频均衡装置，用以实现上述方法实施例。该装置的结构示意图如图6所示，包括：

接收模块601，用于接收源音频信号，源音频信号可以为终端播放出的声音的原始信号，例如是播放电影的声音、播放音乐的声音等；

获取模块602，用于获取上述音频均衡函数确定装置确定出的均衡函数；

均衡模块603，用于根据所述音频均衡函数确定装置确定出的均衡函数对接收的源音频信号进行均衡处理。

本申请实施例还提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质中存储有计算机指令，当这些计算机指令在计算机上运行时，使得计算机有能力执行上述方法实施例中的任一实施例所描述的方案。

本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、cd-rom、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本申请是参照根据本申请的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

显然，本领域的技术人员可以对本申请进行各种改动和变型而不脱离本申请的精神和范围。这样，倘若本申请的这些修改和变型属于本申请权利要求及其等同技术的范围之内，则本申请也意图包含这些改动和变型在内。