一种基于mdct系数进行正弦频率估计的方法
【专利摘要】本发明公开了一种基于MDCT系数进行正弦频率估计的方法，其步骤为：构建两个关于频率偏移与系数比值关系的查找表；获取一组MDCT系数，该系数可以通过对时域信号进行MDCT变换得到，也可以从解码系统中提取到已有的MDCT系数；查找该组MDCT系数的极大值，记录该极大值及其所在的位置信息；根据该极大值与周围两个系数值之间的关系，通过决策算法得到进行频率估计的分支决策；根据相应的决策分支和MDCT变换时所使用的窗函数，结合MDCT系数极大值所在位置及其相邻系数的数值关系，通过查表和数据内插的方式，估计该极大值所对应的信号频率值。本发明支持使用正弦窗和KBD窗的情况，适用于需要在MDCT域提取正弦参数的应用，尤其是音频信号处理与编解码系统。
【专利说明】一种基于MDCT系数进行正弦频率估计的方法 【【技术领域】】
[0001] 本发明属于信号处理与通信【技术领域】，具体涉及一种基于MDCT系数进行正弦频 率估计的方法，其用于音频信号处理与编解码系统。 【【背景技术】】
[0002] 正弦频率估计是信号处理领域的一个非常重要的基本问题，它是许多依赖于信号 频率的相关应用的基础。目前典型的正弦频率估计算法可以在时域通过自相关、线性预测 等方式进行，也可以在变换域如DFT (离散傅里叶变换）域通过变换系数的内插等来得到估 算结果。具体使用哪种算法取决于整体系统的需求和系统本身的特征。在语音和音频信号 处理中，精确地获取信号成分的频率信息非常重要。但是对于以MDCT (改进离散余弦变换） 为核心的高质量语音音频处理系统来说，典型的时域和变换域的方法都需要单独进行频率 估计，无法与整体系统的变换处理框架相结合，提取频率成分时的复杂度高。
[0003] 考虑到MDCT本身也是一种时频转换的过程，如果能够使用MDCT变换系数进行正 弦频率估计，就会避免额外的单独估计过程，大大降低系统的复杂度。但是，MDCT变换系数 对信号的相位信息相当敏感，即使是一个单频的正弦信号，它的MDCT变换系数也会随着各 个分析帧的初始相位的不同而表现出巨大的差异。为了解决这个问题，有研究者推导出单 频正弦信号MDCT变换系数的解析表达式，阐释了 MDCT系数的特征及其与信号参数之间的 关系。近年来，已经出现了一些通过MDCT系数进行正弦频率估计的算法。但是有些算法受 制于MDCT变换时所使用的窗函数，有些算法受相位条件的影响性能极不稳定。MDCT变换系 数本身包含着相位信息，这种相位信息形成了对系数数值的调制效果，使系数呈现多样性， 在极端情况下会严重地影响使用这些系数进行频率估计的结果。 【
【发明内容】
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[0004] 本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供了一种基于MDCT系数进行正弦频 率估计的方法，该方法支持使用正弦窗和KBD(Kaiser-Bessel Derived凯撒-贝塞尔导出） 窗时的MDCT系数，采用特有的决策算法来确定进行频率估计时所使用的MDCT系数组，有效 地提高了频率估计的精度和稳定度。
[0005] 为实现上述目的，本发明采用如下的技术方案：
[0006] 一种基于MDCT系数进行正弦频率估计的方法，包括以下步骤：
[0007] 1)构建两个关于频率偏移与系数比值关系的查找表Ra ( ξ )和Re ( ξ );
[0008] 2)获取正弦信号一个分析帧的MDCT系数，记做X(k)，其中，k = 0, 1，"·，Ν，Ν为 MDCT分析的子带数；
[0009] 3)查找所述一个分析帧的MDCT系数X(k)绝对值的极大值及其所在的子带位置， 分别记做X ma!U和Pi，其中，i = 1，. . .，1，1为检测到的极大值的个数；
[0010] 4)根据所述每个极大值Xmax;i所对应MDCT系数X(Pi)，及其相邻的MDCT系数值 X(Pi-2)、X(Pi-l)、X(Pi+l)以及X(Pi+2)，使用决策算法得到对该极大值所对应分量进行频 率估计的分支决策参数，其中，分支决策参数包括小系数跳转因子ai、正向比值Iw、反向比 值Iu和小系数判定因子Ai;
[0011] 5)使用所述得到的分支决策参数％、1(|^、11^、\ 1以及|?(：1'变换所使用的窗函数 类型，通过查表和内插的方法估算每一个频率分量的正弦频率值。
[0012] 本发明进一步改进在于，步骤1)中，构建两个关于频率偏移与系数比值关系的查 找表包括：
[0013] (1)设置频率偏移的步长Δ ξ ;
【权利要求】
1. 一种基于MDCT系数进行正弦频率估计的方法，其特征在于，包括以下步骤： 1) 构建两个关于频率偏移与系数比值关系的查找表Ra ( ξ )和Re ( ξ ); 2) 获取正弦信号一个分析帧的MDCT系数，记做X (k)，其中，
为MDCT 分析的子带数； 3) 查找所述一个分析帧的MDCT系数X(k)绝对值的极大值及其所在的子带位置，分别 记做和Pi，其中，i = 1，...，1，1为检测到的极大值的个数； 4) 根据所述每个极大值Xma!U所对应MDCT系数X (Pi)，及其相邻的MDCT系数值X (Pi-2)、 X(Pi-l)、X(Pi+l)以及X(Pi+2)，使用决策算法得到对该极大值所对应分量进行频率估计的 分支决策参数，其中，分支决策参数包括小系数跳转因子 &1、正向比值、反向比值Iu和 小系数判定因子Ai; 5) 使用所述得到的分支决策参数λ i以及MDCT变换所使用的窗函数类型， 通过查表和内插的方法估算每一个频率分量的正弦频率值。
2. 根据权利要求1所述的基于MDCT系数进行正弦频率估计的方法，其特征在于，步骤 1) 中，构建两个关于频率偏移与系数比值关系的查找表包括： (1)设置频率偏移的步长Λ ξ ; ⑵根据所述频率偏移的步长Λ ξ，计算系数比值Ra ( ξ ) I ξ =ηΛ ξ和Re ( ξ ) I ξ =ηΛ ξ， 其计算公式分别如下：
其中：ΑΗ(ξ)是MDCT变换所使用的窗函数h(n)的中心离散傅里叶变换系数的实部， ξ的取值范围为[-1. 5,-0. 5]，η为频率偏移数，按所需精度设定步长Λ ξ，通过控制频率 偏移数η，获得在ξ的取值范围内的系数比值Μξ) |ξ=ηΔξ和心（€) |ξ=ηΔξ。
3. 根据权利要求1所述的基于MDCT系数进行正弦频率估计的方法，其特征在于，步骤 2) 中，具体步骤如下： (1) 当给定信号为时域信号样本X (η)时，取连续2N个点作为一帧信号，对所述一帧信 号加窗h(n)后计算其MDCT系数X(k); (2) 当给定信号为MDCT域压缩数据，结合压缩域数据解码的过程，获得分析子带从低 到高依次排布的MDCT系数X(k)。
4. 根据权利要求1所述的基于MDCT系数进行正弦频率估计的方法，其特征在于，步骤 3) 中，具体步骤如下： (1) 设定正弦分量检测门限Xth，对所述一个分析帧的MDCT系数X(k)绝对值进行预处 理，预处理的结果为(k)，其计算公式如下：
(3) (2) 检测Χ_(1〇的极大值及其所在的子带位置，并按极大值从大到小的顺序排列； (3) 设定极大值的最小有效间距pth，按所述从大到小排序的极大值从大到小检测，若 该极大值所在位置Pi的最小有效间距邻域[Pi-PmPi+Pth]中存在其它极大值，则删除存在 的其它极大值，最终得到X (k)绝对值的极大值及其所在的子带位置，分别记做Xma!U和Pi， 其中i = 1，...，1，1为检测到的极大值的个数。
【文档编号】G01R23/02GK104111374SQ201410325387
【公开日】2014年10月22日 申请日期:2014年7月9日 优先权日:2014年7月9日
【发明者】顿玉洁, 刘贵忠 申请人:西安交通大学