专利名称：适用于定点实现的音频功率谱处理方法
技术领域：
本发明属于音频编码领域，尤其涉及一种适用于定点实现的音频功率谱处理方法。
背景技术：
在MPEG(Moving Picture Expert Groups)音频编码标准中，需要通过心理听觉模型来计算人耳心理听觉的掩蔽阈值。在心理听觉模型的运算中需要计算以分贝表示的信号的功率谱。以MPEG1第二层音频编码标准mp2为例，它计算以分贝表示的功率谱公式如下power[i]＝10*log10(energy[i])(1)其中energy[i]表示第i条谱线对应的功率；power[i]表示第i条谱线对应的以分贝表示的功率。
在MPEG编码支持的原始数字音频信号中，每个音频样点采用16位进行编码，每个音频样点表示的范围是-32768～32767之间。在MPEG音频编码器心理听觉模型计算中，需要将一个音频编码块进行快速傅立叶变换(FFT，Fast FourierTransform)，通过变换计算得到音频编码块信号的功率谱energy[i]。以mp2音频编码标准为例，需要将1152个音频样点进行FFT，然后计算得到音频编码块信号的功率谱energy[i]；再利用公式(1)计算以分贝表示的音频信号的功率谱power[i]。按照理想状态来设定，energy[i]的动态变化范围应该在
由于其动态变化范围太大，查表法并不适用。
混合法是利用非线性函数的单调性，采用线性插补的方法，通过运算和查表相结合来实现的。对于输入信号变化范围大的运算，计算量仍然相当大。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种变换查表的方法来实现音频功率谱的处理。所述方法只需制作一张不大的表格，就可以快速实现以分贝表示的功率谱的定点运算，从而保证音频编码的高效性和实时性。
为了解决上述技术问题，本发明采用了如下技术手段一种适用于定点实现的音频功率谱处理方法，所述的音频功率谱是以对数函数表示的分贝信号功率谱，该方法包括以下步骤步骤1、根据任何一个正实数x都可以用0.5～1之间的小数fac乘以2n的形式来表示，即energy[i]＝fac×2n，将功率谱计算公式平power[i]＝10*log10(energy[i])进行等价变换成g(x)＝g(fac)+n*g(2)，其中fac∈
，计算出n值及fac所对应的索引值index，并在步骤4所述的表格中找到index对应的定点值Table[index]；步骤6、根据步骤1中的等价变换公式计算出g(x)的定点值G(x)，实现功率谱的快速定点处理。
进一步地，步骤2设定功率谱输入信号定点值对应的二进制精度为q，输出信号定点值所对应的二进制精度为p。
进一步地，步骤5的查表过程是通过以下步骤实现的
步骤5a)将功率谱输入信号energy[i]的定点值Energy[i]记为X，其对应的二进制精度是q，计数器记为Count，初始化为0，取整函数记为INT(.)；步骤5b)判断X是否大于等于2q，如果是，进入步骤5c)，否则，进入步骤5d)；步骤5c)Count＝Count+1，X=INT(X2),]]>返回步骤5b)；步骤5d)判断X是否小于2q-1，如果是，进入步骤5e)，否则，进入步骤5f)；步骤5e)Count＝Count-1，X＝X*2，返回步骤5d)；步骤5f)n＝Count，计算索引值index=INT((X*2p-q-2p-1)*m2p-1).]]>本发明由于采用了上述的技术方案，使之与现有技术相比，具有以下的优点和积极效果1.在不降低功率谱处理精度的前提下，大大减小运算复杂度；2.对微处理器的存储要求不高，可以有效地降低硬件成本。
本发明的适用于定点实现的音频功率谱处理方法由以下的实施例及附图给出。
图1为本发明的查表算法流程图；图2是本发明和调用系统库函数法获得功率谱的误差曲线图；图3是采用不同方法处理功率谱的比较示意图。
具体实施例方式
以下将以第二层音频编码标准mp2为例对本发明的适用于定点实现的音频功率谱处理方法作进一步的详细描述。
实施例1
假设输入功率的定点值Energy
＝100，其对应的二进制精度是Q9，即q＝9，要求输出以分贝表示的功率定点值Power
，Power
对应的二进制精度是Q8，即p＝8。具体实施步骤如下步骤1、将功率谱函数等价转换成g(x)＝g(fac)+n*g(2)，转化为定点表示为G(x)＝G(fac)+n*G(2)，其中，fac∈
；步骤5、根据功率谱的输入信号Energy
＝100，计算出n的值以及fac所对应的索引值index，则g(fac)所对应的定点值G(fac)＝Table[index]，具体的计算及查表流程如图1所示步骤5a、初始化设置，X＝Energy
＝100，Count＝0；步骤5b、判断X是否大于等于2q，X＝100小于29＝512，进入步骤5d；步骤5d、判断X是否小于2q-1，X＝100小于29-1＝256，进入步骤5e；步骤5e、Count＝Count-1＝-1，X＝2*X＝200，返回步骤5d；步骤5d、X＝200小于29-1＝256，进入步骤5e；步骤5e、Count＝Count-1＝-2，X＝2*X＝400，返回步骤5d；步骤5d、X＝400大于29-1＝256，进入步骤5f；步骤5f、n＝Count＝-2，确定查表的索引值indexindex=INT((X*2p-q-2p-1)*m2p-1)=INT((400*2-1-27)*25627)=144]]>步骤6、获得要求的结果Power
＝G(x)＝Table[index]+G(2)*n＝-277+771*(-2)＝-1819结果对应的二进制精度是Q8。
实施例2假设输入功率的定点值Energy[1]＝2650，其对应的二进制精度是Q9，即q＝9，要求输出以分贝表示的功率定点值Power[1]，Power[1]对应的二进制精度是Q8，即p＝8。具体实施步骤如下步骤1、将功率谱函数等价转换成g(x)＝g(fac)-n*g(2)，转化为定点表示为G(x)＝G(fac)+n*G(2)，其中，fac∈
；步骤5、根据功率谱的输入信号Energy[1]＝2650，计算出n的值以及fac所对应的索引值index，则g(fac)所对应的定点值G(fac)＝Table[index]，具体的计算及查表流程如图1所示步骤5a、初始化设置，X＝Energy[1]＝2650，Count＝0；步骤5b、判断X是否大于等于2q，X＝2650大于29＝512，进入步骤5c；步骤5c、Count＝Count+1＝1，X=INT(X2)=1325,]]>返回步骤5b；步骤5b、X＝1325大于29＝512，进入步骤5c；步骤5c、Count＝Count+1＝2，X=INT(X2)=662,]]>返回步骤5b；步骤5b、X＝662大于29＝512，进入步骤5c；步骤5c、Count＝Count+1＝3，X=INT(X2)=331,]]>返回步骤5b。
步骤5b、X＝331小于29＝512，进入步骤5d；步骤5d、判断X是否小于2q-1，X＝331大于29-1＝256，进入步骤5f；步骤5f、n＝Count＝3，确定查表的索引值index
index=INT((X*2p-q-2p-1)*m2p-1)=INT(331*2-1-27)*25627)=74]]>步骤6、获得要求的结果Power[1]＝G(x)＝Table[index]+G(2)*n＝-492+771*3＝1821本发明的计算结果同采用调用系统库函数法所得结果相比，计算误差在0.02dB之内，如图2所示。所获得重建音频信号的质量同调用系统库函数法所获得的重建音频信号的质量相当，如图3所示，其中曲线1是采用调用系统库函数法获得功率谱的结果，曲线2是采用本发明方法所获得功率谱的结果。采用本发明的处理方法所需要的计算复杂度是采用调用系统库函数法所需要计算复杂度的1.5％。可见本发明中所提出的方法计算速度极快。
表1
权利要求
1.一种适用于定点实现的音频功率谱处理方法，所述的音频功率谱是以对数函数表示的分贝信号功率谱，其特征在于，该方法包括以下步骤步骤1、根据任何一个正实数x都可以用0.5～1之间的小数fac乘以2n的形式来表示，即energy[i]＝fac×2n，将功率谱计算公式平power[i]＝10*log10(energy[i])进行等价变换成g(x)＝g(fac)+n*g(2)，其中fac∈
，计算出n值及fac所对应的索引值index，并在步骤4所述的表格中找到index对应的定点值Table[index]；步骤6、根据步骤1中的等价变换公式计算出g(x)的定点值G(x)，实现功率谱的快速定点处理。
2.如权利要求1所述的适用于定点实现的音频功率谱处理方法，其特征在于步骤2设定功率谱输入信号定点值对应的二进制精度为q，输出信号定点值所对应的二进制精度为p。
3.如权利要求2所述的适用于定点实现的音频功率谱处理方法，其特征在于，步骤5进一步包括以下步骤步骤5a)将功率谱输入信号energy[i]的定点值记为X，其对应的二进制精度是q，计数器记为Count，初始化为0，取整函数记为INT(.)；步骤5b)判断X是否大于等于2q，如果是，进入步骤5c)，否则，进入步骤5d)；步骤5c)Count＝Count+1，X=INT(X2),]]>返回步骤5b)；步骤5d)判断X是否小于2q-1，如果是，进入步骤5e)，否则，进入步骤5f)；步骤5e)Count＝Count-1，X＝X*2，返回步骤5d)；步骤5f)n＝Count，计算索引值index=INT((X*2p-q-2p-1)*m2p-1).]]>
全文摘要
本发明提供了一种适用于定点实现的音频功率谱处理方法，所述音频功率谱是以对数函数表示的分贝信号功率谱。所述方法将原先的信号动态范围利用函数等价变换大大缩小，在此基础进行建表，然后通过查表法找到功率谱的定点值。本发明在不降低功率谱处理精度的前提下，大大减小运算复杂度；而且对微处理器的存储要求不高，可以有效地降低硬件成本。
文档编号H03M7/30GK101083077SQ200710043628
公开日2007年12月5日 申请日期2007年7月10日 优先权日2007年7月10日
发明者谭建国 申请人:上海广电(集团)有限公司中央研究院