面向扬声器阵列的多重滤波系统的实现方法及相关装置与流程

本发明涉及音频系统，尤其涉及一种面向扬声器阵列的多重滤波系统的实现方法及相关装置。

背景技术：

1、车载音频系统方案中采用的扬声器数量较多，除了常规的音效后处理算法(包括均衡、增益、延迟等)之外，还有利用基于多扬声器阵列的声场控制相关算法，实现如全局或局部声场优化、独立音区播放等特殊的声场控制效果。

2、针对车载多扬声器阵列的声场控制相关算法包括声场控制算法、独立音区控制算法、模拟虚拟声学场景(也称虚拟厅堂算法)、扬声器补偿算法等。

3、声场控制算法，也称为声场校正或声场补偿算法，通过设计针对多扬声器阵列中每个扬声器的滤波网络，对多通道的输入信号进行滤波运算(比如fir filter的卷积操作)，实现全局或者局部的声场优化效果。

4、独立音区控制算法，与声场控制算法类似，同样是针对多扬声器阵列中的每个扬声器设计滤波网络，对多通道的输入信号进行滤波运算，与声场控制算法不同之处在于，独立音区控制算法中滤波器设计目标是最大化一个或多个指定区域的声能量与其他区域声能量的比值，以达到分区域控制的目的。

5、模拟虚拟声学场景，也称为虚拟厅堂算法，同样需要进行类似操作。

6、扬声器补偿算法，即针对扬声器本身物理特性的补偿，比如非线性失真补偿，也是采用针对多扬声器阵列中的每个扬声器的滤波操作来实现。

7、如图1所示，目前车载音响系统中车内音效处理是按照音效模块依次对音频信号流进行处理，各音效模块之间的处理解耦，互不干扰。具体地：

8、声场控制模块负责车内多扬声器的协同工作，避免相位不匹配等问题造成的车内扬声器响应不佳，以致听感不佳的问题。

9、独立音区控制模块用于实现车内音频的分区播放功能，比如特定的音乐只在主驾位置播放，其他位置不受影响，或者在不同位置播放不同内容，不同位置间互不影响。

10、卷积混响模块用于将播放的音频内容与特定场合(如音乐厅、体育场等)的冲激响应进行卷积运算，以在车内环境模拟音乐厅等声音效果。

11、扬声器补偿模块则是对扬声器本身的频响性能缺陷，以及扬声器在车内环境由于空间反射等原因导致的频响缺陷进行优化补偿。

12、声场控制模块采用的声场控制算法和独立音区控制模块采用的独立音区控制算法都是基于对车内声场的测量，然后利用算法模拟并计算针对每个扬声器的滤波器系数。因为fir(finite impulse response)滤波器稳定、易于设计实现的特点，声场控制算法和独立音区控制算法一般都采用fir滤波器进行滤波网络的设计。

13、卷积混响模块采用的虚拟厅堂算法等卷积混响技术，将输入的音频信号通过目标声学空间的冲激响应(ir)构成的滤波器，实现虚拟的声学空间还原效果。声学空间的冲激响应一般通过实际测量得到，可以直接作为fir滤波器使用。

14、然而，虽然fir滤波器具有稳定、易于设计实现的特点，但是对于车载空间或者虚拟厅堂等声学空间内低频声反射的还原和模拟需要很高的阶数。例如，对于一般低音扬声器在车内的响应补偿，需要fir滤波器阶数超过10000阶，而对于虚拟厅堂ir的模拟，则更是可能需要几万阶甚至更长的fir滤波器来进行模拟。

15、针对以上情况，本技术的申请人发现，如果按照传统的算法处理方式以独立音效模块的形式进行，当需要多个音效模块的效果同时生效时，多级复杂滤波系统需要非常高的计算量，常规车载dsp(digital signal processing，数字信号处理器)难以承受。

技术实现思路

1、本发明提供一种面向扬声器阵列的多重滤波系统的实现方法及相关装置，用于实现简化音频实时处理的计算量。技术方案如下：

2、第一方面，本发明的实施例提供一种面向扬声器阵列的多重滤波系统的实现方法，包括：

3、在实时音频处理之前，将音频信号处理流程中的多个音效模块的滤波器进行离线合并，形成fir多重滤波网络。

4、可选地，所述方法还包括：

5、对于所述fir多重滤波网络，截取所述fir多重滤波网络的fir序列的前n点得到一新的fir滤波器，其中所述fir多重滤波网络的fir序列的长度为l，n、l均为正整数；

6、采用iir网络拟合所述fir多重滤波网络的fir序列中后l-n点；

7、其中所述新的fir滤波器和所述iir网络共同完成所述fir多重滤波网络的fir序列的等效滤波。

8、可选地，所述n根据所述fir多重滤波网络的fir序列的特性确定；所述n满足以下要求：

9、对于截取的前n点fir序列，保留的所述fir多重滤波网络的fir序列的高频成分满足第一预设条件；

10、对于l-n点fir序列，保留的所述fir多重滤波网络的fir序列的低频成分满足第二预设条件。

11、可选地，所述iir网络包括级联二阶iir或并联二阶iir。

12、可选地，所述方法还包括：

13、根据音频通道连接的扬声器类型，确定对所述fir多重滤波网络的离线处理方式。

14、可选地，所述扬声器类型包括中音扬声器、低音/重低音扬声器和高音扬声器；所述根据音频通道连接的扬声器类型，确定对所述fir多重滤波网络的离线处理方式，包括：

15、当音频通道连接所述中音扬声器时，确定将所述fir多重滤波网络离线转换为fir滤波器+iir滤波网络的形式；

16、当音频通道连接所述低音/重低音扬声器时，对所述fir多重滤波网络中对应低音通道的fir滤波器进行离线低通滤波，进而采用级联或并联二阶iir滤波网络进行拟合；

17、当音频通道连接所述高音扬声器时，对所述fir多重滤波网络中对应高音通道的fir滤波器进行离线高通滤波、加窗截断。

18、可选地，所述多个音效模块包括以下至少一种：声场控制模块、独立音区控制模块、卷积混响模块、扬声器补偿模块。

19、第二方面，本发明的实施例提供一种面向扬声器阵列的多重滤波系统的实现装置，包括：

20、离线合并处理模块，用于在实时音频处理之前，将音频信号处理流程中的多个音效模块的滤波器进行离线合并，形成fir多重滤波网络。

21、第三方面，本发明的实施例提供一种设备，包括：收发机、存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如第一方面所述的面向扬声器阵列的多重滤波系统的实现方法的步骤。

22、第四方面，本发明的实施例提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现如第一方面所述的面向扬声器阵列的多重滤波系统的实现方法的步骤。

23、本发明的上述技术方案的有益效果是：

24、本发明实施例提供的面向扬声器阵列的多重滤波系统的实现方法及相关装置，在实时音频处理之前，将音频信号处理流程中的多个音效模块的滤波器进行离线合并，形成fir多重滤波网络。本发明通过将多个音效模块的滤波器进行离线卷积合并，将大部分计算量放在了离线处理流程中，从而可以大大降低实时处理的计算量。