[发明专利]适用于定点实现的音频功率谱处理方法

说明书

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[0，1.4×10¹⁵)之间，由此可见，公式(1)不仅包含对数非线性函数的运算，而且采用一般的查表法进行定点运算需要的数据量巨大。通常，非线性函数在定点微处理器中的实现有以下三种方法：1.调用系统库函数法；2.查表法；3.混合法。

采用调用微处理系统库函数的方法很方便，运算的精度也很高，但是存在的一大缺点是运算量较大，很难在实时定点微处理器中得到应用。

采用查表法来代替非线性函数的运算，需要的运算量较小，可以运用在实时定点微处理器中，它一般通过适当降低运算精度来提高程序的运算速度。查表法存在的最大缺点就是如果输入信号的变化范围较大，要想实现所需的精度，就需要制作一张非常大的表格，导致所需要微处理器的存储量较大，如公式(1)中的energy[i]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∈[0.5，1)，g(x)＝10*log₁₀(x)；

步骤2、根据计算所需要的精度，将区间[0.5，1)均匀地分成m个连续的小区间[a₀，b₀)，[a₁，b₁)，...，[a_m-1，b_m-1)；

步骤3、将步骤2中各区间左侧的端点a_i(i＝0，1，...，m-1)对应的函数值作为该区间上所有点对应的函数值，并计算出该函数值的定点值；

步骤4、将该m个小区间所对应的定点值制作成表格Table；

步骤5、根据功率谱的输入信号energy[i]，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：