[發明專利]均衡器設計方法及均衡器

有效

• 申請號: 201210483897.9
• 申請日: 2012-11-23
• 公開（公告）號: CN103841060B
• 公開（公告）日: 2017-07-11
• 發明（設計）人: 謝單輝;王彥;許云峰
• 申請（專利權）人: 聯芯科技有限公司
• 主分類號: H04L25/03
• 分類號: H04L25/03
• 代理公司: 上海思微知識產權代理事務所(普通合伙)31237
• 代理人: 石湘波

技術領域

本發明涉及信號處理技術領域，特別涉及一種均衡器設計方法及均衡器。

背景技術

均衡器是語音鏈路中必不可少的模塊，其被用來補償終端自身的頻響以通過3GPP規范或者是達到網絡（運營商）的要求。此外，均衡器還可調整音色以增強語音信號的清晰度和可懂度。為了盡可能減少語音信號的非線性失真，均衡器一般都需要具備線性相位特性（i.e.失真最小），穩定性（i.e.有限輸入有限輸出）以及廣泛適應性（i.e.低通、高通、帶通、帶阻等），因此，在語音鏈路中的均衡器通常采用Type I類型的FIR濾波器（在本申請中，均衡器和濾波器等價）。

請參考圖1，其為現有的均衡器設計方法的流程示意圖。如圖1所示，現有的均衡器設計方法主要包括如下幾個步驟：

1.獲取期望頻響。具體的，可通過測試儀器獲得終端設備的初始頻響曲線，以規范的上、下限作為參考，根據一些準則獲取均衡器的期望頻響；如果均衡器用于調整音色，則直接根據設計需求獲取均衡器的期望頻響。

2.獲取濾波器系數。具體的，按照一些FIR濾波器設計算法設計M階濾波器以逼近期望頻響，例如加窗截斷方法、頻率采樣方法等。

3.定點化濾波器系數。具體的，根據鏈路需求對濾波器系數進行定點化。根據濾波器設計代碼中的定點要求對濾波器系數進行定點化。

在終端設備中，設計M階的FIR濾波器通常采用橫斷型結構，具體請參見圖2，其為FIR濾波器的橫斷型結構示意圖。相應的，用數學公式（1）表示為：

其中，y[n]表示輸出信號，h[n]表示濾波器系數，x[n]表示輸入信號。濾波器系數h[n]和輸入信號x[n]的范圍一般都為[-1，1]（實際中16bit下為[-32767，32767]，為了表示簡單，在此采用歸一化的數[-1，1]）。

從式1中可以看出，輸出信號y[n]不僅依賴于濾波器系數h[m]，而且依賴于輸入信號x[n-m]。這就意味著均衡器可能會放大某些輸入信號，而對另外一些輸入信號則會衰減。

當h[m]和x[n-m]符號一致，或者為較大數值時，經過M次累加之后的和很容易使得y[n]超過[-1，1]，從而造成濾波器溢出。

對于這一問題，現有技術中通常的做法是在濾波器設計中直接上下削波，具體通過如下式（2）表示

其中，表示經過直接上下削波后的輸出信號。

當原始頻響曲線的特性較平坦時，所需要的均衡器也就比較平坦。因而均衡器的系數都不大，而且正負分配也比較平均，在正常語音情況下不容易出現溢出/削波，即使出現也是偶爾，也不太影響主觀音質和客觀測試。然而當原始頻響曲線較差時，所需要的均衡器也就比較極端，溢出/削波問題就明顯突出。

以設計低通濾波器為例，請參考圖3，其為使用Matlab窗函數截斷方法設計得到的30階低通濾波器的時域波形示意圖。如圖3所示，截止頻率從100Hz上升到3400Hz，采樣率為8000Hz。截止頻率越大，濾波器時域波形收縮越厲害，反之亦然。不難看出，當截止頻率越小時，濾波器系數都為較大的正數，這也就意味著經過濾波器處理后溢出/削波的可能性也就越大。從而使得主觀音質、客觀測試的惡化也變得極為嚴重。

因此，如何解決經過均衡器處理后，產生的溢出/削波問題，也就變得格外的迫切和重要了。

對于削波問題，目前存在一種非常簡單的方法：對公式1進行兩級放大

對h[n]乘以即可以保證輸出y[n]不出現溢出。但上式中不難看出，這種方法采用了多次放大，意味著濾波處理必然帶來過多的衰減，甚至對信號衰減過度，導致后續放大較為困難。

發明內容

本發明的目的在于提供一種均衡器設計方法及均衡器，利用語音信號的部分特性，以解決現有技術中均衡器容易導致輸出信號溢出/削波，惡化主觀音質/客觀測試的問題，也避免傳統方法的過度衰減問題。

為解決上述技術問題，本發明提供一種均衡器設計方法，包括：

獲取期望頻響；

根據期望頻響獲取濾波器系數；

根據濾波器系數獲取歸一化濾波器系數；

對歸一化濾波器系數進行壓縮處理。

可選的，在所述的均衡器設計方法中，所述對歸一化濾波器系數進行壓縮處理包括：對歸一化濾波器系數乘以壓縮系數f_a，

其中，c表示常數，且0.8≤c＜1；h[m]表示濾波器系數；M表示濾波器階數。