[發(fā)明專利]一種基于MDCT系數(shù)進行正弦頻率估計的方法

有效

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• 申請日: 2014-07-09
• 公開（公告）號: CN104111374B
• 公開（公告）日: 2017-01-04
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 頓玉潔;劉貴忠
• 申請（專利權(quán)）人: 西安交通大學(xué)
• 主分類號: G01R23/02
• 分類號: G01R23/02
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司61200
• 代理人: 陸萬壽

【技術(shù)領(lǐng)域】

本發(fā)明屬于信號處理與通信技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于MDCT系數(shù)進行正弦頻率估計的方法，其用于音頻信號處理與編解碼系統(tǒng)。

【背景技術(shù)】

正弦頻率估計是信號處理領(lǐng)域的一個非常重要的基本問題，它是許多依賴于信號頻率的相關(guān)應(yīng)用的基礎(chǔ)。目前典型的正弦頻率估計算法可以在時域通過自相關(guān)、線性預(yù)測等方式進行，也可以在變換域如DFT(離散傅里葉變換)域通過變換系數(shù)的內(nèi)插等來得到估算結(jié)果。具體使用哪種算法取決于整體系統(tǒng)的需求和系統(tǒng)本身的特征。在語音和音頻信號處理中，精確地獲取信號成分的頻率信息非常重要。但是對于以MDCT(改進離散余弦變換)為核心的高質(zhì)量語音音頻處理系統(tǒng)來說，典型的時域和變換域的方法都需要單獨進行頻率估計，無法與整體系統(tǒng)的變換處理框架相結(jié)合，提取頻率成分時的復(fù)雜度高。

考慮到MDCT本身也是一種時頻轉(zhuǎn)換的過程，如果能夠使用MDCT變換系數(shù)進行正弦頻率估計，就會避免額外的單獨估計過程，大大降低系統(tǒng)的復(fù)雜度。但是，MDCT變換系數(shù)對信號的相位信息相當敏感，即使是一個單頻的正弦信號，它的MDCT變換系數(shù)也會隨著各個分析幀的初始相位的不同而表現(xiàn)出巨大的差異。為了解決這個問題，有研究者推導(dǎo)出單頻正弦信號MDCT變換系數(shù)的解析表達式，闡釋了MDCT系數(shù)的特征及其與信號參數(shù)之間的關(guān)系。近年來，已經(jīng)出現(xiàn)了一些通過MDCT系數(shù)進行正弦頻率估計的算法。但是有些算法受制于MDCT變換時所使用的窗函數(shù)，有些算法受相位條件的影響性能極不穩(wěn)定。MDCT變換系數(shù)本身包含著相位信息，這種相位信息形成了對系數(shù)數(shù)值的調(diào)制效果，使系數(shù)呈現(xiàn)多樣性，在極端情況下會嚴重地影響使用這些系數(shù)進行頻率估計的結(jié)果。

【發(fā)明內(nèi)容】

本發(fā)明的目的在于針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供了一種基于MDCT系數(shù)進行正弦頻率估計的方法，該方法支持使用正弦窗和KBD(Kaiser-Bessel?Derived凱撒-貝塞爾導(dǎo)出)窗時的MDCT系數(shù)，采用特有的決策算法來確定進行頻率估計時所使用的MDCT系數(shù)組，有效地提高了頻率估計的精度和穩(wěn)定度。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下的技術(shù)方案：

一種基于MDCT系數(shù)進行正弦頻率估計的方法，包括以下步驟：

1)構(gòu)建兩個關(guān)于頻率偏移與系數(shù)比值關(guān)系的查找表R_α(ξ)和R_β(ξ)；

2)獲取正弦信號一個分析幀的MDCT系數(shù)，記做X(k)，其中，k＝0,1,…,N，N為MDCT分析的子帶數(shù)；

3)查找所述一個分析幀的MDCT系數(shù)X(k)絕對值的極大值及其所在的子帶位置，分別記做X_max,i和p_i，其中，i＝1,...,l,l為檢測到的極大值的個數(shù)；

4)根據(jù)所述每個極大值X_max,i所對應(yīng)MDCT系數(shù)X(p_i)，及其相鄰的MDCT系數(shù)值X(p_i-2)、X(p_i-1)、X(p_i+1)以及X(p_i+2)，使用決策算法得到對該極大值所對應(yīng)分量進行頻率估計的分支決策參數(shù)，其中，分支決策參數(shù)包括小系數(shù)跳轉(zhuǎn)因子a_i、正向比值I_0,i、反向比值I_1,i和小系數(shù)判定因子λ_i；

5)使用所述得到的分支決策參數(shù)a_i、I_0,i、I_1,i、λ_i以及MDCT變換所使用的窗函數(shù)類型，通過查表和內(nèi)插的方法估算每一個頻率分量的正弦頻率值。

本發(fā)明進一步改進在于，步驟1)中，構(gòu)建兩個關(guān)于頻率偏移與系數(shù)比值關(guān)系的查找表包括：

(1)設(shè)置頻率偏移的步長Δξ；

(2)根據(jù)所述頻率偏移的步長Δξ，計算系數(shù)比值R_α(ξ)|_ξ＝nΔξ和R_β(ξ)|_ξ＝nΔξ，其計算公式分別如下：

R_α(ξ)|_ξ＝nΔξ＝A_H(nΔξ-1)/A_H(nΔξ+1)????????????(1)

R_β(ξ)|_ξ＝nΔξ＝A_H(nΔξ-2)/A_H(nΔξ+2)??????????(2)