[發明專利]一種用于音頻信號的快速處理方法

有效

• 申請號: 202010015986.5
• 申請日: 2020-01-08
• 公開（公告）號: CN110807169B
• 公開（公告）日: 2020-04-03
• 發明（設計）人: 左罡;胡晨光
• 申請（專利權）人: 易兆微電子（杭州）有限公司
• 主分類號: G06F17/14
• 分類號: G06F17/14;G10L19/02
• 代理公司: 杭州橙知果專利代理事務所(特殊普通合伙) 33261
• 代理人: 賀龍萍

為了節省音頻處理運算量，本發明設計一種用于音頻信號的快速處理方法，其包含以下步驟：步驟1、按頻率抽取FFT/IFFT；步驟2、按頻域抽取FFT蝶形運算數據地址的變化規律：對于基4的DIF FFT，每級計算都是由四個數據為一組構成的N個輸入數據，進入蝶形運算得到個N個輸出數據。步驟3、獲取基4的DIF旋轉因子的變化規律：對于按頻率抽取的FFT算法，除最后一級外，其余各級蝶形單元的計算結果均需要與旋轉因子相乘，獲取基4的DIF FFT/IFFT輸出數據排序的規律。步驟4、執行混合基DIF FFT/IFFT；步驟5、實序列的FFT運算方案包括：用一個N?FFT同時計算兩個N點實序列FFT；用一個N?FFT計算一個2N點實序列的FFT。

技術領域

本發明主要是利用混合基FFT/IFFT原理來實現對音頻數據信號的快速運算處理。

背景技術

目前，對音頻數據信號的處理算法（比如降噪、回聲消除等）一般都是在頻域中實現。而在對音頻數據的數字信號處理上，時頻轉換都需要做FFT/IFFT運算。因為音頻處理算法是通過分幀實現的。每幀音頻數據均對應不同的采樣率，采樣點數一般為64/128/256點，所以音頻信號常用基2的方法實現64/128/256點FFT/IFFT。

已有技術的缺陷：基2 FFT/IFFT運算量大于基4 和混合基的FFT/IFFT；FFT/IFFT默認輸入都是復數，沒有利用音頻是實數信號的特點簡化FFT/IFFT的運算量；已有算法一般都是浮點的，運算開銷比定點大。

快速傅里葉變換（FFT）/傅里葉逆變換（IFFT）原理：時域信號通過傅里葉變換獲得頻域信號；頻域信號利用傅里葉逆變換得到時域信號。長度為N的數據序列x(n)的離散傅里葉變換X(k)可表示為：

（1-1）

相應地，由 X(k)通過離散傅里葉逆變換（IDFT）到 x(n)可表示為：

（1-2）

其中，為旋轉因子。快速傅里葉變換（FFT）的基本思想是把原始的N點序列，依次分解成一系列的短序列。充分利用DFT中旋轉因子的特性：對稱性、周期性和可約性，求出這些短序列的DFT并進行適當組合，達到去除重復計算、減少乘法運算和簡化結構的目的。可知IFFT的計算就是將輸入取共軛后做FFT運算，然后對結果除以IFFT點數N即可。

發明內容

為了解決以上缺陷，本發明設計一種用于音頻信號的快速處理方法，其包含以下步驟：

步驟1、按頻率抽取FFT/IFFT：設定所輸入音頻信號序列x(n)的長度為N=4^L，L為整數，按照對執行DFT的X(k)中k除以4余數的不同進行分解，其基4運算都是有一定規律的，每一級的運算皆由N/4個蝶形運算構成，每一個蝶形運算的基本迭代公式如式（1-1）所示。

（2-1）

在上式（2-1）中，m表示第m級蝶形運算，k為數據所在的行數，N為所要計算的數據的點數，為旋轉因子，令，，，，可得基 4 按頻率抽取的蝶形運算如圖 2 所示。

由式（2-1）可知，一次基 4 蝶形運算需要 3 次復數乘法和4次復數加/減法運算。綜上所述，由基 4 按頻率抽取算法計算N點FFT時需要log₄N=L級運算。圖2是個16點基四FFT流程圖。