參數均衡器的自動參數優化方法
2023-05-01 10:43:51 1
專利名稱：參數均衡器的自動參數優化方法
技術領域：
本發明涉及一種參數均衡器，特別是涉及一種參數均衡器的自動參數優化方法。
背景技術：
目前的主流均衡器(EQ)可以大致分為兩類圖形均衡器和參數均衡器。總體來說，圖形均衡器比較直觀。它將整個音頻頻譜劃分為固定的若干個區域，每個區域可以由用戶獨立調節增益或衰減的大小。儘管圖形均衡器使用起來相對簡單，其局限性也非常明顯，主要表現在用戶被局限於預定好的頻率區域內，無法對頻率響應進行精確的控制。另外從其實現角度來看，圖形均衡器通常使用有限脈衝響應(FIR)濾波器，為了有良好的帶內平穩和帶外衰減表現，其單個濾波器參數個數通常很多，再加之較多的FIR濾波器使用個數(一個頻譜帶需用一個FIR濾波器，全部頻譜通常需要10到32個)，其對系統的計算性能和資源帶來非常巨大的壓力。 參數均衡器相對圖形均衡器來說，給用戶提供了對頻率響應的精確控制。其頻率響應的平滑性也非常好。從實現角度來說參數均衡器通常使用無限脈衝響應(IIR)濾波器，其單個濾波器的參數個數很少，整個頻譜使用的IIR濾波器個數也相對比較少(通常5到7個已經足夠)，所以對系統的計算性能和資源消耗非常小。由於參數均衡器的這些優點，其在專業的音頻處理領域得到了廣泛的應用。儘管參數均衡器較之圖形均衡器有很多的優點，其應用的一個難點在於用戶需要對其濾波器控制參數進行較複雜和繁瑣的調校，以達到理想的頻率響應輸出。這一難點制約了參數均衡器在普通用戶中的大量普及。在已經公開的技術中，例如，美國專利文獻US6405227公開了一種使用參數均衡器實現EQ的方法，但是該方法中的參數濾波器個數和中心頻率的位置均為固定，也無法調節。再例如，美國專利文獻US20040146170公開了一種用圖形均衡器實現參數均衡器的方法，但該方法使用DSP對每個圖形均衡器固定中心頻率進行增益衰減調節，但是代價非常高昂。又例如美國專利文獻US20060114979公開了手工調節參數均衡器的濾波器的控制參數的用戶界面和方法，但該方法中修改各個濾波器的控制參數(G，f0, Q)是需要用戶反覆修改和測試的部分，非常的繁瑣和難用。而另一美國專利文獻US20060153404公開了一種調節參數均衡器的方法。該方法只對參數均衡器的寬度進行調節，而對其他參數沒有調節。另外，該方法對誤差判斷僅僅限於單個濾波器的覆蓋頻段，容易限於局部優化而非整體濾波器組頻率響應最優。因而，如何提出一種參數均衡器的自動參數優化方法，以解決針對參數均衡器在具體應用過程中參數調整複雜繁瑣這一難題，實已成為本領域從業者亟待解決的問題。
發明內容
鑑於以上所述現有技術的缺點，本發明的目的在於提供一種參數均衡器的自動參數優化方法，進而實現一旦用戶設定好各個濾波器的初始控制參數後，系統將自動優化和修改濾波器控制參數，直到其頻率響應與用戶的預設EQ吻合的目的。為實現上述目的及其他相關目的，本發明提供一種參數均衡器的自動參數優化方法，用於在用戶預設EQ後進行優化作業，所述參數均衡器具有多個濾波器，其特徵在於，所述自動參數優化方法至少包括以下步驟1)讀取所述參數均衡器中一濾波器的控制參數；
2)設置其中一個控制參數的調整範圍及調整步長，以確定出該控制參數的最大調整次數；
3)計算所述調整範圍中各控制參數值的濾波器性能參數及其頻率響應；4)選擇一最優控制參數值，使其頻率響應值與所述預設EQ最接近；5)縮小該控制參數的調整範圍及調整步長；6)判斷是否已經達到該控制參數最大調整次數，若否，則返回步驟3)，若是，則進至下一步驟；7)判斷該濾波器的所有控制參數是否都已調整完畢，若否，則返回步驟2)讀取所述濾波器的另一控制參數，若是，則進至下一步驟；8)判斷所述參數均衡器中所有濾波器是否都已調整完畢，若否，則返回步驟I)讀取所述參數均衡器中下一濾波器，若是，則進至 下一步驟；9)生成各濾波器性能參數及頻率響應圖；以及10)依據所述頻率響應圖判斷各濾波器的頻率響應是否與所述預設EQ相吻合，若否，則返回步驟I)，若是，則優化結束。於本發明自動參數優化方法的步驟I)中，讀取所述參數均衡器中一濾波器的控制參數為增益G、中心頻率《K或者帶寬控制值Q。具體的，於所述步驟2)中，保持所述中心頻率f0及帶寬控制值Q不變，設置所述增益G的調整範圍及調整步長，以確定出所述增益G的最大調整次數；或者，於所述步驟2)中，保持所述增益G及帶寬控制值Q不變，設置所述中心頻率f0的調整範圍及調整步長，以確定出所述中心頻率f0的最大調整次數；或者，於所述步驟2)中，保持所述增益G及中心頻率f0不變，設置所述帶寬控制值Q的調整範圍及調整步長，以確定出所述帶寬控制值Q的最大調整次數。於一實施方式中，本發明自動參數優化方法的步驟10)中還包括一判斷是否與上次優化結果一致的步驟，若否，則返回步驟I)，若是，則優化結束。於另一實施方式中，本發明自動參數優化方法的步驟10)中還包括一判斷是否已達最大優化次數的步驟，若否，則返回步驟I)，若是，則優化結束。如上所述，本發明的參數均衡器的自動參數優化方法，具有以下有益效果其一、應用本發明的方法，用戶一旦設定好初始濾波器控制參數後即可讓系統自動尋找其各濾波器參數的最優值，這一過程完全自動，大大減輕了用戶反覆調整參數的繁瑣和負擔。其二、本發明的方法對用戶設置的初始濾波器控制參數不敏感，即使在用戶的初始參數值與理想的優化值存在較大差距情況下，通常仍然能夠找到全局優化值。其三、本發明的方法優化過程可控，不會出現優化停滯和鎖死的狀況。其四、本發明的方法優化過程可實時顯示，反映整個濾波器組的頻率響應與預設EQ之間的關係和接近過程，便於用戶的跟蹤比對。其五、本發明的方法可擴展性較好，可根據用戶的使用環境(機器性能高低)，增大和減小調整範圍，調整步長以及修改最大優化次數或者吻合度的閥值，以使得用戶在優化效果和優化時間之間取得平衡。
圖I顯示為本發明的參數均衡器的自動參數優化方法具體實施流程圖。圖2顯示為初始控制參數下的頻率響應與用戶預設EQ的吻合度示意圖。圖3顯示為優化後控制參數下的頻率響應與用戶預設EQ的吻合度示意圖。
具體實施例方式以下通過特定的具體實例說明本發明的實施方式，本領域技術人員可由本說明書所揭示的內容輕易地了解本發 明的其他優點與功效。本發明還可以通過另外不同的具體實施方式
加以實施或應用，本說明書中的各項細節也可以基於不同觀點與應用，在不背離本發明的精神下進行各種修飾或改變。本發明提供一種參數均衡器的自動參數優化方法，用以在用戶預設EQ後進行優化作業，換言之，一旦用戶設置好各濾波器的初始控制參數即可等待系統為其自動優化參數而無需手工反覆修改，所述參數均衡器具有多個濾波器。呈如圖2所示，顯示為初始控制參數下的頻率響應與用戶預設EQ的吻合度示意圖，圖中，曲線表示為初始控制參數下的頻率響應，圓點表示為用戶預設EQ。於本實施例中，例如為用戶已經設置了 N個IIR濾波器，每個濾波器的濾波器性能參數b和a(b, a為矢量)均由如下3個控制參數生成，即增益(Gain)G、中心頻率(CenterFrequency) f0、以及帶寬控制值Q,也就是說，即一旦所述控制參數增益G、中心頻率W、及帶寬控制值Q確定，那麼這個濾波器的濾波器性能參數b和a也就確定了。請參閱圖1，顯示為本發明的參數均衡器的自動參數優化方法具體實施流程圖。如圖所示，所述自動參數優化方法至少包括以下步驟首先執行步驟SI，讀取所述參數均衡器中一濾波器的控制參數，於本實施例中，所述控制參數為該濾波器的增益G、中心頻率《K及帶寬控制值Q。接著執行步驟S2。在步驟S2中，設置其中一個控制參數的調整範圍及調整步長，以確定出該控制參數的最大調整次數，於本實施例中，保持所述中心頻率f0及帶寬控制值Q不變，設置所述增益G的調整範圍及調整步長，以確定出所述增益G的最大調整次數，例如，第i個濾波器的當前值為G[i]，確定其優化調節範圍為GL和GH，使得GL < G[i] < GH ;我們可以將GL-GH這個範圍內的值M-I等分，那麼G[i]可以就有了 M個可能值，則M為最大調整次數。接著執行步驟S3，在步驟S3中，計算所述調整範圍中各控制參數值的濾波器性能參數及其頻率響應；於本實施例中，即計算各G[i]值情況下的濾波器性能參數及其頻率響應，於本實施例中，本發明使用了 3種IIR濾波器，即低通擱架濾波器(low shelf filter)，高通擱架濾波器(high shelf filter)和鐘形濾波器(peaking filter)。舉例來說,譬如鐘形濾波器peaking filter，其性能參數b的矢量長度為3，性能參數a的矢量長度也為3，分別記為b0，bl，b2和a0，al，a2.那麼它們從控制參數增益G、中心頻率f0、及帶寬控制值Q計算如下首先計算3個中間值A = sqrt (10' (G/20)) ;w0 = 2*pi*f0/fs ;alpha = sin (w0) / (2*Q);其中，fs 為米
樣頻率。然後計算濾波器性能參數b和a :
bO = l+alpha*Abl = _2*cos(w0)b2 = l_alpha*A
aO = 1+alpha/Aal = _2*cos (wO)a2 = 1-alpha/A接著執行步驟S4，在步驟S4中，選擇一最優控制參數值，使其頻率響應值與所述預設EQ最接近；於本實施例中，選擇最優的G [i]值，使得其頻率響應值與所述預設EQ最接近，具體地，將每一個頻率響應值與用戶預設的EQ進行吻合度檢查(可通過一定的計算公式來判定吻合度，譬如帶權重的均方誤差和等等)，將吻合度最高的那個G值設為新的G[i]。接著執行步驟S5，在步驟S5中，縮小所述控制參數的調整範圍及調整步長；於本實施例中，縮小G [i]的調整範圍及調整步長，即將GL和GH縮小到新的G值附近，然後依然將GL-GH這個新範圍內的值再次M-I等分，這樣就將G值的調整範圍和調整步長同時縮小了。接著執行步驟S6，在步驟S6中，判斷是否已經達到該控制參數最大調整次數，若否，則返回步驟3)，若是，則進至步驟S7;在步驟S7中，判斷該濾波器的所有控制參數是否都已調整完畢，若否，則返回步驟2)讀取所述濾波器的另一控制參數，若是，則進至步驟S8 ;若返回步驟2)讀取的所述濾波器的另一控制參數為中心頻率f0，則保持所述增益G及帶寬控制值Q不變，設置所述中心頻率f0的調整範圍及調整步長，以確定出所述中心頻率f0的最大調整次數。同理，若返回步驟2)讀取的所述濾波器的另一控制參數為帶寬控制值Q，則保持所述增益G及中心頻率f0不變，設置所述帶寬控制值Q的調整範圍及調整步長，以確定出所述帶寬控制值Q的最大調整次數。換言之，在本實施例中，第i個濾波器的控制參數G就調整完畢了，然後就可以對該濾波器的另一個中心頻率f0或者帶寬控制值Q的優化。限於篇幅，這裡就不再贅述，大致的過程與增益G的優化類似。在步驟S8中，判斷所述參數均衡器中所有濾波器是否都已調整完畢，若否，則返回步驟I)讀取所述參數均衡器中下一濾波器，若是，則進至步驟S9。在步驟S9中，生成各濾波器性能參數(即b，a)及頻率響應圖。在步驟SlO中，依據所述頻率響應圖判斷各濾波器的頻率響應是否與所述預設EQ相吻合，若否，則返回步驟I)，若是，則優化結束。於本實施例中，本步驟還包括一判斷是否與上次優化結果一致的步驟S101，若否，則返回步驟I)，若是，則優化結束。於其他的實施方式中，所述步驟SlO中還可以包括一判斷是否已達最大優化次數的步驟S101，若否，則返回步驟I)，若是，則優化結束。需要說明的是，當一輪優化結束後，系統將自動生成各個濾波器組的濾波器性能參數b和a，然後再生成綜合濾波器性能參數bg和ag以及整個濾波器組的頻率響應。這個頻率響應將和用戶的預設EQ進行比對，如果吻合的話，那麼整個優化工作結束，否則將進行下一輪優化。呈如圖3所示，顯示為優化後控制參數下的頻率響應與用戶預設EQ的吻合度示意圖，圖中，曲線表示為優化後控制參數下的頻率響應，圓點表示為用戶預設EQ。
綜上所述，在本發明的參數均衡器的自動參數優化方法中，用戶一旦設定好初始濾波器控制參數後即可讓系統自動尋找其各濾波器參數的最優值，這一過程完全自動，大大減輕了用戶反覆調整參數的繁瑣和負擔；而且，本發明的方法對用戶設置的初始濾波器控制參數不敏感，即使在用戶的初始參數值與理想的優化值存在較大差距情況下，通常仍然能夠找到全局優化值；再者，本發明的方法優化過程可控，不會出現優化停滯和鎖死的狀況，且其優化過程可實時顯示，反映整個濾波器組的頻率響應與預設EQ之間的關係和接近過程，便於用戶的跟蹤比對。另外，本發明的方法可擴展性較好，可根據用戶的使用環境(機器性能高低)，增大和減小調整範圍，調整步長以及修改最大優化次數或者吻合度的閥值，以使得用戶在優化效果和優化時間之間取得平衡。所以，本發明有效克服了現有技術中的種種缺點而具高度產業利用價值。上述實施例僅例示性說明本發明的原理及其功效，而非用於限制本發明。任何熟悉此技術的人士皆可在不違背本發明的精神及範疇下，對上述實施例進行修飾或改變。因此，舉凡所屬技術領域中具有通常知識者在未脫離本發明所揭示的精神與技術思想下所完 成的一切等效修飾或改變，仍應由本發明的權利要求所涵蓋。
權利要求
1.一種參數均衡器的自動參數優化方法，用於在用戶預設EQ後進行優化作業，所述參數均衡器具有多個濾波器，其特徵在於，所述自動參數優化方法至少包括以下步驟 1)讀取所述參數均衡器中一濾波器的控制參數； 2)設置其中一個控制參數的調整範圍及調整步長，以確定出該控制參數的最大調整次數； 3)計算所述調整範圍中各控制參數值的濾波器性能參數及其頻率響應； 4)選擇一最優控制參數值，使其頻率響應值與所述預設EQ最接近； 5)縮小該控制參數的調整範圍及調整步長； 6)判斷是否已經達到該控制參數最大調整次數，若否，則返回步驟3)，若是，則進至下一步驟； 7)判斷該濾波器的所有控制參數是否都已調整完畢，若否，則返回步驟2)讀取所述濾波器的另一控制參數，若是，則進至下一步驟； 8)判斷所述參數均衡器中所有濾波器是否都已調整完畢，若否，則返回步驟I)讀取所述參數均衡器中下一濾波器，若是，則進至下一步驟； 9)生成各濾波器性能參數及頻率響應圖；以及 10)依據所述頻率響應圖判斷各濾波器的頻率響應是否與所述預設EQ相吻合，若否，則返回步驟I)，若是，則優化結束。
2.根據權利要求I所述的參數均衡器的自動參數優化方法，其特徵在于于所述步驟1)中，讀取所述參數均衡器中一濾波器的控制參數為增益G、中心頻率f0、及帶寬控制值Q。
3.根據權利要求2所述的參數均衡器的自動參數優化方法，其特徵在于于所述步驟2)中，保持所述中心頻率f0及帶寬控制值Q不變，設置所述增益G的調整範圍及調整步長，以確定出所述增益G的最大調整次數。
4.根據權利要求2所述的參數均衡器的自動參數優化方法，其特徵在于于所述步驟2)中，保持所述增益G及帶寬控制值Q不變，設置所述中心頻率f0的調整範圍及調整步長，以確定出所述中心頻率f0的最大調整次數。
5.根據權利要求2所述的參數均衡器的自動參數優化方法，其特徵在于于所述步驟2)中，保持所述增益G及中心頻率f0不變，設置所述帶寬控制值Q的調整範圍及調整步長，以確定出所述帶寬控制值Q的最大調整次數。
6.根據權利要求I所述的參數均衡器的自動參數優化方法，其特徵在於所述步驟10)中還包括一判斷是否與上次優化結果一致的步驟，若否，則返回步驟I)，若是，則優化結束。
7.根據權利要求I所述的參數均衡器的自動參數優化方法，其特徵在於所述步驟10)中還包括一判斷是否已達最大優化次數的步驟，若否，則返回步驟I)，若是，則優化結束。
全文摘要
本發明提供一種參數均衡器的自動參數優化方法，是在用戶設定好各個濾波器的初始控制參數後，系統將依次自動優化和修改各濾波器的各控制參數，在所述參數均衡器中所有濾波器是否都已調整完畢後，生成各濾波器性能參數及頻率響應圖，再依據所述頻率響應圖判斷各濾波器的頻率響應是否與所述預設EQ相吻合，若否，則返回第一個濾波器重新開始優化作業，若各濾波器的頻率響應是否與所述預設EQ相吻合，則優化結束，所述的方法大大減輕了用戶反覆調整參數的繁瑣和負擔，而且，本發明的方法可擴展性較好，可根據用戶的使用環境增大和減小調整範圍，調整步長以及修改最大優化次數或者吻合度的閥值，以使得用戶在優化效果和優化時間之間取得平衡。
文檔編號H03H11/04GK102957399SQ20111024785
公開日2013年3月6日 申請日期2011年8月24日 優先權日2011年8月24日
發明者趙穎 申請人:上海山景集成電路技術有限公司