音頻信號(hào)瞬態(tài)段檢測(cè)的MATLAB實(shí)現(xiàn)

張學(xué)敏　鐘菲

摘 要：音頻信號(hào)瞬態(tài)段檢測(cè)技術(shù)是數(shù)字音頻編碼的關(guān)鍵技術(shù)之一，它的優(yōu)劣直接影響后續(xù)編碼過(guò)程的復(fù)雜度及編碼質(zhì)量。針對(duì)平坦測(cè)量檢測(cè)方法中存在冗余檢測(cè)的不足之處，該文介紹了方差-平坦測(cè)量綜合瞬態(tài)段檢測(cè)方法，并對(duì)音頻樣本在MATLAB環(huán)境下進(jìn)行了仿真測(cè)試，結(jié)果證明，該算法提高了音頻信號(hào)瞬態(tài)段檢測(cè)的時(shí)間分辨率，減少瞬態(tài)段的冗余檢測(cè)，同時(shí)能檢測(cè)其發(fā)生的位置，為瞬態(tài)信號(hào)的處理提供判斷依據(jù)。

關(guān)鍵詞：方差 平坦測(cè)量 瞬態(tài)檢測(cè) MATLAB

中圖分類號(hào)：TN911 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2015）07（c）-0022-02

現(xiàn)有音頻編碼器是基于心理聲學(xué)模型、利用人耳的掩蔽效應(yīng)對(duì)原始音樂(lè)信號(hào)進(jìn)行壓縮，如果音頻編碼器的時(shí)頻變換塊太長(zhǎng)，會(huì)導(dǎo)致量化噪聲在整個(gè)塊中擴(kuò)散，人耳能明顯感知的噪聲的存在，即通常所說(shuō)的預(yù)回聲現(xiàn)象[2]。

解決預(yù)回聲問(wèn)題的方法以瞬態(tài)信號(hào)檢測(cè)為前提，主要有：比特池方法、長(zhǎng)短塊切換、混合濾波器組等。這些方法在算法復(fù)雜度，準(zhǔn)確度（漏檢和誤檢）上存在不足。該文提出的方差-平坦測(cè)量綜合檢測(cè)技術(shù)可以彌補(bǔ)現(xiàn)有瞬態(tài)檢測(cè)方法的不足，在一定程度上提高了音頻信號(hào)瞬態(tài)段檢測(cè)時(shí)間分辨率，具有檢測(cè)準(zhǔn)確度高、算法簡(jiǎn)單的優(yōu)點(diǎn)。

1 瞬態(tài)信號(hào)的特點(diǎn)

信號(hào)的瞬變現(xiàn)象和不規(guī)則結(jié)構(gòu)（如信號(hào)波形的躍變、間斷、快速振蕩等）常常攜帶著信號(hào)的大部分信息，包含這種瞬變現(xiàn)象和不規(guī)則結(jié)構(gòu)的信號(hào)，一般稱為瞬態(tài)信號(hào)[3]。根據(jù)時(shí)域-頻域的對(duì)偶性可知，時(shí)域較平坦的信號(hào)，頻譜則不平坦；時(shí)域不平坦的信號(hào)，頻譜則較平坦。例如正余弦信號(hào)在頻域呈尖鋒狀，而脈沖信號(hào)的頻譜在頻域卻是呈均勻分布的。因此，時(shí)域上越不平坦、頻域上越平坦的信號(hào)，就越接近于瞬態(tài)信號(hào)；相反，就越接近于平穩(wěn)信號(hào)。

2 方差-平坦測(cè)量綜合瞬態(tài)段檢測(cè)方法

造成多余檢測(cè)主要原因是當(dāng)整幀信號(hào)的樣本差波動(dòng)很大時(shí)會(huì)被誤檢測(cè)為瞬態(tài)信號(hào)。然而對(duì)于樣本差來(lái)說(shuō)，當(dāng)前幀的樣本差值相對(duì)來(lái)說(shuō)比較小，可以設(shè)置適當(dāng)閾值將多余檢測(cè)消除。

方差是對(duì)一組樣本數(shù)據(jù)平均值分散程度的度量。方差越大，單個(gè)樣本和其平均值之間差異越大；反之，單個(gè)樣本值就越接近平均值。

設(shè)表示當(dāng)前塊中的第個(gè)樣本值，是的絕對(duì)值，為當(dāng)前塊中的樣值總數(shù)，代表當(dāng)前塊中樣本的平均值。表達(dá)式為：

平坦測(cè)量算法中，重要的還是判決門限的確定上，門限值的大小直接影響著瞬態(tài)段信號(hào)檢測(cè)的準(zhǔn)確性。根據(jù)信號(hào)段中瞬態(tài)的強(qiáng)弱，平坦測(cè)量算法利用3 種門限來(lái)判斷信號(hào)段的瞬態(tài)性。此算法主要分時(shí)域平坦測(cè)量（）和頻域平坦測(cè)量（）兩部分。若信號(hào)的瞬態(tài)強(qiáng)度較大，當(dāng)時(shí)域平坦測(cè)量大于門限值時(shí)，判定此信號(hào)段為瞬態(tài)段，相反，判定此信號(hào)為穩(wěn)態(tài)段；當(dāng)頻域平坦測(cè)量小于門限值時(shí)，判定此信號(hào)段為瞬態(tài)段，相反，判定此信號(hào)段為穩(wěn)態(tài)段。若瞬態(tài)強(qiáng)度不較明顯，則根據(jù)和確定時(shí)頻綜合的判決指標(biāo)和門限值，比較和的大小來(lái)確定是否是瞬態(tài)信號(hào)。由于同一信號(hào)的和是往相反方向變化的，因此可定義為[2]：

其中為很小的正常數(shù)。越小信號(hào)越類似瞬態(tài)的；相反，則信號(hào)越類似平穩(wěn)的。基于方差-平坦測(cè)量的瞬態(tài)檢測(cè)算法原理框圖如圖1所示。

3 仿真測(cè)試結(jié)果

利用方差-平坦測(cè)量綜合方法對(duì)信號(hào)做瞬態(tài)檢測(cè)，并在MATLAB環(huán)境下以MATLAB自帶音頻信號(hào)smlsplas.wav做仿真測(cè)試，測(cè)試信號(hào)的時(shí)域波形見圖2。用平坦測(cè)量的方法做瞬態(tài)段檢測(cè)結(jié)果見圖3，用方差-平坦測(cè)量綜合的方法檢檢測(cè)結(jié)果見圖4。通過(guò)對(duì)比分析圖3和圖4易見，綜合方法彌補(bǔ)了平坦測(cè)量在瞬態(tài)檢測(cè)上的不足，有效減少了冗余檢測(cè)，并能檢測(cè)瞬態(tài)信號(hào)發(fā)生的位置。

4 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)上面的仿真結(jié)果可以得出，該文所提出的方差-平坦測(cè)量綜合檢測(cè)方法，與單獨(dú)用平坦測(cè)量檢測(cè)方法相比，在瞬態(tài)段上幾乎不產(chǎn)生多余檢測(cè)。由于音頻信號(hào)隨機(jī)性比較強(qiáng)，不同的音頻信號(hào)在特性上差別比較大。因此方差-平坦測(cè)量綜合檢測(cè)方法并不能保證對(duì)每一個(gè)音頻信號(hào)中瞬態(tài)段都能準(zhǔn)確檢測(cè)，這是它的不足之處。

參考文獻(xiàn)

[1] 楊振，鄒男，付進(jìn).Hilbert-Huang變換在瞬態(tài)信號(hào)檢測(cè)中的應(yīng)用[J].聲學(xué)技術(shù)，2015，34（2）：167-171.

[2] 周延獻(xiàn)，張濤，王贊.基于方差-平坦測(cè)度的音頻瞬態(tài)段檢測(cè)算法[J].電聲技術(shù)，2012，36（2）：64-66.

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