本發(fā)明涉及圖像信息處理技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種多分辨率音頻信號(hào)處理方法及裝置。

背景技術(shù)：

隨時(shí)信息技術(shù)的不斷發(fā)展，拍攝技術(shù)、攝影技術(shù)可以非常細(xì)致的捕捉到事物的細(xì)節(jié)，圖像視頻的內(nèi)容種類會(huì)日益爆炸式的增長(zhǎng)，其頻譜信息也會(huì)隨著擴(kuò)展，人們對(duì)圖像視頻的傳輸質(zhì)量和服務(wù)要求越來(lái)越高。線性非自適應(yīng)信息分層提取技術(shù)，如小波技術(shù)和樹(shù)型濾波器組已逐漸不能滿足人們對(duì)信息細(xì)節(jié)信息提取的要求。并且，在圖片視頻目標(biāo)檢測(cè)中，特征細(xì)節(jié)信息對(duì)分類的準(zhǔn)確度具有重要的影響。因此，我們需要一種分層更多，提取信息更有效且對(duì)信息損壞更小的信息分析提取方法。

在普遍技術(shù)中，信號(hào)的全局有效信息可以從一些帶寬較大的分量的中提取,如圖片視頻中人物背景的大體輪廓，醫(yī)學(xué)圖片中的器官形狀，局部細(xì)節(jié)信息可以將帶寬較大的分量信號(hào)繼續(xù)分解成窄帶信號(hào)進(jìn)行提取，這一過(guò)程直接影響著信號(hào)的質(zhì)量，如圖片視頻的清晰度，并且這一過(guò)程也是信號(hào)去噪很關(guān)鍵的步驟。

這種從全局層次到細(xì)節(jié)層次，層層迭代的信息提取技術(shù)廣泛應(yīng)用工程領(lǐng)域中，如可伸縮的圖像編碼，圖像的邊緣提取等，并且分層多分辨率信號(hào)分析技術(shù)提供了一種金字塔框架式的信號(hào)分析模式，為信號(hào)處理分析技術(shù)提供了一個(gè)強(qiáng)有力的工具。

現(xiàn)有技術(shù)中最常用的分層多分辨率信號(hào)分析技術(shù)是小波分析和樹(shù)型結(jié)構(gòu)的濾波器組。以音頻信號(hào)分離為例：信號(hào)分解過(guò)程中，分解的第一層和第二層占據(jù)信號(hào)的絕大部分能量，但是每一層次中，子信號(hào)的帶寬比較寬，背景音依舊會(huì)混雜在分解的信號(hào)中，這是因?yàn)樾〔ǚ治龊蜆?shù)型濾波器組是線性且非自適應(yīng)的，而信號(hào)的能量又主要落在一個(gè)較窄的頻帶中。因此，需要對(duì)信號(hào)進(jìn)行多層分解，但小波分析和樹(shù)型濾波器組是非理想的且分解的層次和能量存在一定的折中關(guān)系，即：分解的層數(shù)越多，子帶信號(hào)的帶寬越窄，但能量損失也會(huì)增多。并且，在小波分析和樹(shù)型結(jié)構(gòu)的濾波器組的設(shè)計(jì)中，計(jì)算操作是線性的和小波核的預(yù)先設(shè)定性導(dǎo)致無(wú)法對(duì)于一些非線性自適應(yīng)的信號(hào)進(jìn)行有效的處理分析。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

有鑒于此，本發(fā)明提供一種多分辨率音頻信號(hào)處理方法及裝置，用以解決現(xiàn)有技術(shù)對(duì)圖像信號(hào)處理過(guò)程中存在的分層多，對(duì)信息損壞大的問(wèn)題。

本發(fā)明通過(guò)以下技術(shù)手段解決上述問(wèn)題：

一方面，本發(fā)明提供一種多分辨率音頻信號(hào)處理方法，包括：

對(duì)子信號(hào)進(jìn)行離散傅里葉變換，得到第一級(jí)DFT序列；

在所述第一級(jí)DFT序列中插入零點(diǎn)，得到插入零點(diǎn)后的第一級(jí)序列；

對(duì)所述插入零點(diǎn)后的第一級(jí)序列進(jìn)行離散傅里葉反變換得到離散傅里葉反變換后的第一級(jí)序列；

對(duì)所述離散傅立葉反變換后的第一級(jí)序列進(jìn)行分解，得到多個(gè)第二級(jí)的本征模特函數(shù)；

對(duì)每個(gè)第二級(jí)的本征模特函數(shù)進(jìn)行離散傅立葉變換，得到第二級(jí)的本征模特函數(shù)的DFT序列；

對(duì)每個(gè)第二級(jí)的本征模特函數(shù)的DFT序列移除所述第二級(jí)的本征模特函數(shù)在零點(diǎn)插入處的系數(shù)，得到變短的第二級(jí)本征模特函數(shù)的DFT序列；

對(duì)每一個(gè)變短的第二級(jí)本征模特函數(shù)的DFT序列進(jìn)行離散傅立葉反變換，得到最終的第二級(jí)的本征模特函數(shù)。

進(jìn)一步的，所述插入零點(diǎn)后的第一級(jí)序列中元素個(gè)數(shù)是共軛對(duì)稱的。

進(jìn)一步的，所述對(duì)子信號(hào)進(jìn)行離散傅里葉變換之前還包括：將原始信號(hào)分解為多個(gè)子信號(hào)。

另一方面，本發(fā)明提供一種多分辨率音頻信號(hào)處理裝置，包括：

第一變換模塊，用于對(duì)分解后的子信號(hào)進(jìn)行離散傅立葉變換；

插入模塊，用于對(duì)離散傅立葉變換后的子信號(hào)插入零點(diǎn)；

第一反變換模塊，用于對(duì)插入零點(diǎn)的子信號(hào)進(jìn)行離散傅立葉反變換；

第一分解模塊，用于對(duì)離散傅立葉反變換的子信號(hào)進(jìn)行第二級(jí)分解；

第二變換模塊，用于對(duì)第二級(jí)分解后的子信號(hào)進(jìn)行離散傅立葉變換；

移除模塊，用于移除離散傅立葉變換后的第二級(jí)子信號(hào)在零點(diǎn)插入處的系數(shù)，得到變短的第二級(jí)子信號(hào)；

第二反變換模塊，用于對(duì)變短的第二級(jí)子信號(hào)進(jìn)行離散傅立葉反變換。

進(jìn)一步的，所述插入模塊，對(duì)離散傅立葉變換后的子信號(hào)插入零點(diǎn)后的序列中，插入零點(diǎn)后的序列中元素個(gè)數(shù)是共軛對(duì)稱的。

進(jìn)一步的，所述多分辨率音頻信號(hào)處理裝置，還包括：

第二分解模塊，用于將上級(jí)信號(hào)進(jìn)行分解。

相較于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明的多分辨率音頻信號(hào)處理方法及裝置具有如下有益效果：

1、可針對(duì)非線性進(jìn)行自適應(yīng)的信號(hào)處理分析，應(yīng)用范圍更廣。

2、無(wú)需事先設(shè)定小波核，不存在小波的最優(yōu)基搜索問(wèn)題，對(duì)于非穩(wěn)態(tài)信號(hào)具有穩(wěn)定的分析效果。

3、對(duì)于同等級(jí)的小波達(dá)到的效果，本方法分解次數(shù)少，能量損失少。

附圖說(shuō)明

下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步描述。

圖1是本發(fā)明實(shí)施例一提供的多分辨率音頻信號(hào)處理方法的流程圖；

圖2是本發(fā)明實(shí)施例一提供的多分辨率音頻信號(hào)處理方法的處理流程圖；

圖3是本發(fā)明實(shí)施例一采用的混合鳥(niǎo)聲和流水聲的輸入音頻信號(hào)分布圖；

圖4是通過(guò)本發(fā)明的多分辨率音頻信號(hào)處理方法對(duì)圖3中的輸入音頻信號(hào)進(jìn)行一次分解處理后的時(shí)域分析圖；

圖5是通過(guò)本發(fā)明的多分辨率音頻信號(hào)處理方法對(duì)圖3中的輸入音頻信號(hào)進(jìn)行一次分解處理后的各個(gè)頻帶能量分布圖；

圖6是通過(guò)本發(fā)明的多分辨率音頻信號(hào)處理方法對(duì)圖3中的輸入音頻信號(hào)進(jìn)行二次分解處理后的時(shí)域分析圖；

圖7是通過(guò)本發(fā)明的多分辨率音頻信號(hào)處理方法對(duì)圖3中的輸入音頻信號(hào)進(jìn)行二次分解處理后的各個(gè)頻帶能量分布圖；

圖8是通過(guò)現(xiàn)有小波分析對(duì)圖3中的輸入音頻信號(hào)處理后的時(shí)域分析圖；

圖9是通過(guò)現(xiàn)有小波分析對(duì)圖3中的輸入音頻信號(hào)處理后的各頻帶能量分布圖；

圖10是本發(fā)明實(shí)施例二提供的一種多分辨率音頻信號(hào)處理裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒(méi)有作出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

實(shí)施例一

以下將結(jié)合附圖1和附圖2對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明，本實(shí)施例提供一種多分辨率音頻信號(hào)處理方法，如圖1和圖2所示，該方法包括：

101、將原始信號(hào)分解為多個(gè)子信號(hào)。

102、對(duì)子信號(hào)本征模特函數(shù)進(jìn)行離散傅立葉變換(Discrete Fourier Transform，縮寫(xiě)為DFT)，得到第一級(jí)的DFT序列

其中，本征模特函數(shù)，全稱為Intrinsic Mode Function，簡(jiǎn)稱IMF，中n是上級(jí)IMF在頻率域的系數(shù)索引，ζ是第ζ個(gè)上級(jí)IMF，是用來(lái)進(jìn)行再分解的IMF。中n是上級(jí)IMF在頻率域的系數(shù)索引，ζ是第ζ個(gè)上級(jí)IMF。

103、在DFT序列中插入零點(diǎn)得到插入零點(diǎn)后的第一級(jí)序列

其中，插入零點(diǎn)后的元素個(gè)數(shù)是共軛對(duì)稱的，與插入的零點(diǎn)個(gè)數(shù)及零點(diǎn)插入的位置無(wú)關(guān)。中k’是第二級(jí)插入零點(diǎn)后的IMF在頻率域的系數(shù)索引，IS指inserted sequence，是插入零點(diǎn)后的DFT序列。

104、對(duì)插入零點(diǎn)后的序列進(jìn)行離散傅立葉反變換(縮寫(xiě)為IDFT)，得到離散傅立葉反變換后的第一級(jí)序列

其中，中IS指inserted sequence，是插入零點(diǎn)后的DFT序列，n’是離散傅立葉反變換后離散信號(hào)的信號(hào)長(zhǎng)度

105、對(duì)離散傅立葉反變換后的第一級(jí)序列進(jìn)行分解，得到第二級(jí)的本征模特函數(shù)其中，m₁＝0,1，2…M_1-1。M₁為第二級(jí)分解的總個(gè)數(shù)

本實(shí)施例進(jìn)行的分解指經(jīng)驗(yàn)?zāi)B(tài)分解方法(Empirical Mode Decomposition，簡(jiǎn)稱EMD)，該方法是依據(jù)數(shù)據(jù)自身的時(shí)間尺度特征來(lái)進(jìn)行信號(hào)分解，無(wú)須預(yù)先設(shè)定任何基函數(shù)。這一點(diǎn)與建立在先驗(yàn)性的諧波基函數(shù)和小波基函數(shù)上的傅里葉分解與小波分解方法具有本質(zhì)性的差別。正是由于這樣的特點(diǎn)，EMD方法在理論上可以應(yīng)用于任何類型的信號(hào)的分解，因而在處理非平穩(wěn)及非線性數(shù)據(jù)上，具有非常明顯的優(yōu)勢(shì)，適合于分析非線性、非平穩(wěn)信號(hào)序列，具有很高的信噪比。所以，EMD方法一經(jīng)提出就在不同的工程領(lǐng)域得到了迅速有效的應(yīng)用，例如用在海洋、大氣、天體觀測(cè)資料與地震記錄分析、機(jī)械故障診斷、密頻動(dòng)力系統(tǒng)的阻尼識(shí)別以及大型土木工程結(jié)構(gòu)的模態(tài)參數(shù)識(shí)別方面。該方法的關(guān)鍵是經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｊ椒纸猓苁箯?fù)雜信號(hào)分解為有限個(gè)本征模函數(shù)(Intrinsic Mode Function，簡(jiǎn)稱IMF)，所分解出來(lái)的各IMF分量包含了原信號(hào)的不同時(shí)間尺度的局部特征信號(hào)。經(jīng)驗(yàn)?zāi)B(tài)分解法能使非平穩(wěn)數(shù)據(jù)進(jìn)行平穩(wěn)化處理，然后進(jìn)行希爾伯特變換獲得時(shí)頻譜圖，得到有物理意義的頻率。與短時(shí)傅立葉變換、小波分解等方法相比，這種方法是直觀的、直接的、后驗(yàn)的和自適應(yīng)的，因?yàn)榛瘮?shù)是由數(shù)據(jù)本身所分解得到。由于分解是基于信號(hào)序列時(shí)間尺度的局部特性，因此具有自適應(yīng)性。

其中，中的m1是再分解后的下級(jí)IMF的總個(gè)數(shù)，n’是下級(jí)IMF(沒(méi)有去掉零點(diǎn))的信號(hào)長(zhǎng)度。

106、對(duì)每一個(gè)第二級(jí)的本征模特函數(shù)進(jìn)行離散傅立葉變換DFT，得到其DFT序列第二級(jí)本征模特函數(shù)其中，m₁＝0,1，2…M_1-1。M₁為第二級(jí)分解的總個(gè)數(shù)

其中，中m1是再分解后的下級(jí)IMF的總個(gè)數(shù)，k’是下級(jí)插入零點(diǎn)后的IMF在頻率域的系數(shù)索引。

107、對(duì)每一個(gè)第二級(jí)的本征模特函數(shù)的DFT序列，移除在零點(diǎn)插入處的系數(shù)，得到變短的第二級(jí)本征模特函數(shù)的DFT序列。

其中，中m1是再分解后的下級(jí)IMF的總個(gè)數(shù)，k是移除零點(diǎn)后的IMF在頻率域的系數(shù)索引。

108、對(duì)每一個(gè)變短的DFT序列進(jìn)行IDFT，得到最終的第二級(jí)的本征模特函數(shù)

其中，中m1是再分解后的下級(jí)IMF的總個(gè)數(shù)，n是傅立葉反變換后的IMF在頻率域的系數(shù)索引。

需要說(shuō)明的是，本實(shí)施例僅對(duì)原始信號(hào)進(jìn)行了一次處理，根據(jù)對(duì)信號(hào)處理精細(xì)度的要求，可多次對(duì)采用上述方案對(duì)原始信號(hào)進(jìn)行處理。

以圖3中混合鳥(niǎo)聲和流水聲的輸入音頻信號(hào)為例，若把背景流水聲視為噪聲的話，該信號(hào)的噪聲是非常明顯的。

圖4和圖5分別是通過(guò)本發(fā)明的多分辨率音頻信號(hào)處理方法對(duì)圖3中的輸入音頻信號(hào)進(jìn)行一次分解處理后的時(shí)域分析圖和各個(gè)頻帶能量分布圖。

圖6和圖7分別是通過(guò)本發(fā)明的多分辨率音頻信號(hào)處理方法對(duì)圖3中的輸入音頻信號(hào)進(jìn)行二次分解處理后的時(shí)域分析圖和各個(gè)頻帶能量分布圖。

圖8和圖9分別是通過(guò)小波分析處理后的時(shí)域分析圖和各頻帶能量分布圖。

很明顯，通過(guò)本發(fā)明的多分辨率音頻信號(hào)處理方法對(duì)輸入音頻信號(hào)進(jìn)行一次或多次處理后噪聲明顯下降，能量損失較小。而經(jīng)過(guò)現(xiàn)有小波分析處理后的去噪效果很差，能量損失很?chē)?yán)重。

本發(fā)明的多分辨率音頻信號(hào)處理方法提出一種新的非線性自適應(yīng)的信號(hào)處理算法，在保證檢驗(yàn)?zāi)Ｊ椒纸馑惴ㄊ諗康那疤嵯?，結(jié)合離散傅里葉變換，由于經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｊ椒纸馑惴ǖ目傻^(guò)濾性，使得分解出的分量與其下一層分量并無(wú)直接相關(guān)性，使得信號(hào)提取時(shí)，大部分頻譜能量處于不同的頻帶，當(dāng)達(dá)到與小波分析相同的帶寬時(shí)，所需要的分解層數(shù)變少，從而使得能量的損失降到最低。

相較于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明的多分辨率音頻信號(hào)處理方法具有如下有益效果：

1、可針對(duì)非線性進(jìn)行自適應(yīng)的信號(hào)處理分析，應(yīng)用范圍更廣。

2、無(wú)需事先設(shè)定小波核，不存在小波的最優(yōu)基搜索問(wèn)題，對(duì)于非穩(wěn)態(tài)信號(hào)具有穩(wěn)定的分析效果。

3、對(duì)于同等級(jí)的小波達(dá)到的效果，本方法分解次數(shù)少，能量損失少。

實(shí)施例二

在實(shí)施例一提供的多分辨率音頻信號(hào)處理方法的基礎(chǔ)上，本發(fā)明實(shí)施例二提供一種多分辨率音頻信號(hào)處理裝置，如圖10所示：該多分辨率音頻信號(hào)處理裝置包括：

第一變換模塊10，用于對(duì)分解后的子信號(hào)進(jìn)行離散傅立葉變換；

插入模塊11，用于對(duì)離散傅立葉變換后的子信號(hào)插入零點(diǎn)；

第一反變換模塊12，用于對(duì)插入零點(diǎn)的子信號(hào)進(jìn)行離散傅立葉反變換；

第一分解模塊13，用于對(duì)離散傅立葉反變換的子信號(hào)進(jìn)行第二級(jí)分解；

第二變換模塊14，用于對(duì)第二級(jí)分解后的子信號(hào)進(jìn)行離散傅立葉變換；

移除模塊15，用于移除離散傅立葉變換后的第二級(jí)子信號(hào)在零點(diǎn)插入處的系數(shù)，得到變短的第二級(jí)子信號(hào)。

第二反變換模塊16，用于對(duì)變短的第二級(jí)子信號(hào)進(jìn)行離散傅立葉反變換。

其中，所述插入模塊11，對(duì)離散傅立葉變換后的子信號(hào)插入零點(diǎn)后的序列中，插入零點(diǎn)后的序列個(gè)數(shù)是共軛對(duì)稱的。

進(jìn)一步的，所述多分辨率音頻信號(hào)處理裝置，還包括：

第二分解模塊17，用于將上級(jí)信號(hào)進(jìn)行分解。

本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可以理解實(shí)現(xiàn)上述實(shí)施例方法中的全部或部分流程，是可以通過(guò)計(jì)算機(jī)程序來(lái)指令相關(guān)的硬件來(lái)完成，所述的程序可存儲(chǔ)于一計(jì)算機(jī)可讀取存儲(chǔ)介質(zhì)中，該程序在執(zhí)行時(shí)，可包括如上述各方法的實(shí)施例的流程。其中，所述的存儲(chǔ)介質(zhì)可為磁碟、光盤(pán)、只讀存儲(chǔ)記憶體(Read-Only Memory，ROM)或隨機(jī)存儲(chǔ)記憶體(Random Access Memory，RAM)等。

以上所述是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤(rùn)飾，這些改進(jìn)和潤(rùn)飾也視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。