信号处理方法、装置、设备及存储介质与流程

1.本技术涉及信号处理领域，尤其涉及信号处理方法、装置、设备及存储介质。


背景技术：

2.激励器，是一种谐波发生器，基于人的心理声学特性，通过给声音增加成分等多种方法，实现对声音信号的修饰和美化，从而改善声音的音质和音色，提高声音的穿透力，增加声音的空间感。
3.激励器的基本原理为：将音频信号中的频段选频后送入谐波发生器，制造出高频率的高频谐波，然后加入到原音频信号中，从而增强原音频信号中调频区域的谐波分量，改善泛音的结构。激励器产生的谐波信号越丰富，其产生的效果越好。因此，如何产生丰富的谐波信号，成为了亟需解决的技术问题。


技术实现要素：

4.本技术提供信号处理方法、装置、设备及存储介质，以产生丰富的谐波信号。
5.第一方面，提供一种信号处理方法，包括：
6.获取目标信号对应的延时信号和带通信号，所述延时信号为对所述目标信号进行延时处理得到，所述带通信号为对所述目标信号进行带通滤波得到；
7.根据所述带通信号的信号幅值，对所述带通信号进行增益调节，以得到第一调节信号，其中，正负不同的信号幅值对应不同信号增益；
8.对所述第一调节信号进行非线性处理，以得到所述目标信号对应的谐波信号；
9.根据所述延时信号和所述谐波信号，确定所述目标信号对应的谐波激励信号。
10.在该技术方案中，在获取到目标信号对应的延时信号和带通信号之后，先根据带通信号的信号幅值，对带通信号进行增益调节得到第一调节信号，再对第一调节信号进行非线性处理，以得到目标信号对应的谐波信号，最后根据目标信号对应的延时信号和目标信号对应的谐波信号，确定目标信号对应的谐波激励信号；由于正负不同的信号幅值对应不同的信号增益，可使得增益调节得到的第一调节信号在经过非线性处理后，由奇对称的信号变成非奇非偶信号，从而使得谐波信号包括奇次谐波和偶次谐波，进而使得基于谐波信号确定的谐波激励信号能够包含丰富的谐波信号。
11.结合第一方面，在一种可能的实现方式中，所述根据所述带通信号的信号幅值，对所述带通信号进行增益调节，以得到第一调节信号，包括：如果所述带通信号的信号幅值大于零，则采用第一信号增益对所述带通信号进行增益调节，以得到所述第一调节信号；如果所述带通信号的信号幅值不大于零，则采用第二信号增益对所述带通信号进行增益调节，以得到所述第一调节信号；其中，所述第二信号增益不同于所述第一信号增益。根据带通信号的信号幅值对带通信号进行不同程度的增益调节，能够使得经过非线性处理后的谐波分量有不同的强度，丰富信号频谱。
12.结合第一方面，在一种可能的实现方式中，所述对所述第一调节信号进行非线性
处理，以得到所述目标信号对应的谐波信号，包括：将所述第一调节信号与目标对称函数进行卷积，以得到所述目标信号对应的谐波信号，所述目标对称函数为关于原点对称的中心对称非线性函数。通过关于原点对称的中心对称非线性函数来对第一调节信号进行处理，能够产生奇次谐波和偶次谐波。
13.结合第一方面，在一种可能的实现方式中，所述根据所述延时信号和所述谐波信号，确定所述目标信号对应的谐波激励信号，包括：对所述谐波信号进行高通滤波，以得到所述目标信号对应的高频谐波信号；对所述延时信号和所述高频谐波信号进行信号混合，以得到所述目标信号对应的谐波激励信号。
14.结合第一方面，在一种可能的实现方式中，所述获取目标信号对应的带通信号，包括：将所述目标信号与带通滤波器对应的滤波函数进行卷积，以得到所述目标信号对应的带通信号。通过将信号与带通滤波器对应的滤波函数进行卷积的方式来得到目标信号对应的带通信号，实现方式简单。
15.结合第一方面，在一种可能的实现方式中，所述对所述延时信号和所述高频谐波信号进行信号混合，以得到所述目标信号对应的谐波激励信号之前，还包括：对所述高频谐波信号进行增益调节。通过对高频谐波信号增益调节，能够使得调节得到的高频谐波信号满足幅值要求，进而使得谐波激励信号满足幅值要求。
16.结合第一方面，在一种可能的实现方式中，所述对所述延时信号和所述高频谐波信号进行信号混合，以得到所述目标信号对应的谐波激励信号之前，还包括：对所述延时信号进行增益调节。通过对延时信号进行增益调节，能够使得延时信号满足幅值要求，进而使得谐波激励信号满足幅值要求。
17.第二方面，提供一种信号处理装置，包括：
18.获取模块，用于获取目标信号对应的延时信号和带通信号，所述延时信号为对所述目标信号进行延时处理得到，所述带通信号为对所述目标信号进行带通滤波得到；
19.增益调节模块，用于根据所述带通信号的信号幅值，对所述带通信号进行增益调节，以得到第一调节信号，其中，不同信号幅值对应不同信号增益；
20.非线性处理模块，用于对所述第一调节信号进行非线性处理，以得到所述目标信号对应的谐波信号；
21.信号确定模块，用于根据所述延时信号和所述谐波信号，确定所述目标信号对应的谐波激励信号。
22.第三方面，提供一种计算机设备，包括存储器以及一个或多个处理器，所述存储器连接至所述一个或多个处理器，一个或多个处理器用于执行存储在存储器中的一个或多个计算机程序，一个或多个处理器在执行一个或多个计算机程序时，使得该音频设备实现上述第一方面的信号处理方法。
23.第四方面，提供一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质存储有计算机程序，计算机程序包括程序指令，上述程序指令当被处理器执行时使上述处理器执行上述第一方面的信号处理方法。
24.本技术可以实现如下技术效果：由于正负不同的信号幅值对应不同的信号增益，可使得增益调节得到的第一调节信号在经过非线性处理后，由奇对称的信号变成非奇非偶信号，从而使得谐波信号包括奇次谐波和偶次谐波，进而使得基于谐波信号确定的谐波激
励信号能够包含丰富的谐波信号。
附图说明
25.图1为本技术实施例提供的一种信号处理方法的流程示意图；
26.图2为本技术实施例提供的另一种信号处理方法的流程示意图；
27.图3a和图3b为本技术实施例提供的信号处理前后效果示意图；
28.图4是本技术实施例提供的一种信号处理装置的结构示意图；
29.图5是本技术实施例提供的一种计算机设备的结构示意图。
具体实施方式
30.下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行描述。
31.本技术的技术方案可适用于信号处理场景，具体可适用于音频信号处理场景。本技术的技术方案可用于在音频信号处理场景中产生丰富可调的谐波信号，以改善音频信号的质量。
32.其中，本技术的技术方案可应用于具有信号处理功能的音频设备上，该音频设备包括但不限于为音响设备、录音设备，等等。
33.本技术的技术原理总体如下：基于非线性函数的输入与输出不为线性关系这一特点，在获取到需要产生激励的带通信号之后，先根据带通信号的信号幅值，对带通信号进行增益调节，以改变带通信号的信号幅值；然后对增益调节得到的带通信号进行非线性处理，得到非奇非偶信号，产生新的频率分量，新的频率分量既包括奇次分量，也包括偶次分量；最后根据变换得到的非奇非偶信号与原始信号对应的延时信号，确定谐波激励信号，这样能使得谐波激励信号同时包含奇次谐波和偶次谐波，即使得谐波激励信号能包含丰富的谐波信号。
34.以下具体介绍本技术的技术方案。
35.参见图1，图1为本技术实施例提供的一种信号处理方法的流程示意图，该方法可以应用在前述提到的音频设备上，如图1所示，该方法包括如下步骤：
36.s101，获取目标信号对应的延时信号和带通信号。
37.其中，目标信号为待处理的信号；目标信号可以为音频输入信号或者由音频输入信号选频得到。目标信号可以为信号频率单一的信号。
38.其中，目标信号对应的延时信号为对目标信号进行延时处理得到。具体地，可以将目标信号输入至延时器，得到目标信号对应的延时信号。假设目标信号为x(n)，则目标信号对应的延时信号为x(n-d)，d为延时时间。目标信号对应的延时信号保留了目标信号的频率特性。
39.目标信号对应的带通信号为对目标信号进行带通滤波得到；对目标信号进行带通滤波，可得到需产生激励的中频信号，中频信号的信号频率大于第一截止频率且小于第二截止频率。第一截止频率和第二截止频率为带通滤波器的两个截止频率，第二截止频率大于第一截止频率。具体地，可以将目标信号与带通滤波器对应的滤波函数进行卷积，以得到目标信号对应的带通信号，即x
bp
(n)＝x(n)*h
bp
(z)，其中，x
bp
(n)为目标信号对应的带通信号，h
bp
(z)为带通滤波器对应的滤波函数。通过将信号与带通滤波器对应的滤波函数进行卷
积的方式来得到目标信号对应的带通信号，实现方式简单。
40.在一些可能的情况中，带通滤波器可以为中心频率可调的带通滤波器，通过对带通滤波器的中心频率进行调整，可得到不同中心频率的带通信号，有助于后续得到可调的谐波信号。
41.s102，根据目标信号对应的带通信号的信号幅值，对目标信号对应的带通信号进行增益调节，以得到第一调节信号。
42.其中，正负不同的信号幅值对应不同信号增益。
43.具体地，如果目标信号对应的带通信号的信号幅值大于零，则采用第一信号增益对目标信号对应的带通信号进行增益调节，以得到第一调节信号；如果目标信号对应的带通信号的信号幅值不大于零，则采用第二信号增益对目标信号对应的带通信号进行增益调节，以得到第一调节信号；其中，第二信号增益与第一信号增益不同。
44.具体实现中，可以将目标信号对应的带通信号输入至增益调节模块，得到第一调节信号。增益调节模块包括判断单元和两个增益调节器，判断单元用于判断带通信号的信号幅值，并根据判断结果将带通信号输入至不同的增益调节器；增益调节器为乘法器，用于将带通信号与对应的信号增益相乘，得到第一调节信号。增益调节模块对信号的处理过程可以表示为：
[0045][0046]
其中，g1和g2分别为第一信号增益和第二信号增益，gx
bp
(n)为第一调节信号。由于失真是一种非线性效应，输入信号的振幅会改变失真效应的结果。对于失真效应特性曲线来说，输入信号的增益越高，经过失真效应特性曲线后产生的失真越多。因此，根据带通信号的信号幅值对带通信号进行不同程度的增益调节，可以使得经过非线性处理后的信号具有不同程度的失真，能够丰富信号频谱。
[0047]
s103，对第一调节信号进行非线性处理，以得到目标信号对应的谐波信号。
[0048]
这里，对第一调节信号进行非线性处理，以得到目标信号对应的谐波信号，是指基于失真效应，对第一调节信号进行处理，使得第一调节信号产生谐波，从而得到目标信号对应的谐波信号。
[0049]
具体地，可以将第一调节信号与目标对称函数进行卷积，以得到目标信号对应的谐波信号，其中，目标对称函数为关于原点对称的中心对称非线性函数；即x
har
(n)＝gx
bp
(n)*hf(z)，其中，x
har
(n)为目标信号对应的谐波信号，hf(z)为关于原点对称的中心对称非线性函数。由于对称和非对称的特征曲线在频域中会产生不同的效应，这是导致声音显著差异的原因。函数的非线性越强，产生的谐波的相对振幅就越大。当存在多个输入频率时，经过非线性函数后，每个频率都将产生自己的谐波。奇对称畸变函数只产生奇次谐波，偶对称畸变函数只产生偶次谐波。因此，通过关于原点对称的中心对称非线性函数来对第一调节信号进行处理，能够产生奇次谐波和偶次谐波。
[0050]
在一种具体实施方式中，目标对称函数可以为与指数函数相关的函数，指数函数可为以自然常数e为底的指数函数，即h(x)＝f(e
x
)，其中f(.)为关于以自然常数e为底的指数函数的函数。目标对称函数的z变换为hf(z)。通过基于以e为底的指数函数的相关函数来作为目标对称函数，能够尽可能小幅度地改变第一调节信号。
[0051]
s104，根据目标信号对应的延时信号和目标信号对应的谐波信号，确定目标信号对应的谐波激励信号。
[0052]
具体地，可以通过如下步骤a1-a2确定目标信号对应的谐波激励信号：
[0053]
a1、对目标信号对应的谐波信号进行高通滤波，以得到目标信号对应的高频谐波信号。
[0054]
其中，对目标信号对应的谐波信号进行高通滤波，是指将目标信号通过截止频率为第三截止频率的滤波器，以截除目标信号中信号频率小于该第三截止频率的信号，保留目标信号中截止频率大于或等于该第三截止频率的信号，作为高频谐波信号。高通滤波器的中心频率可以设置为f
hc
。具体地，可以将目标信号与高通滤波器对应的高通滤波函数进行卷积，以得到目标信号对应的高频谐波信号，即x
hp
(n)＝x
har
(n)*h
hp
(z)，其中，x
hp
(n)为目标信号对应的高频谐波信号，h
hp
(z)为高通滤波器对应的滤波函数。通过将信号与高通滤波器对应的滤波函数进行卷积的方式来得到目标信号对应的高频谐波信号，实现方式简单。
[0055]
a2、对目标信号对应的延时信号和目标信号对应的高频谐波信号进行信号混合，以得到目标信号对应的谐波激励信号。
[0056]
这里，对目标信号对应的延时信号和目标信号对应的高频谐波信号进行信号混合，以得到目标信号对应的谐波激励信号，是指将目标信号对应的延时信号与目标信号对应的高频谐波信号通过信号相加的方式，得到目标信号对应的谐波激励信号；即y(n)＝x(n-d) x
hp
(n)，其中，y(n)为目标信号对应的谐波激励信号。
[0057]
在图1对应的技术方案中，在获取到目标信号对应的延时信号和带通信号之后，先根据带通信号的信号幅值，对带通信号进行增益调节得到第一调节信号，再对第一调节信号进行非线性处理，以得到目标信号对应的谐波信号，最后根据目标信号对应的延时信号和目标信号对应的谐波信号，确定目标信号对应的谐波激励信号；由于正负不同的信号幅值对应不同的信号增益，可使得增益调节得到的第一调节信号在经过非线性处理后，由奇对称的信号变成非奇非偶信号，从而使得谐波信号包括奇次谐波和偶次谐波，进而使得基于谐波信号确定的谐波激励信号能够包含丰富的谐波信号。
[0058]
参见图2，图2为本技术实施例提供的一种信号处理方法的流程示意图，该方法可以应用在前述提到的目标设备或者其他设备上，如图2所示，该方法包括如下步骤：
[0059]
s201，获取目标信号对应的延时信号和带通信号。
[0060]
s202，根据目标信号对应的带通信号的信号幅值，对目标信号对应的带通信号进行增益调节，以得到第一调节信号。
[0061]
s203，对第一调节信号进行非线性处理，以得到目标信号对应的谐波信号。
[0062]
这里，步骤s201～s203的具体实现方式，可参考前述步骤s101～s103的描述，此处不再赘述。
[0063]
s204，对目标信号对应的谐波信号进行高通滤波，以得到目标信号对应的高频谐波信号。
[0064]
这里，步骤s204的具体实现方式，可参考前述步骤a1的描述，此处不再赘述。
[0065]
s205，对目标信号对应的高频谐波信号进行增益调节，以得到第二调节信号，并对目标信号对应的延时信号进行增益调节，以得到第三调节信号。
[0066]
具体地，可将目标信号对应的高频谐波信号输入至第一增益调节器，以得到第二
调节信号，第一增益调节器中的信号增益为α，第二调节信号为αx
hp
(n)；可以将目标对应的延时信号输入至第二增益调节器，以得到第三调节信号，第三增益调节器中的信号为β，第三调节信号βx(n-d)。其中，第一增益调节器和第二增益调节器均为乘法器。
[0067]
s206，对第二调节信号和第三调节信号进行信号混合，以得到目标信号对应的谐波激励信号。
[0068]
这里，对第二调节信号和第三调节信号进行信号混合，以得到目标信号对应的谐波激励信号，是指将第二调节信号与第三调节信号通过信号相加的方式，得到目标信号对应的谐波激励信号；即y(n)＝βx(n-d) αx
hp
(n)。
[0069]
在上述图2对应的技术方案中，在得到目标信号对应的延时信号和目标信号对应的高频谐波信号后，通过分别对延时信号和高频谐波信号进行增益调节，得到延时信号和高频谐波信号各自对应的调节信号，实现了对延时信号和高频谐波信号的幅值调整；然后将延时信号和高频谐波信号各自对应的调节信号进行信号混合，能够使得目标信号对应的谐波激励信号符合幅值要求。
[0070]
示例性地，可参见图3a-图3b，图3a和图3b示出了采用本技术的技术方案进行信号处理前后的信号示意图。图3a为采样频率为48khz，信号频率为1khz的正弦波信号的信号示意图。通过本技术的技术方案对图3a的信号进行处理后，得到了图3b所示的谐波激励信号的信号示意图。由图3b可知，在经过本技术的技术方案诱导正弦波信号产生高频失真后，产生了奇次谐波信号和偶次谐波信号，信号的频率变得更加丰富，能够使得处理后的信号更加明亮清晰，提升了信号的穿透力。
[0071]
上述介绍了本技术的方法，下面介绍本技术的装置。
[0072]
参见图4，图4是本技术实施例提供的一种信号处理装置的结构示意图，该信号处理装置可以为前述提到的目标设备或其他设备。如图4所示，该信号处理装置30包括：
[0073]
获取模块301，用于获取目标信号对应的延时信号和带通信号，所述延时信号为对所述目标信号进行延时处理得到，所述带通信号为对所述目标信号进行带通滤波得到；
[0074]
增益调节模块302，用于根据所述带通信号的信号幅值，对所述带通信号进行增益调节，以得到第一调节信号，其中，不同信号幅值对应不同信号增益；
[0075]
非线性处理模块303，用于对所述第一调节信号进行非线性处理，以得到所述目标信号对应的谐波信号；
[0076]
信号确定模块304，用于根据所述延时信号和所述谐波信号，确定所述目标信号对应的谐波激励信号。
[0077]
在一种可能的设计中，上述增益调节模块302具体用于：如果所述带通信号的信号幅值大于零，则采用第一信号增益对所述带通信号进行增益调节，以得到所述第一调节信号；如果所述带通信号的信号幅值不大于零，则采用第二信号增益对所述带通信号进行增益调节，以得到所述第一调节信号；其中，所述第二信号增益不同于所述第一信号增益。
[0078]
在一种可能的设计中，上述非线性处理模块303具体用于：将所述第一调节信号与目标对称函数进行卷积，以得到所述目标信号对应的谐波信号，所述目标对称函数为中心对称的非线性函数。
[0079]
在一种可能的设计中，上述获取模块301具体用于：将所述目标信号与带通滤波器对应的滤波函数进行卷积，以得到所述目标信号对应的带通信号。
[0080]
在一种可能的设计中，上述信号确定模块304具体用于：对所述谐波信号进行高通滤波，以得到所述目标信号对应的高频谐波信号；对所述延时信号和所述高频谐波信号进行信号混合，以得到所述目标信号对应的谐波激励信号。
[0081]
在一种可能的设计中，上述增益调节模块302还用于：对所述高频谐波信号进行增益调节。
[0082]
在一种可能的设计中，上述增益调节模块302还用于：对所述延时信号进行增益调节。
[0083]
需要说明的是，图4对应的实施例中未提及的内容可参见前述方法实施例的描述，这里不再赘述。
[0084]
上述装置，在获取到目标信号对应的延时信号和带通信号之后，先根据带通信号的信号幅值，对带通信号进行增益调节得到第一调节信号，再对第一调节信号进行非线性处理，以得到目标信号对应的谐波信号，最后根据目标信号对应的延时信号和目标信号对应的谐波信号，确定目标信号对应的谐波激励信号；由于正负不同的信号幅值对应不同的信号增益，可使得增益调节得到的第一调节信号在经过非线性处理后，由奇对称的信号变成非奇非偶信号，从而使得谐波信号包括奇次谐波和偶次谐波，进而使得基于谐波信号确定的谐波激励信号能够包含丰富的谐波信号。
[0085]
参见图5，图5是本技术实施例提供的一种计算机设备的结构示意图，该计算机设备40包括处理器401、存储器402。存储器402连接至处理器401，例如通过总线连接至处理器401。
[0086]
处理器401被配置为支持该计算机设备40执行上述方法实施例中的方法中相应的功能。该处理器401可以是中央处理器(central processing unit，cpu)，网络处理器(network processor，np)，硬件芯片或者其任意组合。上述硬件芯片可以是专用集成电路(application specific integrated circuit，asic)，可编程逻辑器件(programmable logic device，pld)或其组合。上述pld可以是复杂可编程逻辑器件(complex programmable logic device，cpld)，现场可编程逻辑门阵列(field-programmable gate array，fpga)，通用阵列逻辑(generic array logic，gal)或其任意组合。
[0087]
存储器402用于存储程序代码等。存储器402可以包括易失性存储器(volatile memory，vm)，例如随机存取存储器(random access memory，ram)；存储器402也可以包括非易失性存储器(non-volatile memory，nvm)，例如只读存储器(read-only memory，rom)，快闪存储器(flash memory)，硬盘(hard disk drive，hdd)或固态硬盘(solid-state drive，ssd)；存储器402还可以包括上述种类的存储器的组合。
[0088]
处理器401可以调用所述程序代码以执行以下操作：
[0089]
获取目标信号对应的延时信号和带通信号，所述延时信号为对所述目标信号进行延时处理得到，所述带通信号为对所述目标信号进行带通滤波得到；
[0090]
根据所述带通信号的信号幅值，对所述带通信号进行增益调节，以得到第一调节信号，其中，正负不同的信号幅值对应不同信号增益；
[0091]
对所述第一调节信号进行非线性处理，以得到所述目标信号对应的谐波信号；
[0092]
根据所述延时信号和所述谐波信号，确定所述目标信号对应的谐波激励信号。
[0093]
本技术实施例还提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有
计算机程序，所述计算机程序包括程序指令，所述程序指令当被计算机执行时使所述计算机执行如前述实施例所述的方法。
[0094]
本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可存储于计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，所述的存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体(read-only memory，rom)或随机存储记忆体(random access memory，ram)等。
[0095]
以上所揭露的仅为本技术较佳实施例而已，当然不能以此来限定本技术之权利范围，因此依本技术权利要求所作的等同变化，仍属本技术所涵盖的范围。