音頻信號瞬態(tài)段檢測的MATLAB實現(xiàn)

張學(xué)敏　鐘菲

摘 要：音頻信號瞬態(tài)段檢測技術(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)編碼過程的復(fù)雜度及編碼質(zhì)量。針對平坦測量檢測方法中存在冗余檢測的不足之處，該文介紹了方差-平坦測量綜合瞬態(tài)段檢測方法，并對音頻樣本在MATLAB環(huán)境下進行了仿真測試，結(jié)果證明，該算法提高了音頻信號瞬態(tài)段檢測的時間分辨率，減少瞬態(tài)段的冗余檢測，同時能檢測其發(fā)生的位置，為瞬態(tài)信號的處理提供判斷依據(jù)。

關(guān)鍵詞：方差 平坦測量 瞬態(tài)檢測 MATLAB

中圖分類號：TN911 文獻標識碼：A 文章編號：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)對原始音樂信號進行壓縮，如果音頻編碼器的時頻變換塊太長，會導(dǎo)致量化噪聲在整個塊中擴散，人耳能明顯感知的噪聲的存在，即通常所說的預(yù)回聲現(xiàn)象[2]。

解決預(yù)回聲問題的方法以瞬態(tài)信號檢測為前提，主要有：比特池方法、長短塊切換、混合濾波器組等。這些方法在算法復(fù)雜度，準確度（漏檢和誤檢）上存在不足。該文提出的方差-平坦測量綜合檢測技術(shù)可以彌補現(xiàn)有瞬態(tài)檢測方法的不足，在一定程度上提高了音頻信號瞬態(tài)段檢測時間分辨率，具有檢測準確度高、算法簡單的優(yōu)點。

1 瞬態(tài)信號的特點

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

2 方差-平坦測量綜合瞬態(tài)段檢測方法

造成多余檢測主要原因是當整幀信號的樣本差波動很大時會被誤檢測為瞬態(tài)信號。然而對于樣本差來說，當前幀的樣本差值相對來說比較小，可以設(shè)置適當閾值將多余檢測消除。

方差是對一組樣本數(shù)據(jù)平均值分散程度的度量。方差越大，單個樣本和其平均值之間差異越大；反之，單個樣本值就越接近平均值。

設(shè)表示當前塊中的第個樣本值，是的絕對值，為當前塊中的樣值總數(shù)，代表當前塊中樣本的平均值。表達式為：

平坦測量算法中，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)段信號檢測的準確性。根據(jù)信號段中瞬態(tài)的強弱，平坦測量算法利用3 種門限來判斷信號段的瞬態(tài)性。此算法主要分時域平坦測量（）和頻域平坦測量（）兩部分。若信號的瞬態(tài)強度較大，當時域平坦測量大于門限值時，判定此信號段為瞬態(tài)段，相反，判定此信號為穩(wěn)態(tài)段；當頻域平坦測量小于門限值時，判定此信號段為瞬態(tài)段，相反，判定此信號段為穩(wěn)態(tài)段。若瞬態(tài)強度不較明顯，則根據(jù)和確定時頻綜合的判決指標和門限值，比較和的大小來確定是否是瞬態(tài)信號。由于同一信號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)。越小信號越類似瞬態(tài)的；相反，則信號越類似平穩(wěn)的?；诜讲?平坦測量的瞬態(tài)檢測算法原理框圖如圖1所示。

3 仿真測試結(jié)果

利用方差-平坦測量綜合方法對信號做瞬態(tài)檢測，并在MATLAB環(huán)境下以MATLAB自帶音頻信號smlsplas.wav做仿真測試，測試信號的時域波形見圖2。用平坦測量的方法做瞬態(tài)段檢測結(jié)果見圖3，用方差-平坦測量綜合的方法檢檢測結(jié)果見圖4。通過對比分析圖3和圖4易見，綜合方法彌補了平坦測量在瞬態(tài)檢測上的不足，有效減少了冗余檢測，并能檢測瞬態(tài)信號發(fā)生的位置。

4 結(jié)語

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

參考文獻

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

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

[3] 張濤，周延獻，張瑞生，等.基于方差的音頻信號瞬態(tài)段檢測方法：中國，201110219767.X[S].2011-8-02.

[4] 王永軍，史捷，張旭，等.濾波補償方法及其在瞬態(tài)檢測中的應(yīng)用[J].控制與決策，2015，15（6）：740-743.