本發(fā)明涉及信號，具體涉及一種多源周期性音頻信號處理方法、裝置及存儲介質(zhì)。

背景技術：

1、音頻信號處理是時域分析的基礎，現(xiàn)有技術在周期音頻信號時序處理中存在的如下問題：

2、多源信號幅值差異：在處理多源音頻信號時，例如由于不同的拾音器放大倍數(shù)不同或麥克風放置位置不同，常常出現(xiàn)幅值差異。傳統(tǒng)方法在處理多源信號時，往往導致幅值差異較大，進而影響對齊和標準化效果。

3、多源信號對齊問題：在多個不同聲音采集器同時錄制的情況下，由于設備傳輸延遲或其他因素，可能導致信號發(fā)生時間偏移。傳統(tǒng)的處理方法在解決時間偏移問題時效率低下，且準確性不足。

4、周期信號的完整性問題：對于周期性較長的音頻信號(例如超過幾秒鐘的工業(yè)機器聲音或自然聲音)，傳統(tǒng)標準化處理方法可能忽略信號的周期性特征，導致數(shù)據(jù)處理過程中丟失重要的周期信息。這不僅影響信號的可用性，還可能導致分析結果的不準確。

技術實現(xiàn)思路

1、針對上述現(xiàn)有技術存在的問題，本發(fā)明提供了一種多源周期性音頻信號處理方法、裝置及存儲介質(zhì)，該技術方案如下：

2、第一方面，提供了一種多源周期性音頻信號處理方法，包括如下步驟：

3、獲取采集的多個音頻信號，以多個音頻信號中的一個信號作為參考信號記為第一音頻信號，其余信號作為待處理信號記為第二音頻信號；

4、針對第一音頻信號和第二音頻信號，進行降噪和直流偏移去除處理；

5、針對第一音頻信號和第二音頻信號采用插值算法對信號進行重采樣，重采樣后的采樣頻率為第一音頻信號和第二音頻信號的采樣率的最小公倍數(shù)；

6、對第一音頻信號和第二音頻信號進行音頻特征提取，包括提取音頻信號的主頻率；

7、基于音頻信號的主頻率確定音頻信號的周期，對音頻信號進行以單個周期為最小處理單位進行信號對齊，所述信號對齊包括基于峰值信號的對齊和基于周期短時平均幅度值的對齊；

8、將對齊后的兩個周期性音頻信號進行幅值標準化，確保兩個信號的幅值范圍一致。

9、在一些實施方式中，所述提取音頻信號的主頻率，包括：

10、采用快速傅里葉變換(fft)計算信號的頻譜，并提取頻譜中幅度最大的頻率作為主頻率f0。

11、在一些實施方式中，所述對音頻信號進行以單個周期為最小處理單位進行信號對齊，包括：

12、針對第一音頻信號和第二音頻信號分別根據(jù)音頻信號的主頻率f0確定周期t0，根據(jù)周期t0，在時域中查找第一音頻信號和第二音頻信號的周期起始和結束點，分別提取第一音頻信號的完整周期片段、第二音頻信號的完整周期片段；

13、針對第一音頻信號和第二音頻信號，分別獲取每個周期內(nèi)的峰值點，形成第一音頻信號的峰值序列記為第一峰值序列、形成第二音頻信號的峰值序列記為第二峰值序列，所述每個周期內(nèi)的峰值點基于極值法確定；

14、基于第一峰值序列和第二峰值序列，計算第一音頻信號和第二音頻信號的初步時間偏移，其中，n是峰值信號的個數(shù)，tref,i是參考信號即第一音頻信號的第i個峰值的時間，ref表示參考信號，ttarget,i表示待處理信號即第二音頻信號的第i個峰值的時間，target表示目標信號；

15、根據(jù)計算出來的初步時間偏移δtpeak，對目標信號應用一個時間偏移即時間軸的平移，將目標信號與參考信號進行初步峰值對齊。

16、在一些實施方式中，所述對音頻信號進行以單個周期為最小處理單位進行信號對齊，還包括：

17、在目標信號與參考信號進行初步峰值對齊之后，

18、針對第一音頻信號和第二音頻信號，分別按各自的周期劃分為多個第一窗口，每個第一窗口包括完整的一個周期片段；

19、針對第一窗口，以小于第一窗口長度的第二窗口對信號進行二次劃分，獲得第一窗口中的多個第二窗口片段；

20、針對第二窗口，基于第二窗口內(nèi)的所有樣本的信號幅值計算第二窗口內(nèi)信號的短時平均幅度；

21、對第二窗口的短時平均幅度進行加權，經(jīng)過加權融合，得到第一窗口的加權平均幅度值；獲取第一音頻信號的窗口加權平均幅度序列、第二音頻信號的窗口加權平均幅度序列；

22、基于第一音頻信號的窗口加權平均幅度序列和第二音頻信號的窗口加權平均幅度序列進行周期窗口對齊，該對齊過程為：以第一音頻信號固定，逐步通過時間移位來逐步調(diào)整第二音頻信號的時間軸，使得兩者的窗口加權平均幅度序列的誤差最小，兩者的窗口加權平均幅度序列的誤差為其中，m是第一音頻信號和第二音頻信號對齊后的對齊片段的周期窗口數(shù)，k是對齊片段中第k個周期窗口。

23、在一些實施方式中，所述對第二窗口的短時平均幅度進行加權，對包含峰值的第二窗口賦予大權重，即距離峰值越近的第二窗口的權重越大。

24、在一些實施方式中，所述針對第一音頻信號和第二音頻信號，進行降噪和直流偏移去除處理，包括：

25、對信號進行小波變換，獲取小波變換系數(shù)；

26、基于預設小波系數(shù)閾值，去除小波系數(shù)中幅度低于預設小波系數(shù)閾值的部分；

27、進行逆小波變換恢復去噪后的信號；

28、計算信號的均值并將其從信號中減去；

29、對信號進行中心削波，去除超過預設信號幅度閾值的部分。

30、在一些實施方式中，所述針對第一音頻信號和第二音頻信號采用插值算法對信號進行重采樣，重采樣后的采樣頻率為第一音頻信號和第二音頻信號的采樣率的最小公倍數(shù)，包括：

31、獲取第一音頻信號和第二音頻信號的采樣率的最小公倍數(shù)flcm；

32、基于b樣條插值算法分別對第一音頻信號和第二音頻信號進行重采樣。

33、第二方面，提供了一種多源周期性音頻信號處理裝置，包括：

34、音頻信號獲取單元，用于獲取采集的多個音頻信號，以多個音頻信號中的一個信號作為參考信號記為第一音頻信號，其余信號作為待處理信號記為第二音頻信號；

35、預處理單元，用于針對第一音頻信號和第二音頻信號，進行降噪和直流偏移去除處理；

36、重采樣單元，用于針對第一音頻信號和第二音頻信號采用插值算法對信號進行重采樣，重采樣后的采樣頻率為第一音頻信號和第二音頻信號的采樣率的最小公倍數(shù)；

37、信號特征獲取單元，用于對第一音頻信號和第二音頻信號進行音頻特征提取，包括提取音頻信號的主頻率；

38、信號對齊單元，用于基于音頻信號的主頻率確定音頻信號的周期，對音頻信號進行以單個周期為最小處理單位進行信號對齊，所述信號對齊包括基于峰值信號的對齊和基于周期短時平均幅度值的對齊；

39、信號標準化單元，用于將對齊后的兩個周期性音頻信號進行幅值標準化，確保兩個信號的幅值范圍一致。

40、在一些實施方式中，所述信號對齊單元，包括：初步峰值對齊單元和優(yōu)化對齊單元，

41、所述初步峰值對齊單元，用于執(zhí)行以下步驟：

42、針對第一音頻信號和第二音頻信號分別根據(jù)音頻信號的主頻率f0確定周期t0，根據(jù)周期t0，在時域中查找第一音頻信號和第二音頻信號的周期起始和結束點，分別提取第一音頻信號的完整周期片段、第二音頻信號的完整周期片段；

43、針對第一音頻信號和第二音頻信號，分別獲取每個周期內(nèi)的峰值點，形成第一音頻信號的峰值序列記為第一峰值序列、形成第二音頻信號的峰值序列記為第二峰值序列，所述每個周期內(nèi)的峰值點基于極值法確定；

44、基于第一峰值序列和第二峰值序列，計算第一音頻信號和第二音頻信號的初步時間偏移，其中，n是峰值信號的個數(shù)，tref,i是參考信號即第一音頻信號的第i個峰值的時間，ref表示參考信號，ttarget,i表示待處理信號即第二音頻信號的第i個峰值的時間，target表示目標信號；

45、根據(jù)計算出來的初步時間偏移δtpeak，對目標信號應用一個時間偏移即時間軸的平移，將目標信號與參考信號進行初步峰值對齊

46、所述優(yōu)化對齊單元，用于執(zhí)行以下步驟：

47、在目標信號與參考信號進行初步峰值對齊之后，針對第一音頻信號和第二音頻信號，分別按各自的周期劃分為多個第一窗口，每個第一窗口包括完整的一個周期片段；

48、針對第一窗口，以小于第一窗口長度的第二窗口對信號進行二次劃分，獲得第一窗口中的多個第二窗口片段；

49、針對第二窗口，基于第二窗口內(nèi)的所有樣本的信號幅值計算第二窗口內(nèi)信號的短時平均幅度；

50、對第二窗口的短時平均幅度進行加權，經(jīng)過加權融合，得到第一窗口的加權平均幅度值；獲取第一音頻信號的窗口加權平均幅度序列、第二音頻信號的窗口加權平均幅度序列；

51、基于第一音頻信號的窗口加權平均幅度序列和第二音頻信號的窗口加權平均幅度序列進行周期窗口對齊，該對齊過程為：以第一音頻信號固定，逐步通過時間移位來逐步調(diào)整第二音頻信號的時間軸，使得兩者的窗口加權平均幅度序列的誤差最小，兩者的窗口加權平均幅度序列的誤差為其中，m是第一音頻信號和第二音頻信號對齊后的對齊片段的周期窗口數(shù)，k是對齊片段中第k個周期窗口。

52、第三方面，提供了一種計算機可讀存儲介質(zhì)，其上存儲有計算機指令，所述指令被處理器執(zhí)行時實現(xiàn)如上述第一方面所述多源周期性音頻信號處理方法的步驟。

53、本發(fā)明的一種多源周期性音頻信號處理方法、裝置及存儲介質(zhì)，具備如下有益效果：

54、1.本發(fā)明通過峰值對準法、短時平均幅度差(staad)序列計算以及周期性特征檢測等創(chuàng)新方法，提高時序?qū)R的精度和效率，特別是在復雜或噪聲干擾較大的場景中。

55、2.本發(fā)明結合直流偏移去除、中心削波和精細的幅值標準化方法，有效平衡多源音頻信號的幅值差異，確保信號在對齊過程中保持自然動態(tài)范圍。

56、3.本發(fā)明先通過峰值對齊進行快速的初步對齊，并利用staad方法進一步細化對齊精度，尤其在存在噪聲、微小誤差或不規(guī)則周期變化的情況下，能夠有效提高對齊的魯棒性和準確性。

57、4.本發(fā)明通過周期性窗口劃分和短時平均幅度計算，確保長周期音頻信號的周期性結構不被丟失，特別適用于多源復雜環(huán)境下的長周期音頻信號處理。