[发明专利]一种用于音频信号的快速处理方法

说明书

为了节省音频处理运算量，本发明设计一种用于音频信号的快速处理方法，其包含以下步骤：步骤1、按频率抽取FFT/IFFT；步骤2、按频域抽取FFT蝶形运算数据地址的变化规律：对于基4的DIF FFT，每级计算都是由四个数据为一组构成的N个输入数据，进入蝶形运算得到个N个输出数据。步骤3、获取基4的DIF旋转因子的变化规律：对于按频率抽取的FFT算法，除最后一级外，其余各级蝶形单元的计算结果均需要与旋转因子相乘，获取基4的DIF FFT/IFFT输出数据排序的规律。步骤4、执行混合基DIF FFT/IFFT；步骤5、实序列的FFT运算方案包括：用一个N‑FFT同时计算两个N点实序列FFT；用一个N‑FFT计算一个2N点实序列的FFT。

技术领域

本发明主要是利用混合基FFT/IFFT原理来实现对音频数据信号的快速运算处理。

背景技术

目前，对音频数据信号的处理算法（比如降噪、回声消除等）一般都是在频域中实现。而在对音频数据的数字信号处理上，时频转换都需要做FFT/IFFT运算。因为音频处理算法是通过分帧实现的。每帧音频数据均对应不同的采样率，采样点数一般为64/128/256点，所以音频信号常用基2的方法实现64/128/256点FFT/IFFT。

已有技术的缺陷：基2 FFT/IFFT运算量大于基4 和混合基的FFT/IFFT；FFT/IFFT默认输入都是复数，没有利用音频是实数信号的特点简化FFT/IFFT的运算量；已有算法一般都是浮点的，运算开销比定点大。

快速傅里叶变换（FFT）/傅里叶逆变换（IFFT）原理：时域信号通过傅里叶变换获得频域信号；频域信号利用傅里叶逆变换得到时域信号。长度为N的数据序列x(n)的离散傅里叶变换X(k)可表示为：

（1-1）

相应地，由 X(k)通过离散傅里叶逆变换（IDFT）到 x(n)可表示为：

（1-2）

其中，为旋转因子。快速傅里叶变换（FFT）的基本思想是把原始的N点序列，依次分解成一系列的短序列。充分利用DFT中旋转因子的特性：对称性、周期性和可约性，求出这些短序列的DFT并进行适当组合，达到去除重复计算、减少乘法运算和简化结构的目的。可知IFFT的计算就是将输入取共轭后做FFT运算，然后对结果除以IFFT点数N即可。

发明内容

为了解决以上缺陷，本发明设计一种用于音频信号的快速处理方法，其包含以下步骤：

步骤1、按频率抽取FFT/IFFT：设定所输入音频信号序列x(n)的长度为N=4^L，L为整数，按照对执行DFT的X(k)中k除以4余数的不同进行分解，其基4运算都是有一定规律的，每一级的运算皆由N/4个蝶形运算构成，每一个蝶形运算的基本迭代公式如式（1-1）所示。

（2-1）

在上式（2-1）中，m表示第m级蝶形运算，k为数据所在的行数，N为所要计算的数据的点数，为旋转因子，令，，，，可得基 4 按频率抽取的蝶形运算如图 2 所示。

由式（2-1）可知，一次基 4 蝶形运算需要 3 次复数乘法和4次复数加/减法运算。综上所述，由基 4 按频率抽取算法计算N点FFT时需要log₄N=L级运算。图2是个16点基四FFT流程图。