[发明专利]一种自适应提高频率测量精度的音频信号测量方法

说明书

本发明为一种自适应提高频率测量精度的音频信号测量方法，旨在提供一种在采样率和实际FFT处理计算数据量不变的情况下自适应提高FFT处理的计算分辨率，从而提高了信号频率检测精度的音频信号测量方法。本发明包括以下流程：首先，设定模数转换器的采样率、设定一偏差比例k以及设定数据抽取数m为1，初次采集时对采集的n个数据执行加窗处理后做FFT运算处理获取相应的复数形式的数据，根据获取的参数和数据执行校准算法计算计算输入信号的主频率f1，进一步计算输入信号的主频率f1与当前的频率分辨率fp的倍数关系x，根据倍数关系x与设定的偏差比例k比对结果对数据抽取数m进行自适应调整，调整后重新采样获取精度更高的频率数值f2，完成比对后输出测量结果。本发明应用于音频信号测量的技术领域。

技术领域

本发明应用于音频信号测量的技术领域,特别涉及一种自适应提高频率测量精度的音频信号测量方法。

背景技术

生活中我们常见的手机，电脑等各种带有音频输入的电子设备以及各种电器都有音频采集的功能。这些音频采集模块在出厂之前是需要验证其功能与性能的。评估音频采集功能的常见参数有：输入信号的频率，输入信号的幅值，底噪，谐波分量等等。对于人耳能够分辨的声音频率范围是20～20000Hz，因此我们的音频模块需要测试的信号频率也在此范围。根据奈奎斯特采样定理，只要采样频率大于或等于有效信号最高频率的两倍，采样值就可以包含原始信号的所有信息，被采样的信号就可以不失真地还原成原始信号。在测试过程中，我们常用模数转换器的采样频率有48KHz，96KHz，192KHz。为了验证音频模块采集的信号频率是否准确，我们需要将输入信号从时域转换到频域，这样能够更方便的计算信号的各种指标。FFT处理（快速傅氏变换）就是将时域信号转换成频域信号，其输入参数有：被测试信号，采样频率。

FFT处理的分辨率计算公式为：fp=Fs/N，公式中fp为频率分辨率，Fs为采样率，N为采集信号的数据个数。如果要提高测量信号频率的精度，需要降低信号采样率，或者增加采集信号的数据个数。

对于前端输入信号频率的不确定性，并不能确定采样率设置多少更合适，而且当硬件确定后，模数转换器的芯片也确定了，那么该模数转换器能够选择使用的采样率就固定了。如果只是单纯的增加采集信号的数据量，需要消耗更多的资源和成本。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供了一种在采样率和实际FFT处理计算数据量不变的情况下自适应提高FFT处理的计算分辨率，从而提高了信号频率检测精度的音频信号测量方法。

本发明所采用的技术方案是：本发明所述音频信号测量方法包括以下步骤：

步骤S1、为进行采样的模数转换器设定一固定的采样率Fs以及设定偏差比例为k；

步骤S2、初次采样时设置数据抽取数m=1，对模数转换器采样回来的数据量不做任何处理；

步骤S3、执行初次信号采集，读取模数转换器采样回来的N个数据并储存在存储器中；

步骤S4、完成存储后对N个数据执行加窗处理后做FFT运算处理，产生N个的复数形式的数据，并根据模数转换器的采样率Fs、N个复数形式数据、数据抽取数m以及窗函数的校准算法计算输入信号的主频率f1；

步骤S5、设输入信号的主频率f1与当前的频率分辨率fp的倍数关系为x，且x=f1/fp，fp=Fs/N，根据输入信号的主频率f1计算当前倍数关系x的数值，将倍数关系x的值与设定的偏差比例k的值进行比对；

步骤S6、当xk时，根据初次采样获得输入信号的主频率f1、初次采样数据个数N、设定的偏差比例k以及当前的频率分辨率fp进行数据抽取数m的调整，数据抽取数m的值根据中间变量n进行取值，n=（fp*k）/（N*f1），同时依据调整后的数据抽取数m执行二次信号采集，并获得新的N个数据，对新的N个数据执行加窗处理后做FFT运算处理，产生新的N个复数形式的数据；

步骤S7、根据模数转换器的采样率Fs、新的N个复数形式数据、数据抽取数m以及窗函数的校准算法计算输入信号的主频率f2；