1.本技术涉及音频信号处理技术领域，尤其涉及一种音响设备及音频信号处理方法。
背景技术：2.目前，为了满足对音频资源的合理利用，采用音频数字信息压缩方式，将音频资源压缩成音频文件，再通过解压音频文件的方式来播放音频资源的内容。然而，在上述压缩过程中，会过滤音频资源中的中高频信号，会使部分有用的中高频信号丢失，从而导致直接解压音频文件来播放音频资源的内容时音质清晰度不够、音效层次效果差。
技术实现要素：3.本技术实施例提供一种音响设备及音频信号处理方法，以至少解决相关技术中音质清晰度不够和音效层次效果差的问题。
4.第一方面，提供一种音响设备，包括采样率转换器、一级谐波生成器、二级谐波生成器、扬声器和控制器；控制器与采样率转换器、一级谐波生成器、二级谐波生成器和扬声器连接；控制器被配置为：响应于用户针对音频文件执行的播放操作，控制采样率转换器将音频文件中第一采样频率的第一音频信号转换为第二采样频率的第二音频信号，第一采样频率小于第二采样频率，第一音频信号的采样幅值小于第二音频信号的采样幅值；控制一级谐波生成器根据第一音频信号生成第一谐波信息，并根据第一谐波信息和第二音频信号生成第三音频信号；控制二级谐波生成器根据第三音频信号生成第二谐波信息，并根据第二谐波信息和第三音频信号生成第四音频信号；控制扬声器根据第四音频信号，输出目标音频信号，其中，第一谐波信息的频率小于第二谐波信息的频率。
5.本技术实施例提供的技术方案至少带来以下有益效果：在对压缩的音频文件执行播放操作时，先通过音响设备的采样率转换器将音频文件中的第一音频信号转换为第二音频信号，其中，第二音频信号的第二采样频率高于第一音频信号的第一采样频率，从而提高音频信号的分辨率，同时第二音频信号的采样幅值大于第二音频信号的采样幅值，以为后续生成的谐波信号插入准备时域空间。再根据一级谐波生成器生成第一谐波信息，对第二音频信号进行第一次谐波信号补偿，生成第三音频信号，以实现对音频文件压缩过程中损失的谐波信号还原或补偿，保证音响设备输出的音频更加清晰。再根据二级谐波生成器生成的第二谐波信息，对第三音频信号进行谐波信号补偿，即对第二音频信号进行第二次谐波信号补偿，生成第四音频信号，以保证音响设备输出的音频更加有层次感和空间感。最后根据第四音频信号输出目标音频信号，以保证音响设备的音频效果。通过上述方式，一方面，对音频文件中压缩过程中的损失的第一谐波信息的频率的谐波信号进行修复，以将音频文件中损失的声音特征进行还原，从而保证了音响设备输出的音频更大程度地保留原音频的声音特征，降低音响设备输出音频的失真度，提高输出音频的清晰度。另一方面，对压缩后的音频文件中损失的第二谐波信息的频率的谐波信号进行谐波信号补偿，以提高音响
设备输出音频的层次感和空间感。
6.在可能的实现方式中，第一谐波信息用于生成中高频谐波信号，第二谐波信息用于生成超高频谐波信号。基于此，根据第一谐波信息对音频文件中压缩过程中的损失的中高频谐波信号进行修复，以将音频文件中损失的声音特征进行还原，从而保证了音响设备输出的音频更大程度地保留原音频的声音特征，降低音响设备输出音频的失真度，提高输出音频的清晰度。再进一步地，根据第二谐波信息，对压缩后的音频文件中损失的超高频音频信号进行超高频谐波信号补偿，以提高音响设备输出音频的层次感和空间感。
7.在一些实施例中，第一音频信号为双通道脉冲编码调制格式的音频信号，在控制采样率转换器将音频文件中第一采样频率的第一音频信号转换为第二采样频率的第二音频信号之前，还包括：在音频文件包括其他格式的音频信号的情况下，将其他格式的音频信号，转换为双通道脉冲编码调制格式的音频信号，其他格式包括双通道脉冲编码调制格式以外的格式。
8.基于此，将音频文件中的音频信号转换为统一的双通道脉冲编码调制格式，以使第一音频信号的采样频率与输出的目标音频信号的频率之间有统一的倍数转换关系，即，音频信号的采样频率是输出的目标音频信号的频率的二倍，以使采样率转换器能将第一音频信号快速转换成第二采样频率的第二音频信号，同时也能使输出目标音频信号前，音频信号能更好的分配至各个信道。另外，双通道脉冲编码调制格式可以理解为左右两通道脉冲编码调制格式，其他格式可以理解为非两通道格式和/或非脉冲编码调制格式，例如三通道格式、四通道格式、脉冲密度调制格式等。
9.在一些实施例中，根据第一谐波信息和第二音频信号，生成第三音频信号，包括：根据第一谐波信息，对第二音频信号中第一频段内的音频信号进行谐波补偿，得到第三音频信号，第一谐波信息的频率属于第一频段，第一频段为采样频率小于第一采样频率的频率范围。
10.在该实施例中，第一谐波信息是基于第一音频信号生成。根据第一谐波信息，对第二音频信号中小于第一采样频率的频率范围内音频信号，做中高频谐波信号补偿，以完成对第二音频信号中第一音频信号进行中高频谐波信号补偿，从而实现对音频文件压缩过程中的损失的中高频谐波信号进行修复，以将音频文件中损失的声音特征进行还原，从而保证了音响设备输出的音频更大程度地保留原音频的声音特征，降低音响设备输出音频的失真度，提高输出音频的清晰度。
11.在一些实施例中，根据第二谐波信息和第三音频信号，生成第四音频信号，包括：将第三音频信号中第二频段内对应的音频信号的频率，均转换成大于或等于第二采样频率的频率；第二频段为第一采样频率与第二采样频率之间的频率范围，第二谐波信息的频率属于第二频段；根据第二谐波信息，对第三音频信号中大于或等于第二采样频率的音频信号进行谐波补偿，得到第四音频信号。
12.在该实施例中，先将第三谐波信号中，大于或等于第一采样频率且小于或等于第二采样频率频率范围内的音频信号的频率均转换成大于或等于第二采样频率的采样频率，以便于后续插入超高频谐波信号时有足够的时域空间。再将根据第二谐波信息生成的超高频谐波信号，补偿至第三音频信号中。
13.在一些实施例中，音响设备还包括：可变分辨率脉冲响应滤波器；可变分辨率脉冲
响应滤波器与控制器连接；控制器在控制扬声器根据第四音频信号输出目标音频信号之前，还被配置为：控制可变分辨率脉冲响应滤波器，将第四音频信号划分为多个不同频段的音频信号；按照各个频段对应的滤波参数，分别对各个频段的音频信号进行滤波处理，得到第五音频信号，其中，第五音频信号包括多个频段的音频信号经过滤波处理得到的音频信号；根据第五音频信号，生成预设频段的目标音频信号；预设频段为低于第一采样频率的频率范围；控制器控制扬声器根据第四音频信号输出目标音频信号，被配置为：控制扬声器输出预设频段的目标音频信号。
14.可以理解的是，不同频段的音频信号是指不同采样频率范围的音频信号。并且各个频段对应的滤波参数是指各个频段对应的滤波参数是相互关联的，会存在相互影响。即不同的频段对应的滤波参数相互影响。
15.在该实施例中，根据可变分辨率脉冲响应滤波器，先对第四音频信号中多个不同频段的音频信号进行分段滤波处理。即针对多个不同的频段的音频信号，采用各个频段的音频信号对应的滤波参数进行滤波处理。再将经过滤波处理后的各个频段的音频信号，作为第五音频信号。基于此，对第四音频信号中不同采样频率的音频信号对应分别的滤波处理，能灵活综合不同分辨率需求，来调整第五谐波信号，以使输出的目标音频信号满足多分辨率需求，避免不分频段地对音频信号进行统一地滤波处理，只能满足单一的分辨率需求，而导致的音响设备灵活性差的问题，从而保证了音响设备的灵活性和精准性。
16.在一些实施例中，扬声器的相位与可变分辨率脉冲响应滤波器的相位相同。基于此，可变分辨率脉冲响应滤波器的相位保持与扬声器的相位在同一个相位，以使经过可变分辨率脉冲响应滤波器处理后的音频信号，输入至扬声器中经过扬声器处理后，输出的目标音频信号更加均衡，从而保证音响设备输出音频的音质更加均衡。
17.在一些实施例中，在控制采样率转换器将音频文件中第一采样频率的第一音频信号转换为第二采样频率的第二音频信号之前，还包括：解析音频文件，得到第一音频信号。基于此，将音频文件解析为音频信号，为后续音频信号的的处理环节，提供音频信号来源。
18.第二方面，提供一种音频信号处理方法，方法包括：响应于用户针对音频文件执行的播放操作，将音频文件中第一采样频率的第一音频信号转换为第二采样频率的第二音频信号，第一采样频率小于第二采样频率，第一音频信号的采样幅值小于第二音频信号的采样幅值；根据第一音频信号生成第一谐波信息，并根据第一谐波信息和第二音频信号生成第三音频信号；根据第三音频信号生成第二谐波信息，并根据第二谐波信息和第三音频信号生成第四音频信号；控制扬声器根据第四音频信号，输出目标音频信号，其中，第一谐波信息的频率小于第二谐波信息的频率。
19.在一些实施例中，第一音频信号为双通道脉冲编码调制格式的音频信号，在将音频文件中第一采样频率的第一音频信号转换为第二采样频率的第二音频信号之前，还包括：
20.在音频文件包括其他格式的音频信号的情况下，将其他格式的音频信号，转换为双通道脉冲编码调制格式的音频信号，其他格式包括双通道脉冲编码调制格式以外的格式。
21.在一些实施例中，根据第一谐波信息和第二音频信号，生成第三音频信号，包括：根据第一谐波信息，对第二音频信号中第一频段内的音频信号进行谐波补偿，得到第三音
频信号，第一谐波信息的频率属于第一频段，第一频段为采样频率小于第一采样频率的频率范围。
22.在一些实施例中，根据第二谐波信息和第三音频信号，生成第四音频信号，包括：将第三音频信号中第二频段内的音频信号的采样频率，均转换成第二采样频率；第二频段为第一采样频率与第二采样频率之间的频率范围，第二谐波信息的频率属于第二频段；根据第二谐波信息，对第三音频信号中第二采样频率的音频信号进行谐波补偿，得到第四音频信号。
23.在一些实施例中，在根据第四音频信号输出目标音频信号之前，方法还包括：将第四音频信号划分为多个不同频段的音频信号；按照各个频段对应的过滤参数，分别对多个频段的音频信号进行滤波处理，得到第五音频信号，其中，第五音频信号包括多个频段的音频信号经过滤得到的音频信号；根据第五音频信号，生成预设频段的目标音频信号；预设频段为低于第一采样频率的频率范围；根据第四音频信号输出目标音频信号，包括：输出低于预设频段的目标音频信号。
24.第三方面，本技术实施例提供一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质中存储有指令，当该指令在上述任一项装置上运行时，使得装置执行上述任一项音响设备的音频信号处理方法。
25.第四方面，本技术的实施例提供一种芯片，包括：处理器和存储器；该存储器用于存储计算机执行指令，该处理器与存储器连接，当芯片运行时，处理器执行存储器存储的计算机执行指令，以使芯片执行上述任一项音响设备的音频信号处理方法。
26.第五方面，本技术实施例提供一种包含指令的计算机程序产品，当其在上述任一项设备上运行时，使得装置执行上述任一项音响设备的音频信号处理方法。
27.本技术的实施例中，上述装置各部件的名字对设备本身不构成限定，在实际实现中，这些部件可以以其他名称出现。只要各个部件的功能和本技术的实施例类似，即属于本技术权利要求及其等同技术的范围之内。
28.另外，第二方面至第五方面中任一种设计方式所带来的技术效果可参见上述第一方面中不同设计方法所带来的技术效果，此处不再赘述。
附图说明
29.图1为本技术实施例提供的一种音响设备的电路系统架构图；
30.图2为本技术实施例提供的一种音响设备的使用场景示意图；
31.图3为本技术实施例提供的又一种音响设备的使用场景示意图；
32.图4为本技术实施例提供的一种音响设备的音频信号处理方法的流程图；
33.图5为本技术实施例提供的一种采样频率转换过程示意图；
34.图6为本技术实施例提供的一种音响设备的一级谐波生成器谐波补偿的示意图；
35.图7为本技术实施例提供的另一种音响设备的音频信号处理方法的流程图；
36.图8为本技术实施例提供的另一种音响设备的音频信号处理方法的流程图；
37.图9为本技术实施例提供的另一种音响设备的音频信号处理方法的流程图；
38.图10为本技术实施例提供的一种音响设备的可变分辨率脉冲响应滤波器滤波处理示意图；
39.图11为本技术实施例提供的又一种音响设备的使用场景示意图；
40.图12为本技术实施例提供的一种音响设备的音频信号处理过程示意图；
41.图13为本技术实施例提供的一种控制器的硬件结构示意图。
具体实施方式
42.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清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。
43.术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本技术的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
44.在本技术的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本技术中的具体含义。另外，在对管线进行描述时，本技术中所用“相连”、“连接”则具有进行导通的意义。具体意义需结合上下文进行理解。
45.在本技术实施例中，“示例性的”或者“例如”等词用于表示作例子、例证或说明。本技术实施例中被描述为“示例性的”或者“例如”的任何实施例或设计方案不应被解释为比其它实施例或设计方案更优选或更具优势。确切而言，使用“示例性的”或者“例如”等词旨在以具体方式呈现相关概念。
46.目前，为了满足对音频资源的合理利用，采用音频数字信息压缩方式，将音频资源压缩成音频文件，再通过解压音频文件的方式来播放音频资源的内容。然而，在上述压缩过程中，会过滤音频资源中的中高频信号，会使部分有用的中高频信号丢失，从而导致直接解压音频文件来播放音频资源的内容时音质清晰度不够、音效层次效果差。
47.有鉴于此，本技术实施例提供一种音响设备，该音响设备包括采样率转换器、一级谐波生成器、二级谐波生成器、扬声器和控制器，其中，控制器与采样率转换器、一级谐波生成器、二级谐波生成器和扬声器连接，用于控制采样率转换器、一级谐波生成器、二级谐波生成器对待处理的音频信号进行处理，以及控制扬声器输出处理后的音频信号。在对压缩的音频文件执行播放操作时，先通过音响设备的采样率转换器将音频文件中的第一音频信号转换为第二音频信号，其中，第二音频信号的第二采样频率高于第一音频信号的第一采样频率，从而提高音频信号的分辨率，同时第二音频信号的采样幅值大于第二音频信号的采样幅值，以为后续生成的谐波信号插入准备时域空间。再根据一级谐波生成器生成第一谐波信息，对第二音频信号进行第一次谐波信号补偿，生成第三音频信号，以实现对音频文件压缩过程中损失的谐波信号还原或补偿，保证音响设备输出的音频更加清晰。再根据二级谐波生成器生成的第二谐波信息，对第三音频信号进行谐波信号补偿，即对第二音频信号进行第二次谐波信号补偿，生成第四音频信号，以保证音响设备输出的音频更加有层次感和空间感。最后根据第四音频信号输出目标音频信号，以保证音响设备的音频效果。通过
上述方式，一方面，对音频文件中压缩过程中的损失的第一谐波信息的频率的谐波信号进行修复，以将音频文件中损失的声音特征进行还原，从而保证了音响设备输出的音频更大程度地保留原音频的声音特征，降低音响设备输出音频的失真度，提高输出音频的清晰度。另一方面，对压缩后的音频文件中损失的第二谐波信息的频率的谐波信号进行谐波信号补偿，以提高音响设备输出音频的层次感和空间感。
48.通过该实施方式，一方面，对音频文件中压缩过程中的损失的中高频谐波信号进行修复，以将音频文件中损失的声音特征进行还原，从而保证了音响设备输出的音频更大程度地保留原音频的声音特征，降低音响设备输出音频的失真度，提高输出音频的清晰度。另一方面，对压缩后的音频文件中损失的超高频音频信号进行超高频谐波信号补偿，以提高音响设备输出音频的层次感和空间感。
49.在本技术实施例中，该音响设备可以理解为具有音频资源播放功能的电子设备。示例性的，音响设备可以是嵌入式音响设备，例如，电子设备的音频输出装置，电子设备可以手机、电脑或服务器等。又一示例性的，音响设备也可以是独立的音响设备，如有线音箱、无线蓝牙音箱、无线网络音箱等。因此，本技术对音响设备的具体形式不作具体限定，可以具体需求具体设置。
50.参考图1示例性的示出的音响设备10的电路系统架构图。音响设备10包括：采样率转换器101、一级谐波生成器102、二级谐波生成器103、扬声器104和控制器105。其中，控制器105与采样率转换器101、一级谐波生成器102、二级谐波生成器103和扬声器104连接，采样率转换器101用于转换音频文件中音频信号的采样频率；第一谐波信息用于生成某个频段的谐波信号，如生成中高频的谐波信号，第二谐波信息用于生成另一个频段的谐波信号，如生成超高频的谐波信号，扬声器104用于输出音频信号。
51.在一些实施例中，音频文件的格式可以mp3格式或aac格式。本技术对音频文件的具体格式不作具体限定。
52.在一些实施例中，一级谐波生成器102可以为音频激励器，该音频激励器产生与输入音频激励器的音频信号成比例的谐波信号。示例性的，一级谐波生成器102生成的谐波信号的频率是输入一级谐波生成器102的音频信号的频率的二阶指数倍。如，一级谐波生成器102生成的谐波信号是输入一级谐波生成器102的音频信号的频率的2倍、4倍(2的2次方)或8倍(2的三次方倍)等。
53.在一些实施例中，音响设备10还包括：解析器106，该解析器106用于对音频文件解析，以得到待处理的音频信号(即下述第一音频信号)。
54.在一些实施例中，音响设备10还包括：滤波器。
55.可选的，滤波器可以为可变分辨率脉冲响应滤波器108，其中，可变分辨率脉冲响应滤波器108与控制器105连接。其中，可变分辨率脉冲响应滤波器108是根据频率、增益、品质因数和各个频段的影响因子来确定滤波参数。可变分辨率脉冲响应滤波器108中各个频段工作过程中可以相互通信，不是相对独立的，以将考虑各个频段的影响，来调节各个频段的音频信号。
56.在一些实施方式中，可变分辨率脉冲响应滤波器108也称为vir滤波器(variable-resolution impulse response，可变分辨率脉冲响应滤波器)。当采样频率增加时，vir滤波器的mips值(million instructions per second，每秒处理的百万级的机器语言指令数
的运算速度的指标值)按比例增加。但是，它不会像普通滤波器那样毫无意义地将一部分采样频率范围内的音频信号置于超声波范围内。因此，经过vir滤波器处理后的音频的hi-res(high resolution audio，高解析音频)效果更好。另外，在vir滤波器与处理器交互使用时，由于vir滤波器的mips值随采样频率变化，因此vir滤波器与处理器交互使用时的延时大大减小。
57.在一些实施例中，音响设备10还包括：显示器107。该显示器107可用于显示音响设备10的控制面板或者其他图像信息。示例性的，音响设备可以通过显示器107显示音响设备10当前的音频文件的处理过程或音频信号的波形。
58.另外，该显示器107可以是液晶显示器107、有机发光二极管(organic light-emitting diode，oled)显示器107。显示器107的具体类型，尺寸大小和分辨率等不作限定，本领技术人员可以理解的是，显示器107可以根据需要做性能和配置上一些改变。
59.示例性的，如图2所示，用户可通过在显示器107显示的控制面板操作音响设备10。
60.在一些实施例中，控制器105是指可以根据指令操作码和时序信号，产生操作控制信号，指示音响设备10执行控制指令的装置。示例性的，控制器105可以为中央处理器(central processing unit，cpu)、通用处理器网络处理器(network processor，np)、数字信号处理器(digital signal processing，dsp)、可编程逻辑器件(programmable logic device，pld)、微处理器、微控制器或它们的任意组合。控制器105还可以是其它具有处理功能的装置，例如电路、器件或软件模块，本技术实施例对此不做任何限制。
61.在一些实施例中，音响设备10还包括通信装置109，该通信装置109是用于根据各种通信协议类型与外部设备或外部服务器进行通信的组件。例如：通信装置109可以包括wi-fi芯片，蓝牙通信协议芯片，有线以太网通信协议芯片等其他网络通信协议芯片或近场通信协议芯片，以及红外接收器中的至少一种。
62.在一些实施例中，音响设备10可以通过通信装置109与用户使用的终端设备(例如：手机、平板电脑、可川穿戴式移动设备等)服务器之间进行控制信号和数据信号的传输。例如，用户通过手机下达指示对某一音频文件的播放指令，音响设备10通过通信装置109接收来该指令，响应于用户指示播放对某一音频文件的播放指令，音响设备10的控制器105播放该音频文件。
63.示例性的，如图3所示，用户可通过控制装置112操作音响设备10。该控制装置可以是移动终端或者遥控器，遥控器和音响设备10的通信包括红外协议通信或蓝牙协议通信，及其他短距离通信方式等，通过无线方式或其他有线方式来控制音响设备10。其中，无线方式可以是直连或非直连，可以经过路由，或者也可不经过路由。用户可以通过遥控器上按键，语音输入、控制面板输入等输入用户指令，来控制音响设备10。如：用户可以通过遥控器上音量加减键、频道控制键、上/下/左/右的移动按键、语音输入按键、菜单键、开关机按键等输入相应控制指令，来实现控制音响设备10的功能。
64.在一些实施例中，音响设备10还包括人机交互装置110，用于实现用户与音响设备10之间的交互。人机交互装置110可以包括物理按键、触控显示面板或者语音识别装置中的一项或多项。例如用户可以通过人机交互装置110启动音响设备10开始工作，也可以通过人机交互装置110设置音响设备10播放音频文件的播放程序。
65.在一些实施例中，音响设备10还包括供电电源111，用于在控制器105的控制下，将
外部电源输入的电力为音响设备10提供电源供电支持。
66.基于上述音响设备10，如图4所示，本技术实施例提供一种音频信号处理方法，该方法包括以下步骤：
67.步骤s101，响应于用户针对音频文件执行的播放操作，将音频文件中第一采样频率的第一音频信号转换为第二采样频率的第二音频信号。
68.其中，第一采样频率小于第二采样频率，第一音频信号的采样幅值小于第二音频信号的采样幅值。
69.在一些实施方式中，采样幅值也称为采样深度，采样深度的单位比特(bit)，采样频率的单位为赫兹。第一音频信号通常为16比特32k赫兹的音频信号、16比特44.1k赫兹的音频信号或16比特48k赫兹的音频信号。
70.可选的，将16比特48k赫兹的第一音频信号转换成32比特96k赫兹的第二音频信号。
71.需要说明的是，如图5所示了经过采样率转换器处理的音频信号中加入了如图中空心点，即相对于第一音频信号，第二音频信号只是采样频率和采样幅值发生了变化，第二音频信号中包括第一音频信号。
72.音频文件是指将原音频信号压缩成的各种格式下的音频文件。示例性的，该音频文件可以是mp3格式的，也可以是aac格式的。例如，该音频文件可以是移动终端上安装的某个应用程序包括的某个音频资源。该移动终端可以是手机或电脑，某个应用程序可以是音乐播放应用程序，则音频文件为某首歌的音频资源。进一步地，如在音乐播放应用程序被时，移动设备上显示的某个应用程序界面上会显示音频文件标识(如某首歌的歌曲名)，音频文件标识被触发后，会输出某首歌的音频资源。
73.又如，该音频文件可以存储在电子设备的包括音频资源的音频文件，该电子设备可以是移动终端设备，也可以是单独用于功放音频文件的音频播放设备(如，音箱设备)。
74.基于此，用户需要获取某一音频文件的音频资源时，会对该音频文件的执行播放操作。该播放操作可以直接在电子设备上显示的音频文件标识执行播放操作，如单击操作、双击操作、连续点击操作或滑动操作等。在控制器在接收到该用户的播放操作指令后，先获取音频文件的第一音频信号。并且为了提高了后续过程中音频信号的分辨率，会将第一音频信号转换为采样频率更高的(第二采样频率的)第二音频信号。其中，将第一音频信号转换为第二音频信号可以是通过音响设备的采样转换器执行实施。
75.示例性的，在一些实施例中，音响设备还包括解析器，用于将音频文件解析成音频信号。这样上述第一音频信号可以通过以下实施方式获取：在控制器控制采样率转换器将音频文件中第一采样频率的第一音频信号转换为第二采样频率的第二音频信号之前，通过控制解析器解析音频文件，得到第一音频信号。其中，解析器与控制器连接。基于该实施方式，将音频文件解析为音频信号，为后续音频信号的的处理环节，提供音频信号来源。
76.通过上述s101，将第一音频信号转换成更高采样频率的第二音频信号，提高了音频信号的分辨率，同时第二音频信号的采样幅值大于第二音频信号的采样幅值，也为后续生成的谐波信号插入准备时域空间。
77.步骤s102，根据第一音频信号生成第一谐波信息，并根据第一谐波信息和第二音频信号生成第三音频信号。
78.可以理解的是，先根据音频文件的原音频信号即第一音频信号，来生成第一谐波信息，其第一谐波信息包括第一音频信号缺失的谐波信号即第一谐波信号。再将第一谐波信号叠加至第二音频信号包括的第一音频信号中，从而生成第三音频信号。
79.示例性的，控制器控制一级谐波生成器，根据第一音频信号生成中高频的第一谐波信息，对第二音频信号中第一音频信号进行中高频谐波信号补偿，生成第三音频信号，其中，第一音频信号和第三音频信号的波形效果如图6所示。可见，这样对音频文件压缩过程中损失的中高频谐波信息还原或补偿，以确保音响设备输出的音频的清晰度。
80.步骤s103，根据第三音频信号生成第二谐波信息，并根据第二谐波信息和第三音频信号生成第四音频信号。
81.可选的，控制器控制二级谐波生成器，根据第三谐波信号生成超高频的第二谐波信息，对第三音频信号进行超高频谐波信号补偿，生成第四音频信号。
82.这样通过该实施步骤，保证音响设备输出的音频更加有层次感和空间感。
83.步骤s104，根据第四音频信号，输出目标音频信号。
84.可选的，控制扬声器根据第四音频信号，输出目标音频信号，以保证音响设备输出的音频更加有层次感和空间感。
85.图4所示的技术方案至少带来以下有益效果：一方面，对音频文件中压缩过程中的损失的中高频谐波信号进行修复，以将音频文件中损失的声音特征进行还原，从而保证了音响设备输出的音频更大程度地保留原音频的声音特征，降低音响设备输出音频的失真度，提高输出音频的清晰度。另一方面，对压缩后的音频文件中损失的超高频音频信号进行超高频谐波信号补偿，以提高音响设备输出音频的层次感和空间感。
86.在一些实施例中，第一音频信号为双通道脉冲编码调制格式的音频信号。
87.可选的，在控制采样率转换器将音频文件中第一采样频率的第一音频信号转换为第二采样频率的第二音频信号之前，还包括：在音频文件包括其他格式的音频信号的情况下，将其他格式的音频信号，转换为双通道脉冲编码调制格式的音频信号，其他格式包括双通道脉冲编码调制格式以外的格式。
88.基于此，将音频文件中的音频信号转换为统一的双通道脉冲编码调制格式，以使音频信号的采样频率与输出的目标音频信号的频率之间有统一的倍数转换关系，即，音频信号的采样频率是输出的目标音频信号的频率的二倍，以使采样率转换器能将第一音频信号快速转换成第二采样频率的第二音频信号，同时也能使输出目标音频信号前，音频信号能更好的分配至各个信道。另外，双通道脉冲编码调制格式可以理解为左右两通道脉冲编码调制格式，其他格式可以理解为非两通道格式和/或非脉冲编码调制格式，例如三通道格式、四通道格式、脉冲密度调制格式等。
89.在一些实施例中，结合图4，如图7所示，上述步骤s102可以具体实现为以下步骤：
90.步骤s102a，根据第一谐波信息，对第二音频信号中第一频段内的音频信号进行谐波补偿，得到第三音频信号。
91.需要说明的是，第一谐波信息用于生成中高频谐波信号，将中高频谐波信号插入至第二音频信号包括的第一音频信号中，以完成中高频谐波信号补偿。
92.其中，第一谐波信息的频率属于第一频段，第一频段为采样频率小于第一采样频率的频率范围。
93.在该实施例中，第一谐波信息是基于第一音频信号生成。根据第一谐波信息，对第二音频信号中小于第一采样频率的频率范围内音频信号，做中高频谐波信号补偿，以完成对第二音频信号中第一音频信号进行中高频谐波信号补偿，从而实现对音频文件中压缩过程中的损失的中高频谐波信号进行修复，以将音频文件中损失的声音特征进行还原，从而保证了音响设备输出的音频更大程度地保留原音频的声音特征，降低音响设备输出音频的失真度，提高输出音频的清晰度。
94.在一些实施例中，结合图4，如图8所示，上述步骤s103可以具体实现为以下步骤：
95.步骤s103a，将第三音频信号中第二频段内对应的音频信号的频率，均转换成大于或等于第二采样频率的采样频率。
96.其中，第二频段为第一采样频率与第二采样频率之间的频率范围，第二谐波信息的频率属于第二频段。
97.步骤s103b，根据第二谐波信息，对第三音频信号中大于或等于第二采样频率的音频信号进行谐波补偿，得到第四音频信号。
98.需要说明的是，第二谐波信息用于生成超高频谐波信号，将超高频谐波信号插入对第一音频信号对应的频段外的频段中，以完成超高品谐波信号补偿。
99.在该实施例中，先将第三谐波信号中，大于或等于第一采样频率且小于或等于第二采样频率频率范围内的音频信号的频率均转换成大于或等于第二采样频率的采样频率，以便于后续插入超高频谐波信号时有足够的时域空间。再将根据第二谐波信息生成的超高频谐波信号，补偿至第三音频信号中。
100.基于该实施例，结合图4，如图9所示，上述步骤s104可以具体实现为以下步骤：
101.步骤s104a，控制可变分辨率脉冲响应滤波器，将第四音频信号划分为多个不同频段的音频信号。
102.基于该步骤s104a，vir滤波器可以在系统设置的任一采样频率(例如192k赫兹)下运行。vir滤波器将音频信号的所有可用部分都分配给与预设低频段范围(如，低于100赫兹)对应的多个不同频段中频率较低的频段，以最大限度地提高分辨率，并且与预设高频段范围(如高于100赫兹)对应的多个不同频段中频率较高的频段也被利用。音频信号因此，即使在预设低频段范围内的更小范围内(如，10赫兹至20赫兹范围内)，vir滤波器也可以形成一个陡峭的截止滤波器，以消除不需要的隆隆声。
103.步骤s104b，按照各个频段对应的滤波参数，分别对各个频段的音频信号进行滤波处理，得到第五音频信号。
104.其中，第五音频信号包括多个频率段的音频信号经过滤波处理得到的音频信号。
105.在一些实施方式中，vir滤波器的滤波系数是根据扬声器的声功率体积密度频率响应而确定出的。
106.在另一些实施方式中，vir滤波器的滤波系数也可以根据其他非滤波器的滤波系数转换而成。
107.步骤s104c，根据第五音频信号，生成目标音频信号。
108.在一些实施例中，目标音频信号的频率所属于的频段可以是根据滤波参数设置的预设频段，该预设频段通常为低于第一采样频率的频率范围。
109.步骤s104d，控制扬声器输出预设频段的目标音频信号。
110.可以理解的是，不同频段的音频信号是指不同采样频率范围的音频信号。并且各个频段对应的滤波参数是指各个频段对应的滤波参数是相互关联的，会存在相互影响。即，不同的频段对应的滤波参数相互影响。
111.在该实施例中，根据可变分辨率脉冲响应滤波器，先对第四音频信号中多个不同频段的音频信号进行分段滤波处理。即针对多个不同的频段的音频信号，采用各个频段的音频信号对应的滤波参数进行滤波处理。再将经过滤波处理后的各个频段的音频信号，作为第五音频信号。基于此，对第四音频信号中不同采样频率的音频信号对应分别的滤波处理，能灵活综合不同分辨率需求，来调整第五谐波信号，以使输出的目标音频信号能满足多分辨率需求，避免不分频段地对音频信号进行统一地滤波处理，只能满足单一的分辨率需求，而导致的音响设备灵活性差的问题，从而保证了音响设备的灵活性和精准性。
112.基于上述实施例，扬声器的相位与可变分辨率脉冲响应滤波器的相位相同。
113.扬声器本质上是最小相位设备，则可变分辨率脉冲响应滤波器也可以属于最小相位滤波器一种，因此，其划分的各个频段的音频信号具有受控的最小相位特性，以使可变分辨率脉冲响应滤波器在时域中表现出最小的振铃和出色的瞬态响应，从而使扬声器均衡效果更好。
114.如图10所示，以下是采用可变分辨率脉冲响应滤波器以外的相关滤波器(如fir滤波器(finite impulse response，有限长单位冲激响应滤波器)滤波处理后，和采用可变分辨率脉冲响应滤波器滤波处理后，扬声器得到的目标音频信号的波形效果图。可见，相比于相关滤波器，可变分辨率脉冲响应滤波器在高频的修正效率和低频修正效果较传统型滤波器效果好许多，且运算量比同等效果的传统型滤波器小90％，且在音频信号中的高频信号的处理仅需根据采样频率关联而非指数上升，因此特别适合hi-res音频设备的声学校正。
115.基于此，可变分辨率脉冲响应滤波器的相位保持与扬声器的相位在同一个相位，以使经过可变分辨率脉冲响应滤波器处理后的音频信号，输入至扬声器中经过扬声器处理后，输出的目标音频信号更加均衡，从而保证音响设备输出音频的音质更加均衡。
116.在一些具体实施例中，如图11所示，上述音频信号的处理方法，通常以音效优化功能程序算法形式实现，以.ini文件格式存储。具体地，用户在人机交互装置的交互界面输入音频文件的播放指令，以启动音频信号的优化处理功能。音响设备通过调用.ini文件以调出算法参数(如，第二采样频率，第一谐波信息的频率和第二谐波信息的频率、滤波系数等)，同时也能在.ini文件中配置算法参数的参数值，然后调用算法参数和对应的参数值并启动音效优化功能，最后输出优化后的音频信号。
117.在另一些具体实施例中，如图12所示，对音响设备的音频信号的处理过程作出了进一步说明。
118.(1)音响设备接收音频文件的第一音频信号。
119.(2)音响设备判断用户是否开启音效优化处理功能。
120.(3)如果是，则进入开始音效优化处理过程(4)，如果否则输出第一音频信号。
121.(4)音响设备判断第一音频信号是否包括其他格式的音频信号。其中，如果是，则进入(5)，如果否，则进入(6)。
122.(5)如果是，音响设备将其他格式的音频信号，转换为双通道脉冲编码调制格式的第一音频信号。
access network，ran)，无线局域网(wireless local area networks，wlan)等。通信接口303可以是模块、电路、收发器或者任何能够实现通信的装置。
133.总线304可以是外设部件互连标准(peripheral component interconnect，pci)总线或扩展工业标准结构(extended industry standard architecture，eisa)总线等。总线304可以分为地址总线、数据总线、控制总线等。为便于表示，图13中仅用一条粗线表示，但并不表示仅有一根总线或一种类型的总线。
134.本技术实施例还提供了一种计算机可读存储介质，包括计算机执行指令，当其在计算机上运行时，使得计算机执行上述实施例提供的任意一种音响设备的音频信号处理方法。
135.本技术实施例还提供了一种包含计算机执行指令的计算机程序产品，当其在计算机上运行时，使得计算机执行上述实施例提供的任意一种音响设备的音频信号处理方法。
136.在上述实施例中，可以全部或部分地通过软件、硬件、固件或者其任意组合来实现。当使用软件程序实现时，可以全部或部分地以计算机程序产品的形式来实现。该计算机程序产品包括一个或多个计算机执行指令。在计算机上加载和执行计算机执行指令时，全部或部分地产生按照本技术实施例的流程或功能。计算机可以是通用计算机、专用计算机、计算机网络、或者其他可编程装置。计算机执行指令可以存储在计算机可读存储介质中，或者从一个计算机可读存储介质向另一个计算机可读存储介质传输，例如，计算机执行指令可以从一个网站站点、计算机、服务器或者数据中心通过有线(例如同轴电缆、光纤、数字用户线(digital subscriber line，dsl))或无线(例如红外、无线、微波等)方式向另一个网站站点、计算机、服务器或数据中心进行传输。计算机可读存储介质可以是计算机能够存取的任何可用介质或者是包含一个或多个可以用介质集成的服务器、数据中心等数据存储设备。可用介质可以是磁性介质(例如，软盘、硬盘、磁带)，光介质(例如，dvd)、或者半导体介质(例如固态硬盘(solid state disk，ssd))等。
137.尽管在此结合各实施例对本技术进行了描述，然而，在实施所要求保护的本技术过程中，本领域技术人员通过查看附图、公开内容、以及所附权利要求书，可理解并实现公开实施例的其他变化。在权利要求中，“包括”(comprising)一词不排除其他组成部分或步骤，“一”或“一个”不排除多个的情况。单个处理器或其他单元可以实现权利要求中列举的若干项功能。相互不同的从属权利要求中记载了某些措施，但这并不表示这些措施不能组合起来产生良好的效果。
138.尽管结合具体特征及其实施例对本技术进行了描述，显而易见的，在不脱离本技术的精神和范围的情况下，可对其进行各种修改和组合。相应地，本说明书和附图仅仅是所附权利要求所界定的本技术的示例性说明，且视为已覆盖本技术范围内的任意和所有修改、变化、组合或等同物。显然，本领域的技术人员可以对本技术进行各种改动和变型而不脱离本技术的精神和范围。这样，倘若本技术的这些修改和变型属于本技术权利要求及其等同技术的范围之内，则本技术也意图包含这些改动和变型在内。
139.以上所述，仅为本技术的具体实施方式，但本技术的保护范围并不局限于此，任何在本技术揭露的技术范围内的变化或替换，都应涵盖在本技术的保护范围之内。因此，本技术的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。
技术特征：1.一种音响设备，其特征在于，包括采样率转换器、一级谐波生成器、二级谐波生成器、扬声器和控制器；所述控制器与所述采样率转换器、所述一级谐波生成器、所述二级谐波生成器和所述扬声器连接；所述控制器被配置为：响应于用户针对音频文件执行的播放操作，控制所述采样率转换器将所述音频文件中第一采样频率的第一音频信号转换为第二采样频率的第二音频信号，所述第一采样频率小于所述第二采样频率，所述第一音频信号的采样幅值小于所述第二音频信号的采样幅值；控制所述一级谐波生成器根据所述第一音频信号生成第一谐波信息，并根据所述第一谐波信息和所述第二音频信号生成第三音频信号；控制所述二级谐波生成器根据所述第三音频信号生成第二谐波信息，并根据所述第二谐波信息和所述第三音频信号生成第四音频信号；控制所述扬声器根据所述第四音频信号，输出目标音频信号，其中，所述第一谐波信息的频率小于所述第二谐波信息的频率。2.根据权利要求1所述的音响设备，其特征在于，所述第一音频信号为双通道脉冲编码调制格式的音频信号，在所述控制所述采样率转换器将所述音频文件中第一采样频率的第一音频信号转换为第二采样频率的第二音频信号之前，还包括：在所述音频文件包括其他格式的音频信号的情况下，将所述其他格式的音频信号，转换为双通道脉冲编码调制格式的音频信号，所述其他格式包括所述双通道脉冲编码调制格式以外的格式。3.根据权利要求1所述的音响设备，其特征在于，所述根据所述第一谐波信息和所述第二音频信号，生成第三音频信号，包括：根据所述第一谐波信息，对所述第二音频信号中第一频段内的音频信号进行谐波补偿，得到所述第三音频信号，所述第一谐波信息的频率属于所述第一频段，所述第一频段为采样频率小于所述第一采样频率的频率范围。4.根据权利要求1所述的音响设备，其特征在于，根据所述第二谐波信息和所述第三音频信号，生成第四音频信号，包括：将所述第三音频信号中第二频段内的音频信号的频率，均转换成大于或等于所述第二采样频率的频率；第二频段为所述第一采样频率与所述第二采样频率之间的频率范围，所述第二谐波信息的频率属于所述第二频段；根据所述第二谐波信息，对所述第三音频信号中频率大于或等于所述第二采样频率的音频信号进行谐波补偿，得到所述第四音频信号。5.根据权利要求1所述的音响设备，其特征在于，所述音响设备还包括：可变分辨率脉冲响应滤波器；所述可变分辨率脉冲响应滤波器与所述控制器连接；所述控制器在控制所述扬声器根据所述第四音频信号输出目标音频信号之前，还被配置为：控制所述可变分辨率脉冲响应滤波器，将所述第四音频信号划分为多个不同频段的音频信号；按照各个所述频段对应的滤波参数，分别对各个所述频段的音频信号进行滤波处理，得到第五音频信号，其中，所述第五音频信号包括多个所述频段的音频信号经过所述滤波
处理得到的音频信号；根据所述第五音频信号，生成预设频段的所述目标音频信号；所述预设频段为低于第一采样频率的频率范围；所述控制器控制所述扬声器根据所述第四音频信号输出目标音频信号，被配置为：控制所述扬声器输出所述低于预设频段的所述目标音频信号。6.根据权利要求5所述的音响设备，其特征在于，所述扬声器的相位与所述可变分辨率脉冲响应滤波器的相位相同。7.根据权利要求1至6中任一项所述的音响设备，其特征在于，在所述控制所述采样率转换器将所述音频文件中第一采样频率的第一音频信号转换为第二采样频率的第二音频信号之前，还包括：解析所述音频文件，得到所述第一音频信号。8.一种音频信号处理方法，其特征在于，所述方法包括：响应于用户针对音频文件执行的播放操作，将所述音频文件中第一采样频率的第一音频信号转换为第二采样频率的第二音频信号，所述第一采样频率小于所述第二采样频率，所述第一音频信号的采样幅值小于所述第二音频信号的采样幅值；根据所述第一音频信号生成第一谐波信息，并根据所述第一谐波信息和所述第二音频信号生成第三音频信号；根据所述第三音频信号生成第二谐波信息，并根据所述第二谐波信息和所述第三音频信号生成第四音频信号；控制所述扬声器根据所述第四音频信号，输出目标音频信号，其中，所述第一谐波信息的频率小于所述第二谐波信息的频率。9.根据权利要求8所述的音频信号处理方法，其特征在于，所述根据所述第一谐波信息和所述第二音频信号，生成第三音频信号，包括：根据所述第一谐波信息，对所述第二音频信号中第一频段内的音频信号进行谐波补偿，得到所述第三音频信号，所述第一谐波信息的频率属于所述第一频段，所述第一频段为采样频率小于所述第一采样频率的频率范围。10.根据权利要求8所述的音频信号处理方法，其特征在于，根据所述第二谐波信息和所述第三音频信号，生成第四音频信号，包括：将所述第三音频信号中第二频段内的音频信号的采样频率，均转换成所述第二采样频率；第二频段为所述第一采样频率与所述第二采样频率之间的频率范围，所述第二谐波信息的频率属于所述第二频段；根据所述第二谐波信息，对所述第三音频信号中所述第二采样频率的音频信号进行谐波补偿，得到所述第四音频信号。
技术总结本申请实施例提供了一种音响设备及音频信号处理方法，涉及音频信号处理技术领域，解决相关技术中音质清晰度不够和音效层次效果差的问题。该音响设备包括采样率转换器、一级谐波生成器、二级谐波生成器、扬声器和控制器；控制器被配置为：响应于用户针对音频文件执行的播放操作，控制采样率转换器将音频文件中第一采样频率的第一音频信号转换为第二采样频率的第二音频信号；控制一级谐波生成器根据第一音频信号生成第一谐波信息，并根据第一谐波信息和第二音频信号生成第三音频信号；控制二级谐波生成器根据第三音频信号生成第二谐波信息，并根据第二谐波信息和第三音频信号生成第四音频信号；控制扬声器根据第四音频信号，输出目标音频信号。输出目标音频信号。输出目标音频信号。
技术研发人员：王相祥 肖劲立 胡书德 赵军良 宋永刚 刘清河 刘道正
受保护的技术使用者：深圳信扬国际经贸股份有限公司
技术研发日：2022.07.15
技术公布日：2022/11/1
