一种在Odd-DFT域对含噪正弦信号进行参数估计的方法技术

本发明专利技术公开了一种在Odd-DFT域对含噪正弦信号进行参数估计的方法，其步骤为：通过对时域信号进行Odd-DFT变换得到一组Odd-DFT系数；以该组Odd-DFT系数幅度极大值所对应的频率作为频率的粗估计值；使用与该极大值相邻的左右两个系数值，通过决策算法得到进行频率估计的决策分支；根据相应的决策分支，按照推导出的频率修正算法进行修正参数估计，得到正弦信号频率的精估计值；使用频率的精估计值，按照推导出的幅度与相位估计方法进一步得到信号的幅度与相位估计值。本发明专利技术支持使用正弦窗的情况，可用于单频正弦信号和频域可分离的多频正弦信号在有噪条件下的参数估计，适用于以MDCT为核心变换的处理与应用系统，尤其是音频信号处理与编码系统。

【技术实现步骤摘要】

： 本专利技术属于信号处理与通信
，具体涉及一种Odd-DFT域的正弦信号参数 估计方法，其用于基于Odd-DFT分析和基于MDCT分析的处理与应用系统，尤其是音频信号 处理与编解码系统。
技术介绍
： 参数估计是一个基本的信号处理问题，广泛应用于诸如信号通讯、仪器仪表、医疗 诊断和音频处理等领域。虽然现在已经有很多种低复杂度的参数估计方法_，但是 它们中的绝大多数并不适用于基于MDCT分析的音频信号处理系统。这是因为这些参数估 计算法所使用的信号分析过程，如线性预测分析、子空间分解、以及离散傅立叶变换（DFT) 等，与音频信号处理系统中所使用的MDCT分析不同。这样的信号分析过程需要额外的系统 开销，使得整个系统的复杂度增加。 为了解决上述问题，近十年以来，出现了两类适用于音频信号处理系统的低复杂 度正弦信号参数估计算法。一类算法直接使用音频系统中的MDCT系数进行参数估计，这样的方法避免了 额外的信号分析过程，而估计算法本身的复杂度也不高，这样就能以非常低的系统开销获 得所需的参数估计值。但是由于MDCT系数会受到信号相位的调制，尤其是在有噪条件下， 这种由相位带来的调制直接影响到估计算法的精度，使得这类使用MDCT系数进行频率估 计的算法精度有限。尽管近年来出现了一些MDCT域参数估计的改进算法-，但是这 些方法都无法避免相位的影响。分析表明，这些MDCT域的算法在有噪条件下的均方误 差（MSE)性能类似，基本都离参数估计的理论下界一一克拉美罗界（CRB)有点远，大约10dB 以上。 另一类算法借助于Odd-DFT分析来实现面向音频处理系统的低复杂度参数估计 ，。利用Odd-DFT系数与MDCT系数之间易于转换的特性，一方面在Odd-DFT±或进 行参数估计，能够有效地避免相位的影响；另一方面通过简单计算就能将〇dd-DFT系数转 换成MDCT系数，满足整个音频系统关于复杂度的要求。但是现有的Odd-DFT域的参数估计 方法是以近似拟合函数为基础的，这种拟合函数的精度有限，使得算法的估计精度不高，甚 至还不如MDCT域的方法。 参考文献： H.So,K.ff.Chan,Y.Chan,andK.Ho,"Linearpredictionapproachfor efficientfrequencyestimationofmultiplerealsinusoids:algorithmsand analyses，"IEEETrans.SignalProcess. ,vol. 53,no. 7,pp. 2290 - 2305,July2005. H.C.So,F.Chan,andff.Sun,"Subspaceapproachforfast andaccuratesingle-tonefrequencyestimation,IEEETrans.Signal Process. ,vol. 59,no. 2,pp. 827 - 831,Feb2011. B.Quinn,"EstimatingfrequencybyinterpolationusingFourier coefficients，"IEEETrans.SignalProcess. ,vol. 42,no. 5,pp. 1264 - 1268,May1994. E.JacobsenandP.Kootsookos，"Fast，accuratefrequencyestimators，"IEEESignalProcess.Mag. ,vol. 24,no. 3,pp. 123 - 125,May2007. C.Candan,"Analysisandfurtherimprovementoffineresolution frequencyestimationmethodfromthreeDFTsamples，"IEEESignalProcess. Lett. ,vol. 20,no. 9,pp. 913 - 916,Sept2013. S.MerdjaniandL.Daudet,"Directestimationoffrequencyfrom MDCT-encodedfileSj^inProc. 6thInt.Conf.DigitalAudioEffects(DAFx-〇3)Conf. Citeseer,Sep. 2003,pp. 1-4. M.Zhu，W.Zheng，D.Li，andM.Zhang，"Anaccuratelowcomplexity algorithmforfrequencyestimationinMDCTdomain，"IEEETrans.Consum.Electron .,vol. 54,no. 3,pp. 1022 - 1028, 2008. S.Zhang，W.Dou，andH.Yang，"MDCTsinusoidalanalysisforaudio signalsanalysisandprocessing，"IEEETrans.Acoust. ,Speech,Language Process.，vol. 21，no. 7,pp. 1403 - 1414,July2013. Y.DunandG.Liu,uAnimprovedMDCTdomainfrequency estimationmethod，"inProc.IEEEInt.Conf.SignalandInformationProcess. (ChinaSIP2014)，July2014,pp.120 - 123. Y.DunandG.Liu，"FrequencyestimationperformanceofseveralMDCT domainalgorithms,,?inProc.Int.Conf.InternetMultimediaComputingandService. ACM，2014,pp. 399 - 402. A.Ferreira,"Accurateestimationinthe0DFTdomainofthe frequency,phaseandmagnitudeofstationarysinusoids，"in2001IEEEworkshop onApplicationsofSignalProcess,toAudioandAcoustics.IEEE, 2001,pp. 47 - 50. A.FerreiraandD.Sinha,αAccurateandrobustfrequencyestimation inthe0DFTdomain，''in2005IEEEworkshoponApplicationsofSignalProcess,to AudioandAcoustics，Oct2005,pp. 203 - 206.
技术实现思路
： 本专利技术的目的在于针对现有技术的不足，提供了一种在Odd-DFT域对含噪正弦信 号进行参数估计的方法。该方法仅使用几个〇dd-DFT系数即可实现信号频率、幅度和相位 的高精度估计，具有较低的算法复杂度；同时由于从〇dd-DFT系数到MDCT系数的转换复杂 度很低，该方法的系统复杂度也较低。所提出的方法支持音频处理系本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种在Odd‑DFT域对含噪正弦信号进行参数估计的方法，其特征在于，包括以下步骤：1)获取含噪正弦信号一个分析帧的Odd‑DFT变换系数，记做XO(k)，其中，k＝0,1,…,N为子带索引，N为变换的子带数；2)查找所述一个分析帧的Odd‑DFT变换系数XO(k)幅度的极大值及其所在的子带位置，分别记做|XO(pi)|和pi，得到有效的正弦信号分量的频率粗估计值其中i＝1,…,l,l为检测到的极大值的个数；3)根据与所述极大值|XO(pi)|相邻的系数值XO(pi‑1)和XO(pi+1)，使用决策算法得到分支决策参数λi；4)使用所述得到的分支决策参数λi，按照对应的频率修正算法，计算每一个极大值所对应正弦频率分量的频率修正参数得到频率的精估计值5)根据所述得到的频率值按照幅度与相位估计方法，得到每一个极大值所对应正弦频率分量的幅度值和相位值

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：顿玉洁，刘贵忠，侯兴松，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61