音频文件分析监测程序设计

2020-02-23周悦颖

电声技术 2020年9期

周悦颖

（国家广播电视总局二八一台，云南昆明 650000）

1 简介

1.1 软件介绍

广播节目的音频质量关系到播出质量。电平监测能反映过载和削波情况，预防失真。反相也会对播出质量造成严重影响。反相的音频左右声道相互中和，会导致输出电平过低，收听效果模糊，影响播出质量。利萨如图能反映音频的频率和相位差，避免音频的失真。本文介绍了Wave 文件的读取、Wave波形显示、DirectX 读取音频数据、电平分析、频谱原理与分析、利萨如图形算法、相位算法以及对电平和相位报警等内容，利用Delphi 语言实现了数字音频分析监测，可协助技术人员发现音频质量问题。

1.2 数字音频文件分析程序流程

数字音频文件分析程序流程如图1 所示。在读取Wave 文件后，先判断音频是否是双声道。若是单声道，退出流程并提示。根据采样率显示出波形图，并通过DirectSound 进行播发，显示出电平、相位及利萨如图形，并报警显示有异常的地方。

2 音频文件分析监控功能

2.1 电平分析

2.1.1 数字电平

以0.775 V 为基准电压时，所求得的电压电平单位为dBu。绝对电压电平U用分贝表示为：

dBFS 是数字音频信号的电平单位，简称为满度数字电平。电平值V的计算公式为：

我国广播电视系统中通常采用+4 dBu 作为音频系统的校准电平，满度数字电平为+24 dBu。

2.1.2 数字电平报警

根据式（2）计算出电平值，显示出电平大小。记录每1 s 的电平值，如果电平值在20 s 以内大于或小于报警值，开始报警。报警流程如图2 所示。读取音频文件后先获取音频的Buffer，根据电平值计算公式显示出电平VU 表，并做出高电平和低电平报警提示。

2.2 频谱分析

2.2.1 频谱分析原理

傅立叶是频谱分析的奠基人，在傅立叶变换中提出了信号采样和频域表示等概念。非正弦信号可用它包含的频率分量成分的特征来表征，将时域信号转化到频域后，可以得出频谱分量。使用FFT分析仪进行信号采样，把相关离散采样点进行傅立叶变换，可得到频域信息［1］。

2.2.2 频谱程序实现

应用傅立叶变换原理，逐次奇偶抽选采样的序列，以提高效率，避免浪费储存单元。打乱以前的顺序并对其重新进行排序，按照这个顺序来运算。在用Delphi 表示傅立叶变换复数中，可以先在数据结构中定义一个含有两个成员变量的数据结构。

两个成员变量可以分别通过倒序实现表示复数的虚部与实部：

TComplex=packed record

Im：TFloat;//复数的虚部

Re：TFloat;//复数的实部

end;

进行快速傅立叶变换有两种方法：第一种是按照自然序列排序输入（时域序列）和输出（频域序列）；第二种方法是按照“蝴蝶图”所描述的计算方法，对奇偶分解后的序列排序输入（时域序列），并对输出按自然顺序排列（频域序列）［2］。第一种方法不符合“蝴蝶图”，但是对输入输出不需要进一步排序。第二种方法符合“蝴蝶图”，但需要倒序一次。本文采用第二种方法进行较多的采样，同时优化倒序算法。首先抽样量化输入或采集的时域波形数据，通过类的函数读取到缓存中，再对数据进行转换，使其满足长度为2 的整数次幂的复变量，最后运用“蝴蝶图”进行分解运算。在Delphi 中并没有表示复数的数据类型，通过定义一个含有两个成员变量的数据结构来表示复数，即用两个变量分别来表示复数的实部与虚部。

2.2.3 频谱分析具体流程

频谱分析具体流程如图3 所示。首先获取音频文件的Buffer，用倒序的方法编写出适合Delphi使用的复数数据类型，再对时域信号进行频谱分析，并将频谱显示出来。

2.2.4 频谱分析程序关键代码

频谱分析程序关键代码如下：

2.3 相位检测

2.3.1 相位定义

作为周期运动的声波，相位就是其在运动中表现出来的准确位置。波峰对邻波的波峰或者波谷对邻波的波谷属于同相位，相位差都是360°，同相位相加。波峰对邻波的波谷或者波谷对邻波的波峰属于反相位，相位差为180°，同相位相减。交流电在不同时刻的状态是通过相位来反映的。相位随时间变化，交流电的方向和大小也会产生变化。

2.3.2 相位程序实现及报警

2.3.3 相位监测具体流程

相位监测具体流程如图4 所示。读取音频文件后，取出左右声道的值，求左声道和、右声道和以及左右声道相乘的积。然后根据相位差公式计算后显示相位。对于反相情况，报警予以提示。

2.3.4 相位监测关键代码

相位监测关键代码如下：