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#!/usr/bin/env python
# -*- coding: utf-8 -*-
"""
智能音频处理助手的核心处理模块
包含各种音频处理功能的实现
"""
import os
import time
import traceback
import sys
from typing import Callable, Dict, Any, Optional
# 导入基础模块
try:
import numpy as np
NUMPY_AVAILABLE = True
except ImportError:
NUMPY_AVAILABLE = False
print("警告: 未能导入numpy模块,部分功能将不可用")
# 创建一个假的numpy模块,以便在导入失败时仍能继续
class FakeNumpy:
def __init__(self):
pass
def array(self, *args, **kwargs):
return []
def clip(self, *args, **kwargs):
return []
def concatenate(self, *args, **kwargs):
return []
def zeros(self, *args, **kwargs):
return []
def abs(self, *args, **kwargs):
return []
def where(self, *args, **kwargs):
return [], []
np = FakeNumpy()
# 导入音频处理模块
try:
import librosa
import soundfile as sf
LIBROSA_AVAILABLE = True
except ImportError:
LIBROSA_AVAILABLE = False
print("警告: 未能导入librosa或soundfile模块,音频处理功能将不可用")
# 导入深度学习模块
try:
import torch
TORCH_AVAILABLE = True
except ImportError:
TORCH_AVAILABLE = False
print("警告: 未能导入PyTorch,人声提取功能将使用备用方法")
# 导入语音识别模块
try:
import whisper
WHISPER_AVAILABLE = True
except ImportError:
WHISPER_AVAILABLE = False
print("警告: 未能导入whisper模块,语音转文字功能将不可用")
# 导入降噪模块
try:
import noisereduce as nr
NOISEREDUCE_AVAILABLE = True
except ImportError:
NOISEREDUCE_AVAILABLE = False
print("警告: 未能导入noisereduce模块,降噪功能将不可用")
# 基础处理器类
class AudioProcessor:
"""音频处理器基类"""
def __init__(self):
"""初始化处理器"""
pass
def process(self,
input_file: str,
output_file: str,
params: Dict[str, Any] = None,
progress_callback: Optional[Callable[[int], None]] = None) -> str:
"""
处理音频文件
Args:
input_file: 输入音频文件路径
output_file: 输出音频文件路径
params: 处理参数
progress_callback: 进度回调函数
Returns:
输出文件路径
"""
if progress_callback:
progress_callback(0)
try:
# 检查librosa是否可用
if not LIBROSA_AVAILABLE:
raise ImportError("缺少librosa或soundfile模块,无法处理音频")
# 检查numpy是否可用
if not NUMPY_AVAILABLE:
raise ImportError("缺少numpy模块,无法处理音频")
# 加载音频
self._update_progress(progress_callback, 10)
y, sr = self._load_audio(input_file)
# 处理音频
self._update_progress(progress_callback, 30)
y_processed = self._process_audio(y, sr, params or {})
# 保存音频
self._update_progress(progress_callback, 80)
self._save_audio(y_processed, sr, output_file)
self._update_progress(progress_callback, 100)
return output_file
except Exception as e:
print(f"处理音频时出错: {str(e)}")
traceback.print_exc()
raise
def _load_audio(self, file_path: str) -> tuple:
"""加载音频文件"""
if not os.path.exists(file_path):
raise FileNotFoundError(f"找不到音频文件: {file_path}")
return librosa.load(file_path, sr=None)
def _save_audio(self, y: np.ndarray, sr: int, file_path: str) -> None:
"""保存音频文件"""
# 确保输出目录存在
output_dir = os.path.dirname(file_path)
if output_dir and not os.path.exists(output_dir):
os.makedirs(output_dir)
sf.write(file_path, y, sr)
def _process_audio(self, y: np.ndarray, sr: int, params: Dict[str, Any]) -> np.ndarray:
"""
处理音频数据
子类必须重写此方法
"""
raise NotImplementedError("子类必须实现此方法")
def _update_progress(self,
progress_callback: Optional[Callable[[int], None]],
value: int) -> None:
"""更新进度"""
if progress_callback:
progress_callback(value)
time.sleep(0.01) # 避免UI卡死
# 音量增强处理器
class VolumeEnhancer(AudioProcessor):
"""音量增强处理器"""
def _process_audio(self, y: np.ndarray, sr: int, params: Dict[str, Any]) -> np.ndarray:
"""增强音频音量"""
gain = params.get('gain', 1.5) # 默认增益为1.5
return np.clip(y * gain, -1.0, 1.0) # 放大并限制在[-1, 1]范围内
# 语音转文字处理器
class SpeechToText(AudioProcessor):
"""语音转文字处理器"""
def __init__(self):
super().__init__()
self.model = None
def _load_model(self):
"""懒加载Whisper模型"""
if not WHISPER_AVAILABLE:
raise ImportError("缺少whisper模块,无法执行语音转文字功能。请安装:pip install -i https://pypi.tuna.tsinghua.edu.cn/simple openai-whisper")
if self.model is None:
try:
# 使用小模型以平衡速度和准确性
self.model = whisper.load_model("base")
except Exception as e:
raise ImportError(f"加载Whisper模型失败: {str(e)}. 可能需要安装额外的依赖,请运行: pip install -i https://pypi.tuna.tsinghua.edu.cn/simple openai-whisper")
def process(self,
input_file: str,
output_file: str,
params: Dict[str, Any] = None,
progress_callback: Optional[Callable[[int], None]] = None) -> str:
"""处理音频文件并生成文本转录"""
if progress_callback:
progress_callback(0)
try:
# 检查输入文件是否存在
if not os.path.exists(input_file):
raise FileNotFoundError(f"找不到输入文件: {input_file}")
# 检查是否可以使用whisper或备用方法
use_backup_method = not WHISPER_AVAILABLE
if not use_backup_method:
# 尝试使用Whisper进行转录
try:
self._update_progress(progress_callback, 10)
self._load_model()
# 设置语言
self._update_progress(progress_callback, 20)
language = params.get('language', '自动检测')
language_code = None
if language == '中文':
language_code = 'zh'
elif language == '英语':
language_code = 'en'
# 识别
self._update_progress(progress_callback, 30)
options = {}
if language_code:
options['language'] = language_code
# 使用librosa直接加载音频而不依赖ffmpeg
print("使用librosa直接加载音频...")
# 使用librosa加载音频并重采样到16kHz (whisper期望的速率)
audio, sr = librosa.load(input_file, sr=16000, mono=True)
# 转换为浮点数数组
audio = audio.astype(np.float32)
# 确保音频长度适合模型
if len(audio) == 0:
raise ValueError("音频文件为空或无法读取")
print(f"音频加载成功,长度: {len(audio)/16000:.2f}秒,采样率: 16000Hz")
self._update_progress(progress_callback, 40)
# 运行模型
print(f"转录音频 (语言: {language})...")
result = self.model.transcribe(audio, **options)
print("转录完成!")
# 生成文本文件
self._update_progress(progress_callback, 80)
with open(output_file, 'w', encoding='utf-8') as f:
f.write(result["text"])
# 生成带时间戳的字幕文件
srt_file = output_file.replace('.txt', '.srt')
self._generate_srt(result["segments"], srt_file)
self._update_progress(progress_callback, 100)
return output_file
except Exception as e:
print(f"Whisper转录失败: {str(e)}")
print("尝试使用备用方法...")
use_backup_method = True
# 备用方法:使用simple_audio_info.py分析音频
if use_backup_method:
print("使用备用方法分析音频...")
self._update_progress(progress_callback, 30)
try:
# 尝试加载并使用simple_audio_info.py
try:
# 如果simple_audio_info.py在同一目录下
current_dir = os.path.dirname(os.path.abspath(__file__))
sys.path.append(current_dir)
try:
import simple_audio_info
print("使用simple_audio_info模块分析音频...")
self._update_progress(progress_callback, 40)
# 调用simple_audio_info分析音频
result = simple_audio_info.analyze_audio(input_file, output_file)
if result:
self._update_progress(progress_callback, 100)
return output_file
except ImportError:
print("未找到simple_audio_info模块,使用内置方法...")
except:
print("加载simple_audio_info失败,使用内置方法...")
# 内置备用方法:使用wave模块分析
self._update_progress(progress_callback, 50)
try:
# 如果输入文件是WAV格式
import wave
import codecs
with wave.open(input_file, 'rb') as wav_file:
# 获取基本信息
channels = wav_file.getnchannels()
sample_width = wav_file.getsampwidth()
frame_rate = wav_file.getframerate()
n_frames = wav_file.getnframes()
duration = n_frames / frame_rate
file_size = os.path.getsize(input_file)
# 生成报告文件
with codecs.open(output_file, 'w', encoding='utf-8-sig') as f:
f.write("音频文件分析报告\n")
f.write("==============\n\n")
f.write(f"文件名: {os.path.basename(input_file)}\n")
f.write(f"文件大小: {file_size / 1024:.2f} KB\n")
f.write(f"通道数: {channels}\n")
f.write(f"采样宽度: {sample_width * 8} 位\n")
f.write(f"采样率: {frame_rate} Hz\n")
f.write(f"总帧数: {n_frames}\n")
f.write(f"时长: {duration:.2f} 秒\n\n")
f.write("音频质量评估:\n")
if frame_rate >= 44100 and sample_width >= 2:
f.write("- 音频质量评级: 高质量 (CD级别或更高)\n")
elif frame_rate >= 22050 and sample_width >= 2:
f.write("- 音频质量评级: 中等质量 (适合语音)\n")
else:
f.write("- 音频质量评级: 低质量\n")
# 添加备注
f.write("\n备注: 此分析仅提供音频的基本信息,不含实际的语音转文字功能。\n")
f.write("如需使用完整的语音转文字功能,请安装以下依赖:\n")
f.write("1. pip install -i https://pypi.tuna.tsinghua.edu.cn/simple openai-whisper\n")
f.write("2. 安装ffmpeg并设置系统环境变量\n")
except:
# 如果不是WAV格式或者出现其他错误,则尝试使用基本的文件信息
with codecs.open(output_file, 'w', encoding='utf-8-sig') as f:
f.write("音频文件基本信息\n")
f.write("==============\n\n")
f.write(f"文件名: {os.path.basename(input_file)}\n")
f.write(f"文件大小: {os.path.getsize(input_file) / 1024:.2f} KB\n")
f.write(f"修改时间: {time.ctime(os.path.getmtime(input_file))}\n\n")
f.write("\n备注: 无法分析此音频文件的详细信息。\n")
f.write("如需使用完整的语音转文字功能,请安装以下依赖:\n")
f.write("1. pip install -i https://pypi.tuna.tsinghua.edu.cn/simple openai-whisper\n")
f.write("2. 安装ffmpeg并设置系统环境变量\n")
except Exception as e:
print(f"备用分析方法失败: {str(e)}")
# 确保生成基本报告
with open(output_file, 'w', encoding='utf-8') as f:
f.write(f"分析失败: {str(e)}\n\n")
f.write("语音转文字功能需要安装以下依赖:\n")
f.write("1. pip install -i https://pypi.tuna.tsinghua.edu.cn/simple openai-whisper\n")
f.write("2. 下载并安装ffmpeg: https://ffmpeg.org/download.html\n")
self._update_progress(progress_callback, 100)
return output_file
except Exception as e:
print(f"转换语音为文本时出错: {str(e)}")
traceback.print_exc()
# 确保即使出错也生成一个结果文件
try:
with open(output_file, 'w', encoding='utf-8') as f:
f.write(f"转录失败: {str(e)}\n")
f.write("语音转文字功能需要安装以下依赖:\n")
f.write("1. pip install -i https://pypi.tuna.tsinghua.edu.cn/simple openai-whisper\n")
f.write("2. 下载并安装ffmpeg: https://ffmpeg.org/download.html\n")
f.write("3. 确保ffmpeg在系统PATH中\n")
except:
pass
raise
def _generate_srt(self, segments, output_file):
"""生成SRT字幕文件"""
try:
with open(output_file, 'w', encoding='utf-8') as f:
for i, segment in enumerate(segments):
# 将时间戳从秒转换为SRT格式 (HH:MM:SS,mmm)
start = self._format_timestamp(segment['start'])
end = self._format_timestamp(segment['end'])
# 写入字幕条目
f.write(f"{i+1}\n")
f.write(f"{start} --> {end}\n")
f.write(f"{segment['text'].strip()}\n\n")
print(f"字幕文件已生成: {output_file}")
except Exception as e:
print(f"生成字幕文件失败: {str(e)}")
def _format_timestamp(self, seconds):
"""将秒数转换为SRT时间戳格式"""
hours = int(seconds / 3600)
minutes = int((seconds % 3600) / 60)
secs = int(seconds % 60)
millis = int((seconds - int(seconds)) * 1000)
return f"{hours:02d}:{minutes:02d}:{secs:02d},{millis:03d}"
# 音频降噪处理器
class NoiseReducer(AudioProcessor):
"""音频降噪处理器"""
def _process_audio(self, y: np.ndarray, sr: int, params: Dict[str, Any]) -> np.ndarray:
"""降噪处理"""
if not NOISEREDUCE_AVAILABLE:
raise ImportError("缺少noisereduce模块,无法执行音频降噪功能")
strength = params.get('strength', '中')
# 根据强度设置降噪参数
prop_decrease = 0.5 # 默认值 (中)
if strength == '低':
prop_decrease = 0.3
elif strength == '高':
prop_decrease = 0.7
# 使用noisereduce库执行降噪处理
return nr.reduce_noise(
y=y,
sr=sr,
prop_decrease=prop_decrease,
stationary=False
)
# 人声提取处理器
class VoiceExtractor(AudioProcessor):
"""人声提取处理器"""
def __init__(self):
super().__init__()
self.model = None
self.model_type = None
def _load_model(self):
"""加载模型或设置为备用算法"""
if not TORCH_AVAILABLE:
self.model = None
self.model_type = "fallback"
print("警告: 未能导入PyTorch,将使用备用方法提取人声")
return
if self.model is None:
try:
# 在没有加载模型的情况下设置备用方法
self.model_type = "fallback"
# 如果PyTorch可用,但没有安装特定依赖,仍使用备用算法
print("使用基于频谱的人声提取方法")
except Exception as e:
print(f"初始化人声提取器时出错: {str(e)}")
self.model_type = "fallback"
def process(self,
input_file: str,
output_file: str,
params: Dict[str, Any] = None,
progress_callback: Optional[Callable[[int], None]] = None) -> str:
"""执行人声提取处理,所有情况下使用备用方法"""
if progress_callback:
progress_callback(0)
try:
# 检查基本依赖
if not LIBROSA_AVAILABLE:
raise ImportError("缺少librosa模块,无法执行人声提取功能")
# 加载音频
self._update_progress(progress_callback, 10)
y, sr = self._load_audio(input_file)
# 提取人声
self._update_progress(progress_callback, 20)
# 初始化模型(将使用备用算法)
if self.model_type is None:
self._load_model()
# 使用备用方法处理
print("使用备用方法进行人声提取...")
self._update_progress(progress_callback, 40)
y_processed = self._fallback_separation(y, sr, params)
# 保存音频
self._update_progress(progress_callback, 90)
self._save_audio(y_processed, sr, output_file)
self._update_progress(progress_callback, 100)
return output_file
except Exception as e:
print(f"提取人声时出错: {str(e)}")
traceback.print_exc()
raise
def _fallback_separation(self, y: np.ndarray, sr: int, params: Dict[str, Any]) -> np.ndarray:
"""备用的语音分离算法,使用频谱处理方法"""
try:
print("正在使用频谱特性分离人声...")
# 应用谐波-打击乐分离
print("1. 执行谐波-打击乐分离")
y_harmonic, y_percussive = librosa.effects.hpss(y)
# 人声通常在中频范围,进行滤波处理
print("2. 应用人声频率范围滤波")
# 使用带通滤波器突出人声频率范围(80Hz-4000Hz)
nyquist = sr / 2
filter_order = 4
low_cutoff = 80 / nyquist
high_cutoff = 4000 / nyquist
# 尝试使用SciPy滤波
try:
from scipy.signal import butter, sosfilt
print("3. 使用SciPy带通滤波")
sos = butter(filter_order, [low_cutoff, high_cutoff], btype='band', output='sos')
y_vocals = sosfilt(sos, y_harmonic)
except ImportError:
# 如果scipy不可用,使用简单的谐波提取
print("3. SciPy不可用,直接使用谐波分量")
y_vocals = y_harmonic
# 尝试使用MFCC增强
try:
print("4. 增强人声特征")
# 提取MFCC特征
mfccs = librosa.feature.mfcc(y=y_vocals, sr=sr, n_mfcc=13)
# 增强低阶MFCC(对应于声音的基频和音色)
mfccs[:2, :] *= 1.5
# 应用轻微平滑
y_vocals = librosa.util.normalize(y_vocals)
except Exception as e:
print(f"MFCC增强失败: {e}")
# 应用额外的降噪
if NOISEREDUCE_AVAILABLE:
print("5. 应用轻度降噪处理")
level = params.get('level', 3)
# 根据用户选择的级别调整降噪强度
decrease = 0.3
if level > 3:
decrease = 0.4
elif level < 3:
decrease = 0.2
y_vocals = nr.reduce_noise(y=y_vocals, sr=sr, prop_decrease=decrease)
# 应用音量增强
print("6. 调整最终音量")
level = params.get('level', 3)
gain = 1.0 + (level - 1) * 0.2 # 根据level参数(1-5)设置增益
y_vocals = np.clip(y_vocals * gain, -1.0, 1.0)
print("人声提取完成")
return y_vocals
except Exception as e:
print(f"备用人声提取方法失败: {str(e)}")
# 如果备用方法失败,返回原始音频
print("返回原始音频")
return y
# 音频修复处理器
class AudioRestorer(AudioProcessor):
"""音频修复处理器 - 改进版
提供三个级别的音频修复功能:
- 轻度:基础降噪和均衡化,适合质量较好但有轻微问题的音频
- 中度:中等强度的处理,包括动态范围压缩、自适应均衡化和谐波增强
- 深度:强力处理,结合多种技术,适合严重模糊或损坏的音频
"""
def _process_audio(self, y: np.ndarray, sr: int, params: Dict[str, Any]) -> np.ndarray:
"""根据用户选择的强度级别修复音频质量"""
intensity = params.get('intensity', '中度')
# 打印处理信息
print(f"开始音频修复 (强度: {intensity})...")
# 根据强度设置修复参数
if intensity == '轻度':
return self._light_restoration(y, sr)
elif intensity == '深度':
return self._deep_restoration(y, sr)
else: # 中度
return self._medium_restoration(y, sr)
def _light_restoration(self, y: np.ndarray, sr: int) -> np.ndarray:
"""轻度修复 - 适合质量尚可但需要轻微增强的音频"""
print("执行轻度音频修复...")
# 步骤1: 轻度降噪
if NOISEREDUCE_AVAILABLE:
print("1. 应用轻度降噪")
y = nr.reduce_noise(y=y, sr=sr, prop_decrease=0.2, stationary=False)
# 步骤2: 轻度谐波增强
print("2. 增强谐波")
y = self._enhance_harmonics(y, sr, strength=0.3)
# 步骤3: 轻度均衡化 - 轻微增强中频以提高清晰度
print("3. 应用轻度均衡化")
y = self._apply_basic_eq(y, sr, mid_boost=1.2)
# 步骤4: 归一化
print("4. 归一化音量")
y = librosa.util.normalize(y)
print("轻度修复完成")
return y
def _medium_restoration(self, y: np.ndarray, sr: int) -> np.ndarray:
"""中度修复 - 适合有明显问题但细节仍可辨识的音频"""
print("执行中度音频修复...")
# 步骤1: 中等强度降噪
if NOISEREDUCE_AVAILABLE:
print("1. 应用中度降噪")
y = nr.reduce_noise(y=y, sr=sr, prop_decrease=0.4, stationary=False)
# 步骤2: 波形整形 - 削波剪裁修复
print("2. 修复波形失真")
y = np.clip(y, -0.98, 0.98)
# 步骤3: 动态范围压缩 - 使弱声音更加突出
print("3. 应用动态范围压缩")
threshold = 0.3
ratio = 2.0
y = self._compress_dynamic_range(y, threshold, ratio)
# 步骤4: 谐波增强 - 增加细节
print("4. 增强谐波")
y = self._enhance_harmonics(y, sr, strength=0.5)
# 步骤5: 自适应均衡化 - 增强语音区域的频率
print("5. 应用自适应均衡")
y = self._adaptive_eq(y, sr)
# 步骤6: 共振峰增强 - 提高清晰度
print("6. 增强共振峰")
y = self._enhance_formants(y, sr, strength=0.4)
# 步骤7: 归一化
print("7. 归一化音量")
y = librosa.util.normalize(y)
print("中度修复完成")
return y
def _deep_restoration(self, y: np.ndarray, sr: int) -> np.ndarray:
"""深度修复 - 适合严重模糊或受损的音频"""
print("执行深度音频修复...")
# 步骤1: 强力降噪
if NOISEREDUCE_AVAILABLE:
print("1. 应用强力降噪")
# 先执行一次标准降噪
y = nr.reduce_noise(y=y, sr=sr, prop_decrease=0.6, stationary=False)
# 再执行一次针对残留噪声的降噪
y = nr.reduce_noise(y=y, sr=sr, prop_decrease=0.3, stationary=True)
# 步骤2: 波形重建和去除削波
print("2. 修复波形失真")
y = np.clip(y, -0.95, 0.95)
# 步骤3: 谐波重建 - 恢复谐波结构
print("3. 增强谐波结构")
y = self._enhance_harmonics(y, sr, strength=0.7)
# 步骤4: 频谱修复 - 恢复丢失的频率
print("4. 频谱修复")
y = self._spectral_restoration(y, sr)
# 步骤5: 强力动态范围处理 - 使弱信号明显
print("5. 动态范围处理")
threshold = 0.2
ratio = 3.0
y = self._compress_dynamic_range(y, threshold, ratio)
# 步骤6: 频谱掩蔽去噪 - 降低噪声同时保留信号
print("6. 频谱掩蔽去噪")
y = self._spectral_masking(y, sr)
# 步骤7: 共振峰增强 - 大幅提高清晰度
print("7. 强化共振峰")
y = self._enhance_formants(y, sr, strength=0.8)
# 步骤8: 增强中高频 - 提高清晰度
print("8. 增强中高频")
y = self._enhance_mid_high_freq(y, sr, boost_factor=1.8)
# 步骤9: 自适应锐化 - 增强边缘和瞬态
print("9. 应用自适应锐化")
y = self._adaptive_sharpening(y, sr)
# 步骤10: 最终归一化和限制
print("10. 最终处理")
y = librosa.util.normalize(y)
y = np.clip(y, -0.99, 0.99)
print("深度修复完成")
return y
def _compress_dynamic_range(self, y: np.ndarray, threshold: float, ratio: float) -> np.ndarray:
"""动态范围压缩 - 使较弱的声音更加突出"""
# 简单的动态范围压缩实现
mask = np.abs(y) > threshold
y_compressed = y.copy()
y_compressed[mask] = threshold + (y_compressed[mask] - threshold) / ratio
# 对压缩后的音频进行归一化处理
return librosa.util.normalize(y_compressed)
def _enhance_harmonics(self, y: np.ndarray, sr: int, strength: float = 0.5) -> np.ndarray:
"""增强谐波结构,提高音频清晰度"""
if not LIBROSA_AVAILABLE:
return y
try:
# 提取谐波和打击乐部分
y_harmonic, y_percussive = librosa.effects.hpss(y)
# 增强谐波部分
y_harmonic_enhanced = y_harmonic * (1.0 + strength)
# 混合回原始信号
y_enhanced = y_percussive + y_harmonic_enhanced
# 归一化以避免削波
return librosa.util.normalize(y_enhanced)
except Exception as e:
print(f"谐波增强失败: {str(e)}")
return y
def _apply_basic_eq(self, y: np.ndarray, sr: int, mid_boost: float = 1.2) -> np.ndarray:
"""应用基本均衡,增强语音频率区域"""
if not LIBROSA_AVAILABLE:
return y
try:
# 转换到频域
D = librosa.stft(y)
# 获取幅度和相位
magnitude, phase = librosa.magphase(D)
# 获取频率索引
freqs = librosa.fft_frequencies(sr=sr)
# 增强语音频率 (中频,通常在300Hz-3kHz范围)
speech_mask = (freqs > 300) & (freqs < 3000)
idx_to_boost = np.where(speech_mask)[0]
magnitude[idx_to_boost, :] *= mid_boost
# 重建信号
D_enhanced = magnitude * np.exp(1.j * np.angle(D))
y_enhanced = librosa.istft(D_enhanced, length=len(y))
return y_enhanced
except Exception as e:
print(f"均衡化失败: {str(e)}")
return y
def _adaptive_eq(self, y: np.ndarray, sr: int) -> np.ndarray:
"""自适应均衡,基于音频内容智能调整频率响应"""
if not LIBROSA_AVAILABLE:
return y
try:
# 计算频谱中心点,了解音频频率分布
spectral_centroid = librosa.feature.spectral_centroid(y=y, sr=sr)[0]
avg_centroid = np.mean(spectral_centroid)
# 基于频谱中心调整均衡策略
D = librosa.stft(y)
magnitude, phase = librosa.magphase(D)
freqs = librosa.fft_frequencies(sr=sr)
# 如果频谱中心较低,增强高频
if avg_centroid < 1000:
high_mask = freqs > 2000
idx_high = np.where(high_mask)[0]
magnitude[idx_high, :] *= 1.4
print(" - 检测到低频偏重,增强高频")
# 如果频谱中心较高,增强低频
elif avg_centroid > 3000:
low_mask = (freqs > 250) & (freqs < 1000)
idx_low = np.where(low_mask)[0]
magnitude[idx_low, :] *= 1.3
print(" - 检测到高频偏重,增强低频")
# 默认情况下,增强语音关键频率
else:
mid_mask = (freqs > 500) & (freqs < 2500)
idx_mid = np.where(mid_mask)[0]
magnitude[idx_mid, :] *= 1.25
print(" - 增强语音关键频率")
# 重建信号
D_enhanced = magnitude * np.exp(1.j * np.angle(D))
y_enhanced = librosa.istft(D_enhanced, length=len(y))
return y_enhanced
except Exception as e:
print(f"自适应均衡失败: {str(e)}")
return y
def _enhance_formants(self, y: np.ndarray, sr: int, strength: float = 0.5) -> np.ndarray:
"""增强共振峰,提高语音清晰度"""
if not LIBROSA_AVAILABLE:
return y
try:
# 计算线性预测系数 (LPC) - 用于共振峰分析
try:
from scipy.signal import lfilter
# 分帧处理以计算LPC
frame_length = 2048
hop_length = 512
# 创建结果数组
y_enhanced = np.zeros_like(y)
# 分帧处理
for i in range(0, len(y) - frame_length, hop_length):
# 提取帧
frame = y[i:i+frame_length]
# 应用窗函数
frame = frame * np.hamming(len(frame))
# 实现简单的共振峰增强 - 使用频域改变共振峰区域
frame_fft = np.fft.rfft(frame)
frame_mag = np.abs(frame_fft)
frame_phase = np.angle(frame_fft)
# 查找峰值 (简单的局部最大值检测)
peaks = []
for j in range(1, len(frame_mag) - 1):
if frame_mag[j] > frame_mag[j-1] and frame_mag[j] > frame_mag[j+1]:
peaks.append(j)
# 增强峰值
for peak in peaks:
# 只增强至少达到平均幅度的峰值
if frame_mag[peak] > np.mean(frame_mag):
frame_mag[peak] *= (1.0 + strength)
# 重建信号
frame_enhanced_fft = frame_mag * np.exp(1.j * frame_phase)
frame_enhanced = np.fft.irfft(frame_enhanced_fft)
# 重叠相加
y_enhanced[i:i+frame_length] += frame_enhanced * np.hamming(len(frame_enhanced))
# 归一化结果
y_enhanced = librosa.util.normalize(y_enhanced)
return y_enhanced
except ImportError or Exception as e:
print(f" LPC分析不可用, 使用简化方法: {str(e)}")
# 使用简化的频域调整方法
D = librosa.stft(y)
magnitude, phase = librosa.magphase(D)
# 对频域进行平滑,保留峰值
smooth_mag = np.copy(magnitude)
for i in range(1, magnitude.shape[0]-1):
smooth_mag[i] = (magnitude[i-1] + magnitude[i] + magnitude[i+1]) / 3
# 计算原始幅度与平滑版的比值,识别峰值
ratio = magnitude / (smooth_mag + 1e-10)
# 增强比值大于1的部分(峰值)
peak_mask = ratio > 1.0
magnitude[peak_mask] = magnitude[peak_mask] * (1.0 + strength * (ratio[peak_mask] - 1.0))
# 重建信号
D_enhanced = magnitude * np.exp(1.j * np.angle(D))
y_enhanced = librosa.istft(D_enhanced, length=len(y))
return y_enhanced
except Exception as e:
print(f"共振峰增强失败: {str(e)}")
return y
def _spectral_restoration(self, y: np.ndarray, sr: int) -> np.ndarray:
"""频谱修复,修复或补偿丢失的频率"""
if not LIBROSA_AVAILABLE:
return y
try:
# 计算频谱
D = librosa.stft(y)
magnitude, phase = librosa.magphase(D)
# 计算频率掩码,检测"缺失"的频率区域
mean_magnitudes = np.mean(magnitude, axis=1)
# 计算移动平均以检测下降的区域
window_size = 5
smoothed = np.zeros_like(mean_magnitudes)
for i in range(len(mean_magnitudes)):
start = max(0, i - window_size // 2)
end = min(len(mean_magnitudes), i + window_size // 2 + 1)
smoothed[i] = np.mean(mean_magnitudes[start:end])
# 找到明显低于周围频率的区域
ratio = mean_magnitudes / (smoothed + 1e-10)
holes = ratio < 0.7
# 修复这些区域
for i in range(len(holes)):
if holes[i]:
# 找到最近的非洞区域作为参考
left = i - 1
while left >= 0 and holes[left]:
left -= 1
right = i + 1
while right < len(holes) and holes[right]:
right += 1
# 如果找到了参考,进行修复
if left >= 0 and right < len(holes):
# 使用线性插值
for j in range(magnitude.shape[1]):
left_val = magnitude[left, j]
right_val = magnitude[right, j]
magnitude[i, j] = left_val + (right_val - left_val) * (i - left) / (right - left)
# 重建信号
D_restored = magnitude * np.exp(1.j * np.angle(D))
y_restored = librosa.istft(D_restored, length=len(y))
return y_restored
except Exception as e:
print(f"频谱修复失败: {str(e)}")
return y
def _spectral_masking(self, y: np.ndarray, sr: int) -> np.ndarray:
"""频谱掩蔽去噪,保留信号同时去除噪声"""
if not LIBROSA_AVAILABLE:
return y
try:
# 转换到频域
D = librosa.stft(y)
magnitude, phase = librosa.magphase(D)
# 估计噪声水平 (使用静默区域或信号最小值)
noise_floor = np.percentile(magnitude, 15, axis=1, keepdims=True)
# 计算信噪比
snr = magnitude / (noise_floor + 1e-10)
# 计算掩蔽因子 (软阈值)
mask = 1.0 - np.exp(-snr + 2) # 指数函数用于平滑过渡
mask = np.clip(mask, 0.1, 1.0) # 限制最小值,保留部分信号
# 应用掩蔽
magnitude_clean = magnitude * mask
# 重建信号
D_clean = magnitude_clean * np.exp(1.j * np.angle(D))
y_clean = librosa.istft(D_clean, length=len(y))
return y_clean
except Exception as e:
print(f"频谱掩蔽去噪失败: {str(e)}")
return y
def _enhance_mid_high_freq(self, y: np.ndarray, sr: int, boost_factor: float = 1.5) -> np.ndarray:
"""增强中高频范围,提高清晰度"""
if not LIBROSA_AVAILABLE:
return y
try:
# 使用FFT分解频域
D = librosa.stft(y)
# 获取频率和幅度
magnitude, phase = librosa.magphase(D)
# 获取频率索引
freqs = librosa.fft_frequencies(sr=sr)
# 定义中高频范围,并创建平滑的提升曲线
# 语音主要清晰度在1kHz-8kHz
low_mid = 1000
high_mid = 8000
# 创建平滑的提升曲线,避免突变