AI音频超分辨率

简介¶

音频超分技术（Audio Super Resolution 或 Audio Bandwidth Extension）是一种利用人工智能，特别是深度学习技术，来提高音频质量的方法。这种技术的目标是从低质量或低带宽的音频信号中恢复出更高质量的音频，例如将窄带语音信号扩展到宽带，以提供更丰富的频率成分和更好的听感体验。

业界对音频超分辨率的研究主要专注于时域或者频域，采样率16K，且绝大多数针对语音信号，少有针对音乐。对于通过音乐超分辨生成后的音频，需要满足失真少、听感自然、不引入额外杂音、MOS评分高等要求。业界研究的音频超分辨率普遍在语音上展开，面向语音通话、VoIP、网络会议等场景。通过下表中语音与音乐音频的差异对比，更能说明针对音乐研发超分辨率技术的挑战。

Method	语音	音乐
组成成分	单一	各乐器重叠
频谱建模难度	频谱结构分明，简单	频谱结构复杂，难
高频能量	稀疏	能量大
听感评价角度	可懂度	艺术欣赏
听者容忍度	高	低

行业方案¶

音频超分辨率在引入深度学习技术后，可通过DNN网络学习超分信号前后的相关性，总体来讲业界关于音频超分辨率主要有两种方法：

时域插值 (interpolation): 在时域做“有效”插值，不同于resample

频域修复 (inpainting): 在频域由低频信息映射得到高频信息

随着DNN技术的深入发展，按照时域或者频域两个方向，业界对音频超分辨率的研究越来越多，按照时间先后顺序现总结如下：

行业竞品¶

iZotope RX：iZotope RX是一款专业的音频修复和编辑软件，其中包含了音频超分功能。它提供了高级的音频处理工具和算法，可用于将低分辨率音频信号转换为高分辨率。
Waves SuperRack：Waves SuperRack是一款专业的实时音频处理软件，其中包含了音频超分功能。它提供了实时音频处理和增强功能，可用于提高音频的质量和分辨率。
Magix SOUND FORGE Pro：Magix SOUND FORGE Pro是一款专业的音频编辑和处理软件，其中包含了音频超分功能。它提供了强大的音频处理工具和效果，可用于提高音频的质量和分辨率。
Audacity：Audacity是一款免费的开源音频编辑软件，提供了一些插件和工具，可以用于音频超分。虽然功能相对简单，但也能满足一般用户的音频超分需求。
Cockos REAPER：Cockos REAPER是一款专业的音频制作软件，其中包含了一些音频处理和增强功能，可以用于音频超分。它提供了灵活的音频处理工具，适合专业音频制作人员使用。

环境要求¶

计算资源：音频超分技术算法通常需要大量的计算资源，特别是在使用深度学习模型时。因此，需要具有足够的CPU或GPU资源来运行算法，并且可能需要较长的训练时间。
内存需求：音频超分技术算法可能需要大量的内存来处理音频信号和模型参数。因此，需要足够的内存来存储音频数据、特征表示和模型参数。
软件依赖：音频超分技术算法可能依赖于各种软件库和工具，如深度学习框架（如TensorFlow、PyTorch）、音频处理库（如Librosa、FFmpeg）等。确保安装和配置了所需的软件依赖项是很重要的。
数据集：对于训练和评估音频超分技术算法，通常需要大量的音频数据集。确保您有适当的数据集用于训练和测试算法。
模型预训练：如果使用预训练的模型进行音频超分，则需要下载和加载适当的模型权重。确保您可以访问所需的模型权重文件。
输入输出格式：音频超分算法通常要求音频数据以特定的格式输入，可能需要进行预处理或后处理。确保您了解算法的输入输出格式要求，并将音频数据转换为适当的格式。