CN102446510B - 自动增益控制***及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种自动增益控制***及方法,上述***包括:自动增益调节模块,用于发送反馈信息;主动噪声抑制处理ANS模块,用于接收来自于自动增益调节模块的反馈信息,采用反馈信息动态调整其当前的噪声抑制比。根据本发明提供的技术方案,可以补偿因增益变动所带来的背景噪声的幅度变化,从而使最终经AGC处理后的输出信号中的背景噪声幅度趋于平稳。
Description
技术领域
本发明涉及通信领域,具体而言,涉及一种自动增益控制***及方法。
背景技术
在语音处理***中,自动增益控制(Auto Gain Control,简称为AGC)是最常用的处理方法。由于语音信号的动态范围很大,而且录音时讲话人离话筒的距离和方位一般都不是固定不变的,拾音时的拾音音量和拾音距离以及拾音方位密切相关,为了能够在重放时听清楚讲话人的每一句话,一般需要把原始音频信号通过自动增益控制(AGC)处理来降低语音信号的动态范围。AGC处理的基本原理是分析当前输入音频信号的幅度(能量),然后放大幅度(能量)过小的语音信号,同时压缩幅度(能量)过大的语音信号。
AGC功能可以由硬件电路或者软件算法来实现,硬件电路的设计核心是采用了一个自动增益调节模块,具体可以参见图1。简单的AGC并不能区分噪声信号和语音信号,只是根据输入音频信号的幅度(或能量)来决定其增益因子G,当输入幅度(能量)小于一个下限值AL(PL)时,G>0(dB),当输入幅度(能量)大于一个上限值AH(PH)时,G<0(dB),当输入信号幅度(能量)处于[AL,AH](或者[PL,PH])时,G=0(dB)。
但是,上述简单的AGC有两个明显缺陷:其一是当处于语音无语音段时,由于背景噪声信号的幅度较小,AGC会把背景噪声放大,从而降低了输出信号的信噪比;其二是AGC在调整输出信号幅度同时也调整了背景噪声信号的幅度,导致输出信号中背景噪声的幅度会出现忽大忽小的不平稳现象。
为了有效减小环境噪声的干扰,如图2所示,通常可以在AGC处理之前加上主动噪声抑制处理(ANS)处理模块,ANS可以实时分析带噪语音信号中的语音和噪声信号的频谱特性,然后自动把有用的语音信号从噪声信号中分离出来,分离出来的输出语音信号中只有很少的残余环境噪声,从而提高了语音的信噪比,减少了听音时的噪声干扰。
但是,在AGC处理前直接加入普通的ANS处理并没有解决背景噪声不平稳的问题:在背景噪声比较大的场合(如户外使用手机、或者坐在在空调旁边使用录音笔、视频会议时麦克风放置在投影仪风扇附近时),由于ANS处理后的残余噪声较大,不平稳的背景噪声仍然会严重影响听音者的主观感受。
发明内容
针对相关技术中采用自动增益调节模块调整增益时,导致输出信号中背景噪声不平稳的问题而提出本发明,为此,本发明的主要目的在于提供一种改进的自动增益控制***及方法,以解决上述问题至少之一。
根据本发明的一个方面,提供了一种自动增益控制***。
根据本发明的自动增益控制***包括:自动增益调节模块,用于发送反馈信息;ANS模块,用于接收来自于自动增益调节模块的反馈信息,采用反馈信息动态调整其当前的噪声抑制比。
根据本发明的另一方面,提供了一种自动增益控制方法。
根据本发明的自动增益控制方法包括:ANS模块接收来自于自动增益调节模块的反馈信息;ANS采用反馈信息动态调整其当前的噪声抑制比。
通过本发明,ANS模块接收来自于自动增益控制自动增益调节模块的反馈信息,ANS采用反馈信息动态调整其当前的噪声抑制比,解决了相关技术中采用自动增益调节模块调整增益时,导致输出信号中背景噪声不平稳的问题,可以补偿因增益变动所带来的背景噪声的幅度变化,从而使最终经AGC处理后的输出信号中的背景噪声幅度趋于平稳。
本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述,并且,部分地从说明书中变得显而易见,或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解,构成本申请的一部分,本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明,并不构成对本发明的不当限定。在附图中:
图1为自动增益检测模块的结构示意图;
图2为相关技术中自动增益控制***的结构示意图;
图3为根据本发明实施例的自动增益控制***的结构示意图;
图4为根据本发明优选实施例一的自动增益控制***的结构示意图;
图5为包括语音激活检测模块的自动增益控制***。
图6为图4所示的自动增益控制***的一个改进结构示意图;
图7为图4所示的自动增益控制***的另一改进结构示意图;
图8为根据本发明优选实施例二的自动增益控制***的结构示意图;
图9为图8所示的自动增益控制***的一个改进结构示意图;
图10为图8所示的自动增益控制***的另一改进结构示意图;
图11为根据本发明实施例的自动增益控制方法的流程图。
具体实施方式
需要说明的是,在不冲突的情况下,本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
图3为根据本发明实施例的自动增益控制***的结构示意图。如图3所示,该自动增益控制***包括:自动增益调节模块30和ANS模块32。
自动增益调节模块30,用于发送反馈信息;
ANS模块32,用于接收来自于自动增益调节模块的反馈信息,采用反馈信息动态调整其当前的噪声抑制比。
相关技术中,采用自动增益调节模块调整增益时,输出信号中背景噪声不平稳。采用本发明实施例提供的上述自动增益控制***,ANS模块具备接收增益调节模块反馈信息的能力(接口)。ANS模块能够根据反馈信息动态调整其瞬时噪声抑制比S,可以补偿因增益变动所带来的背景噪声的幅度变化,从而使最终经AGC处理后的输出信号中的背景噪声幅度趋于平稳。
在优选实施过程中,上述ANS模块32可以内嵌在自动增益控制***中。该内嵌ANS模块的AGC***方法需要具备以下几个关键要素:AGC***具备主动噪声抑制功能,主动噪声抑制功能是由满足前述特性的内嵌ANS模块来实现的。
优选地,ANS模块,还用于在反馈信息包括自动增益调节模块当前使用的增益因子G时,通过以下公式计算以实时获取当前的噪声抑制比S’(单位为dB):S’=MAX(0,MIN(S+G,SH)),其中,S为前一次计算获取的噪声抑制比,SH为最大不失真噪声抑制比。具体可以参见图4。
其中,由于噪声抑制比S’是在实时更新的,因此是一个动态调整的过程。
此外,为了防止对带噪信号的过度抑制处理而导致人耳可闻失真,ANS模块处理时都需要限制其对噪声的抑制幅度,一般采用最大不失真噪声抑制比SH(也可以简称为最大噪声抑制比)来衡量一个ANS模块对噪声的抑制能力,参数SH的物理意义是带噪信号通过ANS处理后在不失真的情况下可以达到的最大噪声衰减幅度,其单位为dB。同等失真情况下,SH的值越高,则ANS模块的噪声抑制能力越强。传统的ANS算法中,实际瞬时噪声抑制比S仅取决于当前输入信号的统计特性(如输入信噪比、噪声的绝对能量等),一般对于完全无语音的纯噪声段S=SH,其他情况下S≤SH。
在优选实施过程中,考虑到S+G>SH时仍会出现噪声不平稳现象,假设增益因子G的取值范围为[GL,GH],所以如果要求ANS模块的瞬时噪声抑制比S满足约束条件S≤SH-GH和S≥-GL,则S’的计算公式可以简化为S’=S+G,且不会出现噪声不平稳现象。
优选地,对图4所示的自动增益控制***进行进一步改进,还可以得到如图6和图7所示的自动增益控制***。
具体实施过程中,如图5所示,通常可以在增益调节处理之前对输入信号作语音激活检测(VAD),以检测出语音段和无语音段。当VAD检测到当前输入是语音信号时才启动增益调节功能,而对于不含语音的纯噪声信号否则不做增益调节处理,可以认为此时G=0(dB)。
优选地,如图6所示,可以在图4所示的自动增益控制***增加VAD模块34,用于在自动增益调节模块对ANS模块的输出信号进行处理之前,对该输出信号进行语音激活检测。
采用上述方案,对于输入信号中的低信噪比语音段(例如,远离MIC时小声说话时),其处理失真会比图4所示的方案更小一些。在优选实施过程中,如果所用的ANS模块内部自带有VAD检测的话,也可以采用ANS内部自带的VAD模块进行检测,具体可以参见图7。即该ANS内部自带的VAD模块,用于在ANS对其输入信号进行处理时,对该输入信号进行语音激活检测。
优选地,如图8所示,上述***还可以包括:检测模决36,用于在反馈信息包括自动增益调节模块的输出信号时,检测自动增益调节模块的输出信号中背景噪声的幅度(能量)变化信息;ANS模块,还用于根据接收到的幅度(能量)变化信息调整当前的噪声抑制比。
上面提供了另一种自动增益控制方案,即直接将AGC***处理后的输出信号反馈给检测模块36,检测模块36检测自动增益调节模块的输出信号中背景噪声的幅度(能量)变化信息,并反馈给ANS模块,ANS模块会先检测此输出信号中背景噪声的幅度(能量)的变化来控制其瞬时噪声抑制比S。以达到使AGC输出信号中的背景噪声幅度缓变的目的。
采用该方案,由于直接反馈最终的输出信号,而且由于其并不强行要求最终输出信号中的背景噪声幅度完全不变,所以能够在具有难以察觉的背景噪声缓变的同时对低信噪比语音段具有最低的处理失真。
优选地,如图9所示,可以在图8所示的自动增益控制***增加VAD模块34,用于在自动增益调节模块对ANS模块的输出信号进行处理之前,对该输出信号进行语音激活检测。
采用上述方案,对于输入信号中的低信噪比语音段(例如,远离MIC小声说话时),其处理失真会比图8所示的方案更小一些。在优选实施过程中,如果所用的ANS模块内部自带有VAD检测的话,也可以采用ANS内部自带的VAD模块进行检测,具体可以参见图10。即该ANS内部自带的VAD模块,用于在ANS对其输入信号进行处理时,对该输入信号进行语音激活检测。
图11为根据本发明实施例的自动增益控制方法的流程图。如图11所示,根据本发明实施例的自动增益控制方法包括以下处理:
步骤S1102:主动噪声抑制处理ANS模块接收来自于自动增益调节模块的反馈信息;
步骤S1104:ANS模块反馈信息动态调整其当前的噪声抑制比。
采用上述方法,能够根据反馈信息动态调整其瞬时噪声抑制比,补偿因增益变动所带来的背景噪声的幅度变化,从而使最终经AGC处理后的输出信号中的背景噪声幅度趋于平稳。
优选地,如图4所示,在上述反馈信息包括:自动增益调节模块当前使用的增益因子G时,上述步骤S1104可以进一步包括以下处理:ANS通过以下公式计算以实时获取当前的噪声抑制比S’:S’=MAX(0,MIN(S+G,SH)),其中,S为前一次计算获取的噪声抑制比,SH为最大不失真噪声抑制比。
在优选实施过程中,考虑到S+G>SH时仍会出现噪声不平稳现象,假设增益因子G的取值范围为[GL,GH],所以如果要求ANS模块的瞬时噪声抑制比S满足约束条件S≤SH-GH和S≥-GL,则S’的计算公式可以简化为S’=S+G,且不会出现噪声不平稳现象。
优选地,在图4的基础上进行改进,增加语音激活检测(VAD),即在自动增益调节模块对ANS模块的输出信号进行处理之前,还可以对该输出信号进行语音激活检测,具体可以参见图6;或者在ANS对其输入信号进行处理时,还可以采用ANS内部的VAD模块对该输入信号进行语音激活检测,具体可以参见图7。
优选地,如图8所示,反馈信息包括:自动增益调节模块的输出信号时;则上述步骤S1104可以进一步包括:ANS模块接收来自于检测模块的AGC的输出信号中背景噪声的幅度(能量)变化信息;ANS模块根据幅度(能量)变化信息调整当前的噪声抑制比。
优选地,在图8的基础上进行改进,增加语音激活检测(VAD),即在自动增益调节模块对ANS模块的输出信号进行处理之前,还可以对该输出信号进行语音激活检测,具体可以参见图9;或者在ANS对其输入信号进行处理时,还可以采用ANS内部的VAD模块对该输入信号进行语音激活检测,具体可以参见图10。
综上所述,通过本发明的上述实施例,提供的自动增益控制方案,在自动增益调节模块之前的ANS模块可以接收该增益调节模块的反馈信息,并根据此反馈信息来动态调整其瞬时噪声抑制比,弥补因增益调节所带来的背景噪声幅度变化,从而使最终经AGC处理后的输出信号中的背景噪声幅度趋于平稳。
显然,本领域的技术人员应该明白,上述的本发明的各模块或各步骤可以用通用的计算装置来实现,它们可以集中在单个的计算装置上,或者分布在多个计算装置所组成的网络上,可选地,它们可以用计算装置可执行的程序代码来实现,从而,可以将它们存储在存储装置中由计算装置来执行,或者将它们分别制作成各个集成电路模块,或者将它们中的多个模块或步骤制作成单个集成电路模块来实现。这样,本发明不限制于任何特定的硬件和软件结合。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已,并不用于限制本发明,对于本领域的技术人员来说,本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种自动增益控制***,其特征在于,包括:
自动增益调节模块,用于发送反馈信息;
主动噪声抑制处理ANS模块,用于接收来自于所述自动增益调节模块的所述反馈信息,采用所述反馈信息动态调整其当前的噪声抑制比,其中,
所述ANS模块,还用于在所述反馈信息包括所述自动增益调节模块当前使用的增益因子G时,通过以下公式之一计算以实时获取所述当前的噪声抑制比S’:S’=MAX(0,MIN(S+G,SH)),其中,S为前一次计算获取的噪声抑制比,SH为ANS模块的最大不失真噪声抑制比;S’=S+G,其中,GL≤G≤GH,S≤SH-GH且S≥-GL,GL为G最小取值,GH为G最大取值。
2.根据权利要求1所述的***,其特征在于,
所述***还包括:检测模块,用于在所述反馈信息包括所述自动增益调节模块的输出信号时,检测所述自动增益调节模块的输出信号中背景噪声的幅度或能量的变化信息;
所述ANS模块,还用于根据接收到的所述幅度或能量变化信息调整所述当前的噪声抑制比。
3.根据权利要求1至2中任一项所述的***,其特征在于,还包括:
语音激活检测VAD模块,用于在所述自动增益调节模块对所述ANS模块的输出信号进行处理之前,对该输出信号进行语音激活检测。
4.根据权利要求1至2中任一项所述的***,其特征在于,所述ANS模块包括:
VAD模块,用于在所述ANS模块对所述ANS模块的输入信号进行处理时,对该输入信号进行语音激活检测。
5.一种自动增益控制方法,其特征在于,包括:
主动噪声抑制处理ANS模块接收来自于自动增益调节模块的反馈信息;
所述ANS模块采用所述反馈信息动态调整其当前的噪声抑制比,其中,所述反馈信息包括:所述自动增益调节模块当前使用的增益因子G;
则所述ANS模块调整其当前的噪声抑制比包括:所述ANS模块通过以下公式之一计算以实时获取所述当前的噪声抑制比S’:
S’=MAX(0,MIN(S+G,SH)),其中,S为前一次计算获取的噪声抑制比,SH为最大不失真噪声抑制比;
S’=S+G,其中,GL≤G≤GH,S≤SH-GH且S≥-GL,GL为G最小取值,GH为G最大取值。
6.根据权利要求5所述的方法,其特征在于,还包括:所述反馈信息包括:所述自动增益调节模块的输出信号;
则所述ANS模块调整其当前的噪声抑制比包括:
所述ANS模块接收来自于检测模块的自动增益调节模块的输出信号中背景噪声的幅度或能量变化信息;
所述ANS模块根据自动增益调节模块的增益变化信息调整所述当前的噪声抑制比。
7.根据权利要求5至6中任一项所述的方法,其特征在于,还包括以下之一:
在所述自动增益调节模块对所述ANS模块的输出信号进行处理之前,对所述ANS模块的输出信号进行语音激活检测;
在所述ANS模块对其输入信号进行处理时,所述ANS模块内部的语音激活检测VAD模块对所述ANS模块的输入信号进行语音激活检测。
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