浅谈数字音频处理的新技术

4r0soqsap0 · 发表于 2006-7-26 22:21:00

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浅谈数字音频处理的新技术

音频信号处理设备先后经历了工作方式由模拟到数字；处理模块由固化式到开放式；处理功能由单一音频处理到集成逻辑控制；系统架构由单台设备集中处理经多台设备分布处理到多台设备集中处理的变化；音频信号处理和逻辑控制模块的功能越来越强大，处理模块的新算法越来越先进、音频处理及应用越来越精准，逻辑控制越来越智能，这些都是数字音频信号处理的发展方向。
本文着重介绍SpeechSense和AmbientSense技术的应用。
1.SpeechSense（发言感应）技术
人声有两个重要特点：摩擦音和爆破音，这两类声音环境噪声是无法创造的，只要是人类的语言，不管那一个语种都具有这种特点，SpeechSense?技术能够自动感应音频信号频率成分是否为人声，该技术可应用于AGC（自动增益控制）。
应用场景描述
会议室内有多只用于拾取发言者语音的会议鹅颈话筒，这些会议鹅颈话筒品牌和型号完全相同，扩声系统中会议鹅颈话筒所对应通道的推子位置也完全相同，但在使用中发言人距离话筒的距离和发言人音量的大小则不尽相同。这就导致会议鹅颈话筒的电平大小不一，发言扩声音量有大有小。采用AGC（自动增益控制）电路，可对大信号自动压缩，小信号自动提升。
传统的AGC工作原理
传统的AGC是通过提前预设一个阈值，当话筒拾取的音频信号低于阈值时，AGC会自动给与这个音频信号增益提升，令其接近阈值位置；当话筒拾取的音频信号高于阈值时，AGC会自动给与这个音频信号增益衰减，令其接近阈值位置，这基本可以保证话筒输入信号电平值的恒定。
SpeechSense技术的应用
传统的AGC电路在实际应用中，会议话筒除了会拾取到人声，还会拾取到其它的声音，如翻书、放杯子及键盘敲打等声音，这些声音大都会小于AGC的阈值，当话筒拾取到这些声音信号后，AGC电路就会马上工作，把这些声音信号放大，再经过功率放大器的放大至音箱扩声，原本细小的声音就变成了较大的环境噪声了。这种现象在会议室音频扩声系统中是不希望出现的。而发言检测算法的最大作用就是让AGC能分辨人类发言声音和非人类发言的声音，仅对人类发言声音进行提升或衰减，小于AGC阀值的环境噪声则不会被AGC电路进行放大。这样有了SpeechSense?算法AGC电路工作就更加精准及智能。
2.AmbientSense（环境检测）：
环境声，如空调、投影机风扇及灯光镇流器的交流声等，他们没有摩擦音和爆破音这个属性，它是不同强度复合频率的集合。AmbientSense?技术能够检测音频信号频率成分是否为环境声。环境声检测算法可应用于ANC（环境噪声补偿）。
应用场景描述
公共区域扩声系统，若背景音乐或寻呼音源的电平值恒定时，往往环境噪声的声压级大小是不确定的，人多的时候，环境噪声的声压级就比较大，可能会把背景音乐或寻呼音源掩盖掉（声音的掩蔽效应）；人少或空场的时候，环境噪声声压级较小，感觉背景音乐或寻呼音源的声压级较大。所以需要一个能够精确判断环境噪声大小，并能够精确调节背景音乐或寻呼音源的音量大小的DSP处理模块，这个DSP模块就是ANC（环境噪声补偿）模块。
传统的ANC工作原理
在公共区域安装一支环境噪声检测话筒，用于测量环境噪声大小，得到测量结果后将结果返回到数字音频处理平台（DSP）的ANC模块。ANC模块的另外一路输入，通常是背景音乐或寻呼音源。通过ANC模块的设置，当环境噪声超过提前设定的阈值时，背景音乐或寻呼音源的电平就会按设定好的比例和时间提升，以保证背景音乐或寻呼音源足够清晰地被听到（节目源比环境噪声大于/等于25dB，可确保人清晰地听到节目源的声音）；当环境噪声小于提前设定的阈值时，背景音乐或寻呼音源的电平就会按设定好的比例和时间衰减，以保证背景音乐或寻呼音源不会让人感觉音量太大。
AmbientSense技术的应用
看似传统的ANC电路已经非常完美，可经过传统的ANC模块补偿后的节目源信号增大后经扬声器扩声，再由环境声拾取话筒拾取（在同一个声场），这样就会形成一个死循环，节目源信号不断地增大，无法进行有效地调节。传统ANC的解决方法是让环境声拾取话筒远离扬声器，这样带来的后果就ANC模块处理效果不够精确。
而AmbientSense?算法则是隔断了环境声拾取话筒和扬声器之间的关系，通过自适应滤波的方式，告诉环境声拾取话筒把经扬声器扩声的音频信号滤除，仅拾取环境噪声，这样就能保证ANC精确的处理，同时环境声检测话筒位置随意摆放。
3. 智能的系统控制功能
系统控制技术主要体现在两个方面：内部控制和外部控制。目前音频行业内大多数音频处理系统都支持PC或者Mac，Apple iPad, iPhone, 或者基于网络的Crestron，AMX等中控产品的控制，这些控制方式音频处理系统大多为被动接受控制，也属于数字音频处理系统内部控制范畴。
而音频行业内先进的数字音频处理系统不仅仅是能够接受控制这么简单，例如：集中式式处理构架的网络数字音频处理系统，处理系统可自动检测整个系统接口设备是否在线，如某台接口设备掉线，那么音频处理系统可以通过电话提示音报告给系统管理员，以便系统管理员第一时间对系统进行处理。同时系统管理员也可在任意位置，通过模拟电话对数字音频处理系统进行操作控制。
再例如：当数字音频处理系统大于一定的设置时间范围，系统没有检测到任何音频信号，系统可以通过第三方控制设备（如基于网络的Crestron，AMX等中控产品）可以将耗电量大的设备关闭。
智能的系统控制功能多种多样，使用者可根据自己的实际需要进行开发。
总结：
SpeechSense和AmbientSense技术的应用非常广泛，远不止在AGC和ANC模块中。SpeechSense和AmbientSense两种技术可单独使用也可一起使用，它们还可应用在AEC、背景噪声和环境噪声消除等功能的处理上。
总之，随着计算机及网络技术的飞速发展，音频信号处理和逻辑控制的功能将越来越强大，处理模块新算法越来越先进、音频处理越来越精准，逻辑控制越来越智能，数字音频的处理会始终向这一方向发展。

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