专利名称：一种增益控制系统及方法
技术领域：
本发明属于多媒体数据处理技术领域，尤其涉及一种增益控制系统及方法。
背景技术：
录音是目前很多消费类电子设备中带有的一种基本功能，例如固定电话机、手机、 各种学习机、mp3播放器等，甚至有专门的录音设备——录音笔。录音时，说话者有时离麦克风近，有时离得比较远，也有可能有时说话比较大声或非常大声，有时声音太小，这样可能导致录制的声音音质较差，飘忽不稳定，不连贯，甚至破音，此时就需要一种称为录音自动增益控制的技术来改善这种情况，在录音时如果音源能量太小，对其进行适当的放大；如果音源能量过强时，对其进行适当削弱；最终将整个录制的声音能量水平控制在一个范围内。自动增益控制技术已经广泛应用于很多领域和场合，包括录音场合。自动增益控制通常有两种方法实现，一是使用硬件模拟电路，主要是基于运算放大器的负反馈电路来实现；另外一种是软件处理方法，即先通过录音采集到数字语音信号，再检测其能量，根据其能量动态调整合理的增益控制因子，最后用增益控制因子对数字语音信号进行缩放控制。但是，上述两种增益控制方法均有其缺陷，其具体为用硬件模拟电路实现自动增益控制，硬件增加了芯片或电路板的复杂程度，容易受电磁信号干扰和相关器件的影响，导致控制效果不稳定，并且对硬件电路设计者或模拟芯片设计者经验有较高的要求，同时也增加了硬件成本；而对于软件实现方法，由于是对数字信号的线性处理，而从麦克风到增益控制电路，再到模数转换器等各个环节引入的噪音也会同时受增益控制，尤其是需要进行放大控制时，噪音被同等程度放大，严重影响到录音效果。
发明内容
本发明实施例的目的在于提供一种增益控制系统，旨在解决现有技术提供的增益控制方法存在缺陷，例如由于较高的硬件要求或控制处理方式等导致的录音效果差的问题。本发明实施例是这样实现的，一种增益控制系统，所述系统包括麦克风，用于将声音信号转换为模拟语音信号；模拟增益控制单元，与所述麦克风连接，用于对所述麦克风输出的模拟语音信号执行粗调操作，进行第一级增益控制；模数转换器，与所述模拟增益控制单元连接，用于将所述模拟增益控制单元输出的模拟语音信号转换为数字语音信号；以及数字增益控制单元，与所述模数转换器和模拟增益控制单元连接，用于对所述模数转换器输出的数字语音信号进行能量检测，根据能量检测结果动态调整数字增益因子， 并根据所述调整后的增益因子对数字语音信号进行第二级增益控制。
本发明实施例的另一目的在于提供一种基于增益控制系统的增益控制方法，所述方法包括下述步骤将麦克风输出的模拟语音信号执行粗调操作，进行第一级增益控制；对所述模数转换器输出的数字语音信号进行能量检测，根据能量检测结果动态调整数字增益因子，并根据所述调整后的增益因子对数字语音信号进行第二级增益控制；输出经过所述第二级增益控制后的语音信号，生成录音文件。本发明实施例提供的增益控制系统包括麦克风将声音信号转换为模拟语音信号；模拟增益控制单元与所述麦克风连接，对所述麦克风输出的模拟语音信号执行粗调操作，进行第一级增益控制；模数转换器，与所述模拟增益控制单元连接，将所述模拟增益控制单元输出的模拟语音信号转换为数字语音信号；数字增益控制单元与所述模数转换器和模拟增益控制单元连接，对所述模数转换器输出的数字语音信号进行能量检测，根据能量检测结果动态调整数字增益因子，并根据所述调整后的增益因子对数字语音信号进行第二级增益控制，实现数字增益控制和模拟增益控制相结合实现的录音自动增益控制，降低录音成本，同时也提高录音音质。
图1是本发明实施例提供的增益控制系统的结构示意图；图2是本发明实施例提供的模拟增益控制单元的电路结构图；图3是本发明第一实施例提供的数字增益控制单元的结构框图；图4是本发明第二实施例提供的数字增益控制单元的结构框图；图5是本发明实施例提供的增益控制方法的实现流程图；图6是本发明实施例提供的对所述模数转换器输出的数字语音信号进行能量检测，根据能量检测结果动态调整数字增益因子，并根据所述调整后的增益因子对数字语音信号进行第二级增益控制的实现流程图；图7是本发明实施例提供的数字增益控制单元向模拟增益控制单元反馈模拟增益因子的实现流程图。
具体实施例方式为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。本发明实施例提出的数字增益控制和模拟增益控制相结合实现的录音自动增益控制方法，与单独使用软件实现的数字自动增益控制方法相比，可降低录音噪音同等增益放大的风险，提高录音音质；与单独使用硬件电路实现的模拟自动增益控制系统相比，可降低硬件电路复杂程度，降低硬件成本，实现更灵活，在硬件电路已经确定无法修改的前提下，可通过软件调整来改善自动增益控制效果和录音音质。本发明实施例的目的在于提供一种增益控制系统，所述系统包括麦克风，用于将声音信号转换为模拟语音信号；模拟增益控制单元，与所述麦克风连接，用于对所述麦克风输出的模拟语音信号
6执行粗调操作，进行第一级增益控制；模数转换器，与所述模拟增益控制单元连接，用于将所述模拟增益控制单元输出的模拟语音信号转换为数字语音信号；以及数字增益控制单元，与所述模数转换器和模拟增益控制单元连接，用于对所述模数转换器输出的数字语音信号进行能量检测，根据能量检测结果动态调整数字增益因子， 并根据所述调整后的增益因子对数字语音信号进行第二级增益控制。本发明实施例的另一目的在于提供一种基于增益控制系统的增益控制方法，所述方法包括下述步骤将麦克风输出的模拟语音信号执行粗调操作，进行第一级增益控制；对所述模数转换器输出的数字语音信号进行能量检测，根据能量检测结果动态调整数字增益因子，并根据所述调整后的增益因子对数字语音信号进行第二级增益控制；输出经过所述第二级增益控制后的语音信号，生成录音文件。在本发明实施例中，本发明实施例提供的增益控制系统包括麦克风将声音信号转换为模拟语音信号；模拟增益控制单元与所述麦克风连接，对所述麦克风输出的模拟语音信号执行粗调操作，进行第一级增益控制；模数转换器，与所述模拟增益控制单元连接， 将所述模拟增益控制单元输出的模拟语音信号转换为数字语音信号；数字增益控制单元与所述模数转换器和模拟增益控制单元连接，对所述模数转换器输出的数字语音信号进行能量检测，根据能量检测结果动态调整数字增益因子，并根据所述调整后的增益因子对数字语音信号进行第二级增益控制。图1示出了本发明实施例提供的增益控制系统的结构示意图，为了便于说明，图中仅给出了与本发明实施例相关的部分。本发明实施例提供的增益控制系统包括麦克风、模拟增益控制单元、模数转换器和数字增益控制单元，其中麦克风将声音信号转换为模拟语音信号；模拟增益控制单元与所述麦克风连接， 对所述麦克风输出的模拟语音信号执行粗调操作，进行第一级增益控制；模数转换器，与所述模拟增益控制单元连接，将所述模拟增益控制单元输出的模拟语音信号转换为数字语音信号；数字增益控制单元与所述模数转换器和模拟增益控制单元连接，对所述模数转换器输出的数字语音信号进行能量检测，根据能量检测结果动态调整数字增益因子，并根据所述调整后的增益因子对数字语音信号进行第二级增益控制。在本发明实施例中，数字增益控制单元在根据能量检测结果动态调整数字增益因子后，调整模拟增益因子，并将调整后的模拟增益因子反馈给所述模拟增益控制单元，所述模拟增益控制单元根据最新的模拟增益因子对模拟增益进行调整，实现二级增益控制之间的反馈，如图1所示的虚线部分，即为反馈的实现。在本发明实施例中，录音的音源经过麦克风将声音信号转换为模拟语音信号后， 进入模拟增益控制单元，在模拟增益控制单元进行第一级增益控制，模拟语音信号从模拟增益控制单元出来后进入模数转换器，将模拟语音信号转换成数字语音信号，数字增益控制单元对数字语音信号进行能量检测，根据能量检测动态调整数字增益因子，根据调整后的数字增益因子对数字语音信号进行二级数字增益控制。最后将数字增益控制后的数字语音信号输出，存成录音文件。
从录音的整个过程中，麦克风、模拟增益控制单元会引入电流底噪音和风声噪音， 模数转换器会引入量化噪音等。模拟增益控制过程中进行模拟放大时，只会将前级电路电流噪音和风声噪音同等程度放大，而数字增益控制过程中进行数字放大时，会将所有电流噪音、风声噪音和模数转换器引入的量化噪音全部同等程度放大，显然数字增益控制对录音噪音影响比较大。本方案利用模拟增益控制单元进行第一级增益控制，增益调节幅度可能较大，为增益粗调；利用数字增益控制单元实现二级增益控制，调节增益幅度较小，主要进行增益微调，这样可尽量减少整个录音过程中噪音的放大。作为本发明的一个实施例，图2示出了本发明实施例提供的模拟增益控制单元的电路结构图，图中仅给出了与本发明实施例相关的部分。模拟增益控制单元通过一个可编程的寄存器作为控制接口，对模拟增益进行控制，可在将模拟增益控制单元内嵌到基于ARM的专用集成电路芯片中，可指定一个可软件编程控制的寄存器作为控制接口来实现模拟增益的控制，例如，可用寄存器中任意三位来实现8级模拟增益控制，设置为0-7中任意一个值代表一个模拟增益因子，对应的增益(倍数)如下表所示
权利要求
1.一种增益控制系统，其特征在于，所述系统包括 麦克风，用于将声音信号转换为模拟语音信号；模拟增益控制单元，与所述麦克风连接，用于对所述麦克风输出的模拟语音信号执行粗调操作，进行第一级增益控制；模数转换器，与所述模拟增益控制单元连接，用于将所述模拟增益控制单元输出的模拟语音信号转换为数字语音信号；以及数字增益控制单元，与所述模数转换器和模拟增益控制单元连接，用于对所述模数转换器输出的数字语音信号进行能量检测，根据能量检测结果动态调整数字增益因子，并根据所述调整后的增益因子对数字语音信号进行第二级增益控制。
2.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述模拟增益控制单元通过一个可编程的寄存器作为控制接口，对模拟增益进行控制。
3.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述数字增益控制单元包括初始化操作模块，用于对录音操作的相关数据进行初始化操作，其中，所述相关数据包括录音采样率、录音能量水平、当前数字增益因子、模拟增益因子、最大声音样本值、样本计数器和静音计数器；比对操作模块，用于对获取到的一个录音数字声音样本的绝对值与当前最大声音样本值进行比较，并取两者当中较大者作为最大声音样本值；第一判断模块，用于将当前数字增益因子与当前处理的声音样本的绝对值的乘积和录音能量水平进行比较判断；第二判断模块，用于当所述第一判断模块判断当前数字增益因子与当前处理的声音样本的绝对值的乘积小于所述录音能量水平时，判断当前样本计数器是否小于增益刷新样本数；第三判断模块，用于当所述第二判断模块判断当前样本计数器大于等于所述增益刷新样本数时，判断当前处理的声音样本是否小于800 ；参考数字增益因子计算模块，用于当所述第三判断模块判断当前处理的声音样本大于等于800，或当所述第一判断模块判断当前数字增益因子与当前处理的声音样本的绝对值的乘积大于等于所述录音能量水平时，计算参考数字增益因子=RefDgain = RecEngLevel/ MaxSam ；第四判断模块，用于判断此时静音计数器是否大于40 ；第一计算模块，用于当所述第四判断模块判断此时静音计数器大于40时，计算新的数字增益因子Dgain = Dgain+ (RefDgain-Dgain) /2 ；第二计算模块，用于当所述第四判断模块判断此时静音计数器小于等于40时，计算新的数字增益因子Dgain = Dgain+ (RefDgain-Dgain) /16 ；第三计算模块，用于当所述第三判断模块判断当前处理的声音样本小于等于800时， 静音计数器累加1，同时，计算新的数字增益因子=Dgain = Dgain^O. 75 ；以及增益控制模块，用于更新当前的数字增益因子，并将所述更新后的数字增益因子乘以当前处理的声音样本，得到增益控制后的数字声音信号。
4.如权利要求3所述的系统，其特征在于，所述数字增益控制单元包括 检测模块，用于对当前数字增益因子的数值进行检测；第一增益因子调整模块，用于当所述检测模块检测到当前数字增益因子大于等于2 时，将所述数字增益因子重新置1，所述模拟增益因子加1 ；第二增益因子调整模块，用于当所述检测模块检测到当前数字增益因子小于等于0. 5 时，将所述数字增益因子重新置1，所述模拟增益因子减1 ；以及反馈模块，用于将进行加或减操作后的模拟增益因子反馈给模拟增益控制单元，使所述模拟增益控制单元实现模拟增益的反馈调节。
5.一种基于权利要求1所述的增益控制系统的增益控制方法，其特征在于，所述方法包括下述步骤将麦克风输出的模拟语音信号执行粗调操作，进行第一级增益控制； 对所述模数转换器输出的数字语音信号进行能量检测，根据能量检测结果动态调整数字增益因子，并根据所述调整后的增益因子对数字语音信号进行第二级增益控制； 输出经过所述第二级增益控制后的语音信号，生成录音文件。
6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述对所述模数转换器输出的数字语音信号进行能量检测，根据能量检测结果动态调整数字增益因子，并根据所述调整后的增益因子对数字语音信号进行第二级增益控制的步骤具体包括下述步骤对录音操作的相关数据进行初始化操作，其中，所述相关数据包括录音采样率、录音能量水平、当前数字增益因子、模拟增益因子、最大声音样本值、样本计数器和静音计数器；对获取到的一个录音数字声音样本的绝对值与当前最大声音样本值进行比较，并取两者当中较大者作为最大声音样本值；将当前数字增益因子与当前处理的声音样本的绝对值的乘积和录音能量水平进行比较判断；当当前数字增益因子与当前处理的声音样本的绝对值的乘积小于所述录音能量水平时，判断当前样本计数器是否小于增益刷新样本数；当当前样本计数器大于等于所述增益刷新样本数时，判断当前处理的声音样本是否小于 800 ；当当前处理的声音样本大于等于800，或当当前数字增益因子与当前处理的声音样本的绝对值的乘积大于等于所述录音能量水平时，计算参考数字增益因子=RefDgain = RecEngLeve1/MaxSam ；判断此时静音计数器是否大于40 ；当此时静音计数器大于40时，计算新的数字增益因子=Dgain = Dgain+(RefDgain-Dgain)/2 ；当此时静音计数器小于等于40时，计算新的数字增益因子=Dgain = Dgain+(RefDgain-Dgain)/16 ；当当前处理的声音样本小于等于800时，静音计数器累加1，同时，计算新的数字增益因子=Dgain = Dgain*0. 75 ；更新当前的数字增益因子，并将所述更新后的数字增益因子乘以当前处理的声音样本，得到增益控制后的数字声音信号。
7.如权利要求6所述的方法，所述更新当前的数字增益因子，并将所述更新后的数字增益因子乘以当前处理的声音样本，得到增益控制后的数字声音信号的步骤之后，所述方法还包括下述步骤对当前数字增益因子的数值进行检测；当当前数字增益因子大于等于2时，将所述数字增益因子重新置1，所述模拟增益因子加1 ；当当前数字增益因子小于等于0. 5时，将所述数字增益因子重新置1，所述模拟增益因子减1 ；将进行加或减操作后的模拟增益因子反馈给模拟增益控制单元，使所述模拟增益控制单元实现模拟增益的反馈调节。
全文摘要
本发明适用于多媒体数据处理技术领域，提供了一种增益控制系统及方法，所述系统包括麦克风，用于将声音信号转换为模拟语音信号；模拟增益控制单元，与麦克风连接，用于对麦克风输出的模拟语音信号执行粗调操作，进行第一级增益控制；模数转换器，与模拟增益控制单元连接，用于将模拟增益控制单元输出的模拟语音信号转换为数字语音信号；数字增益控制单元，与模数转换器和模拟增益控制单元连接，用于对模数转换器输出的数字语音信号进行能量检测，根据能量检测结果动态调整数字增益因子，并根据调整后的增益因子对数字语音信号进行第二级增益控制。本发明实施例实现数字增益控制和模拟增益控制相结合实现的录音自动增益控制，降低录音成本，提高录音音质。
文档编号H03G3/20GK102457239SQ20101052857
公开日2012年5月16日 申请日期2010年11月2日 优先权日2010年11月2日
发明者李军, 胡胜发 申请人:安凯(广州)微电子技术有限公司