专利名称：包含有均衡器的基于串行总线的流媒体传输系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及对数字音频信号进行分段均衡处理以及均衡处理的方法。
背景技术：
随着会议技术的快速发展，人们对数字会议播放声音的音质也要求越来越高，对于集互联网、视频和音频于一体的多媒体会议的需求也日益迫切。从而对会议音视频方面的技术革新也提出了更高的要求，音频均衡器作为高品质音响效果不可或缺的调节设备， 在声音调整效果方面起着至关重要的作用，而把音频均衡器集成在会议中央控制设备内， 在多媒体会议系统方面还是第一次，普通的音频均衡器多见为10段以下，而像31段的高档次音频均衡器由于成本较高，调节复杂，因而仍然局限于专业级的应用。目前市场上音频均衡器电路使用的大多是恒定品质因子Q，由于无法调节品质因子Q，使均衡器的应用受到一定限制。当前大多数均衡器的滤波器多采用电阻、电容和运算放大器组成的模拟电路，滤波特性受到元件的参数、环境温度、湿度和电压等影响较大，同时由于大量使用分立元件，使得传统31段均衡器的体积和功耗都很大。基于DSP开发平台的数字音频均衡器实现了均衡器各种滤波器参数的可调节性， 使均衡器不再受到元件参数、温度、湿度等影响，使生产出的产品一致性好，同时减化了电路，缩小了体积，减低了功耗，但是目前DSP开发的数字均衡器还是一种集中控制的均衡器，无法根据均衡曲线自动调节，也不能设置段数，只能是固定段数，同时对整个均衡器调节的精度难以控制。本发明可设置段数自动调节数字音频均衡器实现了这些功能，使多段数的均衡器操作不再复杂，同时有自己的反馈系统，使数字均衡器精度更高。可设置段数自动调节数字音频均衡器，可以实现多种音效的快速切换，并能进行音频信号的频谱分析和预处理。也可以使用USB或网口下载应用程序到DSP内部产生一定的控制逻辑来完成一些特定的均衡任务。可设置段数自动调节数字音频均衡器内部主要部份是滤波器，滤波系统的精度和滤波的效果都会影响均衡器均衡的最终效果。31段均衡是由31个数字滤波器完成各段滤波，再用数字加法器和均方根计算完成31组数据的合成，滤波器有多种形式可以选，大体有巴特沃兹滤波器、切比雪夫滤波器、贝塞尔滤波器、椭圆函数滤波器等，可以选用一种或几种滤波器相结合来完成带通滤波的任务。
发明内容本发明的目的是提供一种能和会议系统相融合的可设置段数自动调节数字音频均衡器解决方法。本发明的目的还在于研发一种新型的数字多媒体会议系统，能用低成本完成高成本完成的活，使会议系统在音视频能上一个更高的台阶。本发明一方面提供了一种基于串行总线的流媒体传输系统，该系统包括多个串行连接的终端设备和中央控制设备，所述中央控制设备与最前端的一个终端设备连接；各个所述终端设备分别连接有语音话筒，所述语音话筒用于采集发言者的语音信号，并通过各个终端设备经由所述串行总线传输至所述中央控制设备；以及均衡器，其用于对来自中央控制设备的音频信号进行均衡。本发明另一方面提供了一种基于串行总线的流媒体传输系统，该系统包括多个串行连接的终端设备和中央控制设备，所述中央控制设备与最前端的一个终端设备连接； 各个所述终端设备分别连接有语音话筒，所述语音话筒用于采集发言者的语音信号，并通过各个终端设备经由所述串行总线传输至所述中央控制设备；预均衡判断部，用于根据来自中央控制设备的信号控制标准正弦波发生器、音频均衡器和预均衡结果反馈部共同进行预均衡，或者控制音频均衡器对实际的音频信号进行均衡；其中，所述标准正弦波发生器用于根据所述预均衡判断部的控制产生相应频段的标准正弦波，供音频均衡器进行预均衡； 所述音频均衡器根据所述预均衡判断部的控制对标准正弦波发生器所产生的各个频段的标准正弦波进行预均衡处理，并将所产生的预均衡信号提供给预均衡结果反馈部，或者用于对实际音频信号进行实际的语音均衡处理；所述预均衡结果反馈部用于对音频均衡器进行预均衡处理的结果反馈给音频均衡器。通过上述预均衡处理，在设置的均衡段数所属的各频率的信号经过上述的预均衡的自动调节和优化，达到最佳的均衡效果。因此，当预均衡完成后，所述预均衡判断器收到语音信号，就可以开始进行高品质的音频均衡处理。
附图1示出了根据本发明第一实施方式的包括音频均衡器的数字会议系统的系统结构图；附图2示出了根据本发明第一实施方式的音频均衡器的结构框图；附图3解释了数字均衡模块的内部工作流程图；附图4示出了根据本发明第二实施方式的包括音频均衡器的数字会议系统的系统结构图；附图5示出了根据第二实施方式的音频均衡器的结构图；附图6示出了根据本发明第二实施方式的预均衡结果反馈部的结构框图。
具体实施方式
下面，结合附图对本发明的实施例进行说明。另外，在说明实施例的所有的图中，具有相同功能的部分采用相同的符号，省略反复的说明。第一实施方式附图1示出了根据第一实施方式的包括音频均衡器的基于串行总线的数字会议系统的系统结构图。该系统包括多个终端设备102-1，102-2，……，102-n和中央控制设备 101，其特征在于所述多个终端设备102-1，102-2，……，102_n串联连接，并且所述中央控制设备101与所述串联连接的终端设备中的最前端的一个终端设备102-1相连，其中来自各个所述终端设备的信号被串联地上行传输至所述中央控制设备，并且来自所述中央控制设备的信号被串联地下行传输至与该信号相对应的终端设备。对该系统的具体工作原理请参照本申请的申请人在申请日为2009/04/24，申请号为=200910135666. 7、发明名称为
“一种基于局域网的数字语音传输系统”的中国发明专利申请 。在此系统的基础上，本申请的上述数字会议系统还包含话筒103-1、
103-2...... 103-n，分别于所述终端设备102-1,102-2...... 102_n相连，用来将所拾取的
发言者的语音转换为音频信号，并提供给各个与之连接的终端设备，通过各个终端设备经由串行总线上行传输至中央控制设备，并由中央控制设备分别提供给与中央控制设备101 相连的音频均衡器104 ；音频均衡器104对来自中央控制设备的音频信号进行均衡处理，并将均衡后的各个音频信号进行本地缓存，并周期性地将所缓存的经均衡的音频信号提供给信号处理装置105，信号处理装置105对所接收到的经均衡的语音信号进行后续的信号处理。附图2示出了第一实施方式中的可设置均衡段数和阶数的数字均衡器的基本结构图；其中包括了 数据输入端口 301、数字音量加减单元302、N个数字带通滤波器(附图中仅以303的形式进行了表示，实际上为N个独立的数字带通滤波器)、音频信号比较器 304，音频信号纠正限幅器305、数字带通滤波器个数控制单元单元307、数字带通滤波器阶数控制单元309、数据缓存区310和缓存器311。附图3示出了本发明数字均衡器内部工作流程图。
以下结合附图2和3对根据本发明第一实施方式的数字均衡器进行具体地说明。 当中央控制设备101将音频信号和数字带通滤波器个数η和滤波阶数m数据发送到所述数据输入端口 301时，上述音频信号首先被存储进数据缓存区310进行缓存；数字音量加减模块302从数据缓存区310读取音频信号，然后调节音频信号的幅度，从而使音频信号幅度增大，便于后续滤波处理；数字带通滤波器个数控制单元单元307从数据缓存区读取数字带通滤波器个数η (在音频均衡器中，每个滤波器对特定频段的音频波形进行滤波，当滤波器的个数为η时，对音频信号进行η段均衡，即，根据带宽将音频信号划分为η段音频信号，η个滤波器中的每一个分别在相应的频点对η段音频信号中的一段音频信号进行滤波处理)，并相应地将进行滤波的数字带通滤波器303的个数设为η，所述进行滤波的η个数字带通滤波器303把来自数字音量加减单元的音频信号在均衡段数的η个频点上进行带通滤波，从而改变音频的频谱特性。(例如，如果设置为15段均衡，此时只需要控制启用15个数字带通滤波器进行滤波处理，其中每个滤波器对一个特定频段的音频信号进行滤波，其他剩余的Ν-15个滤波器仍将处于休眠状态，不参加本次均衡工作)；同样，数字带通滤波器阶数控制单元从数据缓存区读取数字带通滤波器阶数m，将上述启用的η个带通滤波器的滤波阶数设置为m。每个启用的带通滤波器分别与音频信号比较器304连接，信号处理装置将各个频段内的已滤波音频信号输入音频信号比较器304中，音频信号比较器304分别将从与其相连的带通滤波器303输入的特定频段的已滤波的音频信号与来自数据缓冲器310的相同频段的未经滤波的原始音频信号进行比较，判断两个信号之差是否超过预定门限值，如果两个信号之差是否超过预定门限值，则音频信号比较器304把与该差值对应的已滤波的音频信号送入音频信号纠正限幅器305，所述音频信号纠正限幅器305对上述已滤波的音频信号进行音频信号纠正限幅，并将经限幅之后的音频信号输入缓存器311进行本地缓存；如果所比较的两个信号差值未超过预定门限值，则将与该差值对应的已滤波的音频信号直接送入缓存器311进行缓存，以供后续的信号处理装置进行信号处理。第二实施方式附图4示出了根据本发明第二实施方式的包括音频均衡器的数字会议系统的系统结构图，包括中央控制设备101、终端设备102-1,102-2...... 102_n、话筒103-1、
103-2...... 103-n、音频均衡器104-1、信号处理装置105、预均衡判断器201、正弦波发生
器202和预均衡结果反馈部106。其中，中央控制设备、终端设备和话筒的连接方式，在上文中结合附图1给出了详细叙述，在此不再赘述。第二实施方式与第一实施方式的区别在于在实际进行均衡之前利用音频均衡器
104-1、预均衡判断器201、预均衡结果反馈部106和标准正弦波发生器202进行预均衡，从而利用经过预均衡而设置的各个滤波器来进行实际的音频均衡。其中，预均衡判断部用于判断是进行预均衡处理还是进行实际的音频信号均衡处理，并控制标准正弦波发生器202、音频均衡器104-1和预均衡结果反馈部106进行相应的处理，标准正弦波发生器202根据预均衡判断部的控制产生相应的标准正弦波，供音频均衡器104-1进行预均衡以设定音频均衡器104-1中的各个滤波器参数，音频均衡器104-1 根据预均衡判断部的控制对标准正弦波发生器202所产生的各个频段的标准正弦波进行预均衡处理或者对实际音频信号进行实际的语音均衡处理，预均衡结果反馈部106用于对音频均衡器104-1进行预均衡处理的结果反馈给音频均衡器104-1。具体地，在系统启动时，中央控制设备101向预均衡判断器201下发“预均衡调整” 的控制命令、均衡段数η与阶数m和均衡设定曲线。所述预均衡判断器收到上述控制命令和均衡器参数，判断需要进行预均衡，并将上述参数储存在其内部的数据存储器，同时将均衡器段数η和阶数m发送给标准正弦波发生器202和音频均衡器104-1，并将均衡设定曲线发送给预均衡结果反馈部中的幅度分析器209。标准正弦波发生器202接收到上述预均衡的命令后，根据均衡段数η将音频信号常见的频率10Ηζ-20ΚΗζ分成η个频段(例如10 段音频均衡，通常将滤波器频率对应为分为IOOHz、200Hz、400Hz、600Hz、IKHz、3ΚΗζ、6ΚΗζ、 12ΚΗζ、14ΚΗζ、16ΚΗζ)，同时分别产生对应频率的正弦波信号，以提供音频均衡器104(例如对于10段均衡，分别对应于正弦波频率IOOHz、200Hz、400Hz、600Hz、IKHz、3KHz、6KHz、 12ΚΗζ、14ΚΗζ、16ΚΗζ的10个数字带通滤波器)中的相应数字带通滤波器进行预均衡处理， 其中标准正弦波发生器每次产生一个频率的音频信号后，输入音频均衡器104中的对应数字带通滤波器进行预均衡；音频均衡器104-1接收到上述段数η和阶数m后，利用数字带通滤波器个数控制单元307和数字带通滤波器阶数控制单元309将所包含的数字带通滤波器中的η个数字带通滤波器的阶数设为m，并在接收到来自标准正弦波发生器202的特定频率的标准正弦波后，利用与之对应的数字带通滤波器进行滤波，并将滤波后的信号输入到所述预均衡结果反馈部106，预均衡结果反馈部将之前接收到的均衡设定曲线与滤波后的音频信号进行比较，判断此次预均衡是否完成(其具体工作方式将在下文的附图6详细叙述)，并根据判断结果向音频均衡器104-1输出表示预均衡成功的标识符，或表示预均衡失败的标识符以及均衡幅度差值。音频信号均衡器104-1收到表示预均衡失败的标识符，则说明本次正弦波产生的频段的标准音频的预均衡失败，其根据收到的均衡器幅度差值调节对应于该频段的数字音量加减单元304 (每个滤波器对应于一个特定频段进行滤波，并且每一个滤波器对应于一个数字音量加减单元304)，并且(在下文的附图4有详细叙述)向所述标准正弦波发生器 202发出重发上次预均衡失败的所述频段的标准正弦波信号的请求，所述标准正弦波发生器202收到上述请求后，重新生成与该次预均衡失败所对应的频段相对应的标准正弦波， 供所述音频均衡器104-1再次进行预均衡；在所述音频均衡器104-1收到预均衡成功的标识符的情况下，则说明本次正弦波产生的频段的均衡器调节完成，音频均衡器104-1向标准正弦波发生器202请求发送下一个频段的标准正弦波，标准正弦波发生器202接收到该请求后，生成该下一个频段的标准正弦波并将其提供给音频均衡器104-1，并重复上述预均衡的过程，至到对音频信号的所有频段都完成预均衡为止，并保持所设置的音频均衡器 104-1中各个滤波器，供实际进行音频均衡使用。当所述预均衡判断器收到来自中央控制设备101的实际需要均衡的音频信号时， 判断需要进行实际的均衡处理，即向音频均衡器104-1发出实际进行均衡的命令，音频均衡器即利用之前进行预均衡后所设置的各个滤波器对所接收到的音频信号进行实际的均衡处理。通过上述处理，实现了对音频均衡器的自动调节和优化，可以实现更高品质的均衡，从而提高了音频信号的质量。附图5示出了根据第二实施方式的音频均衡器104-1的结构图。主要包括了 数据输入端口 301、数字音量加减单元302、N个数字带通滤波器(附图中仅以303的形式进行了表示，实际上为N个独立的数字带通滤波器)、缓存器311。其具体工作流程如下当中央控制设备101将音频信号和数字带通滤波器个数η和滤波阶数m数据发送到所述数据输入端口 301时，上述音频信号首先被存储进数据缓存区310进行缓存；数字音量加减模块302 从数据缓存区310读取音频信号，然后调节音频信号的幅度，从而使音频信号幅度增大，便于后续滤波处理；数字带通滤波器个数控制单元单元307从数据缓存区读取数字带通滤波器个数η (在音频均衡器中，每个滤波器对特定频段的音频波形进行滤波，当滤波器的个数为η时，对音频信号进行η段均衡，即，根据带宽将音频信号划分为η段音频信号，η个滤波器中的每一个分别在相应的频点对η段音频信号中的一段音频信号进行滤波处理)，并相应地将进行滤波的数字带通滤波器303的个数设为η，所述进行滤波的η个数字带通滤波器303把来自数字音量加减单元的音频信号在均衡段数的η个频点上进行带通滤波，从而改变音频的频谱特性。(例如，如果设置为15段均衡，此时只需要控制启用15个数字带通滤波器进行滤波处理，其中每个滤波器对一个特定频段的音频信号进行滤波，其他剩余的 Ν-15个滤波器仍将处于休眠状态，不参加本次均衡工作)；同样，数字带通滤波器阶数控制单元从数据缓存区读取数字带通滤波器阶数m，将上述启用的η个带通滤波器的滤波阶数设置为m。将各个频段内的经过上述η个带通滤波器滤波的已滤波音频信号输入缓存器中， 以供后续的信号处理装置进行信号处理。附图6示出了根据第二实施方式的预均衡结果反馈部的结构图。其中主要包括了 D/A转换器204、反馈电路205、反馈信号处理器206、A/D转换器207、串并转换器208、 幅度分析器209、信号出端口 210和信号入端口 211。所述的预均衡结果反馈部106其实是由D/A转换器204、反馈电路205、反馈信号处理器206、A/D转换器207、串并转换器208、幅度分析器209信号出端口 210和信号入端口 211与所属音频均衡器104相连，组成的一个信号回环反馈电路。[0036]所述D/A转换器204将经过音频均衡器104预均衡输出的特定频率的标准正弦波信号进行数模转换，转换后的模拟音频信号经D/A转化器内部的放大器(未示出)进行幅度和功率放大，并将放大后的信号提供给反馈电路205，反馈电路205使输入的信号相位向后偏移180度，防止整个系统发生自激而损坏设备，再把倒相后的模拟信号送到反馈信号处理器206，所述反馈信号处理器206将来自反馈电路的模拟电压进行电压和阻抗转换，并对所述的已滤波信号进行放大，提高信号驱动负载的能力，然后送入A/D转换器207，A/D转换器207对输入的信号进行数字采样量化，从而实现模拟信号数字转换；模数转换后的信号经过所述串并转换器208完成串行数字信号到并行数字信号的转换，并将其提供给幅度分析器209，幅度分析器209提取所接收的数字音频信号的幅度信息，通过对预定时间内的数字音频信号的峰峰值取平均，判断其平均值是否达到均衡曲线的设定要求(即取两个信号幅度的差值，如果在均衡曲线设定的范围，则认定本次所属的频段的音频信号均衡过程结束，则向音频均衡器104-1输出表示本频段预均衡成功的标识符；如果未在设定的范围内，则判断均衡器104幅度设置不正确，向音频均衡器104-1输出表示本频段预均衡失败的标识符，并将上述两个信号的幅度差值，即均衡器幅度差值提供给音频均衡器104-1中的数字音量加减单元302，以调节音量大小)。 本设计主要突出均衡器的随意可配置性，操作的灵活性，使专业人事和非专业人事都能灵活操作本设备，并能在最短时间内学会并熟练使用。以上为本发明的详细介绍，说明各个模块之间的联系、作用和工作原理，并深入的解释了各个模块的组成。
权利要求1.一种基于串行总线的流媒体传输系统，该系统包括多个串行连接的终端设备和中央控制设备，所述中央控制设备与最前端的一个终端设备连接；各个所述终端设备分别连接有语音话筒，所述语音话筒用于采集发言者的语音信号， 并通过各个终端设备经由所述串行总线传输至所述中央控制设备；以及均衡器，其用于对来自中央控制设备的音频信号进行均衡。
2.根据权利要求1所述的系统，所述均衡器包括音频信号比较器。
3.根据权利要求2所述的系统，所述均衡器还包括用于对所接收的音频信号进行限幅处理的音频信号纠正限幅器。
4.一种基于串行总线的流媒体传输系统，该系统包括多个串行连接的终端设备和中央控制设备，所述中央控制设备与最前端的一个终端设备连接；各个所述终端设备分别连接有语音话筒，所述语音话筒用于采集发言者的语音信号， 并通过各个终端设备经由所述串行总线传输至所述中央控制设备；预均衡判断部，用于根据来自中央控制设备的信号控制标准正弦波发生器、音频均衡器和预均衡结果反馈部共同进行预均衡，或者控制音频均衡器对实际的音频信号进行均衡；其中，所述标准正弦波发生器用于根据所述预均衡判断部的控制产生相应频段的标准正弦波，供音频均衡器进行预均衡；所述音频均衡器根据所述预均衡判断部的控制对标准正弦波发生器所产生的各个频段的标准正弦波进行预均衡处理，并将所产生的预均衡信号提供给预均衡结果反馈部，或者用于对实际音频信号进行实际的语音均衡处理；所述预均衡结果反馈部用于对音频均衡器进行预均衡处理的结果反馈给音频均衡器。
5.根据权利要求4所述的系统， 所述预均衡结果反馈部还包括幅度分析器，其用于提取预均衡后的标准正弦波的幅值信息，判断预定时间内的所述幅值信息的峰峰值的平均值是否与所述均衡设定曲线一致。
6.根据权利要求4所述的系统，所述系统还包括与所述均衡器连接的D/A转换器，用于将经过预均衡的正弦波信号进行数模转换； 反馈电路，用于使输入的经数模转换的预均衡信号的相位偏移180度； 反馈信号处理器，用于将移相后的信号进行电压阻抗转换，并进行放大，提高信号驱动负载能力；A/D转换器，用来对输入的经数模转换的模拟信号进行数字转化；串并转换器，将经数字采样量化后的数据转换为并行数据，并输入所述幅度分析器；其中，所述幅度分析器提取所述并行数据的预均衡后的η个标准正弦波的幅值信息，根据预定时间内的所述幅值信息的峰峰值的平均值是否与所述均衡设定曲线一致。
专利摘要一种基于串行总线的流媒体传输系统，该系统包括多个串行连接的终端设备和中央控制设备，所述中央控制设备与最前端的一个终端设备连接；各个所述终端设备分别连接有语音话筒，所述语音话筒用于采集发言者的语音信号，并通过各个终端设备经由所述串行总线传输至所述中央控制设备；以及均衡器，其用于对来自中央控制设备的音频信号进行均衡。
文档编号H04N7/15GK202035093SQ20102062864
公开日2011年11月9日 申请日期2010年11月29日 优先权日2010年11月29日
发明者施亮, 曹忻军, 杨振华 申请人:北京飞利信科技股份有限公司