专利名称：一种自动音量调节的方法及系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种自动音量调节的方法及系统，尤其涉及一种可以自动进行音量调节，防止音量突然变化的方法及系统。
背景技术：
用户可以通过手动设置将电视节目的音量等参数设置为一定数值，但电视不同节目源音量或大或小，比如，不同频道信号源的音频音量差距极大；同时，插播的广告出于引起观众注意的目的，往往大于正常节目的音量。因此，在电视频道改变或者某一频道的节目变化时，往往带来音量的突然升高或降低，带给观众不舒服的感受。
专利号为200320119709的实用新型从对模拟信号进行处理的角度提出了如下的技术方案来解决上述问题通过检测电路检测音频输入端的伴音音量信号并送入控制电路，当发生音频信号过载失真或者偏移应需音量时，控制电路接通音量调节电路；通过音量调节电路使用“加”或“减”键调节伴音电压振幅实现自动音量控制的目的。
上面的技术方案在一定程度上实现了音量的自动调节，但仅仅通过对模拟音频信号振幅进行修正的技术方案进行，通过“加”或“减”键调节伴音电压振幅，有可能因为控制信号过快的变化而引入额外的噪声。
同时，目前市场上也出现了从数字处理角度对音量进行自动控制的方法，通过A/D转换器对模拟信号进行处理，并利用缓冲器计算处理后的音频数据的均方根，获得输入数据的平均音量，在对数域给出对输入数据平均音量的控制规律后，经D/A转换器输出。由于上述技术方案对输入的音频进行统一处理，当输入信号的低频成分占主导地位时，经过上述方法处理，会将原本幅度很小的高频成分损失掉，使得处理后的音频失去了原有的音色或内容；使用缓冲器计算均方根占据大量系统资源。
为了克服上述问题，需要一种可以自动进行音量调节的方法和系统，使输出音量的突然变化可以控制在一定范围之内，并且不会造成声音失真。这种方法及系统不仅仅可以应用于电视系统，更可以推广到移动终端、广播系统、电脑、车载CD等使用音频信号的领域。
发明内容
本发明的目的在于针对现有音频处理技术在音量自动调节方面的缺陷，提供一种可实现音量自动调节的方法，该方法通过区分音频数据的高频、低频并有针对性的分别处理，使输出音频数据高频信号部分不会发生丢失；通过引入平滑滤波器和设计控制曲线，使控制信号的变化趋于平滑。
本发明的目的还在于提供一种音量自动调节的系统，可以广泛使用于电视、移动终端、电脑、车载CD等系统中，实现对音量的自动调节，不会对音频的效果造成影响。
为实现上述目的，本发明提供了一种自动音量调节的方法，包括下述步骤步骤1、将输入音频数据分成高频段音频数据和低频段音频数据；步骤2、分别计算高、低频段音频数据的平均音量参数；步骤3、将平均音量数据转换到对数域，根据控制曲线取值获得控制增益数据；步骤4、将获得的数据转换到线性域，分别与经过延迟的对应频段数据相乘；步骤5、将相乘后得到的高、低频段音频数据相加输出。
本发明还提供了一种自动音量调节系统，接收A/D转换器输出的音频信号，进行自动音量调节后发送出去；包括依次连接的低通滤波器、均方根计算模块、控制模块和乘法器模块，低通滤波器模块通过延迟模块连接到乘法模块；还包括依次连接的高通滤波器、均方根计算模块、控制模块和乘法器模块，高通滤波器模块通过延迟模块连接到乘法模块；所述的两个乘法模块分别连接到加法器模块。
因此，本发明具有以下优点1、自动音量调节将输出音频的音量控制在一定范围之内，防止音量突然增大或减小，使听众获得舒适的听觉感受；2、采用高通/低通滤波器将输入音频信号分成两个频段进行针对性处理，保存了处理前原有的音色和内容；3、均方根计算采用一定时间常数的一阶无线脉冲滤波器进行计算，避免了采用通常利用缓冲器进行计算方法中计算所需资源过大的问题；4、控制曲线采用软拐点(soft knee)控制曲线，同时使用平滑滤波器进行平滑处理，避免了由于控制信号过快变化而引入额外的噪声。
下面结合附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
图1为现有技术中音频处理方法的流程图；图2为本发明自动音量调节方法的流程图；图3为本发明自动音量处理中进行均方根计算的方法示意图；图4为本发明自动音量处理中soft knee控制曲线示意图；图5为现有技术中进行音频处理的系统框图；图6为本发明进行自动音量调节的系统框图。
具体实施例方式
通常的音频处理将输入音频数据转换为数字音频数据，并根据用户设置的参数进行控制，再转换为模拟音频数据输出；同时，为了克服音量的突然变化，在根据用户设置控制音频数据之前，加入自动音量调节的方法。参见图1，是现有技术中音频处理方法的流程图。
本发明提供了一种针对现有自动音量调节的缺陷，进行自动音量调节的方法，参见图2，包括下述步骤步骤101、使用高通/低通滤波器将输入音频数据分成高频段音频数据和低频段音频数据；因为通常重低音的频率范围选择0-200Hz，因此区分高低两个频段的截止频率(cutoff frequency)是200Hz，200Hz以下的音频数据为低频段音频数据，200Hz以上的音频数据为高频段音频数据；步骤102、使用具有一定时间常数的一阶无限脉冲响应滤波器分别计算高低频段数据的均方根(Root Mean Square，简称RMS)，获得高低频段各自的平均音量参数；步骤103、将获得的平均音量数据转换到对数域；步骤104、根据预先设定的soft knee控制曲线取值，获得控制增益数据；步骤105、将根据控制曲线获得的对数域音频数据转换到线性域；步骤106、使用一阶无限脉冲响应滤波器进行低通平滑滤波；步骤107、经过滤波处理的高低频段音频数据分别与本频段经过延迟的对应数据相乘；步骤108、相乘后得到的高低频段音频数据相加；步骤109、输出。
在上面的步骤102中，进行RMS运算的示意图参见图3。传递函数为H(z)=TAV1-(1-TAV)Z-1]]>其中，TAV是平均系数，它的取值与采用滑动窗求平均时所用的窗长度RMS_average_in_Samples的关系如下
TAV＝exp(ln(0.01)/RMS_average_in_Samples)；RMS计算公式如下RMS=x12+x22+···+xN2N,]]>其中x1，x2，…，xN分别为输入的音频数据。
在上面的步骤104中，根据soft knee控制曲线取值，参见图4，对数域上soft knee控制曲线是根据硬拐点控制曲线设计的。在hard knee曲线中，当输入的dB值小于-30dB时，输出与输入相同，即控制增益为0dB；，而当输入的dB值大于-30dB时，输出值均保持为-30dB，即控制增益是虽输入的变化而变化的；soft knee曲线是依据在hard knee拐角处按光滑过渡的思想进行设计。在输入值为-30dB附近时，输出值按照图中光滑曲线进行取值，这就是根据预先设定的soft knee控制曲线取值。
在步骤105中，平滑滤波的算法同求取RMS的算法相同，但其传递函数中的平均系数TAV不是恒定不变的，针对控制增益呈上升趋势和处于下降趋势这两种情况，TAV的取值是不同的，上升趋势时的时间常数(20ms)比下降时(16s)要小。
参见图5，是现有技术中进行音频处理的系统示意图，包括依次连接的A/D转换模块、音频处理模块和D/A转换模块；其中，音频处理模块根据用户设定对音频数据进行控制处理。同时，为了克服音量的突然变化，在音频处理模块之前，加入自动音量调节模块。
参见图6，是本发明中的自动音量调节系统的系统框图，该自动音量调节模块自动调节输入音频数据RMS的大小，将输出音频的音量控制在一定范围之内，防止音量的突然增大。
自动音量调节系统包括依次连接的低通滤波器1、均方根计算模块31、对数域转换模块41、动态控制规律和阈限模块51、线性域转换模块61、平滑滤波器模块71和乘法器模块81，低通滤波器1通过延迟模块91连接到乘法模块81；还包括依次连接的高通滤波器2、均方根计算模块32、对数域转换模块42、动态控制规律和阈限模块52、线性域转换模块62、平滑滤波器模块72和乘法器模块82，高通滤波器2通过延迟模块92连接到乘法模块82；两个乘法模块81和82分别连接到加法器模块10。
该系统中，低通滤波器1和高通滤波器2采用的是二阶无线脉冲响应滤波器；均方根计算模块31和32都是具有一定时间常数的一阶无限脉冲响应滤波器；动态控制规律和阈限模块51和52中预先设计soft knee控制曲线，使接收到的对数域音频数据按照软拐点控制曲线取值，获得控制增益；平滑滤波器模块71和72采用对于信号增大和减小情况具有不同时间常数的一阶无线脉冲相应滤波器。
最后所应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围。
权利要求
1.一种自动音量调节的方法，其特征在于，包括下述步骤步骤1、将输入音频数据分成高频段音频数据和低频段音频数据；步骤2、分别计算高、低频段音频数据的平均音量参数；步骤3、将平均音量数据转换到对数域，根据控制曲线取值获得控制增益数据；步骤4、将获得的数据转换到线性域，分别与经过延迟的对应频段数据相乘；步骤5、将相乘后得到的高、低频段音频数据相加输出。
2.根据权利要求1所述的自动音量调节的方法，其特征在于，所述步骤1中，将输入音频数据分成高频段音频数据和低频段音频数据的步骤为使用高通/低通滤波器将输入音频数据分成高频段音频数据和低频段音频数据。
3.根据权利要求1所述的自动音量调节的方法，其特征在于，所述步骤2中，分别计算高、低频段音频数据的平均音量参数包括使用一定时间常数的一阶无限脉冲响应滤波器进行均方根计算，得到高、低频段音频数据的平均音量参数。
4.根据权利要求1所述的自动音量调节的方法，其特征在于，步骤3中控制曲线为软拐点控制曲线。
5.根据权利要求1所述的自动音量调节的方法，其特征在于，步骤4中转换到线性域之后，进行一次平滑处理，再与经过延迟的对应频段数据相乘。
6.根据权利要求5所述的自动音量调节的方法，其特征在于，所述平滑处理采用的方法是低通平滑滤波。
7.一种自动音量调节系统，接收A/D转换器输出的音频信号，进行自动音量调节后发送出去；其特征在于包括依次连接的低通滤波器、均方根计算模块、控制模块和乘法器模块，低通滤波器模块通过延迟模块连接到乘法模块；还包括依次连接的高通滤波器、均方根计算模块、控制模块和乘法器模块，高通滤波器模块通过延迟模块连接到乘法模块；所述的两个乘法模块分别连接到加法器模块。
8.根据权利要求7所述的自动音量调节系统，其特征在于，所述的均方根计算模块为具有一定时间常数的一阶无限脉冲响应滤波器。
9.根据权利要求7所述的自动音量调节系统，其特征在于，所述的控制模块包括依次连接的对数域转换模块、动态控制规律和阈限模块和线性域转换模块；动态控制规律和阈限模块中设计软拐点控制曲线，使接收到的对数域音频数据按照软拐点控制曲线取值，获得控制增益。
10.根据权利要求7所述的自动音量调节系统，其特征在于，所述控制模块和乘法模块之间，还有平滑滤波器模块，在线性域上对音频数据进行平滑处理。
11.根据权利要求10所述的自动音量调节系统，其特征在于，所述平滑滤波器模块是对于信号增大和减小情况具有不同时间常数的一阶无线脉冲相应滤波器。
全文摘要
本发明涉及一种可以自动进行音量调节的方法及系统，具体包括将输入音频数据分成高低两个频段；分别计算高低频段数据的平均音量；将平均音量数据转换到对数域，根据控制曲线取值获得控制增益数据；将获得的数据转换到线性域，分别与经过延迟的对应频段数据相乘；将相乘后得到的高低频段音频数据相加输出。本发明实现了对音频音量的自动调节，使输出音量控制在用户指定的范围之内，并且不会造成声音失真。这种方法及系统不仅仅可以应用于电视系统，更可以推广到移动终端、广播系统、电脑、车载CD等使用音频信号的领域。
文档编号H04N5/60GK101022518SQ200610023869
公开日2007年8月22日 申请日期2006年2月14日 优先权日2006年2月14日
发明者易彦 申请人:逐点半导体(上海)有限公司