一种数字化接收机内语音信号AGC控制系统及方法与流程

本发明涉及网络通信技术领域，具体来说，涉及一种数字化接收机内语音信号agc控制系统及方法。

背景技术：

自动增益控制(automaticgaincontrol＝agc)使放大电路的增益自动地随信号强度而调整的自动控制方法。实现这种功能的电路简称agc环。

对于数字化接收机系统来说，增益控制的目的是为了补偿在数字化接收机信号处理系统中处于关键地位的adc芯片的动态不足的问题，通过增益控制，虽然不能解决信号的绝对动态，却可以有效的提高信号的相对动态。而自动增益控制(以下称agc)则是将这一需要人为判断手动控制的工作自动化。

现有的数字接收机系统一般将agc控制使用闭环自动补偿的方法。通过检测信号强度与预设的信号强度数值的比较进行固定大小的台阶调整。在小信号的时候放大增益，在大信号的时候缩小增益，以达到输出的音频信号保持同等大小的效果。但此种控制方法对于语音信号的调整控制存在改变信号音色，影响语音信号听感等问题。

针对相关技术中的问题，目前尚未提出有效的解决方案。

技术实现要素：

针对相关技术中的上述技术问题，本发明提出一种数字化接收机内语音信号agc控制系统及方法。

本发明的技术方案是这样实现的：

一种数字化接收机内语音信号agc控制系统，包括：

信号输入装置：用于接收信号；

模拟前端模块：与信号输出装置连接，用于将信号输入装置接收到的信号进行放大；

模拟增益系统：与模拟前端模块连接，用于接收模拟前端模块放大后的信号，并控制放大后的信号的衰减；

信道混频模块：与模拟增益系统连接，用于将模拟增益系统处理后的信号按所设定的信号频段滤出，然后混频至所设定的频率点；

模数转换器模块：与信道混频模块连接，用于将信道混频模块滤出的信号频段进行模数转换；

数字增益系统：与模数转换器模块连接，用于调整模数转换器模块输出的数字化信号的增益大小；

数字解调系统：与数字增益系统连接，用于解调数字增益系统处理后的数字化语音信号并控制外设语音输出装置进行语音输出；

agc控制系统：用于接收并根据数字解调系统传输的信号来调整模拟增益系统中模拟增益的大小和数字增益系统中的数字增益大小。

一种数字化接收机内语音信号agc控制方法，使用所述的一种数字化接收机内语音信号agc控制系统，包括以下步骤：

s1：对接收到的语音信号xn进行能量统计，所述能量统计的计算公式为；

yn＝xn×a+yn-1×(1-a))

其中：yn为统计的信号能量；yn-1为上一次能量统计得到的信号能量；xn为第n个接收的语音信号；a为常数；n为正整数；

s2：当达到所设定能量统计累积时间时，则计算步骤s1中得到的能量数值y：

y＝20×log(yn)×m

其中：m为调整参数；

s3：设定能量判定的判定范围，包括判定上限值和判定下限值，对步骤2中能量数值y取对数后进行能量判定；

并根据判定结果进行对应控制调整，具体包括：

s3-1：当能量判定大于判定上限值时：则判断信号是否溢出：

当信号溢出时，则控制增益保护信号，将溢出的解调数据进行增益保护；

当信号没有溢出时，则进行延时等待，当达到所设定延时时间后，如果信号依然大于判定上限值，则调整增益，将模拟增益下调；

s3-2：当能量判定位于判定范围内时：则判定为正常语音波动范围，不做模拟增益调整，对数字增益进行微调，调整方向为向着判定范围的中心值方向；

s3-3：当能量判定小于判定下限值时：则进行延时等待，当达到所设定第一阶段时间时：则对模拟增益和数字增益进行微调至总增益上升10db，然后重新进行能量判定；

能量判定依然小于判定下限值，则进行延时等待，当达到所设定第二阶段时间时：则对模拟增益和数字增益继续进行微调至能量判定信号能量大于判定下限值3db，然后停止模拟增益，开始数字增益微调；

进一步的，还包括步骤s4：将步骤3调整后的信号进行输出。

进一步的，步骤s3中，能量判定过程中：

判定上限值比系统中模数转换器模块溢出上限值小8db～12db；

判定下限值比判定上限值小18db～22db；

判定范围的中心值等于判定上限值与判定下限值的平均值。

进一步的，步骤s3-1中，当信号没有溢出时，则进行延时等待，其中：所设定延时时间为2ms。

进一步的，步骤s3-1中，在信号没有溢出进行延时等待时，当在所设定延时时间内，信号小于判定上限值，则控制数字解调系统将已经溢出到缓冲区中的解调数据进行增益保护。

进一步的，步骤s3-1中，控制增益时，模拟增益调整为每次下降1db；数字增益调整为每次下降0.2db。

进一步的，步骤s3-2中，对数字增益进行微调，具体调整尺度为0.005-0.01db/10ms。

进一步的，步骤s3-3中，当达到所设定第一阶段时间时对模拟增益和数字增益进行微调至总增益上升10db过程中，第一阶段时间为300ms，模拟增益调整为每次上升0.2db；数字增益调整为每次上升0.2db。

进一步的，步骤s3-3中，当达到所设定第二阶段时间时对模拟增益和数字增益继续进行微调至能量判定信号能量大于判定下限值3db过程中，第二阶段时间为3000ms，模拟增益调整为每次上升0.2db；数字增益调整为每次上升0.2db。

本发明的有益效果：通过对语音信号的特点改良了现有的agc做法，避免了当语音信号停顿的时候，增益立即上升造成的语音噪声响起现象，也避免了语音信号恢复的时候出现溢出爆破音现象，防止2段信号能量相差很大的一大一小的语音信号连续出现时，出现大小语音分辨不清的现象，大大改善了语音信号的听感。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是根据本发明一种数字化接收机内语音信号agc控制系统的模块框图；

图2是根据本发明一种数字化接收机内语音信号agc控制方法的流程框图；

图3是根据本发明一种数字化接收机内语音信号agc控制方法在能量判定大于大于判定上限值后的系统调整效果图；

图4是根据本发明一种数字化接收机内语音信号agc控制方法在能量判定大于小于判定下限值后的系统调整效果图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

语音信号和一般的数字信号不同，有其自己的独有的信号特点：

语音信号并不连续,包括人声在内的语音信号经常会有数百毫秒乃至数秒长的间断，这间断并不是表示信号已经结束，只是正常的语音停顿。

语音信号能量时大时小，音调时高时低。这都是正常的能量变化，需要避免增益控制破坏其产生的听感效果。

如图1-4所示，根据本发明实施例的一种数字化接收机内语音信号agc控制系统，包括：

信号输入装置：用于接收信号；本实施例中，信号输入装置为天线；

模拟前端模块：与信号输出装置连接，用于将信号输入装置接收到的信号进行放大；

模拟增益系统：与模拟前端模块连接，用于接收模拟前端模块放大后的信号，并控制放大后的信号的衰减；本实施例中，模拟增益可控制范围为0db～62db；

信道混频模块：与模拟增益系统连接，用于将模拟增益系统处理后的信号按所设定的信号频段滤出，然后混频至所设定的频率点；

模数转换器模块：与信道混频模块连接，用于将信道混频模块滤出的信号频段进行模数转换；本实施例中：模数转换器采用16位高速adc；

数字增益系统：与模数转换器模块连接，用于调整模数转换器模块输出的数字化信号的增益大小；本实施例中，数字增益可控制范围为0db～62db；

数字解调系统：与数字增益系统连接，用于解调数字增益系统处理后的数字化语音信号并控制外设语音输出装置进行语音输出；本实施例中，解调方式为usb(上边带)采样率为32k；

agc控制系统：用于接收并根据数字解调系统传输的信号来调整模拟增益系统中模拟增益的大小和数字增益系统中的数字增益大小。

一种数字化接收机内语音信号agc控制方法，使用如权利要求1所述的一种数字化接收机内语音信号agc控制系统，信号经过adc芯片后通过fpga芯片完成ddc(数字下变频)和能量统计工作；

包括以下步骤：

s1：对接收到的语音信号xn进行能量统计，所述能量统计的计算公式为；

yn＝xn×a+yn-1×(1-a))

其中：yn为统计的信号能量；yn-1为上一次能量统计得到的信号能量；xn为第n个接收的语音信号；a为常数；n为正整数；本实施例中，a＝2^-12。

s2：当达到所设定能量统计累积时间时，则计算步骤s1中得到的能量数值y：

y＝20×log(yn)×m

本实施例中，能量统计累积时间根据采样率进行设置，一般为几百微秒，过长则达不到精确控制的目的，过小则能量积累不准确，具体的此处能量统计累积时间为0.5ms；

其中：m为调整参数；所述系统中模数转换器模块溢出上限值h为0dbc，为保证能量积累的数值正好能在信号溢出时达到此溢出上限，需要预先测算出m的值，具体测算方法为对adc加入一个刚好达到adc采集上限的信号(adc会提出溢出报警)，本实施例中，测算值为11dbm；然后计算：

本实施例中；m设置约为1.57。

s3：设定能量判定的判定范围，包括判定上限值和判定下限值，对步骤2中能量数值y取对数后进行能量判定；

本实施例中，步骤s3中，能量判定过程中：由于模数转换器模块溢出上限值h为0dbc；判定上限值取-12db；判定下限值取-34db；则判定范围的中心值等于-23dbc。

并根据判定结果进行对应控制调整，具体包括：

s3-1：当能量判定大于判定上限值时：则判断信号是否溢出：

当信号溢出时，则控制增益保护信号，将溢出的解调数据进行增益保护；本实施例中，通过控制数字解调系统中的增益保护将已经溢出的缓冲区中的解调数据进行增益保护使输出声音不会出现溢出爆破音；

当信号没有溢出时，则进行延时等待，当达到所设定延时时间后，如果信号依然大于判定上限值，则调整增益，将模拟增益下调；当在所设定延时时间内，信号小于判定上限值，则这可能是一个突发的大噪声爆破音；通过控制数字解调系统将已经溢出到缓冲区中的解调数据进行增益保护；使声音不会出现溢出爆破音；

本实施例中，设定延时时间为2ms；控制增益时，模拟增益调整为每次下降1db；数字增益调整为每次下降0.2db；具体调整效果如图3所示。

s3-2：当能量判定位于判定范围内时：则判定为正常语音波动范围，不做模拟增益调整，对数字增益进行微调，调整方向为向着判定范围的中心值方向；本实施例中，对数字增益进行微调，具体调整尺度为0.005-0.01db/10ms。

s3-3：当能量判定小于判定下限值时：则进行延时等待，当达到所设定第一阶段时间时：则对模拟增益和数字增益进行微调至总增益上升10db，然后重新进行能量判定；本实施例中，超过第一阶梯时间一般设置为几百毫秒；此处具体的第一阶段时间为300ms，模拟增益调整为每次上升0.2db；数字增益调整为每次上升0.2db；

能量判定依然小于判定下限值，则进行延时等待，当达到所设定第二阶段时间时：则对模拟增益和数字增益继续进行微调至能量判定信号能量大于判定下限值3db，然后停止模拟增益，开始数字增益微调；本实施例中，第二阶梯时间时一般设置为秒级，此处具体的第二阶段时间为3000ms，模拟增益调整为每次上升0.2db；数字增益调整为每次上升0.2db，具体调整效果如图4所示。

本实施例中，还包括步骤s4：将步骤3调整后的信号进行输出。

由此可见，借助于本发明的上述技术方案，通过对语音信号的特点改良了现有的agc做法，避免了当语音信号停顿的时候，增益立即上升造成的语音噪声响起现象，也避免了语音信号恢复的时候出现溢出爆破音现象，防止2段信号能量相差很大的一大一小的语音信号连续出现时，出现大小语音分辨不清的现象，大大改善了语音信号的听感。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，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。