CN104183241A - 改善音频信号音量调节的控制电路及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种改善音频信号音量调节的控制电路，其中包括音量控制单元、包络计算单元、压缩系数计算单元、延迟单元、乘法器。本发明还涉及一种改善音频信号音量调节的控制方法。采用该种改善音频信号音量调节的控制电路及方法，由于其中针对每一个溢出的数字音频数据均计算其压缩系数，并对输出数据进行压缩，从而相较于现有技术的无差别压缩后得到的音频波形，更接近于原有音频信号，从而达到了消除噪音影响的目的，不仅结构简单实用，而且处理过程快捷方便，工作性能稳定可靠，适用范围较为广泛。

Description

改善音频信号音量调节的控制电路及方法

技术领域

本发明涉及信号处理领域，特别涉及数字音频信号处理技术领域，具体是指一种改善音频信号音量调节的控制电路及方法。

背景技术

数字音频满幅度音量为0分贝，当数字音量调节范围超过0分贝时就有部分音频数据有溢出现象，音量调节范围超过0分贝越多这种现象越明显。

传统的处理这种溢出的方法就是将溢出的数据做满幅度处理：也就是当当前数据大于满幅度音频最大值时，使得当前数据等于满幅度音频最大值。

上述方法在音量调节范围超过0分贝很少的时候还不容易听出错误，但是在音量调节范围超过0分贝部分很高时会有很明显的严重噪音产生。

发明内容

本发明的目的是克服了上述现有技术中的缺点，提供一种能够有效消除音频数据溢出造成的输出噪音、确保无差别压缩后得到的音频波形更接近于原有音频、结构简单实用、处理过程快捷方便、工作性能稳定可靠、适用范围较为广泛的改善音频信号音量调节的控制电路及方法。

为了实现上述的目的，本发明的改善音频信号音量调节的控制电路及方法如下：

该改善音频信号音量调节的控制电路，其主要特点是，所述的电路包括：

音量控制单元，接收数字音频输入信号，并对该输入信号的音量进行增减调节；

包络计算单元，接收所述音量控制单元的输出信号，并计算该输出信号的包络值；

压缩系数计算单元，接收所述包络计算单元所输出的包络值，并计算相应的音频压缩系数；

延迟单元，接收所述音量控制单元的输出信号，并进行时序延迟处理；

乘法器，分别接收所述延迟单元的延迟输出信号和所述压缩系数计算单元的音频压缩系数，并将两者进行乘法运算后得到数字音频输出信号。

该基于上述的电路改善音频信号音量调节的控制方法，其主要特点是，所述的方法包括以下步骤：

步骤一、接收数字音频输入信号，并对该输入信号的音量进行增减调节处理；

步骤二、根据所述进行增减调节处理的输出信号计算包络值；

步骤三、根据所述包络值计算音频压缩系数；

步骤四、对所述进行增减调节处理的输出信号进行延迟处理；

步骤五、将所述经延迟的输出信号与所述音频压缩系数进行乘法运算，以得到数字音频输出信号。

在另一实施例中，所述改善音频信号音量调节的控制方法中的对输入信号的音量进行增减调节处理，具体为：

根据以下公式计算增减控制后的音频信号数据x(n)：

x(n)＝input(n)×10^vol(DB)/20；

其中，vol为需要增加或减少的分贝数，DB为音量单位分贝，10^vol(DB)/20为对应的量化倍数值，input(n)为输入信号，n为输入信号的序列号，n＝1，2，3……。

在另一实施例中，所述改善音频信号音量调节的控制方法中的量化倍数值为根据具体所应用的音量控制范围、步长以及当前数字音频的位数事先计算并以表格形式进行存储。

在另一实施例中，所述对所述进行增减调节处理的输出信号进行延迟处理，具体为：

经过延迟处理后的延时输出音频值（延迟输出信号）为X（n－D），所述延时输出音频值X（n－D）是指当前输入X（n）经延迟D个输入，其中，D为延迟输入序列号，D=1，2，3……。

进一步地，所述延迟输入序列号D的经验值为32或者64。

在另一实施例中，所述改善音频信号音量调节的控制方法中的进行输出信号的包络值计算处理，包括以下步骤：

第一步，根据以下公式，从当前音频信号数据与之前N个音频信号数据的绝对值中取最大值x_max(n)：

x_max(n)＝max[|x(n-N)|,|x(n-N+1)|......|x(n)|]；

第二步，根据以下公式由当前的最大值x_max(n)与前一个包络值e_max(n-1)计算新的包络值e_max(n)：

e_max(n)＝(x_max(n)+3×e_max(n-1))/4；

第三步，根据以下公式由当前的包络值e_max(n)与之前第M个包络值计算得到所输出的包络值e(n)：

$e\left(n\right)=e(n-1)+\frac{1}{M}[e_{\max }\left(n\right)-e_{\max }(n-M)];$

e(n-1)为第n－1次所计算出的包络值。

进一步地，所述改善音频信号音量调节的控制方法中的进行音频压缩系数计算处理，包括以下步骤：

判断所输出的包络值e(n)是否大于满幅度音量；

如果否，则将音频压缩系数设置为1；

如果是，则根据以下公式计算得到压缩系数g(n)：

更进一步地，所述改善音频信号音量调节的控制方法中的满幅度音量为0分贝。

采用了该发明的改善音频信号音量调节的控制电路及方法，由于其中针对每一个溢出的数字音频数据均计算其压缩系数，并对输出数据进行压缩，从而相较于现有技术的无差别压缩后得到的音频波形，更接近于原有音频信号，从而达到了消除噪音影响的目的，不仅结构简单实用，而且处理过程快捷方便，工作性能稳定可靠，适用范围较为广泛。

附图说明

图1为本发明的改善音频信号音量调节的控制处理过程示意图。

具体实施方式

为了能够更清楚地理解本发明的技术内容，特举以下实施例详细说明。

请参阅图1所示，在本发明提供了一种改善音频信号音量调节的控制电路，其包括：

音量控制单元，接收数字音频输入信号，并对该输入信号的音量进行增减调节；

包络计算单元，接收所述的音量控制单元的输出信号，并计算该输出信号的包络值；

压缩系数计算单元，接收所述的包络计算单元所输出的包络值，并计算相应的音频压缩系数；

延迟单元，接收所述的音量控制单元的输出信号，并进行时序延迟处理；

乘法器，分别接收所述的延迟单元的延迟输出信号和所述的压缩系数计算单元的音频压缩系数，并将两者进行乘法运算后得到数字音频输出信号。

在本发明又提供了一种改善音频信号音量调节的控制方法，其中包括以下步骤：

步骤一：接收数字音频输入信号，并对该输入信号的音量进行增减调节处理，具体为：

根据以下公式计算增减控制后的音频信号数据x(n)：

x(n)＝input(n)×10^vol(DB)/20；

其中，vol为需要增加或减少的分贝数，DB为音量单位分贝，10^vol(DB)/20为对应的量化倍数值，input(n)为输入信号，n为输入信号的序列号，n＝1，2，3……；该量化倍数值可以根据具体所应用的音量控制范围、步长以及当前数字音频的位数事先计算并以表格形式进行存储；

步骤二：接收音量控制单元的输出信号，并进行输出信号的包络值计算处理，包括以下步骤：

第一步：根据以下公式，从当前音频信号数据与之前N个音频信号数据的绝对值中取最大值x_max(n)：

x_max(n)＝max[|x(n-N)|,|x(n-N+1)|......|x(n)|]；

第二步：根据以下公式由当前的最大值x_max(n)与前一个包络值e_max(n-1)计算新的包络值e_max(n)：

e_max(n)＝(x_max(n)+3×e_max(n-1))/4；

第三步：根据以下公式由当前的包络值e_max(n)与之前第M个包络值计算得到所输出的包络值e(n)：

$e\left(n\right)=e(n-1)+\frac{1}{M}[e_{\max }\left(n\right)-e_{\max }(n-M)];$

e(n-1)为第n－1次所计算出的包络值；

步骤三：接收包络计算单元所输出的包络值，并进行音频压缩系数计算处理，包括以下步骤：

判断所输出的包络值e(n)是否大于满幅度音量；该满幅度音量为0分贝；

如果否，则将音频压缩系数设置为1；

如果是，则根据以下公式计算得到压缩系数g(n)：

步骤四：对所述进行增减调节处理的输出信号进行延迟处理，经过延迟单元对音量控制单元的输出信号进行延迟处理后的延时输出音频值（延迟输出信号）为X（n－D）。

步骤五：将所述经延迟的输出信号与所述音频压缩系数进行乘法运算，以得到数字音频输出信号。

在实际使用当中，本发明的实现过程具体阐述如下。

首先，音量控制过程如下：

音量控制用来增加或者减少当前音频的音量，根据公式（1）得到音量控制后的音频数据：

X(n)＝input(n)*10^vol(DB)/20……（1）

其中，vol为需要增加或减少的分贝（decibel，简称DB），10^vol(DB)/20所对应的量化倍数值可以根据具体应用的音量控制范围，步长以及当前数字音频的位数事先计算好以表格形式存储。

其次，计算包络值具体如下：

第一步：由当前数据与之前N个数据的绝对值中取最大值x_max(n)，见公式（2）：

x_max(n)＝max[|x(n-N)|,|x(n-N+1)|......|x(n)|]……（2）

第二步：由当前的最大值x_max(n)与之前的包络值e_max(n-1)计算新的包络值e_max(n)，见公式（3）：

e_max(n)＝(x_max(n)+3×e_max(n-1))/4……（3）

第三步：由当前的包络值e_max(n)与之前第M个包络值计算得到e(n)，见公式（4）：

$e\left(n\right)=e(n-1)+\frac{1}{M}[e_{\max }\left(n\right)-e_{\max }(n-M)]......\left(4\right)$

再次，计算压缩系数具体如下：

当e(n)大于0分贝对应满值时，需要计算压缩系数，否则不做压缩处理，压缩系数等于1。

根据公式（5）即可以得到压缩系数：

又再次，延迟处理具体如下：

经过延迟单元对音量控制单元的输出信号进行延迟处理后的延时输出音频值（延迟输出信号）为X（n－D），也即是X（n－D）是指当前输入X（n）经延迟D个输入，其中，D为延迟输入序列号，D=1，2，3……，而且D＝32或者64是比较好的经验值。

最后，得到输出音频值具体如下：

延迟输出信号X（n－D）与压缩系数g（n）通过乘法器相乘即可得到输出信号。

采用了上述的改善音频信号音量调节的控制电路及方法，由于其中针对每一个溢出的数字音频数据均计算其压缩系数，并对输出数据进行压缩，从而相较于现有技术的无差别压缩后得到的音频波形，更接近于原有音频信号，从而达到了消除噪音影响的目的，不仅结构简单实用，而且处理过程快捷方便，工作性能稳定可靠，适用范围较为广泛。

在此说明书中，本发明已参照其特定的实施例作了描述。但是，很显然仍可以作出各种修改和变换而不背离本发明的精神和范围。因此，说明书和附图应被认为是说明性的而非限制性的。

Claims (9)

1.一种改善音频信号音量调节的控制电路，其特征在于，所述电路包括：

音量控制单元，接收数字音频输入信号，并对该输入信号的音量进行增减调节；

包络计算单元，接收所述音量控制单元的输出信号，并计算该输出信号的包络值；

压缩系数计算单元，接收所述包络计算单元所输出的包络值，并计算相应的音频压缩系数；

延迟单元，接收所述音量控制单元的输出信号，并进行时序延迟处理；

乘法器，分别接收所述延迟单元的延迟输出信号和所述压缩系数计算单元的音频压缩系数，并将两者进行乘法运算后得到数字音频输出信号。

2.一种改善音频信号音量调节的控制方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

接收数字音频输入信号，并对该输入信号的音量进行增减调节；

根据所述进行增减调节处理的输出信号计算包络值；

根据所述包络值计算音频压缩系数；

对所述进行增减调节处理的输出信号进行延迟处理；

将所述经延迟的输出信号与所述音频压缩系数进行乘法运算，以得到数字音频输出信号。

3.根据权利要求2所述的改善音频信号音量调节的控制方法，其特征在于，所述对输入信号的音量进行增减调节处理，具体为：

根据以下公式计算增减控制后的音频信号数据x(n)：

x(n)＝input(n)×10^vol(DB)/20；

其中，vol为需要增加或减少的分贝数，DB为音量单位分贝，10^vol(DB)/20为对应的量化倍数值，input(n)为输入信号，n为输入信号的序列号，n＝1，2，3……。

4.根据权利要求2所述的改善音频信号音量调节的控制方法，其特征在于，所述对进行增减调节处理的输出信号进行延迟处理，具体为：

经过延迟处理后的延时输出音频值，即延迟输出信号，为X（n－D），所述延时输出音频值X（n－D）是指当前输入X（n）经延迟D个输入，其中，D为延迟输入序列号，D=1，2，3……。

5.根据权利要求4所述的改善音频信号音量调节的控制方法，其特征在于，所述延迟输入序列号D为32或者64。

6.根据权利要求3所述的改善音频信号音量调节的控制方法，其特征在于，所述量化倍数值为根据具体所应用的音量控制范围、步长以及当前数字音频的位数事先计算并以表格形式进行存储。

7.根据权利要求3所述的改善音频信号音量调节的控制方法，其特征在于，所述的进行输出信号的包络值计算处理，包括以下步骤：

根据以下公式，从当前音频信号数据与之前N个音频信号数据的绝对值中取最大值x_max(n)：

x_max(n)＝max[|x(n-N)|,|x(n-N+1)|......|x(n)|]；

根据以下公式由当前的最大值x_max(n)与前一个包络值e_max(n-1)计算新的包络值e_max(n)：

e_max(n)＝(x_max(n)+3×e_max(n-1))/4；

根据以下公式由当前的包络值e_max(n)与之前第M个包络值计算得到所输出的包络值e(n)：

$e\left(n\right)=e(n-1)+\frac{1}{M}[e_{\max }\left(n\right)-e_{\max }(n-M)],$

e(n-1)为第n－1次所计算出的包络值。

8.根据权利要求7所述的改善音频信号音量调节的控制方法，其特征在于，所述的进行音频压缩系数计算处理，包括以下步骤：

判断所输出的包络值e(n)是否大于满幅度音量；

如果否，则将音频压缩系数设置为1；

如果是，则根据以下公式计算得到压缩系数g(n)：

9.根据权利要求8所述的改善音频信号音量调节的控制方法，其特征在于，所述的满幅度音量为0分贝。