CN107680612A - 音频优化单元及网络摄像机 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种音频优化单元，包括：模拟放大模块、模数转换模块、高通滤波模块、音量评估模块、降噪模块、EQ均衡模块、音量调整模块和音频编码模块；模拟放大模块、模数转换模块、高通滤波模块、音量评估模块、降噪模块、EQ均衡模块、音量调整模块和音频编码模块依次电性连接；模拟放大模块用于实现硬件音量调节；高通滤波模块用于清除工频噪音；音量评估模块用于确定降噪模块的降噪等级；降噪模块用于清除环境稳态噪声；EQ均衡模块用于提升人声的辨识度；音量调整模块用于实现软件音量调节；音频编码模块用于实现声音的编码传输。本发明还提供了一种网络摄像机。该音频优化单元可以在不增加硬件成本的基础之上，降噪优化音质。

Description

音频优化单元及网络摄像机
技术领域
本发明属于音频处理技术领域，具体涉及音频优化单元及网络摄像机。
背景技术
IPC(网络摄像机)正从传统的安防行业，拓展到消费民用市场，在一些特定应用场景，有着大量的需求——如婴儿、老人监护、无线门禁、网络直播等。目前IPC除了对视频(清晰、流畅)有着较高的要求外，在音频，例如：降噪、人声辨识度等方面要求也越来越高，如何在控制网络摄像机生产成本的提前下有效提升音质是当前亟待解决的一个问题。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种音频优化单元及网络摄像机，用于克服现有技术中的缺点。
具体的，本发明提出了以下具体的实施例：
本发明实施例提供了一种音频优化单元，包括：
模拟放大模块、模数转换模块、高通滤波模块、音量评估模块、降噪模块、EQ均衡模块、音量调整模块和音频编码模块；
所述模拟放大模块、所述模数转换模块、所述高通滤波模块、所述音量评估模块、所述降噪模块、所述EQ均衡模块、所述音量调整模块和所述音频编码模块依次电性连接；
所述模拟放大模块用于实现硬件音量调节；
所述高通滤波模块用于清除工频噪音；
所述音量评估模块用于确定所述降噪模块的降噪等级；
所述降噪模块用于清除环境稳态噪声；
所述EQ均衡模块用于提升人声的辨识度；
所述音量调整模块用于实现软件音量调节；
所述音频编码模块用于实现声音的编码传输。
作为上述技术方案的进一步改进，所述音量评估模块用于确定所述降噪模块的降噪等级具体包括：
计算出预设时间窗口内采样数据的第一平均音量；
剔除所述预设时间窗口所有采样数据中音量值高于所述第一平均音量的采样数据，计算剩余采样数据的第二平均音量；
将第二平均音量乘以预设系数作为所述降噪模块的降噪等级参数。
作为上述技术方案的进一步改进，所述音量评估模块还用于控制所述模拟放大模块的放大等级。
作为上述技术方案的进一步改进，所述音量评估模块用于控制所述模拟放大模块的放大等级具体包括：
统计每次采样数据的音量值是否超出预设的最大音量值，并且累加发生的次数；
如果在时间窗口内，次数超过了预设的最大发生次数，所述音量评估模块会通过I2C接口通知所述模拟放大模块按预设步长下调放大倍数；
如果在时间窗口内，次数没有超过预设的最大发生次数，所述音量评估模块会通过I2C接口通知所述模拟放大模块按预设步长上调放大倍数，直至达到预设的放大倍数。
作为上述技术方案的进一步改进，所述降噪模块使用基于CELP并且专门为码率在2-44kbps的语音压缩而设计的SPEEX。
作为上述技术方案的进一步改进，所述高通滤波模块使用FFMPEG的高通滤波器算法实现。
作为上述技术方案的进一步改进，所述EQ均衡模块用于提升人声的辨识度具体包括：
将频率为500Hz及以下频率的信号进行1-3db衰减；
将中心频率为1300Hz，带宽为100Hz信号进行1-3db放大；
将中心频率为3200Hz，带宽为100Hz信号进行1-3db放大。
作为上述技术方案的进一步改进，所述音量调整模块使用FFMPEG的VolumeFilter算法实现。
作为上述技术方案的进一步改进，所述音频编码模块用于实现声音的编码传输使用的编码算法为集成FDK-AAC库的FFMPEG。
本发明实施例还提供了一种网络摄像机，包括：上述音频优化单元。
采用本发明提供的技术方案，与已有的公知技术相比，至少具有如下有益效果：在不增加硬件成本的基础上，可有效防止前端模拟放大失真(爆破音)；清除环境稳态噪音和工频噪音，提升人声的辨识度。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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相关的附图。
图1为本发明实施例提出的一种音频优化单元的结构示意图。
主要元件符号说明：
101-模拟放大模块；102-模数转换模块；103-高通滤波模块；104-音量评估模块；105-降噪模块；106-EQ均衡模块；107-音量调整模块；108-音频编码模块。
具体实施方式
在下文中，将更全面地描述本公开的各种实施例。本公开可具有各种实施例，并且可在其中做出调整和改变。然而，应理解：不存在将本公开保护范围限于在此公开的特定实施例的意图，而是应将本公开理解为涵盖落入本公开的各种实施例的精神和范围内的所有调整、等同物和/或可选方案。
在下文中，可在本公开的各种实施例中使用的术语“包括”或“可包括”指示所公开的功能、操作或元件的存在，并且不限制一个或更多个功能、操作或元件的增加。此外，如在本公开的各种实施例中所使用，术语“包括”、“具有”及其同源词仅意在表示特定特征、数字、步骤、操作、元件、组件或前述项的组合，并且不应被理解为首先排除一个或更多个其它特征、数字、步骤、操作、元件、组件或前述项的组合的存在或增加一个或更多个特征、数字、步骤、操作、元件、组件或前述项的组合的可能性。
在本公开的各种实施例中使用的表述(诸如“第一”、“第二”等)可修饰在各种实施例中的各种组成元件，不过可不限制相应组成元件。例如，以上表述并不限制所述元件的顺序和/或重要性。以上表述仅用于将一个元件与其它元件区别开的目的。例如，第一用户设备和第二用户设备指示不同用户设备，尽管二者都是用户设备。例如，在不脱离本公开的各种实施例的范围的情况下，第一元件可被称为第二元件，同样地，第二元件也可被称为第一元件。
应注意到：如果描述将一个组成元件“连接”到另一组成元件，则可将第一组成元件直接连接到第二组成元件，并且可在第一组成元件和第二组成元件之间“连接”第三组成元件。相反地，当将一个组成元件“直接连接”到另一组成元件时，可理解为在第一组成元件和第二组成元件之间不存在第三组成元件。
在本公开的各种实施例中使用的术语仅用于描述特定实施例的目的并且并非意在限制本公开的各种实施例。除非另有限定，否则在这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本公开的各种实施例所属领域普通技术人员通常理解的含义相同的含义。所述术语(诸如在一般使用的词典中限定的术语)将被解释为具有与在相关技术领域中的语境含义相同的含义并且将不被解释为具有理想化的含义或过于正式的含义，除非在本公开的各种实施例中被清楚地限定。
实施例1
如图1所示，本发明实施例提供了一种音频优化单元，包括：
模拟放大模块101、模数转换模块102、高通滤波模块103、音量评估模块104、降噪模块105、EQ均衡模块106、音量调整模块107和音频编码模块108。
模拟放大模块101、模数转换模块102、高通滤波模块103、音量评估模块104、降噪模块105、EQ均衡模块106、音量调整模块107和音频编码模块108依次电性连接。
模拟放大模块101用于实现硬件音量调节。
模数转换模块102用于实现将模拟信号转化为数字信号。
高通滤波模块103用于清除工频噪音。
音量评估模块104用于确定降噪模块105的降噪等级。
降噪模块105用于清除环境稳态噪声。
EQ均衡模块106用于提升人声的辨识度。
音量调整模块107用于实现软件音量调节。
音频编码模块108用于实现声音的编码传输。
通过模拟放大模块101和音量调整模块107都可以实现输出音量调节，通过模拟放大模块101调节属于硬件调节，通过音量调整模块调节属于软件调节。
模拟放大模块101和模数转换模块102集成在音频编解码器上；高通滤波模块103、音量评估模块104、降噪模块105、EQ均衡模块106、音量调整模块107和音频编码模块108集成在主控芯片上。声音通过麦克风拾取后，在音频编解码器进行模拟信号放大和模数转换，然后再通过I2S(Inter-IC Sound，集成电路内置音频总线)接口将数字化的音频数据(通常是PCM格式)传给主控芯片。主控芯片接收到音频数据后，会进行压缩编码(通常是AAC，G711，G726等)以减少网络传输数据量。最后已编码的音频数据和视频一起，用于存储或者上传网络供用户实时浏览。
在自然界，很多噪音源的音量和频率在一定范围内是稳定的，如电风扇、空调、风声，这些都属于环境稳态噪音；相对而言，人声在音量表现上是起伏变化的，基准音区频率是64～1200Hz。在网络摄像机等实际应用场景中，人声通常会高于环境稳态噪声，所以通过音量的变化，将人声和噪音有效的识别，就可以设置合适降噪等级，确保降噪模块105能够正确地处理背景噪音，从而避免对正常人声的损伤。
音量评估模块104用于确定降噪模块105的降噪等级具体包括：
计算出预设时间窗口内采样数据的第一平均音量。
剔除所述预设时间窗口所有采样数据中音量值高于所述第一平均音量的采样数据，计算剩余采样数据的第二平均音量。
将第二平均音量乘以预设系数作为所述降噪模块的降噪等级参数。
音量评估模块104还用于控制模拟放大模块101的放大等级。
音量评估模块104用于控制模拟放大模块101的放大等级具体包括：
统计每次采样数据的音量值是否超出预设的最大音量值，并且累加发生的次数。
如果在时间窗口内，次数超过了预设的最大发生次数，所述音量评估模块会通过I2C接口通知所述模拟放大模块按预设步长下调放大倍数。
如果在时间窗口内，次数没有超过预设的最大发生次数，所述音量评估模块会通过I2C接口通知所述模拟放大模块按预设步长上调放大倍数，直至达到预设的放大倍数。
降噪模块105使用基于CELP并且专门为码率在2-44kbps的语音压缩而设计的SPEEX。
Speex是基于CELP并且专门为码率在2-44kbps的语音压缩而设计的。它的特点有：窄带(8kHz)，宽带(16kHz)和超宽带(32kHz)压缩于同一位流。强化立体编码、数据包丢失隐蔽、可变比特率(VBR)、语音捕捉(VAD)、非连续传输(DTX)、定点运算、感官回声消除(AEC)和噪音屏蔽。
工频噪音是由于市电(50Hz/60Hz)通过辐射或者供电接口引入。其主要危害表现在会增加设备的底噪，影响声音的辨识度。通常而言，人声最低频率会高于50Hz，所以我们可用高通滤波的方式，直接把50Hz及以下的能量去除。高通滤波模块使用FFMPEG的高通滤波器算法(High Pass Filter)实现清除工频噪音。
FFmpeg是一套可以用来记录、转换数字音频、视频，并能将其转化为流的开源计算机程序。采用LGPL或GPL许可证。它提供了录制、转换以及流化音视频的完整解决方案。
人类正常的声音的频率在300Hz～3400Hz之间，如果对某些频段的音量作适当的增减，可以有效的提高声音的辨识底，从而改善拾音距离，提高抗噪能力。EQ均衡模块106用于提升人声的辨识度，对以下关键频段进行如下处理：500Hz以下这部分频率会增加声音的沉闷感，可以作适当的衰减；1300Hz左右这部分频率是人声的中高音主音区，适当的提升可以增加声音的明亮度；3200Hz左右这部分频率是人耳腔的敏感谐振频率段，适当的提升可以增加声音的穿透力。
EQ均衡模块106用于提升人声的辨识度具体包括：
将频率为500Hz及以下频率的信号进行1-3db衰减。
将中心频率为1300Hz，带宽为100Hz信号进行1-3db放大。
将中心频率为3200Hz，带宽为100Hz信号进行1-3db放大。
音量调整模块107用于实现软件音量调节，传统的网络摄像机等设备一般是通过音频编解码器的前端模拟放大器实现音量的调整。但当前端模拟放大模块101被音量评估模块104控制，以防止出现增溢过大，造成爆破声，在EQ均衡模块106后面会增加一个音量调整模块107，通过应用层可以根据用户的需要进行增大和减小操作。音量调整模块107使用FFMPEG的Volume Filter算法实现。
目前在网络传输音频编码类型中，AAC编码基本上必要功能，各种网络协议(HTTP、RTP)和文件封装(MP4)对其都有很好的支持。采用FFMPEG+FDK-AAC库的组合有着较好音质表现。音频编码模块108用于实现声音的编码传输使用的编码算法为集成FDK-AAC库的FFMPEG。
本音频优化单元在不增加硬件成本的基础上，可有效防止前端模拟放大失真(爆破音)；清除环境稳态噪音和工频噪音，提升人声的辨识度。
实施例2
本发明实施例还提供了一种网络摄像机，包括：实施例1中的音频优化单元。该网络摄像机可用于婴儿/老人监护、无线门禁、网络直播等。该网络摄像机在降噪、人声辨识底等方面具有更好的体验。
本领域技术人员可以理解附图只是一个优选实施场景的示意图，附图中的模块或流程并不一定是实施本发明所必须的。
本领域技术人员可以理解实施场景中的设备中的模块可以按照实施场景描述进行分布于实施场景的设备中，也可以进行相应变化位于不同于本实施场景的一个或多个设备中。上述实施场景的模块可以合并为一个模块，也可以进一步拆分成多个子模块。
上述本发明序号仅仅为了描述，不代表实施场景的优劣。以上公开的仅为本发明的几个具体实施场景，但是，本发明并非局限于此，任何本领域的技术人员能思之的变化都应落入本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种音频优化单元，其特征在于，包括：
模拟放大模块、模数转换模块、高通滤波模块、音量评估模块、降噪模块、EQ均衡模块、音量调整模块和音频编码模块；
所述模拟放大模块、所述模数转换模块、所述高通滤波模块、所述音量评估模块、所述降噪模块、所述EQ均衡模块、所述音量调整模块和所述音频编码模块依次电性连接；
所述模拟放大模块用于实现硬件音量调节；
所述高通滤波模块用于清除工频噪音；
所述音量评估模块用于确定所述降噪模块的降噪等级；
所述降噪模块用于清除环境稳态噪声；
所述EQ均衡模块用于提升人声的辨识度；
所述音量调整模块用于实现软件音量调节；
所述音频编码模块用于实现声音的编码传输。
2.根据权利要求1所述的音频优化单元，其特征在于，所述音量评估模块用于确定所述降噪模块的降噪等级具体包括：
计算出预设时间窗口内采样数据的第一平均音量；
剔除所述预设时间窗口所有采样数据中音量值高于所述第一平均音量的采样数据，计算剩余采样数据的第二平均音量；
将第二平均音量乘以预设系数作为所述降噪模块的降噪等级参数。
3.根据权利要求1所述的音频优化单元，其特征在于，所述音量评估模块还用于控制所述模拟放大模块的放大等级。
4.根据权利要求3所述的音频优化单元，其特征在于，所述音量评估模块用于控制所述模拟放大模块的放大等级具体包括：
统计每次采样数据的音量值是否超出预设的最大音量值，并且累加发生的次数；
如果在时间窗口内，次数超过了预设的最大发生次数，所述音量评估模块会通过I2C接口通知所述模拟放大模块按预设步长下调放大倍数；
如果在时间窗口内，次数没有超过预设的最大发生次数，所述音量评估模块会通过I2C接口通知所述模拟放大模块按预设步长上调放大倍数，直至达到预设的放大倍数。
5.根据权利要求1所述的音频优化单元，其特征在于，所述降噪模块使用基于CELP并且专门为码率在2-44kbps的语音压缩而设计的SPEEX。
6.根据权利要求1所述的音频优化单元，其特征在于，所述高通滤波模块使用FFMPEG的高通滤波器算法实现。
7.根据权利要求1所述的音频优化单元，其特征在于，所述EQ均衡模块用于提升人声的辨识度具体包括：
将频率为500Hz及以下频率的信号进行1-3db衰减；
将中心频率为1300Hz，带宽为100Hz信号进行1-3db放大；
将中心频率为3200Hz，带宽为100Hz信号进行1-3db放大。
8.根据权利要求1所述的音频优化单元，其特征在于，所述音量调整模块使用FFMPEG的Volume Filter算法实现。
9.根据权利要求1所述的音频优化单元，其特征在于，所述音频编码模块用于实现声音的编码传输使用的编码算法为集成FDK-AAC库的FFMPEG。
10.一种网络摄像机，其特征在于，包括权利要求1-9任一项所述的音频优化单元。
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