CN107920176A - 一种用于语音通信系统的音质优化装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于语音通信系统的音质优化装置，包括：系统控制模块调用回声抑制模块与音频流接收模块进行通信；系统控制模块调用静音检测模块与音频流接收模块进行通信；系统控制模块调用舒适噪音模块与音频流输出模块进行通信；系统控制模块调用网络抖动处理模块与音频流输出模块进行通信；回声抑制模块的工作流程如下：根据系统种类和版本，获取配置文件确定回声消除的方式；在通话过程中将收发的语音流缓存到数据空间中；将最新的收发包与缓存中的内容对比，从中筛选并且过滤出回音的部分，然后计算出抵消的频率，达到消除回音的效果；接收释放的缓存数据。本发明在通话过程中加入多种技术，实现了既能清晰地通话交流，又能降低网络负担。
Description
技术领域
本发明涉及音通信系统领域，尤其涉及一种用于语音通信系统的音质优化装置。
背景技术
现代通信系统提供了广泛的语音服务，语音通信已经成为生活中不可或缺的交流方式。
然而，经过编解码后的语音质量受到很多条件的制约，例如：编码器速率的高低、环境噪声的情况、传输信道误码的影响、多重编解码的影响、不同发音者(如高音和低音)的影响、不同语言的影响等。
因此，如何提高语音通信系统的音质，并能在主观意义上音质不降低的前提下尽可能减轻网络负担成为了非常重要的研究课题。
发明内容
本发明提供了一种用于语音通信系统的音质优化装置，本发明通过在通话过程中加入多种技术，实现了既能清晰地通话交流，又能降低网络负担，详见下文描述：
一种用于语音通信系统的音质优化装置，所述音质优化装置包括：
系统控制模块调用回声抑制模块与音频流接收模块进行通信；系统控制模块调用静音检测模块与音频流接收模块进行通信；系统控制模块调用舒适噪音模块与音频流输出模块进行通信；系统控制模块调用网络抖动处理模块与音频流输出模块进行通信；
其中，所述回声抑制模块的工作流程如下：
根据系统种类和版本，获取配置文件，确定回声消除的方式；在通话过程中，将收发的语音流缓存到数据空间中；
将最新的收发包与缓存中的内容对比，从中筛选并且过滤出回音的部分，然后计算出抵消的频率，达到消除回音的效果；接收释放的缓存数据。
其中，所述回声抑制模块包括：音频流优化子模块，
所述音频流优化子模块将采集的音频数据依次分区缓存；获取存满一个区域后的音频数据，根据音频数据的音频增益均值以及音频阈值确定头部控制信息，并将头部控制信息填充到音频数据中；
根据头部控制信息确定音频种类，根据音频种类确定压缩比，进而根据压缩比对音频数据进行编码；
依据实时传输协议RTP将编码后的音频数据封装成RTP流，并将RTP流发送到网络中，依据实时传输控制协议RTCP发送RTCP控制流到网络中，在网络中进行RTCP检测并获取网络的数据包丢包率和数据包丢弃率，根据数据包丢包率和数据包丢弃率获取网络性能参数；
根据网络性能参数以及音频增益均值对音频阈值进行更新，以调整下一区域音频数据的压缩比。
其中，所述根据音频数据的音频增益均值以及音频阈值确定头部控制信息具体为：
当音频数据的音频增益均值小于音频阈值时，将头部控制信息设置为0，表示音频数据送入编码器后，通过高压缩低保真算法编码；
当音频数据的音频增益均值不小于音频阈值，将头部控制信息设置为I，表示音频数据送入编码器后，通过低压缩高保真算法编码。
进一步地，所述静音检测模块包括：
第一语音活动性检测子模块将说话者处于不发声状态的信息写入发送音频流缓存，交由第二发送音频流缓存子模块处理；
第二发送音频流缓存子模块向下一步骤处理者发送所有缓存数据；第二接收音频流缓存子模块和第二发送音频流缓存子模块分别释放各自缓存数据。
进一步地，所述舒适噪音子模块包括：
第二语音活动性检测子模块从第三接收音频流缓存子模块中读取数据，用于快速检测出说话者处于不发声的时间，并利用舒适噪音生成子模块产生的人工噪音填充该段时间内的语音数据流，并将上述处理结果存入发送音频流缓存；
舒适噪音生成子模块结合差值算法动态生成背景噪音，并将该背景噪音的语音数据流提供给第二语音活动性检测子模块；
第三接收音频流缓存子模块和第三发送音频流缓存子模块分别释放各自缓存数据。
其中，所述第二语音活动性检测子模块还用于调用舒适噪音配置文件存取模块，获取配置文件，确定舒适噪音生成的方式；
在通话过程中，通过声音采集分别将收发的语音流缓存到第三接收音频流缓存子模块和第三发送音频流缓存子模块的数据空间中。
其中，所述网络抖动处理模块包括：入队线程数据包处理子模块、出队线程数据包处理子模块，
入队线程数据包处理子模块对接收到的数据包进行排序后，将接收到的数据包插入抖动缓存指针队列的相应位置；
出队线程数据包处理子模块判断抖动缓存指针队列队头的数据包是否应该在当前触发时刻出队，如果是，则将该数据包出队。
本发明提供的技术方案的有益效果是：
1、本发明通过在数据传输过程中加入多种音频处理技术，避免了可能存在的语音通信过程中的啸叫、传输成本过高以及网络压力过大引起的延迟等问题；
2、本发明彻底优化了整个语音通信应用的用户体验，提升了数据传输的性能；可广泛用于政府机关、军事、金融、电信等各个行业。
附图说明
图1为一种用于语音通信系统的音质优化装置的结构示意图；
图2为回声抑制模块的结构示意图；
图3为回声抑制模块的操作流程图；
图4为静音检测模块的结构示意图；
图5为静音检测模块的操作流程图；
图6为舒适噪音模块的结构示意图；
图7为舒适噪音模块的操作流程图；
图8为网络抖动模块的结构示意图；
图9为网络抖动模块的操作流程图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面对本发明实施方式作进一步地详细描述。
实施例1
一种用于语音通信系统的音质优化装置，参见图1，该音质优化装置包括：
系统控制模块7调用回声抑制模块1与音频流接收模块5进行通信；系统控制模块7调用静音检测模块2与音频流接收模块5进行通信；系统控制模块7调用舒适噪音模块3与音频流输出模块6进行通信；系统控制模块7调用网络抖动处理模块4与音频流输出模块6进行通信。
综上所述，本发明实施例通过在通话过程中加入多种技术，实现了既能清晰地通话交流，又能降低网络负担。
实施例2
参见图2，回声抑制模块1包括：回声抑制配置文件存取子模块11、第一接收音频流缓存子模块12、第一发送音频流缓存子模块13、音频流优化子模块14、声音采集子模块15；
其中，第一接收音频流缓存子模块12和第一发送音频流缓存子模块13为单独的缓存子模块。
回声抑制配置文件存取子模块11提供用于保存和写入配置文件所需的空间和方法；其中文件操作的方法由相关系统平台的api提供，本发明实施例对此不做限制。
第一接收音频流缓存子模块12用于缓存接收到的音频流数据；第一发送音频流缓存子模块13用于缓存即将发送的音频流数据；声音采集子模块15用于采集用户的语音数据；
其中，音频流优化子模块14根据配置文件的内容，对第一接收音频流缓存子模块12和声音采集子模块15中的数据进行相应计算和处理，并将处理后的结果写入第一发送音频流缓存子模块13中。
其中，该音频流优化子模块14是整个回声抑制模块1的核心，首先解析配置文件的内容，获取音频的编码、速率、运行参数等信息；然后初始化优化算法，具体工作流程如下：
(1)将采集的音频数据依次分区缓存；
(2)获取存满一个区域后的音频数据，根据音频数据的音频增益均值以及音频阈值确定头部控制信息，并将头部控制信息填充到音频数据中；
其中，根据音频数据的音频增益均值以及音频阈值确定头部控制信息具体为：
1、当音频数据的音频增益均值小于音频阈值时，将头部控制信息设置为0，表示音频数据送入编码器后，通过高压缩低保真算法编码；
2、当音频数据的音频增益均值不小于音频阈值，将头部控制信息设置为I，表示音频数据送入编码器后，通过低压缩高保真算法编码。
(3)根据头部控制信息确定音频种类，根据音频种类确定压缩比，进而根据压缩比对音频数据进行编码；
(4)依据实时传输协议RTP将编码后的音频数据封装成RTP流，并将RTP流发送到网络中，依据实时传输控制协议RTCP发送RTCP控制流到网络中，在网络中进行RTCP检测并获取网络的数据包丢包率和数据包丢弃率，根据数据包丢包率和数据包丢弃率获取网络性能参数；
(5)根据网络性能参数以及音频增益均值对音频阈值进行更新，以调整下一区域音频数据的压缩比。
其中，参见图3，该回声抑制模块1的详细操作如下：
(1)音频流优化子模块14调用回声抑制配置件存取子模块11，根据系统种类和版本，获取配置文件，确定回声消除的方式；
其中，回声消除就是利用参考回声与真实回声之间的相关性，因此播放声音的线程和录音线程之间的同步就显得极为重要，下面分两步进行处理：
第一步，输入/输出设备与处理器之间存在速度不匹配的问题，为了改善这个矛盾，需要在输入/输出端分别划出若干个专用缓冲区。
在本测试环境中，输入/输出流的延迟经过计算结果为10帧，也就是从处理器把第一帧要播放的声音放人参考回声帧队列算起，到处理器从参考回声帧队列中取出一帧来与第一帧录音输入进行回声消除时为止，录音输入比参考回声在时间上落后了10帧。也就是说，这前10帧录音输入不用进行回声消除，而是直接传走，这个过程就称为预取。
第二步，实际应用中播放声音和录音是用两个线程完成的，所以仅仅用上面固定的延迟数量来同步参考回声和录音输入这两个信号还不行。设一个变量rec_ts作为处理器要处理的录音输入帧的序列号，设play_ts作为处理器处理的参考回声帧的序列号。用seq_delay＝play_ts-rec_ts来修正上面的预取过程。当Seq_delay>0时，证明播放线程比录音线程快，因此则减少录音输入帧的预取个数；当Seq-delay<0时，证明播放线程比录音线程慢，因此则增加录音输入帧的预取个数。
(2)音频流优化子模块14在通话过程中，调用声音采集子模块15，分别将收发的语音流缓存到接收音频流缓存子模块12和发送音频流缓存子模块13的数据空间中；
(3)音频流优化子模块14将最新的收发包与缓存中的内容对比，从中筛选并且过滤出回音的部分，然后计算出抵消的频率，达到消除回音的效果；
(4)接收音频流缓存子模块12和发送音频流缓存子模块13分别释放各自缓存数据。
综上所述，本发明实施例通过在通话过程中加入多种技术，实现了既能清晰地通话交流，又能降低网络负担。
实施例3
参见图4，静音检测模块2包括：第二接收音频流缓存子模块21、第二发送音频流缓存子模块22、第一语音活动性检测子模块23；
第二接收音频流缓存子模块21用于缓存接收到的音频流数据；第二发送音频流缓存子模块22用于缓存即将发送的音频流数据；
第一语音活动性检测子模块23从第二接收音频流缓存子模块21中读取数据，用于检测出说话者处于不发声状态，并将状态信息写入发送音频流缓存，交由第二发送音频流缓存子模块22处理。
其中，参见图5，静音检测模块2的详细操作如下：
(1)第一语音活动性检测子模块23调用第二接收音频流缓存子模块21，读取其中的数据，检测出说话者处于不发声状态的信息；
(2)第一语音活动性检测子模块23将说话者处于不发声状态的信息写入发送音频流缓存，交由第二发送音频流缓存子模块22处理；
(3)第二发送音频流缓存子模块22向下一步骤处理者发送所有缓存数据；
(4)第二接收音频流缓存子模块21和第二发送音频流缓存子模块22分别释放各自缓存数据。
综上所述，本发明实施例通过在通话过程中加入多种技术，实现了既能清晰地通话交流，又能降低网络负担。
实施例4
参看图6，舒适噪音模块3包括：舒适噪音配置文件存取子模块31、第三接收音频流缓存子模块32、第三发送音频流缓存子模块33、第二语音活动性检测子模块34、舒适噪音生成子模块35；
配置文件存取子模块31提供所需配置文件的空间和存取方法；
其中，文件操作的方法由相关系统平台的api提供，本发明实施例对此不做限制。
第三接收音频流缓存子模块32用于缓存接收到的音频流数据；第三发送音频流缓存子模块33用于缓存即将发送的音频流数据；
第二语音活动性检测子模块34从第三接收音频流缓存子模块32中读取数据，用于快速检测出说话者处于不发声的时间，并利用舒适噪音生成子模块35产生的人工噪音填充该段时间内的语音数据流，并将上述处理结果存入发送音频流缓存；
舒适噪音生成子模块35结合差值算法动态生成背景噪音，并将该背景噪音的语音数据流提供给第二语音活动性检测子模块34。
其中，参见图7，舒适噪音模块3的详细操作如下：
(1)第二语音活动性检测子模块34调用舒适噪音配置文件存取子模块31，根据系统种类和版本，获取配置文件，确定舒适噪音生成的方式；
其中，该生成噪音的方式为本领域技术人员所公知，本发明实施例对此不做赘述。
(2)第二语音活动性检测子模块34在通话过程中，通过声音采集分别将收发的语音流缓存到第三接收音频流缓存子模块32和第三发送音频流缓存子模块33的数据空间中；
(3)第二语音活动性检测子模块34从第三接收音频流缓存子模块32中读取数据，用于快速检测出说话者处于不发声的时间，并利用舒适噪音生成子模块35产生的人工噪音填充该段时间内的语音数据流，并将上述处理结果存入发送音频流缓存；
(4)舒适噪音生成子模块35结合差值算法动态生成背景噪音，并将该背景噪音的语音数据流提供给第二语音活动性检测子模块34；
其中，差值算法为本领域技术人员所公知，本发明实施例对此不做赘述。
(5)第三接收音频流缓存子模块32和第三发送音频流缓存子模块33分别释放各自缓存数据。
综上所述，本发明实施例通过在通话过程中加入多种技术，实现了既能清晰地通话交流，又能降低网络负担。
实施例5
参见图8，网络抖动处理模块4包括：入队线程数据包处理子模块41、出队线程数据包处理子模块42。
参见图9，入队线程数据包处理子模块41对接收到的数据包进行排序后，将接收到的数据包插入抖动缓存指针队列的相应位置；
出队线程数据包处理子模块42判断抖动缓存指针队列队头的数据包是否应该在当前触发时刻出队，如果是，则将该数据包出队。
入队线程数据包处理子模块41对接收到的数据包进行排序后，将接收到的数据包插入抖动缓存指针队列的相应位置。
综上所述，本发明实施例通过在通话过程中加入多种技术，实现了既能清晰地通话交流，又能降低网络负担。
本发明实施例对各器件的型号除做特殊说明的以外，其他器件的型号不做限制，只要能完成上述功能的器件均可。
本领域技术人员可以理解附图只是一个优选实施例的示意图，上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，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。
Claims (7)
1.一种用于语音通信系统的音质优化装置，其特征在于，所述音质优化装置包括：
系统控制模块调用回声抑制模块与音频流接收模块进行通信；系统控制模块调用静音检测模块与音频流接收模块进行通信；系统控制模块调用舒适噪音模块与音频流输出模块进行通信；系统控制模块调用网络抖动处理模块与音频流输出模块进行通信；
其中，所述回声抑制模块的工作流程如下：
根据系统种类和版本，获取配置文件，确定回声消除的方式；在通话过程中，将收发的语音流缓存到数据空间中；
将最新的收发包与缓存中的内容对比，从中筛选并且过滤出回音的部分，然后计算出抵消的频率，达到消除回音的效果；接收释放的缓存数据。
2.根据权利要求1所述的一种用于语音通信系统的音质优化装置，其特征在于，所述回声抑制模块包括：音频流优化子模块，
所述音频流优化子模块将采集的音频数据依次分区缓存；获取存满一个区域后的音频数据，根据音频数据的音频增益均值以及音频阈值确定头部控制信息，并将头部控制信息填充到音频数据中；
根据头部控制信息确定音频种类，根据音频种类确定压缩比，进而根据压缩比对音频数据进行编码；
依据实时传输协议RTP将编码后的音频数据封装成RTP流，并将RTP流发送到网络中，依据实时传输控制协议RTCP发送RTCP控制流到网络中，在网络中进行RTCP检测并获取网络的数据包丢包率和数据包丢弃率，根据数据包丢包率和数据包丢弃率获取网络性能参数；
根据网络性能参数以及音频增益均值对音频阈值进行更新，以调整下一区域音频数据的压缩比。
3.根据权利要求2所述的一种用于语音通信系统的音质优化装置，其特征在于，所述根据音频数据的音频增益均值以及音频阈值确定头部控制信息具体为：
当音频数据的音频增益均值小于音频阈值时，将头部控制信息设置为0，表示音频数据送入编码器后，通过高压缩低保真算法编码；
当音频数据的音频增益均值不小于音频阈值，将头部控制信息设置为I，表示音频数据送入编码器后，通过低压缩高保真算法编码。
4.根据权利要求1所述的一种用于语音通信系统的音质优化装置，其特征在于，所述静音检测模块包括：
第一语音活动性检测子模块将说话者处于不发声状态的信息写入发送音频流缓存，交由第二发送音频流缓存子模块处理；
第二发送音频流缓存子模块向下一步骤处理者发送所有缓存数据；第二接收音频流缓存子模块和第二发送音频流缓存子模块分别释放各自缓存数据。
5.根据权利要求1所述的一种用于语音通信系统的音质优化装置，其特征在于，所述舒适噪音模块包括：
第二语音活动性检测子模块从第三接收音频流缓存子模块中读取数据，用于快速检测出说话者处于不发声的时间，并利用舒适噪音生成子模块产生的人工噪音填充该段时间内的语音数据流，并将上述处理结果存入第三发送音频流缓存子模块；
舒适噪音生成子模块结合差值算法动态生成背景噪音，并将该背景噪音的语音数据流提供给第二语音活动性检测子模块；
第三接收音频流缓存子模块和第三发送音频流缓存子模块分别释放各自缓存数据。
6.根据权利要求5所述的一种用于语音通信系统的音质优化装置，其特征在于，
所述第二语音活动性检测子模块还用于调用舒适噪音配置文件存取模块，获取配置文件，确定舒适噪音生成的方式；
在通话过程中，通过声音采集分别将收发的语音流缓存到第三接收音频流缓存子模块和第三发送音频流缓存子模块的数据空间中。
7.根据权利要求1所述的一种用于语音通信系统的音质优化装置，其特征在于，所述网络抖动处理模块包括：入队线程数据包处理子模块、出队线程数据包处理子模块，入队线程数据包处理子模块对接收到的数据包进行排序后，将接收到的数据包插入抖动缓存指针队列的相应位置；
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