CN111640446B - 一种基于音频编码器的响度均衡方法、编码器及蓝牙设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于音频编码器的响度均衡方法、音频编码器及蓝牙设备，属于数字信号处理技术领域。该响度均衡方法包括：统计第一音频编码信号的第一响度和有效测量次数，计算第一有效响度；计算第二音频编码信号的第一响度和第二响度；统计第二音频编码信号的第一响度和第二响度的测量输出值作为第二音频编码信号的第三响度，并判断第三响度与第一有效响度的大小关系；根据响度调整幅度计算对应的响度变化增益，根据响度变化增益对第二音频编码信号的响度进行调整。本发明的应用使得当音视频节目切换时，保证响度的一致性，避免频繁的响度调节。

Description

一种基于音频编码器的响度均衡方法、编码器及蓝牙设备

技术领域

本发明涉及数字信号处理技术领域，特别是一种基于音频编码器的响度均衡方法、音频编码器及蓝牙设备。

背景技术

目前主流的蓝牙音频编码器包括：SBC音频编码器，其由A2DP协议强制要求，使用最为广泛；AAC-LC音频编码器，其音质较好且应用较为广泛，很多主流的手机都支持；aptX系列音频编码器，其音质较好，但码率很高，且为高通独有的技术，较为封闭；LDAC音频编码器，其音质较好，但码率也很高，且为索尼独有的技术，也很封闭。基于上述原因，蓝牙国际联盟Bluetooth Sig联合众多厂商推出了LC3音频编解码器，其具有较低延迟、较高音质和编码增益以及在蓝牙领域无专利费的优点，受到广大厂商的关注

低功耗蓝牙领域的一个重要应用即是蓝牙音乐耳机，用来欣赏音乐。通常，音乐的格式有很多种，譬如常规的音乐播放器支持播放的格式有mp3、AAC、WMA、RA、wav、FLAC、OGG、Vorbis和OPUS等。这些不同格式的音乐可能由不同的厂商制作生成，其响度水平各不相同，在音乐播放发生切换时，常常需要用户手动调节音量大小，这给用户造成了很多不便，在某些场景中还会存在危险，例如开车时手动调节音乐音量。

类似的场景也出现在电视领域。目前我国各个电视频道之间的平均响度差异较大，举例来说，央视与各省卫视的高清频道均采用杜比AC-3编码标准并使用了杜比的“对白归一”技术，但各省的高清频道对其“对白归一”描述值最高相差7LKFS，而各个标清频道采用MPEG编码技术，没有使用杜比的“对白归一”技术。所以，目前的状态是，央视频道对响度控制较好且各个频道响度一致性较高，基本在-24LKFS左右，而各个省台的响度差异较大。据统计，各个省台的响度在30天的平均响度最高与最低值相差约6LKFS，这导致用户在切换电视节目时声音忽大忽小，严重影响用户体验。

发明内容

针对现有技术中存在的上述技术问题，本发明提供了基于音频编码器的一种响度均衡方法、音频编码器及蓝牙设备。

在本发明的一个技术方案中，提供一种响度均衡方法，其包括计算第一有效响度步骤：对第一音频编码信号的响度进行测量，根据第一音频编码信号的响度有效值和有效测量次数，计算第一有效响度并储存；响度统计步骤：当第二音频编码信号的缓冲帧数大于或等于响度计算长度时，测量第二音频编码信号的第一响度，当第二音频编码信号的缓冲帧数小于响度计算长度，且对第二音频编码信号进行响度调整时，测量第二音频编码信号的第二响度；响度判断步骤：将第二音频编码信号的第一响度或第二响度的测量输出值作为第二音频编码信号的第三响度，当第三响度超出第一有效响度的第一范围时开始进行响度调整，当第三响度大于第一有效响度的第二范围上限时，调低第二音频编码信号的响度，当第三响度小于第一有效响度的第二范围下限时，调高第二音频编码信号的响度，当第三响度大于等于第二范围的下限且小于等于第二范围的上限时，结束响度调整；以及更新的音频编码步骤：其包括对第二音频编码信号的响度均衡过程，其中，响度均衡过程包括：根据响度调整幅度计算对应的响度变化增益；根据响度变化增益对第二音频编码信号的响度进行调整。

在本发明的另一个技术方案中，提供一种音频编码器，其中该音频编码器工作时，执行方案一中的任一基于音频编码器的响度均衡方法。

在本发明的另一个技术方案中，提供一种蓝牙设备，包括但不限于BR/EDR蓝牙设备或低功耗蓝牙设备，其包括：音频编码器，其中音频编码器工作时执行方案一中的任一基于音频编码器的响度均衡方法。

本发明的有益效果是：本发明应用时，使得当音视频节目切换时，保证响度的一致性，避免频繁的响度调节。

附图说明

图1是本发明基于音频编码器的响度均衡方法的一个具体实施方式的流程示意图；

图2是本发明中第一响度和第二响度的一个具体实施例的测量示意图；

图3是本发明中第一响度和第二响度的一个具体实施例的示意图；

图4是本发明中第一有效响度的一个具体实施例的计算流程示意图；

图5是本发明中第一响度门限和第二响度门限的一个具体实施例的示意图；

图6是本发明基于音频编码器的响度均衡方法的一个具体实施方式的流程示意图；

图7是本发明基于音频编码器的响度均衡方法的一个具体实施方式的总体控制流程示意图；

图8是本发明基于音频编码器的响度均衡方法的一个应用示例；

图9是本发明基于音频编码器的响度均衡方法的一个应用示例。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的较佳实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。

需要说明的是，本发明的权利要求书和说明书中的术语“第一”、“第二”是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。

为了使本发明的基于音频编码器的响度均衡方法便于理解，下面以有线电视、机顶盒以及蓝牙音箱的音频响度调节，结合LC3音频编码器，以单声道音频传输为例进行说明。需要说明的是本发明的基于音频编码器的响度均衡方法同样适用基于蓝牙技术的其他平台，例如音乐播放器和蓝牙耳机的组合；同样可应用于其他音频编码器平台，例如AAC音频编码器；本发明也适用于多声道的音频传输过程。

在本发明的一个具体实施方式中，图1示出了本发明基于音频编码器的响度均衡方法的一个具体实施方式的流程示意图，在该具体实施方式中，本发明基于音频编码器的响度均衡方法包括以下步骤：

步骤S101：计算第一有效响度步骤。

在本发明的一个具体实施方式中，对第一音频编码信号的响度进行测量，根据第一音频编码信号的响度测量有效值和有效测量次数，计算第一有效响度并储存。在进行对音频编码信号的响度均衡调整时，需要对音频编码信号进行加窗处理，使得音频编码信号符合音频编码器的编码要求，其中加窗处理过程按照音频编码器中的标准流程进行，本发明不作详细说明。

在本发明的一个实例中，在进行计算第一有效响度步骤前需要进行初始化步骤。在该步骤中，响度均衡指示参数设置为0，表示当前音频编码信号的响度不需要进行调整。另外，当响度均衡指示参数为1时，表示当前音频编码信号的响度需要进行增大调整，当响度均衡指示参数为-1时，表示当前音频编码信号的响度需要进行降低调整。将响度门限值设置为第一响度门限，第三响度的次数统计设置为0，有效响度的和值设置为0；响度均衡因子设置为1；响度均衡状态参数设置为0，表示响度均衡过程尚未进行，另外当响度均衡状态参数为1时，表示响度均衡过程正在进行。

在本发明的一个实例中，使用400ms音频数据块选通来进行音频编码信号的响度测量过程。其中根据标准规定，基于400ms音频数据块选通来判断缓冲的第一音频编码信号数据长度是否达到预期的响度计算长度。在该实例中，响度计算长度可以为400ms，根据75％的测量范围的叠加，可计算出测量间隔为100ms。当缓冲的第一音频编码信号数据长度达到预期的响度计算长度时，例如缓冲帧数长度为400ms，计算第一音频编码信号的第一响度，其中计算第一音频编码信号的第一响度时，根据400ms音频数据块选通的相关参数，第一响度的测量过程以100ms的时间间隔进行。对音频编码信号进行第一响度的测量，以较大的时间间隔来统计音频编码信号响度的粗略变化。

在本发明的一个实例中，当音视频系统处于开机，关机或者音频切换过程中的响度逐渐升高或响度逐渐降低时间时，不进行响度统计步骤。在实际的响度测量过程中，会存在音频信号的响度逐渐升高或逐渐降低的情景，为了避免响度测量的误差，此时不进行响度的测量和调整过程。例如在有线电视刚开机或者在电视频道转换过程中，机顶盒有可能对音频响度有Ramping up响度升高处理。假设Ramping up升高处理的时间为N秒，则在此N秒的时间内不进行响度的测量。

在该具体实施方式中，当机顶盒或电子设备第一次开机运行并调用音频编码器时，不需要进行响度均衡步骤，此时响度均衡指示参数为零。由图2所知，此时第一音频编码信号只进行第一响度的测量。在缓冲帧数满足响度计算长度的基础上，对第一响度进行测量并对第一有效响度进行计算。

在本发明的一个实例中，在第一音频编码信号中进行了L次有效测量，则第一有效响度的计算公式为：

其中，对于有效测量次数L，根据相关标准规定，为了防止音视频节目的特殊素材，比如节目的低音量声音背景、长时间的静默等对节目响度的过度影响，以400ms音频数据块选通为例，在测量响度的时候将以400ms，75％重叠为每次的测量长度，如图3所示。例如，在本发明的基于音频编码器的响度均衡方法中，有效测量次数L的最小值选取200，选值过小容易导致测量不准确。此时对应长度为20.3秒的音视频节目，如果测量次数较少，则对应节目的时长较短，会导致测量的有效响度不准确，影响后续的响度调整。最后，将计算得出的第一有效响度进行保存。其中，第一有效响度的计算流程示意如图4所示。

在以有线电视、机顶盒以及蓝牙音箱为响度调整平台的基础上，基于音频编码器的响度均衡方法首次运行时，用户通过调整机顶盒或者蓝牙音箱的音量调整模块进行响度调节，达到适合用户的响度。通过第一有效响度的计算，记录当前音视频节目中适合用户的响度值，为后续的响度调整提供参考。

在本发明的一个实例中，当第一有效响度设置为固定值时，不进行计算第一有效响度步骤。本发明基于音频编码器的响度均衡方法包括固定响度输出模式和平均响度输出模式。其中在固定响度输出模式中，第一有效响度值为固定值，为默认的适合大多数人群的响度标准值，在后续的响度均衡过程中，根据此固定有效响度值进行响度调整，后续该固定有效响度值不会动态改变，只有当用户进行主动修改时，可对该固定有效响度值进行重新设定。例如，根据中国中央电视台制定的《电视节目声音制作的响度规范》和国际电信联盟标准ITU-RBS.1770-4建议书《测量音频节目响度和真正峰值音频电平的算法》,可以将第一有效响度设置为-24LKFS。

在平均响度输出模式中，在首次进行响度均衡时，需要进行第一有效响度的测量和计算，计算说明如上。在后续的响度调整过程中，除了音频编码器根据此有效响度值对编码信号响度进行调整，以满足用户需求外，用户可根据现实的环境情况或者节目效果需要，通过手动调整音频输出端的音量调整。需要说明的是用户手动调整音量响度，不同于本发明基于音频编码器中的响度均衡方法。例如，在本发明的基于音频编码编码器的响度均衡方法中，是将不同响度的输入音频信号均衡调整在适合用户的响度范围内，例如电视机不同频道的音频信号。如果周围环境噪声增加，用户也可以通过调整输出音频的设备进行响度调整，例如音箱，从而保证用户体验，满足用户的个性化需要。

步骤S102：响度统计步骤。

在本发明的一个具体实施方式中，当第二音频编码信号的缓冲帧数大于或等于响度计算长度时，测量第二音频编码信号的第一响度，当第二音频编码信号的缓冲帧数小于计算长度，且对第二音频编码信号进行响度调整时，测量第二音频编码信号的第二响度。

在包含音频编码器的机顶盒或电子设备再次开机运行时，此时假定在上一次开机运行时，已经成功统计并更新第一有效响度，如果上次没有更新第一有效响度，此时会重新统计第一有效响度。在开机运行后需要进行初始化，此时响度均衡指示参数为零，在本发明的基于音频编码器的响度均衡方法中对第二音频编码信号进行响度测量。

图2是本发明中第一响度和第二响度的一个具体实施例的测量示意图。由图2所知，首先判断第二音频编码信号的缓冲帧数是否为响度计算长度。以400ms音频数据块选通为例，当缓冲帧数小于400ms时，不进行响度测量，当缓冲帧数满足400ms时，进行第一响度的测量，当缓冲帧数在400ms的基础上满足100ms时，继续进行第一响度的测量；当缓冲帧数在400ms的基础上不足100ms，且响度均衡指示参数非零时即需要对第二音频编码信号的响度进行调整时，进行第二响度的测量。其中，图3示出了本发明中第一响度和第二响度的一个具体实施例的示意图。由图3可知，第一响度的测量时间间隔明显大于第二响度的测量时间间隔，所以第一响度的测量结果较为粗略，第二响度的测量结果则更加精密。在进行响度测量时，响度的统计基本单位为M秒，其中根据ITU-R BS.1770-4建议书《测量音频节目响度和真正峰值音频电平的算法》，M的取值可以为0.4秒、0.6秒以及0.8秒等。

在本发明的一个实例中，机顶盒或电子设备再次开机运行并调用音频编码器时，在初始化过程中，响度均衡指示参数为零，音频编码器开始对音频信号进行编码，本发明的基于音频编码器的响度均衡方法开始运行。如图2所示，在满足缓冲帧数为响度计算长度时，开始对第二音频编码信号的第一响度进行测量。将第二音频编码信号的第一响度值与第一音频编码信号获得的第一有效响度值进行比较，当需要进行响度均衡调整时，响度均衡指示参数调整为+1或者-1的非零状态。在对第二音频编码信号的响度测量过程中，当缓冲帧数低于响度计算长度且响度均衡指示非零时，如图2所示，此时对第二音频编码信号的第二响度进行测量。

通过在响度测量过程中对第一响度和第二响度的充分考虑，保证在编码音频较短时，也能够充分测量其响度。当需要对响度进行调整即响度均衡指示参数非零时，进行测量时间间隔更小的第二响度的测量，更能够把握音频信号响度的变化，提高音频调整的准确性，提升用户体验。对第一响度和第二响度的分别进行测量，充分考虑响度测量的快速性和响度测量的准确性，保证后续对音频响度均衡调整时的准确性。

步骤S103：响度判断步骤。

在本发明的一个具体实施方式中，将第二音频编码信号的第一响度或第二响度的测量输出值作为第二音频编码信号的第三响度，当第三响度超出第一有效响度的第一范围时开始进行响度调整，当第三响度大于第一有效响度的第二范围上限时，调低第二音频编码信号的响度，当第三响度小于第一有效响度的第二范围下限时，调高第二音频编码信号的响度，当第三响度大于等于第二范围的下限且小于等于第二范围的上限时，结束响度调整。

在本发明的一个实例中，第一范围上限为第一有效响度与第一响度门限的和值，第一范围下限为第一有效响度与第一响度门限的差值，第二范围上限为第一有效响度与第二响度门限的和值，第二范围下限为第一有效响度与第二响度门限的差值，其中，第一响度门限大于第二响度门限。引入第一有效响度的第一范围和第二范围，判断何时需要调整当前的音视频节目的响度，避免响度调整过小导致响度调整频繁，增加系统负担，或者响度调整过大导致用户有明显感觉，影响用户体验。

在本发明的一个实例中，图5是本发明中第一响度门限和第二响度门限的一个具体实施例的示意图。在该实例中，对第二音频编码信号进行响度测量，测量方法及过程如步骤S102。将第二音频编码信号的第一响度或第二响度的测量输出值作为第二音频编码信号的第三响度，当第三响度大于第一有效响度与第一响度门限的和值或小于第一有效响度与第一响度门限的差值时，开始进行响度调整；当第三响度大于第一有效响度与第二响度门限的和值时，调低第二音频编码信号的响度，当第三响度小于第一有效响度与第二响度门限的差值时，调高第二音频编码信号的响度；在响度调整后，当第三响度大于等于第一有效响度与第二响度门限的差值且小于等于第一有效响度与第二响度门限的和值时，结束响度调整。其中，第一响度门限为启动响度均衡门限，第二响度门限为结束响度均衡门限，且第一响度门限大于第二响度门限。

下面用具体实例对该过程进行详细说明。例如，第一响度门限取值为2Lu，第二响度门限的取值为1Lu，第一有效响度取值为-24Lu。当音频编码信号的响度为-21Lu时，其大于第一有效响度与第一响度门限的和值-22Lu，在后续的响度均衡调整过程中需要降低音频编码信号的响度；当音频编码信号的响度为-25.5Lu时，其不小于有效响度与第一响度门限的差值-26Lu，不需要对音频编码信号的响度进行均衡调整过程；当均衡调整后的音频编码信号响度为-22.5Lu，其大于第一有效响度与第二响度门限的和值-23Lu，还需进行进一步响度降低调整，当均衡调整后的音频编码信号响度为-23.5Lu时，其小于第一有效响度与第二响度门限的和值-23Lu且大于第一有效响度与第二响度门限的差值-25Lu，则音频编码信号的响度符合调整要求，此时结束响度均衡调整过程。

步骤S104：更新的音频编码步骤，其包括对第二音频编码信号的响度均衡过程。

在该具体实施方式中，对第二音频编码信号的响度均衡过程包括：根据响度调整幅度计算对应的响度变化增益，根据响度变化增益对第二音频编码信号的响度进行调整。其中，响度调整幅度可以为音频信号在一秒的时间内，响度调整变化的期望值，进而根据一秒响度调整幅度计算音频编码信号的一秒响度变化增益，再根据响度变化增益对第二音频编码信号的响度进行调整。

在本发明的一个具体实施例中，根据响度变化增益对第二音频编码信号的响度进行调整包括：根据响度变化增益和第二音频编码信号的帧长映射求得第二音频编码信号的一帧响度变化增益；根据一帧响度变化增益对第一响度均衡因子进行放大或缩小调整得到第二响度均衡因子；根据第二响度均衡因子调整第二音频编码信号的一帧音频编码数据的响度。其中根据设定的一秒响度变化增益和第二音频编码信号的帧长映射求得第二音频编码信号的一帧响度变化增益。再根据一帧响度变化增益调整度均衡因子，进而对第二音频编码信号的响度进行调整。

在本发明的一个实例中，在更新的音频编码步骤中对第二音频编码信号的响度进行均衡过程时，首先要确定音频编码信号响度调整幅度对应的响度变化增益，具体响度变化增益值可以预先通过离线计算得到。其中，响度调整幅度可选择一秒的时间内，响度的调整幅度值。例如，假如期望信号在一秒内响度增加或减少2Lu，那么可以通过离线计算得到响度变化增益值，在实际的操作过程中，为了防止信号电平的剧烈变化影响用户体验，可以设定一个较小的信号增益步长，使得每一次调整的幅度较小。其中，关于信号增益步长的选择，可通过在线下仿真获得。下面以一个例子进行说明。

在该实例中，选择一个音频测试文件，计算其平均响度，再基于此文件生成另一份文件，使得该文件的平均响度与第一份文件的平均响度差值为1LKFS或者-1LKFS。因为人耳对响度变化的感觉在1秒左右，第二份文件通过在一秒内增益步长的调节，使得第二份文件的平均响度与第一份文件的平均响度的差值达到期望值。由于响度的计算与信号电平以及频率分布有关，所以在离线基于某音频编码信号计算的增益步长在实际使用时，对其他音频编码信号响度均衡的速度会有偏差，不过因为人耳对响度变化的感觉在1秒左右，并不影响实际的应用。

在本发明的基于音频编码器的响度均衡方法中，优选的，典型的响度差值门限为2LKFS，所以线下进行仿真的目标是在1秒内得到响度均衡变化为2LKFS的变化增益。通过对响度均衡调整时，调整幅度的限制，避免音频信号响度调整幅度过大产生溢出，同时避免响度的剧烈变化对用户产生不好的使用体验。

在本发明的一个实例中，根据响度变化增益和第二音频编码信号的帧长映射求得第二音频编码信号的一帧响度变化增益。以按照一秒响度调整幅度对应的响度变化增益以及LC3音频编码器为例，当音频编码信号为10毫秒帧长时，一帧响度变化增益的计算公式为：

Loudness_gain_1frame＝Loudness_gain_1sec/A

其中，当音频编码信号为10毫秒帧长时，A值为100。其中Loudness_gain_1frame表示音频编码信号一帧响度变化增益，也为一帧数据均衡因子，Loudness_gain_1sec表示一秒音频编码信号响度变化增益。在计算音频编码信号一帧响度变化增益时，根据音频编码信号的帧长对上述公式中的分母进行调整，其中A＝1000/帧长。例如，当音频编码信号为7.5毫秒帧长时，A的取值为1000/7.5＝133。

在该实例中，例如音频编码信号的响度为-30Lu，假如确定一秒响度调整幅度为6Lu，根据线下仿真的结果，对应的增益变化约为0.2。由于响度调整的目标是将响度调整到-24Lu，所以需要逐步调高响度，则此时音频编码信号的一秒响度增益目标为1+(0.2)＝1.2，即将音频信号的响度调整为原先的120％。对于LC3音频编码器，10ms帧长的音频，一帧响度变化增益可以为0.2/100＝0.002，即1.000，1.002，1.004，……，1.200。

在本发明的一个实例中，根据求得的一帧响度变化增益，对第一响度均衡因子进行放大或缩小调整，得到第二响度均衡因子。其中，在初始化过程中可设置第一响度均衡因子为1，第二响度均衡因子可通过第一响度均衡因子与一帧响度变化增益的和值或差值进行表示。当对响度进行升高调整时第二响度因子调整为第一响度因子与一帧响度变化增益的和值，当对响度进行降低时第二响度因子调整为第一响度因子与一帧响度变化增益的差值。

在该实例中，例如，对于LC3音频编码器的10ms帧长的音频编码信号，当一秒响度调整幅度为6LKFS，第二音频编码信号的响度为-30LKFS时，根据线下仿真的结果，对应的一秒响度变化增益约为0.2，一帧响度变化增益为0.2/100＝0.002。当需要增加第二音频编码信号的响度时，第二响度均衡因子为1+0.002＝1.002，随后对一帧音频编码信号的响度进行调整；当需要降低第二音频编码信号的响度时，第二响度均衡因子为1-0.002＝0.998，随后对一帧音频编码信号的响度进行调整。

在本发明的一个实例中，根据第二响度均衡因子对第二音频编码信号的一帧音频编码数据的响度进行升高或降低运算，调整第二音频编码信号的响度。以LC3音频编码器的10ms帧长的音频编码信号，一秒响度调整幅度为6LKFS，第二音频编码信号的响度为-30LKFS为例，通过上述对第二响度均衡因子的计算，当需要对响度进行升高时，第二响度均衡因子为1+0.002＝1.002，当需要对响度进行降低时，第二响度均衡因子为1-0.002＝0.998。随后根据第二响度均衡因子对一帧音频数据的响度进行响度调整。当升高响度时，一秒响度调整的结果为-24LKFS；当降低响度时，一秒响度调整的结果为-36LKFS。通过多帧响度的调整，避免响度剧烈变化，提升用户体验。

在该实例中，通过第二响度均衡因子对第二音频编码信号的响度进行调整时，以LC3音频编码器的10ms帧长的音频编码信号，一秒响度调整幅度为6LKFS，第二音频编码信号的响度为-30LKFS为例，当升高第二音频编码信号的响度时，理想的响度调整结果是在一秒的时间内，通过对每帧第二音频编码信号响度的调整，将第二音频编码信号响度由-30LKFS调整为-24LKFS。然而具体的响度调整过程为非严格线性变化，因此出现以下响度调整情况：

一、响度调整过程为严格线性关系。此时，一秒响度调整幅度为6LKFS，根据线下仿真的结果，对应的一秒响度变化增益约为0.2，则一帧响度变化增益为0.2/100＝0.002，对每一帧响度进行调整时第二响度均衡因子依次为1.002、1.004、...、1.2。当响度调整过程为严格线性关系时，一秒后的响度调整结果为-24LKFS，此种情况较为特殊，在实际的响度调整过程中难以实现。

二、响度调整过程为非严格线性关系。此时，响度调整的过程不再按照预定的响度调整增益进行严格的变化，可能调整时间未到一秒时，第二音频编码信号的响度已经由-30LKFS调整到-24LKFS。在以帧为单位的响度调整过程中，每一帧都会计算新的响度，如果在一秒内已经达到预定的调整目标，则可以结束响度调整。其中在本发明的基于音频编码器的响度均衡方法中，支持上述的响度调整过程。

三、响度调整过程为非严格线性关系，此时，响度调整的过程不再按照预定的响度调整增益进行严格的变化，可能调整时在一秒后，第二音频编码信号的响度才由-30LKFS调整到-24LKFS。在以帧为单位的响度调整过程中，每一帧都会计算新的响度，如果在一秒内没有达到预定的调整目标，则下一秒会继续响度调整，直至达到目标位置。其中在本发明的基于音频编码器的响度均衡方法中，支持上述的响度调整过程。

在进行具体的响度调整过程中，对一帧音频编码信号的响度进行调整，进而实现对整体音频编码信号的调整。因为在对一帧音频编码信号的响度进行调整时，每一帧响度调整的非线性调整过程，使得一帧音频编码信号的响度调整值大于或者小于预设的响度调整值，从而可能在不足一秒、超过一秒或者刚好一秒的时间将音频编码信号的响度调整为预设的一秒响度调整幅度。其中，本发明的基于音频编码器的响度均衡方法支持上述的多种实际的响度调整过程。

在本发明的一个实例中，图6示出了本发明基于音频编码器的响度均衡方法的一个具体实施方式的流程示意图。其中图6所示的过程为针对第二音频编码信号的响度均衡流程示意图。在首次进行本发明的基于音频的编码器响度均衡方法时，根据上述第一音频编码信号的第一有效响度的计算过程，获得第一有效响度，作为后续第二音频编码信号的响度调整的响度标准。

在该实例中，当音频系统首次开机，未进行第一有效响度计算时，判断测量的第一响度值或第二响度值是否为静音值。此处静音值表示初始化过程中确定的有效响度值，例如为-70LKFS，表示此时为静音或音量极低。当第一响度值或第二响度值为静音值时，此时不进行响度的均衡调整过程。

如图6所示，根据上述响度计算方法计算第二音频编码信号的第一响度或第二响度，并将第一响度和第二响度的测量结果输出作为第二音频编码信号的第三响度。当第二音频编码信号的第三响度大于第一有效响度与第一门限的和值或小于第一有效响度与第一门限的差值时，进行后续的响度均衡操作；当第二音频编码信号的第三响度大于等于第一有效响度与第二门限的差值且小于等于第一有效响度与第一门限的和值时则不需进行后续的响度均衡调整操作。

响度均衡状态参数可取值0或者1，在进行初始化时，响度均衡状态参数设置为0，表示响度均衡尚未进行，当响度均衡状态参数设置为1时，表示现在正在进行响度均衡操作。由图6所示，在未进行响度均衡操作时，响度均衡状态参数设置为0，此时响度门限值设定为第一响度门限值，来判断第二音频的响度是否需要开始进行响度调整；在响度均衡操作过程中，响度均衡状态参数设置为1，此时响度门限值设定为第二响度门限值，来判断第二音频的响度均衡调整是否符合调整要求，结束响度均衡调整流程。

在调整过程中根据响度测量模块输出的第二音频编码信号的第三响度，作为响度均衡调整的对象，随后进行响度均衡调整判断。当第三响度大于第一有效响度与第一响度门限的和值时，此时响度均衡指示参数设置为-1，并将第三响度值进行降低的响度均衡操作；当第三响度小于第一有效响度与第一响度门限的差值时，此时响度均衡指示参数设置为+1，并将第三响度值进行增加的响度均衡操作；对于其他情况，第三响度值不进行响度调整，响度均衡指示参数设置为0。同理，当响度门限设定为第二响度门限时，当第三响度大于第一有效响度与第二响度门限的和值时，此时响度均衡指示参数设置为-1，并将第三响度值进行降低的响度均衡操作；当第三响度小于第一有效响度与第二响度门限的差值时，此时响度均衡指示参数设置为+1，并将第三响度值进行增加的响度均衡操作；对于其他情况，响度均衡指示参数设置为0，表示此时响度调整符合响度要求，结束响度均衡调整操作。

在本发明的基于音频编码器的响度均衡方法的平均响度模式下，当第二音频编码信号处于非响度升高阶段即非响度Ramping up阶段或者非响度降低的Ramping down阶段时，此时将进行响度均衡后的第三响度进行加和，并统计第三响度的测量次数，根据上述的第一有效响度的计算方法，计算新的有效响度。在本发明的一个实例中，在本次音视频节目正常播放结束后，将新的第二有效响度对原有的第一有效响度进行替换。当出现当前音视频节目非正常结束，比如断电，或者响度统计次数不满足测量限值时，不进行有效响度的替换。

在本发明的一个具体实施方式中，图7为本发明的响度均衡系统总体控制流程示意图，如图7所示，在本发明的响度均衡系统启动时，需要进行初始化操作，其中将响度均衡指示参数设置为0，表示未进行响度均衡；响度门限初始化为第一响度门限，进行是否开始响度均衡操作的判断；响度统计参数中的有效响度统计次数和有效响度总和设置为0；响度均衡因子设置为1，表示此时未进行响度均衡操作；响度均衡状态参数设为0，表示响度均衡操作未进行。

在本发明的一个实例中，如图7所示的更新的音频编码模块主要完成对音频信号的响度均衡操作，其中该模块在本发明的响度均衡系统首次启动时，不进行工作。

如图7所示，为本发明基于音频编码器的响度均衡方法的一个具体实例的总体控制流程示意图。在响度测量过程中，测量音频编码信号的第一响度或第二响度，其中在计算第一响度时，根据标准规定基于400ms音频数据块选通，以较大的时间间隔进行响度计算，用来统计响度的粗略变化。当缓冲的音频编码信号数据长度未达到预期的响度计算长度且需要对音频解码信号的响度进行调整时，计算第二音频编码信号的第二响度，其中计算第二响度时，根据标准规定基于400ms音频数据块选通，以较小的时间间隔进行响度计算，用来统计响度的精确变化。统计第二音频编码信号的第一响度和第二响度的测量输出值作为第二音频编码信号的第三响度，统计第三响度的数值及有效的测量次数，通过将第三响度求和并求取平均值的计算处理，得到响度调整的有效响度值，此有效响度值作为更新的音频编码过程进行响度均衡调整工作的响度标准值。在所有的音频帧编码全部结束后，例如电视机关机后，将有效响度值存储。在本发明的基于音频编码器的响度均衡方法第二次进行时，更新的音频编码过程将根据上次的有效响度值进行响度的均衡调整操作，此时响度均衡指示与有效响度统计模块继续进行有效响度的统计和计算过程，在所有的音频帧编码全部结束后，将新生成的有效响度进行存储，替换掉原有的有效响度，新的有效响度将作为更新的音频编码过程中新的响度标准进行后续的响度均衡调整工作。

在本发明的一个实例中，图8示出了本发明基于音频编码器的响度均衡方法的一个应用示例。本发明的基于音频编码器的响度均衡方法位于蓝牙发射器中的音频编码器中。在以有线电视、机顶盒以及蓝牙音箱的例子中，用户可通过机顶盒中的音量调节模块A和蓝牙接收器中的音量调节模块B进行音量调节，其中在蓝牙发射器中的包含响度均衡系统的音频编码器为本发明的内容，进行音量的自动调整。在本发明的基于音频编码器的响度均衡方法工作过程中，用户也可根据自己的喜好，或者当前节目效果，环境因素等通过音量调节模块B进行音量调节，即可通过遥控等手段对蓝牙音箱的音量进行调整。

在本发明的一个实例中，图9示出了本发明基于音频编码器的响度均衡方法的一个应用示例。其中，图9示出了在音频编码器中，本发明基于音频编码器的响度均衡方法在具体实施时，在音频编码器的编码过程中的具体位置。其中，图9中灰色部分的“加窗及响度均衡”模块用以执行本发明基于音频编码器的响度均衡方法。

在本发明的一个具体实施方式中，本发明的音频编码器工作时，执行任一实施例描述的基于音频编码器的响度均衡方法。

在本发明的一个实例中，在音频编码器对音频信号进行编码时，音频编码器的发射端对音频信号进行响度均衡处理。

在该实例中，在音频编码器外部对音频编码器的响度均衡过程进行控制，包括通过按钮对响度均衡模式进行选择；通过外部输入设备，例如数字键盘等实现对响度均衡调整范围进行选择。

在本发明的一个具体实施方式中，本发明的蓝牙设备包括音频编码器，其中音频编码器工作时执行任一实施例描述的基于音频编码器的响度均衡方法

在本发明的一个实例中，本发明的蓝牙设备包括但不限于BR/EDR蓝牙设备以及BLE低功耗蓝牙设备。

本发明的基于音频编码器的响度均衡方法，基于蓝牙技术和LC3编码技术的平台上，在不同的音频/音视频节目切换时，可以让用户体验到较为一致的响度，避免用户频繁的手动调节，增强了用户体验；此技术以电视+机顶盒+蓝牙音箱举例说明，也可以应用于基于蓝牙技术的其他平台，如手机或音乐播放器+蓝牙耳机或蓝牙音箱等；此技术以LC3编码器举例说明，也可以应用在使用其他编码器的平台，譬如AAC音频编码器，SBC音频编码器等；此技术以单声道为例说明，实际应用中，本发明也可以用在双声道或多声道中。本发明的基于音频编码器的响度均衡方法可应用于蓝牙发射端，且采用固定响度输出模式和平均响度输出模式的多种模式选择，后续用户可根据自身情况进行响度的改变和系统重置，使得当音视频节目切换时，保证响度的一致性，避免频繁的响度调节，大大提高用户体验。

在本发明所提供的实施方式中，应该理解到，所揭露的装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。

作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

以上仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (11)

1.一种基于音频编码器的响度均衡方法，其特征在于，包括：

计算第一有效响度步骤：对第一音频编码信号的响度进行测量，根据所述第一音频编码信号的响度测量有效值和有效测量次数，计算所述第一有效响度并储存；

响度统计步骤：当第二音频编码信号的缓冲帧数大于或等于响度计算长度时，测量所述第二音频编码信号的第一响度，当第二音频编码信号的缓冲帧数小于所述响度计算长度，且对所述第二音频编码信号进行响度调整时，测量所述第二音频编码信号的第二响度，其中所述第一响度的测量时间间隔大于所述第二响度的测量时间间隔；

响度判断步骤：将所述第二音频编码信号的所述第一响度或所述第二响度的测量输出值作为所述第二音频编码信号的第三响度，当所述第三响度超出所述第一有效响度的第一范围时开始进行响度调整，当所述第三响度大于所述第一有效响度的第二范围上限时，调低所述第二音频编码信号的响度，当所述第三响度小于所述第一有效响度的第二范围下限时，调高所述第二音频编码信号的响度，当所述第三响度大于等于所述第二范围的下限且小于等于所述第二范围的上限时，结束响度调整；以及

更新的音频编码步骤：其包括对所述第二音频编码信号的响度均衡过程，其中，所述响度均衡过程包括：

根据响度调整幅度计算对应的响度变化增益；

根据所述响度变化增益对所述第二音频编码信号的响度进行调整。

2.如权利要求1所述的基于音频编码器的响度均衡方法，其中，所述根据所述响度变化增益对所述第二音频编码信号的响度进行调整包括：

根据所述响度变化增益和所述第二音频编码信号的帧长映射求得所述第二音频编码信号的一帧响度变化增益；

根据所述一帧响度变化增益对第一响度均衡因子进行放大或缩小调整得到第二响度均衡因子；

根据所述第二响度均衡因子调整所述第二音频编码信号的一帧音频编码数据的响度。

3.如权利要求1所述的基于音频编码器的响度均衡方法，其中，所述第一范围上限为所述第一有效响度与所述第一响度门限的和值，所述第一范围下限为所述第一有效响度与所述第一响度门限的差值，所述第二范围上限为所述第一有效响度与所述第二响度门限的和值，所述第二范围下限为所述第一有效响度与所述第二响度门限的差值，所述第一响度门限大于所述第二响度门限。

4.如权利要求1所述的基于音频编码器的响度均衡方法，其中，所述第一响度的测量间隔大于所述第二响度的测量间隔。

5.如权利要求1所述的基于音频编码器的响度均衡方法，其中，还包括：

初始化步骤，其中所述有效响度的测量次数设为0，所述第一响度均衡因子设为1，响度门限值初始化为所述第一响度门限值，响度均衡状态值设为0，表示所述响度均衡步骤未执行。

6.如权利要求1所述的基于音频编码器的响度均衡方法，其中，在所述响度均衡步骤中，控制所述第二音频编码信号的所述响度调整幅度，避免所述第二音频编码信号响度调整过大，导致溢出。

7.如权利要求1所述的基于音频编码器的响度均衡方法，其中，当音视频系统处于开机、关机或者音频切换过程中的响度逐渐升高或响度逐渐降低时间时，不进行所述响度统计步骤。

8.如权利要求1所述的基于音频编码器的响度均衡方法，其中，当所述第一有效响度设置为固定值时，不进行所述计算第一有效响度步骤。

9.如权利要求1所述的基于音频编码器的响度均衡方法，其中，在进行所述第二音频编码信号的响度均衡调整过程中，统计所述第二音频编码信号的所述第三响度的有效值和有效测量次数，计算平均值获得所述第二音频编码信号的第二有效响度，在所述音频编码器编码结束后，将所述第二有效响度储存并替换所述第一有效响度。

10.一种音频编码器，其特征在于，所述编码器工作时，执行如权利要求1-9任一所述的基于音频编码器的响度均衡方法。

11.一种蓝牙设备，所述蓝牙设备包括BR/EDR蓝牙设备或低功耗蓝牙设备，其特征在于，包括：

音频编码器，所述音频编码器工作时执行如权利要求1-9任一所述的基于音频编码器的响度均衡方法。

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