CN111866026B - 一种用于语音会议的语音数据丢包处理系统及处理方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于语音会议的语音数据丢包处理系统，其特征在于，包括音频接收处理模块、音频丢包处理模块、音频切换器，所述音频接收处理模块与音频切换器通过音频直通通道连接，音频丢包处理模块分别通过音频丢包处理通道与音频接收处理模块、音频切换器连接。本发明的语音数据丢包处理系统可以确保网络无丢包时无线语音传输过程中的高保真，低时延；又可以在网络出现丢包时的实现语音数据修复，将数据丢失影响减小，提升用户体验效果。

Description

一种用于语音会议的语音数据丢包处理系统及处理方法
技术领域
本发明涉及网络数据传输技术领域，特别涉及一种用于语音会议的语音数据丢包处理系统及处理方法。
背景技术
目前通过网络传输语音技术非常成熟，但是针对会议系统这种对实时性要求非常高的应用场景，无线的语音传输多采用模拟调制的方式进行，抗干扰能力弱，现场部署复杂。网络语音传输多采用udp方式传输，在网络质量较差特别是如WIFI网络等情况下，不可以避免的会出现丢包现象，目前技术多采用发送端加入冗余纠错码，接收端进行信息纠错方式进行，处理时间较长，造成现场发言者声音与扩音器声音延迟过大，不适合会议应用场景。同时，现有技术为了防止数据丢包对语音信号造成影响，也通过采用声音的平滑处理来避免丢包引起的语音丢失，这种单独的平滑处理的处理方式会造成整个语音在一定程度的失真，同时加大时延，也不适合会议应用场景。
发明内容
本发明的目的是克服上述背景技术中不足，提供一种用于语音会议的语音数据丢包处理系统及处理方法，特别适用于要求WIFI语音数据实时性非常高的传输的会议应用场景，通过将还原后的音频信号进行双路处理，其中A路音频信号不针对丢包处理，完全还原音频原始信号，在出现网络数据丢包时，语音出现中断现象；另一路B路音频信号做通过对语音进行平滑和加噪处理，在出现网络数据丢包时，语音出现失真和处理后的特征噪声，在A、B路语音后极针对A路信号做监测，出现语音中断时切换到B路信号，在A路数据恢复后切换回A路信号。这样可以确保网络无丢包时无线语音传输过程中的高保真，低时延；又可以在网络出现丢包时的实现语音数据修复，将数据丢失影响减小，提升用户体验效果。
为了达到上述的技术效果，本发明采取以下技术方案：
一种用于语音会议的语音数据丢包处理系统，包括音频接收处理模块、音频丢包处理模块、音频切换器，所述音频接收处理模块与音频切换器通过音频直通通道连接，音频丢包处理模块分别通过音频丢包处理通道与音频接收处理模块、音频切换器连接；
所述音频接收处理模块用于将接收到的音频数据包还原成模拟的音频信号并分别通过音频直通通道及音频丢包处理通道对应发送至音频切换器及音频丢包处理模块；
所述音频丢包处理模块用于对收到的音频信号进行音频信号频率转换、特征频率提取、音频平滑处理、特征频率噪声叠加处理，得到混叠的特征噪声信号并通过音频丢包处理通道发送至音频切换器，以及检测判断是否发生语音数据丢包，并根据判断结果向音频切换器发出对应的音频切换控制信号；
所述音频切换器用于根据收到的音频切换控制信号来切换发送至后端的音频信号；
本发明的语音数据丢包处理系统在工作时，音频接收处理模块将通过如WIFI网络接收到的数据包解码后还原为模拟语音信号，并利用音频直通通道和音频处理通道对接收的语音信号分别进行直通与处理，通过音频直通通道发送至音频切换器的音频信号不进行处理完全还原音频原始信号，进入音频丢包处理模块的音频信号则需对语音进行平滑和加噪处理，以在出现网络数据丢包时，呈现语音出现失真和处理后的特征噪声，通过音频丢包处理模块对模拟语音信号进行实时监测，在正常情况下音频切换器是直接将通过音频直通通道接收到的音频信号发送到后极的音频处理设备，一旦发生语音数据丢包，则音频丢包处理模块控制音频切换器切换为传输通过音频丢包处理通道接收的音频信号，从而实现通过音频切换器在丢包引起语音短暂丢失需要切换时及时切换至音频丢包处理通道，减少语音的失真，确保音质的高度还原。本发明的方案中，发送端不需要加如冗余纠错码和预处理，接收端不用纠错解码，提高了语音会议系统的实时性；通过对语音信号频率的分析，在出现断音的情况下，对声音平滑处理后叠加发言者的特征频率噪声，增加语音的还原度，很好的解决了实时网络会议系统中由于丢包引起的语音暂停带来的声音冲击，从而整体提升网络会议系统中的实时性，提高了语音质量。
进一步地，所述音频丢包处理模块是通过声音信号突降检测判断是否发生语音数据丢包，且在发生语音数据丢包时向音频切换器发出切换为输出由音频丢包处理通道接收到的音频信号的控制信号。
进一步地，所述音频信号频率转换具体是采用快速傅里叶变换实现得到音频的频率分布。
进一步地，所述音频平滑处理包括对收到的音频信号中的语音丢包点的前值进行采样，计算所有采样点的音频的频率的平均值并作为平滑后的音频信号的频率值，仅对语音丢包点的前值进行采样可以有效提升处理的实时性。
进一步地，对收到的音频信号进行采样时需满足按照设定的采样周期和采样点数进行语音数据采样，具体的采样周期和采样点数由实际情况而定。
进一步地，所述音频信号频率转换具体是利用快速傅里叶变换对采用100K的采样频率得到的1024个点的音频数据处理，得到音频的频率分布。
进一步地，所述特征频率提取是针对得到的音频的频率分布，提取强度最大的至少3个频率点的频率作为特征频率，分别为F1、F2、…Fn，n不小于3。
进一步地，所述特征频率噪声叠加处理包括对特征频率提取处理中提取的特征频率进行加权处理得到待耦合特征频率，然后通过待耦合特征频率生成待耦合特征噪声，最后将待耦合特征噪声耦合进经过音频平滑处理后的音频信号得到混叠的特征噪声信号，具体可通过数模转换器DAC根据待耦合特征频率生成待耦合特征噪声，则通过上述技术方案即可实现在出现语音丢包时，在丢包点以类似发言者语音的声音信号平滑过渡，避免语音丢包时的停顿或其他噪声带来的听觉不适。
进一步地，所述加权处理具体通过以下公式实现：F(a)＝A1 F1+A2 F2+…+AnFn；其中，F(a)为待耦合特征频率，An表示第n个频率点的频率Fn的权重，各个频率的权重可根据实际情况自行设定。
同时，本发明还公开了一种用于语音会议的语音数据丢包处理方法，由上述的用于语音会议的语音数据丢包处理系统实现，具体包括以下步骤：
音频接收处理模块将接收到的音频数据包还原成模拟的音频信号并分别通过音频直通通道及音频丢包处理通道对应发送至音频切换器及音频丢包处理模块；
音频丢包处理模块检测是否存在待耦合特征噪声，若不存在，则对收到的进行音频信号频率转换、特征频率提取、特征频率噪声叠加处理得到待耦合特征噪声；若存在则实时对收到的音频信号进行音频平滑处理，并将待耦合特征噪声耦合进经过音频平滑处理后的音频信号得到混叠的特征噪声信号并通过音频丢包处理通道发送至音频切换器；
音频丢包处理模块实时检测是否发生语音数据丢包，且在发生语音数据丢包时向音频切换器发出切换为输出由音频丢包处理通道接收到的音频信号的控制信号；
音频丢包处理模块判断当前是否需要更新待耦合特征噪声，若需要则进行更新；如一般可设定一个更新周期，则音频丢包处理模块可依据更新周期自行进行定期更新，从而实现依据当前发言人的声音特征及时对待耦合特征噪声进行更新。
音频切换器根据收到的音频丢包处理模块发出的音频切换控制信号来切换发送至后端的音频信号，具体为在未出现语音数据丢包时向后级的音频处理设备输出通过音频直通通道获取的未经处理的原始音频信号，在出现语音数据丢包时则向后级的音频处理设备输出通过音频丢包处理通道获取的经平滑和加噪处理音频信号。
本发明与现有技术相比，具有以下的有益效果：
本发明的用于语音会议的语音数据丢包处理系统及处理方法特别适用于如WIFI语音会议场景等网络状态不稳定的具有较高实时性要求的语音会议场景，通过利用音频直通通道和音频丢包处理通道，对接收的语音信号分别进行直通与处理，并通过音频切换器在丢包引起语音短暂丢失需要切换时及时切换至音频丢包处理通道输出的处理后信号，实现减少语音的失真，确保音质的高度还原。
同时，本发明的方案是实施中，发送端不需要加如冗余纠错码和预处理，接收端不用纠错解码，提高了语音会议系统的实时性；且通过对语音信号频率的分析，在出现断音的情况下，对声音平滑处理后叠加发言者的特征频率噪声，增加语音的还原度，很好的解决了实时无线网络会议系统中由于丢包引起的语音暂停带来的声音冲击，从而整体提升无线网络会议系统中的实时性，提高语音质量。
附图说明
图1是本发明的用于语音会议的语音数据丢包处理系统的示意图。
图2是本发明的音频丢包处理模块的工作流程示意图。
图3是本发明的音频平滑处理流程示意图。
具体实施方式
下面结合本发明的实施例对本发明作进一步的阐述和说明。
实施例：
实施例一：
如图1所示，一种用于语音会议的语音数据丢包处理系统，本实施例中具体是应用于WIFI语音会议系统中，具体包括音频接收处理模块、音频丢包处理模块、音频切换器。
具体的，音频接收处理模块与音频切换器通过音频直通通道连接，音频丢包处理模块分别通过音频丢包处理通道与音频接收处理模块、音频切换器连接。
音频接收处理模块用于将通过WIFI接收到的数据包解码后还原成模拟的音频信号并分别通过音频直通通道及音频丢包处理通道对应发送至音频切换器及音频丢包处理模块。
其中，音频直通通道是将通过WIFI接收并解码后的音频信号直接传送至音频切换器，中间不经过任何处理，音频丢包处理通道则是将WIFI接收并解码的音频信号通过先传送至音频丢包处理模块，再将经过音频丢包处理模块处理后的音频信号传送至音频切换器。
音频丢包处理模块用于对收到的音频信号进行音频信号频率转换、特征频率提取、音频平滑处理、特征频率噪声叠加处理，得到混叠的特征噪声信号并通过音频丢包处理通道发送至音频切换器，以及检测判断是否发生语音数据丢包，并根据判断结果向音频切换器发出对应的音频切换控制信号。
具体的，本实施例中，音频丢包处理模块是通过声音信号突降检测判断是否发生语音数据丢包，且在发生语音数据丢包时向音频切换器发出切换为输出由音频丢包处理通道接收到的音频信号的控制信号。
音频切换器则用于根据收到的音频切换控制信号来切换发送至后端的音频信号；如在未出现语音数据丢包时向后级的音频处理设备输出通过音频直通通道获取的未经处理的原始音频信号，在出现语音数据丢包时则向后级的音频处理设备输出通过音频丢包处理通道获取的经平滑和加噪处理音频信号。
具体的，音频丢包处理模块进行音频信号频率转换时具体是采用快速傅里叶变换实现得到音频的频率分布。本实施例中，具体是利用快速傅里叶变换对采用100K的采样频率得到的1024个点的音频数据处理，得到音频的频率分布。
如图3所示，音频平滑处理则包括对收到的音频信号中的语音丢包点的前值进行采样，计算所有采样点的音频的频率的平均值并作为平滑后的音频信号的频率值，仅对语音丢包点的前值进行采样可以有效提升处理的实时性。
其中，对收到的音频信号进行采样时需满足按照设定的采样周期和采样点数进行语音数据采样，具体的采样周期和采样点数由实际情况而定。
特征频率提取是针对得到的音频的频率分布，提取强度最大的至少3个频率点的频率作为特征频率，分别为F1、F2、…Fn，n不小于3，本实施例中则具体是提取强度最大的3个频率点的频率作为特征频率。
具体的，特征频率噪声叠加处理包括对特征频率提取处理中提取的特征频率进行加权处理得到待耦合特征频率，然后通过DAC由待耦合特征频率生成待耦合特征噪声，最后将待耦合特征噪声耦合进经过音频平滑处理后的音频信号得到混叠的特征噪声信号，具体可通过数模转换器DAC根据待耦合特征频率生成待耦合特征噪声，则通过上述技术方案即可实现在出现语音丢包时，将语音平滑处理后的数据叠加了特征噪声数据，将丢包引起的语音数据丢失进行补全并加入前期的频率特征(即应对音频数据丢失引起的语音冲击加入的噪声为前期语音数据的特征频率噪声)，在丢包点以类似发言者语音的声音信号平滑过渡，避免语音丢包时的停顿或其他噪声带来的听觉不适。
本实施例中，加权处理具体通过以下公式实现：待耦合特征频率F(a)＝A1 F1+A2F2+A3 F3。
本发明的语音数据丢包处理系统在工作时，音频接收处理模块将通过WIFI网络接收到的数据包解码后还原为模拟语音信号，并利用音频直通通道和音频处理通道对接收的语音信号分别进行直通与处理，通过音频直通通道发送至音频切换器的音频信号不进行处理完全还原音频原始信号，进入音频丢包处理模块的音频信号则需对语音进行平滑和加噪处理，通过对语音信号频率的分析，在出现断音的情况下，对声音平滑处理后叠加发言者的特征频率噪声，增加语音的还原度，以在出现网络数据丢包时，呈现语音出现失真和处理后的特征噪声，很好的解决了实时网络会议系统中由于丢包引起的语音暂停带来的声音冲击，从而整体提升网络会议系统中的实时性，提高了语音质量。
实施例二
一种用于语音会议的语音数据丢包处理方法，由上述的用于语音会议的语音数据丢包处理系统实现，具体包括以下步骤：
音频接收处理模块将接收到的音频数据包还原成模拟的音频信号并分别通过音频直通通道及音频丢包处理通道对应发送至音频切换器及音频丢包处理模块。
如图2所示，音频丢包处理模块检测是否存在待耦合特征噪声，若不存在，则对收到的进行音频信号频率转换、特征频率提取、特征频率噪声叠加处理得到待耦合特征噪声；若存在则实时对收到的音频信号进行音频平滑处理，并将待耦合特征噪声耦合进经过音频平滑处理后的音频信号得到混叠的特征噪声信号并通过音频丢包处理通道发送至音频切换器；同时，音频丢包处理模块还会进一步判断当前是否需要更新待耦合特征噪声，若需要则进行更新。
实际中可设定一个更新周期，如1分钟或30秒等，则音频丢包处理模块可依据更新周期自行进行定期更新，从而实现依据当前发言人的声音特征及时对待耦合特征噪声进行更新。
音频丢包处理模块实时检测是否发生语音数据丢包，且在发生语音数据丢包时向音频切换器发出切换为输出由音频丢包处理通道接收到的音频信号的控制信号。
音频切换器根据收到的音频丢包处理模块发出的音频切换控制信号来切换发送至后端的音频信号，具体为在未出现语音数据丢包时向后级的音频处理设备输出通过音频直通通道获取的未经处理的原始音频信号，在出现语音数据丢包时则向后级的音频处理设备输出通过音频丢包处理通道获取的经平滑和加噪处理音频信号。
本发明的用于语音会议的语音数据丢包处理方法，通过音频双通道处理方式，不需要发送端添加冗余的纠错码，接收端解码纠错，因此减少信号处理延时来提高音频会议系统的实时性。在确保没有网络数据丢包的情况下，按照正常音频编解码方式对音频进行还原；在有网络数据丢包引起语音中断时，切换至通过音频丢包处理的通道，能够确保没有丢包时声音的高质量还原，同时降低有丢包时音频数据的失真。音频丢包处理模块利用音频前向数据平滑处理，提高处理效率，提取特征频率噪声叠加到音频输出中，更好的拟合发言人员音频数据，在频数据丢失所带来的短暂失音，还原失真问题上降低影响，提高会议系统的声音质量。
可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而采用的示例性实施方式，然而本发明并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本发明的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种用于语音会议的语音数据丢包处理系统，其特征在于，包括音频接收处理模块、音频丢包处理模块、音频切换器，所述音频接收处理模块与音频切换器通过音频直通通道连接，音频丢包处理模块分别通过音频丢包处理通道与音频接收处理模块、音频切换器连接；
所述音频接收处理模块用于将接收到的音频数据包还原成模拟的音频信号并分别通过音频直通通道及音频丢包处理通道对应发送至音频切换器及音频丢包处理模块；
所述音频丢包处理模块用于对收到的音频信号进行音频信号频率转换、特征频率提取、音频平滑处理、特征频率噪声叠加处理，得到混叠的特征噪声信号并通过音频丢包处理通道发送至音频切换器，以及检测判断是否发生语音数据丢包，并根据判断结果向音频切换器发出对应的音频切换控制信号；
所述音频切换器用于根据收到的音频切换控制信号来切换发送至后端的音频信号；
音频丢包处理模块实时检测是否发生语音数据丢包，且在发生语音数据丢包时向音频切换器发出切换为输出由音频丢包处理通道接收到的音频信号的控制信号；
音频切换器根据收到的音频丢包处理模块发出的音频切换控制信号来切换发送至后端的音频信号，具体为在未出现语音数据丢包时向后级的音频处理设备输出通过音频直通通道获取的未经处理的原始音频信号，在出现语音数据丢包时则向后级的音频处理设备输出通过音频丢包处理通道获取的经平滑和加噪处理音频信号。
2.根据权利要求1所述的一种用于语音会议的语音数据丢包处理系统，其特征在于，所述音频信号频率转换具体是采用快速傅里叶变换实现得到音频的频率分布。
3.根据权利要求2所述的一种用于语音会议的语音数据丢包处理系统，其特征在于，所述音频平滑处理包括对收到的音频信号中的语音丢包点的前值进行采样，计算所有采样点的音频的频率的平均值并作为平滑后的音频信号的频率值。
4.根据权利要求3所述的一种用于语音会议的语音数据丢包处理系统，其特征在于，对收到的音频信号进行采样时需满足按照设定的采样周期和采样点数进行语音数据采样。
5.根据权利要求2所述的一种用于语音会议的语音数据丢包处理系统，其特征在于，所述音频信号频率转换具体是利用快速傅里叶变换对采用100K的采样频率得到的1024个点的音频数据处理，得到音频的频率分布。
6.根据权利要求3所述的一种用于语音会议的语音数据丢包处理系统，其特征在于，所述特征频率提取是针对得到的音频的频率分布，提取强度最大的至少3个频率点的频率作为特征频率，分别为F1、F2、…Fn，n不小于3。
7.根据权利要求6所述的一种用于语音会议的语音数据丢包处理系统，其特征在于，所述特征频率噪声叠加处理包括对特征频率提取处理中提取的特征频率进行加权处理得到待耦合特征频率，然后通过待耦合特征频率生成待耦合特征噪声，最后将待耦合特征噪声耦合进经过音频平滑处理后的音频信号得到混叠的特征噪声信号。
8.根据权利要求7所述的一种用于语音会议的语音数据丢包处理系统，其特征在于，所述加权处理具体通过以下公式实现：
F(a)＝A1 F1+A2 F2+…+An Fn；其中，F(a)为待耦合特征频率，An表示第n个频率点的频率Fn的权重。
9.一种用于语音会议的语音数据丢包处理方法，其特征在于，由权利要求7所述的用于语音会议的语音数据丢包处理系统实现，具体包括以下步骤：
音频接收处理模块将接收到的音频数据包还原成模拟的音频信号并分别通过音频直通通道及音频丢包处理通道对应发送至音频切换器及音频丢包处理模块；
音频丢包处理模块检测是否存在待耦合特征噪声，若不存在，则对收到的进行音频信号频率转换、特征频率提取、特征频率噪声叠加处理得到待耦合特征噪声；若存在则实时对收到的音频信号进行音频平滑处理，并将待耦合特征噪声耦合进经过音频平滑处理后的音频信号得到混叠的特征噪声信号并通过音频丢包处理通道发送至音频切换器；
音频丢包处理模块实时检测是否发生语音数据丢包，且在发生语音数据丢包时向音频切换器发出切换为输出由音频丢包处理通道接收到的音频信号的控制信号；
在未出现语音数据丢包时向后级的音频处理设备输出通过音频直通通道获取的未经处理的原始音频信号；
音频丢包处理模块判断当前是否需要更新待耦合特征噪声，若需要则进行更新；
音频切换器根据收到的音频丢包处理模块发出的音频切换控制信号来切换发送至后端的音频信号。
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