CN112203188B - 一种自动音量调节方法 - Google Patents
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Abstract
一种自动音量调节方法涉及通信技术领域。该算法将麦克风拾取的音频信号以及扬声器播放的音频信号同时输入音量调节算法。对扬声器和麦克风数据求和并取平均值后，计算对应的音量调节系数，根据统计得到的映射关系确定设备最终输出音量。本发明避开传统方法语音和噪声难以区分的问题，提供一种计算音量调节系数的方法，根据环境噪声调节设备的输出音量。使用C语言编写并实现音量调节的算法，建立了基于麦克风和扬声器两路信号的音量调节方法，以实现根据环境的变化对通讯设备的输出音量进行有效的调节。
Description
技术领域
本发明涉及通信技术领域，涉及到一种同时具有扬声器和麦克风的通信设备音量调节方法，特别涉及一种需要根据周围环境噪音强弱情况自动调节通信设备扬声器音量的方法。
背景技术
随着无线通讯设备的发展，科技和多媒体技术的进步，人们的生活水平质量不断提高，对讲机、手机等无线通信设备得到了广泛的应用。无线通信设备的功能层出不穷，令人目不暇接，应用领域越来越广泛，例如制造、建筑、服务、民航、公安、运输、水利等行业。
由于通话功能始终是通信设备最基本最重要的功能，因此保证通话的舒适高效，提高用户体验是通信设备应追求的根本目标。通信设备使用场景具有多样化，用户所处环境的噪音是各种不同频率和不同强度声音的无规则组合，情况是复杂多变的，如周围人的嘈杂声，街道的车流声，机器运作的声音等，而为了获得更好的声音效果，提高语音的清晰度，时常需要用户根据环境噪音的变化不断手动调节设备的音量，以获得舒适的听觉体验。这种要求用户手动调节音量的方法很麻烦，不仅阻止用户专注于自己的工作，而且降低了用户体验。例如在使用对讲机的过程中：用户在声音条件非常恶劣的场所，将对讲机的音量调到了最大以方便听清楚队友传来的消息，但是结束任务后就回到安静的房间里，如果此时忘记将对讲机音量调小或关闭对讲机，那么此时突然接收到主叫信号的音量会非常刺耳，对用户的听觉神经造成一定的伤害，降低用户体验；反之如果从一个安静环境下转换到非常嘈杂的地方时，可能会因为没有及时调整音量而错过重要消息，造成很大的损失。因此，对讲机系统需要设计一个能够根据设备使用场景中的环境噪声大小变化而自动调节音量的模块。
针对上述问题，目前存在的方法在区分语音和噪声，得到真实噪声值的步骤遇到了难题。为解决这一问题，本发明提出一种同时利用麦克风信号和扬声器信号，结合当前音量值，计算音量调节系数的方法。实验表明，该方法实现简单，有良好的应用推广价值。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提供一种实时分析对讲机麦克风信号和扬声器信号进行音量调节的方法，避开语音和噪音难以区分的问题。
本发明提供了一种计算音量调节系数的方法，并在此基础上，根据环境背景噪声调节通信设备输出音量。所述方法包括如下：
(1)区间的划分与映射；
对设备周围环境噪声大小以及对讲机音量进行区间的划分；将对讲机的32个音量等级以及环境噪声分贝数划分等级，对讲机音量具体划分为四个等级，分别为0-9，10-19，20-29，30-32；背景噪声按照分贝大小划分为N，M，L三个等级，其中N对应0-60dB即普通室内谈话以及较为安静的环境，M对应60-90dB即人耳感到吵闹有损神经的环境，L对应90dB以上即吵闹加剧听力受损的环境；
主叫端使用同一音频固定响度的声源作为输入，使用人耳统计分析系，设定周围环境噪声大小三个等级下应该调整的音量等级；
(2)计算音量调节系数；
读取设备的麦克风信号和扬声器信号，分别对读取到的两路信号数据求和，取平均值后得到音量调节系数coef；统计分析得到coef 值和设备噪声能量值的映射关系；
根据计算得到的coef值，得到对应的噪声能量值，与上一次计算得到的噪声能量值进行比较，判断相邻两次噪声能量值是否相同，若不同，则将得到的噪声能量值送入函数接口调节音量；若相同，则在得到的噪声能量值上加1或10，保证设备能够有效调节音量；
(3)确定映射关系；
在保持主叫端音频输入内容一样，音量大小相同的情况下，被叫对讲机当前音量以及环境噪声等级共同约束输入信号的音量调节系数coef；通过在真实环境下的测试发现，音量调节系数coef与目标音量Vol满足以下关系：
使用上述音量调节系数与输出音量的对应关系来决定设备最终输出音量；即当音量调节系数小于3.9时，将设备音量调至等级10；当音量调节系数在3.9与4.0之间时，将设备音量调至等级20；当音量调节系数大于等于4.0时，将设备音量调至等级30；
(4)调节音量；
根据最终得到的音量调节系数，通过步骤(3)得到的映射关系确定目标音量等级，并将其对应的噪声能量值送入调节音量的函数中，实现音量的调节功能。
进一步，对讲机在噪声能量值更新频率为40-46帧。
本方法将设备麦克风采集的信号和扬声器采集到的信号，同时送入算法进行实时分析，判断设备周围的噪声环境，达到根据设备周围环境噪声变化不断调节设备输出音量的目的，提高工作效率。使用C 语言编写并成功实现了音量调节算法，建立了基于麦克风和扬声器两路信号的音量调节系统，以实现根据环境的变化对通讯设备输出音量的控制。
附图说明
图1：本发明的流程图；
具体实施方式
本发明提供一种具体实施例，具体检测可分为以下步骤：
(1)对环境噪声以及对讲机音量进行区间的划分；
将对讲机的32个音量等级以及环境噪声分贝数划分等级，对讲机音量具体划分为四个等级，分别为0-9，10-19，20-29，30-32；背景噪声按照分贝大小划分为N，M，L三个等级，其中N对应0-60dB 即普通室内谈话以及较为安静的环境，M对应60-90dB即人耳感到吵闹有损神经的环境，L对应90dB以上即吵闹加剧听力受损的环境。
(2)通过分析得到音量调节系数与待输出音量的映射关系；
读取设备的麦克风信号和扬声器信号，分别对读取到的两路信号数据求和，取平均值后得到音量调节系数coef。并在此前通过大量实际测试，统计分析得到coef值和设备噪声能量值的映射关系。
根据计算得到的coef值，得到对应的噪声能量值，与上一次计算得到的噪声能量值进行比较，判断相邻两次噪声能量值是否相同，若不同，则将得到的噪声能量值送入函数接口调节音量；若相同，则在得到的噪声能量值上加1或10，保证设备能够有效调节音量。
(3)通过分析得到音量调节系数与待输出音量的映射关系；
在保持主叫端音频输入内容一样，音量大小相同的情况下，被叫对讲机当前音量以及环境噪声等级共同约束输入信号的音量调节系数。通过在真实环境下的测试发现，音量调节系数与目标音量满足以下关系：
(4)为了达到根据周围环境噪声变化实时控制音量的目的，设计实验测试了更新噪声能量值的最佳频率。总结得出以下结论：对讲机在噪声能量值更新频率为46帧时，响应情况最佳，低于40帧时会不同程度出现未响应的情况，降低对讲机音量调节的使用体验；每次调节前后输入的噪声能量值不应相同，否则不能有效改变对讲机音量。
表1：音量调节系数与目标音量的映射规则。
| 音量调节系数 | coef＜3.9 | 3.9≤coef＜4.0 | coef≥4.0 |
| 待输出音量 | 10 | 20 | 30 |
更具体的，步骤1：获取当前麦克风采集到的音频数据，以及扬声器接收到的音频数据
步骤2：分别计算两路音频的数据和：Spk_sum、Mic_sum；
Spk_sum＝s0+s1+s2+…+sn (1)
Mic_sum＝m0+m1+m2+…+mn (2)
其中，si和mi分别表示扬声器数据和麦克风数据，n由一帧数据的长度确定。
步骤3：求其平均值Spk_aver、Mic_aver；
步骤4：计算音量调节系数coef；
步骤5：划分区间并确定映射关系；
首先将环境噪声按照分贝划分为三个等级，将设备音量分为三个区间。然后通过实际测试，统计分析得到设备周围噪声，设备音量以及音量调节系数的映射关系。
步骤6：根据所述映射关系，得到目标音量对应的噪声能量值；
步骤7：将噪声能量值输入接口函数，调节音量。
Claims (2)
1.一种自动音量调节方法，其特征在于：
（1）区间的划分与映射；
对对讲机周围环境噪声大小以及对讲机音量进行区间的划分；将对讲机的 32 个音量等级以及环境噪声分贝数划分等级，对讲机音量具体划分为四个等级，分别为 0-9，10-19，20-29，30-32；环境噪声按照分贝大小划分为 N，M，L 三个等级，其中 N 对应 0-60dB 即普通室内谈话以及较为安静的环境，M 对应 60-90dB 即人耳感到吵闹有损神经的环境，L 对应90dB以上即吵闹加剧听力受损的环境；主叫端使用同一音频固定响度的声源作为输入，使用人耳统计分析，设定周围环境噪声大小三个等级下应该调整的音量等级；即，周围环境噪声大小三个等级下应该调整的音量等级分别为：10、20、30；
（2）计算音量调节系数；
读取对讲机的麦克风信号和扬声器信号，分别对读取到的两路信号数据求和，取平均值后得到音量调节系数 coef；统计分析得到 coef 值和对讲机噪声能量值的映射关系；根据计算得到的 coef 值，得到对应的噪声能量值，与上一次计算得到的噪声能量值进行比较，判断相邻两次噪声能量值是否相同，若不同，则将得到的噪声能量值送入函数接口调节音量；若相同，则在得到的噪声能量值上加 1 或 10；
（3）确定映射关系；
在保持主叫端音频输入内容一样，音量大小相同的情况下，被叫对讲机当前音量以及环境噪声等级共同约束输入信号的音量调节系数；音量调节系数coef与输出音量Vol 满足以下关系：
使用上述音量调节系数与输出音量的对应关系来决定对讲机最终输出音量；即当音量调节系数小于3.9时，将对讲机音量调至等级 10；当音量调节系数在3.9与4.0之间时，将对讲机音量调至等级 20；当音量调节系数大于等于 4.0 时，将对讲机音量调至等级 30；
（4）调节音量；
根据最终得到的音量调节系数coef，通过步骤（3）得到的映射关系确定输出音量等级，并将其对应的噪声能量值送入调节音量的函数中，实现音量的调节功能；
整个调整流程的输入与输出如下：
1）读取对讲机的麦克风信号和扬声器信号，计算得到音量调节系数 coef；
2）由音量调节系数 coef映射得到对讲机输出音量Vol；
3）由对讲机输出音量Vol映射得到对应的噪声能量值；
4）将对应的噪声能量值，与上一次计算得到的噪声能量值进行比较，判断相邻两次噪声能量值是否相同，若不同，则将得到的噪声能量值送入调节音量的函数得到调节后的输出音量等级；若相同，则在得到的噪声能量值上加 1 或 10。
2.根据权利要求 1 所述的方法，其特征在于:
对讲机在噪声能量值更新频率为 40-46 帧。
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