CN113539277A - 一种保护听力的蓝牙音频解码方法、装置、介质及设备 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种保护听力的蓝牙音频解码方法、装置、介质及设备，属于音频编解码领域，其包括：将蓝牙音频进行部分解码得到包括多个子带的当前帧音频谱系数以及每个子带的子带增益；根据每个子带的谱系数及相应子带增益计算每个子带对应的音频信号能量原始值，并对音频信号能量原始值大于预定的安全门限值的子带的子带增益进行调整得到安全子带增益，使得根据其安全子带增益及相应子带的谱系数计算得到的音频信号能量调整值不大于预定的安全门限值；以及，利用安全子带增益及相应子带的谱系数继续进行蓝牙音频的解码步骤。本申请能够在与现有技术相比减少运算需求，降低功耗，减少时延并减少音质损耗的前提下保护人耳听力，提升了用户体验。

Description

一种保护听力的蓝牙音频解码方法、装置、介质及设备

技术领域

本申请涉及音频编解码技术领域，尤其涉及一种保护听力的蓝牙音频解码方法、装置、介质及设备。

背景技术

越来越多的消费者喜欢利用蓝牙设备收听音频，目前，有些设备（譬如蓝牙耳机）会监测音频的全频段能量，如果其大于人耳听觉安全阈值，则会将全频段的能量降至安全值。某些情形下，虽然全频段的总体音量并没有超过安全值，但是在某些频段，譬如高频段的音量超过了安全阈值，仍然会对人耳造成听力损伤。

针对上述问题，现有技术将音频数据加窗和傅里叶变换得到子频段信号后，计算子频段能量以及判断子频段能量是否超过阈值并相应调整子频段信号，最后进行傅里叶逆变换和重叠相加得到音频数据。但是其具有不足之处在于其听力保护模块基于傅里叶变换、傅里叶逆变换以及重叠相加法，此方法的固有特性会引入时延，对于很多蓝牙应用来说，对时延特别敏感，时延的增加会降低用户体验；而且傅里叶变换及其逆变换运算量很大，对于算力及功耗受限的蓝牙接收模块，特别是耳机是一个沉重的负担。此外，傅里叶变换、傅里叶逆变换和重叠相加相关运算受限于处理器的精度，即使子频段信号的能量没有超过阈值，上述处理也会造成音质的损失。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本申请主要提供一种保护听力的蓝牙音频解码方法、装置、介质及设备，通过在蓝牙音频解码过程中，调整子带增益，使得每个子带最终完成解码后得到的音频信号能量不超过安全门限值，从而保护人耳听力。

为了实现上述目的，本申请采用的一个技术方案是：提供一种保护听力的音频解码方法，其包括：

将蓝牙音频进行部分解码得到包括多个子带的当前帧音频谱系数以及每个子带的子带增益；根据每个子带的谱系数及每个子带的子带增益计算每个子带对应的音频信号能量原始值，并对音频信号能量原始值大于预定的安全门限值的子带的子带增益进行调整得到安全子带增益，使得根据安全子带增益及相应子带的谱系数计算得到的音频信号能量调整值不大于预定的安全门限值；以及，利用安全子带增益及相应子带的谱系数继续进行蓝牙音频的解码步骤。

本申请采用的另一个技术方案是：提供一种LC3音频编解码装置，其包括：子带增益获取模块，用于将蓝牙音频进行部分解码得到包括多个子带的当前帧音频谱系数以及每个子带的子带增益；安全子带增益获取模块，用于根据每个子带的谱系数及每个子带的子带增益计算每个子带对应的音频信号能量原始值，并对音频信号能量原始值大于预定的安全门限值的子带的子带增益进行调整得到安全子带增益，使得根据其安全子带增益及相应子带的谱系数计算得到的音频信号能量调整值不大于预定的安全门限值；以及，安全子带增益继续解码模块，用于利用安全子带增益及相应子带的谱系数继续进行蓝牙音频的解码步骤。

本申请采用的另一个技术方案是：提供一种计算机可读存储介质，其存储有计算机指令，该计算机指令被操作以执行上述方案中的保护听力的蓝牙音频解码方法。

本申请采用的另一个技术方案是：提供一种计算机设备，其包括处理器和存储器，存储器存储有计算机指令，其中处理器操作计算机指令以执行上述方案中的保护听力的蓝牙音频解码方法。

本申请的技术方案可以达到的有益效果是：提供一种保护听力的蓝牙音频解码方法、装置、介质及设备，通过将部分解码得到的子带中，对应音频信号能量大于预定的安全门限值的子带对其子带增益进行调整，使得每个子带最终完成解码后得到的音频信号能量不超过安全门限值，能够在与现有技术相比减少系统运算需求，降低功耗，减少系统的时延同时减少音质损耗的前提下保护人耳听力，提升了用户体验。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本申请一种保护听力的蓝牙音频解码方法的一个具体实施方式流程示意图；

图2是本申请一种保护听力的蓝牙音频解码方法的一个具体实施例流程示意图；

图3是蓝牙音频为SBC音频时解码流程示意图；

图4是蓝牙音频为AAC-LC音频时解码流程示意图；

图5是受损者的痛阈曲线示意图；

图6是本申请一种保护听力的蓝牙音频解码方法的一个具体实施例流程示意图；

图7是本申请一种保护听力的蓝牙音频解码装置的具体实施方式示意图；

图8是本申请一种保护听力的蓝牙音频解码装置的具体实施例示意图。

通过上述附图，已示出本申请明确的实施例，后文中将有更详细的描述。这些附图和文字描述并不是为了通过任何方式限制本申请构思的范围，而是通过参考特定实施例为本领域技术人员说明本申请的概念。

具体实施方式

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

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括……”限定的要素，并不排除在包括要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

图1示出了本申请一种保护听力的蓝牙音频解码方法的一个具体实施方式。

在图1示出的本申请的保护听力的蓝牙音频解码方法的具体实施方式主要包括，过程S101将蓝牙音频进行部分解码得到包括多个子带的当前帧音频谱系数以及每个子带的子带增益；过程S102根据每个子带的谱系数及这个子带的子带增益计算每个子带对应的音频信号能量原始值，并对音频信号能量原始值大于预定的安全门限值的子带的子带增益进行调整得到安全子带增益，使得根据安全子带增益及相应子带的谱系数计算得到的音频信号能量调整值不大于预定的安全门限值；以及，过程S103利用安全子带增益及相应子带的谱系数继续进行蓝牙音频的解码步骤。

本申请通过将部分解码得到的子带中，对应音频信号能量大于预定的安全门限值的子带对其子带增益进行调整，使得每个子带最终完成解码后得到的音频信号能量不超过安全门限值，能够在与现有技术相比减少系统运算需求，降低功耗，减少系统的时延同时减少音质损耗的前提下保护人耳听力，提升了用户体验。

图1的过程S101示出的将蓝牙音频进行部分解码得到包括多个子带的当前帧音频谱系数以及每个子带的子带增益，能够便于根据每一个子带的谱系数及每一个子带的子带增益计算音频信号能量，从而判断每个子带对应的音频信号能量是否超过能够对人耳听力造成损伤的安全门限值。

在本申请的一个具体实施例中，上述蓝牙音频为LC3音频。上述部分解码步骤可以为，按照标准规范将音频码流解码至时域噪声整形，输入码流，输出谱系数

包括，码流解析，算术与残差解码，噪声解码，全局增益以及时域噪声整形得到子带：n=0,1,2,…,

，其中

为子带序号，在一个典型的配置中，譬如帧长10ms、采样率48kHz时，

为63。

可选的，上述按照标准规范将音频码流解码至时域噪声整形，输入码流，输出谱系数

的过程包括，如图2示出的本申请的具体实例所示的幅度因子解码过程：根据标准规范解码得到幅度因子

， n=b,1,2,…, 15；以及，如图2所示的幅度因子内插并转换到线性区域，得到子带增益过程：

，子带序号n=0,1,2,…,

。

在本申请的一个具体实施例中，上述蓝牙音频为SBC音频，上述部分解码步骤可以包括如图3所示的，码流解析过程以及比特分配过程， SBC根据配置的不同，可以得到4个子带和8个子带。

在本申请的一个具体实施例中，上述蓝牙音频为AAC-LC音频，上述部分解码步骤可以包括如图3所示的，比特流多路解编，无噪声解码，反量化，尺度因子解码、MS立体声解码、强度立体声解码、预测过程以及瞬时噪声整形。在本实施例中，上述的子带增益视作1。

图1示出的过程S102根据每个子带的谱系数及每个子带的子带增益计算每个子带对应的音频信号能量原始值，并对音频信号能量原始值大于预定的安全门限值的子带的子带增益进行调整得到安全子带增益，使得根据其安全子带增益及相应子带的谱系数计算得到的音频信号能量调整值不大于预定的安全门限值，这样能够使得每个子带最终完成解码后得到的音频信号能量不超过安全门限值，能够在与现有技术相比减少系统运算需求，降低功耗，减少系统的时延同时减少音质损耗的前提下保护人耳听力，提升了用户体验。

在本申请的一个具体实施例中，上述每个谱系数子带对应的音频信号能量原始值为，利用相应子带的谱系数及子带增益进行完整解码得到音频信号后，该音频信号的信号能量。

在本申请的一个具体实施例中，上述根据每个子带的谱系数及其及每个子带的子带增益计算每个子带对应的音频信号能量原始值的过程进一步包括，利用每个子带的谱系数以及当前帧音频谱系数的前连续多帧音频谱系数中与相应子带相同频段的子带的谱系数，计算相应子带对应的音频信号能量原始值。利用当前帧及与其相邻的前连续多帧数据计算子带能量，能够使得如果需要修改当前帧的某一子带增益时，使得修改增益后的该子带的能量变化比较平滑，从而避免了修改增益后对于时频逆变换后的重叠相加时的混叠运算引起较大的误差，避免影响音频音质。

在本申请的一个具体实施例中，上述根据每个子带的谱系数及其及每个子带的子带增益计算每个子带对应的音频信号能量原始值的过程进一步包括，利用解码器所在音频系统的数字增益和模拟增益，计算每个子带对应的完成完整解码后的音频信号能量原始值。数字增益和模拟增益分别为解码器所在音频系统，例如耳机或者助听器中的数字增益和模拟增益，在一个典型的音频播放系统中，这两个增益用来配合调节输出的音量，其大小可以由厂商在出厂前预设，由用户根据自身的需求来调节。

在本申请的一个具体实例中，当前帧音频谱系数为第t帧，利用当前帧以及从当前帧往前共T-1帧的音频谱系数中与相应子带相同频段的子带的谱系数计算相应子带对应的音频信号能量原始值。

T的取值，越大则子带增益变化越缓慢，对于混叠运算引起的误差越小，但在出现较大子带能量时将子带能量降低到安全阈值的速度越慢，反之，T越小则子带增益变化越快，可以迅速的将子带能量降低到安全的阈值以下，但可能引入噪声，实际中可以基于相关的配置根据经验选取。

在本申请的一个具体实例中，上述音频信号能量原始值的计算过程如下列公式所示：

计算当前帧（第t帧）频谱系数的第n个子带的能量，以采样率48kHz、帧长10ms的配置为例，每帧有400个谱系数，划分为64（此时

=64）个子带，序号为

-1

其中，k =

~

表示子带的序号，τ=0~（T-1）

在本申请的一个具体实施例中，所述预定的安全门限值与每个子带一一相应，每个所述预定的安全门限值根据对应子带的听觉阈值计算得到。每个人的听力在不同的子带上能承受的能量不同，特别是听力受损的人，某些子带上能承受的能量很小，对每个子带设置相应的安全阈值，我们可以通过安全阈值限制对应的子带能量值，保护听力。

在一个可选实施例中，上述对应子带的听觉阈值可以为正常人的听觉痛阈也可以为听力受损者的听觉痛阈，人耳在不同频段上的听觉痛阈不同，听力受损者的听觉痛阈又不同于常人。对于听力受损者，可以通过由专业人士测量其听力情况，获得听力受损者的痛阈曲线图，如图5所示，图中的单位是声压级，将声压级转换为能量值，就可以作为对应子带的安全门限值。在音频系统中预先存储根据用户听力特征得到的不同子带安全门限值，能够便于根据上述安全门限值对每个子带完成解码后的预期能量是否会造成人耳听力损伤进行判断，并对有可能造成人耳听力损伤的子带的子带增益进行调整。

在本申请的一个具体实例中，如图2所示，计算第N个子带对应的音频信号能量原始值，判断其是否大于第N个子带相应预定的安全门限值。若大于，则对第N个子带的子带增益进行调整，若不大于，则对第N个子带的子带增益不作处理。

在本申请的一个而具体实施例中，上述预定的安全门限值可以为一个能够保证所有子带完成解码后所得到的音频信号能量都不能对人耳听力造成损伤的信号能量值。

在本申请的一个具体实施例中，上述对音频信号能量原始值大于预定的安全门限值的子带的子带增益进行调整得到安全子带增益的过程包括，利用安全门限值以及音频信号能量原始值计算得到所述安全子带增益，可选的，计算过程如下列公式所示，

若子带5的对应的语音信号能量Energy(5)大于子带5的安全门限值Thre(5)，则子带5的安全子带增益为

利用调整后的子带5的新增益继续进行解码就能够保证最终得到的子带5对应的语音信号能量，不大于子带5所属频段的听觉阈值对应语音能量值。

图1示出的过程S103表示的利用安全子带增益及相应子带的谱系数继续进行蓝牙音频的解码步骤，能够利用调整增益后的安全子带增益以及相应子带的谱系数继续进行蓝牙音频解码步骤，所得到的音频信号就是不损伤人耳听力的音频信号。

在本申请的一个具体实施例中，当蓝牙音频为LC3音频时，继续进行的解码步骤包括剩余LC3解码步骤，具体包括频域噪声整形、低延迟改进型离散余弦变换以及长期后置滤波器解码，如图2所示。

在本申请的一个具体实施例中，当蓝牙音频为SBC音频时，继续进行的解码步骤包括，量化子带样本解码步骤以及多相滤波器组解码步骤，如图3所示。

在本申请的一个具体实施例中，当蓝牙音频为AAC-LC音频时，继续进行的解码步骤包括，切换和滤波器组解码步骤，如图4所示。

在本申请的一个具体实施例中，如图6所示，本申请的保护听力的蓝牙音频解码方法还包括过程S604，对音频信号能量原始值不大于预定的安全门限值的所述子带，直接利用子带的谱系数及相应子带增益继续进行所述蓝牙音频的解码步骤。

在本申请的一个具体实施例中，对音频信号能量原始值不大于预定的安全门限值的所述子带，可以根据其他需要进行相应调整，本申请对此不作限定。

图7示出了本申请一种保护听力的蓝牙音频解码装置的一个具体实施方式。

在图7示出的保护听力的蓝牙音频解码装置主要包括，子带增益获取模块701，用于将蓝牙音频进行部分解码得到包括多个子带的当前帧音频谱系数以及每个子带的子带增益；安全子带增益获取模块702，用于根据每个子带的谱系数及每个子带的子带增益计算每个子带对应的音频信号能量原始值，并对音频信号能量原始值大于预定的安全门限值的子带的子带增益进行调整得到安全子带增益，使得根据其安全子带增益及相应子带的谱系数计算得到的音频信号能量调整值不大于预定的安全门限值；以及，安全子带增益继续解码模块703，用于利用安全子带增益及相应子带的谱系数继续进行蓝牙音频的解码步骤。

本申请通过将部分解码得到的子带中，对应音频信号能量大于预定的安全门限值的子带对其子带增益进行调整，使得每个子带最终完成解码后得到的音频信号能量不超过安全门限值，能够在与现有技术相比减少系统运算需求，降低功耗，减少系统的时延同时减少音质损耗的前提下保护人耳听力，提升了用户体验。

在本申请的一个具体实施例中，上述安全子带增益获取模块702，能够进一步利用每个子带的谱系数以及当前帧音频谱系数的前连续多帧音频谱系数中与相应子带相同频段的子带的谱系数，计算相应子带对应的音频信号能量原始值。利用当前帧及与其相邻的前连续多帧数据计算子带能量，能够使如果需要修改当前帧的某一子带增益时，使得修改增益后的该子带的能量变化比较平滑，从而避免了修改增益后对于时频逆变换后的重叠相加时的混叠运算引起较大的误差，避免影响音频音质。

在本申请的一个具体实施例中，上述安全子带增益获取模块702，能够进一步利用解码器所在音频系统的数字增益和模拟增益，计算每个子带对应的完成解码后的音频信号能量原始值。

在本申请的一个具体实施例中，本申请一种保护听力的蓝牙音频解码装置还包括，常规子带增益继续解码模块，如图8的模块804所示，用于对所述音频信号能量原始值不大于预定的安全门限值的所述子带，直接利用所述子带的谱系数及相应子带增益继续进行所述蓝牙音频的解码步骤。

本申请提供的保护听力的蓝牙音频解码装置，可用于执行上述任一实施例描述的保护听力的蓝牙音频解码方法，其实现原理和技术效果类似，在此不再赘述。

在本申请的一个具体实施例中，本申请一种保护听力的蓝牙音频解码装置中各功能模块可直接在硬件中、在由处理器执行的软件模块中或在两者的组合中。

软件模块可驻留在RAM存储器、快闪存储器、ROM存储器、EPROM存储器、EEPROM存储器、寄存器、硬盘、可装卸盘、CD-ROM或此项技术中已知的任何其它形式的存储介质中。示范性存储介质耦合到处理器，使得处理器可从存储介质读取信息和向存储介质写入信息。

处理器可以是中央处理单元(英文：Central Processing Unit，简称：CPU)，还可以是其他通用处理器、数字信号处理器(英文：Digital Signal Processor，简称：DSP)、专用集成电路(英文：Application Specific Integrated Circuit，简称：ASIC)、现场可编程门阵列（英文：Field Programmable Gate Array，简称：FPGA）或其它可编程逻辑装置、离散门或晶体管逻辑、离散硬件组件或其任何组合等。通用处理器可以是微处理器，但在替代方案中，处理器可以是任何常规处理器、控制器、微控制器或状态机。处理器还可实施为计算装置的组合，例如DSP与微处理器的组合、多个微处理器、结合DSP核心的一个或一个以上微处理器或任何其它此类配置。在替代方案中，存储介质可与处理器成一体式。处理器和存储介质可驻留在ASIC中。ASIC可驻留在用户终端中。在替代方案中，处理器和存储介质可作为离散组件驻留在用户终端中。

在本申请的另一个具体实施方式中，一种计算机可读存储介质，其存储有计算机指令，计算机指令被操作以执行上述方案中的保护听力的蓝牙音频解码方法。

在本申请的另一个具体实施方式中，一种计算机设备，其包括处理器和存储器，所述存储器存储有计算机指令，其中所述处理器操作以执行上述方案中的保护听力的蓝牙音频解码方法。

在本申请所提供的几个实施例中，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。

以上仅为本申请的实施例，并非因此限制本申请的专利范围，凡是利用本申请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，均同理包括在本申请的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种保护听力的蓝牙音频解码方法，其特征在于，包括，

将蓝牙音频进行部分解码得到包括多个子带的当前帧音频谱系数以及每个所述子带的子带增益；

根据每个所述子带的谱系数及每个所述子带的子带增益计算每个所述子带对应的音频信号能量原始值，并对所述音频信号能量原始值大于预定的安全门限值的所述子带的所述子带增益进行调整得到安全子带增益，使得根据所述安全子带增益及相应所述子带的谱系数计算得到的音频信号能量调整值不大于所述预定的安全门限值；以及，

利用所述安全子带增益及相应所述子带的谱系数继续进行所述蓝牙音频的解码步骤。

2.根据权利要求1所述的保护听力的蓝牙音频解码方法，其特征在于，所述根据每个所述子带的谱系数及每个所述子带的子带增益计算每个所述子带对应的音频信号能量原始值的过程进一步包括，

利用每个所述子带的谱系数以及所述当前帧音频谱系数的前连续多帧音频谱系数中与相应所述子带相同频段的子带的谱系数，计算相应所述子带对应的所述音频信号能量原始值。

3.根据权利要求1或2所述的保护听力的蓝牙音频解码方法，其特征在于，根据每个所述子带的谱系数及每个所述子带的子带增益计算每个所述子带对应的音频信号能量原始值的过程包括，

利用解码器所在音频系统的数字增益和模拟增益，计算每个所述子带对应的所述音频信号能量原始值。

4.根据权利要求1或2所述的保护听力的蓝牙音频解码方法，其特征在于，

所述预定的安全门限值与每个所述子带一一对应，每个所述预定的安全门限值根据对应所述子带的听觉阈值计算得到。

5.根据权利要求1或2所述的保护听力的蓝牙音频解码方法，其特征在于，所述对所述音频信号能量原始值大于预定的安全门限值的所述子带的所述子带增益进行调整得到安全子带增益的过程包括，

利用所述预定的安全门限值以及所述音频信号能量原始值计算得到所述安全子带增益。

6.根据权利要求1或2所述的保护听力的蓝牙音频解码方法，其特征在于，还包括，

对所述音频信号能量原始值不大于所述预定的安全门限值的所述子带，直接利用所述子带的谱系数及所述子带的子带增益继续进行所述蓝牙音频的解码步骤。

7.一种保护听力的蓝牙音频解码装置，其特征在于，

子带增益获取模块，用于将蓝牙音频进行部分解码得到包括多个子带的当前帧音频谱系数以及每个所述子带的子带增益；

安全子带增益获取模块，用于根据每个所述子带的谱系数及每个所述子带的子带增益计算每个所述子带对应的音频信号能量原始值，并对所述音频信号能量原始值大于预定的安全门限值的所述子带的所述子带增益进行调整得到安全子带增益，使得根据所述安全子带增益及相应所述子带的谱系数计算得到的音频信号能量调整值不大于所述预定的安全门限值；以及，

安全子带增益继续解码模块，用于利用所述安全子带增益及相应所述子带的谱系数继续进行所述蓝牙音频的解码步骤。

8.根据权利要求7所述的保护听力的蓝牙音频解码装置，其特征在于，

常规子带增益继续解码模块，用于对所述音频信号能量原始值不大于所述预定的安全门限值的所述子带，直接利用所述子带的谱系数及所述子带的子带增益继续进行所述蓝牙音频的解码步骤。

9.一种计算机可读存储介质，其存储计算机指令，其特征在于，所述计算机指令被操作以执行权利要求1-6中任一项所述的保护听力的蓝牙音频解码方法。

10.一种计算机设备，其包括处理器和存储器，所述存储器存储有计算机指令，其中所述处理器操作所述计算机指令以执行权利要求1-6中任一项所述的保护听力的蓝牙音频解码方法。

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