CN116994545B - K歌系统原音动态调节方法和装置 - Google Patents

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Abstract

本申请涉及一种K歌系统原音动态调节方法和装置。所述方法包括：对音源输入信号进行带通滤波提取人声频段信号；对所述人声频段信号进行能量检测，得到人声频段信号RMS 值；对麦克风输入信号进行能量检测，得到麦克风信号RMS 值；根据所述人声频段信号RMS 值和所述麦克风信号RMS 值计算自动增益系数；根据所述自动增益系数、所述人声频段信号以及所述音源输入信号进行音源信号重构，得到重构音源信号；将所述重构音源信号和所述麦克风输入信号分别进行音量控制后相加，得到输出信号。本方法可以根据麦克风输入的幅值调整背景音乐中原音的增益，又可以解决在控制背景音乐增益时出现忽大忽小的问题。

Description

K歌系统原音动态调节方法和装置
技术领域
本申请涉及音频处理技术领域，特别是涉及一种K歌系统原音动态调节方法和装置。
背景技术
随着唱吧、全面K歌等手机K歌软件的兴起，家用K歌音箱或便携式K歌音箱在很大程度上提高了随时随地唱歌的体验感。很多音源是无伴奏资源或者需要付费使用的，而且很多唱K爱好者喜欢开原音来帮助自己跟上音乐的节奏和音调，因此需要一种算法适用于开原音的K歌方式。
发明内容
基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种既可以根据麦克风输入的幅值调整背景音乐中原音的增益，又可以解决在控制背景音乐增益时出现忽大忽小的问题的K歌系统原音动态调节方法和装置。
一种K歌系统原音动态调节方法，所述方法包括：
对音源输入信号进行带通滤波提取人声频段信号。
对所述人声频段信号进行能量检测，得到人声频段信号RMS 值。
对麦克风输入信号进行能量检测，得到麦克风信号RMS 值。
根据所述人声频段信号RMS 值和所述麦克风信号RMS 值计算自动增益系数。
根据所述自动增益系数、所述人声频段信号以及所述音源输入信号进行音源信号重构，得到重构音源信号。
将所述重构音源信号和所述麦克风输入信号分别进行音量控制后相加，得到输出信号。
在其中一个实施例中，根据所述自动增益系数、所述人声频段信号以及所述音源输入信号进行音源信号重构，得到重构音源信号，包括：
对所述音源输入信号分别进行高通滤波和低通滤波，得到所述音源输入信号的高频信号和低频信号。
将所述自动增益系数和所述人声频段信号相乘得到的信号和所述音源输入信号的高频信号和低频信号相加，得到重构音源信号。
在其中一个实施例中，根据所述人声频段信号RMS 值和所述麦克风信号RMS 值计算自动增益系数，包括：
设置M个预设阈值，各个预设阈值的关系为：
。
其中，为第M个预设阈值，/>、/>分别为第2个、第1个预设阈值。
根据M个预设阈值将能量区间划分为M+1个连续的RMS值区间，并给每个RMS值区间设置一个权重系数。
判断所述麦克风信号RMS 值所处的RMS值区间。
根据所述麦克风信号RMS 值所处的RMS值区间对应的权重系数、所述麦克风信号RMS 值以及所述人声频段信号RMS 值，确定增益值为：
；
其中，为增益值，/>为第m个RMS值区间的权重系数，/>为所述麦克风信号RMS值，/>为所述人声频段信号RMS 值，/>为第m个预设阈值，/>为第m-1个预设阈值，m为大于0小于等于M的整数，M为大于0的整数。
将所述增益值进行平滑处理后，得到自动增益系数。
在其中一个实施例中，根据所述自动增益系数、所述人声频段信号以及所述音源输入信号进行音源信号重构，得到重构音源信号，包括：
将所述音源输入信号与所述自动增益系数和所述人声频段信号相乘得到的信号相减，得到重构音源信号。
在其中一个实施例中，根据所述人声频段信号RMS 值和所述麦克风信号RMS 值计算自动增益系数，包括：
设置M个预设阈值，各个预设阈值的关系为：
；
其中，为第M个预设阈值，/>、/>分别为第2个、第1个预设阈值。
根据M个预设阈值将能量区间划分为M+1个连续的RMS值区间，并给每个RMS值区间设置一个权重系数。
判断所述麦克风信号RMS 值所处的RMS值区间。
根据所述麦克风信号RMS 值所处的RMS值区间对应的权重系数、所述麦克风信号RMS 值以及所述人声频段信号RMS 值，确定增益值为：
；
其中，为增益值，/>为第m个RMS值区间的权重系数，/>为所述麦克风信号RMS值，/>为所述人声频段信号RMS 值，/>为第m个预设阈值，/>为第m-1个预设阈值，m为大于0小于等于M的整数，M为大于0的整数。
将所述增益值进行平滑处理后，得到自动增益系数。
一种K歌系统原音动态调节装置，所述装置包括：带通滤波器、第一能量检测模块、第二能量检测模块、自动增益处理模块、音源信号重构模块，第一音量控制模块、第二音量控制模块以及第一加法器。
所述带通滤波器的输入端用于接收音源输入信号，其输出端与所述第一能量检测模块和所述音源信号重构模块的输入端连接，所述第一能量检测模块的输出端与所述自动增益处理模块的一个输入端连接；所述第二能量检测模块的输入端用于接收麦克风输入信号，其输出端与所述自动增益处理模块的另一个输入端连接，所述自动增益处理模块的输出端与所述音源信号重构模块的另一个输入端连接，所述音源信号重构模块的第三个输入端用于接收音源输入信号，所述音源信号重构模块的输出端与第一音量控制模块的输入端连接，所述第二音量控制模块的输入端用于接收所述麦克风输入信号，所述第一音量控制模块和所述第二音量控制模块的输出端均与所述第一加法器连接，所述第一加法器的输出端用于信号输出。
所述自动增益处理模块，用于根据第二能量检测模块输出的麦克风信号RMS 值和第一能量检测模块输出的人声频段信号RMS 值，计算自动增益系数。
所述音源信号重构模块，用于根据所述人声频段信号RMS 值、所述自动增益系数以及所述音源输入信号进行音源信号重构，得到重构音源信号。
在其中一个实施例中，所述音源信号重构模块包括：高通滤波器、低通滤波器、乘法器以及第二加法器。
所述高通滤波器和所述低通滤波器的输入端均用于接收所述音源输入信号，其输出端分别与所述第二加法器的两个输入端连接，所述乘法器的输入端与所述自动增益处理模块的输出端连接，所述乘法器的输出端与所述第二加法器的第三个输入端连接，所述第二加法器的输出端与所述第一音量控制模块的输入端连接。
在其中一个实施例中，所述自动增益处理模块包括N条由比较器和增益计算器组成的增益计算支路、1个第三加法器和1个平滑处理模块；其中N为大于0的整数；
每条增益计算支路的比较器的两个输入端分别与第一能量检测模块和第二能量检测模块的输出端连接，每条增益计算支路的比较器的第一输出端与对应增益计算器输入端连接，第一条增益计算支路的比较器的第二输出端与第二条增益计算支路的比较器的使能端连接，第二条增益计算支路的比较器的第二输出端与第三条增益计算支路的比较器的使能端连接，依次类推第N-1条增益计算支路的比较器的第二输出端与第N条增益计算支路的比较器的使能端连接，每条增益计算支路的增益计算器的输出端均与第三加法器的输入端连接，第三加法器的输出端与平滑处理模块的输入端连接，平滑处理模块的输出端与乘法器的输入端连接；
如果增益计算支路多于1条时：
对于前N-1条增益计算支路，当麦克风信号RMS 值小于等于该支路中比较器对应的预设阈值时，则使能下一条增益计算支路中的比较器开始工作；当麦克风信号RMS 值大于该支路中比较器对应的预设阈值时，则对应增益计算器输出的增益值为：
；
其中，为第i条增益计算支路输出的增益值，/>为第i条增益计算支路的权重系数，/>为麦克风信号RMS值，/>为人声频段信号RMS 值，/>为第i条增益计算支路的比较器的预设阈值，i为大于0小于等于N-1的整数；
对于第N条增益计算支路，对应增益计算器输出的增益值为：
；
其中，为第N条增益计算支路输出的增益值，/>为第N条增益计算支路的权重系数，/>为第N条增益计算支路的比较器的预设阈值；
如果增益计算支路只有1条时，增益计算支路对应增益计算器输出的增益值为：
；
第三加法器用于将所有增益计算器输出的增益值相加后传输到平滑处理模块，平滑处理模块用于对相加后的增益值进行平滑处理，得到自动增益系数。
在其中一个实施例中，所述音源信号重构模块包括：第一乘法器以及减法器。
所述第一乘法器的一个输入端与所述自动增益处理模块的输出端连接，所述第一乘法器的另一个输入端与所述带通滤波器的输出端连接，所述第一乘法器的输出端与所述减法器的第一输入端连接，所述减法器的另一个输入端用于接收音源输入信号，所述减法器的输出端与所述第一音量控制模块的输入端连接。
在其中一个实施例中，所述自动增益处理模块包括N条由比较器和增益计算器组成的第一增益计算支路、1个第五加法器和1个第一平滑处理模块；其中N为大于0的整数；
每条所述第一增益计算支路的比较器的两个输入端分别与所述第一能量检测模块和所述第二能量检测模块的输出端连接，每条所述第一增益计算支路的比较器的第一输出端与对应增益计算器输入端连接，第一条所述第一增益计算支路的比较器的第二输出端与第二条所述第一增益计算支路的比较器的使能端连接，第二条所述第一增益计算支路的比较器的第二输出端与第三条所述第一增益计算支路的比较器的使能端连接，依次类推第N-1条所述第一增益计算支路的比较器的第二输出端与第N条所述第一增益计算支路的比较器的使能端连接，每条所述第一增益计算支路的增益计算器的输出端均与所述第五加法器的输入端连接，所述第五加法器的输出端与所述第一平滑处理模块的输入端连接，所述第一平滑处理模块的输出端与所述第一乘法器的输入端连接；
如果所述增益计算支路多于1条时：
对于前N-1条所述第一增益计算支路，当所述第二能量检测模块输出的所述麦克风信号RMS 值小于等于该支路中比较器对应的预设阈值时，则使能下一条所述增益计算支路中的比较器开始工作；当所述麦克风信号RMS 值大于该支路中比较器对应的预设阈值时，则对应所述增益计算器输出的增益值为：
；
其中，为第i条所述增益计算支路输出的增益值，/>为第i条所述增益计算支路的权重系数，/>为麦克风信号RMS 值，/>为第一能量检测模块输出的人声频段信号RMS值，/>为第i条所述增益计算支路的比较器的预设阈值，i为大于0小于等于N-1的整数；
对于第N条所述增益计算支路，对应所述增益计算器输出的增益值为：
；
其中，为第N条所述增益计算支路输出的增益值，/>为第N条所述增益计算支路的权重系数，/>为第N条所述增益计算支路的比较器的预设阈值；
如果所述增益计算支路只有1条时，所述增益计算支路对应所述增益计算器输出的增益值为：
；
所述第五加法器用于将所有增益计算器输出的增益值相加后传输到所述第一平滑处理模块，所述第一平滑处理模块用于对相加后的增益值进行平滑处理，得到自动增益系数。
上述K歌系统原音动态调节方法和装置，所述方法包括：对音源输入信号进行带通滤波提取人声频段信号；对所述人声频段信号进行能量检测，得到人声频段信号RMS 值；对麦克风输入信号进行能量检测，得到麦克风信号RMS 值；根据所述人声频段信号RMS 值和所述麦克风信号RMS 值计算自动增益系数；根据所述自动增益系数、所述人声频段信号以及所述音源输入信号进行音源信号重构，得到重构音源信号；将所述重构音源信号和所述麦克风输入信号分别进行音量控制后相加，得到输出信号。本方法可以根据麦克风输入的幅值调整背景音乐中原音的增益，又可以解决在控制背景音乐增益时出现忽大忽小的问题。
附图说明
图1为一个实施例中K歌系统原音动态调节方法的流程示意图；
图2为一个实施例中K歌系统原音动态调节装置结构框图；
图3为另一个实施例中K歌系统原音动态调节装置结构框图；
图4为另一个实施例中自动增益处理模块结构框图；
图5为另一个实施例中前N-1条增益计算支路中比较器的流程图；
图6为另一个实施例中第N个比较器的流程图；
图7为另一个实施例中K歌系统原音动态调节装置的结构框图。
具体实施方式
为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。
在一个实施例中，如图1所示，提供了一种K歌系统原音动态调节方法，该方法包括以下步骤：
步骤100：对音源输入信号进行带通滤波提取人声频段信号。
具体的，音源输入信号包括原声和背景音乐；原声即为人生频段信号。
采用带通滤波器对音源输入信号进行滤波，提取音源输入信号中的人声频段信号。
步骤102：对人声频段信号进行能量检测，得到人声频段信号RMS 值。
步骤104：对麦克风输入信号进行能量检测，得到麦克风信号RMS 值。
步骤106：根据人声频段信号RMS 值和麦克风信号RMS 值计算自动增益系数。
具体的，设置若干个预设阈值和对应权重系数，将麦克风信号RMS 值与预设阈值进行比较，确定对应的权重系数，根据对应权重系数、人声频段信号RMS 值和麦克风信号RMS 值，确定自动增益系数。
步骤108：根据自动增益系数、人声频段信号以及音源输入信号进行音源信号重构，得到重构音源信号。
具体的，重构音源信号包括经过自动增益系数处理后的人声频段信号和背景音乐。
对于音源信号的重构可以通过将经过自动增益系数处理后的人声频段信号叠加原音输入信号中的高频信号和低频信号；或者通过降低原音输入信号人声频率段信号的能量来进行重构，降低的原音输入信号人声频率段信号的能量通过自动增益系数和人声频段信号确定。
步骤110：将重构音源信号和麦克风输入信号分别进行音量控制后相加，得到输出信号。
上述K歌系统原音动态调节方法中，所述方法包括：对音源输入信号进行带通滤波提取人声频段信号；对所述人声频段信号进行能量检测，得到人声频段信号RMS 值；对麦克风输入信号进行能量检测，得到麦克风信号RMS 值；根据所述人声频段信号RMS 值和所述麦克风信号RMS 值计算自动增益系数；根据所述自动增益系数、所述人声频段信号以及所述音源输入信号进行音源信号重构，得到重构音源信号；将所述重构音源信号和所述麦克风输入信号分别进行音量控制后相加，得到输出信号。本方法可以根据麦克风输入的幅值调整背景音乐中原音的增益，又可以解决在控制背景音乐增益时出现忽大忽小的问题。
在其中一个实施例中，步骤108包括：对音源输入信号分别进行高通滤波和低通滤波，得到音源输入信号的高频信号和低频信号；将自动增益系数和人声频段信号相乘得到的信号和音源输入信号的高频信号和低频信号相加，得到重构音源信号。
具体的，高通滤波采用高通滤波器实现，低通滤波采用低通滤波器实现，高通滤波器的截止频率与带通滤波器的上限截止频率相等，低通滤波器的截止频率与带通滤波器的下限截止频率相等。
在其中一个实施例中，步骤106包括：设置M个预设阈值，各个预设阈值的关系为：
（1）
其中，为第M个预设阈值，/>、/>分别为第2个、第1个预设阈值；
根据M个预设阈值将能量区间划分为M+1个连续的RMS值区间，并给每个RMS值区间设置一个权重系数；判断麦克风信号RMS 值所处的RMS值区间；根据麦克风信号RMS 值所处的RMS值区间对应的权重系数、麦克风信号RMS 值以及人声频段信号RMS 值，确定增益值为：
（2）
其中，为增益值，/>为第m个RMS值区间的权重系数，/>为所述麦克风信号RMS值，/>为所述人声频段信号RMS 值，/>为第m个预设阈值，/>为第m-1个预设阈值，m为大于0小于等于M的整数，M为大于0的整数。
将增益值进行平滑处理后，得到自动增益系数。
具体的，预设阈值数量为5，其大小关系为；根据5个预设阈值将RMS电压范围划分为6个连续的RMS值区间，第一个RMS值区间为：大于/>，第二个RMS值区间为：/>，第三个RMS区间为/>，第四个RMS区间为/>，第5个RMS区间为/>，第六个RMS区间为小于等于/>。
每个RMS值区间各对应一个权重系数。
判断麦克风信号RMS 值所处的RMS值区间的具体步骤包括：将麦克风信号RMS 值与第六个RMS值区间的上限/>进行比较，如果/>，则麦克风信号RMS 值/>处于第六个RMS值区间；如果/>，则比较麦克风信号RMS 值/>与第五个RMS值区间的上限/>进行比较，如果/>，则麦克风信号RMS 值/>处于第五个RMS值区间，如果/>，则比较麦克风信号RMS 值/>与第四个RMS值区间的上限/>进行比较，如果/>，则麦克风信号RMS 值处于第四个RMS值区间，如果/>，则比较麦克风信号RMS 值/>与第三个RMS值区间的下限/>进行比较，如果/>，则麦克风信号RMS 值/>处于第三个RMS值区间，如果/>，则比较麦克风信号RMS 值/>与第二个RMS值区间的上限/>进行比较，如果/>，则比较麦克风信号RMS 值/>处于第二个RMS值区间，如果/>，则比较麦克风信号RMS 值/>处于第一个RMS值区间。
如果麦克风信号RMS 值处于第六个RMS区间，则当时，则增益值为1。
如果麦克风信号RMS 值处于第个RMS区间，则如果/>，则增益值为/>，如果/>，则增益值为1。
将增益值进行平滑处理后，得到自动增益系数。
在其中一个实施例中，步骤108包括：将音源输入信号与自动增益系数和人声频段信号相乘得到的信号相减，得到重构音源信号。
在其中一个实施例中，步骤106包括：设置M个预设阈值，各个预设阈值的关系为：
；
其中，为第M个预设阈值，/>、/>分别为第2个、第1个预设阈值；
根据M个预设阈值将能量区间划分为M+1个连续的RMS值区间，并给每个RMS值区间设置一个权重系数；
判断麦克风信号RMS 值所处的RMS值区间；
根据麦克风信号RMS 值所处的RMS值区间对应的权重系数、麦克风信号RMS 值以及人声频段信号RMS 值，确定增益值为：
（3）
其中，为增益值，/>为第m个RMS值区间的权重系数，/>为所述麦克风信号RMS值，/>为所述人声频段信号RMS 值，/>为第m个预设阈值，/>为第m-1个预设阈值，m为大于0小于等于M的整数，M为大于0的整数。
将增益值进行平滑处理后，得到自动增益系数。
在其中一个实施例中，将增益值进行平滑处理后，得到自动增益系数为：
（4）
（5）
其中，为当前时刻的自动增益系数，/>为前一时刻的自动增益系数，/>为平滑时间，/>为当前时刻的增益值，/>为能量检测时间系数，/>为输入音频信号的采样频率。
应该理解的是，虽然图1的流程图中的各个步骤按照箭头的指示依次显示，但是这些步骤并不是必然按照箭头指示的顺序依次执行。除非本文中有明确的说明，这些步骤的执行并没有严格的顺序限制，这些步骤可以以其它的顺序执行。而且，图1中的至少一部分步骤可以包括多个子步骤或者多个阶段，这些子步骤或者阶段并不必然是在同一时刻执行完成，而是可以在不同的时刻执行，这些子步骤或者阶段的执行顺序也不必然是依次进行，而是可以与其它步骤或者其它步骤的子步骤或者阶段的至少一部分轮流或者交替地执行。
在一个实施例中，如图2所示，提供了一种K歌系统原音动态调节装置，该装置包括：带通滤波器20、第一能量检测模块30、第二能量检测模块40、自动增益处理模块50、音源信号重构模块60，第一音量控制模块70、第二音量控制模块80以及第一加法器90。
带通滤波器的输入端用于接收音源输入信号，其输出端与第一能量检测模块和音源信号重构模块的输入端连接，第一能量检测模块的输出端与自动增益处理模块的一个输入端连接；第二能量检测模块的输入端用于接收麦克风输入信号，其输出端与自动增益处理模块的另一个输入端连接，自动增益处理模块的输出端与音源信号重构模块的另一个输入端连接，音源信号重构模块的第三个输入端用于接收音源输入信号，音源信号重构模块的输出端与第一音量控制模块的输入端连接，第二音量控制模块的输入端用于接收麦克风输入信号，第一音量控制模块和第二音量控制模块的输出端均与第一加法器连接，第一加法器的输出端用于信号输出。
自动增益处理模块，用于根据第二能量检测模块输出的麦克风信号RMS 值和第一能量检测模块输出的人声频段信号RMS 值，计算自动增益系数。
音源信号重构模块，用于根据人声频段信号RMS 值、自动增益系数以及音源输入信号进行音源信号重构，得到重构音源信号。
带通滤波器，用于将接收的音源输入信号进行带通滤波提取人声频段信号，并将人声频段信号传输至第一能量检测模块和音源信号重构模块。
第一能量检测模块，用于对接收的人声频段信号进行能量检测，得到人声频段信号RMS 值，并将人声频段信号RMS 值输入到自动增益处理模块。
第一能量检测模块，用于接收麦克风输入信号，对麦克风输入信号进行能量检测，得到麦克风信号RMS 值，并将麦克风信号RMS 值传输至自动增益处理模块。
自动增益处理模块，用于设置若干个预设阈值和对应权重系数，将麦克风信号RMS值与预设阈值进行比较，确定对应的权重系数，根据对应权重系数、人声频段信号RMS 值和麦克风信号RMS 值，确定自动增益系数，并将自动增益系数传输至音源信号重构模块。
音源信号重构模块，用于根据自动增益系数、音源输入信号以及人声频段信号RMS值，确定重构音源信号，并将重构音源信号输入到第一音量控制模块；
第一音量控制模块，用于对融合信号进行音量控制，并将音量控制后的融合信号传输至第一加法器。
第二音量控制模块，用于对麦克风输入信号进行音量控制，并将音量控制后的麦克风输入信号传输至第一加法器。
第一加法器，用于将音量控制后的融合信号和音量控制后的麦克风输入信号相加，得到输出信号。
在其中一个实施例中，如图3所示，音源信号重构模块60包括：高通滤波器601、低通滤波器602、乘法器603以及第二加法器604。
高通滤波器601和低通滤波器602的输入端均用于接收音源输入信号，其输出端分别与第二加法器604的两个输入端连接，乘法器603的输入端与自动增益处理模块50的输出端连接，乘法器603的输出端与第二加法器604的第三个输入端连接，第二加法器604的输出端与第一音量控制模块70的输入端连接。
具体的，如图3所示的K歌系统原音动态调节装置，其工作原理为：音源输入信号经带通滤波器20的处理后提取人声频段的信号，送到第一能量检测模块30进行检测并输出人声频段信号RMS Level的值，麦克风输入信号经过第二能量检测模块40进行检测并输出麦克风信号RMS Level的值/>，自动增益处理模块50根据/>和/>计算出自动增益系数/>，通过乘法器603将音源输入的人声频段信号和自动增益系数/>进行相乘，将高通滤波器601和低通滤波器602的输出与人声频段信号进行增益处理后进行相加并输出，再对第二加法器604的输出进行音量控制和麦克风输入信号进行音量控制后进行相加输出。
在其中一个实施例中，如图4所示，自动增益处理模块50包括N条由比较器501和增益计算器502组成的增益计算支路、1个第三加法器503和1个平滑处理模块504；
每条增益计算支路的比较器501的两个输入端分别与第一能量检测模块30和第二能量检测模块40的输出端连接，每条增益计算支路的比较器501的第一输出端与对应增益计算器502输入端连接，第一条增益计算支路的比较器501的第二输出端与第二条增益计算支路的比较器501的使能端连接，第二条增益计算支路的比较器501的第二输出端与第三条增益计算支路的比较器501的使能端连接，依次类推第N-1条增益计算支路的比较器501的第二输出端与第N条增益计算支路的比较器501的使能端连接，每条增益计算支路的增益计算器502的输出端均与第三加法器503的输入端连接，第三加法器503的输出端与平滑处理模块504的输入端连接，平滑处理模块504的输出端与乘法器603的输入端连接。
如果增益计算支路多于1条时：
对于前N-1条增益计算支路，当麦克风信号RMS 值小于等于该支路中比较器对应的预设阈值时，则使能下一条增益计算支路中的比较器501开始工作；当麦克风信号RMS 值大于该支路中比较器501对应的预设阈值时，则对应增益计算器502输出的增益值为：
；
其中，为第i条增益计算支路输出的增益值，/>为第i条增益计算支路的权重系数，/>为麦克风信号RMS值，/>为人声频段信号RMS 值，/>为第i条增益计算支路的比较器的预设阈值，i为大于0小于等于N-1的整数；
前N-1条增益计算支路中比较器的流程如图5所示。
对于第N条增益计算支路，对应增益计算器502输出的增益值为：
；/>
其中，为第N条增益计算支路输出的增益值，/>为第N条增益计算支路的权重系数，/>为第N条增益计算支路的比较器的预设阈值；
如果增益计算支路只有1条时，增益计算支路对应增益计算器502输出的增益值为：
；
第N条增益计算支路中比较器的流程如图6所示。
第三加法器503用于将所有增益计算器502输出的增益值相加后传输到平滑处理模块504，平滑处理模块504用于对相加后的增益值进行平滑处理，得到自动增益系数。
具体的，每个比较器501都含有两个输入参数：预设阈值和权重系数。第i个比较器501，其输入参数为：预设阈值和权重系数/>。第一个比较器501的预设阈值/>最大，第二个比较器501的预设阈值小于/>，依次类推，第N个比较器501的预设阈值/>最小。
第个比较器501，当/>时，则进入第i+1个比较器501进行处理；当时，如果/>，则第i个增益计算器502的输出值为/>，如果，则第i个增益计算器的输出值为1。
第N个比较器501，当时，则第N个增益计算器502输出值为1；当时，如果/>，则增第N个益计算器的输出值为/>，如果，则第N个增益计算器的输出值为1。
图4中的平滑处理模块504，含有1个输入参数：，将对其输入值/>进行平滑处理并输出自动增益系数/>如公式（4）、公式（5）所示。
在一个具体的实施例中，当自动增益处理模块中比较器数量为2时，对应的2个比较器的阈值分别为、/>，其中/>。因为人耳听觉增大规律非线性，主观上的响度听觉并不正比于强度，而是与强度的对数接近于正比关系，因此，比较器的阈值为RMS电压的对数值，单位为dBV。根据麦克风输入信号的RMS电压范围/>，设置比较器阈值/>、/>将RMS电压范围分为3个RMS值区间，即第一RMS值区间/>、第二RMS值区间/>、第三RMS值区间/>。/>定义为麦克风信号输入的阈值，当麦克风输入信号处于第一RMS值区间，即认为麦克风无信号输入。当麦克风输入信号处于第二RMS值区间时，麦克风输入的信号比较小，容易被原音乐信号掩盖，需要对原音乐人声频段的信号做较大的衰减。当麦克风输入信号处于第三RMS值区间时，麦克风输入的信号比较大，只需对原音乐人声频段的信号做适当的衰减即可。因此，当麦克风输入信号处于第二RMS值区间和第三RMS值区间时，采用不同的权重系数/>来实现对原音乐人声频段信号做不同的衰减处理。用户可以根据实际应用需求对比较器的数量、比较器的阈值、权重系数进行设置。/>
在其中一个实施例中，如图7所示，音源信号重构模块包括：第一乘法器605以及减法器606。
第一乘法器605的一个输入端与自动增益处理模块50的输出端连接，第一乘法器605的另一个输入端与带通滤波器20的输出端连接，第一乘法器605的输出端与减法器606的第一输入端连接，减法器606的另一个输入端用于接收音源输入信号，减法器606的输出端与第一音量控制模块70的输入端连接。
具体的，图7所示的K歌系统原音动态调节装置，其工作原理为：音源输入信号经带通滤波器20的处理后提取人声频段的信号，送到第一能量检测模块30进行检测并输出人声频段信号RMS Level的值，麦克风输入信号经过第二能量检测模块40进行检测并输出麦克风信号RMS Level的值/>，自动增益处理模块50根据/>和/>计算出自动增益系数/>，通过第一乘法器605将音源输入的人声频段的信号和自动增益系数/>进行相乘，减法器606输出的是对人声频段进行增益处理后的音源输入信号（即为重构音源信号），再对减法器606的输出进行音量控制和麦克风输入信号进行音量控制后进行相加输出。
在其中一个实施例中，自动增益处理模块包括N条由比较器和增益计算器组成的第一增益计算支路、1个第五加法器和1个第一平滑处理模块；其中N为大于0的整数；
每条第一增益计算支路的比较器的两个输入端分别与第一能量检测模块和第二能量检测模块的输出端连接，每条第一增益计算支路的比较器的第一输出端与对应增益计算器输入端连接，第一条第一增益计算支路的比较器的第二输出端与第二条第一增益计算支路的比较器的使能端连接，第二条第一增益计算支路的比较器的第二输出端与第三条第一增益计算支路的比较器的使能端连接，依次类推第N-1条第一增益计算支路的比较器的第二输出端与第N条第一增益计算支路的比较器的使能端连接，每条第一增益计算支路的增益计算器的输出端均与第五加法器的输入端连接，第五加法器的输出端与第一平滑处理模块的输入端连接，第一平滑处理模块的输出端与第一乘法器605的输入端连接；
如果增益计算支路多于1条时：
对于前N-1条第一增益计算支路，当第二能量检测模块输出的麦克风信号RMS 值小于等于该支路中比较器对应的预设阈值时，则使能下一条增益计算支路中的比较器开始工作；当麦克风信号RMS 值大于该支路中比较器对应的预设阈值时，则对应增益计算器输出的增益值为：
；
其中，为第/>条增益计算支路输出的增益值，/>为第/>条增益计算支路的权重系数，/>为麦克风信号RMS 值，/>为第一能量检测模块输出的人声频段信号RMS 值，/>为第/>条增益计算支路的比较器的预设阈值，/>为大于0小于等于N-1的整数；
对于第N条增益计算支路，对应增益计算器输出的增益值为：
；
其中，为第N条增益计算支路输出的增益值，/>为第N条增益计算支路的权重系数，/>为第N条增益计算支路的比较器的预设阈值；
如果增益计算支路只有1条时，增益计算支路对应增益计算器输出的增益值为：
；
第五加法器用于将所有增益计算器输出的增益值相加后传输到第一平滑处理模块，第一平滑处理模块用于对相加后的增益值进行平滑处理，得到自动增益系数。
具体的，每个比较器都含有两个输入参数：预设阈值和权重系数。第i个比较器，其输入参数为：预设阈值和权重系数/>。
第个比较器，当/>时，则进入第/>个比较器进行处理；当时，如果/>，则第i个增益计算器输出值为/>，如果，则第i个增益计算器输出值为0。
第N个比较器，当时，则第N个增益计算器输出值为1；当/>时，如果，则第N个增益计算器输出值为/>，如果/>，则第N个增益计算器输出值为0。
图4中的平滑处理模块，含有1个输入参数：smoothTime，将对其输入值g[n]进行平滑处理并输出自动增益系数，自动增益系数如公式（4）和公式（5）所示。
以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (8)

1.一种K歌系统原音动态调节方法，其特征在于，所述方法包括：
对音源输入信号进行带通滤波提取人声频段信号；
对所述人声频段信号进行能量检测，得到人声频段信号RMS 值；
对麦克风输入信号进行能量检测，得到麦克风信号RMS 值；
根据所述人声频段信号RMS 值和所述麦克风信号RMS 值计算自动增益系数；
根据所述自动增益系数、所述人声频段信号以及所述音源输入信号进行音源信号重构，得到重构音源信号；
将所述重构音源信号和所述麦克风输入信号分别进行音量控制后相加，得到输出信号；
其中，根据所述人声频段信号RMS 值和所述麦克风信号RMS 值计算自动增益系数，包括：
设置M个预设阈值，各个预设阈值的关系为：
；
其中，为第M个预设阈值，/>、/>分别为第2个、第1个预设阈值；
根据所述人声频段信号RMS 值和所述麦克风信号RMS 值计算自动增益系数包括两种情况；
根据M个预设阈值将能量区间划分为M+1个连续的RMS值区间，并给每个RMS值区间设置一个权重系数；
判断所述麦克风信号RMS 值所处的RMS值区间；
根据所述麦克风信号RMS 值所处的RMS值区间对应的权重系数、所述麦克风信号RMS值以及所述人声频段信号RMS 值，确定增益值；所述增益值为通过第一种增益值计算表达式计算得到的增益值或通过第二种增益值计算表达式计算得到的增益值；
其中，所述第一种增益值计算表达式为：
，
其中，为增益值，/>为第m个RMS值区间的权重系数，/>为所述麦克风信号RMS 值，为所述人声频段信号RMS 值，/>为第m个预设阈值，/>为第m-1个预设阈值，m为大于0小于等于M的整数，M为大于0的整数；
所述第二种增益值计算表达式为：
；
将所述增益值进行平滑处理后，得到自动增益系数。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，当确定所述自动增益系数的增益值是通过第一种增益值计算表达式计算得到的；
根据所述自动增益系数、所述人声频段信号以及所述音源输入信号进行音源信号重构，得到重构音源信号，包括：
对所述音源输入信号分别进行高通滤波和低通滤波，得到所述音源输入信号的高频信号和低频信号；
将所述自动增益系数和所述人声频段信号相乘得到的信号和所述音源输入信号的高频信号和低频信号相加，得到重构音源信号。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，当确定所述自动增益系数的增益值是通过第二种增益值计算表达式计算得到的；
根据所述自动增益系数、所述人声频段信号以及所述音源输入信号进行音源信号重构，得到重构音源信号，包括：
将所述音源输入信号与所述自动增益系数和所述人声频段信号相乘得到的信号相减，得到重构音源信号。
4.一种K歌系统原音动态调节装置，其特征在于，所述装置包括：带通滤波器、第一能量检测模块、第二能量检测模块、自动增益处理模块、音源信号重构模块，第一音量控制模块、第二音量控制模块以及第一加法器；
所述带通滤波器的输入端用于接收音源输入信号，其输出端与所述第一能量检测模块和所述音源信号重构模块的输入端连接，所述第一能量检测模块的输出端与所述自动增益处理模块的一个输入端连接；所述第二能量检测模块的输入端用于接收麦克风输入信号，其输出端与所述自动增益处理模块的另一个输入端连接，所述自动增益处理模块的输出端与所述音源信号重构模块的另一个输入端连接，所述音源信号重构模块的第三个输入端用于接收音源输入信号，所述音源信号重构模块的输出端与第一音量控制模块的输入端连接，所述第二音量控制模块的输入端用于接收所述麦克风输入信号，所述第一音量控制模块和所述第二音量控制模块的输出端均与所述第一加法器连接，所述第一加法器的输出端用于信号输出；
所述自动增益处理模块，用于根据第二能量检测模块输出的麦克风信号RMS 值和第一能量检测模块输出的人声频段信号RMS 值，计算自动增益系数；
所述音源信号重构模块，用于根据所述人声频段信号RMS 值、所述自动增益系数以及所述音源输入信号进行音源信号重构，得到重构音源信号。
5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述音源信号重构模块包括：高通滤波器、低通滤波器、乘法器以及第二加法器；
所述高通滤波器和所述低通滤波器的输入端均用于接收所述音源输入信号，其输出端分别与所述第二加法器的两个输入端连接，所述乘法器的输入端与所述自动增益处理模块的输出端连接，所述乘法器的输出端与所述第二加法器的第三个输入端连接，所述第二加法器的输出端与所述第一音量控制模块的输入端连接。
6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述自动增益处理模块包括N条由比较器和增益计算器组成的增益计算支路、1个第三加法器和1个平滑处理模块；其中N为大于0的整数；
每条所述增益计算支路的比较器的两个输入端分别与所述第一能量检测模块和所述第二能量检测模块的输出端连接，每条所述增益计算支路的比较器的第一输出端与对应增益计算器输入端连接，第一条所述增益计算支路的比较器的第二输出端与第二条所述增益计算支路的比较器的使能端连接，第二条所述增益计算支路的比较器的第二输出端与第三条所述增益计算支路的比较器的使能端连接，依次类推第N-1条所述增益计算支路的比较器的第二输出端与第N条所述增益计算支路的比较器的使能端连接，每条所述增益计算支路的增益计算器的输出端均与所述第三加法器的输入端连接，所述第三加法器的输出端与所述平滑处理模块的输入端连接，所述平滑处理模块的输出端与所述乘法器的输入端连接；
如果所述增益计算支路多于1条时：
对于前N-1条所述增益计算支路，当所述麦克风信号RMS 值小于等于该支路中比较器对应的预设阈值时，则使能下一条所述增益计算支路中的比较器开始工作；当所述麦克风信号RMS 值大于该支路中比较器对应的预设阈值时，则对应所述增益计算器输出的增益值为：
，
其中，为第i条所述增益计算支路输出的增益值，/>为第i条所述增益计算支路的权重系数，/>为麦克风信号RMS值，/>为人声频段信号RMS 值，/>为第i条所述增益计算支路的比较器的预设阈值，i为大于0小于等于N-1的整数；
对于第N条所述增益计算支路，对应所述增益计算器输出的增益值为：
，
其中，为第N条所述增益计算支路输出的增益值，/>为第N条所述增益计算支路的权重系数，/>为第N条所述增益计算支路的比较器的预设阈值；
如果所述增益计算支路只有1条时，所述增益计算支路对应所述增益计算器输出的增益值为：
，
所述第三加法器用于将所有增益计算器输出的增益值相加后传输到所述平滑处理模块，所述平滑处理模块用于对相加后的增益值进行平滑处理，得到自动增益系数。
7.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述音源信号重构模块包括：第一乘法器以及减法器；
所述第一乘法器的一个输入端与所述自动增益处理模块的输出端连接，所述第一乘法器的另一个输入端与所述带通滤波器的输出端连接，所述第一乘法器的输出端与所述减法器的第一输入端连接，所述减法器的另一个输入端用于接收音源输入信号，所述减法器的输出端与所述第一音量控制模块的输入端连接。
8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述自动增益处理模块包括N条由比较器和增益计算器组成的第一增益计算支路、1个第五加法器和1个第一平滑处理模块；其中N为大于0的整数；
每条所述第一增益计算支路的比较器的两个输入端分别与所述第一能量检测模块和所述第二能量检测模块的输出端连接，每条所述第一增益计算支路的比较器的第一输出端与对应增益计算器输入端连接，第一条所述第一增益计算支路的比较器的第二输出端与第二条所述第一增益计算支路的比较器的使能端连接，第二条所述第一增益计算支路的比较器的第二输出端与第三条所述第一增益计算支路的比较器的使能端连接，依次类推第N-1条所述第一增益计算支路的比较器的第二输出端与第N条所述第一增益计算支路的比较器的使能端连接，每条所述第一增益计算支路的增益计算器的输出端均与所述第五加法器的输入端连接，所述第五加法器的输出端与所述第一平滑处理模块的输入端连接，所述第一平滑处理模块的输出端与所述第一乘法器的输入端连接；
如果所述增益计算支路多于1条时：
对于前N-1条所述第一增益计算支路，当所述第二能量检测模块输出的所述麦克风信号RMS 值小于等于该支路中比较器对应的预设阈值时，则使能下一条所述增益计算支路中的比较器开始工作；当所述麦克风信号RMS 值大于该支路中比较器对应的预设阈值时，则对应所述增益计算器输出的增益值为：
，
其中，为第i条所述增益计算支路输出的增益值，/>为第i条所述增益计算支路的权重系数，/>为麦克风信号RMS 值，/>为第一能量检测模块输出的人声频段信号RMS 值，/>为第i条所述增益计算支路的比较器的预设阈值，i为大于0小于等于N-1的整数；
对于第N条所述增益计算支路，对应所述增益计算器输出的增益值为：
，
其中，为第N条所述增益计算支路输出的增益值，/>为第N条所述增益计算支路的权重系数，/>为第N条所述增益计算支路的比较器的预设阈值；
如果所述增益计算支路只有1条时，所述增益计算支路对应所述增益计算器输出的增益值为：
，
所述第五加法器用于将所有增益计算器输出的增益值相加后传输到所述第一平滑处理模块，所述第一平滑处理模块用于对相加后的增益值进行平滑处理，得到自动增益系数。
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