CN1980054A - 音频处理装置及其音量管理方法 - Google Patents

Abstract

一种音频处理装置及其音量管理方法，听众手动调节音量时，该音量管理系统计算一预设时间段的平均噪音音量级，并将该平均噪音音量级设定为一参考噪音音量级。此后周期性地计算当前平均噪音音量级，并计算当前平均噪音音量级相较于该参考噪音音量级的变化率；同时周期性地计算音频信号的音频能量值。根据该变化率及该音频能量值调节该音频能量值，并藉此计算出较佳增益值，然后发送该较佳增益值到一音量控制单元用于放大音频信号。在噪音大小频繁变化的环境中，本发明使得听众既能够减少手动操作，使得听众在适当的音量级下收听音频。

Description

音频处理装置及其音量管理方法

【技术领域】

本发明关于一种音频处理装置及其音量管理方法，尤其关于一种根据环境噪音的变换而自动调节音量的系统及方法。

【背景技术】

随着数字技术的发展，音频处理系统也越来越完善，音质越来越清晰且逼真。然而，普通的音频处理系统仍然无法补偿在环境噪音带来的影响，尤其当听众处于噪音音量变化比较频繁的环境中，听众听到的音频声音会时大时小，有时候甚至会被环境噪音所覆盖。有鉴于此，听众需要频繁地调节音量，即环境噪音较大时，调大音量，而当环境噪音音量较小时，调小音量。这样会使得听众非常厌烦，特别是当听众在驾驶汽车时还会带来潜在的危险。

为了解决该问题，市场上出现了一种为了补偿环境噪音而自动控制音量的装置及方法。该自动控制音量的方法包括下列步骤：当用户手动调节音量后，该自动控制音量的装置计算出信噪比，并将该信噪比设定为参考信噪比；然后该自动控制音量的装置周期性地计算当前实际信噪比；并将该当前实际信噪比与该参考信噪比进行比较，计算出放大增益系数；根据该放大增益系数发送一增益值信号到放大器，用于调节当前增益值从而调节音量；如果该自动控制音量的装置接收到用户手动调节音量的控制信号，则重新生成参考信噪比。

然而，根据信噪比的变化自动调节音量，如果开始噪音的音量非常小的情况下，则信噪比会非常大，而如果在保持信噪比不变的情况下，噪音的音量增加一倍事实上噪音也不会影响很大，然而如果信号的强度随之增加一倍将使得听众无法忍受。另外，音频信号对听众耳朵的冲击是由音频强度决定，而不仅仅是由增益值决定，所以单纯调节音量并不够合理。

【发明内容】

有鉴于此，有必要提供一种音量管理方法，用于管理一音频处理装置输出音频时的音量，包括步骤：响应用户手动调节音量的控制信号，调节当前增益值。获得数字噪音信号，并计算该数字噪音信号在一第一预设时间段内的平均噪音音量级，将该平均噪音音量级设定为一参考噪音音量级。获得数字噪音信号，计算该数字噪音信号在该第二预设时间段内的平均噪音音量级，并计算出该数字噪音信号的平均噪音音量级相较于该参考噪音音量级的变化率。同时周期性地获得该第二预设时间段内数字音频信号的多个取样值及当前增益值，并根据该多个取样值及当前增益值计算该第二预设时间段内该数字音频信号的音频能量值。将该变化率及该数字音频信号的音频能量值作为参数，从而确定该数字音频信号的音频能量值的调节幅度；根据该音频信号的多个取样值及调节后的音频能量值计算出较佳增益值，并发送该较佳增益值信号。

有鉴于此，还有必要提供一种音频处理装置，包括一中央处理单元、一解码单元、一音量控制单元、一麦克风、一模数转换器及一音量管理单元。该解码单元用于解码一音频文件，生成一数字音频信号。该麦克风感应环境噪音生成模拟噪音信号。该模数转换器将该模拟噪音信号转换成数字噪音信号。其中，该音量管理单元，在该中央处理单元的控制下，响应用户手动调节音量的控制信号，调节当前增益值；获得数字噪音信号，并计算该数字噪音信号在一第一预设时间段内的平均噪音音量级，将该平均噪音音量级设定为一参考噪音音量级；周期性地获得数字噪音信号，计算该数字噪音信号在一第二预设时间段内的平均噪音音量级，并计算出该数字噪音信号的平均噪音音量级相较于该参考噪音音量级的变化率；同时周期性地获得该第二预设时间段内数字音频信号的多个取样值及当前增益值，并根据该多个取样值及当前增益值计算该第二预设时间段内该数字音频信号的音频能量值；将该变化率及该数字音频信号的音频能量值作为参数，从而确定该数字音频信号的音频能量值的调节幅度；根据该音频信号的多个取样值及调节后的音频能量值计算出较佳增益值；并将该较佳增益值信号发送到该音量控制单元。

相较于现有技术，所述音频处理装置及其音量管理方法，根据环境噪音音量的变化而调节音频再现装置输出音频的音量，使得用户在噪音环境下既能够在适当的音量级下欣赏音乐，又能避免许多不必要的手动调节音量的步骤。下面将结合附图对本发明的实施方式进行说明。

【附图说明】

图1是本发明音频处理装置在一实施方式中的架构图。

图2是本发明音频处理装置中音量管理单元的模块图。

图3是传统上播放音频的流程图。

图4是本发明的音量管理方法的流程图。

【具体实施方式】

本发明提供的音量管理方法可用于许多电子设备的音频处理装置中，该电子设备可为汽车音响、家庭影院、音频再现装置、电子阅读装置等，本实施方式列举一音频再现装置的音频处理装置进行介绍。

如图1所示是本实施方式中该音频处理装置10的架构图。该音频处理装置10包括一存储单元11、一输入单元12、一中央处理单元13、一解码单元14、一数模转换器15、一音量控制单元16、一音频输出装置17、一音量管理单元18、一麦克风19及一模数转换器20。

该存储单元11存储有多个音频文件及解码程序。该输入单元12用于响应用户的操作，从而产生并向该中央处理单元13发送一命令信号。该中央处理单元13用于控制该音频处理装置中各单元的操作，其识别该输入单元12发送的该命令信号并向该解码单元14发送一请求播放音频的控制信号。该解码单元14响应该中央处理单元13发送的一请求播放音频的控制信号，读取一音频文件，并执行解码程序解码该音频文件从而生成数字音频信号。该数模转换器15将该数字音频信号转换为模拟音频信号。该音量控制单元16用于放大该模拟音频信号。该音频输出装置17用于输出该模拟音频信号对应的声音。该音频输出装置17可为一耳机或一扬声器。

该音量管理单元18对该解码单元14输出的数字音频信号进行取样，周期性地获得一第二预设时间段T2内的多个取样值mi，其中该取样值可为振幅值；并从该音量控制单元16获得当前增益值V；然后根据该多个取样值mi及该增益值V，应用一数学算法计算该第二预设时间段T2内的音频能量值Q，例如，该数学算法可为但不限于：Q＝[∑(mi*V)2/N]^1/2*T2(其中，i从1到N)，Q表示该音频能量值，V表示当前增益值，T2表示第二预设时间段，N表示该第二预设时间段T2内获得该数字音频信号的取样值mi的数目。

同时，该麦克风19实时地感应环境噪音并生成模拟噪音信号。该模数转换器20将该模拟噪音信号转换为数字噪音信号。当该中央处理单元13接收到用户手动调节音量的控制信号时，该音量管理单元18获取该数字噪音信号，并计算出该数字噪音信号在一第一预设时间段内的平均噪音音量级，将该平均噪音音量级设定为一参考噪音音量级。然后周期性地获得数字噪音信号，计算出该数字噪音信号在该第二预设时间段内的平均噪音音量级，并计算出该数字噪音信号的平均噪音音量级相较于该参考噪音音量级的变化率。同时周期性地获得该第二预设时间段内数字音频信号的多个取样值及当前增益值，并根据该多个取样值及当前增益值，计算出该第二预设时间段内该数字音频信号的音频能量值。接着，该音量管理单元18将该变化率及该数字音频信号的音频能量值作为参数，从而确定该数字音频信号的音频能量值的调节幅度；根据该音频信号的多个取样值及调节后的音频能量值计算出较佳增益值；并将该较佳增益值信号发送到该音量控制单元16。

如图2所示是本实施方式中该音频处理装置10中该音量管理单元18的模块图。该音量管理单元18包括一噪音处理模块180、一音频处理模块181及一增益控制模块182。该中央处理单元13响应用户手动调节音量的控制信号，控制该音量控制单元16调节当前增益值。该噪音处理模块180响应用户手动调节音量的控制信号，从该模数转换器20获得数字噪音信号，并计算该数字噪音信号在一第一预设时间段T1内的平均噪音音量级，将该平均噪音音量级设定为一参考噪音音量级；然后周期性地从该模数转换器20获得数字噪音信号，计算该数字噪音信号在一第二预设时间段T2内的平均噪音音量级，并计算出该数字噪音信号的平均噪音音量级相较于该参考噪音音量级的变化率。该音频处理模块181，周期性地从该解码单元14获得该第二预设时间段T2内数字音频信号的多个取样值mi及当前增益值V，并根据该多个取样值及当前增益值应用上述数学算法计算该第二预设时间段T2内该数字音频信号的音频能量值Q。该增益控制模块182，将该变化率及该数字音频信号的音频能量值Q作为参数，从而确定该数字音频信号的音频能量值Q的调节幅度，根据该音频信号的多个取样值mi及调节后的音频能量值Q计算出较佳增益值，并将该较佳增益值信号发送到该音量控制单元16。

如图3所示是传统上播放音频的流程图。当用户根据该输入单元12选择一音频文档进行播放时，该输入单元12向该中央处理单元13发送一请求播放音频的命令信号，该中央处理单元13识别该命令信号并向该解码单元14发送一控制信号(步骤S30)。该解码单元14响应该控制信号，从该存储单元11中读取该音频文档(步骤S31)，并在该中央处理单元13的控制下解码该音频文件产生一数字音频信号，然后将该数字音频信号传送至该数模转换器15(步骤S32)。该数模转换器15将该数字音频信号转换为模拟音频信号，并将该模拟音频信号传送至该音量控制单元16(步骤S33)。该音量控制单元16根据当前增益值放大该模拟音频信号，并将放大后的模拟音频信号传送到该音频输出装置17(步骤S34)。该音频输出装置17输出该模拟音频信号对应的声音(步骤S35)。

如图4所示是一实施方式中音量管理方法的流程图。该输入单元12响应用户调节音量的操作生成一调节音量的控制信号；该中央处理单元13响应该调节音量的控制信号，调节当前增益值(步骤S40)。该音量管理单元18从该模数转换器20获得数字噪音信号，并计算该数字噪音信号在一第一预设时间段T1内的平均噪音音量级，将该平均噪音音量级设定为一参考噪音音量级(步骤S41)。然后该音量管理单元18周期性地从该模数转换器20获得数字噪音信号，计算该数字噪音信号在一第二预设时间段T2内的平均噪音音量级(步骤S42)，并计算出该数字噪音信号的平均噪音音量级相较于该参考噪音音量级的变化率(步骤S43)。同时该音量管理单元18从该解码单元14周期性地获得该第二预设时间段T2内数字音频信号的多个取样值mi，并从该音量控制单元16获得当前增益值V(步骤S44)。根据该多个取样值mi及当前增益值V计算该第二预设时间段T2内该数字音频信号的音频能量值Q(步骤S45)。该音量管理单元18判断该变化率是否为0(步骤S46)？如果该变化率为0，流程返回重新执行步骤S42及步骤S44；如果该变化率不为0，该中央处理单元13则侦测该输入单元12是否发送调节音量的控制信号(步骤S47)？如果该中央处理单元13接收到该输入单元12发送的调节音量的控制信号，流程返回重新执行步骤S41；如果该中央处理单元13未接收到该输入单元12发送的调节音量的控制信号，该音量管理单元18则将该变化率及该数字音频信号的音频能量值Q作为参数，从而确定该数字音频信号的音频能量值Q的调节幅度；也就是，如果该数字音频信号的音频能量值较大，则调节该数字音频信号的音频能量值Q的幅度相对较小，反的则调节该数字音频信号的音频能量值Q的幅度相对较大(步骤S48)。接着该音量管理单元18根据该数字音频信号的多个取样值mi及调节后的音频能量值计算出较佳增益值(步骤S49)，并将该较佳增益值信号发送到该音量控制单元16，使得该音量控制单元16根据该较佳增益值放大音频信号(步骤S50)，然后流程返回重新执行步骤S42及步骤S44。

Claims (8)

1.一种音量管理方法，用于管理一音频处理装置输出音频时的音量，其特征在于，包括步骤：

响应用户手动调节音量的控制信号，调节当前增益值；

获得数字噪音信号，并计算该数字噪音信号在一第一预设时间段内的平均噪音音量级，将该平均噪音音量级设定为一参考噪音音量级；

周期性地获得数字噪音信号，计算该数字噪音信号在一第二预设时间段内的平均噪音音量级，并计算出该数字噪音信号的平均噪音音量级相较于该参考噪音音量级的变化率；

同时周期性地获得该第二预设时间段内数字音频信号的多个取样值及当前增益值，并根据该多个取样值及当前增益值计算该第二预设时间段内该数字音频信号的音频能量值；

将该变化率及该数字音频信号的音频能量值作为参数，从而确定该数字音频信号的音频能量值的调节幅度；

根据该音频信号的多个取样值及调节后的音频能量值计算出较佳增益值；及

发送该较佳增益值信号。

2.如权利要求1所述的音量管理方法，其特征在于，在输出音频的过程中，如果接收到用户手动调节音量的控制信号，则需要重新计算该参考噪音音量级。

3.如权利要求1所述的音量管理方法，其特征在于，调节该数字音频信号的音频能量值时，如果该数字音频信号的音频能量值较大时，则调节该音频能量值的幅度相对较小；而如果该数字音频信号的音频能量值较小，则调节该音频能量值的幅度相对较大。

4.如权利要求1所述的音量管理方法，其特征在于，如果该变化率为零，则不调节该数字音频信号的音频能量值，而重新计算该数字噪音信号的平均噪音音量级相较于该参考噪音音量级的变化率，及该数字音频信号的音频能量值。

5.一种音频处理装置，包括一中央处理单元、一解码单元、一音量控制单元、一麦克风、一模数转换器及一音量管理单元；该解码单元用于解码一音频文件，生成一数字音频信号；该麦克风感应环境噪音生成模拟噪音信号；该模数转换器将该模拟噪音信号转换成数字噪音信号；其特征在于：

该音量管理单元，在该中央处理单元的控制下，响应用户手动调节音量的控制信号，调节当前增益值；获得数字噪音信号，并计算该数字噪音信号在一第一预设时间段内的平均噪音音量级，将该平均噪音音量级设定为一参考噪音音量级；周期性地获得数字噪音信号，计算该数字噪音信号在一第二预设时间段内的平均噪音音量级，并计算出该数字噪音信号的平均噪音音量级相较于该参考噪音音量级的变化率；同时周期性地获得该第二预设时间段内数字音频信号的多个取样值及当前增益值，并根据该多个取样值及当前增益值计算该第二预设时间段内该数字音频信号的音频能量值；将该变化率及该数字音频信号的音频能量值作为参数，从而确定该数字音频信号的音频能量值的调节幅度；根据该音频信号的多个取样值及调节后的音频能量值计算出较佳增益值；及将该较佳增益值信号发送到该音量控制单元。

6.如权利要求5所述的音频处理装置，其特征在于，在输出音频的过程中，如果该中央处理单元接收到用户手动调节音量的控制信号，该音量管理单元则需要重新计算该参考噪音音量级。

7.如权利要求5所述的音频处理装置，其特征在于，该音量管理单元调节该数字音频信号的音频能量值时，如果该数字音频信号的音频能量值较大，则调节该音频能量值的幅度相对较小；而如果该数字音频信号的音频能量值较小，则调节该音频能量值的幅度相对较大。

8.如权利要求5所述的音频处理装置，其特征在于，如果该变化率为零，该音量管理单元则不调节该数字音频信号的音频能量值，而重新计算该数字噪音信号的平均噪音音量级相较于该参考噪音音量级的变化率，及该数字音频信号的音频能量值。

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