TWI528777B - 音量調節方法與系統 - Google Patents

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Description

音量調節方法與系統
本發明係有關於一種音訊處理方法，且特別有關於一種使用於網路電話(Voice over Internet Protocol，VOIP)系統的音量調節方法。
圖1顯示一般的VOIP音訊處理系統的架構示意圖。
該VOIP音訊處理系統包括傳送端(發話端)11與接收端(收話端)13，其分別具有複數個硬體模組或元件。
傳送端11至少包括類比/數位轉換器(Analog-to-Digital Converter，A/C)112、編解碼(Codecing)單元114以及封裝處理模組(Packetizing Module)116。接收端13至少包括增益控制(Gain Control)單元130、數位/類比轉換器(Digital-to-Analog Converter，D/C)132、編解碼單元134以及解封裝處理模組136。
類比/數位轉換器112取得類比音訊串流後，將類比音訊串流轉換成數位音訊串流。編解碼單元114自該數位音訊串流取樣出複數個音訊幀(Audio Frame)，並根據G.711編碼規則對該等音訊幀進行編碼(壓縮)。當完成編碼後，編解碼單元114輸出複數個經過壓縮的音訊幀給封裝處理模組116。
封裝處理模組116將對一個編碼後的數位音訊幀加上一個網際網路協定(Internet Protocol，以下稱IP)標頭(Header)，藉由使用者資料流協定(User Datagram Protocol，以下稱UDP)模組(未顯示)將該編碼後的數位音訊幀包裝成UDP封包，藉由即時傳輸協定(Real-time Transport Protocol，以下稱RTP)模組(未顯示)將該UDP封包包裝成RTP封包，並且再將該RTP封包包裝成IP封包。
重複上述操作，以將所有編碼後的數位音訊串流包裝成IP封包。封裝處理模組116亦可將數個編碼後的數位音訊串流包裝成一個IP封包。
另外，當傳送端11之聲音變化偵測器(Voice Activity Detector，VAD)(未顯示)偵測到沒有任何使用者說話時，令傳送端11之無聲插入描述因子(Silence Insertion Descriptor，SID)單元(未顯示)送出適當的背景噪音給接收端13。
每一個IP封包內含有目的地的IP位址，如此當被傳送到IP網路中時，可根據該IP位址轉送到目的地。
來自傳送端11被包裝成複數個IP封包的音訊串流被傳送至接收端13。接收端13的解封裝處理模組136取得該些IP封包後，將該些IP封包解開以取得複數個RTP封包，並利用RTP模組(未顯示)將該些RTP封包解開以取得複數個UDP封包，並且利用UDP模組(未顯示)將該些UDP封包解開以取得複數個編碼後的數位音訊幀。
編解碼單元134對該些編碼後的數位音訊幀解碼得到脈衝編碼調變(Pulse Code Modulation，PCM)格式的數位音訊串流。數位 /類比轉換器132將數位音訊串流轉換回類比音訊串流(語音訊號)。接收端13的使用者可經由增益控制單元130對語音訊號的音量進行調節。
在使用多方會議系統時，常常發生各個接收端有音量大小不一致的情況，使得每個接收端的使用者必須自行對音量進行增益控制，又或者對放大器線性度、雜訊..等參數進行調節。如此一來，使用者可能需要經常的調節音量而造成不便。
有鑒於此，本發明實施例提供一種音量調節方法與系統，用於偵測所接收之語音訊號的音量大小，並根據預設的標準音量來調節輸出至收話端的音量大小。
本發明實施例提供一種音量調節方法，該方法包括接收來自一傳送端之數位音訊串流，判斷是否偵測到一激發訊號。若偵測到該激發訊號，自該數位音訊串流，根據一編碼規則對一取樣週期內之複數個數位音訊封包進行取樣。根據該取樣操作取得對應該等數位音訊封包之複數個輸出值，其中該等輸出值中之每一輸出值對應至一音量位準。分析該等數位音訊封包，以統計取得對應該等音量位準之複數個累計值，其中每一累計值表示其對應之音量位準之封包取樣次數的複數個累計值。根據該等累計值計算取得一平均音量位準，並且根據該平均音量位準與一標準音量位準計算取得一音量調節值。根據該音量調節值對該數位音訊串流中後續接收到之數位音訊封包進行音量調節。
本發明實施例更提供一種音量調節系統，包括一傳送端與一接收端。該傳送端至少包括一第一編解碼單元，其中，該第一編解碼 單元對數位音訊串流中之複數個數位音訊封包進行取樣。該接收端至少包括一處理單元與一封包適性模組。該處理單元接收來自該傳送端之該數位音訊串流，並且判斷是否偵測到一激發訊號。
在偵測到該激發訊號時，該封包適性模組自該數位音訊串流，根據一編碼規則對一取樣週期內之複數個數位音訊封包進行取樣，根據該取樣操作取得對應該等數位音訊封包之複數個輸出值，其中該等輸出值中之每一輸出值對應至一音量位準，分析該等數位音訊封包，以統計取得對應該等音量位準之複數個累計值，其中每一累計值表示其對應之音量位準之封包取樣次數的複數個累計值，根據該等累計值計算取得一平均音量位準，根據該平均音量位準與一標準音量位準計算取得一音量調節值，以及，根據該音量調節值對該數位音訊串流中後續接收到之數位音訊封包進行音量調節。
藉由以下對具體實施方式詳細的描述結合附圖，將可輕易的瞭解上述內容及此項發明之諸多優點。
11、41、51‧‧‧傳送端
13、43、53‧‧‧接收端
45、55‧‧‧使用者
112‧‧‧類比/數位轉換器
114、134、534‧‧‧編解碼單元
116、516‧‧‧封裝處理模組
136、536‧‧‧解封裝處理模組
130‧‧‧增益控制單元
132、532‧‧‧數位/類比轉換器
438、538‧‧‧封包適性模組
440、540‧‧‧處理單元
442、542‧‧‧緩衝記憶體
圖1顯示一般的VOIP音訊處理系統的架構示意圖。
圖2顯示本發明實施例之音量調節方法的步驟流程圖圖，其適用於VOIP音訊處理系統。
圖3顯示在本發明實施例中，以每20秒的倍數的間隔時間進行一次音訊取樣的示意圖。
圖4顯示本發明第一實施例之音量調節系統的架構圖，其適用於VOIP音訊處理系統。
圖5顯示本發明第二實施例之音量調節系統的架構圖，其適用於VOIP音訊處理系統。
為了讓本發明之特徵及特點能更明顯易懂，下文特舉較佳實施例，並配合所附圖式圖1至圖4，做詳細之說明。本發明說明書提供不同的實施例來說明本發明不同實施方式的技術特徵。其中，實施例中的各元件之配置係為說明之用，並非用於限制本發明。且實施例中圖式標號之部分重複，係為了簡化說明，並非意指不同實施例之間的關聯性。
本發明實施例之音量調節方法接收傳送端(發話端)之音訊訊號，偵測所接收之語音訊號的音量大小，在還沒傳送到各個接收端(收話端)播放之前，根據預設的標準音量對音訊訊號進行音量調節，以確保所有接收端播放的音量大小可接近一致。
圖2顯示本發明實施例之音量調節方法的步驟流程圖圖，其適用於網路通訊協定語音(Voice over Internet Protocol，VOIP)音訊處理系統。
在步驟S202中，接收端接收來自傳送端(發話端)的數位音訊封包。
在步驟S204中，接收端判斷是否偵測到激發訊號。激發時間點是由處理單元配合系統設計來定義，而不是一種標準。因此，不需要一直取樣，僅需在間隔每預設時間偵測到激發時間的時候再取樣即可。在硬體設計上，激發訊號可藉由系統未使用到的控制腳位或保留額外控制腳位來送出給處理單元。取樣間隔時間則經由 韌體或軟體程式來控制規範。
在步驟S206中，若偵測到激發訊號，則對一段時間週期內之數位音訊封包進行取樣，該時間週期約為8.192秒(稱為〝取樣週期(Sampled Period)〞)。需注意到，該取樣週期非為固定值，可依據實際應用情況來決定。
根據G.711編碼規則(例如，μ-Law編碼)對該取樣週期內的數位音訊封包取樣而得到複數個14位元線性輸入碼(Linear Input Code)，該些14位元線性輸入碼包括s0000000wxyza、s0000001wxyza、…、s1wxyzabcdefg。
根據該些14位元線性輸入碼轉換產生對應上述14位元線性輸入碼之複數個8位元壓縮值(Compressed Code)。該些14位元線性輸入碼與該些8位元壓縮值的關係如表1之映射表所示。其中，表1係儲存在一緩衝記憶體(Buffer Memory)內。
表1
對該些數位音訊封包之壓縮值進行分析，以自該些8位元壓縮值取出其中的3位元輸出值，如表1中的000、001、…、111所示。
需注意到，在步驟S206中，取得14位元線性輸入碼與8位元壓縮值之操作，通常都是在傳送端即已處理完成。
在步驟S208中，分析在該取樣週期內的數位音訊封包並且統計取得對應不同音量位準(Level)之封包取樣次數的累計值(Sum of Sampled Frequency)。如表2所示(儲存在緩衝記憶體442中)，本發明實施例定義了8個音量位準，包括位準0、位準1、...、位準7。在該取樣週期內，當取樣其中一個數位音訊封包時， 判斷該數位音訊封包的音量位準是落在0~7哪一個音量位準。舉例來說，若偵測到某一數位音訊封包的位準為2，則將位準2的累計值加1。
需注意到，上述音量位準是根據μ-Law(或a-Law)歸類為8個粗分位準，尚需加上wxyz等位元並經由解壓縮後才可得到實際因量位準。簡言之，本發明實施例之音量調節方法是基於壓縮碼的粗分位準來計算出音量調節值，而非基於較複雜的原始實際位準。
在步驟S210中，在該取樣週期內，當確認所有取樣的數位音訊封包屬於哪個音量位準，可得到對應每一個音量位準的累計值分別 為1432(位準0)、1872(位準1)、…、382(位準7)。換句話說，取得對應所有音量位準之封包取樣次數的累計值，並且對所有累計值進行數學運算(例如，加權平均)以產生一平均音量位準。
在步驟S212中，對該平均音量位準與儲存於一緩衝記憶體的標準音量位準進行數學運算，以計算取得一音量調節值(Audio Shift Value)。需注意到，該標準音量位準可由使用者自訂、系統自動產生或以其它方式產生。
在步驟S214中，將該音量調節值儲存於該緩衝記憶體。
在步驟S216中，在本發明實施例中，若偵測到激發訊號，則根據步驟S210計算得到的音量調節值對之後接收的數位音訊封包調節音量，直到下一次計算取得新的音量調節值為止。若未偵測到激發訊號，以先前計算產生的音量調節值對之後接收的數位音訊封包調節音量。需注意到，當一開始尚未計算取得任何音量調節值，則以預設值或其它方式來調節音量大小，又或者不進行調節。
需注意到，在本發明實施例中，當第一次取樣後，以每20秒的倍數的間隔時間進行下一次取樣，如圖3所示，但不以此為限，可視實際應用情況改變。
在步驟S218中，當對某個數位音訊封包調節完音量後，判斷是否超出上限值或下限值。也就是說，在調節完後，可能會發生想調大聲音，但因為3位元限制導致運算結果是小音量的情況。或者，想調小聲音，但因為3位元限制導致運算結果是大音量的情況。
在步驟S220中，若調節完的音量超出該上限值或該下限值，則根據上界值(Upper Bond Value)或下界值(Upper Bond Value)對接收的數位音訊封包進行微調，使音量被限制在音量粗分位準的極大或極小範圍內，即，位準7或0。
在步驟S222中，若調節完的音量未超出該上限值或該下限值，則根據步驟S210計算得到的音量調節值完成對數位音訊封包的音量調節。
圖4顯示本發明第一實施例之音量調節系統的架構圖，其適用於VOIP音訊處理系統。
該音量調節系統包括傳送端(發話端)41與接收端(收話端)43，其分別具有複數個硬體模組或元件。
傳送端41內包含的模組如圖1的類比/數位轉換器(A/C)112、編解碼單元114以及封裝處理模組116所示，並且執行相同的操作，在此不再予以詳述。
接收端43至少包括封包適性模組(Packet Adapting Module)438與處理單元440
傳送端41執行如圖1中之傳送端11的操作，包括取得來自使用者45的聲音訊號(類比音訊串流)後，將該類比音訊串流轉換成數位音訊串流，根據G.711編碼規則(例如，A-Law編碼或μ-Law編碼)對該數位音訊串流取樣以取得如表1所示之14位元線性輸入碼及對應之8位元的壓縮值，以及將編碼後的數位音訊串流包裝成IP封包並傳送至接收端43。
接收端43的處理單元440接收來自傳送端41的IP封包(以下稱數 位音訊封包)，並判斷是否偵測到激發訊號。若偵測到激發訊號，則對一取樣週期內之數位音訊封包進行取樣，並根據編碼規則(例如，G.711的μ-Law編碼)對該些數位音訊進行分析，以取得每一數位音訊的3位元輸出值，如前述表1中的000、001、…、111所示。
封包適性模組438分析在該取樣週期內的數位音訊封包，並且統計取得對應不同音量位準之封包取樣次數的累計值。如前述表2所示，本發明實施例定義了8個音量位準，包括位準0、位準1、...、位準7。在該取樣週期內，當取樣其中一個數位音訊封包時，判斷該數位音訊封包的音量位準是落在0~7哪一個音量位準。
在該取樣週期內，當封包適性模組438確認所有取樣的數位音訊封包屬於哪個音量位準，可得到對應每一個音量位準的累計值分別為1432(位準0)、1872(位準1)、…、382(位準7)。換句話說，取得對應所有音量位準之封包取樣次數的累計值，並且對所有累計值進行數學運算(例如，加權平均)以產生一平均音量位準。
封包適性模組438對該平均音量位準與儲存於緩衝記憶體442的標準音量位準進行數學運算，以計算取得一音量調節值。當對某個數位音訊封包調節完音量後，封包適性模組438判斷是否超出上限值或下限值。若調節完的音量超出上限值或下限值，則封包適性模組438根據上界值或下界值對接收的數位音訊封包進行微調。若調節完的音量未超出上限值或下限值，則封包適性模組438根據先前計算得到的音量調節值完成對該數位音訊封包的音量調節。
圖5顯示本發明第二實施例之音量調節系統的架構圖，其適用於VOIP音訊處理系統。
該音量調節系統包括傳送端(發話端)51與接收端(收話端)53，其分別具有複數個硬體模組或元件。
傳送端51內包含的模組如圖1的類比/數位轉換器(A/C)112、編解碼單元114以及封裝處理模組116所示，並且執行相同的操作，在此不再予以詳述。
接收端53至少包括數位/類比轉換器(D/C)532、編解碼單元534、解封裝(De-Packetizing)處理模組536、封包適性模組438、處理單元540以及緩衝記憶體542。
傳送端51取得來自使用者55的聲音訊號(類比音訊串流)後，將該類比音訊串流轉換成數位音訊串流，根據G.711編碼規則(例如，A-Law編碼或μ-Law編碼)對該數位音訊串流以取得如表1所示之14位元線性輸入碼及對應之8位元的壓縮值，以及將編碼後的數位音訊串流包裝成IP封包並傳送至接收端53。
接收端53的處理單元540接收來自傳送端51的IP封包(以下稱數位音訊串流)，並判斷是否偵測到激發訊號。若偵測到激發訊號，則對一取樣週期內之數位音訊封包進行取樣，並根據編碼規則(例如，G.711的μ-Law編碼)對該些數位音訊封包進行分析，以取得每一數位音訊封包的3位元輸出值，如前述表1中的000、001、…、111所示。
封包適性模組538分析在該取樣週期內的數位音訊封包並且統計取得對應不同音量位準之封包取樣次數的累計值。如前述表2所 示(儲存在緩衝記憶體542中)，本發明實施例定義了8個音量位準，包括位準0、位準1、...、位準7。在該取樣週期內，當取樣其中一個數位音訊封包時，判斷該數位音訊封包的音量位準是落在0~7哪一個音量位準。
在該取樣週期內，當封包適性模組538確認所有取樣的數位音訊封包屬於哪個音量位準，可得到對應每一個音量位準的累計值分別為1432(位準0)、1872(位準1)、…、382(位準7)。換句話說，取得對應所有音量位準之封包取樣次數的累計值，並且對所有累計值進行數學運算(例如，加權平均)以產生一平均音量位準。
封包適性模組538對該平均音量位準與儲存於緩衝記憶體542的標準音量位準進行數學運算，以計算取得一音量調節值，並儲存於緩衝記憶體542。當對某個數位音訊封包調節完音量後，封包適性模組538判斷是否超出上限值或下限值。若調節完的音量超出上限值或下限值，則封包適性模組538根據上界值或下界值對接收的數位音訊封包進行微調。若調節完的音量未超出上限值或下限值，則封包適性模組538根據先前計算得到的音量調節值完成對該數位音訊封包的音量調節。
解封裝處理模組536自封包適性模組538取得處理完的數位音訊封包，將該些數位音訊封包解開以取得複數個RTP封包，利用RTP模組(未顯示)將該些RTP封包解開以取得複數個UDP封包，並且利用UDP模組(未顯示)將該些UDP封包解開以取得複數個編碼後的數位音訊幀。
編解碼單元534對該些編碼後的數位音訊幀解碼得到脈衝編碼調 變(PCM)格式的數位音訊串流。數位/類比轉換器532將數位音訊串流轉換回類比音訊串流(語音訊號)。接收端53的使用者可再經由增益控制單元(未顯示)對語音訊號的音量進行調節。
需注意到，本發明實施例的音量調節方法與系統可經由硬體或軟體的方式實現。本發明實施例中所提到的硬體模組可經由不同邏輯閘的組合來實現，以執行本文中所述的數學運算或操作步驟。
本發明實施例的音量調節方法與系統在音訊資料尚未播放給使用者前，即經由接收端(收話端)的封包適性模組調節音量，可改善使用多方會議系統常常發生不同收話端的音量大小不一致的情況。
綜上所述，本發明符合發明專利要件，爰依法提出專利申請。惟，以上所述者僅為本發明之較佳實施方式，舉凡熟悉本案技藝之人士，在爰依本案發明精神所作之等效修飾或變化，皆應包含於以下之申請專利範圍內。

Claims (8)

  1. 一種音量調節方法，適用於一音訊處理系統，該方法包括下列步驟：接收來自一傳送端之數位音訊串流；判斷是否偵測到一激發訊號；若偵測到該激發訊號，根據編碼規則對該數位音訊串流中之一取樣週期內之複數個數位音訊封包進行取樣；根據該取樣操作取得對應該等數位音訊封包之複數個輸出值，其中該等輸出值中之每一個輸出值對應至一音量位準；分析該等數位音訊封包，以取得對應該等音量位準之複數個累計值，其中每一累計值表示其對應之音量位準之封包取樣次數的複數個累計值；根據該等累計值計算取得一平均音量位準；根據該平均音量位準與一標準音量位準計算取得一音量調節值；以及根據該音量調節值對該數位音訊串流中後續接收到之數位音訊封包進行音量調節。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之音量調節方法，更包括下列步驟：判斷該等數位音訊封包之其中一數位音訊封包的音量調節結果是否超出一上限值或一下限值；以及若該音量調節結果超出該上限值或該下限值，則根據一上界值或一下界值對該調節後的數位音訊封包進行微調。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之音量調節方法，更包括下列步驟：若未偵測到該激發訊號，以先前計算產生的音量調節值對接收到的數位音訊封包進行音量調節。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之音量調節方法，其中，更包括下列步驟： 根據該音量調節值對該數位音訊串流中後續接收到之數位音訊封包進行音量調節，直到下一次計算取得新的音量調節值為止。
  5. 一種音量調節系統，包括：一傳送端，至少包括一第一編解碼單元，其中，該第一編解碼單元對數位音訊串流中之複數個數位音訊封包進行取樣；以及一接收端，至少包括：一處理單元，接收來自該傳送端之該數位音訊串流，並且判斷是否偵測到一激發訊號，以及，若偵測到該激發訊號，自該數位音訊串流，根據編碼規則對該數位音訊串流中之一取樣週期內之複數個數位音訊封包進行取樣，根據該取樣操作取得對應該等數位音訊封包之複數個輸出值，其中該等輸出值中之每一輸出值對應至一音量位準；以及一封包適性模組，分析該等數位音訊封包，以取得對應該等音量位準之複數個累計值，其中每一累計值表示其對應之音量位準之封包取樣次數的複數個累計值，根據該等累計值計算取得一平均音量位準，根據該平均音量位準與一標準音量位準計算取得一音量調節值，以及，根據該音量調節值對該數位音訊串流中後續接收到之數位音訊封包進行音量調節。
  6. 如申請專利範圍第5項所述之音量調節系統，其中，該封包適性模組判斷該等數位音訊封包之其中一數位音訊封包的音量調節結果是否超出一上限值或一下限值，以及，若該音量調節結果超出該上限值或該下限值，則根據一上界值或一下界值對該調節後的數位音訊封包進行微調。
  7. 如申請專利範圍第5項所述之音量調節系統，其中，若未偵測到該激發訊號，則該封包適性模組以先前計算產生的音量調節值對接收到的數位音訊封包進行音量調節。
  8. 如申請專利範圍第5項所述之音量調節系統，其中，該封包適性模組根據 該音量調節值對該數位音訊串流中後續接收到之數位音訊封包進行音量調節，直到下一次計算取得新的音量調節值為止。
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