一种多声道系统中的增益控制方法及装置

摘要

本发明实施例公开了一种多声道系统中的增益控制方法，包括：判断各声道信号的相似度或相关性；若存在相似或相关的信号，则将相似或相关的信号分为同一组，并采用同一增益控制单元处理该组信号；其余的不相似或不相关的信号分别采用不同的增益控制单元进行处理。本发明还提供相应的增益控制装置，包括：判断单元、分组单元、控制处理单元以及至少两个增益控制单元。根据本发明可使多声道通信中既保持相似度或相关性高的声道的声象不被破坏，又能保证不相似或不相关的声道不会相互影响。

说明书

技术领域

本发明涉及通信及信号处理技术领域，具体涉及多声道系统中的增益控制方法及装置。

背景技术

随着高速处理芯片运算能力的发展，越来越趋向采用数字方法实现通信系统里的各个功能部分。由于传输途径的变化或者其它一些因素，传输过程中信号强度会有较大的变化和起伏，因此，需要在接收端对信号进行幅度调节的处理，当输入信号较强时，减小对信号的增益；当信号较弱时，增强对信号的增益。增益的控制方法有自动增益控制(AGC，AutomaticGain Control)和人工增益控制(MGC，Manual Gain Control)等。目前通常自动增益控制(AGC)的处理方式，可以使接收机自动适应输入信号的变化，确保通信系统的正常工作。

在语音处理系统中，自动增益控制(AGC)算法属于三种常用的音频前处理之一，主要是保持语音音量的平稳，解决正常的语音动态变化以及因为麦克风选型造成音量过小或过大的问题，使音量大的声音不至于失真，而音量小的声音不至于过度衰减。

对语音信号进行自动增益控制时，双声道情况下，将两条通道数据合成一路，输入到AGC单元，求出增益并作用于双声道数据上。由于AGC算法处理时要用到前一帧信号的相关状态，并且会缓存一定的时间输出，通常，不同的声道不能使用同一个AGC单元来处理。

现有技术中提供的一种现有的对多声道的AGC方法，多个声道都使用各自AGC处理单元来处理。例如，如图1所示，多个声道的系统采用对应多路声道的多个AGC单元分别进行处理。

当不同的声道采集的是同一个声源的声音时，那么每路的AGC单元分别对数据进行处理，有的声道可能会对声音放大，有的可能将声音缩小，那样会破坏原声的声像和方位感，失去原有立体声的效果。

现有技术中提供的另一种方案是多个声道都采用同一个AGC处理单元来处理，如图2所示，将多个声道的幅度的平均值输入AGC处理单元，求出对这一帧数据的增益后，统一对各个声道进行放大。

这种方案在多声道传输同一个声源的声音时问题不大，但当每个声道传输不同声源声音的应用场景下，就会存在问题。因为此时是对各个声道声音求出的平均幅值作为AGC处理单元的输入，再对所有声道统一进行幅度控制，使本来应该放大的声音被缩小。而本应该被缩小的声音反而被放大。这样经AGC单元处理后效果会变差，甚至会导致有的声道信号恶化。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种多声道系统中的增益控制方法及装置，可使信号传输放大后仍然能基本保真。

本发明实施例提供的一种多声道系统中的增益控制方法，包括：

判断各声道信号的相似度或相关性；

若存在相似或相关的信号，则将相似或相关的信号分为同一组，并采用同一增益控制单元处理该组信号；其余的不相似或不相关的信号分别采用不同的增益控制单元进行处理。

本发明实施例提供的一种多声道系统中的增益控制装置，包括：

判断单元，用于判断各声道信号的相似度或相关性；

分组单元，在判断单元判定存在相似或相关的信号，用于将相似或相关的信号分为同一组；至少两个增益控制单元，用于分别对各组信号进行增益控制；

控制处理单元，用于将同一组信号切换到同一增益控制单元进行处理，控制不相似或不相关的信号分别采用不同的增益控制单元进行处理。

本发明实施例还提供一种语音处理系统，具有音频信号获取单元、增益控制装置及音频信号处理单元，所述音频信号获取单元提供至少两个声道信号给所述增益控制装置，所述增益控制装置将经增益调整的所述至少两个声道信号发送给所述音频信号处理单元进行处理，所述增益控制装置包括：

判断单元，用于判断各声道音频信号的相似度或相关性；

分组单元，在判断单元判定存在相似或相关的音频信号，用于将相似或相关的音频信号分为同一组；

至少两个增益控制单元，用于分别对各组音频信号进行增益控制；

控制处理单元，用于将同一组音频信号切换到同一增益控制单元进行处理，控制不相似或不相关的信号分别采用不同的增益控制单元进行处理。

本发明实施例提供的技术方案是在多声道通信中，将相似度或相关性高的声道用同一个增益控制单元进行处理，不相似或不相关的声道用不同的自动增益处理，可使多声道通信中进行自动增益控制时，即能保持相似度或相关性高的声道的声象不被破坏，又能保证不相似或不相关的声道的声音不会由于自动增益控制处理后相互掩蔽。

附图说明

图1为现有技术中多通道AGC处理方式的示意图；

图2为现有技术中另一种多声道AGC处理方式的示意图；

图3为本发明实施例中提供的增益控制方法流程图；

图4为本发明实施例一中的AGC处理原理示意图；

图5为本发明实施例一中的双声道使用同一个AGC原理图；

图6为本发明实施例二中的AGC处理原理示意图；

图7为本发明实施例三中的AGC处理原理示意图；

图8为本发明实施例四中的AGC处理装置架构示意图；

图9为本发明实施例提供的一种语音处理系统架构图；

图10为本发明实施例提供的一种语音传输系统架构图。

具体实施方式

本发明实施例提供了一种多声道系统中的增益控制方法及装置，可根据各个声道传输声音的相似度或相关性，来对声道进行分组。将传输相似度或相关性高的声道分为一组，同组的声道使用同一个增益控制(AGC)单元来统一处理，这样就不会破坏声音的声象；同时不同组声道里的声音也不会相互掩蔽，从而保证了多声道通信时各个声道里的声音质量。

参照图3，本发明实施例提供的一种多声道系统中的增益控制方法，包括：

S01，判断各声道信号的相似度或相关性；

具体地，若两声道信号的相似度或相关性超过预定值，则判定该两声道信号的相似或相关。

可以使用求相关法、最小均方误差、最小似然法等计算判断各声道信号的相似度或相关性。或者，通过上层将这两个声道是否相似或相关的信息传给分组单元，便于分组单元按照相似或相关的信息进行分组。

(1)相关法：

按照如下公式求处两路信号x[n]和y[n]的互相关系数：

${\rho }_{\mathrm{xy}}\left[l\right]=\frac{r_{\mathrm{xy}}\left[l\right]}{\sqrt{r_{\mathrm{xx}}\left[0\right]r_{\mathrm{yy}}\left[0\right]}}$

式中$r_{\mathrm{xx}}\left[l\right]=\underset{n=0}{\overset{N}{\Sigma }}x\left[n\right]x[n-l]$

算出ρ_xy[l]系数中l＝0的值，即求得的两个信号时延为0时的互相关系数。当这个系数大于某个值Th，Th可能是实际环境中测得的值，就认为这两个信号是相关的。

(2)最小均方误差法：

按照如下公式求出两路信号x[n]和y[n]的均方误差：

${\delta }_{\mathrm{xx}}\left[l\right]=\underset{n=0}{\overset{N}{\Sigma }}\sqrt{\left|(x^2[n+l]-y^2\left[n\right])\right|}$

式中的令l＝0，求出δ_xx[0]的值，如果这个值小于某个阈值Th，Th可能是实际环境中测得的，就认为信号x[n]和y[n]是相关的。

(3)最大似然法

其原理是让信号通过一个滤波器，选择滤波器的参数使所关心的频率的正弦波信号能够不失真地通过，同时，使所有其他频率的正弦波通过这个滤波器后输出的均方值最小。在这个条件下，信号经过这个滤波器后输出的均方值就作为其最大似然法功率谱估值。如果信号x[n]和y[n]的最大似然法功率谱估值很相近，大于某个阈值，那么就认为这两路信号相关。

判断各声道信号之间是否相似或相关时，可以是对每帧处理数据都进行判断，也可以是根据具体的话音系统，间隔一定时长对各个通道的相似度或相关性进行判断。

S02，根据各声道信号的相似度或相关性进行分组；

若各声道信号中存在相似或相关的信号，则将相似或相关的信号分为同一组；

S03，按照分组情况对各组声道信号进行增益控制处理。

采用同一增益控制单元进行处理该组信号，其余的信号分别采用不同的增益控制单元进行处理。

为使本发明的原理、特性和优点更加清楚，下面结合具体实施例对本发明进行描述。

实施例一

本实施例以双声道系统中进行增益控制为例。

参照图4，在双声道的应用场景下，首先判别这两个声道声音的相似度或相关性。若这两声道信号相似度或相关性到达预定门限，则将该两声道合为同一组。通过控制开关将该同一组的两个声道信号输入同一增益控制单元(图中AGC1)，使用同一个增益控制单元(AGC1)进行增益控制处理。如果两个声道不相似，则分成两组，每组使用各自的增益控制单元来处理，也就是说，声道控制1和2分别由增益控制单元AGC1、AGC2进行处理。

例如，在只有一个人说话的应用场景下，由于是同一声源，双声道采集的声音相似度是很高，这时分组单元会选择使用同一个AGC单元处理，如图5所示，具体处理过程如下：

将双声道的信号合并一个单声道的信号作为AGC的输入。对两路信号求能量平均值，作为AGC单元的输入来估算帧能量、语音检测、增益计算和增益控制因子校正。再利用校正后的因子统一对左右声道进行控制。

当双声道中传输的是不同的人的声音时，两个声道相似度是很低、相关性是很弱，那么分组单元就会选择使用不同的AGC单元分别进行处理。如果是在时而只有一个人说话，时而有两个或多个人说话的情况下，分组单元会在两个处理流程之间切换。当只使用一个AGC时，如图3中的AGC1，该AGC1还要把AGC1的状态更新到AGC2上去，以保证在两路数据不相关，两个声道分别使用AGC1和AGC2单元时，声道2使用AGC2处理的状态连贯性。此时AGC1，AGC2处理与现有处理基本相同，在此不再赘述。

由此可知，当双声道相似度或相关性高时采用同一个增益控制单元进行处理，不相似或不相关的声道用不同的自动增益处理，可使多声道通信中进行自动增益控制时，即能保持相似度或相关性高的声道的声象不被破坏，又能保证不相似或不相关的声道的声音不会由于自动增益控制处理后相互掩蔽。

实施例二

在多个声道的应用场景下，假设声道数为n(n>2)，首先判别这些声道声音的相似度或相关性。判断方法和实施例一中的双声道的情况类似，可以使用多种情况来判断。将相似或相关的声道分为一组，若其中k个(k<n)声道相似，则将这k个声道分为第一组，采用同一个增益控制单元对该第一组的声道进行处理；若其中L个(L<n)声道相关，则将这L个声道分为第二组，采用同一个增益控制单元对该第二组的声道进行处理。其他相似或相关的声道也进行相应的分组。比如总共可分为m(2<m≤n)组，对这m组分别采用m个增益控制单元进行处理。

下面参照图6，以6声道通信系统为例进行说明。

首先，创建6个AGC单元，给每个声道绑定一个，声道1绑定AGC1，声道2绑定AGC2......。当声道1、2、3相关，则将其分成一组，声道4、5、6相关分为另一组时，声道1、2、3都使用声道1的AGC1(使用同组里的其它AGC也可)来处理，同时将AGC1的状态同步更新到AGC2，AGC3上去。同样对于声道4、5、6也是这样处理的。AGC1的处理过程与实施例一相类似，只是改为先对通道1、2、3这三个通道的信号求能量平均再输入给AGC1单元处理。

本实施例提供的技术方案中，采用同一个增益控制单元对相似或相关的多声道进行处理，对不相似或不相关的声道采用不同的自动增益控制单元处理，可使多声道通信中既保持相似度或相关性高的声道的声象不被破坏，又能保证不相似或不相关的声道不会相互影响。

实施例三

本实施例中，若上述实施二中的6个声道的相关性发生变化，导致分组单元重新对6个声道分组。例如，如图7所示，若相关性发生变化后，声道1、2、3和其它的声道都不相似或相关，声道4、5、6相关，分组单元将它们分为4组：声道1、2、3各自为一组，声道4、5、6为一组。

声道1、2、3各自使用其对应的AGC处理单元，而声道4、5、6则共同使用AGC4来处理，同时将AGC4的状态信息同步更新到AGC5和AGC6上去，所述状态信息包括前一帧信号的包络能量值、本底噪声、以及计算噪声平滑计数等增益调整参数，另外，还需在AGC5和AGC6上缓存前一帧信号以保证后续使用AGC5和AGC6时的状态连续性。

本实施例提供的技术方案中，采用同一个增益控制单元对相似或相关的声道进行处理，对不相似或不相关的声道各自采用不同的自动增益控制单元处理，可使多声道通信中既保持相似度或相关性高的声道的声象不被破坏，又能保证不相似或不相关的声道不会相互影响。

实施例四

参照图8，本发明实施例还提供一种多声道系统中的增益控制装置800，包括：

判断单元810，用于判断各声道信号的相似度或相关性；

所述判断单元810确定两声道信号的相似度或相关性超过预定门限，则判定该两声道信号的相似或相关。

具体地，可使用求相关法、最小均方误差、最小似然法等计算判断各声道信号的相似度或相关性。或者，通过上层将这两个声道是否相似或相关的信息传给分组单元，便于分组单元按照相似或相关的信息进行分组。

判断各声道信号之间是否相似或相关时，可以是对每帧处理数据都进行判断，也可以是根据具体的话音系统，间隔一定时长对各个通道的相似度或相关性进行判断。

分组单元820，若判断单元810判定存在相似或相关的信号，将相似或相关的信号分为同一组；

控制处理单元830，用于将各声道信号或各组信号切换到相应的增益控制单元；

至少两个增益控制AGC单元840，用于分别对各声道信号进行增益控制；

由控制单元830将该组信号切换到同一增益控制AGC单元840进行处理，其余的信号分别采用不同的增益控制AGC单元840进行处理。

所述增益控制AGC单元840分别对应于各声道；采用同组中之一声道信号对应的增益控制AGC单元840处理相似或相关的同一组信号；该装置还包括：

同步单元850，将所述增益控制AGC单元840的状态同步更新到与该组其他声道信号对应的增益控制单元。

该装置还包括：

识别单元860，用于识别各声道信号是否来自同一信号源，所述控制处理单元将来自同一信号源的声道信号切换到同一增益控制单元进行处理，将来自不同信号源的声道信号采用不同增益控制单元进行处理。具体地，识别单元860识别各声道信号是否来自同一信号源的步骤；

当有至少两声道信号来自同一信号源，所述控制处理单元则将该至少两声道信号进行合并，采用同一增益控制单元对合并后的信号进行处理。

若存在来自不同信号源的声道信号，分别计算来自不同信号源的各声道信号对应的增益控制校正因子；所述控制处理单元采用所述校正因子分别对所述来自不同信号源的各声道信号进行校正。

当各声道信号来自至少两个信号源，所述控制处理单元将来自同一信号源的声道信号采用同一增益控制单元进行处理，将来自不同信号源的声道信号采用不同增益控制单元进行处理。

实施例五

如图9所示，本发明实施例提供的一种语音处理系统，具有音频信号获取单元910、增益控制装置920及音频信号处理单元930，所述音频信号获取单元910提供至少两个声道信号给所述增益控制装置920，所述增益控制装置920将经增益调整的所述至少两个声道信号发送给所述音频信号处理单元930进行处理，所述增益控制装置920采用如前述实施例四中所述增益控制装置。

如图10所示为一语音信号传输系统1000，该系统的发送端包括：

音频信号采集单元1010，用于采用模拟音频信号；

增益控制装置1020，用于对所述的音频信号进行增益控制；具体地，所述增益控制装置为如前述实施例四中所述增益控制装置。

音频编码单元1030，用于对接收到的所述增益控制装置输出的音频信号进行编码；

发送单元1040，用于发送已编码的音频信号。

本实施例提供的语音信号传输系统中，音频编码单元1030作为音频信号处理单元，在发送端对进行增益控制后的音频信号进行编码，以通过传输网络发送给接收端。

该系统的接收端包括：

接收单元1050，用于接收来自发送端的音频信号；

音频解码单元1060，用于对接收到的数字音频信号进行解码；

增益控制装置1070，用于对所述音频解码单元输出的音频信号进行增益控制；该增益控制装置1060采用如前述实施例四中所述增益控制装置。

数模转换单元1080，用于将所述增益控制装置输出的音频信号转换为模拟信号。

在接收端，所接收到的音频信号经解码后，再由增益控制装置1070进行处理，数模转换单元1080作为音频信号处理单元，将增益控制后的音频信号进行数模转换，以恢复发送端发送的原音频信号。

需要说明的是，在多通道的其它信号传输系统里，只要涉及到在多通道中传输的同一个信号或不同信号的场景时，都可以使用本发明提供的方案，例如无线电的分集技术、多通道光电信号的接收等。

本发明实施例提供的技术方案是在多声道通信中，将相似度或相关性高的声道用同一个增益控制单元进行处理，不相似或不相关的声道用不同的自动增益处理。使多声道通信中进行自动增益控制时，即能保持相似度或相关性高的声道的声象不被破坏，又能保证不相似或不相关的声道的声音不会由于自动增益控制处理后相互掩蔽。

显然，本领域的技术人员应该明白，上述的本发明的各单元或各步骤可以用通用的计算装置来实现，它们可以集中在单个的计算装置上，或者分布在多个计算装置所组成的网络上，可选地，它们可以用计算装置可执行的程序代码来实现，从而，可以将它们存储在存储装置中由计算装置来执行，或者将它们分别制作成各个集成电路单元，或者将它们中的多个单元或步骤制作成单个集成电路单元来实现。这样，本发明不限制于任何特定的硬件和软件结合。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本发明的保护范围内。