[发明专利]一种音频自动增益控制方法及装置

说明书

技术领域

本发明涉及音频数据处理技术，尤其涉及一种音频自动增益控制方法及装置。

背景技术

音频信号的处理与播放目前已经广泛应用在各种情景下。在音频信号处理过程中，由于音频源不同，所以导致存在不同音频信号强度不一样的现象，并伴随有噪声。现有的音频调节方法主要有两种，一种是用户通过手动调节输入音量的大小，进而改变最终输出的音量，但该方法操作比较繁琐，且用户体验效果差；另一种是音频自动增益调节方法，但此方法缺少回环滤波处理，不能确保整个自动增益控制系统在增益调整过程中能保持稳定，当遇到较大峰值误差时，可能会产生阻尼震荡而使系统发生起伏波动，从而使声音忽高忽低。

发明内容

针对现有技术的不足，提出一种音频自动增益控制方法及装置确保整个自动增益控制系统在增益调整过程中保持稳定，当遇到较大峰值误差时，不会产生阻尼震荡而使系统发生波动。

为实现上述目的，本发明提出一种音频自动增益控制方法，包括以下步骤：

音频信号经过可编程增益放大器模块和ADC模块后输出待处理的音频数据；

待处理的音频数据进入误差检测模块，计算当前帧音频数据幅度绝对值的最大值和目标幅度峰值的差值，产生误差信号值err；

误差信号值err进入回环滤波模块处理后输出误差信号值err_out；

误差信号值err_out进入增益控制模块处理，根据误差信号值err_out绝对值和预设的误差容限阈值err_th进行比较处理，输出增益控制参数，反馈给可编程增益放大器模块，实现音频信号增益自动控制。

为实现上述目的，本发明还提出一种音频自动增益控制装置，包括可编程增益放大器模块、ADC模块、误差检测模块、回环滤波模块、增益控制模块，其中，音频信号送入可编程增益放大器模块和ADC模块后输出待处理的音频数据，将待处理的音频数据进入误差检测模块，计算当前帧音频数据幅度绝对值的最大值和目标幅度峰值的差值，产生误差信号值err，误差信号值err进入回环滤波模块处理后输出误差信号值err_out，将误差信号值err_out进入增益控制模块处理，根据误差信号值err_out绝对值和预设的误差容限阈值err_th进行比较处理，产生增益控制参数，反馈给可编程增益放大器，实现音频信号增益自动控制。

作为一种优选方式，所述的误差检测模块包含以下步骤：

1)将串行输入的音频数据按规定的帧步长N个样点，N的取值范围为[128,4096],若取值太小，则不能正确地判断当前音频信号的幅值水平；若取值太大则系统对信号幅值增益突变的反馈能力较慢，可根据实际情况谨慎选择；作为一帧，获取其幅度绝对值的最大值，记为Peak_val；

2)将Peak_val与设定的噪声阈值N_th进行比较，若Peak_val大于或等于噪声阈值，则计算当前帧的Peak_val与目标幅度峰值Target_val的差值，记为err；若Peak_val小于噪声阈值，则表示当前输入的音频信号为噪声，将当前帧的峰值误差err置为0，可编程增益放大器增益保持不变，不影响系统增益控制；此步骤的err计算公式：

3)设置一个计数器cnt，假设初始值置为cnt0，cnt0的取值范围为[-128,-4],若值太小，则系统对信号幅值增益突变的反馈能力较慢；若值太大，则系统容易将噪声判断为输入信号突变，影响系统的稳定性；可根据实际情况谨慎选择，将当前帧的峰值误差err与预设的误差容限阈值err_th进行比较，若err大于err_th，且cnt>cnt0,则计数器减1，但其最小值不小于-16；若err小于err_th，且cnt<cnt1,则计数器加1，但其最大值不大于cnt1，其中，cnt1的取值范围为[4,128],若值太大，则系统对信号幅值增益突变的反馈能力较慢；若值太小，则系统容易将噪声判断为输入信号突变，影响系统的稳定性；可根据实际情况谨慎选择,cnt计算公式如下：

4)根据步骤3)计数器cnt取值，对峰值误差进行调整；若计数器值大于或等于0，则表示自动增益控制系统已处于稳定状态，将err置为0；否则，err保持不变。这样可以确保自动增益控制系统的茁壮性，避免其在稳定状态下受噪声干扰，做出错误的处理。此步骤的err计算公式：