淺談數字音頻處理的新技術(shù)

　　音頻信號處理設備先后經(jīng)歷了工作方式由模擬到數字;處理模塊由固化式到開(kāi)放式;處理功能由單一音頻處理到集成邏輯控制;系統架構由單臺設備集中處理經(jīng)多臺設備分布處理到多臺設備集中處理的變化;音頻信號處理和邏輯控制模塊的功能越來(lái)越強大，處理模塊的新算法越來(lái)越先進(jìn)、音頻處理及應用越來(lái)越精準，邏輯控制越來(lái)越智能，這些都是數字音頻信號處理的發(fā)展方向。

　　音頻喜好處理設備包含很多技術(shù)應用，本文著(zhù)重介紹SpeechSense(發(fā)言感應技術(shù))和(AmbientSense)環(huán)境檢測技術(shù)的應用。

　　一、SpeechSense(發(fā)言感應)技術(shù)

　　人聲有兩個(gè)重要特點(diǎn)：摩擦音和爆破音，這兩類(lèi)聲音環(huán)境噪聲是無(wú)法創(chuàng )造的，只要是人類(lèi)的語(yǔ)言，不管哪一個(gè)語(yǔ)種都具有這種特點(diǎn)，發(fā)言感應技術(shù)能夠自動(dòng)感應音頻信號頻率成分是否為人聲，該技術(shù)可應用于A(yíng)GC(自動(dòng)增益控制)。

　　應用場(chǎng)景描述

　　會(huì )議室內有多只用于拾取發(fā)言者語(yǔ)音的會(huì )議話(huà)筒，這些會(huì )議話(huà)筒品牌和型號完全相同，擴聲系統中會(huì )議話(huà)筒所對應通道的位置也完全相同，但在使用中發(fā)言人距離話(huà)筒的距離和發(fā)言人音量的大小則不盡相同。這就導致會(huì )議話(huà)筒的電平大小不一，發(fā)言擴聲音量有大有小。采用AGC(自動(dòng)增益控制)電路，可對大信號自動(dòng)壓縮，小信號自動(dòng)提升。

　　傳統的AGC(自動(dòng)增益控制)工作原理

　　傳統的自動(dòng)增益控制是通過(guò)提前預設一個(gè)閾值，當話(huà)筒拾取的音頻信號低于閾值時(shí)，自動(dòng)增益控制會(huì )自動(dòng)給與這個(gè)音頻信號增益提升，令其接近閾值位置;當話(huà)筒拾取的音頻信號高于閾值時(shí)，自動(dòng)增益控制會(huì )自動(dòng)給與這個(gè)音頻信號增益衰減，令其接近閾值位置，這基本可以保證話(huà)筒輸入信號電平值的恒定。

　　發(fā)言感應技術(shù)的應用

　　傳統的自動(dòng)增益控制電路在實(shí)際應用中，會(huì )議話(huà)筒除了會(huì )拾取到人聲，還會(huì )拾取到其它的聲音，如翻書(shū)、放杯子及鍵盤(pán)敲打等聲音，這些聲音大都會(huì )小于自動(dòng)增益控制的閾值，當話(huà)筒拾取到這些聲音信號后，自動(dòng)增益控制電路就會(huì )馬上工作，把這些聲音信號放大，再經(jīng)過(guò)功率放大器放大至音箱擴聲，原本細小的聲音就變成了較大的環(huán)境噪聲。這種現象在會(huì )議室音頻擴聲系統中是不希望出現的。而發(fā)言檢測算法的最大作用就是讓自動(dòng)增益控制能分辨人類(lèi)發(fā)言的聲音和非人類(lèi)發(fā)言的聲音，僅對人類(lèi)發(fā)言聲音進(jìn)行提升或衰減，小于自動(dòng)增益控制閥值的環(huán)境噪聲則不會(huì )被自動(dòng)增益控制電路進(jìn)行放大。這樣有了發(fā)言感應技術(shù)算法自動(dòng)增益控制電路工作就更加精準及智能。

　　二、AmbientSense(環(huán)境檢測)技術(shù)

　　環(huán)境聲，如空調、投影機風(fēng)扇及燈光鎮流器的交流聲等，他們沒(méi)有摩擦音和爆破音這個(gè)屬性，它是不同強度復合頻率的集合。環(huán)境檢測技術(shù)能夠檢測音頻信號頻率成分是否為環(huán)境聲。環(huán)境聲檢測算法可應用于A(yíng)NC(環(huán)境噪聲補償)。

　　應用場(chǎng)景描述

　　公共區域擴聲系統，若背景音樂(lè )或尋呼音源的電平值恒定時(shí)，往往環(huán)境噪聲的聲壓級大小是不確定的，人多的時(shí)候環(huán)境噪聲的聲壓級就比較大，可能會(huì )把背景音樂(lè )或尋呼音源掩蓋掉(聲音的掩蔽效應);人少或空場(chǎng)的時(shí)候環(huán)境噪聲聲壓級較小，感覺(jué)背景音樂(lè )或尋呼音源的聲壓級較大。所以需要一個(gè)能夠精確判斷環(huán)境噪聲大小，并能夠精確調節背景音樂(lè )或尋呼音源的音量大小的DSP處理模塊，這個(gè)DSP模塊就是ANC(環(huán)境噪聲補償)模塊。

　　傳統的ANC(環(huán)境噪聲補償)工作原理

　　在公共區域安裝一支環(huán)境噪聲檢測話(huà)筒，用于測量環(huán)境噪聲大小，得到測量結果后將結果返回到數字音頻處理平臺(DSP)的環(huán)境噪聲補償模塊。環(huán)境噪聲補償模塊的另外一路輸入，通常是背景音樂(lè )或尋呼音源。通過(guò)環(huán)境噪聲補償模塊的設置，當環(huán)境噪聲超過(guò)提前設定的閾值時(shí)，背景音樂(lè )或尋呼音源的電平就會(huì )按設定好的比例和時(shí)間提升，以保證背景音樂(lè )或尋呼音源足夠清晰地被聽(tīng)到(節目源比環(huán)境噪聲≥25dB，可確保人清晰地聽(tīng)到節目源的聲音);當環(huán)境噪聲小于提前設定的閾值時(shí)，背景音樂(lè )或尋呼音源的電平就會(huì )按設定好的比例和時(shí)間衰減，以保證背景音樂(lè )或尋呼音源不會(huì )讓人感覺(jué)音量太大。

　　環(huán)境檢測技術(shù)的應用

　　看似傳統的環(huán)境噪聲補償電路已經(jīng)非常完美，可經(jīng)過(guò)傳統的環(huán)境噪聲補償模塊補償后的節目源信號增大后經(jīng)揚聲器擴聲，再由環(huán)境聲拾取話(huà)筒拾取(在同一個(gè)聲場(chǎng))，這樣就會(huì )形成一個(gè)死循環(huán)，節目源信號不斷地增大，無(wú)法進(jìn)行有效地調節。傳統環(huán)境噪聲補償的解決方法是讓環(huán)境聲拾取話(huà)筒遠離揚聲器，這樣帶來(lái)的后果就環(huán)境噪聲補償模塊處理效果不夠精確。

　　而環(huán)境檢測算法則是隔斷了環(huán)境聲拾取話(huà)筒和揚聲器之間的關(guān)系，通過(guò)自適應濾波的方式，告訴環(huán)境聲拾取話(huà)筒把經(jīng)揚聲器擴聲的音頻信號濾除，僅拾取環(huán)境噪聲，這樣就能保證環(huán)境噪聲補償精確的處理，同時(shí)環(huán)境聲檢測話(huà)筒位置隨意擺放。

　　三、智能的系統控制功能

　　系統控制技術(shù)主要體現在兩個(gè)方面：內部控制和外部控制。目前音頻行業(yè)內大多數音頻處理系統都支持PC、Mac、Apple iPad、iPhone, 或者基于網(wǎng)絡(luò )的Crestron，AMX，CREATOR快捷中控產(chǎn)品的控制，這些控制方式音頻處理系統大多為被動(dòng)接受控制，也屬于數字音頻處理系統內部控制范疇。

　　而音頻行業(yè)內先進(jìn)的數字音頻處理系統不僅僅是能夠接受控制這么簡(jiǎn)單，例如：集中式處理架構的網(wǎng)絡(luò )數字音頻處理系統，處理系統可自動(dòng)檢測整個(gè)系統接口設備是否在線(xiàn)，如某臺接口設備掉線(xiàn)，那么音頻處理系統可以通過(guò)電話(huà)提示音報告給系統管理員，以便系統管理員第一時(shí)間對系統進(jìn)行處理。同時(shí)系統管理員也可在任意位置，通過(guò)模擬電話(huà)對數字音頻處理系統進(jìn)行操作控制。再例如：當數字音頻處理系統大于一定的設置時(shí)間范圍，系統沒(méi)有檢測到任何音頻信號，系統可以通過(guò)第三方控制設備(如基于網(wǎng)絡(luò )的Crestron，AMX，CREATOR快捷等中控產(chǎn)品)可以將耗電量大的設備關(guān)閉。

　　智能的系統控制功能多種多樣，使用者可根據自己的實(shí)際需要進(jìn)行開(kāi)發(fā)。

　　總結

　　發(fā)言感應技術(shù)和環(huán)境檢測技術(shù)的應用非常廣泛，遠不止在A(yíng)GC(自動(dòng)增益控制)和ANC(環(huán)境噪聲補償)模塊中。發(fā)言感應技術(shù)和環(huán)境檢測技術(shù)這兩種技術(shù)可單獨使用也可一起使用，它們還可應用在自動(dòng)曝光控制、背景噪聲和環(huán)境噪聲消除等功能的處理上。

　　總之，隨著(zhù)計算機及網(wǎng)絡(luò )技術(shù)的飛速發(fā)展，音頻信號處理和邏輯控制的功能將越來(lái)越強大，處理模塊新算法越來(lái)越先進(jìn)，音頻處理越來(lái)越精準，邏輯控制越來(lái)越智能，數字音頻的處理會(huì )始終向這一方向發(fā)展。