淺談數(shù)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(shù)字；處理模塊由固化式到開放式；處理功能由單一音頻處理到集成邏輯控制；系統(tǒng)架構(gòu)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越強大，處理模塊的新算法越來越先進、音頻處理及應用越來越精準，邏輯控制越來越智能，這些都是數(shù)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)

    人聲有兩個重要特點：摩擦音和爆破音，這兩類聲音環(huán)境噪聲是無法創(chuàng)造的，只要是人類的語言，不管哪一個語種都具有這種特點，發(fā)言感應技術(shù)能夠自動感應音頻信號頻率成分是否為人聲，該技術(shù)可應用于AGC（自動增益控制）。

    應用場景描述

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

    傳統(tǒng)的AGC(自動增益控制)工作原理

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

    發(fā)言感應技術(shù)的應用

    傳統(tǒng)的自動增益控制電路在實際應用中，會議話筒除了會拾取到人聲，還會拾取到其它的聲音，如翻書、放杯子及鍵盤敲打等聲音，這些聲音大都會小于自動增益控制的閾值，當話筒拾取到這些聲音信號后，自動增益控制電路就會馬上工作，把這些聲音信號放大，再經(jīng)過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(xiàn)象在會議室音頻擴聲系統(tǒng)中是不希望出現(xiàn)的。而發(fā)言檢測算法的最大作用就是讓自動增益控制能分辨人類發(fā)言的聲音和非人類發(fā)言的聲音，僅對人類發(fā)言聲音進行提升或衰減，小于自動增益控制閥值的環(huán)境噪聲則不會被自動增益控制電路進行放大。這樣有了發(fā)言感應技術(shù)算法自動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(diào)、投影機風扇及燈光鎮(zhèn)流器的交流聲等，他們沒有摩擦音和爆破音這個屬性，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ANC（環(huán)境噪聲補償）。

    應用場景描述

    公共區(qū)域擴聲系統(tǒng)，若背景音樂或?qū)ず粢粼吹碾娖街岛愣〞r，往往環(huán)境噪聲的聲壓級大小是不確定的，人多的時候環(huán)境噪聲的聲壓級就比較大，可能會把背景音樂或?qū)ず粢粼囱谏w掉（聲音的掩蔽效應）；人少或空場的時候環(huán)境噪聲聲壓級較小，感覺背景音樂或?qū)ず粢粼吹穆晧杭壿^大。所以需要一個能夠精確判斷環(huán)境噪聲大小，并能夠精確調(diào)節(jié)背景音樂或?qū)ず粢粼吹囊袅看笮〉腄SP處理模塊，這個DSP模塊就是ANC（環(huán)境噪聲補償）模塊。

    傳統(tǒng)的ANC(環(huán)境噪聲補償)工作原理

    在公共區(qū)域安裝一支環(huán)境噪聲檢測話筒，用于測量環(huán)境噪聲大小，得到測量結(jié)果后將結(jié)果返回到數(shù)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，通常是背景音樂或?qū)ず粢粼础Ｍㄟ^環(huán)境噪聲補償模塊的設置，當環(huán)境噪聲超過提前設定的閾值時，背景音樂或?qū)ず粢粼吹碾娖骄蜁�按設定好的比例和時間提升，以保證背景音樂或?qū)ず粢粼醋銐蚯逦�地被聽到（�?jié)目源比環(huán)境噪聲≥25dB，可確保人清晰地聽到節(jié)目源的聲音）；當環(huán)境噪聲小于提前設定的閾值時，背景音樂或?qū)ず粢粼吹碾娖骄蜁�按設定好的比例和時間衰減，以保證背景音樂或?qū)ず粢粼床粫�讓人感覺音量太大。

    環(huán)境檢測技術(shù)的應用

    看似傳統(tǒng)的環(huán)境噪聲補償電路已經(jīng)非常完美，可經(jīng)過傳統(tǒng)的環(huán)境噪聲補償模塊補償后的節(jié)目源信號增大后經(jīng)揚聲器擴聲，再由環(huán)境聲拾取話筒拾�。ㄔ谕�一個聲場），這樣就會形成一個死循環(huán)，節(jié)目源信號不斷地增大，無法進行有效地調(diào)節(jié)。傳統(tǒng)環(huán)境噪聲補償?shù)慕鉀Q方法是讓環(huán)境聲拾取話筒遠離揚聲器，這樣帶來的后果就環(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)境聲拾取話筒和揚聲器之間的關系，通過自適應濾波的方式，告訴環(huán)境聲拾取話筒把經(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，同時環(huán)境聲檢測話筒位置隨意擺放。

    三、智能的系統(tǒng)控制功能

    系統(tǒng)控制技術(shù)主要體現(xiàn)在兩個方面：內(nèi)部控制和外部控制。目前音頻行業(yè)內(nèi)大多數(shù)音頻處理系統(tǒng)都支持PC、Mac、Apple iPad、iPhone, 或者基于網(wǎng)絡的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(tǒng)大多為被動接受控制，也屬于數(shù)字音頻處理系統(tǒng)內(nèi)部控制范疇。

    而音頻行業(yè)內(nèi)先進的數(shù)字音頻處理系統(tǒng)不僅僅是能夠接受控制這么簡單，例如：集中式處理架構(gòu)的網(wǎng)絡數(shù)字音頻處理系統(tǒng)，處理系統(tǒng)可自動檢測整個系統(tǒng)接口設備是否在線，如某臺接口設備掉線，那么音頻處理系統(tǒng)可以通過電話提示音報告給系統(tǒng)管理員，以便系統(tǒng)管理員第一時間對系統(tǒng)進行處理。同時系統(tǒng)管理員也可在任意位置，通過模擬電話對數(shù)字音頻處理系統(tǒng)進行操作控制。再例如：當數(shù)字音頻處理系統(tǒng)大于一定的設置時間范圍，系統(tǒng)沒有檢測到任何音頻信號，系統(tǒng)可以通過第三方控制設備（如基于網(wǎng)絡的Crestron，AMX，CREATOR快捷等中控產(chǎn)品）可以將耗電量大的設備關閉。

    智能的系統(tǒng)控制功能多種多樣，使用者可根據(jù)自己的實際需要進行開發(fā)。

    總結(jié)

    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AGC（自動增益控制）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，隨著計算機及網(wǎng)絡技術(shù)的飛速發(fā)展，音頻信號處理和邏輯控制的功能將越來越強大，處理模塊新算法越來越先進，音頻處理越來越精準，邏輯控制越來越智能，數(shù)字音頻的處理會始終向這一方向發(fā)展。