基于动态包络追踪技术的音频噪声门限处理系统及方法与流程

本发明涉及音频噪声处理，尤其是一种基于动态包络追踪技术的音频噪声门限处理系统及方法。

背景技术：

1、随着生活水平越来越高，人们对于视听设备的要求也越来越追求高端，而当我们使用音频设备，比如耳机时，有时在硬件音量较大，并且播放音频内容静音段时，很容易在安静的情况下听到音频设备发出的底噪声；而这种噪声是否能够被用户明显感知，已经成为一个音频设备是否足够高端的主观指标。因为硬件设备并非总是完美，底噪在硬件音量设置大时，听感就很明显，因此在硬件局限的情况下，发明一种噪声门限算法用来控制静音时的底噪数值，让用户无法感知，就显得非常重要。

2、现有的噪声门限技术主流是参数设定的噪声门限算法，即底噪门限是预设好的，当音频信号超过底噪门限，就不做限制，当音频信号低于噪声门限，就做静音处理，从而获得在音频信号静音段噪声不被用户感知的效果。

3、而硬件的底噪随着工作时间和温度会有变化，所以静音段的底噪信号也会变化，当静音段底噪超过设定好的硬件噪声门限之后，那么噪声门限就会失去作用，当播放声音的静音时间里，用户仍将听到被放大的底噪。

技术实现思路

1、针对传统的噪声门限算法的不足，本发明目的是提供一种基于动态包络追踪技术的音频噪声门限处理系统及方法，动态追踪音频信号静音段的底噪信号，实现噪声门限的动态化，当静音段底噪信号随硬件的温度和使用时间变化时，噪声门限算法始终能保持对静音段底噪的控制，让客户无法感知设备的底噪。

2、为实现上述目的，本发明提供一种基于动态包络追踪技术的音频噪声门限处理系统，所述系统包括：音频信号采集模块、音频信号包络计算模块、动态噪声门限追踪模块、门限处理状态机模块、音频信号增益处理模块和音频信号输出模块；

3、其中，所述音频信号采集模块用于实时采集音频信号，根据需求将不同采样率分配给对应的噪声门限计算模块；

4、所述音频信号包络计算模块用于计算输入音频信号的绝对值，以及计算音频信号的包络数据，所述包络数据将用于噪声门限的更新和噪声门限状态的控制；

5、所述动态噪声门限追踪模块用于对输入的音频信号包络进行分析，通过算法模型判断静音状态，更新噪声门限值；

6、所述门限处理状态机模块用于结合输入的音频信号包络和更新的噪声门限，计算并判断噪声门限的状态，根据状态计算信号增益；

7、所述信号增益处理模块用于对音频信号进行增益控制；

8、所述音频信号输出模块将音频信号输出到播放设备。

9、进一步，音频信号包络计算模块包括音频信号绝对值计算单元、信号对比单元、同步增大包络单元和包络平滑滤波单元；整个包络计算过程是一个拟抛物线的方法，在音频数据增大时，立即在同步增大包络单元增大包络值，而在音频数据降低时，在包络平滑滤波单元对包络数据进行平滑滤波，降低包络信号的下降速度，保证包络数据始终不低于音频信号，且下降变化速度低于音频信号。

10、进一步，音频信号包络计算模块中拟抛物线音频包络计算流程如下：

11、首先，音频信号绝对值计算单元计算信号的绝对值；

12、其次，在信号对比单元中对比音频信号绝对值和当前音频信号包络最大值进行比较；若当前音频信号绝对值超过音频信号包络最大值，进入同步增大包络单元，将包络最大值更新为音频信号最大值；若当前音频信号绝对值小于音频信号包络最大值，进入包络平滑滤波单元，用音频信号绝对值和音频信号包络做平滑滤波。

13、进一步，计算信号的绝对值，公式是：

14、

15、其中x是音频信号，x是音频信号绝对值。

16、进一步，音频包络数据计算公式如下：

17、

18、其中x是音频信号绝对值，smooth是平滑系数，env是音频包络数据。

19、进一步，动态噪声门限追踪模块包括音频信号包络平滑单元、单数据块最小音频包络计算单元、多数据块最小音频包络存储单元和实时最小音频包络计算单元。

20、进一步，动态噪声门限追踪模块的工作流程如下：

21、首先，在音频信号包络平滑单元对音频信号包络进行平滑数据；

22、然后，在单数据块最小音频包络计算单元，通过比较获取当前数据块的最小包络数值，保存到多数据块最小音频包络存储单元中；

23、最后，在实时最小音频包络计算单元中，将多数据块的最小音频信号包络数值进行比较，获得一个当前音频流中的最小音频信号包络，作为噪声门限值。

24、进一步，门限处理状态机模块包括音频包络分析单元、噪声门限工作单元、增益衰减计算单元、噪声门限关闭单元和增益恢复计算单元450。

25、进一步，门限处理状态机模块的工作流程如下：

26、首先，音频包络分析单元结合音频包络数据和噪声门限数据进行分析判断，当音频包络数据低于当前噪声门限数据并维持一定时间时，将自动转入噪声门限工作单元；

27、其次，噪声门限工作单元继续检测当前包络数据是否符合噪声门的工作要求，确定则转入增益衰减计算单元；

28、增益衰减计算单元计算噪声门工作后的音频数据增益值，将增益平滑降低至最小值；

29、而当音频包络数据高于当前噪声门限值时，将自动转入噪声门限关闭单元，进一步判断是否符合关闭噪声门的工作要求，确定则转入增益恢复计算单元，计算噪声门关闭后的音频数据增益值，将增益平滑恢复至正常值。

30、另一方面，本发明提供一种基于动态包络追踪技术的音频噪声门限处理方法，所述方法包括以下步骤：

31、s1.通过外设麦克风采集音频信号，输入到动态噪声门限处理模块；

32、s2.计算输入音频信号的绝对值，通过拟抛物线平滑技术处理音频信号的绝对值，计算包络信号，保证包络信号始终在输入信号之上并且伴随输入信号变化；

33、s3.静音态阈值追踪器通过对包络的追踪，计算静音状态下的包络最小值，同步更新噪声门限值；

34、s4.噪声门限控制状态机，通过音频数据的包络和噪声门限值，通过算法模型进行控制噪声门限状态的转换；

35、s5.音频信号的增益控制，根据不同的噪声门限状态，对输入的音频信号进行增益控制，输出经过处理后的音频信号；

36、s6.通过外设usb和dac将处理后的音频信号输出给pc或耳机。

37、有益效果：

38、对比传统的噪声门限算法，本发明采用拟抛物线算法计算音频信号包络，能够始终保持包络数据随音频信号的变化而变化的同时，控制包络数据随音频信号下降的速度，从而实现包络数据的稳定性，不会导致噪声门限的误触发。

39、新增动态噪声门限追踪算法，能够实时追踪并更新因硬件变化导致的静音音频态底噪数据的变化，从而更新噪声门限值，让噪声门限始终能够发挥作用。

技术特征：

1.一种基于动态包络追踪技术的音频噪声门限处理系统，其特征在于，所述系统包括：音频信号采集模块、音频信号包络计算模块、动态噪声门限追踪模块、门限处理状态机模块、音频信号增益处理模块和音频信号输出模块；

2.根据权利要求1所述的基于动态包络追踪技术的音频噪声门限处理系统，其特征在于，音频信号包络计算模块包括音频信号绝对值计算单元、信号对比单元、同步增大包络单元和包络平滑滤波单元；整个包络计算过程是一个拟抛物线的方法，在音频数据增大时，立即在同步增大包络单元增大包络值，而在音频数据降低时，在包络平滑滤波单元对包络数据进行平滑滤波，降低包络信号的下降速度，保证包络数据始终不低于音频信号，且下降变化速度低于音频信号。

3.根据权利要求2所述的基于动态包络追踪技术的音频噪声门限处理系统，其特征在于，音频信号包络计算模块中拟抛物线音频包络计算流程如下：

4.根据权利要求3所述的基于动态包络追踪技术的音频噪声门限处理系统，其特征在于，计算信号的绝对值，公式是：

5.根据权利要求3所述的基于动态包络追踪技术的音频噪声门限处理系统，其特征在于，音频包络数据计算公式如下：

6.根据权利要求1所述的基于动态包络追踪技术的音频噪声门限处理系统，其特征在于，动态噪声门限追踪模块包括音频信号包络平滑单元、单数据块最小音频包络计算单元、多数据块最小音频包络存储单元和实时最小音频包络计算单元。

7.根据权利要求6所述的基于动态包络追踪技术的音频噪声门限处理系统，其特征在于，动态噪声门限追踪模块的工作流程如下：

8.根据权利要求1所述的基于动态包络追踪技术的音频噪声门限处理系统，其特征在于，门限处理状态机模块包括音频包络分析单元、噪声门限工作单元、增益衰减计算单元、噪声门限关闭单元和增益恢复计算单元450。

9.根据权利要求8所述的基于动态包络追踪技术的音频噪声门限处理系统，其特征在于，门限处理状态机模块的工作流程如下：

10.一种基于动态包络追踪技术的音频噪声门限处理方法，基于权利要求1-9任一项所述的基于动态包络追踪技术的音频噪声门限处理系统实现，所述方法包括以下步骤：

技术总结本发明公开了一种基于动态包络追踪技术的音频噪声门限处理系统及方法，包括：音频信号采集模块，用于实时采集音频信号；音频信号包络计算模块，用于计算输入音频信号的绝对值，以及计算音频信号的包络数据，所述包络数据将用于噪声门限的更新和噪声门限状态的控制；动态噪声门限追踪模块，用于对输入的音频数据包络信号进行分析，通过算法模型判断静音状态，更新噪声门限值；门限处理状态机模块，用于结合输入的音频信号包络和更新的噪声门限，计算并判断噪声门限的状态；信号增益处理模块用于对音频信号进行增益控制；音频信号输出模块将音频信号输出到播放设备。本系统及方法能够动态追踪音频信号静音段的底噪信号，实现噪声门限的动态化。技术研发人员：杨洋,姚嘉,高永泽,任金平受保护的技术使用者：杭州微纳科技股份有限公司技术研发日：技术公布日：2024/4/22