扩声系统增益自适应控制方法技术方案

本发明专利技术公开了扩声系统增益自适应控制方法，该方法包括：S1、预设初始系统增益gain，直接在扩声系统的电路中拾取播放的扩声源信号；S2、将所述扩声源信号与初始系统增益gain相乘，然后经过扩声系统中的扬声器播放；S3、在扩声现场通过设置传声器来拾取现场扩声混合信号，即扩声源信号和系统增益的乘积再与声场脉冲卷积，然后与噪声信号相加后的信号；S4、再根据选定的函数关系利用MSC信噪比表征值计算出估计的现场信噪比；S5、根据估计的现场信噪比调整扩声系统的增益gain。本发明专利技术提供的扩声系统增益自适应控制方法使得扩声系统增益设置更加准确，扩声音量合适，在不增加声污染的情况下，调整后的扩声现场声音信号明显比未经过自适应调整的现场声音信号清晰。

【技术实现步骤摘要】
扩声系统增益自适应控制方法
本专利技术属于扩声调节的
，涉及一种扩声系统增益自适应控制方法。
技术介绍
随着经济社会的发展，许多公共场所都安装了用于扩声的公共广播或语音指引等扩声系统。比如：学校、车站、公园、商场等场所的公共广播扩声系统可用于播放背景音乐、应急安全指引、业务宣传等。扩声系统虽然给人们的工作生活带来方便，但也存在一个不可忽视的问题，即系统播放的声音音量是固定的，这会带来两个方面的问题：首先，音量过小系统播放的声音会被噪声所掩蔽；其次，音量过大则会产生噪声污染。因此，人们希望扩声系统应能够依据扩声现场的噪声大小来自适应地调节扩声系统增益：当现场信噪比较高时，应降低系统增益；反之则升高。这样既保证了公共场所扩声服务的需求，又维护了公共场所舒适的声环境。目前国内外对此问题的研究主要集中在对扩声现场的环境噪声的识别上，归纳起来有以下几种技术：(1)间隙检测噪声这种方法的思路是在播音停顿音隙时刻采集噪声信号，经过A/D转换后计算噪声的平均功率，然后据此调节功放的音量。此方法只需应用一般的模拟技术和通用数字技术，实现简单，但效果并不理想。这是因为当进行背景广播时，实际可以利用的间隙并不很多，不能够提取足够的数据。(2)包络检测、频谱鉴别从扩声现场拾取的音频信噪比信号中分辨噪声信号，沿噪声曲线保持适当的扩声声压。但因为实际应用中所应对的并不是典型的白噪声或粉红噪声，而是(至少包括)人群噪声，其包络不会同广播信号有重大差异；其频谱则会同广播信号互相交错。(3)自适应回波消除方法利用声学回波消除(AEC：AcousticEchoCancellation)模型和方法，将送给功放的信号作为参考信号，对现场采集到的信号进行自适应的回波消除处理，从而得到噪声信号，这种方法会受到现场混响和反射声的影响。由于公共场合的主要噪声来源为人群噪声，而噪声信号(及现场混响)和广播信号物理特性差异不大，很难准确分离出噪声信号，这也是以上基于环境噪声识别的方法均不大理想的根本原因。
技术实现思路
本专利技术的主要目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种扩声系统增益自适应控制方法，使得调整后的现场混合信号明显比原现场混合信号清晰，能够清楚地听到播放的内容。为了达到上述目的，本专利技术采用以下技术方案：本专利技术扩声系统增益自适应控制方法，该方法具体包括下述步骤：S1、预设系统增益gain，并在播音室进行播音，直接在扩声系统的电路中拾取播放的扩声源信号；S2、将所述扩声源信号与系统增益gain相乘，然后经过扩声系统中的扬声器播放；S3、在扩声现场通过设置传声器来拾取现场扩声混合信号，即扩声源信号和系统增益的乘积再与声场脉冲卷积，然后与噪声信号相加后的信号；S4、对现场扩声混合信号和扩声源信号进行幅度平方相干算法分析得到MSC函数值，并基于MSC函数值提取MSC信噪比表征值，再根据选定的函数关系利用MSC信噪比表征值计算出估计的现场信噪比；S5、根据估计的现场信噪比调整扩声系统的增益gain，即根据前一段时间的数据来计算MSC信噪比表征值E，再根据前段时间的表征值利用函数估计出信噪比SNR，进而根据SNR来调整现在时刻的增益gain，并重复步骤S2-S5。作为优选的技术方案，步骤S1中，系统增益gain预设值为0dB。作为优选的技术方案，所述MSC函数值采用Welch谱估计法进行计算。作为优选的技术方案，以选定频段内的MSC函数值的平均值作为MSC信噪比表征值。作为优选的技术方案，步骤S4中，根据高斯拟合函数关系利用MSC信噪比表征值计算出估计的现场信噪比，具体如下：通过改变人群噪声信号的大小，并与固定大小的测试语音进行混合可得到不同信噪比下的声场混合信号，再计算得出对应信噪比的MSC信噪比表征值，并得到高斯拟合曲线，所述MSC信噪比表征值的变化趋势如公式(5)式所示：所述公式(5)中，SNR表示声场混合信号的信噪比，E是不同信噪比下对应的MSC信噪比表征值，N是高斯拟合的阶数，为正整数，且高斯拟合的阶数N的取值为一个大于等于4的正整数，an、bn、cn是由高斯拟合得出的常量参数，不同的高斯拟合阶数N计算得到的an、bn、cn各不相同，SNRthd是一个阈值，当信噪比大于等于此阈值时，MSC信噪比表征值恒定为1。作为优选的技术方案，步骤S4中，根据三段分段函数关系利用MSC信噪比表征值计算出估计的现场信噪比，具体为：用3段分段折线对高斯拟合曲线作近似的逼近，使得声场混合信号的信噪比与MSC信噪比表征值之间呈分段线性的函数关系，具体归纳为如下公式：其中E是前述计算得出的帧MSC信噪比表征值，b1、b2、b3、k1、k2、k3是三段分段函数的参数，E1和E2是三段分段函数的两个分界点，SNR是利用3段分段一次函数计算得出的估计的声场信噪比，当计算得出帧MSC信噪比表征值以后，便可根据此公式计算得出估计的声场信噪比。作为优选的技术方案，步骤S5具体为：S51、设定期望的声场信噪比，该期望的声场信噪比可视现场情况由用户自行调整设定；S52、计算当前帧扩声源信号的有效值，以dB为单位表示，将此有效值与一个定值进行相加，此定值为在一段播放时间内使相加后的值的峰值为0dB或为接近0且不大于0dB的一个值，该定值可由用户视情况自行设定。S53、将步骤S51中设定的期望声场信噪比与步骤S52中得到的求和值进行相加，得出当前帧的期望信噪比，该当前帧的期望信噪比是一个变化的值，此值既与期望声场信噪比有关，亦随扩声源信号大小而变化；S54、计算当前帧的期望信噪比与当前帧的估计信噪比的差值；S55、当步骤S54中计算的值大于等于0，即当前帧的估计信噪比小于等于当前帧的期望信噪比时，说明此刻的扩声系统音量还没达到期望水平，需要提高系统增益，因而调整当前帧的增益gain为前一帧的增益加上步骤S54中的差值与Kp1和Ti的乘积，其中Kp1为系统增益提升速度，Ti为一帧数据的长度除以采样率得到的商；S56、当步骤S54中计算的值小于0，即当前帧的估计信噪比大于当前帧的期望信噪比时，说明此刻扩声现场背景噪声成分很低，过高的播放音量有可能影响到现场声环境，造成声污染，所以应该降低系统增益，因而调整当前帧的增益gain等于前一帧的增益加上步骤S4中的差值与Kp2和Ti的乘积，所述Kp2为系统增益下降速度；S57、最终得到的系统增益gain还要与MAX＝30和MIN＝0进行对比，若高于MAX，则认为系统增益超出量程造成失真，此时系统增益gain＝MAX；若低于MIN,系统增益gain＝MIN；否则，系统增益gain不更改；S58、将最后得到的系统增益gain与下一帧的扩声源信号相乘。作为优选的技术方案，步骤S51中，所述期望的声场信噪比取0到50dB之间的一个值，典型值为20dB。作为优选的技术方案，步骤S52中，所述定值为0到140之间的一个值。作为优选的技术方案，步骤S55、S56中，Kp1取0到10之间的一个值；Kp2取0到10之间的一个值；采样率为音频信号常用的值，典型值为8000Hz、16000Hz、44100Hz、48000Hz、96000Hz等；帧长为2的正整数次幂，典型值为128、256、512、1024等；故Ti＝帧长/采样率。本专利技术的原理为：本专利技术是一种本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.扩声系统增益自适应控制方法，其特征在于，该方法具体包括下述步骤：S1、预设系统增益gain，并在播音室进行播音，直接在扩声系统的电路中拾取播放的扩声源信号；S2、将所述扩声源信号与系统增益gain相乘，然后经过扩声系统中的扬声器播放；S3、在扩声现场通过设置传声器来拾取现场扩声混合信号，即扩声源信号和系统增益的乘积再与声场脉冲卷积，然后与噪声信号相加后的信号；S4、对现场扩声混合信号和扩声源信号进行幅度平方相干算法分析得到MSC函数值，并基于MSC函数值提取MSC信噪比表征值，再根据选定的函数关系利用MSC信噪比表征值计算出估计的现场信噪比；S5、根据估计的现场信噪比调整扩声系统的增益gain，即根据前一段时间的数据来计算MSC信噪比表征值E，再根据前段时间的表征值利用函数估计出信噪比SNR，进而根据SNR来调整现在时刻的增益gain，并重复步骤S2‑S5。

【技术特征摘要】
1.扩声系统增益自适应控制方法，其特征在于，该方法具体包括下述步骤：S1、预设系统增益gain，并在播音室进行播音，直接在扩声系统的电路中拾取播放的扩声源信号；S2、将所述扩声源信号与系统增益gain相乘，然后经过扩声系统中的扬声器播放；S3、在扩声现场通过设置传声器来拾取现场扩声混合信号，即扩声源信号和系统增益的乘积再与声场脉冲卷积，然后与噪声信号相加后的信号；S4、对现场扩声混合信号和扩声源信号进行幅度平方相干算法分析得到MSC函数值，并基于MSC函数值提取MSC信噪比表征值，再根据选定的函数关系利用MSC信噪比表征值计算出估计的现场信噪比；S5、根据估计的现场信噪比调整扩声系统的增益gain，即根据前一段时间的数据来计算MSC信噪比表征值E，再根据前段时间的表征值利用函数估计出信噪比SNR，进而根据SNR来调整现在时刻的增益gain，并重复步骤S2-S5。2.根据权利要求1所述扩声系统增益自适应控制方法，其特征在于，步骤S1中，系统增益gain预设值为0dB。3.根据权利要求1所述扩声系统增益自适应控制方法，其特征在于，所述MSC函数值采用Welch谱估计法进行计算。4.根据权利要求1所述扩声系统增益自适应控制方法，其特征在于，以选定频段内的MSC函数值的平均值作为MSC信噪比表征值。5.根据权利要求1所述扩声系统增益自适应控制方法，其特征在于，步骤S4中，根据高斯拟合函数关系利用MSC信噪比表征值计算出估计的现场信噪比，具体如下：通过改变人群噪声信号的大小，并与固定大小的测试语音进行混合可得到不同信噪比下的声场混合信号，再计算得出对应信噪比的MSC信噪比表征值，并得到高斯拟合曲线，所述MSC信噪比表征值的变化趋势如公式(5)式所示：所述公式(5)中，SNR表示声场混合信号的信噪比，E是不同信噪比下对应的MSC信噪比表征值，N是高斯拟合的阶数，为正整数，且高斯拟合的阶数N的取值为一个大于等于4的正整数，an、bn、cn是由高斯拟合得出的常量参数，不同的高斯拟合阶数N计算得到的an、bn、cn各不相同，SNRthd是一个阈值，当信噪比大于等于此阈值时，MSC信噪比表征值恒定为1。6.根据权利要求1所述扩声系统增益自适应控制方法，其特征在于，步骤S4中，根据三段分段函数关系利用MSC信噪比表征值计算出估计的现场信噪比，具体为：用3段分段折线对高斯拟合曲线作近似的逼近，使得声场混合信号的信噪比与MSC信噪比表征值之间呈分段线性的函数关系，具体归纳为如下公式：其中E是前述计算得出的帧MSC信噪比表征值，b1、b2、b3、k1、k2、k3是三段分段函数的参数，E1和E2是三段分段函数的两个分界点，...

【专利技术属性】
技术研发人员：王杰，杨广权，郑成诗，
申请(专利权)人：广州大学，
类型：发明
国别省市：广东,44