一种灯光或电机与声音同步的自适应检测方法技术

本发明专利技术涉及一种灯光或电机与声音同步的自适应检测方法，包括语音的声压信号在被带AGC控制的ADC检测到后输出带AGC信息的窄动态范围语音信号，使用能量归一化算法把带AGC信息的窄动态范围语音信号还原为宽动态范围语音信号，然后用还原后的语音信号进行语音的实时能量计算和门限计算，通过实时能量和门限的比较，计算出当前语音帧对应的电机开合状态或灯光亮灭状态。本发明专利技术通过AGC信息的引入，可以让电机开合状态或灯光亮灭状态信息检测在低采样深度的ADC上获得很高的动态范围，使用12bit的采样深度ADC就可以在5cm（300cm的距离上对用户说话时的电机开合状态或灯光亮灭状态进行检测，大大降低了系统的整体成本。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及，属于数字信号处理

技术介绍
目前，传统玩具上的口型动作与声音的适配、灯光效果与声音的适配是通过人工标注的方式来实现的，这样做有很大的局限性每一个音频都需要进行人工标注，最终的效果和标注人员的熟练程度息息相关；对于用户自己拷贝的内容时无法实现口自动检测以及同步；只能对固定音频进行同步，无法对外界的音源发出的声音进行检测和同步。
技术实现思路
本专利技术技术解决问题克服现有技术的不足，提供一种声光、声电同步检测方法，实现自动声光、声电的检测，避免了人工标注的麻烦，而且还可以通过倾听用户的声音，模仿用户的口型，实现跟儿童更好的互动。本专利技术采用了以下技术方案，其特点在于通过音源的语音通过带AGC控制的ADC (I)检测到后输出带AGC信息的语音信号(2)，使用能量归一化算法(3)对带AGC信息的语音信号(2)进行处理后生成宽动态范围的语音信号(4)，以实现了对距离的自适应；采用宽动态范围的语音信号(4)计算实时能量和带反馈的实时门限(6)，然后把生成的结果进行比较，通过实时能量和门限的比较，得到实时的电机开合状态或灯光亮灭状态(7)，电机开合状态或灯光亮灭状态(7) —方面用于配合音频进行输出，另一方面为带反馈的实时门限(6)提供反馈信息，实现了检测自动化过程。所述带AGC控制的ADC (I)对硬件和软件均有要求，其中硬件部分带AGC控制的ADC必须具备3个条件(1)要有可编程增益放大器PGA，即能够通过软件的方式对增益进行控制；(2)可编程增益放大器PGA每一级的增益在0. 5(IdB,否则出现音频能量跳变明显而出现录音噪声，影响效果；(3)所用的ADC至少要有12bit精度，不一定要16bit精度，可以降低ADC的制造成本。软件部分对音频设置一个上门限，当录音样本的值大于这个上门限的时候，把录音增益降低一级；对每一帧的音频能量设置一个下门限，当这一帧的能量低于这个下门限的时候，系统的放大增益需要调高，需要把录音增益提高一级。所述能量归一化算法(3)实现过程如下(I)确定每一个AGC的值所对应的可编程增益放大器PGA的增益放大倍数，作成表格，使用查表的方式来快速检索；(2)确定归一化系数，归一化系数为整段音频中最大的AGC值A ;(3)根据每一个样本对应AGC值计算出能量归一化到指定增益所需要的放大倍数X；(4)根据X计算出能量归一化后的样本值。所述带反馈的实时门限(6)的计算过程如下(I)设定一个能量的基线值Baseline ;(2) Baseline的初值设定为语音起始3帧能量的均值；(3)实际检测中，每一个实时帧都会对Baseline的值进行更新；(4)把实际帧能量高于门限和低于门限分为2种状态，两种状态下对Baseline的更新系数是不一样的；(5)根据人体工学原理确定两种状态下的更新系数，能量高于门限时的更新系数应该符合人所能发的单音的最长时长，更新系数较小；能量低于门限时更新系数应该符合人在说话时换气的时长，更新系数较大。所述实时能量(5)的计算过程如下(I)为了满足实时性要求，设定每次检测的时长宽度为I帧IOms ；(2)使用求平方和的方式进行能量计算；(3)针对部分语音类玩具内部有简化版DSP并支持MAC指令的特性，把能量的精度控制在40bit，保持较高的精度并取得较好的检出效果。本专利技术原理语音的声压信号在被带AGC控制的ADC(模拟信号到数字信号转换装置)检测到后，变为带AGC信息的窄动态范围语音信号，使用能量归一化算法把带AGC信息的窄动态范围语音信号还原为宽动态范围语音信号，然后用还原后的语音信号进行语音的实时能量计算和门限计算，通过实时能量和门限的比较，计算出当前语音帧对应的电机的开合状态或灯光的亮灭状态。本专利技术与现有技术相比的优点在于(I)本专利技术由于使用了能量归一化算法，可以使用带AGC的低精度ADC代替高精度ADC，但同时又保持基本相同效果的动态范围；同时，由于对门限进行实时计算、通过对电机开合状态或灯光亮灭状态的监控可以对门限进行反馈，使得本方法对带有背景音乐的语音可以实现较好的电机开合、灯光亮灭信息检出效果。(2)本专利技术通过AGC信息的引入，可以让电机开合状态或灯光亮灭状态信息检测在低采样深度的ADC上获得很高的动态范围，使用12bit的采样深度ADC就可以在5cm(300cm的距离上对用户说话时的电机开合状态或灯光亮灭状态进行检测，大大降低了系统的整体成本。附图说明图1为本专利技术实现的框图；图2为本专利技术中带AGC控制的ADC的结构图；图3为本专利技术中能量归一化算法的实现流程图。具体实施例方式如图1所示，本专利技术中，声音经过AGC功能的ADC1，会生成带AGC信息的窄动态范围语音信号2，采用能量归一化算法3对带AGC信息的窄动态语音信号2进行处理后会生成宽动态语音信号4，然后再进行处理，计算每一帧语音的实时能量5，并根据实时能量结合之前的电机开合状态或灯光亮灭状态对门限进行估计后，生成当前语音帧的电机开合状态或灯光亮灭状态带反馈的实时门限6，然后将实时能量5和带反馈的实时门限6进行比较，得到本语音帧的电机开合状态或灯光亮灭状态信息。如图2所示，本专利技术中的带AGC功能的ADCl必须具备两个条件(I)要有PGA (可编程增益放大器)，即可以通过软件的方式对增益进行控制；(2) PGA每一级的增益在0. 5(IdB,不能太高，否则出现音频能量跳变明显而出现录音噪声，最终影响效果。由麦克风检测到的模拟声音信号在经过PGA放大后，进入SRA架构的ADC进行模数转换，变为数字信号，后面的自动增益控制(AGC)算法就是针对音频的数字信号进行分析判断后对PGA进行控制来实现的。软件AGC的设计上要遵循“快降慢升”的原则，主要设计思想如下(I)为了避免音频出现饱和失真，保证近距离的效果好，需要对音频设置一个上门限，当录音样本的值大于这个上门限的时候，就需要把录音增益降低一级，这个检测和调节建议针对每一个样本进行，检测速度较快；(2)为了能够有足够的检测距离，保证远距离的检测效果，需要对每一帧的音频能量设置一个下门限，当这一帧的能量低于这个下门限的时候，就认为当前说话人距离麦克风较远，系统的放大增益需要调高，就需要把录音增益提高一级，这一步的检测和调节要针对每一帧语音来进行，检测速度较慢。经过这样的设计后采集到语音信号基本上可以保证“近距离不会出现削顶失真，远距离也会保证足够的信噪比”。具体的实现过程主要分为如下几步(I)预估一帧语音数据的平均能量，这个需要采集足够的样本进行分析，一般来说，一个人在IM的距离上用正常语速和音量说话，调节PGA的值，直到不会出现截幅失真为止，记录下当前的PGA值；在此PGA值的基础上录一段背景噪声，取背景噪声的平均帧能量;(2)去平均帧的80%作为帧能量的下限，帧能量低于此值则AGC需要上调I级；(3)取ADC所能表示的最大范围的80%作为单个样本的能量上限，单个样本能量高于此值则AGC需要下调I级；(4) AGC下调的优先级高于AGC上调的优先级；由于AGC的作用，此时出来的语音信号的每一个样本基于的能量基准都有差别，如果用这样的数据进行电机开合状态或灯光亮灭状态的检测的话，效果会比较糟糕。此时，需要把语音信号的每一个样本的能量基准进行统本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种灯光或电机与声音同步的自适应检测方法，其特征在于：通过音源的语音通过带AGC控制的ADC（1）检测到后输出带AGC信息的语音信号（2），使用能量归一化算法（3）对带AGC信息的语音信号（2）进行处理后生成宽动态范围的语音信号（4），以实现了对距离的自适应；采用宽动态范围的语音信号（4）计算实时能量（5）和带反馈的实时门限（6），然后把生成的结果进行比较，通过实时能量和门限的比较，得到实时的电机开合状态或灯光亮灭状态（7），电机开合状态或灯光亮灭状态（7）一方面用于配合音频进行输出，另一方面为带反馈的实时门限（6）提供反馈信息，实现了检测自动化过程。

【技术特征摘要】
1.ー种灯光或电机与声音同步的自适应检测方法，其特征在于通过音源的语音通过带AGC控制的ADC (I)检测到后输出带AGC信息的语音信号(2)，使用能量归ー化算法(3)对带AGC信息的语音信号(2)进行处理后生成宽动态范围的语音信号(4)，以实现了对距离的自适应；采用宽动态范围的语音信号(4)计算实时能量(5)和带反馈的实时门限(6)，然后把生成的结果进行比较，通过实时能量和门限的比较，得到实时的电机开合状态或灯光亮灭状态(7)，电机开合状态或灯光亮灭状态(7) —方面用于配合音频进行输出，另ー方面为带反馈的实时门限(6)提供反馈信息，实现了检测自动化过程。2.根据权利要求1所述的ー种灯光或电机与声音同步的自适应检测方法，其特征在于所述带AGC控制的ADC (I)对硬件和软件均有要求，其中 硬件部分带AGC控制的ADC必须具备3个条件(I)要有可编程增益放大器PGA，即能够通过软件的方式对增益进行控制；(2)可编程增益放大器PGA每ー级的増益在0. 5 (IdB,否则出现音频能量跳变明显而出现录音噪声，影响效果；(3)所用的ADC至少要有12bit精度，不一定要16bit精度,可以降低ADC的制造成本。软件部分对音频设置ー个上门限，当录音样本的值大于这个上门限的时候，把录音增益降低ー级；对每ー帧的音频能量设置ー个下门限，当这ー帧的能量低于这个下门限的时候，系统的放大增益需要调高，需要把录音增益提高ー级。3.根据权利要求1所述的ー种灯光或电机与声音同步的自适应检测方法，其...

【专利技术属性】
技术研发人员：王晓斐，孙秀明，谢信珍，黄海兵，
申请(专利权)人：安徽科大讯飞信息科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：