基于SOPC的嵌入式數(shù)字音頻AGC系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)
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短時(shí)過零率是指每幀內(nèi)信號通過零值的次數(shù)，對于數(shù)字音頻信號實(shí)質(zhì)上就是一幀信號采樣點(diǎn)符號的變化次數(shù)，由于采樣頻率是固定的，因此短時(shí)過零率可以在一定程度上反映音頻信號的頻譜特征，用作一種音頻信號頻率的粗略估計(jì)。短時(shí)過零率Zi表示為
提取音頻中以上3個(gè)關(guān)鍵特征參數(shù)就可以作為音頻增益因子Gi的計(jì)算和判決的條件。
2．3 反饋機(jī)制的實(shí)現(xiàn)
在前饋處理中當(dāng)輸入的第i幀數(shù)字音頻信號xi(n)的幀內(nèi)峰值Pi超過用戶設(shè)定的峰值電平門限值Ppeak信號就會被瞬間衰減，增益因子變小。而當(dāng)輸入的第i幀數(shù)字音頻信號xi(n)的幀內(nèi)峰值Pi低于用戶設(shè)定的提升電平門限值Pact并且高于用戶設(shè)定的噪音電平門限值Pnoise信號就會被瞬間提升，增益因子變大，低于噪音電平門限值Pnoise的信號就不會被提升。
前饋機(jī)制能在音頻信號突變導(dǎo)致幀內(nèi)峰值溢出或過小時(shí)，迅速改變增益因子，用非線性的變化將音頻穩(wěn)定在所設(shè)定的動(dòng)態(tài)范圍內(nèi)(峰值電平門限Ppeak和提升電平門限Pact之間)。而新增加的反饋機(jī)制能通過判斷處理后的短時(shí)能量
調(diào)整增益因子Gi+1，使音頻信號變化穩(wěn)定，在一個(gè)較寬的時(shí)間尺度上均衡響度。AGC算法中計(jì)算增益因子的具體流程，如圖2所示。本文引用地址：http://butianyuan.cn/article/151004.htm
在反饋機(jī)制中使用α歸一化濾波器對滿足條件的輸入音頻信號和上一幀的增益因子Gi調(diào)整計(jì)算新的增益因子
。
α 歸一化濾波器可以簡單表示為
為了避免增益因子的劇烈波動(dòng)，需要加大增益因子Gi的權(quán)重值α，而權(quán)重值α的大小決定了濾波器歸一化的收斂速度，|1-α|越大，則收斂速度越快。權(quán)重值α的計(jì)算需要綜合參考短時(shí)過零率Zi、處理前的短時(shí)能量Mi和處理后的短時(shí)能量。在音頻劇烈變化的時(shí)候，增益因子仍然能夠收放自如，穩(wěn)定平衡音頻信號的輸出。
2．4 噪音抑制處理方法
在AGE中對噪音的抑制是一個(gè)重要的部分，噪音主要是音頻信號間的靜音噪音和AGE處理中產(chǎn)生的噪音。對靜音噪音的抑制主要靠噪音電平門限的設(shè)定，當(dāng)輸入的第i幀數(shù)字音頻信號xi(n)的幀內(nèi)峰值Pi低于用戶設(shè)定的噪音電平門限值Pnoise時(shí)，就將該幀的增益因子Gi調(diào)整為1，不進(jìn)行放大處理。當(dāng)輸入的音頻峰值連續(xù)低于噪音電平門限的時(shí)間達(dá)到靜音時(shí)間ts則將輸出音頻靜音，這樣就可以抑制噪音而不影響音頻輸出質(zhì)量。
AGC處理中一個(gè)重要問題是，在音頻分幀的交界處的樣值點(diǎn)會因?yàn)樵鲆嬉蜃覩i的突然改變而產(chǎn)生原本連續(xù)信號樣值的突變，當(dāng)分幀為20 ms時(shí)，AGC處理效果相當(dāng)于產(chǎn)生50 Hz幅度不定的階躍信號噪音。噪音信號Unoise的大小為
當(dāng)xi-1(960)和xi(1)相差較大時(shí)會產(chǎn)生較大的影響。在本設(shè)計(jì)中為了消除該噪音，改為在每一個(gè)處理幀開始后的第一個(gè)過零點(diǎn)進(jìn)行增益因子的更新。此時(shí)噪音的影響為
由于音頻信號樣值的連續(xù)性，在過零點(diǎn)處xi-1(n-1)和xi-1(n)均趨向于O，因此unoise也趨向于0。由于人耳的可聽聲音頻率范圍在20 Hz～20 kHz，在音頻采樣和A／D轉(zhuǎn)換時(shí)會濾除人耳的可聽聲音頻率范圍外的頻率分量，而每個(gè)周期內(nèi)都有兩個(gè)過零點(diǎn)，所以增益因子的更新速度不受影響。由此則AGC處理帶來的噪音也被很好的抑制。
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