[实用新型]一种声波通信系统的自动增益控制装置

说明书

本实用新型公开了一种声波通信系统的自动增益控制装置，包括：声音采集单元、带通滤波器、A/D模数转换器、FFT模块、IFFT模块、声波通信数据帧检测模块、自动增益控制模块以及声波通信单元；与传统以语音通话帧的长度来线性缓变处理相比，本实用新型以声波通信数据帧的长度来处理，在保证处理后信号不产生频谱失真的前提下，缩短了处理生效时间和提高了处理速度，对信号形成可见而安全的增益。此外，本实用新型方案采用滤波器进行滤波，截选出有效声波信号，并对判断为非声波通信数据帧的信号不做增益处理而直接输出，大大提高了处理效率。

技术领域

本实用新型涉及声波通信处理领域，具体涉及一种声波通信系统的自动增益控制装置。

背景技术

声音能量的传播通常随距离平方成反比关系，传播距离增加一倍，能量就衰减到原来的四分之一，比如在五米外采集的声音能量和在一米处采集的声音能量相比差了25倍，但噪声并没有因为距离增加而降低，远距离传播之后，在一个封闭的空间里会出现多次反射和叠加，形成混响效果，因而导致信噪比下降很多。因此，在麦克风采集信号后，通常会使用自动增益控制(AGC, Automatic Gain Control)来对衰弱的信号进行增强处理。

根据信号类型，自动增益控制可以分为模拟增益调整和数字增益调整两种方式，模拟增益调整主要通过硬件电路实现，数字增益调整则通过软件处理来实现。对于声波数字信号的自动增益控制(AGC)，传统自动增益控制方法主要应用于通话场景中，通常会使用两种先验检测：基于周期信号能量均方根(RMS，Root Mean Square)的统计和基于语音活动检测(VAD，Voice Activity Detection)的统计。为了保证统计的代表价值和避免突发异常信号，先统计帧周期内的语音采样的能量值，再取平均，然后对比此帧的RMS平均值和预设能量上限阈值，调整此帧增益。为了避免能量突变，对连续若干帧的能量增益调整通常采用缓慢线性上升的方式，或者使用递归平滑滤波器(线性滤波器)来进行调整，经过一段时间的缓冲变化，最终升到上限阈值；基于VAD的统计也是以帧为单位进行的，当检测到语音活跃的帧则调整增益，语音不活跃的帧则不调整，同样为了避免能量突变，对于语音活跃的帧的能量调整也是线性缓变的。以上传统做法的好处在于可使语音信号的能量调整不会造成能量突变，从而使通话感觉音量平滑顺畅，而缺陷在于所有处理都是基于语音通话帧，而且帧的长度不能过短，再加之线性滤波器的处理需要收敛时间，因此传统做法的生效响应速度较慢。

当前移动智能终端存在两大阵营，安卓和IOS，安卓的碎片化比较严重：设备繁多，品牌众多，硬件版本各异，由此带来了在声波通信中不同的终端在发送数据的时候，存在声波幅度大小差别较大的问题，出现了设备兼容性的难题。而对于非通话应用的声音信号处理，例如声波通信中的同步，同步帧本身就比较短，当发送端音量较小时，如果AGC增强处理缓慢的话，就有可能会丢失同步帧，而声波通信中同步是建立通信的先决条件，因此以传统做法来处理会使得增强效果不佳，影响通信效果。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提出一种声波通信系统的自动增益控制装置，摒弃以语音通话帧的长度来线性缓变处理，而是以声波通信数据帧的长度来处理，提高响应处理速度。

为实现以上技术目的，采用的技术方案是：

一种声波通信系统的自动增益控制装置，包括：声音采集单元、带通滤波器、A/D模数转换器、FFT模块、IFFT模块、声波通信数据帧检测模块、自动增益控制模块以及声波通信单元；

所述声音采集单元，用于采集声波信号并传输至带通滤波器；

所述带通滤波器，用于滤除噪音等无用信号频段，获取所需的信号频段，减少噪音等对有用信号的干扰；

所述A/D模数转换器，用于将声音模拟信号转换为数字信号；

所述FFT模块，用于将时域的数字信号转换成频域的信号，便于对信号的数字运算处理；